JPH0589891A - 固体電解質燃料電池 - Google Patents
固体電解質燃料電池Info
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- JPH0589891A JPH0589891A JP4014808A JP1480892A JPH0589891A JP H0589891 A JPH0589891 A JP H0589891A JP 4014808 A JP4014808 A JP 4014808A JP 1480892 A JP1480892 A JP 1480892A JP H0589891 A JPH0589891 A JP H0589891A
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Classifications
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- 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
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 基体管上に、該絶縁層の上に燃料極、電解質
及び空気極を順次積層した発電層を設けた固体電解質燃
料電池において、バイパス電流や、通電現象を防止する
ことを目的とする。 【構成】 基体管上に絶縁層を設けるか、或いは基体管
自体を電気絶縁性の高い材料とし、必要に応じて絶縁層
と燃料層との間、或いは電気絶縁製の高い材料よりなる
基体管と燃料層との間に反応防止膜を成膜し、熱処理し
たものである。
及び空気極を順次積層した発電層を設けた固体電解質燃
料電池において、バイパス電流や、通電現象を防止する
ことを目的とする。 【構成】 基体管上に絶縁層を設けるか、或いは基体管
自体を電気絶縁性の高い材料とし、必要に応じて絶縁層
と燃料層との間、或いは電気絶縁製の高い材料よりなる
基体管と燃料層との間に反応防止膜を成膜し、熱処理し
たものである。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、固体電解質燃料電池
（ＳＯＦＣ：SolidOxide Fuel Cell ）に関し、高温水
蒸気電解（ＳＯＳＥ）にも適用できるものである。
（ＳＯＦＣ：SolidOxide Fuel Cell ）に関し、高温水
蒸気電解（ＳＯＳＥ）にも適用できるものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の円筒型固体電解質燃料電池を図
４、図５に示す。図４は円筒型固体電解質燃料電池の部
分断面で、主に電極構造を示す。この円筒型固体電解質
燃料電池は、基体管１の外周面に燃料極２、固体電解質
３、空気極５よりなる発電層を積層し、これをインタコ
ネクタ４により接続して構成したものである。
４、図５に示す。図４は円筒型固体電解質燃料電池の部
分断面で、主に電極構造を示す。この円筒型固体電解質
燃料電池は、基体管１の外周面に燃料極２、固体電解質
３、空気極５よりなる発電層を積層し、これをインタコ
ネクタ４により接続して構成したものである。
【０００３】即ち、円筒形状のセラミックス基体管１の
外周面には、燃料極２が円環状に溶射等によって形成さ
れ、更に燃料極２の上に重なるように固体電解質３が円
環状に形成されている。基体管１はカルシア安定化ジル
コニア（ＣＳＺ）製、燃料極２はニッケル（Ｎi）又は
ニッケルとイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）との
サーメット製、固体電解質３はイットリア安定化ジルコ
ニア製である。
外周面には、燃料極２が円環状に溶射等によって形成さ
れ、更に燃料極２の上に重なるように固体電解質３が円
環状に形成されている。基体管１はカルシア安定化ジル
コニア（ＣＳＺ）製、燃料極２はニッケル（Ｎi）又は
ニッケルとイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）との
サーメット製、固体電解質３はイットリア安定化ジルコ
ニア製である。
【０００４】隣接する燃料極２、固体電解質３の間には
