JPH1050333A - 円筒型セルタイプ固体電解質型燃料電池 - Google Patents
円筒型セルタイプ固体電解質型燃料電池Info
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- JPH1050333A JPH1050333A JP8219109A JP21910996A JPH1050333A JP H1050333 A JPH1050333 A JP H1050333A JP 8219109 A JP8219109 A JP 8219109A JP 21910996 A JP21910996 A JP 21910996A JP H1050333 A JPH1050333 A JP H1050333A
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- solid electrolyte
- fuel
- cylindrical
- electrode
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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
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 形状諸元が最適化された、小型かつ高出力
で、信頼性の高い円筒型セルタイプ固体電解質型燃料電
池を提供する。 【解決手段】 本発明の固体電解質型燃料電池の円筒型
セルは、多層円筒状に積層された空気極、固体電解質層
及び燃料極、並びに、インターコネクターを有する。セ
ル外径Ｄが１０〜３０mmであることを特徴とする。セル
の外径を１０mm以上とすると有効長９００mmの単セル当
りの出力が５０Ｗ以上の高出力が得られる。一方外径を
３０mm以下とすることにより、電流の通路である円周方
向の抵抗を低減することができるため、０．２W/cm2 以
上の高出力密度が得られる。
で、信頼性の高い円筒型セルタイプ固体電解質型燃料電
池を提供する。 【解決手段】 本発明の固体電解質型燃料電池の円筒型
セルは、多層円筒状に積層された空気極、固体電解質層
及び燃料極、並びに、インターコネクターを有する。セ
ル外径Ｄが１０〜３０mmであることを特徴とする。セル
の外径を１０mm以上とすると有効長９００mmの単セル当
りの出力が５０Ｗ以上の高出力が得られる。一方外径を
３０mm以下とすることにより、電流の通路である円周方
向の抵抗を低減することができるため、０．２W/cm2 以
上の高出力密度が得られる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は円筒型セルタイプの
固体電解質型燃料電池に関する。特には、セル形状諸元
が最適化された、小型かつ高出力で、信頼性の高い円筒
型セルタイプ固体電解質型燃料電池（Ｔ−ＳＯＦＣとも
いう）に関する。
固体電解質型燃料電池に関する。特には、セル形状諸元
が最適化された、小型かつ高出力で、信頼性の高い円筒
型セルタイプ固体電解質型燃料電池（Ｔ−ＳＯＦＣとも
いう）に関する。
【０００２】
【従来の技術】Ｔ−ＳＯＦＣは、特公平１−５９７０５
等に開示されている固体電解質型燃料電池の一タイプで
ある。Ｔ−ＳＯＦＣは、多孔質支持管−空気電極−固体
電解質−燃料電極−インターコネクターで構成される円
筒型セルを有する。空気電極側に酸素（空気）を流し、
燃料電極側にガス燃料（Ｈ2 、ＣＯ等）を流してやる
と、このセル内でＯ2-イオンが移動して化学的燃焼が起
り、空気電極と燃料電極の間に電位が生じ発電が行われ
る。なお、空気電極が支持管を兼用する形式のものもあ
る。Ｔ−ＳＯＦＣの実証試験は、１９９３年段階で２５
kw級のもの（セル有効長５０cm、セル数１１５２本) ま
でが進行中である。
等に開示されている固体電解質型燃料電池の一タイプで
ある。Ｔ−ＳＯＦＣは、多孔質支持管−空気電極−固体
電解質−燃料電極−インターコネクターで構成される円
筒型セルを有する。空気電極側に酸素（空気）を流し、
燃料電極側にガス燃料（Ｈ2 、ＣＯ等）を流してやる
と、このセル内でＯ2-イオンが移動して化学的燃焼が起
り、空気電極と燃料電極の間に電位が生じ発電が行われ
る。なお、空気電極が支持管を兼用する形式のものもあ
る。Ｔ−ＳＯＦＣの実証試験は、１９９３年段階で２５
kw級のもの（セル有効長５０cm、セル数１１５２本) ま
でが進行中である。
【０００３】現状の代表的なＴ−ＳＯＦＣの構成材料、
厚さ及び製造方法は以下のとおりである（Proc. of the
