JPH08162146A - 固体電解質型燃料電池 - Google Patents

固体電解質型燃料電池

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JPH08162146A
JPH08162146A JP6319388A JP31938894A JPH08162146A JP H08162146 A JPH08162146 A JP H08162146A JP 6319388 A JP6319388 A JP 6319388A JP 31938894 A JP31938894 A JP 31938894A JP H08162146 A JPH08162146 A JP H08162146A
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JP
Japan
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cell
electrode
fuel cell
solid oxide
current collector
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JP6319388A
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English (en)
Inventor
Hiroyuki Nakajima
弘之 中島
Kimiyasu Tachibana
公康 立花
Masanobu Aizawa
正信 相沢
Masahiro Kuroishi
正宏 黒石
Haruo Nishiyama
治男 西山
Hiroyuki Nagayama
博之 永山
Akira Ueno
晃 上野
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.)
Toto Ltd
Kyushu Electric Power Co Inc
Original Assignee
Toto Ltd
Kyushu Electric Power Co Inc
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Publication date
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    • 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】 セルと集電板の間や発電セル同士の接触抵抗
が低く、発電性能の向上した固体電解質型燃料電池を提
供する。 【構成】 本発明の固体電解質型燃料電池は、複数の円
筒型セル1の集合体2が、隣り合う円筒型セル2の外面
の電極(外面電極)17とインターコネクター19とが
接して配列されている固体電解質型燃料電池である。円
筒型セル集合体の最外列に位置するセルの外面電極17
又はインターコネクター19に接する集電板5、7に
は、それらの間に圧縮力を生ぜしめる押付け手段9が設
けられている。そのため、電気的接続部の接触状態を良
好に保つことができ、同部の接触抵抗を低く抑えること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、円筒型セルタイプの固
体電解質型燃料電池(以下CTC-SOFCとも言う)に関す
る。特には、発電セルと集電板の間や、発電セル同士の
間、の接触抵抗が低く、発電性能が向上した固体電解質
型燃料電池に関する。
【0002】
【従来の技術】特公平1−59705には、円筒型セル
タイプのSOFCの一例が開示されている。このSOF
Cは、支持管−空気極−固体電解質層−燃料極−インタ
ーコネクターから構成される多層円筒型セルを有する。
空気極側に酸素(空気)を流し、燃料極側にガス燃料
(H2 ・CO等)を流してやると、このセル内でO2-
オンが移動して化学的燃焼が起り、空気電極と燃料電極
の間に電位が生じ発電が行われる。
【0003】図1は、本発明の一実施例に係る固体電解
質型燃料電池の断面を示す図である。しかし、図の上下
に示されている押付け手段9を除く部分は、従来のCT
C−SOFCと同じであるので、図1を参照しつつ従来
技術を説明する。
【0004】図1のCTC−SOFCは、4本の発電セ
ル集合体(スタック)2と、この発電セル集合体(スタ
ック)2を挟んで対向する第1集電板と第2集電板を有
する。発電セル1は、円筒形のチューブ状をしており、
図1の紙面に垂直な方向に長く延びている。発電セル1
