JPH02227964A

JPH02227964A - 燃料電池

Info

Publication number: JPH02227964A
Application number: JP2007268A
Authority: JP
Inventors: Ulf Dr Bossel; ウルフ・ボツセル
Original assignee: ABB Asea Brown Boveri Ltd; Asea Brown Boveri AB
Current assignee: ABB Asea Brown Boveri Ltd; ABB AB
Priority date: 1989-01-18
Filing date: 1990-01-18
Publication date: 1990-09-11
Also published as: US5034288A; EP0378812A1

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１電気化学的エネルギー変換およびこれに必要な装置は、
他の変換方式に比してその良好な効率のため重視されて
いる。

本発明は、イオン導体としてセラミックの固体電解質を
使用する電気化学的高温電池に関しその際電池は使用さ
れる燃料とは十分に独立でありかつスペース節約型構造
を許容するようにする。

殊に本発明は、最小のスペースでできるだけ高い出力を
得るため安定化された酸化ジルコニウムからなる高温固
体電解質を基礎とする燃料電池の構造に関する。

［従来の技術１セラミックの固体電解質を有する高温燃料電池は多数の
刊行物から公知である。この種の電池の本来の単電池は
種々の形状および寸法を有することができる。電圧の抵
抗損を小さくするため、に、いたる所で、電解質層の厚
さをできるだけ低くすることが試みられた。さらに、単
電池の形状および寸法は、必要な端子電圧を得るｔ；め
および電流を比較的低くするために、多数の単電池の電
気的直列接続の可能性の数にもよる。次の形の単電池が
存在する：円筒形管　　（ｆｉｔｅｓｔ　ｉｎｇｈｏｕｓｅ）円錐
形管“トサク”類似　（Ｄｏｒｎｉｅｒ）台形波板　　
（Ａｒｇｏｎｎｅ）円形板　（ＺＴＥＫ）セラミックの固体電解質を有する燃料電池の発展におい
ては、従来はほとんど管状燃料電池の単電池の形のセラ
ミック部材の改善および低廉化のみに向けられていた。

単電池の直列接続に有利な適当な形状によってできるだ
け最適のスペース利用および高い電圧を得るための適当
な構造に関しては、実際に何の指摘も存在しない。

技術水準には下記の印刷物が挙げられるニーアンドンセ
ン（０，Ａｎｔｏｎｒｅｎ）　、ボーカル（Ｗ。

Ｂａｕｋａｌ）およびフ（ラシャ−（Ｗ、Ｆｉｓｃｈｅ
ｒ）、「セラミック電解質を有する高温燃料電池バッテ
リ」、ブラウン・ポーベリ・ミットタイルンゲン（Ｂｒ
ｏｗｎ　Ｂｏｖｅｒｉ　Ｍｉｔｔｅｉｌｕｎｇｅｎ）、
１９６６年１月／り月号、第２１頁〜第３０頁−米国特
許１４６９２２７４号 −米国特許第４３９５４６８号一ドラルド（Ｗ、Ｊ、Ｄｏｌｌａｒａ）およびパーカー
（Ｗ、Ｇ、Ｐａｒｋｅｒ）、「ウェスチングハウス・エ
レクトリック・コーポレイシジン固体酸化物燃料電池プ
ログラムの展望Ｊ、１９８７年１０月２６日〜２９日オ
ランダ国ハーグで開催された“燃料電池工学および用途
に関する国際セミナー”の広範な抜粋一ロール（Ｆ、Ｊ、Ｒｏｈｒ）、′高温燃料電池、固体
電解質”　　１９７８年Ａｃａｄｅ＋＋＋ｉｋ　Ｐｒｅ
ｓｓ　Ｉｎｃ。

発行、第４３１頁以降一フイー（Ｄ、Ｃ，Ｆａｅ）等、　一体式燃料電池の発
展′″　アルゴンヌ国際研究所、１９８６年タクソンで
開催された１９８６年度燃料電池セミナーにて提出され
た、米国エネルギー省シカゴ大学燃料電池に使用される公知の基本単電池は、たいてい比
較的複雑な形状寸法を特徴とし、これがコンパクトでス
ペース節約型装置の組立を困難にする。さらに、提案さ
れた形により、大工業的規模での合理的製造はほとんど
不可能である。殊に、単電池の最適な直列接続に使用し
うる、簡単な製造手段で実現しうる形態は存在しない。

