JPH09231987A - 固体電解質型燃料電池のシール構造およびその製造方法 - Google Patents
固体電解質型燃料電池のシール構造およびその製造方法Info
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- JPH09231987A JPH09231987A JP8031102A JP3110296A JPH09231987A JP H09231987 A JPH09231987 A JP H09231987A JP 8031102 A JP8031102 A JP 8031102A JP 3110296 A JP3110296 A JP 3110296A JP H09231987 A JPH09231987 A JP H09231987A
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- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 平板型固体電解質燃料電池の構成材料である
セラミックス間の隙間をできるだけ減少するか、また
は、隙間をまったく無くすことにより燃料ガスと酸化剤
ガスとのクロスリークを防止するすることができるシー
ル構造を提供すること。 【解決手段】 平板状単電池とセパレータとを交互に積
層し、燃料極とセパレータの燃料ガス流通路側との間に
金属メッシュを介在し、固体電解質層とセパレータとの
間にそれぞれシール剤またはガスケットを介在してスタ
ックに積層してなる平板型固体電解質燃料電池におい
て、セパレータの袖部分にふた部材を接触または接合し
て配置し、袖部分とふた部材とが共同して前記発電部分
に対し酸化剤ガスまたは燃料ガスを供給・排出するとと
もに該両ガスの漏失を防止するように構成した。よっ
て、マニホールドの電池へのガス導出部位、および電池
からのガス導入部位において、酸化剤ガスと燃料ガスの
クロスリークを防止し、燃料電池の利用率を向上させ、
濃度分極による電池特性の低下を抑制することができ
る。
セラミックス間の隙間をできるだけ減少するか、また
は、隙間をまったく無くすことにより燃料ガスと酸化剤
ガスとのクロスリークを防止するすることができるシー
ル構造を提供すること。 【解決手段】 平板状単電池とセパレータとを交互に積
層し、燃料極とセパレータの燃料ガス流通路側との間に
金属メッシュを介在し、固体電解質層とセパレータとの
間にそれぞれシール剤またはガスケットを介在してスタ
ックに積層してなる平板型固体電解質燃料電池におい
て、セパレータの袖部分にふた部材を接触または接合し
て配置し、袖部分とふた部材とが共同して前記発電部分
に対し酸化剤ガスまたは燃料ガスを供給・排出するとと
もに該両ガスの漏失を防止するように構成した。よっ
て、マニホールドの電池へのガス導出部位、および電池
からのガス導入部位において、酸化剤ガスと燃料ガスの
クロスリークを防止し、燃料電池の利用率を向上させ、
濃度分極による電池特性の低下を抑制することができ
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は固体電解質型燃料電
池のシール構造およびその製造方法に関する。
池のシール構造およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】最近、例えば空気と水素をそれぞれ、酸
化剤ガスおよび燃料ガスとして、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、環境保護の観点から注目されており、特
に平板型固体電解質燃料電池は発電効率が高く、廃熱を
有効に利用できるなど多くの利点を有するため研究、開
発が進んでいる。
化剤ガスおよび燃料ガスとして、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、環境保護の観点から注目されており、特
に平板型固体電解質燃料電池は発電効率が高く、廃熱を
有効に利用できるなど多くの利点を有するため研究、開
発が進んでいる。
【０００３】平板型固体電解質燃料電池に燃料ガスと酸
化剤ガスとを供給するため、そのセパレータおよび固体
電解質層にそれぞれのガスの給排気孔を設け、この孔か
ら各単電池の各電極面に各ガスを給排気するようにした
ものを内部マニホールド形式と称している。内部マニホ
ールド形式の平板型固体電解質燃料電池は、イットリア
などをドープしたジルコニア焼結体（ＹＳＺ）からなる
平板状固体電解質層の両面に、それぞれ（Ｌａ、Ｓｒ）
ＭｎＯ3 の空気極と、Ｎｉ／ＹＳＺサーメットの燃料極
とを配置してなる平板状単電池と、隣接する単電池同士
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、燃
料極とセパレータの燃料ガス流通路側との間に金属メッ
シュを介在し、単電池の固体電解質層とセパレータの間
にそれぞれシール剤またはスペーサやガスケットを介在
し、荷重を掛けてスタックに積層したものであり、各単
電池の各電極面にそれぞれ燃料ガスと酸化剤ガスとを接
触させることにより起電力を発生する。
化剤ガスとを供給するため、そのセパレータおよび固体
電解質層にそれぞれのガスの給排気孔を設け、この孔か
ら各単電池の各電極面に各ガスを給排気するようにした
