JPH09147884A - Flat solid electrolyte fuel cell - Google Patents

Flat solid electrolyte fuel cell

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JPH09147884A
JPH09147884A JP7304334A JP30433495A JPH09147884A JP H09147884 A JPH09147884 A JP H09147884A JP 7304334 A JP7304334 A JP 7304334A JP 30433495 A JP30433495 A JP 30433495A JP H09147884 A JPH09147884 A JP H09147884A
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JP
Japan
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solid electrolyte
fuel cell
electrolyte fuel
reinforcing layer
layer
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP7304334A
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Japanese (ja)
Inventor
Yuichi Hishinuma
祐一 菱沼
Yoshio Matsuzaki
良雄 松崎
Takashi Ogiwara
崇 荻原
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.)
Tokyo Gas Co Ltd
Original Assignee
Tokyo Gas Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH09147884A publication Critical patent/JPH09147884A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0223Composites
    • H01M8/0228Composites in the form of layered or coated products
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    • H01M8/0217Complex oxides, optionally doped, of the type AMO3, A being an alkaline earth metal or rare earth metal and M being a metal, e.g. perovskites
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a separator by which the cross leak of fuel gas and oxide gas can be prevented in a flat solid electrolyte fuel cell of an inside manifold type. SOLUTION: A separator is a composite separator 1 composed of a (LA1-x Ax ) (Cr1-y By )O3 layer and a reinforcing layer, and a heat resistant metal gasket 17 is inserted in the joining face of the (la1-x Ax ) (Cr1-y By )O3 layer 1B and the reinforcing layer 1A. Where A is a combination of one or two or more of any of Sr, Ca, Ba, and B is a combination of one or two or more of any of Mn, Ni, Mg, Co, Zr, Ce, Fe, Al. Since (x) and (y) are set to meet the following formulas, 0<=x<=0.50, and 0<=y<=0.50, the cross leak of fuel gas and oxidizing agent gas can be prevented, and a voltage drop resulting from concentration polarization even in high current density can be suppressed.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は内部マニホールド方
式の平板型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 an internal manifold type flat plate type solid electrolyte fuel cell.

【0002】[0002]

【従来の技術】最近、例えば空気と水素をそれぞれ、酸
化剤ガスおよび燃料ガスとして、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燃料電
池が、省資源、環境保護の観点から注目されており、特
に固体電解質燃料電池は発電効率が高く、廃熱を有効に
利用できるなど多くの利点を有するため研究、開発が進
んでいる。
2. Description of the Related Art Recently, fuel cells which directly convert chemical energy inherent in fuel into electric energy by using, for example, air and hydrogen as oxidizing gas and fuel gas, respectively, have attracted attention from the viewpoint of resource saving and environmental protection. Research and development are progressing because solid electrolyte fuel cells have many advantages such as high power generation efficiency and effective use of waste heat.

【0003】図4は従来の内部マニホールド方式の平板
型固体電解質燃料電池の断面図である。
FIG. 4 is a sectional view of a conventional internal manifold type flat plate type solid electrolyte fuel cell.

【0004】固体電解質燃料電池に燃料ガスと酸化剤ガ
スとを供給するため、固体電解質燃料電池のセパレータ
および固体電解質層にそれぞれのガスの給排気孔を設
け、この孔から各単電池の各電極面に各ガスを給排気す
るようにしたものを内部マニホールド形式と称してい
る。
In order to supply the fuel gas and the oxidant gas to the solid electrolyte fuel cell, supply and exhaust holes for the respective gas are provided in the separator and the solid electrolyte layer of the solid electrolyte fuel cell, and from these holes, the electrodes of each unit cell are provided. An internal manifold type is one in which each gas is supplied and exhausted.

【0005】内部マニホールド形式の平板型固体電解質
燃料電池は、イットリアなどをドープしたジルコニア焼
結体(YSZ)からなる平板型固体電解質層4の両面
に、それぞれ(La、Sr)MnO3 の空気極6と、N
i/YSZサーメットの燃料極5とを配置してなる平板
状単電池3と、隣接する単電池同士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、燃料極5とセパレー
タ1の燃料ガス流通路側との間にニッケルメッシュ15
を介在し、単電池の固体電解質層4とセパレータ1の間
にそれぞれシール剤またはスペーサ2を介在してスタッ
クに積層したものであり、各単電池3の各電極5、6面
にそれぞれ燃料ガスと酸化剤ガスとを接触させることに
より起電力を発生する。
[0005] plate type solid electrolyte fuel cell of the internal manifold type, on both sides of the flat plate type solid electrolyte layer 4 made of yttria and doped zirconia sintered body (YSZ), respectively (La, Sr) air electrode MnO 3 6 and N
The flat cell 3 in which the fuel electrode 5 of the i / YSZ cermet is arranged and the adjacent cells are electrically connected in series, and the fuel gas and the oxidant gas are distributed to each cell. The separators 1 are alternately laminated, and the nickel mesh 15 is provided between the fuel electrode 5 and the fuel gas flow passage side of the separator 1.
And a sealant or a spacer 2 is interposed between the solid electrolyte layer 4 and the separator 1 of the unit cell to form a stack, and the electrodes 5 and 6 of each unit cell 3 are provided with a fuel gas. An electromotive force is generated by bringing the oxidizer gas and the oxidant gas into contact with each other.

