JPH06196195A - 平板状固体電解質型燃料電池における原料ガス供給方式及び平板状固体電解質型燃料電池 - Google Patents

平板状固体電解質型燃料電池における原料ガス供給方式及び平板状固体電解質型燃料電池

Info

Publication number
JPH06196195A
JPH06196195A JP3098344A JP9834491A JPH06196195A JP H06196195 A JPH06196195 A JP H06196195A JP 3098344 A JP3098344 A JP 3098344A JP 9834491 A JP9834491 A JP 9834491A JP H06196195 A JPH06196195 A JP H06196195A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gas
solid electrolyte
plate
fuel cell
raw material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP3098344A
Other languages
English (en)
Inventor
Mitsuo Matsumura
光雄 松村
Fumiya Ishizaki
文也 石▼崎▼
Atsushi Tsunoda
淳 角田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tonen General Sekiyu KK
Original Assignee
Tonen Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tonen Corp filed Critical Tonen Corp
Priority to JP3098344A priority Critical patent/JPH06196195A/ja
Publication of JPH06196195A publication Critical patent/JPH06196195A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 平板状固体電解質型燃料電池においてセル全
体特に集積方向の温度分布を均一化しうるように原料ガ
スを供給する。 【構成】 燃料ガスと酸化剤ガスからなる原料ガスをそ
れぞれセルに対し直列に向流させる。固体電解質及びセ
パレータの縁辺部の所定箇所にガス通過口を設けた内部
マニホールド方式が好適である。本方式を用いた固体電
解質型燃料電池は一辺あるいは互いに隣接する二辺の近
縁部に燃料ガス及び酸化剤ガスの一方あるいは両方の通
過口を設けた平板状固体電解質、両面に燃料ガス及び酸
化剤ガスの流路を設け、かつ互いに隣接する2辺の近縁
部に各流路と連通するガス通過口を設けたセパレータ、
及び外部端子を集積したものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、セル全体特に集積方向
の温度分布をより一様に均一化しうる、固体電解質型燃
料電池における原料ガス供給方式及びそれを利用した固
体電解質型燃料電池に関するものである。
【0002】
【従来の技術】集積多段セル構造の固体電解質型燃料電
池において、燃料ガスや酸化剤ガス等の原料ガスは各セ
ルに対して並列に供給されている。しかしながら、この
供給方式ではセル全体特に集積方向の温度分布が一様で
はないことから、各セルについて十分な性能を発揮させ
てセル全体の電池効率を高めることが困難であるという
問題があった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
従来の原料ガスの供給方式の欠点を克服し、セル全体特
に集積方向の温度分布をより一様に均一化しうる原料ガ
ス供給方式及びそれを利用した平板状固体電解質型燃料
電池を提供することを目的としてなされたものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記の好
ましい特徴を有する固体電解質型燃料電池における原料
ガスの供給方式を開発するために種々研究を重ねた結
果、原料ガスである燃料ガスと酸化剤ガスをそれぞれセ
ルに対し直列に向流させることにより、その目的を達成
しうることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成
するに至った。
【0005】すなわち、本発明は、集積多段セル構造の
固体電解質型燃料電池において、燃料ガスと酸化剤ガス
からなる原料ガスをそれぞれセルに対し直列に向流させ
ることを特徴とする原料ガス供給方式を提供するもので
ある。
【0006】本発明方式においては、各原料ガスは各セ
ルに対して直列の流れになるように供給され、並列に供
給するための常用の外部マニホールドのような電池を大
型化する外部部材を要しない。本発明方式は有利には内
部マニホールド方式によるのが好ましく、例えば固体電
解質及びセパレータの縁辺部の所定箇所に集積方向に各
ガスを互いに反対に流すためのガス通過口を設けるなど
の方式が挙げられる。また、本発明は、本発明方式を利
用した平板状固体電解質型燃料電池も包含する。
【0007】すなわち、本発明の平板状固体電解質型燃
料電池は、両面にそれぞれカソード及びアノードが形成
され、かつ一辺あるいは互いに隣接する二つの辺の近縁
部に燃料ガス及び酸化剤ガスの一方あるいは両方を通す
通過口が開設された平板状固体電解質、両面に燃料ガス
及び酸化剤ガスの流路がそれぞれ形成され、かつ互いに
隣接する2つの辺の近縁部に各流路と連通するガス通過
口がそれぞれ設けられたセパレータ、及び外部端子を備
え、これらを集積して成るものである。
【0008】このように、多数のセルからなる多段直列
型の電池は、各セルにおいて所定の平板状固体電解質板
の両面にそれぞれカソード及びアノードを形成して成る
3層構造板を所定のセパレータを介して集積し、単位セ
ルの積層数を適宜調整し、両端に外部端子をそれぞれ設
けることにより、作製される。
【0009】固体電解質板には一辺あるいは互いに隣接
する二つの辺の近縁部に燃料ガス及び酸化剤ガスの一方
あるいは両方が通る通過口が設けられている。この一辺
近縁部に該通過口を設けた固体電解質板は両端に用いら
れ外部端子と直接接触するものであり、前記二辺近縁部
にそれぞれ通過口を設けた固体電解質板はそれ以外の内
部の固体電解質となるものである。
【0010】また、固体電解質板は酸素伝導性を有する
ものであれば特に制限されず、例えばイットリア安定化
ジルコニア(YSZ)、カルシア安定化ジルコニア(C
SZ)のような部分安定化ジルコニアや安定化ジルコニ
