JPH11297342A - Solid electrolyte fuel cell with honeycomb integrated structure - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 セパレータチャネルの電気抵抗を小さくする
ことにより、セパレータチャネルでの電力ロスを低減
し、発電効率の高いハニカム一体構造の固体電解質型燃
料電池（ＳＯＦＣ）を提供すること。
【解決手段】 断面正方形状をした多数のハニカムチャ
ネル１２，１２…が縦横に列設されるイットリア安定化
ジルコニア（ＹＳＺ）から成るハニカム構造体の内壁
に、燃料極（Ｎｉ−ＹＳＺ）が設けられた燃料極チャネ
ル列１４，１４…と、空気極（Ｌａ１−ｘＳｒｘＭｎＯ
３） が設けられた空気極チャネル列１６，１６…と、
セパレータ（ＬａＣｒＯ３） が設けられたセパレータ
チャネル列１８，１８…とを順次積層状に形成すると共
に、セパレータチャネル列１８、１８…と燃料極チャネ
ル列１４、１４…及び空気極チャネル列１６、１６…と
の間の隔壁にスリット１９、１９…を設けるようにし
た。
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid oxide fuel cell (SOFC) having a honeycomb integrated structure with high power generation efficiency by reducing the electric resistance of a separator channel to reduce power loss in the separator channel. . SOLUTION: A fuel electrode (Ni-YSZ) is provided on an inner wall of a honeycomb structure made of yttria-stabilized zirconia (YSZ) in which a large number of honeycomb channels 12, 12 having a square cross section are arranged in rows and columns. , And the air electrode (La 1-x Sr x MnO)
3 ) air electrode channel rows 16, 16 ... provided with
, On which separators (LaCrO 3 ) are provided, are sequentially laminated, and the separator channel rows 18, 18,..., The fuel electrode channel rows 14, 14,. ... are provided with slits 19, 19 ... in the partition between them.
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、ハニカム一体構造
の固体電解質型燃料電池に関し、さらに詳しくは、断面
多角形状をした多数のハニカムチャネルが縦横に列設さ
れるハニカム構造体を固体電解質材料により一体的に形
成し、各ハニカムチャネル内壁面に燃料極、空気極、セ
パレータを設けるようにしたハニカム一体構造の固体電
解質型燃料電池（以下、「ＳＯＦＣ」と称する）に関す
るものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid electrolyte fuel cell having a honeycomb integral structure, and more particularly, to a honeycomb structure in which a large number of honeycomb channels having a polygonal cross section are arranged vertically and horizontally by a solid electrolyte material. The present invention relates to a solid electrolyte fuel cell (hereinafter, referred to as "SOFC") integrally formed with a honeycomb and having a fuel electrode, an air electrode, and a separator provided on the inner wall surface of each honeycomb channel.
【０００２】[0002]
【従来の技術】固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）は、
電解質材料としてリン酸水溶液や溶融炭酸塩等といった
液体状材料の代わりにイオン導電性を有する固体材料が
用いられたものであり、他の燃料電池に比べて発電効率
がよく、排熱温度が高いという特性を有している。これ
によれば、効率的な利用が可能な発電システムを構築で
きるため、固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）は、近年
特に注目を浴びている。2. Description of the Related Art Solid oxide fuel cells (SOFCs)
A solid material with ionic conductivity is used as an electrolyte material instead of a liquid material such as a phosphoric acid aqueous solution or a molten carbonate, and has higher power generation efficiency and higher exhaust heat temperature than other fuel cells It has the characteristic. According to this, a power generation system that can be used efficiently can be constructed, and therefore, solid oxide fuel cells (SOFCs) have received particular attention in recent years.
【０００３】このＳＯＦＣの構造としては、単電池を多
数積層した積層構造が一般的であるが、これは各単電池
の電圧が１Ｖ以下と低いためである。したがって、ＳＯ
ＦＣを実用化するためには、各単電池が複数直列に接続
された積層構造にする必要があるが、さらに電池を大容
量化するためには、積層段数を増やす他、多数の電池を
並列に接続して集積化することが必要になる。この集積
構造としては、平板型ＳＯＦＣ及び円筒型ＳＯＦＣが周
知の技術としてよく知られている。The structure of this SOFC is generally a stacked structure in which a number of unit cells are stacked, because the voltage of each unit cell is as low as 1 V or less. Therefore, SO
In order to put FC into practical use, it is necessary to have a stacked structure in which a plurality of cells are connected in series. However, in order to further increase the capacity of the battery, in addition to increasing the number of stacked layers, a large number of batteries are connected in parallel. To be integrated. As the integrated structure, a flat plate type SOFC and a cylindrical type SOFC are well known as well-known technologies.
【０００４】このうち、平板型ＳＯＦＣは、一般的に図
１４に示す全体構造を有しており、このＳＯＦＣを構成
する各単電池の構造としては、イットリア安定化ジルコ
ニア（Ｙ２Ｏ３ Ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ ＺｒＯ２）
材料あるいはスカンジア安定化ジルコニア（Ｓｃ２Ｏ３
Ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ ＺｒＯ２） 材料による固体
電解質板１００の両面にニッケル−サーメット系材料に
よる燃料極１０２及びランタンストロンチウムマンガナ
イト系材料による空気極１０４の薄膜がコーティングさ
れた単電池１０６がランタンクロマイト系セラミックス
材料もしくは耐熱金属材料によるセパレータ１０８を介
して積層された多層構造のものが良好な導電機能を有す
るものとして既に提案されている。[0004] Among them, a flat type SOFC generally has an overall structure shown in FIG. 14, and the structure of each unit cell constituting the SOFC is yttria-stabilized zirconia (Y 2 O 3 Stabilized ZrO). 2 )
Material or scandia stabilized zirconia (Sc 2 O 3
A single cell 106 in which a thin film of a fuel electrode 102 made of a nickel-cermet material and a thin film of an air electrode 104 made of a lanthanum strontium manganite material is coated on both surfaces of a solid electrolyte plate 100 made of a Stabilized ZrO 2 ) material is made of a lanthanum chromite ceramic material or heat-resistant. A multilayer structure having a multilayer structure laminated via a separator 108 made of a metal material has already been proposed as having a good conductive function.
【０００５】そしてこの多層構造を利用して大容量の燃
料電池を得るには、さらに多数の単電池及びこれらの単
電池を積層するための電気的な接続部材（平板型ＳＯＦ
Ｃではセパレータ、円筒型ＳＯＦＣではＮｉフェルトが
用いられている）が必要になる。In order to obtain a large-capacity fuel cell using this multilayer structure, a larger number of cells and electric connecting members (flat SOFs) for stacking these cells are required.
C requires a separator, and a cylindrical SOFC uses Ni felt).
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに従来一般に知られる積層タイプのＳＯＦＣでは単電
池とセパレータとが別個の部材となり、これらの組立工
程が必要になるばかりでなく、燃料ガス供給管や空気供
給管なども配設する必要があることから多数の部材が必
要になり、コストアップにつながるという欠点がある。
また、平板型ＳＯＦＣの場合、各単電池の接続部材（セ
パレータ）にガス通路が設けられるがその形状は複雑な
ため、製造工程にコストがかかり、結果としてセパレー
タが高価になるという問題がある。また、円筒型ＳＯＦ
Ｃの場合、各単電池は電気化学蒸着（ＥＶＤ）等の高価
な薄膜製造プロセスにより製造されるため、単電池その
ものが極めて高価なものになるという問題がある。However, as described above, in the conventional stack type SOFC, the unit cell and the separator are separate members, which not only requires an assembling process but also a fuel gas supply pipe. Since it is necessary to arrange the air supply pipe and the air supply pipe, a large number of members are required, leading to a disadvantage that the cost is increased.
Further, in the case of a flat type SOFC, a gas passage is provided in a connection member (separator) of each unit cell, but the shape is complicated, so that there is a problem that the manufacturing process is costly, and as a result, the separator is expensive. In addition, cylindrical SOF
In the case of C, since each unit cell is manufactured by an expensive thin film manufacturing process such as electrochemical deposition (EVD), there is a problem that the unit cell itself becomes extremely expensive.
【０００７】さらに、上述の平板型ＳＯＦＣにあっては
セパレータのガス通路が複雑になると、圧力損失が大き
くなる上、各単電池がジルコニアの薄板により形成され
るため、構造強度が弱くなってしまう。また、円筒型Ｓ
ＯＦＣにあっては各単電池が多孔質空気極の円筒により
形成されるため、やはり構造強度が弱くなってしまう。
加えて、平板型／円筒型ＳＯＦＣの各単電池間の電気
的接続は接触のみであるため、この接触抵抗による電力
ロスが大きく、また、長期的にはこの部分での信頼性が
低下するという問題も指摘されている。Further, in the above-mentioned flat type SOFC, if the gas passage of the separator becomes complicated, the pressure loss becomes large, and since each unit cell is formed of a thin plate of zirconia, the structural strength becomes weak. . In addition, cylindrical type S
In the OFC, since each unit cell is formed by a porous air electrode cylinder, the structural strength is also weakened.
In addition, since the electric connection between each unit cell of the flat / cylindrical SOFC is only contact, power loss due to this contact resistance is large, and reliability in this part is reduced in the long term. Problems have also been pointed out.
【０００８】また、平板型ＳＯＦＣの場合、積層構造に
する製造上の都合から、各単電池とその接続部材（セパ
レータ）の熱膨張係数を一致させる必要があるととも
に、ガスシールが難しいという欠点がある。Further, in the case of a flat-plate SOFC, it is necessary to match the thermal expansion coefficients of each unit cell and its connecting member (separator) from the viewpoint of manufacturing into a laminated structure, and it is difficult to perform gas sealing. is there.
【０００９】そこで、多数の単電池をより効率的に集積
する構造として、各単電池間に接続部材を介設すること
なくハニカム構造体としたものが特公昭６０−２３３０
１号公報に開示されている。このハニカム構造体は、ハ
ニカム形状の固体電解質材料による各隔壁の両面に電極
が設けられるとともに、各隔壁によって区切られた各空
間をそれぞれ陽極層又は陰極層として機能させることに
より所望の容量が得られるようにしたものである。Therefore, as a structure for efficiently integrating a large number of unit cells, a unit having a honeycomb structure without interposing a connecting member between the unit cells is disclosed in Japanese Patent Publication No. 60-2330.
No. 1 discloses this. In this honeycomb structure, electrodes are provided on both surfaces of each partition wall made of a honeycomb-shaped solid electrolyte material, and a desired capacity is obtained by allowing each space partitioned by each partition to function as an anode layer or a cathode layer, respectively. It is like that.
【００１０】しかしながら、この特公昭６０−２３３０
１号公報に開示されたハニカム構造体によれば、各隔壁
によって交互に配置される陽極層と陰極層とを電気的に
接続する接続部材に相当する構成部材が介設されていな
いため、個々に独立して隣接するはずの各単位電池の同
極層同士がその間にある異極層に対して該同極の機能を
もって作用するという不都合が発生することがある。そ
うするとその同極層同士は互いに電流が反対方向に流れ
るように機能することになり、結果として所望の電流及
び電圧が取り出せなくなるという問題が発生する。ま
た、端部で電気的接続を行った場合には、電流経路が長
くなるため、高い発電性能は期待できない。However, this Japanese Patent Publication No. Sho 60-2330
According to the honeycomb structure disclosed in Japanese Patent Publication No. 1 (1999), since a constituent member corresponding to a connecting member for electrically connecting an anode layer and a cathode layer alternately arranged by each partition is not provided, However, there may be a disadvantage that the same polar layers of the unit batteries which should be adjacent to each other independently act on the different polar layers between them with the same polar function. Then, the same polar layers function so that currents flow in opposite directions to each other, and as a result, a problem that a desired current and voltage cannot be taken out occurs. Also, when the electrical connection is made at the end, a high power generation performance cannot be expected because the current path becomes long.
