JPH1116585A - Plate type solid electrolyte fuel cell and stacking method thereof - Google Patents

Plate type solid electrolyte fuel cell and stacking method thereof

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JPH1116585A
JPH1116585A JP9170316A JP17031697A JPH1116585A JP H1116585 A JPH1116585 A JP H1116585A JP 9170316 A JP9170316 A JP 9170316A JP 17031697 A JP17031697 A JP 17031697A JP H1116585 A JPH1116585 A JP H1116585A
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JP
Japan
Prior art keywords
solid electrolyte
fuel cell
electrolyte fuel
lanthanum chromite
separator
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP9170316A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yuichi Hishinuma
祐一 菱沼
Isamu Yasuda
勇 安田
Yoshio Matsuzaki
良雄 松崎
Takashi Ogiwara
崇 荻原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokyo Gas Co Ltd
Original Assignee
Tokyo Gas Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH1116585A publication Critical patent/JPH1116585A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 作動環境下で還元膨張に起因するランタンク
ロマイトの変形による初期性能の低下および電池性能の
経時劣化が発生せず、かつランタンクロマイトの還元膨
張に起因する熱サイクルによる性能劣化が起こらない平
板型固体電解質燃料電池を提供すること。 【解決手段】 ランタンクロマイトセパレータを有する
平板型固体電解質燃料電池において、ランタンクロマイ
トセパレータを補強材10及び/またはサポート材11
で支え、該ランタンクロマイトセパレータの還元膨張に
よる変形を機械的に防止する。
(57) [Summary] [PROBLEMS] To reduce the initial performance due to deformation of lanthanum chromite due to reduction expansion in an operating environment and to prevent deterioration of battery performance over time, and to use a heat cycle caused by reduction expansion of lanthanum chromite. To provide a flat solid electrolyte fuel cell that does not cause performance deterioration. SOLUTION: In a flat plate type solid electrolyte fuel cell having a lanthanum chromite separator, a lanthanum chromite separator is formed by reinforcing material 10 and / or support material 11.
And mechanically prevent deformation of the lanthanum chromite separator due to reduction expansion.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は平板型固体電解質燃
料電池及びその積層方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a flat solid electrolyte fuel cell and a method for stacking the same.

【0002】[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。
2. Description of the Related Art Recently, fuel cells which directly convert chemical energy inherent in fuel into electric energy by using, for example, air and hydrogen as oxidizing gas and fuel gas, respectively, have attracted attention from the viewpoint of resource saving and environmental protection. Research and development are progressing because solid electrolyte fuel cells have many advantages such as high power generation efficiency and effective use of waste heat.

【0003】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、固体電解質燃料電池のセパレータ
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。
In order to supply a fuel gas and an oxidizing gas to a solid electrolyte fuel cell, gas supply / exhaust holes are provided in a separator and a solid electrolyte layer of the solid electrolyte fuel cell, and each electrode of each unit cell is formed through this hole. The one that supplies and exhausts each gas to and from the surface is called an internal manifold type.

【0004】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)からなる平板型固体電解質層の両面に、
それぞれ(La、Sr)MnO3 の空気極と、Ni/Y
SZ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
通路側との間にニッケルフェルトやニッケルメッシュを
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を介在して積層しスタック
(積層体)に組み立てたものであり、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ようになっている。このため、
電極やセパレータなど電池部材の積層方法は平板型固体
電解質燃料電池の電池性能に重要な影響を与えるもので
ある。
[0004] A flat solid electrolyte fuel cell of the internal manifold type has a flat solid electrolyte layer made of a zirconia sintered body (YSZ) doped with yttria or the like.
The air electrode of (La, Sr) MnO 3 and Ni / Y
A flat plate cell in which the SZ cermet fuel electrode is arranged, and a separator that electrically connects adjacent cells in series and distributes fuel gas and oxidant gas to each cell alternately The stack is formed by interposing a nickel felt or a nickel mesh between the fuel electrode and the fuel gas flow path side of the separator, and interposing a sealant or a spacer between the solid electrolyte layer of the unit cell and the separator, respectively. And a fuel cell and an oxidant gas are brought into contact with each electrode surface of each unit cell to generate an electromotive force. For this reason,
The method of laminating battery members such as electrodes and separators has an important effect on the cell performance of a flat solid electrolyte fuel cell.

