JPH07245115A - 固体電解質型燃料電池 - Google Patents

固体電解質型燃料電池

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JPH07245115A
JPH07245115A JP6033611A JP3361194A JPH07245115A JP H07245115 A JPH07245115 A JP H07245115A JP 6033611 A JP6033611 A JP 6033611A JP 3361194 A JP3361194 A JP 3361194A JP H07245115 A JPH07245115 A JP H07245115A
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JP
Japan
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interconnector
power generation
sealing material
power generating
fuel cell
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JP6033611A
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English (en)
Inventor
Osamu Chikagawa
修 近川
Hiroshi Takagi
洋 鷹木
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Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0271Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M2008/1293Fuel cells with solid oxide electrolytes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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    • H01M2300/0017Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0065Solid electrolytes
    • H01M2300/0068Solid electrolytes inorganic
    • H01M2300/0071Oxides
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    • YGENERAL 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
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 発電部の端部にうねり波打ちが生じても、発
電部とインターコネクタの各端部の接合を、荷重をかけ
ることなく、ガスシールの気密性を損なわずに行うこと
ができ、かつ、シール材が接合面から発電部の側面やイ
ンターコネクタの側面に漏れ出すことを防ぐものを提供
する。 【構成】 固体電解質型燃料電池において、発電部4と
インターコネクタ5の各端部がガラス系シール材9で接
合され、インターコネクタ5の端部が運転温度で溶融す
るガラス系シール材9を塞き止める堤部8を有する。こ
の堤部8はインターコネクタ5に接合される発電部4の
高さと同じ高さを有する。そして、発電部4の端部をイ
ンターコネクタ5の端部の堤部8より内側に配置し、発
電部4の端部をガラス系シール材9を用いてインターコ
ネクタ5の端部に接合する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は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、燃料に含有さ
れる化学エネルギーを、燃焼による熱エネルギーの形態
を経由することなく、電気化学的手段を利用して連続的
に電気エネルギーへ直接変換する装置であり、高いエネ
ルギー変換効率を有するものである。
【0003】平板型の固体電解質型燃料電池は、たとえ
ば第2図の分解斜視図に示すような基本構造をとる。す
なわち、燃料極1、固体電解質膜2及び空気極3の各層
を重ねて、三層膜を構成する発電部4があり、これが燃
料電池の最小単位となって、外部から供給される水素と
空気(酸素)と反応を起こし、電気を発生する。この発
電部4を直列に接続、積層して大きな電圧を得るが、そ
の際、インターコネクタ5を用いて発電部と発電部を仕
切っている。
【0004】そして、インターコネクタ5は燃料極1に
入る水素と空気極3に入る空気(酸素)とが混じるのを
防ぎ、二つの発電部を直列に繋ぐための電子伝導体の役
目も果たす。インターコネクタ5の両面には、互いに直
