JPS6386366A - 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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- JPS6386366A JPS6386366A JP61231787A JP23178786A JPS6386366A JP S6386366 A JPS6386366 A JP S6386366A JP 61231787 A JP61231787 A JP 61231787A JP 23178786 A JP23178786 A JP 23178786A JP S6386366 A JPS6386366 A JP S6386366A
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- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
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- H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
- H01M8/244—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes with matrix-supported molten electrolyte
-
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- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
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-
- H—ELECTRICITY
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- H01M2300/0048—Molten electrolytes used at high temperature
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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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】
［発明の目的］
（産業上の利用分野）
本発明は、固体電解質燃料電池に係り、特に。
単位電池を積層化できるようにした固体電解質燃料電池
に関する。
に関する。
（従来の技術）
固体電解質燃料電池は１通常、 ？ｌｉ解質として安定
化されたＺ「０２を用いている。そして。
化されたＺ「０２を用いている。そして。
ＺｒＯ２を電解質として用いた従来の固体電解質燃料電
池は、一般に、多孔質チューブの表面に。
池は、一般に、多孔質チューブの表面に。
酸化剤極、電解質層、燃料極からなる三層構造の単位電
池を焼結によって形成し、この１１１位電池を軸ノｊ向
へ複数配列したものとなっている。このような形状を採
用する理由は、ＺｒＯ２は電気抵抗率が高いため薄膜化
する必要があること、薄膜であるが故に機械的に脆いこ
と、固体電解質であるが故にガスシールが困難であるこ
と、単位電池同志を接続するためのコネクタの酸化を防
止することが困難であることなどによる。
池を焼結によって形成し、この１１１位電池を軸ノｊ向
へ複数配列したものとなっている。このような形状を採
用する理由は、ＺｒＯ２は電気抵抗率が高いため薄膜化
する必要があること、薄膜であるが故に機械的に脆いこ
と、固体電解質であるが故にガスシールが困難であるこ
と、単位電池同志を接続するためのコネクタの酸化を防
止することが困難であることなどによる。
しかしながら、上記のように全体が円筒形状であるため
に、大容量の集合電池を形成しようとしても、単位電池
の大型化、単位電池相互の接続。
に、大容量の集合電池を形成しようとしても、単位電池
の大型化、単位電池相互の接続。
単位電池へのガス供給、冷却などの面で構造上。
製造」−２強ｍ−ｔ：の問題が生じ、空間積載効率（単
位体積当りに占める超電気素子体積の割合い。）の良い
