JPH10208760A - 固体電解質型燃料電池 - Google Patents
固体電解質型燃料電池Info
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- JPH10208760A JPH10208760A JP9007080A JP708097A JPH10208760A JP H10208760 A JPH10208760 A JP H10208760A JP 9007080 A JP9007080 A JP 9007080A JP 708097 A JP708097 A JP 708097A JP H10208760 A JPH10208760 A JP H10208760A
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- cell
- solid oxide
- oxide fuel
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- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
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- H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
- H01M8/2425—High-temperature cells with solid electrolytes
- H01M8/2432—Grouping of unit cells of planar configuration
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- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
- H01M8/2483—Details of groupings of fuel cells characterised by internal manifolds
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- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
- H01M2008/1293—Fuel cells with solid oxide electrolytes
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- H01M2300/00—Electrolytes
- H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
- H01M2300/0065—Solid electrolytes
- H01M2300/0068—Solid electrolytes inorganic
- H01M2300/0071—Oxides
- H01M2300/0074—Ion conductive at high temperature
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- 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
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- General Chemical & Material Sciences (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】電池積層体を構成する際にシール材等の構成部
品が破損する恐れのない構成として、シール性に優れ、
信頼性の高いものとする。 【解決手段】セル基板１の一方の主面にアノード層２、
電解質層３、カソード層４を順次形成したセル５とガス
通流溝を備えたセパレータ６を、中央シール材９を組み
込んで交互に積層し電池積層体を構成する際に、隣り合
うセパレータ６の外縁部の間に、電池の運転温度より低
い温度でほぼ完全燃焼するカーボン材よりなる支持体１
０を介装する。
品が破損する恐れのない構成として、シール性に優れ、
信頼性の高いものとする。 【解決手段】セル基板１の一方の主面にアノード層２、
電解質層３、カソード層４を順次形成したセル５とガス
通流溝を備えたセパレータ６を、中央シール材９を組み
込んで交互に積層し電池積層体を構成する際に、隣り合
うセパレータ６の外縁部の間に、電池の運転温度より低
い温度でほぼ完全燃焼するカーボン材よりなる支持体１
０を介装する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、固体電解質を用
いて電気化学反応によりそのギブスの自由エネルギーを
電気エネルギーに変換する固体電解質型燃料電池、特に
