JPH0644981A - 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Info
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- JPH0644981A JPH0644981A JP3098333A JP9833391A JPH0644981A JP H0644981 A JPH0644981 A JP H0644981A JP 3098333 A JP3098333 A JP 3098333A JP 9833391 A JP9833391 A JP 9833391A JP H0644981 A JPH0644981 A JP H0644981A
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- Japan
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- plate
- gas
- flat plate
- separator
- solid electrolyte
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-
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- 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】 電極とセパレータとの間の接触抵抗を低減さ
せ、出力を向上しうる平板状固体電解質型燃料電池の提
供。 【構成】 両面にカソードとアノードを形成した平板状
固体電解質、両面に両側を残して平底に形成された凹部
を設けたセパレータ、ガス透過性通電スペーサ、及び外
部端子を集積する。
せ、出力を向上しうる平板状固体電解質型燃料電池の提
供。 【構成】 両面にカソードとアノードを形成した平板状
固体電解質、両面に両側を残して平底に形成された凹部
を設けたセパレータ、ガス透過性通電スペーサ、及び外
部端子を集積する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電極とセパレータとの
間の接触抵抗を低減させ、出力を向上しうる平板状固体
電解質型燃料電池に関するものである。
間の接触抵抗を低減させ、出力を向上しうる平板状固体
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平板状固体電解質型
燃料電池におけるセパレータには、両面に各ガス通路と
なる溝を設けたものが多用されている。しかしながら、
このセパレータでは溝部分は電極との接触に利用でき
ず、電極との接触面積が制限されるために、接触抵抗が
高くなりすぎて出力の向上が図れないという欠点があっ
た。
燃料電池におけるセパレータには、両面に各ガス通路と
なる溝を設けたものが多用されている。しかしながら、
このセパレータでは溝部分は電極との接触に利用でき
ず、電極との接触面積が制限されるために、接触抵抗が
高くなりすぎて出力の向上が図れないという欠点があっ
た。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
従来のセパレータを組み込んだ平板状固体電解質型燃料
電池のもつ欠点を克服し、電極とセパレータとの間の接
触抵抗を低減させ、出力を向上しうる平板状固体電解質
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。
従来のセパレータを組み込んだ平板状固体電解質型燃料
電池のもつ欠点を克服し、電極とセパレータとの間の接
触抵抗を低減させ、出力を向上しうる平板状固体電解質
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平板状固体電解質型燃料電池を開発
するために種々研究を重ねた結果、電極とセパレータと
の電気的接統が両者の間に導電材料からなるガス透過性
通電スペーサを介在させることにより得られ、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。
ましい特徴を有する平板状固体電解質型燃料電池を開発
するために種々研究を重ねた結果、電極とセパレータと
の電気的接統が両者の間に導電材料からなるガス透過性
通電スペーサを介在させることにより得られ、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、両面にそれぞれカソ
ード及びアノードが形成された平板状固体電解質、両面
に両側を残して平底に形成された凹部がそれぞれ形成さ
れたセパレータ、ガス透過性通電スペーサ、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
料電池を提供するものである。
ード及びアノードが形成された平板状固体電解質、両面
に両側を残して平底に形成された凹部がそれぞれ形成さ
れたセパレータ、ガス透過性通電スペーサ、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
料電池を提供するものである。
【０００６】本発明の平板状固体電解質型燃料電池は、
多数のセルからなる多段直列型の電池であって、各セル
において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層構造板をガス透過性通
電スペーサ及び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。
多数のセルからなる多段直列型の電池であって、各セル
において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層構造板をガス透過性通
電スペーサ及び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。
