JPH06203854A - 固体電解質型燃料電池 - Google Patents
固体電解質型燃料電池Info
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- JPH06203854A JPH06203854A JP5001533A JP153393A JPH06203854A JP H06203854 A JPH06203854 A JP H06203854A JP 5001533 A JP5001533 A JP 5001533A JP 153393 A JP153393 A JP 153393A JP H06203854 A JPH06203854 A JP H06203854A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- separator
- fuel cell
- anode
- solid electrolyte
- nickel
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-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 セパレータのアノード極に接する表面が酸化
しない固体電解質型燃料電池を得る。 【構成】 ニッケルとクロムを主成分とする合金からな
る中間セパレータ１０と下用セパレータ４０において、
それぞれの上面には、燃料ガスをアノード極３に均等に
ゆきわたらせるための溝１１，４１が一定の間隔で複数
配設されている。さらに、中間セパレータ１０と下用セ
パレータ４０がアノード極３に接する部分には、イオン
プレーティング法等の手段によりニッケル膜１４，４２
が形成されている。ニッケル膜１４，４２は高温下の還
元水蒸気雰囲気中でも酸化しにくく、ニッケル膜１４，
４２によって被覆された中間セパレータ１０及び下用セ
パレータ４０の部分は表面導電率が低下しない。
しない固体電解質型燃料電池を得る。 【構成】 ニッケルとクロムを主成分とする合金からな
る中間セパレータ１０と下用セパレータ４０において、
それぞれの上面には、燃料ガスをアノード極３に均等に
ゆきわたらせるための溝１１，４１が一定の間隔で複数
配設されている。さらに、中間セパレータ１０と下用セ
パレータ４０がアノード極３に接する部分には、イオン
プレーティング法等の手段によりニッケル膜１４，４２
が形成されている。ニッケル膜１４，４２は高温下の還
元水蒸気雰囲気中でも酸化しにくく、ニッケル膜１４，
４２によって被覆された中間セパレータ１０及び下用セ
パレータ４０の部分は表面導電率が低下しない。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、固体電解質型燃料電池
に関する。
に関する。
【０００２】
【従来の技術と課題】従来より、固体電解質型燃料電池
の一種類として、表裏面にアノード極とカソード極を設
けた固体電解質と、セパレータとを交互に積み重ねた構
造を有するものがある。このセパレータには良好な導電
性と通気性が要求される。そして、その材料として、ニ
ッケルとクロムを主成分とした耐熱性合金（マンガンが
添加された合金も含む）が提案されている。
の一種類として、表裏面にアノード極とカソード極を設
けた固体電解質と、セパレータとを交互に積み重ねた構
造を有するものがある。このセパレータには良好な導電
性と通気性が要求される。そして、その材料として、ニ
ッケルとクロムを主成分とした耐熱性合金（マンガンが
添加された合金も含む）が提案されている。
【０００３】ところで、セパレータがアノード極に接す
る表面は還元ガス雰囲気にさらされているため、酸化被
膜が形成されにくい。しかしながら、燃料電池の稼動温
度が高い（約１０００℃）ため、燃料ガスに含まれてい
る水蒸気によりアノード極のクロムやマンガンが徐々に
酸化される。通常、燃料ガスには４０％程度の水蒸気が
含まれる。温度が１０００℃の条件下で、クロムの場合
は０．１％、マンガンの場合は０．０１％の水蒸気で酸
化される。このため、還元ガス雰囲気中といえども、酸
化が進行してセパレータの導電性が低下し、アノード極
との接触抵抗が増大するという問題があった。
る表面は還元ガス雰囲気にさらされているため、酸化被
膜が形成されにくい。しかしながら、燃料電池の稼動温
度が高い（約１０００℃）ため、燃料ガスに含まれてい
る水蒸気によりアノード極のクロムやマンガンが徐々に
