JPS63178458A

JPS63178458A - 円筒型固体電解質燃料電池

Info

Publication number: JPS63178458A
Application number: JP62010349A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Sakai; 広坂井; Akihiro Isato; 伊里　昭寛; Tokumi Satake; 徳己佐竹
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1987-01-20
Filing date: 1987-01-20
Publication date: 1988-07-22

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。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の技術分野］本発明は、円筒型固体電解質燃料電池（円筒型５ＯＦＧ
＞の改良に関する。

［従来の技術］従来、円筒型固体電解質燃料電池として、第６図〜第８
図に示すものが知られているく特開昭５２−１２１７４
３号）。

第６図中の１は、単電池である。この単電池１は、第７
図に示す如く燃料電極２．固体電解質膜３、インクコネ
クタ４及び燃料電極５を積層して構成され、かかる構成
の単電池１が複数個基体管６の上に直列に配置された構
造となっている（以下、スタック７という）。そして、
スタック７は、基体管６の上にコーティングした金属膜
及び酸化物膜の２層液ｍ８を設け、更に水冷した金属端
子９を介して第８図に示す如く電流を取出す構造となっ
ている。こうした構造の固体電解質燃料電池によれば、
５ＯＦＣ１電池では約０．９Ｖの起電力しか得られない
ものが、スタック７においては約０．９Ｖの電池数倍の
起電力が得られる。このように比較的容易に高電圧化が
図れるため、電気の使用側から考えると非常に有利とな
る。

［発明が解決しようとする問題点］しかしながら、従来の固体電解質燃料電池によれば、以
下に述べる問題点を有する。

■極端な場合、スタック７中の複数個の単電池の中で１
単電池が破損又は製作ミスなどで電気的に断線すると、
スタック７中の複数個の単電池全てに全く電流が流れな
いことになる。このように、スタック７中の複数個の単
電池のトータルの性能は、複数個の単電池の中の最も悪
い電池の性能に強く影響される。つまり、スタック７の
電池性能を１００％引出す為には全ての単電池１が完壁
な状態であることが必要になる。従って、検査としては
抜取り検査では不十分で全数検査が必要になり、検査工
数が膨大になる。また、スタック７は、多数の単電池１
を１基体管上に直列に接続しており、たとえ単電池の不
良率が小さくても、スタック７として考えた時の不良率
はその電池数倍となり９歩留りが悪くなる。

■同様なことが、スタック７を複数本直列に接続してよ
り高電圧化を図る場合にも生じるので、装置を大型化す
る場合、単電池の不良率をなくす必要がある。例えば、
１００万ＫＷ級発電プラントを製作する場合、１電池の
出力が５Ｗとしても、２ｇ１個の単電池を完壁な状態で
揃える必要があるが、これは現在の技術を駆使しても不
可能に近い。

また、水冷した金属端子９を介して電流を取出す構造と
なっているため、次のような問題がある。

■５ＯＦＣは１電池当りの起電力が約０．９Ｖと低いた
め、いかに単電池の抵抗を小さくしても大きな出力を得
るかということが重要である。その１例が固体電解質で
あるイツトリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）の薄膜化で
ある。即ち、ＹＳＺは高温で０２″イオンのみを通すと
いう５ｏｌ−Ｃの最も重要な構成要素である。しかし、
他の構成要素と比較して固有抵抗が数桁大きいため電池
の抵抗を大きくする重大な要因となるが、薄膜化するこ
とによりその影響は比較的小さくなっている。

その他酸素電極、燃料電極、インタコネクタの構造材料
などを検討し、従来例では１電池当りの抵抗を０．１０
０程度としている。

以上のように、従来例は電池部分に関しては抵抗を０．
０１Ωオーダで下げる工夫を行っているが、電流取出し
方法として５ＯＦＧの運転温度から水冷して室温に近い
構造になった金属端子９まで二重波［１８で導電させる
という構造を採用している。この為、基体管６の１００
０℃から室温までの温度変化及び熱応力を考慮して数十
ｃａｍ単位の長さが必要になる。しかも、金属材料の電
気抵抗（固有抵抗）は第９図に示すように温度が高くな
ると大きくなる傾向にある。従って、電流取出し部の抵
抗も無視出来ない程度に大きくなり、５ＯＦＧ出力端子
での出力は低下する。

■前記金属端子９は水冷機構１０を有し、当然基体管６
より大きなスペースを占めることになる。

従って、基体管６の設置ピッチは水冷機構１０の寸法よ
りも小さくすることが出来ず、基体管６の高密度配置が
出来ない。

■５ＯＦＣは約１０００℃の高温で運転する必要があり
、発電装置も含めたトータルとしての燃料熱効率の向上
には、ａ）いかにして高温の発電部の熱を保持、即ち発
電部以外への熱の放散を少なくするか、及びｂ）高温部
ガスの熱をいかに利用するか、ということが非常に重要
である。しかしながら、従来の場合、ガス給排気を兼ね
た基体管６の両端を水冷した金属端子９に固定するため
、この方向への熱の放散が非常に大きく、発電部の加熱
に多大なエネルギーを必要とする。また、廃ガスも室温
近くまで冷却されており、その熱の再利用は燃料熱効率
という点ではほとんど期待できない。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、電池群とし
ての品質を飛躍的に向上して大型発電プラントの可能性
が大きい円筒型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と作用］本発明は、複数
の単電池を直列に配置した基体管を複数本同一方向に１
列配置し、前記基体管同志を導電性材料で複数箇所電気
的に接続することを要旨とする。本発明によれば、電池
群としての信頼性が飛躍的に向上する等の効果を有する
。