【０００７】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（ＣＳＺ）
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０．０５
ｍｍ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。
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（ＣＳＺ）
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０．０５
ｍｍ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。
【０００８】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ＬａｘＳｒ１−ｘＭｎＯ３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。
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ＬａｘＳｒ１−ｘＭｎＯ３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。
【０００９】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／ＺｒＯ２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。
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／ＺｒＯ２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。
【００１０】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。
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。
【００１１】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。
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。
【００１２】セパレータは、隣接するセルの電極間をガ
ス透過性通電スペーサとともに電気的に接続するととも
に、両面に両側を残して平底に形成された凹部あるいは
幅広の浅溝が形成されてガス透過性通電スペーサととも
に隣接するセルのアノード側及びカソード側のそれぞれ
のガス通路を形成している。
ス透過性通電スペーサとともに電気的に接続するととも
に、両面に両側を残して平底に形成された凹部あるいは
幅広の浅溝が形成されてガス透過性通電スペーサととも
に隣接するセルのアノード側及びカソード側のそれぞれ
のガス通路を形成している。
【００１３】ガス透過性通電スペーサは、燃料ガスや酸
化剤ガス等の原料ガスが一端の流入側から他端の流出側
へ自在に流通しうる空間、空隙を有するとともに、集積
方向へも自在に流通しうる穴、孔、網目、空隙等を有す
る形態のものであれば特に制限されず、このような形態
としては、例えば多孔性波板のような有孔性波板、メッ
シュや金網のような網状体などが用いられ、さらに集積
安定化や電極との接触面積の増大を図るなどの効果向上
のため、多孔性通電平板のような有孔性通電平板を電極
と前記スペーサとの間に介在させるのが好ましい。ま
た、ガス透過性通電スペーサと有孔性通電平板を一体形
成したものも同様に用いられる。これら有孔性板は所定
の板にプレス加工等により穴を開けるなどして作成する
ことができる。
化剤ガス等の原料ガスが一端の流入側から他端の流出側
へ自在に流通しうる空間、空隙を有するとともに、集積
方向へも自在に流通しうる穴、孔、網目、空隙等を有す
る形態のものであれば特に制限されず、このような形態
としては、例えば多孔性波板のような有孔性波板、メッ
シュや金網のような網状体などが用いられ、さらに集積
安定化や電極との接触面積の増大を図るなどの効果向上
のため、多孔性通電平板のような有孔性通電平板を電極
と前記スペーサとの間に介在させるのが好ましい。ま
た、ガス透過性通電スペーサと有孔性通電平板を一体形
成したものも同様に用いられる。これら有孔性板は所定
の板にプレス加工等により穴を開けるなどして作成する
ことができる。
【００１４】セパレータ、ガス透過性通電スペーサ、有
孔性通電平板の材質としては通電性あるいは導電性すな
わち電気的接続性に優れたものであれば特に限定されな
いが、通常金属又はＬａＣｒＯ３などの導電性セラミッ
クスが用いられる。
孔性通電平板の材質としては通電性あるいは導電性すな
わち電気的接続性に優れたものであれば特に限定されな
いが、通常金属又はＬａＣｒＯ３などの導電性セラミッ
クスが用いられる。
【００１５】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。また、ガス通路の配置を変えて燃料ガ
ス、酸化剤ガスを平行に流すことにより一層の出力の向
上が期待できる。
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。また、ガス通路の配置を変えて燃料ガ
ス、酸化剤ガスを平行に流すことにより一層の出力の向
上が期待できる。
【００１６】各電極を一体形成した固体電解質板、ガス
透過性通電スペーサ、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８０
０℃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。このガラスとしては電池の作
動温度で水素に対して耐還元性があり、空気に対して耐
酸化性があり、また耐水蒸気性のあるものを選ぶ。
透過性通電スペーサ、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８０
