JPH08264198A

JPH08264198A - 固体電解質型燃料電池の単電池および集合電池

Info

Publication number: JPH08264198A
Application number: JP7067542A
Authority: JP
Inventors: Shinji Kawasaki; 真司川崎; Kiyoshi Okumura; 清志奥村; Makoto Murai; 真村井
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1995-03-27
Filing date: 1995-03-27
Publication date: 1996-10-11

Abstract

(57)【要約】【目的】平板型の固体電解質型燃料電池の単電池を集積
したときに、直流電流に対する抵抗や濃度分極を減少さ
せ、単電池ごとの出力を向上させる。【構成】単電池１Ａ、１Ｂは、第一のガス流路６と第二
のガス流路７とが形成されている板状のセパレータ５
と、第一のガス流路６に面する第一の電極４と、電極４
上に形成されている固体電解質膜３と、固体電解質膜３
上に形成されている第二の電極２とを備えている。第一
のガス流路６の横断面方向に見たときにセパレータ５と
固体電解質膜３とがガス流路６を包囲するように互いに
気密に接合されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、固体電解質型燃料電池
の単電池およびこの単電池を集積することによって構成
した集合電池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 (ＳＯＦＣ) につ
いては、様々な構造や形態が提案されている。これら
は、いわゆる平板型と円筒型とに大別される（エネルギ
ー総合工学１３−２，１９９０年）。ＳＯＦＣの単電池
の起電力は、開回路において約１Ｖであり、その電流密
度もせいぜい数百ｍＡ／ｃｍ²程度である。このため、
実際の発電装置においては、大きな発電面積を有する単
電池を、容易に直列、並列に接続できるようにすること
が重要である。この観点から、単電池とそのスタック
（集合電池）の構造を検討しなければならない。

【０００３】このため、いわゆる平板型の単電池および
集合電池について、種々の構造が提案されてきている。
例えば、特開平２─１０３８６３号公報においては、セ
パレータと酸素極とを接合し、セパレータと酸素極との
間に酸素含有ガス流路を形成することによって単電池を
構成している。各単電池の電気的接続は、金属フェルト
からなる棒状の介在物によって行っている。特開平６─
２６７５６１号公報においては、これに類似した単電池
が開示されている。特開平５─１０１８３６号公報にお
いては、やはりこれと類似した単電池を電気的に接続す
るために、各単電池の間に介在させる導電性フェルトの
形態を工夫している。特開平５─１７４８４８号公報に
おいては、酸素ガス流路構成材に収納される導電性材
を、導電性を有する多数の塊状体を充填して構成してい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの従来
技術の平板型ＳＯＦＣにおいては、いずれも各単電池の
セパレータと燃料電池素子との間に酸化ガス流路を形成
し、隣り合う単電池のセパレータと燃料極膜との間に金
属フェルトを介在させ、この金属フェルトの間に燃料ガ
ス流路を形成していた。しかし、こうした集合電池にお
いては、金属フェルト部が厚いと、焼結による金属フェ
ルトの収縮が大きくなり、接触抵抗が大きくなる。この
接触抵抗が大きくなるのを防止するために、金属フェル
トに対して大きな荷重をかけて押さえると、セルが破壊
し易くなる。また、収縮の影響を小さくするため、金属
フェルトを薄くすると、ガス流路が確保できないため、
濃度分極が大きくなるという問題があった。このため、
出力を向上させる上で限界があった。

【０００５】本発明の課題は、平板型の固体電解質型燃
料電池の単電池を集積したときに、直流電流に対する抵
抗や濃度分極を減少させることであり、単電池ごとの出
力を向上させることである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】第一の発明に係る固体電
解質型燃料電池の単電池は、第一のガス流路と第二のガ
ス流路とが形成されている板状のセパレータと、第一の
ガス流路に面する第一の電極と、第一の電極上に形成さ
れている固体電解質膜と、固体電解質膜上に形成されて
いる第二の電極とを備えており、第一のガス流路の横断
面方向に見たときにセパレータと固体電解質膜とが第一
のガス流路を包囲するように互いに気密に接合されてい
ることを特徴とする。