インタコネクタ４が形成され、このインタコネクタ４と
固体電解質３の上に重なるように空気極５が円環状に形
成されている。インタコネクタ４は、この上に形成され
る空気極５と隣接する燃料極２とを電気的に接続してい
る。インタコネクタ４はニッケル（Ｎi）又はニッケル
とセラミックスのサーメット製、空気極５はランタン系
化合物、例えばランタン・コバルト系の化合物（ＬaＣ
Ｏ3等）製である。
インタコネクタ４が形成され、このインタコネクタ４と
固体電解質３の上に重なるように空気極５が円環状に形
成されている。インタコネクタ４は、この上に形成され
る空気極５と隣接する燃料極２とを電気的に接続してい
る。インタコネクタ４はニッケル（Ｎi）又はニッケル
とセラミックスのサーメット製、空気極５はランタン系
化合物、例えばランタン・コバルト系の化合物（ＬaＣ
Ｏ3等）製である。
【０００５】基体管１内側には水素等の燃料７を供給
し、基体管１外側の空気極５側に空気又は酸素等の酸化
剤８を供給すると、作動温度９００〜１０００℃にて酸
素イオン（Ｏ2-）が電解質中を移動して、電気が取り出
せる装置である。図５に、円筒型固体電解質燃料電池の
運転時の様子を示す。同図に示すように、空気極５で電
子を得た酸素イオンは、固体電解質３を通過し、燃料極
２にて水素と反応し水（Ｈ2Ｏ）を生成し電子を放出す
る。また、電流６は図６に矢印で示すように、燃料極２
から固体電解質４、空気極５へ流れインタコネクタ４を
通って隣接する燃料極２へ流れていく。
し、基体管１外側の空気極５側に空気又は酸素等の酸化
剤８を供給すると、作動温度９００〜１０００℃にて酸
素イオン（Ｏ2-）が電解質中を移動して、電気が取り出
せる装置である。図５に、円筒型固体電解質燃料電池の
運転時の様子を示す。同図に示すように、空気極５で電
子を得た酸素イオンは、固体電解質３を通過し、燃料極
２にて水素と反応し水（Ｈ2Ｏ）を生成し電子を放出す
る。また、電流６は図６に矢印で示すように、燃料極２
から固体電解質４、空気極５へ流れインタコネクタ４を
通って隣接する燃料極２へ流れていく。
【０００６】図７は、従来の円筒型固体電解質燃料電池
をモジュール化したときの構造図である。同図に示すよ
うに下部管板１２にセルチューブ１０が支持されると共
に上部管板１４には燃料注入管１１が支持され、この燃
料注入管１１がセルチューブ１０内に挿入されている。
セルチューブ１０は、上述したように基体管１と各電極
素子等によって構成され、燃料注入管１１からセルチュ
ーブ１０内に水素（Ｈ 2）等の燃料１７が供給される。
をモジュール化したときの構造図である。同図に示すよ
うに下部管板１２にセルチューブ１０が支持されると共
に上部管板１４には燃料注入管１１が支持され、この燃
料注入管１１がセルチューブ１０内に挿入されている。
セルチューブ１０は、上述したように基体管１と各電極
素子等によって構成され、燃料注入管１１からセルチュ
ーブ１０内に水素（Ｈ 2）等の燃料１７が供給される。
【０００７】下部管板１２と上部管板１４との間には、
セルチューブ１０内で消費されなかった燃料排ガス１６
が排出される燃料排出室１３が形成されている。下部管
板１２下側でセルチューブ１０の外側には、空気や酸素
（Ｏ2）８等の酸化剤が供給されて発電され、図示され
ない電流リードによって集電される。
セルチューブ１０内で消費されなかった燃料排ガス１６
が排出される燃料排出室１３が形成されている。下部管
板１２下側でセルチューブ１０の外側には、空気や酸素
（Ｏ2）８等の酸化剤が供給されて発電され、図示され
ない電流リードによって集電される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の円筒型
固体電解質燃料電池では次のような問題がある。 （１）円筒型固体電解質燃料電池の運転は約９００〜１
０００℃という高温状態で行なわれるので、基体管１は
電解質３に比べかなり高電気抵抗の材料ではあるもの
の、そのような高温状態では完全な絶縁物たりえず、図
５中の破線で示されたように、若干の微小電流６ａが基
体管１の内を流れているものと考えられ、効率の低下や
基体管の劣化が促進されてしまう。
固体電解質燃料電池では次のような問題がある。 （１）円筒型固体電解質燃料電池の運転は約９００〜１