3rd Int. Symp. on SOFC, 1993 ）。 支持管：ＺｒＯ2 （ＣａＯ）、厚さ１．２mm、押し出し 空気電極：Ｌａ（Ｓｒ）ＭｎＯ3 、厚さ１．４mm、スラ
リーコート 固体電解質：ＺｒＯ2 （Ｙ2 Ｏ3 ）、厚さ４０μm 、Ｅ
ＶＤ インターコネクター：ＬａＣｒ（Ｍｇ）Ｏ3 、厚さ４０
μm 、ＥＶＤ 燃料電極：Ｎｉ−ＺｒＯ2 （Ｙ2 Ｏ3 ）、厚さ１００μ
m 、スラリーコート−ＥＶＤ
厚さ及び製造方法は以下のとおりである（Proc. of the
3rd Int. Symp. on SOFC, 1993 ）。 支持管：ＺｒＯ2 （ＣａＯ）、厚さ１．２mm、押し出し 空気電極：Ｌａ（Ｓｒ）ＭｎＯ3 、厚さ１．４mm、スラ
リーコート 固体電解質：ＺｒＯ2 （Ｙ2 Ｏ3 ）、厚さ４０μm 、Ｅ
ＶＤ インターコネクター：ＬａＣｒ（Ｍｇ）Ｏ3 、厚さ４０
μm 、ＥＶＤ 燃料電極：Ｎｉ−ＺｒＯ2 （Ｙ2 Ｏ3 ）、厚さ１００μ
m 、スラリーコート−ＥＶＤ
【０００４】図４及び図５は、代表的なＴ−ＳＯＦＣの
全体構造を示す図である。この固体電解質型燃料電池１
１０の中枢部分である円筒セル集合体１０１は、細長い
円筒状の多数のセル３（寸法例、径１５mm×長さ５００
mm）から構成されている。円筒セル３は、上端開放、下
端閉のセラミックチューブである。円筒セル３の断面は
多層円筒状をしており（図５（Ｂ）参照）、空気極１
１、固体電解質層１３、燃料極１５及びインターコネク
ター１７の各層が積層されている。
全体構造を示す図である。この固体電解質型燃料電池１
１０の中枢部分である円筒セル集合体１０１は、細長い
円筒状の多数のセル３（寸法例、径１５mm×長さ５００
mm）から構成されている。円筒セル３は、上端開放、下
端閉のセラミックチューブである。円筒セル３の断面は
多層円筒状をしており（図５（Ｂ）参照）、空気極１
１、固体電解質層１３、燃料極１５及びインターコネク
ター１７の各層が積層されている。
【０００５】円筒セルの各層は、それぞれ必要な機能
（導電性、通気性、固体電解質、電気化学触媒性等）を
有する酸化物を主成分とする材料で形成されている。円
筒セル３内には、空気を通すための細長い空気導入管５
が通っている。空気導入管５は、円筒型セル３上部の空
気分配器１２１から下に出て、円筒セル３チューブの底
近くにまで達している。この空気導入管５によって、空
気分配器１２１内の空気が、円筒セル３チューブ内に供
給される。チューブ内（底）に供給された空気は、上述
の発電反応に寄与しつつチューブ内を上方に向い、セル
上端２１から排気燃焼室１０５に出る。この排気燃焼室
１０５においては、後述する燃料ガス排気と空気排気と
が混合され、円筒セル３で未反応のまま排気された酸素
と燃料成分が燃焼（一般的な燃焼）する。
（導電性、通気性、固体電解質、電気化学触媒性等）を
有する酸化物を主成分とする材料で形成されている。円
筒セル３内には、空気を通すための細長い空気導入管５
が通っている。空気導入管５は、円筒型セル３上部の空
気分配器１２１から下に出て、円筒セル３チューブの底
近くにまで達している。この空気導入管５によって、空
気分配器１２１内の空気が、円筒セル３チューブ内に供
給される。チューブ内（底）に供給された空気は、上述
の発電反応に寄与しつつチューブ内を上方に向い、セル
上端２１から排気燃焼室１０５に出る。この排気燃焼室
１０５においては、後述する燃料ガス排気と空気排気と
が混合され、円筒セル３で未反応のまま排気された酸素
と燃料成分が燃焼（一般的な燃焼）する。
【０００６】円筒セル３の外面には、燃料電池１１０下
部の燃料ヘッダー１３７から上方に向けて燃料ガスが供
給され、上述の発電に供される。燃料ガスの未反応部分
と、セル部での電気化学的燃焼生成物（ＣＯ2 、Ｈ2 Ｏ
等）とは、円筒セル３上端外面のスキマを通って排気燃
焼室１０５に入る。この排気燃焼室１０５では、上述の
ように未反応燃料が燃焼する。燃焼排ガスは、排気口１
２５から排出される。この排ガスの顕熱は、燃料電池に
供給される空気及び燃料ガスの余熱に用いられたり、あ
るいは、通常の蒸気ボイラー・タービンを用いる発電シ
ステムに送られて発電に利用される。
部の燃料ヘッダー１３７から上方に向けて燃料ガスが供
給され、上述の発電に供される。燃料ガスの未反応部分
と、セル部での電気化学的燃焼生成物（ＣＯ2 、Ｈ2 Ｏ
等）とは、円筒セル３上端外面のスキマを通って排気燃
焼室１０５に入る。この排気燃焼室１０５では、上述の
ように未反応燃料が燃焼する。燃焼排ガスは、排気口１