【０００７】本発明者は、セパレータ自体に第一のガス
流路と第二のガス流路とを形成し、第一のガス流路の横
断面方向に見たときにセパレータと固体電解質膜とが第
一のガス流路を包囲するように互いに気密に接合するこ
とに想到した。これによって、セパレータと燃料電池素
子との接合体自体に酸化ガス流路と燃料ガス流路との双
方を形成しておくことができる。こうした構造によっ
て、ガス流路を確保し、かつ金属フェルト部を薄くでき
るため、単電池を集積したときの単電池ごとの濃度分極
を減少させることができ、かつ直流電流に対する抵抗を
大きく減少させることができた。

【０００８】しかも、従来はセパレータに酸化ガス流路
のみを形成していたので、セパレータを押し出し成形法
によって成形した場合には、セパレータの酸化ガス流路
のある側に向かってセパレータが反るという問題があっ
た。しかし、本発明ではセパレータに酸化ガス流路と燃
料ガス流路とを形成する。このため、セパレータが板状
本体を中心として対称的な形状となるので、セパレータ
を押し出し成形した場合にも、セパレータに反りが発生
しにくい。

【０００９】更に、単電池自体の中に、第二のガス流
路、好ましくは燃料ガス流路をも形成したことによっ
て、単電池を積層して集合電池を作製するときに、従来
のように単電池の外側で別途燃料ガス流路を形成する必
要がない。このため、単電池を集積して集合電池を作製
する工程を容易に行うことができる。

【００１０】第一の発明においては、第一のガス流路、
第二のガス流路は、それぞれ酸化ガス流路または燃料ガ
ス流路であるが、第一のガス流路が酸化ガス流路であ
り、第二のガス流路が燃料ガス流路である態様が特に好
ましい。また、本発明においては、第一の電極、第二の
電極は、それぞれ空気極または燃料極であるが、第一の
電極が空気極であり、第二の電極が燃料極である態様が
特に好ましい。

【００１１】また、好適な態様においては、セパレータ
が、板状の本体部分と、この本体部分の一方の表面の各
縁部にそれぞれ形成されている外周側隔壁と、本体部分
の他方の表面の各縁部にそれぞれ形成されている外周側
隔壁とを備えており、一方の表面の各縁部に形成されて
いる一対の外周側隔壁の間に第一のガス流路が形成され
ており、他方の表面の各縁部に形成されている一対の外
周側隔壁の間に第二のガス流路が形成されている。

【００１２】ここで、一対の外周側隔壁の間に設ける酸
化ガス流路または燃料ガス流路は、それぞれ１列とする
ことも可能である。しかし、好適な態様においては、一
方の表面の一対の外周側隔壁の間に１列以上の隔壁を形
成し、この隔壁を空気極に対して接合することによっ
て、一対の外周側隔壁の間に２列以上の酸化ガス流路を
形成する。

【００１３】この際、一対の外周側隔壁の間に形成する
隔壁は、セパレータの一部とすることが好ましい。しか
し、この隔壁については、セパレータの本体部分とは別
体として設けることもできる。この場合には、各隔壁の
材質は、セパレータの材質とは異なる材質とすることが
できるし、セパレータは気密質であるが、隔壁の方を多
孔質とすることもできる。

【００１４】また、好適な態様においては、セパレータ
の本体部分の一方の表面に形成されている各外周側隔壁
と第一の電極とを接合し、固体電解質膜によって第一の
電極の全体とセパレータの側面の少なくとも一部とを被
覆することで、第一のガス流路の気密性を保持する。こ
の際、一対の外周側隔壁の間に隔壁を形成した場合に
は、この隔壁を第一の電極に対して接合する。

【００１５】第一の発明に係る単電池を集積する際に
は、一方の単電池の第二の電極と他方の単電池のセパレ
ータとを導電性材料によって電気的に接続する。

【００１６】特に、第一の発明に係る単電池において
は、セパレータの方に第二のガス流路（好ましくは燃料
ガス流路）が形成されている。従って、単電池の間に挟
まれている単電池については、その燃料極が、隣り合う
単電池のセパレータに対して電気的に接続され、セパレ
ータの燃料ガス流路に燃料極が面する。しかし、集合電
池の末端にある単電池においては、単電池の燃料極に対
してセパレータが接続されないので、この燃料極が燃料
ガス流路に面さないことになる。