【0006】セパレータ1は燃料極5と空気極6とにそ
れぞれ供給される燃料ガスと酸化剤ガスとを分離してそ
れらのクロスリークを防止する作用と、単電池3同士を
電気的に直列に接続する作用とを有するものである。ス
タックの内部で燃料ガスと酸化剤ガスがリークして混合
すると、燃料利用率が低下して燃料電池の効率が低下す
るのは勿論、両ガスの混合により燃焼して局部的な温度
上昇を生じ、熱応力分布が不均一となり、クラックや歪
みを生じ、スタックの寿命を短縮させる。セパレータ1
は燃料電池の運転温度である約1000℃という高温に
おいて、化学的に安定で、緻密でガスを透過せず、電気
抵抗が少なく、電子伝導性が高く、イオン伝導性が無視
できるほど小さく、他の電池材料と化学的に反応しにく
く、膨張率が他の電池材料、特に固体電解質層4として
用いられるYSZと同一で、機械的強度が大きいなどの
特性を具備しなければならない。特に、(1)酸化性雰
囲気でも還元性雰囲気でも安定であって、(2)導電性
がよいこと、換言すれば電気抵抗が小さいことの2条件
を満足することが必要である。
The separator 1 separates the fuel gas and the oxidant gas supplied to the fuel electrode 5 and the air electrode 6, respectively, to prevent their cross-leakage, and the cells 3 are electrically connected in series. And the action of connecting. When the fuel gas and the oxidant gas leak and mix inside the stack, the fuel utilization rate decreases and the efficiency of the fuel cell decreases, as well as the combustion of both gases causes a local temperature rise. , The thermal stress distribution becomes non-uniform, cracks and strains occur, and the stack life is shortened. Separator 1
Is chemically stable, dense, gas impermeable, low in electrical resistance, high in electronic conductivity, ionic conductivity is negligibly small, etc. It is difficult to chemically react with the battery material (1), has the same expansion coefficient as other battery materials, particularly YSZ used as the solid electrolyte layer 4, and has characteristics such as high mechanical strength. In particular, it is necessary to satisfy the two conditions of (1) being stable in an oxidizing atmosphere and reducing atmosphere, and (2) having good electrical conductivity, in other words, having low electric resistance.

【0007】固体電解質燃料電池のセパレータ1の材料
としてストロンチウムをドープしたランタンクロマイト
酸化物LaCrO3 が広く使用されているが、これは上
記2条件を最も満足する材料であるからである。また、
現在使用されている代表的なセパレータ1は前述のLa
CrO3 のような導電性酸化物層を単独に使用したもの
か、または、この導電性酸化物層1Bと、強度の大きい
Niなどの耐熱性金属板やAl23 からなる補強材1
Aとを重ね合わせた複合セパレータ方式である。
The lanthanum chromite oxide LaCrO 3 doped with strontium is widely used as the material of the separator 1 of the solid oxide fuel cell, because it is the material that most satisfies the above two conditions. Also,
A typical separator 1 currently used is the above-mentioned La.
A conductive oxide layer such as CrO 3 is used alone, or a reinforcing material 1 composed of this conductive oxide layer 1B and a heat-resistant metal plate such as Ni having high strength or Al 2 O 3
It is a composite separator system in which A and A are superposed.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】このように、LaCr
3 は酸化・還元両雰囲気下で化学的に安定な導電体で
あり、セパレータ1の材料として最も優れた材料の一つ
であるが、NiやAl23 などの補強材1Aと複合セ
パレータを形成する際、LaCrO3 層1Bと補強材1
Aとの接合面において、燃料ガスと酸化剤ガスとのクロ
スリークが起こり、燃焼を起こしてしまう。その結果電
流密度が大きくなると、濃度分極による影響で電池特性
の著しい低下が発生する。
As described above, the LaCr
O 3 is a conductor that is chemically stable in both oxidizing and reducing atmospheres, and is one of the most excellent materials for the separator 1. However, the reinforcing material 1A such as Ni or Al 2 O 3 and the composite separator are used. LaCrO 3 layer 1B and reinforcing material 1 when forming
At the joint surface with A, a cross leak occurs between the fuel gas and the oxidant gas, causing combustion. As a result, when the current density is increased, the battery characteristics are significantly deteriorated due to the influence of concentration polarization.

