JPH0945356A - Stack structure of plate type solid electrolyte fuel cell - Google Patents

Stack structure of plate type solid electrolyte fuel cell

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JPH0945356A
JPH0945356A JP7214217A JP21421795A JPH0945356A JP H0945356 A JPH0945356 A JP H0945356A JP 7214217 A JP7214217 A JP 7214217A JP 21421795 A JP21421795 A JP 21421795A JP H0945356 A JPH0945356 A JP H0945356A
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JP
Japan
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air
electrodes
fuel
electrode
solid electrolyte
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Application number
JP7214217A
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Japanese (ja)
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Masakatsu Nagata
雅克 永田
Michio Takaoka
道雄 高岡
Mikiyuki Ono
幹幸 小野
Tsutomu Iwazawa
力 岩澤
Satoru Yamaoka
悟 山岡
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Fujikura Ltd
Original Assignee
Fujikura Ltd
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Publication date
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    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To simplify a structure, and enhance reliability by mutually arranging plate-like unit cells where the same electrodes Are opposed and connected to each other at constant intervals inside a cell holder. SOLUTION: Plural unit cells 20 are held in a cell holder 24 by maintaining its peripheral part in an airtight condition while opposing mutual air electrodes 22 and mutual fuel electrodes 23 to each other. An (air) manifold 27 communicated with an air passage 29 between the air electrodes 22 and a fuel gas manifold communicated with a fuel gass passage 30 between the fuel electrodes 23 are isolatedly formed in an outer peripheral part of the cell holder 24 in a mutually airtight condition, and conductive members 31 and 33 to electrically continue these with each other are also arranged between the mutually opposing air electrodes 22 and between the fuel electrodes 23, and current collecting bodies 32 electrically continuing with the conductive members 31 and 33 are arranged inside the respective manifolds.

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】この発明は、固体電解質型の
燃料電池に関し、特に平板型の単セルを積層したセパレ
ータレスタイプの燃料電池のスタック構造に関するもの
である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid electrolyte type fuel cell, and more particularly to a separatorless type fuel cell stack structure in which flat type single cells are stacked.

【0002】[0002]

【従来の技術】固体電解質型燃料電池は、酸素イオン透
過性のあるイットリア安定化ジルコニア(YSZ)やカ
ルシア安定化ジルコニア(CSZ)からなる薄膜状の固
体電解質を挟んだ両側に、ペロブスカイト型ランタン系
複合酸化物(LaMnOx )等からなる多孔質の空気電
極と、ニッケル(Ni )等を主体とした多孔質の燃料電
極とを形成したものである。この種の燃料電池では、固
体電解質の酸素イオン透過性に優れる1000℃程度に
加熱昇温し、燃料電極側に水素(H2 )ガスなどの燃料
ガスを流通させ、また空気電極側に酸素(O2 )ガスを
含む酸化性ガスを流通させ、これらのガスが固体電解質
を介して電気化学的に反応することにより、各電極を介
して起電力を取り出す。そしてこのような固体電解質型
燃料電池の単体(単セル)で得られる起電力が小さいた
めに、複数の単セルを直並列に接続して使用するのが一
般的である。
2. Description of the Related Art A solid oxide fuel cell is a perovskite-type lanthanum-based fuel cell on both sides of which a thin-film solid electrolyte made of yttria-stabilized zirconia (YSZ) or calcia-stabilized zirconia (CSZ) having oxygen ion permeability is sandwiched. A porous air electrode made of a composite oxide (LaMnOx) or the like and a porous fuel electrode mainly made of nickel (Ni) or the like are formed. In this type of fuel cell, the solid electrolyte is heated to about 1000 ° C., which has excellent oxygen ion permeability, a fuel gas such as hydrogen (H 2 ) gas is circulated to the fuel electrode side, and oxygen (O 2 Oxidizing gas containing O 2 ) gas is circulated, and these gases react electrochemically through the solid electrolyte to extract electromotive force through each electrode. Since the electromotive force obtained by a single unit (single cell) of such a solid oxide fuel cell is small, it is common to use a plurality of single cells connected in series and parallel.