【００１７】そこで、この集合電池の末端にある単電池
としては、次の単電池を使用することが好ましい。即
ち、第一の発明に係る単電池において、更に、第一の電
極の第一のガス流路と反対側の表面に連続的な溝を形成
し、この溝の表面に沿って固体電解質膜および第二の電
極を形成し、この溝の中に第二のガス流路を形成するこ
とができる。この単電池を集合電池の末端に配置するこ
とによって、この末端にある単電池についても、第二の
ガス流路が確保される。

【００１８】この場合、好適な態様においては、第一の
電極が、板状の本体部分と、この本体部分の一方の表面
の各縁部にそれぞれ形成されている外周側隔壁とを備え
ており、一方の表面の各縁部に形成されている一対の外
周側隔壁の間に溝が形成されている。

【００１９】また、第二の発明に係る固体電解質型燃料
電池の単電池は、第一のガス流路が形成されている板状
のセパレータと、第一のガス流路に面しており、かつこ
の第一のガス流路と反対側に連続的に延びる溝を備えて
いる第一の電極と、この第一の電極上に前記溝の表面に
沿って形成されている固体電解質膜と、この固体電解質
膜上に形成されている第二の電極とを備えており、第一
のガス流路の横断面方向に見たときにセパレータと固体
電解質膜とが第一のガス流路を包囲するように互いに気
密に接合されており、溝の表面に沿って形成されている
固体電解質膜および第二の電極によって第二のガス流路
が形成されていることを特徴とする。

【００２０】本発明者は、第一のガス流路に面する第一
の電極に、第一のガス流路と反対側の表面に連続的に延
びる溝を形成した。そして、この溝の表面に沿って固体
電解質膜および第二の電極を形成し、この溝の中に第二
のガス流路を形成し、かつ第一のガス流路の横断面方向
に見たときにセパレータと固体電解質膜とが第一のガス
流路を包囲するように互いに気密に接合した。これによ
って、セパレータと燃料電池素子との接合体自体に、酸
化ガス流路と燃料ガス流路との双方を形成しておくこと
ができた。こうした構造によって、ガス流路を確保し、
かつ金属フェルト部を薄くできるため、単電池を集積し
たときの単電池ごとの濃度分極を減少させることがで
き、かつ直流電流に対する抵抗を大きく減少させること
ができた。

【００２１】しかも、第一の電極に形成した溝の表面に
沿って固体電解質膜と第二の電極とを形成したことによ
って、固体電解質膜および第二の電極が第二のガス流路
に面する面積を増大させることができ、即ち、板状の単
電池の単位面積当たりの発電面積を増大させることがで
きた。この結果、単電池の出力が一層向上した。

【００２２】第二の発明においては、第一のガス流路、
第二のガス流路は、それぞれ酸化ガス流路または燃料ガ
ス流路であるが、第一のガス流路が酸化ガス流路であ
り、第二のガス流路が燃料ガス流路である態様が特に好
ましい。また、本発明においては、第一の電極、第二の
電極は、それぞれ空気極または燃料極であるが、第一の
電極が空気極であり、第二の電極が燃料極である態様が
特に好ましい。

【００２３】好適な態様においては、セパレータが、板
状の本体部分と、この本体部分の一方の表面の各縁部に
それぞれ形成されている外周側隔壁とを備えており、一
方の表面の各縁部に形成されている一対の外周側隔壁の
間に第一のガス流路が形成されている。ここで、一対の
外周側隔壁の間に設ける酸化ガス流路または燃料ガス流
路は、それぞれ１列とすることも可能である。しかし、
好適な態様においては、セパレータの一方の表面の一対
の外周側隔壁の間に１列以上の隔壁を形成し、この隔壁
を空気極に対して接合することによって、一対の外周側
隔壁の間に２列以上の酸化ガス流路を形成する。

【００２４】この際、一対の外周側隔壁の間に形成する
隔壁は、セパレータの一部とすることが好ましい。しか
し、この隔壁については、セパレータの本体部分とは別
体として設けることもできる。この場合には、各隔壁の
材質は、セパレータの材質とは異なる材質とすることが
できるし、セパレータは気密質であるが、隔壁の方を多
孔質とすることもできる。