集合電池を形成することが困難であった。
位体積当りに占める超電気素子体積の割合い。）の良い
集合電池を形成することが困難であった。
（発明が解決しよとする問題点）
上述の如く、従来の固体電解質燃料電池にあっては１円
筒形状を採用しなければならないために空間積載効率の
良い大容量の集合電池を形成することが困難であった。
筒形状を採用しなければならないために空間積載効率の
良い大容量の集合電池を形成することが困難であった。
そこで本発明は、構成的に単位電池の大型化が容易であ
るばかりか、単位電池相互の接続、各単位電池へのガス
供給、冷却、ガスシールが容易に行なえ、空間積載効率
の良い大容量集合電池の実現に寄与できる固体電解質燃
料電池を提供することを目的としている。
るばかりか、単位電池相互の接続、各単位電池へのガス
供給、冷却、ガスシールが容易に行なえ、空間積載効率
の良い大容量集合電池の実現に寄与できる固体電解質燃
料電池を提供することを目的としている。
［発明の構成］
（問題点を解決するための手段）
本発明に係る固体電解質燃料電池では、酸化物イオン導
電性電解質物質とアルカリ金属炭酸塩またはアルカリ土
類炭酸塩とを含んで平板状に形成された電解質層の両面
に多孔質の燃料極と酸化剤極とを配して単位電池を構成
し、これら単位電池を両面に燃料ガス案内路と酸化剤ガ
ス案内路とを備えた導電性のセパレータを介して１（数
積層している。
電性電解質物質とアルカリ金属炭酸塩またはアルカリ土
類炭酸塩とを含んで平板状に形成された電解質層の両面
に多孔質の燃料極と酸化剤極とを配して単位電池を構成
し、これら単位電池を両面に燃料ガス案内路と酸化剤ガ
ス案内路とを備えた導電性のセパレータを介して１（数
積層している。
（作用）
合釘された炭酸塩は、動作温度下で電解質層に塑性を付
与し、電解質層の機械的強度を向」ニさせる。この機械
的強度の向ヒは中位電池の積層化を可能とする。また、
炭酸塩は、酸化物イオンに対して次の緩衝機能を発揮す
る。
与し、電解質層の機械的強度を向」ニさせる。この機械
的強度の向ヒは中位電池の積層化を可能とする。また、
炭酸塩は、酸化物イオンに対して次の緩衝機能を発揮す
る。
ＣＯ３２−□ ００２ ＋ ０２−
この結果、酸化剤極および燃料極における酸化物イオン
の１ａ反分極が低減され、電解質層が比較的圧肉の平板
状であっても電解質層の電気抵抗率の増加が抑制される
。また、合釘された炭酸塩はイオン伝導性を向上させ、
この結果、従来の固体電解質燃料電池より低い温度での
動作を可能化し。
の１ａ反分極が低減され、電解質層が比較的圧肉の平板
状であっても電解質層の電気抵抗率の増加が抑制される
。また、合釘された炭酸塩はイオン伝導性を向上させ、
この結果、従来の固体電解質燃料電池より低い温度での
動作を可能化し。
セパレータに、たとえばステンレス鋼の使用をｉ■能化
する。さらに、含有された炭酸塩は運転湯度で溶融して
ウェットシール機能を発揮する。このように炭酸塩を含
有させたことによって、空間積載効率を最も向上させう
る形態、つまり単位電池の積層化が可能となる。
する。さらに、含有された炭酸塩は運転湯度で溶融して
ウェットシール機能を発揮する。このように炭酸塩を含
有させたことによって、空間積載効率を最も向上させう
る形態、つまり単位電池の積層化が可能となる。
（実施例）
以下２本発明の詳細な説明する。
実施例１
図に示すような燃料電池積層体１を組立てた。
この燃料電池積層体１は、エンドプレート２ａ。
２ｂ間に、１（数の単位電池３を導電性のセパレータ４
を介して積層したものとなっている。
を介して積層したものとなっている。
単位電池３は、Ｎｉ粉末を焼結して得た多孔質の酸化剤
極５ａとＮ ｉ ／ Ｃｒ −９０／１０ （Ｉｍ比）
粉末を焼結して得た多孔質の燃料極５ｂとの間に電解質
層６を介在させたものとなっている。電解質層６は、Ｌ
ｉ２ ＣＯ３／に２ ＣＯ３鴫６２／ ３８（モル比
）からなるアルカリ金属炭酸塩混合粉末と、 Ｂ ｉ
２０３ ／Ｅ ｒ２０３−８０／２０（モ／ｌ／比）か
らなる酸化物イオン導電性物質の混合粉末とを体積比が
３ ；７となるように混合し、これをポリエステルをバ
インダーとしてシート状に形成して得たものである。
極５ａとＮ ｉ ／ Ｃｒ −９０／１０ （Ｉｍ比）
粉末を焼結して得た多孔質の燃料極５ｂとの間に電解質
層６を介在させたものとなっている。電解質層６は、Ｌ