【0003】従来のスタック構造の一例を図5に示して
あり、ここに使用されている単セル1は、YSZやCS
Zからなる平板状の固体電解質2の両面に、LaMnO
x などからなる空気電極3と、Niを主体とした燃料電
極4とをそれぞれ形成したものであって、全体としてそ
れぞれ矩形もしくは方形の平板状に構成されている。こ
れらの単セル1は、それぞれの間にセパレーター5を挟
み込んだ状態で積層され、セルホルダー6の内部に収容
されている。このセルホルダー6は、保持部7を一定間
隔ごとに備えており、上記のように積層された単セル1
およびセパレーター5のそれぞれが、その周辺部分をこ
の保持部7にシール材8を介して気密状態に保持されて
いる。
An example of a conventional stack structure is shown in FIG. 5. The single cell 1 used here is a YSZ or CS.
LaMnO is formed on both sides of the flat solid electrolyte 2 made of Z.
An air electrode 3 made of x or the like and a fuel electrode 4 mainly composed of Ni are formed, and each is formed in a rectangular or square flat plate shape as a whole. These unit cells 1 are stacked with a separator 5 sandwiched therebetween, and are housed inside a cell holder 6. This cell holder 6 is provided with holding portions 7 at regular intervals, and the unit cells 1 stacked as described above are
Each of the separator 5 and the separator 5 is held in a hermetically sealed state at the peripheral portion thereof by the holding member 7 with a sealing material 8 interposed therebetween.

【0004】セパレーター5は、導電板9の両側に空気
電極用集電体10と燃料電極用集電体11とを設けたも
のであり、空気電極用集電体10が隣接する単セル1の
空気電極3に電気的に接続され、また燃料電極用集電体
11が隣接する単セル1の燃料電極4に電気的に接続さ
れている。これらの集電体10,11は、空気電極3と
燃料電極4とを電気的に導通させるためのものであるか
ら、導電率の高い材料によって構成され、また酸化雰囲
気あるいは還元雰囲気での安定性の高い材料によって構
成されている。例えば空気電極用集電体10は前述した
LaMnOx によって形成され、また燃料電極側集電体
11は、NiやNi/YSZのサーメットなどによって
形成されている。そして導電板9は、これらの集電体1
0,11と熱膨張率の差が小さくなる材料によって形成
されている。
The separator 5 is provided with a current collector 10 for air electrodes and a current collector 11 for fuel electrodes on both sides of a conductive plate 9, and the current collector 10 for air electrodes is adjacent to the unit cell 1. The air electrode 3 is electrically connected, and the fuel electrode current collector 11 is electrically connected to the fuel electrode 4 of the adjacent single cell 1. Since the current collectors 10 and 11 are for electrically connecting the air electrode 3 and the fuel electrode 4, they are made of a material having a high conductivity, and are stable in an oxidizing atmosphere or a reducing atmosphere. It is composed of high-quality materials. For example, the air electrode current collector 10 is formed of LaMnOx described above, and the fuel electrode side current collector 11 is formed of Ni or Ni / YSZ cermet. The conductive plate 9 is used as the collector 1
It is made of a material whose difference in thermal expansion coefficient between 0 and 11 is small.

【0005】さらに各集電体10,11は薄板状に形成
され、各電極3,4の面方向に一定の間隔をあけた状態
に配列されている。したがって各電極3,4の表面側に
は空間部が形成されており、空気電極3の表面側の空間
部は空気流路12とされ、また燃料電極4の表面側の空
間部は燃料ガス流路13とされている。そしてセルホル
ダー6には、これらの流路12,13に連通する開口部
が形成されている。
Further, each of the current collectors 10 and 11 is formed in a thin plate shape, and is arranged in a state in which the electrodes 3 and 4 are spaced at a constant distance in the surface direction. Therefore, a space is formed on the surface side of each of the electrodes 3 and 4, the space on the surface side of the air electrode 3 serves as the air flow path 12, and the space on the surface side of the fuel electrode 4 is the fuel gas flow. It is designated as road 13. The cell holder 6 is formed with openings communicating with the flow paths 12 and 13.