角方向に一連の溝6が設けられ、燃料極側には水素が、
また、空気極側には空気(酸素)が入る流路になってい
る。
【0005】このインターコネクタ5と発電部4との接
合は、溝6に平行な両端の接合部7,7において、水素
と空気(酸素) を隔離して、両者が混じるのを防がなけ
ればならない。そこで、この部分にはガスシールの機能
を持つ材料を使った接合を行う必要がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】固体電解質膜2には、
たとえばイットリア安定化ジルコニア(YSZ)が用い
られるのに対し、これを両側から挟む極として、燃料極
1には、たとえばニッケルジルコニアサーメット,空気
極3には、たとえばランタンマンガナイト(LaMnO
3 )が用いられる。一方、インターコネクタ5には、た
とえばランタンクロマイト(LaCrO3 )が用いられ
るため、ガスシールを要する接合部7,7は、異種セラ
ミックス相互間の接合となる。
【0007】そして、燃料極1と空気極3の両極とイン
ターコネクタ5のそれぞれの熱膨張係数が必ずしも一致
していないことから、これらを強固に接合すると、熱が
加わった際に各部材内に生ずる熱応力によって、発電部
4の三層膜が破損する恐れがある。そのため、熱による
変位をできるだけ拘束しないようにするのが望ましい。
【0008】図3は従来例における発電部4とインター
コネクタ5の接合状態を示す部分拡大断面図である。端
部まで平坦な発電部4がインターコネクタ5の水素また
は空気(酸素)の通る溝6を覆って接合しているが、こ
こでは端部の強固な接合を避けて、燃料電池の運転温度
(1000℃)付近で溶融するガラス系シール材9によ
って接合を行っている。なお、溝6が形成されている箇
所のインターコネクタ5と発電部4の接合には導電性接
合材10として、たとえば白金黒等易焼結性貴金属のペ
ースト、もしくはランタンマンガナイト(LaMn
3 ) かランタンコバルタイト(LaCoO3 )の導電
性酸化物が用いられている。
【0009】ところで、もともと固体電解質膜2として
用いているイットリア安定化ジルコニア(YSZ)と、
燃料極1と空気極3の材料であるニッケルジルコニアサ
ーメット及びランタンマンガナイト(LaMnO3
は、熱膨脹率の差による熱応力のため、作製時に発電部
4にうねり波打ちが生じるものがある。
【0010】そして、発電部4とインターコネクタ5の
接合は、その構造から、平坦な面相互の接合を前提とし
ている。従って、このようなうねり波打ちが生じた発電
部4の端部と、インターコネクタ5の平坦な端部を、ガ
ラス系シール材9で接合すると支障が出る。すなわち、
端部のうねり波打ちにより、間隙が生じ易くなってガス
シール性が著しく損なわれたり、さらに接合のために荷
重をかけた際、発電部4に割れが生じて使用できなくな
り、歩留まりが低下する恐れがある。
【0011】そのため、発電部4の端部のうねり波打ち
を最小限に抑えることが必要となって、そのうねり波打
ちの度合いを厳しく管理したり、平坦度を上げるために
矯正工程を追加することが、コストアップの要因となっ
ている。
【0012】また、運転温度で溶融するガラス系シール
材9は、発電部4とインターコネクタ5の接合面から漏
れ出すこともある。
【0013】そこで本発明の目的は、発電部の端部にう
ねり波打ちが生じても、発電部とインターコネクタの端
部の接合を、荷重をかけることなく、ガスシールの気密
性を損なわずに行うことができ、かつ、接合面からシー
ル材が漏れ出すことを防ぐことにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明は、請求項1にお
いて、燃料極、固体電解質膜及び空気極からなる発電部
とインターコネクタを備える固体電解質型燃料電池にお
いて、発電部とインターコネクタの端部がガラス系シー
ル材で接合されており、インターコネクタの端部に運転
温度で溶融するガラス系シール材を塞き止める堤部を有
することを特徴とするものである。
【0015】また、請求項2において、インターコネク
タの端部の堤部は発電部の高さと同じ高さを有すること
を特徴とするものである。
【0016】また、請求項3において、発電部の端部を
インターコネクタの端部の堤部より内側に配置し、発電
部の端部をガラス系シール材を用いてインターコネクタ
の端部に接合することを特徴とするものである。
【0017】
【作用】本発明によれば、燃料極、固体電解質膜及び空
気極からなる発電部とインターコネクタを備える固体電
解質型燃料電池において、発電部とインターコネクタの
各端部がガラス系シール材で接合されており、インター
コネクタの端部に運転温度で溶融するガラス系シール材
を塞き止める堤部を有することにより、ガラス系シール
材がインターコネクタの堤部に塞き止められる形にな
り、運転時に発電部の端部はシール材に浸漬している状
態になる。そして、仮に発電部の端部にうねり波打ちが
生じて平坦でなくとも、シ−ル材に浸漬された状態にあ
るため、インターコネクタとの接合面に間隙ができなく
なり、ガスシールの機能が保てる。そして同時に、堤部