酸化される。通常、燃料ガスには４０％程度の水蒸気が
含まれる。温度が１０００℃の条件下で、クロムの場合
は０．１％、マンガンの場合は０．０１％の水蒸気で酸
化される。このため、還元ガス雰囲気中といえども、酸
化が進行してセパレータの導電性が低下し、アノード極
との接触抵抗が増大するという問題があった。
【０００４】そこで、本発明の課題は、セパレータのア
ノード極に接する表面が酸化しない固体電解質型燃料電
池を提供することにある。
ノード極に接する表面が酸化しない固体電解質型燃料電
池を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
め、本発明に係る固体電解質型燃料電池は、（ａ）表裏
面にそれぞれアノード極とカソード極を設けた固体電解
質と、セパレータとを交互に積み重ね、（ｂ）少なくと
も前記セパレータの前記アノード極に接する部分にニッ
ケル膜を被覆したこと、を特徴とする。セパレータの材
料としては、耐熱性及び導電性に優れた金属、例えばニ
ッケルとクロムを主成分とする合金（マンガンが添加さ
れた合金も含む）等が用いられる。
め、本発明に係る固体電解質型燃料電池は、（ａ）表裏
面にそれぞれアノード極とカソード極を設けた固体電解
質と、セパレータとを交互に積み重ね、（ｂ）少なくと
も前記セパレータの前記アノード極に接する部分にニッ
ケル膜を被覆したこと、を特徴とする。セパレータの材
料としては、耐熱性及び導電性に優れた金属、例えばニ
ッケルとクロムを主成分とする合金（マンガンが添加さ
れた合金も含む）等が用いられる。
【０００６】
【作用】以上の構成において、セパレータのアノード極
に接する部分を被覆したニッケル膜は、温度が１０００
℃の条件下で９９％の水蒸気がなければ酸化しない。こ
のため、固体電解質型燃料電池の稼動中、ニッケル膜に
よって被覆されたセパレータの表面は導電性が低下せ
ず、アノード極との接触抵抗も増大しない。
に接する部分を被覆したニッケル膜は、温度が１０００
℃の条件下で９９％の水蒸気がなければ酸化しない。こ
のため、固体電解質型燃料電池の稼動中、ニッケル膜に
よって被覆されたセパレータの表面は導電性が低下せ
ず、アノード極との接触抵抗も増大しない。
【０００７】
【実施例】以下、本発明に係る固体電解質型燃料電池の
一実施例を添付図面を参照して説明する。図１及び図２
は、固体電解質型燃料電池の構成を示す図である。固体
電解質１は矩形状をしており、その４隅の部分にはそれ
ぞれ燃料ガス１８の流路の一部を構成する燃料ガス供給
孔１ａ及び排気孔１ｂ、酸化ガス１９の流路の一部を構
成する酸化ガス供給孔１ｃ及び排気孔１ｄを設けてい
る。固体電解質１の材料にはイットリウム安定化酸化ジ
ルコニウム等が用いられる。
一実施例を添付図面を参照して説明する。図１及び図２
は、固体電解質型燃料電池の構成を示す図である。固体
電解質１は矩形状をしており、その４隅の部分にはそれ
ぞれ燃料ガス１８の流路の一部を構成する燃料ガス供給
孔１ａ及び排気孔１ｂ、酸化ガス１９の流路の一部を構
成する酸化ガス供給孔１ｃ及び排気孔１ｄを設けてい
る。固体電解質１の材料にはイットリウム安定化酸化ジ
ルコニウム等が用いられる。
【０００８】カソード極２及びアノード極３は、それぞ
れ固体電解質１の上面及び下面に印刷等の手段にて形成
されている。アノード極３の材料にはニッケルと酸化ジ
ルコニウムを主成分とするサーメット等が用いられ、カ
ソード極２の材料には（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ3等のペロ
ブスカイト型酸化物等が用いられる。中間用セパレータ
１０は、カソード極２及びアノード極３を上下面に設け
た固体電解質１と交互に積み重ねられている。中間用セ
パレータ１０は、燃料ガス１８をアノード極３に均等に
ゆきわたらせるための溝１１を、上面に一定の間隔で複
数配設している。中間用セパレータ１０の下面には、酸
化ガス１９をカソード極２に均等にゆきわたらせるため
の溝１２を一定の間隔で複数配設し、上部外周には鍔部
１３を有している（図２参照）。溝１１の方向と溝１２
の方向は直交している。さらに、中間用セパレータ１０
の４隅の部分にはそれぞれ燃料ガス供給孔１０ａ及び排
気孔１０ｂ、酸化ガス供給孔１０ｃ及び排気孔１０ｄを
設けている。この中間用セパレータ１０のアノード極３
に接する部分には、膜厚が５μｍ程度のニッケル膜１４
がイオンプレーティング法によって形成されている（図
２参照）。このニッケル膜１４は還元水蒸気雰囲気中に
