JPH1012253A - 固体電解質燃料電池のセル構造 - Google Patents
固体電解質燃料電池のセル構造Info
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- JPH1012253A JPH1012253A JP8157784A JP15778496A JPH1012253A JP H1012253 A JPH1012253 A JP H1012253A JP 8157784 A JP8157784 A JP 8157784A JP 15778496 A JP15778496 A JP 15778496A JP H1012253 A JPH1012253 A JP H1012253A
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- 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
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高出力密度を実現することができる固体電解
質燃料電池のセル構造を提供する。 【解決手段】 燃料極２と電解質３と空気極４とからな
る単素子５を基体管１の外面に成膜してなるセル構造に
おいて、基体管１の外面に凹状の窪１ａを複数形成する
と共に、当該窪１ａ内を上記単素子５で満たすように成
膜することにより当該単素子５に突起５ａを形成するこ
とで、単素子５の表面積を増大させた。
質燃料電池のセル構造を提供する。 【解決手段】 燃料極２と電解質３と空気極４とからな
る単素子５を基体管１の外面に成膜してなるセル構造に
おいて、基体管１の外面に凹状の窪１ａを複数形成する
と共に、当該窪１ａ内を上記単素子５で満たすように成
膜することにより当該単素子５に突起５ａを形成するこ
とで、単素子５の表面積を増大させた。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体電解質燃料電
池のセル構造に関する。
池のセル構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】固体電解質燃料電池は、酸素イオン導電
性固体電解質を空気極と燃料極とで挟んだセルを８００
〜１０００℃に昇温し、空気極側に空気を送給する一
方、燃料極側に燃料ガスを送給して、当該セルで電気化
学反応を生じさせることにより、電力が得られるように
なっている。
性固体電解質を空気極と燃料極とで挟んだセルを８００
〜１０００℃に昇温し、空気極側に空気を送給する一
方、燃料極側に燃料ガスを送給して、当該セルで電気化
学反応を生じさせることにより、電力が得られるように
なっている。
【０００３】上述したようなセルは、円筒型の基体管の
外面上に燃料極、電解質、空気極をそれぞれ成膜し、こ
れを単素子として当該単素子同士を電気的に接続するイ
ンタコネクタを成膜することにより製造される。上述し
た成膜は、溶射法や焼結法などで行う。一本の基体管で
単素子を１０〜３０程度成膜して単セルとする。
外面上に燃料極、電解質、空気極をそれぞれ成膜し、こ
れを単素子として当該単素子同士を電気的に接続するイ
ンタコネクタを成膜することにより製造される。上述し
た成膜は、溶射法や焼結法などで行う。一本の基体管で
単素子を１０〜３０程度成膜して単セルとする。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前述したような固体電
解質燃料電池においては、モジュールを小型化すること
が実用化に要求される項目の一つとして挙げられてい
る。前述したようなセルにおいては、基体管上に単素子
を成膜していることから、その作動面積が単素子の長さ
と基体管の直径とに依存している。このため、モジュー
ルを小型化するには、単位面積当たりの出力を向上させ
て、使用するセルの数の低減を図ることが重要である。
すなわち、限られた寸法のセルを使用するにあたって
は、単セル自体の出力を向上させて単位面積当たりの出
力を向上させることが必要になるのである。しかしなが
ら、現状のセル構成材料では、０．３〜０．５Ａ／ｃｍ
2 程度が限界と考えられるため、単セル性能の向上だけ
では、モジュールを小型化するのに限界があった。