従って、セラミック高温燃料電池を基礎とする、基本部
材の製造および組立ての発達、簡略化および合理化、お
よびそれらの最適な相互配置を求める要求が存在する。

［発明が解決しようとする課題］本発明の課題は、最小のスペースで最高の出力が得られ
、多数の単電池の申分のない直列接続および極めて僅か
な損失で隣接電池間の良好な電流通過を保証しかつブロ
ック状に集成して大きい出カニニット装置にすることの
できる、安定化された酸化ジルコニウムからなる高温固
体電解質を基礎とする燃料電池の構成を提供することで
ある。燃料電池およびその他の部材の組立および配置な
いしは構成は、合理的な大工業的製造を保証しなければ
ならない。

［課題を解決するための手段］この課題は、最初に述べた配置の燃料電池において、そ
れぞれ平たい薄板からなる幾つかの燃料電池単電池がス
タック状に積層化され、そのつと一方の単電池の酸素極
が次の単電池の燃料極と導電性部材によって接続されて
いるように電気的に直列接続されていることによって解
決される。

次に添付図面につき本発明を実施例により詳述する。

第１図は、単電池および双極極板の構成の断面図が示さ
れている。ｌは、この場合ドープされ、安定化されたＺ
「０２の形のセラミック固体電解質である。２はたとえ
ばＬａ／Ｍｎ−ペロブスカイトからなる多孔性（正）酸
素極であり、３はたとえばＮｉ／ＺｒＯ２サーメットか
らなる多孔性（負）燃料極である。４は、単電池の酸素
極２と次の単電池の燃料極３との間の電流伝導を保証す
る双極極板である。同時に該双極極板は、フィルタプレ
スの原理に従って組立てられた、多数の直列に接続され
た単電池のスタック全体の摩擦接続的な機械的結合部材
である。このようなスタックの軸方向の圧力Ｐは、圧力
作用点（ないしは圧力作用線）５を経て隣接する電極に
伝達される。相応する隆起を備えた双極極板４は、圧縮
力の作用線（ないしは作用面）が全スタックを通して１
列に整列しているように配置されている。従って、圧縮
力のみが加えられる。従って、双極極板４は付加的な曲
げまたはせん断を受けない。これによって、双極極板が
ひび割れまたは破折する危険ならびに電極面に対する接
触圧力Ｐが使用により低減する危険が最小に低下する。

双極極板４および隣接する電極２ないしは３によって、
ガス状酸素キャリヤ（空気）用通路７ないしはガス状燃
料（ＣＨ４）用通路８が形成する。

第２図は、個々の双極極板の原理的構造を示す暗示断面
図である。双極極板４は、本来の板状の平たい物体が両
側に、接触個所における高められた圧力を隣接する電極
に及ぼすための隆起【ふしくＮｏｐｐｅｎ）　ｓ　うね
（Ｒｉｐｐｅｎ）　］　を備えてなる。圧力作用点（な
いしは圧力線）５゜第３図は、リベットを有する金属製
双極極板の断面を示す。この場合、双極極板４はリベッ
ト１０を備え、その丸頭が両側に突出している平たい薄
板からなる。材料としては、ニッケル合金または白金族
金属合金のような高温材料が挙げられる。

第４図には、プレス成形体として構成された双極極板の
断面図が示されている。双極極板４は平たい中心部とぶ
しくないしは境界縁またはうね）１１が一体式全体を形
成してなる。プレス成形体は薄板から圧延、プレス作業
等によるかまたは粉末冶金の方法に従って製造されてい
てもよい。