【0006】さらに図で最も上側の空気電極3の表面側
には、前述した空気電極用集電体10と同様な構成の集
電体14および集電プレート15を介して端子16が接
続され、また最も下側の燃料電極には、前述した燃料電
極用集電体11と同様な集電体および集電プレート(そ
れぞれ図示せず)を介して端子17が接続されている。
Further, a terminal 16 is connected to the surface side of the uppermost air electrode 3 in the drawing via a current collector 14 and a current collector plate 15 having the same structure as the air electrode current collector 10 described above. A terminal 17 is connected to the lowermost fuel electrode via a collector and a collector plate (not shown) similar to the collector 11 for the fuel electrode described above.

【0007】したがって上記の従来のスタック構造で
は、単セル1の温度を固体電解質2の酸素イオン透過性
に優れる1000℃程度に昇温し、その状態で空気流路
12に空気を流通させ、また燃料ガス流路13に例えば
2 ガスを流通させると、各単セル1の固体電解質2を
介して酸素と水素との電気化学的な反応が生じ、その際
の起電力が各端子16,19を介して外部に取り出され
る。その場合、各単セル1で、空気電極3が陽極にな
り、また燃料電極4が陰極になるので、各単セル1は直
列に接続された状態となる。
Therefore, in the above conventional stack structure, the temperature of the unit cell 1 is raised to about 1000 ° C., which is excellent in the oxygen ion permeability of the solid electrolyte 2, and air is circulated in the air flow passage 12 in that state. When, for example, H 2 gas is circulated in the fuel gas flow path 13, an electrochemical reaction between oxygen and hydrogen occurs through the solid electrolyte 2 of each unit cell 1, and the electromotive force at that time causes the electromotive force of each of the terminals 16 and 19. It is taken out via. In that case, in each unit cell 1, the air electrode 3 serves as an anode and the fuel electrode 4 serves as a cathode, so that the unit cells 1 are connected in series.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】上述のように従来のス
タック構造では、各単セル1をセパレーター5を介して
電気的に導通させることになるが、そのセパレーター5
の空気電極用集電体10には、熱的な整合性を担保する
ために、クロム(Cr)を含有させることになり、その
結果、高温状態でのCrの拡散によって電極3,4や固
体電解質2の特性が次第に悪化し、全体としての耐用寿
命が短くなる不都合があった。また各単セル1の間に必
ずセパレーター5を挟み込む必要があるので、全体とし
ての構造が大きくなるうえに、コストが高くなる。
As described above, in the conventional stack structure, each unit cell 1 is electrically connected through the separator 5, but the separator 5
The air electrode current collector 10 contains chromium (Cr) in order to ensure thermal compatibility. As a result, due to the diffusion of Cr in a high temperature state, the electrodes 3 and 4 and the solid state. The characteristics of the electrolyte 2 are gradually deteriorated, and the service life as a whole is shortened. Further, since it is necessary to sandwich the separator 5 between each unit cell 1, the structure as a whole becomes large and the cost becomes high.

【0009】さらに上記のセパレーター5は、図で上下
の空気流路12,13を隔絶する機能も持っているか
ら、その周辺部分は気密状態にシールする必要があり、
そのため各単セル1の周辺部分のシールに加え、気密状
態にシールするべき箇所が多くなって、コストアップの
要因が増え、また信頼性の低下要因となるおそれがあっ
た。そして上記従来の構造では、各単セル1を直列に接
続するから、いずれか一つの単セル1に異常が生じる
と、その部分で導通不良となり、その結果、スタック全
体としての発電能力が阻害される不都合があった。
Further, since the separator 5 also has a function of isolating the upper and lower air flow passages 12 and 13 in the figure, it is necessary to seal the peripheral portion in an airtight state.
Therefore, in addition to the sealing of the peripheral portion of each unit cell 1, there are many places to be sealed in an airtight state, which may cause an increase in cost and a decrease in reliability. Further, in the above-mentioned conventional structure, since the single cells 1 are connected in series, if any one of the single cells 1 becomes abnormal, conduction failure occurs at that portion, and as a result, the power generation capability of the entire stack is impaired. There was an inconvenience.