【0009】本発明は上述の点にかんがみてなされたも
ので、燃料ガスと酸化剤ガスとのクロスリークを防止す
ることができ、高電流密度下においても濃度分極による
電圧の降下を抑制し、電池特性の低下を防止することが
できる内部マニホールド方式の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。
The present invention has been made in view of the above points. It is possible to prevent a cross leak between a fuel gas and an oxidant gas, and suppress a voltage drop due to concentration polarization even under a high current density. An object of the present invention is to provide a flat plate type solid electrolyte fuel cell of an internal manifold type capable of preventing deterioration of cell characteristics.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は平板型固体電解質層の両面にそれぞれ空気
極と燃料極とを配置してなる平板状単電池と、隣接する
単電池同士を電気的に直列に接続しかつ各単電池に燃料
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
てなる内部マニホールド方式の平板型固体電解質燃料電
池において、前記セパレータが(La1-xx )(Cr
1-yy )O3 層と補強層とからなる複合セパレータで
あり、該(La1-xx )(Cr1-yy )O3 層と該
補強層との接合面に耐熱性金属ガスケットを挿入し、こ
こで、AはSr、Ca、Baのうちのいずれか一つまた
は二つ以上の組合わせ、 BはMn、Ni、Mg、C
o、Zr、Ce、Fe、Alのうちのいずれか一つまた
は二つ以上の組合わせであり、0≦x≦0.50、0≦
y≦0.50である、ことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention provides a flat plate type cell in which an air electrode and a fuel electrode are arranged on both sides of a flat plate type solid electrolyte layer and adjacent cell units. In the flat plate type solid electrolyte fuel cell of the internal manifold system, in which the separators are electrically connected in series and the separators for distributing the fuel and the oxidant gas are alternately laminated to each unit cell, the separator is (La 1- x A x ) (Cr
1-y B y) is a composite separator O 3 layer and comprising a reinforcing layer, heat at the interface between the said (La 1-x A x) (Cr 1-y B y) O 3 layer and the reinforcing layer A metallic gasket is inserted, where A is any one or a combination of two or more of Sr, Ca and Ba, and B is Mn, Ni, Mg and C.
Any one of O, Zr, Ce, Fe, and Al or a combination of two or more, and 0 ≦ x ≦ 0.50, 0 ≦
It is characterized in that y ≦ 0.50.

【0011】また、本発明は耐熱性金属ガスケットがF
e−Cr基合金であるこ、および耐熱性金属ガスケット
の表面がアルミニウム合金化処理されていることを特徴
とする。
In the present invention, the heat-resistant metal gasket is F
It is characterized in that it is an e-Cr based alloy and that the surface of the heat resistant metal gasket is subjected to aluminum alloying treatment.

【0012】また、本発明は補強層がセラミックスで作
られていること、アルミナ、マグネシア、ジルコニア、
イットリア、セリアのうちの1つ又は2つ以上の組合せ
で作られていること、NiまたはNi基合金で作られて
いること、またはFe−Cr基合金で作られていること
を特徴とする。
Further, according to the present invention, the reinforcing layer is made of ceramics, alumina, magnesia, zirconia,
It is characterized by being made of a combination of one or more of yttria and ceria, being made of Ni or a Ni-based alloy, or being made of a Fe-Cr-based alloy.

【0013】また、本発明は耐熱性金属補強層の表面が
アルミニウム合金化処理されていること、またはセラミ
ックスでコートされていること、前記セラミックコーテ
ィング層の材質がアルミナ、マグネシア、ジルコニア、
イットリア、セリアのうちの1つ又は2つ以上の組合せ
であることを特徴とする。
Further, according to the present invention, the surface of the heat resistant metal reinforcing layer is aluminum alloyed or coated with ceramics, and the material of the ceramic coating layer is alumina, magnesia, zirconia,
It is characterized in that it is a combination of one or more of yttria and ceria.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下に本発明を図面に基づいて説
明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described below with reference to the drawings.

【0015】図1は本発明による内部マニホールド方式
の平板型固体電解質燃料電池の断面図である。
FIG. 1 is a sectional view of a flat plate type solid electrolyte fuel cell of the internal manifold type according to the present invention.