２５から排出される。この排ガスの顕熱は、燃料電池に
供給される空気及び燃料ガスの余熱に用いられたり、あ
るいは、通常の蒸気ボイラー・タービンを用いる発電シ
ステムに送られて発電に利用される。
【０００７】図４に示されている６列の円筒セル３は、
互いに電気的に接続されている。すなわち、右側の円筒
セルのインターコネクター１７が、その左側の円筒セル
の外面（外面電極、この場合燃料極）に、Ｎｉフェルト
１３５を介して接続されているので、結局、図４の６本
の円筒セルは、直列に接続されていることとなる。通常
の固体電解質型燃料電池にあっては、円筒セル１本にお
ける発電電圧は約１ボルトなので、多数の円筒セルを直
列に接続して所要の電圧を得る。円筒セル集合体１０１
の最外列の外側には集電板１３１、１３１′が円筒セル
３に接して設けられている。この集電板１３１と、それ
に接続されている集電棒１３３から、セル集合体１で発
電された電力を外部へ取り出す。
互いに電気的に接続されている。すなわち、右側の円筒
セルのインターコネクター１７が、その左側の円筒セル
の外面（外面電極、この場合燃料極）に、Ｎｉフェルト
１３５を介して接続されているので、結局、図４の６本
の円筒セルは、直列に接続されていることとなる。通常
の固体電解質型燃料電池にあっては、円筒セル１本にお
ける発電電圧は約１ボルトなので、多数の円筒セルを直
列に接続して所要の電圧を得る。円筒セル集合体１０１
の最外列の外側には集電板１３１、１３１′が円筒セル
３に接して設けられている。この集電板１３１と、それ
に接続されている集電棒１３３から、セル集合体１で発
電された電力を外部へ取り出す。
【０００８】セル３の断面構造を図５（Ｂ）を参照しつ
つ説明する。セル３はいくつかの層（膜）の積層構造を
している。まず最も内側にリング状に存在するのが空気
極１１である。この空気極１１は、セルを支える強度部
材（支持体）としての役割も有する。この空気極１１は
ストロンチウムドープランタンマンガナイト（ＬＳＭ）
等の多孔質体である。空気極１１は、その中を空気が通
過するとともにカソードとなる。
つ説明する。セル３はいくつかの層（膜）の積層構造を
している。まず最も内側にリング状に存在するのが空気
極１１である。この空気極１１は、セルを支える強度部
材（支持体）としての役割も有する。この空気極１１は
ストロンチウムドープランタンマンガナイト（ＬＳＭ）
等の多孔質体である。空気極１１は、その中を空気が通
過するとともにカソードとなる。
【０００９】次に、空気極１１の外側にほぼリング状に
存在するのが固体電解質膜１３である。この固体電解質
膜１３には、図の左側で一部途切れた部分（インターコ
ネクター１７の部分）がある。固体電解質膜１３は、イ
ットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）等の緻密な膜であ
る。固体電解質膜１３は、その中をＯ2-イオンが通過す
るとともに、セル３内の空気とセル３外の燃料ガスとが
直接的に混合しない遮蔽膜の役割を果す。
存在するのが固体電解質膜１３である。この固体電解質
膜１３には、図の左側で一部途切れた部分（インターコ
ネクター１７の部分）がある。固体電解質膜１３は、イ
ットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）等の緻密な膜であ
る。固体電解質膜１３は、その中をＯ2-イオンが通過す
るとともに、セル３内の空気とセル３外の燃料ガスとが
直接的に混合しない遮蔽膜の役割を果す。
【００１０】次に、固体電解質膜１３の外側にほぼリン
グ状に存在するのが燃料極１５である。この燃料極１５
には、図の左側で一部途切れた部分（インターコネクタ
ー１７周辺の部分）がある。燃料極１５は、Ｎｉ−ＹＳ
Ｚサーメット等の多孔質膜である。燃料極１５中を燃料
ガスが通過するとともに、アノードとなる。
グ状に存在するのが燃料極１５である。この燃料極１５
には、図の左側で一部途切れた部分（インターコネクタ
ー１７周辺の部分）がある。燃料極１５は、Ｎｉ−ＹＳ
Ｚサーメット等の多孔質膜である。燃料極１５中を燃料
ガスが通過するとともに、アノードとなる。
【００１１】インターコネクター１７（図５（Ａ）、
（Ｂ）の左側）は、空気極１１上を帯状にセル３の軸方
向に延びる膜である。インターコネクター１７は、カル
シウムドープランタンクロマイト等の緻密な膜である。
このインターコネクター１７は、空気極１１と導通して
セル３外面に空気極との導通部を表出させる役割、及
び、セル３内外を気密に遮断する役割を果す。インター
コネクター１７は、燃料極１５とは、導通を避けるため
