JPH09326259A - 固体電解質燃料電池 - Google Patents
固体電解質燃料電池Info
- Publication number
- JPH09326259A JPH09326259A JP8144599A JP14459996A JPH09326259A JP H09326259 A JPH09326259 A JP H09326259A JP 8144599 A JP8144599 A JP 8144599A JP 14459996 A JP14459996 A JP 14459996A JP H09326259 A JPH09326259 A JP H09326259A
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- JP
- Japan
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- gas
- separator
- electrode
- solid electrolyte
- holes
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- Pending
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-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＳＯＦＣのセルスタックにおいて、シール面
積及びシール箇所を減らすこと及びセパレータに必ずし
も溝などの加工度の高い構造をとる必要のない新規なＳ
ＯＦＣを提供することを目的とする。 【解決手段】 固体電解質層を挟むように燃料電極と空
気電極を配置してなる平板状単位電池と、各電極面に反
応ガスを分配するガス導入孔を比較的小さな孔の１個を
設けると共に、前記導入孔から電極のガス反応区域間に
ガス整流手段を備えたセパレータとを交互に積層して構
成されることを特徴とする。
積及びシール箇所を減らすこと及びセパレータに必ずし
も溝などの加工度の高い構造をとる必要のない新規なＳ
ＯＦＣを提供することを目的とする。 【解決手段】 固体電解質層を挟むように燃料電極と空
気電極を配置してなる平板状単位電池と、各電極面に反
応ガスを分配するガス導入孔を比較的小さな孔の１個を
設けると共に、前記導入孔から電極のガス反応区域間に
ガス整流手段を備えたセパレータとを交互に積層して構
成されることを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、平板方式の固体
電解質燃料電池（以下ＳＯＦＣと略記する）に関し、特
にガスマニホールドからＳＯＦＣの各電極へのガスの流
れを改良したものである。
電解質燃料電池（以下ＳＯＦＣと略記する）に関し、特
にガスマニホールドからＳＯＦＣの各電極へのガスの流
れを改良したものである。
【０００２】
【従来の技術】平板方式ＳＯＦＣのガスマニホールド
は、板状の電解質層を挟む燃料電極と空気電極からなる
単位セルを集電極とガス通路を兼ねたセパレータを介し
て積層したスタック構造に対して、各単位セルに均等に
反応ガス（燃料ガス，空気）を供給する機能を持ったガ
ス分配室であって、セルを積層した側面に取り付けら
れ、ガス供給管が接続できるようになっている。
は、板状の電解質層を挟む燃料電極と空気電極からなる
単位セルを集電極とガス通路を兼ねたセパレータを介し
て積層したスタック構造に対して、各単位セルに均等に
反応ガス（燃料ガス，空気）を供給する機能を持ったガ
ス分配室であって、セルを積層した側面に取り付けら
れ、ガス供給管が接続できるようになっている。
【０００３】そうして、各単位セルへの燃料ガスと空気
の供給方法によって、外部マニホールド方式と内部マニ
ホールド方式がある。外部マニホールド方式は、燃料ガ
スおよび空気をそれぞれセパレータ板の外側から供給す
る方法であり、内部マニホールド方式は、燃料ガスと空
気の供給通路をセパレータ板の内部に設ける方法であ
る。
の供給方法によって、外部マニホールド方式と内部マニ
ホールド方式がある。外部マニホールド方式は、燃料ガ
スおよび空気をそれぞれセパレータ板の外側から供給す
る方法であり、内部マニホールド方式は、燃料ガスと空
気の供給通路をセパレータ板の内部に設ける方法であ
る。
【０００４】上記の単位セルは図５に示すように、酸素
イオンの透過性を有する物質を電解質層２とし、これを
挟むようにして酸化剤極である空気電極４と燃料電極３
を配置して構成される。燃料電極３は、水素の還元性雰
囲気に強い材料を、一般的には多孔性ニッケルあるいは
ニッケルと安定化ジルコニアのサーメットが使用されて
いる。空気電極４は酸化性雰囲気で安定な材料を、一般
的にはランタンコバルタイト（ＬａＣｏＯ3 ）やランタ
ンマンガネート（ＬａＭｎＯ3 ）を母体としたペロブス
