JPH06342664A - 耐熱性金属板と酸化物板との複合セパレータを用いた内部マニホールド構造の平板型固体電解質燃料電池における内部改質方法 - Google Patents
耐熱性金属板と酸化物板との複合セパレータを用いた内部マニホールド構造の平板型固体電解質燃料電池における内部改質方法Info
- Publication number
- JPH06342664A JPH06342664A JP5152823A JP15282393A JPH06342664A JP H06342664 A JPH06342664 A JP H06342664A JP 5152823 A JP5152823 A JP 5152823A JP 15282393 A JP15282393 A JP 15282393A JP H06342664 A JPH06342664 A JP H06342664A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- separator
- fuel
- solid electrolyte
- plate
- cell
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Classifications
-
- 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
- H01M8/06—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
-
- 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
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 耐熱性金属板と酸化物板との複合セパレータ
を用いた内部マニホールド構造の平板型固体電解質燃料
電池において、電池自身の電気化学反応により生ずる発
熱作用を利用して、燃料ガスを燃料極に達する以前に改
質触媒により効率的に内部改質する方法を提供する。 【構成】 固体電解質層４を挟むように燃料極５と空気
極６を配置してなる平板状単電池３と、隣接する単電池
を電気的に直列に接続しかつ各単電池に燃料ガスと酸化
剤ガスとを分配するセパレータ１とを交互に積層して構
成され、セパレータが燃料ガスを流すための耐熱性金属
板１Ａと酸化剤ガスを流すための導電性酸化物板１Ｂと
を重ねた複合セパレータである内部マニホールド型固体
電解質燃料電池において、セパレータの耐熱性金属部分
に設けた燃料ガス分配路に触媒７を形成し、燃料ガスを
単電池の燃料極に達する前に触媒に接触させて改質す
る。
を用いた内部マニホールド構造の平板型固体電解質燃料
電池において、電池自身の電気化学反応により生ずる発
熱作用を利用して、燃料ガスを燃料極に達する以前に改
質触媒により効率的に内部改質する方法を提供する。 【構成】 固体電解質層４を挟むように燃料極５と空気
極６を配置してなる平板状単電池３と、隣接する単電池
を電気的に直列に接続しかつ各単電池に燃料ガスと酸化
剤ガスとを分配するセパレータ１とを交互に積層して構
成され、セパレータが燃料ガスを流すための耐熱性金属
板１Ａと酸化剤ガスを流すための導電性酸化物板１Ｂと
を重ねた複合セパレータである内部マニホールド型固体
電解質燃料電池において、セパレータの耐熱性金属部分
に設けた燃料ガス分配路に触媒７を形成し、燃料ガスを
単電池の燃料極に達する前に触媒に接触させて改質す
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は複合セパレータを有する
内部マニホールド型固体電解質燃料電池における内部改
質方法に関する。
内部マニホールド型固体電解質燃料電池における内部改
質方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】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。
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。
【０００３】イットリアなどをドープしたジルコニアを
単電池の電解質層として用い、耐熱性金属や導電性酸化
物をセパレータとして用いた固体電解質燃料電池は、作
動温度が高く、発電効率が高く、高温の廃熱の利用によ
り総合効率が高いので、研究開発が進んでいる。平板型
固体電解質燃料電池は固体電解質層を挟むように燃料極
と空気極を配置してなる平板状単電池と、隣接する単電
池どおしを電気的に直列に接続しかつ各単電池に燃料ガ
スと酸化剤ガスとを分配するセパレータとを交互に積層
して複層のスタックとして構成されたものである。
単電池の電解質層として用い、耐熱性金属や導電性酸化