に接していない。
（Ｂ）の左側）は、空気極１１上を帯状にセル３の軸方
向に延びる膜である。インターコネクター１７は、カル
シウムドープランタンクロマイト等の緻密な膜である。
このインターコネクター１７は、空気極１１と導通して
セル３外面に空気極との導通部を表出させる役割、及
び、セル３内外を気密に遮断する役割を果す。インター
コネクター１７は、燃料極１５とは、導通を避けるため
に接していない。
【００１２】次に、図５（Ａ）を参照しつつ、セル３の
軸方向（上下方向）における構造について説明する。ま
ずセル３上端（開放端）部には、開放端側非発電域３１
が設けられている。この非発電域３１は、空気極１１と
固体電解質層１３のみからなり、燃料極やインターコネ
クターは形成されていない。したがって、セル３内外の
ガス遮断は行われるが、発電は行われない。このような
非発電域は、セル３下端（封止端）２３の近傍にも設け
られている（封止端側非発電域３５）。これによって、
セル封止端及び開放端近傍のヒートスポットをなくしク
ラックを未然に防止している。
軸方向（上下方向）における構造について説明する。ま
ずセル３上端（開放端）部には、開放端側非発電域３１
が設けられている。この非発電域３１は、空気極１１と
固体電解質層１３のみからなり、燃料極やインターコネ
クターは形成されていない。したがって、セル３内外の
ガス遮断は行われるが、発電は行われない。このような
非発電域は、セル３下端（封止端）２３の近傍にも設け
られている（封止端側非発電域３５）。これによって、
セル封止端及び開放端近傍のヒートスポットをなくしク
ラックを未然に防止している。
【００１３】開放端非発電域３１及び封止端非発電域３
５を除くセル３中央部は発電域３３となっている。発電
域３３には空気極１１、固体電解質層１３、燃料極１５
及びインターコネクター１７の全てが成膜されており、
発電が行われる。
５を除くセル３中央部は発電域３３となっている。発電
域３３には空気極１１、固体電解質層１３、燃料極１５
及びインターコネクター１７の全てが成膜されており、
発電が行われる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】上述の円筒型セルタイ
プ固体電解質型燃料電池においては、セル単位長さ当り
の出力やセル単位面積当りの出力（出力密度）が高いこ
と、また、その他の性能、製造条件を確保することが求
められる。そのためには、セルの形状（径、真円度、反
り率）の最適化を行う必要がある。しかし、それらのセ
ルの形状ファクターについては、系統的に解析・研究さ
れたことはなかった。
プ固体電解質型燃料電池においては、セル単位長さ当り
の出力やセル単位面積当りの出力（出力密度）が高いこ
と、また、その他の性能、製造条件を確保することが求
められる。そのためには、セルの形状（径、真円度、反
り率）の最適化を行う必要がある。しかし、それらのセ
ルの形状ファクターについては、系統的に解析・研究さ
れたことはなかった。
【００１５】本発明は、円筒型セルタイプの固体電解質
型燃料電池において、形状諸元が最適化された、小型か
つ高出力で、信頼性の高い燃料電池を提供することを目
的とする。
型燃料電池において、形状諸元が最適化された、小型か
つ高出力で、信頼性の高い燃料電池を提供することを目
的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の円筒型セルタイプ固体電解質型燃料電池
は、多層円筒状に積層された膜状の空気極、固体電解質
層及び燃料極、並びに、空気極又は燃料極上に成膜され
た軸方向に延びる帯状のインターコネクターを有する円
筒型セルを備えた固体電解質型燃料電池であって； セ
ル外径Ｄが１０〜３０mmであることを特徴とする。
め、本発明の円筒型セルタイプ固体電解質型燃料電池
は、多層円筒状に積層された膜状の空気極、固体電解質
層及び燃料極、並びに、空気極又は燃料極上に成膜され
た軸方向に延びる帯状のインターコネクターを有する円
筒型セルを備えた固体電解質型燃料電池であって； セ
ル外径Ｄが１０〜３０mmであることを特徴とする。
【００１７】セルの外径を１０mm以上とすると有効長９
００mmの単セル当りの出力が５０Ｗ以上の高出力が得ら
れる。一方外径を３０mm以下とすることにより、電流の
通路である円周方向の抵抗を低減することができるた
め、０．２W/cm2 以上の高出力密度が得られる。また、
セルの外径Ｄを１０mm≦Ｄ≦３０mmとすることで、バン
ドル化が容易となり、かつパッキング体積当りの出力密
度を大きくすることができる。
