JPH06302328A - 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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- JPH06302328A JPH06302328A JP5086201A JP8620193A JPH06302328A JP H06302328 A JPH06302328 A JP H06302328A JP 5086201 A JP5086201 A JP 5086201A JP 8620193 A JP8620193 A JP 8620193A JP H06302328 A JPH06302328 A JP H06302328A
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- JP
- Japan
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- separator
- fuel cell
- cell
- solid electrolyte
- unit cell
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
- H01M8/2425—High-temperature cells with solid electrolytes
- H01M8/2432—Grouping of unit cells of planar configuration
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
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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
-
- 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
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ガスが漏れにくく、稼動、停止を繰り返して
も単セルが破損しない固体電解質型燃料電池を得る。 【構成】 固体電解質の上下面にそれぞれカソード極及
びアノード極を設けた単セル1と、中間用セパレータ1
0とを交互に積み重ね、さらに上下に上用セパレータ3
0と下用セパレータ40とを配設して燃料電池を構成す
る。このとき、単セル1と中間用セパレータ10の間、
単セル1と上用セパレータ30の間及び単セル1と下用
セパレータ40の間で、かつ、燃料電池の外周部分に密
封材20を配設する。この密封材20の材料としては、
セラミックスファイバーとガラスの複合材料が用いられ
る。
も単セルが破損しない固体電解質型燃料電池を得る。 【構成】 固体電解質の上下面にそれぞれカソード極及
びアノード極を設けた単セル1と、中間用セパレータ1
0とを交互に積み重ね、さらに上下に上用セパレータ3
0と下用セパレータ40とを配設して燃料電池を構成す
る。このとき、単セル1と中間用セパレータ10の間、
単セル1と上用セパレータ30の間及び単セル1と下用
セパレータ40の間で、かつ、燃料電池の外周部分に密
封材20を配設する。この密封材20の材料としては、
セラミックスファイバーとガラスの複合材料が用いられ
る。
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、固体電解質の表裏面にアノード極とカ
ソード極を設けた単セルと、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。セパレータと単セルと
の接合部分は燃料ガスや酸化ガスが漏れないように密封
しなければならない。しかも、燃料電池の停止温度(室
温)に対して、稼動温度が高く(約1000℃)、か
つ、単セルとセパレータとの間の熱膨張係数が大きく異
なるため、燃料電池の稼動、停止を繰り返すと熱ストレ
スによって単セルが破損するという問題があった。
の一種類として、固体電解質の表裏面にアノード極とカ
ソード極を設けた単セルと、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。セパレータと単セルと
の接合部分は燃料ガスや酸化ガスが漏れないように密封
しなければならない。しかも、燃料電池の停止温度(室
温)に対して、稼動温度が高く(約1000℃)、か
つ、単セルとセパレータとの間の熱膨張係数が大きく異
なるため、燃料電池の稼動、停止を繰り返すと熱ストレ
スによって単セルが破損するという問題があった。
【0003】この対策として、端面メルトシール法とい
う密封方法が提案されている。この方法は、セパレータ
と単セルの接合部分の外周部に溜部を形成し、この溜部
にパイレックスガラスのような非導電性高粘度融体を充
填する方法である。しかしながら、この方法も、単セル
とセパレータの接合が不十分であると、稼動中にガス漏
れが生じる等の不具合のおそれがあった。
う密封方法が提案されている。この方法は、セパレータ
と単セルの接合部分の外周部に溜部を形成し、この溜部
にパイレックスガラスのような非導電性高粘度融体を充
填する方法である。しかしながら、この方法も、単セル
とセパレータの接合が不十分であると、稼動中にガス漏
れが生じる等の不具合のおそれがあった。
【0004】そこで、本発明の課題は、ガスが漏れにく
く、稼動、停止を繰り返しても単セルが破損しない固体
電解質型燃料電池を提供することにある。
く、稼動、停止を繰り返しても単セルが破損しない固体
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)固体
電解質の表裏面にそれぞれアノード極とカソード極を設
けた単セルと、セパレータとを交互に積み重ね、(b)
前記単セルと前記セパレータとの間に、セラミックスフ
ァイバーとガラスの複合材料からなる密封材を配設した
こと、を特徴とする。
め、本発明に係る固体電解質型燃料電池は、(a)固体