物をセパレータとして用いた固体電解質燃料電池は、作
動温度が高く、発電効率が高く、高温の廃熱の利用によ
り総合効率が高いので、研究開発が進んでいる。平板型
固体電解質燃料電池は固体電解質層を挟むように燃料極
と空気極を配置してなる平板状単電池と、隣接する単電
池どおしを電気的に直列に接続しかつ各単電池に燃料ガ
スと酸化剤ガスとを分配するセパレータとを交互に積層
して複層のスタックとして構成されたものである。
【０００４】内部マニホールド型固体電解質燃料電池は
セパレータ等の電池構成材が酸化剤および燃料の各ガス
の給排気、分配および電気的接続の機能を兼ね備える一
体型の構造である。そのため、セパレータの周縁部に燃
料ガス又は酸化剤ガスの給排気の孔が開けられ、この孔
から単電池の電極面に燃料ガスと酸化剤ガスが給排気さ
れ、さらに、電極面の隅々にガスを均等に分配するた
め、および、隣あう電池を直列に接続するため電極面に
複数本のガス流通溝が形成されている。また、単電池の
固体電解質層の電池が付いていない周縁部に燃料ガス又
は酸化剤ガスの孔が開けられ、単電池を積層する過程で
この孔を連結し、スタック内部にガス通路を形成してい
る。
セパレータ等の電池構成材が酸化剤および燃料の各ガス
の給排気、分配および電気的接続の機能を兼ね備える一
体型の構造である。そのため、セパレータの周縁部に燃
料ガス又は酸化剤ガスの給排気の孔が開けられ、この孔
から単電池の電極面に燃料ガスと酸化剤ガスが給排気さ
れ、さらに、電極面の隅々にガスを均等に分配するた
め、および、隣あう電池を直列に接続するため電極面に
複数本のガス流通溝が形成されている。また、単電池の
固体電解質層の電池が付いていない周縁部に燃料ガス又
は酸化剤ガスの孔が開けられ、単電池を積層する過程で
この孔を連結し、スタック内部にガス通路を形成してい
る。
【０００５】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）が用いられていたが、緻密に焼結す
ることが困難であり、また、Ｈ2 Ｏ存在下で燃料極との
接触抵抗が大きく、かつ酸化物なので脆いなど、化学的
安定性と機械的強度に問題があった。また、セパレータ
を耐熱性合金で作り、その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ー１００８６６、特開平２ー３
７６６９、特開平３ー８２６４）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、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問題、およびコスト高となる欠
点があった。
イト型の導電性酸化物であるＬａ（Ｍ）ＣｒＯ3 （Ｍ：
Ｓｒ、Ｃａ、Ｍｇ）が用いられていたが、緻密に焼結す
ることが困難であり、また、Ｈ2 Ｏ存在下で燃料極との
接触抵抗が大きく、かつ酸化物なので脆いなど、化学的
安定性と機械的強度に問題があった。また、セパレータ
を耐熱性合金で作り、その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ー１００８６６、特開平２ー３
７６６９、特開平３ー８２６４）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、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問題、およびコスト高となる欠
点があった。
【０００６】このため、単電池の燃料極面に燃料ガスを
流すための複数本の燃料ガス流通溝を表面に備えた耐熱
性金属本体部と、単電池の空気極面に空気を流すための
複数本の空気流通溝を片面に備え前記本体部の裏面に設
けたくぼみに嵌め込んで重ねるようになった導電性酸化
物板とからなる複合セパレータが開発されている。この
複合セパレータは、緻密で空気極側でも燃料極側でも導
電性に優れ、機械的強度が大きく、長期にわたり化学的
に安定で、熱応力に強く、加工費が安い。
流すための複数本の燃料ガス流通溝を表面に備えた耐熱
性金属本体部と、単電池の空気極面に空気を流すための
複数本の空気流通溝を片面に備え前記本体部の裏面に設
けたくぼみに嵌め込んで重ねるようになった導電性酸化
物板とからなる複合セパレータが開発されている。この
複合セパレータは、緻密で空気極側でも燃料極側でも導
電性に優れ、機械的強度が大きく、長期にわたり化学的
に安定で、熱応力に強く、加工費が安い。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従来、燃料電池内で電
池反応を効果的に行い、かつ電池の電気化学反応により
生ずる発熱を効率的に取り去るため、改質触媒によるメ
タン等の炭化水素系燃料のスチームリフォーミング反
応、すなわち水蒸気を用いた改質反応を有効利用するこ
