JPH06231784A - 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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- JPH06231784A JPH06231784A JP5203506A JP20350693A JPH06231784A JP H06231784 A JPH06231784 A JP H06231784A JP 5203506 A JP5203506 A JP 5203506A JP 20350693 A JP20350693 A JP 20350693A JP H06231784 A JPH06231784 A JP H06231784A
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- Japan
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- fuel cell
- gas
- gas supply
- solid oxide
- oxide fuel
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- 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
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】ガスシール部の安定性に優れる固体電解質型燃
料電池を得る。 【構成】ガスシール部６Ａ，６Ｂ，６Ｃを繊維４４で補
強された金属４１とガラス４２の積層体で作る。
料電池を得る。 【構成】ガスシール部６Ａ，６Ｂ，６Ｃを繊維４４で補
強された金属４１とガラス４２の積層体で作る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は固体電解質型燃料電池
のスタック構造に係り、特に経時的に安定なガスシール
構造に関する。
のスタック構造に係り、特に経時的に安定なガスシール
構造に関する。
【０００２】
【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、その作動温度が８００〜１１００℃と高
温であるため、発電効率が高い上に触媒が不要であり、
また電解質が固体であるため取扱い容易であるなどの特
徴を有し、第三世代の燃料電池として期待されている。
る燃料電池は、その作動温度が８００〜１１００℃と高
温であるため、発電効率が高い上に触媒が不要であり、
また電解質が固体であるため取扱い容易であるなどの特
徴を有し、第三世代の燃料電池として期待されている。
【０００３】しかしながら、固体電解質型燃料電池は、
セラミックスが主要な構成材料であるために、熱的に破
損しやすく、またガスの適切なシール方法がないため実
現が困難であった。そのため、燃料電池として特殊な形
状である円筒型のものが考え出され、上記二つの問題を
解決し、電池の運転試験に成功しているが、電池単位体
積あたりの発電密度が低く経済的に有利なものが得られ
る見通しはまだない。
セラミックスが主要な構成材料であるために、熱的に破
損しやすく、またガスの適切なシール方法がないため実
現が困難であった。そのため、燃料電池として特殊な形
状である円筒型のものが考え出され、上記二つの問題を
解決し、電池の運転試験に成功しているが、電池単位体
積あたりの発電密度が低く経済的に有利なものが得られ
る見通しはまだない。
【０００４】図７は従来の平板型固体電解質型燃料電池
を示す分解斜視図である。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る。この型の燃料電池におい
ては単セル１７（固体電解質板１７Ａと電極１７Ｂ，１
７Ｃからなる）とセパレート板１８とが交互に積層さ
れ、セパレート板の立体的に直角交差した溝にはそれぞ
れ異なった反応ガスが流される。
を示す分解斜視図である。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る。この型の燃料電池におい
ては単セル１７（固体電解質板１７Ａと電極１７Ｂ，１
７Ｃからなる）とセパレート板１８とが交互に積層さ
れ、セパレート板の立体的に直角交差した溝にはそれぞ
れ異なった反応ガスが流される。
【０００５】反応ガスはガスマニホルド（図示せず）を
用いて燃料電池に個別に導入される。この際燃料電池内
に反応ガスを分離して充分に供給するためには単セル１
７とセパレート板１８とはガスシールを行うことが必要
となる。ガスシールを行うために、ガラスをシール材料
に用いるガラスシールが行われている。ガラスシールは
電池作動温度で溶融して液体シールとして働く。
用いて燃料電池に個別に導入される。この際燃料電池内
に反応ガスを分離して充分に供給するためには単セル１
７とセパレート板１８とはガスシールを行うことが必要
となる。ガスシールを行うために、ガラスをシール材料
に用いるガラスシールが行われている。ガラスシールは
電池作動温度で溶融して液体シールとして働く。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来のガ
ラスシールでは、長期間の運転中に溶融状態のガラスが