解質燃料電池においては、モジュールを小型化すること
が実用化に要求される項目の一つとして挙げられてい
る。前述したようなセルにおいては、基体管上に単素子
を成膜していることから、その作動面積が単素子の長さ
と基体管の直径とに依存している。このため、モジュー
ルを小型化するには、単位面積当たりの出力を向上させ
て、使用するセルの数の低減を図ることが重要である。
すなわち、限られた寸法のセルを使用するにあたって
は、単セル自体の出力を向上させて単位面積当たりの出
力を向上させることが必要になるのである。しかしなが
ら、現状のセル構成材料では、０．３〜０．５Ａ／ｃｍ
2 程度が限界と考えられるため、単セル性能の向上だけ
では、モジュールを小型化するのに限界があった。
【０００５】そこで、本発明は、高出力密度を実現する
ことができる固体電解質燃料電池のセル構造を提供する
ことを目的とした。
ことができる固体電解質燃料電池のセル構造を提供する
ことを目的とした。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前述した課題を解決する
ための、本発明による固体電解質燃料電池のセル構造
は、燃料極と電解質と空気極とからなる単素子を基体の
外面に備えてなる固体電解質燃料電池のセル構造におい
て、上記基体の上記外面に凹状の窪を形成すると共に、
当該窪内を上記単素子で満たしたことを特徴とする。
ための、本発明による固体電解質燃料電池のセル構造
は、燃料極と電解質と空気極とからなる単素子を基体の
外面に備えてなる固体電解質燃料電池のセル構造におい
て、上記基体の上記外面に凹状の窪を形成すると共に、
当該窪内を上記単素子で満たしたことを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明による固体電解質燃料電池
セル構造の実施の形態を図１を用いて説明する。なお、
図１は、その要部の構造を表す一部抽出断面図である。
セル構造の実施の形態を図１を用いて説明する。なお、
図１は、その要部の構造を表す一部抽出断面図である。
【０００８】図１に示すように、円筒型の基体である基
体管１の外面には、凹状の窪１ａが複数形成されてい
る。基体管１の外面には、燃料極２が成膜されている。
燃料極２の外面には、電解質３が成膜されている。電解
質３の外面には、空気極４が成膜されている。つまり、
燃料極２、電解質３、空気極４からなる単素子５は、基
体管１の上記窪１ａ内を満たすようにして成膜されるこ
とにより、その基体管１との接触面に突起５ａが形成さ
れているのである。また、単素子５は、基体管１の外面
上に複数形成され、基体管１の外面上に成膜されたイン
タコネクタ６でそれぞれ電気的に接続されている。
体管１の外面には、凹状の窪１ａが複数形成されてい
る。基体管１の外面には、燃料極２が成膜されている。
燃料極２の外面には、電解質３が成膜されている。電解
質３の外面には、空気極４が成膜されている。つまり、
燃料極２、電解質３、空気極４からなる単素子５は、基
体管１の上記窪１ａ内を満たすようにして成膜されるこ
とにより、その基体管１との接触面に突起５ａが形成さ
れているのである。また、単素子５は、基体管１の外面
上に複数形成され、基体管１の外面上に成膜されたイン
タコネクタ６でそれぞれ電気的に接続されている。
【０００９】このようなセルによれば、基体管１の窪１
ａを満たすようにして単素子５に突起５ａが形成されて
いるので、単素子５の表面積が増大し、作動面積が増大
するようになる。したがって、単位体積当たりの出力密
度を向上させることができるようになるので、モジュー
ルに使用するセルの数を低減することができ、モジュー
ルの小型化を図ることができる。
ａを満たすようにして単素子５に突起５ａが形成されて
いるので、単素子５の表面積が増大し、作動面積が増大
するようになる。したがって、単位体積当たりの出力密
度を向上させることができるようになるので、モジュー
ルに使用するセルの数を低減することができ、モジュー
ルの小型化を図ることができる。
【００１０】
【実施例】本発明による固体電解質燃料電池のセル構造
の効果を確認するため、以下のようにして製作した試験
体を用いて確認試験を行った。 ［試験体１：溶射成膜品］ＺｒＯ2 とＣａＯとの粉末を
混合（ＣａＯ：１５〜２０ｍｏｌ％）して焼成した混合
