JPH03236162A - 固体電解質型燃料電池 - 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］ 本発明は燃料の有する化学エネルギーを直接電気エネル
ギーに変換させるエネルギ一部門で用いる燃料電池のう
ち、固体電解質を用いる固体電解質型燃料電池に関する
ものである。

［従来の技術１ 固体電解質型燃料電池は、リン酸型燃料電池（第一世代
）、溶融炭酸塩型燃料電池（第二世代）に代る第三世代
の燃料電池として、現在開発に向は検討か進められてい
る。

現在検討が進められている、かかる固体電解質型燃料電
池には、平板型と円筒型等がある。

円筒型の固体電解質型燃料電池は、第３図に示す如く、
多孔質体を管状にしてなる支持管１の外周部に、順番に
酸素極３と、固体電解質よりなる電解質膜２と、燃料極
４を、酸素極３が内側となるように積層してセルＣとし
、上記セルＣを支持管１の軸心方向に所定間隔を隔てて
配設し、且つ支持管１上で軸心方向に隣接するセルＣ間
ｋ、一方のセルＣの酸素極３から他方のセルＣの燃料極
４へ電気を通す電路として機能するインタコネクタ５を
配置して、セルＣ同士を直列に接続し、支持管１の内側
に空気（０２ガス）を供給し、又、支持管１の外側に燃
料ガス（Ｈ２ガス）を供給するようにした構成とし、か
かる構成のものを並列に配置し、更に、これらを積層さ
せるようにしである。

上述した従来の固体電解質型燃料電池では、支持管１内
に供給された空気か支持管１と酸素極３の壁を通過して
電解質膜部へ移行する口とにより反応か行われ、この反
応で生成された酸素イオン（０−）は電解質膜２を通し
て燃料極４へ到達させられる。一方、燃料極４側では、
供給された燃料カスと上記酸素イオンとか反応して水と
して排出されるようにしである。なお、固体電解質とし
ては、イツトリア安定化シル］ニア系のセラミックスを
適用したものとしである。

［発明か解決しようとする課題］ ところか、上記従来の固体電解質型燃料電池は、第４図
に示す如く、各セルＣでの反応により発電か行われると
、電気は燃料極４側から矢印［の如く電解質膜２を通っ
て酸素極３側へ流され、且つ燃料極４と酸素極３を電路
として軸心方向に流れるようにしであるため、直列に接
続されたセルＣ間では、一方のセルＣの酸素極３を軸心
方向に流れた電気かインタコネクタ５を通って他方のセ
ルＣの燃料極４へ流れ、該燃料極４を軸心方向へ流れる
と同時に半径方向内方へ流れて酸素極３より更に他のセ
ルＣへと直列に流れることになるか、酸素極３も燃料極
４もａ　ｔｌ！Ｊ　’ａ造てあり、これを電路として軸
心方向に流れることから内部抵抗が大きくなり、電圧効
果が落ちて、燃料電池としての発電能力か低下するとい
う問題があり、又、容積効率を高めるためセルＣの径を
小さくしようとしても、セルＣを細径化すると酸素極３
、燃料極４の電路の断面積部それだけ小さくなって内部
抵抗はますます大きくなり、電気の流れか悪くなるので
、容積効率を高めるためにセルＣを細径化することがで
きない。

そこで、本発明は、上述した従来方式と同様に支持管の
外側に薄膜構造の酸素極と燃料極を用いたセルを配置し
た構成において、内部抵抗を小さくして電気の流れがよ
くなるようにした固体電解質型燃料電池を提供しようと
するものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、上記課題を解決するために、多孔質体の支持
管の外周に、円筒状の電解質膜の内外側に薄膜構造の円
節状の酸素極と燃料極を重ね合わせてなるセルを配置し
て円筒型にした固体電解質型燃料電池において、上記酸
素極と接する支持管の外面の少なくとも１個所（、酸素
極側電路としての導電材を軸心方向に設置し、且つ燃料
極外面の少なくとも１個所に、燃料極側電路としての導
電材を軸心方向に設置した構成とする。支持管上には複
数のセルを配置して、セル同士はインタコネクタを介し
て連結し、方のセルから他方のセルへと電気がインタコ
ネクタを通して流れるようにする。

［作　　用］ 支持管の内側に供給された空気が酸素極側を通って電解
質表面へ移行することにより反応が行われ、燃料極側で
は、供給された燃料カスと、酸素極側から電解質膜を通
して来た酸素イオンとの反応か行われる口とによって発
電か行われると、電気は燃料極を軸心方向へ流れるとき
燃′！４極側電路としての導電材を流れ、該導電材のな
いところでは電気は燃料極を周方向に流れて上記導電材
を軸心方向へ流れることになる。又、燃料極から電解質
膜を通して酸素極側へ流れた電気は、酸素極側電路とし
ての導電材を軸心方向に流れる。これにより酸素極及び
燃料極が薄膜構造でも軸心方向へ電気か流れるときの内
部抵抗を小さくできて電池としての発電能力を向上させ
ることができる。又、セルを細くしても内部抵抗は小さ
くできて、全体を細くすることかできるので、容積当り
の発電密度を向上させることもできる。