の断面は多層構造をしており、内側から外側に向かっ
て、支持管11、空気電極13、固体電解質層15、燃
料電極17の4層構造となっている。このうち、支持管
11を空気電極13が兼ねることもある。各層を酸化物
セラミックスや耐熱・耐酸化性の金属で構成している。
【0005】発電セル1の図の上部には、インターコネ
クター19が設けられている。インターコネクター19
の内面(下面)は、空気電極(内面電極)13に接して
おり、インターコネクター19の外面(上面)はセル1
の外表面上に突出している。インターコネクター19側
面周辺には、燃料電極(外面電極)17が設けられてお
らず、固体電解質層15が露出している。
【0006】セル集合体を運転温度(約1000℃)に
加熱した状態で、セル1の内孔(空気流路10)に空気
(又は酸素)を流し、外面(燃料流路18)にH2 ・C
O等の燃料を流すと、上述のとおり、空気電極13にプ
ラス、燃料電極17にマイナスの電圧が生じる。インタ
ーコネクター19は空気電極13と電気的に接続されて
いるので、インターコネクター19もプラスとなる。
【0007】発電セル集合体2における各セル1の電気
的接続関係について説明する。上下のセルは、上セルの
外面電極17(マイナス)と、下セルのインターコネク
ター19とが、Niフェルト3を介して接続されてい
る。したがって、上下セルは直列に接続されている。左
右のセルは、両セルの外面電極17同士が、Niフェル
ト3を介して接続されている。したがって、左右のセル
は並列に接続されている。各セルの発電電圧は約1ボル
ト程度であるので、100ボルトの出力電圧を得るため
には、セルを約100個直列に接続しなければならな
い。
【0008】セル集合体2の最外列(図の上面、下面)
には集電板5、7が接している。第2集電板5は、Ni
フェルト3を介して、セルのインターコネクター19に
電気的に接続されている。第1集電板7は、Niフェル
ト3を介してセルの外面電極17に電気的に接続されて
いる。したがって、第2集電板5にはセル全体のプラス
出力電圧が、第1集電板7にはセル全体のマイナス出力
電圧が出力される。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】上述のCTC−SOF
Cにおいては次のような問題があった。すなわち、電池
を運転状態(温度約1000℃)とした場合に、集電板
とセルの間や、セル相互間の電気的接続状態が悪くなる
ことがあった。その理由は、SOFC装置のハウジング
(容器、例えばNi系金属材料)とセルの熱膨張率が異
なることや、Niフェルトの焼結現象に起因して、各電
気的接続部の接触が悪くなるためであった。
【0010】Ni(他の適当な金属でも良い)フェルト
は、新品の時点では適当な弾性を有するので、少々スキ
マが開いたくらいでは、電気的接続が悪化しないように
なっており、それがNiフェルトが使用されている理由
である。しかし、フェルトを構成するNi繊維同士が高
温下で焼結することにより、Niフェルトの弾性も次第
に失われる。このように、SOFC各部の電気的接続が
悪くなると、接続抵抗が増してSOFCから外部に取り
出し得る電力が減り、SOFCの発電性能が低下する。
従来のCTC−SOFCにおいては、このような事態に
積極的に対処する方策は採られていなかった。
【0011】本発明は、セルと集電板の間や発電セル同
士の接触抵抗が低く、発電性能の向上した固体電解質型
燃料電池を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の固体電解質型燃料電池は、多層円筒状に積
層された空気電極、固体電解質層及び燃料電極と、空気
電極または燃料電極のうち内面側の電極(内面電極)と
電気的に接続され、円筒外面に表出するインターコネク
ターと、を有する複数の円筒型セルの集合体を有し;該
円筒型セル集合体は、隣り合う円筒型セルの外面の電極
(外面電極)とインターコネクターとが接して配列され
ている固体電解質型燃料電池であって;円筒型セル集合
体の1つの側の最外列に位置するセルの外面電極に接す
る第1集電板と、この第1集電板と円筒型セル集合体を
挟んで対向する、円筒型セル集合体の他の側の最外列に
位置するセルのインターコネクターに接する第2集電板
と、第1集電板と第2集電板との間に圧縮力を生ぜしめ
る押付け手段とを具備することを特徴とする。
【0013】
【作用】本発明の固体電解質型燃料電池においては、セ
ルと集電板の間や、セル同士間に、押付け手段による圧
縮力が作用している。そのため、電気的接続部の接触状