【0016】図2は本発明の内部マニホールド方式の平
板型固体電解質燃料電池に使用されているセパレータの
斜視図である。
FIG. 2 is a perspective view of a separator used in the internal manifold type flat plate type solid electrolyte fuel cell of the present invention.

【0017】図1、2の平板型固体電解質燃料電池はY
SZからなる平板型固体電解質層4を挟むようにその両
面にそれぞれ(La、Sr)MnO3 の空気極6とNi
/YSZサーメットの燃料極5とを配置してなる平板状
単電池3と、隣接する単電池3同士を電気的に直列に接
続しかつ各単電池3に燃料ガスと空気(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、単電池3の
固体電解質層4とセパレータ1の間にそれぞれシール剤
またはスペーサ2を介在してスタックに積層したもので
ある。
The flat type solid oxide fuel cell of FIGS.
An air electrode 6 of (La, Sr) MnO 3 and Ni are formed on both sides of the flat solid electrolyte layer 4 made of SZ so as to sandwich it.
/ YSZ cermet fuel electrode 5 is arranged in a flat plate-shaped unit cell 3 and adjacent unit cells 3 are electrically connected in series and each unit cell 3 is supplied with fuel gas and air (oxidant gas). And the separators 1 for distributing the are alternately laminated, and a sealant or a spacer 2 is respectively interposed between the solid electrolyte layer 4 of the unit cell 3 and the separator 1 to form a stack.

【0018】なお、内部マニホールド方式の平板型固体
電解質燃料電池は単電池3、セパレータ1やスペーサ2
等の電池材料が空気および燃料の各ガスの給排気、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。
The flat plate type solid electrolyte fuel cell of the internal manifold type is a unit cell 3, a separator 1 and a spacer 2.
Is a one-piece structure in which the cell materials such as have the functions of air supply and exhaust, distribution of gas and fuel, and electrical connection.

【0019】図に示すように、セパレータ1は平面的に
矩形状をなし、Al23 またはNiやNi基合金等の
金属で作られた強度の大きい補強層1Aと、(La1-x
x)(Cr1-yy )O3 層1B(図示の実施例では
LaCrO3 層1Bとして示す)との2層で構成された
複合セパレータである。ここで、(La1-xx )(C
1-yy )O3 の中のAはSr、Ca、Baのうちの
いずれか一つまたは二つ以上の組合わせ、 BはMn、
Ni、Mg、Co、Zr、Ce、Fe、Alのうちのい
ずれか一つまたは二つ以上の組合わせであり、0≦x≦
0.50、0≦y≦0.50である。
As shown in the figure, the separator 1 has a rectangular shape in plan view and has a high strength reinforcing layer 1A made of Al 2 O 3 or a metal such as Ni or Ni-based alloy, and (La 1-x
Is A x) (Cr 1-y B y) composite separator that is composed of two layers of O 3 layer 1B (in the illustrated embodiment is shown as a LaCrO 3 layers 1B). Here, (La 1-x A x ) (C
A in r 1-y B y ) O 3 is any one of Sr, Ca and Ba or a combination of two or more thereof, and B is Mn,
One or a combination of two or more of Ni, Mg, Co, Zr, Ce, Fe and Al, and 0 ≦ x ≦
0.50 and 0 ≦ y ≦ 0.50.

【0020】補強層1Aは図1、2に示すように導電性
部材を詰めるための導電孔13、14を設ける必要があ
るが、補強層1Aを導電性のNiやNi基合金で作る場
合は必ずしも必要でない。層1Bとガスケット17を重
ねた状態で補強層1Aのへこみ7の中に嵌入されてい
る。ガスケット17は耐熱性金属で作られている。この
ように、本発明では(La1-xx )(Cr1-yy
3 層1Bと補強層1Aとの接合面にガスケット17を
挿入することを特徴としている。なお、層1Bと補強層
1Aの間にニッケルメッシュ16を介在し、補強層1A
と燃料極5との間にニッケルメッシュ15を介在してい
る。
As shown in FIGS. 1 and 2, the reinforcing layer 1A needs to be provided with conductive holes 13 and 14 for packing a conductive member, but when the reinforcing layer 1A is made of conductive Ni or a Ni-based alloy, Not necessarily required. The layer 1B and the gasket 17 are placed in the recess 7 of the reinforcing layer 1A in a state of being overlapped with each other. The gasket 17 is made of heat resistant metal. Thus, according to the present invention, (La 1-x A x ) (Cr 1- y By )
The gasket 17 is characterized in that the gasket 17 is inserted into the joint surface between the O 3 layer 1B and the reinforcing layer 1A. The nickel mesh 16 is interposed between the layer 1B and the reinforcing layer 1A, and the reinforcing layer 1A
A nickel mesh 15 is interposed between the fuel electrode 5 and the fuel electrode 5.

