JPH04272662A - 固体電解質燃料電池装置 - Google Patents
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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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は固体電解質燃料電池装置
に関するもので、さらに詳しく言えば、容易に固体電解
質燃料電池の高出力密度化を図ることができる構造に関
するものである。
に関するもので、さらに詳しく言えば、容易に固体電解
質燃料電池の高出力密度化を図ることができる構造に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】固体電解質燃料電池としては、リン酸型
燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池と類似した構造の平板
型、米国のアルゴンヌ国立研究所によって提案されたモ
ノリシック型、日本の電子技術総合研究所によって開発
中の円筒多素子型、米国のウェスティングハウス社によ
って提案された円筒単素子型が知られているが、現在は
高温におけるガスシールの容易さ、スタック構成の容易
さの点でウェスティングハウス社の円筒単素子型が注目
されている。
燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池と類似した構造の平板
型、米国のアルゴンヌ国立研究所によって提案されたモ
ノリシック型、日本の電子技術総合研究所によって開発
中の円筒多素子型、米国のウェスティングハウス社によ
って提案された円筒単素子型が知られているが、現在は
高温におけるガスシールの容易さ、スタック構成の容易
さの点でウェスティングハウス社の円筒単素子型が注目
されている。
【０００３】一方、このような固体電解質燃料電池の高
出力化を図るため、図９のようにハニカム構造にするこ
とが提案されている。
出力化を図るため、図９のようにハニカム構造にするこ
とが提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記のようなハニカム
構造にすることは、空気極、燃料極、固体電解質膜の形
成や空気用マニホールド６、燃料用マニホールド７の製
作が困難であるという問題があった。
構造にすることは、空気極、燃料極、固体電解質膜の形
成や空気用マニホールド６、燃料用マニホールド７の製
作が困難であるという問題があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
、本発明は、中空の多角柱状空気極と前記空気極の表面
に設けられた固体電解質膜と前記固体電解質膜の表面に
設けられた燃料極とを有する発電部構成体と、少なくと
も導電性金属酸化物を含む中空の多角柱状の導電部構成
体とからなり、前記発電部構成体表面の燃料極と前記導
電部構成体表面との間に金属酸化物を介在させて発電部
構成体と導電部構成体とを多孔質に接合したことを特徴
とするものである。
、本発明は、中空の多角柱状空気極と前記空気極の表面
に設けられた固体電解質膜と前記固体電解質膜の表面に
設けられた燃料極とを有する発電部構成体と、少なくと
も導電性金属酸化物を含む中空の多角柱状の導電部構成
体とからなり、前記発電部構成体表面の燃料極と前記導
電部構成体表面との間に金属酸化物を介在させて発電部
構成体と導電部構成体とを多孔質に接合したことを特徴
とするものである。
【０００６】
【作用】上記のように、本発明は、多角柱状の導電部構
成体を介して複数の発電部構成体表面の燃料極同士を多
孔質に接合することができるので、導電部構成体中の導
電性金属酸化物によって複数の固体電解質燃料電池を並
列に接続することができる。
成体を介して複数の発電部構成体表面の燃料極同士を多
孔質に接合することができるので、導電部構成体中の導
電性金属酸化物によって複数の固体電解質燃料電池を並
列に接続することができる。
【０００７】
【実施例】図１は、本発明の固体電解質燃料電池装置に
使用する発電部構成体Ａの斜視図で、中空の多角柱状空
気極１としての六角柱状空気極と前記空気極１の表面に
設けられた固体電解質膜２と前記固体電解質膜２の表面
に設けられた燃料極３とを有している。
使用する発電部構成体Ａの斜視図で、中空の多角柱状空
気極１としての六角柱状空気極と前記空気極１の表面に