カイト型酸化物が使用され、実際の使用にあたってはＬ
ａの一部をＣａあるいはＳｒで置換した固容体として電
子導電性が高められている。一方、電解質層２には酸素
イオンの透過性に優れたイットリア安定化ジルコニア
（ＹＳＺ）が使用されている。この物質は、酸素イオン
の透過性が常温では低いので、ＳＯＦＣの運転温度を１
０００℃程度に高め、透過性の高い条件で使用されてい
る。
イオンの透過性を有する物質を電解質層２とし、これを
挟むようにして酸化剤極である空気電極４と燃料電極３
を配置して構成される。燃料電極３は、水素の還元性雰
囲気に強い材料を、一般的には多孔性ニッケルあるいは
ニッケルと安定化ジルコニアのサーメットが使用されて
いる。空気電極４は酸化性雰囲気で安定な材料を、一般
的にはランタンコバルタイト（ＬａＣｏＯ3 ）やランタ
ンマンガネート（ＬａＭｎＯ3 ）を母体としたペロブス
カイト型酸化物が使用され、実際の使用にあたってはＬ
ａの一部をＣａあるいはＳｒで置換した固容体として電
子導電性が高められている。一方、電解質層２には酸素
イオンの透過性に優れたイットリア安定化ジルコニア
（ＹＳＺ）が使用されている。この物質は、酸素イオン
の透過性が常温では低いので、ＳＯＦＣの運転温度を１
０００℃程度に高め、透過性の高い条件で使用されてい
る。
【０００５】これらの３つの膜の物性については、電解
質層２はガスの透過を防ぐ酸素イオンのみを通すような
緻密な膜であることが要求され、２つの電極については
ガスが内部まで入りこみ易いように多孔質であることが
要求されている。単位セル１はこのような特性を持った
３種類の膜を積層したものである。
質層２はガスの透過を防ぐ酸素イオンのみを通すような
緻密な膜であることが要求され、２つの電極については
ガスが内部まで入りこみ易いように多孔質であることが
要求されている。単位セル１はこのような特性を持った
３種類の膜を積層したものである。
【０００６】上記のような単位セルを図６に示すセパレ
ータを介して積層してスタック構造としている。このセ
パレータ５は単位セルを直列に接続する導電体で、一般
的にＬａＣｒＯ3 系に電子伝導性、焼結性の改善のため
ＬａやＣｒの一部をアルカリ土類金属（Ｓｒ，Ｍｇ，Ｃ
ａ等）で置換した酸化物、あるいはＮｉ−Ａｌ合金やＮ
ｉ−Ｃｒ合金等が使用されている。また、このセパレー
タはガス通路を兼ねているので、表面に溝を設けて反応
ガスを流すようにしている。単位セルと、各単位セルに
燃料ガスと空気（酸化剤ガス）とを分配する上記のよう
なセパレータとを交互に積層して複層のスタック（積層
電池）として構成する。
ータを介して積層してスタック構造としている。このセ
パレータ５は単位セルを直列に接続する導電体で、一般
的にＬａＣｒＯ3 系に電子伝導性、焼結性の改善のため
ＬａやＣｒの一部をアルカリ土類金属（Ｓｒ，Ｍｇ，Ｃ
ａ等）で置換した酸化物、あるいはＮｉ−Ａｌ合金やＮ
ｉ−Ｃｒ合金等が使用されている。また、このセパレー
タはガス通路を兼ねているので、表面に溝を設けて反応
ガスを流すようにしている。単位セルと、各単位セルに
燃料ガスと空気（酸化剤ガス）とを分配する上記のよう
なセパレータとを交互に積層して複層のスタック（積層
電池）として構成する。
【０００７】このガス分配構造には外部マニホールド方
式と内部マニホールド方式の２種類があることについて
は、先に説明した通りである。
式と内部マニホールド方式の２種類があることについて
は、先に説明した通りである。
【０００８】内部マニホールドＳＯＦＣでは、セパレー
タが酸化剤ガスたとえば空気および燃料ガスの給排気、
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、この孔から単位セル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
るため電極面に溝が施されている。また単位セルの固体
電解質層の周縁にガス給排気の孔が開けられ、単位セル
とセパレータを積層する過程でこの孔を縦方向に連結
し、スタック内部にそれぞれのガス給排気通路を形成し
ている（図６参照）。スタック内で燃料と空気が混合し
ないようにするため、メカニカルシール法として単位セ
ルの燃料電極側に対面するセパレータの表面の周縁部と
単位セルの固体電解質層の周縁部との間に密封状態にジ
ルコニア又は耐熱性金属のスペーサを介在させる等の方
法がとられている。
タが酸化剤ガスたとえば空気および燃料ガスの給排気、
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、この孔から単位セル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
るため電極面に溝が施されている。また単位セルの固体
電解質層の周縁にガス給排気の孔が開けられ、単位セル