滲みだしたりあるいは蒸発したりして、ガラスの量が減
少しあるいはヒートサイクルによりガラスが破損しガス
シール性能が徐々に低下することがわかった。この発明
は上述の点に鑑みてなされその目的は、ガラスの滲みだ
しあるいは破損を防止することにより、シール性能が長
期にわたり安定であり、信頼性に優れる固体電解質型燃
料電池を提供することにある。
ラスシールでは、長期間の運転中に溶融状態のガラスが
滲みだしたりあるいは蒸発したりして、ガラスの量が減
少しあるいはヒートサイクルによりガラスが破損しガス
シール性能が徐々に低下することがわかった。この発明
は上述の点に鑑みてなされその目的は、ガラスの滲みだ
しあるいは破損を防止することにより、シール性能が長
期にわたり安定であり、信頼性に優れる固体電解質型燃
料電池を提供することにある。
【０００７】
【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、燃料ガスと酸化剤ガスの両反応ガス供給マニホ
ルドが電池スタックを貫通する固体電解質型燃料電池で
あって、（１）単セルと、（２）ガス供給手段と、
（３）ガスシール部とを包含し、単セルは前記反応ガス
供給マニホルドを形成する二つの貫通孔を備える板状体
で固体電解質体と、その両主面にそれぞれ配されたカソ
ードと、アノードの両電極であり、ガス供給手段は前記
反応ガス供給マニホルドを形成する二つの貫通孔を備え
る板状体で、二つの主面は反応ガス供給マニホルドより
選択的に反応ガスの供給を受け一つの主面は単セルのア
ノードに燃料ガスを他の主面はカソードに酸化剤ガスを
分配し、単セルと、ガス供給手段は前記反応ガス供給マ
ニホルドを形成する二つの貫通孔をそれぞれ相互に一致
させて交互に積層されてなり、ガスシール部は金属とセ
ラミックスからなる骨材と、この骨材に保持されたガラ
スであり、前記ガス供給手段の所要の周縁部と単セルの
間に配置されてガスリークの遮断を行うものであるとす
ることにより達成される。
よれば、燃料ガスと酸化剤ガスの両反応ガス供給マニホ
ルドが電池スタックを貫通する固体電解質型燃料電池で
あって、（１）単セルと、（２）ガス供給手段と、
（３）ガスシール部とを包含し、単セルは前記反応ガス
供給マニホルドを形成する二つの貫通孔を備える板状体
で固体電解質体と、その両主面にそれぞれ配されたカソ
ードと、アノードの両電極であり、ガス供給手段は前記
反応ガス供給マニホルドを形成する二つの貫通孔を備え
る板状体で、二つの主面は反応ガス供給マニホルドより
選択的に反応ガスの供給を受け一つの主面は単セルのア
ノードに燃料ガスを他の主面はカソードに酸化剤ガスを
分配し、単セルと、ガス供給手段は前記反応ガス供給マ
ニホルドを形成する二つの貫通孔をそれぞれ相互に一致
させて交互に積層されてなり、ガスシール部は金属とセ
ラミックスからなる骨材と、この骨材に保持されたガラ
スであり、前記ガス供給手段の所要の周縁部と単セルの
間に配置されてガスリークの遮断を行うものであるとす
ることにより達成される。
【０００８】
【作用】ガスシール部は金属とセラミックスからなる骨
材と、その隙間に燃料電池の運転温度において軟化ある
いは溶融するガラスが保持された状態となるため、ガラ
スの滲みだしが防止され、ガラスのみのシール材に比較
して、シール機能が向上する。また、ヒートサイクル時
に骨材において発生する微小歪みによりガスシール部全
体の破損が防止される。
材と、その隙間に燃料電池の運転温度において軟化ある
いは溶融するガラスが保持された状態となるため、ガラ
スの滲みだしが防止され、ガラスのみのシール材に比較
して、シール機能が向上する。また、ヒートサイクル時
に骨材において発生する微小歪みによりガスシール部全
体の破損が防止される。
【０００９】
【実施例】次にこの発明の実施例を図面に基いて説明す
る。 実施例１ 図１と図２はそれぞれこの発明の実施例に係る固体電解
質型燃料電池を示し、図１は図２のＹ−Ｙ縦切断面図、
図２は図１のＸ−Ｘ横切断面図である。
る。 実施例１ 図１と図２はそれぞれこの発明の実施例に係る固体電解
質型燃料電池を示し、図１は図２のＹ−Ｙ縦切断面図、
図２は図１のＸ−Ｘ横切断面図である。
【００１０】アノード１と固体電解質体３とカソード２
からなる単セル３１が形成されたリブ付多孔質基体７
と、インタコネクタ１２を形成したリブ付多孔質基体１
１とが、交互に積層され、積層体の中央部に燃料ガス供
給マニホルド４と酸化剤ガス供給マニホルド５とが配設
されて燃料電池が構成される。このような電池は次のよ
うにして調製される。厚さ2 mmのリブ付多孔質基体７が
ニッケル−ジルコニア（Ni-ZrO2 ）サーメットを用いて
形成される。リブ付多孔質基体７の平坦な主面にNi-ZrO
2 サーメットをプラズマ溶射し、厚さ 100μmの多孔質
なアノード１が形成される。アノード１の上にイットリ
ア安定化ジルコニアをプラズマ溶射し、厚さ30μm の緻
密質な固体電解質体３が形成される。続いてランタンス
トロンチウムマンガンオキサイド La(Sr)MnO3 をプラズ
マ溶射し、厚さ80μm の多孔質なカソード２が形成され
る。一方、厚さ2 mmのリブ付多孔質基体１１が La(Sr)M
nO3 を用いて形成される。このリブ付多孔質基体１１の
平坦な主面にランタンクロマイトLaCrO3をプラズマ溶射
し、厚さ40μm の緻密質なインタコネクタ１２が形成さ
