JPH08250133A - Cell structure and high temperature solid electrolytic fuel cell thereof - Google Patents

Cell structure and high temperature solid electrolytic fuel cell thereof

Info

Publication number
JPH08250133A
JPH08250133A JP7055356A JP5535695A JPH08250133A JP H08250133 A JPH08250133 A JP H08250133A JP 7055356 A JP7055356 A JP 7055356A JP 5535695 A JP5535695 A JP 5535695A JP H08250133 A JPH08250133 A JP H08250133A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
cell
air
fuel
membrane
electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP7055356A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hitoshi Miyamoto
均 宮本
Kazutaka Mori
一剛 森
Fusayuki Nanjo
房幸 南條
Hikari Kitamura
光 北村
Tokumi Satake
徳己 佐竹
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.)
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Heavy Industries Ltd filed Critical Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority to JP7055356A priority Critical patent/JPH08250133A/en
Publication of JPH08250133A publication Critical patent/JPH08250133A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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

Abstract

PURPOSE: To provide a cell structure, realizing the strength improvement of the seal portion, etc., of an electrolyte membrane (ion exchange membrane) suitable to be used for a high-temperature steam electrolysis (SOE: Solid Oxide Electrolyte) using a solid electrolyte and a solid electrolytic fuel cell (SOFC: Solid Oxide Fuel Cell), and a high temperature solid electrolytic fuel cell using the cell structure. CONSTITUTION: Fuel and air electrodes 12 and 13 are arranged on both the surfaces of an electrolyte membrane 11 to constitute a power generating membrane 14. The shape of the membrane 14 is made corrugation, and also an interconnector 15 having electron conductivity and a gas shut-off property, and a sealing member 16 having a nearly U-shaped cross section, are integrally joined on the surface side of one electrode 13 of the membrane 14 and on the lower end part of the interconnector 15 respectively, to arrange a metallic material 17, in an unrestrictive condition, on the surface side of the other electrode 12.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、固体電解質を用いる高
温水蒸気電解(SOE:Solid Oxide Electrolyte )及
び固体電解質燃料電池(SOFC:Solid Oxide Fuel C
ell )に用いて好適な電解質膜(イオン交換膜)のシー
ル部分等の強度向上を図ったセル構造及びこれを用いた
高温固体電解質燃料電池に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to high temperature steam electrolysis (SOE) using a solid electrolyte and a solid oxide fuel cell (SOFC).
The present invention relates to a cell structure for improving the strength of a seal portion of an electrolyte membrane (ion exchange membrane) suitable for use in a battery and a high temperature solid electrolyte fuel cell using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】燃料電池は水素等の燃料と空気等の酸化
剤を電解質の両面へ供給し、発電を行わせるものである
が、一般に円筒型と平板型とがあり、この内の平板型は
高電流密度で運転でき、体積効率が良いことから実用化
が期待されている。この代表的な構成例として、図6に
外部マニホールド型の燃料電池及び図7に外部マニホー
ルド型の燃料電池の一例を示す。
2. Description of the Related Art A fuel cell supplies fuel such as hydrogen and an oxidant such as air to both sides of an electrolyte to generate electric power. Generally, there are a cylindrical type and a flat type, and a flat type among them. Since it can be operated at high current density and has good volume efficiency, it is expected to be put to practical use. As a representative configuration example, FIG. 6 shows an example of an external manifold type fuel cell and FIG. 7 shows an example of an external manifold type fuel cell.

【0003】外部マニホールド型の燃料電池は、図6に
示すように、燃料電池用セルスタック01の組み立て
後、その側面に箱型の空気導入マニホールド02A及び
燃料導入マニホールド02B並びに空気排出マニホール
ド03A及び燃料排出マニホールド03Bを各々設置す
る構造である。一方の内部マニホールド型の燃料電池
は、図7に示すように、セル04にガス導入・排出部が
設けられているため、単位セルを組み立て、下部から導
入管05A,05B及び排出管06Aを接合することに
より、燃料電池を構成している。
As shown in FIG. 6, an external manifold type fuel cell has a box type air introduction manifold 02A and a fuel introduction manifold 02B, an air discharge manifold 03A and a fuel on its side surface after the fuel cell cell stack 01 is assembled. This is a structure in which each discharge manifold 03B is installed. On the other hand, in the internal manifold type fuel cell, as shown in FIG. 7, since the gas introduction / exhaust portion is provided in the cell 04, the unit cell is assembled and the introduction pipes 05A and 05B and the discharge pipe 06A are joined from the lower part. By doing so, a fuel cell is constructed.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
燃料電池の場合、単位セルを接合することによってシー
ル性が得られるようにしている。
By the way, in the case of the above-mentioned conventional fuel cell, the sealing property is obtained by joining the unit cells.

