JP3145522B2 - 固体電解質型燃料電池 - Google Patents

固体電解質型燃料電池

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JP3145522B2
JP3145522B2 JP00604893A JP604893A JP3145522B2 JP 3145522 B2 JP3145522 B2 JP 3145522B2 JP 00604893 A JP00604893 A JP 00604893A JP 604893 A JP604893 A JP 604893A JP 3145522 B2 JP3145522 B2 JP 3145522B2
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徳己 佐竹
潔 渡辺
房幸 南條
均 宮本
弘一 武信
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は固体電解質型燃料電池
(SOFC)に関し、特に発電の他,水電解やCO2
解等の電解セルにも使用可能なSOFCに関する。
【0002】
【従来の技術】図3は、従来のSOFCの概略図を示す
(実願平2−48031号)。
【0003】図中の符号1は発電層であり、固体電解質
2の両側に酸素電極3と燃料電極4を夫々配置した構成
となっている。前記発電層1の上下には、インタコネク
タ材5の両側に酸素電極層6と燃料電極層7を積層した
積層体8a,8bが配置されている。前記発電層1の上
側の外側頂部9は上方の積層体8aと接合し、それによ
り生じた空間で燃料通路10を形成している。一方、前記
発電層1の下側の外側頂部11は下方の積層体8bと接合
し、それにより生じた空間で酸化材通路12を形成してい
る。
【0004】これは、本願発明でも明らかとしている通
り、それ以前の主流で考えられていた構造に対し、支持
部材等,直接発電に関与しない部材を不要としたこと
で、この分野にあっては実に重要な考案である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、SOFCは
発電効率が60%を越え、エネルギー対策上重要な位置
付けにあるものであるが、製造コスト等の対策が必要と
されている。この点から図3の従来技術は重要なポイン
トを突いたものであるが、発電そのものに直接関与しな
い酸素電極層6と燃料電極層7を必要としていた。
【0006】この理由は、発電層1にディンプル構造を
採用した為、発生した電子がディンプル部(窪み部)に
集中し、そのままインタコネクタ材と接合すると、電気
的抵抗が大きくなる為、電子を拡散し電子の横流れをで
きるようにディンプル部に夫々電極材と接するようにし
たためである。
【0007】本発明は上記事情を鑑みてなされたもの
で、夫々の特性を生かし、極力電気抵抗を減らすことを
目的とし、併せ電池としての構成を部材を減じるように
した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】本発明は、燃料電極,固
体電解質,酸素電極の3層からなる発電層の両面に窪み
部を設け、燃料電極側の前記窪み部の外側の凸部に第1
導電性接着剤を介してインタコネクタ層と電気的接合を
行うと共に、前記凸部に対向して他の発電膜の酸素電極
側の窪み部の外側の凸部を第2導電性接着剤を介して接
合したことを特徴とする固体電解質型燃料電池である。
【0009】
【作用】SOFCは、電解質にセラミックスであるYS
Zを用いる為、夫々の電池構成部材の熱膨脹率を一致化
させて、電解質が熱膨脹差によって互いが拘束されてい
ることから来る変形による割れを防ぐよう工夫されてい
る。
【0010】このことから、電解質に合わせた熱膨脹率
の燃料電極・酸素電極・インタコネクタ材が求められ、
材料自信の持つ電気抵抗はある程度無視され用いられ
る。この場合の代表的な材料事例として、本発明者らの
実験の結果から次のように求めた。 インタコネクタ材:LaSrCrO3 (厚さ1mm) 水素側:導電率1s/cm、抵抗0.1Ω・cm2 酸素側:導電率30s/cm、抵抗0.03Ω・cm2 平均:導電率10s/cm、抵抗0.01Ω・cm2 酸素電極材:LaSrMnO3 (厚み50μm) 導電率20s/cm、抵抗2.5×10-4Ω・cm2 燃料電極材:Ni/YSZ(60:40)(厚み50μm) 導電率500 〜1000s/cm、抵抗1×10-5Ω・cm2
【0011】抵抗はいずれも縦流れ方向であるが、この
ことからも明らかな通り、構造部材として独自に強度を
保有するべき程度の厚みを必要とすることを含めインタ
コネクタ層が圧倒的に電気抵抗が大きく、この電気的流
れを極力短くしてやる必要がある。
【0012】また、これらを模式的な電気流れで示す図