０℃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。このガラスとしては電池の作
動温度で水素に対して耐還元性があり、空気に対して耐
酸化性があり、また耐水蒸気性のあるものを選ぶ。
【００１７】こうして組み立てた電池に燃料ガス及び酸
化剤ガスを供給するためには、燃料ガスの入口、出口、
酸化剤ガスの入口、出口の面にマニホールドを取り付け
ればよい。
化剤ガスを供給するためには、燃料ガスの入口、出口、
酸化剤ガスの入口、出口の面にマニホールドを取り付け
ればよい。
【００１８】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。
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。
【００１９】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有孔性通電平板１６、上記通電スペ
ーサとしての有孔性波板１５及び両面に上記平底状凹部
あるいは幅広の浅溝１４ａ，１４ｂを互いに直角方向に
設けたセパレータ１４を介して集積し、両端には外部端
子をそれぞれ設ける。
一体形成したものを有孔性通電平板１６、上記通電スペ
ーサとしての有孔性波板１５及び両面に上記平底状凹部
あるいは幅広の浅溝１４ａ，１４ｂを互いに直角方向に
設けたセパレータ１４を介して集積し、両端には外部端
子をそれぞれ設ける。
【００２０】この集合セルを組み立てるときにはガス漏
れしないようにガラスペーストで封止する。
れしないようにガラスペーストで封止する。
【００２１】燃料ガスと酸化剤ガスはそれぞれ対応する
凹部あるいは溝１４ａ，１４ｂ内を有孔性波板１５に沿
って、あるいは有孔性波板１５の孔部を通して流通さ
せ、各電極上へは有孔性通電平板１６の孔部を通して拡
散させることによって供給される。
凹部あるいは溝１４ａ，１４ｂ内を有孔性波板１５に沿
って、あるいは有孔性波板１５の孔部を通して流通さ
せ、各電極上へは有孔性通電平板１６の孔部を通して拡
散させることによって供給される。
【００２２】図２に、組み立てられた電池本体のマニホ
ールドへの取付例を示す。電池本体２１を円筒状マニホ
ールド２２の管内に挿入し、凹部あるいは溝１４ａ，１
４ｂの出口が管壁に面するように配置する。電池本体２
１とマニホールド２２の接続箇所（４ケ所）をガス封止
し、凹部あるいは溝１４ａ，１４ｂの各両端をそれぞれ
マニホールド２２の円筒状管壁と電池本体２１で形成さ
れた４つのガス通路２３〜２６と対応させる。
ールドへの取付例を示す。電池本体２１を円筒状マニホ
ールド２２の管内に挿入し、凹部あるいは溝１４ａ，１
４ｂの出口が管壁に面するように配置する。電池本体２
１とマニホールド２２の接続箇所（４ケ所）をガス封止
し、凹部あるいは溝１４ａ，１４ｂの各両端をそれぞれ
マニホールド２２の円筒状管壁と電池本体２１で形成さ
れた４つのガス通路２３〜２６と対応させる。
【００２３】
【実施例】図１の集合様式に従い、３段直列の平板状固
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５０×５０×０．２ｍｍの板状
物を用いた。そして、酸素通路側にＬａ０．９Ｓ
ｒ ０．１ＭｎＯ３粉末（平均粒径約５μｍ）を厚さ
０．３ｍｍに塗布してカソード１２とし、水素通路側に
Ｎｉ／ＺｒＯ２（１０／１重量比）のサーメット混合粉
末を厚さ０．３ｍｍに塗布してアノード１３とした。ま
た、セパレータ１４、有孔性波板１５及び有孔性通電平
板１６にはニツケル基合金を用いた。セパレータ１４に
は５０×５０×５ｍｍの寸法でガス流路としての溝の深
さが２．０ｍｍの板状物を用いた。
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５０×５０×０．２ｍｍの板状
物を用いた。そして、酸素通路側にＬａ０．９Ｓ
ｒ ０．１ＭｎＯ３粉末（平均粒径約５μｍ）を厚さ
０．３ｍｍに塗布してカソード１２とし、水素通路側に
Ｎｉ／ＺｒＯ２（１０／１重量比）のサーメット混合粉
末を厚さ０．３ｍｍに塗布してアノード１３とした。ま
た、セパレータ１４、有孔性波板１５及び有孔性通電平
板１６にはニツケル基合金を用いた。セパレータ１４に
は５０×５０×５ｍｍの寸法でガス流路としての溝の深
さが２．０ｍｍの板状物を用いた。
【００２４】このように各電極を一体形成した固体電解
質板１１、セパレータ１４、有孔性波板１５及び有孔性
通電平板１６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℃のガラスペ
ーストを塗布してガス封止用とした。このガラスは電池
の作動温度（９００〜１０００℃）で適度に軟化してガ
スを封止する。
質板１１、セパレータ１４、有孔性波板１５及び有孔性
通電平板１６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℃のガラスペ
ーストを塗布してガス封止用とした。このガラスは電池
の作動温度（９００〜１０００℃）で適度に軟化してガ
スを封止する。
【００２５】こうして集積した電池に図２に示したアル
ミナ製マニホールド２２を取り付けた。マニホールド２
２と電池本体２１との接触部分はガラスペーストを塗布
してガス封止をした。次いで、ガス配管を接続するとと
もに、電気の取り出し部には白金リード線を溶接し、電
気的に接統した。
ミナ製マニホールド２２を取り付けた。マニホールド２
２と電池本体２１との接触部分はガラスペーストを塗布
してガス封止をした。次いで、ガス配管を接続するとと
もに、電気の取り出し部には白金リード線を溶接し、電
気的に接統した。
【００２６】このようにして作製した平板状固体電解質
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℃／ｍ
ｉｎ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℃／ｍｉ