アなどの公知の固体電解質で作った板状物からなり、そ
の厚さは通常0.05〜0.3mm程度、好ましくは
0.08〜0.25mm程度が適当である。この厚さが
0.05mmよりも薄いと強度が低下するし、また0.
3mmを超えると電流路が長くなりすぎて好ましくな
い。
【0011】カソードは酸素や空気などの酸化剤ガス通
路側なので、高温下で酸化剤ガスに対して耐食性のある
導電性材料、例えばLaSr1−XMnOなどを用
い、ガス透過性となるように多孔状に被覆形成するのが
一般的である。
【0012】アノードは水素などの燃料ガス通路側なの
で、高温下で燃料ガスに対して耐食性のある導電性材
料、例えばNi/ZrOサーメットなどを用い、ガス
透過性となるように多孔状に被覆形成するのが一般的で
ある。
【0013】これらカソード及びアノードの被覆形成法
としては、例えば所定粉末を固体電解質板にはけ塗り法
やスクリーン印刷法などで塗布するなどの方法が用いら
れる。その他、CVD法、プラズマCVD法、スパッタ
リング法、溶射法、プラズマ溶射法、真空蒸着法や電子
ビーム蒸着法のような蒸着法も用いられる。
【0014】また、カソード、アノードは多孔質板にす
ることが可能であれば、それを固体電解質に付着一体化
させて使用することもできる。
【0015】このように固体電解質板の両面に各電極を
一体形成したものをガス通路と電気的接続体を兼ねるセ
パレータを介して集積し、両端には外部端子をそれぞれ
設けることにより、多数のセルからなる多段直列型の電
池に形成される。
【0016】セパレータは隣接するセルの電極間を電気
的に接続するとともに、両面に燃料ガス及び酸化剤ガス
の流路が例えば溝状にそれぞれ形成され、各流路はそれ
ぞれセルのカソード側及びアノード側における各ガスの
通路を構成し、かつ互いに隣接する2つの辺の近縁部に
各流路と連通するガス通過口がそれぞれ設けられてい
る。セパレータの材質としては、通常金属又はLa
1−XCrOなどの導電性セラミックスが用いられ
る。
【0017】各ガス通路はそれぞれ燃料ガス及び酸化剤
ガスを供給しうるものであれば特に制限されず、形状や
配置等も適宜選定しうるが、互いに直角方向に配置する
のが簡単である。
【0018】各電極を一体形成した固体電解質板、セパ
レータ、外部端子を集積して組み立てるときには、固体
電解質板の両面に配設された電極すなわちカソード、ア
ノードとセパレータ又は外部端子との間でガス漏れ(ガ
スリーク)しないように封止することが必要である。こ
のためには、軟化点が約800℃のガラスペーストで封
止すればよい。このガラスペーストは電池の作動温度
(900〜1000℃)で適度に軟化しガスを封止す
る。
【0019】図1に3段直列セルの集合様式を展開して
示す。各セルにおいて平板状固体電解質板11は両面に
それぞれカソード12及びアノード13が形成されてい
る。また、上段と下段の電解質板にはそれぞれ隣接する
二つの辺の一方と他方の近縁部に各ガスの通過口11a
が設けられ、中段の電解質板には隣接する二つの辺の両
方の近縁部に各ガスの通過口11b,11cがそれぞれ
設けられている。
【0020】このような固体電解質板の両面に各電極を
一体形成したものを、図1、図2に示すように、両面に
固体電解質の各電極とほぼ等長の溝14a,14bを互
いに直角方向に設け、隣接する二つの辺の両方の近縁部
に各溝と連通する各ガス両方の通過口14c,14dを
設け、各通過口側に対する辺側に各溝とほぼ等深の溝と
連通する凹部あるいは幅広の溝を各設けたセパレータ1
4を介して集積し、さらに両端に電極面側に電極とほぼ
等長の溝及びそれと連通して該溝とほぼ等深の凹部及び
幅広の一端開放溝をもつ外部端子を配設する。この集合
セルを組み立てるときには、各ガスの通過口をガスの種
類及び配置等を符合させるとともに、ガス漏れしないよ
うにガラスペーストで封止することにより、各セルに対
し各ガスが直列に流れるようにして、一種の内部マニホ
ールドを形成させる。
【0021】
【実施例】図1の集合様式に従い、3段直列の固体電解
質型燃料電池を作製した。固体電解質板11にはイット
リアを3モル%添加したジルコニアである部分安定化ジ
ルコニアからなる100×100×0.2mmの板状物
を用いた。そして、酸素通路側にLa0.9r0.1
MnO粉末(平均粒径約5μm)を厚さ0.05mm
に塗布してカソード12とし、水素通路側に混合粉末を
厚さ0.1〜0.5mmに塗布してアノード13とし
た。カソード12及びアノード13の面積は50mm×
50mmとした。また、セパレータ14にはニッケル基
合金からなる100×100×5mmの寸法でガス流路
としての溝の深さ2.0mmの板状物を用いた。
【0022】このように各電極を一体形成した固体電解
質板11とセパレータ14を図1のように集積し、固体
電解質板11とセパレータ14の間に軟化点が約800
℃ガラスペーストを塗布してガス封止用とした。このガ
ラスペーストは電池の作動温度で適度に軟化してガスを
封止する。こうして集積した電池にガス配管を接続し
た。電気の取り出し部には白金リード線を溶接し、電気
的に接続した。
【0023】このようにして作製した固体電解質型燃料
電池を加熱した。室温から150℃までは1℃/min
で昇温し、ガラスペーストの溶媒、塗布電極の溶媒を蒸
発させた。150℃から350℃までは5℃/minで
昇温した。350℃以上では水素通路側にアノードの酸
化を防止するため、窒素ガスを流し、5℃/minで1
000℃まで昇温した。その後、1000℃に保持して
アノード側に水素、カソード側に酸素を流し、発電を開
始した。開放電圧は3.8Vでガスクロスリークは水素
の0.3%以下であった。放電特性を表1に示す。
【表1】
【0024】
【発明の効果】本発明方式によれば、セル全体特に集積
方向の温度分布をより一様に均一化でき、セル全体の電
池効率を高められて高出力の優れた電池性能が得られ
る。
【0025】本発明の平板状固体電解質型燃料電池は、
外部にガス供給用のマニホールドを設ける必要がなく、
したがって電池特に金属セパレータを用いた電池とマニ
ホールドの熱膨張差によるマニホールドの破壊等の問題
がない上に、装置全体をコンパクトにすることが可能で
ある。また、ガス封止を必要とするのは固体電解質板1
1とセパレータ14の間のみであり、外部にマニホール
ドを設けた場合のような縦方向の封止を要しないため、
封止箇所が少なく封止材の保持が容易である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 3段直列セルの集合様式の1例の斜視説明
図。
【図2】 セパレータの説明図。
【符号の説明】
11 固体電解質板 11a,11b,11c ガス通過口 12 カソード 13 アノード 14 セパレータ 14a,14b 溝 14c,14d ガス通過口

