JPH04174973A - 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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JPH04174973A
JPH04174973A JP2278808A JP27880890A JPH04174973A JP H04174973 A JPH04174973 A JP H04174973A JP 2278808 A JP2278808 A JP 2278808A JP 27880890 A JP27880890 A JP 27880890A JP H04174973 A JPH04174973 A JP H04174973A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gas
substrate
interconnector
fuel cell
single cell
Prior art date
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Pending
Application number
JP2278808A
Other languages
English (en)
Inventor
Nobuhiko Kususe
楠瀬 暢彦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Electric Co Ltd filed Critical Fuji Electric Co Ltd
Publication of JPH04174973A publication Critical patent/JPH04174973A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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  • Fuel Cell (AREA)

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〕 この発明は、固体電解質型燃料電池のセル構造に係り、
特にガスシール性に優れる基板構成に関する。
〔従来の技術〕
ジルコニア等の酸化物固体電解質を用いる燃料電池は、
作動温度が800〜1100℃と高温であるために発電
効率が高(、触媒が不要であるという長所があり、電解
質が固体であるため取扱いや保守が容易であるとされ第
三世代の燃料電池として期待されている。
しかし、固体電解質型燃料電池は主要な構成材料にセラ
ミックスを多用するため熱的に破損しやすく、適切なガ
スシール方法もないために実現が困難であった。
近年、燃料電池としては特殊な形状である円筒状のもの
が考案され、上記の2つの問題が解決され運転試験に成
功している。しかし、この円筒状の構造では単位体積あ
たりの発電量が少なく経済的に有利なものとなる見通し
はまだない。
発電密度を高めるためには平板型にすることが必要であ
り、事実リン酸型燃料電池や溶融炭酸塩型燃料電池など
の他の形式の燃料電池は全て平板型を採用している。
固体電解質型燃料電池においても平板型の構造が採用さ
れており、その構造としては第7図のようなものが知ら
れている。
この場合単セル10は固体電解室10Aおよび電極10
B、 IOCから成り立っており、この単セル10と基
板11A、 11Bおよびインタコネクタ12とを順次
積層することにより電池スタックが形成される。この平
板型固体電解賞型燃料電池への反応ガスの供給は、内部
または外部に設けたマニホールドを介して行う。
この際、内部マニホールドタイプではマニホールドの貫
通孔外周面を、外部マニホールドタイプではマニホール
ドを取りつけた内側の面を、それぞれガラスなどを用い
てシールし、反応ガス間の混合を防止している。
固体電解質型燃料電池は運転温度が約1000℃であり
、多くの金属材料は酸化して使用できないためにセラミ
ックスがインタコネクタやガス通路用の基材として多用
されている。この場合、電極材料またはインタコネクタ
材料を用いて多孔質でガス透過性に優れた基板を作り、
この基板に溝を設けてガス通路とする方法やこの基板自
身を電極の一部分として用いこの基板の表面に電解質層
やインタコネクタを形成する方法等が検討されている。
これら多孔質なセラミックスの基板を用いたスタックに
おいても内部あるいは外部に設けた反応ガスマニホール
ド周辺部分については、ガス出入口部分に適切なシール
剖を用いてシールを行うことによりスタ7りに供給して
いる反応ガス (#他剤ガスおよび燃料ガス)の直接的
な接触を防止していた。
これらの基板においては前述のように溝を介して反応ガ
スが単セルに供給されるが、多孔質であるので、その空
孔により反応ガスの供給も行われる。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら基板の空孔は単セルへのガス供給に寄与す
る他に、反応ガスがセルの外部へリークする原因ともな
っており、ガス利用率を低減させる原因となっていた。
ガス利用率は発電の経済性を左右する。
この発明は上述の点に厳みてなされ、その目的は多孔質
基板からのガスリークを低減させることによりガス利用
率に優れる固体電解質型燃料電池を提供することにある
〔課題を解決するための手段〕
上述の目的はこの発明によれば 1)基板と単セルとインタコネクタとガス不透過層とを
有し、 単セルは固体電解質層と、その両主面にそれぞれ設けら
れたアノードとカソードであり、インタコネクタはラン