れる。ランタンクロマイトは、電子伝導性があり酸化雰
囲気においても酸化されることがない。さらに、ランタ
ンクロマイトはイットリアで安定化されたジルコニアに
近似した熱膨張率を示す。
からなる単セル３１が形成されたリブ付多孔質基体７
と、インタコネクタ１２を形成したリブ付多孔質基体１
１とが、交互に積層され、積層体の中央部に燃料ガス供
給マニホルド４と酸化剤ガス供給マニホルド５とが配設
されて燃料電池が構成される。このような電池は次のよ
うにして調製される。厚さ2 mmのリブ付多孔質基体７が
ニッケル−ジルコニア（Ni-ZrO2 ）サーメットを用いて
形成される。リブ付多孔質基体７の平坦な主面にNi-ZrO
2 サーメットをプラズマ溶射し、厚さ 100μmの多孔質
なアノード１が形成される。アノード１の上にイットリ
ア安定化ジルコニアをプラズマ溶射し、厚さ30μm の緻
密質な固体電解質体３が形成される。続いてランタンス
トロンチウムマンガンオキサイド La(Sr)MnO3 をプラズ
マ溶射し、厚さ80μm の多孔質なカソード２が形成され
る。一方、厚さ2 mmのリブ付多孔質基体１１が La(Sr)M
nO3 を用いて形成される。このリブ付多孔質基体１１の
平坦な主面にランタンクロマイトLaCrO3をプラズマ溶射
し、厚さ40μm の緻密質なインタコネクタ１２が形成さ
れる。ランタンクロマイトは、電子伝導性があり酸化雰
囲気においても酸化されることがない。さらに、ランタ
ンクロマイトはイットリアで安定化されたジルコニアに
近似した熱膨張率を示す。
【００１１】次に、アノード１と固体電解質体３とカソ
ード２の形成されたリブ付多孔質基体７とインタコネク
タ層１２を形成したリブ付多孔質基体１１とを個別に焼
結する。焼結後、両リブ付多孔質基体７，１１の燃料ガ
ス供給マニホルド４と酸化剤ガス供給マニホルド５の壁
面は、ガラスを用いてガス不透過層２０を形成する。ま
た、リブ付多孔質基体７の外周面にも、ガラスを用いガ
ス不透過層２１を形成する。
ード２の形成されたリブ付多孔質基体７とインタコネク
タ層１２を形成したリブ付多孔質基体１１とを個別に焼
結する。焼結後、両リブ付多孔質基体７，１１の燃料ガ
ス供給マニホルド４と酸化剤ガス供給マニホルド５の壁
面は、ガラスを用いてガス不透過層２０を形成する。ま
た、リブ付多孔質基体７の外周面にも、ガラスを用いガ
ス不透過層２１を形成する。
【００１２】ガス不透過層２０，２１は電池作動温度10
00℃では、軟化しないソーダライムガラスが使用され
る。ガス不透過層２０，２１は後記するガスシール部６
Ａ，６Ｂ，６Ｃの溶融したガラスが電池構成材料に浸透
するのを防ぐ。軟化しないソーダライムガラスは予め電
池構成材料の所要部に含浸しておく。リブ状案内羽付多
孔質基体７の外周部にガスシール部６Ｃがガス排出口を
開けた形で配設される。ガスシール部６Ｃはアルミニウ
ム箔とケイ酸ソーダガラスとの積層体が使われる。固体
電解質型燃料電池の作動温度1000℃においては、ケイ酸
ソーダガラスが液体状となり液体シールが可能となり、
外部の空気の進入と燃料ガスのガスもれを防止すること
ができる。
00℃では、軟化しないソーダライムガラスが使用され
る。ガス不透過層２０，２１は後記するガスシール部６
Ａ，６Ｂ，６Ｃの溶融したガラスが電池構成材料に浸透
するのを防ぐ。軟化しないソーダライムガラスは予め電
池構成材料の所要部に含浸しておく。リブ状案内羽付多
孔質基体７の外周部にガスシール部６Ｃがガス排出口を
開けた形で配設される。ガスシール部６Ｃはアルミニウ
ム箔とケイ酸ソーダガラスとの積層体が使われる。固体
電解質型燃料電池の作動温度1000℃においては、ケイ酸
ソーダガラスが液体状となり液体シールが可能となり、
外部の空気の進入と燃料ガスのガスもれを防止すること
ができる。
【００１３】なお La(Sr)MnO3 を用いたリブ付多孔質基
体１１は必ずしも多孔質である必要はないが La(Sr)MnO
3 は還元性雰囲気では還元されるので緻密質にしておい
た場合においてもLaCrO3を用いたインタコネクタ層１２
は必要である。単セル３１とインタコネクタ１２との間
のガスシール用に、燃料ガス供給マニホルド４と酸化剤
ガス供給マニホルド５の周壁にガスシール部６Ｂ，６Ａ
が配設される。ガスシール部６Ｂ，６Ａにはアルミニウ
ム箔とケイ酸ソーダガラスとの積層体が使われる。ガス
シール部６Ｂ，６Ａは固体電解質型燃料電池の作動温度
1000℃においてはケイ酸ソーダガラスが液体状となり液
体シールが可能となる。
体１１は必ずしも多孔質である必要はないが La(Sr)MnO
3 は還元性雰囲気では還元されるので緻密質にしておい
た場合においてもLaCrO3を用いたインタコネクタ層１２
は必要である。単セル３１とインタコネクタ１２との間
のガスシール用に、燃料ガス供給マニホルド４と酸化剤
ガス供給マニホルド５の周壁にガスシール部６Ｂ，６Ａ
が配設される。ガスシール部６Ｂ，６Ａにはアルミニウ
ム箔とケイ酸ソーダガラスとの積層体が使われる。ガス
シール部６Ｂ，６Ａは固体電解質型燃料電池の作動温度
1000℃においてはケイ酸ソーダガラスが液体状となり液
体シールが可能となる。
【００１４】なおガスシール部６Ａ．６Ｂ，６Ｃのケイ
酸ソーダカラスはこれに替えてアルミナケイ酸ガラスま
たはケイ酸リチウムガラスを用いることもできる。図３
はこの発明の実施例に係る固体電解質型燃料電池のガス
