JPH06223857A - 平板型固体電解質型燃料電池の連続放電装置 - Google Patents

平板型固体電解質型燃料電池の連続放電装置

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JPH06223857A
JPH06223857A JP5009701A JP970193A JPH06223857A JP H06223857 A JPH06223857 A JP H06223857A JP 5009701 A JP5009701 A JP 5009701A JP 970193 A JP970193 A JP 970193A JP H06223857 A JPH06223857 A JP H06223857A
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JP
Japan
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electrode
fuel cell
solid oxide
oxide fuel
continuous discharge
Prior art date
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Pending
Application number
JP5009701A
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English (en)
Inventor
Noboru Taniguchi
昇 谷口
Koji Gamo
孝治 蒲生
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH06223857A publication Critical patent/JPH06223857A/ja
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    • 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

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  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 平板型固体電解質型燃料電池の連続放電試験
を行うための装置において、放電時に発生する水蒸気を
電池極外で凝縮させ、極内で凝縮を防止することによ
り、簡便で安定した信頼性の高い電池の連続放電試験を
提供する。 【構成】 上部のアノード極2と、下部のカソード極4
を備え、電池極外で水蒸気を凝縮させる冷却管と凝縮し
た水の排水路を兼ね備えるガラス管1を装備し、また、
下部は発生した水蒸気を直接電気炉内に放出する構造を
持つ。上部アノード極7はガス出入口付近まで電気炉2
4で覆っている。同時に下部カソード側をガスシールレ
ス構造としている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、平板型固体電解質型燃
料電池の特性評価装置に関する。さらに詳しくは、連続
放電試験を行うための装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】固体電解質型燃料電池は、他の燃料電池
に比べ、液漏れ、液補充などの問題がなくメンテナンス
フリーであるなどの特徴を有している。また固体電解質
型燃料電池は、電解質の特性に依存して200℃以下で
作動する低温型タイプと、1000℃程度で作動する高
温型タイプとがある。高温型の燃料電池は、エネルギー
変換効率が高く、良質の排熱を利用することもでき、コ
ジェネレーションシステムとして有望なエネルギー変換
機である。更に、無触媒、燃料ガスの多様性があるなど
優れた特徴を持っている。しかしながら、現在、性能・
信頼性向上のために基礎研究が繰り返されている段階で
あり、実用化にはいましばらく時間を要する状況であ
る。
【0003】このような研究開発途上において、燃料電
池本体の特性評価装置、特に長期信頼性を評価する連続
放電装置の方式・性能は評価の信頼性・精度に関わる。
従来の簡易型の評価装置は、原理的に岩原らによって考
案されたもので、固体電解質の導電率、あるいは電極の
分極特性などの燃料電池の初期特性を評価する装置にと
どまり、長期にわたる信頼試験には適さなかった。連続
放電を行うには、実際に即した電池本体のみならず、マ
ニホールド、集電体、バイポーラ板などの電池周辺部材