ものを内部マニホールド形式と称している。内部マニホ
ールド形式の平板型固体電解質燃料電池は、イットリア
などをドープしたジルコニア焼結体（ＹＳＺ）からなる
平板状固体電解質層の両面に、それぞれ（Ｌａ、Ｓｒ）
ＭｎＯ3 の空気極と、Ｎｉ／ＹＳＺサーメットの燃料極
とを配置してなる平板状単電池と、隣接する単電池同士
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、燃
料極とセパレータの燃料ガス流通路側との間に金属メッ
シュを介在し、単電池の固体電解質層とセパレータの間
にそれぞれシール剤またはスペーサやガスケットを介在
し、荷重を掛けてスタックに積層したものであり、各単
電池の各電極面にそれぞれ燃料ガスと酸化剤ガスとを接
触させることにより起電力を発生する。
【０００４】セパレータは燃料極と空気極とにそれぞれ
供給される燃料ガスと酸化剤ガスとを分離してそれらの
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とを有するものである。スタックの
内部で漏洩した燃料ガスと酸化剤ガスが混合すると、燃
料利用率が低下して燃料電池の効率が低下するのは勿
論、両ガスの混合により燃焼して局部的な温度上昇を生
じ、熱応力分布が不均一となり、クラックや歪みを生
じ、スタックの寿命を短縮させる。現在使用されている
代表的なセパレータはストロンチウムをドープしたラン
タンクロマイトのような導電性酸化物板のセラミックス
である。このように、現在は固体電解質型燃料電池の構
成材料の殆どすべてに多種類のセラミックス材料が使用
されており、特に、シール性と機械的強度はこれらの材
料に要求される重要な性質である。
供給される燃料ガスと酸化剤ガスとを分離してそれらの
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とを有するものである。スタックの
内部で漏洩した燃料ガスと酸化剤ガスが混合すると、燃
料利用率が低下して燃料電池の効率が低下するのは勿
論、両ガスの混合により燃焼して局部的な温度上昇を生
じ、熱応力分布が不均一となり、クラックや歪みを生
じ、スタックの寿命を短縮させる。現在使用されている
代表的なセパレータはストロンチウムをドープしたラン
タンクロマイトのような導電性酸化物板のセラミックス
である。このように、現在は固体電解質型燃料電池の構
成材料の殆どすべてに多種類のセラミックス材料が使用
されており、特に、シール性と機械的強度はこれらの材
料に要求される重要な性質である。
【０００５】図３は従来の内部マニホールド方式の平板
型固体電解質燃料電池に使用されているセパレータの斜
視図である。
型固体電解質燃料電池に使用されているセパレータの斜
視図である。
【０００６】図３のセパレータは本体部１１と導電性酸
化物製の集電部１２からなる複合セパレータである。本
体部１１の表面に凹んだポケット部１３が形成され、こ
こに集電部１２が図の矢印に示すように嵌め込まれる。
集電部１２の表面に酸化剤ガス例えば空気を均等に分配
するため複数列のガス流通溝１２ａおよび突起１２ｂを
交互に備えている。セパレータ本体部１１は矩形状をな
し、４隅にガスの給排気孔１ａ、１ｂが開けられ、対角
線方向のガス給排気孔１ａ、１ａが空気用となり、もう
一方の対角線方向のガス給排気孔１ｂ、１ｂが燃料ガス
用となる。図示されていないが、本体部１１の裏面に燃
料ガス流通溝および突起が同じように刻設されている。
図３の表面において、空気は左側ガス給排気孔１ａから
セパレータ本体部１１の左側のへこみ１ｄ、集電部１２
のガス流通溝１２ａ、反対側（右側）のへこみ１ｄを流
れて右側の給排気孔１ａに流入する。同じように図３の
裏面において、燃料ガスは別の対角線方向のガス給排気
孔１ｂ、１ｂの間を流れ、その途中で本体部１１の裏面
の燃料ガス流通溝を通過する。
化物製の集電部１２からなる複合セパレータである。本
体部１１の表面に凹んだポケット部１３が形成され、こ
こに集電部１２が図の矢印に示すように嵌め込まれる。
集電部１２の表面に酸化剤ガス例えば空気を均等に分配
するため複数列のガス流通溝１２ａおよび突起１２ｂを
交互に備えている。セパレータ本体部１１は矩形状をな
し、４隅にガスの給排気孔１ａ、１ｂが開けられ、対角
線方向のガス給排気孔１ａ、１ａが空気用となり、もう
一方の対角線方向のガス給排気孔１ｂ、１ｂが燃料ガス
用となる。図示されていないが、本体部１１の裏面に燃
料ガス流通溝および突起が同じように刻設されている。
図３の表面において、空気は左側ガス給排気孔１ａから
セパレータ本体部１１の左側のへこみ１ｄ、集電部１２
のガス流通溝１２ａ、反対側（右側）のへこみ１ｄを流
れて右側の給排気孔１ａに流入する。同じように図３の
裏面において、燃料ガスは別の対角線方向のガス給排気
孔１ｂ、１ｂの間を流れ、その途中で本体部１１の裏面
の燃料ガス流通溝を通過する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】図３に示すようなセパ
レータを使用した固体電解質型燃料電池において、燃料
ガスと酸化剤ガスとのクロスリークが最も生じ易い場
所、すなわちシール性の悪い場所は、燃料ガスと酸化剤
ガスとが最も接近して流れているセパレータの表面１ｃ