【0010】この発明は上記の事情を背景としてなされ
たものであり、構造が簡単で信頼性に優れた平板型の固
定電解質型燃料電池のスタック構造を提供することを目
的とするものである。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a stack structure of a flat plate type fixed electrolyte fuel cell having a simple structure and excellent reliability.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】この発明は、上記の目的
を達成するために、平板状固体電解質を挟んで空気電極
と燃料電極とを形成した平板状の単セルを複数積層する
とともに、それぞれの電極を電気的に接続した平板型固
体電解質型燃料電池のスタック構造において、隣接して
積層される単セルが、その空気電極同士あるいは燃料電
極同士を所定間隔をあけて対向させるよう配設されると
ともに、それらの単セルが、その周辺部分において気密
状態を維持してセルホルダーに保持され、そのセルホル
ダーの外周部には、前記空気電極間の空間部に連通させ
られた空気マニホールドと、前記燃料電極間の空間部に
連通させられた燃料ガスマニホールドとが、互いに気密
状態に隔絶して形成され、さらに互いに対向する前記空
気電極の間にはそれらの空気電極を互いに電気的に導通
させる導電部材が介装されるとともに、互いに対向する
前記燃料電極の間にはそれらの燃料電極を互いに電気的
に導通させる導電部材が介装され、前記空気マニホール
ドの内部には空気電極間の導電部材を接続した集電体が
収容され、かつ前記燃料ガスマニホールドの内部には、
前記燃料電極間の導電部材を接続した集電体が収容され
ていることを特徴とするものである。
In order to achieve the above-mentioned object, the present invention laminates a plurality of flat plate-shaped single cells in which an air electrode and a fuel electrode are formed with a flat plate-shaped solid electrolyte sandwiched therebetween, and each of them is laminated. In the stack structure of the flat plate solid oxide fuel cell in which the electrodes are electrically connected, the adjacent single cells are arranged so that the air electrodes or the fuel electrodes face each other with a predetermined gap. In addition, those single cells are held in the cell holder while maintaining an airtight state in the peripheral portion thereof, the outer periphery of the cell holder, an air manifold communicated with the space between the air electrodes, A fuel gas manifold that communicates with the space between the fuel electrodes is formed so as to be airtightly isolated from each other, and the air electrodes that face each other are provided between the air electrodes. A conductive member electrically connecting the air electrodes to each other is interposed, and a conductive member electrically connecting the fuel electrodes to each other is interposed between the fuel electrodes facing each other. A current collector, in which a conductive member between air electrodes is connected, is housed inside the manifold, and inside the fuel gas manifold,
It is characterized in that a current collector, to which a conductive member is connected between the fuel electrodes, is housed.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下、この発明を図1ないし図4
を参照してより具体的に説明する。この発明で使用され
る単セル20は、従来と同様に、平板状の固体電解質2
1の両面に、LaMnOx などからなる空気電極22
と、Niを主体として形成された燃料電極23とを備
え、全体として矩形もしくは方形の平板状に構成された
ものである。これらの単セル20は、空気電極22同士
および燃料電極23同士を互いに対向させた状態でセル
ホルダー24の内部に配列されている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention will be described below with reference to FIGS.
This will be described more specifically with reference to FIG. The unit cell 20 used in the present invention has a flat plate-like solid electrolyte 2 as in the conventional case.
Air electrodes 22 made of LaMnOx, etc. on both sides of 1.
And a fuel electrode 23 formed mainly of Ni, and configured as a rectangular or square flat plate as a whole. These unit cells 20 are arranged inside the cell holder 24 with the air electrodes 22 and the fuel electrodes 23 facing each other.

