JPH034452A - 固体電解質燃料電池単体 - Google Patents
固体電解質燃料電池単体Info
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- JPH034452A JPH034452A JP1138367A JP13836789A JPH034452A JP H034452 A JPH034452 A JP H034452A JP 1138367 A JP1138367 A JP 1138367A JP 13836789 A JP13836789 A JP 13836789A JP H034452 A JPH034452 A JP H034452A
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- solid electrolyte
- fuel
- gas
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- 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
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
- H01M8/1231—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte with both reactants being gaseous or vaporised
-
- 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
-
- 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
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
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- General Chemical & Material Sciences (AREA)
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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
この発明は固体電解質を介した酸化・還元反応によって
起電力を得る燃料電池の単体すなわち単電池の構造に関
するものである。
起電力を得る燃料電池の単体すなわち単電池の構造に関
するものである。
従来の技術
周知のように固体電解質燃料電池は、第２図に原理的に
示す如く酸素イオン選択透過性のある固体電解質１を挟
んで多孔構造のＭ素電極２と燃料電極３とを設け、酸素
電極２側に空気や酸素ガスなどの酸化性ガスを供給し、
これに対して燃料電極３Ｎに水素ガスや一酸化炭素ガス
などの燃料ガスを供給し、固体電解質１の両側での酸素
濃度の差に起因して酸素イオンが固体電解質を透過する
ことにより酸化性ガスと燃料ガスとの間の酸化・還元反
応が生じ、それに伴う起電力を各電極２゜３から負荷４
に取出すものである。この固体電解質１としてはイツト
リア安定化ジルコニア（ＹＳ２）やカルシア安定化ジル
コニア（Ｃ８Ｚ）などが知られており、またＩ素電極２
としてはベロアスカイト型ランタン系複合酸化物が知ら
れ、さらに燃料電極３としてはニッケルやニッケル合金
あるいはＮｉ −Ｚｒ Ｏ２サーメツトなどが知られて
いる。
示す如く酸素イオン選択透過性のある固体電解質１を挟
んで多孔構造のＭ素電極２と燃料電極３とを設け、酸素
電極２側に空気や酸素ガスなどの酸化性ガスを供給し、
これに対して燃料電極３Ｎに水素ガスや一酸化炭素ガス
などの燃料ガスを供給し、固体電解質１の両側での酸素
濃度の差に起因して酸素イオンが固体電解質を透過する
ことにより酸化性ガスと燃料ガスとの間の酸化・還元反
応が生じ、それに伴う起電力を各電極２゜３から負荷４
に取出すものである。この固体電解質１としてはイツト
リア安定化ジルコニア（ＹＳ２）やカルシア安定化ジル
コニア（Ｃ８Ｚ）などが知られており、またＩ素電極２
としてはベロアスカイト型ランタン系複合酸化物が知ら
れ、さらに燃料電極３としてはニッケルやニッケル合金
あるいはＮｉ −Ｚｒ Ｏ２サーメツトなどが知られて
いる。
固体電解’Ｊ（１を介した上記の酸化・還元反応によっ
て得られる電圧は高々１Ｖ程度に過ぎず、また７４流は
反応面積に応じて増大するので、実用化するためには上
述した構造を基本構造とし反応面積を拡大した単電池を