【００１１】そこで、上述のような問題を解決するため
に、本願発明者は、特願平８−３５４８４８号におい
て、断面多角形状をした多数のハニカムチャネルが縦横
に列設されるハニカム構造体を固体電解質材料により一
体的に形成すると共に、ハニカムチャネル内壁面に燃料
極が設けられた燃料極チャネル列と、ハニカムチャネル
内壁面に空気極が設けられた空気極チャネル列と、ハニ
カムチャネル内壁面にセパレータ（インターコネクタ）
が設けられたセパレータ（インターコネクタ）チャネル
列とを順次積層状に形成した固体電解質型燃料電池を提
案している。In order to solve the above-mentioned problem, the present inventor has disclosed in Japanese Patent Application No. 8-354848 a honeycomb structure in which a large number of honeycomb channels having a polygonal cross section are arranged vertically and horizontally. A fuel electrode channel row in which a fuel electrode is provided on the inner wall surface of the honeycomb channel, an air electrode channel row in which an air electrode is provided on the inner wall surface of the honeycomb channel, and a honeycomb channel inner wall formed integrally with the solid electrolyte material. Separator (interconnector)
Has been proposed in which a separator (interconnector) channel row provided with is sequentially formed in a laminated shape.
【００１２】特願平８−３５４８４８号に開示された方
法によれば、各単位電池は、セパレータチャネルで電気
的に連結されるので、各単位電池を白金等の電極により
連結する必要がなくなり、各単位電池の同極層同士がそ
の間にある異極層に対して該同極の機能をもって作用す
るという不都合や、電流経路が長くなることに起因する
発電性能の低下という不都合を回避できるものである。According to the method disclosed in Japanese Patent Application No. 8-354848, since the unit cells are electrically connected by the separator channel, it is not necessary to connect the unit cells by electrodes such as platinum. This avoids the disadvantage that the same polarity layers of each unit cell act on the different polarity layers between them with the same polarity function, and the disadvantage that the power generation performance is reduced due to a longer current path. is there.
【００１３】しかしながら、ハニカム構造体の内壁面に
単に燃料極、空気極、及びセパレータ材をコーティング
しただけでは、セパレータをコーティングした部分（セ
パレータチャネル）の電気抵抗が高く、この部分で発電
した電力の大半をロスしていることがわかった。However, simply coating the inner wall surface of the honeycomb structure with the fuel electrode, the air electrode, and the separator material has a high electrical resistance in the portion coated with the separator (separator channel), and the electric power generated in this portion is high. It turned out that most was lost.
【００１４】本発明の解決しようとする課題は、ハニカ
ムチャネル内壁面に燃料極が設けられた燃料極チャネル
列と、ハニカムチャネル内壁面に空気極が設けられた空
気極チャネル列と、ハニカムチャネル内壁面にセパレー
タが設けられたセパレータチャネル列とを順次積層状に
形成したハニカム一体構造の固体電解質型燃料電池（Ｓ
ＯＦＣ）において、セパレータチャネルの電気抵抗を小
さくすることにより、セパレータチャネルでの電力ロス
を低減し、発電効率の高いハニカム一体構造の固体電解
質型燃料電池（ＳＯＦＣ）を提供することにある。The problem to be solved by the present invention is to provide a fuel electrode channel array in which a fuel electrode is provided on the inner wall surface of a honeycomb channel, an air electrode channel array in which an air electrode is provided on the inner wall surface of a honeycomb channel, and a honeycomb channel channel. A solid electrolyte fuel cell (S) having a honeycomb integral structure in which a separator channel row having a separator provided on a wall surface is sequentially formed in a laminated shape.
It is an object of the present invention to provide a solid oxide fuel cell (SOFC) having a honeycomb integrated structure with high power generation efficiency by reducing the electric resistance of the separator channel in the OFC) to reduce the power loss in the separator channel.
【００１５】[0015]
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明に係るハニカム一体構造の固体電解質型燃料電
池（ＳＯＦＣ）は、断面多角形状をした多数のハニカム
チャネルが縦横に列設されるハニカム構造体を固体電解
質材料により一体的に形成し、ハニカムチャネル内壁面
に燃料極が設けられた燃料極チャネル列と、ハニカムチ
ャネル内壁面に空気極が設けられた空気極チャネル列
と、ハニカムチャネル内壁面にセパレータが設けられた
セパレータチャネル列とを順次積層状に形成すると共
に、前記セパレータチャネル列と前記燃料極チャネル列
との間の隔壁、及び前記セパレータチャネル列と前記空
気極チャネル列との間の隔壁にスリットを設けたことを
要旨とするものである。In order to solve this problem, a solid oxide fuel cell (SOFC) having a honeycomb integral structure according to the present invention has a large number of honeycomb channels having a polygonal cross section arranged in rows and columns. A honeycomb structure integrally formed of a solid electrolyte material, a fuel electrode channel row in which a fuel electrode is provided on a honeycomb channel inner wall face, an air electrode channel row in which an air electrode is provided on a honeycomb channel inner wall face, and a honeycomb channel. A separator channel row provided with a separator on the inner wall surface is sequentially formed in a laminated shape, and a partition wall between the separator channel row and the fuel electrode channel row, and the separator channel row and the air electrode channel row. The gist is that a slit is provided in a partition wall between them.
【００１６】その場合に前記固体電解質材料としては、
従来一般に知られるイットリア安定化ジルコニア（ＹＳ
Ｚ）の他、本願出願人による特開平７−６７７４号公報
等に示されるスカンジア安定化ジルコニア（ＳｃＳＺ）
やセリア（ＣｅＯ２） 等を適用することが最適であ
る。また、前記ハニカム一体構造は、このジルコニア
（ＺｒＯ２） を押し出し成形することにより成形され
る断面多角形状をした多数のハニカムチャネルが一体的
に成形されたジルコニアハニカム成形体とされた後、焼
成処理を経てジルコニアハニカムとして得られるもので
ある。In this case, the solid electrolyte material includes:
Conventionally known yttria-stabilized zirconia (YS
Z) and scandia-stabilized zirconia (ScSZ) disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 7-6774 filed by the present applicant.
It is most suitable to use ceria (CeO 2 ) or the like. Further, the honeycomb integral structure is formed by extruding this zirconia (ZrO 2 ) into a zirconia honeycomb molded body in which a large number of honeycomb channels having a polygonal cross section are integrally molded, and then subjected to a firing treatment. To obtain a zirconia honeycomb.
【００１７】また、前記セパレータチャネル列と前記燃
料極チャネル列との間の隔壁、及び前記セパレータチャ
ネル列と前記空気極チャネル列との間の隔壁に設けられ
るスリットは、ハニカム成形体を押し出し成形した後
に、隔壁に切り込みを入れることにより形成してもよい
が、押し出し成形用の金型のスリットに相当する部分に
突起を設ければ、隔壁の所定の位置にスリットを有する
ハニカム成形体を容易に押し出し成形するができる。In addition, the partition provided between the separator channel row and the fuel electrode channel row and the slit provided in the partition provided between the separator channel row and the air electrode channel row are formed by extruding a honeycomb formed body. Later, the partition wall may be formed by making a cut, but if a projection is provided at a portion corresponding to the slit of the extrusion molding die, a honeycomb formed body having a slit at a predetermined position of the partition wall can be easily formed. Can be extruded.
【００１８】この場合に、押し出し成形により一体的に
形成される多数のハニカムチャネルの断面多角形状は、
三角形、四角形、六角形その他任意の形状からなるもの
である。例えば、四角形のハニカムチャネルが縦横に列
設され、上から順に燃料極チャネル列、空気極チャネル
列、セパレータチャネル列が形成されたもの、あるいは
六角形のハニカムチャネルが縦横に列設されたもので
も、同じように上から順に燃料極チャネル列、空気極チ
ャネル列、セパレータチャネル列が形成されたものなど
が例として挙げられる。各ハニカムチャネルの断面形状
が正方形である場合には、各チャネル列の各ハニカムチ
ャネルがそれぞれ斜め格子状に連設されている形態のも
のも挙げられる。In this case, the polygonal cross section of a large number of honeycomb channels integrally formed by extrusion molding is as follows:
It consists of a triangle, a quadrangle, a hexagon or any other shape. For example, rectangular honeycomb channels are arranged vertically and horizontally, and a fuel electrode channel array, an air electrode channel array, a separator channel array are formed in order from the top, or a hexagonal honeycomb channel is arranged vertically and horizontally. Similarly, an example in which a fuel electrode channel row, an air electrode channel row, and a separator channel row are sequentially formed from the top is given as an example. When the cross-sectional shape of each honeycomb channel is a square, a mode in which each honeycomb channel of each channel row is continuously provided in an oblique lattice shape may be used.
【００１９】ハニカムチャネルを斜め格子状に連設する
場合には、前記スリットは、前記セパレータチャネル列
と前記燃料極チャネル列との間の隔壁の内のいずれか一
方、及び前記セパレータチャネル列と前記空気極チャネ
ル列との間の隔壁の内のいずれか一方に設けることが望
ましい。これは、全ての隔壁にスリットを設けると、い
ずれの隔壁にも連結していない部分が生じ、その部分を
支持するのが困難となるためである。In the case where the honeycomb channels are connected in a diagonal lattice, the slit may be formed in any one of the partition walls between the separator channel row and the fuel electrode channel row, and in the separator channel row. It is desirable to provide in any one of the partition walls between the air electrode channel row. This is because, if slits are provided in all the partitions, portions that are not connected to any of the partitions will occur, and it will be difficult to support those portions.
【００２０】またこの各ハニカムチャネルの断面多角形
状は、各チャネル列毎にその形状単独であっても組み合
わせたものであってもよいものである。例えばハニカム
構造体の燃料極チャネル列と空気極チャネル列の各ハニ
カムチャネルの断面形状は三角形であって、セパレータ
チャネル列の各ハニカムチャネルは斜め四角形あるいは
菱形形状のものが燃料極チャネル列あるいは空気極チャ
ネル列の間に配列されたものであってもよい。The polygonal cross section of each honeycomb channel may be used alone or in combination for each channel row. For example, the cross-sectional shape of each honeycomb channel of the fuel electrode channel row and the air electrode channel row of the honeycomb structure is triangular, and each honeycomb channel of the separator channel row is a diagonal square or rhombus-shaped fuel electrode channel row or air electrode. They may be arranged between channel rows.
【００２１】この場合も、前記スリットは、前記セパレ
ータチャネル列と前記燃料極チャネル列との間の隔壁の
内のいずれか一方、及び前記セパレータチャネル列と前
記空気極チャネル列との間の隔壁の内のいずれか一方に
設けることが望ましい。Also in this case, the slit may be formed in one of the partition walls between the separator channel row and the fuel electrode channel row, and in the partition wall between the separator channel row and the air electrode channel row. It is desirable to provide in any one of them.
【００２２】さらに、燃料極チャネル列、空気極チャネ
ル列及びセパレータチャネル列の各ハニカムチャネルの
断面形状はすべて三角形であって、それぞれのハニカム
チャネルがそのチャネル壁を共用して連設されているも
のであってもよい。この場合には燃料極、空気極のトー
タルの表面積が多く取れて、より高い出力電圧が得られ
ることが期待されるものである。Further, each of the honeycomb channels of the fuel electrode channel row, the air electrode channel row, and the separator channel row has a triangular cross-sectional shape, and the respective honeycomb channels are connected and connected by sharing their channel walls. It may be. In this case, it is expected that a larger total surface area of the fuel electrode and the air electrode can be obtained and a higher output voltage can be obtained.
