JPH05275089A - 平板固体電解質型燃料電池のセパレ−タ - Google Patents
平板固体電解質型燃料電池のセパレ−タInfo
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- JPH05275089A JPH05275089A JP4100690A JP10069092A JPH05275089A JP H05275089 A JPH05275089 A JP H05275089A JP 4100690 A JP4100690 A JP 4100690A JP 10069092 A JP10069092 A JP 10069092A JP H05275089 A JPH05275089 A JP H05275089A
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- separator
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- fuel cell
- solid electrolyte
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- H—ELECTRICITY
- 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
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
- H01M8/0206—Metals or alloys
-
- 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
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 緻密でかつ空気極側でも燃料極側でも導電性
に優れ、機械的性質にすぐれ、長期にわたり化学的に安
定で、且つ安価な固体電解質型燃料電池のセパレータを
提供する。 【構成】 固体電解質層を挟むように燃料極と空気極と
を配置してなる平板状単電池と交互に積層して平板固体
電解質型燃料電池を構成するセパレータであって、前記
単電池の空気極と接触する面に、ＮｉにＣｅ，Ｙ，Ｌ
ｉ，Ａｌなどの金属を０．１〜２０重量％固溶させて成
る合金を使用する。
に優れ、機械的性質にすぐれ、長期にわたり化学的に安
定で、且つ安価な固体電解質型燃料電池のセパレータを
提供する。 【構成】 固体電解質層を挟むように燃料極と空気極と
を配置してなる平板状単電池と交互に積層して平板固体
電解質型燃料電池を構成するセパレータであって、前記
単電池の空気極と接触する面に、ＮｉにＣｅ，Ｙ，Ｌ
ｉ，Ａｌなどの金属を０．１〜２０重量％固溶させて成
る合金を使用する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、平板固体電解質型燃料
電池のセパレータに関する。
電池のセパレータに関する。
【０００２】
【従来技術】最近、酸素と水素をそれぞれ、酸化剤およ
び燃料として、燃料が本来持っている化学エネルギーを
直接電気エネルギーに変換する燃料電池が、省資源、環
境保護などの観点から注目されている。イットリアなど
をド−プしたジルコニアを電解質として用いる固体電解
質型燃料電池は、作動温度が８００〜１０００℃で高い
ことから、リン酸型、溶融炭酸塩型の燃料電池に比べて
原理的に発電効率が高く、また高温の排熱が得られるた
めにこの排熱を利用することにより総合効率はさらに高
くなるので研究開発が進んできている。固体電解質型燃
料電池は固体電解質層をはさむように燃料極と空気極を
配置してなる平板状単電池とセパレータとを交互に積層
して複層の積層セルとして構成したものである。セパレ
ータは単電池の燃料極と空気極にそれぞれ使用される燃
料ガスと酸化剤ガスを分離してそれらの混合を防止する
作用と、単電池同士を電気的に直列に接続する作用をす
るものである。
び燃料として、燃料が本来持っている化学エネルギーを
直接電気エネルギーに変換する燃料電池が、省資源、環
境保護などの観点から注目されている。イットリアなど
をド−プしたジルコニアを電解質として用いる固体電解
質型燃料電池は、作動温度が８００〜１０００℃で高い
ことから、リン酸型、溶融炭酸塩型の燃料電池に比べて
原理的に発電効率が高く、また高温の排熱が得られるた
めにこの排熱を利用することにより総合効率はさらに高
くなるので研究開発が進んできている。固体電解質型燃
料電池は固体電解質層をはさむように燃料極と空気極を
配置してなる平板状単電池とセパレータとを交互に積層
して複層の積層セルとして構成したものである。セパレ
ータは単電池の燃料極と空気極にそれぞれ使用される燃
料ガスと酸化剤ガスを分離してそれらの混合を防止する
作用と、単電池同士を電気的に直列に接続する作用をす
るものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、固体電
解質型燃料電池は高温で作動するため使用可能な材料に
かなりの制約があり、特に、高温度の酸化雰囲気でも還
元雰囲気でも化学的に安定で、緻密な構造を有し、しか
も高導電性と大なる機械的強度が求められるセパレータ
材料については、いまだに実用レベルの材料が見つかっ
ているとは言い難い。
解質型燃料電池は高温で作動するため使用可能な材料に
かなりの制約があり、特に、高温度の酸化雰囲気でも還
元雰囲気でも化学的に安定で、緻密な構造を有し、しか
も高導電性と大なる機械的強度が求められるセパレータ
材料については、いまだに実用レベルの材料が見つかっ
ているとは言い難い。
【０００４】従来、セパレータ材料としてはペロブスカ
イト型の導電性酸化物であるＬａ（Ｍ）ＣｒＯ3 （Ｍ：
Ｓｒ，Ｃａ，Ｍｇ）が用いられているが、緻密に焼結す
ることが困難であり、熱衝撃に弱く、またＨ2 Ｏ存在下
で燃料極との接触抵抗が大きく、高価で、成形加工が困
難であり、かつ酸化物なので脆いなどの欠点がある。
イト型の導電性酸化物であるＬａ（Ｍ）ＣｒＯ3 （Ｍ：
Ｓｒ，Ｃａ，Ｍｇ）が用いられているが、緻密に焼結す
ることが困難であり、熱衝撃に弱く、またＨ2 Ｏ存在下
で燃料極との接触抵抗が大きく、高価で、成形加工が困
難であり、かつ酸化物なので脆いなどの欠点がある。
【０００５】また、耐熱性合金を用いて空気極側の表面
に導電性の酸化物をコーティングして複合セパレータと
する方法も提案されている（特開平１−１００８６６
号、特開平２−３７６６９号、特開平３−８２６４号）
が、耐熱性合金中に含まれるＣｒ、Ｍｎ等の金属は酸素
との親和性が非常に強く、導電性の緻密な酸化物を被覆
しても酸化物中を拡散してくる酸素イオンにより酸化物
被覆層との界面が酸化され、そこでの界面抵抗が増加し
て燃料電池の性能を低下させてしまう。また、金属と酸
化物との熱膨張差のためにコーティング層の剥離が起こ
るなどの問題があった。
に導電性の酸化物をコーティングして複合セパレータと
する方法も提案されている（特開平１−１００８６６
号、特開平２−３７６６９号、特開平３−８２６４号）
が、耐熱性合金中に含まれるＣｒ、Ｍｎ等の金属は酸素
との親和性が非常に強く、導電性の緻密な酸化物を被覆
しても酸化物中を拡散してくる酸素イオンにより酸化物
被覆層との界面が酸化され、そこでの界面抵抗が増加し
て燃料電池の性能を低下させてしまう。また、金属と酸
化物との熱膨張差のためにコーティング層の剥離が起こ
るなどの問題があった。
【０００６】本発明は上述の点にかんがみてなされたも
ので、上記問題点を除去し、緻密でかつ空気極側でも燃
料極側でも導電性に優れ、機械的性質にすぐれ、長期に
わたり化学的に安定で、且つ安価な固体電解質型燃料電
池のセパレータを提供することを目的とする。
ので、上記問題点を除去し、緻密でかつ空気極側でも燃
料極側でも導電性に優れ、機械的性質にすぐれ、長期に
わたり化学的に安定で、且つ安価な固体電解質型燃料電
池のセパレータを提供することを目的とする。
【０００７】
【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、固体電解質層を挟むように燃料極と空気極と
を配置してなる平板状単電池と交互に積層して平板固体
電解質型燃料電池を構成するセパレータであって、前記
単電池の空気極と接触する面に、ＮｉにＣｅ，Ｙ，Ｌ
ｉ，Ａｌなどの金属を０．１〜２０重量％固溶させて成
る合金を使用することを特徴とする。
本発明は、固体電解質層を挟むように燃料極と空気極と
を配置してなる平板状単電池と交互に積層して平板固体
電解質型燃料電池を構成するセパレータであって、前記
単電池の空気極と接触する面に、ＮｉにＣｅ，Ｙ，Ｌ
ｉ，Ａｌなどの金属を０．１〜２０重量％固溶させて成
る合金を使用することを特徴とする。
【０００８】また、本発明は固体電解質層を挟むように
燃料極と空気極とを配置してなる平板状単電池と交互に
積層して平板固体電解質型燃料電池を構成するセパレー
タであって、前記単電池の空気極と接触する面に、Ｃ
ｅ，Ｙ，Ｌｉ，Ａｌなどの金属を付着させたＮｉ板を使
用することを特徴とする。
燃料極と空気極とを配置してなる平板状単電池と交互に
積層して平板固体電解質型燃料電池を構成するセパレー
タであって、前記単電池の空気極と接触する面に、Ｃ
ｅ，Ｙ，Ｌｉ，Ａｌなどの金属を付着させたＮｉ板を使
用することを特徴とする。
【０００９】
【作用】本発明の固体電解質型燃料電池のセパレータは
金属を使用したので金属板は緻密であるからガスの漏洩
の問題が生じない。また、Ｎｉは耐熱性が高いので高温
でも安定であり、Ｃｅ、Ｙ、Ｌｉ、Ａｌなどを添加する
ことによりその酸化スケ−ルは緻密化し、酸化スケ−ル
の成長速度は抑制される。しかもその酸化スケ−ルは導
電性に優れる。セパレータに金属を使用したのでセパレ
ータ全体の機械的強度が大となり、成形加工が容易とな