０００℃という高温状態で行なわれるので、基体管１は
電解質３に比べかなり高電気抵抗の材料ではあるもの
の、そのような高温状態では完全な絶縁物たりえず、図
５中の破線で示されたように、若干の微小電流６ａが基
体管１の内を流れているものと考えられ、効率の低下や
基体管の劣化が促進されてしまう。
【０００９】（２）円筒型固体電解質燃料電池の運転時
に水素（Ｈ2）７の供給量が不足した場合、空気極５側
から供給されるＯ2-イオンにより燃料極２と固体電解質
３との界面が酸化されてしまい図６に示すように高電気
抵抗の物質が膜９として形成される。一方、電流は強制
的に流れようとするため、図６中矢印付実線で示したよ
うに、基体管１側を流れるバイパス電流６ｂとなり、こ
のため、燃料極２の部分が破壊される。
に水素（Ｈ2）７の供給量が不足した場合、空気極５側
から供給されるＯ2-イオンにより燃料極２と固体電解質
３との界面が酸化されてしまい図６に示すように高電気
抵抗の物質が膜９として形成される。一方、電流は強制
的に流れようとするため、図６中矢印付実線で示したよ
うに、基体管１側を流れるバイパス電流６ｂとなり、こ
のため、燃料極２の部分が破壊される。
【００１０】また、図７に示したような円筒型固体電解
質燃料電池のモジュールでは燃料１７の下流側（図７で
はセルチューブの上側）では、下流側まで十分な量の燃
料１７が供給されないとき、上述したような状態となり
セルチューブ１０が破断に致ることを発明者らは確認し
ている。
質燃料電池のモジュールでは燃料１７の下流側（図７で
はセルチューブの上側）では、下流側まで十分な量の燃
料１７が供給されないとき、上述したような状態となり
セルチューブ１０が破断に致ることを発明者らは確認し
ている。
【００１１】（３）また、図７のようなモジュール構造
で燃料注入管１１が良伝導体のときは、熱ひずみや組立
精度等の問題から、燃料注入管１１とセルチューブ１０
内面とが接触した場合、その接触部で図８のような通電
（放電）１９現象が発生し、セルチューブ１０が破断に
致ることも発明者らは確認している。
で燃料注入管１１が良伝導体のときは、熱ひずみや組立
精度等の問題から、燃料注入管１１とセルチューブ１０
内面とが接触した場合、その接触部で図８のような通電
（放電）１９現象が発生し、セルチューブ１０が破断に
致ることも発明者らは確認している。
【００１２】このような課題を解決するために、本発明
はバイパス電流や、通電現象が生じない円筒型固体電解
質燃料電池を供することを目的とする。
はバイパス電流や、通電現象が生じない円筒型固体電解
質燃料電池を供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明は、基体管上に絶
縁層を設け、該絶縁層の上に燃料極、固体電解質及び空
気極を順次積層した発電層を設けたことを特徴とし、望
ましくは前記絶縁層と前記燃料層との間に、化学的に安
定な反応防止膜を形成して、熱処理を施したものであ
る。
縁層を設け、該絶縁層の上に燃料極、固体電解質及び空
気極を順次積層した発電層を設けたことを特徴とし、望
ましくは前記絶縁層と前記燃料層との間に、化学的に安
定な反応防止膜を形成して、熱処理を施したものであ
る。
【００１４】また、本発明は、電気絶縁性の高い基体管
上に燃料極、固体電解質及び空気極を順次積層した発電
層を設けたことを特徴とし、望ましくは前記基体管と前
記燃料層との間に、化学的に安定な反応防止膜を形成し
て、熱処理を施したものである。ここで、反応防止膜と
してはイットリア安定化ジルコニア又はイットリウムの
薄膜を使用することをが可能である。
上に燃料極、固体電解質及び空気極を順次積層した発電
層を設けたことを特徴とし、望ましくは前記基体管と前
記燃料層との間に、化学的に安定な反応防止膜を形成し
て、熱処理を施したものである。ここで、反応防止膜と
してはイットリア安定化ジルコニア又はイットリウムの
薄膜を使用することをが可能である。
【００１５】
【作用】基体管と燃料極との間に電気絶縁性に優れた絶
縁膜を介在させ、又は、基体管自身を電気絶縁性に優れ
たものとしたので、発電した電気が基体管へ流れるのを
防ぎ、燃料極から固体電解質、空気極及びインタコネク
タを通って次の燃料極へと設計通りに電流が流れ、ま