【００２３】また、この場合は、前記スリットは、前記
セパレータチャネル列と前記燃料極チャネル列との間の
隔壁、前記セパレータチャネル列と前記空気極チャネル
列との間の隔壁、及び前記セパレータチャネル列間の隔
壁の内のいずれか一方に設けることが望ましい。In this case, the slit may include a partition wall between the separator channel row and the fuel electrode channel row, a partition wall between the separator channel row and the air electrode channel row, and the separator channel row. It is desirable to provide it in any one of the partition walls.
【００２４】そしてこのジルコニアハニカム構造体の燃
料極チャネル列、空気極チャネル列及びセパレータチャ
ネル列は、その一例として次のような手法により形成さ
れる。すなわち、燃料極チャネル列の形成に際しては、
他のチャネル列のチャネル孔をシールして塞いでおい
て、燃料極を形成するハニカムチャネルの内壁面にニッ
ケル−イットリア安定化ジルコニア（Ｎｉ−ＹＳＺ）の
スラリーを流すか、このスラリー材料中に浸漬してハニ
カムチャネルの内壁面にそのスラリーを付着させる。そ
してそのスラリーを乾燥させた後、焼成することにより
燃料極チャネル列が形成される。The fuel electrode channel row, air electrode channel row, and separator channel row of the zirconia honeycomb structure are formed by the following method as an example. That is, when forming the fuel electrode channel row,
The channel holes of the other channel rows are sealed and closed, and a slurry of nickel-yttria stabilized zirconia (Ni-YSZ) is flowed on the inner wall surface of the honeycomb channel forming the fuel electrode, or immersed in the slurry material. Then, the slurry adheres to the inner wall surface of the honeycomb channel. After the slurry is dried and fired, a fuel electrode channel row is formed.
【００２５】また、空気極チャネル列の形成に際して
は、同様に他のチャネル列のチャネル孔を塞ぎ空気極を
形成するハニカムチャネルの内壁面にランタンストロン
チウムマンガナイト（Ｌａ１−ｘＳｒｘＭｎＯ３：ｘ＝
０．１〜０．４） のスラリーを流す等して付着させ、
乾燥・焼成により形成される。セパレータチャネル列も
同様で、ハニカムチャネルの内壁面にランタンクロマイ
ト（ＬａＣｒＯ３） あるいはランタンクロマイト系に
電子導電性、焼結性の改善のため、ランタン（Ｌａ）や
クロム（Ｃｒ）の一部をアルカリ土類金属やニッケル
（Ｎｉ）で置換した酸化物（Ｌａ１−ｘＣａｘＣｒ
１−ｙＮｉｙＯ３：ｘ＝０〜０．２、ｙ＝０〜０．１）
のスラリーを流す等した後、乾燥・焼成することによ
り形成される。焼成は最後に一度に行うようにしてもよ
い。In forming the air electrode channel array, lanthanum strontium manganite (La 1-x Sr x MnO 3) is similarly formed on the inner wall surface of the honeycomb channel forming the air electrode by closing the channel holes of the other channel arrays. x =
0.1-0.4), and adhere by flowing, etc.
It is formed by drying and firing. The same applies to the separator channel row, and lanthanum chromite (LaCrO 3 ) or lanthanum chromite is used to improve electronic conductivity and sinterability on the inner wall surface of the honeycomb channel. Oxide (La 1-x Ca x Cr) substituted with earth metal or nickel (Ni)
1-y Ni y O 3 : x = 0 to 0.2, y = 0 to 0.1)
Is formed by flowing and drying the slurry. The firing may be performed at once at the end.
【００２６】[0026]
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な一実施の形
態を図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の
一実施の形態に係るハニカム一体構造の固体電解質型燃
料電池（ＳＯＦＣ）の外観斜視図である。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is an external perspective view of a solid oxide fuel cell (SOFC) having a honeycomb integral structure according to an embodiment of the present invention.
【００２７】同図に示すＳＯＦＣ１０は、固体電解質材
料であるイットリア安定化ジルコニア（Ｙ２Ｏ３ Ｓｔ
ａｂｉｌｉｚｅｄ ＺｒＯ２） あるいはスカンジア安
定化ジルコニア（Ｓｃ２Ｏ３ Ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ
ＺｒＯ２） 材料による押し出し成形処理、焼成処理を
経て一体的に形成されたジルコニアハニカム構造体に、
後述する燃料極、空気極及びセパレータ極が設けられる
ことにより形成されるものである。The SOFC 10 shown in FIG. 1 is a solid electrolyte material of yttria-stabilized zirconia (Y 2 O 3 St).
available ZrO 2 ) or scandia stabilized zirconia (Sc 2 O 3 Stabilized)
ZrO 2 ) A zirconia honeycomb structure integrally formed through an extrusion molding process and a firing process using a material,
It is formed by providing a fuel electrode, an air electrode, and a separator electrode described later.
【００２８】これによりこのＳＯＦＣ１０は、断面四角
形状をした両端が開放される多数のハニカムチャネル１
２，１２…が縦横に列設された構造になっている。ハニ
カム構造体の肉厚は、押出成形により薄肉化が可能とな
り、０．１ｍｍ〜０．３ｍｍの厚みとなっている。As a result, this SOFC 10 has a large number of honeycomb channels 1 each having a rectangular cross section and both ends being open.
Are arranged in rows and columns. The thickness of the honeycomb structure can be reduced by extrusion, and is 0.1 mm to 0.3 mm.
【００２９】そしてこのジルコニアハニカム構造体には
横方向に同極のハニカムチャネルあるいはセパレータチ
ャネルが配列され、縦方向に単電池を構成する燃料極チ
ャネル列１４，１４…と、空気極チャネル列１６，１６
…と、各単電池を電気的に接続するセパレータチャネル
列１８，１８…とが順次積層状に形成された構成とされ
ている。同図においてはセパレータチャネル列１８，１
８…を介して単電池が４段積層された構造が示されてい
る。In this zirconia honeycomb structure, honeycomb channels or separator channels having the same polarity are arranged in the horizontal direction, and fuel electrode channel rows 14, 14... 16
, And separator channel rows 18, 18,... For electrically connecting the unit cells are sequentially formed in a laminated shape. In the figure, the separator channel rows 18, 1
8 shows a structure in which unit cells are stacked in four stages.
【００３０】まず、燃料極チャネル列１４，１４…は、
ハニカムチャネル内壁面２０，２０…に燃料極（アノー
ド：−極）としてニッケル−イットリア安定化ジルコニ
ア（Ｎｉ−ＹＳＺ）のスラリーがコーティングされてな
るものであり、このコーティングが施されたハニカムチ
ャネル内壁面２０，２０…により形成される断面四角形
状の空間は、水素（Ｈ２ ）ガスが流れる燃料ガス流路
２２，２２…としての機能を有している。First, the fuel electrode channel arrays 14, 14,...
Are coated with a slurry of nickel-yttria-stabilized zirconia (Ni-YSZ) as a fuel electrode (anode: -electrode) on the inner wall surfaces 20, 20, ... of the honeycomb channels, and the inner wall surfaces of the coated honeycomb channels are provided. The space having a rectangular cross section formed by 20, 20,... Has a function as fuel gas flow paths 22, 22,... Through which hydrogen (H 2 ) gas flows.
【００３１】空気極チャネル列１６，１６…は、ハニカ
ムチャネル内壁面２０，２０…に空気極（カソード：＋
極）としてランタンストロンチウムマンガナイト （Ｌ
ａ１ −ｘＳｒｘＭｎＯ３：ｘ＝０．１〜０．４）のスラ
リーがコーティングされてなるものであり、このコーテ
ィングが施されたハニカムチャネル内壁面２０，２０…
により形成される断面四角形状の空間は、空気が流れる
空気流路２４，２４…としての機能を有している。The air electrode channel rows 16, 16... Are provided on the inner wall surfaces 20, 20.
Lanthanum strontium manganite (L)
a 1 -x Sr x MnO 3: x = 0.1~0.4) are those slurry is formed by coating, the honeycomb channel wall 20, 20 the coating is applied ...
Have a function as air flow paths 24 through which air flows.
【００３２】セパレータチャネル列１８，１８…は、ハ
ニカムチャネル内壁面２０，２０…に単電池を直列に接
続する導電体であるセパレータとしてランタンクロマイ
ト（ＬａＣｒＯ３ ）あるいはランタンクロマイト系に
電子導電性、焼結性の改善のため、ランタン（Ｌａ）や
クロム（Ｃｒ）の一部をアルカリ土類金属やニッケル
（Ｎｉ）で置換した酸化物 （Ｌａ１−ｘＣａｘＣｒ
１−ｙＮｉｙＯ３：ｘ＝０〜０．２，ｙ＝０〜０．１）
のスラリーがコーティングされてなるものである。The separator channel rows 18, 18... Are made of lanthanum chromite (LaCrO 3 ) or lanthanum chromite-based electronic conductors, which are conductors for connecting cells in series to the inner wall surfaces 20, 20. for binding of improvement, lanthanum (La) and oxides obtained by substituting chromium some alkaline earth metals and nickel (Cr) (Ni) (La 1-x Ca x Cr
1-y Ni y O 3 : x = 0 to 0.2, y = 0 to 0.1)
Is coated.
【００３３】さらに、セパレータチャネル列１８、１８
…と空気極チャネル列１６、１６…との境目にある隔
壁、及びセパレータチャネル列１８、１８…と燃料極チ
ャネル列１４、１４…との境目にある隔壁には、スリッ
ト１９、１９…が設けられ、スリット１９、１９…内に
も、ランタンクロマイト等からなるセパレータが充填さ
れている。Further, the separator channel rows 18, 18
And slits 19, 19 are provided in the partition wall at the boundary between the air electrode channel rows 16, 16 and the partition wall at the boundary between the separator channel rows 18, 18 and the fuel electrode channel rows 14, 14,. Are also filled with a separator made of lanthanum chromite or the like.
【００３４】そのため、空気極チャネル列の内壁にコー
ティングされたランタンストロンチウムマンガナイトか
らなる一つの単位電池の空気極と、ニッケル−イットリ
ア安定化ジルコニアからなる他の単位電池の燃料極と
が、スリット１９、１９…内に充填されたセパレータ及
びセパレータチャネル列１８、１８…の内壁にコーティ
ングされたセパレータを介して、直接接続された構造に
なっている。Therefore, the slit of the unit cell made of lanthanum strontium manganite coated on the inner wall of the air electrode channel row and the fuel electrode of another unit cell made of nickel-yttria stabilized zirconia are formed by slits 19. , 19 ... and a separator coated on the inner walls of the separator channel rows 18, 18 ... are directly connected.
【００３５】セパレータの電気抵抗は、隔壁を構成する
ジルコニアの電気抵抗より小さいので、スリット１９、
１９…を設けたことにより電気通路が確保され、セパレ
ータチャネル列の隔壁で生じていた発電ロスを少なくす
ることができる。その結果、電池全体での内部抵抗が低
くなり、発電性能を向上させることが可能となる。Since the electric resistance of the separator is smaller than the electric resistance of zirconia constituting the partition, the slit 19,
By providing 19, an electric passage is ensured, and the power generation loss occurring in the partition walls of the separator channel row can be reduced. As a result, the internal resistance of the entire battery is reduced, and the power generation performance can be improved.
【００３６】図２は、図１に示したハニカム一体構造の
固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の正面拡大図であ
り、燃料極チャネル列（Ａ）１４，１４…、空気極チャ
ネル列（Ｃ）１６，１６…、セパレータチャネル列
（Ｓ）１８，１８…、スリット１９、１９…、ハニカム
チャネル内壁面２０，２０…、燃料ガス流路２２，２２
…及び空気流路２４，２４…等が拡大して示されてい
る。FIG. 2 is an enlarged front view of the solid oxide fuel cell (SOFC) having a honeycomb integral structure shown in FIG. 1, and includes fuel electrode channel rows (A) 14, 14,..., And air electrode channel rows (C). , Separator channel row (S) 18, 18, ..., slits 19, 19, honeycomb channel inner wall surfaces 20, 20, ..., fuel gas passages 22, 22
, And the air passages 24, 24, etc. are shown in an enlarged manner.
