JPH0670161U - 平板型固体電解質燃料電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】各部材間の熱応力に起因する部材間の剥離や部
材の破損を防止でき、インタコネクタと発電膜との接合
面積の増大及び各部材間の接触抵抗の増大による電池性
能の低下を防止できる平板型固体電解質燃料電池を提供
すること。 【構成】インタコネクタ・燃料極側支持層・燃料極側支
持枠２０ａ、インタコネクタ・空気極側支持層・空気極
側支持枠２０ａを一体構造にした平板型固体電解質燃料
電池において、少なくとも一方のインタコネクタ及び燃
料極側支持層２０ａと、他方のインタコネクタ及び空気
極側支持層２０ｂとが同一材料で形成した。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、平板型固体電解質燃料電池に関し、特にインタコネクタの構造に関 する。

【０００２】

【従来の技術】

図８は石炭ガス、水素ガスや天然ガス等の燃料ガスを使用する従来の一体積層 型固体電解質燃料電池のスタック構成を示す図である。図示の如く発電膜５の両 面に燃料極側支持枠３、燃料極側支持層４、空気側支持枠７及び空気極側支持層 ６なる支持枠と、インタコネクタ１及び９とが電気的接触不良を防ぐ為にそれぞ れ強固に接着されている。

【０００３】 図９は従来の平板型固体電解質燃料電池のスタック構成を示す図である。図示 の如く発電膜５の両側面に、矩形状の気体流路溝１１、１２が互いに直交する如 く設けられた一対のインタコネクタ１０が、強固に接着されている。

【０００４】 上述したような固体電解質燃料電池の発電には、９００℃〜１０００℃という 高温の反応温度が必要であり、各構成部材の材質としては、セラミック系の耐熱 材料が用いられる。各構成部材としては下記に示すような材質及び熱膨張率を有 するものが用いられる。 インタコネクタ１：ＬａＣｒＯ₃ 系酸化物 （熱膨張率 9.5〜10.0×１０^-6／Ｋ） 燃料極側支持枠３：ＺｒＯ₂ 系 （熱膨張率 10.4×１０^-6／Ｋ） 燃料極側支持層４：Ｎｉ／ジルコニアサーメット （熱膨張率 11.8×10^-6／Ｋ） 発電膜５ ：Ｙ₂ Ｏ₃ 安定化ジルコニア （熱膨張率 10.4×１０^-6／Ｋ） 空気極側支持層６：ＬａＭｎＯ₃ 系酸化物 （熱膨張率 11.3×１０^-6／Ｋ） 空気極側支持枠７：ＺｒＯ₂ 系 （熱膨張率 10.4×１０^-6／Ｋ） インタコネクタ９：ＬａＣｒＯ₃ 系酸化物 （熱膨張率 9.5〜10.0×１０^-6／Ｋ）

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

上記した従来の平板型固体電解質燃料電池では、電池を構成する熱膨張率の異 なる各部材が強固に接着されているため、電池の昇温時に各部材の熱による伸び 、もしくは降温時の縮みの差により各部材に応力が発生し、各部材の破壊あるい は接合部の剥離が生じ、電池の性能が大幅に低下するという問題があった。

【０００６】 また、インタコネクタの気体流路を構成する溝と発電膜との接合面積が比較的 大きいため、燃料ガス及び空気が十分に発電膜に接触できず、発電作用が阻害さ れたり、各部材間の接触抵抗により、単位面積当りの発電性能が低いという問題 があった。

【０００７】 さらに、気体流路溝が、互いに独立しているので、個々の気体流路溝において 気体流量の不足が生じるおそれがあり、発電性能が低下するという問題もあった 。 そこで本考案は、各部材間の熱応力に起因する部材間の剥離や部材の破損を 防止でき、インタコネクタと発電膜との接合面積の増大及び各部材間の接触抵抗 の増大による電池性能の低下を防止でき、発電膜内に反応ガスを均一に供給でき 電池性能の向上を図れる上、安価に製造可能な平板型固体電解質燃料電池を提供 することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】

上記課題を解決し目的を達成するために、本考案は、インタコネクタ、燃料極 側支持層及び燃料極側支持枠、インタコネクタ、空気極側支持層及び空気極側支 持枠を一体構造にした平板型固体電解質燃料電池において、少なくとも一方のイ ンタコネクタ及び燃料極側支持層と、他方のインタコネクタ及び空気極側支持層 とを同一材料で形成した。 また、前記気体流路溝相互間に連絡路が設けられることが望ましい。

