JPH01267964A - 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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- JPH01267964A JPH01267964A JP63097656A JP9765688A JPH01267964A JP H01267964 A JPH01267964 A JP H01267964A JP 63097656 A JP63097656 A JP 63097656A JP 9765688 A JP9765688 A JP 9765688A JP H01267964 A JPH01267964 A JP H01267964A
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Classifications
-
- 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
- H01M8/243—Grouping of unit cells of tubular or cylindrical configuration
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- 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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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。
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、固体電解質型燃料電池に係り、特に発電出力
密度の高い固体電解質型燃料電池に関するものである。
密度の高い固体電解質型燃料電池に関するものである。
〔従来の技術]
最近、低公害のエネルギー源として注目を集めている燃
料電池は、起電反応の源となる、活物質としての燃料と
酸化剤とを外部がら連続的に供給して電気エネルギーと
して取り出すとともに、反応生成物を連続的に排出する
ことができる電池である。このような燃料電池のなかで
電解質の漏洩の恐れがなく、反応速度が大きいとして注
目されているのが固体電解質型燃料電池であり、基体管
の外表面に酸素極、固体電解質および燃料極が順次積層
された単セルを基板上に多数配列したものが知られてい
る。このような従来技術に関するものとして、例えば特
開昭61−101971号公報等があげられる。
料電池は、起電反応の源となる、活物質としての燃料と
酸化剤とを外部がら連続的に供給して電気エネルギーと
して取り出すとともに、反応生成物を連続的に排出する
ことができる電池である。このような燃料電池のなかで
電解質の漏洩の恐れがなく、反応速度が大きいとして注
目されているのが固体電解質型燃料電池であり、基体管
の外表面に酸素極、固体電解質および燃料極が順次積層
された単セルを基板上に多数配列したものが知られてい
る。このような従来技術に関するものとして、例えば特
開昭61−101971号公報等があげられる。
しかしながら上記従来技術は、単セルを基板上に多数配
列し、各単セルの電極をインターコネクタ等で直列また
は並列に連結したものであり、単セルを配置するための
面積の広い基板が必要であるばかりでなく、単位面積当
たりの発電出力、すなわち発電出力密度が低いという問
題があった。
列し、各単セルの電極をインターコネクタ等で直列また
は並列に連結したものであり、単セルを配置するための
面積の広い基板が必要であるばかりでなく、単位面積当
たりの発電出力、すなわち発電出力密度が低いという問
題があった。
本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決し、発電
出力密度が高い固体電解質型燃料電池を提供することに
ある。
出力密度が高い固体電解質型燃料電池を提供することに
ある。
上記目的を達成するため本発明は一電子導電体からなる
酸素極と、酸素イオン導電性の固体電解質と、電子導電
