JPH0567471A - 固体電解質型燃料電池 - Google Patents
固体電解質型燃料電池Info
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- JPH0567471A JPH0567471A JP3226950A JP22695091A JPH0567471A JP H0567471 A JPH0567471 A JP H0567471A JP 3226950 A JP3226950 A JP 3226950A JP 22695091 A JP22695091 A JP 22695091A JP H0567471 A JPH0567471 A JP H0567471A
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- H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
- H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
- H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
- H01M8/0625—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material in a modular combined reactor/fuel cell structure
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
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- General Chemical & Material Sciences (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 固体電解質型燃料電池において、単セル内の
温度分布を均一化して発電能力及び耐久性の向上を図
る。 【構成】 燃料極２，電解質１，酸素極３からなる単セ
ル４とインタコネクタ６とを縦向きにかつ左右に並べ両
側をインタコネクタ５，７で挟む状態に設置し、セルス
タックを形成する。ここで、インタコネクタ５，６，７
の四辺につば部を設け、その上下のつば部を開口して、
底部の開口部を各ガス供給口１３ａ，１４ａとし、上部
の開口部を各ガス排出口１３ｂ，１４ｂとする。これに
より、各ガス流路を同一方向として、セルスタックの温
度分布を均一化する。
温度分布を均一化して発電能力及び耐久性の向上を図
る。 【構成】 燃料極２，電解質１，酸素極３からなる単セ
ル４とインタコネクタ６とを縦向きにかつ左右に並べ両
側をインタコネクタ５，７で挟む状態に設置し、セルス
タックを形成する。ここで、インタコネクタ５，６，７
の四辺につば部を設け、その上下のつば部を開口して、
底部の開口部を各ガス供給口１３ａ，１４ａとし、上部
の開口部を各ガス排出口１３ｂ，１４ｂとする。これに
より、各ガス流路を同一方向として、セルスタックの温
度分布を均一化する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、平板状の固体電解質型
燃料電池のセルスタック構造に係り、ガス供給管内包セ
ル構造、ガスシール構造を有した小形・高発電効率の固
体電解質型燃料電池に関するものである。
燃料電池のセルスタック構造に係り、ガス供給管内包セ
ル構造、ガスシール構造を有した小形・高発電効率の固
体電解質型燃料電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】固体電解質型燃料電池は、電解質が固体
であるため、電解液の管理が不要であるほか、動作温度
が１０００℃と高温であるため、発電効率が高く、熱エ
ネルギーの回収効率の向上が期待できるなど、数々の利
点を有している。ところが、動作温度が高いことは、メ
リットだけでなく、構成材料の熱膨張係数の違いによる
クラックなどが発生し易く、寿命が短いという問題があ
る。この問題を解決するために、電極材，電解質材料の
研究のほかに、セル構造についても検討が進められてい
る。
であるため、電解液の管理が不要であるほか、動作温度
が１０００℃と高温であるため、発電効率が高く、熱エ
ネルギーの回収効率の向上が期待できるなど、数々の利
点を有している。ところが、動作温度が高いことは、メ