【００３７】なお、本発明では、セパレータチャネル列
１８、１８の隔壁にスリット１９、１９…を設けること
により電気通路を確保し、電池全体の内部抵抗を低くす
るよう構成されているが、上記構成に加えて、セパレー
タチャネル列１８、１８…の隔壁として電子電導性を有
する材料を用いたり、界面抵抗や直流抵抗を減少させる
物質をハニカムチャネル列の内壁にコーティングしたり
すると、さらに内部抵抗を低くすることができるので好
ましい。In the present invention, the slits 19, 19,... Are provided in the partition walls of the separator channel rows 18, 18, so as to secure an electric passage and reduce the internal resistance of the whole battery. In addition, when a material having electron conductivity is used for the partition walls of the separator channel rows 18, 18,... Or a substance that reduces interface resistance or DC resistance is coated on the inner wall of the honeycomb channel row, the internal resistance is further reduced. Is preferred.
【００３８】例えば、セパレータチャネル列１８，１８
…のイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）層に電子導
電性を持たせる場合には、チタン（Ｔｉ）、鉄（Ｆ
ｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、テルビウム（Ｔｂ）、セリウ
ム（Ｃｅ）、ネオジム（Ｎｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、
マンガン（Ｍｎ）、バナジウム（Ｖ）等の一種類もしく
は複数元素をドープすればよい。For example, the separator channel rows 18, 18
When the yttria-stabilized zirconia (YSZ) layer is made to have electronic conductivity, titanium (Ti), iron (F
e), nickel (Ni), terbium (Tb), cerium (Ce), neodymium (Nd), iridium (Ir),
One or a plurality of elements such as manganese (Mn) and vanadium (V) may be doped.
【００３９】また、図示はしないが、ＳＯＦＣ１０の界
面抵抗を減少させるためには、燃料極チャネル列１４、
１４…、及び空気極チャネル列１６、１６…の内壁に、
パラジクロロアンミン白金等の白金錯体水溶液を利用し
て白金（Ｐｔ）薄膜を予めコーティングすればよい。さ
らに、その直流抵抗を減らすようにするには、空気極チ
ャネル列１６，１６…にランタンストロンチウムマンガ
ナイト（Ｌａ１−ｘＳｒｘＭｎＯ３）だけでなく、さら
にその内壁にランタンストロンチウムコバルタイト（Ｌ
ａ１−ｘＳｒｘＣｏＯ３）をコーティングすればよい。Although not shown, in order to reduce the interfacial resistance of the SOFC 10, the fuel electrode channel row 14,
14 and on the inner walls of the cathode channel rows 16, 16 ...
The platinum (Pt) thin film may be coated in advance using an aqueous solution of a platinum complex such as paradichloroammine platinum. Further, in order to reduce the DC resistance, not only lanthanum strontium manganite (La 1-x Sr x MnO 3 ) but also lanthanum strontium cobaltite (L
a 1-x Sr x CoO 3 ) may be coated.
【００４０】このような構成を有するＳＯＦＣ１０の製
造方法について説明する。まず、このＳＯＦＣ１０に供
される固体電解質材料の製造方法について説明すると、
初めにその主材料であるジルコニア（ＺｒＯ２ ）の粉
末粒子と安定化材料であるイットリア（Ｙ２Ｏ３）の粉
末粒子とを適当な配合比率で混合する。この混合粉末の
平均粒径は３μｍ程度である。また、ジルコニア・イッ
トリアの混合粉末を調整する方法として、ゾルゲル法や
共沈法などの液相製造プロセスを適用すれば不純物が少
なく、均一な混合粉末を得ることができる。A method for manufacturing the SOFC 10 having such a configuration will be described. First, a method for manufacturing a solid electrolyte material provided for the SOFC 10 will be described.
First, powder particles of zirconia (ZrO 2 ) as a main material and powder particles of yttria (Y 2 O 3 ) as a stabilizing material are mixed at an appropriate mixing ratio. The average particle size of this mixed powder is about 3 μm. In addition, when a liquid phase manufacturing process such as a sol-gel method or a coprecipitation method is applied as a method for adjusting the mixed powder of zirconia / yttria, a uniform mixed powder having few impurities can be obtained.
【００４１】次にこの混合粉末に成形用バインダーを添
加し、焼成後の大きさが１０ｃｍ×１０ｃｍ程度の大き
さの断面で長さが２０ｃｍ程度の大きさとなる直方体に
成形し、その直方体の断面に四角形状をした多数のハニ
カムチャネル１２，１２…が両端開放状態で形成される
ように押し出し成形する。このハニカムチャネル１２，
１２…は、ハニカムチャネル間の壁の肉厚が上述と同様
に焼成後に０．１〜０．３ｍｍ程度になるように成形さ
れる。Next, a binder for molding is added to the mixed powder, and the mixture is shaped into a rectangular parallelepiped having a size of about 10 cm × 10 cm and a length of about 20 cm after firing. Are extruded so that a large number of honeycomb channels 12, 12,... This honeycomb channel 12,
12 are formed such that the wall thickness between the honeycomb channels becomes about 0.1 to 0.3 mm after firing in the same manner as described above.
【００４２】また、押し出し成型用の金型の内、セパレ
ータチャネル列１８、１８…と燃料極チャネル列１４、
１４…の間の隔壁、及びセパレータチャネル列１８、１
８…と空気極チャネル列１６、１６…の間の隔壁に相当
する部分に突起を設けておくと、スリット１９、１９…
を有するハニカム構造体を容易に製造できる。Also, among the extrusion molding dies, the separator channel rows 18, 18,...
14 and the separator channel rows 18, 1
If projections are provided in portions corresponding to the partition walls between the air electrode channel rows 16 and 16 and the slits 19, 19 ...
Can easily be manufactured.
【００４３】スリット１９、１９…の幅は、後述するよ
うにセパレータチャネル列１８、１８にスラリーを流し
込んだときに、スラリーがスリット１９、１９…から漏
れ出さないような幅にする必要がある。スラリーの漏れ
出しは、スラリーの粘度を調整することによりある程度
防ぐことができるので、スリット１９、１９…の幅は、
スラリー粘度に応じて、０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍとす
ればよい。The width of the slits 19 must be such that the slurry does not leak out of the slits 19 when the slurry is poured into the separator channel rows 18 as described later. Since the leakage of the slurry can be prevented to some extent by adjusting the viscosity of the slurry, the width of the slits 19, 19 ...
The thickness may be 0.05 mm to 0.5 mm depending on the slurry viscosity.
【００４４】そしてこのジルコニアハニカム成形体を１
５００℃〜１７００℃の温度で焼成すれば、イットリア
（Ｙ２Ｏ３）がジルコニア（ＺｒＯ２ ）中に固溶化さ
れたイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）材料から成
るジルコニアハニカムが得られる。Then, this zirconia honeycomb formed body was
By firing at a temperature of 500 ° C. to 1700 ° C., a zirconia honeycomb made of a yttria-stabilized zirconia (YSZ) material in which yttria (Y 2 O 3 ) is dissolved in zirconia (ZrO 2 ) is obtained.
【００４５】次にこのジルコニアハニカムに燃料極、空
気極あるいはセパレータを形成するに当たっては、いわ
ゆるスラリーコーティング法が採られる。すなわち、セ
パレータチャネル列１８，１８…の形成に際しては、他
のチャネル列のチャネル孔をシールして塞いでおいて、
セパレータチャネルを形成するハニカムチャネルの内壁
面にランタンクロマイト（ＬａＣｒＯ３ ）あるいはラ
ンタンクロマイト系に電子導電性、焼結性の改善のた
め、ランタン（Ｌａ）やクロム（Ｃｒ）の一部をアルカ
リ土類金属やニッケル（Ｎｉ）で置換した酸化物（Ｌａ
１−ｘＣａｘＣｒ １−ｙＮｉｙＯ３：ｘ＝０〜０．２、
ｙ＝０〜０．１） のスラリーを流しこむ。Next, the zirconia honeycomb has a fuel electrode and an empty space.
When forming the air electrode or separator,
A loose slurry coating method is employed. That is,
In forming the parator channel rows 18, 18,...
Seal and close the channel hole of the channel row of
Inner wall of honeycomb channel forming separator channel
Lanthanum chromite (LaCrO)3 ) Or la
Electron conductivity and sinterability have been improved for
Lanthanum (La) and part of chrome (Cr)
Oxide (La) substituted with earth metal or nickel (Ni)
1-xCaxCr 1-yNiyO3: X = 0 to 0.2,
(y = 0 to 0.1).
【００４６】この時、スリット１９、１９…の幅及びス
ラリーの粘度が適正であれば、スリット１９、１９…を
有するチャネル列に流し込んだスラリーがスリット１
９、１９…から漏れ出すことはない。スリット１９、１
９…を有するチャネル列にスラリーを注入した後、乾燥
し、さらに１４５０℃で焼成することにより、セパレー
タチャネル列１８、１８…形成される。At this time, if the width of the slits 19, 19 and the viscosity of the slurry are appropriate, the slurry poured into the channel row having the slits 19, 19
9, 19 ... does not leak. Slit 19, 1
After the slurry is poured into the channel row having the row numbers 9 and 9, the slurry is dried and further baked at 1450 ° C., whereby the separator channel rows 18 are formed.
【００４７】また、燃料極チャネル列１４，１４…の形
成に際しては、同様に他のチャネル列のチャネル孔をシ
ールして塞いでおいて、燃料極を形成するハニカムチャ
ネルの内壁面にニッケル（Ｎｉ）４０重量％−ジルコニ
ア（ＺｒＯ２ ）６０重量％のニッケル−イットリア安
定化ジルコニア（Ｎｉ−ＹＳＺ）粉末を泥状にしたスラ
リーを５０μｍ程度の厚さになるように流すか、このス
ラリー材料中に浸漬してハニカムチャネルの内壁面にそ
のスラリーをやはりその厚さが５０μｍ程度になるよう
に付着させる。そしてそのスラリーを乾燥させた後、１
２００℃〜１４００℃の温度で焼成することにより燃料
極チャネル列１４，１４…が形成される。When the fuel electrode channel rows 14, 14,... Are formed, the channel holes of the other channel rows are similarly sealed and closed, and nickel (Ni) is formed on the inner wall surface of the honeycomb channel forming the fuel electrode. ) 40% by weight of zirconia (ZrO 2 ) 60% by weight of nickel-yttria-stabilized zirconia (Ni-YSZ) powder made into a slurry having a thickness of about 50 μm is flown into the slurry, The slurry is immersed and adhered to the inner wall surface of the honeycomb channel so that its thickness is also about 50 μm. Then, after drying the slurry, 1
By firing at a temperature of 200 ° C. to 1400 ° C., the fuel electrode channel rows 14 are formed.
【００４８】さらに、空気極チャネル列１６，１６…の
形成に際しては、同様に他のチャネル列のチャネル孔を
塞ぎ空気極を形成するハニカムチャネルの内壁面にラン
タンストロンチウムマンガナイト（Ｌａ１−ｘＳｒｘＭ
ｎＯ３：ｘ＝０．１〜０．４） のスラリーをその厚さ
が５０μｍ程度になるように流して付着させる。そし
て、それを乾燥し、１１５０℃〜１２００℃程度の温度
で焼成すれば、空気極チャネル列１６，１６…が形成さ
れる。尚、空気極の材料の配合比率としては、ランタン
９０〜６０モル％に対し、ストロンチウム１０〜４０モ
ル％程度とするのが適当である。Further, when forming the air electrode channel rows 16, 16,..., The lanthanum strontium manganite (La 1-x Sr) is similarly formed on the inner wall surface of the honeycomb channel that blocks the channel holes of the other channel rows and forms the air electrode. x M
(nO 3 : x = 0.1 to 0.4) is applied by flowing so that the thickness thereof becomes about 50 μm. Then, if it is dried and fired at a temperature of about 1150 ° C. to 1200 ° C., the air electrode channel rows 16 are formed. The mixing ratio of the air electrode material is preferably about 10 to 40 mol% of strontium with respect to 90 to 60 mol% of lanthanum.