【0013】このセルホルダー24は、一定間隔ごとに
配列された矩形もしくは方形の枠状の保持部25をその
内部に備えており、各保持部25に単セル20が配置さ
れ、かつその外周部にシール材26を充填することによ
り、各単セル20の図1および図2のでの上下の空間部
の間の気密性が保たれている。また図3に示すように、
セルホルダー24のうち前記保持部25の外周側には、
図1および図2の上下方向に向けたマニホールド27,
28が形成されている。すなわち図1での左右両側に空
気マニホールド27が上下方向に向けて形成されてお
り、またこれと直交する位置すなわち図2での左右両側
に燃料ガスマニホールド28が上下方向に向けて形成さ
れている。そしてこれらの空気マニホールド27と燃料
ガスマニホールド28とは、互いに気密状態に隔絶され
ている。
The cell holder 24 has therein rectangular or rectangular frame-shaped holding portions 25 arranged at regular intervals, in which the single cells 20 are arranged and the outer peripheral portion thereof is arranged. By filling the sealant 26 with the sealing material 26, the airtightness between the upper and lower spaces of each unit cell 20 in FIGS. 1 and 2 is maintained. Also, as shown in FIG.
On the outer peripheral side of the holding portion 25 of the cell holder 24,
The manifold 27 in the vertical direction of FIGS. 1 and 2,
28 are formed. That is, the air manifolds 27 are formed vertically on the left and right sides in FIG. 1, and the fuel gas manifolds 28 are formed vertically on the right and left sides at positions orthogonal to the air manifolds 27. . The air manifold 27 and the fuel gas manifold 28 are airtightly isolated from each other.

【0014】前述したように互いに一定間隔をあけて保
持された単セル20の相互の間の空間部のうち、空気電
極22同士が対向している空間部が空気流路29とされ
ており、この空気流路29を郭定している前記保持部2
5の前記空気マニホールド27側の部分が開口してお
り、したがって各空気流路29が空気マニホールド27
に連通している。また燃料電極22同士が対向している
空間部が燃料ガス流路30とされており、この燃料ガス
流路30を郭定している前記保持部25のうち前記燃料
ガスマニホールド28側の部分が開口しており、したが
って各燃料ガス流路30が燃料ガスマニホールド28に
連通している。
As described above, among the space portions between the unit cells 20 held at regular intervals, the space portions where the air electrodes 22 face each other are the air passages 29. The holding portion 2 defining the air flow path 29
5 is open on the side of the air manifold 27, and therefore each of the air flow paths 29 is formed in the air manifold 27.
Is in communication with. Further, a space portion where the fuel electrodes 22 face each other is a fuel gas flow passage 30, and a portion of the holding portion 25 that defines the fuel gas flow passage 30 on the fuel gas manifold 28 side is a portion. It is open and therefore each fuel gas channel 30 communicates with the fuel gas manifold 28.

【0015】さらに空気流路29の内部には、その両側
の空気マニホールド27を結んだ方向に沿って複数の導
電部材31が配置されている。これらの導電部材31
は、これを挟んで対向している空気電極22を電気的に
接続するためのものであって、それらの空気電極22に
密着して挟み込まれており、また空気マニホールド27
の間で空気を流通させる流路を確保するべく相互に間隔
をあけて配置されている。そしてこれらの空気電極用導
電部材31を電気的に接続した陽極集電体32が、空気
マニホールド27の内部に配置されている。なお、これ
ら空気電極用導電部材31および陽極集電体32は、高
温の酸化雰囲気中に置かれるので、例えば空気電極22
と同一の素材(LaMnOx など)によって構成されて
いる。
Further, inside the air flow path 29, a plurality of conductive members 31 are arranged along the direction in which the air manifolds 27 on both sides thereof are connected. These conductive members 31
Is for electrically connecting the air electrodes 22 that are opposed to each other with the air electrode 22 sandwiched therebetween, and is sandwiched in close contact with the air electrodes 22.
They are arranged at intervals so as to secure a flow path for allowing air to flow between them. An anode current collector 32 electrically connecting these air electrode conductive members 31 is arranged inside the air manifold 27. Since the air electrode conductive member 31 and the anode current collector 32 are placed in a high temperature oxidizing atmosphere, for example, the air electrode 22 is used.
It is made of the same material as (MnOx, etc.).