【0021】上記耐熱性金属ガスケットおよび補強層は
次のような材料で作られ、かつ表面処理されている。
The heat resistant metal gasket and the reinforcing layer are made of the following materials and are surface-treated.

【0022】(1)耐熱性金属ガスケットがFe−Cr
基合金で作られる。
(1) The heat resistant metal gasket is Fe-Cr
Made of base alloy.

【0023】(2)Fe−Cr基合金がAlを0.5〜
10%含有する。
(2) The Fe--Cr based alloy contains Al in an amount of 0.5 to
Contains 10%.

【0024】(3)耐熱性金属ガスケットの表面がアル
ミニウム合金化処理されている。
(3) The surface of the heat resistant metal gasket is aluminum alloyed.

【0025】(4)補強層がセラミックスで作られる。(4) The reinforcing layer is made of ceramics.

【0026】(5)補強層がアルミナ、マグネシア、ジ
ルコニア、イットリア、セリアのうちの1つ又は2つ以
上の組合せで作られる。
(5) The reinforcing layer is made of one or a combination of two or more of alumina, magnesia, zirconia, yttria and ceria.

【0027】(6)補強層が耐熱性金属で作られる。(6) The reinforcing layer is made of a heat resistant metal.

【0028】(7)補強層がNiまたはNi基合金で作
られる。
(7) The reinforcing layer is made of Ni or a Ni-based alloy.

【0029】(8)補強層がFe−Cr基合金で作られ
る。
(8) The reinforcing layer is made of Fe-Cr based alloy.

【0030】(9)耐熱性金属補強層の表面がアルミニ
ウム合金化処理される。
(9) The surface of the heat resistant metal reinforcing layer is aluminum alloyed.

【0031】(10)耐熱性金属補強層の表面がセラミ
ックスでコートされる。
(10) The surface of the heat resistant metal reinforcing layer is coated with ceramics.

【0032】(11)前記セラミックコーティング層の
材質がアルミナ、マグネシア、ジルコニア、イットリ
ア、セリアのうちの1つ又は2つ以上の組合せである。
(11) The material of the ceramic coating layer is one or a combination of two or more of alumina, magnesia, zirconia, yttria, and ceria.

【0033】セパレータ1の四隅にガス給排気孔9が開
けられ、これらのガス給排気孔9から単電池3の燃料極
5および空気極6の表面にガスが給排気され、さらにこ
れら電極面の隅々にガスを均等に分配するため、これら
電極面にそれぞれ対面するセパレータ1の表面に複数本
の流通溝10、11が形成されている。ガス流通溝10
は補強層1Aそのもの(図2に示す補強層1Aの下面)
に形成され、ガス流通溝11(図1参照)は層1Bに形
成されている。例えば、図2の補強層1Aの上面におい
て、空気はガス給排気孔9からガス流通路12に入り、
ガス流通溝11を流れ、ガス流通路12からガス給排気
孔9に排出される。図示していないが、図2に示す補強
層1Aの下面にガス流通路12も形成されており、同じ
ようにガスが流れる。
Gas supply / exhaust holes 9 are opened at the four corners of the separator 1, and gas is supplied / exhausted from the gas supply / exhaust holes 9 to the surfaces of the fuel electrode 5 and the air electrode 6 of the unit cell 3, and further, these electrode surfaces In order to evenly distribute the gas in every corner, a plurality of flow grooves 10 and 11 are formed on the surface of the separator 1 facing the electrode surfaces. Gas distribution groove 10
Is the reinforcing layer 1A itself (the lower surface of the reinforcing layer 1A shown in FIG. 2)
And the gas flow groove 11 (see FIG. 1) is formed in the layer 1B. For example, on the upper surface of the reinforcing layer 1A in FIG. 2, air enters the gas flow passage 12 from the gas supply / exhaust hole 9,
It flows through the gas circulation groove 11 and is discharged from the gas flow passage 12 to the gas supply / exhaust hole 9. Although not shown, a gas flow passage 12 is also formed on the lower surface of the reinforcing layer 1A shown in FIG. 2, and gas flows in the same manner.

【0034】また、単電池3の固体電解質層4の電極
5、6の存在しない周縁部にもガス給排気孔9が開けら
れており、スタックに積層されたとき、これらのガス給
排気孔9はスタックの上から下まで連続的に接続され、
また、セパレータ1の周縁の表面8は固体電解質層4や
スペーサ2と気密状に面接触するシール面となる。
Further, gas supply / exhaust holes 9 are also formed in the periphery of the solid electrolyte layer 4 of the unit cell 3 where the electrodes 5 and 6 do not exist, and these gas supply / exhaust holes 9 are stacked when stacked in a stack. Is continuously connected from the top to the bottom of the stack,
Further, the peripheral surface 8 of the separator 1 serves as a sealing surface that comes into surface contact with the solid electrolyte layer 4 and the spacer 2 in an airtight manner.