た、燃料極と固体電解質との界面に高抵抗の膜が形成さ
れても基体管へバイパス電流が流れることがない。
縁膜を介在させ、又は、基体管自身を電気絶縁性に優れ
たものとしたので、発電した電気が基体管へ流れるのを
防ぎ、燃料極から固体電解質、空気極及びインタコネク
タを通って次の燃料極へと設計通りに電流が流れ、ま
た、燃料極と固体電解質との界面に高抵抗の膜が形成さ
れても基体管へバイパス電流が流れることがない。
【００１６】さらには、運転中、基体管内側に良伝導体
が接触したとしても基体管外側の燃料極と良伝導体の間
で通電（放電）現象が発生してしまうことはなく、発電
された電気が設計通りの流路を逸れることなく流れ集電
される。反応防止膜を燃料極の下部に成膜することで、
熱処理の効果が、開路電圧の向上という形で現われ、熱
処理の実施で電解質を緻密化できるため、薄膜化による
抵抗減、これによる性能向上が期待できる。
が接触したとしても基体管外側の燃料極と良伝導体の間
で通電（放電）現象が発生してしまうことはなく、発電
された電気が設計通りの流路を逸れることなく流れ集電
される。反応防止膜を燃料極の下部に成膜することで、
熱処理の効果が、開路電圧の向上という形で現われ、熱
処理の実施で電解質を緻密化できるため、薄膜化による
抵抗減、これによる性能向上が期待できる。
【００１７】
【実施例】請求項１の発明に係る一実施例を図１に示
す。同図に示すように本実施例は、基体管１上に電気絶
縁性に優れた絶縁膜１ａを形成したものである。絶縁膜
１ａは、基体管上の燃料極２及びインタコネクタ４が載
る部分に溶射法等により、ガス透過性のよい多孔質で絶
縁性の確保できる膜として形成してある。絶縁膜１ａの
材料としては、絶縁性の優れたアルミナ（Ａl2Ｏ3）等
が好適である。尚、図１中の基体管１、燃料極２、電解
質３、インタコネクタ４、空気極５については、その構
成、作用等は従来例と同様であり、その説明を省略す
る。
す。同図に示すように本実施例は、基体管１上に電気絶
縁性に優れた絶縁膜１ａを形成したものである。絶縁膜
１ａは、基体管上の燃料極２及びインタコネクタ４が載
る部分に溶射法等により、ガス透過性のよい多孔質で絶
縁性の確保できる膜として形成してある。絶縁膜１ａの
材料としては、絶縁性の優れたアルミナ（Ａl2Ｏ3）等
が好適である。尚、図１中の基体管１、燃料極２、電解
質３、インタコネクタ４、空気極５については、その構
成、作用等は従来例と同様であり、その説明を省略す
る。
【００１８】このような構成によると、隣接する空気極
５からインタコネクタ４を通って流れてきた電流は、燃
料極２で発電された電流が加わり、この電流全てが、固
体電解質３、空気極５へと流れる。この流れは、固体電
解質３と燃料極２との界面に高抵抗の膜９が形成された
場合でも基体管１側へバイパスすることはない。つま
り、基体管１に電気絶縁性に優れる絶縁膜１ａを設けた
ため、電流６が本来流れるべき部分に高抵抗の膜９等が
形成されても、電流６は基体管１，１ｂに迂回せず、基
体管１，１ｂは破壊されることがない。
５からインタコネクタ４を通って流れてきた電流は、燃
料極２で発電された電流が加わり、この電流全てが、固
体電解質３、空気極５へと流れる。この流れは、固体電
解質３と燃料極２との界面に高抵抗の膜９が形成された
場合でも基体管１側へバイパスすることはない。つま
り、基体管１に電気絶縁性に優れる絶縁膜１ａを設けた
ため、電流６が本来流れるべき部分に高抵抗の膜９等が
形成されても、電流６は基体管１，１ｂに迂回せず、基
体管１，１ｂは破壊されることがない。
【００１９】また、本実施例の絶縁膜１ａ、絶縁基体管
１ｂを用いた円筒型固体電解質燃料電池用の各構成は、
燃料電池の逆反応である高温水蒸気電解（ＳＯＳＥ）セ
ルにも適用可能である。図２に、図１に示した実施例の
円筒型固体電解質燃料電池をそのモジュール構造に適用
した実施例を示す。図２に示されたモジュールによる
と、アルミナ絶縁膜１Ｃを設けたので、金属性の燃料注
入管１１がセルチューブ１０の内側に接触しても電極と
の間で通電（放電）現象が起こることはない。尚、その
他の構成、作用は、従来例と同様であり、その説明を省
略する。
１ｂを用いた円筒型固体電解質燃料電池用の各構成は、
燃料電池の逆反応である高温水蒸気電解（ＳＯＳＥ）セ