酸化物を射出成形機で押し出し法によって円筒型（直
径：２０ｍｍ，内径：１６ｍｍ）に成型して基体管原体
を得る。この基体管原体をプレス機にセットしてプレス
する（雰囲気：大気，温度：室温）ことにより、当該基
体管原体の外面上の単素子成膜部分に窪（深さ：約０．
８ｍｍ）を複数形成する。
の効果を確認するため、以下のようにして製作した試験
体を用いて確認試験を行った。 ［試験体１：溶射成膜品］ＺｒＯ2 とＣａＯとの粉末を
混合（ＣａＯ：１５〜２０ｍｏｌ％）して焼成した混合
酸化物を射出成形機で押し出し法によって円筒型（直
径：２０ｍｍ，内径：１６ｍｍ）に成型して基体管原体
を得る。この基体管原体をプレス機にセットしてプレス
する（雰囲気：大気，温度：室温）ことにより、当該基
体管原体の外面上の単素子成膜部分に窪（深さ：約０．
８ｍｍ）を複数形成する。
【００１１】なお、上記プレス機は、図２に示すよう
に、円筒型をなすと共に、軸心方向に沿って二分割でき
るようになっており、その内周面に突起１１が複数形成
されている。よって、上述したように、当該プレス機１
０の分割された一方に基体管原体を載せ、当該プレス機
１０の分割された他方を当該基体管原体上に被せるよう
にして当該基体管原体をプレスすれば、上記突起１１に
よって当該基体管原体の外面上に窪を複数形成すること
ができるのである。
に、円筒型をなすと共に、軸心方向に沿って二分割でき
るようになっており、その内周面に突起１１が複数形成
されている。よって、上述したように、当該プレス機１
０の分割された一方に基体管原体を載せ、当該プレス機
１０の分割された他方を当該基体管原体上に被せるよう
にして当該基体管原体をプレスすれば、上記突起１１に
よって当該基体管原体の外面上に窪を複数形成すること
ができるのである。
【００１２】上述したようにして成型した基体管原体を
焼成（雰囲気：空気，温度：１５００℃，時間：２時
間）して基体管を製造した後、当該基体管の外面上にＹ
ＳＺとＮｉＯとの混合物（ＮｉＯ：２０〜６０ｗｔ％）
を溶射して燃料極を成膜（厚さ：約７０〜１００μｍ）
し、ＺｒＯ2 とＹ2 Ｏ3 との固溶体（Ｙ2 Ｏ3 ：７〜１
０ｍｏｌ％）を溶射して電解質を成膜（厚さ：約８０〜
１００μｍ）し、ＬａＣｒＯ3 を溶射してインタコネク
タを成膜（厚さ：約３０〜５０μｍ）し、ＬａＣｏＯ3
またはＬａＭｎＯ3 を溶射して空気極を成膜（厚さ：約
１００〜１５０μｍ）することにより、試験体１を製作
した。
焼成（雰囲気：空気，温度：１５００℃，時間：２時
間）して基体管を製造した後、当該基体管の外面上にＹ
ＳＺとＮｉＯとの混合物（ＮｉＯ：２０〜６０ｗｔ％）
を溶射して燃料極を成膜（厚さ：約７０〜１００μｍ）
し、ＺｒＯ2 とＹ2 Ｏ3 との固溶体（Ｙ2 Ｏ3 ：７〜１
０ｍｏｌ％）を溶射して電解質を成膜（厚さ：約８０〜
１００μｍ）し、ＬａＣｒＯ3 を溶射してインタコネク
タを成膜（厚さ：約３０〜５０μｍ）し、ＬａＣｏＯ3
またはＬａＭｎＯ3 を溶射して空気極を成膜（厚さ：約
１００〜１５０μｍ）することにより、試験体１を製作
した。
【００１３】［試験体２：焼結成膜品］ＺｒＯ2 とＣａ
Ｏとの粉末を混合（ＣａＯ：１５〜２０ｍｏｌ％）して
焼成した混合酸化物を射出成形機で押し出し法によって
円筒型（直径：２０ｍｍ，内径：１６ｍｍ）に成型して
基体管原体を得る。この基体管原体をプレス機にセット
してプレスする（雰囲気：大気，温度：室温）ことによ
り、当該基体管原体の外面上の単素子成膜部分に窪（深
さ：約０．８ｍｍ）を複数形成する。なお、この際に用
いたプレス機は、上述した試験体１の製造時に用いたも
のと同一である。
Ｏとの粉末を混合（ＣａＯ：１５〜２０ｍｏｌ％）して
焼成した混合酸化物を射出成形機で押し出し法によって
円筒型（直径：２０ｍｍ，内径：１６ｍｍ）に成型して
基体管原体を得る。この基体管原体をプレス機にセット
してプレスする（雰囲気：大気，温度：室温）ことによ
り、当該基体管原体の外面上の単素子成膜部分に窪（深
さ：約０．８ｍｍ）を複数形成する。なお、この際に用
いたプレス機は、上述した試験体１の製造時に用いたも
のと同一である。
【００１４】上述したようにして成型した基体管原体の
外面に、ＹＳＺとＮｉＯとの混合粉末（ＮｉＯ：４０ｗ
ｔ％）と水と添加剤とを攪拌混合した燃料極スラリ（混