【０００９】

【作用】

上記手段を講じた結果、次のような作用が生じる。インタコネクタ及び支持層 あるいは、インタコネクタと支持層と支持枠とを同一材料で形成し、一体構造と したので、部材間の熱応力を低減あるいは排除することができ、部材の破壊や部 材間の剥離を防ぐことが可能となる。また燃料電池の剛性を損なうことなくイン タコネクタと発電膜との接合面積を少なくすることが可能になる上、部品点数が 減り、各部材間の接触抵抗が減少するため発電性能の低下を防止できる。さらに 気体流路が互いに接続されているので、発電膜内に反応ガスを均一に供給でき、 電池性能を向上できる。また、部品点数が削減され製造組立工数の低減が可能で あるため、コストの低減を図れる。

【００１０】

【実施例】

図１は、本考案の第１の実施例に係る平板型固体電解質燃料電池のスタック構 成を示す斜視図である。

【００１１】 図示の如く発電膜５の両側面を挟むようにインタコネクタ２０ａ，２０ｂが配 置されている。インタコネクタ２０ａは粉末プレス成形、射出成形、スリップキ ャスト、冷間静水圧プレス成形（ＣＩＰ）等の手段によって燃料極側支持枠、燃 料極側支持層が一体に形成されており、インタコネクタ２０ｂには空気極側支持 枠及び空気極側支持枠とが同様にして一体に形成されている。また、インタコネ クタ２０ａ，２０ｂ表面には波形の気体流路溝２１が複数形成されている。さら に、発電膜５とインタコネクタ２０ａ，２０ｂとは電気的接触不良を防ぐ為にそ れぞれ強固に接着されている。

【００１２】 このように構成された第１の実施例においては、インタコネクタ、支持層、支 持枠が同一材料かつ一体構造に形成されているので、構成部材間の熱応力を低減 でき破壊及び部材間の剥離を防ぐことができる。また、燃料電池の積層方向の剛 性を損なうことなくインタコネクタと発電膜との接合面積を少なくすることが可 能となり、各部材間の接触抵抗が減少し、燃料電池の発電性能が向上する。さら に、部品点数が減り、製造組立工数の低減が可能となる。 図２は、本考案の第２の実施例に係る平板型固体電解質燃料電池のスタック構 成を示す斜視図である。

【００１３】 図中上側からインタコネクタ３０ａ、発電膜５、中間用インタコネクタ３０、 発電膜５、…、インタコネクタ３０ｂの順でスタックが構成されている。インタ コネクタ３０ａは前述したインタコネクタ２０ａと同様に燃料極側支持枠、燃料 極側支持層が一体に形成されており、インタコネクタ３０ｂも同様にして空気極 側支持枠及び空気極側支持枠とが一体に形成されている。中間用インタコネクタ ３０はインタコネクタ３０ａ及び３０ｂを接合した構成となっており、燃料極側 支持枠、燃料極側支持層及び空気極側支持枠及び空気極側支持枠が一体に形成さ れている。また、インタコネクタ３０ａ，３０ｂ表面には波形の気体流路溝３１ が複数形成されている。さらに、インタコネクタ３０ａ，３０ｂ及び中間用イン タコネクタ３０の波形の気体流路溝３１には機械加工によって連絡路３２が燃料 ガス及び空気の通流方向と直交するように設けられている。発電膜５とインタコ ネクタ３０ａ，３０ｂ及び中間用インタコネクタ３０相互間は電気的接触不良を 防ぐ為にそれぞれ強固に接着されている。

【００１４】 このように構成された第２の実施例においては、第１の実施例と同様の効果が 得られると共に、気体流路溝相互に連絡路が設けられているために積層方向の剛 性を保たれ、稜線方向に柔構造とし破壊を防ぐことが可能となり、接合面積を少 なくすること、発電膜内に均一に反応ガスが均一に供給され、電池性能を向上で きる。また、中間用インタコネクタ３０の両面には、燃料ガス及び空気用の流路 溝３１がそれぞれ形成されているので、多段構成にした場合に部品点数のさらな る低減が可能となる。