【0005】この接合を完全なものとすればリークは発
生しないので良好な特性が得られるが、従来においては
以下のような問題点がある。 単位セルの接合を完全に行い、且つ運転・停止時の
温度変化に耐えるためには、構成部材の熱膨張率が完全
に一致している必要がある。 また、運転時にもあまり温度差を付けない操作が求
められる。
If this junction is perfect, no leak will occur and good characteristics can be obtained. However, there are the following problems in the prior art. In order to completely join the unit cells and withstand the temperature change during operation / stop, the thermal expansion coefficients of the constituent members must be completely the same. In addition, an operation that does not cause a large difference in temperature during operation is required.

【0006】本発明は上記問題に鑑み、熱膨張率の一致
化、運転時の温度差を小さくする操作をより制限の緩い
ものとすることとし、多少の温度差がついてもまた熱膨
張率が異なっても固体電解質型燃料電池の製造及び運転
を可能とするセル構造及び該セルを用いた高温固体電解
質燃料電池を提供することを目的とする。
In view of the above-mentioned problems, the present invention has made the operation of matching the thermal expansion coefficient and the operation of reducing the temperature difference during operation more lenient so that the thermal expansion coefficient can be improved even if there is a slight temperature difference. It is an object of the present invention to provide a cell structure that enables manufacture and operation of a solid oxide fuel cell even if they are different, and a high temperature solid electrolyte fuel cell using the cell.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成する本発
明に係る固体電解質型燃料電池は、電解質膜の両面に燃
料極及び空気極を配して発電膜又は電解質膜を構成して
なるセル構造において、上記電解質膜の形状を波形とし
その両面に燃料極及び空気極を配してなると共に、上記
発電膜の一方の空気極表面側に電子導電性を有し且つガ
ス遮断性のインタコネクタを一体に接合し、他方の燃料
極表面側に金属材料を非拘束状態で配してなることを特
徴とする。
A solid oxide fuel cell according to the present invention, which achieves the above object, is a cell in which a fuel electrode and an air electrode are arranged on both sides of an electrolyte membrane to form a power generation membrane or an electrolyte membrane. In the structure, the electrolyte membrane has a corrugated shape, and a fuel electrode and an air electrode are arranged on both sides thereof, and an interconnector having electronic conductivity and gas blocking property on one air electrode surface side of the power generation membrane. Are integrally joined, and a metallic material is arranged on the other fuel electrode surface side in an unconstrained state.

【0008】上記セル構造において、上記発電膜の空気
極表面と上記インタコネクタとの間に空気導入管を配設
し、各々の電極に同方向から燃料ガス及び空気を供給す
ると共に、上記空気導入管により空気を供給する前に膜
供給方向と逆行する方向から該空気を供給しつつ余熱し
てなることを特徴とする。
In the above cell structure, an air introducing pipe is provided between the air electrode surface of the power generating membrane and the interconnector, and fuel gas and air are supplied to the respective electrodes in the same direction, and the air introducing pipe is introduced. Before the air is supplied through the tube, the air is supplied from the direction opposite to the film supply direction and residual heat is generated.

【0009】上記セル構造において、上記金属材料がN
i,Pt,Co,Crの単体金属メッシュ又は合金、メ
ッシュ、フェルト、多孔体であることを特徴とする。
In the above cell structure, the metal material is N
It is characterized in that it is a simple metal mesh or alloy of i, Pt, Co, Cr, a mesh, a felt, or a porous body.

【0010】一方の本発明に係る高温固体電解質燃料電
池の構成は、水素等の燃料と空気極等の酸化剤を固体高
分子電解質の両面へ供給し、発電を行わせる高温固体電
解質燃料電池であって、請求項1〜3のセルを発電室内
に配し、該セルの四辺の内、対向する両側の二辺をシー
ル・ガス遮断し、他の一辺は燃焼室側に開口しており空
気導入管が空気極側に貫通して設けられ、上記他の一辺
と対向する一辺はその端部をシールすると共にガスを分
散するヘッダシール部材を配し、上記金属材料を介して
複数個のセルを配してなることを特徴とする。
On the other hand, the structure of the high temperature solid electrolyte fuel cell according to the present invention is a high temperature solid electrolyte fuel cell in which a fuel such as hydrogen and an oxidizing agent such as an air electrode are supplied to both sides of the solid polymer electrolyte to generate electricity. Therefore, the cell according to any one of claims 1 to 3 is arranged in a power generation chamber, two opposite sides of the four sides of the cell are sealed and gas-shielded, and the other one side is opened to the combustion chamber side and air is provided. An introduction pipe is provided penetrating to the air electrode side, and one side facing the other side seals an end portion thereof and arranges a header seal member for dispersing gas, and a plurality of cells are provided through the metal material. It is characterized by being arranged.