リットだけでなく、構成材料の熱膨張係数の違いによる
クラックなどが発生し易く、寿命が短いという問題があ
る。この問題を解決するために、電極材，電解質材料の
研究のほかに、セル構造についても検討が進められてい
る。
【０００３】図７は、従来例の平板状の固体電解質型燃
料電池の構造を示す分解斜視図である。図７において、
１はＹｔを固溶させたＺｒＯ2（ＹＳＺ）からなる、例
えば、厚さ１００μｍの固体電解質、２はＮｉ−ＺｒＯ
2サーメットからなる、例えば、厚さ１５０μｍの多孔
質の燃料極、３はＬａ（Ｓｒ）ＭｎＯ3からなる、例え
ば、厚さ１５０μｍの多孔質の酸素極であり、これらよ
り発電部（電圧発生部）としての単セル４が構成されて
いる。単セル４は、インタコネクタ６より直列に接続さ
れて、多数の発電部が直列に接続されたスタックを形成
している。また、固体電解質１と燃料極２との熱膨張率
の差、または固体電解質１と酸素極３との熱膨張率の差
により、単セル４の破損を防ぐために、その両者の層の
間には、各々両者の混合材料組成からなる緩衝薄膜層２
２，２３が設けられている。インタコネクタ６には、立
体的に直角交差した溝部が設けられ、これらの溝部はそ
れぞれ燃料通路２０と酸素ガス通路２１とされている。
これらの各ガス通路２０，２１には、あらかじめ予熱器
を経た燃料ガス及び酸素ガスが流される。
料電池の構造を示す分解斜視図である。図７において、
１はＹｔを固溶させたＺｒＯ2（ＹＳＺ）からなる、例
えば、厚さ１００μｍの固体電解質、２はＮｉ−ＺｒＯ
2サーメットからなる、例えば、厚さ１５０μｍの多孔
質の燃料極、３はＬａ（Ｓｒ）ＭｎＯ3からなる、例え
ば、厚さ１５０μｍの多孔質の酸素極であり、これらよ
り発電部（電圧発生部）としての単セル４が構成されて
いる。単セル４は、インタコネクタ６より直列に接続さ
れて、多数の発電部が直列に接続されたスタックを形成
している。また、固体電解質１と燃料極２との熱膨張率
の差、または固体電解質１と酸素極３との熱膨張率の差
により、単セル４の破損を防ぐために、その両者の層の
間には、各々両者の混合材料組成からなる緩衝薄膜層２
２，２３が設けられている。インタコネクタ６には、立
体的に直角交差した溝部が設けられ、これらの溝部はそ
れぞれ燃料通路２０と酸素ガス通路２１とされている。
これらの各ガス通路２０，２１には、あらかじめ予熱器
を経た燃料ガス及び酸素ガスが流される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このような燃料電池の
問題点としては、次のようなことがあげられる。
問題点としては、次のようなことがあげられる。
【０００５】まず、固体電解質の厚みが１００μｍと薄
膜なため、ぜい弱で積層に耐えないこと、ならびに燃料
ガスおよび酸素ガスが単セルとインタコネクタ間からリ
ークするのを防止する完全なシール方法がないという問
題がある。
膜なため、ぜい弱で積層に耐えないこと、ならびに燃料
ガスおよび酸素ガスが単セルとインタコネクタ間からリ
ークするのを防止する完全なシール方法がないという問
題がある。
【０００６】また、燃料ガスおよび酸素ガスが直交して
いるために、発電部やインタコネクタなどの温度が均一
にならず、その結果熱歪みによる変形が生じ、甚だしい
場合には発電部，インタコネクタにクラックなどが入り
寿命が短くなるという問題点があった。これは、燃料電
池の発電反応が発熱反応であるために、ガスの入口部分
では温度が低く、ガスの出口部分では温度が高くなるこ
とに起因している。すなわち、燃料ガスと酸素ガス源と
しての空気の流路が直交しているため、例えば、発電部
電極平板の四隅のうち一隅の温度上昇が他の隅にくらべ
て大きくなる。さらに、メタン等の燃料ガスを燃料極へ
供給して水素ガスへの改質反応を発電反応と同時に行わ
せると、同一平面で複雑な温度分布が発生する。このた
めに、各材質の熱膨張係数などを一致させても、同一平
面でも個所によって熱膨張の程度が異なり、セルの複雑
な変形又は、甚だしい場合にはクラックが発生すること
になる。
いるために、発電部やインタコネクタなどの温度が均一
にならず、その結果熱歪みによる変形が生じ、甚だしい
場合には発電部，インタコネクタにクラックなどが入り
寿命が短くなるという問題点があった。これは、燃料電
池の発電反応が発熱反応であるために、ガスの入口部分
では温度が低く、ガスの出口部分では温度が高くなるこ
とに起因している。すなわち、燃料ガスと酸素ガス源と