シール部を示す断面図である。繊維で補強されたアルミ
ニウム箔４１とケイ酸ソーダガラス４２との積層体であ
り、次のようにして調製される。ポリチタノカルボシラ
ンＳｉＣＴｉＣＯ繊維４４を補強材として導入した厚さ
３０μｍのアルミニウム箔４１の片面にケイ酸ソーダガ
ラス水溶液を塗布し、別の繊維補強アルミニウム箔を重
ねる。この作業を２０〜３０回繰り返しできあがった積
層体をプレスし、乾燥して成形した後所定の形状に加工
して使用する。補強用の繊維としては上述の繊維の他、
炭素繊維，ボロン繊維，炭化シリコン繊維，ジルコニア
繊維，アルミナ繊維等を使用することができる。
酸ソーダカラスはこれに替えてアルミナケイ酸ガラスま
たはケイ酸リチウムガラスを用いることもできる。図３
はこの発明の実施例に係る固体電解質型燃料電池のガス
シール部を示す断面図である。繊維で補強されたアルミ
ニウム箔４１とケイ酸ソーダガラス４２との積層体であ
り、次のようにして調製される。ポリチタノカルボシラ
ンＳｉＣＴｉＣＯ繊維４４を補強材として導入した厚さ
３０μｍのアルミニウム箔４１の片面にケイ酸ソーダガ
ラス水溶液を塗布し、別の繊維補強アルミニウム箔を重
ねる。この作業を２０〜３０回繰り返しできあがった積
層体をプレスし、乾燥して成形した後所定の形状に加工
して使用する。補強用の繊維としては上述の繊維の他、
炭素繊維，ボロン繊維，炭化シリコン繊維，ジルコニア
繊維，アルミナ繊維等を使用することができる。
【００１５】酸化剤ガスである酸素ガスが酸化剤ガス供
給マニホルド５によって酸化剤ガス供給孔１０Ａを経由
してリブ付多孔質基体１１上の酸化剤ガス室９に導かれ
る。燃料ガスである水素ガスが燃料ガス供給マニホルド
４によって燃料ガス供給孔１０Ｂを経由してリブ付多孔
質基体７上の燃料ガス室８に導入され、この多孔質基体
７の細孔中を水素ガスが拡散しアノード１へと達する。
酸化剤ガス室９は、同心円状に90度づつずらしてスリッ
トを設けた案内羽１９Ａにより形成される。酸化剤ガス
は、中心部より周辺部へと流れ、ガス排出口１６より排
出される。燃料ガス室８も同様の形状をしているが、反
応ガス流量が少ないため、案内羽１９Ｂ（図示せず）を
180度づつずらしてスリットが設けられている。周辺部
に達した燃料ガスと酸化剤ガスとは燃焼し、燃料電池の
温度を所定の高温度に維持する。また反応ガスの余熱用
熱源としても利用できる。カソード２に到達した酸素ガ
スは還元され酸素イオンとなって固体電解質体３の中を
拡散して行く。アノード１の表面で酸素イオンは酸化さ
れると共に水素ガスと反応して水蒸気となる。このとき
水素ガスと酸素ガスから水蒸気を生成する反応の自由エ
ネルギ変化が電気エネルギに変換され、アノード１に負
電圧、カソード２に正電圧が発生する。単セルの１つあ
たりの電圧は 0.5〜0.9 Ｖで、積み重ねることにより、
所定の電圧を得ることができる。
給マニホルド５によって酸化剤ガス供給孔１０Ａを経由
してリブ付多孔質基体１１上の酸化剤ガス室９に導かれ
る。燃料ガスである水素ガスが燃料ガス供給マニホルド
４によって燃料ガス供給孔１０Ｂを経由してリブ付多孔
質基体７上の燃料ガス室８に導入され、この多孔質基体
７の細孔中を水素ガスが拡散しアノード１へと達する。
酸化剤ガス室９は、同心円状に90度づつずらしてスリッ
トを設けた案内羽１９Ａにより形成される。酸化剤ガス
は、中心部より周辺部へと流れ、ガス排出口１６より排
出される。燃料ガス室８も同様の形状をしているが、反
応ガス流量が少ないため、案内羽１９Ｂ（図示せず）を
180度づつずらしてスリットが設けられている。周辺部
に達した燃料ガスと酸化剤ガスとは燃焼し、燃料電池の
温度を所定の高温度に維持する。また反応ガスの余熱用
熱源としても利用できる。カソード２に到達した酸素ガ
スは還元され酸素イオンとなって固体電解質体３の中を
拡散して行く。アノード１の表面で酸素イオンは酸化さ
れると共に水素ガスと反応して水蒸気となる。このとき
水素ガスと酸素ガスから水蒸気を生成する反応の自由エ
ネルギ変化が電気エネルギに変換され、アノード１に負
電圧、カソード２に正電圧が発生する。単セルの１つあ
たりの電圧は 0.5〜0.9 Ｖで、積み重ねることにより、
所定の電圧を得ることができる。
【００１６】このような構成の燃料電池においては，ア
ノード１と固体電解質体３とカソード２の形成されたリ
ブ付多孔質基体７とインタコネクタ層１２を形成したリ
ブ付多孔質基体１１とは、単に交互に積み重ねるだけで
よい。そのために熱膨張の過程でリブ付多孔質基体７と
リブ付多孔質基体１１とは相互に自由に動き得るので熱
応力の発生が無くなる。燃料ガス供給マニホルド４と酸
化剤ガス供給マニホルド５の周壁の、ガスシール部６
Ａ，６Ｂは、運転終了後は電池温度の低下により、ガラ
スは固化するが積層構造となっているため、ガスシール
部全体への影響は少なく、ガスシール部の破壊を防止で
きる。
ノード１と固体電解質体３とカソード２の形成されたリ
ブ付多孔質基体７とインタコネクタ層１２を形成したリ
ブ付多孔質基体１１とは、単に交互に積み重ねるだけで
よい。そのために熱膨張の過程でリブ付多孔質基体７と
リブ付多孔質基体１１とは相互に自由に動き得るので熱
応力の発生が無くなる。燃料ガス供給マニホルド４と酸
化剤ガス供給マニホルド５の周壁の、ガスシール部６
Ａ，６Ｂは、運転終了後は電池温度の低下により、ガラ
スは固化するが積層構造となっているため、ガスシール