【0011】すなわち、本発明では、 発電膜の形状を波形とし、一方向にガス(燃料及び
空気)が流動する構造とした。 従来、単位セルは積層接合されることによって上下
から拘束されるが、本発明においては、単位セルを金属
フェルト等の非拘束導電物質で挟むことにより、非拘束
とした。 単位セルにガスを供給する必要があるが、これを空
気側は熱交換器を兼ねたガス導入管にて行い、燃料側は
セル積層体の全体を燃料雰囲気とすることにより行う構
造とした。
That is, in the present invention, the shape of the power generation membrane is a wave shape, and the gas (fuel and air) flows in one direction. Conventionally, the unit cells are constrained from above and below by being laminated and joined, but in the present invention, the unit cells are unconstrained by being sandwiched by non-constraining conductive substances such as metal felt. It is necessary to supply gas to the unit cells, but this is done by using a gas introduction pipe that also functions as a heat exchanger on the air side and by making the entire cell stack into a fuel atmosphere on the fuel side.

【0012】[0012]

【作用】空気はガス導入管から下方向に向かって導入さ
れ、燃焼排ガスの持つエネルギーと交換して余熱が行わ
れる。余熱された空気はセルの内部に入り、ここでもセ
ルで発生する熱を受けとしながら下降する。セルの最下
部に到達した空気は横方向に流れ、続いてセル内の空気
極側を上昇する。ここで発電のために酸素が消費され
る。残留した空気は燃焼室に入り、ここで未反応の燃料
と燃焼反応を行い、排ガスとなる。一方の導入された燃
料は、金属フェルトに沿って燃料極の表面に供給され上
方へ流れる。
The air is introduced downward from the gas introduction pipe and exchanges with the energy of the combustion exhaust gas to generate residual heat. The preheated air enters the cell and descends while receiving the heat generated in the cell. The air that has reached the bottom of the cell flows laterally and subsequently rises on the cathode side in the cell. Oxygen is consumed here for power generation. The remaining air enters the combustion chamber where it undergoes combustion reaction with unreacted fuel and becomes exhaust gas. One of the introduced fuels is supplied to the surface of the fuel electrode along the metal felt and flows upward.

【0013】発電膜の一方に燃料ガス、他方に酸化ガス
(空気)を上述の手順で導入することにより発電が行わ
れる。この発電により取り出された電流は金属フェルト
を通して次のセルに流入し、更に電圧が高められて最終
的には、外部回路に取り出される。
Power generation is performed by introducing the fuel gas into one of the power generation membranes and the oxidizing gas (air) into the other in the above-described procedure. The current extracted by this power generation flows into the next cell through the metal felt, the voltage is further increased, and finally it is extracted to the external circuit.

【0014】[0014]

【実施例】以下、本発明の好適な一実施例について説明
するが、本発明はこれに限定されるものではない。
EXAMPLES A preferred example of the present invention will be described below, but the present invention is not limited thereto.

【0015】図1は本実施例に係る燃料電池の構成図で
ある。図2及び図3はその要部概略構成図である。図4
は本実施例に係る燃料電池のセル部材の組み立て方法を
図示した図面である。図5は本実施例に係る燃料電池の
燃料ガスの流れを示す図面である。
FIG. 1 is a block diagram of a fuel cell according to this embodiment. 2 and 3 are schematic configuration diagrams of a main part thereof. FIG.
3 is a diagram illustrating a method of assembling a cell member of a fuel cell according to the present embodiment. FIG. 5 is a drawing showing the flow of fuel gas in the fuel cell according to the present embodiment.

【0016】図2に示すように、本実施例に係るセル1
0は、電解質膜11の両面に燃料極12及び空気極13
を配して発電膜14を構成してなるものであり、図1、
3及び図4に示すように、上記電解質膜14の形状を波
形としている。
As shown in FIG. 2, a cell 1 according to the present embodiment.
0 is a fuel electrode 12 and an air electrode 13 on both sides of the electrolyte membrane 11.
Are arranged to form the power generation film 14, and FIG.
As shown in FIGS. 3 and 4, the electrolyte membrane 14 has a wavy shape.

【0017】また、上記発電膜14の一方の空気極13
表面側には、電子導電性を有すると共にガス遮断性のイ
ンタコネクタ15及びその下端部には断面が略コの字型
をしたシール部材16を一体に接合し、他方の燃料極1
2表面側に金属材料17を非拘束状態で配してなるもの
である。
Further, one air electrode 13 of the power generation film 14 is used.
On the surface side, an interconnector 15 having electronic conductivity and gas blocking property and a seal member 16 having a substantially U-shaped cross section are integrally joined to the lower end portion thereof, and the other fuel electrode 1
The metal material 17 is arranged on the second surface side in an unconstrained state.

【0018】また、上記発電膜14の空気極13表面と
上記インタコネクタ15との間には、空気導入管18が
配設されており、各々の電極12、13には同一方向か
ら(本実施例では下方側から上方側へ)燃料ガス19及
び空気20を供給すると共に、上記空気20はその供給
前に上記供給方向と逆行する方向から(本実施例では上
方側から下方側へ)空気導入管18を介して導入される
ことにより、余熱しつつ供給している。
Further, an air introducing pipe 18 is arranged between the surface of the air electrode 13 of the power generation membrane 14 and the interconnector 15, and each of the electrodes 12 and 13 is arranged in the same direction (in the present embodiment). While supplying the fuel gas 19 and the air 20 from the lower side to the upper side in the example), the air 20 is introduced from the direction opposite to the supply direction (in the present embodiment, from the upper side to the lower side) before the supply. By being introduced through the pipe 18, it is supplied while remaining heat.