【0005】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
内部で燃料ガスと酸化剤ガスがリークして混合すると、
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。セパレータは燃料電
池の運転温度である約1000℃という高温において、
化学的に安定で、緻密でガスを透過せず、電気抵抗が小
さく、電子伝導性が高く、イオン伝導性が無視できるほ
ど小さく、他の電池材料と化学的に反応しにくく、膨張
率が他の電池材料、特に固体電解質層として用いられる
YSZと同一で、機械的強度が大きいなどの特性を具備
しなければならない。
The separator separates the fuel gas and the oxidizing gas supplied to the fuel electrode and the air electrode, respectively, to prevent cross leakage therebetween, and to electrically connect the cells in series. It has. When fuel gas and oxidant gas leak and mix inside the stack,
Of course, the efficiency of the fuel cell is reduced due to the decrease in fuel utilization, and the mixture of both gases burns to cause a local temperature rise, resulting in uneven thermal stress distribution, cracks and distortions, and a Shorten life. At a high temperature of about 1000 ° C., which is the operating temperature of the fuel cell,
Chemically stable, dense, impermeable to gas, low in electric resistance, high in electronic conductivity, negligible in ionic conductivity, hardly chemically reacts with other battery materials, and has low expansion coefficient. Battery material, especially YSZ used as a solid electrolyte layer, and must have characteristics such as high mechanical strength.

【0006】固体電解質燃料電池のセパレータの材料と
してランタンクロマイト酸化物LaCrO3 が広く使用
されているが、これは上記特性を最も満足する材料の1
つであるからである。
Lanthanum chromite oxide LaCrO 3 is widely used as a material for a separator of a solid oxide fuel cell, and it is one of the materials most satisfying the above characteristics.
Because it is one.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】このように、ランタン
クロマイトLaCrO3 は酸化・還元両雰囲気下で化学
的に安定な導電体であり、セパレータの材料として最も
優れた材料の一つであるが、ランタンクロマイトセパレ
ータは高温での還元膨張により、燃料電池作動雰囲気下
で還元雰囲気側に凸に反ってしまう。この結果、電極と
ランタンクロマイトセパレータとの接触面積が減少し、
電池の内部抵抗が大きくなる。また、熱サイクルをかけ
るとランタンクロマイトの還元膨張により、セパレータ
と電極間のニッケルメッシュのような集電用弾性体の不
可逆な寸法変化による接触不良やクリープによるランタ
ンクロマイト自体の劣化も起こる可能性がある。
As described above, lanthanum chromite LaCrO 3 is a conductor that is chemically stable in both oxidation and reduction atmospheres, and is one of the most excellent materials for a separator. The lanthanum chromite separator is convexly warped toward the reducing atmosphere under the fuel cell operating atmosphere due to the reductive expansion at a high temperature. As a result, the contact area between the electrode and the lanthanum chromite separator decreases,
The internal resistance of the battery increases. In addition, when a thermal cycle is applied, lanthanum chromite may undergo reductive expansion, causing poor contact due to irreversible dimensional changes of the current-collecting elastic body such as a nickel mesh between the separator and the electrode, and deterioration of the lanthanum chromite itself due to creep. is there.

【0008】本発明は上述の点にかんがみてなされたも
ので、作動環境下で各電極とセパレータとの良好な接触
がとれ、ランタンクロマイトの還元膨張に起因する変形
によるIR損による初期性能の低下および電池性能の経
時劣化が発生せず、かつランタンクロマイトの還元膨張
に起因する熱サイクルによる性能劣化が起こらない平板
型固体電解質燃料電池及びその積層方法を提供すること
を目的とする。
[0008] The present invention has been made in view of the above points, the good contact between each electrode and the separator in the operating environment, the reduction of the initial performance due to IR loss due to deformation caused by the reductive expansion of lanthanum chromite Further, it is an object of the present invention to provide a flat solid electrolyte fuel cell in which the cell performance does not deteriorate with time and the performance does not deteriorate due to a thermal cycle caused by the reduction expansion of lanthanum chromite, and a method for stacking the same.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明はランタンクロマイトセパレータを有する平
板型固体電解質燃料電池において、該ランタンクロマイ
トセパレータの還元膨張による変形が機械的に抑制され
ていることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention relates to a flat solid electrolyte fuel cell having a lanthanum chromite separator, wherein deformation of the lanthanum chromite separator due to reduction expansion is mechanically suppressed. It is characterized by.