第５図には、薄板からなる金属の双極極板の断面図が示
されている。この場合、双極極板４はふしまたはうねを
備え、重ね合され、互いに強固に溶接された２つの対称
な薄板１２からなる。溶接部１３は断面が黒いレンズ状
の点によって示されている二点溶接ないしはシーム溶接
第６図は、セラミックまたはサーメット複合材料からな
るプレス成形体として構成された双極極板の断面を示す
。中心の板状体は、ふしまたはうね１４と共に一体式全
体を形成する。双極極板４は、原則的に第４図と同じ形
を有するが、この場合中心部材は若干丈夫に構成される
。製造は、セラミックの粉末冶金に近縁の方法に従って
行なわれる。

第７図はプレス成形体としてセラミック材料からなる、
片側に表面保護層を有する双極極板の断面図である。ふ
しまたはうねを備えるプレス成形体１５は第６図のプレ
ス成形体に十分に一致する。プレス成形体１５の一方の
側、望ましくは酸素側は、表面保護層１６を備えている
この場合、たとえば導電性のＬａ／Ｍｎ−ペロプスカイ
ト（酸素極２と同じかまたは類似の材料）からなる耐酸
化性の表面保護層である。被覆は、噴霧、吹付け、とぶ
漬け、刷毛塗り、未加工シートの圧延によるかまたは粉
末冶金法に従って行なわれる。

第８図は、複合体として薄板とそれに圧着されたセラミ
ック材料からなる双極極板の断面図を示す。ふしまたは
うねを備える薄板１２は、片側が、同様に対称に配置さ
れたふしまたはうねを備えるセラミック材料からなる物
体１７で覆われている。この物体１７は薄板１２に圧着
するかないしはその凹みに押込まれ、とくに導電性で耐
酸化性の、たとえばＬａ／Ｍｎ−ペロブスカイトからな
るセラミック材料からなる。製造は、セラミックおよび
粉末冶金の常法に従って行なわれる。

廚９図は、側方の境界縁を有する双極極板の斜視図を示
す。金属またはセラミック材料またサーメットからなる
双極板４は、その上側ならびに下側（見えない）にふし
１８を有する。その上側（燃料側）で、双極極板はその
左右の縁部に、前方から後方に延びる何方の境界縁１９
を１つ宛有する。その下側（酸素側）で、双極極板は前
方の縁部および後方の縁部に、左から右へ延びる側方の
境界縁２０をそれぞれ１つ備えている。境界縁１９およ
び２０の長手方向は互いに直角であり、これはガス状媒
体の流れ方向とも一致する。これは０２（酸素側）およ
びｃｎ４　（燃料側）用の矢印によって示唆されている
。従って直交流原理である。

第１Ｏ図は、多数の単電池および所属するガス状媒体の
案内および通路を有する双極極板からなるスタックの斜
視図である。２１は、単電池４のスタックの正極である
酸素側の端板である。２２は燃料側の端板（負極）であ
る。ｌは固体電解質であり、２は酸素極であり、３は燃
料極である。２３は正端子への導線、２４は負端子への
導線である。矢印２５はガス状酸素キャリヤ（たとえば
空気）の供給、矢印２６は過剰量のガス状酸素キャリヤ
およびバラスト物質（この場合には窒素）の排出を表わ
す。矢印２７はガス状燃料（たとえばＣＨ４）の供給を
表わし、矢印２８は過剰量の燃料およびガス状反応生成
物（ＣＯ２；　Ｈ２０）の相応する排出を表わす。

燃料電池４のスタックへのガス状媒体の供給およびそれ
からの排出は、スタックの側方に配置された相応する通
路によって行なわれる。２９はガス状酸素キャリヤの供
給路の通路壁であり３０は０２過剰量およびバラストの
排出路の相応する通路壁である。３１はガス状燃料の供
給路の通路壁を表わし、３２は燃料過剰量および反応生
成物の排出路の通路壁を表わす。矢印０２およびＣＨ４
によって、双極極板４内部の流れ方向が表わされている
。直交流原理は全スタック中で必然的に実現されている
。もちろん、第１０図とは異なり、ガス状媒体の排出は
上方（送入の流れとは反対方向）の代りに下方（送入の
流れと同方向）へ行なうこともできる。