しての空気の流路が直交しているため、例えば、発電部
電極平板の四隅のうち一隅の温度上昇が他の隅にくらべ
て大きくなる。さらに、メタン等の燃料ガスを燃料極へ
供給して水素ガスへの改質反応を発電反応と同時に行わ
せると、同一平面で複雑な温度分布が発生する。このた
めに、各材質の熱膨張係数などを一致させても、同一平
面でも個所によって熱膨張の程度が異なり、セルの複雑
な変形又は、甚だしい場合にはクラックが発生すること
になる。
【０００７】このため、図７に示すようにな従来構造で
は、セルの変形に伴うガスリークにより発電効率が低く
なること、及び高温時での長期運転中にセル破損のおそ
れが生じることの問題点があった。
は、セルの変形に伴うガスリークにより発電効率が低く
なること、及び高温時での長期運転中にセル破損のおそ
れが生じることの問題点があった。
【０００８】一方、発電セル以外の燃料ガスの改質装置
が燃料電池本体よりも大きくなり、燃料電池の小型化を
はばんでいるという問題点もある。このような改質装置
の問題点にかんしては、燃料ガスを直接燃料極へ供給し
燃料極面上で水素を作るための改質反応を発電反応と同
時に進行させる内部改質型燃料電池にする方法がある。
しかし、この電池は改質装置が不要なため、従来に比べ
てコンパクトな燃料電池発電システムを実現できる利点
がある反面、燃料改質により炭素析出反応が起こるた
め、燃料極の寿命を短くし、電池寿命が低下するという
問題点が存在している。
が燃料電池本体よりも大きくなり、燃料電池の小型化を
はばんでいるという問題点もある。このような改質装置
の問題点にかんしては、燃料ガスを直接燃料極へ供給し
燃料極面上で水素を作るための改質反応を発電反応と同
時に進行させる内部改質型燃料電池にする方法がある。
しかし、この電池は改質装置が不要なため、従来に比べ
てコンパクトな燃料電池発電システムを実現できる利点
がある反面、燃料改質により炭素析出反応が起こるた
め、燃料極の寿命を短くし、電池寿命が低下するという
問題点が存在している。
【０００９】本発明は、上記問題点を解決するためにな
されたものであり、その目的はセル内の温度分布を均一
化して発電能力及び耐久性の向上を図り、燃料改質機能
をセルスタック構造内部に設計して小形で長寿命な固体
電解質型燃料電池を提供することにある。
されたものであり、その目的はセル内の温度分布を均一
化して発電能力及び耐久性の向上を図り、燃料改質機能
をセルスタック構造内部に設計して小形で長寿命な固体
電解質型燃料電池を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の固体電解質型燃料電池においては、燃料
極，電解質，酸素極からなる単セルとインタコネクタと
を縦向きにかつ左右に並ぶ状態に設置されており、その
電解質及びインタコネクタの形状が底部と側部の端部に
おいて発電部の電解質層より厚さの厚いつば形状を有し
ており、それらつば部が交互に並んで構成されるスタッ
ク外壁部が、外容器との間で燃料ガスと酸素ガスが混合
しないように、非伝導性高粘度融体でガラスシールされ
て外容器に収納される構造を有している。また、インタ
コネクタ端部のつば部にガス供給のための開口部が、そ
れと対をなすインタコネクタ端部のつば部にガス排出の
ための開口部がそれぞれ形成され、燃料ガス及び酸素ガ
スは一方の辺より他方の辺に流れ、温度勾配がその一方
の辺から他方の辺に向かって均一に高くなるように設定
される。さらに、供給する燃料ガスが水素ガスへ改質す
る前のメタン，エタン，プロパン等のガスを供給する場
合には、燃料ガス改質触媒層を内壁に有し、燃料極面上
に水素ガスを供給する開口部を側壁に有するガス供給管
を、前記インタコネクタ下部の開口部からインタコネク
タ上部の開口部に設置することを特徴とする。
め、本発明の固体電解質型燃料電池においては、燃料
極，電解質，酸素極からなる単セルとインタコネクタと
を縦向きにかつ左右に並ぶ状態に設置されており、その
電解質及びインタコネクタの形状が底部と側部の端部に
おいて発電部の電解質層より厚さの厚いつば形状を有し
ており、それらつば部が交互に並んで構成されるスタッ
ク外壁部が、外容器との間で燃料ガスと酸素ガスが混合
しないように、非伝導性高粘度融体でガラスシールされ
て外容器に収納される構造を有している。また、インタ
コネクタ端部のつば部にガス供給のための開口部が、そ
れと対をなすインタコネクタ端部のつば部にガス排出の