【0010】また、本発明は前記ランタンクロマイトセ
パレータに補強材を重ねたことを特徴とする。
Further, the present invention is characterized in that a reinforcing material is stacked on the lanthanum chromite separator.

【0011】また、本発明はランタンクロマイトセパレ
ータと前記補強材との間にサポート材を挟んだことを特
徴とする。
Further, the present invention is characterized in that a support material is interposed between the lanthanum chromite separator and the reinforcing material.

【0012】また、本発明は補強材またはサポート材が
セラミックスでできていることを特徴とする。
Further, the present invention is characterized in that the reinforcing material or the support material is made of ceramics.

【0013】また、本発明はセラミックスがAl2
3 、MgO、ZrO2 の中の1つ又は2つ以上の組合せ
で作られていることを特徴とする。
In the present invention, the ceramic is Al 2 O.
3, MgO, characterized in that it is made in one or more combinations in the ZrO 2.

【0014】また、本発明は補強材またはサポート材が
金属でできていることを特徴とする。
Further, the present invention is characterized in that the reinforcing material or the supporting material is made of metal.

【0015】また、本発明はサポート材の金属が F
e、Cr、Niのうちの1つを含む耐熱性合金であるこ
とを特徴とする。
In the present invention, the metal of the support material is F
It is a heat-resistant alloy containing one of e, Cr, and Ni.

【0016】また、本発明は前記補強材が金属で、前記
サポート材がセラミックスでできていることを特徴とす
る。
Further, the present invention is characterized in that the reinforcing material is made of metal and the support material is made of ceramic.

【0017】また、本発明は前記補強材がセラミックス
で、前記サポート材が金属でできていることを特徴とす
る。
Further, the present invention is characterized in that the reinforcing material is made of ceramics and the support material is made of metal.

【0018】また、本発明は補強材とサポート材が一体
であることを特徴とする。
Further, the present invention is characterized in that the reinforcing material and the support material are integrated.

【0019】また、本発明は補強材またはサポート材の
前記ランタンクロマイトセパレータとの接触部がリング
状であることを特徴とする。
Further, the present invention is characterized in that a contact portion of the reinforcing material or the support material with the lanthanum chromite separator is ring-shaped.

【0020】また、本発明は補強材またはサポート材の
前記ランタンクロマイトセパレータとの接触部が中実柱
状体であることを特徴とする。
Further, the present invention is characterized in that a contact portion of the reinforcing material or the support material with the lanthanum chromite separator is a solid columnar body.

【0021】また、本発明は補強材またはサポート材の
前記ランタンクロマイトセパレータとの接触部が2箇所
以上に分散していることを特徴とする。
Further, the present invention is characterized in that the contact portions of the reinforcing material or the support material with the lanthanum chromite separator are dispersed at two or more places.

【0022】また、本発明は補強材または前記サポート
材の前記ランタンクロマイトセパレータとの接触部が少
なくとも1か所は該ランタンクロマイトセパレータの中
心部近傍にあることを特徴とする。
Further, the present invention is characterized in that at least one contact portion of the reinforcing material or the support material with the lanthanum chromite separator is near the center of the lanthanum chromite separator.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】以下に本発明を図面に基づいて説
明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to the drawings.

【0024】図1は本発明による平板型固体電解質燃料
電池の断面図である。
FIG. 1 is a sectional view of a flat solid electrolyte fuel cell according to the present invention.

【0025】図1の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)からなる平板型固体電解質層4の
両面に、それぞれ(La、Sr)MnO3 の空気極6
と、Ni/YSZサーメットの燃料極5とを配置してな
る平板状単電池と、ランタンクロマイトセパレータ1と
これに重ねた補強材10からなる複合セパレータ3を交
互に積層し、燃料極5とセパレータ1の燃料ガス流通路
側との間にニッケルフェルトやニッケルメッシュ2を介
在し、単電池の固体電解質層4とセパレータ1の間にそ
れぞれシール剤またはスペーサ(図示せず)を介在して
積層しスタック(積層体)に組み立て、スタックの上部
から垂直方向下向きに、荷重が掛けられたものである。
各電極5、6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ようになってい
る。複合セパレータ3は燃料極5と空気極6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。
The flat plate type solid electrolyte fuel cell of the internal manifold type shown in FIG. 1 has (La, Sr) MnO 3 on both surfaces of a plate type solid electrolyte layer 4 made of a zirconia sintered body (YSZ) doped with yttria or the like. Air pole 6
And a flat unit cell in which a fuel electrode 5 of Ni / YSZ cermet is disposed, and a composite separator 3 comprising a lanthanum chromite separator 1 and a reinforcing material 10 superposed thereon are alternately laminated, and the fuel electrode 5 and the separator 1 and a fuel gas flow path side, a nickel felt or a nickel mesh 2 is interposed therebetween, and a stack is formed by interposing a sealant or a spacer (not shown) between the solid electrolyte layer 4 and the separator 1 of the unit cell. (Stack) and a load was applied vertically downward from the top of the stack.
An electromotive force is generated by bringing a fuel gas and an oxidizing gas into contact with the surfaces of the electrodes 5 and 6, respectively. The composite separator 3 separates the fuel gas and the oxidizing gas supplied to the fuel electrode 5 and the air electrode 6, respectively, to prevent cross leakage therebetween, and to connect the cells in series electrically. And