4を当てはめてみると、ディンプルのピッチを3mmとし
たとき、電子の横流れは1.5mm、このときインタコネ
クタをLaSrCrO3 として厚さ2mmのときの燃料電
極(Ni/YSZ)と酸素電極(LaSrCrO3 )の
厚みを変えたときのこれら三相全体の抵抗は下記「表
1」の通りである。
【0013】
【表1】
【0014】この表1から明らかのように、燃料電極側
は精々50μmの厚みとすればよいが、酸素電極側は電
気抵抗を減じるには厚さに大きく依存している。本発明
では、こうした横流れによる抵抗が生じないので、発電
層の酸素電極とインタコネクタの接続にあっても、比較
的薄い接着材(通常は酸素電極と同材を用いる)を電気
的に結合し得る程度に塗布すればよいことが分かる。
【0015】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図1を参照して説
明する。
【0016】図中の符号21は発電層を示し、固体電解質
22の上下面に燃料電極23と酸素電極24を夫々形成した構
成になっている。前記発電層21の両面には多数のディン
プル(窪み部)25が形成され、そのディンプル25の反対
側は凸部26a,26bが形成されている。前記発電層21の
燃料電極側の凸部26aは、前記燃料電極23と共材の接着
剤27を介してインタコネクタ材28に接続されている。一
方、前記発電層21の酸素電極側の凸部26bは、前記酸素
電極23と共材の接着剤29を介してインタコネクタ材28が
接続されている。なお、図中の符号30は、発電層21と接
着剤27とインタコネクタ材28で囲まれた領域,つまり燃
料電極23に燃料ガスを供給する燃料通路である。また、
図中の符号31は、発電層21と接着剤29とインタコネクタ
材28で囲まれた領域,つまり酸素電極24に酸素を供給す
る酸化材通路である。
【0017】このように、この実施例に係るSOFC
は、固体電解質22の上下面に燃料電極23と酸素電極24を
夫々形成した構成した発電層21を一段置きに構成し、か
つ前記発電層21の燃料電極側の凸部26aを前記燃料電極
23と共材の接着剤27を介してインタコネクタ材28に接続
するとともに、発電層21の酸素電極側の凸部26bを前記
酸素電極23と共材の接着剤29を介してインタコネクタ材
28が接続させた構成になっているため、抵抗の大きなイ
ンタコネクタ材における電子の横流れが生じることを抑
制できる。
【0018】
【発明の効果】以上詳述した如く本発明によれば、電気
抵抗を小さくできると共に、酸素電極及び燃料電池の量
を少なくすることができ、発電効率を高めるとともにコ
スト低減をなし得る固体電解質型燃料電池を提供でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る固体電解質型燃料電池
の説明図。
【図2】図1の固体電解質型燃料電池の一構成である発
電層の概略的な斜視図。
【図3】従来の固体電解質型燃料電池の説明図。
【図4】図3の固体電解質型燃料電池における電子の流
れを示す模式図。
【符号の説明】
21…発電層、 22…固体電解質、 23
…燃料電極、24…酸素電極、 25…ディンプル、
26a,26b…凸部、27,29…接着剤、
30…燃料通路、 31…酸化剤通路。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮本 均 兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目1番1号 三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者 武信 弘一 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目1番 1号 三菱重工業株式会社神戸造船所内 (56)参考文献 特開 平2−204974(JP,A) 特開 平4−8259(JP,A) 実開 平2−92666(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 8/00 - 8/24

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 燃料電極,固体電解質,酸素電極の3層
    からなる発電層の両面に窪み部を設け、燃料電極側の前
    記窪み部の外側の凸部に第1導電性接着剤を介してイン
    タコネクタ層と電気的接合を行うと共に、前記凸部に対
    向して他の発電膜の酸素電極側の窪み部の外側の凸部を
    第2導電性接着剤を介して接合したことを特徴とする固
    体電解質型燃料電池。
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