体からなる燃料極とをガス透過性の基体管に積層した単
セルを基板上に多数配列した固体電解質型燃料電池にお
いて、前記基体管を一端が閉塞された円筒状とし、その
直径および高さを段階的に変化させて単セルを構成し、
この単セルを同心円状に多数配列したことを特徴とする
ものである。
酸素極と、酸素イオン導電性の固体電解質と、電子導電
体からなる燃料極とをガス透過性の基体管に積層した単
セルを基板上に多数配列した固体電解質型燃料電池にお
いて、前記基体管を一端が閉塞された円筒状とし、その
直径および高さを段階的に変化させて単セルを構成し、
この単セルを同心円状に多数配列したことを特徴とする
ものである。
−・端が閉塞された円筒状の基体管の直径および高さを
段階的に変化させて単セルを作成し、該単セルを基板上
に同心円状に配列して燃料電池スタックを形成したこと
により、基板単位面積当たりの単セル数が増加し、固体
電解質型燃料電池全体としての発電出力密度が高くなる
。
段階的に変化させて単セルを作成し、該単セルを基板上
に同心円状に配列して燃料電池スタックを形成したこと
により、基板単位面積当たりの単セル数が増加し、固体
電解質型燃料電池全体としての発電出力密度が高くなる
。
本発明において電子導電性を有する固体電解質とは、例
えば4価の金属酸化物に2価または3価の金属酸化物を
固溶させた蛍石型酸化物等があげられ、代表的にはZr
0z Yz 03 (YSZ)、CeO□−CaO
等が知られている。また、酸素極または燃料極として使
用される電子導電体とは、1000°C前後の高温で化
学的に安定で、熱膨張率が前記固体電解質の熱膨張率に
近く、かつ電子導電性を有するものであり、酸素極とし
て例えば、高温の酸素雰囲気で安定なLaCo0=、L
aCr(h等の複合酸化物が、燃料極として例えば、高
温の還元雰囲気で安定なCoN i −Z ro□、N
+ −A1等があげられる。
えば4価の金属酸化物に2価または3価の金属酸化物を
固溶させた蛍石型酸化物等があげられ、代表的にはZr
0z Yz 03 (YSZ)、CeO□−CaO
等が知られている。また、酸素極または燃料極として使
用される電子導電体とは、1000°C前後の高温で化
学的に安定で、熱膨張率が前記固体電解質の熱膨張率に
近く、かつ電子導電性を有するものであり、酸素極とし
て例えば、高温の酸素雰囲気で安定なLaCo0=、L
aCr(h等の複合酸化物が、燃料極として例えば、高
温の還元雰囲気で安定なCoN i −Z ro□、N
+ −A1等があげられる。
次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。
第1A図は、本発明の一実施例を示す固体電解質型燃料
電池を構成する単セルの断面図、第1B図は、第1A図
の開口部の詳細図である。この単セルは、底付き円筒状
の多孔質からなる基体管lと、該基体管lの外表面に順
次薄膜上に積層された、ランタン系の、例えばLaCo
Q、からなる酸素極(以下、酸素側電極という)3、B
i、0yYzox系の、例えば(Y−Ox )。、zs
(BizO,+)。、ヮ、からなる固体電解質2および
ニッケル系の、例えばN1p−YSZからなる燃料極(
以下、燃料側電極という)4とから主として構成されて
いる。単セルの開口部近傍には、発生した電気エネルギ
ーを効率よく取り出すために、基体管Iの表面が露出し
た、何も積層されていない部分と、横断面円形の円周の
半周に外表面に積層された電極材を、残り半周に内表面
に積層された電極材を延長してそれぞれ単独に積層した
部分が設けられている。単セルに積層される酸素側電極
3と燃料側電極4はその単セルの燃料電池スタックにお
ける配列位置により、その積層位置が異なり、単セルの
外側が空気流路となる場合は外表面に酸素側電極3、内
表面に燃料側電極4がそれぞれ積層され、単セルの外表
面が燃料流路となる場合は外表面に燃料側電極4、内表
面に酸素側電極3がそれぞれ積層される。このような単
セルが直径および高さの異なる基体管を用いて多数作成
され、これを組み合わせて燃料電池スタックが形成され
る。
電池を構成する単セルの断面図、第1B図は、第1A図
の開口部の詳細図である。この単セルは、底付き円筒状
の多孔質からなる基体管lと、該基体管lの外表面に順