金属系セル基板を用いて構成される平板型支持膜方式の
固体電解質型燃料電池に関する。
いて電気化学反応によりそのギブスの自由エネルギーを
電気エネルギーに変換する固体電解質型燃料電池、特に
金属系セル基板を用いて構成される平板型支持膜方式の
固体電解質型燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】ジルコニア等の酸化物固体電解質を用い
る燃料電池は、800 〜1000℃の高温で用いられるため、
発電効率が高く、触媒も不要であり、改質系の簡素化も
期待でき、また、電解質が固体であるために取り扱いが
容易である等の特長をもち、さらには、ガスタービン等
との複合発電も期待され、第三世代の燃料電池として有
望視されている。しかしながら、固体電解質型燃料電池
においては、電解質をはじめ主要な構成部材がセラミッ
クスよりなるため、熱的に破損しやすく、また、適切な
ガスシール方法がないため、特に平板型の固体電解質型
燃料電池の実現が困難であった。この難点を解決するも
のとして、ウェスティングハウス社によって円筒型の固
体電解質型燃料電池が考案され、２５ｋＷ級のプロトタ
イプ器の開発が行われているが、円筒型においては、平
板型と比較して電池単位体積当たりの出力密度が低くな
るという難点が指摘されており、高出力密度が期待でき
る平板型の開発が、内外、官民を問わず進められてい
る。
る燃料電池は、800 〜1000℃の高温で用いられるため、
発電効率が高く、触媒も不要であり、改質系の簡素化も
期待でき、また、電解質が固体であるために取り扱いが
容易である等の特長をもち、さらには、ガスタービン等
との複合発電も期待され、第三世代の燃料電池として有
望視されている。しかしながら、固体電解質型燃料電池
においては、電解質をはじめ主要な構成部材がセラミッ
クスよりなるため、熱的に破損しやすく、また、適切な
ガスシール方法がないため、特に平板型の固体電解質型
燃料電池の実現が困難であった。この難点を解決するも
のとして、ウェスティングハウス社によって円筒型の固
体電解質型燃料電池が考案され、２５ｋＷ級のプロトタ
イプ器の開発が行われているが、円筒型においては、平
板型と比較して電池単位体積当たりの出力密度が低くな
るという難点が指摘されており、高出力密度が期待でき
る平板型の開発が、内外、官民を問わず進められてい
る。
【０００３】平板型においては、上記のガスシール方法
に加えてセルの大面積化が課題となっており、セル基板
に電極、電解質、対向電極を形成する支持膜方式が提案
されている。近年では、セル基板に多孔質で高強度の金
属系材料が適用できる見込みとなり、信頼性が大幅に向
上している。図６は、従来の平板型の固体電解質型燃料
電池の基本構成を示す分解斜視図、図７は、固体電解質
型燃料電池の中央部の構成を拡大して示す断面図であ
る。
に加えてセルの大面積化が課題となっており、セル基板
に電極、電解質、対向電極を形成する支持膜方式が提案
されている。近年では、セル基板に多孔質で高強度の金
属系材料が適用できる見込みとなり、信頼性が大幅に向
上している。図６は、従来の平板型の固体電解質型燃料
電池の基本構成を示す分解斜視図、図７は、固体電解質
型燃料電池の中央部の構成を拡大して示す断面図であ
る。
【０００４】図６に見られるように、中央部に燃料ガス
通流孔７と酸化剤ガス通流孔８を備えた多孔質で高強度
の金属系材料からなる円板状の基板１の上に、アノード
層２および電解質層３を形成し、さらに、その上にペロ
ブスカイト型構造を有する導電性セラミックスよりなる
カソード層４を形成し、中央シール材９を配してセル５
が構成されている。セル５を挟持するカソード側のセパ
レータ６Ａ、アノード側のセパレータ６Ｂは、いずれも
金属材料からなり、中央部に燃料ガス通流孔７と、ペロ
ブスカイト型構造を有する導電性セラミックスによる保
護膜を溶射した酸化剤ガス通流孔８を備え、基板１に対
向する表面には、燃料ガス通流溝２１、ならびに燃料ガ
ス通流孔７と燃料ガス通流溝２１とを連結する連通溝２
３が、また、カソード４に対向する表面には、酸化剤ガ
ス通流溝２２、ならびに、酸化剤ガス通流孔８と酸化剤
ガス通流溝２２とを連結する連通溝２４が形成されてい
る。図７に見られるように、基板１、アノード２、電解
質３およびカソード４からなるセル５と、セパレータ６
Ａ、セパレータ６Ｂは、中央部にガスの漏洩を防止する
ための中央ガスシール材９を介装して積層されている。
積層方向に伸びる燃料ガス通流孔７を通して供給された
燃料ガスは、図６に示した連通溝２３を通って燃料ガス
通流溝２１へと送られ、多孔質の基板１の空孔を通して
アノード２へと達して電気化学反応に寄与する。残余の
ガスは、燃料ガス通流溝２１の外周に設けられた図示し
ない排出口より外部へ排出される。同様に、酸化剤ガス
通流孔８を通して供給された酸化剤ガスは、連通溝２４
を通って酸化剤ガス通流溝２２へと送られ、カソード４
へ達して電気化学反応に寄与し、残余のガスは外周より
外部へ排出される。
通流孔７と酸化剤ガス通流孔８を備えた多孔質で高強度