第１１図には、ガス状媒体の案内が所属している、多数
の正方形の燃料電池スタック構造の平面図が表わされて
いる。３３は、双極極板を有する多数の単電池（この場
合には正方形横断面（平面図））のスタックである。３
４は平面図が燃料電池スタックのチェス盤状構成によっ
て形成される、ガス状酸素キャリヤの正方形断面の煙突
状供給管である。２５は、紙面に対し垂直で、紙面中へ
進入する方向を有する流れ方向の相応するベクトルであ
る。３５は、０２過剰量およびバラストの相応する煙突
状排出である２６は、紙面に対し垂直でこの紙面から脱
出する方向を有する流れ方向の相応するベクトルである
。紙面内、つまり燃料電池内ないしは電極と双極極板と
の間でのガス状媒体の流れ方向は、矢印０２およびＣＨ
４ならびに矢じり（０２）　；　Ｎ２および（ＣＨ４）
　；　ＣＯ２；　Ｈ２０によって表わされている。１つ
のスタック内では、双極極板は平面図で、流れ方向は相
応するうねの間に明瞭に認められる（直交流原理）。こ
の場合、０２は双極極板の下方を流れ、ＣＨ４は双極極
板の上方（観察者から見て）を流れる。全スタックバッ
テリの外側境界部には、断面の減少した通路（より小さ
い容積流に相当）が配置されている。

第１２図には、ガス状媒体の案内が所属している、多数
の八角形の燃料電池スタックの構成の平面図が示されて
いる。すべての参照記号は原則的に第１１図の記号と一
致する。ガス状媒体の煙突状通路の正方形断面を流動技
術的（空気力学的、熱力学的）に必要な程度に縮小する
ことによって、燃料電池および双極極板の八角形の平面
図が形成された。一般に、この場合にガス状酸素キャリ
ヤ（空気）およびバラスト（Ｎ２）はガス状燃料（ＣＨ
４）および反応生成物（ＣＨ２；　Ｈ２０）よりも小さ
い容積流を表わし、さらに酸素キャリヤには燃料電池内
で短い通路が有利であり、それに反して燃料には長い通
路が有利であるので、燃料電池には不等辺八角形が生じ
る。相応に、ガス状媒体の煙突状通路は異なる断面を有
する。燃料電池および双極極板の不等辺八角形は、多数
のスタックからなるブロックの最適のスペースの利用を
許す。これにより、同時に非常に有利な熱力学において
この構成を用いると、できるだけ高い出力密度を得るこ
とができる。

［実施例１例　ｌ（第３図）市販名“インコネル（Ｉｎｏｃｏｎｅｌ）　”を有する
、高い温度において高い耐酸化性および耐腐蝕性を有す
る金属材料から、平たい双極極板４を製造した。材料は
次の組成を有していた：Ｎ１＝８０重量％Ｃｒ＝１４重量％Ｆａ＝５重量％極板は正方形で、１辺の長さ４０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍ
を有していた。極板は１辺の長さ４６＋ｍｍＸ４６ｍ＋
ｍの薄板９から製造され、相対する側において下向き方
向に、それに対し垂直な上向き方向にそれぞれ３ｍｍだ
け縁盛りされていた（第９図の原理参照）。平たい部分
は同じ材料からなる直径２１１＋１のリベットＩＯを、
その軸が極板の１辺に対して平行な直線で６肩講の距離
を有し、各２個の隣接するリベットの列がそのｌ／２の
大きさ（３ｍｍ）だけ互いに転置されているように備え
ていた。リベット１０の頭は、双極極板４の両側で平行
平面に研磨された。酸素側にはプラズマスプレーによっ
てＬａ／Ｍｎペロプスカイトからなる厚さ約５０μ肩の
層が設けられた。双極極板４および単電池（第１図の１
，２．３）からなるスタックに合計約７．２Ｎの負荷を
かけ、従ってリベット１０１個あたりの圧縮力Ｐは平均
して０．２Ｎであった。

