JPS63178454A - 固体電解質燃料電池 - Google Patents
固体電解質燃料電池Info
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- JPS63178454A JPS63178454A JP62010350A JP1035087A JPS63178454A JP S63178454 A JPS63178454 A JP S63178454A JP 62010350 A JP62010350 A JP 62010350A JP 1035087 A JP1035087 A JP 1035087A JP S63178454 A JPS63178454 A JP S63178454A
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Classifications
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
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-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は、固体電解質燃料電池の改良に関する。
［従来の技術と問題点］
周知の如く、広く一般に知られている円筒状固体電解質
燃料電池（以下、５ＯＦＣと呼ぶ）においては、固体電
解質膜にＹＳＺ（イツトリア安定化ジルコニウム）を用
いるとき約１０００℃程度に保持すると、酸素極で１
／ ２ ＋ ２ ｅ −−０２−とイオン化し、この０
２−が固体電界の中で透過し、燃料電極を透過して来た
水素等の燃料と固体電解質表面で反応し、燃料が水素ガ
スのとき０２−＋Ｈ２−Ｈ２０＋２ｅ− となって電子が流れ、直接電気エネルギーとして取出す
ことができる。そして、このときの起電力は固体電解質
内外の酸素分圧の差より下記（１）式で求められる。
燃料電池（以下、５ＯＦＣと呼ぶ）においては、固体電
解質膜にＹＳＺ（イツトリア安定化ジルコニウム）を用
いるとき約１０００℃程度に保持すると、酸素極で１
／ ２ ＋ ２ ｅ −−０２−とイオン化し、この０
２−が固体電界の中で透過し、燃料電極を透過して来た
水素等の燃料と固体電解質表面で反応し、燃料が水素ガ
スのとき０２−＋Ｈ２−Ｈ２０＋２ｅ− となって電子が流れ、直接電気エネルギーとして取出す
ことができる。そして、このときの起電力は固体電解質
内外の酸素分圧の差より下記（１）式で求められる。
ここで、Ｅは起電力、Ｒは気体定数、Ｔは温度（Ｋ）、
Ｆはファラデ一定数、Ｐｏ２．Ｐｏ２’は空気電極及び
燃料電極での０２分圧である。上記（１）式は更に酸素
と水素の反応式（２）式かう、（３）式のように変換さ
れる。
Ｆはファラデ一定数、Ｐｏ２．Ｐｏ２’は空気電極及び
燃料電極での０２分圧である。上記（１）式は更に酸素
と水素の反応式（２）式かう、（３）式のように変換さ
れる。
Ｈ２（ｇ ） ＋ １ ／ ２２ （ｇ ）＝Ｈ２０
（ｇ） ΔＧ・・・（２） ここで、ΔＧはＨ２＋１／２０２→Ｈ２０反応のギブス
の自由エネルギーである。
（ｇ） ΔＧ・・・（２） ここで、ΔＧはＨ２＋１／２０２→Ｈ２０反応のギブス
の自由エネルギーである。
ＺＦＰＨ２υ
ここで、Ｅ、は平衡状態での標準起電力（１０００℃で
は約０．９Ｖ）である。上記（３）式から起電力を大き
くするため１こは空気電極側の０２分圧を高くし、燃料
電極側のＨ２分圧を高くＨ２０分圧を低くすればよいこ
とが分る。
は約０．９Ｖ）である。上記（３）式から起電力を大き
くするため１こは空気電極側の０２分圧を高くし、燃料
電極側のＨ２分圧を高くＨ２０分圧を低くすればよいこ
とが分る。
ところで、円筒状５ＯＦＣは発電部と非発電部に大別で
きるが、非発電部はかなりの比率を占めており、この部
分から酸素又は水素等の燃料がリークすると、以下の問
題が生じる。
きるが、非発電部はかなりの比率を占めており、この部
分から酸素又は水素等の燃料がリークすると、以下の問
題が生じる。
（１）起電力が低下し、電池性能が悪くなる。
なお、このようなガスリークによる発電性能の劣化傾向
は、燃料及び酸素利用率を規定して必要量だけしか流さ
ない１時に特に顕著になる。