ｎで１０００℃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。開放電圧はいずれも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。
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℃／ｍ
ｉｎ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℃／ｍｉ
ｎで１０００℃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。開放電圧はいずれも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】
【００２７】このセルの抵抗を測定したところ、１２０
ｍΩと低かった。これに対し、図３に示した溝型セパレ
ータを用いた場合の３段直列セルの放電特性を表２に示
す。このセルの抵抗は２１０ｍΩであった。
ｍΩと低かった。これに対し、図３に示した溝型セパレ
ータを用いた場合の３段直列セルの放電特性を表２に示
す。このセルの抵抗は２１０ｍΩであった。
【表２】
【００２８】
【発明の効果】本発明の平板状固体電解質型燃料電池
は、電極とセパレータとの間の接触抵抗を低減させ、出
力を向上しうるという顕著な効果を奏する。
は、電極とセパレータとの間の接触抵抗を低減させ、出
力を向上しうるという顕著な効果を奏する。
【図１】 集合様式の１例の斜視説明図。
【図２】 本発明の電池本体をマニホールドに収納して
完成品とした燃料電池の説明図。
完成品とした燃料電池の説明図。
【図３】 従来の溝型セパレータを組み込んだ電池本体
をマニホールドに収納して完成品とした燃料電池の説明
図。
をマニホールドに収納して完成品とした燃料電池の説明
図。
１１ 固体電解質板 １２ カソード １３ アノード １４ セパレータ １４ａ，１４ｂ 平底状凹部 １５ 有孔性波板 １６ 有孔性通電平板 ２１ 電池本体 ２２ マニホールド
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 利彦 埼玉県入間郡大井町西鶴ケ岡一丁目３番１ 号 東燃株式会社総合研究所内
Claims (3)
- 【請求項１】 両面にそれぞれカソード及びアノードが
形成された平板状固体電解質、両面に両側を残して平底
に形成された凹部がそれぞれ形成されたセパレータ、ガ
ス透過性通電スペーサ、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。 - 【請求項２】 ガス透過性通電スペーサの形態が有孔性
波板である請求項１記載の平板状固体電解質型燃料電
池。 - 【請求項３】 上記固体電解質と上記通電スペーサとの
間に有孔性通電平板を介在させて成る請求項１又は２記
載の平板状固体電解質型燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3098333A JPH0644981A (ja) | 1991-01-31 | 1991-01-31 | 平板状固体電解質型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3098333A JPH0644981A (ja) | 1991-01-31 | 1991-01-31 | 平板状固体電解質型燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0644981A true JPH0644981A (ja) | 1994-02-18 |
Family
ID=14216981
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3098333A Pending JPH0644981A (ja) | 1991-01-31 | 1991-01-31 | 平板状固体電解質型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0644981A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2005013405A1 (ja) * | 2003-07-31 | 2006-09-28 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池スタックおよび燃料電池システム並びに燃料電池スタックの製造方法 |
| US7776491B2 (en) | 2005-03-11 | 2010-08-17 | Kabushikaisha Equos Research | Separator unit and fuel cell stack |
| US7794863B2 (en) | 2004-01-22 | 2010-09-14 | Kabushikikaisha Equos Research | Fuel cell |
| US8039163B2 (en) | 2004-03-30 | 2011-10-18 | Kabushikikaisha Equos Research | Separator and fuel cell using that separator |
| JP2012124019A (ja) * | 2010-12-08 | 2012-06-28 | Honda Motor Co Ltd | 平板型固体電解質燃料電池 |
| US8367269B2 (en) | 2005-03-11 | 2013-02-05 | Kabushikikaisha Equos Research | Separator unit |
-
1991
- 1991-01-31 JP JP3098333A patent/JPH0644981A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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