とが知られている。しかしながら、従来この改質触媒に
よる燃料の改質反応を利用する考えを耐熱性金属板と酸
化物板との複合セパレータを用いた内部マニホールド構
造の平板型固体電解質燃料電池に効果的に利用した構造
は従来提案されていない。
池反応を効果的に行い、かつ電池の電気化学反応により
生ずる発熱を効率的に取り去るため、改質触媒によるメ
タン等の炭化水素系燃料のスチームリフォーミング反
応、すなわち水蒸気を用いた改質反応を有効利用するこ
とが知られている。しかしながら、従来この改質触媒に
よる燃料の改質反応を利用する考えを耐熱性金属板と酸
化物板との複合セパレータを用いた内部マニホールド構
造の平板型固体電解質燃料電池に効果的に利用した構造
は従来提案されていない。
【０００８】本発明は上述の点に鑑みてなされたもの
で、耐熱性金属板と酸化物板との複合セパレータを用い
た内部マニホールド構造の平板型固体電解質燃料電池に
おいて、電池自身の電気化学反応により生ずる発熱作用
を利用して、燃料極に達する以前に改質触媒により燃料
ガスの改質を開始し、燃料極上での急激な改質反応を回
避する方法を提供することを目的とする。
で、耐熱性金属板と酸化物板との複合セパレータを用い
た内部マニホールド構造の平板型固体電解質燃料電池に
おいて、電池自身の電気化学反応により生ずる発熱作用
を利用して、燃料極に達する以前に改質触媒により燃料
ガスの改質を開始し、燃料極上での急激な改質反応を回
避する方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【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
を配置してなる平板状単電池と、隣接する単電池を電気
的に直列に接続しかつ各単電池に燃料ガスと酸化剤ガス
とを分配するセパレータとを交互に積層して構成され、
前記セパレータが燃料ガスを流すための耐熱性金属板と
酸化剤ガスを流すための導電性酸化物板とを重ねた複合
セパレータである内部マニホールド型固体電解質燃料電
池において、前記セパレータの耐熱性金属部分に設けた
燃料ガス分配路に触媒層を形成し、燃料ガスを平板状単
電池の燃料極に達する前に該触媒に接触させて改質を開
始し、燃料極上での急激な改質反応を回避することを特
徴とする。
め、本発明は固体電解質層を挟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、隣接する単電池を電気
的に直列に接続しかつ各単電池に燃料ガスと酸化剤ガス
とを分配するセパレータとを交互に積層して構成され、
前記セパレータが燃料ガスを流すための耐熱性金属板と
酸化剤ガスを流すための導電性酸化物板とを重ねた複合
セパレータである内部マニホールド型固体電解質燃料電
池において、前記セパレータの耐熱性金属部分に設けた
燃料ガス分配路に触媒層を形成し、燃料ガスを平板状単
電池の燃料極に達する前に該触媒に接触させて改質を開
始し、燃料極上での急激な改質反応を回避することを特
徴とする。
【００１０】また、本発明は触媒が固体電解質層の表面
のガス分配路に相当する面に担持されていることを特徴
とする。
のガス分配路に相当する面に担持されていることを特徴
とする。
【００１１】また、本発明は触媒が前記燃料ガス分配路
の中の担体に担持されていることを特徴とする。
の中の担体に担持されていることを特徴とする。
【００１２】また、本発明は触媒がセパレータの表面の
ガス分配路に相当する面に担持されていることを特徴と
する。
ガス分配路に相当する面に担持されていることを特徴と
する。
【００１３】
【作用】内部マニホールド構造の固体電解質燃料電池の
中で、燃料ガスが燃料極に達する前に複合セパレータの
耐熱性金属板の中の改質触媒に接触するので、電池反応
の発熱作用により生じた熱を利用して、吸熱反応である
燃料の改質反応を有効に行うことができる。セパレータ
に耐熱性金属を使用することによりその機械的強度が大
となり且つ熱応力に強くなる。
中で、燃料ガスが燃料極に達する前に複合セパレータの
耐熱性金属板の中の改質触媒に接触するので、電池反応
の発熱作用により生じた熱を利用して、吸熱反応である
燃料の改質反応を有効に行うことができる。セパレータ
に耐熱性金属を使用することによりその機械的強度が大
となり且つ熱応力に強くなる。
【００１４】
【実施例】以下、本発明を図面に基づいて説明する。
【００１５】図１は本発明の内部マニホールド型固体電
解質燃料電池に使用するセパレータ１の本体部１Ａの底
面図、図２は図１の線II−II断面図、図３は図１の線II
I −III 断面図である。
解質燃料電池に使用するセパレータ１の本体部１Ａの底
面図、図２は図１の線II−II断面図、図３は図１の線II
I −III 断面図である。