は、燃料及び酸素利用率を規定して必要量だけしか流さ
ない１時に特に顕著になる。
（２）リークした酸素又は水素等の燃料が反応しても発
電には寄与しない。即ち、リークしたガスは、全く無駄
に燃焼したことにより、その分発電効率が悪くなる。
電には寄与しない。即ち、リークしたガスは、全く無駄
に燃焼したことにより、その分発電効率が悪くなる。
以上の問題は、発電部のガス上流側でガスリークが生じ
た場合、燃料側では燃料の分圧が低くなり、反応物の分
圧が高くなったガスが、又は酸化剤側では酸素分圧が低
くなり、反応物の分圧が高くなったガスが発電部に流れ
てくるので特にその影響が大きくなる。
た場合、燃料側では燃料の分圧が低くなり、反応物の分
圧が高くなったガスが、又は酸化剤側では酸素分圧が低
くなり、反応物の分圧が高くなったガスが発電部に流れ
てくるので特にその影響が大きくなる。
こうしたことから、従来、特開昭５２−１２１７４３号
（従来例１）や特開昭５７−１３０３８１号（従来例２
）が提案されている。
（従来例１）や特開昭５７−１３０３８１号（従来例２
）が提案されている。
（イ）従来例１
第２図に示す如く、多孔質な基体管１上にシール性があ
る程度気体出来るＮ １−Ａｌ２などの金属＠２及びア
ルミナなどの酸化物膜３０２層被膜（厚みが数１０〜１
００ｐ）を形成し、インターコネクタ４．燃料電極５．
固体電解質６及び空気電極７を形成した構造となってい
る。なお、図中の８はソルダー、９は管端具、１０は酸
素又は空気、１１は燃料を示す。ところで、上記金属膜
２の主目的は、電流リードで１０００℃で所定の電気抵
抗になるような材料、膜厚が選定されている。
る程度気体出来るＮ １−Ａｌ２などの金属＠２及びア
ルミナなどの酸化物膜３０２層被膜（厚みが数１０〜１
００ｐ）を形成し、インターコネクタ４．燃料電極５．
固体電解質６及び空気電極７を形成した構造となってい
る。なお、図中の８はソルダー、９は管端具、１０は酸
素又は空気、１１は燃料を示す。ところで、上記金属膜
２の主目的は、電流リードで１０００℃で所定の電気抵
抗になるような材料、膜厚が選定されている。
一方、上記酸化物膜３の主目的は、電流リードを受持つ
金属膜の保護及び絶縁である。また、膜厚としては、金
属膜２及び酸化物膜３の被膜は発電部分製作後、蒸着又
は溶射等の方法でコーティングするため、コーテイング
膜の内部応力等の関係から、各々１００−程度が厚膜化
の限界である。
金属膜の保護及び絶縁である。また、膜厚としては、金
属膜２及び酸化物膜３の被膜は発電部分製作後、蒸着又
は溶射等の方法でコーティングするため、コーテイング
膜の内部応力等の関係から、各々１００−程度が厚膜化
の限界である。
（ロ）従来例２
第３図及び第４図に示す通りである。ここで、第３図は
直並列に接続した燃料電池の説明図、第４図は同燃料電
池の１つの斜視図である。第４図において、２１は多孔
質な基体管であり、この上に空気電極２２．電解質膜２
３．燃料電極２４及びインクコネクタ２５が設けられて
いる。こうした第４図の構造の単一な電池が第３図の如
く空気電極バス２６．２６間にニッケルフェルト２７を
介して配置されている。なお、図中の２８は空気、２９
は燃料である。こうした従来例２においては、セル部の
電解質膜２３と同じＹＳｚ薄膜（４０ｐ程度）を基体管
２１上に形成するが、ＹＳｚ薄膜の主目的は５ＯＦＣの
機能を発現させる電解質膜であり、材料としては最も０
２−イオンを導電しやすい材質組成が、膜厚としては電
池の内部抵抗を極力小さくするため出来るだけ薄くとい
うことで数１ＯＷが選定される。
直並列に接続した燃料電池の説明図、第４図は同燃料電
池の１つの斜視図である。第４図において、２１は多孔
質な基体管であり、この上に空気電極２２．電解質膜２
３．燃料電極２４及びインクコネクタ２５が設けられて
いる。こうした第４図の構造の単一な電池が第３図の如
く空気電極バス２６．２６間にニッケルフェルト２７を
介して配置されている。なお、図中の２８は空気、２９
は燃料である。こうした従来例２においては、セル部の
電解質膜２３と同じＹＳｚ薄膜（４０ｐ程度）を基体管
２１上に形成するが、ＹＳｚ薄膜の主目的は５ＯＦＣの
機能を発現させる電解質膜であり、材料としては最も０
２−イオンを導電しやすい材質組成が、膜厚としては電
池の内部抵抗を極力小さくするため出来るだけ薄くとい