【0016】これと同様に燃料ガス流路30の内部に
は、その両側の燃料ガスマニホールド28を結んだ方向
に沿って複数の導電部材33が配置されている。この燃
料電極用導電部材33は、高温還元雰囲気中での安定性
を確保するために、例えばNi棒34の外周にNiフェ
ルト35を巻き付けた構造であり、燃料電極23に密着
して挟み込まれることにより、燃料電極23を電気的に
導通させている。そしてこのNi棒34を電気的に接続
した陰極集電体36が、燃料ガスマニホールド28の内
部に配置されている。なお、この陰極集電体36も高温
還元雰囲気中に置かれるので、燃料電極23と同様な材
料、すなわちNiやNiとYSZとのサーメットなどに
よって構成されている。
Similarly, a plurality of conductive members 33 are arranged inside the fuel gas passage 30 along the direction in which the fuel gas manifolds 28 on both sides thereof are connected. This fuel electrode conductive member 33 has, for example, a structure in which a Ni felt 35 is wound around the outer periphery of a Ni rod 34 in order to ensure stability in a high-temperature reducing atmosphere, and is sandwiched in close contact with the fuel electrode 23. This electrically connects the fuel electrode 23. A cathode current collector 36 electrically connecting the Ni rod 34 is arranged inside the fuel gas manifold 28. Since the cathode current collector 36 is also placed in a high-temperature reducing atmosphere, it is made of the same material as the fuel electrode 23, that is, Ni or a cermet of Ni and YSZ.

【0017】したがって上述の燃料電池スタックにおけ
る単セル20は、互いに並列に接続されており、その状
態を図4に模式的に示してある。
Therefore, the unit cells 20 in the above fuel cell stack are connected in parallel with each other, and the state thereof is schematically shown in FIG.

【0018】つぎに上述した燃料電池スタックの作用に
ついて説明する。上述したスタックにおける単セル20
は、YSZあるいはCSZからなる固体電解質21を備
えているので、その酸素イオン透過性の優れる約100
0℃に加熱昇温する。その状態で一方の空気マニホール
ド27から空気を供給し、かつ他方の空気マニホールド
27から排気することにより、各空気流路29に空気を
流通させる。また一方の燃料ガスマニホールド28から
2 ガスを供給するとともに、他方の燃料ガスマニホー
ルド28から排気することにより、各燃料ガス流路30
にH2 ガスを流通させる。
Next, the operation of the above fuel cell stack will be described. Single cell 20 in the stack described above
Has a solid electrolyte 21 made of YSZ or CSZ, and therefore has a high oxygen ion permeability of about 100.
Heat to 0 ° C. and heat up. In this state, air is supplied from one air manifold 27 and exhausted from the other air manifold 27, so that air is circulated in each air flow path 29. Further, by supplying H 2 gas from one fuel gas manifold 28 and exhausting it from the other fuel gas manifold 28, each fuel gas passage 30
H 2 gas is passed through.

【0019】各空気流路29に臨ませてある空気電極2
2は多孔構造であるから、空気流路29内を流れる空気
は、空気電極22の内部に浸透し、固体電解質21の表
面に拡散する。また燃料ガス流路30の内部を流れるH
2 ガスは多孔構造の燃料電極23に浸透し、固体電解質
21の表面に拡散する。その結果、固体電解質21を挟
んだ両側での酸素の濃度差に起因して、空気電極22側
で酸素がイオン化し、その酸素イオンが固体電解質21
を燃料電極23側に透過し、かつ燃料電極23側でH2
と反応し、電子を放出する。
Air electrode 2 facing each air flow path 29
Since 2 has a porous structure, the air flowing in the air flow path 29 permeates the inside of the air electrode 22 and diffuses to the surface of the solid electrolyte 21. In addition, H flowing in the fuel gas passage 30
The 2 gas permeates the fuel electrode 23 having a porous structure and diffuses on the surface of the solid electrolyte 21. As a result, oxygen is ionized on the air electrode 22 side due to the difference in oxygen concentration on both sides of the solid electrolyte 21, and the oxygen ions are
Permeate to the fuel electrode 23 side, and H 2 on the fuel electrode 23 side.
Reacts with and emits an electron.