【００４９】尚、焼成は、焼成温度の高い順序、すなわ
ち、セパレータチャネル列１８、１８…、燃料極チャネ
ル列１４、１４…、及び空気極チャネル列１６、１６…
の順に行うようにすることが望ましいが、各チャネル列
の内壁面に塗布する材料の組成によっては、予め全ての
チャネル列にスラリーを塗布した後、最後に一度に行う
ようにしてもよい。The firing is performed in the order of higher firing temperatures, that is, the separator channel rows 18, 18,..., The fuel electrode channel rows 14, 14,.
However, depending on the composition of the material applied to the inner wall surface of each channel row, the slurry may be applied to all the channel rows in advance, and then may be performed at once at the end.
【００５０】また、安定化材料としてスカンジウム（Ｓ
ｃ）の粉末粒子を適用する場合には、特開平７−６７７
４号公報に開示されているようにジルコニア（ＺｒＯ２
）とスカンジア（Ｓｃ２Ｏ３）とを、スカンジア（Ｓ
ｃ２Ｏ３）の配合比率が８〜１５モル％になるように調
整すればよい。Scandium (S) is used as a stabilizing material.
When the powder particles of c) are applied, see JP-A-7-677.
As disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 4 (1999) -2004, zirconia (ZrO 2
) And scandia (Sc 2 O 3 ) are converted to scandia (S
mixing ratio of c 2 O 3) may be adjusted to 8-15 mol%.
【００５１】図３は、図１及び図２に示したハニカム一
体構造のＳＯＦＣ１０が実際に燃料電池として使用され
るときのその全体構成を示す分解斜視図である。同図に
示すようにＳＯＦＣ１０は、上述のハニカム構造体の開
放両端にそれぞれ押え板２６ａ，２６ｂを介して燃料ガ
スや空気を供給するガス供給板２８ａと燃料ガスや空気
を排出するガス排出板２８ｂが設けられている。そし
て、押え板２６ａにはそれぞれ図４に示すように燃料ガ
ス導入孔３０，３０…及び空気導入孔３２，３２…がそ
れぞれ図１に示したハニカム構造体の燃料極チャネル列
１４，１４…のチャネル及び空気極チャネル列１６，１
６…のチャネルに対応して横一列に設けられている。FIG. 3 is an exploded perspective view showing the entire structure of the SOFC 10 having the honeycomb integral structure shown in FIGS. 1 and 2 when actually used as a fuel cell. As shown in FIG. 1, the SOFC 10 has a gas supply plate 28a for supplying fuel gas and air via pressing plates 26a and 26b at both open ends of the above-mentioned honeycomb structure, and a gas discharge plate 28b for discharging fuel gas and air. Is provided. As shown in FIG. 4, the presser plate 26a has fuel gas introduction holes 30, 30,... And air introduction holes 32, 32, respectively, of the fuel electrode channel rows 14, 14,... Of the honeycomb structure shown in FIG. Channel and cathode channel rows 16,1
6 are provided in a horizontal row corresponding to the channels.
【００５２】そしてガス供給板２８ａには、燃料ガス
（Ｈ２ ）をこのＳＯＦＣ１０に導入するための燃料ガ
ス導入管３４と、同じくこのＳＯＦＣ１０に空気ガス
（Ａｉｒ）を導入するための空気導入管３６が取り付け
られる。また、ガス排出板２８ｂには、このＳＯＦＣ１
０に導入された燃料ガス（Ｈ２ ）を排出するための燃
料ガス排出管３８と、同じくこのＳＯＦＣ１０に導入さ
れた空気を排出するための空気排出管４０がそれぞれ設
けられている。The gas supply plate 28a has a fuel gas introduction pipe 34 for introducing the fuel gas (H 2 ) into the SOFC 10 and an air introduction pipe 36 for introducing the air gas (Air) into the SOFC 10 as well. Is attached. Further, the SOFC1 is provided on the gas discharge plate 28b.
A fuel gas discharge pipe 38 for discharging the fuel gas (H 2 ) introduced into the SOFC 10 and an air discharge pipe 40 for discharging the air similarly introduced into the SOFC 10 are provided.
【００５３】すなわち、前記燃料ガス導入孔３０，３０
…は、燃料極チャネル列１４，１４…の各ハニカムチャ
ネルの燃料ガス流路２２，２２…に連通して設けられ、
また、空気導入孔３２，３２…は、空気極チャネル列１
６，１６…の各ハニカムチャネルの空気流路２４，２４
…に連通して設けられている。同様にして、押え板２６
ｂには、燃料ガス排出孔４２，４２…と空気排出孔４
４，４４…とが各々燃料ガス流路２２，２２…と空気流
路２４，２４…とに連通して設けられている。That is, the fuel gas introduction holes 30, 30
... are provided in communication with the fuel gas flow paths 22, 22, ... of the respective honeycomb channels of the fuel electrode channel rows 14, 14, ...
The air introduction holes 32, 32,...
Air passages 24, 24 of each of the honeycomb channels 6, 16,...
… Are provided. Similarly, the holding plate 26
. b and the fuel gas discharge holes 42, 42.
Are provided in communication with the fuel gas passages 22, 22, and the air passages 24, 24, respectively.
【００５４】またガス供給板２８ａには、図５に示すよ
うに、櫛歯状の燃料ガス供給路４６が設けられており、
これは、燃料ガス導入管３４を介して導入される燃料ガ
ス（Ｈ２ ）を燃料ガス導入孔３０，３０…を介して燃
料極チャネル列１４，１４…の各チャネル内に形成され
る燃料ガス流路２２，２２…へ供給するものである。ま
た、このガス供給板２８ａには前記燃料ガス供給路４６
と互い違いに交差するように、やはり櫛歯状の空気供給
路４８が設けられており、これにより、空気導入管３６
を介して導入される空気が空気導入孔３２，３２…を介
して空気極チャネル列１６，１６…の各チャネル内に形
成される空気流路２４，２４…へ供給されるようになっ
ている。As shown in FIG. 5, a comb-shaped fuel gas supply passage 46 is provided in the gas supply plate 28a.
This means that the fuel gas (H 2 ) introduced through the fuel gas introduction pipe 34 is supplied through the fuel gas introduction holes 30, 30. Are supplied to the flow paths 22, 22,. The gas supply plate 28a is connected to the fuel gas supply passage 46.
A comb-shaped air supply passage 48 is also provided so as to alternately intersect with the air supply pipe 36, and thereby the air introduction pipe 36 is provided.
Are supplied to the air flow paths 24 formed in each channel of the air electrode channel rows 16, 16... Through the air introduction holes 32, 32. .
【００５５】また、ガス排出板２８ｂには、燃料ガス流
路２２，２２…から燃料ガス排出孔４２，４２…を介し
て燃料ガス排出管３８へ反応後のガスを排出する燃料ガ
ス排出路５０が設けられるとともに、空気流路２４，２
４…から空気排出孔４４，４４…を介して空気排出管４
０へ反応後の空気を排出するやはり櫛歯状の空気排出路
５２が設けられており、これにより、空気導入管３６や
燃料ガス導入管３４を介して導入された空気や燃料ガス
の反応後の各ガスが空気排出管４０及び燃料ガス排出管
３８から排出されるようになっている。A fuel gas discharge passage 50 for discharging the reacted gas from the fuel gas passages 22 to the fuel gas discharge pipe 38 through the fuel gas discharge holes 42, 42 is provided in the gas discharge plate 28b. Are provided, and the air flow paths 24 and 2 are provided.
4 through the air discharge holes 44, 44,.
A comb-shaped air discharge passage 52 is also provided for discharging air after the reaction to zero, so that the air or fuel gas introduced through the air introduction pipe 36 or the fuel gas introduction pipe 34 reacts. Are discharged from the air discharge pipe 40 and the fuel gas discharge pipe 38.
【００５６】したがって、空気導入管３６、空気供給路
４８、空気導入孔３２、空気流路２４，２４…、空気排
出孔４４，４４…、空気排出路５２、空気排出管４０は
連通して設けられて空気流路を構成することになり、一
方、燃料ガス導入管３４、燃料ガス供給路４６、燃料ガ
ス導入孔３０，３０…、燃料ガス流路２２，２２…、燃
料ガス排出孔４２，４２…、燃料ガス排出路５０、燃料
ガス排出管３８もやはり連通して設けられて燃料ガス流
路を構成することになる。Therefore, the air introduction pipe 36, the air supply path 48, the air introduction hole 32, the air flow paths 24, 24, the air discharge holes 44, 44, the air discharge path 52, and the air discharge pipe 40 are provided in communication. The fuel gas introduction pipe 34, the fuel gas supply path 46, the fuel gas introduction holes 30, 30,..., The fuel gas flow paths 22, 22,. 42, the fuel gas discharge path 50 and the fuel gas discharge pipe 38 are also provided in communication with each other to form a fuel gas flow path.
【００５７】そして実際に使用される際には、例えば、
図３に矢示するＡ方向に電流が取り出されることになる
が、この場合にはＳＯＦＣ１０の側面に図６に示すよう
な電極端子板５４，５６が取り付けられることになる。When actually used, for example,
A current is taken out in a direction A shown by an arrow in FIG. 3. In this case, the electrode terminal plates 54 and 56 as shown in FIG.
【００５８】上記した構成において、固体電解質型燃料
電池（ＳＯＦＣ）の発電メカニズムは次の通りである。
すなわち、空気導入管３６から導入される空気が空気供
給路４８、空気導入孔３２，３２…を経てＳＯＦＣ１０
の空気極チャネル列１６，１６…の空気極（Ｌａ１−ｘ
ＳｒｘＯ３） と接触すると、その空気極チャネル列１
６，１６…で酸素イオン（Ｏ２−）が生成される。In the above configuration, the power generation mechanism of the solid oxide fuel cell (SOFC) is as follows.
That is, the air introduced from the air introduction pipe 36 passes through the air supply path 48 and the air introduction holes 32, 32,.
The air electrode (La 1-x
Sr x O 3 ), the air electrode channel row 1
At 6, 16,..., Oxygen ions (O 2− ) are generated.
【００５９】そうするとこの空気極チャネル列１６，１
６…の空気極で発生した酸素イオン（Ｏ２−）が対応す
る燃料極チャネル列１４，１４…の対応するハニカムチ
ャネル内の燃料極に向けてハニカムチャネル１２，１２
…の壁内部を移動し、その対応する燃料極チャネル列１
４，１４…の燃料極に到達する。Then, the air electrode channel rows 16, 1
Oxygen ions (O 2− ) generated at the air electrodes No. 6 toward the corresponding fuel channels in the corresponding honeycomb channels of the corresponding fuel electrode channel rows 14, 14.
… Move inside the wall of the corresponding anode channel 1
The fuel electrodes of 4, 14, ... are reached.
【００６０】一方、燃料極チャネル列１４，１４…の燃
料ガス流路２２，２２…には、やはり、燃料ガス導入管
３４から導入される水素ガス（Ｈ２ ）がガス供給板２
８ａの燃料ガス供給路４６を経て流れているので、空気
極チャネル列１６，１６…から移動してきた酸素イオン
（Ｏ２−）がその水素ガス（Ｈ２）と反応して水蒸気
（Ｈ２Ｏ）となり、電子が放出される。これにより発電
状態が得られる。On the other hand, the hydrogen gas (H 2 ) introduced from the fuel gas introduction pipe 34 is also supplied to the gas supply plate 2 in the fuel gas passages 22 of the fuel electrode channel rows 14.