次薄膜上に積層された、ランタン系の、例えばLaCo
Q、からなる酸素極(以下、酸素側電極という)3、B
i、0yYzox系の、例えば(Y−Ox )。、zs
(BizO,+)。、ヮ、からなる固体電解質2および
ニッケル系の、例えばN1p−YSZからなる燃料極(
以下、燃料側電極という)4とから主として構成されて
いる。単セルの開口部近傍には、発生した電気エネルギ
ーを効率よく取り出すために、基体管Iの表面が露出し
た、何も積層されていない部分と、横断面円形の円周の
半周に外表面に積層された電極材を、残り半周に内表面
に積層された電極材を延長してそれぞれ単独に積層した
部分が設けられている。単セルに積層される酸素側電極
3と燃料側電極4はその単セルの燃料電池スタックにお
ける配列位置により、その積層位置が異なり、単セルの
外側が空気流路となる場合は外表面に酸素側電極3、内
表面に燃料側電極4がそれぞれ積層され、単セルの外表
面が燃料流路となる場合は外表面に燃料側電極4、内表
面に酸素側電極3がそれぞれ積層される。このような単
セルが直径および高さの異なる基体管を用いて多数作成
され、これを組み合わせて燃料電池スタックが形成され
る。
第2図は、単セルを多数組み合わせた、本発明の一実施
例を示す燃料電池スタックの説明図、第3A図および第
3B図は、それぞれ第2図の空気送給管7の管配列方向
の断面図およびこれと直交する面、すなわち燃料送給管
9の配列方向の断面図である。
例を示す燃料電池スタックの説明図、第3A図および第
3B図は、それぞれ第2図の空気送給管7の管配列方向
の断面図およびこれと直交する面、すなわち燃料送給管
9の配列方向の断面図である。
第3A図および第3B図において、この燃料電池スタッ
クは、電気絶縁性のセラミックスからなるフランジvi
6と、該フランジ板6に同心円状に嵌挿された単セル5
a、5b、5Cおよび5dと、空気送給管7と、該空気
送給管7から分岐され前記フランジ板6を貫通して単セ
ル5aの基体管1内および単セル5bと50の間にそれ
ぞれ空気を送る空気管8と、燃料送給管9と、該燃料送
給管9から分岐され隔壁11および11■記フランジ仮
6を貫通して単セル5aと5bの間および単セル5Cと
5dの間にそれぞれ燃料を送る燃料管10とから主とし
て構成されている。空気管8および燃斜管10は共に空
気および燃料を前記単セルの先端部に送るためにその先
端は各単セルの先端部までのびており、燃料管IOの隔
壁I″lとフランジ板6との間は二重管で、内管が燃料
供給流路、外管が燃料戻り流路となっている。また、前
記隔壁11は、空気送給管7と燃料送給管9との間に設
けられ、空気層と燃料層とを隔離している。なお、12
は燃料管10の外管に設けられた燃料孔である。
クは、電気絶縁性のセラミックスからなるフランジvi
6と、該フランジ板6に同心円状に嵌挿された単セル5
a、5b、5Cおよび5dと、空気送給管7と、該空気
送給管7から分岐され前記フランジ板6を貫通して単セ
ル5aの基体管1内および単セル5bと50の間にそれ
ぞれ空気を送る空気管8と、燃料送給管9と、該燃料送
給管9から分岐され隔壁11および11■記フランジ仮
6を貫通して単セル5aと5bの間および単セル5Cと
5dの間にそれぞれ燃料を送る燃料管10とから主とし
て構成されている。空気管8および燃斜管10は共に空
気および燃料を前記単セルの先端部に送るためにその先
端は各単セルの先端部までのびており、燃料管IOの隔
壁I″lとフランジ板6との間は二重管で、内管が燃料
供給流路、外管が燃料戻り流路となっている。また、前
記隔壁11は、空気送給管7と燃料送給管9との間に設
けられ、空気層と燃料層とを隔離している。なお、12
は燃料管10の外管に設けられた燃料孔である。
このような構成において、空気送給管7および空気管8
を経て単セル5aの基体管1内および単セル5bと50
の間に供給された空気Aは、単セル5aの基体管1およ
び単セル5bと50の間の空間を満たした後、フランジ
板6と空気管8との隙間から単セル外へ流出する。一方
、燃料送給管9および燃料管10を経て単セル5aと5
bの間および単セル5cと5dの間に送給された燃料、
例えば水素Fは、それぞれの単セルの間の空間を満たし
た後、フランジ板6と燃料管100間を通り、二重管と