ルにも適用可能である。図２に、図１に示した実施例の
円筒型固体電解質燃料電池をそのモジュール構造に適用
した実施例を示す。図２に示されたモジュールによる
と、アルミナ絶縁膜１Ｃを設けたので、金属性の燃料注
入管１１がセルチューブ１０の内側に接触しても電極と
の間で通電（放電）現象が起こることはない。尚、その
他の構成、作用は、従来例と同様であり、その説明を省
略する。
【００２０】次に請求項２の発明に係る一実施例を図３
を用いて説明する。同図に示すように本実施例は、電気
絶縁性に優れた絶縁基体管１ｂを使用するものである。
基体管１ｂは多孔質アルミナ製の円管で、基体管１ｂ内
側から燃料極２への水素（Ｈ2）の移動を妨げることな
く、従来のカルシア安定化ジルコニアよりも高い絶縁性
を有するものである。このような構成とすることにより
図１に示した請求項１に係る実施例と同様に基体管に電
流が流れることを防ぐことが可能となる。尚、図３中の
燃料極２、固体電解質３、インタコネクタ４及び空気極
５は従来例と同様であり、その説明を省略する。
を用いて説明する。同図に示すように本実施例は、電気
絶縁性に優れた絶縁基体管１ｂを使用するものである。
基体管１ｂは多孔質アルミナ製の円管で、基体管１ｂ内
側から燃料極２への水素（Ｈ2）の移動を妨げることな
く、従来のカルシア安定化ジルコニアよりも高い絶縁性
を有するものである。このような構成とすることにより
図１に示した請求項１に係る実施例と同様に基体管に電
流が流れることを防ぐことが可能となる。尚、図３中の
燃料極２、固体電解質３、インタコネクタ４及び空気極
５は従来例と同様であり、その説明を省略する。
【００２１】本実施例では、電気絶縁性に優れる絶縁基
体管１ｂを使用するため、電流６が本来流れるべき部分
に高抵抗の膜９等が形成されても、電流６は基体管１，
１ｂに迂回せず、基体管１，１ｂは破壊されることがな
い。また、本実施例の絶縁膜１ａ、絶縁基体管１ｂを用
いた円筒型固体電解質燃料電池用の各構成は、燃料電池
の逆反応である高温水蒸気電解（ＳＯＳＥ）セルにも適
用可能である。円筒型固体電解質燃料電池における電解
質はガスタイト性が要求され、その緻密化のために熱処
理（千数百℃）を実施することが望ましい。熱処理を施
すと、図１０に示すような、燃料極２２側から空気極２
４側への水素（Ｈ2）の漏れ込みによる空気極側での水
素（Ｈ2）の燃焼を防ぐことができる。
体管１ｂを使用するため、電流６が本来流れるべき部分
に高抵抗の膜９等が形成されても、電流６は基体管１，
１ｂに迂回せず、基体管１，１ｂは破壊されることがな
い。また、本実施例の絶縁膜１ａ、絶縁基体管１ｂを用
いた円筒型固体電解質燃料電池用の各構成は、燃料電池
の逆反応である高温水蒸気電解（ＳＯＳＥ）セルにも適
用可能である。円筒型固体電解質燃料電池における電解
質はガスタイト性が要求され、その緻密化のために熱処
理（千数百℃）を実施することが望ましい。熱処理を施
すと、図１０に示すような、燃料極２２側から空気極２
４側への水素（Ｈ2）の漏れ込みによる空気極側での水
素（Ｈ2）の燃焼を防ぐことができる。
【００２２】しかし、熱処理時を行うと、図９に示すよ
うに燃料極２２と基体管２１の絶縁膜２７との界面接触
部分に高抵抗体２ａができるため、燃料極２２側の導電
率低下の要因となり、セル性能に悪影響を及ぼす。つま
り、図１１に示すように、熱処理を実施した場合３２で
は、熱処理をしない場合３１に比較し、電解質が緻密に
なり開路電圧（ＯＣＶ：Open Circuit Voltage）は向上
するもの、上記理由により抵抗が大となり（Ｒ12≧
Ｒ11）、セル性能は向上していない。そこで、請求項３
の発明に係る一実施例では図１２に示すように、セラミ
ック基体管２１上にコーティングされた絶縁膜２７と燃
料極２２との熱処理時の反応を防ぐために、絶縁膜２７
と燃料極２２の間に化学的に安定な材料よりなる反応防
止膜２２ｂを成膜しておくものである。
うに燃料極２２と基体管２１の絶縁膜２７との界面接触
部分に高抵抗体２ａができるため、燃料極２２側の導電
率低下の要因となり、セル性能に悪影響を及ぼす。つま
り、図１１に示すように、熱処理を実施した場合３２で
は、熱処理をしない場合３１に比較し、電解質が緻密に
