JP2777725B2 - 固体電解質型筒状燃料電池単体およびその製法 - Google Patents

固体電解質型筒状燃料電池単体およびその製法

Info

Publication number
JP2777725B2
JP2777725B2 JP1046071A JP4607189A JP2777725B2 JP 2777725 B2 JP2777725 B2 JP 2777725B2 JP 1046071 A JP1046071 A JP 1046071A JP 4607189 A JP4607189 A JP 4607189A JP 2777725 B2 JP2777725 B2 JP 2777725B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
solid electrolyte
fuel cell
ridge
interconnector
fuel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP1046071A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH02226661A (ja
Inventor
正之 丹
隆一 置鮎
昭太郎 吉田
正一 長谷川
宏 山之内
雅克 永田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujikura Ltd
Original Assignee
Fujikura Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujikura Ltd filed Critical Fujikura Ltd
Priority to JP1046071A priority Critical patent/JP2777725B2/ja
Publication of JPH02226661A publication Critical patent/JPH02226661A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP2777725B2 publication Critical patent/JP2777725B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M8/1231Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte with both reactants being gaseous or vaporised
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/241Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
    • H01M8/2425High-temperature cells with solid electrolytes
    • H01M8/243Grouping of unit cells of tubular or cylindrical configuration
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/86Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/90Selection of catalytic material
    • H01M4/9016Oxides, hydroxides or oxygenated metallic salts
    • H01M4/9025Oxides specially used in fuel cell operating at high temperature, e.g. SOFC
    • H01M4/9033Complex oxides, optionally doped, of the type M1MeO3, M1 being an alkaline earth metal or a rare earth, Me being a metal, e.g. perovskites
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は固体電解質を使用した燃料電池、特に多孔
質材料からなる一方の電極を筒状に形成するとともにそ
の外周に固体電解質および多孔質材料からなり他方の電
極を順次形成し、集電子の外周に配置されてインターコ
ネクターによって一方の電極をその集電子に導通させて
使用される燃料電池単体(単電池)およびその燃料電池
単体を製造する方法に関するものである。
従来の技術 この種の電池の原理的な構成は、イオン伝導性のある
固体の電解質を挾んで空気などの酸化剤と水素ガスなど
の還元剤とを配置し、その酸化剤および還元剤をそれぞ
れ電極とするものであり、電解質を介した酸化還元反応
に伴って電力を得るものである。このような構成の単電
池の1個のみでの電力は少ないから、実用上は、複数の
単電池をインターコネクターで接続してスタックを構成
し、そのスタックを更に複数個接続して必要とする電圧
・電流を得ている。その従来の一例を簡単に図示すると
第3図の通りであり、ここに示す燃料電池は、6セルを
1スタックとし、20スタックを直並列に接続したもので
ある。すなわち一方の面に絶縁膜1を形成した5枚の電
極板2のそれぞれの間に5個のスタック3が配置されて
おり、各スタック3の外被を構成しているNi管4が一方
(第3図では下側)の電極板2にのみ導通している。各
スタック3は第4図に拡大断面図として示してあるよう
に、内周面をNiフェルト5で被覆したNi管4の中心部
に、Ni管6の外周面をNi1フェルト7で被覆した集電子
8を同心状に配置し、これらのNiフェルト5,7の間に単
電池(セル)9を6個配置して構成されている。そして
そのセル9は第5図に拡大断面図として示すように、α
−アルミナ(α−Al2O3)やCaO・ZrO2などを素材とした
多孔質支持管10の外周にLaCoO3やLa1-xSrxMnO3などから
なるカソード11を形成し、その外周に固体電解質12を形
成するとともに、その一部を半径方向に貫通してカソー
ド11に導通するインターコネクター13を設け、さらに固
体電解質12の外周にインターコネクター13を隠蔽しない
ようにNiなどからなるアノード14を形成して構成されて
おり、このような構成のセル9はそのインターコネクタ
ー13が前記集電子8に導通した状態で集電子8の外周に
等配されている。そして各集電子8は、外被をなすNi管
4に対して絶縁膜1で絶縁されている電極板(第3図で
は上側の電極板)2に所定の手段(図示せず)によって
導通されており、したがって各セル9の内部に例えば空
気を流通させ、かつそのアノード14の外周に水素ガスを
流通させることにより、固体電解質12を介した酸化・還
元反応により第3図の上側の電極板2が陽極となり、下
側の電極板2が陰極となる。
ところで上述したセル9は、セラミックを主たる材料
とした筒状の多層構造であるために、従来では、以下の
ようにして製造していた。すなわち先ずインターコネク
ター13を取付けるための凸条を外面に有する筒状の支持
管10を造り、その凸条の部分をマスキングした状態で支
持管10の外面にカソード11を溶射もしくはスラリーコー
トによって形成し、ついでその外周に固体電解質12を溶
射によって形成し、更にその外周にアノード14を溶射に
よって形成し、しかる後に凸条の先端面にインターコネ
クター13を溶射して形成していた。
発明が解決しようとする課題 しかるに上述した従来のセルでは、α−アルミナなど
の強度を重視したセラミック材料によって多孔構造の支
持管10を構成し、その外周にLaCoO3やLa1-xSrMnO3など
からなるカソード11を形成しているために、両者の熱膨
張係数の相違によって支持管10もしくはカソード11が割
れるおそれがあった。また支持管10の中心部に流す空気
は支持管10およびカソード11の内部を通って固体電解質
12の内面に至ることになるから、支持管10が空気の拡散
に影響を及ぼす問題があった。
またその製造方法については、支持管10を先ず製作
し、その外周にカソード11を溶射もしくはスラリーコー