［実施例］以下、本発明の一実施例を第１図〜第３図を参照して説
明する。ここで、第１図は本発明の一実施例に係る円筒
型固体電解質燃料電池の斜視図、第２図は第１図のｘ−
ｘｓｉａに沿う断面図、第３図は同燃料電池の等価回路
図を示す。

図中の２１は、基体管である。この基体ｉ！２１の上に
は、酸素電極２２．固体電解質１Ｉ２３．インタコネク
タ２４及び燃料電極２５を積層した単電池２６が複数個
直列に配置され、このようにしてスタック２７が形成さ
れている。このスタック２７は第１図に示す如く複数本
同一方向に一列に配置され、スタック列２８をなしてい
る。前記スタック２７を構成する単電池２６同志は、ニ
ッケルなどの金属フェルト又は金属板２９により横方向
に接続されている。しかるに、第３図の等価回路図にお
いて、例えば０３３という単電池が断線している場合、
Ｃ３２という単電池と０３４という単電池との電気的結
合は、Ｃ１３、Ｃ２３。

Ｃ４３という単電池を介して行われ、全体として性能低
下は非常に小さい。

上記実施例によれば、複数本のスタック２７を同一方向
に１列に配置し、スタック長手方向の複数箇所で金属板
２９などを介して単電池２６同志を電気的に接続するた
め、単電池２−６が複数個並列に接続された後、直列に
接続されたことになる。

この為、万一、単電池１個が断線したとしても並列に並
んだ他の単電池２６を通して電流が流れるため、性能の
劣る電池の影響をほとんど受けなくなり、電池群として
の品質が飛躍的に向上する。

また、品質が飛躍的に向上することにより、膨大な数の
電池の集合が可能となり、大型発電プラントの可能性が
出てきた。

なお、本発明に係る円筒型固体電解質燃料電池は、上記
実施例のものに限らず、第４図及び第５図に示すもので
もよい。ここで、第４図は、上記スタック列２８を電流
の流れる向きが１列ずつ交互に逆になるように配置し、
スタック列２８の左右交互にスタック列同志を接続させ
た構造となっている。ここで、スタック列２８は１列ず
つ逆向きに配置され、スタック列の長手方向両端の単電
池で隣接する方何のスタック列へと左右交互に前記金属
板２９等で電気的に接続されるため、回路的には第５図
に示す等価回路となる。即ち、複数個のスタック列２９
では単電池が並列及び直列に接続した電池群を構成し、
この電池群が更に直列に接続した発電モジュール３０を
構成している。

なお、図中の３１は、スタック列２８を支える支持台で
ある。以上の構成をとることにより、電流はＡ−８−４
０−＋Ｄ→Ｅ→Ｆと高温域を最短長さで流れる。しかる
に、上記構造の円筒型５ＯＦＧによれば、高温下でスタ
ック列２８を次々接続し電流を取出すことにより、以下
の効果を有する。

（イ）電流取出し部での電気的ロスが少なく特性が向上
する。

（ロ）冷却が不要になり、高密度な電池配置が可能とな
る。

（ハ）冷却が不要の為、加熱エネルギが少なくて済むと
ともに、廃ガスの熱エネルギを回収することが可能とな
る。

［発明の効果］以上詳述した如く本発明によれば、電池群としての品質
を飛躍的に向上するとともに、電流取出し部での電気的
ロスを少なくして特性を向上し、かつ高密度な電池配置
、廃ガスの熱エネルギの回収を可能にしえるなど種々の
効果を有した円筒型固体電解質燃料電池を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る円筒型固体電解質燃料
電池の斜視図°、第２図は第１図のＸ−Ｘ線に沿う断面
図、第３図は同燃料電池の等価回路図、第４図は本発明
の他の実施例に係る円筒型固体電解質燃料電池の説明図
、第５図は同燃料電池の等価回路図、第６図は従来の円
筒型固体電解質燃料電池に係る単電池の配列状態の説明
図、第７図は同燃料電池の断面図、第８図は同燃料電池
の電流取出し状態の説明図、第９図は各種金属の固有抵
抗と温度との関係を示す特性図である。２１・・・基体管、２２・・・酸素電極、２３・・・固
体電解質膜、２４・・・インタコネクタ、２５・・・燃
料電慟、２６・・・単電池、２７・・・スタック、２８
・・・スタック列、２９．３０・・・金属板、３１・・
・発電モジュール。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦第１図第２図第４図】第６図第７図１１１１８図第９図

Claims

【特許請求の範囲】

複数の単電池を直列に配置した基体管を複数本同一方向
に１列配置し、前記基体管同志を導電性材料で複数箇所
電気的に接続することを特徴とする円筒型固体電解質燃
料電池。