【００２５】また、好適な態様においては、第一の電極
が、板状の本体部分と、この本体部分の一方の表面の各
縁部にそれぞれ形成されている外周側隔壁とを備えてお
り、第一の電極の一方の表面の各縁部に形成されている
一対の外周側隔壁の間に前記の溝が形成されている。こ
こで、一対の外周側隔壁の間に設ける酸化ガス流路また
は燃料ガス流路は、それぞれ１列とすることも可能であ
る。しかし、好適な態様においては、電極の一方の表面
の一対の外周側隔壁の間に１列以上の隔壁を形成するこ
とによって、一対の外周側隔壁の間に２列以上の燃料ガ
ス流路を形成する。

【００２６】第二の発明に係る単電池を集積して集合電
池を構成するときにも、一方の単電池の第二の電極と他
方の単電池のセパレータとを導電性材料によって電気的
に接続する。また、同じ集合電池の中に、第一の発明に
係る単電池と、第二の発明に係る単電池との双方を、集
積することもできる。

【００２７】

【実施例】第一の発明および第二の発明の双方におい
て、単電池は平板形状であることが、電流経路を短くす
るという観点からは好ましいが、他の形状であってもよ
い。この際、単電池の平面的形状も特に限定しないが、
通常は、単電池が平面的に見て四辺形、好ましくは長方
形をなしており、単電池の開口のすべてが四辺形の一辺
に設けられている。単電池が四辺形である場合には、こ
の短辺の長さ：長辺の長さは、１：２以上とすることが
好ましい。

【００２８】また、第一の発明および第二の発明の双方
において、一個の単電池を使用して発電することも可能
ではあるが、通常は多数の単電池を縦方向および横方向
に積層し、各単電池を直列および並列に接続することが
必要である。好適な態様においては、複数の単電池を、
発電室に互いに所定間隔を置いて配列し、この際複数個
の単電池の第二の電極及び開口の向きがほぼ同じになる
ように配列する。隣り合う単電池の直列接続は、前記し
たようにして行うことができる。隣り合う単電池を並列
接続するためには、隣合う単電池のセパレータ同士を導
電性材料によって並列接続することが好ましい。

【００２９】空気極の材質は、ドーピングされたか、又
はドーピングされていないＬａＭｎＯ₃、ＣａＭｎ
Ｏ₃、ＬａＮｉＯ₃、ＬａＣｏＯ₃等のペロブスカイト
型複合酸化物が好ましく、カルシウムまたはストロンチ
ウムを添加したＬａＭｎＯ₃が特に好ましい。固体電解
質体は、一般にはイットリア安定化ジルコニア等によっ
て製造できる。燃料極の材質は、一般にはニッケルジル
コニアサーメット又はコバルトジルコニアサーメットが
好ましい。

【００３０】セパレータの材質は、気密質の電子伝導体
である。更に、セパレータは、酸化ガスと燃料ガスとに
対して曝されるので、高温において耐酸化性と耐還元性
とを備えていなければならない。こうした材料として
は、ＬａＣｒＯ₃セラミックス、酸化ガスにさらされる
部分をＬａＣｒＯ₃セラミックスで被覆したニッケルジ
ルコニアサーメット等を例示できる。

【００３１】気体の流通を妨げない耐熱性の導電体は、
耐熱金属繊維を編んで作ったフェルト状物質とするか、
多数の開気孔を有するスポンジ状物質とするのが好まし
い。これらの材質としては、ニッケルが好ましい。上記
のスポンジ状物質を作製するには、例えば、耐熱金属粉
末と発泡剤とバインダーとを混練し、成形、焼成すれば
よい。

【００３２】以下、必要に応じて図面を参照しつつ、本
発明の実施例を更に詳細に説明する。図１は、第一の発
明に係る単電池１Ａと１Ｂとを直列接続している状態を
示す断面図である。図２（ａ）は、これらの単電池のセ
パレータ５を示す断面図であり、図２（ｂ）は、セパレ
ータ５を示す平面図であり、図２（ｃ）は、セパレータ
５を示す底面図であり、図２（ｄ）は、セパレータ５と
空気極４との接合体を示す断面図である。

【００３３】本実施例においては、セパレータ５の平面
形状は長方形であり、この長方形の長片の長さと、短辺
の長さとの比は２以上である。図２（ｂ）に示すよう
に、このセパレータ５の平板状の本体部分５ｅの一方の
表面の各縁部には、本体部分５ｅの長辺に沿って延びる
ように、それぞれ外周側隔壁５ａが形成されている。こ
れら一対の外周側隔壁５ａの間には、外周側隔壁５ａと
平行に延びるように、隔壁５ｂが２列形成されている。
これらの外周側隔壁５ａおよび隔壁５ｂの間に、それぞ
れ酸化ガス流路６が互いに平行に形成されており、この
合計は３列となる。