多数直並列に接続する必要がある。そのための単電池の
構造として、例えば、固体電解質を円筒状に形成すると
ともにその内外面に酸素電極と燃料電極を設けた円筒型
と、固体電解質を波形に形成するとともにその表裏両面
に酸素電極と燃料電極とを設け、かつこれを導電性のあ
る平板体であるインターコネクタで所定の間隔をあけて
挟み込んで酸化性ガスと燃料ガスのと流路を形成した平
板型などが知られている。これらのうち平板型の単電池
はコンパクト化し易いが、酸化性ガスと燃料ガスとの流
路を面接触する二部材によって区画形成するから、シー
ル性に劣る不都合があり、これに対して円筒型の単電池
はそれ自体の構造が内周部と外周部とを区画する構造で
あるため、シール性に優れており、実用性に富んでいる
。第３図は円筒型単電池の一例を示す模式図であり、ア
ルミナなどのセラミック材料によって多孔４Ｍ造に形成
した支持管５の外周面全体に酸素電極２が形成されると
ともに、その酸素電極２の外面の一部にＮｉやｌａ （
：、ｒ ０３などからなるインターコネクタ６が形成さ
れ、また酸素電極２の外面にはインターコネクタ６が外
部に露出するよう固体電解質１が形成され、さらにその
外周にインターコネクタ６に対して非導通状態に燃料電
極３が形成されている。なお、第３図に示す単電池は所
謂非自己支持型のものであり、自己支持型の単電池では
、支持管５を省いた構造とする場合がある。
て得られる電圧は高々１Ｖ程度に過ぎず、また７４流は
反応面積に応じて増大するので、実用化するためには上
述した構造を基本構造とし反応面積を拡大した単電池を
多数直並列に接続する必要がある。そのための単電池の
構造として、例えば、固体電解質を円筒状に形成すると
ともにその内外面に酸素電極と燃料電極を設けた円筒型
と、固体電解質を波形に形成するとともにその表裏両面
に酸素電極と燃料電極とを設け、かつこれを導電性のあ
る平板体であるインターコネクタで所定の間隔をあけて
挟み込んで酸化性ガスと燃料ガスのと流路を形成した平
板型などが知られている。これらのうち平板型の単電池
はコンパクト化し易いが、酸化性ガスと燃料ガスとの流
路を面接触する二部材によって区画形成するから、シー
ル性に劣る不都合があり、これに対して円筒型の単電池
はそれ自体の構造が内周部と外周部とを区画する構造で
あるため、シール性に優れており、実用性に富んでいる
。第３図は円筒型単電池の一例を示す模式図であり、ア
ルミナなどのセラミック材料によって多孔４Ｍ造に形成
した支持管５の外周面全体に酸素電極２が形成されると
ともに、その酸素電極２の外面の一部にＮｉやｌａ （
：、ｒ ０３などからなるインターコネクタ６が形成さ
れ、また酸素電極２の外面にはインターコネクタ６が外
部に露出するよう固体電解質１が形成され、さらにその
外周にインターコネクタ６に対して非導通状態に燃料電
極３が形成されている。なお、第３図に示す単電池は所
謂非自己支持型のものであり、自己支持型の単電池では
、支持管５を省いた構造とする場合がある。
発明が解決しようとする課題
ところで上述した構造の単電池における固体電解質１な
どの要素の多くはセラミック材料からなるものであり、
したがって従来では、化学蒸着（ＣＶＤ）や電気化学蒸
着（ＥＶＤ）あるいは溶射などの方法によって固体電解
質層や各電極などを形成している。しかるに第３図に示
す構造の単電池を製造するにあたっては、支持管５の外
周面にペロブスカイト型ランタン系複合酸化物をＣＶＤ
もしくは溶射などの方法で付着させて酸素電極２を形成
し、ついでインターコネクタ６を形成すべき部分を除い
た部分をマスキングした状態でニッケルやｌａ Ｑｒ
Ｏｊ３などをＥＶＤもしくは溶射などの方法で酸素電極
２の外面の露出部分に付着させてインターコネクタ６を
形成し、さらにそのインターコネクタ６をマスキングし
た状態でイツトリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）などを
ＥＶＤもしくは溶射などの方法で付着させて固体電解質
１の層を形成し、そしてインターコネクタ６およびその
周辺部分をマスキングした状態でＮｉやＮｉサーメット
などをスラリーコーティング法や溶射などの方法によっ
て付着させて燃料電極３を形成する。したがって上記従
来の構造の単電池では、その製造過程において複数回の
マスキングが必要になり、マスキングが手作業による細
かい作業であることから、単電池の製造に長時間を要し
、製造効率が悪くなる不都合があった。
どの要素の多くはセラミック材料からなるものであり、
したがって従来では、化学蒸着（ＣＶＤ）や電気化学蒸
着（ＥＶＤ）あるいは溶射などの方法によって固体電解