とセパレータを積層する過程でこの孔を縦方向に連結
し、スタック内部にそれぞれのガス給排気通路を形成し
ている（図６参照）。スタック内で燃料と空気が混合し
ないようにするため、メカニカルシール法として単位セ
ルの燃料電極側に対面するセパレータの表面の周縁部と
単位セルの固体電解質層の周縁部との間に密封状態にジ
ルコニア又は耐熱性金属のスペーサを介在させる等の方
法がとられている。
【０００９】外部マニホールドＳＯＦＣでは空気および
燃料ガスを供給するため、その外周に空気用外部マニホ
ールドと燃料ガス用外部マニホールドを設ける型式であ
る。
燃料ガスを供給するため、その外周に空気用外部マニホ
ールドと燃料ガス用外部マニホールドを設ける型式であ
る。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】上記のガスマニホール
ドにおいて積み重ねることにより必要となるシール部が
多いこと、また、燃料の給排気孔と空気の給排気孔とが
隣接しているためクロスリークしやすい問題があった。
ドにおいて積み重ねることにより必要となるシール部が
多いこと、また、燃料の給排気孔と空気の給排気孔とが
隣接しているためクロスリークしやすい問題があった。
【００１１】更に、上記のマニホールドＳＯＦＣのセパ
レータにおいて溝加工があるため高価なものとなりコス
トアップとなる。この発明は上述の点に鑑みてなされた
もので、セパレータに必ずしも溝などの加工度の高い構
造をとることなく、電極へのガスの流れを均一化するこ
とのできる、また、内部マニホールドでは、シール面積
及びシール箇所を減らすことのできる新規なＳＯＦＣを
提供することを目的とする。
レータにおいて溝加工があるため高価なものとなりコス
トアップとなる。この発明は上述の点に鑑みてなされた
もので、セパレータに必ずしも溝などの加工度の高い構
造をとることなく、電極へのガスの流れを均一化するこ
とのできる、また、内部マニホールドでは、シール面積
及びシール箇所を減らすことのできる新規なＳＯＦＣを
提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、この発明の固体電解質燃料電池は固体電解質層を挟
むように燃料電極と空気電極を配置してなる平板状単位
電池と、各電極面に反応ガスを分配するガス導入孔を設
けると共に、前記ガス導入孔から前記電極のガス反応区
域間にガス整流手段を備えたセパレータとを交互に積層
して構成されることを特徴とする。
め、この発明の固体電解質燃料電池は固体電解質層を挟
むように燃料電極と空気電極を配置してなる平板状単位
電池と、各電極面に反応ガスを分配するガス導入孔を設
けると共に、前記ガス導入孔から前記電極のガス反応区
域間にガス整流手段を備えたセパレータとを交互に積層
して構成されることを特徴とする。
【００１３】上記の構成であるので、反応ガスは整流手
段により各電極の全面に均等に流れる。また、反応ガス
の給排孔はそれぞれ比較的小さな孔の１箇所でよく、そ
の導入孔の面積は従来のものに比べて格段に狭くてよい
ので、シール面積及びシール箇所が少なくてよい。
段により各電極の全面に均等に流れる。また、反応ガス
の給排孔はそれぞれ比較的小さな孔の１箇所でよく、そ
の導入孔の面積は従来のものに比べて格段に狭くてよい
ので、シール面積及びシール箇所が少なくてよい。
【００１４】さらに、必ずしも、セパレータに溝を設け
る必要がない。
る必要がない。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面に基づいて詳細に説明する。なお、従来例と同一の部
材は、同一の符号を用い、その説明は省略する。この発
明の特徴はＳＯＦＣを構成するセパレータにある。図１
（ａ）にセパレータ１１の平面図を示す。図に示すよう
に、セパレータ１１は、その周辺を残して凹部１２が設
けられ、凹部１２には１個のガス導入孔１３と２個のガ
ス排出孔１４が表裏に貫通して穿設しており、ガス導入
孔１３と空気電極４区域との間に整流板１５が設けられ
ている。また周辺の凸部１６には３個のガス流通孔１７
が設けられている。そうしてこのセパレータ１１と図１
（ｂ）に示す単位セルの電解質層２とを積層してセルス
タックを構成するわけであるが、電解質層２には、両辺
部に積層したとき、ガス流通路を構成する孔１７、孔１
３及び孔１４が設けられており、その表裏に燃料電極３
（図面では裏面）と空気電極４の多孔性膜が形成されて
いる。積層してセルスタックを構成したとき、セパレー
タ１１の凸部面と電解質層２面とで押圧力を受けて反応
ガスをシールする。
面に基づいて詳細に説明する。なお、従来例と同一の部
材は、同一の符号を用い、その説明は省略する。この発
明の特徴はＳＯＦＣを構成するセパレータにある。図１
（ａ）にセパレータ１１の平面図を示す。図に示すよう
に、セパレータ１１は、その周辺を残して凹部１２が設