る。
金属を使用したので金属板は緻密であるからガスの漏洩
の問題が生じない。また、Ｎｉは耐熱性が高いので高温
でも安定であり、Ｃｅ、Ｙ、Ｌｉ、Ａｌなどを添加する
ことによりその酸化スケ−ルは緻密化し、酸化スケ−ル
の成長速度は抑制される。しかもその酸化スケ−ルは導
電性に優れる。セパレータに金属を使用したのでセパレ
ータ全体の機械的強度が大となり、成形加工が容易とな
る。
【００１０】
【実施例】以下、本発明を図面に基づいて説明する。
【００１１】図１は固体電解質型燃料電池の分解斜視図
であり、上から単電池２、セパレータ（またはインター
コネクターと称する）１、単電池２およびセパレータ１
の順に複数組が積層され、最終的に一体に固定されて固
体電解質型燃料電池の基本構造を構成している。セパレ
ータ１は単電池２を交互に隔離し且つ該単電池２を次々
に電気的に直列に接続する機能を有する。
であり、上から単電池２、セパレータ（またはインター
コネクターと称する）１、単電池２およびセパレータ１
の順に複数組が積層され、最終的に一体に固定されて固
体電解質型燃料電池の基本構造を構成している。セパレ
ータ１は単電池２を交互に隔離し且つ該単電池２を次々
に電気的に直列に接続する機能を有する。
【００１２】単電池２は平板状固体電解質層３の表面に
空気極５、裏面に燃料極４が配置されており、これらの
極５、４のそれぞれに酸化剤ガスたとえば空気と燃料ガ
スを接触させることにより起電力を発生させる。このよ
うに、極５、４の表面にガスを均等に流すためのガス流
通路６としてセパレータ１の両面には複数列の溝６が整
然と形成されている。
空気極５、裏面に燃料極４が配置されており、これらの
極５、４のそれぞれに酸化剤ガスたとえば空気と燃料ガ
スを接触させることにより起電力を発生させる。このよ
うに、極５、４の表面にガスを均等に流すためのガス流
通路６としてセパレータ１の両面には複数列の溝６が整
然と形成されている。
【００１３】本発明のセパレータはＮｉ，Ｃｅ，Ｙ，Ｌ
ｉ，Ａｌなどの金属を０．１〜２０重量％固溶させて成
る合金をセパレータ材料としている。
ｉ，Ａｌなどの金属を０．１〜２０重量％固溶させて成
る合金をセパレータ材料としている。
【００１４】また、本発明ではＮｉ板の片面にＣｅ，
Ｙ，Ｌｉ，Ａｌなどの金属を蒸着、スパッタリング、イ
オン注入、ゾルゲル法、熱分解法などの手法を用いて付
着させるか、またはＮｉ板の表層部分を合金化し、この
面を単電池２の空気極５に接触させるセパレータ材料に
する。
Ｙ，Ｌｉ，Ａｌなどの金属を蒸着、スパッタリング、イ
オン注入、ゾルゲル法、熱分解法などの手法を用いて付
着させるか、またはＮｉ板の表層部分を合金化し、この
面を単電池２の空気極５に接触させるセパレータ材料に
する。
【００１５】前述のＣｅ，Ｙ，Ｌｉ，Ａｌなどの金属の
かわりにそれらの酸化物を使用しても良い。
かわりにそれらの酸化物を使用しても良い。
【００１６】このように構成することにより、酸化スケ
ールが緻密化し、接触抵抗の増大が抑制される。
ールが緻密化し、接触抵抗の増大が抑制される。
【００１７】図２はＮｉの粉末とＣｅの粉末を混合し
て、型に入れてプレス成形し、１０００℃に加熱し空中
に４８時間放置して作った本発明のセパレータに使用す
るＮｉＯ−ＣｅＯ2 系酸化スケール（ＣｅＯが重量で５
％入っているＮｉＯ）の導電率（実線で示す）と、Ｎｉ
単体を酸化させて作ったスケールＮｉＯの導電率（破線
で示す）との比較図で、横軸は温度を、縦軸は導電率
（Ｓ／ｃｍ）を示す。
て、型に入れてプレス成形し、１０００℃に加熱し空中
に４８時間放置して作った本発明のセパレータに使用す
るＮｉＯ−ＣｅＯ2 系酸化スケール（ＣｅＯが重量で５
％入っているＮｉＯ）の導電率（実線で示す）と、Ｎｉ
単体を酸化させて作ったスケールＮｉＯの導電率（破線
で示す）との比較図で、横軸は温度を、縦軸は導電率
（Ｓ／ｃｍ）を示す。
【００１８】図２から本発明にかかるセパレータ材料は
Ｎｉ単体の場合に比較して導電率が非常に優れているこ
とが判明する。
Ｎｉ単体の場合に比較して導電率が非常に優れているこ
とが判明する。
【００１９】なお、従来使用されている８モル％イット
リアを含むジルコニア固体電解質の導電率は１０００℃
において約０．１ｓ／ｃｍであるから、これよりも本発
明のセパレータの導電率が優れていることが分かる。
リアを含むジルコニア固体電解質の導電率は１０００℃
において約０．１ｓ／ｃｍであるから、これよりも本発
明のセパレータの導電率が優れていることが分かる。
【００２０】
【発明の効果】本発明はＮｉに少量のＣｅ，Ｙ，Ｌｉ，
Ａｌなどの金属を添加したことにより、酸化スケールが
緻密化し、接触抵抗の増大が抑制されて、導電性が従来
のものより向上する。したがって、安価で機械的性質に
すぐれ、加工し易く、強度の大なる金属セパレータを容
易に提供することができる。
Ａｌなどの金属を添加したことにより、酸化スケールが