のＡ領域（図３）およびこれに対応するセパレータ本体
部１１の裏面の領域における構成材料間の隙間である。
ここのシール性を良くするためにシール剤やガスケット
が使用されているが、これらは完全でなく、さらにシー
ル性を向上するためには電池の組み立て時にスタックに
掛ける荷重を大にして隙間をできるだけ小さくするか、
または皆無にする必要がある。しかし、これには限度が
存在する。
レータを使用した固体電解質型燃料電池において、燃料
ガスと酸化剤ガスとのクロスリークが最も生じ易い場
所、すなわちシール性の悪い場所は、燃料ガスと酸化剤
ガスとが最も接近して流れているセパレータの表面１ｃ
のＡ領域（図３）およびこれに対応するセパレータ本体
部１１の裏面の領域における構成材料間の隙間である。
ここのシール性を良くするためにシール剤やガスケット
が使用されているが、これらは完全でなく、さらにシー
ル性を向上するためには電池の組み立て時にスタックに
掛ける荷重を大にして隙間をできるだけ小さくするか、
または皆無にする必要がある。しかし、これには限度が
存在する。
【０００８】本発明は上述の点にかんがみてなされたも
ので、平板型固体電解質燃料電池の構成材料であるセラ
ミックス間の隙間をできるだけ減少するか、または、隙
間をまったく無くすことにより燃料ガスと酸化剤ガスと
のクロスリークを防止するすることができるシール構造
を提供することを目的とする。
ので、平板型固体電解質燃料電池の構成材料であるセラ
ミックス間の隙間をできるだけ減少するか、または、隙
間をまったく無くすことにより燃料ガスと酸化剤ガスと
のクロスリークを防止するすることができるシール構造
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】固体電解質型燃料電池は
作動温度が約１０００℃度と高く、その構成材料が室温
からこの高温度まで、高強度および良シール性を連続的
に保持するためには、構成材料であるセラミックス材料
を互いに強固に、さらにシール性が良好となるように接
合する技術の開発が望まれてきたが、各種のセラミック
ス材料を単に強固に接合することは簡単容易であった
が、接合部のシール性が良くなるように接合することは
困難であった。これを解決するため、発明者はセラミッ
クスの接合について色々実験を繰り返した結果、セラミ
ックスとの間に金属箔（または金属板）を接触状態に挿
入したものを、該金属箔の表皮層、すなわちセラミック
スと該金属箔との界面のみ酸化が進行するような条件で
７００℃以上の温度に加熱溶融すると、金属箔の表皮
層、すなわちセラミックスとの界面のみ酸化され、金属
箔の中間部分は元の金属箔の材質をそのまま残して接合
されるので、セラミックス材料同志を強固に接合でき、
かつ中間部分は元の金属箔の材質がそのまま残り、この
部分が延性・展性を有するので、被接合体のセラミック
スとセラミックスとの間に生じる応力を緩和することが
可能となリ、シール性の極めて優れた接合が可能とな
リ、固体電解質型燃料電池の構成部材に最適のセラミッ
クス接合体が得られることが判明した。よって、発明者
はこの「セラミックスの接合方法および接合体」の技術
を特願平８−１０２８４として特許出願した。
作動温度が約１０００℃度と高く、その構成材料が室温
からこの高温度まで、高強度および良シール性を連続的
に保持するためには、構成材料であるセラミックス材料
を互いに強固に、さらにシール性が良好となるように接
合する技術の開発が望まれてきたが、各種のセラミック
ス材料を単に強固に接合することは簡単容易であった
が、接合部のシール性が良くなるように接合することは
困難であった。これを解決するため、発明者はセラミッ
クスの接合について色々実験を繰り返した結果、セラミ
ックスとの間に金属箔（または金属板）を接触状態に挿
入したものを、該金属箔の表皮層、すなわちセラミック
スと該金属箔との界面のみ酸化が進行するような条件で
７００℃以上の温度に加熱溶融すると、金属箔の表皮
層、すなわちセラミックスとの界面のみ酸化され、金属
箔の中間部分は元の金属箔の材質をそのまま残して接合
されるので、セラミックス材料同志を強固に接合でき、
かつ中間部分は元の金属箔の材質がそのまま残り、この
部分が延性・展性を有するので、被接合体のセラミック
スとセラミックスとの間に生じる応力を緩和することが
可能となリ、シール性の極めて優れた接合が可能とな
リ、固体電解質型燃料電池の構成部材に最適のセラミッ
クス接合体が得られることが判明した。よって、発明者
はこの「セラミックスの接合方法および接合体」の技術
を特願平８−１０２８４として特許出願した。
【００１０】本発明はこの特願平８−１０２８４の技術
も利用するものである。
も利用するものである。
【００１１】上記目的を達成するため、本発明の固体電
解質型燃料電池のシール構造は、平板状固体電解質層の
両面にそれぞれ空気極と燃料極とを配置してなる平板状
単電池と、隣接する単電池同士を電気的に直列に接続し
かつ各単電池に酸化剤ガスと燃料ガスを分配するセパレ
ータとを交互に積層し、前記燃料極と前記セパレータの
燃料ガス流通路側との間に金属メッシュを介在し、前記
単電池の固体電解質層とセパレータとの間にそれぞれシ
ール剤またはガスケットを介在してスタックに積層して
なる平板型固体電解質燃料電池のシール構造において、
前記セパレータが前記空気極または燃料極に対面してそ