の金属系材料からなる円板状の基板１の上に、アノード
層２および電解質層３を形成し、さらに、その上にペロ
ブスカイト型構造を有する導電性セラミックスよりなる
カソード層４を形成し、中央シール材９を配してセル５
が構成されている。セル５を挟持するカソード側のセパ
レータ６Ａ、アノード側のセパレータ６Ｂは、いずれも
金属材料からなり、中央部に燃料ガス通流孔７と、ペロ
ブスカイト型構造を有する導電性セラミックスによる保
護膜を溶射した酸化剤ガス通流孔８を備え、基板１に対
向する表面には、燃料ガス通流溝２１、ならびに燃料ガ
ス通流孔７と燃料ガス通流溝２１とを連結する連通溝２
３が、また、カソード４に対向する表面には、酸化剤ガ
ス通流溝２２、ならびに、酸化剤ガス通流孔８と酸化剤
ガス通流溝２２とを連結する連通溝２４が形成されてい
る。図７に見られるように、基板１、アノード２、電解
質３およびカソード４からなるセル５と、セパレータ６
Ａ、セパレータ６Ｂは、中央部にガスの漏洩を防止する
ための中央ガスシール材９を介装して積層されている。
積層方向に伸びる燃料ガス通流孔７を通して供給された
燃料ガスは、図６に示した連通溝２３を通って燃料ガス
通流溝２１へと送られ、多孔質の基板１の空孔を通して
アノード２へと達して電気化学反応に寄与する。残余の
ガスは、燃料ガス通流溝２１の外周に設けられた図示し
ない排出口より外部へ排出される。同様に、酸化剤ガス
通流孔８を通して供給された酸化剤ガスは、連通溝２４
を通って酸化剤ガス通流溝２２へと送られ、カソード４
へ達して電気化学反応に寄与し、残余のガスは外周より
外部へ排出される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記のごとく、従来の
平板型の固体電解質型燃料電池においては、セルとセパ
レータを交互に積層した円柱状の電池積層体の中央部よ
り燃料ガスと酸化剤ガスを導入して外周より排出する構
成とし、セルとセパレータとの間に配した中央シール材
によって、燃料ガスと酸化剤ガスとの間の気密を保持し
ている。通常、ガラス材料が中央シール材として用いら
れており、セルとセパレータとの間、すなわち、基板と
セパレータとの間、および電解質とセパレータとの間に
ガラス材料を組み込んで電池積層体を構成し、固体電解
質型燃料電池の運転温度（800 〜1000℃）において、ガ
ラス材料を溶融状態として、二つのガスの気密を保持し
ている。
平板型の固体電解質型燃料電池においては、セルとセパ
レータを交互に積層した円柱状の電池積層体の中央部よ
り燃料ガスと酸化剤ガスを導入して外周より排出する構
成とし、セルとセパレータとの間に配した中央シール材
によって、燃料ガスと酸化剤ガスとの間の気密を保持し
ている。通常、ガラス材料が中央シール材として用いら
れており、セルとセパレータとの間、すなわち、基板と
セパレータとの間、および電解質とセパレータとの間に
ガラス材料を組み込んで電池積層体を構成し、固体電解
質型燃料電池の運転温度（800 〜1000℃）において、ガ
ラス材料を溶融状態として、二つのガスの気密を保持し
ている。
【０００６】しかしながら、図７に見られるように、固
体電解質型燃料電池の電池積層体においては、中央シー
ル材を介してセルおよびセパレータを支持する構造に構
成されているため、これらの部材を積層して電池積層体
を構成する際に、中央シール材が過大な荷重を受けて破
損する危険性が高く、また、この際にセルも破損してし
まう恐れがある。このように中央シール材やセルの破損
が生じると、燃料ガスと酸化剤ガスのクロスリークが起
こり、電池特性が大幅に低下してしまう事態を引き起こ
すこととなる。
体電解質型燃料電池の電池積層体においては、中央シー
ル材を介してセルおよびセパレータを支持する構造に構
成されているため、これらの部材を積層して電池積層体
を構成する際に、中央シール材が過大な荷重を受けて破
損する危険性が高く、また、この際にセルも破損してし
まう恐れがある。このように中央シール材やセルの破損
が生じると、燃料ガスと酸化剤ガスのクロスリークが起
こり、電池特性が大幅に低下してしまう事態を引き起こ
すこととなる。
【０００７】また、図７のごとく複数のセルと複数のセ
パレータを積層して電池積層体を構成する際には、それ
ぞれに備えられた燃料ガス通流孔７と酸化剤ガス通流孔
８の位置を合わせて積層する必要があり、従来よりセラ
ミックス製の位置決めシャフトを連通させて調整してい
る。しかしながら、セラミックス製の位置決めシャフト
は荷重が加わると破損しやすく、他の構成部品を損なう
恐れがあるので、組み上げが終わると取り外し、その後
荷重を加えて積層する方法が採られている。したがっ
て、従来の構成では位置決めが必ずしも十分でなく、通
流孔の位置ずれを生じて特性が低下する恐れがあった。
パレータを積層して電池積層体を構成する際には、それ
ぞれに備えられた燃料ガス通流孔７と酸化剤ガス通流孔
８の位置を合わせて積層する必要があり、従来よりセラ
ミックス製の位置決めシャフトを連通させて調整してい