【0019】また、図1及び図3に示すように、上記セ
ルを収納する上記発電室本体21内は、燃焼室22と空
気室23と燃料室24とに2つの仕切り部材25、26
で三分割されており、上記発電室21内には波形の発電
膜11を挟むようにしてインタコネクター15び金属フ
ェルト17からなるセル10を一単位としてセルを構成
している。
Further, as shown in FIGS. 1 and 3, in the power generation chamber main body 21 for accommodating the cells, two partition members 25 and 26 are provided for a combustion chamber 22, an air chamber 23 and a fuel chamber 24.
Is divided into three parts, and the cell 10 is composed of the interconnector 15 and the metal felt 17 as one unit so as to sandwich the corrugated power generation film 11 in the power generation chamber 21.

【0020】すなわち、本実施例に係る高温固体電解質
燃料電池は、図1及び図3に示すように、上記セルを発
電室21内に配し、発電膜14の四辺の内、対向する両
側の二辺をシール・ガス遮断し、一辺は燃焼室22側に
開口しており空気導入管18が空気極側に貫通して設け
られており、対向する一辺は端部をシールすると共にガ
スを分散するヘッダシール部材としての端部シール部1
6を配設してなり、金属材料17を介して複数個の単位
セルを配してなるものである。
That is, in the high temperature solid oxide fuel cell according to the present embodiment, as shown in FIGS. 1 and 3, the cells are arranged in the power generation chamber 21 and the four sides of the power generation membrane 14 on both sides facing each other. Two sides are sealed and gas is blocked, one side is opened to the combustion chamber 22 side, and an air introduction pipe 18 is provided so as to penetrate to the air electrode side. One opposite side seals the end portion and disperses gas. End seal portion 1 as a header seal member
6 are arranged, and a plurality of unit cells are arranged through a metal material 17.

【0021】また、図1及び図2に示すように、波形の
発電膜14の下端部に設けた端部をシールする端部シー
ル部16は、導入された空気20を横方向に導き各波形
の空気極13の表面に空気20を供給するヘッダの役目
をするようにしている。
Further, as shown in FIGS. 1 and 2, the end seal portion 16 for sealing the end portion provided at the lower end portion of the corrugated power generation membrane 14 guides the introduced air 20 in the lateral direction and forms each corrugation. It serves as a header for supplying the air 20 to the surface of the air electrode 13.

【0022】また、図2及び図3に示すように、上発電
膜14の下端部を端部シール部16を用いてシールする
際には、燃料極13側から燃料極12側への空気20の
連通を防止するシール材27が設けられており、該燃料
極12の表面には燃料19のみを供給するようにしてい
る。なお、上記供給される燃料19は、燃料室24と燃
焼室22との仕切り部材26に複数個設けらている小孔
28から導入するようにしている。この小孔28は発電
膜14の波形のうねりと対応する位置に設けてもよい
が、これに限定されるものではない。
Further, as shown in FIGS. 2 and 3, when the lower end portion of the upper power generation membrane 14 is sealed using the end seal portion 16, air 20 from the fuel electrode 13 side to the fuel electrode 12 side is sealed. A sealing material 27 is provided to prevent communication between the fuel electrode 12 and the fuel electrode 12, and only the fuel 19 is supplied to the surface of the fuel electrode 12. The supplied fuel 19 is introduced through a plurality of small holes 28 provided in the partition member 26 for separating the fuel chamber 24 and the combustion chamber 22. This small hole 28 may be provided at a position corresponding to the corrugation of the power generation film 14, but is not limited to this.

【0023】上記燃料電池の部材の組み立て方法を次に
説明する。図4に示すように、両面に燃料極及び空気極
を形成した波形の発電膜14の空気極側に、インタコネ
クター15を配すと共に、燃料極12側に金属フェルト
17を配して発電セルを構成するものである。上記空気
極とインタコネクター15との間には、本実施例では二
本の空気導入管18を設けると共に、発電膜14の下端
部に端部シール部16及び充填材27を充填して単位セ
ルを一体に焼成・接合している。次に、図1及び図3に
示すように、発電室21内に、金属フェルト17を介し
てこの焼成した単位セルを順に積層することにより、燃
料電池スタック29を形成する。
A method for assembling the above fuel cell members will be described below. As shown in FIG. 4, an interconnector 15 is arranged on the air electrode side of a corrugated power generation membrane 14 having a fuel electrode and an air electrode formed on both sides, and a metal felt 17 is arranged on the fuel electrode 12 side to form a power generation cell. It is what constitutes. In this embodiment, two air introduction pipes 18 are provided between the air electrode and the interconnector 15, and the lower end portion of the power generation membrane 14 is filled with the end seal portion 16 and the filling material 27 to form a unit cell. Are fired and joined together. Next, as shown in FIGS. 1 and 3, a fuel cell stack 29 is formed by sequentially stacking the fired unit cells in the power generation chamber 21 via the metal felt 17.