れぞれ酸化剤ガスまたは燃料ガスを分配するための複数
列のガス流通溝および突起を交互に刻設された発電部分
と、前記発電部分の両側に接続された袖部分と、前記袖
部分に重ねて配置されたふた部材とを具備し、前記袖部
分とふた部材とが共同して前記発電部分に対し酸化剤ガ
スまたは燃料ガスを供給・排出するとともに該両ガスの
漏失を防止することを特徴とする。
解質型燃料電池のシール構造は、平板状固体電解質層の
両面にそれぞれ空気極と燃料極とを配置してなる平板状
単電池と、隣接する単電池同士を電気的に直列に接続し
かつ各単電池に酸化剤ガスと燃料ガスを分配するセパレ
ータとを交互に積層し、前記燃料極と前記セパレータの
燃料ガス流通路側との間に金属メッシュを介在し、前記
単電池の固体電解質層とセパレータとの間にそれぞれシ
ール剤またはガスケットを介在してスタックに積層して
なる平板型固体電解質燃料電池のシール構造において、
前記セパレータが前記空気極または燃料極に対面してそ
れぞれ酸化剤ガスまたは燃料ガスを分配するための複数
列のガス流通溝および突起を交互に刻設された発電部分
と、前記発電部分の両側に接続された袖部分と、前記袖
部分に重ねて配置されたふた部材とを具備し、前記袖部
分とふた部材とが共同して前記発電部分に対し酸化剤ガ
スまたは燃料ガスを供給・排出するとともに該両ガスの
漏失を防止することを特徴とする。
【００１２】また、本発明はふた部材のセパレータ袖部
分との接触面が平滑に研磨仕上げされていること、ふた
部材とセパレータ袖部分とが無機ガラス系材料で接合さ
れていること、ふた部材とセパレータ袖部分とが表皮層
のみ酸化された金属箔または金属板により接合されてい
ること、金属箔または金属板がアルミニウムまたはＡｌ
−Ｍｇ基合金であることを特徴とする。
分との接触面が平滑に研磨仕上げされていること、ふた
部材とセパレータ袖部分とが無機ガラス系材料で接合さ
れていること、ふた部材とセパレータ袖部分とが表皮層
のみ酸化された金属箔または金属板により接合されてい
ること、金属箔または金属板がアルミニウムまたはＡｌ
−Ｍｇ基合金であることを特徴とする。
【００１３】また、本発明の固体電解質型燃料電池のシ
ール構造の製造方法は、ふた部材とセパレータ袖部分と
の間に接触状態に金属箔または金属板を挿入したもの
を、金属箔または金属板の表皮層のみ酸化が進行するよ
うな条件で７００℃以上の温度に加熱し接合されたこと
を特徴とし、またセラミックスの接合面にあらかじめＡ
ｌを蒸着またはスパッタすることを特徴とする。
ール構造の製造方法は、ふた部材とセパレータ袖部分と
の間に接触状態に金属箔または金属板を挿入したもの
を、金属箔または金属板の表皮層のみ酸化が進行するよ
うな条件で７００℃以上の温度に加熱し接合されたこと
を特徴とし、またセラミックスの接合面にあらかじめＡ
ｌを蒸着またはスパッタすることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】図１は本発明によるシール構造を
有する平板型固体電解質燃料電池のセパレータの斜視図
である。
有する平板型固体電解質燃料電池のセパレータの斜視図
である。
【００１５】平板型固体電解質燃料電池は平板状固体電
解質層の両面にそれぞれ空気極と燃料極とを配置してな
る平板状単電池と、隣接する単電池同士を電気的に直列
に接続しかつ各単電池に酸化剤ガスと燃料ガスを分配す
るセパレータとを交互に積層し、前記燃料極と前記セパ
レータの燃料ガス流通路側との間に金属メッシュを介在
し、前記単電池の固体電解質層とセパレータとの間にそ
れぞれシール剤またはガスケットを介在してスタックに
構成されたものである。
解質層の両面にそれぞれ空気極と燃料極とを配置してな
る平板状単電池と、隣接する単電池同士を電気的に直列
に接続しかつ各単電池に酸化剤ガスと燃料ガスを分配す
るセパレータとを交互に積層し、前記燃料極と前記セパ
レータの燃料ガス流通路側との間に金属メッシュを介在
し、前記単電池の固体電解質層とセパレータとの間にそ
れぞれシール剤またはガスケットを介在してスタックに
構成されたものである。
【００１６】図１のセパレータは大別して、本体部１
１、集電部１２およびふた部材１４からなる複合セパレ
ータである。本体部１１は矩形状をなし、その中央部は
発電部分Ｘとなり、その表面に凹んだポケット部１３が
形成され、ここに集電部１２が図の矢印Ａに示すように
嵌め込まれる。集電部１２の表面に酸化剤ガス例えば空
気を均等に分配するため複数列のガス流通溝１２ａおよ
び突起１２ｂが交互に刻設されている。図示されていな
いが、本体部１１の裏面に燃料ガス流通溝および突起が
同じように刻設されている。
１、集電部１２およびふた部材１４からなる複合セパレ
ータである。本体部１１は矩形状をなし、その中央部は
発電部分Ｘとなり、その表面に凹んだポケット部１３が
形成され、ここに集電部１２が図の矢印Ａに示すように
嵌め込まれる。集電部１２の表面に酸化剤ガス例えば空
気を均等に分配するため複数列のガス流通溝１２ａおよ
び突起１２ｂが交互に刻設されている。図示されていな
いが、本体部１１の裏面に燃料ガス流通溝および突起が
同じように刻設されている。
【００１７】この発電部分Ｘの両側に袖部分Ｙが接続さ
れ、この袖部分Ｙは発電部分Ｘに酸化剤ガスまたは燃料
ガスを供給・排出するものである。すなわち、４隅にガ