００mmの単セル当りの出力が５０Ｗ以上の高出力が得ら
れる。一方外径を３０mm以下とすることにより、電流の
通路である円周方向の抵抗を低減することができるた
め、０．２W/cm2 以上の高出力密度が得られる。また、
セルの外径Ｄを１０mm≦Ｄ≦３０mmとすることで、バン
ドル化が容易となり、かつパッキング体積当りの出力密
度を大きくすることができる。
【００１８】また、本発明の円筒型セルタイプ固体電解
質型燃料電池は、多層円筒状に積層された膜状の空気
極、固体電解質層及び燃料極、並びに、空気極又は燃料
極上に成膜された軸方向に延びる帯状のインターコネク
ターを有する円筒型セルを備えた固体電解質型燃料電池
であって； セルの真円度Ｐ＝（ＤL −ＤS ）／ＤL
（ＤL ：セル長径、ＤS ：セル短径）が０．１５以下で
あることを特徴とする。セルの真円度を０．１５以下に
することにより、セルの強度が増加するとともに、空気
極支持体上に成膜を行うインターコネクター膜、電解質
膜及び燃料極膜の均一成膜が容易となる。
質型燃料電池は、多層円筒状に積層された膜状の空気
極、固体電解質層及び燃料極、並びに、空気極又は燃料
極上に成膜された軸方向に延びる帯状のインターコネク
ターを有する円筒型セルを備えた固体電解質型燃料電池
であって； セルの真円度Ｐ＝（ＤL −ＤS ）／ＤL
（ＤL ：セル長径、ＤS ：セル短径）が０．１５以下で
あることを特徴とする。セルの真円度を０．１５以下に
することにより、セルの強度が増加するとともに、空気
極支持体上に成膜を行うインターコネクター膜、電解質
膜及び燃料極膜の均一成膜が容易となる。
【００１９】さらに、本発明の円筒型セルタイプ固体電
解質型燃料電池は、多層円筒状に積層された膜状の空気
極、固体電解質層及び燃料極、並びに、空気極又は燃料
極上に成膜された軸方向に延びる帯状のインターコネク
ターを有する円筒型セルを備えた固体電解質型燃料電池
であって； セルの反り率Ｓ＝ｂmax/Ｌ（ｂmax ：反り
の最大、Ｌ：支持体全長）が０．００５以下であること
を特徴とする。セルの反り率を０．００５以下にするこ
とにより、バンドル時の接触抵抗を低減することができ
高出力を得ることができる。
解質型燃料電池は、多層円筒状に積層された膜状の空気
極、固体電解質層及び燃料極、並びに、空気極又は燃料
極上に成膜された軸方向に延びる帯状のインターコネク
ターを有する円筒型セルを備えた固体電解質型燃料電池
であって； セルの反り率Ｓ＝ｂmax/Ｌ（ｂmax ：反り
の最大、Ｌ：支持体全長）が０．００５以下であること
を特徴とする。セルの反り率を０．００５以下にするこ
とにより、バンドル時の接触抵抗を低減することができ
高出力を得ることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態及び実施例】以下の試験セルを作製
し、各種セル形状における発電性能及びセルの圧管強度
を試験した。 （１）セル仕様 形式：空気極自己支持型、セル外径１６mm、セル長
さ９００mm、セル配列３並列×３直列 空気極：材質Ｌａ0.9 Ｓｒ0.1 ＭｎＯ3 、外径１６
mm、厚さ１．５mm、導電率６０S/cm、気孔率３５％、押
し出し→焼成 固体電解質：材質８mol%Ｙ2 Ｏ3 安定化ＺｒＯ2 、
厚さ２０μm 、スラリーコート→焼成 インターコネクター：材質Ｌａ0.8 Ｃａ0.2 ＣｒＯ
3 、厚さ４０μm 、導電率３０S/cm、スラリーコート→
焼成 燃料極：材質ＹＳＺ・Ｎｉサーメット、厚さ６０μ
m 、導電率１，４００S/cm、気孔率４０％、スラリーコ
ート→焼成
し、各種セル形状における発電性能及びセルの圧管強度
を試験した。 （１）セル仕様 形式：空気極自己支持型、セル外径１６mm、セル長
さ９００mm、セル配列３並列×３直列 空気極：材質Ｌａ0.9 Ｓｒ0.1 ＭｎＯ3 、外径１６
mm、厚さ１．５mm、導電率６０S/cm、気孔率３５％、押
し出し→焼成 固体電解質：材質８mol%Ｙ2 Ｏ3 安定化ＺｒＯ2 、
厚さ２０μm 、スラリーコート→焼成 インターコネクター：材質Ｌａ0.8 Ｃａ0.2 ＣｒＯ
3 、厚さ４０μm 、導電率３０S/cm、スラリーコート→
焼成 燃料極：材質ＹＳＺ・Ｎｉサーメット、厚さ６０μ
m 、導電率１，４００S/cm、気孔率４０％、スラリーコ
ート→焼成
【００２１】（２）作製方法 空気極（支持体）：上記ＬＳＭ粉の粗粉（平均粒径
２０μm ）に微粉（平均粒径２．０μm ）を２０wt％混
合し、これにさらに有機バインダー、グリセリン、水を
加えて混練した。次にこのコンパウンドを押し出し成形