態を良好に保つことができ、同部の接触抵抗を低く抑え
ることができる。
【0014】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。図1は、
本発明の一実施例に係る固体電解質型燃料電池の構造を
示す断面図である。中央の発電セル集合体2及びこれを
挟む上下の集電板5、7については上述のとおりであ
る。
【0015】図1の実施例のSOFCの特徴は、第2集
電板5と第1集電板7を挟んで両者の間に圧縮力を生ぜ
しめる押付け手段9が設けられていることである。押付
け手段9は、バネ(図2参照)やネジ、油圧シリンダ等
の機構を有し、固定構造部8(SOFCの外部ハウジン
グ等)に支持されて、集電板5、7を押付けることがで
きる。
【0016】押付け手段の主要部は、固体電解質型燃料
電池の高温部(発電セル集合体2、集電板5、7、その
外側の断熱層)の外に置かれており、SOFCの運転中
に、押付け力を調整可能であることが好ましい。上述の
ように、Niフェルト3は、運転中に徐々に焼結されて
収縮するので、それに合わせて、集電板5、7間の間隔
を狭くして、電気的接続部の密着性を維持することがで
きる。
【0017】図2は押付け手段の一例を示す断面図であ
る。集電板5、7からは集電棒(押付け棒)21が外側
に突き出している。この集電棒21は、集電板5、7か
らSOFCの外側に電力を取り出すものであると同時
に、押付け手段9の押付け棒を兼ねる。集電棒21の中
央部外面にはオネジ23が切られている。このオネジに
はバネリテーナ25の内面のメネジ27が螺合してい
る。バネリテーナ25は円板状である。なお、集電板
5、7の外側(右側)には、断熱層20(セラミックフ
ァイバー等)が設けられている。また、上記集電棒は複
数設けることが好ましい。その理由は、電力を取り出す
上では、複数の集電棒があれば、セル軸方向に電流が流
れる部分が少なくなり、均等に電力を取り出せるからで
ある。また複数の押付け棒で押し付けると、セルに均等
に集電板を押し付けることが可能となる。
【0018】集電棒21は、オネジ23部から先に延び
て、図の右側のハウジング39を貫通してハウジング3
9の外に出ている。ハウジング39と集電棒21との間
には、絶縁フランジ33が挿入されている。絶縁フラン
ジ33は、集電棒21とハウジング39とを電気的に絶
縁するためのものである。この絶縁フランジ33は、ハ
ウジング39の内面に接する円板状のフランジ部34を
有する。
【0019】バネリテーナ25の側面と絶縁フランジ3
3のフランジ部34との間には、バネ31が組み込まれ
ている。このバネ31は圧縮バネであり、バネリテーナ
25をハウジング39から離れる方向に付勢している。
このバネ付勢力は、バネリテーナ25から集電棒21を
経て集電板5、7に伝わり、上述の集電板押し付け力と
なる。バネ31のバネ定数、予圧縮力を適当に調整する
ことにより、SOFC内部の電気的接続部の接触状態を
良好に保つことができる。また、SOFCの運転中にお
いても、適宜、バネリテーナ25のネジ込み位置を調整
することにより、Niフェルトの焼結収縮にも対応でき
る。
【0020】図2の押付け手段の各部構成材料例は次の
とおりである。 集電板5、7:Ni系耐熱合金 集電棒(押付け棒)21:Ni系耐熱合金 バネリテーナ25:ステンレス鋼 バネ31:ステンレス鋼 絶縁フランジ33:テフロン
【0021】図3は、集電板と発電セルインターコネク
ター間の接触圧力と接触抵抗の関係を示すグラフであ
る。横軸の接触圧力は、押付け力をNiフェルトの面積
で割った値である。このグラフのように、接触抵抗は接
触圧力の増加とともに急速に低下する。なお、この程度
の押付け力によっては、セルの変形等の問題は生じな
い。接触圧力の上限値は、空気極支持体の強度の観点か
ら、10MPa くらいが好ましい。接触圧力は、同グラフ
より5kPa 以上が好ましく、さらには30kPa 以上がよ
り好ましい。
【0022】上記実施例においては、セル2直列×2並
列の例を示したが、セル列数はこれに限定されるもので
はない。また、押付け方向は直列方向に限らず、並列方
向や両方向に行ってもよい。図2に示されているバネリ
テーナ25周辺の構造は、集電棒21の中央外面にオネ
ジ23を切り、このオネジにバネリテーナ25の内面の
メネジ27が螺合する構造となっているが、集電棒21
にオネジ23を切らずにさらにバネリテーナ25の内面
にもメネジ27を切らない場合には、バネリテーナ25
が集電棒21外面を摺動するようにする固定法として、