【0035】[0035]

【実施例】実施例に使用した単電池は、厚さ0.15μ
mの3Y−YSZの片側にNi/YSZを30μm、反
対側に(La、Sr)MnO3 を80μmそれぞれ燃料
極、空気極としてスクリーン印刷法により塗布し、それ
ぞれ1450℃、1150℃で焼成したものを用いた。
EXAMPLE The unit cell used in the example has a thickness of 0.15 μm.
Ni / YSZ of 30 μm on one side of 3Y-YSZ of m, and (La, Sr) MnO 3 of 80 μm on the other side of the 3m-YSZ were applied by screen printing as a fuel electrode and an air electrode, respectively, and fired at 1450 ° C. and 1150 ° C. Was used.

【0036】上記単電池を使用し、かつセパレータにア
ルミナを使用して組立てた内部マニホールド方式の平板
型固体電解質燃料電池(スタック)において、燃料極側
に水素、空気極側に空気をそれぞれ流した。
In the internal manifold type flat plate type solid electrolyte fuel cell (stack) assembled by using the above-mentioned unit cell and using alumina as the separator, hydrogen was supplied to the fuel electrode side and air was supplied to the air electrode side. .

【0037】実験をおこなった温度は1000℃であっ
た。
The temperature at which the experiment was conducted was 1000.degree.

【0038】スタックの上部から荷重をかけ、上部と下
部に配置した白金板に電流を負荷した。
A load was applied from the top of the stack, and an electric current was applied to the platinum plates arranged on the top and bottom.

【0039】セパレータのLaCrO3 層とアルミナ補
強層との接合面に耐熱性処理をした金属製ガスケットを
挿入したものと挿入しないものについて、スタックの一
層分の電圧(図1において上部導電孔114と下部導電
孔14の間の電圧)を測定した。この結果を図3に示
す。
With and without a heat-resistant metal gasket inserted on the joint surface between the LaCrO 3 layer and the alumina reinforcing layer of the separator, the voltage for one layer of the stack (in FIG. The voltage between the lower conductive holes 14) was measured. The result is shown in FIG.

【0040】図3は複合セパレータの接合面に耐熱性ガ
スケットを使用した本発明の固体電解質燃料電池と耐熱
性ガスケットを使用しない従来の固体電解質燃料電池と
の性能試験の結果を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing the results of performance tests of the solid electrolyte fuel cell of the present invention in which a heat resistant gasket is used on the joint surface of the composite separator and the conventional solid electrolyte fuel cell in which the heat resistant gasket is not used.

【0041】図3は横軸に電流密度(単位:A/cm
2 )、縦軸に電圧(V)を示し、図中の曲線Aは耐熱性
ガスケットを使用した本発明の固体電解質燃料電池の性
能を示し、曲線Bは耐熱性ガスケットを使用しない従来
の固体電解質燃料電池の性能を示す。
In FIG. 3, the horizontal axis represents the current density (unit: A / cm).
2 ), the vertical axis represents voltage (V), the curve A in the figure shows the performance of the solid electrolyte fuel cell of the present invention using the heat resistant gasket, and the curve B shows the conventional solid electrolyte without the heat resistant gasket. The performance of the fuel cell is shown.

【0042】図3から同一の電流密度において本発明の
固体電解質燃料電池では電圧の降下が少なく、とくに電
流密度が高くなるほど従来のものに比較して電圧降下の
度合いが少ないことが明らかである。これはセパレータ
のLaCrO3 層とアルミナ補強層との接合面での燃料
ガスと酸化剤ガスとのクロスリークが抑制されているた
めである。
From FIG. 3, it is apparent that the voltage drop is small in the solid electrolyte fuel cell of the present invention at the same current density, and the higher the current density is, the smaller the voltage drop is as compared with the conventional one. This is because the cross leak between the fuel gas and the oxidant gas at the joint surface between the LaCrO 3 layer of the separator and the alumina reinforcing layer is suppressed.