部全体への影響は少なく、ガスシール部の破壊を防止で
きる。
【００１７】単セルは円板形状としているがこれに限定
されるものでなく角形，楕円形，多角形のものでもよ
い。また案内羽１９Ａ，１９Ｂも電池特性が最大になる
ようにガス等配を考慮した設計を自由になし得る。図４
はこの発明の実施例に係る固体電解質型燃料電池のセル
電圧−運転時間特性を従来のものと対比して示す線図で
ある。ガスシール部としてソーダガラスを使用した従来
のセルと、繊維で補強したアルミニウム箔とケイ酸ソー
ダガラスとの積層体を使用したセルの、長期運転試験結
果を示す。この発明の実施例に係る固体電解質型燃料電
池は、ソーダガラスをガスシール部として使用したセル
に比較して、劣化が殆どなく良好な性能を示した。ま
た、熱サイクルによるシール性能劣化も少なかった。 実施例２ 図５はこの発明の異なる実施例に係る固体電解質型燃料
電池のガスシール部を示す断面図である。このガスシー
ル部はアルミニウム５１とアルミナ５２からなるサーメ
ットの空隙部にケイ酸ソーダガラス５３が保持された構
造をしている。このようなガスシール部は粒径約２０μ
ｍのアルミニウム粉体と粒径約２０μｍのアルミナ粉体
とを重量比で４対１の割合に十分混合してから成型し還
元雰囲気中で焼成してサーメットを形成する。得られた
サーメットをケイ酸ソーダガラスの水溶液中に浸漬して
乾燥する。 実施例３ 図６はこの発明のさらに異なる実施例に係る固体電解質
型燃料電池につきセル電圧の運転時間依存性を示す線図
である。本実施例に係る固体電解質型燃料電池は、ソー
ダガラスをガスシール部として使用したセルに比較し
て、劣化が殆どなく良好な性能を示した。また熱サイク
ルによるシール性能劣化も少なかった。
されるものでなく角形，楕円形，多角形のものでもよ
い。また案内羽１９Ａ，１９Ｂも電池特性が最大になる
ようにガス等配を考慮した設計を自由になし得る。図４
はこの発明の実施例に係る固体電解質型燃料電池のセル
電圧−運転時間特性を従来のものと対比して示す線図で
ある。ガスシール部としてソーダガラスを使用した従来
のセルと、繊維で補強したアルミニウム箔とケイ酸ソー
ダガラスとの積層体を使用したセルの、長期運転試験結
果を示す。この発明の実施例に係る固体電解質型燃料電
池は、ソーダガラスをガスシール部として使用したセル
に比較して、劣化が殆どなく良好な性能を示した。ま
た、熱サイクルによるシール性能劣化も少なかった。 実施例２ 図５はこの発明の異なる実施例に係る固体電解質型燃料
電池のガスシール部を示す断面図である。このガスシー
ル部はアルミニウム５１とアルミナ５２からなるサーメ
ットの空隙部にケイ酸ソーダガラス５３が保持された構
造をしている。このようなガスシール部は粒径約２０μ
ｍのアルミニウム粉体と粒径約２０μｍのアルミナ粉体
とを重量比で４対１の割合に十分混合してから成型し還
元雰囲気中で焼成してサーメットを形成する。得られた
サーメットをケイ酸ソーダガラスの水溶液中に浸漬して
乾燥する。 実施例３ 図６はこの発明のさらに異なる実施例に係る固体電解質
型燃料電池につきセル電圧の運転時間依存性を示す線図
である。本実施例に係る固体電解質型燃料電池は、ソー
ダガラスをガスシール部として使用したセルに比較し
て、劣化が殆どなく良好な性能を示した。また熱サイク
ルによるシール性能劣化も少なかった。
【００１８】この固体電解質型燃料電池のガスシール部
６Ａ，６Ｂ，６Ｃはアルミニウムとアルミナと低アルカ
リガラスの混合物である。この低アルカリガラスは電池
の運転温度で溶融する。ガス不透過層２０，２１は電池
作動温度では軟化しない低アルカリガラスが使用され
る。
６Ａ，６Ｂ，６Ｃはアルミニウムとアルミナと低アルカ
リガラスの混合物である。この低アルカリガラスは電池
の運転温度で溶融する。ガス不透過層２０，２１は電池
作動温度では軟化しない低アルカリガラスが使用され
る。
【００１９】ガスシール部６Ａ，６Ｂ，６Ｃは以下のよ
うにして調製される。粒径約２０μｍのアルミニウム粉
体と粒径約２０μｍのアルミナ粉体とを重量比で４対１
の割合に十分混合してから各アルカリ金属酸化物の含有
量が１重量％以下の低アルカリガラスの溶液とともに混
合し、成型し乾燥して使用する。上述の低アルカリガラ
スの組成が表１に示される。組成は重量％である。
うにして調製される。粒径約２０μｍのアルミニウム粉
体と粒径約２０μｍのアルミナ粉体とを重量比で４対１
の割合に十分混合してから各アルカリ金属酸化物の含有
量が１重量％以下の低アルカリガラスの溶液とともに混
合し、成型し乾燥して使用する。上述の低アルカリガラ
スの組成が表１に示される。組成は重量％である。
【００２０】
【表１】
【００２１】次にガラス中のアルカリ成分の大小が固体
電解質型燃料電池の信頼性に及ぼす影響を調べた。表２
は低アルカリガラスの長期電池試験前の成分を示す。表
３は低アルカリガラスの長期電池試験後の成分を示す。
電解質型燃料電池の信頼性に及ぼす影響を調べた。表２
は低アルカリガラスの長期電池試験前の成分を示す。表
３は低アルカリガラスの長期電池試験後の成分を示す。
【００２２】
【表２】
【００２３】
【表３】
【００２４】長期電池試験の前後での組成変化を調べる
とアルカリ成分が最も大きい変動を示すこと、さらにア
ルカリ成分の変動（減少）は試験前のアルカリ成分の少
ないガラス程その変化が少ないことがわかる。アルカリ
