JPH11111313A - 円筒固体電解質型燃料電池 - Google Patents

円筒固体電解質型燃料電池

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JPH11111313A JP9268825A JP26882597A JPH11111313A JP H11111313 A JPH11111313 A JP H11111313A JP 9268825 A JP9268825 A JP 9268825A JP 26882597 A JP26882597 A JP 26882597A JP H11111313 A JPH11111313 A JP H11111313A
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伸二 竹内
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淳一 藤田
Masakatsu Nagata
雅克 永田
Mikiyuki Ono
幹幸 小野
Masataka Mochizuki
正孝 望月
Tsutomu Iwazawa
力 岩澤
Namiko Kaneda
波子 兼田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃料改質機能を持つ導電性フェルトを燃料電
極を損傷させることなく、燃料電極との密着性良くその
内側へ詰め込むことができる構造とする。 【解決手段】 この円筒固体電解質型燃料電池10は、導
電性フェルトの第１層5aを燃料電極４の内側に挿入し、
第１層の内側にコイルスプリング5bをその径をつぼめて
挿入し、解放することによって、第１層5aをコイルスプ
リング5bの拡張力で燃料電極４の内周面に押し付けて密
着させた状態で支持させる。この後に、コイルスプリン
グ5bの内側に導電性フェルトの第２層5cを挿入し、さら
に内側に燃料供給用導電性チューブ１を挿入する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は円筒固体電解質型燃
料電池に関し、特にインターコネクタレス円筒固体電解
質型燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、インターコネクタレス円筒固体電
解質型燃料電池として、特開平７−２６３００１号公報
に記載され、図３に示す構造のものが知られている。こ
の従来の円筒固体電解質型燃料電池は、中心部にニッケ
ル、コバルトまたはニッケルあるいはコバルト合金製の
燃料供給用導電性チューブ１を挿入する構造を特徴と
し、外側から内側へ順に空気電極２、固体電解質３、燃
料電極４を形成し、さらに燃料電極４の内側にニッケ
ル、コバルトまたはニッケルあるいはコバルト合金製の
燃料改質機能を持つ導電性フェルト５を充填し、さらに
その内側に燃料噴出のために孔のあいた燃料供給用導電
性チューブ１を挿入した構造である。
【０００３】この固体電解質型燃料電池１０の発電作用
について説明すると、燃料電池１０の導電性チューブ１
内に天然ガス、メタン、石炭ガス化ガスなどの燃料ガス
６を供給し、導電性チューブ１の多孔質の管壁を通じて
導電性フェルト５の部分に噴出させ、この導電性フェル
ト５と燃料電極４と固体電解質３の部分で高温度条件
下、通常、６５０℃〜１０５０℃の条件下で、次式の改
質反応を起こさせる。
【０００４】
【化１】 この改質反応で発生する水素に対して、固体電解質３を
介して対極する燃料電極４と空気電極２との部分で次の
化２式の発電反応を起こし、遊離した電子を集電するこ
とによって発電力を得る。
【０００５】
【化２】 つまり、燃料電極４においては化２（ａ）式に示すよう
に、改質反応で生成された水素が、固体電解質３から供
給される酸化物イオンと反応して水蒸気と電子を生成す
る。そして燃料電極４で生成された電子が導電性フェル
ト５と導電性チューブ１を経て陰極８から外部回路に回
り、陽極９を経て空気電極２に到達すると、この空気電
極２において、化２（ｂ）式に示すように空気７中の酸
素と反応して酸化物イオンを生成し、これが固体電解質
３に放出され、燃料電極４側に到達して化２（ａ）式の
