JPH09274927A - 固体電解質型燃料電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 シール材に導電性を持たせて、接続用集電部
材を別途設ける必要をなくす。 【解決手段】 複数個の単セル１１を、対向する二方が
開放されたハウジング内に平行に並べて収納するととも
に、ハウジング内部に供給する燃料ガスが外部へ漏れな
いように前記ハウジングの開放された部分を、アルミニ
ウム合金等の電池作動温度で半溶融状態となる金属シー
ル材１３で気密にシールする。したがって、各単セル１
１の外周に取付けた集電体１２の端部が、隣接する単セ
ル１１の端部から突出している一方の空気電極１１ｂと
金属シール材１３によって電気的に接続される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、金属シール材を
用いた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、例えば、酸素
イオン透過性のあるイットリア安定化ジルコニア（ＹＳ
Ｚ）やカルシア安定化ジルコニア（ＣＳＺ）などの固体
電解質を挟んで、ペロブスカイト型ランタン系酸化物か
らなる空気電極とニッケルなどを主体とする燃料電極と
を設け、この各電極に臨ませて流される空気と燃料ガス
とを固体電解質を介して電気化学的に反応させることに
より起電力を得るものである。この種の燃料電池では、
燃料ガス流路と空気流路とを気密状態に分離する必要が
あるので、例えば円筒形の固体電解質の内面に燃料電極
を、外面に空気電極を設けた単セルの場合には、この円
筒形の単セルの内側の前記燃料電極に燃料ガスが接触す
るように流通させるとともに、外側の空気電極が外気に
触れるように形成して電力を得るようにしたものが知ら
れている。この場合、単セルで得られる電力が少ないの
で、複数の単セルを平行に並べて、集電部材にて電気的
に並列また直列に接続して所要の電力を得るのが一般的
である。

【０００３】図２ないし図４は、従来の固体電解質型燃
料電池を示すもので、図２は円筒形の単セルを示す斜視
図、図３は従来の円筒形単セルのガスシール構造の一例
を示す概略説明図、図４は従来の別のガスシール構造を
示す概略説明図である。

【０００４】図２に示すように、単セル１は、円筒状に
形成された固体電解質１ａの内周面に空気電極（陽極）
１ｂが、またその外周面に燃料電極（陰極）１ｃが形成
されるとともに、前記空気電極１ｂは、固体電解質１ａ
の両端からそれぞれ円筒状に延出されている。そして、
図３に示すように外側の燃料電極１ａに集電体２を取付
けた複数の単セル１を、各単セル１の両端の空気電極１
ｂが露出するように、対向する二方が開放されたハウジ
ング（図示せず）内に、それぞれ平行に並べて収納する
とともに、ハウジング内部に供給する燃料ガスが外部へ
漏れないように前記ハウジングの開放された部分（一方
は省略）をガラス３で気密にシールする。

【０００５】このとき、各単セル１の両端の筒状の空気
電極１ｂの内部がハウジングの外部に連通するととも
に、各単セル１の外周面に取付けた集電体２の端部が一
方の空気電極１ｂ側に、ガラス３によるシール部から気
密に延出するようにする。そして、ガラス３のシール部
から延出された各集電体２の端部は、接続用集電部材４
を介してそれぞれ隣接する単セル１の空気電極１ｂに接
続されている。このように複数の単セル１を直列に接続
してスタック化して固体電解質型燃料電池を構成してい
る。そしてガラス３でシールすることにより、電池作動
時に加熱された際に、ガラス３が半溶融状態となってシ
ール性を保持するとともに、各単セル１およびハウジン
グ等の熱膨張差を吸収して破損を防止するようになって
いる。