成分の変化が少ないと電池性能が安定しているので固体
電解質型燃料電池の信頼性を高めるためには各アルカリ
成分が１重量％以下の低アルカリガラスをガスシール部
に使用するべきことがわかる。 アルカリ成分の減少が
起こる理由としてはアルカリ成分が水素ガスと反応した
り蒸発したりするためであると考えられる。
とアルカリ成分が最も大きい変動を示すこと、さらにア
ルカリ成分の変動（減少）は試験前のアルカリ成分の少
ないガラス程その変化が少ないことがわかる。アルカリ
成分の変化が少ないと電池性能が安定しているので固体
電解質型燃料電池の信頼性を高めるためには各アルカリ
成分が１重量％以下の低アルカリガラスをガスシール部
に使用するべきことがわかる。 アルカリ成分の減少が
起こる理由としてはアルカリ成分が水素ガスと反応した
り蒸発したりするためであると考えられる。
【００２５】
【発明の効果】この発明によれば、燃料ガスと酸化剤ガ
スの両反応ガス供給マニホルドが電池スタックを貫通す
る固体電解質型燃料電池であって、（１）単セルと、
（２）ガス供給手段と、（３）ガスシール部とを包含
し、単セルは前記反応ガス供給マニホルドを形成する二
つの貫通孔を備える板状体で固体電解質体と、その両主
面にそれぞれ配されたカソードと、アノードの両電極で
あり、ガス供給手段は前記反応ガス供給マニホルドを形
成する二つの貫通孔を備える板状体で、二つの主面は反
応ガス供給マニホルドより選択的に反応ガスの供給を受
け一つの主面は単セルのアノードに燃料ガスを他の主面
はカソードに酸化剤ガスを分配し、単セルと、ガス供給
手段は前記反応ガス供給マニホルドを形成する二つの貫
通孔をそれぞれ相互に一致させて交互に積層されてな
り、ガスシール部は金属とセラミックスからなる骨材
と、この骨材に保持されたガラスであり、前記ガス供給
手段の所要の周縁部と単セルの間に配置されてガスリー
クの遮断を行うものであるとするので、金属とセラミッ
クスからなる骨材の隙間に燃料電池の運転温度において
軟化あるいは溶融したガラスが保持されたガスシール部
が得られ、ガラスの滲みだしが防止され、ガラスのみの
シール材に比較してシール機能が向上する。また、ヒー
トサイクル時には骨材に微小歪みが発生して応力の吸収
が図られ、ガスシール部のクラックの進行が防止され
る。この結果ガスシール部の消失あるいは破損が防止さ
れ信頼性に優れる固体電解質型燃料電池が得られる。
スの両反応ガス供給マニホルドが電池スタックを貫通す
る固体電解質型燃料電池であって、（１）単セルと、
（２）ガス供給手段と、（３）ガスシール部とを包含
し、単セルは前記反応ガス供給マニホルドを形成する二
つの貫通孔を備える板状体で固体電解質体と、その両主
面にそれぞれ配されたカソードと、アノードの両電極で
あり、ガス供給手段は前記反応ガス供給マニホルドを形
成する二つの貫通孔を備える板状体で、二つの主面は反
応ガス供給マニホルドより選択的に反応ガスの供給を受
け一つの主面は単セルのアノードに燃料ガスを他の主面
はカソードに酸化剤ガスを分配し、単セルと、ガス供給
手段は前記反応ガス供給マニホルドを形成する二つの貫
通孔をそれぞれ相互に一致させて交互に積層されてな
り、ガスシール部は金属とセラミックスからなる骨材
と、この骨材に保持されたガラスであり、前記ガス供給
手段の所要の周縁部と単セルの間に配置されてガスリー
クの遮断を行うものであるとするので、金属とセラミッ
クスからなる骨材の隙間に燃料電池の運転温度において
軟化あるいは溶融したガラスが保持されたガスシール部
が得られ、ガラスの滲みだしが防止され、ガラスのみの
シール材に比較してシール機能が向上する。また、ヒー
トサイクル時には骨材に微小歪みが発生して応力の吸収
が図られ、ガスシール部のクラックの進行が防止され
る。この結果ガスシール部の消失あるいは破損が防止さ
れ信頼性に優れる固体電解質型燃料電池が得られる。
【図１】この発明の実施例に係る固体電解質型燃料電池
を示し、図２のＹ−Ｙ縦切断面図
を示し、図２のＹ−Ｙ縦切断面図
【図２】この発明の実施例に係る固体電解質型燃料電池
を示し、図１のＸ−Ｘ横切断面図
を示し、図１のＸ−Ｘ横切断面図
【図３】この発明の実施例に係る固体電解質型燃料電池
のガスシール部を示す縦切断面図
のガスシール部を示す縦切断面図
【図４】この発明の実施例に係る固体電解質型燃料電池
のセル電圧−運転時間特性を従来のものと対比して示す
線図
のセル電圧−運転時間特性を従来のものと対比して示す
線図
【図５】この発明の異なる実施例に係る固体電解質型燃
料電池のガスシール部を示す縦切断面図
料電池のガスシール部を示す縦切断面図
【図６】この発明のさらに異なる実施例に係る固体電解
質型燃料電池のセル電圧−運転時間特性を従来のものと
対比して示す線図
質型燃料電池のセル電圧−運転時間特性を従来のものと
対比して示す線図
【図７】従来の固体電解質型燃料電池を示す斜視図
１ アノード ２ カソード ３ 固体電解質体 ４ 燃料ガス供給マニホルド ５ 酸化剤ガス供給マニホルド ６Ａ ガスシール部 ６Ｂ ガスシール部 ６Ｃ ガスシール部 ７ リブ付多孔質基体 ８ 燃料ガス室 ９ 酸化剤ガス室 １０Ａ 酸化剤ガス供給孔 １０Ｂ 燃料ガス供給孔 １１ リブ付多孔質基体 １２ インタコネクタ １６ ガス排出口 １７ 単セル １７Ａ 固体電解質板 １７Ｂ 電極 １７Ｃ 電極 １８ セパレート板 １９Ａ 案内羽 ２０ ガス不透過層 ２１ ガス不透過層 ３１ 単セル ４１ アルミニウム箔 ４２ ケイ酸ソーダガラス ４３ ガス供給手段 ４４ ＳｉＯＴｉＣＯ繊維 ５１ アルミニウム ５２ アルミナ ５３ ケイ酸ソーダガラス