【0020】このようにして生じる酸素と水素との電気
化学的な反応による起電力は、前述した導電部材31,
32および集電体32,36を介して外部に取り出され
る。その場合、各単セル20は、並列に接続されている
から、電圧は低く、電流は多くなる。また各単セル20
から個別に電力を取り出すことになるから、いずれかの
単セル20に破損などの異常が生じてもスタック全体と
しての発電能力に大きな影響は生じない。
The electromotive force generated by the electrochemical reaction between oxygen and hydrogen generated in this way is
It is taken out to the outside through 32 and the current collectors 32 and 36. In that case, since the single cells 20 are connected in parallel, the voltage is low and the current is high. Moreover, each single cell 20
Since the electric power is individually taken out of the stack, even if an abnormality such as a breakage occurs in any of the unit cells 20, the power generation capacity of the entire stack is not significantly affected.

【0021】さらに上述した導電部材31,33や集電
体32,36は、酸化雰囲気あるいは還元雰囲気などの
単一の環境の中に置かれ、かつ同材種の部材に接触する
のみであるから、経時的な特性変化が殆どないうえに、
熱応力による破損のおそれもない。そして気密状態を確
保するためのシールは、単セル20についてのみ行えば
よいから、シール部が少なくなり、そのため安価でかつ
信頼性の高い燃料電池スタックとすることができる。
Further, the above-mentioned conductive members 31 and 33 and current collectors 32 and 36 are placed in a single environment such as an oxidizing atmosphere or a reducing atmosphere, and only contact members of the same material type. , While there is almost no change in characteristics over time,
There is no risk of damage due to thermal stress. Since the sealing for ensuring the airtight state only needs to be performed on the single cell 20, the sealing portion is reduced, and therefore the fuel cell stack can be made inexpensive and highly reliable.

【0022】[0022]

【発明の効果】以上説明したようにこの発明のスタック
構造は、平板状の単セルのみをセルホルダーの内部に、
相互に一定の間隔をあけて、かつ同一電極同士を対向か
つ接続させて配列した構造であるから、従来のセパレー
ターやこれに類する部材が不必要になり、その結果、構
成部材が少なくなって小型軽量化を図り、また低コスト
化することができる。また酸化雰囲気と還元雰囲気との
両方に曝される部材が存在しないため、特性の変化によ
る寿命の低下を防止でき、さらにシール部が少なくなっ
て信頼性を向上させることができる。そしてこの発明の
スタック構造では、単セルを並列接続することになるか
ら、いずれか一つの単セルの破損などの異常による発電
不良を未然に防止することができる。
As described above, according to the stack structure of the present invention, only flat plate-shaped single cells are placed inside the cell holder.
Since the structure is such that the same electrodes are arranged facing each other and connected at regular intervals, the conventional separator and similar members are unnecessary, and as a result, the number of components is reduced and the size is reduced. The weight can be reduced and the cost can be reduced. Further, since there is no member exposed to both the oxidizing atmosphere and the reducing atmosphere, it is possible to prevent the life from being shortened due to the change in characteristics, and further it is possible to improve reliability by reducing the sealing portion. Further, in the stack structure of the present invention, since the single cells are connected in parallel, it is possible to prevent power generation failure due to an abnormality such as breakage of any one single cell.

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

【図1】この発明を具体化した一例の縦断面図である。FIG. 1 is a vertical sectional view of an example embodying the present invention.