ための開口部がそれぞれ形成され、燃料ガス及び酸素ガ
スは一方の辺より他方の辺に流れ、温度勾配がその一方
の辺から他方の辺に向かって均一に高くなるように設定
される。さらに、供給する燃料ガスが水素ガスへ改質す
る前のメタン，エタン，プロパン等のガスを供給する場
合には、燃料ガス改質触媒層を内壁に有し、燃料極面上
に水素ガスを供給する開口部を側壁に有するガス供給管
を、前記インタコネクタ下部の開口部からインタコネク
タ上部の開口部に設置することを特徴とする。
【００１１】
【作用】本発明の固体電解質型燃料電池では、燃料ガス
及び酸素ガスのガス流路を一方辺から他方の辺へ向かっ
て同一方向とすることにより、セルスタックの温度分布
をその一方の辺から他方の辺へ向かって均一に高くし
て、発生応力の方向を一方向にする。ここで、セルスタ
ックを例えば縦置型のようにその方向の一辺を開放する
ことで、上記発生応力を減少させ、耐久性を向上させ
る。
及び酸素ガスのガス流路を一方辺から他方の辺へ向かっ
て同一方向とすることにより、セルスタックの温度分布
をその一方の辺から他方の辺へ向かって均一に高くし
て、発生応力の方向を一方向にする。ここで、セルスタ
ックを例えば縦置型のようにその方向の一辺を開放する
ことで、上記発生応力を減少させ、耐久性を向上させ
る。
【００１２】また、発生する左右の熱応力については、
外容器とセルスタック外壁部との間に非伝導性高粘度融
体を介在させることにより、その応力を減少させる。
外容器とセルスタック外壁部との間に非伝導性高粘度融
体を介在させることにより、その応力を減少させる。
【００１３】さらに、燃料ガスとしてメタン等の燃料ガ
スを用いる場合には、改質触媒層を内壁に有したガス供
給管を用いて改質ガスを燃料極面上に供給することによ
り、燃料極面上では主に発電反応が起こるようにして、
燃料極面上での改質反応に伴う複雑な温度分布の発生、
及び炭素析出による電池寿命の低下を回避する。
スを用いる場合には、改質触媒層を内壁に有したガス供
給管を用いて改質ガスを燃料極面上に供給することによ
り、燃料極面上では主に発電反応が起こるようにして、
燃料極面上での改質反応に伴う複雑な温度分布の発生、
及び炭素析出による電池寿命の低下を回避する。
【００１４】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。
に説明する。
【００１５】図１はこの発明の第１の実施例を示すセル
スタック断面図で、図２は図１のＡ部の詳細を示すセル
スタック下部（隔壁部）断面図、図３はスタック構成要
素の分解斜視図、図４はセルスタック平面図である。
スタック断面図で、図２は図１のＡ部の詳細を示すセル
スタック下部（隔壁部）断面図、図３はスタック構成要
素の分解斜視図、図４はセルスタック平面図である。
【００１６】本実施例を構成する要素として、１は電解
質、２は燃料極、３は酸素極、４は単セル、５はインタ
コネクタ（スタック左端部）、６はインタコネクタ（ス
タック中間部）、７はインタコネクタ（スタック右端
部）、８は内部ガラスシール部、９は外側部のガラスシ
ール部、１０はガラスシール部、１１は隔壁、１２はフ
ェルト状導電体、１３は水素ガス排出口、１４は酸素ガ
ス排出口、１５は外容器である。
質、２は燃料極、３は酸素極、４は単セル、５はインタ
コネクタ（スタック左端部）、６はインタコネクタ（ス
タック中間部）、７はインタコネクタ（スタック右端
部）、８は内部ガラスシール部、９は外側部のガラスシ
ール部、１０はガラスシール部、１１は隔壁、１２はフ
ェルト状導電体、１３は水素ガス排出口、１４は酸素ガ
ス排出口、１５は外容器である。
【００１７】本実施例では、電解質１，燃料極２，酸素
極３からなる単セル４とインタコネクタ６とが縦向き姿
勢で左右に並ぶ状態に交互に集合され、その両側にはイ
ンタコネクタ５とインタコネクタ７が挟むように配置さ
れている。単セル４の上面から見た電解質１の形状は、
図２，図３に示すごとくＨ形状を有しており、側部及び
底部の端部が厚くなっていて、その両側に燃料極２と酸
素極３が挟むように配置されている。また、インタコネ
クタ５，６，７は四辺につば部が設けられ、そのうちの
上下のつば部には開口部が設けられる。その底部の開口
部は燃料ガス供給口１３ａまたは酸素ガス供給口１４ａ
とされ、上部の開口部は燃料ガス排出口１３ｂまたは酸
素ガス排出口１４ｂとされる。このようなインタコネク
タ５，６，７は、図２に示すごとく外容器１５に接続し