Claims (12)
- 【請求項１】燃料ガスと酸化剤ガスの両反応ガス供給マ
ニホルドが電池スタックを貫通する固体電解質型燃料電
池であって、 （１）単セルと、 （２）ガス供給手段と、 （３）ガスシール部とを包含し、 単セルは前記反応ガス供給マニホルドを形成する二つの
貫通孔を備える板状体で固体電解質体と、その両主面に
それぞれ配されたカソードと、アノードの両電極であ
り、 ガス供給手段は前記反応ガス供給マニホルドを形成する
二つの貫通孔を備える板状体で、二つの主面は反応ガス
供給マニホルドより選択的に反応ガスの供給を受け一つ
の主面は単セルのアノードに燃料ガスを他の主面はカソ
ードに酸化剤ガスを分配し、 単セルと、ガス供給手段は前記反応ガス供給マニホルド
を形成する二つの貫通孔をそれぞれ相互に一致させて交
互に積層されてなり、 ガスシール部は金属とセラミックスからなる骨材と、こ
の骨材に保持されたガラスであり、前記ガス供給手段の
所要の周縁部と単セルの間に配置されてガスリークの遮
断を行うものであることを特徴とする固体電解質型燃料
電池。 - 【請求項２】請求項１記載の燃料電池において、ガスシ
ール部の骨材はセラミックス繊維に補強された金属箔で
あることを特徴とする固体電解質型燃料電池。 - 【請求項３】請求項１記載の燃料電池において、ガスシ
ール部の骨材は金属粒子とセラミックス粒子の焼結体で
あることを特徴とする固体電解質型燃料電池。 - 【請求項４】請求項１記載の燃料電池において、ガスシ
ール部のガラスがケイ酸ソーダガラス，アルミナケイ酸
ガラス，ケイ酸リチウムガラスであることを特徴とする
固体電解質型燃料電池。 - 【請求項５】請求項１記載の燃料電池において、ガスシ
ール部のガラスは各アルカリ金属酸化物を１重量％以下
の割合で含有する低アルカリガラスであることを特徴と
する固体電解質型燃料電池。 - 【請求項６】請求項２記載の燃料電池において、セラミ
ックス繊維は炭素繊維，ボロン繊維，炭化シリコン繊
維，ポリチタノカルボシラン繊維，ジルコニア繊維，ア
ルミナ繊維であることを特徴とする固体電解質型燃料電
池。 - 【請求項７】請求項３記載の燃料電池において、セラミ
ックス粒子が、アルミナ，ジルコニア，シリカ，マグネ
シア，カルシアであることを特徴とする固体電解質型燃
料電池。 - 【請求項８】請求項１記載の燃料電池において、ガスシ
ール部の金属がアルミニウム，銀，金，白金であること
を特徴とする固体電解質型燃料電池。 - 【請求項９】請求項１記載の燃料電池において、ガス供
給手段は単独に使用されるランタンクロマイト系のセパ
レート板であることを特徴とする固体電解質型燃料電
池。 - 【請求項１０】請求項１記載の燃料電池において、ガス
供給手段は順次積層されるランタンマンガナイト系の多
孔質基体とランタンクロマイト系のインタコネクタとニ
ッケル−ジルコニアサーメットの多孔質基体とであるこ
とを特徴とする固体電解質型燃料電池。 - 【請求項１１】請求項１記載の燃料電池において、所要
の周縁部はガス供給手段の反応ガス供給マニホルドを囲
む内周縁部であることを特徴とする固体電解質型燃料電
池。 - 【請求項１２】請求項１記載の燃料電池において、所要
の周縁部はガス供給手段の外周縁部であることを特徴と
する固体電解質型燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5203506A JPH06231784A (ja) | 1992-09-01 | 1993-08-18 | 固体電解質型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23251092 | 1992-09-01 | ||
| JP4-327071 | 1992-12-08 | ||
| JP4-232510 | 1992-12-08 | ||
| JP32707192 | 1992-12-08 | ||
| JP5203506A JPH06231784A (ja) | 1992-09-01 | 1993-08-18 | 固体電解質型燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06231784A true JPH06231784A (ja) | 1994-08-19 |
Family
ID=27328245
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5203506A Pending JPH06231784A (ja) | 1992-09-01 | 1993-08-18 | 固体電解質型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06231784A (ja) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0675557A1 (en) * | 1994-03-03 | 1995-10-04 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Method of producing a solid oxide fuel cell |