も一回ずつ組立、評価の度に電池を解体するものであっ
た。
【0004】従来例として、岩原らにより考案され従来
用いられてきた簡易型評価装置を図5に示す。従来の装
置は、上部、下部両極ともガスシール構造を採ってい
る。試料となる電池本体は、Ptの燃料極2と酸化物固
体電解質3およびPtの空気極4からなっている。また
電流を取り出すPtリード線10と、燃料ガスおよび空
気を供給する石英管11、排出するアルミナ管12、各
極をシールするガラスパッキン13とからなっている
(岩原ら、ジャーナル パワー ソース(H.Iwahara, et
al., J.Power Sources, 7 (1982) Page 293-301) )。
さらに28は試料、29は参照極、30は熱電対であ
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の方式では、電池試験を行う毎にPtネット集電体を
電極に押し当てガラスパッキンで抑え込んでいたので、
ガラスがPtネット内に侵入したり、下部電極とPtネ
ットが外れたりして、リード接触も不確実であった。ま
た電池の組立、解体を繰り返す実験おいては、莫大の費
用と労力を要する。さらに、前記の簡易型評価装置で
は、電池放電で発生する水蒸気を連続的に極外に排出す
ることができず、極内で凝縮し、ガス流路を防ぐ。従っ
て、長期にわたる信頼試験には適さなかった。
【0006】本発明は、前記従来の問題を解決するた
め、放電時に発生する水蒸気を電池極外で凝縮させ、極
内で凝縮することを防止し、簡便で安定した信頼性の高
い電池の連続放電試験を行う装置を提供することを目的
とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の平板型固体電解質型燃料電池の連続放電装
置は、アノード極とカソード極を少なくとも備えた平板
型固体電解質型燃料電池の発電試験装置において、放電
時に発生する水蒸気を電池極外で凝縮させる手段を備え
たことを特徴とする。
【0008】前記構成においては、電池極外で凝縮させ
た水の排水路を備えていることが好ましい。また前記構
成においては、発生した水蒸気を直接電気炉内に放出す
る手段を備えていることが好ましい。
【0009】次に本発明の第2番目の平板型固体電解質
型燃料電池の連続放電装置は、アノード極とカソード極
を少なくとも備えた平板型固体電解質型燃料電池の発電
試験装置において、少なくとも片方の極のガスが外部に
拡散するシールレス構造を備えたことを特徴とする。
【0010】前記構成においては、シールレス構造が、
電池本体が集電体上にあり、自重により少なくとも片方
の極が前記集電体と直接接触していることが好ましい。
また前記構成においては、シールレス構造の極がカソー
ド極であり、下方に設置されていることが好ましい。
【0011】
【作用】前記した本発明の構成によれば、放電時に発生
する水蒸気を電池極外で凝縮させる手段を備えたことに
より、簡便で信頼性の高い燃料電池の連続放電試験を可
能にさせ、平板型固体電解質型燃料電池の長期にわたる
信頼性評価を行うことができる。また、凝縮させた水の
排水路を設けること、あるいは、発生した水蒸気を直接
電気炉内に放出することにより、信頼性を高めることが
できる。
【0012】次に本発明の第2番目の構成によれば、少
なくとも片方の極をガスシールレスの構造にすることに
より、電極とリードの接触を確実かつ簡便で信頼性の高
い燃料電池の連続放電試験を可能にさせ、平板型固体電
解質型燃料電池の長期にわたる信頼性評価を行うことが
できる。
【0013】
【実施例】以下実施例を用いて本発明をさらに具体的に
説明する。 実施例1 本実施例の平板型固体電解質型燃料電池の連続放電装置
を図1に示す。この連続放電装置は、上部のアノード極
2と、下部のカソード極4からなっている。電池極外で
水蒸気を凝縮させる冷却管と凝縮した水の排水路を兼ね
備えるガラス管1を装備し、また、下部は発生した水蒸
気を直接電気炉内に放出する構造にしている。水蒸気を
極外で凝縮させるため、上部アノード極2はガス出入口
付近まで電気炉24で覆っている。また、同時に下部カ
ソード極4側をシールレス構造にしている。試料となる
電池本体は、Ptの燃料極2(アノード極)、酸化物固
体電解質3およびPtの空気極4(カソード極)から成
っている。装置は、電流を取り出すPtリード線5と、
燃料ガスを供給する石英管6、排出するアルミナ管7、
上部の燃料極2(アノード極)をシールするガラスパッ
キン8、空気を供給するアルミナ管9とからなってい
る。矢印Aは燃料ガスの供給方向を示し、矢印Bは燃焼
ガスの排出方向を示す。また27はステージである。