【００１６】セパレータ１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ク
ロスリークを防止する作用と、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。セパレータ１はＮ
ｉやＮｉ基合金等の耐熱性金属板で造った本体部１Ａ
と、前記本体部の裏面に嵌め込まれるようになった導電
性酸化物で造った板１Ｂと、の複合体として構成されて
いる。セパレータに使用する耐熱性金属はその耐熱性や
機械的性質及び後述する触媒の種類に応じて選ぶ。
それぞれ使用される燃料ガスと酸化剤ガスを分離してク
ロスリークを防止する作用と、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。セパレータ１はＮ
ｉやＮｉ基合金等の耐熱性金属板で造った本体部１Ａ
と、前記本体部の裏面に嵌め込まれるようになった導電
性酸化物で造った板１Ｂと、の複合体として構成されて
いる。セパレータに使用する耐熱性金属はその耐熱性や
機械的性質及び後述する触媒の種類に応じて選ぶ。
【００１７】本体部１Ａはセパレータ１の大部分を占め
る矩形状をなし、燃料ガスの給排気孔１ａと酸化ガスの
給排気孔１ａ′がそれぞれ２個ずつ対角線上の隅に開け
られ、さらに、単電池３の燃料電極面の隅々に燃料ガス
を均等に分配するため、および、隣あう単電池３と直列
に接続するため電極面に複数列の燃料ガス流通溝１ｃと
突起１ｂが施されている。燃料ガスの給排気孔１ａと酸
化剤ガスの給排気孔１ａ′は吸気にも排気にも使用され
るが、この実施例では図１の左下の燃料ガス吸気孔１ａ
から矢印Ａ方向に燃料ガスが溝１ｃに流入し、この燃料
ガスが右上の燃料ガス排気孔１ａとから矢印Ｂ方向に排
出される。また、酸化剤ガスとしての空気が左上隅と右
下隅の酸化剤ガス給気孔１ａ′または酸化剤ガス排気孔
１ａ′から給気又は排気される。
る矩形状をなし、燃料ガスの給排気孔１ａと酸化ガスの
給排気孔１ａ′がそれぞれ２個ずつ対角線上の隅に開け
られ、さらに、単電池３の燃料電極面の隅々に燃料ガス
を均等に分配するため、および、隣あう単電池３と直列
に接続するため電極面に複数列の燃料ガス流通溝１ｃと
突起１ｂが施されている。燃料ガスの給排気孔１ａと酸
化剤ガスの給排気孔１ａ′は吸気にも排気にも使用され
るが、この実施例では図１の左下の燃料ガス吸気孔１ａ
から矢印Ａ方向に燃料ガスが溝１ｃに流入し、この燃料
ガスが右上の燃料ガス排気孔１ａとから矢印Ｂ方向に排
出される。また、酸化剤ガスとしての空気が左上隅と右
下隅の酸化剤ガス給気孔１ａ′または酸化剤ガス排気孔
１ａ′から給気又は排気される。
【００１８】溝１ｃと突起１ｂは、図２に示すように、
本体部１Ａの表面のみに形成されており、本体部１Ａの
裏面には四角形のへこみ１ｅが形成されている。この四
角形のへこみ１ｅに後述する導電性酸化物の板１Ｂが嵌
め込まれる（図２、３に仮想線で示す）。なお、突起１
ｂの頂面は燃料電池を組立てたとき、単電池３の燃料極
面に接触するようになっている。
本体部１Ａの表面のみに形成されており、本体部１Ａの
裏面には四角形のへこみ１ｅが形成されている。この四
角形のへこみ１ｅに後述する導電性酸化物の板１Ｂが嵌
め込まれる（図２、３に仮想線で示す）。なお、突起１
ｂの頂面は燃料電池を組立てたとき、単電池３の燃料極
面に接触するようになっている。
【００１９】図１に示すように、表面の溝１ｃは左右２
個の対角線方向の燃料ガス給排気孔１ａに連通してい
る。なお、左右２個の対角線方向の別の酸化剤ガス給排
気孔１ａ′は後述するように導電性酸化物の板１Ｂの空
気流通溝５ｃに連通している。燃料ガス給排気孔１ａと
溝１ｃは略台形のガス分配路１ｆにより連通されてい
る。また、酸化剤ガス給排気孔１ａ′と溝５ｃも１ｆに
より連通されている。セパレータ１の表面と裏面の周縁
部１ｄはスペーサ２または単電池３の固体電解質層４と
重ねるための面、またはシール剤を塗布する面である。
個の対角線方向の燃料ガス給排気孔１ａに連通してい
る。なお、左右２個の対角線方向の別の酸化剤ガス給排
気孔１ａ′は後述するように導電性酸化物の板１Ｂの空
気流通溝５ｃに連通している。燃料ガス給排気孔１ａと
溝１ｃは略台形のガス分配路１ｆにより連通されてい
る。また、酸化剤ガス給排気孔１ａ′と溝５ｃも１ｆに
より連通されている。セパレータ１の表面と裏面の周縁
部１ｄはスペーサ２または単電池３の固体電解質層４と
重ねるための面、またはシール剤を塗布する面である。
【００２０】図４は導電性酸化物の板１Ｂの平面図、図
５は図４の線 V−V 断面図である。導電性酸化物の板１
Ｂはストロンチウムをドープしたランタンクロマイトを
加圧成型し空気中で焼成して得た平板状焼結体である。
板１Ｂはその片面に単電池の空気極面に空気を流すため
の複数本の空気流通溝５ｃと突起５ｂを備えている。な
お、突起５ｂの頂面は燃料電池を組立てたとき、単電池
