JPH09245812A - 平板固体電解質型燃料電池 - Google Patents

平板固体電解質型燃料電池

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JPH09245812A
JPH09245812A JP8056480A JP5648096A JPH09245812A JP H09245812 A JPH09245812 A JP H09245812A JP 8056480 A JP8056480 A JP 8056480A JP 5648096 A JP5648096 A JP 5648096A JP H09245812 A JPH09245812 A JP H09245812A
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Japan
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cell
separator
electrode
ventilation groove
solid electrolyte
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JP8056480A
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Masakatsu Nagata
雅克 永田
Mikiyuki Ono
幹幸 小野
Masataka Mochizuki
正孝 望月
Tsutomu Iwazawa
力 岩澤
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Fujikura Ltd
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Fujikura Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 平板方式の固体電解質型燃料電池は従来、図
4のように単セル10とセパレーター20を個別に作っ
て接合しているため通気溝21,22の周囲など完全な
ガスシールを要する箇所が多く、組み立て作業の能率面
でも、またコスト面でも問題が多かった。 【解決手段】 消失性素材で通気溝21の形状に成形し
た中子30を単セル10上に予め配置し、溶射によるセ
パレーター20の形成後、中子30をその素材に適する
手段で消失させる。その跡に形成された通気溝21の周
りはセルの電極とセパレーターが一体化しているので、
ガスシールを施す必要がなくなった。また、このセパレ
ーター一体のセルを直列接続する場合、それぞれの間に
間隙(通気溝22として機能)を設けて積層し、上下の
セルの電極とセパレーターを導電材40で電気的に接続
する。これにより製造工程の効率化,コスト低減などが
達成された。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体電解質型燃料
電池に関するものである。この電池は円筒方式と平板方
式に大別されるが、本発明は特に、平板方式におけるセ
ルとセパレーターの一体成形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の本体部分は、固
体電解質の膜を挾んでその一方の面に空気極、他の一方
の面には燃料極が積層され、空気極側に空気(酸素)
を、燃料極側に水素を含む燃料ガスを供給する構造にな
っている。そして電解質に酸化物イオン導電体を用いる
ものでは、空気極側で電離した酸素イオンが電解質を経
て燃料極に到達し、水素と反応して電子を放出する。か
くして空気極を陽極,燃料極を陰極とする電池が形成さ
れ、同時に副産物として燃料極で水が生成される。
【0003】図4は固体電解質型燃料電池(平板方式)
の一般的な構造を例示したもので、固体電解質12とそ
の両面の空気極11および燃料極13が形成するセル1
0を両側からセパレーター20で挟んだ構造になってい
る。セパレーターには電極と密着する面に通気溝21,
22を備え、空気極には空気(酸素)を、燃料極には燃
料ガス(水素)をそれぞれ、この通気溝から供給する。
実用に際してはセルとセパレーターを交互に積み重ね
て、所要数のセルを直列接続して用いられる。
【0004】ここで各電極の概略を説明すると、先ず空
気極は、約1000℃の高温酸化性雰囲気中で安定なこ
と,電子伝導度が高いこと,多孔質で空気をよく流通さ
せること,空気極の上に形成される固体電解質と熱伝導
率が近く、密着性がよいことなどが求められる。そのた
めランタンマンガネートやランタンカルシウムマンガネ
ートなどの複合酸化物が一般に用いられている。
【0005】固体電解質は、酸素イオンの透過性に優れ
ていること,高温で化学的に安定なこと,電池の稼動・
休止の反復による熱衝撃に強く、且つ、緻密質で空気や
燃料ガスを通さないことなどが求められる。その理由
は、この膜を通して空気と燃料ガスが混じり合うと電気
化学反応の効率低下,燃料の徒費などの不利を招くため
である。この諸条件を満たす材料にジルコニアがある
が、その高温での容積変化による損傷を防ぐためにアル
カリ土類金属(Sr,Mg,Caなど)の酸化物や希土
類元素酸化物を固溶させた安定化ジルコニア,とくにイ
ットリア安定化ジルコニア(YSZ)が多く用いられて
いる。
【0006】燃料極は電子伝導性が高いこと,固体電解
質と熱膨脹率が近く固体電解質との密着性が良いことが
必要である。そのためニッケルに安定化ジルコニアを加
えて熱膨脹率を調整したサーメット,特にNi−YSZ
サーメットの使用が多い。
【0007】さらに、燃料電池における前述の電気化学
反応は酸素,水素などの反応ガス、固体電解質および電
極が相接する界面(三相界面)で進行するので、三相界
面をできるだけ多くして発電性能を高めるためには燃料
極を多孔質に形成しなければならない。そこで従来は、
Ni−YSZサーメット粉末またはNi,YSZそれぞ
れの粉末の粒度、溶射または焼成条件などの調整によっ
て、燃料極を多孔質に成膜している。
【0008】セパレーターは空気,燃料ガスなどの気体
の流路を形成するとともに、複数箇の単セルを直列に接