緻密化し、接触抵抗の増大が抑制されて、導電性が従来
のものより向上する。したがって、安価で機械的性質に
すぐれ、加工し易く、強度の大なる金属セパレータを容
易に提供することができる。
【図１】本発明のセパレータを使用した固体電解質型燃
料電池の分解斜視図である。
料電池の分解斜視図である。
【図２】本発明のセパレータの材料となるＮｉ合金スケ
ールと従来のＮｉ単体スケールの導電率の比較図であ
る。
ールと従来のＮｉ単体スケールの導電率の比較図であ
る。
１ セパレータ ２ 単電池 ３ 固体電解質層 ４ 燃料極 ５ 空気極 ６ ガス流通路
Claims (2)
- 【請求項１】 固体電解質層を挟むように燃料極と空気
極とを配置してなる平板状単電池と交互に積層して平板
固体電解質型燃料電池を構成するセパレータであって、
前記単電池の空気極と接触する面に、ＮｉにＣｅ，Ｙ，
Ｌｉ，Ａｌなどの金属を０．１〜２０重量％固溶させて
成る合金を使用することを特徴とする平板固体電解質型
燃料電池のセパレータ。 - 【請求項２】 固体電解質層を挟むように燃料極と空気
極とを配置してなる平板状単電池と交互に積層して平板
固体電解質型燃料電池を構成するセパレータであって、
前記単電池の空気極と接触する面に、Ｃｅ，Ｙ，Ｌｉ，
Ａｌなどの金属を付着させたＮｉ板を使用することを特
徴とする平板固体電解質型燃料電池のセパレータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4100690A JPH05275089A (ja) | 1992-03-26 | 1992-03-26 | 平板固体電解質型燃料電池のセパレ−タ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4100690A JPH05275089A (ja) | 1992-03-26 | 1992-03-26 | 平板固体電解質型燃料電池のセパレ−タ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05275089A true JPH05275089A (ja) | 1993-10-22 |
Family
ID=14280730
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4100690A Withdrawn JPH05275089A (ja) | 1992-03-26 | 1992-03-26 | 平板固体電解質型燃料電池のセパレ−タ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05275089A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002005369A1 (de) * | 2000-07-12 | 2002-01-17 | Forschungszentrum Jülich GmbH | Aluminiumhaltiger interkonnektor für brennstoffzellen |
| KR100606978B1 (ko) * | 2004-04-09 | 2006-08-01 | 엘지전자 주식회사 | 연료 전지 |
| JP2008077913A (ja) * | 2006-09-20 | 2008-04-03 | Sumitomo Precision Prod Co Ltd | 燃料電池用インターコネクタ及びセルスタック |
-
1992
- 1992-03-26 JP JP4100690A patent/JPH05275089A/ja not_active Withdrawn
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002005369A1 (de) * | 2000-07-12 | 2002-01-17 | Forschungszentrum Jülich GmbH | Aluminiumhaltiger interkonnektor für brennstoffzellen |
| AU2001276305B2 (en) * | 2000-07-12 | 2006-10-19 | Forschungszentrum Julich Gmbh | Aluminous interconnector for fuel cells |
| KR100606978B1 (ko) * | 2004-04-09 | 2006-08-01 | 엘지전자 주식회사 | 연료 전지 |
| JP2008077913A (ja) * | 2006-09-20 | 2008-04-03 | Sumitomo Precision Prod Co Ltd | 燃料電池用インターコネクタ及びセルスタック |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19990608 |