【0043】[0043]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば平
板型固体電解質層の両面にそれぞれ空気極と燃料極とを
配置してなる平板状単電池と、隣接する単電池同士を電
気的に直列に接続しかつ各単電池に燃料と酸化剤ガスと
を分配するセパレータとを交互に積層してなる内部マニ
ホールド方式の平板型固体電解質燃料電池において、前
記セパレータが(La1-xx )(Cr1-yy )O3
層と補強層とからなる複合セパレータであり、該(La
1-xx )(Cr1-yy )O3 層と該補強層との接合
面に耐熱性金属ガスケットを挿入し、ここで、AはS
r、Ca、Baのうちのいずれか一つまたは二つ以上の
組合わせ、 BはMn、Ni、Mg、Co、Zr、C
e、Fe、Alのうちのいずれか一つまたは二つ以上の
組合わせであり、0≦x≦0.50、0≦y≦0.50
となるように構成したので、内部マニホールド方式の平
板型固体電解質燃料電池において、(La1-xx
(Cr1-yy )O3 層と補強層との接合面における燃
料ガスと酸化剤ガスとのクロスリークを防止することが
でき、高電流密度下においても燃料電池内の電圧の降下
を抑制し、濃度分極による電池特性の低下を防止するこ
とができるという極めて優れた効果が得られる。
As described above, according to the present invention, a flat plate type single cell in which an air electrode and a fuel electrode are arranged on both sides of a flat plate type solid electrolyte layer and an adjacent single cell are electrically connected to each other. In a flat plate type solid electrolyte fuel cell of an internal manifold type, which is connected in series to each of the cells and in which the separators for distributing the fuel and the oxidant gas are alternately stacked, the separator is (La 1-x A x ) (Cr 1- y By ) O 3
A composite separator comprising a layer and a reinforcing layer, the (La
1-x A x) (Insert the refractory metal gasket at the interface between the Cr 1-y B y) O 3 layer and the reinforcing layer, wherein, A is S
Any one of r, Ca and Ba or a combination of two or more thereof, B is Mn, Ni, Mg, Co, Zr and C
e, Fe, Al, or a combination of two or more, 0 ≦ x ≦ 0.50, 0 ≦ y ≦ 0.50
In the flat plate type solid electrolyte fuel cell of the internal manifold system, (La 1-x A x )
(Cr 1-y B y) O 3 layer and the fuel gas in the junction surface between the reinforcing layer can be prevented cross leak of the oxygen-containing gas, the drop in voltage in the fuel cell even at high current density under It is possible to obtain an extremely excellent effect of suppressing the deterioration of the battery characteristics due to concentration polarization.

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

【図1】本発明による内部マニホールド方式の平板型固
体電解質燃料電池の断面図である。
FIG. 1 is a sectional view of a flat solid electrolyte fuel cell of an internal manifold type according to the present invention.

【図2】本発明の内部マニホールド方式の平板型固体電
解質燃料電池に使用されているセパレータの斜視図であ
る。
FIG. 2 is a perspective view of a separator used in the internal manifold type flat plate solid electrolyte fuel cell of the present invention.

【図3】複合セパレータの接合面に耐熱性ガスケットを
使用した本発明の固体電解質燃料電池と耐熱性ガスケッ
トを使用しない従来の固体電解質燃料電池との性能試験
の結果を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing the results of performance tests of the solid electrolyte fuel cell of the present invention using a heat resistant gasket on the joint surface of the composite separator and the conventional solid electrolyte fuel cell not using the heat resistant gasket.

【図4】従来の内部マニホールド方式の平板型固体電解
質燃料電池の断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view of a conventional internal manifold type flat-plate solid electrolyte fuel cell.

【符号の説明】 1 セパレータ 1 A補強層 1 BLaCrO3 層 2 スペーサ 3 平板状単電池 4 固体電解質層 5 燃料極 6 空気極 7 へこみ 8 表面 9 ガス給排気孔 10 ガス流通溝 11 ガス流通溝 12 ガス流通路 13 導電孔 14 導電孔 15 ニッケルメッシュ 16 ニッケルメッシュ 17 ガスケット[Explanation of Codes] 1 Separator 1 A Reinforcing Layer 1 BLaCrO 3 Layer 2 Spacer 3 Flat Single Cell 4 Solid Electrolyte Layer 5 Fuel Electrode 6 Air Electrode 7 Dimple 8 Surface 9 Gas Supply / Exhaust Hole 10 Gas Flow Groove 11 Gas Flow Groove 12 Gas flow path 13 Conductive hole 14 Conductive hole 15 Nickel mesh 16 Nickel mesh 17 Gasket