電解質の表裏面にそれぞれアノード極とカソード極を設
けた単セルと、セパレータとを交互に積み重ね、(b)
前記単セルと前記セパレータとの間に、セラミックスフ
ァイバーとガラスの複合材料からなる密封材を配設した
こと、を特徴とする。
【0006】
【作用】以上の構成において、複合材料に含まれるセラ
ミックスファイバーは柔軟性を有し、セパレータと単セ
ルの熱膨張係数の相違による熱ストレスを緩和する。ま
た、高温条件下の密封性は、複合材料に含まれるガラス
によって確保される。
ミックスファイバーは柔軟性を有し、セパレータと単セ
ルの熱膨張係数の相違による熱ストレスを緩和する。ま
た、高温条件下の密封性は、複合材料に含まれるガラス
によって確保される。
【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。単セ
ル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1
a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。単
セル1は、固体電解質2の上面及び下面にカソード極3
及びアノード極4を設けたものである。固体電解質2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。アノード極4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3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。
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。単セ
ル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1
a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。単
セル1は、固体電解質2の上面及び下面にカソード極3
及びアノード極4を設けたものである。固体電解質2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。アノード極4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3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。
【0008】中間用セパレータ10は、単セル1と交互
に積み重ねられている。このとき、カソード極3及びア
ノード極4に発生した電荷を効率よく集電するために、
中間用セパレータ10と単セル1のカソード極3の間に
は(La,Sr)MnO3からなる導電性多孔質体15
を配設し、中間用セパレータ10とアノード極4の間に
はニッケルメッシュ14を配設した(図2参照)。導電
性多孔質体15及びニッケルメッシュ14のサイズは、
単セル1より若干小さく設定されている。
に積み重ねられている。このとき、カソード極3及びア
ノード極4に発生した電荷を効率よく集電するために、
中間用セパレータ10と単セル1のカソード極3の間に
は(La,Sr)MnO3からなる導電性多孔質体15
を配設し、中間用セパレータ10とアノード極4の間に
はニッケルメッシュ14を配設した(図2参照)。導電
性多孔質体15及びニッケルメッシュ14のサイズは、
単セル1より若干小さく設定されている。
【0009】中間用セパレータ10は、燃料ガス18を
アノード極4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3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
している。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。
アノード極4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3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
している。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。
【0010】単セル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。このとき、カソード極3及び
アノード極4に発生した電荷を効率よく集電するため
に、上用セパレータ30とカソード極3の間には(L
a,Sr)MnO3からなる導電性多孔質体15を配設
し、下用セパレータ40とアノード極4の間にはニッケ
ルメッシュ14を配設した(図2参照)。
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。このとき、カソード極3及び
アノード極4に発生した電荷を効率よく集電するため
に、上用セパレータ30とカソード極3の間には(L
a,Sr)MnO3からなる導電性多孔質体15を配設
し、下用セパレータ40とアノード極4の間にはニッケ
ルメッシュ14を配設した(図2参照)。
【0011】上用セパレータ30の下面には、酸化ガス
19をカソード極3に均等にゆきわたらせるための溝3
1を一定の間隔で複数配設している。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。下用セパレ
ータ40は上面に燃料ガス18をアノード極4に均等に
ゆきわたらせるための溝41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。これらの中間用セパレータ10、上用セ
パレータ30及び下用セパレータ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材料
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。
19をカソード極3に均等にゆきわたらせるための溝3