反応に供されるのである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
従来の円筒固体電解質型燃料電池では、特に導電性フェ
ルト５を燃料電極４の内部に単純に挿入し、さらにその
内側に燃料供給用導電性チューブ１を挿入する構造であ
るため、次のような問題点があった。それは、発電作用
において燃料電極４から導電性フェルト５を通って導電
性チューブ１に電子がスムーズに移動するように導電性
フェルト５と燃料電極４との接触面積を広くする必要が
あり、そのためには導電性フェルト５を燃料電極４の内
周面に密着させる必要があって、導電性フェルト５を燃
料電池１０の燃料電極４の内部に強い力で詰め込むよう
にしている。しかしながら、導電性フェルト５を燃料電
極４の内部に詰め込みすぎると燃料電極に対して電池軸
方向に強い力がかかり、燃料電極４が部分的に脱落する
ことがある。逆にこれを避けるために導電性フェルト５
の詰め込みをソフトにすると、燃料電極４との密着性が
不十分になり、接触抵抗が大きくなって内部抵抗成分が
増大し、良好な電池性能が得られなくなる。
【０００７】本発明はこのような従来の問題点に鑑みて
なされたもので、燃料電極と導電性フェルトとの密着性
を良くし、かつ燃料電極を損傷することなくその内側へ
導電性フェルトを容易に充填することができる構造を有
した円筒固体電解質型燃料電池を提供することを目的と
する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、外側
から内側に順に空気電極、固体電解質、燃料電極を成膜
した円筒固体電解質型燃料電池において、燃料電極の内
側に燃料改質機能を持つ導電性フェルトの第１層を内張
りし、第１層の内側に拡張力によって当該第１層を燃料
電極の内周面に密着するように押し付けるコイル状弾性
支持材を挿入し、コイル状弾性支持材の内側に燃料改質
機能を持つ導電性フェルトの第２層を内張りし、第２層
の内側に燃料供給用導電性チューブを挿入したものであ
る。
【０００９】請求項１の発明の円筒固体電解質型燃料電
池では、導電性フェルトの第１層を燃料電極の内側に挿
入し、この第１層の内側にコイル状弾性支持材を挿入す
ることによってこのコイル状弾性支持材によって第１層
を燃料電極の内周面に押し付けて密着させた状態で支持
させ、この後に、コイル状弾性支持材の内側に導電性フ
ェルトの第２層を挿入し、さらに内側に燃料供給用導電
性チューブを挿入する組み立て手順をとるが、導電性フ
ェルトの第１層の挿入に際してソフトに詰め込んでも、
この第１層の挿入後にコイル状弾性支持材をその径をつ
ぼめて第１層の内側に挿入し、フリー状態に解放するこ
とによってコイル状弾性支持材の拡張力により第１層を
燃料電極の内周面に密着させることができる。そして導
電性フェルトの第２層の詰め込みは従来同様に強い力で
行っても燃料電極に直接力が及ばないために損傷させる
恐れはないので、２層に分割して充填した導電性フェル
ト間の接触性を確保することができる。
【００１０】このため、請求項１の発明の円筒固体電解
質型燃料電池の構造にすると、燃料電極と導電性フェル
トとの密着性が良く、かつ燃料電極の内側への導電性フ
ェルトの詰め込み作業において燃料電極を損傷すること
なく、容易に充填することができる。
【００１１】請求項２の発明は、請求項１の円筒固体電
解質型燃料電池において、燃料電極がニッケル、コバル
トまたはニッケルあるいはコバルトを主成分とする合金
もしくはセラミックスを素材とし、第１層および第２層
の導電性フェルトはニッケル、コバルトまたはニッケル
あるいはコバルト合金を素材とし、コイル状弾性支持材
はニッケル、コバルトまたはニッケルあるいはコバルト
合金を素材とするものである。
【００１２】請求項３の発明は、請求項１または２の円
筒固体電解質型燃料電池において、前記コイル状弾性支
持材にコイルスプリング材を用いたものである。
【００１３】請求項４の発明は、請求項１または２の円
筒固体電解質型燃料電池において、前記コイル状弾性支
持材に形状記憶合金を用いたものである。
【００１４】請求項２〜４の発明の円筒固体電解質型燃
料電池では、導電性フェルトの第１、第２層およびコイ
ル状弾性支持材を同質のニッケル、コバルトまたはニッ
ケルあるいはコバルト合金素材のコイルスプリング材若