おいて安定しており、かつ導電性にも優れている。同様
にして、中間用セパレータ１０のカソード極２に接する
部分には、膜厚が５μｍ程度のＬａＣｒＯ3，ＬａＭｎ
Ｏ3，ＬａＣｏＯ3等のペロブスカイト型酸化物膜１５が
形成されている（図２参照）。この酸化物膜１５は高温
酸化性雰囲気中において安定しており、かつ導電性にも
優れている。
れ固体電解質１の上面及び下面に印刷等の手段にて形成
されている。アノード極３の材料にはニッケルと酸化ジ
ルコニウムを主成分とするサーメット等が用いられ、カ
ソード極２の材料には（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ3等のペロ
ブスカイト型酸化物等が用いられる。中間用セパレータ
１０は、カソード極２及びアノード極３を上下面に設け
た固体電解質１と交互に積み重ねられている。中間用セ
パレータ１０は、燃料ガス１８をアノード極３に均等に
ゆきわたらせるための溝１１を、上面に一定の間隔で複
数配設している。中間用セパレータ１０の下面には、酸
化ガス１９をカソード極２に均等にゆきわたらせるため
の溝１２を一定の間隔で複数配設し、上部外周には鍔部
１３を有している（図２参照）。溝１１の方向と溝１２
の方向は直交している。さらに、中間用セパレータ１０
の４隅の部分にはそれぞれ燃料ガス供給孔１０ａ及び排
気孔１０ｂ、酸化ガス供給孔１０ｃ及び排気孔１０ｄを
設けている。この中間用セパレータ１０のアノード極３
に接する部分には、膜厚が５μｍ程度のニッケル膜１４
がイオンプレーティング法によって形成されている（図
２参照）。このニッケル膜１４は還元水蒸気雰囲気中に
おいて安定しており、かつ導電性にも優れている。同様
にして、中間用セパレータ１０のカソード極２に接する
部分には、膜厚が５μｍ程度のＬａＣｒＯ3，ＬａＭｎ
Ｏ3，ＬａＣｏＯ3等のペロブスカイト型酸化物膜１５が
形成されている（図２参照）。この酸化物膜１５は高温
酸化性雰囲気中において安定しており、かつ導電性にも
優れている。
【０００９】固体電解質１と中間用セパレータ１０を交
互に積層したものに、上用セパレータ３０及び下用セパ
レータ４０が配設されている。上用セパレータ３０の下
面には、酸化ガス１９をカソード極２に均等にゆきわた
らせるための溝３１を一定の間隔で複数配設し、上部外
周には鍔部３３を有している（図２参照）。さらに、上
用セパレータ３０の対角の２隅の部分にはそれぞれ燃料
ガス供給孔３０ａ及び排気孔３０ｂを設けている。上用
セパレータ３０のカソード極２に接する部分には、膜厚
が５μｍ程度のペロブスカイト型酸化物膜３５が形成さ
れている（図２参照）。
互に積層したものに、上用セパレータ３０及び下用セパ
レータ４０が配設されている。上用セパレータ３０の下
面には、酸化ガス１９をカソード極２に均等にゆきわた
らせるための溝３１を一定の間隔で複数配設し、上部外
周には鍔部３３を有している（図２参照）。さらに、上
用セパレータ３０の対角の２隅の部分にはそれぞれ燃料
ガス供給孔３０ａ及び排気孔３０ｂを設けている。上用
セパレータ３０のカソード極２に接する部分には、膜厚
が５μｍ程度のペロブスカイト型酸化物膜３５が形成さ
れている（図２参照）。
【００１０】下用セパレータ４０の上面には、燃料ガス
１８をアノード極３に均等にゆきわたらせるための溝４
１を一定の間隔で複数配設している。さらに、下用セパ
レータ４０の対角の２隅の部分にはそれぞれ酸化ガス供
給孔４０ａ及び排気孔４０ｂを設けている。下用セパレ
ータ４０のアノード極３に接する部分には、膜厚が５μ
ｍ程度のニッケル膜４２が形成されている。これらの中
間用セパレータ１０、上用セパレータ３０、下用セパレ
ータ４０の材料には、高温耐酸化性に優れたニッケルと
クロムを主成分とする合金が用いられる。本実施例では
ニッケルが７４重量％、クロムが１５重量％、鉄が８重
量％のインコネル６００（商品名）を使用した。
１８をアノード極３に均等にゆきわたらせるための溝４
１を一定の間隔で複数配設している。さらに、下用セパ
レータ４０の対角の２隅の部分にはそれぞれ酸化ガス供
給孔４０ａ及び排気孔４０ｂを設けている。下用セパレ
ータ４０のアノード極３に接する部分には、膜厚が５μ
ｍ程度のニッケル膜４２が形成されている。これらの中
間用セパレータ１０、上用セパレータ３０、下用セパレ
ータ４０の材料には、高温耐酸化性に優れたニッケルと
クロムを主成分とする合金が用いられる。本実施例では
ニッケルが７４重量％、クロムが１５重量％、鉄が８重