【図2】図1とは90度回転した位置で切断した縦断面
図である。
FIG. 2 is a vertical sectional view cut at a position rotated by 90 degrees.

【図3】図1のIII−III線断面図である。FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III in FIG.

【図4】各単セルの電気的な接続状態を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an electrical connection state of each unit cell.

【図5】従来の平板型固体電解質型燃料電池のスタック
構造の概略を示す断面図である。
FIG. 5 is a sectional view showing an outline of a stack structure of a conventional flat plate solid oxide fuel cell.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

20…単セル、 21…固体電解質、 22…空気電
極、 23…燃料電極、24…セルホルダー、 25…
保持部、 27,28…マニホールド、 29…空気流
路、 30…燃料ガス流路、 31,33…導電部材、
32,36…集電体。
20 ... Single cell, 21 ... Solid electrolyte, 22 ... Air electrode, 23 ... Fuel electrode, 24 ... Cell holder, 25 ...
Holding part, 27, 28 ... Manifold, 29 ... Air flow path, 30 ... Fuel gas flow path, 31, 33 ... Conductive member,
32, 36 ... Current collector.

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 (72)発明者 山岡 悟 東京都江東区木場一丁目5番1号 株式会 社フジクラ内Front page continued (72) Inventor Riki Iwasawa 1-5-1, Kiba, Koto-ku, Tokyo Fujikura Ltd. (72) Inventor Satoru Yamaoka 1-1-5, Kiba, Koto-ku, Tokyo Fujikura Ltd.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 平板状固体電解質を挟んで空気電極と燃
料電極とを形成した平板状の単セルを複数積層するとと
もに、それぞれの電極を電気的に接続した平板型固体電
解質型燃料電池のスタック構造において、 隣接して積層される単セルが、その空気電極同士あるい
は燃料電極同士を所定間隔をあけて対向させるよう配設
されるとともに、それらの単セルが、その周辺部分にお
いて気密状態を維持してセルホルダーに保持され、その
セルホルダーの外周部には、前記空気電極間の空間部に
連通させられた空気マニホールドと、前記燃料電極間の
空間部に連通させられた燃料ガスマニホールドとが、互
いに気密状態に隔絶して形成され、さらに互いに対向す
る前記空気電極の間にはそれらの空気電極を互いに電気
的に導通させる導電部材が介装されるとともに、互いに
対向する前記燃料電極の間にはそれらの燃料電極を互い
に電気的に導通させる導電部材が介装され、前記空気マ
ニホールドの内部には空気電極間の導電部材を接続した
集電体が収容され、かつ前記燃料ガスマニホールドの内
部には、前記燃料電極間の導電部材を接続した集電体が
収容されていることを特徴とする平板型固体電解質型燃
料電池のスタック構造。
1. A stack of a flat-plate solid electrolyte fuel cell in which a plurality of flat-plate single cells each having an air electrode and a fuel electrode formed by sandwiching a flat-plate solid electrolyte are stacked and each electrode is electrically connected. In the structure, the unit cells that are stacked adjacent to each other are arranged so that the air electrodes or the fuel electrodes face each other with a predetermined gap, and the unit cells maintain an airtight state in the peripheral portion. Then, an air manifold connected to the space between the air electrodes and a fuel gas manifold connected to the space between the fuel electrodes are provided on the outer periphery of the cell holder. , Electrically conductive members that are formed to be airtightly isolated from each other and that electrically connect the air electrodes to each other between the air electrodes facing each other. A conductive member for electrically connecting the fuel electrodes to each other is interposed between the fuel electrodes facing each other, and a current collector in which a conductive member between the air electrodes is connected inside the air manifold. And a current collector in which a conductive member between the fuel electrodes is connected is housed inside the fuel gas manifold, and a stack structure of a flat plate solid oxide fuel cell.
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JP2008515146A (en) * 2004-09-27 2008-05-08 ユーティーシー パワー コーポレイション Cathode-cathode fuel cell stack
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