しくは形状記憶合金で構成することにより、発電運転時
の高温状態でこれらの部材が馴染み、本来の燃料改質作
用と電子導電性を一体構造の場合と同様のものとするこ
とができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
基づいて詳説する。図１は本発明の円筒固体電解質型燃
料電池の１つの実施の形態を示しており、外側から内側
へ順に円筒型の空気電極２、固体電解質３、燃料電極４
が成膜形成され、さらに燃料電極４の内側にニッケル、
コバルトまたはニッケルあるいはコバルト合金製の燃料
改質機能を持つ導電性フェルトの第１層５ａが内張りさ
れ、この第１層５ａの内側に拡張力によって第１層５ａ
を燃料電極４の内周面に密着するように押し付けるニッ
ケル、コバルトまたはニッケルあるいはコバルト合金製
のコイルスプリング５ｂが挿入され、さらにコイルスプ
リング５ｂの内側に導電性フェルトの第２層５ｃが内張
りされ、この第２層５ｃの内側に燃料供給用導電性チュ
ーブ１が挿入された構造である。
【００１６】空気電極２はストロンチウムあるいはカル
シウム添加ランタンマンガネート製の多孔質膜であり、
固体電解質３はイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）
製の緻密な膜であり、燃料電極４はニッケル、コバル
ト、ニッケルあるいはコバルト合金またはニッケルある
いはコバルトジルコニアサーメット製の多孔質膜であ
る。また第１層５ａ、第２層５ｃの導電性フェルトはニ
ッケル、コバルトまたはニッケルあるいはコバルト合金
製であり、またコイルスプリング５ｂも同じ材質であ
る。
【００１７】この実施の形態の円筒固体電解質型燃料電
池の組み立ては図２に示す手順で行われる。空気電極
２、固体電解質３および燃料電極４の３層構造の電池素
体１１は従来一般に採用されている方法のいずれによっ
て制作されたものでも用いることができる。
【００１８】この３層構造の電池素体１１に対して、図
２（ａ）に示すように導電性フェルトの第１層５ａを燃
料電極４の内側に燃料電極４の膜を損傷しない程度の力
でソフトに詰め込む。この第１層５ａの厚みは特に限定
されないが、従来の導電性フェルト５の厚みの半分程度
が好ましい。
【００１９】次に図２（ｂ）に示すように、外径が燃料
電極４の内径と同程度、若しくは若干小さ目ながらすで
に充填されている第１層５ａの内径よりは大きいコイル
スプリング５ｂを伸ばし、見かけの外径を小さくして第
１層５ａの内側に挿入し、第１層５ａの全長に挿入でき
たら解放する。この作業によってコイルスプリング５ｂ
はその弾性力によって自由状態の形状に戻ろうとして外
径を拡張し、その拡張力によって第１層５ａを外側に押
し広げて燃料電極４の内周面に密着させるようになる。
【００２０】次に、図１の完成状態図に示すようにコイ
ルスプリング５ｂの内側にさらに導電性フェルトの第２
層５ｃを詰め込み、さらに中心部に燃料供給用導電性チ
ューブ１を押し込む。この作業で、第２層５ｃはその内
側が導電性チューブ１と密着し、また外側は導電性チュ
ーブ１の挿入によって押し広げられてコイルスプリング
５ｂおよび第１層５ａと密着する。
【００２１】このようにして完成した円筒固体電解質型
燃料電池１０では、図３に示した従来例と同様に燃料改
質機能を持つ導電性フェルト５の部分が第１層５ａ、コ
イルスプリング５ｂ及び第２層５ｃによって構成される
ことになる。そして燃料電極４の内側に導電性フェルト
の第１層５ａを詰め込む作業時に燃料電極４の内周面を
電池軸方向に強く引っかくような力が働くことがないの
で、燃料電極４が損傷を受けたり、脱落したりすること
がなく、しかもコイルスプリング５ｂの拡張力で第１層
５ａを燃料電極４の内周面と十分に密着させることがで
きて接触抵抗を小さくすることができる。
【００２２】なお、上記の実施の形態では導電性フェル
トの第１層５ａ、コイルスプリング５ｂおよび第２層５
ｃを同質の素材としたが、これによって発電運転のため
に高温状態になった時に各部材間が良く馴染み、一体性
が増して燃料改質機能と導電特性が向上する。しかしな
がら、特にコイルスプリング５ｂの素材は限定されるこ
とはなく、弾性があり、かつ燃料改質機能と電子導電性