【0026】なお、ランタンクロマイトセパレータ1の
下面と補強材10の上面とは殆ど全面で接触し、ランタ
ンクロマイトセパレータ1の還元膨張を補強材10で支
えている。
The lower surface of the lanthanum chromite separator 1 and the upper surface of the reinforcing material 10 are almost in contact with each other, and the reinforcing expansion of the lanthanum chromite separator 1 is supported by the reinforcing material 10.

【0027】図1に示すように、ランタンクロマイトセ
パレータ1および補強材10は平面的に矩形状をなし、
それらの四隅にガス給排気孔が開けられ、これらのガス
給排気孔から単電池の燃料極5および空気極6の表面に
ガスが給排気され、さらにこれら電極面の隅々にガスを
均等に分配するため、空気極6の表面に対面する複合セ
パレータ3の中のセパレータ1の表面に複数本の酸化剤
ガス流通溝6Aが形成され、燃料極5の表面に対面する
複合セパレータ3の中の補強材10の表面に複数本の燃
料ガス流通溝5Aが形成されている。また、単電池の固
体電解質層4の電極5、6と接触しない周縁部にもガス
給排気孔が開けられており、スタックに積層されたと
き、これらのガス給排気孔はスタックの上から下まで連
続的に接続され、また、ランタンクロマイトセパレータ
1および補強材10の周縁の表面は固体電解質層4やス
ペーサに面接触するシール面となる。
As shown in FIG. 1, the lanthanum chromite separator 1 and the reinforcing member 10 have a rectangular shape in plan view.
Gas supply / exhaust holes are formed in the four corners, gas is supplied / exhausted from the gas supply / exhaust holes to the surfaces of the fuel electrode 5 and the air electrode 6 of the unit cell, and the gas is evenly distributed to the corners of these electrode surfaces. For distribution, a plurality of oxidizing gas circulation grooves 6A are formed on the surface of the separator 1 in the composite separator 3 facing the surface of the air electrode 6, and the inside of the composite separator 3 facing the surface of the fuel electrode 5 is formed. A plurality of fuel gas flow grooves 5A are formed on the surface of the reinforcing member 10. Gas supply / exhaust holes are also formed in the peripheral portion of the solid electrolyte layer 4 of the unit cell that does not come into contact with the electrodes 5 and 6. The peripheral surfaces of the lanthanum chromite separator 1 and the reinforcing material 10 are sealing surfaces that are in surface contact with the solid electrolyte layer 4 and the spacer.

【0028】図2は従来の方法による平板型固体電解質
燃料電池の断面図である。 図2の平板型固体電解質燃
料電池の構造は上述の図1の平板型固体電解質燃料電池
の構造と殆ど同一であるが、図2の場合はランタンクロ
マイトセパレータ1と補強材10とは周縁部においての
み接触し、その中間部はニッケルフェルト2が充填され
ている。
FIG. 2 is a sectional view of a flat solid electrolyte fuel cell according to a conventional method. The structure of the flat solid electrolyte fuel cell of FIG. 2 is almost the same as the structure of the flat solid electrolyte fuel cell of FIG. 1 described above, but in the case of FIG. 2, the lanthanum chromite separator 1 and the reinforcing member 10 are located at the peripheral portion. And the middle part is filled with nickel felt 2.

【0029】図3は本発明による平板型固体電解質燃料
電池の実施例の断面図である。
FIG. 3 is a sectional view of an embodiment of the flat solid electrolyte fuel cell according to the present invention.