スの給排気孔１１ａ、１１ｂが開けられ、対角線方向の
ガス給排気孔１１ａ、１１ａが空気用となり、もう一方
の対角線方向のガス給排気孔１１ｂ、１１ｂが燃料ガス
用となる。袖部分Ｙに重ねてふた部材１４が接触配置さ
れ、袖部分Ｙとふた部材１４とが共同して空気極または
燃料極に酸化剤ガスまたは燃料ガスを供給・排出すると
ともに、ふた部材１４を袖部分Ｙに重ねることにより両
ガスのクロスリークを防止することができる。このふた
部材１４は本発明の要部である。図１に示すように、ふ
た部材１４はそれぞれ袖部分Ｙの表面１１ｃおよび裏面
に、２個ずつ合計４個が、矢印Ｂ（図１）で示すように
重ねて配置されている。ふた部材１４はこれが袖部分Ｙ
の表面１１ｃまたは裏面（図示せず）に接触し且つ集電
部１２に当接する側面に切欠溝１４ｄを備えている。ま
た、ふた部材１４には袖部分Ｙのガス給排気孔１１ａ、
１１ｂに対応して、同じ大きさ同じ配置のガス給排気孔
１１ａ、１１ｂが開けられている。
れ、この袖部分Ｙは発電部分Ｘに酸化剤ガスまたは燃料
ガスを供給・排出するものである。すなわち、４隅にガ
スの給排気孔１１ａ、１１ｂが開けられ、対角線方向の
ガス給排気孔１１ａ、１１ａが空気用となり、もう一方
の対角線方向のガス給排気孔１１ｂ、１１ｂが燃料ガス
用となる。袖部分Ｙに重ねてふた部材１４が接触配置さ
れ、袖部分Ｙとふた部材１４とが共同して空気極または
燃料極に酸化剤ガスまたは燃料ガスを供給・排出すると
ともに、ふた部材１４を袖部分Ｙに重ねることにより両
ガスのクロスリークを防止することができる。このふた
部材１４は本発明の要部である。図１に示すように、ふ
た部材１４はそれぞれ袖部分Ｙの表面１１ｃおよび裏面
に、２個ずつ合計４個が、矢印Ｂ（図１）で示すように
重ねて配置されている。ふた部材１４はこれが袖部分Ｙ
の表面１１ｃまたは裏面（図示せず）に接触し且つ集電
部１２に当接する側面に切欠溝１４ｄを備えている。ま
た、ふた部材１４には袖部分Ｙのガス給排気孔１１ａ、
１１ｂに対応して、同じ大きさ同じ配置のガス給排気孔
１１ａ、１１ｂが開けられている。
【００１８】酸化剤ガスまたは燃料ガスのスタック内の
流れは次のようである。例えば、酸化剤ガスはスタック
内を下から上に流れるとすれば、（図１において左側下
のふた部材１４の）左側ガス給排気孔１４ａから左側袖
部分Ｙの給排気孔１１ａを通って上昇し、左側袖部分Ｙ
のへこみ１１ｄに流入し、（図１において左側上の）ふ
た部材１４の切欠溝１４ｄを通り、集電部１２のガス流
通溝１２ａを流れて、（図１において右側上の）ふた部
材１４の切欠溝１４ｄを通り、反対側（右側）袖部分Ｙ
のへこみ１１ｄに入り、右側の給排気孔１１ａおよび
（図１において右側上のふた部材１４の）給排気孔１４
ａへ流出する。燃料ガスのスタック内の流れは、ガス給
排気孔１４ｂ、１１ｂ、燃料極に対面するセパレータの
ガス流通溝などを流れる。
流れは次のようである。例えば、酸化剤ガスはスタック
内を下から上に流れるとすれば、（図１において左側下
のふた部材１４の）左側ガス給排気孔１４ａから左側袖
部分Ｙの給排気孔１１ａを通って上昇し、左側袖部分Ｙ
のへこみ１１ｄに流入し、（図１において左側上の）ふ
た部材１４の切欠溝１４ｄを通り、集電部１２のガス流
通溝１２ａを流れて、（図１において右側上の）ふた部
材１４の切欠溝１４ｄを通り、反対側（右側）袖部分Ｙ
のへこみ１１ｄに入り、右側の給排気孔１１ａおよび
（図１において右側上のふた部材１４の）給排気孔１４
ａへ流出する。燃料ガスのスタック内の流れは、ガス給
排気孔１４ｂ、１１ｂ、燃料極に対面するセパレータの
ガス流通溝などを流れる。
【００１９】セパレータの材質として、セラミックのア
ルミナやＡｌ−Ｍｇスピネルが使用され、また、耐熱金
属のＦｅ−Ｎｉ−Ｃｒ基合金やＮｉ−Ｃｒ基合金が使用
され、さらにこれらの耐熱金属の表面をＡｌ合金化処理
したものや表面をセラミックコーティングしたものが使
用されている。
ルミナやＡｌ−Ｍｇスピネルが使用され、また、耐熱金
属のＦｅ−Ｎｉ−Ｃｒ基合金やＮｉ−Ｃｒ基合金が使用
され、さらにこれらの耐熱金属の表面をＡｌ合金化処理
したものや表面をセラミックコーティングしたものが使
用されている。
【００２０】ふた部材とセパレータの袖部分とは単に接
触させ、スタックに掛かる荷重により対面押圧状態にす
る場合がある。この場合、ふた部材とセパレータ袖部分
との接触面をできるだけ平滑に研磨仕上げすることによ
りシール性が向上する。
触させ、スタックに掛かる荷重により対面押圧状態にす
る場合がある。この場合、ふた部材とセパレータ袖部分
との接触面をできるだけ平滑に研磨仕上げすることによ
りシール性が向上する。
【００２１】また、ふた部材とセパレータの袖部分とを
接合する場合がある。この場合の接合方法には次のよう
な方法がある。 （１）ふた部材とセパレータ袖部分とが無機ガラス系材
料で接合されている。 （２）ふた部材とセパレータ袖部分とが表皮層のみ酸化
された金属箔または金属板により接合されている。 （３）金属箔または金属板がアルミニウムである。 （４）金属箔または金属板がＡｌ−Ｍｇ基合金である。 （５）ふた部材とセパレータ袖部分との間に接触状態に
金属箔または金属板を挿入したものを、該金属箔または
金属板の表皮層のみ酸化が進行するような条件で７００