けられ、凹部１２には１個のガス導入孔１３と２個のガ
ス排出孔１４が表裏に貫通して穿設しており、ガス導入
孔１３と空気電極４区域との間に整流板１５が設けられ
ている。また周辺の凸部１６には３個のガス流通孔１７
が設けられている。そうしてこのセパレータ１１と図１
（ｂ）に示す単位セルの電解質層２とを積層してセルス
タックを構成するわけであるが、電解質層２には、両辺
部に積層したとき、ガス流通路を構成する孔１７、孔１
３及び孔１４が設けられており、その表裏に燃料電極３
（図面では裏面）と空気電極４の多孔性膜が形成されて
いる。積層してセルスタックを構成したとき、セパレー
タ１１の凸部面と電解質層２面とで押圧力を受けて反応
ガスをシールする。
【００１６】次に整流板１５の一例として図２に模式的
に示すように、ガス導入孔１３と反応ガス区域との間
に、三角形の板状物体を反応ガス流方向に直角に相対し
て、その底辺を凹地面に、その頂点をガス流方向に後傾
して設けたものである。この物体の材質は、セパレータ
と同じ材質、即ちＬａＣｒＯ3 系の酸化物あるいは、Ｎ
ｉ系合金である。
に示すように、ガス導入孔１３と反応ガス区域との間
に、三角形の板状物体を反応ガス流方向に直角に相対し
て、その底辺を凹地面に、その頂点をガス流方向に後傾
して設けたものである。この物体の材質は、セパレータ
と同じ材質、即ちＬａＣｒＯ3 系の酸化物あるいは、Ｎ
ｉ系合金である。
【００１７】また、図３は、この発明の他の実施形態で
あり、セパレータ１１のガス導入孔１３と反応ガス区域
との間に、金網１８をその面をガス流方向に相対して３
枚程度重ねて介在して設けたものである。金網の材質は
Ｎｉ−Ａｌ合金である。
あり、セパレータ１１のガス導入孔１３と反応ガス区域
との間に、金網１８をその面をガス流方向に相対して３
枚程度重ねて介在して設けたものである。金網の材質は
Ｎｉ−Ａｌ合金である。
【００１８】図４は外部マニホールド方式の適用例であ
り、図４（ａ）はそのセパレータ２１の平面説明図、図
４（ｂ）はそのセルスタック３１の一部立体説明図であ
る。図において、セルスタックの側方に反応ガスである
空気の供給管２２と排出管２３を設けられ、他の側方に
は燃料ガスの供給管２４と排出管２５が設けられてい
る。反応ガスは各セパレータ２１の側方から面に水平方
向に供給される。反応ガスは、入口側の整流板２６と出
口側整流板２７とによって、単位セル１の電極のガス反
応区域に均一に流れる。なお、符号２８は積層のための
スペーサである。上記の説明では、整流板をセパレータ
１１に設けたが、単位セルの電解質層２側に設けても同
等の効果を奏する。
り、図４（ａ）はそのセパレータ２１の平面説明図、図
４（ｂ）はそのセルスタック３１の一部立体説明図であ
る。図において、セルスタックの側方に反応ガスである
空気の供給管２２と排出管２３を設けられ、他の側方に
は燃料ガスの供給管２４と排出管２５が設けられてい
る。反応ガスは各セパレータ２１の側方から面に水平方
向に供給される。反応ガスは、入口側の整流板２６と出
口側整流板２７とによって、単位セル１の電極のガス反
応区域に均一に流れる。なお、符号２８は積層のための
スペーサである。上記の説明では、整流板をセパレータ
１１に設けたが、単位セルの電解質層２側に設けても同
等の効果を奏する。
【００１９】以上、この発明の一実施形態を説明した
が、この発明は、この実施形態に必ずしも限定されるこ
とはなく、要旨を逸脱しない範囲での設計変更などがあ
ってもこの発明に含まれる。
が、この発明は、この実施形態に必ずしも限定されるこ
とはなく、要旨を逸脱しない範囲での設計変更などがあ
ってもこの発明に含まれる。
【００２０】
【発明の効果】この発明の、少なくとも反応ガス流入部
へ整流手段を施すことにより、電極のガス反応区域への
ガスの流れを均一化することができ、セル特性の向上及
び面内温度差の減少等の効果を奏する。
へ整流手段を施すことにより、電極のガス反応区域への
ガスの流れを均一化することができ、セル特性の向上及
び面内温度差の減少等の効果を奏する。
【００２１】また、内部マニホールドタイプではシール
面積及びシール箇所を減らすことができる。
面積及びシール箇所を減らすことができる。
【００２２】更に、必ずしもセパレータに、溝などの加
工度の高い構造をとる必要がない。
工度の高い構造をとる必要がない。
【図１】この発明の一実施形態を示す図で、同図（ａ）
はセパレータの平面図、同図（ｂ）はセルの電解質層の
平面図である。
はセパレータの平面図、同図（ｂ）はセルの電解質層の
平面図である。
【図２】この発明のセパレータに設けた整流板の説明模
式図である。
式図である。
【図３】この発明の整流手段である金網をセパレータに
設けた模式図である。
設けた模式図である。
【図４】この発明の外部マニホールドタイプにおける一
実施形態を示す図で、同図（ａ）はセパレータの平面説