1を一定の間隔で複数配設している。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。下用セパレ
ータ40は上面に燃料ガス18をアノード極4に均等に
ゆきわたらせるための溝41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。これらの中間用セパレータ10、上用セ
パレータ30及び下用セパレータ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材料
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。
【0012】図2に示すように、単セル1と中間用セパ
レータ10の間、単セル1と上用セパレータ30の間及
び単セル1と下用セパレータ40の間には密封材20が
配設されている。この密封材20はニッケルメッシュ1
4あるいは導電性多孔質体15を囲むようにして配設さ
れている。この密封材20は燃料ガスや酸化ガスを外気
から遮断する。密封材20の材料には、セラミックスフ
ァイバーとガラスの複合材料が用いられる。本実施例で
は、アルミナシリカ系のバルクファイバーと硼珪酸系ガ
ラスに有機結合材を加えてスラリー状にしたものを、ド
クターブレード法によりシート状に成形したものを使用
した。
レータ10の間、単セル1と上用セパレータ30の間及
び単セル1と下用セパレータ40の間には密封材20が
配設されている。この密封材20はニッケルメッシュ1
4あるいは導電性多孔質体15を囲むようにして配設さ
れている。この密封材20は燃料ガスや酸化ガスを外気
から遮断する。密封材20の材料には、セラミックスフ
ァイバーとガラスの複合材料が用いられる。本実施例で
は、アルミナシリカ系のバルクファイバーと硼珪酸系ガ
ラスに有機結合材を加えてスラリー状にしたものを、ド
クターブレード法によりシート状に成形したものを使用
した。
【0013】以上の各構成品1,10,14,15,2
0,30,40は一体的に接合され、燃料電池をなして
いる。この燃料電池を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30aから燃料電池内に送り込み、酸化ガス1
9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11,12,31,41に沿って均等に各単セル1の
アノード極4とカソード極3に供給され、固体電解質2
を介して電極反応を起こさせ、電圧を発生させる。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40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。燃料
電池の回路をオープン状態にして、燃料電池に発生した
電圧を測定すると、1個の単セルに発生する電圧は1.
02Vであり、略理論値通りの値が得られた。
0,30,40は一体的に接合され、燃料電池をなして
いる。この燃料電池を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30aから燃料電池内に送り込み、酸化ガス1
9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11,12,31,41に沿って均等に各単セル1の
アノード極4とカソード極3に供給され、固体電解質2
を介して電極反応を起こさせ、電圧を発生させる。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40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。燃料
電池の回路をオープン状態にして、燃料電池に発生した
電圧を測定すると、1個の単セルに発生する電圧は1.
02Vであり、略理論値通りの値が得られた。
【0014】また、この燃料電池を、200℃/時間の
昇降温速度で室温(25℃)と稼動温度(1000℃)
の間を30回の温度サイクル試験を実施した後、回路を
オープン状態にして、燃料電池に発生した電圧を測定し
た。この結果、この燃料電池は30回の温度サイクル試
験後も、発生電圧は試験前の電圧と殆ど変わらなかっ
た。しかも、温度サイクル試験後、この燃料電池の単セ
ル1を調べたが、単セル1には破損はなかった。
昇降温速度で室温(25℃)と稼動温度(1000℃)
の間を30回の温度サイクル試験を実施した後、回路を
オープン状態にして、燃料電池に発生した電圧を測定し
た。この結果、この燃料電池は30回の温度サイクル試
験後も、発生電圧は試験前の電圧と殆ど変わらなかっ
た。しかも、温度サイクル試験後、この燃料電池の単セ
ル1を調べたが、単セル1には破損はなかった。
【0015】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。特に、セラミック
スファイバーとガラスの複合材料は、セラミックペーパ
ーにガラスを含浸させたものであってもよい。
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。特に、セラミック
スファイバーとガラスの複合材料は、セラミックペーパ
ーにガラスを含浸させたものであってもよい。
【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、単セルとセパレータとの間にセラミックスファ
イバーとガラスの複合材料からなる密封材を配設したの
で、複合材料に含まれるセラミックスファイバーがセパ
レータと単セルの熱膨張係数の相違による熱ストレスを
緩和する。一方、複合材料に含まれるガラスが燃料電池
の稼動中の高温条件下でも密封性を確保する。この結
果、単セルとセパレータの合わせ面が若干ずれていて
も、稼動時の密封性が安定して得られ、稼動、停止を繰
り返しても熱ストレスを吸収できる固体電解質型燃料電
池を得ることができる。
よれば、単セルとセパレータとの間にセラミックスファ
イバーとガラスの複合材料からなる密封材を配設したの
で、複合材料に含まれるセラミックスファイバーがセパ