る。しかしながら、セラミックス製の位置決めシャフト
は荷重が加わると破損しやすく、他の構成部品を損なう
恐れがあるので、組み上げが終わると取り外し、その後
荷重を加えて積層する方法が採られている。したがっ
て、従来の構成では位置決めが必ずしも十分でなく、通
流孔の位置ずれを生じて特性が低下する恐れがあった。
【０００８】本発明は、上記のごとき従来技術の難点を
考慮してなされたもので、その目的は、電池積層体を構
成する際に組み込むシール材の破損、引いてはセルの破
損の恐れがなく、シール性能に優れ、また組立精度がよ
い固体電解質型燃料電池を提供することにある。
考慮してなされたもので、その目的は、電池積層体を構
成する際に組み込むシール材の破損、引いてはセルの破
損の恐れがなく、シール性能に優れ、また組立精度がよ
い固体電解質型燃料電池を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明においては、中央部に燃料ガス通流孔と酸
化剤ガス通流孔の二つの貫通孔を備えたセル基板の一方
の主面にアノードと固体電解質層とカソードを順次形成
してなる平板状のセルと、燃料ガス通流孔と酸化剤ガス
通流孔を中央部に備え、その外縁側の一方の主面に燃料
ガス通流孔と連通する燃料ガス通流溝を備え、他の主面
に酸化剤ガス通流孔と連通する酸化剤ガス通流溝を備え
たガス不透過性のセパレータを、燃料ガスと酸化剤ガス
とを気密に保持するシール部材を中央部に組み込み、セ
パレータの燃料ガス通流溝を備えた主面をセルのセル基
板に対向するように配して交互に積層して電池積層体を
構成する固体電解質型燃料電池において、 （１）隣り合うセパレータのそれぞれの外縁部の間に、
電池の運転温度より低い温度でほぼ完全燃焼する組立部
材、例えばカーボン材を介装して電池積層体を構成する
こととする。
めに、本発明においては、中央部に燃料ガス通流孔と酸
化剤ガス通流孔の二つの貫通孔を備えたセル基板の一方
の主面にアノードと固体電解質層とカソードを順次形成
してなる平板状のセルと、燃料ガス通流孔と酸化剤ガス
通流孔を中央部に備え、その外縁側の一方の主面に燃料
ガス通流孔と連通する燃料ガス通流溝を備え、他の主面
に酸化剤ガス通流孔と連通する酸化剤ガス通流溝を備え
たガス不透過性のセパレータを、燃料ガスと酸化剤ガス
とを気密に保持するシール部材を中央部に組み込み、セ
パレータの燃料ガス通流溝を備えた主面をセルのセル基
板に対向するように配して交互に積層して電池積層体を
構成する固体電解質型燃料電池において、 （１）隣り合うセパレータのそれぞれの外縁部の間に、
電池の運転温度より低い温度でほぼ完全燃焼する組立部
材、例えばカーボン材を介装して電池積層体を構成する
こととする。
【００１０】（２）さらに、上記の中央部に組み込まれ
るシール部材を、組立部材の燃焼温度に近接した軟化点
温度を備えた部材、例えばガラス材料より構成すること
とする。 （３）さらに、上記のセパレータおよびセルの外縁部に
相互位置調整用の貫通孔を備え、この貫通孔にカーボン
材よりなる位置決めシャフトを挿入することとする。
るシール部材を、組立部材の燃焼温度に近接した軟化点
温度を備えた部材、例えばガラス材料より構成すること
とする。 （３）さらに、上記のセパレータおよびセルの外縁部に
相互位置調整用の貫通孔を備え、この貫通孔にカーボン
材よりなる位置決めシャフトを挿入することとする。
【００１１】上記（１）のごとく構成することとすれ
ば、電池積層体を組み立てる際に、隣り合うセパレータ
とセパレータとの間が組立部材により支持されるので、
中央部に配される燃料ガスと酸化剤ガスとを気密に保持
するシール部材およびセルに加わる荷重が微少に抑えら
れ、これらの損傷の危険性が回避される。なお、組立部
材は、電池の運転温度においてほぼ完全に燃焼し、残分
は微量となるので、電池の運転性能に影響を及ぼすこと
はない。
ば、電池積層体を組み立てる際に、隣り合うセパレータ
とセパレータとの間が組立部材により支持されるので、
中央部に配される燃料ガスと酸化剤ガスとを気密に保持
するシール部材およびセルに加わる荷重が微少に抑えら
れ、これらの損傷の危険性が回避される。なお、組立部
材は、電池の運転温度においてほぼ完全に燃焼し、残分
は微量となるので、電池の運転性能に影響を及ぼすこと
はない。
【００１２】また、さらに上記（２）のごとく構成する
こととすれば、組立部材が燃焼して、隣り合うセパレー
タとセパレータとの間の支持能力を喪失する際に、同時
にシール部材が軟化することとなるので、シール部材は
破損することなくシール部を覆い、効果的にシールする
こととなる。図８は、カーボン材の試料を５℃／min で
温度上昇させ、試料の重量と発生熱量を測定して得た特
性図である。図に見られるように、温度が上昇して約 8
00℃に達すると、重量が急激に減少するとともに発生熱
量が急上昇し、約 820℃で最大となっている。すなわ
ち、カーボン材は約 820℃に達すると燃焼してほぼ完全