なり開路電圧（ＯＣＶ：Open Circuit Voltage）は向上
するもの、上記理由により抵抗が大となり（Ｒ12≧
Ｒ11）、セル性能は向上していない。そこで、請求項３
の発明に係る一実施例では図１２に示すように、セラミ
ック基体管２１上にコーティングされた絶縁膜２７と燃
料極２２との熱処理時の反応を防ぐために、絶縁膜２７
と燃料極２２の間に化学的に安定な材料よりなる反応防
止膜２２ｂを成膜しておくものである。
【００２３】即ち、セラミック基体管２１の外周面に
は、アルミナ（Ａl2Ｏ3）等の絶縁膜２７が溶射法等に
より形成されており、この基体管２１の絶縁膜２７上に
円環状にイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）あるい
はイットリウム（Ｙ2Ｏ3）の反応防止膜２２ｂが一定間
隔を保って形成され、その間には気密膜２６が溶射等に
よって形成されている。基体管２１は、円筒型形状でカ
ルシア安定化ジルコニア（ＣＳＺ）等で製作されてい
る。反応防止膜２２ｂの上部に燃料極２２、更にその上
に固体電解質２３、空気極２４が積層されており、ま
た、固体電解質２３を相互に接続するインタコネクタ２
５が溶射法等によって形成されている。
は、アルミナ（Ａl2Ｏ3）等の絶縁膜２７が溶射法等に
より形成されており、この基体管２１の絶縁膜２７上に
円環状にイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）あるい
はイットリウム（Ｙ2Ｏ3）の反応防止膜２２ｂが一定間
隔を保って形成され、その間には気密膜２６が溶射等に
よって形成されている。基体管２１は、円筒型形状でカ
ルシア安定化ジルコニア（ＣＳＺ）等で製作されてい
る。反応防止膜２２ｂの上部に燃料極２２、更にその上
に固体電解質２３、空気極２４が積層されており、ま
た、固体電解質２３を相互に接続するインタコネクタ２
５が溶射法等によって形成されている。
【００２４】燃料極２２はニッケル（Ｎi）あるいは酸
化ニッケル（ＮiＯ）等である。このように燃料極２２
の下に反応防止膜２２ｂを成膜し、固体電解質２３、イ
ンタコネクタ２５を成膜した後に、例えば、千数百℃で
熱処理をしたものである。これにより、固体電解質２
３、インタコネクタ２５が緻密化して、燃料側から空気
側への（Ｈ2側からＯ2側）水素（Ｈ2）の漏れが非常に
少なくなり、電解質の薄膜化が可能となり、かつ、燃料
側の高抵抗化を防止できるため、セルの高性能化が期待
される。
化ニッケル（ＮiＯ）等である。このように燃料極２２
の下に反応防止膜２２ｂを成膜し、固体電解質２３、イ
ンタコネクタ２５を成膜した後に、例えば、千数百℃で
熱処理をしたものである。これにより、固体電解質２
３、インタコネクタ２５が緻密化して、燃料側から空気
側への（Ｈ2側からＯ2側）水素（Ｈ2）の漏れが非常に
少なくなり、電解質の薄膜化が可能となり、かつ、燃料
側の高抵抗化を防止できるため、セルの高性能化が期待
される。
【００２５】本実施例では、燃料極２２の下に化学的に
安定な材料で反応防止膜２２ｂを構成することにより、
図９のような熱処理時に燃料極と絶縁膜との界面接触部
分での高抵抗の反応物の生成を防ぐことができる。これ
により、熱処理による抵抗の増大を防止することがで
き、図１３に示すように、開路電圧の向上とともに、定
格運転点におけるセル性能向上が期待できる。つまり、
反応防止膜ありで熱処理をした場合３３は、熱処理をし
ない場合３１、単に熱処理を実施した場合に比較し、開
路電圧が向上すると共に定格点における性能が向上す
る。また、電解質を緻密化することで薄膜化することが
でき、この効果を活かすことができる。
安定な材料で反応防止膜２２ｂを構成することにより、
図９のような熱処理時に燃料極と絶縁膜との界面接触部
分での高抵抗の反応物の生成を防ぐことができる。これ
により、熱処理による抵抗の増大を防止することがで
き、図１３に示すように、開路電圧の向上とともに、定
格運転点におけるセル性能向上が期待できる。つまり、
反応防止膜ありで熱処理をした場合３３は、熱処理をし
ない場合３１、単に熱処理を実施した場合に比較し、開
路電圧が向上すると共に定格点における性能が向上す
る。また、電解質を緻密化することで薄膜化することが