【0024】以上述の構成に係る燃料電池によれば、 (1)歩留りに優れた固体燃料電池を提供できる。すな
わち、セル群はセル10が各々独立であり、且つ個別に
焼成、検査ができるので、歩留りが向上するからであ
る。 (2)メンテナンス性に優れる。すなわち、セル群はセ
ル10が各々独立であり、且つ個別に点検・検査をする
ことができるので、不良のセル10のみを交換すること
で対処が可能となり、メンテナンス性に優れることにな
るからである。 (3)耐久性、温度リサイクルに優れる。すなわち、セ
ル10は温度の不均一で発生する応力を非接触の金属フ
ェルト17が変形により吸収するため、急速な昇降温や
高い電流密度で運転することによって発生する応力が小
さくてすむ。
According to the fuel cell having the above structure, (1) it is possible to provide a solid fuel cell having an excellent yield. That is, the cells 10 in the cell group are independent of each other and can be individually fired and inspected, so that the yield is improved. (2) Excellent maintainability. That is, since the cells 10 in the cell group are independent of each other and can be individually inspected and inspected, it is possible to deal with it by replacing only the defective cell 10 and the maintainability is excellent. is there. (3) Excellent in durability and temperature recycling. That is, since the non-contact metal felt 17 absorbs the stress generated by the nonuniform temperature of the cell 10 by the deformation, the stress generated by the rapid temperature increase / decrease or the high current density operation is small.

【0025】以下、図面を参考にして先ず空気極側のガ
スの流れを説明する。図1及び図3に示すように、先
ず、外部から空気室23内に導入された空気20は、空
気導入管18から下方向に向かって導入され、途中燃焼
室22を貫通しているのでここで燃焼排ガスの持つエネ
ルギーと交換して空気20の余熱が行われる。この余熱
された空気20は、発電膜14の表面近傍を通過する
際、ここでもセルで発生する燃焼熱を受けとりながら空
気導入管内を下降する。発電膜14の最下部に到達した
十分に余熱された空気20は端部シール部16に当接す
る結果、横方向に流れ、続いて各波形の空気極13表面
側を上昇する。ここで発電のために酸素が消費される。
残留した空気20は燃焼室22に入り、ここで一方の燃
料極12において未反応の燃料19と燃焼反応を行い、
排ガスとなって、外部に排出される。
The flow of gas on the air electrode side will be described below with reference to the drawings. As shown in FIGS. 1 and 3, first, the air 20 introduced into the air chamber 23 from the outside is introduced downward from the air introduction pipe 18 and penetrates the combustion chamber 22 on the way. Thus, the residual heat of the air 20 is exchanged with the energy of the combustion exhaust gas. When the surplus-heated air 20 passes near the surface of the power generation film 14, it also descends in the air introduction pipe while receiving the combustion heat generated in the cell. The sufficiently preheated air 20 reaching the lowermost portion of the power generation membrane 14 comes into contact with the end seal portion 16 and, as a result, flows in the lateral direction, and subsequently rises on the surface side of the air electrode 13 of each corrugation. Oxygen is consumed here for power generation.
The remaining air 20 enters the combustion chamber 22 where it undergoes a combustion reaction with the unreacted fuel 19 at one fuel electrode 12,
It becomes exhaust gas and is discharged to the outside.

【0026】次に、燃料ガスについてガスの流れを説明
する。図2及び図5に示すように、燃料19は外部より
燃料室24内に導入され、その上部の仕切部材26に設
けられた小孔28から発電膜14が収められている燃焼
室22に入る。導入された燃料19は金属フェルト(こ
の片側は他のセルのインタコネクタに接しており、反対
側は発電膜14の燃料極12に接している。)に沿って
上方へ流れる。
Next, the flow of the fuel gas will be described. As shown in FIGS. 2 and 5, the fuel 19 is introduced into the fuel chamber 24 from the outside, and enters the combustion chamber 22 in which the power generation membrane 14 is housed from the small hole 28 provided in the partition member 26 above the fuel 19. . The introduced fuel 19 flows upward along the metal felt (one side of which is in contact with the interconnector of the other cell and the other side is in contact with the fuel electrode 12 of the power generation membrane 14).

【0027】(2)発電 発電膜14の一方に燃料ガス19、他方に酸化ガスとし
ての空気20を上述の手順で導入することにより発電が
行われる。この発電により取り出された電流は燃料極側
に設けた金属フェルト17を通して次の単位セルに流入
し、更に電圧が高められて最終的には、図示しない電流
取り出し板(金属板で図1のセル群の右端と左端に置か
れる。)において、外部回路に取り出される。
(2) Power Generation Power is generated by introducing the fuel gas 19 to one side of the power generation membrane 14 and the air 20 as an oxidizing gas to the other side according to the procedure described above. The current extracted by this power generation flows into the next unit cell through the metal felt 17 provided on the fuel electrode side, the voltage is further increased, and finally, the current extraction plate (not shown) (the metal plate of FIG. 1 is used). Placed at the right and left ends of the group), and taken out to an external circuit.