合粉末：４０％，水：４０％，添加剤：２０％）を塗布
し、ＺｒＯ2 とＹ2 Ｏ3 との固溶体粉末（Ｙ2 Ｏ3 ：８
ｍｏｌ％）と水と分散剤とを攪拌混合した電解質スラリ
（固溶体粉末：１０％，水：６０％，分散剤：３０％）
を塗布し、ＬａＳｒＣｒＯ3 と水と分散剤とを攪拌混合
したインタコネクタスラリ（ＬａＳｒＣｒＯ3：１０
％，水：６０％，分散剤：３０％）を塗布した後、焼成
（雰囲気：空気，温度：１３００〜１５００℃，時間：
２時間）したら、ＬａＳｒＭｎＯ3 と水と分散剤とを攪
拌混合した空気極スラリ（ＬａＳｒＭｎＯ3 ：４０％，
水：４０％，分散剤：２０％）を塗布し、再度焼成（雰
囲気：空気，温度：１０００〜１３００℃）することに
より、燃料極（厚さ：約７０〜１００μｍ）、電解質
（厚さ：約８０〜１００μｍ）、空気極（厚さ：約１０
０〜１５０μｍ）、インタコネクタ（厚さ：約３０〜５
０μｍ）を基体管に成膜して試験体２を製作した。
外面に、ＹＳＺとＮｉＯとの混合粉末（ＮｉＯ：４０ｗ
ｔ％）と水と添加剤とを攪拌混合した燃料極スラリ（混
合粉末：４０％，水：４０％，添加剤：２０％）を塗布
し、ＺｒＯ2 とＹ2 Ｏ3 との固溶体粉末（Ｙ2 Ｏ3 ：８
ｍｏｌ％）と水と分散剤とを攪拌混合した電解質スラリ
（固溶体粉末：１０％，水：６０％，分散剤：３０％）
を塗布し、ＬａＳｒＣｒＯ3 と水と分散剤とを攪拌混合
したインタコネクタスラリ（ＬａＳｒＣｒＯ3：１０
％，水：６０％，分散剤：３０％）を塗布した後、焼成
（雰囲気：空気，温度：１３００〜１５００℃，時間：
２時間）したら、ＬａＳｒＭｎＯ3 と水と分散剤とを攪
拌混合した空気極スラリ（ＬａＳｒＭｎＯ3 ：４０％，
水：４０％，分散剤：２０％）を塗布し、再度焼成（雰
囲気：空気，温度：１０００〜１３００℃）することに
より、燃料極（厚さ：約７０〜１００μｍ）、電解質
（厚さ：約８０〜１００μｍ）、空気極（厚さ：約１０
０〜１５０μｍ）、インタコネクタ（厚さ：約３０〜５
０μｍ）を基体管に成膜して試験体２を製作した。
【００１５】［確認試験］ ＜試験方法＞上述したようにして製作した試験体１，２
を１０００℃に加温し、内面側に水素ガスを１００ｃｃ
／ｍｉｎで流通させると共に、外面側に空気を１００ｃ
ｃ／ｍｉｎで流通させ、電流を０．２ａ／ｃｍ2 で通電
した際のセル電圧を計測した。なお、電流密度の計算に
用いたセル面積は、見かけの表面積、すなわち、基体管
の直径（１７ｍｍ）と有効部の長さ（２０ｍｍ）とから
求めた。
を１０００℃に加温し、内面側に水素ガスを１００ｃｃ
／ｍｉｎで流通させると共に、外面側に空気を１００ｃ
ｃ／ｍｉｎで流通させ、電流を０．２ａ／ｃｍ2 で通電
した際のセル電圧を計測した。なお、電流密度の計算に
用いたセル面積は、見かけの表面積、すなわち、基体管
の直径（１７ｍｍ）と有効部の長さ（２０ｍｍ）とから
求めた。
【００１６】なお、図３は、上述の試験に用いた試験装
置の概略構成図である。図３中、２１は電気炉、２２は
空気送給量調整器、２３は水素ガス送給量調整器、２４
は窒素ガス送給量調整器、２５は加湿器、２６は恒温水
循環器、２７はバブリングポット、２８はバルブ、３０
は試験体である。
置の概略構成図である。図３中、２１は電気炉、２２は
空気送給量調整器、２３は水素ガス送給量調整器、２４
は窒素ガス送給量調整器、２５は加湿器、２６は恒温水
循環器、２７はバブリングポット、２８はバルブ、３０
は試験体である。
【００１７】＜試験結果＞上述したようにして試験を行
った結果、試験体１は、作動電圧が０．８２Ｖであり、
試験体２は、作動電圧が０．８５Ｖであった。これに対
し、上述と同様な条件での従来のセルは、作動電圧が
０．７０〜０．７５Ｖである。したがって、試験体１，
２は、従来のセルよりも高い出力密度を有していること
が確認された。
った結果、試験体１は、作動電圧が０．８２Ｖであり、
試験体２は、作動電圧が０．８５Ｖであった。これに対
し、上述と同様な条件での従来のセルは、作動電圧が
０．７０〜０．７５Ｖである。したがって、試験体１，
２は、従来のセルよりも高い出力密度を有していること
が確認された。
【００１８】
【発明の効果】本発明の固体電解質燃料電池のセル構造
によれば、単位体積当たりの作動面積を増大させること
ができるので、モジュールにおけるセルの数を減らすこ