タンクロマイト系酸化物からなる緻密な層であり、 基板は多孔質なランタンマンガナイト系酸化物。
ランタンクロマイト系酸化物またはランタンコバルタイ
ト系酸化物で、単セルまたはインタコネクタをその主面
の1つに積層し、 ガス不透過層は基板の周縁面に設けられるものであるこ
と、または 2)基板と単セルとインタコネクタとガス不透過層とを
有し、 単セルは固体電解質層と、その両主面にそれぞれ設けら
れたアノードとカソードであり、インタコネクタはラン
タンクロマイト系酸化物からなる緻密な層であり、 基板は多孔質なニッケル−ジルコニアサーメットで単セ
ルまたはインタコネクタをその主面の1つに積層し、 ガス不透過層は基板の周縁面に設けられるものであると
することにより達成される。
ガス不透過層はガラス、セラミックス等を用いて形成す
ることができる。製造方法としては焼成の他プラズマ溶
射、イオンブレーティング、CVD、電子ビーム蒸着等
の方法を用いることができる。
〔作用〕
ガス不透過層は基板の周縁面に設けられるので反応ガス
はリークすることなく所定のガス通路を流れる。
〔実施例〕
次にこの発明の実施例を図面に基いて説明する。
第1図は請求項1または請求項2で定義された発明の実
施例に係る電池を示す断面図、第2図は破断斜視図であ
る。同図において、基板IAおよび基板IBの間にはア
ノードおよびカソードと固体電解質が一体となった単セ
ル2が構成される。基板IAの表面には緻密なインタコ
ネクタ4の層が形成されている。インタコネクタ4は導
電性を有するランタンクロマイト系材料で作られるため
に隣接するセルは電気的に直列に接読される。
基板IAおよび基板IBの周縁部にはそれぞれガス不透
過層5Aおよびガス不透過層5Bが設けられる。
基板IA、IBにはランタンマンガナイト系酸化物。
ランタンコバルタイト系酸化物若しくはランタンクロマ
イト系酸化物またはニッケル−ジルコニアサーメット等
が使用される。
ニッケル−ジルコニアサーメットからなる基板は次のよ
うにして調製される。スプレードライヤにて造粒された
イツトリア安定化ジルコニアYsZを、空気中1500
℃、2時間仮焼し、これを粉砕した後、目開き300−
の篩いを通過させ、ジルコニア粗粒粉を得る。得られた
ysz粗粒粉の平均粒子径は50〜100nの範囲にあ
る。
次に、酸化ニッケルNiOとイツトリア安定化ジルコニ
アYSzを2:1の重量比で秤量し、バインダとしてポ
リビニルブチラールPVB、ポリエチレングリコールP
EGを添加したエタノール中にて湿式混合する。さらに
上記Ysz粗粒粉を添加し、湿式混合後、放置し加熱乾
燥する。得られた粉末を金型に入れて1 t/−の圧力
の下、常温で1〜3分間印加してディスク状にする。デ
ィスク状の成形体をスタンプミルまたはカッターミルに
より粗粉砕し、それらの粉体を目開き300Bの篩いを
通過させ、造粒する。得られた造粒粉を空気中において
温度1300℃で2時間仮焼し、その仮焼粉をさらに目
開き300−の篩いを通過させる。得られた粗粒粉をバ
インダとして、ポリビニルアルコールPVA。
ポリエチレングリコールPEGを溶解した水溶液に加え
、攪拌後、加熱乾燥する。このバインダが添加された粉
体を、さらに目開き300μの篩いを通過させ粗粒粉と
する。これを金型に入れ、常温で1〜3分間、300〜
500kg/−の圧力にて一軸加圧して成型し、空気中
において温度1500℃で2時間焼成し、直径130m
x厚さ3鶴の基板を得ることができる。ニッケル−ジル
コニアサーメットは導電性に優れるために電池の内部抵
抗を減らすことができる。またセルの大面積化を図るこ
とにも遺している。
単セルのアノードにはニッケル−ジルコニアサーメット
が、カソードにはランタンマンガナイト系酸化物、ラン
タンコバルタイト系酸化物が用いられる。固体電解質に
はイツトリアで安定化されたジルコニアが用いられる。
またガス不透過層5A。
5Bは多孔質基板IAおよびIBにソーダライムガラス
バリウムホウケイ酸ガラス、アルミケイ酸ガラス5ケイ
酸リチウムガラス、ホウケイ酸ガラス等のガラスを溶融
、含浸させることにより容易に作製することができる。
さらにガス不透過層5A、5Bはアルミナ、ジルコニア
等のセラミックスを用いてプラズマ溶射等の方法により
作製することもできる。
第3図は請求項1または請求項2で定義された発明の異
なる実施例に係る燃料電池を示す断面図である0反応ガ
スはガス通路8A、8Bにより供給される。電極の働き
を兼ねる基板IAの片面に溶射。
蒸着、スラリー塗布等の方法を用いて固体電解貫層6お
よび他の電極7が形成される。
また、基板IBの片面には同じく溶射、蒸着、スラリー
塗布等の方法によりインタコネクタ4が形成されている
第6図は請求項1で定義された発明の実施例に係る燃料
電池につきセル電圧のガス利用率依存性61を従来の燃
料電池のガス利用率依存性62と対比して示す線図であ
る。を流密度はIA/−である。
ガスは酸化副ガスである。ガス不透過層5A 、 5B
を設けるとガスリークが減少するため特性の改善が図ら
れる。ガスリークのある場合は現実のガス利用率は同図
で示される見かけのガス利用率よりも高くなり濃度分極
が増大してセル電圧は低下する。
リークがないとセル電圧は同じガス利用率に対して上昇
する。
第4図は請求項1または2で定義された発明の実施例に
係る燃料電池につきセル電圧の燃料ガス利用率依存性4
1を従来の燃料電池の特性42と対比して示す線図であ
る。電流密度は500mA/ciである。
第5図は請求項1または2で定義された発明の実施例に
係る燃料電池につきセル電圧の時間依存性51を従来の
特性52と対比して示す線図である。
ガス不透過層5A、5Bがあると、燃料電池の損傷がな