質層や各電極などを形成している。しかるに第３図に示
す構造の単電池を製造するにあたっては、支持管５の外
周面にペロブスカイト型ランタン系複合酸化物をＣＶＤ
もしくは溶射などの方法で付着させて酸素電極２を形成
し、ついでインターコネクタ６を形成すべき部分を除い
た部分をマスキングした状態でニッケルやｌａ Ｑｒ
Ｏｊ３などをＥＶＤもしくは溶射などの方法で酸素電極
２の外面の露出部分に付着させてインターコネクタ６を
形成し、さらにそのインターコネクタ６をマスキングし
た状態でイツトリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）などを
ＥＶＤもしくは溶射などの方法で付着させて固体電解質
１の層を形成し、そしてインターコネクタ６およびその
周辺部分をマスキングした状態でＮｉやＮｉサーメット
などをスラリーコーティング法や溶射などの方法によっ
て付着させて燃料電極３を形成する。したがって上記従
来の構造の単電池では、その製造過程において複数回の
マスキングが必要になり、マスキングが手作業による細
かい作業であることから、単電池の製造に長時間を要し
、製造効率が悪くなる不都合があった。
この発明は上記の事情を背景としてなされたもので、電
気的な特性を低下させることなく容易に製造することの
できる構造の燃料電池単体を提供することを目的とする
ものである。
気的な特性を低下させることなく容易に製造することの
できる構造の燃料電池単体を提供することを目的とする
ものである。
課題を解決するための手段
この発明は、上記の目的を達成するために、円筒形の固
体電解質の内周面に酸素電極と燃料電極とのいずれか一
方の電極を設けるとともに、その固体電解質の外周面に
他方の電極を設け、さらに内周側の電極の内側に導電性
のあるガス供給管を挿入し、かつそのガス供給管を前記
内周側の電極に電気的に導通させたことを特徴とするも
のである。
体電解質の内周面に酸素電極と燃料電極とのいずれか一
方の電極を設けるとともに、その固体電解質の外周面に
他方の電極を設け、さらに内周側の電極の内側に導電性
のあるガス供給管を挿入し、かつそのガス供給管を前記
内周側の電極に電気的に導通させたことを特徴とするも
のである。
作 用
この発明の単電池では、固体電解質を挟んだ内外両側に
それぞれ電極が形成され、最外層の電極はそのまま外部
に露出することになるが、内周側の電極はこれに導通し
ているガス供給管を介して外部に導き出される。したが
って従来のインターコネクタのように半径方向に貫通す
る部材もしくは部分が存在しないので、固体電解質など
の各要素を内周側の要素の外周面に順次形成すればよく
、マスキングなどの効率の悪い作業を省き、製造作業性
が向上する。
それぞれ電極が形成され、最外層の電極はそのまま外部
に露出することになるが、内周側の電極はこれに導通し
ているガス供給管を介して外部に導き出される。したが
って従来のインターコネクタのように半径方向に貫通す
る部材もしくは部分が存在しないので、固体電解質など
の各要素を内周側の要素の外周面に順次形成すればよく
、マスキングなどの効率の悪い作業を省き、製造作業性
が向上する。
実施例
つぎにこの発明の実施例を図面を参照して説明する。
第１図はこの発明の一実施例を示す概略的な斜視図であ
って、ここに示す単電池１０は先端部を閉じた円筒状を
なし、その最内層は酸素電極１１であり、その外周面に
固体電解質１２の層が形成され、さらに最外層に燃料電
極１３が形成されている。そして中心部にはガス供給′
ｇ１４が挿入されてその先端部は単電池１０の先端部付
近まで延びており、このガス供給管１４と酸素電極１１
の内周面との間には通気性に富む導電性部材１５が充填
されている。
って、ここに示す単電池１０は先端部を閉じた円筒状を
なし、その最内層は酸素電極１１であり、その外周面に
固体電解質１２の層が形成され、さらに最外層に燃料電
極１３が形成されている。そして中心部にはガス供給′
ｇ１４が挿入されてその先端部は単電池１０の先端部付
近まで延びており、このガス供給管１４と酸素電極１１
の内周面との間には通気性に富む導電性部材１５が充填
されている。
前記酸素電極１１は、ｌａ ＋−ｘＳｒ Ｘ Ｍｎ Ｏ
３やｌａ Ｑｏ ０３などのペロプスカイト型ランタン
系複合酸化物を素材とした多孔構造体であり、これらの
材料を所定の心材の外周面にＣＶＤや溶射などの方法で
所定の厚さに付着させることにより形成される。なお、
その心材は後工程で抜き取られ、もしくは除去される。
３やｌａ Ｑｏ ０３などのペロプスカイト型ランタン
系複合酸化物を素材とした多孔構造体であり、これらの