【0030】図3の平板型固体電解質燃料電池の構造は
上述の図2の平板型固体電解質燃料電池の構造と殆ど同
一であるが、異なる点は次のようである。図3の平板型
固体電解質燃料電池ではランタンクロマイトセパレータ
1と補強材10との間にサポート材11が挟まれてい
る。図示のサポート材11はリング状をなし、その中央
の孔を貫通してランタンクロマイトセパレータ1と燃料
極5との間にニッケルフェルトやニッケルメッシュ2が
充填されている。
The structure of the flat solid electrolyte fuel cell shown in FIG. 3 is almost the same as the structure of the flat solid electrolyte fuel cell shown in FIG. 2, but different points are as follows. In the flat solid electrolyte fuel cell shown in FIG. 3, a support material 11 is sandwiched between a lanthanum chromite separator 1 and a reinforcing material 10. The illustrated support member 11 has a ring shape, and is filled with nickel felt or nickel mesh 2 between the lanthanum chromite separator 1 and the fuel electrode 5 through a central hole.

【0031】補強材10およびサポート材11は、ラン
タンクロマイトセパレータ1が還元膨張によりその還元
ガス側(図1、2、3において下向き)に凸に変形しよ
うとするのを防止するためのものであり、この還元膨張
による変形の防止効果を大きくするため次のような対策
が取られている。先ず、その製作材料としてセラミック
スのAl23 、MgO、ZrO2 の中の1つ又は2つ
以上の組合せで作るか、金属のFe、Cr、Niのうち
の1つを含む耐熱性合金で作られる。また、補強材10
を金属で作り、サポート材11をセラミックスで作る
か、補強材10をセラミックスで作り、サポート材11
を金属で作る場合もある。補強材10とサポート材11
を一体に作ると変形の防止効果が大となる。図示の実施
例に示すように、補強材10またはサポート材11のラ
ンタンクロマイトセパレータ1との接触部がリング状で
ある場合もあり、また中実柱状体(内部に空洞部を有し
ない柱状体)であることもある。補強材10またはサポ
ート材11のランタンクロマイトセパレータ1との接触
部が2箇所以上に分散している場合や、この接触部の少
なくとも1か所をランタンクロマイトセパレータ1の中
心部近傍に置く場合に上述の還元膨張による変形の防止
効果が大きくなる。これはランタンクロマイトセパレー
タ1の変形がその中心部で一番大きいためである。
The reinforcing material 10 and the support material 11 are for preventing the lanthanum chromite separator 1 from being protruded toward the reducing gas side (downward in FIGS. 1, 2 and 3) due to reduction expansion. The following countermeasures are taken to increase the effect of preventing the deformation due to the reduction expansion. First, as a material for the production, one or a combination of two or more of Al 2 O 3 , MgO, and ZrO 2 of ceramics is used, or a heat-resistant alloy containing one of Fe, Cr, and Ni is used. Made. In addition, the reinforcing material 10
Is made of metal and the support material 11 is made of ceramic, or the reinforcing material 10 is made of ceramic and the support material 11 is made of ceramic.
May be made of metal. Reinforcement material 10 and support material 11
When formed integrally, the effect of preventing deformation is increased. As shown in the illustrated embodiment, the contact portion of the reinforcing member 10 or the support member 11 with the lanthanum chromite separator 1 may be ring-shaped, and may be a solid columnar member (a columnar member having no hollow portion therein). Sometimes. When the contact portion of the reinforcing material 10 or the support material 11 with the lanthanum chromite separator 1 is dispersed at two or more places, or when at least one of the contact portions is located near the center of the lanthanum chromite separator 1, The effect of preventing deformation due to the reductive expansion is increased. This is because the deformation of the lanthanum chromite separator 1 is greatest at its center.