例　２（第４図参照）例１と同じ材料から、ふし１１を備える双極極板４を熱
間プレスした。極板は平均０．６ｍｍの厚さであり、１
辺の長さ６０１１ＩＩＩを有していた。ふし１１は底面
の直径１．０ｍｙｓ、頂面の直径０．６＋ｍｍを有する
円錐形を有していた。両側で測定したその全高は２．２
講肩であった。転置して配置されたうねの列の間隔は７
■であった。

ふし１１は両側で十分に研磨された。

双極極板と単電池からなるスタックに極板面に対して垂
直に１６Ｎを負荷し、その結果リベットには０．２５Ｎ
宛の力が個々に作用した。

例　３（第５図参照）ニッケル基合金からなる薄板から、２個の波形板を製造
した。市販名“ニモニク（Ｎｉｍｏｎｉｃ）８０Ａ″を
有する材料は次の組成を有していた：Ｃ「＝１９．５　　重量％Ａｌ−１，４重量％Ｔｉ＝２．４　　重量％Ｚ「・　０．０６重量％Ｍｎ・　０．３０重量％Ｓｉ　＝　　０．３０重量％Ｂ　・　０．００３重量％Ｃ・　０．０６重量％Ｎｉ　　・　　　残　　り厚さ０．５ｍｍの薄板１２の台形うねは中心の間隔６ｍ
ｌ＋１底面で２．５ｍｍの幅、頂面で１．５＋ａ＋ｍの
幅を有していた。５０１１！１Ｘ５０＋ｌＸｍの面積を
有する薄板を２個宛対称に積重ね、シーム溶接１３によ
って互いに強固に結合した。こうして形成した双極極板
４のうねは両側で一列に整列しているので、使用時には
主として圧縮力のみが伝達された。うねの頭は両側で平
らに研磨された。酸素側は約４０Ｐｍの厚さのＬａ／Ｍ
ｎペロブスカイト層を備えていた。

例　４（第６図および第７図参照）例２に記載したと類似の構造を有する双極極板４を、導
電性セラミック材料炭化ケイ素ＳｉＣからプレス成形し
、焼結した。プレス成形体１５は０．８ｍｍの厚さを有
し、ふし１４にわたって測定したその全高は５．０＋ｉ
＋ｍであった。転置して配置されたこぶの列の間隔は８
ＩＩＩ１１であった。ふし１４は、底面の直径０　、８
　ｊｌｍ、　　頂面の直径０．６ｍｍの円錐形を有して
いた。ふし１４の頂面は極板の両側で平らに研磨された
。次いで、酸素側に厚さ３０μ講の、Ｌａ／Ｍｎペロブ
スカイトからなる耐酸化性表面層１６をプラズマスプレ
ーによって設けた。

例　５（第８図参照）ニモニク８０Ａからなる薄板から、例３によりまず波形
板を製造した。寸法は例３におけると同じであった。う
ねを備える薄板１２上へ、導電性の耐酸素性セラミック
材料を圧着し、焼結した。この場合には、この目的のた
めにＬａ／Ｍｎペロプスカイトを使用した。中実部での
双極極板４の全厚は１．ｏｓｖであり、うねにわたって
測定した全高は２．３ｍｍであった。焼結した後、双極
板の両側でうねの頂部は平らに研磨しｔ二。

例　６（第７図および第９図参照）例４により、炭化ケイ素ＳｉＣからなる双極極板４をプ
レス成形し、焼結した。極板は第７図に相応して両側に
ふし１８（第９図）を備えた。平面図は正方形であった
。１辺の長さは４０１１１！であった。燃料側で、相対
する２つの辺に、各３＋ｘｍ幅の境界縁１９を設けた。

縁１９はふし１８の高さに相当するよりも４０μｍだけ
低かった。酸素側で、相対する２つの辺に、ただし９０
″転置して同様に各３■輻の境界縁２０が存在し、該縁
は高さが相応するふしよりも４０μｍ引込んでいた。