を阻害しない素材であれば、導電性フェルトとは異なる
ものであってもよい。
【００２３】また、コイル状弾性支持材には、コイルス
プリングに代えて、コイル形状の形状記憶合金を使用す
ることができる。そしてこの場合には、形状記憶合金と
しては、融点が燃料電池の運転温度である１１００℃以
上の材質のものであればよくて、例えば、Ｔｉ−Ｎｉ、
Ｎｉ−Ａｌ、Ｔｉ−Ｎｉ−Ｆｅ組成のものを使用するこ
とができる。
【００２４】
【発明の効果】以上のように請求項１の発明によれば、
導電性フェルトの第１層を燃料電極の内側に挿入し、こ
の第１層の内側にコイル状弾性支持材を挿入することに
よってこのコイル状弾性支持材によって第１層を燃料電
極の内周面に押し付けて密着させた状態で支持させ、こ
の後に、コイル状弾性支持材の内側に導電性フェルトの
第２層を挿入し、さらに内側に燃料供給用導電性チュー
ブを挿入する組み立て手順をとることができ、燃料電極
と導電性フェルトとの密着性が良く、かつ燃料電極の内
側への導電性フェルトの詰め込み作業において燃料電極
を損傷することなく、容易に充填することができる。
【００２５】請求項２〜４の発明によれば、導電性フェ
ルトの第１、第２層およびコイル状弾性支持材を同質の
ニッケル、コバルトまたはニッケルあるいはコバルト合
金素材のコイルスプリング材若しくは形状記憶合金で構
成することにより、発電運転時の高温状態でこれらの部
材が馴染み、本来の燃料改質作用と電子導電性を一体構
造の場合と同様のものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１つの実施の形態の断面図。
【図２】上記の実施の形態の円筒固体電解質型燃料電池
の組み立て工程図。
【図３】従来例の断面図。
【符号の説明】
１ 燃料供給用導電性チューブ ２ 空気電極 ３ 固体電解質 ４ 燃料電極 ５ａ 第１層 ５ｂ コイルスプリング ５ｃ 第２層 １０ 円筒固体電解質型燃料電池 １１ 電池素体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 永田 雅克 東京都江東区木場１−５−１ 株式会社フ ジクラ内 (72)発明者 小野 幹幸 東京都江東区木場１−５−１ 株式会社フ ジクラ内 (72)発明者 望月 正孝 東京都江東区木場１−５−１ 株式会社フ ジクラ内 (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 (72)発明者 兼田 波子 東京都江東区木場１−５−１ 株式会社フ ジクラ内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 外側から内側に順に空気電極、固体電解
    質、燃料電極を成膜した円筒固体電解質型燃料電池にお
    いて、 前記燃料電極の内側に燃料改質機能を持つ導電性フェル
    トの第１層を内張りし、前記第１層の内側に拡張力によ
    って当該第１層を前記燃料電極の内周面に密着するよう
    に押し付けるコイル状弾性支持材を挿入し、 前記コイル状弾性支持材の内側に燃料改質機能を持つ導
    電性フェルトの第２層を内張りし、 前記第２層の内側に燃料供給用導電性チューブを挿入し
    て成る円筒固体電解質型燃料電池。
  2. 【請求項２】 前記燃料電極はニッケル、コバルトまた
    はニッケルあるいはコバルトを主成分とする合金もしく
    はセラミックスを素材とし、 前記第１層および第２層の導電性フェルトはニッケル、
    コバルトまたはニッケルあるいはコバルト合金を素材と
    し、 前記コイル状弾性支持材はニッケル、コバルトまたはニ
    ッケルあるいはコバルト合金を素材とすることを特徴と
    する請求項１に記載の円筒固体電解質型燃料電池。
  3. 【請求項３】 前記コイル状弾性支持材にコイルスプリ
    ング材を用いたことを特徴とする請求項１または２に記
    載の円筒固体電解質型燃料電池。
  4. 【請求項４】 前記コイル状弾性支持材に形状記憶合金
    を用いたことを特徴とする請求項１または２に記載の円
    筒固体電解質型燃料電池。
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