8a, the oxygen ions (O 2− ) that have moved from the air electrode channel rows 16, 16,... React with the hydrogen gas (H 2 ) to produce water vapor (H 2 O). ), And electrons are emitted. Thereby, a power generation state is obtained.
【００６１】さらに、セパレータチャネル列１８、１８
の隔壁にはスリット１９、１９…が形成されているの
で、空気極はセパレータと直接接続され、セパレータは
次の単位電池の燃料極に直接接続されている。そのた
め、空気極で放出された電子は、隔壁を構成するジルコ
ニアよりも電気抵抗の小さいセパレータを介して、次の
単位電池の燃料極に移動する。その結果、電池全体の内
部抵抗が小さくなり、発電性能が向上する。そして反応
後の空気及び燃料ガスは、各々空気排出管４０及び燃料
ガス排出管３８を通って排出される。Further, the separator channel rows 18, 18
Are formed in the partition wall, the air electrode is directly connected to the separator, and the separator is directly connected to the fuel electrode of the next unit cell. Therefore, the electrons emitted from the air electrode move to the fuel electrode of the next unit cell via the separator having smaller electric resistance than zirconia constituting the partition. As a result, the internal resistance of the entire battery is reduced, and the power generation performance is improved. The air and fuel gas after the reaction are discharged through the air discharge pipe 40 and the fuel gas discharge pipe 38, respectively.
【００６２】図６は、上述のハニカム一体構造の固体電
解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）を適用した２ｋＷモジュー
ルの分解斜視図であり、断面四角形状のＳＯＦＣ１０
（１０ｃｍ×１０ｃｍ×２０ｃｍ）が４つ組み合わされ
て構成されている。その出力電力は１つ当り５００Ｗで
あり、図１に示したものと同様な発電メカニズムによっ
て発電状態が得られるものである。図６に示すようにＳ
ＯＦＣ１０の外側表面には電極端子板５４，５６がそれ
ぞれ対向して設けられており、発電された電気はこれら
の電極端子板５４，５６から、例えば矢示するＢ方向に
取り出される。FIG. 6 is an exploded perspective view of a 2 kW module to which the above-described solid electrolyte fuel cell (SOFC) having a honeycomb integrated structure is applied, and the SOFC 10 having a square cross section is shown.
(10 cm × 10 cm × 20 cm). The output power is 500 W per one, and a power generation state can be obtained by a power generation mechanism similar to that shown in FIG. As shown in FIG.
Electrode terminal plates 54 and 56 are provided on the outer surface of the OFC 10 so as to face each other, and the generated electricity is extracted from these electrode terminal plates 54 and 56 in, for example, a direction B shown by an arrow.
【００６３】すなわち、同図においてＳＯＦＣ１０の下
部に図示する部材には燃料ガス供給路４６や空気供給路
４８の他、空気導入管３６や燃料ガス導入管３４等が設
けられ、上述した押え板２６ａとガス供給板２８ａとを
組み合わせたような構成になっている。さらに、ＳＯＦ
Ｃ１０の上部に図示する部材には、空気排出管４０や燃
料ガス排出管３８の他、図示せぬ燃料ガス排出路５０や
空気排出路５２等が設けられ、上述した押え板２６ｂと
ガス排出板２８ｂとを組み合わせたような構成になって
いる。That is, in the figure, a member shown below the SOFC 10 is provided with an air introduction pipe 36, a fuel gas introduction pipe 34, and the like in addition to the fuel gas supply path 46 and the air supply path 48. And a gas supply plate 28a. Furthermore, SOF
The member illustrated above the C10 is provided with a fuel gas discharge path 50, an air discharge path 52, and the like (not shown) in addition to the air discharge pipe 40 and the fuel gas discharge pipe 38. 28b.
【００６４】ＳＯＦＣ１０を適用してさらに大容量の電
力を得るには、図７に示すように、図６に示した２ｋＷ
モジュールを空気／燃料ガス流路に沿った方向に５つ積
層して１０ｋＷモジュールとし、これにより得られた１
０ｋＷモジュールを積層した方向の大きさが変わらない
ように４つ組み合わせてさらに大きな断面四角形状を呈
する構成にする。各モジュールを組み合わせる際にはブ
スバー５８等の各種の接続部材を用いたり、空気導入管
３６や空気排出管４０に接続部材としての機能をもたせ
るようにすることができる。In order to obtain a larger electric power by applying the SOFC 10, as shown in FIG. 7, as shown in FIG.
Five modules were stacked in the direction along the air / fuel gas flow path to form a 10 kW module, and the 1
In order to keep the size in the direction in which the 0 kW modules are stacked, four are combined so as to form a configuration having a larger cross-sectional square shape. When assembling the modules, various connecting members such as a bus bar 58 can be used, or the air introducing pipe 36 and the air discharging pipe 40 can have a function as a connecting member.
【００６５】次に、本発明の他のハニカム構造の断面形
態についての実施例について図８乃至図１２を参照して
説明する。これら図８乃至図１２に示されるハニカム一
体構造は、いずれも図１に示したものと同様に押し出し
成形処理及び焼成処理を経て一体的に成形されるもので
ある。Next, another embodiment of the honeycomb structure according to the present invention will be described with reference to FIGS. Each of the honeycomb integrated structures shown in FIGS. 8 to 12 is integrally formed through an extrusion forming process and a firing process similarly to the one shown in FIG.
【００６６】図８に示したものは断面多角形状として六
角形状にしたものの例であり、図９に示したものは断面
多角形状として斜め格子状の正方形状にしたものの例で
ある。これらはいずれも図１に示したものと同様、ジル
コニアハニカム構造体には横方向に同極のハニカムチャ
ネルあるいはセパレータチャネルが配列され、縦方向に
単電池を構成する燃料極チャネル列（Ａ）１４，１４…
と、空気極チャネル列（Ｃ）１６，１６…と、各単電池
を電気的に接続するセパレータチャネル列（Ｓ）１８，
１８…とが順次積層状に形成された構成となっている。FIG. 8 shows an example of a hexagonal cross-sectional polygonal shape, and FIG. 9 shows an example of a diagonal lattice-shaped square cross-sectional polygonal shape. In each of these, similarly to the one shown in FIG. 1, the zirconia honeycomb structure is provided with honeycomb channels or separator channels having the same polarity in the horizontal direction, and the fuel electrode channel rows (A) 14 constituting the unit cells in the vertical direction. , 14 ...
, An air electrode channel array (C) 16, 16,..., And a separator channel array (S) 18,
18 are sequentially formed in a laminated shape.
【００６７】この場合において、燃料極チャネル列１
４，１４…及び空気極チャネル列１６，１６…の電極は
図１に示したものと同様にハニカムチャネル内壁面２
０，２０…の全体に電極材料がコーティングされて形成
される。そして、図８及び図９に線示する部位Ｇ，Ｄで
発電される。In this case, the fuel electrode channel row 1
The electrodes of the cathode channel arrays 16, 16,... Are similar to those shown in FIG.
The electrode material is coated on the entirety of 0, 20,.... Then, electric power is generated at portions G and D shown in FIGS. 8 and 9.
【００６８】さらに、図８及び図９において、セパレー
タチャネル列１８、１８…と空気極チャネル列１６、１
６…とは、２つの隔壁により仕切られているが、その内
の一方にスリット１９、１９…が設けられている。ま
た、セパレータチャネル列１８、１８…と燃料極チャネ
ル列１４、１４…も同様に、２つの隔壁により仕切られ
ているが、その内の一方にスリット１９、１９…が設け
られている。Further, in FIGS. 8 and 9, the separator channel rows 18, 18,...
6 are divided by two partition walls, and one of them is provided with slits 19, 19,. Similarly, the separator channel rows 18, 18 and the fuel electrode channel rows 14, 14 are also partitioned by two partition walls, and one of them is provided with slits 19, 19 ...
【００６９】このような構造としたのは、セパレータチ
ャネル列１８、１８…と空気極チャネル列１６、１６…
あるいは燃料極チャネル列１４、１４…との間の隔壁の
全てについてスリット１９、１９…を設けると、図１０
に示すように、隔壁の一部１３ａ、１３ａ…及び１３
ｂ、１３ｂ…が他の部分から完全に遊離するため、遊離
した部分を何らかの手段により支持した状態でセパレー
タ材料からなるスラリーをチャネル内部に流し込む必要
があり、製造工程が煩雑となるためである。.. Having such a structure, the separator channel rows 18, 18... And the cathode channel rows 16, 16,.
Alternatively, if the slits 19, 19,... Are provided for all the partition walls between the fuel electrode channel rows 14, 14,.
, 13a, 13a... And 13
Since b, 13b,... are completely released from other portions, it is necessary to flow a slurry made of a separator material into the channel while supporting the released portions by some means, which complicates the manufacturing process.
【００７０】次いで、図１１に示したものは、燃料極チ
ャネル列（Ａ）１４，１４…と空気極チャネル列（Ｃ）
１６，１６…のハニカムチャネル１２，１２…の断面形
状は三角形であって、断面形状が四角形あるいは菱形形
状のセパレータチャネル列（Ｓ）１８，１８…が燃料極
チャネル列（Ａ）１４，１４…と空気極チャネル列
（Ｃ）１６，１６…との間に配列されたものである。Next, FIG. 11 shows a fuel electrode channel array (A) 14, 14,... And an air electrode channel array (C).
The cross-sectional shape of the honeycomb channels 12, 16, ... is triangular, and the separator channel rows (S) 18, 18, ... having a quadrangular or rhombic cross-sectional shape are the fuel electrode channel rows (A) 14, 14, ... And the air electrode channel rows (C) 16, 16,....
【００７１】なお、セパレータチャネル列１８、１８…
と空気極チャネル列１６、１６…とを仕切る２つの隔壁
の内の一方と、セパレータチャネル列１８、１８…と燃
料極チャネル列１４、１４…とを仕切る２つの隔壁の内
の一方にスリット１９、１９…が設けられている点は、
図８及び図９と同様である。The separator channel rows 18, 18,...
, And one of the two partition walls separating the separator channel rows 18, 18,... And the fuel electrode channel rows 14, 14,. , 19 ... are provided.
This is similar to FIGS. 8 and 9.
【００７２】また、図１２に示したものは、燃料極チャ
ネル列（Ａ）１４，１４…、空気極チャネル列（Ｃ）１
６，１６…及びセパレータチャネル列（Ｓ）１８，１８
…の各ハニカムチャネルの断面形状がすべて三角形であ
って、それぞれのハニカムチャネルがそのチャネル壁を
共用して連設されているものであり、単位体積当りの燃
料極及び空気極の表面積が多く取れる構成になってい
る。そのため高い発電特性が必要な場合に好適である。FIG. 12 shows the fuel electrode channel arrays (A) 14, 14,..., The air electrode channel arrays (C) 1
, And the separator channel row (S) 18, 18
Are all triangular in cross-sectional shape, and the honeycomb channels are connected and connected so as to share their channel walls, so that the surface area of the fuel electrode and the air electrode per unit volume can be increased. It has a configuration. Therefore, it is suitable when high power generation characteristics are required.
【００７３】なお、図１２の場合、セパレータチャネル
列１８、１８…と空気極チャネル列１６、１６…とを仕
切る隔壁、及びセパレータチャネル列１８、１８…と燃
料極チャネル列１４、１４…とを仕切る隔壁にスリット
１９、１９…が設けられると共に、セパレータチャネル
列１８、１８…間を仕切る隔壁のいずれか一方にもスリ
ット１９、１９…が設けられている。In the case of FIG. 12, the partition walls separating the separator channel rows 18, 18 and the air electrode channel rows 16, 16 and the separator channel rows 18, 18 and the fuel electrode channel rows 14, 14. The slits 19, 19,... Are provided in the partition walls, and the slits 19, 19,.