続するための導電体としても機能する。従って導電性が
高いことはもとより、約1000℃の高温において、酸
化性・還元性の両雰囲気中で安定なこと,燃料と空気が
混合しないように気密性が高いことなどが要求されるた
め、現在のところランタンクロマイト系酸化物が主に用
いられている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】セルの電極とセパレー
ターとは、空気や燃料ガスが漏れぬようその接合部を完
全にガスシールしなければならない。しかるに、図4の
如き従来方式では通気溝を持つセパレーター20とセル
10を個別に作って接合している。従ってガスシールす
べき箇所が多いために製造および組み立てに多くの工数
を要すること、細心の注意を払って作業してもシール不
良の生じる余地があることなど、製造の効率や製品の信
頼性に問題があり、その改善が求められていた。
【0010】
【課題を解決するための手段】消失性素材で通気溝21
の形状に成形した中子30を単セル10上に予め配置
(図1上段)し、溶射によるセパレーター20の形成
(図1中段)後、中子30をその素材に適する手段で消
失(図1下段)させる。その跡に形成された通気溝21
の周りは、セルの電極とセパレーターが一体化(図2)
しているので、ガスシールを施す必要がなくなった。
【0011】中子の素材は溶射時にはほぼ原型を保ち、
溶射後は容易に消失することが必要で、加熱焼却可能な
木材およびプラスチック類、低融点金属または昇華性金
属、食塩などの水溶性の塩類その他、場合に応じて適宜
に選択使用される。
【0012】また、このセパレーターが一体のセルを複
数個直列接続する場合、図3の如くそれぞれの間に間隙
(通気溝22として機能)を設けて積層し、対向する一
方のセルの電極と他方のセパレーターを導電材40で電
気的に接続する。これにより製造工程の効率化,コスト
低減などが達成された。導電材には種々の態様がある
が、図示の例は間隙に装填したニッケル・フェルトで上
下を導通させている。
【0013】
【発明の実施の形態】
(実施例) 先ずセル10の片面(空気極11)に厚
さ,幅とも1.5mmの木材を並べて中子30とし、そ
の上からランタンクロマイト系酸化物粉末を溶射して空
気極11と一体の、厚さ3mmのセパレーター20を形
成した。成膜後、中子を加熱焼却して図2の如く、所要
の通気溝21を備えるセパレーター20と一体の単セル
10を得た。
【0014】次にこの単セルを、図3に示す如く支持枠
50内に所定の間隙を設けて所定の段数積み重ね、この
間隙を燃料ガスの通気溝22として機能させると共に、
この間隙内に挿入したニッケル・フェルト40で下側セ
ルの空気極と上側セルのセパレーターを電気的に導通さ
せた。なお通気溝22が燃料ガスの供給管および排出管
に、通気溝21が空気の入口および出口に、それぞれ気
密に接続されることは従来の装置の場合と同様なので、
その細部の説明は省略する。
【0015】
【発明の効果】このように、本発明においては従来方式
と異なりセルとセパレーターとの組み立て工程が無く、
従ってガスシールを施す箇所が従来に比べ著しく少な
い。そのため本発明の実施により製品の信頼性および製
造効率の向上、低コスト化などの効果を得ることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】固体電解質型燃料電池(単セル)の、本発明に
係るセルとセパレータとの一体成形方法を説明する工程
図である。
【図2】図1の工程から得られる製品(単セル)を例示
する図面である。
【図3】図2の単セルを直列に積み重ねた固体電解質型
燃料電池の構造の要部を模式的に示す図面である。
【図4】平板方式の固体電解質型燃料電池の、一般的な
構造を説明する図面である。
【符号の説明】
10…セル,11…空気極,12…固体電解質,13…
燃料極 20…セパレーター,21,22…通気溝 30…中子, 40…導電材, 50…支持枠
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩澤 力 東京都江東区木場一丁目5番1号 株式会 社フジクラ内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 固体電解質の膜を挾んでその一方の面に
    空気極,他の一方の面には燃料極が積層され、空気極側
    に空気を、燃料極側に水素を含む燃料ガスを供給して発
    電するよう構成された固体電解質型燃料電池において、
    空気極,固体電解質,燃料極からなるセルと、通気溝を
    備えるセパレーターとが一体に溶射・形成されているこ
    とを特徴とする平板固体電解質型燃料電池。
  2. 【請求項2】 空気極,固体電解質および燃料極からな
    るセルの一方の面に消失性素材で通気溝の形状に成形し
    た中子を予め配置し、セパレーター原料粉をその上から
    溶射してセパレーターを形成したのち中子を消失させる
    ことを特徴とする、通気溝を備えるセパレーターとセル
    が一体に形成された平板固体電解質型燃料電池(単セ
    ル)の製造方法。
  3. 【請求項3】 消失性素材が木材、プラスチック、低融
    点金属または昇華性金属、水溶性塩類の何れかである、
    請求項2に記載の平板固体電解質型燃料電池(単セル)
    の製造方法。
  4. 【請求項4】 空気極,固体電解質および燃料極からな
    るセルの一方の面に通気溝を備えるセパレーターが一体
    に形成されてなる単セルが所要の段数、それぞれの間に
    間隙を設けて積層され、この間隙が通気溝として機能
    し、且つ、対向する一方のセルの電極と他方のセパレー
    ターが導電材で電気的に接続されていることを特徴とす
    る、平板固体電解質型燃料電池。
  5. 【請求項5】 導電材がニッケル・フェルトである、請
    求項4に記載の平板固体電解質型燃料電池。
JP8056480A 1996-03-13 1996-03-13 平板固体電解質型燃料電池 Pending JPH09245812A (ja)

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