【００３４】図２（ｃ）に示すように、本体部分５ｅの
他方の表面の各縁部にも、本体部分５ｅの長辺に沿って
延びるように、それぞれ外周側隔壁５ｃが、それぞれ形
成されている。これら一対の外周側隔壁５ｃの間には、
外周側隔壁５ｃと平行に延びるように、隔壁５ｄが２列
形成されている。これらの外周側隔壁５ｃおよび隔壁５
ｄの間に、それぞれ燃料ガス流路７が互いに平行に形成
されており、この合計は３列となる。これらの隔壁５
ｂ、５ｄの列数は、むろん適当に変更することができ
る。

【００３５】図２（ｄ）に示すように、空気極４は平板
形状をしており、空気極４の平面的形状は、セパレータ
５のそれとほぼ同様とする。空気極４の主面４ｂと、セ
パレータ５の隔壁５ａ、５ｂとを向かい合わせ、積層す
る。この際、好ましくは、隔壁５ａ、５ｂの各上側面
と、空気極４の主面４ｂとの接触部分に、接合用のペー
スト層を設けることができ、このペースト層の材質は、
空気極４の材質と、セパレータ５の材質との少なくとも
一方を含有している。この後、ペースト層を焼成するこ
とによって、セパレータ５と空気極４とを接合する。

【００３６】ただし、本発明の単電池の製造方法は、こ
れに限定されるものではなく、例えば、セパレータ５と
空気極４との各グリーン成形体を積層し、この積層体を
一体焼成することによって、図２（ｄ）に示すような接
合体を製造することも考えられる。

【００３７】次いで、図１に示すように固体電解質膜３
を形成する。ここで、固体電解質膜３の平坦部３ａによ
って空気極４の主面４ａが覆われており、延在部３ｂに
よって空気極４の側面４ｃおよびセパレータ５の側面５
ｆの上部が覆われている。酸化ガス流路６は、固体電解
質膜３およびセパレータ５によって気密に包囲される。
この固体電解質膜３の平坦部３ａの表面に燃料極膜２を
形成する。

【００３８】このようにして形成した単電池１Ａ、１Ｂ
を集積する際には、上側の単電池１Ａのセパレータ５の
隔壁５ｃ、５ｄを、下側の単電池１Ｂの燃料極２に対し
て、薄い膜状の導電体８を介在させて電気的に接続す
る。なお、図１においては、２個の単電池のみを直列接
続した状態を図示したが、むろんこのように直列接続さ
れる単電池の個数は変更することができる。また、各単
電池を並列接続するためには、各単電池のセパレータ５
同士の間に導電体を介在させることが好ましい。

【００３９】また、図１に示す単電池を直列接続してい
くと、この集合電池の末端に位置する単電池１Ａにおい
ては、その燃料極２が末端に露出する。この燃料極２を
集合電池の集電体に直接に接続すると、この燃料極２が
発電に寄与しなくなる。このため、好ましくは、燃料極
２に対して接触させる集電体の方に燃料ガス流路を形成
する。

【００４０】図３は、第二の発明に係る単電池１１Ａと
１１Ｂとを直列接続している状態を示す断面図である。
図４（ａ）は、これらの単電池のセパレータ１５を示す
断面図であり、図４（ｂ）は、セパレータ１５を示す平
面図であり、図４（ｃ）は、空気極１４を示す断面図で
あり、図４（ｄ）は、空気極１４を示す平面図である。
図５は、セパレータ１５と空気極１４との接合体を示す
断面図である。

【００４１】本実施例においては、セパレータ１５の平
面形状は長方形であり、この長方形の長片の長さと、短
辺の長さとの比は２以上である。セパレータ１５の平板
状の本体部分１５ｃの一方の表面の各縁部には、本体部
分１５ｃの長辺に沿って延びるように、それぞれ外周側
隔壁１５ａが形成されている。これら一対の外周側隔壁
１５ａの間には、外周側隔壁１５ａと平行に延びるよう
に、隔壁１５ｂが２列形成されている。これらの外周側
隔壁１５ａおよび隔壁１５ｂの間に、それぞれ酸化ガス
流路６が互いに平行に形成されており、この合計は３列
となる。隔壁１５ｂの列数は、むろん適当に変更するこ
とができる。