３の空気極面に接触するようになっている。板１Ｂの溝
５ｃはセパレータ１の本体部１Ａの左右２個の対角線方
向の給排気孔１ａに連通している（図１参照）。
５は図４の線 V−V 断面図である。導電性酸化物の板１
Ｂはストロンチウムをドープしたランタンクロマイトを
加圧成型し空気中で焼成して得た平板状焼結体である。
板１Ｂはその片面に単電池の空気極面に空気を流すため
の複数本の空気流通溝５ｃと突起５ｂを備えている。な
お、突起５ｂの頂面は燃料電池を組立てたとき、単電池
３の空気極面に接触するようになっている。板１Ｂの溝
５ｃはセパレータ１の本体部１Ａの左右２個の対角線方
向の給排気孔１ａに連通している（図１参照）。
【００２１】図６はスペーサ２の平面図、図７は図６の
線VII −VII 断面図である。
線VII −VII 断面図である。
【００２２】スペーサ２はジルコニアで造られ、厚みが
数百ミクロンである。中央部にほぼ平行四辺形の孔２ｅ
が開けられ、かつ、対角線上の２隅にガスの給排気孔２
ａが開けられている。孔２ｅは単電池３の電極５、６の
それぞれの面積より広く、また孔２ａはセパレータ１の
給排気孔１ａ、１ａ′の大きさ、配置と同一である。こ
のスペーサ２は裏返すことにより、孔２ａを燃料ガスと
酸化剤ガスの給気にも排気にも使用することができる。
スペーサ２の表面と裏面の周縁部２ｄはセパレータ１ま
たは単電池３の固体電解質層４と重ねるための面、また
はシール剤を塗布する面である。
数百ミクロンである。中央部にほぼ平行四辺形の孔２ｅ
が開けられ、かつ、対角線上の２隅にガスの給排気孔２
ａが開けられている。孔２ｅは単電池３の電極５、６の
それぞれの面積より広く、また孔２ａはセパレータ１の
給排気孔１ａ、１ａ′の大きさ、配置と同一である。こ
のスペーサ２は裏返すことにより、孔２ａを燃料ガスと
酸化剤ガスの給気にも排気にも使用することができる。
スペーサ２の表面と裏面の周縁部２ｄはセパレータ１ま
たは単電池３の固体電解質層４と重ねるための面、また
はシール剤を塗布する面である。
【００２３】図８は単電池３の平面図、図９は図８の線
IX−IX断面図である。
IX−IX断面図である。
【００２４】単電池３は固体電解質層４を挟むように燃
料極５としてＮｉ／ＹＳＺサーメットを、空気極６とし
て（Ｌａ、Ｓｒ）ＭｎＯ3 をスクリーン印刷などにより
コーティングしたものである。固体電解質層４はイット
リアなどをドープしたジルコニア焼結体（ＹＳＺ）で造
られる。固体電解質層４の４隅にガスの給排気孔３ａが
開けられている。この燃料ガス給排気孔３ａと酸化剤ガ
スの給排気孔３ａ′はセパレータ１の給排気孔１ａ、１
ａ′の大きさおよび配置と同一である。また、固体電解
質層４の表面と裏面の周縁部３ｄはセパレータ１または
スペーサ２と重ねるための面、またはシール剤を塗布す
る面である。
料極５としてＮｉ／ＹＳＺサーメットを、空気極６とし
て（Ｌａ、Ｓｒ）ＭｎＯ3 をスクリーン印刷などにより
コーティングしたものである。固体電解質層４はイット
リアなどをドープしたジルコニア焼結体（ＹＳＺ）で造
られる。固体電解質層４の４隅にガスの給排気孔３ａが
開けられている。この燃料ガス給排気孔３ａと酸化剤ガ
スの給排気孔３ａ′はセパレータ１の給排気孔１ａ、１
ａ′の大きさおよび配置と同一である。また、固体電解
質層４の表面と裏面の周縁部３ｄはセパレータ１または
スペーサ２と重ねるための面、またはシール剤を塗布す
る面である。
【００２５】上述の構成要素を次のように組み立てて本
発明の内部改質方法を実施する内部マニホールド型固体
電解質燃料電池を完成する。
発明の内部改質方法を実施する内部マニホールド型固体
電解質燃料電池を完成する。
【００２６】図１０は本発明の複合セパレータを有する
内部マニホールド型固体電解質燃料電池の断面図であ
る。 （１）まず、セパレータ１を組み立てる。導電性酸化物
の板１Ｂを、その溝５ｃが外側に露出するように、耐熱
性金属の本体部１Ａのへこみ１ｅの中に嵌め込む。換言
すれば、耐熱性金属の本体部１Ａと導電性酸化物の板１
Ｂのガス流路の無い面同士を重ね合わせてセパレータ１
に構成する。この際、導電性酸化物の板１Ｂの溝５ｃと
本体部１Ａの溝１ｃの配列が同一方向となるようにす
る。 （２）このように組み立てたセパレータ１を単電池３に
載せる。その際、セパレータ１の耐熱性金属の本体部１
Ａの燃料ガス流通溝１ｃが単電池３の燃料極５に対面接
触するように配置する。 （３）また、単電池３の燃料極５に対面するセパレータ
１の耐熱性金属の本体部１Ａに形成されている燃料ガス
分配路１ｆの中に、図１に示すように、燃料改質触媒層
を挿入する。 （４）セパレータ１と単電池３の固体電解質層４の間
に、スペーサ２が面接触状態に挟まれるか、またはシー
ル剤が施されてシールされる。 （５）この作業を繰り返えして、複数個のセパレータ１