℃以上の温度に加熱し接合する。 （６）（５）の接合方法において、セラミックスの接合
面にあらかじめＡｌを蒸着またはスパッタしておく。
接合する場合がある。この場合の接合方法には次のよう
な方法がある。 （１）ふた部材とセパレータ袖部分とが無機ガラス系材
料で接合されている。 （２）ふた部材とセパレータ袖部分とが表皮層のみ酸化
された金属箔または金属板により接合されている。 （３）金属箔または金属板がアルミニウムである。 （４）金属箔または金属板がＡｌ−Ｍｇ基合金である。 （５）ふた部材とセパレータ袖部分との間に接触状態に
金属箔または金属板を挿入したものを、該金属箔または
金属板の表皮層のみ酸化が進行するような条件で７００
℃以上の温度に加熱し接合する。 （６）（５）の接合方法において、セラミックスの接合
面にあらかじめＡｌを蒸着またはスパッタしておく。
【００２２】上記（２）〜（６）の場合は前述した本発
明者の特願平８−１０２８４の技術が利用される。
明者の特願平８−１０２８４の技術が利用される。
【００２３】
【実施例】本発明によるシール構造を有する平板型固体
電解質燃料電池を次の方法で製作した。
電解質燃料電池を次の方法で製作した。
【００２４】６０ｍｍ角、厚さ０．１ｍｍの３Ｙ−ＹＳ
Ｚの片面に燃料極としてＮｉ−ＹＳＺを３０μｍ、反対
側の面に空気極として（Ｌａ、Ｓｒ）ＭｎＯ3 を１００
μｍそれぞれ塗布し、それぞれ１４５０℃、１１５０℃
で焼成したものを単電池として用いた。その有効電極面
積は２５ｃｍ2 であった。
Ｚの片面に燃料極としてＮｉ−ＹＳＺを３０μｍ、反対
側の面に空気極として（Ｌａ、Ｓｒ）ＭｎＯ3 を１００
μｍそれぞれ塗布し、それぞれ１４５０℃、１１５０℃
で焼成したものを単電池として用いた。その有効電極面
積は２５ｃｍ2 であった。
【００２５】アルミナ製セパレータの袖部４か所にそれ
ぞれアルミナ製ふた部材を接合した。
ぞれアルミナ製ふた部材を接合した。
【００２６】ふた部材の接合方法は次のようである。 （１）セパレータの袖部とふた部材との間に厚さ０．１
ｍｍのアルミニウム箔を挿入する。 （２）Ｎ2 −３％Ｈ2 の雰囲気中で１０００℃、３時間
保持し、接合する。 （３）燃料極側のセパレータとふた部材に段差がなくな
るように研削およびラッピングを行う。 （４）空気極側においては（Ｌａ、Ｓｒ）ＣｒＯ3 セパ
レータとふた部材が平らになるように研削およびラッピ
ングを行う。
ｍｍのアルミニウム箔を挿入する。 （２）Ｎ2 −３％Ｈ2 の雰囲気中で１０００℃、３時間
保持し、接合する。 （３）燃料極側のセパレータとふた部材に段差がなくな
るように研削およびラッピングを行う。 （４）空気極側においては（Ｌａ、Ｓｒ）ＣｒＯ3 セパ
レータとふた部材が平らになるように研削およびラッピ
ングを行う。
【００２７】以上のようにして製作した単電池とセパレ
ータを用いて１０００℃において０．３Ａ／ｃｍ2 負荷
し発電試験を行った。酸化剤ガスとして空気を用い利用
率は３０％とした。燃料ガスとして水素を用い利用率を
変化させた時の単セルスタック（燃料極／電解質／空気
極／ランタンクロマイト間）の電位を測定した。なお、
燃料利用率は装置の都合上４０％までとした。
ータを用いて１０００℃において０．３Ａ／ｃｍ2 負荷
し発電試験を行った。酸化剤ガスとして空気を用い利用
率は３０％とした。燃料ガスとして水素を用い利用率を
変化させた時の単セルスタック（燃料極／電解質／空気
極／ランタンクロマイト間）の電位を測定した。なお、
燃料利用率は装置の都合上４０％までとした。
【００２８】図２は本発明のシール構造を有する平板型
固体電解質燃料電池と従来のシール構造を有する平板型
固体電解質燃料電池との発電試験の結果を比較する図で
ある。
固体電解質燃料電池と従来のシール構造を有する平板型
固体電解質燃料電池との発電試験の結果を比較する図で
ある。
【００２９】図２において、横軸に燃料利用率（単位：
％）をとり、縦軸に電圧（単位：Ｖ）をとる。グラフの
中の点線で示す曲線は本発明のシール構造を有するセパ
レータを使用した場合すなわちふた部材を有するセパレ
ータの場合、実線で示す曲線はふた部材を有しない従来
のセパレータを使用した場合である。
％）をとり、縦軸に電圧（単位：Ｖ）をとる。グラフの
中の点線で示す曲線は本発明のシール構造を有するセパ
レータを使用した場合すなわちふた部材を有するセパレ
ータの場合、実線で示す曲線はふた部材を有しない従来
のセパレータを使用した場合である。
【００３０】図２からふた部材を有するセパレータを用
いると利用率が著しく向上し、発電性能の良いことを証
明している。その理由は酸化剤ガスおよび燃料ガスの電
池への導入部におけるクロスリークが、ふた部材をつけ
ることにより抑制されたためである。
いると利用率が著しく向上し、発電性能の良いことを証
明している。その理由は酸化剤ガスおよび燃料ガスの電
池への導入部におけるクロスリークが、ふた部材をつけ
ることにより抑制されたためである。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は平板型固
体電解質燃料電池のセパレータの袖部分にふた部材を接
触または接合して配置し、袖部分とふた部材とが共同し
て前記発電部分に対し酸化剤ガスまたは燃料ガスを供給
・排出するとともに該両ガスの漏失を防止するように構
成したので、つぎのような極めて優れた効果が得られ