酸素側は、Ｌａ／Ｍｎペロプスカイトからなる厚さ４０
ｐｍの耐酸化性表面層１６で被覆しＩ；。

すべての接触面は平行平面に研磨した。

例　７（第１Ｏ図参照）市販名二モニク９０を有する材料（耐熱性ニッケル基合
金）から、２０個の双極極板４およびそれぞれ１つの酸
素側端板（２１）および燃料側端板（２２）を製造した
。合金は次の組成を有していた：Ｃｒ＝１９．５　　重量％Ｃｏ　＝　１６．５　　重量％Ａｔ　＝　　１．４５重量％Ｔｉ　＝　　２．４５重量％Ｚｒ　＝　　０．０６重量％Ｍｎ＝０．３０重量％Ｓｉ　＝　　０．３０重量％Ｂ　　＝　　０．００３重量％Ｃ＝　　０．０７重量％Ｎｉ　　＝　　　　残　　り双極極板４および端板２１および２２は、１辺の長さｌ
ｏＯｍ＋ｘの正方形の平面図を有し、中心部でｌ＋ｕ＋
＋の通し厚さを有していた。これらは、両側にそれぞれ
１群の平行で側面ごとに９０゜直交するうねを備えた。

うねは軽度の勾配を有し、２１１１１の平均幅および３
ｍｍの高さを有していた。その中心間隔は１０ｍｍであ
った。酸素側は、５ｂ２ｏ３でドープされた５ｎ０２か
らなる厚さ５０μｍの耐酸化性層で被覆した。同様に１
０１００ｍｍＸ１００の正方形の寸法の単電池２１個を
製造した。固体電解質は安定化されたＺｒＯ２からなり
、１００μ調の厚さを有していた。（正）酸素極２は、
厚さ５０μｍのＬａ／Ｍｎペロプスカイトからなってい
た。（負）燃料極３は、Ｎｉ／ＺｒＯ２サーメットから
製造した。合計２１個の単電池（１１２，３）および２
０個の双極極板４ならびに端板２１および２２のスタッ
クを構成し、１００Ｎの軸方向力を加えた。スタックは
導線２３および２４ならびにガス状媒体を案内するため
の通路壁２９．３０．３１および３２によって補完され
た。

本発明は実・施例に限定されていない。最小のスペース
でできるだけ高い出力を得るための、安定化された酸化
ジルコニウムからなる高温固体電解質を主体とする燃料
電池の１構成は、それぞれ１個の平たい薄板からなる幾
つかの燃料電池単電池が積層化され、それぞれ一方の単
電池の酸素極が次の単電池の燃料極と導電性部材によっ
て結合されているように電気的に直列に接続されている
ことを要旨とする。この場合、各１０〜２０個の単電池
のパケットに、機械的保護のだめのセラミック材料から
なる機械的中間部材が続くのが有利である。導電性部材
は、金属、セラミックまたはサーメット材料からなる双
極極板の形で設けられている。双極極板は両側に、極板
面に対して垂直に見て、−列に整列している、ふしまた
はうねの形の隆起を備えており、この場合双極極板の両
側で最後の電極と隣接する単電池の双方の異符号電極と
の間にこうして形成した空所が流動するガス状媒体の通
路を形成する。

双極極板はｌ構成では、高温ニッケル合金または白金族
金属合金から選択されｔ；金属材料からなり、リベット
を有する薄板としてまたはプレス成形体としてまたは溶
接された薄板中空体として構成されている。他の構成に
おいては、双極極板は、導電性炭化物またはペロプスカ
イトまたは酸化ジルコニウム／ニッケルサーメットまた
は前記材料の少なくとも２つの組合せから選択されたセ
ラミック材料またはサーメットからなり、プレス成形体
としてまたは片側にセラミックおよび／または金属材料
からなる付加的表面層を設けたプレス成形体として構成
されている。双極極板は、燃料側ならびに酸素側にそれ
ぞれ２個の側方境界縁を有し、その際酸素側での境界縁
の長手軸は酸素側での境界縁の長手軸に対して垂直であ
るので、双極極板のそれぞれの側にガス状媒体に対する
通路が双方の通路の長手軸、ひいては流れ方向が９０°
の角度で交叉するように形成される。