た中空の隔壁１１に燃料ガス供給口１３ｂを挿入して配
置される。
極３からなる単セル４とインタコネクタ６とが縦向き姿
勢で左右に並ぶ状態に交互に集合され、その両側にはイ
ンタコネクタ５とインタコネクタ７が挟むように配置さ
れている。単セル４の上面から見た電解質１の形状は、
図２，図３に示すごとくＨ形状を有しており、側部及び
底部の端部が厚くなっていて、その両側に燃料極２と酸
素極３が挟むように配置されている。また、インタコネ
クタ５，６，７は四辺につば部が設けられ、そのうちの
上下のつば部には開口部が設けられる。その底部の開口
部は燃料ガス供給口１３ａまたは酸素ガス供給口１４ａ
とされ、上部の開口部は燃料ガス排出口１３ｂまたは酸
素ガス排出口１４ｂとされる。このようなインタコネク
タ５，６，７は、図２に示すごとく外容器１５に接続し
た中空の隔壁１１に燃料ガス供給口１３ｂを挿入して配
置される。
【００１８】電解質１の材料はイットリア（Ｙ2Ｏ3）で
安定化されたジルコニア（ＺｒＯ2）で、ガス不透過性
の緻密体である。酸素極２はＮｉとＺｒＯ2のサーメッ
トの多孔体、燃料極３はＬａ（Ｓｒ）ＭｎＯ3からなる
多孔体である。インタコネクタ５，６，７はＬａＣｒＯ
3からなるガス不透過性の緻密体である。
安定化されたジルコニア（ＺｒＯ2）で、ガス不透過性
の緻密体である。酸素極２はＮｉとＺｒＯ2のサーメッ
トの多孔体、燃料極３はＬａ（Ｓｒ）ＭｎＯ3からなる
多孔体である。インタコネクタ５，６，７はＬａＣｒＯ
3からなるガス不透過性の緻密体である。
【００１９】本実施例では、単セル４の底部とインタコ
ネクタ６の底部に内部ガラスシール部８、インタコネク
タ５，６，７と電解質１から構成される外壁部と外容器
１５との間に外側部のガラスシール部９、及び隔壁１１
とインタコネクタ５，６との間にガラスシール部１０を
それぞれ形成してあり、燃料ガスと酸素ガスの混入を防
止している。ガラスシール部の材料はソーダタイムガラ
スやパイレックスガラスの非導電性高粘度融体を主成分
としたもの（以下ガラス融体と略す）からなる。ガラス
融体は緻密性の電解質１とインタコネクタ５，６，７に
接しており、燃料極２及び酸素極３とは完全に分離され
る構造となっているため、ガラス融体及びそれに含まれ
るアルカリイオンの燃料極２、および酸素極３への移行
も防止することができ、電極活性の劣化を防止し得てい
る。
ネクタ６の底部に内部ガラスシール部８、インタコネク
タ５，６，７と電解質１から構成される外壁部と外容器
１５との間に外側部のガラスシール部９、及び隔壁１１
とインタコネクタ５，６との間にガラスシール部１０を
それぞれ形成してあり、燃料ガスと酸素ガスの混入を防
止している。ガラスシール部の材料はソーダタイムガラ
スやパイレックスガラスの非導電性高粘度融体を主成分
としたもの（以下ガラス融体と略す）からなる。ガラス
融体は緻密性の電解質１とインタコネクタ５，６，７に
接しており、燃料極２及び酸素極３とは完全に分離され
る構造となっているため、ガラス融体及びそれに含まれ
るアルカリイオンの燃料極２、および酸素極３への移行
も防止することができ、電極活性の劣化を防止し得てい
る。
【００２０】燃料ガスの水素ガス及び酸素ガスはセルス
タック底部より水素ガス供給口１３ａ，酸素ガス供給口
１４ａを通して供給され、上部の水素ガス排出口１３
ｂ，酸素ガス排出口１４ｂより排出される。
タック底部より水素ガス供給口１３ａ，酸素ガス供給口
１４ａを通して供給され、上部の水素ガス排出口１３
ｂ，酸素ガス排出口１４ｂより排出される。
【００２１】単セル４とインタコネクタ５，６，７はセ
ルスタック上面部で固定されていないために、上下方向
の熱膨張変化による熱破損を防止している。また、左右
方向の熱膨張変化に対しては、ガラスシール部８，９，
１０のガラス融体により発生応力を吸収している。
ルスタック上面部で固定されていないために、上下方向
の熱膨張変化による熱破損を防止している。また、左右
方向の熱膨張変化に対しては、ガラスシール部８，９，
１０のガラス融体により発生応力を吸収している。
【００２２】インタコネクタ５，６，７と単セル４との
間には、電気的接続が得られるようにフェルト状導電性
体１２を設けてある。フェルト状導電体１２の材料とし
ては、酸素極側では耐熱性，耐酸化性に優れたＬａＭｎ
Ｏ3やＮｉ基合金やＣｏ基合金や、Ｐｔのフェルト状
材、その他適当なもの、燃料極側では還元に対する耐食
性に優れたＮｉのフェルト状材、その他適当なものから
成る材料が用いられる。