【0028】次に、上記構成の具体例について説明す
る。空気導入管18は外径1.5mm,内径1mm,長
さ30cmのアルミナ管である。発電膜14は200m
m×200mmのYSZ(イットリア安定化ジルコニ
ア)でピッチ3mmで正弦曲線状の波板となっている。
これの片側には燃料極12(NiO/YSZ)、一方に
は空気極13(LaMnO3 にSrを添加した導電性の
酸化物であり、LSMと略称され、代表的な組成はLa
0.9 Sr0.1 Mn3 である。)を約50μm塗布焼成し
たものである。
Next, a specific example of the above configuration will be described. The air introduction tube 18 is an alumina tube having an outer diameter of 1.5 mm, an inner diameter of 1 mm and a length of 30 cm. Power generation membrane 14 is 200m
It is made of YSZ (yttria-stabilized zirconia) of m × 200 mm and has a sinusoidal corrugated plate with a pitch of 3 mm.
A fuel electrode 12 (NiO / YSZ) is provided on one side, and an air electrode 13 (LaMnO 3 is added with Sr and is an electrically conductive oxide on one side thereof. It is abbreviated as LSM, and its typical composition is La.
It is 0.9 Sr 0.1 Mn 3 . ) Is applied and baked for about 50 μm.

【0029】インタコネクタ15は厚さ2mm,200
mm×210mmの長方形である。端部シール部16は
その断面が略コの字型をしており、ジルコニア、アルミ
ナ等の絶縁材料で製造され、空気ヘッダとしての機能を
有している。
The interconnector 15 has a thickness of 2 mm and 200
It is a rectangle of mm × 210 mm. The end seal portion 16 has a substantially U-shaped cross section, is made of an insulating material such as zirconia or alumina, and has a function as an air header.

【0030】これを図4に示したように組み立てて、接
合部には接合材でシールを行い、シール材27を充填し
た後、1000〜1400℃で焼成することにより単位
セルを完成させた。次いで、断熱層を有する発電室21
内に金属フェルト17を介して順次積層することによ
り、スタックを完成させる。
This was assembled as shown in FIG. 4, the joint portion was sealed with a joint material, and after filling the seal material 27, the unit cell was completed by firing at 1000 to 1400 ° C. Next, the power generation chamber 21 having a heat insulating layer
The stack is completed by sequentially laminating the metal felts 17 therein.

【0031】金属材料17としては、例えばNiメッシ
ュ、ステンレススチールメッシュ、Crメッシュ、Fe
メッシュ、Inconelメッシュ、Incoloyメ
ッシュ、Coメッシュ及びPtメッシュ等の単体又は合
金を挙げることができるが、これに限定されるものでは
ない。また、金属メッシュの他、これら金属からなる多
孔体、これら金属の細線からなるフェルトを用いること
もできる。
Examples of the metal material 17 include Ni mesh, stainless steel mesh, Cr mesh, Fe.
Examples thereof include, but are not limited to, a simple substance such as a mesh, an Inconel mesh, an Incoloy mesh, a Co mesh, and a Pt mesh, or an alloy. In addition to the metal mesh, a porous body made of these metals or a felt made of fine wires of these metals can be used.

【0032】以上本実施例では、固体電解質燃料電池
(SOFC:Solid Oxide Fuel Cell)に用いて好適な
電解質膜(イオン交換膜)のセルについて説明したが、
本発明はこれに限定されるものではなく、本発明は固体
電解質を用いる高温水蒸気電解(SOE:Solid Oxide
Electrolyte )セルのシール部分等の強度向上を図った
セル構造にも適用できる。
In this embodiment, the cell of the electrolyte membrane (ion exchange membrane) suitable for the solid oxide fuel cell (SOFC) has been described above.
The present invention is not limited to this, and the present invention is directed to high temperature steam electrolysis (SOE: Solid Oxide) using a solid electrolyte.
Electrolyte) It can also be applied to cell structures that improve the strength of the cell seals.