【0032】[0032]

【実施例】厚さ100μmの3Y−YSZ電解質層上
に、燃料極としてNi/YSZサーメットを30μm、
空気極としてSrを15%ドープしたLaMnO3 を1
50μm塗布し、それぞれ1450℃、1150℃で焼
成したものを単電池として使用した。セパレータにはS
rを10%、Coを2%ドープしたLaCrO3 を使用
した。このLaCrO3 の熱膨張係数(25〜1000
℃)は空気雰囲気で10.5×10-6cm/cmK、水
素、+20%水蒸気中では11.0×10-6cm/cm
Kである。また、セパレータの補強材としてアルミナを
使用し、ランタンクロマイトの片面に空気流路を、アル
ミナ補強材に燃料流路をそれぞれ形成し、複合セパレー
タとした。
EXAMPLE On a 3Y-YSZ electrolyte layer having a thickness of 100 μm, Ni / YSZ cermet was used as a fuel electrode at a thickness of 30 μm.
LaMnO 3 doped with 15% Sr was used as an air electrode.
Those coated with 50 μm and fired at 1450 ° C. and 1150 ° C. were used as single cells. S for separator
LaCrO 3 doped with 10% of r and 2% of Co was used. The thermal expansion coefficient of this LaCrO 3 (25 to 1000
C) is 10.5 × 10 −6 cm / cmK in an air atmosphere, and 11.0 × 10 −6 cm / cm in hydrogen and + 20% steam.
K. Also, alumina was used as a reinforcing material of the separator, and an air flow path was formed on one surface of the lanthanum chromite, and a fuel flow path was formed on the alumina reinforcing material, respectively, to obtain a composite separator.

【0033】上記構成になる複合セパレータを使用して
組立てた平板型固体電解質燃料電池について、次の発電
試験を実施した。a)図2のように単電池およびランタ
ンクロマイトセパレータを積層したスタック上部から垂
直方向下向きに0.2kg/cm2 の荷重をかけ、次の
条件で発電試験を実施した。
The following power generation test was conducted on the flat solid electrolyte fuel cell assembled using the composite separator having the above-described structure. a) As shown in FIG. 2, a load of 0.2 kg / cm 2 was applied vertically downward from the top of the stack in which the unit cells and the lanthanum chromite separator were stacked, and a power generation test was performed under the following conditions.

【0034】 積層数 3 燃料ガス 水素+20%水蒸気 酸化剤ガス 空気 燃料利用率 50% 試験温度 1000℃ b)図3のようにランタンクロマイトセパレータと補強
材の間に隙間を埋めるアルミナ製のサポート材を挿入
し、還元ガス側へランタンクロマイトが機械的に反らな
い構造をとらせ、さらにスタック上部から垂直方向下向
きに0.2kg/cm2 の荷重をかけ、上記のa)の条
件と同じ条件で発電試験を実施した。
Number of layers 3 Fuel gas Hydrogen + 20% steam Oxidant gas Air Fuel utilization 50% Test temperature 1000 ° C. b) As shown in FIG. 3, a support material made of alumina which fills a gap between the lanthanum chromite separator and the reinforcing material is used. The lanthanum chromite is inserted into the reducing gas side so that the lanthanum chromite does not mechanically warp, and a load of 0.2 kg / cm 2 is applied vertically downward from the top of the stack under the same conditions as in the above a). A power generation test was performed.

【0035】図5は上記a)、b)それぞれの条件で行
った発電試験の結果を示す図である。図4は図2に示す
従来の方法による平板型固体電解質燃料電池の発電試験
後の断面図である。
FIG. 5 is a diagram showing the results of a power generation test performed under the above conditions a) and b). FIG. 4 is a sectional view of the flat solid electrolyte fuel cell according to the conventional method shown in FIG. 2 after a power generation test.

【0036】図5は縦軸に出力密度(Wcm-2)、横軸
に運転時間(h)を示し、この図5から次のことが判明
する。
FIG. 5 shows the power density (Wcm -2 ) on the ordinate and the operation time (h) on the abscissa. The following is clear from FIG.

【0037】a)の条件で発電試験を行うと、図5の曲
線Aに示すように、初期性能も悪く、耐久性も劣ってお
り、10時間程度からIR損の増加による性能の劣化が
著しく起こっている。発電試験後、室温においてランタ
ンクロマイトセパレータを調べると、図4に示すように
還元ガス側へ約100μm反っており、空気極との接触
面積が減少していることが確認された。
When a power generation test is performed under the condition a), the initial performance is poor and the durability is poor, as shown by the curve A in FIG. 5, and the deterioration of the performance due to an increase in IR loss is remarkable from about 10 hours. is happening. When the lanthanum chromite separator was examined at room temperature after the power generation test, it was warped to the reducing gas side by about 100 μm as shown in FIG. 4, and it was confirmed that the contact area with the air electrode was reduced.