間には、電気的接続が得られるようにフェルト状導電性
体１２を設けてある。フェルト状導電体１２の材料とし
ては、酸素極側では耐熱性，耐酸化性に優れたＬａＭｎ
Ｏ3やＮｉ基合金やＣｏ基合金や、Ｐｔのフェルト状
材、その他適当なもの、燃料極側では還元に対する耐食
性に優れたＮｉのフェルト状材、その他適当なものから
成る材料が用いられる。
【００２３】尚、図２の隔壁１１の形状に関しては、図
中ではインタコネクタ６のつば部の形状と同じ長さに示
してあるが、ガラスシールに必要な高さがあればよい。
また、図１，図３に示した水素ガス排出口１３ｂ及び酸
素ガス排出口１４ｂの形状は、内部をくり抜いた形状に
なっているが、インタコネクタ６の形状が単セル４の電
解質２形状と同じＨ形状になった開口部でもよい。
中ではインタコネクタ６のつば部の形状と同じ長さに示
してあるが、ガラスシールに必要な高さがあればよい。
また、図１，図３に示した水素ガス排出口１３ｂ及び酸
素ガス排出口１４ｂの形状は、内部をくり抜いた形状に
なっているが、インタコネクタ６の形状が単セル４の電
解質２形状と同じＨ形状になった開口部でもよい。
【００２４】次に、本発明の第２の実施例を説明する。
【００２５】図５に改質層付きガス供給管を内包した本
発明の第２の実施例の内部改質型セルスタック断面図、
図６に改質層付きのガス供給管１６を示す。本実施例の
構成は、改質層付きのガス供給管１６がセルスタック内
部に挿入される以外は第１の実施例と同じである。
発明の第２の実施例の内部改質型セルスタック断面図、
図６に改質層付きのガス供給管１６を示す。本実施例の
構成は、改質層付きのガス供給管１６がセルスタック内
部に挿入される以外は第１の実施例と同じである。
【００２６】ガス供給管１６は、内壁部に改質触媒層と
して内部改質層１７を設けたアルミナ又はジルコニア等
の耐熱性セラミック管から成る。内部改質層１７はアル
ミナ又はジルコニア等の耐熱性セラミックに燃料の水蒸
気改質反応に対し活性のあるロジウム（Ｒｈ），ルテニ
ウム（Ｒｕ），ニッケル（Ｎｉ），白色（Ｐｔ）の８族
遷位金属又は酸化バリウム（ＢａＯ）を含有させたもの
から成る。
して内部改質層１７を設けたアルミナ又はジルコニア等
の耐熱性セラミック管から成る。内部改質層１７はアル
ミナ又はジルコニア等の耐熱性セラミックに燃料の水蒸
気改質反応に対し活性のあるロジウム（Ｒｈ），ルテニ
ウム（Ｒｕ），ニッケル（Ｎｉ），白色（Ｐｔ）の８族
遷位金属又は酸化バリウム（ＢａＯ）を含有させたもの
から成る。
【００２７】ガス供給管１６の下部には開口部１８が設
けられ、この開口部からメタン，エタン，プロパン等の
燃料ガスが供給される。燃料ガスは、ガス供給管１６上
方に送られる途中において、内部改質層１７と接触して
水素ガスに変換される。変換された水素ガスは、ガス供
給管１６上部に設けられた開口部１９より燃料極２表面
へ供給され、発電に使用される。これにより、燃料極２
表面では主に発電反応が起こり、改質反応に伴う電極の
劣化や複雑な温度分布の発生が防止できる。改質反応は
吸熱反応のために、セル発電反応による反応熱は改質反
応に効率的に使用されることになる。
けられ、この開口部からメタン，エタン，プロパン等の
燃料ガスが供給される。燃料ガスは、ガス供給管１６上
方に送られる途中において、内部改質層１７と接触して
水素ガスに変換される。変換された水素ガスは、ガス供
給管１６上部に設けられた開口部１９より燃料極２表面
へ供給され、発電に使用される。これにより、燃料極２
表面では主に発電反応が起こり、改質反応に伴う電極の
劣化や複雑な温度分布の発生が防止できる。改質反応は
吸熱反応のために、セル発電反応による反応熱は改質反
応に効率的に使用されることになる。
【００２８】なお、図６中の開口部１９の個数は２個に
なっているが、その個数・形状に制限はない。また、イ
ンタコネクタ５，６，７と燃料極２又は酸素極３との間
には、第１の実施例と同様にフェルト状導電体を設置し
てもよいが、ガス供給管１６をガス流路方向に並べて挿
入し易いように、インタコネクタ５，６，７又は燃料極
２及び酸素極３を突状の溝付形状に加工したものを形成
して、その溝部にガス供給管１６を挿入・配置してもよ
い。また、上記各実施例では、セルスタックの底部をガ
ス供給口とし、上部をガス排出口としているが、それに
限定されるものではなく、要は各ガス流路が同一方向に
なれば良い。このように、本発明は、その主旨に沿っ
て、種々に応用され、種々の実施態様を採りうるもので