燃料電池の構成は、交互に平たい燃料電池と双極極板の
形の導電性部材からなるスタックが、直交流原理によっ
て配置された、ガス状酸素キャリヤおよびガス状燃料供
給用通路ならびに過剰のガス状酸素キャリヤおよびバラ
ストガス排出用および過剰の燃料およびガス状反応生成
物排出用通路により蔽われておりかつ酸素側端板および
燃料側端板は正端子および負端子へのそれぞれ１つの導
線を備えているように行なわれる。大型のものでは、燃
料電池と双極極板とを有する多数のスタックは、極板面
に直立するそれらの縦軸が互いに平行および垂直で、そ
の平面図はスタックとその中間にあるガス状媒体用通路
の正方形のチェス盤様のパターンを形成し、不等辺八角
形のスタックとその中間にある、酸素キャリヤおよび燃
料用大きさの異なる正方形の通路断面のパターンを形成
するように組立てられている。燃料電池とその中間にあ
る導電性部材とは、有利には一緒に焼結することにより
互いに強固に結合されている。

【図面の簡単な説明】

添付図面は本発明の実施例を示すもので、第１図は燃料
電池と双極極板との構成の断面図であり、第２図は暗示された双極極板の断面図であり、第３図は
リベットを有する金属製双極極板の断面図であり、第４図はプレス成形体として構成された金属製双極極板
の断面図であり、第５図は薄板からなる金属製双極極板の断面図であり、第６図はプレス成形体として構成された、セラミックま
たはサーメット複合材料からなる双極極板の断面図であ
り、第７図は片側に表面保護層を有する、プレス成形体とし
てセラミック材料からなる双極極板の断面図であり、第８図は複合体として薄板とそれに圧着されたセラミッ
ク材料からなる双極極板の断面図であり、第９図は側方境界縁を有する双極極板の斜視図であり、第１０図は所属するガス状媒体の案内または通路を有す
る多数の単電池および双極極板からなるスタックの斜視
図であり、第１１図は所属するガス状媒体の案内を有する多数の正
方形の燃料電池スタックの構造の平面図（腑敞図）であ
り、第１２図は所属するガス状媒体の案内を有する多数の六
角形の燃料電池スタックの構造の平面図（腑敞図）であ
る。ｌ・・・固体電解質、２・・・酸素極、３・・・燃料極
、４・・・双極極板、５・・・圧力作用点、６・・・圧
力作用線、７・・・ガス状酸素キャリヤ用通路、８・・
・ガス状燃料用通路、９・・・平たい薄板、１０・・・
リベット、ｌｌ・・・金属からなるプレス成形体のふし
またはうね、１２・・・ふしまたはうねを有する薄板１
３・・・溶接部分、１４・・・セラミックまたはサーメ
ットからなるプレス成形体のふしまたはうね、１５・・
・ふしまたはうねを有する、セラミックまたはサーメッ
ｉ・からなるプレス成形体、１６・・・片側の耐酸化性
表面層（Ｌａ／Ｍｎペロプスカイト）、１７・・・ふし
またはうねを有する、セラミックからなる、薄板に押込
まれた耐酸化性成形体（Ｌａ／Ｍｎペロブスカイト）、
１８・・・ふし、１９・・・側方の境界縁枠（燃料側）
、２０・・・側方の境界縁枠（酸素側）、２１・・・酸
素側端板（正極）、２２・・・燃料側端板（負極）、２
３・・・正端子への導線、２４・・・負端子への導線、
２５・・・ガス状酸素キャリヤ（空気）の供給、２６・
・・過剰のガス状酸素キャリヤおよびバラスト（窒素）
の排出、２７・・・ガス状燃料（ＣＨ４）の供給、　２
８・・・過剰の燃料およびガス状反応生成物（ＣＯ２；
Ｈ２Ｏ）の排出、２９・・・ガス状酸素キャリヤ用供給
路の通路壁、３０・・・０２過剰量およびバラスト用排
出・路の通路壁、３１・・・ガス状燃料用供給路の通路
壁、３２・・・燃料過剰量および反応生成物用排出路の
通路壁、３３・・・多数の単電池と双極極板とのスタッ
ク、３４・・・ガス状酸素キャリヤ用煙突状供給路、３
５・・・０２過剰量およびパラスト用煙突状排出路、６・・・ガス状燃料用煙突状供給路、７・・・燃料過剰量および反応生成物用煙突状排出路ＦＩＧ、５ＦＩＧ　７】ｂＦＩＧ、８１フＦＩＧ、３ＦＩＧ、４１９．２０・側方境界縁２Ｌ２２・、端板２５−’ＩＩ素キャリヤ供給甲通路２６・酸素キャリヤ排出甲通路