と単電池３を積層し、最後に締め付けてスタックに構成
する。
内部マニホールド型固体電解質燃料電池の断面図であ
る。 （１）まず、セパレータ１を組み立てる。導電性酸化物
の板１Ｂを、その溝５ｃが外側に露出するように、耐熱
性金属の本体部１Ａのへこみ１ｅの中に嵌め込む。換言
すれば、耐熱性金属の本体部１Ａと導電性酸化物の板１
Ｂのガス流路の無い面同士を重ね合わせてセパレータ１
に構成する。この際、導電性酸化物の板１Ｂの溝５ｃと
本体部１Ａの溝１ｃの配列が同一方向となるようにす
る。 （２）このように組み立てたセパレータ１を単電池３に
載せる。その際、セパレータ１の耐熱性金属の本体部１
Ａの燃料ガス流通溝１ｃが単電池３の燃料極５に対面接
触するように配置する。 （３）また、単電池３の燃料極５に対面するセパレータ
１の耐熱性金属の本体部１Ａに形成されている燃料ガス
分配路１ｆの中に、図１に示すように、燃料改質触媒層
を挿入する。 （４）セパレータ１と単電池３の固体電解質層４の間
に、スペーサ２が面接触状態に挟まれるか、またはシー
ル剤が施されてシールされる。 （５）この作業を繰り返えして、複数個のセパレータ１
と単電池３を積層し、最後に締め付けてスタックに構成
する。
【００２７】上記実施例において、触媒７を燃料ガス分
配路１ｆの中に封入するように説明したが、触媒７を固
体電解質層４の表面に担持してもよく、また、触媒７を
セパレータ１の本体部１Ａの表面に担持してもよい。触
媒には公知のスチームリフォーミング触媒又はＮｉ、Ｐ
ｔなどの金属等を用いることができる。
配路１ｆの中に封入するように説明したが、触媒７を固
体電解質層４の表面に担持してもよく、また、触媒７を
セパレータ１の本体部１Ａの表面に担持してもよい。触
媒には公知のスチームリフォーミング触媒又はＮｉ、Ｐ
ｔなどの金属等を用いることができる。
【００２８】このように複数層のスタックに構成された
固体電解質燃料電池に、その周縁部のガス給気孔１ａか
ら燃料ガスと酸化剤ガスを供給し、単電池３の両電極
５、６の表面に分配し、周縁部のガス排気孔１ａから排
出することにより、スタックの上下間に起電力が発生さ
れる。この際、燃料ガスは燃料極５に達する前に触媒７
に接触し改質反応が始まる。なお、セパレータ１の表裏
両面を流れる燃料ガスと酸化剤ガスの流動方向は対向流
の方が熱交換上有利である。
固体電解質燃料電池に、その周縁部のガス給気孔１ａか
ら燃料ガスと酸化剤ガスを供給し、単電池３の両電極
５、６の表面に分配し、周縁部のガス排気孔１ａから排
出することにより、スタックの上下間に起電力が発生さ
れる。この際、燃料ガスは燃料極５に達する前に触媒７
に接触し改質反応が始まる。なお、セパレータ１の表裏
両面を流れる燃料ガスと酸化剤ガスの流動方向は対向流
の方が熱交換上有利である。
【００２９】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、耐
熱性金属板と酸化物板との複合セパレータを用いた内部
マニホールド構造の平板型固体電解質燃料電池におい
て、セパレータに設けたガス給気孔と単電池の燃料極を
連通する燃料ガス分配路の中に、換言すれば、燃料ガス
の流れの中で燃料極の川上に、改質触媒を形成したの
で、燃料ガスを燃料極に達する前に触媒に接触させて安
定的に内部改質できるようになった。したがって、燃料
ガスが燃料極上で急激に改質されるのを避けることがで
きるので内部改質反応の制御が可能となり、燃料電池の
電池反応で発生される熱を内部改質の吸熱反応に利用し
て熱応力の発生を緩和し熱応力を制御することができ、
電池の性能や耐久性を向上させるという優れた効果が得
られる。
熱性金属板と酸化物板との複合セパレータを用いた内部
マニホールド構造の平板型固体電解質燃料電池におい
て、セパレータに設けたガス給気孔と単電池の燃料極を
連通する燃料ガス分配路の中に、換言すれば、燃料ガス
の流れの中で燃料極の川上に、改質触媒を形成したの
で、燃料ガスを燃料極に達する前に触媒に接触させて安
定的に内部改質できるようになった。したがって、燃料
ガスが燃料極上で急激に改質されるのを避けることがで
きるので内部改質反応の制御が可能となり、燃料電池の
電池反応で発生される熱を内部改質の吸熱反応に利用し
て熱応力の発生を緩和し熱応力を制御することができ、
電池の性能や耐久性を向上させるという優れた効果が得
られる。
【図１】本発明の改質方法を実施する耐熱性金属板と酸
化物板との複合セパレータを用いた内部マニホールド構
造の平板型固体電解質燃料電池に使用するセパレータの
耐熱性金属本体部の平面図である。
化物板との複合セパレータを用いた内部マニホールド構
造の平板型固体電解質燃料電池に使用するセパレータの
耐熱性金属本体部の平面図である。
【図２】図１の線II−II断面図である。
【図３】図１の線III −III 断面図である。
【図４】本発明の改質方法を実施する耐熱性金属板と酸