【0014】次に本実施例の連続放電装置と従来装置の
評価結果を示す。本実施例では、燃料ガスとして水素ガ
ス99容量%、水蒸気1容量%の組成の混合ガスを、酸
化剤ガスとして空気を用い、各々のガスを200cc/
min.の流量で供給し、温度を800℃に保持した。
150mA/cm2 で連続放電を行い、電圧の経時変化
を調べた。その結果を図2に示す。従来の装置では、電
池本体の電極と集電体の取付にかなりの時間を要し、し
かも放電を始めた後でもガラスパッキンの融け出しなど
で断線することも多かったが、本実施例の装置では、電
池本体をPtネット26上に置くだけで確実に通電が採
れる。従来装置では、100時間程度で突然電池性能が
劣化している。しかしながら、実際の電池本体の劣化で
ないことは本実施例の装置と比較することで明白であ
る。従来の装置で連続放電を行った場合、放電より発生
した水蒸気がアルミナ管上部あるいは下部で冷却され凝
縮し、その結果、水滴の電極への滴下、ガス流路障害を
きたし電池を劣化させてしまう。本実施例の連続放電装
置は、従来の装置に較べ安定かつ正確に電池性のを評価
できること、また簡便であることが確認できた。上部の
冷却管かつ排水管からは、予想された通り多量の水が排
出された。
【0015】実施例2 本実施例の平板型固体電解質型燃料電池の連続放電装置
の実施例を図3に示す。この連続放電装置は、上部のア
ノード極15と、下部のカソード極17からなってい
る。電池極外で水蒸気を凝縮させる冷却管と凝縮した水
の排水路を兼ね備えるガラス管14を装備し、また、下
部も凝縮した水を排出するガラス管25を装備してい
る。水蒸気を極外で凝縮させるため、上部アノード極1
5はガス出入口付近までリボンヒーターで保温してい
る。また、同時に下部カソード極17側をガスシールレ
ス構造にしている。試料となる電池本体は、Ptの燃料
極15(アノード極)、酸化物固体電解質16およびP
tの空気極17(カソード極)から成っている。装置
は、電流を取り出すPtリード線18と、燃料ガスを供
給する石英管19、排出するアルミナ管20、上部の燃
料極をシールするガラスパッキン21、空気を供給する
石英管22、排出するアルミナ管23とから成ってい
る。矢印Cは燃料ガスの供給方向を示し、矢印Dは燃焼
ガスの排出方向を示す。
【0016】従来の装置は上部、下部両極ともガスシー
ル構造を採っており、放電により発生する水蒸気の排出
法を講じていない。また、従来の方式では、電池試験を
行う毎にPtネット集電体26を電極に押し当てガラス
パッキンで抑え込んでいたので、ガラスがPtネット内
に侵入したり、下部電極とPtネットが外れたりして、
リード接触も不確実であった。
【0017】次に本実施例の連続放電装置と従来装置の
評価結果を示す。本実施例では、燃料ガスとして水素ガ
ス99容量%、水蒸気1容量%の組成の混合ガスを、酸
化剤ガスとして空気を用い、各々のガスを200cc/
min.の流量で供給し、温度を800℃に保持した。
100mA/cm2 で連続放電を行い、電圧の経時変化
を調べた。結果を図4に示す。従来の装置では、電池本
体の電極と集電体の取付にかなりの時間を要し、しかも
放電を始めた後でもガラスパッキンの融け出しなどで断
線することも多かったが、本実施例の装置では、電池本
体をPtネット上に置くだけで確実に通電が採れる。
【0018】従来装置では、200時間程度で突然電池
性能が劣化している。しかしながら、実際の電池本体の
劣化でないことは本実施例の装置と比較することで明白
である。従来の装置で連続放電を行った場合、放電より
発生した水蒸気がアルミナ管上部あるいは下部で冷却さ
れ凝縮し、その結果、水滴の電極への滴下、ガス流路障
害をきたし電池を劣化させてしまう。
【0019】本実施例の連続放電装置は、従来の装置に
較べ安定かつ正確に電池性のを評価できること、また簡
便であることが確認できた。上部および下部の冷却管か
つ排水管からは、予想された通り多量の水が排出され
た。
【0020】以上、本実施例では、燃料ガスとして水素
ガス99容量%、水蒸気1容量%の組成の混合ガスを、
酸化剤ガスとして空気を用い、各々のガスを200cc
/min.の流量で供給し、温度を800℃に保持した
事例を示しているが、ガス組成、流量および操作温度
は、どのような条件でも採用できる。また固体電解質、
電極の材料・形状も本実施例のものに限定されない。ま
た、電池本体の構造材料、例えばPtリード、Ptネッ
トの集電体、石英のガス導入管、ガラス管の冷却管兼排
水管などの材質・形状は何であっても良い。連続放電の
時間、燃料電池の測定方法も、連続放電を行う目的であ
