JPH11307109A - 円筒型固体電解質燃料電池およびその製造方法 - Google Patents

円筒型固体電解質燃料電池およびその製造方法

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JPH11307109A
JPH11307109A JP10110413A JP11041398A JPH11307109A JP H11307109 A JPH11307109 A JP H11307109A JP 10110413 A JP10110413 A JP 10110413A JP 11041398 A JP11041398 A JP 11041398A JP H11307109 A JPH11307109 A JP H11307109A
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Kazuo Tomita
和男 冨田
Osao Kudome
長生 久留
Seiji Takatsuki
誠治 高月
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 低コストで製造することができる円筒型固体
電解質燃料電池およびその製造方法を提供する。 【解決手段】 基体管の外周面上に設けられた複数の発
電素子をインタコネクタで接続した本体部100の両端
側を、端部集電膜の構成材料からなるスラリ2中にそれ
ぞれ浸漬して加熱器3で焼成し、本体部100の両端側
に端部集電膜11を成膜することにより、端部集電膜1
1を簡単でメンテナンスの容易な設備で大量生産できる
ようにすると共に、端部集電膜11の材料歩留を大幅に
向上できるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、円筒型固体電解質
燃料電池およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】円筒型固体電解質燃料電池の本体部の一
般的な構造を図5に示す。図5に示すように、多孔質体
からなる基体管101の外周面上には、多孔質性の燃料
極102が当該基体管101の軸心方向に沿って所定の
間隔ごとに複数成膜されている。燃料極102上には、
電解質103が各々成膜されている。電解質103上に
は、多孔質性の空気極104が各々成膜されている。空
気極104と当該空気極104の一方側で隣り合う燃料
極102との間には、インタコネクタ105がそれぞれ
成膜されている。つまり、基体管101に成膜した燃料
極102、電解質103、空気極104からなる各発電
素子(単電池セル)をインタコネクタ105で電気的に
直列に接続して本体部100が構成されているのであ
る。
【0003】このような本体部100は、図6に示すよ
うに、その両端側に端部集電膜111を溶射法により成
膜された後、図7に示すように、当該両端に導電フェル
トであるニッケルフェルト112を介してニッケル製の
集電部材113,114をそれぞれ嵌合されることによ
り、集電部が設けられる。なお、図6中、114aは集
電棒である。
【0004】このようにして構成される固体電解質燃料
電池においては、所定の温度環境下(900〜1000
℃)で基体管101の内部に水素等の燃料ガスを流通さ
せると共に、空気極104の外側に酸素や空気などの酸
化ガスを流通させると、燃料ガスが基体管101および
燃料極102を透過して電解質103に供給されると共
に、酸化ガスが空気極104を透過して電解質103に
供給され、これらガスを電解質103で電気化学的に反
応させることにより、端部集電膜111からニッケルフ
ェルト112を介して集電部材113,114により外
部に電力を送り出すことができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】前述したような円筒型
固体電解質燃料電池においては、集電部110の端部集
電膜111を溶射法により成膜していることから、装置
が大がかりでメンテナンスに要する時間が多く、また、
材料歩留が10〜20%程度と低いため、製造コストが
高くなっていた。
【0006】このようなことから、本発明は、低コスト
で製造することができる円筒型固体電解質燃料電池およ
びその製造方法を提供することを目的とした。
【0007】
【課題を解決するための手段】前述した課題を解決する
ための、本発明による円筒型固体電解質燃料電池は、基
体管の外周面上に設けられた複数の発電素子をインタコ
ネクタで接続した本体部と、前記本体部の両端側にそれ
ぞれ成膜された端部集電膜と、前記端部集電膜に導電フ
ェルトを介して接触するように前記本体部の両端にそれ
ぞれ嵌合する集電部材とを備えてなる円筒型固体電解質
燃料電池であって、前記端部集電膜がスラリ焼成法で成
膜されていることを特徴とする。
【0008】上述した円筒型固体電解質燃料電池におい
て、前記端部集電膜が材料の異なる複数の層からなるこ
とを特徴とする。
【0009】上述した円筒型固体電解質燃料電池におい
て、前記集電部材の外周面が前記本体部の中央側ほど小
径となるテーパ状をなしていることを特徴とする。
【0010】上述した円筒型固体電解質燃料電池におい
て、前記本体部の端面に成膜された前記端部集電膜に前