設けられた固体電解質膜２と前記固体電解質膜２の表面
に設けられた燃料極３とを有している。
【０００８】図２は、中空の多角柱状空気極１としての
八角柱状空気極を用いた発電部構成体Ａの斜視図である
。
八角柱状空気極を用いた発電部構成体Ａの斜視図である
。
【０００９】図３は、中空の多角柱状空気極１としての
四角柱状空気極を用いた発電部構成体Ａの斜視図である
。
四角柱状空気極を用いた発電部構成体Ａの斜視図である
。
【００１０】図１〜図３に示した各多角柱状空気極１は
、ストロンチウムをドープしたＬａＭｎＯ３ を含有さ
せたスラリーを吸水性を有する型に流し込んで乾燥させ
て焼成することによって得られる多孔質管である。前記
固体電解質膜２は、前記多角柱状空気極１の表面に安定
化剤としてのイットリアを添加したジルコニア粉末を含
むスラリーを塗布またはスプレーした後焼成することに
よって緻密に形成する。前記燃料極３は、前記固体電解
質膜２の表面にＮｉ−ＺｒＯ２ サーメットをディッピ
ング法によって、もしくはＮｉ−ＺｒＯ２ を含むスラ
リーを塗布またはスプレーすることによって多孔質状に
形成する。
、ストロンチウムをドープしたＬａＭｎＯ３ を含有さ
せたスラリーを吸水性を有する型に流し込んで乾燥させ
て焼成することによって得られる多孔質管である。前記
固体電解質膜２は、前記多角柱状空気極１の表面に安定
化剤としてのイットリアを添加したジルコニア粉末を含
むスラリーを塗布またはスプレーした後焼成することに
よって緻密に形成する。前記燃料極３は、前記固体電解
質膜２の表面にＮｉ−ＺｒＯ２ サーメットをディッピ
ング法によって、もしくはＮｉ−ＺｒＯ２ を含むスラ
リーを塗布またはスプレーすることによって多孔質状に
形成する。
【００１１】図４は、本発明の固体電解質燃料電池装置
に使用する多角柱状の導電部構成体Ｂの斜視図で、中空
の多角柱状基材管４としての六角柱状基材管と前記基材
管４の表面に設けられた燃料極５とを有している。
に使用する多角柱状の導電部構成体Ｂの斜視図で、中空
の多角柱状基材管４としての六角柱状基材管と前記基材
管４の表面に設けられた燃料極５とを有している。
【００１２】図５は、中空の多角柱状基材管４としての
四角柱状基材管を用いた導電部構成体Ｂの斜視図である
。
四角柱状基材管を用いた導電部構成体Ｂの斜視図である
。
【００１３】図４〜図５に示した各多角柱状基材管４は
、高温時の絶縁性にすぐれたアルミナ製の多孔質管であ
る。前記燃料極５は、前記多角柱状基材管４の表面にＮ
ｉ−ＺｒＯ２ サーメットをディッピング法によって、
もしくはＮｉ−ＺｒＯ２ を含むスラリーを塗布または
スプレーすることによって多孔質状に形成する。なお、
この燃料極５に代えて、ストロンチウムもしくはカルシ
ウムをドープしたＬａＣｒＯ３ 、金属ニッケルもしく
は金属コバルトまたはＮｉ−ＺｒＯ２ サーメットもし
くはＣｏ−ＺｒＯ２サーメットのような金属酸化物を用
いて多角柱状の導電部構成体Ｂを構成してもよいことは
言うまでもない。
、高温時の絶縁性にすぐれたアルミナ製の多孔質管であ
る。前記燃料極５は、前記多角柱状基材管４の表面にＮ
ｉ−ＺｒＯ２ サーメットをディッピング法によって、
もしくはＮｉ−ＺｒＯ２ を含むスラリーを塗布または
スプレーすることによって多孔質状に形成する。なお、
この燃料極５に代えて、ストロンチウムもしくはカルシ
ウムをドープしたＬａＣｒＯ３ 、金属ニッケルもしく
は金属コバルトまたはＮｉ−ＺｒＯ２ サーメットもし
くはＣｏ−ＺｒＯ２サーメットのような金属酸化物を用
いて多角柱状の導電部構成体Ｂを構成してもよいことは
言うまでもない。
【００１４】図６は、前記発電部構成体Ａとして図１に
示した六角柱状空気極と多角柱状の導電部構成体Ｂとし
て図４に示した六角柱状基材管とから構成される本発明
の固体電解質燃料電池装置の断面図で、第１の発電部構
成体Ａ１表面の燃料極３１と第１の導電部構成体Ｂ１表
面の燃料極５１、第２の導電部構成体Ｂ２表面の燃料極
５２、第３の導電部構成体Ｂ３表面の燃料極５３および
第４の導電部構成体Ｂ４表面の燃料極５４とは、Ｎｉ−
ＺｒＯ２ サーメットを介して多孔質に接合されるとと
もに、前記第１の発電部構成体Ａ１表面の燃料極３１は
第２の発電部構成体Ａ２表面の燃料極３２に多孔質に接
合され、さらにこの燃料極３２はＮｉ−ＺｒＯ２ サー
メットを介して前記第２の導電部構成体Ｂ２表面の燃料
極５２、第４の導電部構成体Ｂ４表面の燃料極５４に多
孔質に接合される。
示した六角柱状空気極と多角柱状の導電部構成体Ｂとし