【0038】b)の条件で発電試験を行うと、図5の曲
線Bに示すように、初期性能も良く、耐久性も60時間
経過しても全く劣化していないことが分かる。さらに、
発電試験後、室温においてランタンクロマイトを調べて
も、補強材とサポート材によりランタンクロマイトの還
元膨張による変形が機械的に抑えられ、全く反りは起き
ず、図3の最初の状態を保っていた。
When a power generation test is performed under the condition b), it can be seen that the initial performance is good and the durability is not deteriorated at all even after 60 hours as shown by a curve B in FIG. further,
When the lanthanum chromite was examined at room temperature after the power generation test, the deformation due to the reduction and expansion of the lanthanum chromite was mechanically suppressed by the reinforcing material and the support material, no warping occurred, and the initial state of FIG. 3 was maintained.

【0039】上記の発電試験結果から、本発明によりラ
ンタンクロマイトの還元膨張を機械的に抑制すること
が、平板型固体電解質燃料電池の性能向上に大きく影響
していることを示している。
The above power generation test results show that the mechanical suppression of the reduction expansion of lanthanum chromite according to the present invention greatly affects the performance improvement of the flat solid electrolyte fuel cell.

【0040】[0040]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によればラ
ンタンクロマイトセパレータを有する平板型固体電解質
燃料電池において、該ランタンクロマイトセパレータの
還元膨張による変形を防止するため前記ランタンクロマ
イトセパレータを補強材でを支え、さらに必要に応じ前
記ランタンクロマイトセパレータと前記補強材との間に
サポート材を挟んだので、次のような極めて優れた効果
が得られる。 (1)作動環境下で各電極とセパレータとの良好な接触
がとれ、還元膨張に起因するランタンクロマイトセパレ
ータの変形による初期性能の低下及び電池性能の経時劣
化が発生しない。 (2)ランタンクロマイトセパレータの還元膨張に起因
する熱サイクルによる性能劣化が起こらない。
As described above, according to the present invention, in a flat solid electrolyte fuel cell having a lanthanum chromite separator, the lanthanum chromite separator is provided with a reinforcing material in order to prevent the lanthanum chromite separator from being deformed due to reduction expansion. And, if necessary, a support material is interposed between the lanthanum chromite separator and the reinforcing material, so that the following excellent effects can be obtained. (1) In the operating environment, good contact between each electrode and the separator is obtained, and deterioration of the initial performance and deterioration of battery performance with time due to deformation of the lanthanum chromite separator due to reduction expansion do not occur. (2) Performance degradation due to thermal cycling due to reduction expansion of the lanthanum chromite separator does not occur.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明による平板型固体電解質燃料電池の断面
図である。
FIG. 1 is a sectional view of a flat solid electrolyte fuel cell according to the present invention.

【図2】従来の方法による平板型固体電解質燃料電池の
断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view of a flat solid electrolyte fuel cell according to a conventional method.

【図3】本発明による平板型固体電解質燃料電池の実施
例の断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view of a flat solid electrolyte fuel cell according to an embodiment of the present invention.

【図4】図2に示す従来の方法による平板型固体電解質
燃料電池の発電試験後の断面図である。
4 is a cross-sectional view of the flat solid electrolyte fuel cell according to the conventional method shown in FIG. 2 after a power generation test.

【図5】本発明による平板型固体電解質燃料電池の発電
試験の結果を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing the results of a power generation test of the flat solid electrolyte fuel cell according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 セパレータ 2 ニッケルフェルト 3 複合セパレータ 4 固体電解質層 5 燃料極 5A 燃料ガス流通溝 6 空気極 6A 酸化剤ガス流通溝 10 補強材 11 サポート材 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Separator 2 Nickel felt 3 Composite separator 4 Solid electrolyte layer 5 Fuel electrode 5A Fuel gas flow groove 6 Air electrode 6A Oxidant gas flow groove 10 Reinforcement material 11 Support material