なっている燃料管1oの外管を流れ、隔壁11の燃料送
給管9側へ流出する。このようにして空気Aと水素Fが
供給された各単セルの電極間では電極反応が生じる。例
えば、空気Aの流路に面した単セル5bの外表面の酸素
側電極3では、空気A中の酸素が外部回路から電子を受
は取って酸素イオンとなり、その内側に積層された固体
電解質2に入って荷電担体となる。一方、この単セル5
bの基体管1内は燃料である水素Fの流路となり、水素
Fは前記基体管1を介してその外表面に積層さた燃料側
電極4へ流入し、ここで前記固体電解f2中の酸素イオ
ンと反応して水を生成し、外部へ電子を放出する。他の
単セルにおいても同様の電極反応が生じて電気エネルギ
ーが発生し、フランジ板6内の導電材に集電された後、
外部に取り出される。なお、単セル5dの外側は隔壁1
1により燃料層と隔離された空気層であり、前記単セル
5dの外表面の酸素側電極3へはこの空気層中の酸素が
取り入れられる。また、燃料管10の外管に設けられた
燃料孔12は、電極反応に使用されなかった余剰燃料の
一部が該燃料孔12から空気層中に漏洩して燃焼し、空
気温度を高温に維持するためのものである。
を経て単セル5aの基体管1内および単セル5bと50
の間に供給された空気Aは、単セル5aの基体管1およ
び単セル5bと50の間の空間を満たした後、フランジ
板6と空気管8との隙間から単セル外へ流出する。一方
、燃料送給管9および燃料管10を経て単セル5aと5
bの間および単セル5cと5dの間に送給された燃料、
例えば水素Fは、それぞれの単セルの間の空間を満たし
た後、フランジ板6と燃料管100間を通り、二重管と
なっている燃料管1oの外管を流れ、隔壁11の燃料送
給管9側へ流出する。このようにして空気Aと水素Fが
供給された各単セルの電極間では電極反応が生じる。例
えば、空気Aの流路に面した単セル5bの外表面の酸素
側電極3では、空気A中の酸素が外部回路から電子を受
は取って酸素イオンとなり、その内側に積層された固体
電解質2に入って荷電担体となる。一方、この単セル5
bの基体管1内は燃料である水素Fの流路となり、水素
Fは前記基体管1を介してその外表面に積層さた燃料側
電極4へ流入し、ここで前記固体電解f2中の酸素イオ
ンと反応して水を生成し、外部へ電子を放出する。他の
単セルにおいても同様の電極反応が生じて電気エネルギ
ーが発生し、フランジ板6内の導電材に集電された後、
外部に取り出される。なお、単セル5dの外側は隔壁1
1により燃料層と隔離された空気層であり、前記単セル
5dの外表面の酸素側電極3へはこの空気層中の酸素が
取り入れられる。また、燃料管10の外管に設けられた
燃料孔12は、電極反応に使用されなかった余剰燃料の
一部が該燃料孔12から空気層中に漏洩して燃焼し、空
気温度を高温に維持するためのものである。
第4A図および第4B図は、フランジ板6における集電
用導電材料の配置およびその結線方法を示す説明図であ
る。集電用導電材料工3はそれぞれ同心円状に配置され
ており、第4A図は直列結線を、第4B図は並列結線を
示している。各単セルで発生した電気エネルギーは、単
セルを支持するフランジ板6に蒸着された集電用導電材
料13に集電された後、外部に取り出される。なお、集
電用導電材料13の結線方法は各々燃料電池スタック内
で任意に選択することができる。
用導電材料の配置およびその結線方法を示す説明図であ
る。集電用導電材料工3はそれぞれ同心円状に配置され
ており、第4A図は直列結線を、第4B図は並列結線を
示している。各単セルで発生した電気エネルギーは、単
セルを支持するフランジ板6に蒸着された集電用導電材
料13に集電された後、外部に取り出される。なお、集
電用導電材料13の結線方法は各々燃料電池スタック内
で任意に選択することができる。
本実施例によれば、単セルの形状を一端が閉塞された円
筒状にし、その直径および高さを段階的に変化させたの
で、同心円状に多数組み合わせることができ、単位面積
当たりの単セル数が増加し、発電出力密度が高くなる。
筒状にし、その直径および高さを段階的に変化させたの
で、同心円状に多数組み合わせることができ、単位面積
当たりの単セル数が増加し、発電出力密度が高くなる。
また、隔壁11により燃料と空気との無用な接触を避け