ある。
なっているが、その個数・形状に制限はない。また、イ
ンタコネクタ５，６，７と燃料極２又は酸素極３との間
には、第１の実施例と同様にフェルト状導電体を設置し
てもよいが、ガス供給管１６をガス流路方向に並べて挿
入し易いように、インタコネクタ５，６，７又は燃料極
２及び酸素極３を突状の溝付形状に加工したものを形成
して、その溝部にガス供給管１６を挿入・配置してもよ
い。また、上記各実施例では、セルスタックの底部をガ
ス供給口とし、上部をガス排出口としているが、それに
限定されるものではなく、要は各ガス流路が同一方向に
なれば良い。このように、本発明は、その主旨に沿っ
て、種々に応用され、種々の実施態様を採りうるもので
ある。
【００２９】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
固体電解質型燃料電池によれば、セルスタックの温度勾
配が一方の辺から他方の辺に向かって均一に高くなるよ
うに設計され、かつその一方の辺の面のセルスタックは
固定されていないために、一方向に発生する熱応力によ
るセルの破損を防ぐことが出来る。
固体電解質型燃料電池によれば、セルスタックの温度勾
配が一方の辺から他方の辺に向かって均一に高くなるよ
うに設計され、かつその一方の辺の面のセルスタックは
固定されていないために、一方向に発生する熱応力によ
るセルの破損を防ぐことが出来る。
【００３０】また、請求項２の発明によれば、特に、セ
ルスタックと外容器との間にガスシールの効果を備えた
非導電性高粘度融体が介在する構造となっているため
に、左右に発生する熱応力を吸収してセル破損を防ぐと
同時に、ガスシール効果のために発電効率の向上を図る
ことができる。
ルスタックと外容器との間にガスシールの効果を備えた
非導電性高粘度融体が介在する構造となっているため
に、左右に発生する熱応力を吸収してセル破損を防ぐと
同時に、ガスシール効果のために発電効率の向上を図る
ことができる。
【００３１】さらに、請求項３の発明によれば、特に、
メタン，エタン等の燃料ガスを水素ガスへ改質する機能
を有する改質層を有するガス供給管をセルスタック内に
設けているために、大型の外部改質装置を不要に出来、
かつ燃料極の炭素析出による劣化を防止し得るために、
小形で長寿命な固体電解質型燃料電池が得られる。
メタン，エタン等の燃料ガスを水素ガスへ改質する機能
を有する改質層を有するガス供給管をセルスタック内に
設けているために、大型の外部改質装置を不要に出来、
かつ燃料極の炭素析出による劣化を防止し得るために、
小形で長寿命な固体電解質型燃料電池が得られる。
【図１】本発明の第１の実施例を示すセルスタック断面
図
図
【図２】上記第１の実施例のセルスタック下部（隔壁
部）断面図
部）断面図
【図３】上記第１の実施例のスタック構成要素の分解斜
視図
視図
【図４】上記第１の実施例のセルスタック平面図
【図５】本発明の第２の実施例を示す内部改質型セルス
タック断面図
タック断面図
【図６】上記第２実施例のガス供給管の外観斜視図
【図７】従来例の平板型の固体電解質型燃料電池の構造
を示す分解斜視図
を示す分解斜視図
１…電解質、２…燃料極、３…酸素極、４…単セル、５
…インタコネクタ（スタック左端部）、６…インタコネ
クタ（スタック中間部）、７…インタコネクタ（スタッ
ク右端部）、８…内部ガラスシール部、９…外側部のガ
ラスシール部、１０…ガラスシール部、１１…隔壁、１
２…フェルト状導電体、１３ａ…水素ガス供給口、１３
ｂ…水素ガス排出口、１４ａ…酸素ガス供給口、１４ｂ
…酸素ガス排出口、１５…外容器、１６…改質層付きの
ガス供給管、１７…内部改質層、１８…開口部、１９…
開口部。
…インタコネクタ（スタック左端部）、６…インタコネ
クタ（スタック中間部）、７…インタコネクタ（スタッ
ク右端部）、８…内部ガラスシール部、９…外側部のガ
ラスシール部、１０…ガラスシール部、１１…隔壁、１
２…フェルト状導電体、１３ａ…水素ガス供給口、１３
ｂ…水素ガス排出口、１４ａ…酸素ガス供給口、１４ｂ
…酸素ガス排出口、１５…外容器、１６…改質層付きの
ガス供給管、１７…内部改質層、１８…開口部、１９…
開口部。
Claims (3)
- 【請求項１】 燃料極，電解質，酸素極からなる単セル
とこのような単セル間を電気的につなぐインタコネクタ
とを縦向き姿勢でかつ左右に並ぶ状態に付設した固体電
解質型燃料電池であって、 前記電解質の形状が底部と側部の端部が厚くなっている