うことで数１ＯＷが選定される。
しかしながら、従来例１．２においては、前述した如く
リーク防止膜は別の主目的の付随作用としてしか期待さ
れておらず、リーク防止という観点からの最適な材料、
材質、Ｉｌｌ厚という選定はされていない。即ち、拡散
係数もある程度有し、膜厚も数１０〜１００ｐ程度と薄
く、当然ある程度のリークが生じリークによる悪影響を
受けている。
リーク防止膜は別の主目的の付随作用としてしか期待さ
れておらず、リーク防止という観点からの最適な材料、
材質、Ｉｌｌ厚という選定はされていない。即ち、拡散
係数もある程度有し、膜厚も数１０〜１００ｐ程度と薄
く、当然ある程度のリークが生じリークによる悪影響を
受けている。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、燃料のリー
クを防止して電池性能を保持するとともに、発電効率の
低下を抑制し得る固体電解質燃料電池を提供することを
目的とする。
クを防止して電池性能を保持するとともに、発電効率の
低下を抑制し得る固体電解質燃料電池を提供することを
目的とする。
［問題点を解決するための手段］
本発明は、多孔質の基体管の上に燃料極、固体電解質、
インクコネクタ及び酸素極を有してなる固体電解質燃料
電池において、前記基体管の非発電部に、高温溶融セラ
ミックスからなるリーク防止層を設けたことを要旨とす
る。
インクコネクタ及び酸素極を有してなる固体電解質燃料
電池において、前記基体管の非発電部に、高温溶融セラ
ミックスからなるリーク防止層を設けたことを要旨とす
る。
［作用］
固体中の物質の拡散は下記（４）式のように現わすこと
かできる。
かできる。
拡散ロー−Ｄ・ΔＣ／ΔＸ ・・・（４）ここで、Ｄは
拡散係数、ΔＣは濃度差、ΔＸは拡散する距離である。
拡散係数、ΔＣは濃度差、ΔＸは拡散する距離である。
但し、濃度差ΔＣは５ＯＦＣの構造には特に依存しない
。
。
上記（４）式から、リーク量を減少させるためには拡散
係数りを小さく濃度差ΔＣを小さく、拡散する距離即ち
リークを防止する膜を厚くすればよいことが分る。
係数りを小さく濃度差ΔＣを小さく、拡散する距離即ち
リークを防止する膜を厚くすればよいことが分る。
即ち、本発明では、リーク防止の目的だけにガスをリー
クしにくい材質、膜厚を選定することが出来るため、従
来に比ベガスのリーク量を非常に小さく、実用上問題な
い程度にすることが出来る。
クしにくい材質、膜厚を選定することが出来るため、従
来に比ベガスのリーク量を非常に小さく、実用上問題な
い程度にすることが出来る。
［実施例コ
以下、本発明の一実施例を第１図を参照して説明する。
図中の４１は１、アルミナ（Ａ ４０３ ）又はカルシ
ア安定化ジルコニア（Ｃ８Ｚ）等からなる基体管である
。この基体管４１の発電部には、高温溶融セラミックス
の粉末を溶かす溶媒を弾くパラフィンなどのワックス材
（図示せず）が塗布されている。これは、後記する軸材
が基体管４１の発電部に付着しないようにするためであ
る。前記基体管４１の内面の非発電部には、高温溶融セ
ラミックスからなるリーク防止層４２が設けられている
。
ア安定化ジルコニア（Ｃ８Ｚ）等からなる基体管である
。この基体管４１の発電部には、高温溶融セラミックス
の粉末を溶かす溶媒を弾くパラフィンなどのワックス材
（図示せず）が塗布されている。これは、後記する軸材
が基体管４１の発電部に付着しないようにするためであ
る。前記基体管４１の内面の非発電部には、高温溶融セ
ラミックスからなるリーク防止層４２が設けられている
。
ここで、このリーク防止層４２は、Ｓ ｌ ０２ 。
Ｂ２０５ 、Ｎａ２０．ＣａＯ，ＭｇＯ，Ｚ ｎｏ。
Ａ、１’２０３などの酸化物を主成分とする高温溶融セ
ラミックスの粉末を溶媒に溶かした軸材を含浸又は塗布
した後、５ＯＦＣの運転温度である１０００℃より高い
温度で焼成して形成する。また、リーク防止層４２の厚
みは、含浸させた場合は基体管４１の肉厚を最大とする
１〜２Ｉｌｌｆｌｌ、塗布する場合はリーク防止に最低
限必要な厚さで数１００ｐ以上とする。前記基体管４１
上には、ＮｉＯからなる燃料電極４３、イツトリア安定
化ジルコニア（ＹＳＺ）からなる固体電解質膜４４、ニ
ッケルアルミナイド（ＮｉＡ））からなるインクコネク