【００１５】 図３は、本考案の第３の実施例に係る平板型固体電解質燃料電池の中間用イン タコネクタ４０を示す斜視図である。インタコネクタ４０には断面形状が台形の 気体流路溝４１が多数形成されている。本実施例では上述した第１の実施例の同 様の効果が得られる。

【００１６】 図４は、本考案の第４の実施例に係る平板型固体電解質燃料電池の中間用イン タコネクタ５０を示す斜視図である。インタコネクタ５０には断面形状が半楕円 形の気体流路溝５１が多数形成されている。本実施例では上述した第１の実施例 と同様の効果が得られる。

【００１７】 図５は、本考案の第５の実施例に係る平板型固体電解質燃料電池の中間用イン タコネクタ６０を示す斜視図である。インタコネクタ６０には断面形状が台形の 気体流路溝６１が多数形成されており、連絡路６２が燃料ガス及び空気の通流方 向と直交するように設けられている。本実施例では上述した第２の実施例と同様 の効果が得られる。

【００１８】 図６は、本考案の第６の実施例に係る平板型固体電解質燃料電池の中間用イン タコネクタ７０を示す斜視図である。インタコネクタ７０には断面形状が半楕円 形の気体流路溝７１が多数形成されており、連絡路７２が燃料ガス及び空気の通 流方向と直交するように設けられている。本実施例では上述した第２の実施例の 同様の効果が得られる。

【００１９】 図７は、本考案の第７の実施例に係る平板型固体電解質燃料電池の中間用イン タコネクタ８０を示す斜視図である。インタコネクタ８０には矩形状の気体流路 溝８１が形成されており、この気体流路溝８１内には、円錐台形状の凸部８２が 多数配置されている。本実施例では上述した第２の実施例と同様の効果が得られ る。

【００２０】

【考案の効果】

本考案によれば、同一材料を用いているので、各部材間の熱応力に起因する部 材間の剥離や部材の破損を防止できる。また、燃料電池の剛性を損なうことなく インタコネクタと発電膜との接合面積を減らすことができ、各部材間の接触抵抗 による電池性能の低下を防止できる。さらに、気体流路溝が相互に接続されてい るので発電膜内に反応ガスを均一に供給でき電池性能の向上を図ることが可能と なる。その上、部品点数が減るので、製造組立工数の低減が可能となり、コスト の低減を図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の第１実施例に係る平板型固体電解質燃
料電池の構成図。

【図２】本考案の第２実施例に係る多段平板型固体電解
質燃料電池の構成図。

【図３】本考案の第３実施例に係る多段平板型固体電解
質燃料電池用中間インタコネクタ図。

【図４】本考案の第４実施例に係る多段平板型固体電解
質燃料電池用中間インタコネクタ図。

【図５】本考案の第５実施例に係る多段平板型固体電解
質燃料電池用中間インタコネクタ図。

【図６】本考案の第６実施例に係る多段平板型固体電解
質燃料電池用中間インタコネクタ図。

【図７】本考案の第７実施例に係る多段平板型固体電解
質燃料電池用中間インタコネクタ図。

【図８】従来の一体積層型燃料電池の構成図。

【図９】従来の平板型固体電解質燃料電池の構成図。

【符号の説明】

５…発電膜 １０ａ，１０ｂ，２０ａ，２０ｂ，３０ａ，３０ｂ…イ
ンタコネクタ ３０，４０、５０、６０、７０、８０…中間用インタコ
ネクタ ２１，３１，４１，５１，６１，７１，８１…気体流路
溝 ３２，６２，７２…連絡路 ８２…凸部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 入野 光博 兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)考案者 舟津 正之 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１ 号 三菱重工業株式会社神戸造船所内

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】インタコネクタ、燃料極側支持層及び燃料
   極側支持枠、インタコネクタ、空気極側支持層及び空気
   極側支持枠を一体構造にした平板型固体電解質燃料電池
   において、 少なくとも一方のインタコネクタ及び燃料極側支持層
   と、他方のインタコネクタ及び空気極側支持層とを同一
   材料で形成したことを特徴とする平板型固体電解質燃料
   電池。
2. 【請求項２】前記気体流路溝相互間に連絡路が設けられ
   たことを特徴とする請求項１に記載の平板型固体電解質
   燃料電池。