て図４に示した六角柱状基材管とから構成される本発明
の固体電解質燃料電池装置の断面図で、第１の発電部構
成体Ａ１表面の燃料極３１と第１の導電部構成体Ｂ１表
面の燃料極５１、第２の導電部構成体Ｂ２表面の燃料極
５２、第３の導電部構成体Ｂ３表面の燃料極５３および
第４の導電部構成体Ｂ４表面の燃料極５４とは、Ｎｉ−
ＺｒＯ２ サーメットを介して多孔質に接合されるとと
もに、前記第１の発電部構成体Ａ１表面の燃料極３１は
第２の発電部構成体Ａ２表面の燃料極３２に多孔質に接
合され、さらにこの燃料極３２はＮｉ−ＺｒＯ２ サー
メットを介して前記第２の導電部構成体Ｂ２表面の燃料
極５２、第４の導電部構成体Ｂ４表面の燃料極５４に多
孔質に接合される。
【００１５】図７は、前記発電部構成体Ａとして図２に
示した八角柱状空気極と導電部構成体Ｂとして図５に示
した四角柱状基材管とから構成される本発明の固体電解
質燃料電池装置の断面図で、基本的な構成は図６のもの
と同じである。
示した八角柱状空気極と導電部構成体Ｂとして図５に示
した四角柱状基材管とから構成される本発明の固体電解
質燃料電池装置の断面図で、基本的な構成は図６のもの
と同じである。
【００１６】図８は、前記発電部構成体Ａとして図３に
示した四角柱状空気極と導電部構成体Ｂとして図５に示
した四角柱状基材管とから構成される本発明の固体電解
質燃料電池装置の断面図で、基本的な構成は図７のもの
と同じである。
示した四角柱状空気極と導電部構成体Ｂとして図５に示
した四角柱状基材管とから構成される本発明の固体電解
質燃料電池装置の断面図で、基本的な構成は図７のもの
と同じである。
【００１７】従って、図６〜図８の構成のものにおいて
、第１の導電部構成体Ｂ１表面の燃料極５１を第２の導
電部構成体Ｂ２表面の燃料極５２に多孔質に接合し、第
３の導電部構成体Ｂ３表面の燃料極５３を第４の導電部
構成体Ｂ４表面の燃料極５４に多孔質に接合するととも
に、第１の発電部構成体Ａ１の空気極１１と第２の発電
部構成体Ａ２の空気極１２とを接続すれば、複数の固体
電解質燃料電池が並列に接続された構造となり、高出力
の固体電解質燃料電池装置が構成できる。
、第１の導電部構成体Ｂ１表面の燃料極５１を第２の導
電部構成体Ｂ２表面の燃料極５２に多孔質に接合し、第
３の導電部構成体Ｂ３表面の燃料極５３を第４の導電部
構成体Ｂ４表面の燃料極５４に多孔質に接合するととも
に、第１の発電部構成体Ａ１の空気極１１と第２の発電
部構成体Ａ２の空気極１２とを接続すれば、複数の固体
電解質燃料電池が並列に接続された構造となり、高出力
の固体電解質燃料電池装置が構成できる。
【００１８】上記実施例において、発電部構成体Ａ、多
角柱状の導電部構成体Ｂの一端が閉塞されたものを用い
、これらを交互に積層すれば図９のようなハニカム構造
の装置が構成できる。
角柱状の導電部構成体Ｂの一端が閉塞されたものを用い
、これらを交互に積層すれば図９のようなハニカム構造
の装置が構成できる。
【００１９】さらに、本発明においては、単位体積当た
りの有効電極面積を大きくするためには、発電部構成体
Ａ、導電部構成体Ｂの口径を小さくすることが望ましい
が、生産性や取扱いやすさを考慮すると、発電部構成体
Ａ、導電部構成体Ｂの口径は２ｍｍ〜１０ｍｍ、長さは
５ｃｍ〜３０ｃｍとすることが望ましく、また接合によ
る応力集中を緩和するため、多角柱の頂点部分にアール
を設けることが望ましい。
りの有効電極面積を大きくするためには、発電部構成体
Ａ、導電部構成体Ｂの口径を小さくすることが望ましい
が、生産性や取扱いやすさを考慮すると、発電部構成体
Ａ、導電部構成体Ｂの口径は２ｍｍ〜１０ｍｍ、長さは
５ｃｍ〜３０ｃｍとすることが望ましく、また接合によ
る応力集中を緩和するため、多角柱の頂点部分にアール
を設けることが望ましい。
【００２０】こうして得られた固体電解質燃料電池装置
を作動温度である７００℃から１０００℃に昇温し、発
電部構成体Ａの中空部に空気を、導電部構成体Ｂの中空
部に燃料としてのメタンを供給し、多角柱状空気極１と
燃料極５とを外部回路に接続すると、メタンは多角柱状
基材管４中を拡散して燃料極５に達し、燃料極５中のニ
ッケルの水蒸気改質触媒の作用によって水素と一酸化炭
素とを生成する。この水素と一酸化炭素とは燃料極５、
燃料極３中を拡散して固体電解質膜２と燃料極３との界
面に達する。一方、空気中の酸素は多角柱状空気極１で
外部回路から電子を取り込んで酸素イオンとなり、固体
電解質膜２中を拡散し、固体電解質膜２と燃料極３との
界面で前記水素および一酸化炭素と反応して水蒸気およ