る。 （１）マニホールドの電池へのガス導出部位、および電
池からのガス導入部位において、酸化剤ガスと燃料ガス
のクロスリークを防止することができる。 （２）クロスリークを防止することができので、燃料電
池の利用率を向上することができる。 （３）濃度分極による電池特性の低下を抑制することが
できる。
体電解質燃料電池のセパレータの袖部分にふた部材を接
触または接合して配置し、袖部分とふた部材とが共同し
て前記発電部分に対し酸化剤ガスまたは燃料ガスを供給
・排出するとともに該両ガスの漏失を防止するように構
成したので、つぎのような極めて優れた効果が得られ
る。 （１）マニホールドの電池へのガス導出部位、および電
池からのガス導入部位において、酸化剤ガスと燃料ガス
のクロスリークを防止することができる。 （２）クロスリークを防止することができので、燃料電
池の利用率を向上することができる。 （３）濃度分極による電池特性の低下を抑制することが
できる。
【図１】本発明によるシール構造を有する平板型固体電
解質燃料電池のセパレータの斜視図である。
解質燃料電池のセパレータの斜視図である。
【図２】本発明のシール構造を有する平板型固体電解質
燃料電池と従来のシール構造を有する平板型固体電解質
燃料電池との発電試験の結果を比較する図である。
燃料電池と従来のシール構造を有する平板型固体電解質
燃料電池との発電試験の結果を比較する図である。
【図３】従来の内部マニホールド方式の平板型固体電解
質燃料電池に使用されているセパレータの斜視図であ
る。
質燃料電池に使用されているセパレータの斜視図であ
る。
１ａ ガス給排気孔 １ｂ ガス給排気孔 １ｃ 表面 １ｄ へこみ ９ 導電孔 １１ 本体部 １１ａ ガス給排気孔 １１ｂ ガス給排気孔 １１ｃ 表面 １１ｄ へこみ １１ｅ 導電孔 １２ 集電部 １２ａ ガス流通溝 １２ｂ 突起 １３ ポケット １４ ふた部材 １４ａ ガス給排気孔 １４ｂ ガス給排気孔 １４ｄ 切欠溝 Ｘ 発電部 Ｙ 袖部
Claims (8)
- 【請求項１】 平板状固体電解質層の両面にそれぞれ空
気極と燃料極とを配置してなる平板状単電池と、隣接す
る単電池同士を電気的に直列に接続しかつ各単電池に酸
化剤ガスと燃料ガスを分配するセパレータとを交互に積
層し、前記燃料極と前記セパレータの燃料ガス流通路側
との間に金属メッシュを介在し、前記単電池の固体電解
質層とセパレータとの間にそれぞれシール剤またはガス
ケットを介在してスタックに積層してなる平板型固体電
解質燃料電池のシール構造において、前記セパレータが
前記空気極または燃料極に対面してそれぞれ酸化剤ガス
または燃料ガスを分配するための複数列のガス流通溝お
よび突起を交互に刻設された発電部分と、前記発電部分
の両側に接続された袖部分と、前記袖部分に重ねて配置
されたふた部材とを具備し、前記袖部分とふた部材とが
共同して前記発電部分に対し酸化剤ガスまたは燃料ガス
を供給・排出するとともに該両ガスの漏失を防止するこ
とを特徴とする固体電解質型燃料電池のシール構造。 - 【請求項２】 前記ふた部材の前記セパレータ袖部分と
の接触面が平滑に研磨仕上げされていることを特徴とす
る請求項１に記載の固体電解質型燃料電池のシール構
造。 - 【請求項３】 前記ふた部材と前記セパレータ袖部分と
が無機ガラス系材料で接合されていることを特徴とする
請求項１に記載の固体電解質型燃料電池のシール構造。 - 【請求項４】 前記ふた部材と前記セパレータ袖部分と
が表皮層のみ酸化された金属箔または金属板により接合
されていることを特徴とする請求項１に記載の固体電解
質型燃料電池のシール構造。 - 【請求項５】 前記金属箔または金属板がアルミニウム
であることを特徴とする請求項４に記載の固体電解質型
燃料電池のシール構造。 - 【請求項６】 前記金属箔または金属板がＡｌ−Ｍｇ基
合金であることを特徴とする請求項４に記載の固体電解
質型燃料電池のシール構造。 - 【請求項７】 前記ふた部材と前記セパレータ袖部分と
の間に接触状態に金属箔または金属板を挿入したもの
を、該金属箔または金属板の表皮層のみ酸化が進行する
ような条件で７００℃以上の温度に加熱し接合されたこ
とを特徴とする請求項１に記載の固体電解質型燃料電池
のシール構造の製造方法。 - 【請求項８】 前記セラミックスの接合面にあらかじめ
Ａｌを蒸着またはスパッタすることを特徴とする請求項
７に記載の固体電解質型燃料電池のシール構造の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8031102A JPH09231987A (ja) | 1996-02-20 | 1996-02-20 | 固体電解質型燃料電池のシール構造およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8031102A JPH09231987A (ja) | 1996-02-20 | 1996-02-20 | 固体電解質型燃料電池のシール構造およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09231987A true JPH09231987A (ja) | 1997-09-05 |
Family
ID=12322049