した。押し出し成形後に、グリーン状態で真円度を調整
した。その後、乾燥・脱脂し、続いて１，３５０〜１，
５００℃×１０hr焼成した。この際、焼成時の姿勢を変
えることによりセルの反り率を調整した。
２０μm ）に微粉（平均粒径２．０μm ）を２０wt％混
合し、これにさらに有機バインダー、グリセリン、水を
加えて混練した。次にこのコンパウンドを押し出し成形
した。押し出し成形後に、グリーン状態で真円度を調整
した。その後、乾燥・脱脂し、続いて１，３５０〜１，
５００℃×１０hr焼成した。この際、焼成時の姿勢を変
えることによりセルの反り率を調整した。
【００２２】 インターコネクター成膜：上記空気極
上にスラリーコート、焼成によりインターコネクターを
成膜した。インターコネクターの幅は８mmとした。 ＹＳＺ／ＬＳＭ混合膜（固体電解質層下地）成膜：
８mol%ＹＳＺと上記ＬＳＭの混合粉（混合率５０wt％）
を合成し、スラリーコート、焼成により固体電解質層の
下地膜（厚さ５μm ）を空気極上に成膜した。なお、こ
の工程の詳細については同一出願人による特願平７−２
７３７３９号を参照されたい。
上にスラリーコート、焼成によりインターコネクターを
成膜した。インターコネクターの幅は８mmとした。 ＹＳＺ／ＬＳＭ混合膜（固体電解質層下地）成膜：
８mol%ＹＳＺと上記ＬＳＭの混合粉（混合率５０wt％）
を合成し、スラリーコート、焼成により固体電解質層の
下地膜（厚さ５μm ）を空気極上に成膜した。なお、こ
の工程の詳細については同一出願人による特願平７−２
７３７３９号を参照されたい。
【００２３】 固体電解質層成膜：上記ＹＳＺを、ス
ラリーコート、焼成により、上記下地層上に成膜した。 燃料極成膜：上記Ｎｉ／ＹＳＺサーメットを、スラ
リーコート、焼成により、上記固体電解質層上に成膜し
た。なお、ＮｉＯの還元処理は（Ｈ2 ＋１１％Ｈ2
Ｏ）：Ｎ2 ＝３：９７雰囲気下、１，０００℃×３hrで
行った。
ラリーコート、焼成により、上記下地層上に成膜した。 燃料極成膜：上記Ｎｉ／ＹＳＺサーメットを、スラ
リーコート、焼成により、上記固体電解質層上に成膜し
た。なお、ＮｉＯの還元処理は（Ｈ2 ＋１１％Ｈ2
Ｏ）：Ｎ2 ＝３：９７雰囲気下、１，０００℃×３hrで
行った。
【００２４】（３）発電条件 燃料：（Ｈ2 ＋１１％Ｈ2 Ｏ）：Ｎ2 ＝１：２ 酸化剤：Ａｉｒ セル温度：１，０００℃ 燃料利用率：８５％
【００２５】（４）試験結果 （４．１）セル外径と出力 図１は、セル外径を変化させた場合のセル外径とセル出
力との関係を示すグラフである。横軸はセル外径を、縦
軸はセル単位長さ及びセル単位面積当りの出力（W/cm、
W/cm2 ）を示す。このグラフに示されているように、セ
ル単位長さ当りの出力（三角印）はセル外径が大になる
にしたがって増大する。一方、セル単位面積当りの出力
（丸印）は、セル外径が大になるにしたがって徐々に低
下する。その理由は、セル内を周り込む電流の経路が長
くなって電気抵抗損失が増すためである。結局、セルの
外径を１０mm以上とすると有効長９００mmの単セル当り
の出力が５０Ｗ以上の高出力が得られる。一方外径を３
０mm以下とすることにより、電流の通路である円周方向
の抵抗を低減することができるため、０．２W/cm2 以上
の高出力密度が得られる。また、セルの外径Ｄを１０mm
≦Ｄ≦３０mmとすることで、バンドル化が容易となり、
かつパッキング体積当りの出力密度を大きくすることが
できる。
力との関係を示すグラフである。横軸はセル外径を、縦
軸はセル単位長さ及びセル単位面積当りの出力（W/cm、
W/cm2 ）を示す。このグラフに示されているように、セ
ル単位長さ当りの出力（三角印）はセル外径が大になる
にしたがって増大する。一方、セル単位面積当りの出力
（丸印）は、セル外径が大になるにしたがって徐々に低
下する。その理由は、セル内を周り込む電流の経路が長
くなって電気抵抗損失が増すためである。結局、セルの
外径を１０mm以上とすると有効長９００mmの単セル当り
の出力が５０Ｗ以上の高出力が得られる。一方外径を３
０mm以下とすることにより、電流の通路である円周方向
の抵抗を低減することができるため、０．２W/cm2 以上
の高出力密度が得られる。また、セルの外径Ｄを１０mm
≦Ｄ≦３０mmとすることで、バンドル化が容易となり、
かつパッキング体積当りの出力密度を大きくすることが
できる。
【００２６】（４．２）セル真円度と圧管強度 図２は、セル真円度を変化させた場合の真円度と圧管強
度との関係を示すグラフである。横軸は真円度を、縦軸