ｉ２ ＣＯ３／に２ ＣＯ３鴫６２／ ３８（モル比
）からなるアルカリ金属炭酸塩混合粉末と、 Ｂ ｉ
２０３ ／Ｅ ｒ２０３−８０／２０（モ／ｌ／比）か
らなる酸化物イオン導電性物質の混合粉末とを体積比が
３ ；７となるように混合し、これをポリエステルをバ
インダーとしてシート状に形成して得たものである。
セパレータ４は、ステンレスｎ４（ｓＵｓ３１６）で形
成されたもので、その両面には互いに直交する方向へ延
びるガス案内溝４ａ、４ｂが形成されている。
成されたもので、その両面には互いに直交する方向へ延
びるガス案内溝４ａ、４ｂが形成されている。
一方、角型環状のアルミナファイバーで形成されたフェ
ルト７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄを、マニホールドｇａ、８
ｂ、８ｃ、８ｄのフランジ部にそれぞれ貼り合わせ、こ
のフェルト７ａ〜７ｂの表面にホウ酸ガラス粉を塗り付
けた。フェルト７８〜７ｄは溶融ホウ酸ガラスを浸透さ
せて保持し。
ルト７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄを、マニホールドｇａ、８
ｂ、８ｃ、８ｄのフランジ部にそれぞれ貼り合わせ、こ
のフェルト７ａ〜７ｂの表面にホウ酸ガラス粉を塗り付
けた。フェルト７８〜７ｄは溶融ホウ酸ガラスを浸透さ
せて保持し。
上、記ホウ酸ガラスとでシール体を構成するものである
。そして、上記シール体を設けたマニホールド８ａ〜８
ｄを燃料電池積層体１の各側面に当てがい９図示しない
手段で締付けて燃料７代地を構成した。
。そして、上記シール体を設けたマニホールド８ａ〜８
ｄを燃料電池積層体１の各側面に当てがい９図示しない
手段で締付けて燃料７代地を構成した。
このように構成された燃料電池を６５０’Ｃに昇温させ
、マニホールド８ａ側からマニホールド８Ｃ側へ向ケチ
燃料ガス（Ｈ２／ ＣＯｚ −８０／ ２０体積比）Ｐ
を通流させるとともにマニホールド８ｂからマニホール
ド８ｄ側へ向けて酸化剤ガス（Ａ ｉ ｒ／ＣＯ２−７
０／３０体積比）Ｑを通流させて発電を行なったところ
、 ０．１５Ａ／′ｄ負荷時で０．６ｖ電圧を得た。
、マニホールド８ａ側からマニホールド８Ｃ側へ向ケチ
燃料ガス（Ｈ２／ ＣＯｚ −８０／ ２０体積比）Ｐ
を通流させるとともにマニホールド８ｂからマニホール
ド８ｄ側へ向けて酸化剤ガス（Ａ ｉ ｒ／ＣＯ２−７
０／３０体積比）Ｑを通流させて発電を行なったところ
、 ０．１５Ａ／′ｄ負荷時で０．６ｖ電圧を得た。
比較のため、 Ｚ ｒ ０２ ／ Ｃａ ０＝９５１
５ （重量比）の混合粉末をホットプレスで２Ｍ圧の
板状にしてなる安定化されたジルコニアを電解質層とし
て使用し、同様の実験を行なったところ、 ０．１５Ａ
／〜負荷時で０．３ Ｖ程度であった。
５ （重量比）の混合粉末をホットプレスで２Ｍ圧の
板状にしてなる安定化されたジルコニアを電解質層とし
て使用し、同様の実験を行なったところ、 ０．１５Ａ
／〜負荷時で０．３ Ｖ程度であった。
実施例２
Ｌ ｉ ２ ＣＯ３／ Ｋ２ ＣＯ３＝０２／３８ （
モル比）からなるアルカリ金属炭酸塩混合粉末と。
モル比）からなるアルカリ金属炭酸塩混合粉末と。
Ｃａ ＣＯ３／Ｓ ｒ ＣＯ３−５０１５０（モル比）
からなるアルカリ土類炭酸塩混合粉末と、Ｂｉ２Ｏ３／
Ｙ２Ｏ３−８０／２０ （モル比）からなる酸化物イオ
ン導電性物質の混合粉末とを体積比で２０１５／７５の
割合いに混合し、この混合粉末を補強材としてのカンタ
ルメツシュまたはＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ！合金のメツシュと
一緒にホットプレスして電解質層６を作製した。この電
解質層６を図に示した燃料電池に組み込んで実施例１と
同様の試験を行なったところ、実施例１と同様の結果が
得られた。
からなるアルカリ土類炭酸塩混合粉末と、Ｂｉ２Ｏ３／
Ｙ２Ｏ３−８０／２０ （モル比）からなる酸化物イオ
ン導電性物質の混合粉末とを体積比で２０１５／７５の
割合いに混合し、この混合粉末を補強材としてのカンタ
ルメツシュまたはＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ！合金のメツシュと
一緒にホットプレスして電解質層６を作製した。この電
解質層６を図に示した燃料電池に組み込んで実施例１と