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 平板型固体電解質層の両面にそれぞれ空
気極と燃料極とを配置してなる平板状単電池と、隣接す
る単電池同士を電気的に直列に接続しかつ各単電池に燃
料と酸化剤ガスとを分配するセパレータとを交互に積層
してなる内部マニホールド方式の平板型固体電解質燃料
電池において、前記セパレータが(La1-xx )(C
1-yy )O3 層と補強層とからなる複合セパレータ
であり、該(La1-xx )(Cr1-yy )O3 層と
該補強層との接合面に耐熱性金属ガスケットを挿入し、 ここで、AはSr、Ca、Baのうちのいずれか一つま
たは二つ以上の組合わせ、BはMn、Ni、Mg、C
o、Zr、Ce、Fe、Alのうちのいずれか一つまた
は二つ以上の組合わせであり、0≦x≦0.50、0≦
y≦0.50である、 ことを特徴とする平板型固体電解質燃料電池。
1. A flat plate type cell having an air electrode and a fuel electrode arranged on both sides of a flat plate type solid electrolyte layer, and adjacent cell units are electrically connected in series, and fuel is supplied to each cell unit. In a flat plate type solid electrolyte fuel cell of an internal manifold system, in which a separator for distributing an oxidant gas and a separator for distributing an oxidant gas are alternately laminated, the separator is (La 1-x A x ) (C
r 1-y B y) is O 3 layer composite separator comprising a reinforcing layer, the bonding surface between the (La 1-x A x) (Cr 1-y B y) O 3 layer and the reinforcing layer Insert a heat resistant metal gasket, where A is any one of Sr, Ca and Ba or a combination of two or more, and B is Mn, Ni, Mg and C.
Any one of O, Zr, Ce, Fe, and Al or a combination of two or more, and 0 ≦ x ≦ 0.50, 0 ≦
The flat type solid electrolyte fuel cell is characterized in that y ≦ 0.50.
【請求項2】 前記耐熱性金属ガスケットがFe−Cr
基合金であ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。
2. The heat resistant metal gasket is Fe—Cr.
It is a base alloy, The flat plate type solid electrolyte fuel cell of Claim 1 characterized by the above-mentioned.
【請求項3】 前記Fe−Cr基合金がAlを0.5〜
10%含有することを特徴とする請求項2に記載の平板
型固体電解質燃料電池。
3. The Fe-Cr based alloy contains Al in an amount of 0.5 to 0.5.
The flat plate type solid electrolyte fuel cell according to claim 2, wherein the flat type solid electrolyte fuel cell contains 10%.
【請求項4】 前記耐熱性金属ガスケットの表面がアル
ミニウム合金化処理さ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。
4. The flat plate type solid electrolyte fuel cell according to claim 1, wherein the surface of the heat resistant metal gasket is treated with an aluminum alloy.
【請求項5】 前記補強層がセラミックスで作られてい
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。
5. The flat plate type solid electrolyte fuel cell according to claim 1, wherein the reinforcing layer is made of ceramics.
【請求項6】 前記補強層がアルミナ、マグネシア、ジ
ルコニア、イットリア、セリアのうちの1つ又は2つ以
上の組合せで作られていることを特徴とする請求項5に
記載の平板型固体電解質燃料電池。
6. The plate type solid electrolyte fuel according to claim 5, wherein the reinforcing layer is made of one or a combination of two or more of alumina, magnesia, zirconia, yttria, and ceria. battery.
【請求項7】 前記補強層がNiまたはNi基合金で作
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。
7. The flat plate type solid electrolyte fuel cell according to claim 1, wherein the reinforcing layer is made of Ni or a Ni-based alloy.
【請求項8】 前記補強層がFe−Cr基合金で作られ
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。
8. The flat-plate solid electrolyte fuel cell according to claim 1, wherein the reinforcing layer is made of a Fe—Cr based alloy.
【請求項9】 前記耐熱性金属補強層の表面がアルミニ
ウム合金化処理されていることを特徴とする請求項7ま
たは8のいずれかに記載の平板型固体電解質燃料電池。
9. The flat-plate solid electrolyte fuel cell according to claim 7, wherein the surface of the heat-resistant metal reinforcing layer is aluminum alloyed.
【請求項10】 前記耐熱性金属補強層の表面がセラミ
ックスでコートされていることを特徴とする請求項7ま
たは8のいずれかに記載の平板型固体電解質燃料電池。
10. The flat-plate solid electrolyte fuel cell according to claim 7, wherein the surface of the heat-resistant metal reinforcing layer is coated with ceramics.
【請求項11】 前記セラミックコーティング層の材質
がアルミナ、マグネシア、ジルコニア、イットリア、セ
リアのうちの1つ又は2つ以上の組合せであることを特
徴とする請求項10に記載の平板型固体電解質燃料電
池。
11. The plate-type solid electrolyte fuel according to claim 10, wherein the material of the ceramic coating layer is one or a combination of two or more of alumina, magnesia, zirconia, yttria, and ceria. battery.
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Cited By (4)

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