【００７４】また、図１１及び図１２の場合に取り付け
られる電極は上述のように各壁面全体にコーティングし
て形成される。そして、これらの図に線示する部位Ｅ，
Ｆに位置する各ハニカムチャネルの内壁面において発電
される。The electrodes attached in the case of FIG. 11 and FIG. 12 are formed by coating the entire wall surface as described above. Then, the parts E, shown in these figures,
Electric power is generated on the inner wall surface of each honeycomb channel located at F.
【００７５】（実施例１）正方形のチャネルを縦横に列
設したハニカム状に押し出したジルコニア成形体（未焼
成）の隔壁の内、セパレータチャネル列と燃料極チャネ
ル列の間、及びセパレータチャネル列と空気極チャネル
列との間の隔壁をワイヤーでカットし、スリットを形成
した後、脱脂し、１６００℃で焼成してジルコニア単味
のスリット入りハニカムとした。(Example 1) Among the partition walls of a zirconia molded body (unfired) extruded in a honeycomb shape in which square channels are arranged vertically and horizontally, between the separator channel row and the fuel electrode channel row, and between the separator channel row and the separator channel row. The partition wall between the air electrode channel row was cut with a wire to form a slit, degreased, and fired at 1600 ° C. to obtain a zirconia-only honeycomb with slits.
【００７６】次に、セパレータチャネル列にランタンク
ロマイトを注入して乾燥・焼成（１４５０℃）し、次い
で燃料極チャネル列にＮｉ／ＹＳＺを注入して乾燥・焼
成（１３００℃）し、さらに、空気極チャネル列にラン
タンマンガナイトを注入して乾燥・焼成（１２００℃）
することにより、図１に示すような形状を有する固体電
解質型燃料電池を作製した。なお、ハニカムの外形は、
２０ｘ２０ｘ１５ｍｍとし、単位電池を３段に積み重ね
た構造とした。Next, lanthanum chromite is injected into the separator channel row and dried and fired (1450 ° C.). Then, Ni / YSZ is injected into the fuel electrode channel row and dried and fired (1300 ° C.). Inject lanthanum manganite into the pole channel row and dry and fire (1200 ° C)
As a result, a solid oxide fuel cell having a shape as shown in FIG. 1 was produced. The outer shape of the honeycomb is
The size was set to 20 × 20 × 15 mm, and the unit batteries were stacked in three stages.
【００７７】（比較例１）ハニカム成形体の隔壁にスリ
ットを入れなかった以外は、実施例１と同様の手順によ
り、固体電解質型燃料電池を作製した。Comparative Example 1 A solid oxide fuel cell was manufactured in the same procedure as in Example 1 except that no slit was formed in the partition wall of the formed honeycomb body.
【００７８】実施例１及び比較例１で得られた各固体電
解質型燃料電池について、開回路起電圧、最大出力、出
力密度及び抵抗値を測定した。結果を表１に示す。With respect to each of the solid oxide fuel cells obtained in Example 1 and Comparative Example 1, the open circuit electromotive voltage, the maximum output, the output density, and the resistance were measured. Table 1 shows the results.
【００７９】[0079]
【表１】 [Table 1]
【００８０】スリットを有しない比較例１では、開回路
電圧は１．５（Ｖ）、電池の内部抵抗は４．０（Ω）で
あるのに対し、スリットを備えた実施例１では、開回路
起電圧は２．２（Ｖ）、電池の内部抵抗は１．５（Ω）
となった。また、これに対応して、最大出力は、前者の
０．２（Ｗ）に対し、後者は０．８５（Ｗ）に向上し、
さらに、出力密度は５倍に向上した。In Comparative Example 1 having no slit, the open circuit voltage was 1.5 (V) and the internal resistance of the battery was 4.0 (Ω), while in Example 1 having the slit, the open circuit voltage was 1.5 (V). The circuit electromotive voltage is 2.2 (V), and the internal resistance of the battery is 1.5 (Ω).
It became. Correspondingly, the maximum output is improved to 0.85 (W) from the former 0.2 (W),
In addition, the power density has increased by a factor of five.
【００８１】実施例１で得られたスリット入りハニカム
固体電解質型燃料電池の発電特性を図１３に示す。スリ
ット入りハニカム固体電解質型燃料電池は、電流値が約
０．８（Ａ）のところで出力は最大値０．８５（Ｗ）を
示していることがわかる。各単位電池の出力は０．３
（Ｗ）であり、三層で０．９（Ｗ）であることから、ス
リットのない比較例１では、電池で発生した電力の７８
％がロスしていたことになるが、スリットを設けた実施
例１では電力ロスはわずか６％であり、スリットを形成
することにより、セパレータチャネルでの電力ロスを大
幅に削減できることがわかった。FIG. 13 shows the power generation characteristics of the honeycomb solid oxide fuel cell with slits obtained in Example 1. It can be seen that the output of the honeycomb solid oxide fuel cell with slits shows a maximum value of 0.85 (W) at a current value of about 0.8 (A). The output of each unit battery is 0.3
(W) and 0.9 (W) for the three layers, and in Comparative Example 1 having no slit, the electric power generated by the battery was 78%.
%, The power loss was only 6% in Example 1 in which the slit was provided, and it was found that the power loss in the separator channel could be significantly reduced by forming the slit.
【００８２】以上本発明の各実施例について説明した
が、上述のように、セパレータチャネル列にスリットを
設けることにより、空気極と燃料極とをセパレータを介
して直接連結するようにしたので、セパレータチャネル
での電力ロスを大幅に削減できる。しかも、ハニカム構
造体は単一材料で一体的に構成されているため、積層電
池内に他材料からなる構成部材の接触部が必要なくな
り、接触抵抗による電力ロスが少なくなる。また、各積
層電池内の燃料ガス流路や空気流路は、直線状の流路に
なるから圧力損失が少なくなるという利点がある。Although the embodiments of the present invention have been described above, the air electrode and the fuel electrode are directly connected via the separator by providing slits in the separator channel row as described above. The power loss in the channel can be significantly reduced. In addition, since the honeycomb structure is integrally formed of a single material, a contact portion of a component made of another material is not required in the stacked battery, and power loss due to contact resistance is reduced. In addition, since the fuel gas flow path and the air flow path in each stacked cell are linear flow paths, there is an advantage that pressure loss is reduced.
【００８３】さらに、固体電解質型燃料電池（ＳＯＦ
Ｃ）自体は、多数のハニカムチャネルから構成される薄
肉の構造体であるが、単一材料で一体的に構成されるこ
とが極めて高い構造強度に寄与している。このため、セ
リア（ＣｅＯ２ ）などのように比較的強度が低い材料
でも信頼性が高い構造体が形成される。また、ガスシー
ル特性に関しては、燃料ガス流路や空気流路に沿った内
壁面は外雰囲気に対して完全にガスシールが実現される
からガスシールのための特別な構造は必要なくなるとい
う設計上の利点がある。一方、断面多角形状をした両端
面はガスシールが必要であるが、シールされる部位は規
則的な形状をしているからガスシールは容易である。Further, a solid oxide fuel cell (SOF)
C) itself is a thin-walled structure composed of a large number of honeycomb channels, but being integrally formed of a single material contributes to extremely high structural strength. Therefore, a highly reliable structure is formed even with a material having relatively low strength such as ceria (CeO 2 ). As for the gas seal characteristics, the inner wall along the fuel gas flow path and air flow path is completely gas-sealed against the outside atmosphere, so no special structure for gas seal is required. There are advantages. On the other hand, both ends having a polygonal cross-section need gas seals, but since the parts to be sealed have a regular shape, gas seals are easy.
【００８４】しかも、イットリア安定化ジルコニア（Ｙ
ＳＺ）の一体構造であるから従来のように各電極材料の
熱膨張係数の差を考慮した材料設計が必要なくなるとい
う利点がある。したがって、他の材料（たとえば、セリ
ア（ＣｅＯ２ ））の適用も容易に可能になる。In addition, yttria-stabilized zirconia (Y
Since the integrated structure of SZ) is used, there is an advantage that the material design in consideration of the difference in the coefficient of thermal expansion of each electrode material is not required unlike the related art. Therefore, application of other materials (for example, ceria (CeO 2 )) can be easily performed.
【００８５】尚、本発明は、上記した実施の形態に何ら
限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範
囲で種々の改変が可能である。例えば、上記の実施例に
おいてはハニカム構造体の材料として、イットリア安定
化ジルコニア（Ｙ２Ｏ３ Ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ Ｚｒ
Ｏ２） あるいはスカンジア安定化ジルコニア（Ｓｃ ２
Ｏ３ Ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ ＺｒＯ２ ）を適用する
ようにしたが、これに限られる事なく、イッテルビウム
（Ｙｂ）をドープしたジルコニア（ＺｒＯ２）等の固体
電解質や、カドリニウム（Ｇｄ）、サマリウム（Ｓ
ｍ）、イットリウム（Ｙ）をドープした酸化セリウム
（ＣｅＯ２ ）等、酸素イオン（Ｏ２−）を透過する固
体電解質が一般に適用できる。The present invention is not limited to the above-described embodiment.
The scope of the present invention is not limited and does not depart from the gist of the present invention.
Various modifications are possible in the box. For example, in the above example
As a material for the honeycomb structure
Zirconia (Y2O3 Stabilized Zr
O2) Or Scandia stabilized zirconia (Sc 2
O3 Stabilized ZrO2 Apply
As mentioned above, without being limited to this, Ytterbium
Zirconia doped with (Yb) (ZrO2) Etc. solid
Electrolyte, cadmium (Gd), samarium (S
m), cerium oxide doped with yttrium (Y)
(CeO2 ), Oxygen ions (O2-) Penetrating solid
Body electrolytes are generally applicable.
【００８６】[0086]
【発明の効果】本発明のハニカム一体構造の固体電解質
型燃料電池（ＳＯＦＣ）によれば、断面多角形状をした
多数のハニカムチャネルが縦横に列設されるハニカム構
造体を固体電解質材料により一体的に形成すると共に、
セパレータチャネル列と燃料極チャネル列及び空気極チ
ャネル列の間の隔壁にスリットを設けたので、構造強度
に優れ、接触抵抗による電力ロスの低減等を図ることが
できることはもとより、セパレータチャネルでの電力ロ
スを大幅に削減することが可能となる。このＳＯＦＣに
よればハニカム構造体は単一材料で製造されるため、生
産コストの低廉化はもとより大量生産が図られることに
なる。したがって、このような固体電解質型燃料電池
（ＳＯＦＣ）を生産することは産業上極めて有益であ
る。According to the solid oxide fuel cell (SOFC) having a honeycomb integral structure of the present invention, a honeycomb structure in which a large number of honeycomb channels having a polygonal cross section are arranged vertically and horizontally is integrally formed of a solid electrolyte material. Along with
Since slits are provided in the partition walls between the separator channel row, the fuel electrode channel row, and the air electrode channel row, the structure has excellent structural strength and can reduce power loss due to contact resistance. Loss can be greatly reduced. According to this SOFC, since the honeycomb structure is manufactured from a single material, mass production can be achieved as well as reduction in production cost. Therefore, producing such a solid oxide fuel cell (SOFC) is extremely beneficial in industry.
【図１】本発明の一実施の形態に係るハニカム一体構造
の固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の外観斜視図であ
る。FIG. 1 is an external perspective view of a solid oxide fuel cell (SOFC) having a honeycomb integral structure according to an embodiment of the present invention.
【図２】図１に示したハニカム一体構造の固体電解質型
燃料電池（ＳＯＦＣ）の正面拡大図である。FIG. 2 is an enlarged front view of the solid oxide fuel cell (SOFC) having a honeycomb integral structure shown in FIG.