【００４２】また、空気極１４の平面形状は長方形であ
り、空気極１４の平面的形状は、セパレータ１５のそれ
とほぼ同様とする。空気極１４の平板状の本体部分１４
ｃの一方の表面の各縁部には、本体部分１４ｃの長辺に
沿って延びるように、それぞれ外周側隔壁１４ａが形成
されている。これら一対の外周側隔壁１４ａの間には、
外周側隔壁１４ａと平行に延びるように、隔壁１４ｂが
２列形成されている。これらの外周側隔壁１４ａおよび
隔壁１４ｂの間に、それぞれ細長い溝１４ｄが互いに平
行に形成されており、この合計は３列となる。隔壁１５
ｂ、１４ｂの列数は、むろん適当に変更することができ
る。

【００４３】空気極１４の底面１４ｅと、セパレータ１
５の隔壁１５ａ、１５ｂとを向かい合わせ、積層する。
この際、好ましくは、隔壁１５ａ、１５ｂの各上側面
と、空気極１４の底面１４ｅとの接触部分に、接合用の
ペースト層を設けることができ、このペースト層の材質
は、空気極１４の材質と、セパレータ１５の材質との少
なくとも一方を含有している。この後、ペースト層を焼
成することによって、セパレータ１５と空気極１４とを
接合する。

【００４４】次いで、図３に示すように固体電解質膜１
３および燃料極１２を形成する。この際、固体電解質膜
１３および燃料極１２は、空気極１４の溝１４ｄに沿っ
て形成されている。即ち、固体電解質膜１３の延在部１
３ａによって空気極１４の側面１４ｆおよびセパレータ
１５の側面１５ｄが被覆されており、固体電解質膜１３
の平坦部１３ｂによって空気極１４の隔壁１４ａ、１４
ｂの各上側面が被覆されている。更に、固体電解質膜１
３の曲折部１３ｃ、１３ｄによって、溝１４ｄ内の露出
面の全体が被覆されている。酸化ガス流路６は、固体電
解質膜１３およびセパレータ１５によって気密に包囲さ
れる。

【００４５】そして、固体電解質膜１３の平坦部１３ｂ
および曲折部１３ｃ、１３ｄの上に、燃料極１４の平坦
部１２ａ、曲折部１２ｂ、１２ｃが形成されている。燃
料極１２の曲折部１２ｂ、１２ｃの内側に燃料ガス流路
１７が形成されている。

【００４６】このようにして形成した単電池１１Ａ、１
１Ｂを集積する際には、上側の単電池１１Ａのセパレー
タ１５の底面１５ｅを、下側の単電池１１Ｂの燃料極１
２の平坦部１２ａに対して、薄い膜状の導電体８を介在
させて電気的に接続する。なお、図３においては、２個
の単電池のみを直列接続した状態を図示したが、むろん
このように直列接続される単電池の個数は変更すること
ができる。

【００４７】図６は、図１の単電池１Ａ、１Ｂの上に、
第一の発明に係る他の単電池２０を直列接続した状態を
示す断面図である。この単電池２０においては、，図
１、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示すセパレ
ータ５を使用している。また、空気極１４、固体電解質
膜１３、燃料極１２については、図３、図４（ａ）、
（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、図５に示したものを使用して
いる。そして、セパレータ５の隔壁５ａ、５ｂに対し
て、空気極１４の底面１４ｅを接合している。

【００４８】そして、単電池１Ａの燃料極２と、単電池
２０のセパレータ５の隔壁５ｃ、５ｄとの間に導電体８
を介在させ、電気的に直列接続している。この単電池２
０の燃料極１２側には、単電池２０自体の内部に燃料ガ
ス流路１７が形成されている。

【００４９】以下、更に具体的な実験結果について述べ
る。図１に示す単電池１Ａと１Ｂとからなる集合電池
（実施例１）と、図３に示す単電池１１Ａと１１Ｂとか
らなる集合電池（実施例２）とを準備した。各単電池の
長さは５０ｍｍとし、幅は２１ｍｍとした。電極部分の
長さは４０ｍｍとし、幅は２０ｍｍとした。各空気極は
ストロンチウム置換ランタンマンガナイトによって形成
した。各燃料極はニッケルジルコニアサーメットによっ
て形成した。各固体電界質膜は８ｍｏｌ％イットリア安
定化ジルコニアによって形成した。