つば形状を有し、前記インタコネクタの形状が四辺の端
部が全部厚くなったつば形状を有し、該インタコネクタ
端部にガス供給のための開口部を有し、それと対をなす
一方のインタコネクタ端部にガス排出のための開口部を
有することを特徴とする固体電解質型燃料電池。 - 【請求項２】 インタコネクタ端部と電解質端部からな
る外壁部とセルを収納する外容器との間が非導電性高粘
度融体で満たされることによりガスシールされることを
特徴とする請求項１記載の固体電解質型燃料電池。 - 【請求項３】 燃料ガス改質触媒層を内壁に有し、燃料
極面に水素ガスを供給するための開口部をガス供給管側
壁に有するガス供給管を、前記インタコネクタのガス供
給のための開口部からガス排出のための開口部に設ける
ことを特徴とする請求項１記載の固体電解質型燃料電
池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3226950A JPH0567471A (ja) | 1991-09-06 | 1991-09-06 | 固体電解質型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3226950A JPH0567471A (ja) | 1991-09-06 | 1991-09-06 | 固体電解質型燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0567471A true JPH0567471A (ja) | 1993-03-19 |
Family
ID=16853160
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3226950A Pending JPH0567471A (ja) | 1991-09-06 | 1991-09-06 | 固体電解質型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0567471A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1996008052A1 (de) * | 1994-09-03 | 1996-03-14 | Forschungszentrum Jülich GmbH | Feststoffelektrolyt-hochtemperatur-brennstoffzellenanordnung |
| WO1996026553A1 (de) * | 1995-02-21 | 1996-08-29 | Forschungszentrum Jülich GmbH | Anordnung für festelektrolyt-brennstoffzellen |
| EP0735601A1 (en) * | 1995-03-29 | 1996-10-02 | Osaka Gas Co., Ltd. | Solid electrolyte fuel cell stack |
-
1991
- 1991-09-06 JP JP3226950A patent/JPH0567471A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1996008052A1 (de) * | 1994-09-03 | 1996-03-14 | Forschungszentrum Jülich GmbH | Feststoffelektrolyt-hochtemperatur-brennstoffzellenanordnung |
| WO1996026553A1 (de) * | 1995-02-21 | 1996-08-29 | Forschungszentrum Jülich GmbH | Anordnung für festelektrolyt-brennstoffzellen |
| EP0735601A1 (en) * | 1995-03-29 | 1996-10-02 | Osaka Gas Co., Ltd. | Solid electrolyte fuel cell stack |
| US5830592A (en) * | 1995-03-29 | 1998-11-03 | Osaka Gas Co., Ltd. | Solid electrolyte fuel cell |
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