記導電フェルトを介して当接するフランジを前記集電部
材が有していることを特徴とする。
【0011】上述した円筒型固体電解質燃料電池におい
て、前記集電部材の少なくとも前記端部集電膜と前記導
電フェルトを介して当接する部分がバイメタルまたは水
素吸蔵合金からなることを特徴とする。
【0012】また、前述した課題を解決するための、本
発明による円筒型固体電解質燃料電池の製造方法は、基
体管の外周面上に設けられた複数の発電素子をインタコ
ネクタで接続した本体部の両端側を、端部集電膜の構成
材料からなるスラリ中にそれぞれ浸漬して焼成すること
により、当該本体部の両端側に端部集電膜を成膜するこ
とを特徴とする。
【0013】
【発明の実施の形態】本発明による円筒型固体電解質燃
料電池およびその製造方法の実施の形態を図1を用いて
説明する。なお、図1は、その製造方法の手順説明図で
ある。なお、前述した従来の技術と同様な部分について
は、前述した従来の技術の説明で用いた符号と同様な符
号を用いることにより、その説明を省略する。
【0014】図1(a)に示すように、NiO/YSZ
(=40/60〜80/20)やNiO/MgAl2
4 (=40/60〜80/20)などのような端部集電
膜の構成材料となるセラミックスの粉体を容器1内で溶
剤と混合することによりスラリ2を製造したら、当該ス
ラリ2中に本体部100の端部を浸漬(不要な箇所には
テープ等を巻いてマスキングしておく。)し(図1
(b))、当該本体部100をスラリ2から取り出し
(図1(c))、他方の端部も上述と同様にしてスラリ
2に浸漬した後、図1(d)に示すように、加熱器3で
焼成(1250〜1450℃)することにより、当該本
体部100の両端側に端部集電膜11を成膜する。
【0015】次に、本体部100の両端に導電フェルト
であるニッケルフェルト112を介してニッケル製の集
電部材113,114をそれぞれ嵌合することにより、
本体部100の両端側に集電部を設ける。
【0016】つまり、スラリ焼成法により本体部100
の両端側に端部集電膜11を成膜するようにしたのであ
る。
【0017】したがって、端部集電膜11を簡単でメン
テナンスの容易な設備で大量生産することができると共
に、端部集電膜11の材料歩留を80%以上とすること
ができるので、製造コストを大幅に下げることができ
る。
【0018】なお、端部集電膜11は、その構成材料で
あるNiOが燃料ガスで還元されることにより、Niと
なって導電性を有するようになる。ところが、端部集電
膜11は、還元反応によりわずかに収縮し、接触不良と
なって欠陥を生じてしまう場合があった(発生率:約1
0%)。そこで、次のようにすることにより、接触不良
を防止して接触抵抗の増加を抑えることがきる。
【0019】(1)端部集電膜の複層化 端部集電膜11をNiO/YSZやNiO/MgAl2
4 の層とNiOの層とを積層した二層構造とする等、
材料の異なる複数の層からなることにより、接触不良を
防止して接触抵抗の増加を抑えることができる。
【0020】(2)集電部材のテーパ化 図2に示すように、本体部100の中央側ほど小径とな
るようにテーパ外周面23b,24bを有する集電部材
23,24を用いることにより、ニッケルフェルト11
2を介して集電部材23,24を常に接触させることが
でき、接触不良を防止して接触抵抗の増加を抑えること
ができる。なお、図中、24aは集電棒である。
【0021】(3)集電部材へのフランジ設置 図3に示すように、本体部100の端部側の内周面およ
び端面に当接するようにニッケルフェルト32を設け、
当該ニッケルフェルト32を介して基体管101の端面
に当接するフランジ34bを設けた集電部材34を当該
基体管101の当該端部に嵌合することにより、基体管
101の内周面側だけでなく端面側とも接触させて接触
面積の増加を図ることができ、接触不良を防止して接触
抵抗の増加を抑えることができる。なお、図中、34a
は集電棒である。
【0022】(4)集電部材へのバイメタルや水素吸蔵
合金の適用 異なる種類の金属を複数積層したバイメタル(任意の方
向に伸縮可能)や水素吸蔵合金を集電部材の少なくとも
ニッケルフェルトを介して端部集電膜11に接触する部
分に適用することにより、集電部材のサイズを運転時に
最も接触面積が大きくなるように設計しても、基体管1
01を損傷することなく集電部材を組み付けることがで
きるようにし、運転時の集電部での接触不良を防止して
接触抵抗の増加を抑えることができる。ただし、バイメ
タルや水素吸蔵合金は、使用上限温度が約200〜30
0℃であるため、図4に示すように、集電部材43,4
4を発電室200の外側に設けるように本体部100お
よび集電棒44aなどのリードを長くして集電部材4
3,44を300℃以下の温度で維持できるようにす
る。なお、図中、45はシール部材、201は加熱器、
202は上部ヘッダ、203は下部ヘッダ、204は断
熱材である。
【0023】
【発明の効果】本発明による円筒型固体電解質燃料電池
は、基体管の外周面上に設けられた複数の発電素子をイ
ンタコネクタで接続した本体部と、前記本体部の両端側
にそれぞれ成膜された端部集電膜と、前記端部集電膜に
導電フェルトを介して接触するように前記本体部の両端