トなどの手法で形成しているから、その製造に時間を要
する問題があり、また固体電解質12およびアノード14を
形成するにあたっては、インターコネクター13を形成す
べき箇所をマスキングし、その状態で固体電解質12やア
ノード材を溶射するなどしているから、マスキングすべ
き箇所が極めて小さいなどのことにより技術的に困難な
作業を余儀無くされ、この点でも作業時間が長くなり、
またコストアップの要因になるなどの問題があった。
この発明は上記の問題を解消するべくなされたもの
で、温度変化による割れのおそれがなく、また製造作業
性の良好の固体電解質筒状燃料電池単体およびその燃料
電池単体を製造する方法を提供することを目的とするも
のである。
課題を解決するための手段 この本発明の燃料電池単体は、上記の目的を達成する
ために、中心部に空気通路を有しかつ外面にほぼ軸線方
向に沿う凸条を有する筒状体を導電性多孔質セラミック
材料によって形成し、その筒状体の外周のうち前記凸条
の先端面を除いた部分に固体電解質を被着するととも
に、固体電解質を被着していない凸条の先端面にインタ
ーコネクターを取付け、さらに前記固体電解質の外表面
に燃料電極材料を儲けたことを特徴とするものである。
またこの発明の燃料電池単体においては、導電性多孔
質セラミック材料を、下記の式で示されるペロブスカイ
ト型ランタン系複合酸化物とすることができる。
La1-xM xM**O3 但し、0≦x≦1 mole Mはアルカリ土類金属 M**はMnあるいは遷移金属 一方、この発明の製造方法は、中心部を中空としかつ
外面にほぼ軸線方向に沿う凸条を有する筒状体を導電性
多孔質セラミック材料によって形成するとともに、その
筒状体の外周面に固体電解質を被着させ、ついでその固
体電解質の表面に燃料電極材料を被着させ、しかる後に
前記凸条の先端面における固体電解質および燃料電極材
料を除去し、その除去した部分にインターコネクター形
成することを特徴とする方法である。
この製造方法ちおいて、前記導電性多孔質セラミック
材料として、下記の式で示されるペロブスカイト型ラン
タン系複合酸化物を使用することができる。
La1-xM xM**O3 但し、0≦x≦1 mole Mはアルカリ土類金属 M**はMnあるいは遷移金属 またこの発明の方法では、前記固体電解質および燃料
電極材料を溶射もしくは蒸着によって被着させることが
できる。
作用 この発明の燃料電池単体は、その導電性セラミック材
料によって形成された筒状体の中心の空気通路に酸化剤
としての空気を流し、さらに最外層の燃料電極材料の外
側に水素ガスなどの燃料ガスを流すことにより、固体電
解質を介して空気中の酸素と燃料ガスとが反応して電力
が生じる。その場合、筒状体が空気電極となり、同時に
この筒状体が全体を支持する強度部材となる。そしてイ
ンターコネクターを適宜の集電子に導通させた状態で複
数個を一体として使用される。
実 施 例 つぎにこの発明を実施例に基づいて詳細に説明する。
先ずこの発明の燃料電池単体について説明すると、第
1図はその一例を示す概略的な断面斜視図であって、空
気通路20は筒状体21の中心軸線に沿って形成されてお
り、その筒状体21の形状は、円筒体の外面の一部にほぼ
軸線方向に沿った凸条22を形成した形状であり、またそ
の筒状体21は、La1-xM xM**O3(但し、0≦x≦1
mole、Mはアルカリ土類金属、M**はMnあるいは遷
移金属)で示されるペロブスカイト型ランタン系複合酸
化物(例えばLa1-xSrxMO3など)の導電性セラミック材
料によって多孔構造体として形成されている。この筒状
体21の外面のうち前記凸条の先端面を除いた部分に固体
電解質23が被着されている。この固体電解質23として
は、イオン導電性のある(Y2O3・(ZrO21-x(但
し、xは0.08〜0.1mole)などの公知のセラミック材料
を使用することができる。
さらに固体電解質23の外周面にNiやNi−サーメット複
合材などからなるの燃料電極材料24が被着されている。
そして前記凸条22の先端面に、LaCrO3やNiなどからな
るインターコネクター25が形成され、前記筒状体21をこ
のインターコネクター25によって外部に導通させるとと
もに筒状体21の外周の気密性を確保している。
上記の燃料電池単体は、従来のものと同様に、その複
数個を集電子の外周に等配するとともに、各々のインタ
ーコネクター25を集電子に導通させ、その状態で空気通
路20に空気などの酸化剤を流すとともに、外周面に水素
ガスなどの燃料ガスを流して使用される。その結果、固
体電解質23を介して酸化剤と燃料ガスとが反応して電力
が発生し、それに伴って筒状体21が陽極となり、燃料電
極材料24が陰極となる。
したがって上記の燃料電池単体は、筒状体21が陽極と
なると同時に全体を支持する支持部材となる。
つぎに上記の燃料電池単体を製造する方法について説
明すると、先ず第2図(A)に示すように、中心部に空
気通路20となる貫通孔を有しかつ外面に凸条22のある筒
状体21を製作する。これは、例えば樹脂と混練したセラ
ミック材料を押出し成形によって所定の形状に押出し、
その成形体を脱脂および焼結の工程を経て製作すること
ができる。ついで第2図(B)に示すように、その筒状
体21の外周面の全体に固体電解質23を被着させ、さらに
第2図(C)に示すように、その固体電解質23の外周面
に燃料電極材料24を被着させる。これらの固体電解質23
や燃料電極材料24の被着は、例えば溶射や蒸気によって
行なうことができる。しかる後インターコネクター25を
設けることになり、これは次のようにして行なう。すな
わち前記凸条22の先端面における燃料電極材料24および
固体電解質23を第2図(D)に示すように除去し、その
除去した部分にLaCrO3やNiなどを溶射もしくは蒸着させ
てインターコネクター25を第2図(E)に示すように形
成する。
すなわち上記の方法では、マスキングを特には行なわ
ず、もしマスキングを行なうとしてもインターコネクタ
ー25を形成する際に前記凸条22以外の部分をマスキング
するだけであり、その結果、作業性が良好である。
発明の効果 以上説明したようにこの発明の燃料電池単体では、La
1-xM xM**O3(但し、0≦x≦1 mole、Mはアル
カリ土類金属、M**はMnあるいは遷移金属)で示され
るペロブスカイト型ランタン系複合酸化物などの導電性
セラミック複合酸化物によって形成した筒状体がカソー
ドおよび支持部材を兼ねるから、二種類のセラミック材
料を接合した場合のような熱膨張係数の差に起因する割
れのおそれがなく、またカソード側でのガス拡散への影
響が少なく、さらにはカソードのみを形成する工程が省
略できることになり製造時間の短縮化を図ることがで
き、そして小型・軽量化することもできる。なおまた寸
法上の制約が緩和されるので、電極を厚くでき、それに
伴って内部抵抗を低減し、電気的な特性の良好な燃料電
池単体を得ることができる。
また一方、この発明の製法によれば、寸法の小さいイ
ンターコネクター部分のマスキングを必要としないか
ら、作業者が良好となり、その結果、短時間かつ安価に
燃料電池単体を製造することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例を示す概略的な断面斜視
図、第2図(A)(B)(C)(D)(E)はこの発明
の方法による製造過程を示すための断面図、第3図は複
数のセルを直並列に接続して構成した燃料電池の一例を
示す断面図、第4図はそのスタックの一つを示す断面
図、第5図は従来のセルを示す断面図である。 20……空気通路、21……筒状体、22……凸条、23……固
体電解質、24……燃料電極材料、25……インターコネク
ター。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長谷川 正一 東京都江東区木場1丁目5番1号 藤倉 電線株式会社内 (72)発明者 山之内 宏 東京都江東区木場1丁目5番1号 藤倉 電線株式会社内 (72)発明者 永田 雅克 東京都江東区木場1丁目5番1号 藤倉 電線株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−86360(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01M 8/00 - 8/02 H01M 8/08 - 8/24