に酸化され、残分は0.14％と極微量となることがわか
る。したがって、例えば、上記の組立部材にカーボン材
を用い、シール部材にパイレックスガラスを用いること
とすれば、パイレックスガラスの軟化点は 790〜820 ℃
であるので、電池の運転温度が 820℃以上であれば、昇
温とともに組立部材が燃焼し、同時にシール部材が軟化
するので、シール部材は破損することなくシール部を覆
い、効果的にシールすることとなる。すなわち、上記の
組立部材とシール部材にそれぞれカーボン材とパイレッ
クスガラスを用いる方式は、運転温度が 820℃以上の固
体電解質型燃料電池に効果的に適用できる。
こととすれば、組立部材が燃焼して、隣り合うセパレー
タとセパレータとの間の支持能力を喪失する際に、同時
にシール部材が軟化することとなるので、シール部材は
破損することなくシール部を覆い、効果的にシールする
こととなる。図８は、カーボン材の試料を５℃／min で
温度上昇させ、試料の重量と発生熱量を測定して得た特
性図である。図に見られるように、温度が上昇して約 8
00℃に達すると、重量が急激に減少するとともに発生熱
量が急上昇し、約 820℃で最大となっている。すなわ
ち、カーボン材は約 820℃に達すると燃焼してほぼ完全
に酸化され、残分は0.14％と極微量となることがわか
る。したがって、例えば、上記の組立部材にカーボン材
を用い、シール部材にパイレックスガラスを用いること
とすれば、パイレックスガラスの軟化点は 790〜820 ℃
であるので、電池の運転温度が 820℃以上であれば、昇
温とともに組立部材が燃焼し、同時にシール部材が軟化
するので、シール部材は破損することなくシール部を覆
い、効果的にシールすることとなる。すなわち、上記の
組立部材とシール部材にそれぞれカーボン材とパイレッ
クスガラスを用いる方式は、運転温度が 820℃以上の固
体電解質型燃料電池に効果的に適用できる。
【００１３】また、さらに上記（３）のごとく構成する
こととすれば、位置決めシャフトは、組立部材と同様に
昇温とともに燃焼して残分がほぼ皆無となるカーボン材
より形成されているので、当初の組立時のみならず、荷
重を加え、昇温する段階にあっても取り外す必要はな
い。したがって、セパレータとセルの面内の位置を、よ
り適正に配して電池積層体を構成することができる。ま
た、位置決めシャフトは、温度上昇後燃焼して残分はほ
ぼ皆無となるので、電池の運転性能に影響を及ぼすこと
はなく、上記の（２）の場合と同様に、優れたシール性
能が得られることとなる。
こととすれば、位置決めシャフトは、組立部材と同様に
昇温とともに燃焼して残分がほぼ皆無となるカーボン材
より形成されているので、当初の組立時のみならず、荷
重を加え、昇温する段階にあっても取り外す必要はな
い。したがって、セパレータとセルの面内の位置を、よ
り適正に配して電池積層体を構成することができる。ま
た、位置決めシャフトは、温度上昇後燃焼して残分はほ
ぼ皆無となるので、電池の運転性能に影響を及ぼすこと
はなく、上記の（２）の場合と同様に、優れたシール性
能が得られることとなる。
【００１４】
＜実施例１＞図１は、本発明の固体電解質型燃料電池の
実施例を示す電池積層体の断面概念図である。本電池積
層体は、電極面積が 500cm2 のセル５を５個積層して構
成されており、図は、その要部を示すものである。
実施例を示す電池積層体の断面概念図である。本電池積
層体は、電極面積が 500cm2 のセル５を５個積層して構
成されており、図は、その要部を示すものである。
【００１５】各セル５は、多孔質焼結金属よりなるセル
基板１の上に、大気圧プラズマ溶射法によって、Ｎｉ−
ＹＳＺからなるアノード層２、ＹＳＺからなる電解質層
３、ＬａＭｎＯ3 からなるカソード層４を形成する方法
により構成されており、中央部に燃料ガスと酸化剤ガス
を導入する燃料ガス通流孔７、および酸化剤ガス通流孔
８を備えている。
基板１の上に、大気圧プラズマ溶射法によって、Ｎｉ−
ＹＳＺからなるアノード層２、ＹＳＺからなる電解質層
３、ＬａＭｎＯ3 からなるカソード層４を形成する方法
により構成されており、中央部に燃料ガスと酸化剤ガス
を導入する燃料ガス通流孔７、および酸化剤ガス通流孔
８を備えている。
【００１６】電池積層体中に介装されたセパレータ６は
金属材料からなり、従来例と同様に、中央部に燃料ガス
通流孔７と酸化剤ガス通流孔８を備え、その外側の基板
１に対向する表面には燃料ガス通流孔７と連通する燃料
ガス通流溝を、またカソード層４に対向する表面には、
酸化剤ガス通流孔８と連通する酸化剤ガス通流溝を備え
ている。なお、図中の下端に配されたセパレータ６には
基板１に対向する表面に燃料ガス通流溝が、また図中の
上端に配されたセパレータ６にはカソード層４に対向す
る表面に酸化剤ガス通流溝が備えられている。
金属材料からなり、従来例と同様に、中央部に燃料ガス
通流孔７と酸化剤ガス通流孔８を備え、その外側の基板
１に対向する表面には燃料ガス通流孔７と連通する燃料
ガス通流溝を、またカソード層４に対向する表面には、