とができ、モジュールの小型化を図ることができる。
によれば、単位体積当たりの作動面積を増大させること
ができるので、モジュールにおけるセルの数を減らすこ
とができ、モジュールの小型化を図ることができる。
【図１】本発明による固体電解質燃料電池のセル構造の
実施の形態の要部の構造を表す一部抽出断面図である。
実施の形態の要部の構造を表す一部抽出断面図である。
【図２】本発明による固体電解質燃料電池のセル構造を
施す際に使用するプレス機の構造図である。
施す際に使用するプレス機の構造図である。
【図３】本発明による固体電解質燃料電池のセル構造の
効果を確認するために使用した試験装置の概略構成図で
ある。
効果を確認するために使用した試験装置の概略構成図で
ある。
１ 基体管 １ａ 窪 ２ 燃料極 ３ 電解質 ４ 空気極 ５ 単素子 ５ａ 突起 ６ インタコネクタ １０ プレス機 １１ 突起
Claims (1)
- 【請求項１】 燃料極と電解質と空気極とからなる単素
子を基体の外面に備えてなる固体電解質燃料電池のセル
構造において、上記基体の上記外面に凹状の窪を形成す
ると共に、当該窪内を上記単素子で満たしたことを特徴
とする固体電解質燃料電池のセル構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15778496A JP3354793B2 (ja) | 1996-06-19 | 1996-06-19 | 円筒型固体電解質燃料電池のセル |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15778496A JP3354793B2 (ja) | 1996-06-19 | 1996-06-19 | 円筒型固体電解質燃料電池のセル |
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ID=15657229
Family Applications (1)
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| JP15778496A Expired - Fee Related JP3354793B2 (ja) | 1996-06-19 | 1996-06-19 | 円筒型固体電解質燃料電池のセル |
Country Status (1)
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| JP (1) | JP3354793B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001319665A (ja) * | 2000-05-08 | 2001-11-16 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池及びその電解質の製造方法 |
| JP2005174722A (ja) * | 2003-12-10 | 2005-06-30 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 固体酸化物型燃料電池、水電解セル、及び固体酸化物型燃料電池の製造方法 |
-
1996
- 1996-06-19 JP JP15778496A patent/JP3354793B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001319665A (ja) * | 2000-05-08 | 2001-11-16 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池及びその電解質の製造方法 |
| JP2005174722A (ja) * | 2003-12-10 | 2005-06-30 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 固体酸化物型燃料電池、水電解セル、及び固体酸化物型燃料電池の製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3354793B2 (ja) | 2002-12-09 |
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