化物板との複合セパレータを用いた内部マニホールド構
造の平板型固体電解質燃料電池に使用するセパレータの
導電性酸化物板の平面図である。
化物板との複合セパレータを用いた内部マニホールド構
造の平板型固体電解質燃料電池に使用するセパレータの
導電性酸化物板の平面図である。
【図５】図４の線 V−V 断面図である。
【図６】本発明の改質方法を実施する耐熱性金属板と酸
化物板との複合セパレータを用いた内部マニホールド構
造の平板型固体電解質燃料電池に使用するスペーサの導
電性酸化物板の平面図である。
化物板との複合セパレータを用いた内部マニホールド構
造の平板型固体電解質燃料電池に使用するスペーサの導
電性酸化物板の平面図である。
【図７】図６の線VII − VII断面図である。
【図８】本発明の改質方法を実施する耐熱性金属板と酸
化物板との複合セパレータを用いた内部マニホールド構
造の平板型固体電解質燃料電池に使用する単電池の平面
図である。
化物板との複合セパレータを用いた内部マニホールド構
造の平板型固体電解質燃料電池に使用する単電池の平面
図である。
【図９】図８の線IX−IX断面図である。
【図１０】本発明の改質方法を実施する耐熱性金属板と
酸化物板との複合セパレータを用いた内部マニホールド
構造の平板型固体電解質燃料電池の断面図である。
酸化物板との複合セパレータを用いた内部マニホールド
構造の平板型固体電解質燃料電池の断面図である。
１ セパレータ １Ａ 耐熱性金属本体部 １Ｂ 導電性酸化物板 １ａ 燃料ガス給排気孔 １ａ′ 酸化剤ガスの給排気孔 １ｂ 突起 １ｄ 周縁部 １ｃ 燃料ガス流通溝 １ｅ へこみ １ｆ ガス分配路 １ｃ 燃料ガス流通溝 ２ スペーサ ２ａ 孔 ２ｅ 孔 ２ｄ 周縁部 ３ 単電池 ３ａ 燃料ガス給排気孔 ３ａ′ 酸化剤ガス給排気孔 ４ 固体電解質層 ５ 燃料極 ５ｂ 突起 ５ｃ 酸化剤ガス又は空気の流通溝 ６ 空気極 ７ 触媒
Claims (4)
- 【請求項１】 固体電解質層を挟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、隣接する単電池を電
気的に直列に接続しかつ各単電池に燃料ガスと酸化剤ガ
スとを分配するセパレータとを交互に積層して構成さ
れ、前記セパレータが燃料ガスを流すための耐熱性金属
板と酸化剤ガスを流すための導電性酸化物板とを重ねた
複合セパレータである内部マニホールド型固体電解質燃
料電池において、前記セパレータの耐熱性金属部分に設
けた燃料ガス分配路に触媒層を形成し、燃料ガスを平板
状単電池の燃料極に達する前に該触媒に接触させて改質
を開始することを特徴とする耐熱性金属板と酸化物板と
の複合セパレータを用いた内部マニホールド構造の平板
型固体電解質燃料電池における内部改質方法。 - 【請求項２】 触媒が固体電解質層の表面のガス分配路
に相当する面に担持されていることを特徴とする請求項
１に記載の内部改質方法。 - 【請求項３】 触媒が前記燃料ガス分配路の中におかれ
た担体に担持されていることを特徴とする請求項１に記
載の内部改質方法。 - 【請求項４】 触媒がセパレータの表面のガス分配路に
相当する面に担持されていることを特徴とする請求項１
に記載の内部改質方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5152823A JPH06342664A (ja) | 1993-05-31 | 1993-05-31 | 耐熱性金属板と酸化物板との複合セパレータを用いた内部マニホールド構造の平板型固体電解質燃料電池における内部改質方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5152823A JPH06342664A (ja) | 1993-05-31 | 1993-05-31 | 耐熱性金属板と酸化物板との複合セパレータを用いた内部マニホールド構造の平板型固体電解質燃料電池における内部改質方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06342664A true JPH06342664A (ja) | 1994-12-13 |
Family
ID=15548933
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5152823A Withdrawn JPH06342664A (ja) | 1993-05-31 | 1993-05-31 | 耐熱性金属板と酸化物板との複合セパレータを用いた内部マニホールド構造の平板型固体電解質燃料電池における内部改質方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06342664A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6383678B1 (en) * | 1998-12-21 | 2002-05-07 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Separator for fuel cell and a method for producing the separator |