明図、同図（ｂ）はセルスタックの１部立体説明図であ
る。
実施形態を示す図で、同図（ａ）はセパレータの平面説
明図、同図（ｂ）はセルスタックの１部立体説明図であ
る。
【図５】単位セルの断面図である。
【図６】従来のセパレータを示す平面図である。
１ 単位セル ２ 電解質層 ３ 燃料電極 ４ 空気電極 ５，１１，２１ セパレータ １３ ガス導入孔 １４ ガス排出孔 １５，２６，２７ 整流板 １８ 金網
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１−５−１ 株式会社フ ジクラ内
Claims (3)
- 【請求項１】 固体電解質層を挟むように燃料電極と空
気電極を配置してなる平板状単位電池と、前記各電極面
に反応ガスを分配するガス導入孔を設けると共に、前記
ガス導入孔から前記電極のガス反応区域間にガス整流手
段を備えたセパレータとを交互に積層して構成されるこ
とを特徴とする固体電解質燃料電池。 - 【請求項２】 請求項１記載のガス整流手段を、三角形
の板状物体であって、反応ガス流方向に直角に相対して
その頂点部をガス流方向に後傾して設けてなることを特
徴とする請求項１記載の固体電解質燃料電池。 - 【請求項３】 請求項１記載のガス整流手段は、金網
を、ガス流方向に相対して所定数重ねて設けたことを特
徴とする請求項１記載の固体電解質燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8144599A JPH09326259A (ja) | 1996-06-06 | 1996-06-06 | 固体電解質燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8144599A JPH09326259A (ja) | 1996-06-06 | 1996-06-06 | 固体電解質燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09326259A true JPH09326259A (ja) | 1997-12-16 |
Family
ID=15365799
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8144599A Pending JPH09326259A (ja) | 1996-06-06 | 1996-06-06 | 固体電解質燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09326259A (ja) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2006156144A (ja) * | 2004-11-30 | 2006-06-15 | Toyota Motor Corp | 燃料電池 |
| JP2006221853A (ja) * | 2005-02-08 | 2006-08-24 | Toyota Motor Corp | 燃料電池のセパレータ |
| US7455829B2 (en) | 2005-07-12 | 2008-11-25 | Honeywell International Inc. | Low temperature hydrogen generator |
| JP2009037889A (ja) * | 2007-08-02 | 2009-02-19 | Gyoseiin Genshino Iinkai Kakuno Kenkyusho | プレーナ式固体酸化物型燃料電池のスタックフローパス |
| US7578167B2 (en) | 2005-05-17 | 2009-08-25 | Honeywell International Inc. | Three-wafer channel structure for a fluid analyzer |
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| WO2014156314A1 (ja) * | 2013-03-29 | 2014-10-02 | 日本特殊陶業株式会社 | 燃料電池 |
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| JP2015207509A (ja) * | 2014-04-23 | 2015-11-19 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池スタック |
-
1996
- 1996-06-06 JP JP8144599A patent/JPH09326259A/ja active Pending
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