［実　施　例１ 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図及び第２図は本発明の一実施例を示すものて、第
３図に示した従来の固体電解質型燃料電池と同様に、多
孔質体の支持体としての支持管１の外周に、円筒状の電
解質膜２の内外側に円筒状の薄膜構造の酸素極３と燃料
Ｖｉ４を重ね合わせてなるセルＣか配置しである構成に
おいて、上記支持管１の外面の１個所に、酸素極側電路
となる導電材６を軸心方向へ平行に埋め込んで設けて、
該導電材６の外面を酸素極３の内面と畜＠させ、燃料極
４側から流れて来た電気か酸素極３から導電材６に流れ
、該導電材６を軸心方向へ流れるよう（し、又、上記燃
料極４の外面の１個所に、燃料極側電路となる導電材７
を軸心方向へ平行に設け、燃料極４を軸心方向へ流れよ
うとする電気か燃料極４から導電材７に流れて、該導電
材７を軸心方向へ流れるようにする。又、上記支持管１
の外周には、複数のセルＣを所要間隔を隔て配置して、
軸心方向に隣接するセルＣ同士は、一方のセルＣの酸素
極３及び導電材６から他方のセルＣの燃料極４及び導電
材７へ電気を流す電路として機能するリング状のインタ
コネクタ８を介して直列に接続した構成とする。

なお、上記酸素極側電路としての導電材６と燃料極側電
路としての導電材７の軸心に直角方向の各断面積は、そ
れぞれ酸素極３と燃料極４の断面積に比へ十分大きいく
たとえば、１０倍程度以上）ものとする。

支持管１の内側に空気へを供給すると、空気へは多孔質
の支持管１と酸素極３の壁を通過して電解質膜２へ供給
されるので、ここで反応が行われる。この反応により生
成された酸素イオン（０−）は、電解質膜２を通して外
側の燃料極４へと達し、ここで、燃料極４側へ供給され
た燃料ガスＦと接触して反応が行われる。

上記反応により生じた電気は、逆に燃料へ４側から内側
の酸素極３側へと矢印Ｆの如く流れ、又、同時に電気は
燃料極４を電路として軸心方向へ流れようとすると共に
、酸素極３に達した電気は該酸素極３を電路として軸心
方向へ流れようとするか、本発明では、酸素極３側と燃
料極４側にそれぞれ専用の電路として導電板６と７を設
けているので、燃料極４を軸心方向に流れようとする電
気は燃料極側電路としての導電材７を軸心方向に流れる
と同時に、電解質膜２を通して半径方向の内側の酸素極
３側へも流れる。この際、燃料極側電路としての導電材
７か設置してない個所では、電気は燃料極４自体を軸心
方向へ流れることなく、燃料極４は周方向へ流れて導電
材７に達した後、該導電材７を軸心方向へ流れることに
なる。この場合、燃料極４を周方向に流れる距離は短か
いので、問題はない。一方、酸素極３側では、酸素極３
を軸心方向へ流れようとする電気は導電材６を軸心方向
へ流れ、該導電材６のない部分では酸素極３を周方向に
流れて導電材６に達した後、該導電材６を軸心方向へ流
れることになる。

このように、電気は酸素極３側及び燃料極４側でともｔ
こ専用の電路としての導電材６及び７を軸心方向に流れ
るので、かかる専用の電路のないものに比べて内部抵抗
を小さくすることがてき、電池の発電能力を向上させる
ことか可能となる。又、このことから、酸素極３及び燃
料極４をより薄膜構造にしてセルＣを細くしても、電気
は導電材６及び７よりなる電路を軸心方向に流れるので
、内部抵抗は小ざく、したがって、セルＣを細くてきて
、容積当りの発電密度を向上させることか可能となる。

１つのセルＣの酸素極３側の導電材６を軸心方向に流れ
た電気は、インタコネクタ８を通して隣りのセルＣの燃
料極４へと流れた後、上述したと同様にセルＣ内を流れ
ることになる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、
たとえば、酸素極側電路となる導電材６と燃料極側電路
となる導電材７は各々１個所のみに設置した例を示した
が、各々複数個所に設置してもよく、その場合に、導電
材６同士、導電材７同士を対称位置に設置するようにし
てもよい。

［発明の効果１ 以上述べた如く本発明の固体電解質型燃料電池によれば
、支持管の外周に、順次円筒状の酸素極と円筒状の電解
質膜と円筒状の燃料極を積層してなるセルを配置した構
成において、上記支持管の外面に、酸素極側電路となる
導電材を軸心方向と平行に設置し、且つ燃料極の外面に
、燃料極側電路となる導電材を軸心方向と平行に設置し
た構成としであるので、セルの酸素極及び燃料極か薄膜
構造であっても電気は専用の電路を軸心方向に流すこと
かでき、内部抵抗を小さくできて電池の発電能力を向上
させることかでき、又、支持管を細くすると共（セルを
細くすることかできて溶接効率を高め、発電密度を高く
することかできる、等の優れた効果を奏し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の固体電解質型燃料電池の一実施例を示
す切断側面図、第２図は第１図の■−■矢視図、第３図
は従来の円筒型の固体電解質型燃料電池の概略を示す断
面図、第４図は第３図の従来例における電気の流れ状態
を示す概略図である。 １・・・支持管、２・・・電解質膜、３・・・酸素極、
４・・・燃料極、６・・・導電材（酸素極側電路）、７
・・・導電材（燃料極側電路〉、８・・・インタコネク
タ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）多孔質体の支持管の外周に、円筒状の電解質膜の
   内外側に薄膜構造の円筒状の酸素極と燃料極とを配置し
   て重ね合わせてなるセルを配置した構造の円筒型の固体
   電解質型燃料電池において、上記酸素極と接する部分の
   支持管の外面の少なくとも１個所に、酸素極側電路とし
   ての導電材を軸心方向と平行に設置し、且つ燃料極の外
   面の少なくとも１個所に、燃料極側電路としての導電材
   を軸心方向と平行に設置した構成を有することを特徴と
   する固体電解質型燃料電池。