にそれぞれ嵌合する集電部材とを備えてなる円筒型固体
電解質燃料電池であって、前記端部集電膜がスラリ焼成
法で成膜されていることから、端部集電膜が簡単でメン
テナンスの容易な設備で大量生産できると共に、端部集
電膜の材料歩留が大幅に向上するので、製造コストが大
幅に低いものとなる。
【0024】また、前記端部集電膜が材料の異なる複数
の層からなるので、端部集電膜の接触不良を防止して接
触抵抗の増加を抑えることができる。
【0025】また、前記集電部材の外周面が前記本体部
の中央側ほど小径となるテーパ状をなしているので、端
部集電膜が収縮を生じても端部集電膜に導電フェルトを
介して常に接触することができ、集電部での接触不良を
防止して接触抵抗の増加を抑えることができる。
【0026】また、前記本体部の端面に成膜された前記
端部集電膜に前記導電フェルトを介して当接するフラン
ジを前記集電部材が有しているので、本体部の内周面側
だけでなく端面側とも接触させて接触面積の増加を図る
ことができ、集電部での接触不良を防止して接触抵抗の
増加を抑えることができる。
【0027】また、前記集電部材の少なくとも前記端部
集電膜と前記導電フェルトを介して当接する部分がバイ
メタルまたは水素吸蔵合金からなるので、集電部材のサ
イズを運転時に最も接触面積が大きくなるように設計し
ても、基体管を損傷することなく集電部材を組み付ける
ことができ、運転時の集電部での接触不良を防止して接
触抵抗の増加を抑えることができる。
【0028】また、本発明による円筒型固体電解質燃料
電池の製造方法は、基体管の外周面上に設けられた複数
の発電素子をインタコネクタで接続した本体部の両端側
を、端部集電膜の構成材料からなるスラリ中にそれぞれ
浸漬して焼成することにより、当該本体部の両端側に端
部集電膜を成膜するので、端部集電膜を簡単でメンテナ
ンスの容易な設備で大量生産することができると共に、
端部集電膜の材料歩留を大幅に向上させることができ、
製造コストを大幅に下げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による円筒型固体電解質燃料電池の製造
方法の実施の形態の手順説明図である。
【図2】本発明による円筒型固体電解質燃料電池の他の
実施の形態の概略構造図である。
【図3】本発明による円筒型固体電解質燃料電池のさら
に他の実施の形態の要部の概略構造図である。
【図4】本発明による円筒型固体電解質燃料電池のさら
に他の実施の形態の概略構造図である。
【図5】円筒型固体電解質燃料電池の本体部の一部を抽
出した断面図である。
【図6】円筒型固体電解質燃料電池の端部集電膜の従来
の製造方法の手順説明図である。
【図7】円筒型固体電解質燃料電池の概略構成図であ
る。
【符号の説明】
1 容器 2 スラリ 3 加熱器 11 端部集電膜 23,24 集電部材 24a 集電棒 23b,24b テーパ外周面 32 ニッケルフェルト 34 集電部材 34a 集電棒 34b フランジ 43,44 集電部材 44a 集電棒 100 本体部 101 基体管 102 燃料極 103 電解質 104 空気極 105 インタコネクタ 111 端部集電膜 112 ニッケルフェルト 113,114 集電部材 114a 集電棒

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基体管の外周面上に設けられた複数の発
    電素子をインタコネクタで接続した本体部と、 前記本体部の両端側にそれぞれ成膜された端部集電膜
    と、 前記端部集電膜に導電フェルトを介して接触するように
    前記本体部の両端にそれぞれ嵌合する集電部材とを備え
    てなる円筒型固体電解質燃料電池であって、 前記端部集電膜がスラリ焼成法で成膜されていることを
    特徴とする円筒型固体電解質燃料電池。
  2. 【請求項2】 前記端部集電膜が材料の異なる複数の層
    からなることを特徴とする請求項1に記載の円筒型固体
    電解質燃料電池。
  3. 【請求項3】 前記集電部材の外周面が前記本体部の中
    央側ほど小径となるテーパ状をなしていることを特徴と
    する請求項1または2に記載の円筒型固体電解質燃料電
    池。
  4. 【請求項4】 前記本体部の端面に成膜された前記端部
    集電膜に前記導電フェルトを介して当接するフランジを
    前記集電部材が有していることを特徴とする請求項1か
    ら3のいずれかに記載の円筒型固体電解質燃料電池。
  5. 【請求項5】 前記集電部材の少なくとも前記端部集電
    膜と前記導電フェルトを介して当接する部分がバイメタ
    ルまたは水素吸蔵合金からなることを特徴とする請求項
    1から4のいずれかに記載の円筒型固体電解質燃料電
    池。
  6. 【請求項6】 基体管の外周面上に設けられた複数の発
    電素子をインタコネクタで接続した本体部の両端側を、
    端部集電膜の構成材料からなるスラリ中にそれぞれ浸漬
    して焼成することにより、当該本体部の両端側に端部集
    電膜を成膜することを特徴とする円筒型固体電解質燃料
    電池の製造方法。
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