量％のインコネル６００（商品名）を使用した。
【００１１】図２に示すように、中間用セパレータ１０
のそれぞれの鍔部１３及び下用セパレータ４０に枠体５
０が接合されている。枠体５０によって形成した溜部に
は、パイレックスガラスのような非導電性高粘度融体５
１が充填されている。この非導電性高粘度融体５１は燃
料ガス１８や酸化ガス１９を外気から遮断する。以上の
各構成品１，１０，３０，４０，５０は一体的に接合さ
れ、燃料電池をなしている。
のそれぞれの鍔部１３及び下用セパレータ４０に枠体５
０が接合されている。枠体５０によって形成した溜部に
は、パイレックスガラスのような非導電性高粘度融体５
１が充填されている。この非導電性高粘度融体５１は燃
料ガス１８や酸化ガス１９を外気から遮断する。以上の
各構成品１，１０，３０，４０，５０は一体的に接合さ
れ、燃料電池をなしている。
【００１２】次に、以上の構成からなる燃料電池に用い
られている中間用セパレータ１０と下用セパレータ４０
を評価した。すなわち、中間用セパレータ１０と下用セ
パレータ４０を１０００℃の過湿水素ガス（水蒸気が１
０％含まれている）雰囲気中に５００時間放置した後、
表面導電率を測定した。その結果、表面導電率の低下は
殆んどなかった。一方、比較のために、ニッケル膜を設
けなかった中間用セパレータと下用セパレータについて
も同様の処理をした後、表面導電率を測定したところ、
表面導電率が１０-3ｓ／ｃｍ2にまで低下していた。
られている中間用セパレータ１０と下用セパレータ４０
を評価した。すなわち、中間用セパレータ１０と下用セ
パレータ４０を１０００℃の過湿水素ガス（水蒸気が１
０％含まれている）雰囲気中に５００時間放置した後、
表面導電率を測定した。その結果、表面導電率の低下は
殆んどなかった。一方、比較のために、ニッケル膜を設
けなかった中間用セパレータと下用セパレータについて
も同様の処理をした後、表面導電率を測定したところ、
表面導電率が１０-3ｓ／ｃｍ2にまで低下していた。
【００１３】さらに、この燃料電池の発電特性を評価し
た。燃料電池を１０００℃の温度に保持しながら、燃料
ガス１８を上用セパレータ３０に設けた燃料ガス供給孔
３０から燃料電池内に送り込み、酸化ガス１９を下用セ
パレータ４０に設けた酸化ガス供給孔４０ａから燃料電
池内に送り込んだ。燃料ガス１８と酸化ガス１９はそれ
ぞれ各セパレータ１０，３０，４０に設けた溝１１，１
２，３１，４１に沿って均等にアノード極３とカソード
極２に供給され、固体電解質１を介して電極反応を起こ
させる。反応後の燃料ガス１８は上用セパレータ３０に
設けた燃料ガス排気孔３０ｂから燃料電池外に排出され
る。同様に、反応後の酸化ガス１９も下用セパレータ４
０に設けた酸化ガス排気孔４０ｂから燃料電池外に排出
される。そして、電流計にて観察しながら単位電極面積
当たり３００ｍＡ／ｃｍ2の電流が流れる状態での発生
電圧を電圧計で測定した。この発生電圧の値が大きいほ
ど電池としての性能が優れていることになる。燃料ガス
１８には過湿水素ガス、酸化ガス１９には空気を用い
た。燃料電池を５００時間稼動した後も、固体電解質１
個当たりの発生電圧は０．７１Ｖであり、稼動開始時に
発生していた電圧と殆ど変わらなかった。一方、比較の
ために、ニッケル膜を設けなかった中間用セパレータ及
び下用セパレータを用いて同様の燃料電池を製作して評
価したところ、３００時間稼動した頃から発生電圧の低
下が確認された。
た。燃料電池を１０００℃の温度に保持しながら、燃料
ガス１８を上用セパレータ３０に設けた燃料ガス供給孔
３０から燃料電池内に送り込み、酸化ガス１９を下用セ
パレータ４０に設けた酸化ガス供給孔４０ａから燃料電
池内に送り込んだ。燃料ガス１８と酸化ガス１９はそれ
ぞれ各セパレータ１０，３０，４０に設けた溝１１，１
２，３１，４１に沿って均等にアノード極３とカソード
極２に供給され、固体電解質１を介して電極反応を起こ
させる。反応後の燃料ガス１８は上用セパレータ３０に
設けた燃料ガス排気孔３０ｂから燃料電池外に排出され
る。同様に、反応後の酸化ガス１９も下用セパレータ４
０に設けた酸化ガス排気孔４０ｂから燃料電池外に排出
される。そして、電流計にて観察しながら単位電極面積
当たり３００ｍＡ／ｃｍ2の電流が流れる状態での発生
電圧を電圧計で測定した。この発生電圧の値が大きいほ
ど電池としての性能が優れていることになる。燃料ガス
１８には過湿水素ガス、酸化ガス１９には空気を用い
た。燃料電池を５００時間稼動した後も、固体電解質１