び二酸化炭素を生成するとともに、外部回路に電子を放
出する。従って外部回路には燃料極５，３を負極、多角
柱状空気極１を正極とした起電力が生じ、電池としての
作用がなされることになる。
を作動温度である７００℃から１０００℃に昇温し、発
電部構成体Ａの中空部に空気を、導電部構成体Ｂの中空
部に燃料としてのメタンを供給し、多角柱状空気極１と
燃料極５とを外部回路に接続すると、メタンは多角柱状
基材管４中を拡散して燃料極５に達し、燃料極５中のニ
ッケルの水蒸気改質触媒の作用によって水素と一酸化炭
素とを生成する。この水素と一酸化炭素とは燃料極５、
燃料極３中を拡散して固体電解質膜２と燃料極３との界
面に達する。一方、空気中の酸素は多角柱状空気極１で
外部回路から電子を取り込んで酸素イオンとなり、固体
電解質膜２中を拡散し、固体電解質膜２と燃料極３との
界面で前記水素および一酸化炭素と反応して水蒸気およ
び二酸化炭素を生成するとともに、外部回路に電子を放
出する。従って外部回路には燃料極５，３を負極、多角
柱状空気極１を正極とした起電力が生じ、電池としての
作用がなされることになる。
【００２１】
【発明の効果】上記した如く、本発明は、製造が容易な
発電部構成体Ａと導電部構成体Ｂとを順次接合すること
により、高出力の固体電解質燃料電池装置が構成できる
。
発電部構成体Ａと導電部構成体Ｂとを順次接合すること
により、高出力の固体電解質燃料電池装置が構成できる
。
【００２２】また、ニッケルの水蒸気改質触媒の作用に
よって生成した水素と一酸化炭素とは、発電部構成体Ａ
と導電部構成体Ｂとが多孔質に接合されているので、燃
料極３の全表面から拡散によって固体電解質膜２と燃料
極３とのすべての界面に達することになり、有効電極面
積を大きくすることができる。
よって生成した水素と一酸化炭素とは、発電部構成体Ａ
と導電部構成体Ｂとが多孔質に接合されているので、燃
料極３の全表面から拡散によって固体電解質膜２と燃料
極３とのすべての界面に達することになり、有効電極面
積を大きくすることができる。
【図１】本発明の固体電解質燃料電池装置に使用する発
電部構成体の斜視図である。
電部構成体の斜視図である。
【図２】本発明の固体電解質燃料電池装置に使用する発
電部構成体の斜視図である。
電部構成体の斜視図である。
【図３】本発明の固体電解質燃料電池装置に使用する発
電部構成体の斜視図である。
電部構成体の斜視図である。
【図４】本発明の固体電解質燃料電池装置に使用する導
電部構成体の斜視図である。
電部構成体の斜視図である。
【図５】本発明の固体電解質燃料電池装置に使用する導
電部構成体の斜視図である。
電部構成体の斜視図である。
【図６】本発明の固体電解質燃料電池装置の断面図であ
る。
る。
【図７】本発明の固体電解質燃料電池装置の断面図であ
る。
る。
【図８】本発明の固体電解質燃料電池装置の断面図であ
る。
る。
【図９】ハニカム構造の固体電解質燃料電池装置の原理
図である。
図である。
Ａ 発電部構成体
Ｂ 導電部構成体
１ 多角柱状空気極
２ 固体電解質膜
３ 燃料極
４ 多角柱状基材管
５ 燃料極
Claims (9)
- 【請求項１】 中空の多角柱状空気極と前記空気極の
表面に設けられた固体電解質膜と前記固体電解質膜の表
面に設けられた燃料極とを有する発電部構成体と、少な
くとも金属もしくは金属酸化物を含む中空の多角柱状の
導電部構成体とからなり、前記発電部構成体表面の燃料
極と前記導電部構成体表面との間に金属もしくは金属酸
化物を介在させて発電部構成体と導電部構成体とを多孔
質に接合したことを特徴とする固体電解質燃料電池装置
。 - 【請求項２】 多角柱状空気極は、ストロンチウムも
しくはカルシウムドープしたＬａＭｎＯ３ 、ＬａＣｏ
Ｏ３ 、ＣａＭｎＯ３ 、ＬａＣｒＯ３ であることを
特徴とする請求項第１項記載の固体電解質燃料電池装置
。 - 【請求項３】 導電部構成体は、ジルコニア、アルミ
ナまたはマグネシアからなる中空の多角柱状基材管と前
記基材管の表面に設けられた燃料極とを有することを特
徴とする請求項第１項記載の固体電解質燃料電池装置。 - 【請求項４】 固体電解質膜は、安定化剤としてのイ
ットリア、カルシア、スカンジア、イッテルビア、ネオ
ジア、ガドリニアを添加した立方晶ジルコニア、正方晶
ジルコニア、部分安定化ジルコニアの単独物もしくは複
数種の混合物からなることを特徴とする請求項第１項記
載の固体電解質燃料電池装置。 - 【請求項５】 燃料極、導電部構成体は、Ｎｉ−Ｚｒ
Ｏ２ サーメット、Ｃｏ−ＺｒＯ２ サーメットまたは