でき、この効果を活かすことができる。
【００２６】本実施例では、基体管２１上に絶縁膜２７
を形成しているが、請求項４に係る発明のように基体管
２１として絶縁材料を使用して、絶縁材料でできた基体
管と燃料極との間に反応防止膜を形成するようにしても
良い。
を形成しているが、請求項４に係る発明のように基体管
２１として絶縁材料を使用して、絶縁材料でできた基体
管と燃料極との間に反応防止膜を形成するようにしても
良い。
【００２７】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によると、基
体管表面に電気絶縁体を被膜させ、又は、基体管自身を
電気絶縁体にて形成したものであるので、基体管側に電
流が迂回することなく、基体管の破壊、破断を防止する
ことができる。この効果により、とりわけ、電池をモジ
ュール化した際に、一本のセルチューブ内での下流側の
燃料不足や、複数本のセルチューブ間で燃料供給量が不
均一となり、燃料極と固体電解質との界面に酸素イオン
による高抵抗膜が生じても、セルチューブが破断される
ことを防ぐことができるようになり、また、セルチュー
ブの管板へ短絡（アース）したり、燃料注入管がセルチ
ューブ内面に接触した場合でも基体管内の通電（放電現
象）を防止することができるようになり、安定性、信頼
性が向上する。反応防止膜を燃料極の下部に成膜するこ
とで、熱処理の効果が、開路電圧の向上という形で現わ
れ、熱処理の実施で電解質を緻密化できるため、薄膜化
による抵抗減、これによる性能向上が期待できる。
体管表面に電気絶縁体を被膜させ、又は、基体管自身を
電気絶縁体にて形成したものであるので、基体管側に電
流が迂回することなく、基体管の破壊、破断を防止する
ことができる。この効果により、とりわけ、電池をモジ
ュール化した際に、一本のセルチューブ内での下流側の
燃料不足や、複数本のセルチューブ間で燃料供給量が不
均一となり、燃料極と固体電解質との界面に酸素イオン
による高抵抗膜が生じても、セルチューブが破断される
ことを防ぐことができるようになり、また、セルチュー
ブの管板へ短絡（アース）したり、燃料注入管がセルチ
ューブ内面に接触した場合でも基体管内の通電（放電現
象）を防止することができるようになり、安定性、信頼
性が向上する。反応防止膜を燃料極の下部に成膜するこ
とで、熱処理の効果が、開路電圧の向上という形で現わ
れ、熱処理の実施で電解質を緻密化できるため、薄膜化
による抵抗減、これによる性能向上が期待できる。
【図１】請求項１に係る発明の一実施例に係る円筒型固
体電解質燃料電池の電極構造の構造図である。
体電解質燃料電池の電極構造の構造図である。
【図２】図１の実施例をモジュールに適用した例の概略
図である。
図である。
【図３】請求項２に係る発明の一実施例に係る円筒型固
体電解質燃料電池の電極構造の構造図である。
体電解質燃料電池の電極構造の構造図である。
【図４】従来の円筒型固体電解質燃料電池の電極構造の
構造図である。
構造図である。
【図５】従来の円筒型固体電解質燃料電池の電流の流れ
を示す第１の原理図である。
を示す第１の原理図である。
【図６】従来の円筒型固体電解質燃料電池の電流の流れ
を示す第２の原理図である。
を示す第２の原理図である。
【図７】従来の円筒型固体電解質燃料電池を用いたモジ
ュールの構造図である。
ュールの構造図である。
【図８】図７に示したモジュールで放電現象が生じた際
の模式図である。
の模式図である。
【図９】反応防止膜のないセル構成で熱処理を実施した
場合の模式図である。
場合の模式図である。
【図１０】熱処理により性能向上を示す説明図である。
【図１１】図９に示すセル構成で熱処理を実施した場合
のＩ−Ｖ図である。
のＩ−Ｖ図である。
【図１２】請求項３に係る発明の一実施例に係るセル構
成図である。
成図である。
【図１３】反応防止膜を設けたセル構成で熱処理を実施
した場合のＩ−Ｖ図である。
した場合のＩ−Ｖ図である。
【図１４】本発明により期待されるセル性能向上を示す
説明図である。
説明図である。
１，２１ 基体管 １ａ 絶縁膜 １ｂ 絶縁基体管 ２，２２ 燃料極 ２２ｂ 反応防止膜 ３，２３ 固体電解質 ４，２５ インタコネクタ ５，２４ 空気極 ２６ 気密膜