個当たりの発生電圧は０．７１Ｖであり、稼動開始時に
発生していた電圧と殆ど変わらなかった。一方、比較の
ために、ニッケル膜を設けなかった中間用セパレータ及
び下用セパレータを用いて同様の燃料電池を製作して評
価したところ、３００時間稼動した頃から発生電圧の低
下が確認された。
【００１４】なお、本発明に係る固体電解質型燃料電池
は前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲
内で種々に変形することができる。前記実施例では、セ
パレータのアノード極に接する部分にのみニッケル膜を
設けたが、アノード極側の全面に、すなわち、溝部分に
もニッケル膜を設けてもよい。
は前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲
内で種々に変形することができる。前記実施例では、セ
パレータのアノード極に接する部分にのみニッケル膜を
設けたが、アノード極側の全面に、すなわち、溝部分に
もニッケル膜を設けてもよい。
【００１５】また、セパレータの表面に形成されるニッ
ケル膜や酸化物膜の形成方法としては、スパッタリング
法、溶射法、化学気相成長法（ＣＶＤ法）、めっき法及
びペースト焼き付け法であってもよい。
ケル膜や酸化物膜の形成方法としては、スパッタリング
法、溶射法、化学気相成長法（ＣＶＤ法）、めっき法及
びペースト焼き付け法であってもよい。
【００１６】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、セパレータのアノード極に接する部分をニッケ
ル膜にて被覆したので、ニッケル膜が有する還元水蒸気
雰囲気中において安定し、かつ導電性に優れた特性によ
り、セパレータのアノード極に接触する部分が燃料ガス
中に含まれる水蒸気による酸化から保護される。この結
果、長期にわたってセパレータのアノード極に接する表
面が酸化しない固体電解質型燃料電池が得られる。
よれば、セパレータのアノード極に接する部分をニッケ
ル膜にて被覆したので、ニッケル膜が有する還元水蒸気
雰囲気中において安定し、かつ導電性に優れた特性によ
り、セパレータのアノード極に接触する部分が燃料ガス
中に含まれる水蒸気による酸化から保護される。この結
果、長期にわたってセパレータのアノード極に接する表
面が酸化しない固体電解質型燃料電池が得られる。
【図１】本発明に係る固体電解質型燃料電池の一実施例
を示す組立て斜視図。
を示す組立て斜視図。
【図２】図１のII−II断面図。
１…固体電解質 ２…カソード極 ３…アノード極 １０…中間用セパレータ １４…ニッケル膜 ４０…下用セパレータ ４２…ニッケル膜
Claims (1)
- 【請求項１】 表裏面にそれぞれアノード極とカソード
極を設けた固体電解質と、セパレータとを交互に積み重
ね、 少なくとも前記セパレータの前記アノード極に接する部
分にニッケル膜を被覆したこと、 を特徴とする固体電解質型燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5001533A JPH06203854A (ja) | 1993-01-08 | 1993-01-08 | 固体電解質型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5001533A JPH06203854A (ja) | 1993-01-08 | 1993-01-08 | 固体電解質型燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06203854A true JPH06203854A (ja) | 1994-07-22 |
Family
ID=11504163
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5001533A Pending JPH06203854A (ja) | 1993-01-08 | 1993-01-08 | 固体電解質型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06203854A (ja) |
-
1993
- 1993-01-08 JP JP5001533A patent/JPH06203854A/ja active Pending
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