同様の試験を行なったところ、実施例１と同様の結果が
得られた。
実施例３
炭酸塩保持材としてのＬｉＡノ０２ファイバーと、 Ｌ
ｉ２ ＣＯ３／に２ ＣＯ３＝８２／３８ （モル比
）からなるアルカリ金属炭酸塩混合粉末と。
ｉ２ ＣＯ３／に２ ＣＯ３＝８２／３８ （モル比
）からなるアルカリ金属炭酸塩混合粉末と。
Ｂ ｉ ２０３ ／Ｙ２０３ ／Ｎｂ２０３−７６１５
／１９モル比）からなる酸化物イオン導電性物質の混
合粉末とを体積比で５ ／２０／７５の割合いに混合し
。
／１９モル比）からなる酸化物イオン導電性物質の混
合粉末とを体積比で５ ／２０／７５の割合いに混合し
。
この混合粉末をホットプレスして電解質層６を作製した
。この電解質層６を図に示した燃料電池に組み込んで実
施例１と同様の試験を行なったところ、実施例１と同様
の結果が得られた。
。この電解質層６を図に示した燃料電池に組み込んで実
施例１と同様の試験を行なったところ、実施例１と同様
の結果が得られた。
なお、炭酸塩の混入割合いは５〜４０体積％が好ましい
。すなわち、４０体積０６を越えると、熱サイクル時に
炭酸塩の体積変化で電解質層にクラックか入り易くなり
、また、５体積％未満であると。
。すなわち、４０体積０６を越えると、熱サイクル時に
炭酸塩の体積変化で電解質層にクラックか入り易くなり
、また、５体積％未満であると。
分極が急増するからである。また、炭酸塩の保持材とし
て、ＬｉＡ！！０２．ＺｒＯ２゜５ｒＴｉ０３．ＣｅＯ
２，チタン酸バリウム。
て、ＬｉＡ！！０２．ＺｒＯ２゜５ｒＴｉ０３．ＣｅＯ
２，チタン酸バリウム。
ＬｉＺｒＯ２，チタン酸リチウム、ＡＪ２０３ 。
Ｓｉ３Ｎ４．ＳｉＣの徹扮末を混入してもよい。
さらに補強材として、ＺｒＯ２繊維。
ＬｉＺｒＯ２繊維、Ａ１２ｏ、、繊維や耐食処理および
絶縁処理の施された金属メツシュを用いてもよい。また
、セパレータの形状は２図に示した形状に限らず、ガス
案内機能と集電機能とを有する波板を用いてもよい。燃
料極側のセパレータを海綿状金属で構成してもよい。ま
た、アルカリ土類炭酸塩としては炭酸バリウムも使用で
きる。また。
絶縁処理の施された金属メツシュを用いてもよい。また
、セパレータの形状は２図に示した形状に限らず、ガス
案内機能と集電機能とを有する波板を用いてもよい。燃
料極側のセパレータを海綿状金属で構成してもよい。ま
た、アルカリ土類炭酸塩としては炭酸バリウムも使用で
きる。また。
マニホールドのシール体に供されるアルミナファイバー
フェルトの代りにＺｒＯ２フェルトやガラスウールのマ
ットを用いるようにしてもよい。
フェルトの代りにＺｒＯ２フェルトやガラスウールのマ
ットを用いるようにしてもよい。
［発明の効果］
以上のべたように１本発明によれば２炭酸塩を混入させ
たことによって、電解質層の機械的強反の向上化、板状
化、低動作温度化を図れ、加えてガスシールの容易化も
図れ、これによって空間積載効率の良い積層化を実現で
き、また積層化によってガス供給系統および冷却系統の
単純化も図れる固体電解質燃料電池を提供できる。
たことによって、電解質層の機械的強反の向上化、板状
化、低動作温度化を図れ、加えてガスシールの容易化も
図れ、これによって空間積載効率の良い積層化を実現で
き、また積層化によってガス供給系統および冷却系統の
単純化も図れる固体電解質燃料電池を提供できる。
図は本発明の一実施例に係る固体電解質燃料電池の分解
斜視図である。 １・・・燃料電池積層体、 ２ａ、 ２ｂ・・・エ
ンドプレート２３・・・単位電池、４・・・セパレータ
、５ａ、５ｂ・・・多孔質電極板、６・・・７電解質層
、８ａ〜８ｄ・・・マニホールド、Ｐ・・・燃料ガス、
Ｑ・・・酸化剤ガス。
斜視図である。 １・・・燃料電池積層体、 ２ａ、 ２ｂ・・・エ
ンドプレート２３・・・単位電池、４・・・セパレータ
、５ａ、５ｂ・・・多孔質電極板、６・・・７電解質層
、８ａ〜８ｄ・・・マニホールド、Ｐ・・・燃料ガス、
Ｑ・・・酸化剤ガス。
Claims (7)
- （１）酸化物イオン導電性電解質物質とアルカリ金属炭
酸塩またはアルカリ土類炭酸塩とを含んで平板状に形成
された電解質層の両面に多孔質の燃料極と酸化剤極とを
配して単位電池を構成し、これら単位電池を両面に燃料
ガス案内路と酸化剤ガス案内路とを備えた導電性のセパ
レータを介して複数積層してなることを特徴とする固体
