JPS63152875A - 固体電解質燃料電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、燃料を水素や一酸化炭素など、酸化され易い
ガスを用いて電気化学的に直接電気を発生する燃料電池
の中、電解質に固体の電解質を用いた燃料電池に関する
ものである。

〔従来の技術〕

現在、広く一般に知られている筒状の固体電解質燃料電
池（以下８０ＦＣと略称する）の代表例は、特開昭５４
−７１２４６号（以下、従来例１と略称する）と特開昭
５７−１８０８８１号（以下、従来例２と略称する）が
ある。何れの従来例に於いても、固体電解質にｙｓｚ　
（イツトリア安定化ジルコニア）を用いるとき、約１，
０００°Ｃ程度で加熱を継続すると、酸素極で％０２＋
２１３−→α−と反応されたＱｚ−が固体電解質の中を
透過し、燃料電極を透過して来た水素もしくは一酸化炭
素等の酸化され易いガスと固体電解質表面で反応し、燃
料が水素ガスのとき、　０２−＋ｆ１２−Ｈ２０＋２ｅ
−ととなって電子が流れ、直接電気エネルギーとして取
り出すことが可能となる。

然し乍ら、従来例１の場合、各電池のセルが円筒軸方向
に電流が流れる為、電気抵抗が大きくなる。更にはポー
ラス状のアルミナの如き材質でつくられた剛性のある比
較的厚肉の基体管の外側にＮｉＯの如き材質の燃料電極
で覆い、その上に例えばｙｓｚ（イツトリア安定化ジル
コニア）の如き固体電解質で覆う。更にまた。そのＹＳ
ｚの上ＫＬａＯｏＯ３のような電子、イオン混合導伝性
を持つペロプスカイト型酸化物よりなる酸素電極で覆わ
れるのであるが、一般に知られているペロプスカイト型
酸化物は、物理的、構造的に不安定であるが為、　８０
ＦＣｊの長寿命化の妨げとなっている。

これらのことから、従来例２では酸素電極と燃料電極の
位置を入れ替え、基体管の外側を酸素電極とし、最外層
を燃料電極とすることにより、酸素電極を抑え込むよう
にし、長寿命化の一助となるようにしている。

更に従来例２にあっては、電流を周方向に流れるように
すると共に、径も従来例１のものに比べて小さくシ、電
気抵抗を少くすることにより、電池内部の電気抵抗の低
減を図っている。

然し乍ら、電流値が大きくなれば、それに伴って酸素電
極は電気抵抗の少いものが望まれるのであるが、この従
来例２にあっては基体管に密着して（結合あるいはその
状態に近いことが望まれる。）膜を形成する必要がある
為、多種・多様な被覆手法が試みられているが、剥離性
の面から夫々の電極は数１０μから数１００μと比較的
薄く、厚さには限界があり、酸素！極の抵抗は高価な材
賀のものを用いているにも拘らず一定値より小さく出来
ないのが現状である。

また、各層の薄膜を維持する機能を持つ基体管は、電極
材と電解質とに出来るだけ熱膨張係数を近づけることが
望まれており、高価なＹＳＺ（イツトリア安定化ジルコ
ニア）やＣＳＺ　（カルシア安定化ジルコニア）といっ
た高価なものを用いているのが現状である。また２本従
来例ではセルとセルの電気的結合にニッケルフェルトの
如きパッドを用いる必要があり、従来例１に比べて耐震
性上問題がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来、酸素電極を固体電解質上に覆うか、或いは基体管
上を覆うには、溶射や、スパッタリング、スラリーコー
ティング、ＣＶＤ或いはＥＶＤ手法により行われていた
が、これらの手法では精々７００μ位までの厚みとする
のが限度で、従来の手法にあっては、これ以上の厚みの
酸素電極を求めるのは困難であった。

本発明は、前記両従来例の欠点を補うべく。

酸素電極を最内層とすると共に、酸素電極を従来のもの
より厚くとれるようにし、電気抵抗が長さに比例し面積
に反比例するという原則を活し、且つ安価な８０ＦＣを
提供するものである。

〔問題点を解決するための手段〕

即ち１本発明は筒状の固体電解質燃料電池において、上
記電池の最内層が１ｍ１ｌ＋以上の厚さからなる酸素電
極と、同酸素電極を電気的絶縁物を介してシリーズに接
合すると共に同酸素電極の外表面に被覆される固体電解
質と、同固体電解質の外周面に被覆される燃料電極とを
具備してなることを特徴とする固体電解質燃料電池であ
る。