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】中心部に空気通路を有しかつ外面にほぼ軸
    線方向に沿う凸条を有する筒状体が導電性多孔質セラミ
    ック材料によって形成され、その筒状体の外周のうち前
    記凸条の先端面を除いた部分に固体電解質が被着される
    とともに、固体電解質を被着していない凸条の先端面に
    インターコネクターが取付けられ、さらに前記固体電解
    質の外表面に燃料電極材料が設けられていることを特徴
    とする固体電解質型筒状燃料電池単体。
  2. 【請求項2】前記導電性多孔質セラミック材料が、下記
    の式で示されるペロブスカイト型ランタン系複合酸化物
    であることを特徴とする請求項1に記載の固体電解質型
    筒状燃料電池単体。 La1-xM xM**O3 但し、0≦x≦1 mole Mはアルカリ土類金属 M**はMnあるいは遷移金属
  3. 【請求項3】中心部を中空としかつ外面にほぼ軸線方向
    に沿う凸条を有する筒状体を導電性多孔質セラミック材
    料によって形成するとともに、その筒状体の外周面に固
    体電解質を被着させ、ついでその固体電解質の表面に燃
    料電界材料を被着させ、しかる後に前記凸条の先端面に
    おける固体電解質および燃料電極材料を除去し、その除
    去した部分にインターコネクターを形成することを特徴
    とする固体電解質型筒状燃料電池単体の製法。
  4. 【請求項4】前記導電性多孔質セラミック材料が、下記
    の式で示されるペロブスカイト型ランタン系複合酸化物
    であることを特徴とする請求項3に記載の固体電解質型
    筒状燃料電池単体の製法。 La1-xM xM**O3 但し、0≦x≦1 mole Mはアルカリ土類金属 M**はMnあるいは遷移金属
  5. 【請求項5】前記固体電解質および燃料電極材料を溶射
    もしくは蒸着によって被着させることを特徴とする請求
    項3に記載の固体電解質型筒状燃料電池単体の製法。
JP1046071A 1989-02-27 1989-02-27 固体電解質型筒状燃料電池単体およびその製法 Expired - Fee Related JP2777725B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP1046071A JP2777725B2 (ja) 1989-02-27 1989-02-27 固体電解質型筒状燃料電池単体およびその製法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP1046071A JP2777725B2 (ja) 1989-02-27 1989-02-27 固体電解質型筒状燃料電池単体およびその製法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH02226661A JPH02226661A (ja) 1990-09-10
JP2777725B2 true JP2777725B2 (ja) 1998-07-23