レータと単セルの熱膨張係数の相違による熱ストレスを
緩和する。一方、複合材料に含まれるガラスが燃料電池
の稼動中の高温条件下でも密封性を確保する。この結
果、単セルとセパレータの合わせ面が若干ずれていて
も、稼動時の密封性が安定して得られ、稼動、停止を繰
り返しても熱ストレスを吸収できる固体電解質型燃料電
池を得ることができる。
【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…単セル 2…固体電解質 3…カソード極 4…アノード極 10…中間用セパレータ 20…密封材 30…上用セパレータ 40…下用セパレータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 白鳥 晃 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内 (72)発明者 伴野 国三郎 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内 (72)発明者 鷹木 洋 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内
Claims (1)
- 【請求項1】 固体電解質の表裏面にそれぞれアノード
極とカソード極を設けた単セルと、セパレータとを交互
に積み重ね、 前記単セルと前記セパレータとの間に、セラミックスフ
ァイバーとガラスの複合材料からなる密封材を配設した
こと、 を特徴とする固体電解質型燃料電池。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5086201A JPH06302328A (ja) | 1993-04-13 | 1993-04-13 | 固体電解質型燃料電池 |
EP94105730A EP0620608A1 (en) | 1993-04-13 | 1994-04-13 | Solid oxide fuel cell and manufacturing process thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5086201A JPH06302328A (ja) | 1993-04-13 | 1993-04-13 | 固体電解質型燃料電池 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06302328A true JPH06302328A (ja) | 1994-10-28 |
Family
ID=13880172
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5086201A Pending JPH06302328A (ja) | 1993-04-13 | 1993-04-13 | 固体電解質型燃料電池 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP0620608A1 (ja) |
JP (1) | JPH06302328A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100793159B1 (ko) * | 2006-12-21 | 2008-01-10 | 주식회사 포스코 | 연료전지 분리판의 밀봉 개선 구조 |
Families Citing this family (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5585203A (en) * | 1994-03-03 | 1996-12-17 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Method of producing a solid oxide fuel cell |
US5942348A (en) * | 1994-12-01 | 1999-08-24 | Siemens Aktiengesellschaft | Fuel cell with ceramic-coated bipolar plates and a process for producing the fuel cell |
AU699402B2 (en) * | 1994-12-01 | 1998-12-03 | Siemens Aktiengesellschaft | Fuel cell with ceramic-coated bipolar plates and its production |
DE19505913C1 (de) * | 1995-02-21 | 1996-04-04 | Forschungszentrum Juelich Gmbh | Anordnung für Festelektrolyt-Brennstoffzellen |
US6541146B1 (en) * | 2000-11-07 | 2003-04-01 | Hybrid Power Generation Systems, Llc | Composite sealant materials based on reacting fillers for solid oxide fuel cells |
US6824910B2 (en) * | 2001-01-24 | 2004-11-30 | The Regents Of The University Of California | Co-flow planar SOFC fuel cell stack |
JP4615143B2 (ja) * | 2001-05-14 | 2011-01-19 | 東京瓦斯株式会社 | 平板形固体酸化物燃料電池及びそのための合金製セパレータ |
DK1590840T3 (en) * | 2002-12-24 | 2017-09-18 | Versa Power Systems Ltd | HIGH TEMPERATURE GAS SEAL |
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