ストロンチウムもしくはカルシウムドープしたＬａＣｒ
Ｏ３ であることを特徴とする請求項第１項または第３
項記載の固体電解質燃料電池装置。 - 【請求項６】 金属もしくは金属酸化物は、金属ニッ
ケルもしくは金属コバルト、Ｎｉ−ＺｒＯ２ サーメッ
トもしくはＣｏ−ＺｒＯ２ サーメットまたはストロン
チウムもしくはカルシウムドープしたＬａＣｒＯ３ で
あることを特徴とする請求項第１項記載の固体電解質燃
料電池装置。 - 【請求項７】 多角柱状空気極と多角柱状の導電部構
成体とが六角柱であることを特徴とする請求項第１項記
載の固体電解質燃料電池装置。 - 【請求項８】 多角柱状空気極と多角柱状の導電部構
成体とが四角柱であることを特徴とする請求項第１項記
載の固体電解質燃料電池装置。 - 【請求項９】 多角柱状空気極が八角柱、多角柱状の
導電部構成体が四角柱であることを特徴とする請求項第
１項記載の固体電解質燃料電池装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3058384A JPH04272662A (ja) | 1991-02-27 | 1991-02-27 | 固体電解質燃料電池装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3058384A JPH04272662A (ja) | 1991-02-27 | 1991-02-27 | 固体電解質燃料電池装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04272662A true JPH04272662A (ja) | 1992-09-29 |
Family
ID=13082842
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3058384A Pending JPH04272662A (ja) | 1991-02-27 | 1991-02-27 | 固体電解質燃料電池装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04272662A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2005001980A1 (ja) * | 2003-06-30 | 2006-11-30 | 株式会社ジャパンエナジー | 改質器付き燃料電池 |
| WO2006002769A3 (de) * | 2004-06-30 | 2008-12-24 | Scheller Albert | Hohlfaser und deren verwendung |
| JP2012234750A (ja) * | 2011-05-07 | 2012-11-29 | Denso Corp | 燃料電池および燃料電池システム |
| JP2015511755A (ja) * | 2012-02-27 | 2015-04-20 | コリア インスティチュート オブ エナジー リサーチ | 固体酸化物燃料電池用単位セルおよびこれを用いた固体酸化物燃料電池 |
-
1991
- 1991-02-27 JP JP3058384A patent/JPH04272662A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2005001980A1 (ja) * | 2003-06-30 | 2006-11-30 | 株式会社ジャパンエナジー | 改質器付き燃料電池 |
| JP4676882B2 (ja) * | 2003-06-30 | 2011-04-27 | Ｊｘ日鉱日石エネルギー株式会社 | 改質器付き燃料電池 |
| WO2006002769A3 (de) * | 2004-06-30 | 2008-12-24 | Scheller Albert | Hohlfaser und deren verwendung |
| JP2012234750A (ja) * | 2011-05-07 | 2012-11-29 | Denso Corp | 燃料電池および燃料電池システム |
| JP2015511755A (ja) * | 2012-02-27 | 2015-04-20 | コリア インスティチュート オブ エナジー リサーチ | 固体酸化物燃料電池用単位セルおよびこれを用いた固体酸化物燃料電池 |
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