【0033】[0033]

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、 (1)歩留りに優れた固体燃料電池を提供できる。すな
わち、従来の固体電解質燃料電池では焼成が困難であ
り、一部のセルが不完全であると全体を廃棄する必要が
あったが、本発明によれば、セル群は各々独立であり、
且つ個別に焼成、検査ができるので、歩留りが向上する
からである。 (2)メンテナンス性に優れる。すなわち、従来の固体
電解質燃料電池では運転時に、一部の部材にクラックが
入るとそのクラックの部分において温度上昇が生じ、つ
いにはセル全体を破損する可能性がるため、出来る限り
早い時期に発見し、セル全体を交換する必要があった
が、本発明によれば、セル群は各々独立であり、且つ個
別に点検・検査をすることができるので、不良のセルの
みを交換することで対処が可能となり、メンテナンス性
に優れることになるからである。 (3)耐久性、温度リサイクルに優れる。すなわち、本
発明によるセルは温度の不均一で発生する応力を金属フ
ェルトが変形により吸収するため、急速な昇降温や高い
電流密度で運転することによって発生する応力が小さく
てすむこととなるからである。
As described above, according to the present invention, (1) a solid fuel cell having an excellent yield can be provided. That is, in the conventional solid electrolyte fuel cell, it is difficult to fire, and it was necessary to discard the whole when some cells were incomplete, but according to the present invention, the cell groups are independent,
Moreover, since the firing and the inspection can be performed individually, the yield is improved. (2) Excellent maintainability. In other words, when a conventional solid electrolyte fuel cell is operated, if cracks occur in some members, the temperature rises at the cracks and eventually the entire cell may be damaged. However, although it was necessary to replace the entire cell, according to the present invention, since each cell group is independent and can be individually inspected and inspected, it is possible to deal with it by replacing only the defective cell. This is because it becomes possible to improve the maintainability. (3) Excellent in durability and temperature recycling. That is, in the cell according to the present invention, the stress generated due to the non-uniform temperature is absorbed by the deformation of the metal felt, so that the stress generated due to the rapid temperature increase / decrease and the operation at the high current density can be small. is there.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本実施例に係る燃料電池の構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of a fuel cell according to an embodiment.

【図2】本実施例に係る燃料電池の構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram of a fuel cell according to the present embodiment.

【図3】本実施例に係る燃料電池の構成図である。FIG. 3 is a configuration diagram of a fuel cell according to the present embodiment.

【図4】本実施例に係る燃料電池の部材の組み立て方法
を図示した図面である。
FIG. 4 is a diagram illustrating a method of assembling the members of the fuel cell according to the present embodiment.

【図5】本実施例に係る燃料電池のガスの流れを示す図
面である。
FIG. 5 is a diagram showing a gas flow of the fuel cell according to the present embodiment.

【図6】従来例に係る燃料電池の構成図である。FIG. 6 is a configuration diagram of a fuel cell according to a conventional example.

【図7】従来例に係る燃料電池の構成図である。FIG. 7 is a configuration diagram of a fuel cell according to a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 セル 11 電解質膜 12 燃料極 13 空気極 14 発電膜 15 インタコネクタ 16 端部シール部 17 金属材料(金属フェルト) 18 空気導入管 19 燃料ガス 20 空気 21 発電室本体 22 燃焼室 23 空気室 24 燃料室 27 シール材 28 小孔 10 Cell 11 Electrolyte Membrane 12 Fuel Electrode 13 Air Electrode 14 Power Generation Membrane 15 Interconnector 16 End Seal Part 17 Metal Material (Metal Felt) 18 Air Inlet Tube 19 Fuel Gas 20 Air 21 Power Generation Chamber Main Body 22 Combustion Chamber 23 Air Chamber 24 Fuel Chamber 27 Seal material 28 Small hole

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 北村 光 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目1番1 号 三菱重工業株式会社神戸造船所内 (72)発明者 佐竹 徳己 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目1番1 号 三菱重工業株式会社神戸造船所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Hikaru Kitamura 1-1-1, Wadasaki-cho, Hyogo-ku, Kobe-shi, Hyogo Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Kobe Shipyard (72) Inventor Tokumi Satake Hyogo-ku, Kobe-shi, Hyogo 1-1-1 Wadazakicho Mitsubishi Heavy Industries Ltd. Kobe Shipyard