酸化剤ガス通流孔８と連通する酸化剤ガス通流溝を備え
ている。なお、図中の下端に配されたセパレータ６には
基板１に対向する表面に燃料ガス通流溝が、また図中の
上端に配されたセパレータ６にはカソード層４に対向す
る表面に酸化剤ガス通流溝が備えられている。
【００１７】本実施例の特徴は、セル５とセパレータ６
を交互に積層して電池積層体を構成する際に、層間の中
央部分にパイレックスガラスよりなる中央シール材９を
配するとともに、同時に、外縁部の隣り合うセパレータ
６の間に支持体１０を組み込むことにある。支持体１０
はカーボン材よりなり、本実施例では図２に示したごと
く４個のカーボンブロックを対称に配して隣り合うセパ
レータ６の間を支持している。したがって、積層時の積
層方向の荷重はセパレータ６と支持体１０とにより支持
されることとなり、中央シール材９に加わる荷重は微量
に抑えられるので、中央シール材９が強度の劣るパイレ
ックスガラスより形成されていても、従来例のような破
損を生じる恐れはない。また、本電池の運転温度は 950
℃であり、構成した電池積層体を運転温度へと昇温して
いく過程において、カーボン材よりなる支持体１０は酸
化し、完全燃焼して残分が微量となり、同時に中央シー
ル材９は軟化してシール部を覆い、効果的にシールす
る。
を交互に積層して電池積層体を構成する際に、層間の中
央部分にパイレックスガラスよりなる中央シール材９を
配するとともに、同時に、外縁部の隣り合うセパレータ
６の間に支持体１０を組み込むことにある。支持体１０
はカーボン材よりなり、本実施例では図２に示したごと
く４個のカーボンブロックを対称に配して隣り合うセパ
レータ６の間を支持している。したがって、積層時の積
層方向の荷重はセパレータ６と支持体１０とにより支持
されることとなり、中央シール材９に加わる荷重は微量
に抑えられるので、中央シール材９が強度の劣るパイレ
ックスガラスより形成されていても、従来例のような破
損を生じる恐れはない。また、本電池の運転温度は 950
℃であり、構成した電池積層体を運転温度へと昇温して
いく過程において、カーボン材よりなる支持体１０は酸
化し、完全燃焼して残分が微量となり、同時に中央シー
ル材９は軟化してシール部を覆い、効果的にシールす
る。
【００１８】図２は、本実施例の構成の電池積層体の特
性測定結果を従来例と比較して示す特性図である。図に
おいて、Ａで示した特性は本実施例の電池積層体の特
性、またＢで示した特性は、従来の構成、すなわち支持
体１０を用いないで構成した電池積層体の特性である。
従来方式の電池積層体においては、無負荷時電圧が4.45
Ｖ，また電流密度 0.3 A/cm2におけるセル電圧が 2.6Ｖ
であったのに対して、本実施例の構成の電池積層体にお
いては、無負荷時電圧は 4.5Ｖ，また電流密度 0.3 A/c
m2におけるセル電圧は 3.0Ｖであった。また、出力特性
も従来方式の電池積層体では 380Ｗであったのに対し
て、本電池積層体では 490Ｗと大幅に向上しており、本
実施例の電池積層体の特性が優れていることがわかる。
これらの特性の向上は、支持体１０の挿入により中央シ
ール材９の破損が回避され、シール性能が向上した結果
と判断される。
性測定結果を従来例と比較して示す特性図である。図に
おいて、Ａで示した特性は本実施例の電池積層体の特
性、またＢで示した特性は、従来の構成、すなわち支持
体１０を用いないで構成した電池積層体の特性である。
従来方式の電池積層体においては、無負荷時電圧が4.45
Ｖ，また電流密度 0.3 A/cm2におけるセル電圧が 2.6Ｖ
であったのに対して、本実施例の構成の電池積層体にお
いては、無負荷時電圧は 4.5Ｖ，また電流密度 0.3 A/c
m2におけるセル電圧は 3.0Ｖであった。また、出力特性
も従来方式の電池積層体では 380Ｗであったのに対し
て、本電池積層体では 490Ｗと大幅に向上しており、本
実施例の電池積層体の特性が優れていることがわかる。
これらの特性の向上は、支持体１０の挿入により中央シ
ール材９の破損が回避され、シール性能が向上した結果
と判断される。
【００１９】なお、本実施例においては、図３に示した
ごとく４個のカーボンブロックからなる支持体１０を対
称に配して隣り合うセパレータ６の間を支持することと
しているが、支持体の構成はこれに限るものではなく、
例えば図４に示したごとき環状の支持体１０Ａとしても
同様の効果が得られることは容易に類推される。 ＜実施例２＞図５は、本発明の固体電解質型燃料電池の
他の実施例を示す電池積層体の断面概念図である。
ごとく４個のカーボンブロックからなる支持体１０を対
称に配して隣り合うセパレータ６の間を支持することと
しているが、支持体の構成はこれに限るものではなく、
例えば図４に示したごとき環状の支持体１０Ａとしても
同様の効果が得られることは容易に類推される。 ＜実施例２＞図５は、本発明の固体電解質型燃料電池の
他の実施例を示す電池積層体の断面概念図である。
【００２０】本実施例と図１に示した実施例１との差異