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 集積多段セル構造の平板状固体電解質型
    燃料電池において、燃料ガスと酸化剤ガスからなる原料
    ガスをそれぞれセルに対し直列に向流させることを特徴
    とする原料ガス供給方式。
  2. 【請求項2】 内部マニホールド方式による請求項1記
    載の原料ガス供給方式。
  3. 【請求項3】 内部マニホールド方式が固体電解質及び
    セパレータの縁辺部の所定箇所にガス通過口を設けるも
    のである請求項1又は2記載の原料ガス供給方式。
  4. 【請求項4】 両面にそれぞれカソード及びアノードが
    形成され、かつ一辺あるいは互いに隣接する二つの辺の
    近縁部に燃料ガス及び酸化剤ガスの一方あるいは両方を
    通す通過口が開設された平板状固体電解質、両面に燃料
    ガス及び酸化剤ガスの流路がそれぞれ形成され、かつ互
    いに隣接する2つの辺の近縁部に各流路と連通するガス
    通過口がそれぞれ設けられたセパレータ、及び外部端子
    を備え、これらを集積して成る平板状固体電解質型燃料
    電池。
JP3098344A 1991-01-31 1991-01-31 平板状固体電解質型燃料電池における原料ガス供給方式及び平板状固体電解質型燃料電池 Pending JPH06196195A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3098344A JPH06196195A (ja) 1991-01-31 1991-01-31 平板状固体電解質型燃料電池における原料ガス供給方式及び平板状固体電解質型燃料電池