材料を所定の心材の外周面にＣＶＤや溶射などの方法で
所定の厚さに付着させることにより形成される。なお、
その心材は後工程で抜き取られ、もしくは除去される。
また固体電解質１２は従来と同様にＹＳＺやＣ８ｚを素
材とするものであり、上記の酸素電極１１の外周面の全
体にＹＳＺ等をＥＶＤもしくは溶射などの方法によって
所定の厚さに付着させることにより形成される。さらに
燃料電極１３はＮｉやＮｉサーメットを素材とするもの
であって、その素材をスラリー状にして上記の固体電解
質１２の外周面の全体に塗布した後に焼成する方法や溶
射する方法などによって多孔構造に形成される。他方、
前記ガス供給管１４は酸素電極１１の内周側に空気や酸
素ガスなどの酸化性ガスを供給するとともに一方の電極
もしくは端子となるものであって、導電性がありかつ高
温下での化学的安定性に富む材料、例えば酸素電極１１
と同様な素材によって形成され、その後端部は単電池１
０から突出されている。またさらに導電性材料１５は酸
素電極１１とガス供給管１４とを電気的に接続するため
のものであり、通気性を確保するためにフェルト状に形
成され、その素材としては高温酸化雰囲気で化学的に安
定な材料、例えば酸素電極１１を構成している素材と同
様な素材によって構成されている。
材とするものであり、上記の酸素電極１１の外周面の全
体にＹＳＺ等をＥＶＤもしくは溶射などの方法によって
所定の厚さに付着させることにより形成される。さらに
燃料電極１３はＮｉやＮｉサーメットを素材とするもの
であって、その素材をスラリー状にして上記の固体電解
質１２の外周面の全体に塗布した後に焼成する方法や溶
射する方法などによって多孔構造に形成される。他方、
前記ガス供給管１４は酸素電極１１の内周側に空気や酸
素ガスなどの酸化性ガスを供給するとともに一方の電極
もしくは端子となるものであって、導電性がありかつ高
温下での化学的安定性に富む材料、例えば酸素電極１１
と同様な素材によって形成され、その後端部は単電池１
０から突出されている。またさらに導電性材料１５は酸
素電極１１とガス供給管１４とを電気的に接続するため
のものであり、通気性を確保するためにフェルト状に形
成され、その素材としては高温酸化雰囲気で化学的に安
定な材料、例えば酸素電極１１を構成している素材と同
様な素材によって構成されている。
上述した構成の単電池１０は、ガス供給管１４がら空気
などの酸化性ガスを内部に連続して供給するとともに、
外周の雰囲気を水素ガスなどの燃料ガスとすることによ
り、固体電解質１２の内外両側での酸素濃度の差に起因
して固体電解質１２を介した電気化学的な酸化・還元反
応が生じ、酸素電極１１が陽極、燃料電極１３が陰極と
なるよう起電力が生じる。そしてガス供給管１４が導電
性を具備しかつ酸素電極１１に電気的に接続されている
から、このガス供給管１４と最外層の燃料電極１３とか
ら出力することができる。
などの酸化性ガスを内部に連続して供給するとともに、
外周の雰囲気を水素ガスなどの燃料ガスとすることによ
り、固体電解質１２の内外両側での酸素濃度の差に起因
して固体電解質１２を介した電気化学的な酸化・還元反
応が生じ、酸素電極１１が陽極、燃料電極１３が陰極と
なるよう起電力が生じる。そしてガス供給管１４が導電
性を具備しかつ酸素電極１１に電気的に接続されている
から、このガス供給管１４と最外層の燃料電極１３とか
ら出力することができる。
また上記の単電池１ＱはそのＩＲ造から明らかなように
酸素電極１１を円筒状に作り、その外周に固体電解質１
２および燃料電極１３を順次形成することにより製造す
ることができ、その過程でマスキングなどの部分的に異
材種とするための面倒な作業を行なう必要はない。
酸素電極１１を円筒状に作り、その外周に固体電解質１
２および燃料電極１３を順次形成することにより製造す
ることができ、その過程でマスキングなどの部分的に異
材種とするための面倒な作業を行なう必要はない。
なお、上記の実施例では、先端部が閉じた構造の単電池
１０を例に取って説明したが、この発明は、上記の実施
例に限定されるものではなく、中心部が貫通した円筒状
の単電池にも適用することができる。またガス供給管を
内周側の電極に導通させるための手段は、上述したフェ
ルト材に限定されるものではない。
１０を例に取って説明したが、この発明は、上記の実施
例に限定されるものではなく、中心部が貫通した円筒状
の単電池にも適用することができる。またガス供給管を
内周側の電極に導通させるための手段は、上述したフェ
ルト材に限定されるものではない。
発明の効果
以上の説明から明らかなようにこの発明の燃料電池単体