バネリテーナ25にネジ穴をあけて、このネジ穴を通る
ネジが集電棒21にネジ込まれるようにしてもよい。
【0023】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の固体電解質型燃料電池は、以下の効果を発揮する。 集電板を積極的に押付ける手段を有するので、各部
の熱膨張差に起因する、電気的接続部の接着力低下(接
触抵抗増大)を防止できる。その結果、固体電解質型燃
料電池の発電性能を向上させることができる。 押付け手段を高温部外に設けた場合には、押付け力
をSOFC運転中に調整することができるので、Niフ
ェルトの焼結収縮の分だけ押付けを調整することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る固体電解質型燃料電池
の構造を示す断面図である。
【図2】押付け手段の一例を示す断面図である。
【図3】集電板と発電セルインターコネクター間の接触
圧力と接触抵抗の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
1 発電セル 2 発電セル集合
体 3 Niフェルト 5 第2集電板 7 第1集電板 8 固定構造部 9 押付手段 10 空気流路 11 支持管 13 内面電極 15 固体電解質層 17 外面電極 18 燃料流路 19 インターコ
ネクター 20 断熱層 21 集電棒(押
付け棒) 24 オネジ 25 バネリテー
ナ 27 メネジ 31 バネ 33 絶縁フランジ 34 フランジ部 39 ハウジング
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 立花 公康 福岡市南区塩原2丁目1番47号 九州電力 株式会社総合研究所内 (72)発明者 相沢 正信 福岡県北九州市小倉北区中島2丁目1番1 号 東陶機器株式会社内 (72)発明者 黒石 正宏 福岡県北九州市小倉北区中島2丁目1番1 号 東陶機器株式会社内 (72)発明者 西山 治男 福岡県北九州市小倉北区中島2丁目1番1 号 東陶機器株式会社内 (72)発明者 永山 博之 福岡県北九州市小倉北区中島2丁目1番1 号 東陶機器株式会社内 (72)発明者 上野 晃 福岡県北九州市小倉北区中島2丁目1番1 号 東陶機器株式会社内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 多層円筒状に積層された空気電極、固体
    電解質層及び燃料電極と、 空気電極または燃料電極のうち内面側の電極(内面電
    極)と電気的に接続され、円筒外面に表出するインター
    コネクターと、 を有する複数の円筒型セルの集合体を有し;該円筒型セ
    ル集合体は、隣り合う円筒型セルの外面の電極(外面電
    極)とインターコネクターとが接して配列されている固
    体電解質型燃料電池であって;円筒型セル集合体の1つ
    の側の最外列に位置するセルの外面電極に接する第1集
    電板と、 この第1集電板と円筒型セル集合体を挟んで対向する、
    円筒型セル集合体の他の側の最外列に位置するセルのイ
    ンターコネクターに接する第2集電板と、 第1集電板と第2集電板との間に圧縮力を生ぜしめる押
    付け手段とを具備することを特徴とする固体電解質型燃
    料電池。
  2. 【請求項2】 上記押付け手段の主要部が、固体電解質
    型燃料電池の高温部外に設けられており、その押付け力
    を運転中に調整し得る請求項1記載の固体電解質型燃料
    電池。
  3. 【請求項3】 上記圧縮力による上記電気的に接続され
    た部分の接触圧力が5kPa 以上である請求項1又は2記
    載の固体電解質型燃料電池。
  4. 【請求項4】 上記押付け手段が、上記集電板の反セル
    側に接続された集電棒と、この集電棒をセル方向に付勢
    するバネとを具備する請求項1、2又は3記載の固体電
    解質型燃料電池。
  5. 【請求項5】 上記押付け手段が電力取出し手段を兼ね
    る請求項1〜4いずれか1項記載の固体電解質型燃料電
    池。
JP6319388A 1994-11-30 1994-11-30 固体電解質型燃料電池 Pending JPH08162146A (ja)

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Cited By (6)

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