は圧管強度（kgf/mm2 ）を示す。ここで圧管強度とは、
長さ２０mmのセルを長径を下にして平たい台の上に置
き、このセル上に荷重をかけてセルが破壊したときの荷
重を下記計算式の面積で割ったものである。 １．９０８Ｐ（Ｄ−ｄ）／２Ｌｄ2 （ＪＩＳ Ｚ ２５
０７参照） Ｐ：破壊荷重、Ｄ：外径、ｄ：内径、Ｌ：セル長さ
度との関係を示すグラフである。横軸は真円度を、縦軸
は圧管強度（kgf/mm2 ）を示す。ここで圧管強度とは、
長さ２０mmのセルを長径を下にして平たい台の上に置
き、このセル上に荷重をかけてセルが破壊したときの荷
重を下記計算式の面積で割ったものである。 １．９０８Ｐ（Ｄ−ｄ）／２Ｌｄ2 （ＪＩＳ Ｚ ２５
０７参照） Ｐ：破壊荷重、Ｄ：外径、ｄ：内径、Ｌ：セル長さ
【００２７】図２に示されているように、セル真円度が
劣化するにつれて圧管強度が低下する。特に真円度０．
１５を越えると圧管強度の低下が増す。結局、セルの真
円度を０．１５以下にすることにより、セルの強度が増
加するとともに、空気極支持体上に成膜を行うインター
コネクター膜、電解質膜及び燃料極膜の均一成膜が容易
となる。
劣化するにつれて圧管強度が低下する。特に真円度０．
１５を越えると圧管強度の低下が増す。結局、セルの真
円度を０．１５以下にすることにより、セルの強度が増
加するとともに、空気極支持体上に成膜を行うインター
コネクター膜、電解質膜及び燃料極膜の均一成膜が容易
となる。
【００２８】（４．３）セル反り率と出力（セル９本
組） 図３は、セル反り率を変化させた場合の反り率と出力と
の関係を示すグラフである。横軸は反り率を、縦軸は出
力（Ｗ、セル９本組）を示す。図３に示されているよう
に、セル反り率が増すにしたがってセル出力が低下す
る。その理由は、セル間にバンドル材として詰め込まれ
るＮｉフェルトの厚さが厚くなるので、同Ｎｉフェルト
部での電気抵抗損失が増大し、かつセルの反りによりニ
ッケルフェルトを介してのセル間の接触が悪く、大きな
接触抵抗が存在するためである。
組） 図３は、セル反り率を変化させた場合の反り率と出力と
の関係を示すグラフである。横軸は反り率を、縦軸は出
力（Ｗ、セル９本組）を示す。図３に示されているよう
に、セル反り率が増すにしたがってセル出力が低下す
る。その理由は、セル間にバンドル材として詰め込まれ
るＮｉフェルトの厚さが厚くなるので、同Ｎｉフェルト
部での電気抵抗損失が増大し、かつセルの反りによりニ
ッケルフェルトを介してのセル間の接触が悪く、大きな
接触抵抗が存在するためである。
【００２９】セル出力の低下は、反り率が０．００５を
越えると著しくなる。すなわち、真円度を０．１２５、
反り率を０．００１のセルを用いて３並列×３直列での
スタック実験を行うと、５０８Ｗの出力を得ることがで
きるが、一方反り率が０．００７のセルを用いると、出
力は３００Ｗしか得ることができない。結局、セルの反
り率を０．００５以下にすることにより、バンドル時の
接触抵抗を低減することができ高出力を得ることができ
る。
越えると著しくなる。すなわち、真円度を０．１２５、
反り率を０．００１のセルを用いて３並列×３直列での
スタック実験を行うと、５０８Ｗの出力を得ることがで
きるが、一方反り率が０．００７のセルを用いると、出
力は３００Ｗしか得ることができない。結局、セルの反
り率を０．００５以下にすることにより、バンドル時の
接触抵抗を低減することができ高出力を得ることができ
る。
【００３０】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の円筒型セルタイプ固体電解質型燃料電池は、小型かつ
高出力で、信頼性が高い。
の円筒型セルタイプ固体電解質型燃料電池は、小型かつ
高出力で、信頼性が高い。
【図１】セル外径を変化させた場合のセル外径とセル出
力との関係を示すグラフである。横軸はセル外径を、縦
軸はセル単位長さ及びセル単位面積当りの出力（W/cm、
W/cm2 ）を示す。
力との関係を示すグラフである。横軸はセル外径を、縦
軸はセル単位長さ及びセル単位面積当りの出力（W/cm、
W/cm2 ）を示す。
【図２】セル真円度を変化させた場合の真円度と圧管強
度との関係を示すグラフである。横軸は真円度を、縦軸
は圧管強度（kgf/mm2 ）を示す。
度との関係を示すグラフである。横軸は真円度を、縦軸
は圧管強度（kgf/mm2 ）を示す。
【図３】セル反り率を変化させた場合の反り率と出力と
の関係を示すグラフである。横軸は反り率を、縦軸は出
力（Ｗ、セル９本組）を示す。
の関係を示すグラフである。横軸は反り率を、縦軸は出
力（Ｗ、セル９本組）を示す。