【００５０】各集合電池の外側の燃料極とセパレータと
に、それぞれニッケルフェルトとニッケル板との積層体
を押しつけ、このニッケル板から電力を集めた。ただ
し、図１の集合電池については、その燃料極側には、四
角柱形状の隔壁を設けたニッケル板を集電体として接触
させた。各集合電池のガスシール部分には、ガラスの溶
融物からなるメルトシールを使用し、酸化ガスと燃料ガ
スとが混合しないようにした。

【００５１】各集合電池の正極側と負極側とを、それぞ
れカレントインタラプタに対して接続した。燃料ガスと
しては、加湿した水素を使用し、酸化ガスとしては空気
を使用した。１０００℃で各単電池を作動させ、通電電
流量３００ｍＡ／ｃｍ²で直流電流抵抗および濃度分極
を測定した。これらの測定結果を表１に示す。ただし、
表１において、燃料ガス流路の厚さとは、各単電池の厚
さ方向に見た各燃料ガス流路の寸法を意味している。

【００５２】また、比較例として、図１に示す集合電池
において、各単電池１Ａ、１Ｂの各セパレータ５から、
外周側隔壁５ｃ、隔壁５ｄおよび燃料ガス流路７を除い
たセパレータを使用した。そして、一方の単電池のセパ
レータの平坦な底面を、隣り合う単電池の燃料極２に対
して、導電体８を介在して直列接続した。この集合電池
について、前記と同様の実験を行った。

【００５３】

【表１】

【００５４】この結果からわかるように、第一の発明に
係る実施例１の集合電池を使用した場合、第二の発明に
係る実施例２の集合電池を使用した場合共に、直流電流
抵抗および濃度分極共に顕著に減少した。また単電池当
たりの出力も大きく向上した。特に、実施例１の集合電
池を使用した場合には、濃度分極がきわめて顕著に減少
しており、出力もこれによって向上している。また，実
施例２の集合電池を使用した場合にも、濃度分極の減少
に加えて、特に発電面積の増大や直流抵抗の減少によっ
て、出力が顕著に増加した。

【００５５】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、平
板型の固体電解質型燃料電池の単電池を集積したとき
に、直流電流に対する抵抗や濃度分極を減少させること
ができ、単電池ごとの出力を向上させることができる。
しかも、単電池を集積して集合電池を作製する工程を、
従来よりもはるかに容易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第一の発明に係る単電池１Ａと１Ｂとを直列接
続している状態を示す断面図である。

【図２】（ａ）は、図１に示す単電池のセパレータ５を
示す断面図であり、（ｂ）は、セパレータ５を示す平面
図であり、（ｃ）は、セパレータ５を示す底面図であ
り、（ｄ）は、セパレータ５と空気極４との接合体を示
す断面図である。

【図３】第二の発明に係る単電池１１Ａと１１Ｂとを直
列接続している状態を示す断面図である。

【図４】（ａ）は、図３の単電池１１Ａ、１１Ｂのセパ
レータ１５を示す断面図であり、（ｂ）は、セパレータ
１５を示す平面図であり、（ｃ）は、空気極１４を示す
断面図であり、（ｄ）は、空気極１４を示す平面図であ
る。

【図５】セパレータ１５と空気極１４との接合体を示す
断面図である。

【図６】図１の単電池１Ａ、１Ｂの上に、第一の発明に
係る他の単電池２０を直列接続した状態を示す断面図で
ある。

【符号の説明】

１Ａ、１Ｂ、１１Ａ、１１Ｂ、２０単電池２、１
２燃料極３、１３固体電解質膜４、１４
空気極５、１５セパレータ５ａ、５ｃ、１５ａセパレータの外周側隔壁５
ｂ、５ｄ、１５ｂ隔壁６酸化ガス流路７、
１７燃料ガス流路８導電体１４ａ空気極の
外周側隔壁１４ｂ隔壁１４ｄ溝