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8031102A Withdrawn JPH09231987A (ja) | 1996-02-20 | 1996-02-20 | 固体電解質型燃料電池のシール構造およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09231987A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6231053B1 (en) | 1999-06-11 | 2001-05-15 | Nok Corporation | Gasket for fuel cell |
| WO2001043218A1 (en) * | 1999-12-13 | 2001-06-14 | Sofco L.P. | Integrated manifold/reformer for fuel cell systems |
| US6337120B1 (en) | 1998-06-26 | 2002-01-08 | Nok Corporation | Gasket for layer-built fuel cells and method for making the same |
| US7063911B1 (en) | 1999-07-13 | 2006-06-20 | Nok Corporation | Gasket for fuel cell and method of forming it |
| JP2007103223A (ja) * | 2005-10-06 | 2007-04-19 | Toyota Motor Corp | 燃料電池およびその製造方法 |
| DE10028395B4 (de) * | 1999-06-11 | 2008-05-15 | Nok Corp., Fujisawa | Anordnung, bestehend aus einem Polymer-Elektrolyt-Membranelement und einer Dichtung für Brennstoffzellen |
| EP2202833A2 (en) | 1999-05-20 | 2010-06-30 | NOK Corporation | Gasket for fuel cell and method of forming it |
-
1996
- 1996-02-20 JP JP8031102A patent/JPH09231987A/ja not_active Withdrawn
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6337120B1 (en) | 1998-06-26 | 2002-01-08 | Nok Corporation | Gasket for layer-built fuel cells and method for making the same |
| US6649097B2 (en) | 1998-06-26 | 2003-11-18 | Nok Corporation | Method of making a gasket for layer-built fuel cells |
| EP2202833A2 (en) | 1999-05-20 | 2010-06-30 | NOK Corporation | Gasket for fuel cell and method of forming it |
| US6231053B1 (en) | 1999-06-11 | 2001-05-15 | Nok Corporation | Gasket for fuel cell |
| DE10028395B4 (de) * | 1999-06-11 | 2008-05-15 | Nok Corp., Fujisawa | Anordnung, bestehend aus einem Polymer-Elektrolyt-Membranelement und einer Dichtung für Brennstoffzellen |
| US7063911B1 (en) | 1999-07-13 | 2006-06-20 | Nok Corporation | Gasket for fuel cell and method of forming it |
| WO2001043218A1 (en) * | 1999-12-13 | 2001-06-14 | Sofco L.P. | Integrated manifold/reformer for fuel cell systems |
| US6326095B1 (en) * | 1999-12-13 | 2001-12-04 | Sofco L.P. | Integrated manifold/reformer for fuel cell systems |
| JP2007103223A (ja) * | 2005-10-06 | 2007-04-19 | Toyota Motor Corp | 燃料電池およびその製造方法 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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