によれば、酸素電極および固体電解質ならびに燃料電極
のそれぞれが円筒状に順次積層された単純な形状をなす
ものであり、外周の一部を異材種とする必要がないので
、その製造過程でマスキングなどの面倒な作業を介在さ
せる必要がなく、したがフてこの発明によれば、容易か
っＸｉ１間に製造でき、しかも連続多量生産に適する燃
料電池単体を得ることができる。
によれば、酸素電極および固体電解質ならびに燃料電極
のそれぞれが円筒状に順次積層された単純な形状をなす
ものであり、外周の一部を異材種とする必要がないので
、その製造過程でマスキングなどの面倒な作業を介在さ
せる必要がなく、したがフてこの発明によれば、容易か
っＸｉ１間に製造でき、しかも連続多量生産に適する燃
料電池単体を得ることができる。
第１図はこの発明の一実施例を概略的に示す斜視図、第
２図は固体電解質燃料電池の原理図、第３図は従来の円
筒型単電池の断面図である。 １０・・・単電池、 １１・・・酸素電極、 １２・・
・固体電解質、 １３・・・燃料電極、 １４・・・ガ
ス供給管、 １５・・・導電性材料。 １ 第２ 図
２図は固体電解質燃料電池の原理図、第３図は従来の円
筒型単電池の断面図である。 １０・・・単電池、 １１・・・酸素電極、 １２・・
・固体電解質、 １３・・・燃料電極、 １４・・・ガ
ス供給管、 １５・・・導電性材料。 １ 第２ 図
Claims (1)
- 円筒形の固体電解質の内周面に酸素電極と燃料電極との
いずれか一方の電極を設けるとともに、その固体電解質
の外周面に他方の電極を設け、さらに内周側の電極の内
側に導電性のあるガス供給管を挿入し、かつそのガス供
給管を前記内周側の電極に電気的に導通させてなる固体
電解質燃料電池単体の構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1138367A JPH077673B2 (ja) | 1989-05-31 | 1989-05-31 | 固体電解質燃料電池単体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1138367A JPH077673B2 (ja) | 1989-05-31 | 1989-05-31 | 固体電解質燃料電池単体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH034452A true JPH034452A (ja) | 1991-01-10 |
| JPH077673B2 JPH077673B2 (ja) | 1995-01-30 |
Family
ID=15220277
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1138367A Expired - Lifetime JPH077673B2 (ja) | 1989-05-31 | 1989-05-31 | 固体電解質燃料電池単体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH077673B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0359955A (ja) * | 1989-07-28 | 1991-03-14 | Ngk Insulators Ltd | 燃料電池発電装置 |
| JP2005158529A (ja) * | 2003-11-26 | 2005-06-16 | Kyocera Corp | 燃料電池セル及びセルスタック並びに燃料電池 |
-
1989
- 1989-05-31 JP JP1138367A patent/JPH077673B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0359955A (ja) * | 1989-07-28 | 1991-03-14 | Ngk Insulators Ltd | 燃料電池発電装置 |
| JP2005158529A (ja) * | 2003-11-26 | 2005-06-16 | Kyocera Corp | 燃料電池セル及びセルスタック並びに燃料電池 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH077673B2 (ja) | 1995-01-30 |
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Legal Events
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