JP2005520306A - 固体酸化物燃料電池スタック及びパケットの構造 - Google Patents
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Abstract
Description
燃料電池スタックに使用するためのフレーム付パケット集成体は、図面の6〜11に示されるスタック集成体と実質的に同様のスタック集成体の構成にしたがう鋼製フレーム部材及び多重セル−シートデバイスで構成される。初めに、3/16インチ(約4.76mm)厚のタイプ446ステンレス鋼フレームが作成され、これらのフレームは機械加工されて、上述と実質的に同様の、吸気チャネル、オリフィス及び空気または燃料チャンバを組み込んでいる、燃料パケットフレーム及び一対の空気フレームを形成する。
図面の図1に示されるパケットと構成が同様な、部分安定化ジルコニア(ジルコニア−3モル%イットリア)電解質支持シートを組み込んでいる、4セルパケットが初めに提供される。図1を参照すれば、このパケット10を提供するため、寸法がほぼ10cm×6cmであり、4対の銀/パラジウム合金電極16―16aを支持する、第1のあらかじめ焼結されたジルコニア−3モル%イットリア電解質シート12が、裏打ちシートとしての、第2のあらかじめ焼結されたジルコニア−3モル%イットリア電解質シート14に結合される。結合は、市販の(重量分率で)70:30の230 Duralco:954 Durabondセメント混合物で形成される縁シール18による。
それぞれの電極が約3mmの幅及び約8cmの長さを有する8陽極−陰極対を備える8セルパケットが実施例1で説明されたようにして作成される。電解質支持シートは厚さが約25μmの可撓性ジルコニア−3モル%イットリアセラミックシートからなる。電極界面抵抗を下げるためにシートの表面粗さを大きくするため、ホットプレート上でシートを加熱しながらイットリア−ジルコニアゾルをシートにスプレーすることにより、イットリア安定化ジルコニア−ナノ結晶薄膜がシートの表面に被覆される。
それぞれが幅広イットリア−ジルコニア電解質シート上に4セル−2列に配置された8セルをもつ、2−多重セルパケットモジュールが製作される。それぞれのセルの陽極はニッケル−ジルコニアサーメットで形成され、陰極はマンガン酸ランタンストロンチウムで形成される。それぞれの電極の上には、それぞれのモジュール上のセルを直列に接続する単一の銀−パラジウム充填バイアに集電点で接続される集電銀−パラジウム合金グリッドが設けられる。
実施例4のパケット作成手順に概ねしたがって構成されるが、図1のように電極を平行に揃えて単列に配置した10セル電極/シートモジュールを用いた、2−燃料電池パケットが試験用にアレイ化される。このシートモジュールの電極は全て、Ag/Pd合金からなり、幅は0.8mmであって、それぞれのパケットの2−10セルシートモジュールのそれぞれに対して約80cm2の活性セル面積を与える。これらのパケットのためのパケットフレーム構造体は繊維状アルミナシール材で結合されて形成される。
実施例1のパケットアレイと同様であるが、より進歩した固体フレーム構造を利用するパケットアレイは、小体積からかなりの電力出力を得る点でさらなる利点を提供できる。金属フレームで提供される特定の利点の1つは、便宜のよい、内部の燃料、酸化剤及び排気マニホールドの提供である。適切に設計されたフレーム素子集成体が化学的適合性及び熱膨張に関してジルコニア電解質シートと適切に整合されれば、アレイ全体に供給するために単一の燃料、空気及び排気配管しか必要としない、パケットの拡張アレイを支援するであろう、内部の燃料、空気及び排気マニホールドが提供され得る。
12 電解質シート
16 陰極
16a 陽極
30 フレーム
32,32a 多重セル−シート
109,110,119,120 コンジット
Claims (10)
- 電力を発生する固体酸化物燃料電池集成体において、
a)少なくとも一部分が1つまたはそれより多くの可撓性固体酸化物シート区画から形成されている密閉された内部を有するパケット素子、
b) 前記密閉された内部に配され、前記可撓性固体酸化物シート区画の内部表面上に支持された1つまたは複数の陽極、
c)前記可撓性固体酸化物シート区画の外部表面上の、前記内部表面上の前記陽極とほぼ対向する位置に支持された1つまたは複数の陰極、
d) 前記密閉された内部に燃料ガスを供給するための燃料給送手段、及び
e) 前記集成体から電流を引き出すための、前記陽極及び陰極に接続された導電手段、
を備えることを特徴とする集成体。 - 前記可撓性固体酸化物シート区画は、それぞれが複数の陽極及び陰極を支持し、前記導電手段が前記陽極及び陰極を電気的に直列または並列に相互接続する導電体素子を含むことを特徴とする請求項1に記載の集成体。
- 固体酸化物燃料電池のための電力発生集成体において、
a)少なくとも一部分が1つまたはそれより多くの可撓性固体酸化物シート区画から形成されている密閉された内部を有するパケット素子、
b) 前記固体酸化物シート区画の縁を支持するフレーム素子、
c) 前記密閉された内部に配され、前記可撓性固体酸化物シート区画の内部表面上に支持された1つまたは複数の陽極、
d)前記可撓性固体酸化物シート区画の外部表面上の、前記内部表面上の前記陽極とほぼ対向する位置に支持された1つまたは複数の陰極、
e) 前記密閉された内部に燃料ガスを供給するための、前記フレーム素子を貫通する燃料給送コンジット、及び
f) 前記集成体から電流を引き出すための、前記陽極及び陰極に接続された導電手段、
を備えることを特徴とする集成体。 - 前記フレームが、相異なる組成または相異なる熱膨張係数を有する少なくとも2つの材料で形成された複合物または積層品であることを特徴とする請求項3に記載の集成体。
- 前記フレームが、1つまたはそれより多くの金属から構成され、前記フレームの表面の全部または一部に酸化物被覆が施され、前記被覆が前記陽極及び/または前記陰極へのクロム輸送の低減に有効であることを特徴とする請求項3に記載の集成体。
- 前記フレームが前記パケット素子内の温度勾配を制御するための受動的手段を備え、前記受動的手段が、(a)前記固体酸化物シート区画を封入するフレームのリセス、(b)前記固体酸化物シート区画の周縁領域に隣接して張り出しているフレーム縁部分、及び(c)前記固体酸化物シート区画の周縁領域に接触または近接して配置された断熱材料、の内の少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項3の記載の集成体。
- 前記固体酸化物シート区画の前記周縁が前記フレーム素子の波形金属区画に取り付けられ、前記波形金属区画が、二軸、単軸、放射状及び同軸状の歪解放パターンからなる群から選ばれる歪解放パターンを備えることを特徴とする請求項3に記載の集成体。
- 前記固体酸化物シート区画が歪解放のための波形構造を備えることを特徴とする請求項3に記載の集成体。
- 請求項3に記載の電力発生集成体を複数有し、前記複数の電力発生集成体が積み重ねられていることを特徴とする燃料電池スタック。
- (a)前記集成体の前記燃料給送コンジットを相互接続する気密封止素子を備える外部または内部マニホールド、及び(b)前記積み重ねられた複数の集成体に空気を供給するためのマニホールド付空気給送コンジット、の内の少なくとも一方をさらに備えることを特徴とする請求項9に記載の燃料電池スタック。
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