【図４】代表的なＴ−ＳＯＦＣの全体構造を示す図であ
る。
る。
【図５】図４の燃料電池のセルの構造を示す断面図であ
る。（Ａ）は全体の縦断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の
Ｂ−Ｂ断面を示す横断面図である。
る。（Ａ）は全体の縦断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の
Ｂ−Ｂ断面を示す横断面図である。
３ 円筒セル ５ 空気導入管 １１ 空気極 １３ 固体電解質層 １５ 燃料極 １７ インターコネクター ２１ セル上端
（開放端） ２３ セル下端（封止端） ２５ 導入管先端 ３１ 開放端側非発電領域 ３３ 発電領域 ３５ 封止端側非発電領域
（開放端） ２３ セル下端（封止端） ２５ 導入管先端 ３１ 開放端側非発電領域 ３３ 発電領域 ３５ 封止端側非発電領域
Claims (3)
- 【請求項１】 多層円筒状に積層された膜状の空気極、
固体電解質層及び燃料極、並びに、空気極又は燃料極上
に成膜された軸方向に延びる帯状のインターコネクター
を有する円筒型セルを備えた固体電解質型燃料電池であ
って；セル外径Ｄが１０〜３０mmであることを特徴とす
る円筒型セルタイプ固体電解質型燃料電池。 - 【請求項２】 多層円筒状に積層された膜状の空気極、
固体電解質層及び燃料極、並びに、空気極又は燃料極上
に成膜された軸方向に延びる帯状のインターコネクター
を有する円筒型セルを備えた固体電解質型燃料電池であ
って；セルの真円度Ｐ＝（ＤL −ＤS ）／ＤL （ＤL ：
セル長径、ＤS ：セル短径）が０．１５以下であること
を特徴とする円筒型セルタイプ固体電解質型燃料電池。 - 【請求項３】 多層円筒状に積層された膜状の空気極、
固体電解質層及び燃料極、並びに、空気極又は燃料極上
に成膜された軸方向に延びる帯状のインターコネクター
を有する円筒型セルを備えた固体電解質型燃料電池であ
って；セルの反り率Ｓ＝ｂmax/Ｌ（ｂmax ：反りの最
大、Ｌ：支持体全長）が，０．００５以下であることを
特徴とする円筒型セルタイプ固体電解質型燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8219109A JPH1050333A (ja) | 1996-08-02 | 1996-08-02 | 円筒型セルタイプ固体電解質型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8219109A JPH1050333A (ja) | 1996-08-02 | 1996-08-02 | 円筒型セルタイプ固体電解質型燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1050333A true JPH1050333A (ja) | 1998-02-20 |
Family
ID=16730400
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8219109A Pending JPH1050333A (ja) | 1996-08-02 | 1996-08-02 | 円筒型セルタイプ固体電解質型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1050333A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003045464A (ja) * | 2001-07-26 | 2003-02-14 | Kyocera Corp | 燃料電池及びその発電方法 |
| JP2014038867A (ja) * | 2007-05-10 | 2014-02-27 | Alan Devoe | 燃料電池装置及びシステム |
-
1996
- 1996-08-02 JP JP8219109A patent/JPH1050333A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003045464A (ja) * | 2001-07-26 | 2003-02-14 | Kyocera Corp | 燃料電池及びその発電方法 |
| JP2014038867A (ja) * | 2007-05-10 | 2014-02-27 | Alan Devoe | 燃料電池装置及びシステム |
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