く電池性能を長時間安定に維持できる。従来は外部ガス
がリークしてセル内部で反応ガスが直接燃焼して損傷が
おこっていた。
〔発明の効果〕 この発明によれば 1)基板と単セルとインタコネクタとガス不透過層とを
有し、 単セルは固体電解質層と、その馬主面にそれぞれ設けら
れたアノードとカソードであり、インタコネクタはラン
タンクロマイト系酸化物からなる緻密な層であり、 基板は多孔質なランタンマンガナイト系酸化物。
ランタンクロマイト系酸化物またはランタンコバルタイ
ト系酸化物で、単セルまたはインタコネクタをその主面
の1つに積層し、 ガス不透過層は基板の周縁面に設けられるものであるこ
と、または 2)基板と単セルとインタコネクタとガス不透過層とを
有し、 単セルは固体電解質層と、その馬主面にそれぞれ設けら
れたアノードとカソードであり、インタコネクタはラン
タンクロマイト系酸化物からなる緻密な層であり、 基板は多孔質なニッケル−ジルコニアサーメットで単セ
ルまたはインタコネクタをその主面の1つに積層し、 ガス不透過層は基板の周縁面に設けられるものであるの
でガス不透過層によりセルからのガスリークが減少しガ
ス利用率と耐久性に優れる固体電解質型燃料電池が得ら
れる。
【図面の簡単な説明】
第1図は請求項1または2の発明の実施例に係る燃料電
池を示す断面図、第2図は請求項1または2の発明の実
施例に係る燃料電池の破断斜視図、第3図はこの発明の
異なる実施例に係る燃料電池の断面図、第4図は請求項
1または2で定義された発明の実施例に係る燃料電池に
つきセル電圧の燃料ガス利用率依存性41を従来の特性
42と対比して示す線図、第5図は、請求項1または2
で定義された発明の実施例に係る燃料電池につき、セル
電圧の時間依存性51を従来の特性52と対比して示す
線図、第6図は請求項1で定義された発明の実施例に係
る燃料電池につき、セル電圧のガス利用率依存性61を
従来の特性62と対比して示す線図、第7図は従来の固
体電解質型燃料電池を示す分解斜?y1図である。 IA、 IB:基板、2:単セル、4:インタコネクタ
、5A、5B:ガス不透過層、6:電解質、7:電極、
8A:ガス通路、8B:ガス通路、10:単セル、10
^ :電解質、10B=電極、10C:電極、11A:
ガス通路、11B=ガス通路、12:インタコネクタ。 代理人弁理士 山 口  巌   − ミー二 第1図 第2図 A 第3図 譜r+n−又朽…隼/% 第4図 晴間/h 第5図 カ°”ス刺m隼C3−) 第6図 第7図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)基板と単セルとインタコネクタとガス不透過層とを
    有し、 単セルは固体電解質層と、その両主面にそれぞれ設けら
    れたアノードとカソードであり、インタコネクタはラン
    タンクロマイト系酸化物からなる緻密な層であり、 基板は多孔質なランタンマンガナイト系酸化物、ランタ
    ンクロマイト系酸化物またはランタンコバルタイト系酸
    化物で、単セルまたはインタコネクタをその主面の1つ
    に積層し、ガス不透過層は基板の周縁面に設けられるも
    のであることを特徴とする固体電解質型燃料電池。 2)基板と単セルとインタコネクタとガス不透過層とを
    有し、 単セルは固体電解質層と、その両主面にそれぞれ設けら
    れたアノードとカソードであり、インタコネクタはラン
    タンクロマイト系酸化物からなる緻密な層であり、 基板は多孔質なニッケル−ジルコニアサーメットで単セ
    ルまたはインタコネクタをその主面の1つに積層し、 ガス不透過層は基板の周縁面に設けられるものであるこ
    とを特徴とする固体電解質型燃料電池。
JP2278808A 1990-06-20 1990-10-17 固体電解質型燃料電池 Pending JPH04174973A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2-161767 1990-06-20
JP16176790 1990-06-20

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH04174973A true JPH04174973A (ja) 1992-06-23

Family

ID=15741514

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2278808A Pending JPH04174973A (ja) 1990-06-20 1990-10-17 固体電解質型燃料電池

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH04174973A (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007123004A (ja) * 2005-10-27 2007-05-17 Kyocera Corp 燃料電池セル及びセルスタック並びに燃料電池
JP2010527102A (ja) * 2007-05-11 2010-08-05 ドイチェス ツェントルム フュール ルフト−ウント ラウムファールト エー ファウ 電気化学的機能ユニット用キャリア装置、燃料電池モジュール、及びキャリア装置の作製方法
JP2023156787A (ja) * 2022-04-13 2023-10-25 日産自動車株式会社 燃料電池及び燃料電池の製造方法

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