によってシール材が発電部の側面やインターコネクタの
側面へ漏れ出すことを防ぐ役目を果たす。また、密着性
を上げるために、接合時にかけていた荷重を端部にかけ
る必要がなくなるため、発電部に割れが生じにくくな
る。
【0018】
【実施例】以下、本発明の実施例につき図面を参照して
説明する。第1図は本発明のインターコネクタ5の斜視
図である。基本構造は従来例と同じであるが、本発明で
は、インターコネクタ5の水素または酸素が流れる溝6
に平行な両端の接合部7,7に堤部8,8を設けてい
る。
【0019】(実施例1)図4は本実施例における発電
部4とインターコネクタ5の接合状態を示す部分拡大断
面図である。発電部4と接合するインターコネクタ5に
は、水素または空気の流れる溝6に対し平行な端部に、
発電部4の高さに対応して盛り上げた堤部8を設けた。
次に、インターコネクタ5の端部にガラス系材料ペース
ト9(運転温度付近で溶融する液体シール材)を、ガス
シールを必要とする間隙を埋めるのに十分な量で塗布し
た。これにうねり波打ちのない平坦な発電部4を接合
し、所定の温度で運転した。そして運転後、発電部4と
インターコネクタ5の各端部の接合状態を観察したが、
発電部4の端部はインターコネクタ5の端部の堤部8に
より、運転時に溶融したガラス系シール材9に浸漬され
た状態でガスシールされていた。すなわち、堤部8が運
転温度で溶融するガラス系シール材9を塞き止め、発電
部4の端部を浸漬してガスシールの機能を果たしてい
た。また、シール材9がインターコネクタ5の側面や発
電部4の側面に漏れるのを防いでいた。
【0020】なお、導電性接合材10は、発電部4とイ
ンターコネクタ5を接合しており、堤部8の高さは、発
電部4の厚みとこの導電性接合材10の厚みを考慮すれ
ばよい。
【0021】(実施例2)図5は本実施例における端部
にうねり波打ちを有する発電部4とインターコネクタ5
の接合状態を示す部分拡大断面図である。端部のうねり
が数百μm程度の発電部4とインターコネクタ5を、ガ
ラス系材料ペースト9(運転温度付近で溶融する液体シ
ール材)がガスシールを必要とする間隙を埋めるのに十
分な量で接合し、所定の温度で運転した。その際、荷重
は発電部4の端部にはかからないようにした。そして運
転後、発電部4とインターコネクタ5の各端部の接合状
態を観察したが、発電部4の端部のうねりはインターコ
ネクタ5の堤部8により、ガラス系シール材9に十分浸
漬吸収されて間隙もなく、ガスシールの機能を果たして
いた。また、接合の所定位置から外へシール材9が漏れ
てはみ出したという形跡もみられなかった。
【0022】
【発明の効果】本発明によれば、三層膜の発電部の作製
時に、うねり波打ちが端部にある程度(数百μm)生じ
ても、発電部に対して割れの発生原因となる荷重をかけ
ることなく、インターコネクタとの接合が気密性を損な
わずに行うことができるため、歩留まりが向上する。そ
してこれにより、発電部の平坦度を管理する工程を簡略
・合理化することができ、コストダウンが図れる。ま
た、シール材が接合面からインターコネクタの側面や発
電部の側面へ漏れ出すことも防いで信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のインターコネクタの斜視図である。
【図2】従来例の固体電解質型燃料電池の基本構造を示
す分解斜視図である。
【図3】従来例の発電部とインターコネクタの接合を示
す部分拡大断面図である。
【図4】本発明の実施例1の発電部とインターコネクタ
の接合を示す部分拡大断面図である。
【図5】本発明の実施例2の発電部とインターコネクタ
の接合を示す部分拡大断面図である。
【符号の説明】
1 燃料極 2 固体電解質膜 3 空気極 4 発電部 5 インターコネクタ 8 堤部 9 ガラス系シール材

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 燃料極、固体電解質膜及び空気極からな
    る発電部とインターコネクタを備える固体電解質型燃料
    電池において、発電部とインターコネクタの各端部がガ
    ラス系シール材で接合されており、インターコネクタの
    端部に運転温度で溶融するガラス系シール材を塞き止め
    る堤部を有することを特徴とする固体電解質型燃料電
    池。
  2. 【請求項2】 インターコネクタの端部の堤部は発電部
    の高さと同じ高さを有す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。
  3. 【請求項3】 発電部の端部をインターコネクタの端部
    の堤部より内側に配置し、発電部の端部をガラス系シー
    ル材を用いてインターコネクタの端部に接合したことを
    特徴とする固体電解質型燃料電池。
JP6033611A 1994-03-03 1994-03-03 固体電解質型燃料電池 Pending JPH07245115A (ja)

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