Claims

【特許請求の範囲】１、最小のスペースでできるだけ高い出力を得るための
、安定化された酸化ジルコニウムからなる高温固体電解
質を基礎とする燃料電池において、それぞれ平たい薄板
からなる幾つかの燃料電池単電池（１；２；３）がスタ
ック状に積層化され、一方の単電池の酸素極（２）が次
の単電池の燃料極（３）と導電性部材（４）によって結
合されているように電気的に直列接続されていることを
特徴とする燃料電池。２、それぞれ１０〜２０個の単電池のパケットに、セラ
ミック材料からなる機械的中間部材が続く、請求項１記
載の燃料電池。３、それぞれ２個の隣接する燃料電池単電池の間に、金
属、セラミックまたはサーメット材料からなる双極極板
の形の導電性部材が１個宛設けられている、請求項１記
載の燃料電池４、双極極板（４）が両側に、極板面に対
して垂直に見て、一列に整列している、ふし（１１）ま
たはうねの形の隆起を備えており、こうして形成する空
所により双極極板の両側で隣接する単電池の最後の電極
と、２つの異符号電極（２；３）との間に流動するガス
状媒体用通路が存在する、請求項３記載の燃料電池。５、双極極板（４）が、高温ニッケル合金または白金族
金属合金から選択された金属材料からなり、リベット（
１０）を有する薄板（９）として、またはプレス成形体
としてまたは溶接された薄板中空体（１２；１３）とし
て構成されている、請求項４記載の燃料電池。６、双極極板（４）が、導電性炭化物またはペロブスカ
イトまたは酸化ジルコニウム／ニッケルサーメットまた
は前記材料の少なくとも２つの組合せから選択されたセ
ラミック材料またはサーメットからなり、プレス成形体
として、または片側に設けられた、セラミックおよび／
または金属材料からなる付加的表面層を備えるプレス成
形体として構成されている請求項４記載の燃料電池。７、双極極板（４）が燃料側ならびに酸素側にそれぞれ
２つの側方境界縁（１９；２０）を有し、その際燃料側
の境界縁（１９）の縦軸は酸素側の境界縁（２０）の長
手軸に対し垂直であるので、双極極板（４）のそれぞれ
の側にガス状媒体用通路が、双方の通路の長手軸、ひい
ては流動方向が９０°の角度で交叉するように形成され
ている、請求項３記載の燃料電池。８、交互に平たい単電池および双極極板（４）の形の導
電性部材からなるスタックが、直交流原理により配置さ
れ、ガス状酸素キャリヤの供給用通路（２５）およびガ
ス状燃料の供給用通路（２７）、ならびに過剰のガス状
酸素キャリヤおよびバラストガスの排出用通路（２６）
および過剰の燃料およびガス状反応生成物の排出用通路
（２８）により蔽われており、酸素側および燃料側の端
板（２１；２２）の正端子および負端子への導線が１つ
宛設けられている、請求項１記載の燃料電池。９、単電池と双極極板を有する多数のスタック（３３）
が、極板面上に直立するそれらの縦軸が互いに平行およ
び垂直に配列されていたそれらの平面図がスタック（３
３）とその中間にあるガス状媒体用通路（３４；３５；
３６；３７）の正方形チエス盤様パターンまたは不等辺
八角形のスタックとその中間にある異なる大きさの正方
形の、酸素キャリヤ（３４）および燃料（３６）用通路
断面のパターンを形成する、請求項８記載の燃料電池。１０、単電池とその中間にある導電性部材が、一緒に焼
結することにより互いに強固に結合されている請求項１
記載の燃料電池。