【０００６】また図４に示すように、複数の単セル１
を、対向する二方が開放されたハウジング（図示せず）
内に、それぞれ平行に並べて収納するとともに、ハウジ
ングの開放された部分をガラス３で気密にシールする。
このとき、各単セル１の両端の筒状の空気電極１ｂの内
部がハウジングの外部に連通するとともに、各単セル１
の外周に取付けた集電体２の端部が、それぞれ隣接する
単セル１の空気電極１ｂに接続用集電部材５を介して予
め接続され、この接続用集電部材５はガラス３によるシ
ール部内に埋設されるようになっている。このようにし
て、複数の単セル１を直列に接続してスタック化して固
体電解質型燃料電池を構成している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前述した前者の従来の
固体電解質型燃料電池においては、複数の単セル１を収
納したハウジングの開放した部分をガラス３によって気
密にシールした後、ガラス３の部分から延出している集
電体２の端部と、隣接する単セル１の空気電極１ｂと
を、接続用集電部材４によって電気的に接続する必要が
あり、この接続作業が繁雑で手間が掛かるとともに、ハ
ウジングの外部に接続用集電部材４が出っ張ってしま
い、その分装置が大型となるという問題があった。

【０００８】また後者の従来の固体電解質型燃料電池に
おいては、前者に比べて接続用集電部材が外へ出っ張っ
ていない分、装置を小型化できるが、ガラス３によって
シールを行う前に、やはり、接続用集電部材５によって
集電体２と、隣接する単セル１の空気電極１ｂとを電気
的に接続する繁雑な作業は必要とされ、生産性が悪いと
いう問題があった。

【０００９】この発明は上記の事情に鑑みてなされたも
ので、複数の単セルをスタック化する際の空気電極と集
電体との接続作業を不要とした固体電解質型燃料電池を
提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段およびその作用】上記課題
を解決するためこの発明においては、酸素イオン透過性
のある固体電解質を挟んで一方に燃料電極を、他方に空
気電極をそれぞれ形成してなる単セルを複数配設すると
ともに、前記各単セルの燃料電極に臨ませて燃料ガスを
流通させる燃料ガス流路と、前記空気電極に臨ませて酸
化ガスを流通させる酸化ガス流路とを隔絶するようにシ
ール材で気密にシールした固体電解質型燃料電池におい
て、前記シール材が、この固体電解質型燃料電池の作動
温度で半溶融状態となる金属であり、前記複数の単セル
を直列もしくは並列に電気的に接続する集電部材を兼ね
ていることを特徴としている。

【００１１】この発明によれば、複数の単セルの各燃料
電極に臨むように形成された燃料ガス流路と、各空気電
極に臨むように形成された酸化ガス流路とを隔絶するよ
うにシールするシール材として、この固体電解質型燃料
電池の作動温度で半溶融状態となる金属を用いるととも
に、このシール材によって前記複数の単セルを直列もし
くは並列に電気的に接続するようにしたので、シール材
が接続用集電部材ともなるため、接続用集電部材を別途
設ける必要がなくなる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下にこの発明の実施例を図１に
基づいて説明する。図１はこの発明の固体電解質型燃料
電池の一実施例を示すもので、この燃料電池は、酸素イ
オン透過性のあるイットリア安定化ジルコニア（ＹＳ
Ｚ）を所定寸法の円筒形に形成した固体電解質１１ａの
内周面にペロブスカイト型ランタン系酸化物からなる多
孔質の空気電極１１ａを形成するとともに、その外周面
にはニッケルなどを主体とする燃料電極１１ｂを形成し
てなる複数の円筒型単セル１１によって構成されてい
る。

【００１３】すなわち、複数個の単セル１１を、各単セ
ル１１の両端の空気電極１１ｂが露出するように、対向
する二方が開放されたハウジング（図示せず）内に、そ
れぞれ平行に並べて収納するとともに、ハウジング内部
に供給する燃料ガスが外部へ漏れないように前記ハウジ
ングの開放された部分（一方は省略）を、電池作動温度
（約１０００℃）で半溶融状態となる金属シール材１３
で気密にシールする。この金属シール材としては、例え
ば銅・アルミ合金がある。