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3098344A JPH06196195A (ja) 1991-01-31 1991-01-31 平板状固体電解質型燃料電池における原料ガス供給方式及び平板状固体電解質型燃料電池

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH06196195A true JPH06196195A (ja) 1994-07-15

Family

ID=14217290

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP3098344A Pending JPH06196195A (ja) 1991-01-31 1991-01-31 平板状固体電解質型燃料電池における原料ガス供給方式及び平板状固体電解質型燃料電池

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH06196195A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999026304A1 (fr) * 1997-11-14 1999-05-27 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Pile a electrolyte solide
JP2012532429A (ja) * 2009-07-06 2012-12-13 トプサー・フューエル・セル・アクチエゼルスカベット 燃料電池スタック又は電解質セルスタックにおける組み合わされたフローパターン

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999026304A1 (fr) * 1997-11-14 1999-05-27 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Pile a electrolyte solide
US6296963B1 (en) 1997-11-14 2001-10-02 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Solid oxide electrolyte fuel cell
JP2012532429A (ja) * 2009-07-06 2012-12-13 トプサー・フューエル・セル・アクチエゼルスカベット 燃料電池スタック又は電解質セルスタックにおける組み合わされたフローパターン

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100341402B1 (ko) 고체산화물 연료전지의 단전지와 스택구조
WO2016143318A1 (ja) 燃料電池スタック
US6649296B1 (en) Unitized cell solid oxide fuel cells
JPH11297344A (ja) ハニカム一体構造の固体電解質型燃料電池
JPH0644981A (ja) 平板状固体電解質型燃料電池
JPH06196195A (ja) 平板状固体電解質型燃料電池における原料ガス供給方式及び平板状固体電解質型燃料電池
JP4209962B2 (ja) 平板型固体電解質燃料電池の単セルとこれを利用したセルスタック
JPH09231987A (ja) 固体電解質型燃料電池のシール構造およびその製造方法
JPH0479163A (ja) 固体電解質型燃料電池
JP2980921B2 (ja) 平板型固体電解質燃料電池
JPH0294366A (ja) 固体電解質燃料電池
JPH0294365A (ja) 固体電解質燃料電池
JPH09245812A (ja) 平板固体電解質型燃料電池
JPH06196196A (ja) 固体電解質型燃料電池
JPH11297342A (ja) ハニカム一体構造の固体電解質型燃料電池
JPH0412468A (ja) 高温型燃料電池
JPH06188010A (ja) 平板状固体電解質型燃料電池用セパレータ及びそれを用いた平板状固体電解質型燃料電池
JPH0462757A (ja) 固体電解質型燃料電池
JPH0547391A (ja) 中空状固体電解質燃料電池
JP3301558B2 (ja) 平板状固体電解質燃料電池
JP2948439B2 (ja) 固体電解質燃料電池
JPH0668888A (ja) 燃料電池用セパレータ
JPH05242904A (ja) 平板状固体電解質型燃料電池
JP2944141B2 (ja) 高温型燃料電池
JPH11297343A (ja) ハニカム一体構造の固体電解質型燃料電池