フロントページの続き (72)発明者 永田 勝巳 長崎県長崎市飽の浦町１番１号 三菱重工 業株式会社長崎造船所内 (72)発明者 笹井 徹一 長崎県長崎市飽の浦町１番１号 三菱重工 業株式会社長崎造船所内 (72)発明者 納富 啓 長崎県長崎市深堀町５丁目717番１号 三 菱重工業株式会社長崎研究所内 (72)発明者 山内 康弘 長崎県長崎市深堀町５丁目717番１号 三 菱重工業株式会社長崎研究所内
Claims (5)
- 【請求項１】 基体管上に絶縁層を設け、該絶縁層の上
に燃料極、固体電解質及び空気極を順次積層した発電層
を設けたことを特徴とする固体電解質燃料電池。 - 【請求項２】 電気絶縁性の高い基体管上に燃料極、固
体電解質及び空気極を順次積層した発電層を設けたこと
を特徴とする固体電解質燃料電池。 - 【請求項３】 前記絶縁層と前記燃料層との間に、化学
的に安定な反応防止膜を形成して、熱処理を施したこと
を特徴とする請求項１記載の固体電解質燃料電池。 - 【請求項４】 前記基体管と前記燃料層との間に、化学
的に安定な反応防止膜を形成して、熱処理を施したこと
を特徴とする請求項２記載の固体電解質燃料電池。 - 【請求項５】 前記反応防止膜としてイットリア安定化
ジルコニア又はイットリウムの薄膜を使用することを特
徴とする請求項３又は４記載の固体電解質燃料電池。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4014808A JPH0589891A (ja) | 1991-07-12 | 1992-01-30 | 固体電解質燃料電池 |
| EP92304845A EP0516417A1 (en) | 1991-05-30 | 1992-05-28 | Solid electrolyte fuel cell |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17201291 | 1991-07-12 | ||
| JP3-172012 | 1991-07-12 | ||
| JP4014808A JPH0589891A (ja) | 1991-07-12 | 1992-01-30 | 固体電解質燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0589891A true JPH0589891A (ja) | 1993-04-09 |
Family
ID=26350832
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4014808A Withdrawn JPH0589891A (ja) | 1991-05-30 | 1992-01-30 | 固体電解質燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0589891A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2004088783A1 (ja) * | 2003-03-31 | 2006-07-06 | 東京瓦斯株式会社 | 固体酸化物形燃料電池モジュールの作製方法 |
| JP2013501330A (ja) * | 2009-08-03 | 2013-01-10 | コミッサリア ア レネルジー アトミーク エ オ ゼネルジ ザルタナテイヴ | 金属支持型電気化学電池およびその製造方法 |
-
1992
- 1992-01-30 JP JP4014808A patent/JPH0589891A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2004088783A1 (ja) * | 2003-03-31 | 2006-07-06 | 東京瓦斯株式会社 | 固体酸化物形燃料電池モジュールの作製方法 |
| JP2013501330A (ja) * | 2009-08-03 | 2013-01-10 | コミッサリア ア レネルジー アトミーク エ オ ゼネルジ ザルタナテイヴ | 金属支持型電気化学電池およびその製造方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19990408 |