るとともに、燃料孔I2から燃料の一部を空気側に洩ら
すようにしたので、この燃料が燃焼することにより空気
の温度を高温に維持することができ燃料の利用率が向上
する。
るとともに、燃料孔I2から燃料の一部を空気側に洩ら
すようにしたので、この燃料が燃焼することにより空気
の温度を高温に維持することができ燃料の利用率が向上
する。
本発明によれば、単セルを同心円状に多数配列して燃料
電池スタックを構成したので、単位面積当たりの単セル
数が増加し、発電出力密度が高(なる。
電池スタックを構成したので、単位面積当たりの単セル
数が増加し、発電出力密度が高(なる。
第1A図は、本発明の一実施例を示す固体電解質型燃料
電池を構成する単セルの断面図、第1B図は、第1A図
の部分詳細図、第2図は、本発明の一実施例を示す固体
電解質型燃料電池の燃料電池スタックの説明図、第3A
図および第3B図は、それぞれ第2図の断面図、第4A
図および第4B図は、それぞれ燃料電池スタックのフラ
ンジ板に蒸着された集電用°導電材料の結線方法例を示
す図である。 5a〜5d・・・単セル、6・・・フランジ板、7・・
・空気送給管、9・・・燃料送給管、11・・・隔壁。 代理人 弁理士 川 北 武 長 2:固体電解質 3:酸素側電極 4:燃料側電極 5a〜5d:単セル 6:フランジ板 7:空気送給管 8:空気管 9:燃料送給管 10: fi料斜 管1:隔壁 12:燃料孔 ζ り ζ /
電池を構成する単セルの断面図、第1B図は、第1A図
の部分詳細図、第2図は、本発明の一実施例を示す固体
電解質型燃料電池の燃料電池スタックの説明図、第3A
図および第3B図は、それぞれ第2図の断面図、第4A
図および第4B図は、それぞれ燃料電池スタックのフラ
ンジ板に蒸着された集電用°導電材料の結線方法例を示
す図である。 5a〜5d・・・単セル、6・・・フランジ板、7・・
・空気送給管、9・・・燃料送給管、11・・・隔壁。 代理人 弁理士 川 北 武 長 2:固体電解質 3:酸素側電極 4:燃料側電極 5a〜5d:単セル 6:フランジ板 7:空気送給管 8:空気管 9:燃料送給管 10: fi料斜 管1:隔壁 12:燃料孔 ζ り ζ /
Claims (1)
- (1)電子導電体からなる酸素極と、酸素イオン導電性
の固体電解質と、電子導電体からなる燃料極とをガス透
過性の基体管に積層した単セルを基板上に多数配列した
固体電解質型燃料電池において、前記基体管を一端が閉
塞された円筒状とし、その直径および高さを段階的に変
化させて単セルを構成し、この単セルを同心円状に多数
配列した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 |
|---|---|---|---|
| JP63097656A JPH01267964A (ja) | 1988-04-20 | 1988-04-20 | 固体電解質型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63097656A JPH01267964A (ja) | 1988-04-20 | 1988-04-20 | 固体電解質型燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01267964A true JPH01267964A (ja) | 1989-10-25 |
Family
ID=14198116
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63097656A Pending JPH01267964A (ja) | 1988-04-20 | 1988-04-20 | 固体電解質型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01267964A (ja) |
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-
1988
- 1988-04-20 JP JP63097656A patent/JPH01267964A/ja active Pending
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