【００１４】また、各単セル１１の両端の筒状の空気電
極１１ｂの内部がハウジングの外部に連通するととも
に、各単セル１１の外周の燃料電極１１ｃに一端を接続
した集電体１２の他端が、各単セル１１の端部から突出
している一方の空気電極１１ｂと同一直線上に並ぶよう
に突出させてある。そして、金属シール材１３が、各集
電体１２の端部と、隣接する単セル１１の空気電極１１
ｂとを一体に包み込んで電気的に接続し、かつ各単セル
１１をハウジング内に固定するとともに、ハウジングの
開口部を気密にシールする。

【００１５】次に、上記のように構成されるこの実施例
の作用を説明する。複数の単セル１１を収納したハウジ
ング内に燃料ガスを供給するとともに、各単セル１１の
ハウジング外部に連通させた空気電極１１ｂ内に酸化ガ
スとして空気を流通させると、多孔質な空気電極１１ｂ
を通過した空気中の酸素ガスがイオンとなって固体電解
質１１ａを通過して、燃料電極１１ｃ側に達する。そし
て、この酸素イオンは、多孔質な燃料電極１１ｃに接触
して流れる燃料ガス中の水素ガスと電気化学的に反応し
て、単セル１１に起電力を発生させる。そして、各単セ
ル１１で発生した電力は、各集電体１２と隣接する単セ
ル１１の空気電極１１ｂとが金属シール材１３によって
直列に接続されているため、図示してないハウジング端
部の集電部材を介して取り出される。

【００１６】そして、この燃料電池の作動温度（約１０
００℃）においては、金属シール材１３は加熱されて半
溶融状態となるため、各単セル１１およびハウジングの
熱膨張差を吸収して、各部材の破損が防止されるととも
に、高いシール性能および電気的接続状態が維持され
る。

【００１７】なお、この実施例においては、燃料電極１
１ｃが円筒の外周に形成された複数の単セル１１からな
る固体電解質型燃料電池の場合について説明したが、燃
料電極を円筒の内周面に備えた単セルからなる固体電解
質型燃料電池の場合にも、ほぼ同様に実施することがで
きる。

【００１８】また、上記実施例においては、円筒型セル
の場合について説明したが、平板型セルあるいはハニカ
ム型セルを用いた燃料電池にも適用することができる。

【００１９】

【発明の効果】以上の説明から明らかなようにこの発明
によれば、燃料ガス流路と酸化ガス流路との間を気密に
シールするシール材が金属であり、このシール材が集電
部材を兼ねているため、集電部材を別途設ける必要がな
く、したがって、従来必要とされた集電部材の接続作業
が不要となり、生産性が向上するとともに、集電部材が
外部に突出しないため装置の小型化が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の固体電解質型燃料電池の一実施例を
示すスタックの断面平面図である。

【図２】円筒型単セルの斜視図である。

【図３】従来の固体電解質型燃料電池の一例を示すスタ
ックの断面平面図である。

【図４】従来の固体電解質型燃料電池の別の例を示すス
タックの断面平面図である。

【符号の説明】

１１…単セル、 １１ａ…固体電解質、 １１ｂ…空気
電極、 １１ｃ…燃料電極、 １２…集電体、 １３…
金属シール材。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山岡 悟 東京都江東区木場一丁目５番１号 株式会 社フジクラ内 (72)発明者 小野 幹幸 東京都江東区木場一丁目５番１号 株式会 社フジクラ内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 酸素イオン透過性のある固体電解質を挟
   んで一方に燃料電極を、他方に空気電極をそれぞれ形成
   してなる単セルを複数配設するとともに、前記各単セル
   の燃料電極に臨ませて燃料ガスを流通させる燃料ガス流
   路と、前記空気電極に臨ませて酸化ガスを流通させる酸
   化ガス流路とを隔絶するようにシール材で気密にシール
   した固体電解質型燃料電池において、 前記シール材が、この固体電解質型燃料電池の作動温度
   で半溶融状態となる金属であり、前記複数の単セルを直
   列もしくは並列に電気的に接続する集電部材を兼ねてい
   ることを特徴とする固体電解質型燃料電池。