は、外縁部の隣り合うセパレータ６の間に備えられた支
持体１０に加えて、積層されたセル５およびセパレータ
６に設けられた凹み部を連通して位置決め用シャフト１
１が配されている点にある。位置決め用シャフト１１
は、複数のセパレータ６とセル５の面内の位置を調整す
る役割を担うもので、支持体１０と同じくカーボン材よ
り形成されている。したがって、本構成においては、複
数のセル５とセパレータ６を適正に配置して電池積層体
を構成することができ、かつ、実施例１と同様に、電池
積層体を運転温度へと昇温していく過程において、カー
ボン材よりなる支持体１０と位置決め用シャフト１１は
完全燃焼し、同時にパイレックスガラスよりなる中央シ
ール材９は軟化して効果的にシールすることとなる。
は、外縁部の隣り合うセパレータ６の間に備えられた支
持体１０に加えて、積層されたセル５およびセパレータ
６に設けられた凹み部を連通して位置決め用シャフト１
１が配されている点にある。位置決め用シャフト１１
は、複数のセパレータ６とセル５の面内の位置を調整す
る役割を担うもので、支持体１０と同じくカーボン材よ
り形成されている。したがって、本構成においては、複
数のセル５とセパレータ６を適正に配置して電池積層体
を構成することができ、かつ、実施例１と同様に、電池
積層体を運転温度へと昇温していく過程において、カー
ボン材よりなる支持体１０と位置決め用シャフト１１は
完全燃焼し、同時にパイレックスガラスよりなる中央シ
ール材９は軟化して効果的にシールすることとなる。
【００２１】
【発明の効果】上述のごとく、本発明によれば、固体電
解質型燃料電池を、 （１）請求項１または２に記載のごとくに構成すること
としたので、電池積層体を構成する際に組み込むシール
材の破損、引いてはセルの破損の恐れがなく、かつシー
ル性能に優れた固体電解質型燃料電池が得られることと
なった。
解質型燃料電池を、 （１）請求項１または２に記載のごとくに構成すること
としたので、電池積層体を構成する際に組み込むシール
材の破損、引いてはセルの破損の恐れがなく、かつシー
ル性能に優れた固体電解質型燃料電池が得られることと
なった。
【００２２】（２）さらに、請求項３または４に記載の
ごとくに構成することとすれば、組立部材の燃焼ととも
にシール部材が軟化してシール部を覆い、効果的にシー
ルすることとなるので、シール性能に優れ、信頼性の高
い固体電解質型燃料電池としてより好適である。 （３）また、請求項５に記載のごとくに構成することと
すれば、組立部材の燃焼、シール部材の軟化とともに燃
焼する位置決めシャフトによって、電池積層体の位置が
適正に調整されることとなるので、シール性能に優れ、
かつ組立精度のよい固体電解質型燃料電池が得られるこ
ととなる。
ごとくに構成することとすれば、組立部材の燃焼ととも
にシール部材が軟化してシール部を覆い、効果的にシー
ルすることとなるので、シール性能に優れ、信頼性の高
い固体電解質型燃料電池としてより好適である。 （３）また、請求項５に記載のごとくに構成することと
すれば、組立部材の燃焼、シール部材の軟化とともに燃
焼する位置決めシャフトによって、電池積層体の位置が
適正に調整されることとなるので、シール性能に優れ、
かつ組立精度のよい固体電解質型燃料電池が得られるこ
ととなる。
【図１】本発明の実施例１の電池積層体の基本構成を示
す断面概念図
す断面概念図
【図２】本発明の実施例１の電池積層体の特性を従来例
の電池積層体の特性と比較して示す断面概念図
の電池積層体の特性と比較して示す断面概念図
【図３】実施例１の支持体の配置を示す面方向の断面図
【図４】支持体の実施例１と異なる他の配置例を示す面
方向の断面図
方向の断面図
【図５】本発明の実施例２における電池積層体の基本構
成を示す断面概念図
成を示す断面概念図
【図６】従来の平板型の固体電解質型燃料電池の基本構
成を示す分解斜視図
成を示す分解斜視図
【図７】従来の平板型の固体電解質型燃料電池の中央部
の構成を拡大して示す断面図
の構成を拡大して示す断面図
【図８】支持体に使用されるカーボン材の特性図
１ 基板 ２ アノード層 ３ 電解質層 ４ カソード層 ５ セル ６ セパレータ ７ 燃料ガス通流孔 ８ 酸化剤ガス通流孔 ９ 中央シール材 １０，１０Ａ 支持体 １１ 位置決めシャフト
Claims (5)
- 【請求項１】中央部に燃料ガス通流孔と酸化剤ガス通流
孔の二つの貫通孔を備えたセル基板の一方の主面にアノ
ードと固体電解質層とカソードを順次形成してなる平板
状のセルと、 燃料ガス通流孔と酸化剤ガス通流孔を中央部に備え、そ
の外縁側の一方の主面に前記の燃料ガス通流孔と連通す
る燃料ガス通流溝を備え、他の主面に前記の酸化剤ガス
通流孔と連通する酸化剤ガス通流溝を備えたガス不透過
性のセパレータを、 燃料ガスと酸化剤ガスとを気密に保持するシール部材を
中央部に組み込み、セパレータの燃料ガス通流溝を備え
た主面をセルのセル基板に対向するように配して交互に
積層して電池積層体を構成する固体電解質型燃料電池に