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ランタンクロマイトセパレータを有する
平板型固体電解質燃料電池において、該ランタンクロマ
イトセパレータの還元膨張による変形が機械的に抑制さ
れていることを特徴とする平板型固体電解質燃料電池の
積層方法。
1. A method for laminating a flat solid electrolyte fuel cell comprising a lanthanum chromite separator, wherein deformation of the lanthanum chromite separator due to reduction expansion is mechanically suppressed.
【請求項2】 前記ランタンクロマイトセパレータに補
強材を重ね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。
2. The flat solid electrolyte fuel cell according to claim 1, wherein a reinforcing material is stacked on the lanthanum chromite separator.
【請求項3】 前記ランタンクロマイトセパレータと前
記補強材との間にサポート材を挟んだことを特徴とする
請求項2に記載の平板型固体電解質燃料電池。
3. The flat solid electrolyte fuel cell according to claim 2, wherein a support material is interposed between the lanthanum chromite separator and the reinforcing material.
【請求項4】 前記補強材または前記サポート材がセラ
ミックスでできていることを特徴とする請求項2または
3に記載の平板型固体電解質燃料電池。
4. The flat solid electrolyte fuel cell according to claim 2, wherein the reinforcing material or the support material is made of ceramics.
【請求項5】 前記セラミックスがAl23 、Mg
O、ZrO2 の中の1つ又は2つ以上の組合せで作られ
ていることを特徴とする請求項4に記載の平板型固体電
解質燃料電池。
5. The method according to claim 1, wherein the ceramic is Al 2 O 3 , Mg.
O, plate type solid electrolyte fuel cell according to claim 4, characterized in that is made of one or more combinations in the ZrO 2.
【請求項6】 前記補強材または前記サポート材が金属
でできていることを特徴とする請求項2または3に記載
の平板型固体電解質燃料電池。
6. The flat solid electrolyte fuel cell according to claim 2, wherein the reinforcing material or the support material is made of metal.
【請求項7】 前記サポート材の金属が Fe、Cr、
Niのうちの1つを含む耐熱性合金であることを特徴と
する請求項6に記載の平板型固体電解質燃料電池。
7. The metal of the support material is Fe, Cr,
The flat solid electrolyte fuel cell according to claim 6, wherein the flat solid electrolyte fuel cell is a heat-resistant alloy containing one of Ni.
【請求項8】 前記補強材が金属で、前記サポート材
がセラミックスでできていることを特徴とする請求項3
に記載の平板型固体電解質燃料電池。
8. The method according to claim 3, wherein the reinforcing member is made of metal, and the support member is made of ceramics.
4. The flat solid electrolyte fuel cell according to 1.
【請求項9】 前記補強材がセラミックスで、前記サ
ポート材が金属でできていることを特徴とする請求項3
に記載の平板型固体電解質燃料電池。
9. The method according to claim 3, wherein the reinforcing material is made of ceramics, and the support material is made of metal.
4. The flat solid electrolyte fuel cell according to 1.
【請求項10】 前記補強材と前記サポート材が一体で
あることを特徴とする請求項3に記載の平板型固体電解
質燃料電池。
10. The flat solid electrolyte fuel cell according to claim 3, wherein the reinforcing material and the support material are integrated.
【請求項11】 前記補強材または前記サポート材の前
記ランタンクロマイトセパレータとの接触部がリング状
であることを特徴とする請求項3または10に記載の平
板型固体電解質燃料電池。
11. The flat solid electrolyte fuel cell according to claim 3, wherein a contact portion of the reinforcing material or the support material with the lanthanum chromite separator has a ring shape.
【請求項12】 前記補強材または前記サポート材の前
記ランタンクロマイトセパレータとの接触部が中実柱状
体であることを特徴とする請求項3または10に記載の
平板型固体電解質燃料電池。
12. The flat solid electrolyte fuel cell according to claim 3, wherein a contact portion of the reinforcing material or the support material with the lanthanum chromite separator is a solid columnar body.
【請求項13】 前記補強材または前記サポート材の前
記ランタンクロマイトセパレータとの接触部が2箇所以
上に分散していることを特徴とする請求項3または10
に記載の平板型固体電解質燃料電池。
13. The lanthanum chromite separator according to claim 3, wherein a contact portion of the reinforcing material or the support material with the lanthanum chromite separator is dispersed at two or more places.
4. The flat solid electrolyte fuel cell according to 1.
【請求項14】 前記補強材または前記サポート材の前
記ランタンクロマイトセパレータとの接触部が少なくと
も1か所は該ランタンクロマイトセパレータの中心部近
傍にあることを特徴とする請求項3または10に記載の
平板型固体電解質燃料電池。
14. The lanthanum chromite separator according to claim 3, wherein at least one contact portion of the reinforcing material or the support material with the lanthanum chromite separator is near a center of the lanthanum chromite separator. Flat plate type solid electrolyte fuel cell.
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