電解質燃料電池。 - （２）前記電解質中における前記アルカリ金属炭酸塩ま
たはアルカリ土類炭酸塩の含有比は、５〜４０体積％で
あることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の固体
電解質燃料電池。 - （３）前記アルカリ金属炭酸塩は、炭酸リチウムと炭酸
カリウムとの混合塩であることを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載の固体電解質燃料電池。 - （４）前記アルカリ土類炭酸塩は、炭酸バリウム、炭酸
カルシウム、炭酸ストロンチウムの中から選ばれた少な
くとも１種であることを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載の固体電解質燃料電池。 - （５）前記酸化物イオン導電性電解質物質は、酸化ビス
マスを主成分とするものであることを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の固体電解質燃料電池。 - （６）前記酸化物イオン導電性電解質物質は、酸化ビス
マスと酸化エルビウムとであることを特徴とする特許請
求の範囲第５項記載の固体電解質燃料電池。 - （７）前記酸化物イオン導電性電解質物質は、酸化ビス
マスと酸化イットリアと酸化ニオブとであることを特徴
とする特許請求の範囲第５項記載の固体電解質燃料電池
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61231787A JPS6386366A (ja) | 1986-09-30 | 1986-09-30 | 固体電解質燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61231787A JPS6386366A (ja) | 1986-09-30 | 1986-09-30 | 固体電解質燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6386366A true JPS6386366A (ja) | 1988-04-16 |
Family
ID=16929018
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61231787A Pending JPS6386366A (ja) | 1986-09-30 | 1986-09-30 | 固体電解質燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6386366A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002518794A (ja) * | 1998-06-12 | 2002-06-25 | エイイーピー・エムテク・エル・エル・シー | セラミック製燃料電池 |
| KR101480838B1 (ko) * | 2011-12-30 | 2015-01-12 | 두산중공업 주식회사 | 유체 가이드를 포함하는 매니폴드형 연료전지 |
| JP2017517837A (ja) * | 2014-04-04 | 2017-06-29 | ハルドール・トプサー・アクチエゼルスカベット | Ｓｆｏｃユニットのための電気絶縁性の三層ガスケット |
-
1986
- 1986-09-30 JP JP61231787A patent/JPS6386366A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002518794A (ja) * | 1998-06-12 | 2002-06-25 | エイイーピー・エムテク・エル・エル・シー | セラミック製燃料電池 |
| KR101480838B1 (ko) * | 2011-12-30 | 2015-01-12 | 두산중공업 주식회사 | 유체 가이드를 포함하는 매니폴드형 연료전지 |
| JP2017517837A (ja) * | 2014-04-04 | 2017-06-29 | ハルドール・トプサー・アクチエゼルスカベット | Ｓｆｏｃユニットのための電気絶縁性の三層ガスケット |
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