【図３】本発明の一実施の形態に係るハニカム一体構造
の固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の分解斜視図であ
る。FIG. 3 is an exploded perspective view of a solid oxide fuel cell (SOFC) having a honeycomb integral structure according to an embodiment of the present invention.
【図４】図３に示した押え板２６ａ，２６ｂの平面図で
ある。FIG. 4 is a plan view of the holding plates 26a and 26b shown in FIG.
【図５】図３に示したガス供給板２８ａ及びガス排出板
２８ｂの平面図である。FIG. 5 is a plan view of a gas supply plate 28a and a gas discharge plate 28b shown in FIG.
【図６】本発明の一実施の形態に係るハニカム一体構造
の固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）による２ｋＷモジ
ュールの分解斜視図である。FIG. 6 is an exploded perspective view of a 2 kW module using a solid oxide fuel cell (SOFC) having a honeycomb integral structure according to an embodiment of the present invention.
【図７】本発明の一実施の形態に係るハニカム一体構造
の固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）による４０ｋＷス
タックの組立構成図である。FIG. 7 is an assembly configuration diagram of a 40 kW stack using a solid oxide fuel cell (SOFC) having a honeycomb integral structure according to an embodiment of the present invention.
【図８】本発明の他の実施の形態に係るハニカム構造
（六角形）を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a honeycomb structure (hexagon) according to another embodiment of the present invention.
【図９】本発明の他の実施の形態に係るハニカム構造
（斜め格子状）を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a honeycomb structure (oblique lattice shape) according to another embodiment of the present invention.
【図１０】図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、それぞ
れ、図８及び図９に示すハニカム構造のセパレータチャ
ネルと燃料極チャネルの間、及びセパレータチャネルと
空気極チャネルとの間の隔壁の全てにスリットを入れた
状態を示す図である。FIGS. 10 (a) and 10 (b) show partition walls between the separator channel and the fuel electrode channel and between the separator channel and the air electrode channel of the honeycomb structure shown in FIGS. 8 and 9, respectively. It is a figure showing the state where a slit was put in all of.
【図１１】本発明の他の実施の形態に係るハニカム構造
（三角形と斜め格子状との組合せ）を示す図である。FIG. 11 is a view showing a honeycomb structure (combination of a triangle and an oblique lattice) according to another embodiment of the present invention.
【図１２】本発明の他の実施の形態に係るハニカム構造
（三角形）を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing a honeycomb structure (triangle) according to another embodiment of the present invention.
【図１３】スリット入りハニカム固体電解質型燃料電池
（ＳＯＦＣ）の発電特性を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing power generation characteristics of a honeycomb solid oxide fuel cell (SOFC) with slits.
【図１４】従来一般的に知られる積層構造の固体電解質
型燃料電池（ＳＯＦＣ）の外観斜視図である。FIG. 14 is an external perspective view of a conventional solid electrolyte fuel cell (SOFC) having a laminated structure.
１０ 固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ） １２ ハニカムチャネル １４ 燃料極チャネル列 １６ 空気極チャネル列 １８ セパレータチャネル列 １９ スリット ２０ ハニカムチャネル内壁面 ２２ 燃料ガス流路 ２４ 空気流路 Reference Signs List 10 solid oxide fuel cell (SOFC) 12 honeycomb channel 14 fuel electrode channel row 16 air electrode channel row 18 separator channel row 19 slit 20 honeycomb channel inner wall face 22 fuel gas flow path 24 air flow path
Claims (6)
ネルが縦横に列設されるハニカム構造体を固体電解質材
料により一体的に形成し、 ハニカムチャネル内壁面に燃料極が設けられた燃料極チ
ャネル列と、ハニカムチャネル内壁面に空気極が設けら
れた空気極チャネル列と、ハニカムチャネル内壁面にセ
パレータが設けられたセパレータチャネル列とを順次積
層状に形成すると共に、 前記セパレータチャネル列と前記燃料極チャネル列との
間の隔壁、及び前記セパレータチャネル列と前記空気極
チャネル列との間の隔壁にスリットを設けたことを特徴
とするハニカム一体構造の固体電解質型燃料電池。1. A fuel electrode channel array in which a honeycomb structure in which a large number of honeycomb channels having a polygonal cross section are arranged vertically and horizontally is integrally formed of a solid electrolyte material, and a fuel electrode is provided on an inner wall surface of the honeycomb channel. And an air electrode channel array in which an air electrode is provided on the inner wall surface of the honeycomb channel, and a separator channel array in which a separator is provided on the inner wall surface of the honeycomb channel are sequentially formed in a laminated shape, and the separator channel array and the fuel electrode are formed. A slit is provided in a partition wall between the channel row and a partition wall between the separator channel row and the air electrode channel row.
ルの断面形状は、三角形、四角形、六角形その他任意の
形状からなることを特徴とする請求項１に記載されるハ
ニカム一体構造の固体電解質型燃料電池。2. The solid electrolyte fuel according to claim 1, wherein a cross-sectional shape of each honeycomb channel of the honeycomb structure is a triangle, a quadrangle, a hexagon, or any other shape. battery.
ルの断面形状が正方形であって、ハニカムチャネル内壁
面に燃料極が設けられた燃料極チャネル列、ハニカムチ
ャネル内壁面に空気極が設けられた空気極チャネル列、
ハニカムチャネル内壁面にセパレータが設けられたセパ
レータチャネル列がそれぞれ斜め格子状に連設され、 前記スリットは、前記セパレータチャネル列と前記燃料
極チャネル列との間の隔壁の内のいずれか一方、及び前
記セパレータチャネル列と前記空気極チャネル列との間
の隔壁の内のいずれか一方に設けられていることを特徴
とする請求項１に記載されるハニカム一体構造の固体電
解質型燃料電池。3. An air channel in which each honeycomb channel of the honeycomb structure has a square cross-sectional shape, a fuel electrode channel row in which a fuel electrode is provided on an inner wall surface of the honeycomb channel, and an air electrode in which an air electrode is provided on an inner wall surface of the honeycomb channel. Pole channel row,
Separator channel rows provided with separators on the inner wall surface of the honeycomb channel are respectively connected in a diagonal lattice pattern, and the slit is one of partition walls between the separator channel row and the fuel electrode channel row, and 2. The solid oxide fuel cell having a honeycomb integrated structure according to claim 1, wherein the solid electrolyte fuel cell is provided on one of partition walls between the separator channel row and the air electrode channel row. 3.
と空気極チャネル列の各ハニカムチャネルの断面形状は
三角形、セパレータチャネル列の各ハニカムチャネルの
断面形状は斜め格子状であって、前記燃料極チャネル列
と空気極チャネル列のハニカムチャネルは一辺を共通と
して反対向きに設けられ、前記セパレータチャネル列の
ハニカムチャネルは前記燃料極チャネル列及び空気極チ
ャネル列の間に設けられ、 前記スリットは、前記セパレータチャネル列と前記燃料
極チャネル列との間の隔壁の内のいずれか一方、及び前
記セパレータチャネル列と前記空気極チャネル列との間
の隔壁の内のいずれか一方に設けられていることを特徴
とする請求項１に記載されるハニカム一体構造の固体電
解質型燃料電池。4. The cross-sectional shape of each honeycomb channel of the fuel electrode channel row and the air electrode channel row of the honeycomb structure is triangular, and the cross-sectional shape of each honeycomb channel of the separator channel row is an oblique lattice shape. The honeycomb channels of the channel row and the cathode channel row are provided in opposite directions with one side common, the honeycomb channels of the separator channel row are provided between the fuel electrode channel row and the air electrode channel row, and the slit is Either one of the partition walls between the separator channel row and the fuel electrode channel row, and one of the partition walls between the separator channel row and the air electrode channel row. The solid oxide fuel cell having a honeycomb integral structure according to claim 1.
列、空気極チャネル列及びセパレータチャネル列の各ハ
ニカムチャネルの断面形状はすべて三角形であって、そ
れぞれのハニカムチャネル列のハニカムチャネルはチャ
ネル壁を共用して連設され、 前記スリットは、前記セパレータチャネル列と前記燃料
極チャネル列との間の隔壁、前記セパレータチャネル列
と前記空気極チャネル列との間の隔壁、及び前記セパレ
ータチャネル列間の隔壁の内のいずれか一方に設けられ
ていることを特徴とする請求項１に記載されるハニカム
一体構造の固体電解質型燃料電池。5. The cross-sectional shape of each of the honeycomb channels of the fuel electrode channel row, the air electrode channel row, and the separator channel row is triangular, and the honeycomb channels of each honeycomb channel row share a channel wall. The slit is a partition between the separator channel row and the fuel electrode channel row, a partition between the separator channel row and the air electrode channel row, and a partition between the separator channel rows. 2. The solid oxide fuel cell having a honeycomb integral structure according to claim 1, wherein the solid electrolyte fuel cell is provided in any one of the following.
イットリア安定化ジルコニア又はスカンジア安定化ジル
コニアあるいはセリアのいずれか選択された一種である
ことを特徴とする請求項１乃至５に記載されるハニカム
一体構造の固体電解質型燃料電池。6. The honeycomb integrated body according to claim 1, wherein the solid electrolyte material of the honeycomb structure is one selected from the group consisting of yttria-stabilized zirconia, scandia-stabilized zirconia, and ceria. Solid electrolyte fuel cell with structure.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10102872A JPH11297342A (en) | 1998-04-14 | 1998-04-14 | Solid electrolyte fuel cell with honeycomb integrated structure |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10102872A JPH11297342A (en) | 1998-04-14 | 1998-04-14 | Solid electrolyte fuel cell with honeycomb integrated structure |
Publications (1)
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|---|---|
| JPH11297342A true JPH11297342A (en) | 1999-10-29 |
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ID=14338998
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10102872A Pending JPH11297342A (en) | 1998-04-14 | 1998-04-14 | Solid electrolyte fuel cell with honeycomb integrated structure |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11297342A (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007059239A (en) * | 2005-08-25 | 2007-03-08 | Kikusui Chemical Industries Co Ltd | Method for producing electrochemical cell |
| JP2007066546A (en) * | 2005-08-29 | 2007-03-15 | Hitachi Ltd | Cylindrical fuel cell |
| EP1612876A4 (en) * | 2003-03-14 | 2010-07-28 | Thinktank Phoenix Ltd | SOLID ELECTROLYSIS FUEL CELL OF HONEYCOMB TYPE |
| EP1662598A4 (en) * | 2003-06-30 | 2010-08-11 | Japan Energy Corp | FUEL CELL WITH REFORMING DEVICE |
| CN115073179A (en) * | 2021-03-16 | 2022-09-20 | 日本碍子株式会社 | Method for manufacturing honeycomb structure and method for manufacturing electrically heated carrier |
-
1998
- 1998-04-14 JP JP10102872A patent/JPH11297342A/en active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1612876A4 (en) * | 2003-03-14 | 2010-07-28 | Thinktank Phoenix Ltd | SOLID ELECTROLYSIS FUEL CELL OF HONEYCOMB TYPE |
| EP1662598A4 (en) * | 2003-06-30 | 2010-08-11 | Japan Energy Corp | FUEL CELL WITH REFORMING DEVICE |
| JP2007059239A (en) * | 2005-08-25 | 2007-03-08 | Kikusui Chemical Industries Co Ltd | Method for producing electrochemical cell |
| JP2007066546A (en) * | 2005-08-29 | 2007-03-15 | Hitachi Ltd | Cylindrical fuel cell |
| CN115073179A (en) * | 2021-03-16 | 2022-09-20 | 日本碍子株式会社 | Method for manufacturing honeycomb structure and method for manufacturing electrically heated carrier |
| US12194450B2 (en) | 2021-03-16 | 2025-01-14 | Ngk Insulators, Ltd. | Method for producing honeycomb structure and method for producing electrically heating support |
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