従って、筒状の固体電解質燃料電池を形成するに際して
は、燃料電池の最内層を１ｍ１Ｄ以上の厚さからなる酸
素電極で形成し、同酸素電極のほぼ全外周面を固体電解
質で被覆し、更に同固体電解質のほぼ全外周面を燃料電
極で被覆することにより酸素電極と上記固体電解質及び
上記燃料電極とを直接接続するか、もしくは必要に応じ
酸素電極と燃料電極の間に中間接続子を嵌挿して上記酸
素電極と上記燃料電極を接続している。

〔作用〕

上記構成としたことにより９本発明は２円筒状の５ＯＦ
Ｃに於いて基体管を排し、セルの最も内側を酸素電極、
最外層を燃料電極として、電気抵抗を少くする為、酸素
電極層を厚くして剛性を持たせると共に、断面積を稼ぎ
得るようにしたものである。

このことにより、比較的電子導電性の悪い材料でも用い
得るようになるばかりだけでなく。

基体管を排することＫよって、より安価なＳＯＦＣを提
供することが出来るようになった。

〔実施例〕

第１図は２本発明に係わる一実施例を示す七ρの断面図
である。

本実施例では、酸素電極１をペロプスカイト型酸化物で
多孔質な円筒とし、ここに用いる材料としては、　Ｃｏ
、　Ｌａ等の高価な物質をＴｉ、Ｃａ。

Ｆｅ、　Ｍｎ、　Ｓｒ等の安価なものとすることが出来
た。

このような安価な物質としたとき、これらの酸素電極１
は電気抵抗が大であるため、酸素電極１の層は１ｍｍ以
上の厚肉とするが、従来のものでは酸素電極を固体電解
質もしくは基体管に密着して被覆する為、従来手法では
７００μ、よくてもＩＩＩＩＩＩ＋以下であったが１本
発明では酸素電極１を独立して形成することが出来るの
で、圧縮、焼成等の各種方法を用いるこ゛とが出来、酸
素電極１の厚さはｌａｏｍ以上の肉厚とすることが出来
た。

Ｔｉ、　Ｃａ、　Ｆｅ等のベロゲスカイト型酸化物１例
えば０ａＴｉＯ３やＳｒＭｎ０３６Ｄ如きものは、　Ｌ
ａＣｏＯ３やＬａＭｎＯ３に比べれば導電性は落ちるが
、非常に安価であり、焼結体とすることによって剛性も
充分得られる。また断面積を稼ぎ得ることによって、電
気抵抗的にはこれを補って余りあるものとなる。

また、第２図に示す通り、酸素電極１と酸素電極１′の
結合は、酸素電極間にＡ１２０ａの如き電気絶縁体６を
介して通常行われている圧接法等でも結合することが出
来るが、より一層の信頼性を向上する為に、上記電気絶
縁体６と酸素電極１の間に希土類酸化物を含む接着剤を
はさみ。

当該接合面に数１００〜数１０００ボルトの高電圧をか
けて電流を流し、結合を可能とする電気的接合法やハロ
ゲン化物法等の手段がとられる。

このように本発明では、基体管の機能をも有する酸素電
極１の外側に固体電解質２と燃料電極４とを被覆し、直
接酸素電極１と燃料電極２を接合しているが、夫々の電
極がポーラス状である為、当該接合部から僅かであるが
ガスの透過が見られる。そこで一層の気密性を保つ為。

酸素電極１と燃料電極２の間に酸化雰囲気に耐え得る中
間接続子８と還元雰囲気に耐え得る中間接続子５を前記
固体電解質２，２′間に被覆することで、燃料電池とし
ての１つのセルを構成することができた。従って、この
場合、中間接続子８を用いるか否かは、工程の増減と気
密性の絡みが生じるが、これは設計上の問題となる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、酸素電極自身に基体管の機能をも持た
せ得るようにした為、電池構成部材が１つ減ることによ
り製作工程が短縮されるのみならず、安価な材料を使う
ことも可能としたことにより経済性の高いものとするこ
とが出来るようになった。更には、酸素電極の構造上の
強度が増すため、電池全体の長寿命化・安定化を図るこ
とが出来る等本発明は産業の発達に寄与するところ大で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わる一実施例を示すセルの断面図で
ある。第２図は本発明に係わる酸素電極間の分解斜視図
である。第３図は本発明に係わる他の実施例を示すセル
の断面図である。 １・・・酸素電極、２・・・固体電解質、３・・・中間
接続子、４・・・燃料電極、５・・・中間接続子、６・
・・電気絶縁体。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 筒状の固体電解質燃料電池において、同電池の最内層が
   １ｍｍ以上の厚さからなる電気絶縁体を介して接合され
   た酸素電極と、同酸素電極の外周面を被覆する固体電解
   質と、同固体電解質の外周面を被覆する燃料電極とを具
   備してなることを特徴とする固体電解質燃料電池。