おいて、 隣り合うセパレータのそれぞれの外縁部の間に、電池の
運転温度より低い温度でほぼ完全燃焼する組立部材を介
装して電池積層体を構成することを特徴とする固体電解
質型燃料電池。 - 【請求項２】請求項１に記載の固体電解質型燃料電池に
おいて、前記の組立部材が、カーボン材よりなることを
特徴とする固体電解質型燃料電池。 - 【請求項３】請求項１に記載の固体電解質型燃料電池に
おいて、前記の中央部に組み込まれるシール部材が、組
立部材の燃焼温度に近接した軟化点温度を備えた部材よ
りなることを特徴とする固体電解質型燃料電池。 - 【請求項４】請求項３に記載の固体電解質型燃料電池に
おいて、前記のシール部材が、ガラス材よりなることを
特徴とする固体電解質型燃料電池。 - 【請求項５】請求項２または４に記載の固体電解質型燃
料電池において、セパレータおよびセルがそれぞれの外
縁部に相互位置調整用の貫通孔を備え、該貫通孔にカー
ボン材よりなる位置決めシャフトが挿入されてなること
を特徴とする固体電解質型燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9007080A JPH10208760A (ja) | 1997-01-20 | 1997-01-20 | 固体電解質型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9007080A JPH10208760A (ja) | 1997-01-20 | 1997-01-20 | 固体電解質型燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10208760A true JPH10208760A (ja) | 1998-08-07 |
Family
ID=11656119
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9007080A Pending JPH10208760A (ja) | 1997-01-20 | 1997-01-20 | 固体電解質型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10208760A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008066296A (ja) * | 2006-08-10 | 2008-03-21 | Ngk Insulators Ltd | 電気化学装置 |
| JP2008251379A (ja) * | 2007-03-30 | 2008-10-16 | Ngk Insulators Ltd | 電気化学装置 |
| WO2016031517A1 (ja) * | 2014-08-27 | 2016-03-03 | 株式会社 村田製作所 | 燃料電池ユニット |
| EP2660917A4 (en) * | 2010-12-28 | 2016-11-23 | Posco | METAL SUPPORTED SOLID OXIDE FUEL CELL UNIT, PROCESS FOR PREPARING AND STACKING SOLID OXIDE FUEL CELLS USING THE UNIT CELL |
-
1997
- 1997-01-20 JP JP9007080A patent/JPH10208760A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008066296A (ja) * | 2006-08-10 | 2008-03-21 | Ngk Insulators Ltd | 電気化学装置 |
| JP2008251379A (ja) * | 2007-03-30 | 2008-10-16 | Ngk Insulators Ltd | 電気化学装置 |
| EP2660917A4 (en) * | 2010-12-28 | 2016-11-23 | Posco | METAL SUPPORTED SOLID OXIDE FUEL CELL UNIT, PROCESS FOR PREPARING AND STACKING SOLID OXIDE FUEL CELLS USING THE UNIT CELL |
| WO2016031517A1 (ja) * | 2014-08-27 | 2016-03-03 | 株式会社 村田製作所 | 燃料電池ユニット |
| JP2016048626A (ja) * | 2014-08-27 | 2016-04-07 | 株式会社村田製作所 | 燃料電池ユニット |
| US10497944B2 (en) | 2014-08-27 | 2019-12-03 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Fuel cell unit |
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