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 電解質膜の両面に燃料極及び空気極を配
して発電膜又は電解質膜を構成してなるセル構造におい
て、 上記電解質膜の形状を波形としその両面に燃料極及び空
気極を配してなると共に、 上記発電膜の一方の空気極表面側に電子導電性を有し且
つガス遮断性のインタコネクタを一体に接合し、他方の
燃料極表面側に金属材料を非拘束状態で配してなること
を特徴とするセル構造。
1. A cell structure in which a fuel electrode and an air electrode are arranged on both sides of an electrolyte membrane to form a power generation membrane or an electrolyte membrane, and the electrolyte membrane has a corrugated shape with a fuel electrode and an air electrode on both sides. In addition, an interconnector having electronic conductivity and gas blocking property is integrally joined to one air electrode surface side of the above-mentioned power generation membrane, and a metal material is unconstrained on the other fuel electrode surface side. A cell structure characterized by being arranged.
【請求項2】 請求項1記載のセル構造において、 上記発電膜の空気極表面と上記インタコネクタとの間に
空気導入管を配設し、各々の電極に同方向から燃料ガス
及び空気を供給すると共に、上記空気導入管により空気
を供給する前に膜供給方向と逆行する方向から該空気を
供給しつつ余熱してなることを特徴とするセル構造。
2. The cell structure according to claim 1, wherein an air introduction pipe is arranged between the air electrode surface of the power generation membrane and the interconnector, and fuel gas and air are supplied to each electrode from the same direction. In addition, the cell structure is characterized in that the air is supplied from the direction opposite to the film supply direction and residual heat is supplied before the air is supplied by the air introduction pipe.
【請求項3】 請求項1又は2のセル構造において、 上記金属材料がNi,Pt,Co,Crの単体金属メッ
シュ又は合金、メッシュ、フェルト、多孔体であること
を特徴とするセル構造。
3. The cell structure according to claim 1 or 2, wherein the metal material is a simple metal mesh or alloy of Ni, Pt, Co, Cr, a mesh, felt, or a porous body.
【請求項4】 水素等の燃料と空気極等の酸化剤を固体
高分子電解質の両面へ供給し、発電を行わせる高温固体
電解質燃料電池であって、 請求項1〜3のセルを発電室内に配し、該セルの四辺の
内、対向する両側の二辺をシール・ガス遮断し、他の一
辺は燃焼室側に開口しており空気導入管が空気極側に貫
通して設けられ、上記他の一辺と対向する一辺はその端
部をシールすると共にガスを分散するヘッダシール部材
を配し、上記金属材料を介して複数個のセルを配してな
ることを特徴とする高温固体電解質燃料電池。
4. A high-temperature solid electrolyte fuel cell in which a fuel such as hydrogen and an oxidant such as an air electrode are supplied to both sides of a solid polymer electrolyte to generate electric power, and the cell according to any one of claims 1 to 3 is used in the power generation chamber. Of the four sides of the cell, two sides on opposite sides of the cell are sealed and gas-shielded, and the other side is opened to the combustion chamber side and the air introduction pipe is provided so as to penetrate to the air electrode side. A high-temperature solid electrolyte characterized in that one side facing the other side has a header sealing member for sealing the end portion thereof and dispersing gas, and a plurality of cells are arranged through the metal material. Fuel cell.
JP7055356A 1995-03-15 1995-03-15 Cell structure and high temperature solid electrolytic fuel cell thereof Withdrawn JPH08250133A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP7055356A JPH08250133A (en) 1995-03-15 1995-03-15 Cell structure and high temperature solid electrolytic fuel cell thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP7055356A JPH08250133A (en) 1995-03-15 1995-03-15 Cell structure and high temperature solid electrolytic fuel cell thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH08250133A true JPH08250133A (en) 1996-09-27

Family

ID=12996228

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP7055356A Withdrawn JPH08250133A (en) 1995-03-15 1995-03-15 Cell structure and high temperature solid electrolytic fuel cell thereof

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH08250133A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001023657A (en) * 1999-07-13 2001-01-26 Chubu Electric Power Co Inc Solid electrolyte fuel cell
JP2015153704A (en) * 2014-02-18 2015-08-24 日産自動車株式会社 fuel cell

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001023657A (en) * 1999-07-13 2001-01-26 Chubu Electric Power Co Inc Solid electrolyte fuel cell
JP2015153704A (en) * 2014-02-18 2015-08-24 日産自動車株式会社 fuel cell

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100885696B1 (en) Electrochemical cell stack assembly
US6589681B1 (en) Series/parallel connection of planar fuel cell stacks
US7232626B2 (en) Planar electrochemical device assembly
JP6868051B2 (en) Electrochemical reaction unit and electrochemical reaction cell stack
US8652709B2 (en) Method of sealing a bipolar plate supported solid oxide fuel cell with a sealed anode compartment
US20080286630A1 (en) Electrochemical Cell Holder and Stack
CN107636876B (en) Electrochemical reaction unit and fuel cell stack
EP0740358B1 (en) Cell units for solid oxide fuel cells and power generators using such cell units
US6649296B1 (en) Unitized cell solid oxide fuel cells
US7601450B2 (en) Hybrid interconnect for a solid-oxide fuel cell stack
JP2019200877A (en) Electrochemical reaction unit and electrochemical reaction cell stack
JP6835768B2 (en) Electrochemical reaction unit and electrochemical reaction cell stack
JP6945035B1 (en) Electrochemical reaction cell stack
JPH08250133A (en) Cell structure and high temperature solid electrolytic fuel cell thereof
JP7159126B2 (en) Electrochemical reaction cell stack
JP7071422B2 (en) Electrochemical reaction cell stack
JP7210508B2 (en) Electrochemical reaction cell stack
JP7249981B2 (en) Electrochemical reaction cell stack
WO2016175231A1 (en) Fuel cell stack
JP7112443B2 (en) Electrochemical reaction cell stack
JP7023898B2 (en) Electrochemical reaction cell stack
JP6861185B2 (en) Electrochemical reaction unit and electrochemical reaction cell stack
JP2018014246A (en) Electrochemical reaction unit and electrochemical reaction cell stack
JPH0412468A (en) High-temperature fuel cell
JP2023119076A (en) Composite body

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20020604