| WO1997033329A1 (de) * | 1996-03-06 | 1997-09-12 | Siemens Aktiengesellschaft | Elektrisch isolierende schicht zum verbinden von elektrisch leitenden bauelementen einer hochtemperatur-brennstoffzelle |
| WO2003032420A3 (de) * | 2001-09-28 | 2005-08-25 | Forschungszentrum Juelich Gmbh | Hochtemperaturbeständige dichtung |
| US7153559B2 (en) | 2000-09-08 | 2006-12-26 | Nippon Steel Corporation | Ceramic-metal composite body, composite structure for transporting oxide ion, and composite body having sealing property |
| JP2007048757A (ja) * | 2006-09-25 | 2007-02-22 | Toyota Motor Corp | 燃料電池 |
| JP2007273098A (ja) * | 2006-03-30 | 2007-10-18 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池用ガスシール部品及びその製造方法 |
| JP2009054599A (ja) * | 2008-11-04 | 2009-03-12 | Mitsubishi Materials Corp | 燃料電池 |
| US7524468B2 (en) | 2001-04-11 | 2009-04-28 | Ammonia Casale S.A. | Sealing means for chemical reactor |
| WO2012128307A1 (ja) * | 2011-03-24 | 2012-09-27 | 株式会社村田製作所 | 固体酸化物形燃料電池用接合材、固体酸化物形燃料電池及び固体酸化物形燃料電池モジュール |
| WO2012133765A1 (ja) * | 2011-03-30 | 2012-10-04 | 株式会社村田製作所 | 固体酸化物形燃料電池用接合材、固体酸化物形燃料電池及び固体酸化物形燃料電池モジュール |
| WO2012133086A1 (ja) * | 2011-03-25 | 2012-10-04 | 株式会社村田製作所 | 固体酸化物形燃料電池用接合材、固体酸化物形燃料電池及び固体酸化物形燃料電池モジュール |
| WO2013012058A1 (ja) * | 2011-07-21 | 2013-01-24 | 株式会社村田製作所 | 固体酸化物形燃料電池用電気的接続材、固体酸化物形燃料電池用接合材および固体酸化物形燃料電池 |
-
1993
- 1993-08-18 JP JP5203506A patent/JPH06231784A/ja active Pending
Cited By (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0675557A1 (en) * | 1994-03-03 | 1995-10-04 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Method of producing a solid oxide fuel cell |
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| AU2002336055B2 (en) * | 2001-09-28 | 2008-02-28 | Forschungszentrum Julich Gmbh | High-temperature resistant seal |
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| CN103443978A (zh) * | 2011-03-24 | 2013-12-11 | 株式会社村田制作所 | 固体氧化物燃料电池用接合材料、固体氧化物燃料电池以及固体氧化物燃料电池模块 |
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| WO2012133086A1 (ja) * | 2011-03-25 | 2012-10-04 | 株式会社村田製作所 | 固体酸化物形燃料電池用接合材、固体酸化物形燃料電池及び固体酸化物形燃料電池モジュール |
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| JPWO2013012058A1 (ja) * | 2011-07-21 | 2015-02-23 | 株式会社村田製作所 | 固体酸化物形燃料電池用電気的接続材、固体酸化物形燃料電池用接合材および固体酸化物形燃料電池 |
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