ればどのような方法でも良い。
【0021】
【発明の効果】本発明は、放電時に発生する水蒸気を電
池極外で凝縮させ、極内で凝縮を防止することにより、
簡便で安定した信頼性の高い電池の連続放電試験を可能
にする。また、凝縮させた水の排水路を設けること、ま
たは発生した水蒸気を直接電気炉内に放出することによ
り、信頼性を高めることができ、更に少なくとも片方の
極をガスシールレスの構造にすることにより、電極とリ
ードの接触を確実かつ簡便で信頼性の高い燃料電池の連
続放電試験を可能にさせ、平板型固体電解質型燃料電池
の長期にわたる信頼性評価を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1における平板型固体電解質型
燃料電池の連続放電装置のモデル概念図。
【図2】本発明の実施例1の連続150mA/cm2
電中の電圧の経時変化の図。
【図3】本発明の実施例2における平板型固体電解質型
燃料電池の連続放電装置のモデル概念図。
【図4】本発明の実施例2の連続100mA/cm2
電中の電圧の経時変化の図。
【図5】従来の簡易型評価装置の断面図。
【符号の説明】
1、14 冷却管と排水路を兼ね備えるガラス管 2、15 燃料極(アノード極) 3、16 酸化物固体電解質 4、17 空気極(カソード極) 5、10、18 リード線 6、19 燃料ガス供給用石英管 7、20 燃料ガス排出用アルミナ管 8、13、21 ガラスパッキン 9 空気供給用アルミナ管 11、22 空気供給用石英管 12、23 空気排出用アルミナ管 24 電気炉 25 下部ガラス管 26 集電体(Ptネット) 27 ステージ 28 試料 29 参照極 30 熱電対 A,A´,C,E ガス供給方向 B,B´,D,F ガス排出方向

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アノード極とカソード極を少なくとも備
    えた平板型固体電解質型燃料電池の発電試験装置におい
    て、放電時に発生する水蒸気を電池極外で凝縮させる手
    段を備えたことを特徴とする平板型固体電解質型燃料電
    池の連続放電装置。
  2. 【請求項2】 電池極外で凝縮させた水の排水路を備え
    た請求項1に記載の平板型固体電解質型燃料電池の連続
    放電装置。
  3. 【請求項3】 発生した水蒸気を直接電気炉内に放出す
    る手段を備えた請求項1に記載の平板型固体電解質型燃
    料電池の連続放電装置。
  4. 【請求項4】 アノード極とカソード極を少なくとも備
    えた平板型固体電解質型燃料電池の発電試験装置におい
    て、少なくとも片方の極のガスが外部に拡散するシール
    レス構造を備えたことを特徴とする平板型固体電解質型
    燃料電池の連続放電装置。
  5. 【請求項5】 シールレス構造が、電池本体が集電体上
    にあり、自重により少なくとも片方の極が前記集電体と
    直接接触している請求項4に記載の平板型固体電解質型
    燃料電池の連続放電装置。
  6. 【請求項6】 シールレス構造の極がカソード極であ
    り、下方に設置されている請求項4に記載の平板型固体
    電解質型燃料電池の連続放電装置。
JP5009701A 1993-01-25 1993-01-25 平板型固体電解質型燃料電池の連続放電装置 Pending JPH06223857A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6528195B1 (en) 1999-02-17 2003-03-04 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Mixed ionic conductor and device using the same

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6528195B1 (en) 1999-02-17 2003-03-04 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Mixed ionic conductor and device using the same
US7491461B2 (en) 1999-02-17 2009-02-17 Panasonic Corporation Mixed ionic conductor and device using the same

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