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第一のガス流路と第二のガス流路とが形成
されている板状のセパレータと、前記第一のガス流路に
面する第一の電極と、この第一の電極上に形成されてい
る固体電解質膜と、この固体電解質膜上に形成されてい
る第二の電極とを備えており、前記第一のガス流路の横
断面方向に見たときに前記セパレータと前記固体電解質
膜とが前記第一のガス流路を包囲するように互いに気密
に接合されていることを特徴とする、固体電解質型燃料
電池の単電池。
【請求項２】前記セパレータが、板状の本体部分と、こ
の本体部分の一方の表面の各縁部にそれぞれ形成されて
いる外周側隔壁と、前記本体部分の他方の表面の各縁部
にそれぞれ形成されている外周側隔壁とを備えており、
前記一方の表面の各縁部に形成されている一対の外周側
隔壁の間に前記第一のガス流路が形成されており、前記
他方の表面の各縁部に形成されている一対の外周側隔壁
の間に前記第二のガス流路が形成されていることを特徴
とする、請求項１記載の固体電解質型燃料電池の単電
池。
【請求項３】前記本体部分の前記一方の表面に形成され
ている各外周側隔壁と、前記第一の電極とが接合されて
おり、前記固体電解質膜によって前記第一の電極の全体
と前記セパレータの側面の少なくとも一部とが被覆され
ていることを特徴とする、請求項２記載の固体電解質型
燃料電池の単電池。
【請求項４】前記第一の電極が、前記第一のガス流路と
反対側の表面に連続的な溝を備えており、この溝の表面
に沿って前記固体電解質膜および前記第二の電極が形成
されており、この溝の中に第二のガス流路が形成されて
いることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つの
請求項に記載の固体電解質型燃料電池の単電池。
【請求項５】前記第一の電極が、板状の本体部分と、こ
の本体部分の一方の表面の各縁部にそれぞれ形成されて
いる外周側隔壁とを備えており、前記一方の表面の各縁
部に形成されている一対の外周側隔壁の間に前記溝が形
成されていることを特徴とする、請求項４記載の固体電
解質型燃料電池の単電池。
【請求項６】請求項１〜３のいずれか一つの請求項に記
載の固体電解質型燃料電池の単電池を複数備えている集
合電池であって、一方の前記単電池の前記第二の電極と
他方の前記単電池のセパレータとが導電性材料によって
電気的に接続されていることを特徴とする、集合電池。
【請求項７】請求項１〜３のいずれか一つの請求項に記
載の固体電解質型燃料電池の単電池の前記第二の電極
と、請求項４または５記載の固体電解質型燃料電池の単
電池の前記セパレータとが導電性材料によって電気的に
接続されていることを特徴とする、集合電池。
【請求項８】第一のガス流路が形成されている板状のセ
パレータと、前記第一のガス流路に面しており、かつこ
の第一のガス流路と反対側の表面に連続的な溝を備えて
いる第一の電極と、この第一の電極上に前記溝の表面に
沿って形成されている固体電解質膜と、この固体電解質
膜上に形成されている第二の電極とを備えており、前記
第一のガス流路の横断面方向に見たときに前記セパレー
タと前記固体電解質膜とが前記第一のガス流路を包囲す
るように互いに気密に接合されており、前記溝の中に第
二のガス流路が形成されていることを特徴とする、固体
電解質型燃料電池の単電池。
【請求項９】前記セパレータが、板状の本体部分と、こ
の本体部分の一方の表面の各縁部にそれぞれ形成されて
いる外周側隔壁とを備えており、前記一方の表面の各縁
部に形成されている一対の外周側隔壁の間に前記第一の
ガス流路が形成されていることを特徴とする、請求項８
記載の固体電解質型燃料電池の単電池。
【請求項１０】前記第一の電極が、板状の本体部分と、
この本体部分の一方の表面の各縁部にそれぞれ形成され
ている外周側隔壁とを備えており、前記一方の表面の各
縁部に形成されている一対の外周側隔壁の間に前記溝が
形成されていることを特徴とする、請求項８または９記
載の固体電解質型燃料電池の単電池。
【請求項１１】請求項８〜１０のいずれか一つの請求項
に記載の固体電解質型燃料電池の単電池を複数備えてい
る集合電池であって、一方の前記単電池の前記第二の電
極と他方の前記単電池のセパレータとが導電性材料によ
って電気的に接続されていることを特徴とする、集合電
池。