| JP2010225430A (ja) * | 2009-03-24 | 2010-10-07 | Hitachi Ltd | 燃料電池発電システム |
| JP2016058362A (ja) * | 2014-09-12 | 2016-04-21 | 日産自動車株式会社 | 固体酸化物型燃料電池 |
| JP2018129127A (ja) * | 2017-02-06 | 2018-08-16 | 株式会社デンソー | 燃料電池セルスタック |
-
1993
- 1993-05-31 JP JP5152823A patent/JPH06342664A/ja not_active Withdrawn
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6383678B1 (en) * | 1998-12-21 | 2002-05-07 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Separator for fuel cell and a method for producing the separator |
| JP2010225430A (ja) * | 2009-03-24 | 2010-10-07 | Hitachi Ltd | 燃料電池発電システム |
| JP2016058362A (ja) * | 2014-09-12 | 2016-04-21 | 日産自動車株式会社 | 固体酸化物型燃料電池 |
| JP2018129127A (ja) * | 2017-02-06 | 2018-08-16 | 株式会社デンソー | 燃料電池セルスタック |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2004502281A (ja) | 固体酸化物燃料電池積層体の改良設計 | |
| US7569301B2 (en) | Fuel cell | |
| CN107431216A (zh) | 电化学反应单元及燃料电池堆 | |
| CA2547813C (en) | Solid oxide fuel cell | |
| JP2004087311A (ja) | 燃料電池スタックおよび燃料電池スタック用金属製セパレータ | |
| EP0460629B1 (en) | Solid oxide fuel cell | |
| JPH09326259A (ja) | 固体電解質燃料電池 | |
| JPH08180885A (ja) | 空気極の集電効率を向上させた固体電解質型燃料電池 | |
| JP4306304B2 (ja) | 燃料電池用セパレータ | |
| JP7237043B2 (ja) | 電気化学反応セルスタック | |
| JP2005085520A (ja) | 固体酸化物形燃料電池 | |
| JP3266927B2 (ja) | 固体電解質型燃料電池 | |
| JPH0355764A (ja) | 固体電解質型燃料電池 | |
| JP4244579B2 (ja) | 平板積層型の固体酸化物形燃料電池 | |
| JPH0845516A (ja) | 線径の異なるメッシュを用いた平板型固体電解質燃料電池 | |
| JPH0479163A (ja) | 固体電解質型燃料電池 | |
| JPH0462757A (ja) | 固体電解質型燃料電池 | |
| JPH06243881A (ja) | 酸化物セパレータを用いた内部マニホールド構造の平板型固体電解質燃料電池における内部改質方法 | |
| JPH09147884A (ja) | 平板型固体電解質燃料電池 | |
| JPH07153470A (ja) | 複合セパレータを有する固体電解質燃料電池 | |
| JPH06140056A (ja) | 集電率を増大した内部マニホールド構造の固体電解質燃料電池 | |
| JP7522796B2 (ja) | 電気化学反応セルスタックおよび導電性部材 | |
| JPH0689725A (ja) | 複合セパレータを有する内部マニホールド型固体電解質燃料電池 | |
| JP7159126B2 (ja) | 電気化学反応セルスタック | |
| JP7210509B2 (ja) | 電気化学反応セルスタック |
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: 20000801 |