タ４５及びランタンコバルトオキサイド（ＬａＣｏ０３
）からなる酸素電極４６が設けられている。また、前記
基体管４１の上には、ＮｉＡ、ｆ’からなる電流取出し
材４７、これを保護するＡ、ｆ’２ｏ３からなる保護被
膜４８が設けられている。ここで、上記燃料電極４３な
どの部材の各膜厚は、夫々１００−程度である。なお、
図中の４９は酸素又は空気、５０は燃料である。
ラミックスの粉末を溶媒に溶かした軸材を含浸又は塗布
した後、５ＯＦＣの運転温度である１０００℃より高い
温度で焼成して形成する。また、リーク防止層４２の厚
みは、含浸させた場合は基体管４１の肉厚を最大とする
１〜２Ｉｌｌｆｌｌ、塗布する場合はリーク防止に最低
限必要な厚さで数１００ｐ以上とする。前記基体管４１
上には、ＮｉＯからなる燃料電極４３、イツトリア安定
化ジルコニア（ＹＳＺ）からなる固体電解質膜４４、ニ
ッケルアルミナイド（ＮｉＡ））からなるインクコネク
タ４５及びランタンコバルトオキサイド（ＬａＣｏ０３
）からなる酸素電極４６が設けられている。また、前記
基体管４１の上には、ＮｉＡ、ｆ’からなる電流取出し
材４７、これを保護するＡ、ｆ’２ｏ３からなる保護被
膜４８が設けられている。ここで、上記燃料電極４３な
どの部材の各膜厚は、夫々１００−程度である。なお、
図中の４９は酸素又は空気、５０は燃料である。
次に、第１図の固体電解質燃料電池の製法について説明
する。
する。
■まず、前記多孔質の基体管４１の例えば内面の発電部
に、軸材が付着しないように予め高温溶融セラミックス
の粉末を溶かす溶媒を弾（パラフィンナトのワックス材
を塗布する。ここで、このワックス材は、数百°Ｃの比
較的低温で蒸発する為、後記リーク層を焼成する際その
昇温途中で蒸発しなくなるので、ワックスを飛ばす作業
を特に行なう必要がない。
に、軸材が付着しないように予め高温溶融セラミックス
の粉末を溶かす溶媒を弾（パラフィンナトのワックス材
を塗布する。ここで、このワックス材は、数百°Ｃの比
較的低温で蒸発する為、後記リーク層を焼成する際その
昇温途中で蒸発しなくなるので、ワックスを飛ばす作業
を特に行なう必要がない。
■次に、前記基体管４１の内面の非発電部に、上記酸化
物を主成分とする高温溶融セラミックスの粉末を溶媒に
溶かした軸材を含浸又は塗布した。
物を主成分とする高温溶融セラミックスの粉末を溶媒に
溶かした軸材を含浸又は塗布した。
つづいて、５ＯＦＣの運転温度である１０００℃より高
い温度で焼成してリーク防止層４２を形成した。
い温度で焼成してリーク防止層４２を形成した。
■次いで、基体管４１の上に、既述した材料からな、る
燃料電極４３．固体電解質膜４４．インクコネクタ４５
、酸素電極４６を形成し、更に電流取出し材４７．保護
被膜４８を夫々溶射等の方法で積層して形成して固体電
解質燃料電池を製造した。
燃料電極４３．固体電解質膜４４．インクコネクタ４５
、酸素電極４６を形成し、更に電流取出し材４７．保護
被膜４８を夫々溶射等の方法で積層して形成して固体電
解質燃料電池を製造した。
上記構造の固体電解質燃料電池によれば、基体管４１の
内面の非発電部に高温溶融セラミックスからなるリーク
防止層４２を設けた構造となっているため、非発電部か
らの燃料又は酸化剤ガスのリークを防止することができ
る。従って、従来と比べ起電力及び燃料効率を向上でき
る。
内面の非発電部に高温溶融セラミックスからなるリーク
防止層４２を設けた構造となっているため、非発電部か
らの燃料又は酸化剤ガスのリークを防止することができ
る。従って、従来と比べ起電力及び燃料効率を向上でき
る。
また、リーク防止用軸材を含浸又は塗布する際、ワック
スを使用することによりリーク防止用軸材の塗布又は含
浸の位置精度が向上するとともに、リーク防止層４２の
コーティング作業が容易になった。
スを使用することによりリーク防止用軸材の塗布又は含
浸の位置精度が向上するとともに、リーク防止層４２の
コーティング作業が容易になった。
［発明の効果］
以上詳述した如く本発明によれば、燃料及び酸化剤ガス
のリークを防止して電池性能を保持するとともに、発電
効率の低下を抑制し得る、更には塗布又は含浸の位置精
度の向上、コーティング作業の容易化をなし得る固体電
解質燃料電池を提供できる。
のリークを防止して電池性能を保持するとともに、発電
効率の低下を抑制し得る、更には塗布又は含浸の位置精