Family

ID=12736766

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP1046071A Expired - Fee Related JP2777725B2 (ja) 1989-02-27 1989-02-27 固体電解質型筒状燃料電池単体およびその製法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2777725B2 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW281809B (ja) * 1994-02-14 1996-07-21 Westinghouse Electric Corp

Also Published As

Publication number Publication date
JPH02226661A (ja) 1990-09-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4874678A (en) Elongated solid electrolyte cell configurations and flexible connections therefor
US4888254A (en) Low circumferential voltage gradient self supporting electrode for solid oxide fuel cells
US5169731A (en) Solid oxide fuel cell and method for manufacturing the same
US8389180B2 (en) Electrolytic/fuel cell bundles and systems including a current collector in communication with an electrode thereof
US5273838A (en) Double interconnection fuel cell array
JPH0159705B2 (ja)
JP2700390B2 (ja) 固体酸化物燃料電池
JP2599810B2 (ja) 固体電解質燃料電池
JP2730817B2 (ja) 固体電解質燃料電池の製造方法
JP2818944B2 (ja) 固体電解質型燃料電池モジュール
JP2777725B2 (ja) 固体電解質型筒状燃料電池単体およびその製法
JPH10134829A (ja) 固体電解質燃料電池、固体電解質燃料電池アセンブリ、固体電解質燃料電池の製造方法及び固体電解質燃料電池アセンブリユニットの製造方法
JP2988160B2 (ja) 円筒型固体酸化物燃料電池
JPH07235316A (ja) 円筒形固体電解質燃料電池
JP2816471B2 (ja) 固体電解質型燃料電池モジュール
JPH05166530A (ja) 固体電解質燃料電池用電池部材
JPH07130385A (ja) 円筒横縞型固体電解質電解セル
JP2675546B2 (ja) 固体電解質燃料電池
JP2933227B2 (ja) 固体電解質型燃料電池モジュール
JP3688305B2 (ja) 円筒形固体電解質燃料電池
JPH10106611A (ja) 固体電解質型燃料電池
JPH0758615B2 (ja) 固体電解質燃料電池
JPH03238758A (ja) 固体電解質型燃料電池
US4873156A (en) Solid electrolytic fuel cell and method for manufacturing same
JP3572194B2 (ja) 円筒型固体電解質燃料電池およびその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees