JPH0845516A - 線径の異なるメッシュを用いた平板型固体電解質燃料電池 - Google Patents

線径の異なるメッシュを用いた平板型固体電解質燃料電池

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JPH0845516A
JPH0845516A JP6178556A JP17855694A JPH0845516A JP H0845516 A JPH0845516 A JP H0845516A JP 6178556 A JP6178556 A JP 6178556A JP 17855694 A JP17855694 A JP 17855694A JP H0845516 A JPH0845516 A JP H0845516A
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JP
Japan
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mesh
solid electrolyte
cell
fuel
electrode
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Withdrawn
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JP6178556A
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English (en)
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Yuichi Hishinuma
祐一 菱沼
Yoshio Matsuzaki
良雄 松崎
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Tokyo Gas Co Ltd
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Tokyo Gas Co Ltd
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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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Abstract

(57)【要約】 【目的】 線径の異なるニッケル等の耐熱性金属のメッ
シュを用いることにより、集電効率を向上し且つ熱サイ
クルによる固体電解質層の応力割れを防止し、長期間に
わたり効率的な運転を実施できる平板型固体電解質燃料
電池を提供すること。 【構成】 固体電解質層4を挟むように燃料極5と空気
極6を配置してなる平板型単電池3と、隣接する単電池
を電気的に直列に接続しかつ各単電池3に燃料ガスと酸
化剤ガスとを分配するセパレータ1とを交互に積層し、
燃料極側に対面するセパレータの電極に接しない表面と
固体電解質層の電極の存在しない表面との間にスペーサ
2を気密状態に挟持し、単電池の燃料極側に対面するセ
パレータの表面と燃料極との間に複数層のニッケル等の
耐熱性金属のメッシュ7を弾力圧縮状態に挟持した平板
型固体電解質燃料電池において、耐熱性金属メッシュの
線径を単電池の燃料極に近い層ほど細くした。そのた
め、燃料電池の集電効率が向上し、内部応力の吸収率が
向上し、性能が良くなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は燃料極とセパレータとの
間に線径の異なるニッケルまたは他の耐熱性金属のメッ
シュまたはフェルトを用いた平板型固体電解質燃料電池
に関する。
【0002】
【従来の技術】最近、例えば酸素と水素等をそれぞれ、
酸化剤および燃料として、燃料が本来持っている化学エ
ネルギーを直接電気エネルギーに変換する電解質燃料電
池が、省資源、環境保護などの観点から注目されてい
る。特に、平板型固体電解質燃料電池は、作動温度が高
く、発電効率が高く、高温の廃熱の利用により総合効率
が高いので、研究開発が進んでいる。
【0003】この平板型固体電解質燃料電池は平板型固
体電解質層を挟むように燃料極と空気極を配置してなる
平板型単電池と、隣接する単電池を電気的に直列に接続
しかつ各単電池に燃料ガスと酸化剤ガスとを分配するセ
パレータとを交互に積層して複層のスタックとして構成
されたものである。通常、固体電解質層はイットリアな
どをドープしたジルコニア焼結体(YSZ)で造られ、
その両面にそれぞれ燃料極としてNi/YSZサーメッ
トを、空気極として(La、Sr)MnO3 をスクリー
ン印刷などによりコーティングしたものである。
【0004】内部マニホールド型固体電解質燃料電池は
セパレータが酸化剤および燃料のガスの給排気、分配お
よび電気的接続の機能を兼ね備える一体型の構造であ
る。そのため、セパレータの辺部にガスの給排気の孔が
開けられ、この孔から単電池の電極面にガスが給排気さ
れ、さらに、電極面の隅々にガスを均等に分配するた
め、および、隣あう単電池を直列に接続するため電極面
に多数の溝が施されている。一方、単電池の固体電解質
層の電極が付いていない部分にガス給排気の孔が開けら
れ、単電池を積層する過程でこれらの孔を連結し、スタ
ック内部にガス通路を形成している。単電池の燃料極側
に対面するセパレータの表面の電極と接しない部分と単
電池の固体電解質層の電極のない面との間にスペーサが
気密状態に挟持されている。
【0005】また、平板状の耐熱性金属のメッシュまた
はフェルトが、ー層または複層となって、単電池の燃料
極とこれに対面するセパレータの表面との間に弾力圧縮
状態に挟持されている。これは集電効率の向上と燃料ガ
スの流通のために使用されるものである。耐熱性金属と
はたとえばNiやNi−Cr合金やFe−Cr合金であ
る。このメッシュを使用することにより固体電解質燃料
電池の集電効率は向上するが、電解質燃料電池が作動温
度1000℃で受ける熱サイクルにより、燃料極の上面
に接触するメッシュの材質である金属と、燃料極の材質
としてのNi/YSZサーメットと、燃料極の下面に付
着した固体電解質層の材質であるYSZとの熱膨張率の
差に起因して、固体電解質層、特にその周縁部が熱応力
割れを起こして破壊する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、単純に
ニッケル等の耐熱性金属のメッシュまたはフェルトを燃
料極とセパレータの間に挟持させても、ニッケルと燃料
極とは1000℃で溶着し、冷却時に熱膨張率の不一致
のために熱サイクルによる応力割れが生じる欠点があ
る。
【0007】本発明は上述の点に鑑みてなされたもの
で、線径の異なる耐熱性金属メッシュを用いることによ
り、集電率を向上し且つ熱サイクルによる固体電解質層
の応力割れを防止し、長期間にわたり効率的な安全運転
を実施できる平板型固体電解質燃料電池を提供すること
を目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は固体電解質層を挟むように燃料極と空気極
を配置してなる平板型単電池と、隣接する単電池を電気
的に直列に接続しかつ各単電池に燃料ガスと酸化剤ガス
とを分配するセパレータとを交互に積層し、前記単電池
の燃料極側に対面する前記セパレータの電極に接しない
表面と前記単電池の固体電解質層の電極の存在しない表
面との間にスペーサを気密状態に挟持し、前記単電池の
燃料極側に対面する前記セパレータの表面と前記単電池
の燃料極との間に複数層の耐熱性金属メッシュを弾力圧
縮状態に挟持した平板型固体電解質燃料電池において、
前記耐熱性金属メッシュの線径を前記単電池の燃料極に
近い層で細くしたことを特徴とする。また、本発明は耐
熱性金属メッシュが燃料極に近い層において平面的に複
数個に分割され、かつセパレータに接触する層は1枚に
纏められていることを特徴とする。
【0009】
【作用】セパレータと燃料極との間に、耐熱性金属メッ
シュ(以下メッシュと称する)を複数層介在させ、燃料
極に近い層のメッシュほど線径を細くしたので網目も細
かくなり、燃料極に密接するようになるので集電効率は
向上し、また、電池内の熱膨張差による内部応力を吸収
する。また、メッシュが燃料極に近い層において平面的
に複数個に分割され、セパレータに接触する層は1枚に
纏められることにより、燃料極に近いほど内部応力が分
散され、且つ集電効率は向上する。
【0010】
【実施例】以下、本発明を図面に基づいて説明する。
【0011】図1は本発明の平板型固体電解質燃料電池
の断面図、図2は本発明の平板型固体電解質燃料電池の
内部構造の一部を示す斜視図である。
【0012】本発明の平板型固体電解質燃料電池は固体
電解質層4を挟むように燃料極5と空気極6を配置して
なる平板型単電池3と、隣接する単電池3を電気的に直
列に接続しかつ各単電池に燃料ガスと酸化剤ガスとを分
配するセパレータ1とを交互に積層して構成されてい
る。
【0013】セパレータ1はストロンチゥムドープラン
タンクロマイトを加圧成型し、空気中で焼成して得た平
板型焼結体である。4隅にガスの給排気孔が開けられ、
さらに、単電池3の電極面の隅々にガスを均等に分配す
るため、電極面に溝1cが施されている。溝1cと溝1
cの間は隣あう単電池3を直列に接続するため突起1b
となっている。表面の溝1cは左右2個の対角線方向の
給排気孔に連通し、また、裏面の溝1cは左右2個の対
角線方向の別の給排気孔に連通している。セパレータ1
の表面と裏面の周縁部はスペーサ2または単電池3の固
体電解質層4と重ねるための面となる。
【0014】スペーサ2は部分安定化ジルコニア又は耐
熱性金属で造られ、厚みが約150ミクロンである。中
央部にほぼ正方形の孔が開けられ、かつ対角線上の4隅
にガスの給排気孔が開けられている。スペーサ2の表面
と裏面の周縁部はセパレータ1または単電池3の固体電
解質層4と重ねるためのシール面となる。
【0015】単電池3は固体電解質層4を挟むように燃
料極5としてNi/YSZサーメットを、空気極6とし
て(La、Sr)MnO3 をスクリーン印刷などにより
コーティングしたものである。固体電解質層4はイット
リアなどをドープしたジルコニア焼結体(YSZ)で造
られる。固体電解質層4の4隅にガスの給排気孔が開け
られている。このガス給排気孔はセパレータ1の給排気
孔の大きさおよび配置と同一である。また、固体電解質
層4の表面と裏面の周縁部はセパレータ1またはスペー
サ2と重ねるための面となる。
【0016】複数層のメッシュ7またはフェルトがセパ
レータ1と燃料極5の間に弾力圧縮状態に介在してい
る。図2では2層のメッシュ7A、7Bが介在し、メッ
シュ7Aはセパレータ1に接触し、メッシュ7Bが燃料
極5に接触する。図示していないが、メッシュ7A、7
Bの間に必要に応じ任意の層数のメッシュ7が介在す
る。メッシュ7は分割部10により平面的に複数個に分
割され(図2においてメッシュ7Bは4個のピースに分
割されている)、単電池3の燃料極5の全面を覆う広さ
を有している。しかし、セパレータ1に接触するメッシ
ュ7Aは集電効率を良くするため分割せず1枚に纏めら
れている。メッシュ7の線径は単電池の燃料極に近い層
で細くし、その他の層は線径の大きな目の荒いメッシュ
で構成する。
【0017】メッシュ7はニッケル等の耐熱性金属で造
られ、還元雰囲気下で電子伝導性および伸縮性が良好で
ある。メッシュの線径が細いと、当然メッシュの網目が
小さくなり、そのためメッシュが電極に密接し、導電率
が良くなり、集電効率が向上する。また、セパレータ1
に近いメッシュは線径が太いので網目が大きくなり、経
済的に有利となる。すべてのメッシュを線径が細くて、
網目の小さいものにすると経済的に不利である。
【0018】このような構成になる平板型固体電解質燃
料電池に、その周縁部のガス給気孔から各ガスを供給
し、単電池3の両電極の表面に流し、周縁部のガス排気
孔から排出することにより、電力が発生する。
【0019】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、セ
パレータの表面と単電池の燃料極との間に複数層のニッ
ケルやコバルトのメッシュを弾力圧縮状態に挟持させ、
メッシュの線径を変化させ燃料極に近い層のメッシュは
細くしたので、次のような優れた効果が得られる。 (1)燃料電池の熱サイクルでメッシュと燃料極の間に
熱膨張差のため発生する内部応力を分散・吸収し、電池
の耐久性を向上させる。 (2)集電効率を改善し、電池の性能を向上させる。 (3)燃料極に近い層のメッシュは細くし、その他の層
は線径の大きな目の荒いメッシュで構成するのでコスト
的に有利となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の平板型固体電解質燃料電池の断面図で
ある。
【図2】本発明の平板型固体電解質燃料電池の内部構造
の一部を示す斜視図である。
【符号の説明】 1 セパレータ 2 スペーサ 3 単電池 4 固体電解質層 5 燃料極 6 空気極 7 メッシュ 10 分割部

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 固体電解質層を挟むように燃料極と空気
    極を配置してなる平板型単電池と、隣接する単電池を電
    気的に直列に接続しかつ各単電池に燃料ガスと酸化剤ガ
    スとを分配するセパレータとを交互に積層し、前記単電
    池の燃料極側に対面する前記セパレータの表面と前記単
    電池の燃料極との間に複数層の耐熱性金属メッシュを弾
    力圧縮状態に挟持した平板型固体電解質燃料電池におい
    て、前記耐熱性金属メッシュの線径を前記単電池の燃料
    極に近い層で細くしたことを特徴とする平板型固体電解
    質燃料電池。
  2. 【請求項2】 前記耐熱性金属メッシュが燃料極に近い
    層において平面的に複数個に分割され、かつセパレータ
    に接触する層は1枚に纏められていることを特徴とする
    請求項1に記載の平板型固体電解質燃料電池。
  3. 【請求項3】 前記耐熱性金属がニッケルである請求項
    1または2に記載の平板型固体電解質燃料電池。
  4. 【請求項4】 前記メッシュがフェルトであることを特
    徴とする請求項1または2に記載の平板型固体電解質燃
    料電池。
  5. 【請求項5】 前記単電池の燃料極側に対面する前記セ
    パレータの電極に接しない表面と前記単電池の固体電解
    質層の電極の存在しない表面との間にスペーサを気密状
    態に挾持したことを特徴とする請求項1に記載の平板型
    固体電解質燃料電池。
JP6178556A 1994-07-29 1994-07-29 線径の異なるメッシュを用いた平板型固体電解質燃料電池 Withdrawn JPH0845516A (ja)

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