度の向上、コーティング作業の容易化をなし得る固体電
解質燃料電池を提供できる。
第１図は本発明の一実施例に係る固体電解質燃料電池の
断面図、第２図は従来例１に係る固体電解質燃料電池の
断面図、第３図従来例２に係る固体電解質燃料電池の説
明図、第４図は第３図の単一電池の斜視図である。 ４１・・・多孔質の基体管、４２・・・リード防止層、
４３・・・燃料電極、４４・・・固体電解質、４５・・
・インクコネクタ、４６・・・酸素電極。
断面図、第２図は従来例１に係る固体電解質燃料電池の
断面図、第３図従来例２に係る固体電解質燃料電池の説
明図、第４図は第３図の単一電池の斜視図である。 ４１・・・多孔質の基体管、４２・・・リード防止層、
４３・・・燃料電極、４４・・・固体電解質、４５・・
・インクコネクタ、４６・・・酸素電極。
Claims (1)
- 多孔質の基体管の上に燃料極、固体電解質、インタコネ
クタ及び酸素極を有してなる固体電解質燃料電池におい
て、前記基体管の非発電部に、高温溶融セラミックスか
らなるリーク防止層を設けたことを特徴とする固体電解
質燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62010350A JPS63178454A (ja) | 1987-01-20 | 1987-01-20 | 固体電解質燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62010350A JPS63178454A (ja) | 1987-01-20 | 1987-01-20 | 固体電解質燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63178454A true JPS63178454A (ja) | 1988-07-22 |
Family
ID=11747740
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62010350A Pending JPS63178454A (ja) | 1987-01-20 | 1987-01-20 | 固体電解質燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63178454A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02267869A (ja) * | 1989-04-07 | 1990-11-01 | Fuji Electric Co Ltd | 固体電解質型燃料電池 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS52121743A (en) * | 1976-04-07 | 1977-10-13 | Kogyo Gijutsuin | Solid electrolyte fuel cell |
| JPS60246570A (ja) * | 1984-05-22 | 1985-12-06 | Agency Of Ind Science & Technol | 溶融炭酸塩型燃料電池 |
-
1987
- 1987-01-20 JP JP62010350A patent/JPS63178454A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS52121743A (en) * | 1976-04-07 | 1977-10-13 | Kogyo Gijutsuin | Solid electrolyte fuel cell |
| JPS60246570A (ja) * | 1984-05-22 | 1985-12-06 | Agency Of Ind Science & Technol | 溶融炭酸塩型燃料電池 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02267869A (ja) * | 1989-04-07 | 1990-11-01 | Fuji Electric Co Ltd | 固体電解質型燃料電池 |
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