JPH0237669A - Fuel cell of solid electrolyte type - Google Patents

Fuel cell of solid electrolyte type

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JPH0237669A
JPH0237669A JP63329105A JP32910588A JPH0237669A JP H0237669 A JPH0237669 A JP H0237669A JP 63329105 A JP63329105 A JP 63329105A JP 32910588 A JP32910588 A JP 32910588A JP H0237669 A JPH0237669 A JP H0237669A
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JP
Japan
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anode
interconnector
cathode
grooves
solid electrolyte
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Application number
JP63329105A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshihiko Yoshida
利彦 吉田
Tsukasa Shima
島 司
Fumiya Ishizaki
石崎 文也
Hiroyuki Iwasaki
岩崎 浩之
Isao Mukaizawa
向沢 功
Yoshiyuki Someya
染谷 喜幸
Satoshi Sakurada
桜田 智
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Tonen General Sekiyu KK
Original Assignee
Tonen Corp
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Publication date
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    • 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

Abstract

PURPOSE:To shorten a current path of a high resistance portion and increase the degree of integration by laminating a plurality of plate-like solid electrolytes via conductive, grooved interconnector plates placed on both sides of the solid electrolyte, and supplying an oxidation agent gas to the cathode side and a fuel gas to the anode side through the grooves. CONSTITUTION:A solid electrolyte plate 11 with its both sides formed as a cathode 12 and an anode 13 is laminated via an interconnector 14. The interconnector 14, while electrically connecting adjacent electrodes of a cell, has on its both sides grooves 14a and 14b to form gas passages for adjacent cathode and anode sides of the cell. It is arranged such that, while preventing gas pressure losses by appropriately selecting the shape, dimensions and groove intervals of the grooves 14a, 14b of the interconnector and grooves 15b, 16a of external terminals 15, 16, the current path becomes the shortest. This makes it possible to minimize the length of the current path through the cathode and anode of high electric resistances, drastically reduce the ohmic loss, and increase the degree of integration of the cell.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は固定電解質型燃料電池に係り、より詳しくはプ
ラナ−型構造を有する固体電解質型燃料電池に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a fixed electrolyte fuel cell, and more particularly to a solid electrolyte fuel cell having a planar structure.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

固体電解質型燃料電池は酸素イオン導電性を有する固体
を電解質とし、燃料ガスとして水素、酸化炭素、ナフサ
ガス、ナフサ改質ガス、液化天然ガス(LNG)など、
酸化剤として酸累(空気)を用い、約1000℃で作動
させる燃料電池である。この型の燃料電池の構造として
は、ウェスチングハウス社及び電子技術総合研究所から
第6図に示す円筒型の構造が提案されている。同図にお
いて、管状体lの内部に燃料ガスが送られるとともに、
外部を酸化剤ガスが通る。同図中の管壁部分の拡大図に
見られるように、管壁部分に主要構造が形成され、支持
管をなす多孔性アルミナ壁2上に、多孔性Ni アノー
ド3、インターコネクタ4、電解質5、複合酸化物カソ
ード6、アルミナ気密被膜7からなるセルの集積構造が
形成されている。
A solid electrolyte fuel cell uses a solid having oxygen ion conductivity as an electrolyte, and uses hydrogen, carbon oxide, naphtha gas, naphtha reformed gas, liquefied natural gas (LNG), etc. as a fuel gas.
This is a fuel cell that uses acid accumulation (air) as an oxidant and operates at approximately 1000°C. As the structure of this type of fuel cell, a cylindrical structure shown in FIG. 6 has been proposed by the Westinghouse Company and the Electronic Technology Research Institute. In the figure, fuel gas is sent inside the tubular body l, and
Oxidizing gas passes through the outside. As seen in the enlarged view of the tube wall in the same figure, the main structures are formed in the tube wall, with a porous Ni anode 3, an interconnector 4, an electrolyte 5 on a porous alumina wall 2 forming a support tube. , a composite oxide cathode 6 , and an alumina airtight coating 7 .

そのほか、ウェスチングハウス社から別の円筒型構造及
びその連結構造が開発され、またアルゴンヌ国立研究所
からモノシリツク型の構造が開発されている(後者を第
7図に示す)。
In addition, another cylindrical structure and its connection structure have been developed by Westinghouse, and a monolithic structure has been developed by Argonne National Laboratory (the latter is shown in FIG. 7).

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

第6図に示した円筒型構造では、円筒の半径方向にカソ
ード−固体電解質−アノード間で電流が流れるが、集積
構造体としては、単位セルで発生した電流はカソード−
インターコネクターアノードと円筒の長さ方向に流れる
ため、シート抵抗の大きいカソード、アノード中の長い
電流路を流れる必要があり、その間のオーム損が大きい
という問題がある。固体電解質型燃料電池では高温で作
動されるため電極の腐食の問題が激しく、電極材料とし
て面積抵抗の大きい材料を使わざるを得ないからである
。ウェスチングハウス社の別の円筒型構造タイプの固体
電解質型燃料電池でも、面積抵抗の大きいカソード、ア
ノードの長い電流路によるオーム損の問題は解決されて
いない。
In the cylindrical structure shown in Figure 6, current flows between the cathode, solid electrolyte and anode in the radial direction of the cylinder, but as an integrated structure, the current generated in a unit cell flows between the cathode and the solid electrolyte.
Since the current flows in the longitudinal direction of the interconnector anode and the cylinder, it needs to flow through a long current path in the cathode and anode, which have high sheet resistance, and there is a problem in that the ohmic loss between them is large. This is because solid oxide fuel cells are operated at high temperatures, so electrode corrosion is a serious problem, and a material with high sheet resistance must be used as the electrode material. Even with Westinghouse's other cylindrical structure type solid oxide fuel cell, the problem of ohmic loss due to the long current path of the cathode and anode, which have high sheet resistance, remains unsolved.

一方、アルインタ国立研究所のモノシリツク型燃料電池
では、円筒型では達成されない高い集積度と短かい電流
路を実現しているが、構造が複雑で高度な構成技術を要
するものであるため、信頼性に問題があり、実用化には
ほど遠い。
On the other hand, the monolithic fuel cell at Al Inta National Laboratory achieves a high degree of integration and a short current path that cannot be achieved with a cylindrical type, but because it has a complex structure and requires advanced construction technology, it is not reliable. There are problems with this, and it is far from practical use.

そこで、本発明は高抵抗部分の電流路が短かく、集積度
が高く、しかも信頼性の高い固体電解質型燃料電池の構
造を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a structure of a solid oxide fuel cell that has a short current path in a high resistance portion, has a high degree of integration, and is highly reliable.

〔課題を達成するための手段〕[Means to accomplish the task]

本発明は、上記目的を達成するために、1面に多孔性カ
ソード層、他面に多孔性アノード層を付着した平板状固
体電解質板を、両面にガス通路を構成する溝をそれぞれ
形成した導電性インターコネクタ板を介して複数個積層
し、それらの溝を通してカソード側に酸化剤ガス、アノ
ード側に燃料ガスを供給し、そして積層セルの上下端の
アノードとカソードより電流を取り出す構造を有する固
体電解質型燃料電池を提供する。
In order to achieve the above object, the present invention provides a flat solid electrolyte plate having a porous cathode layer attached to one side and a porous anode layer attached to the other side. A solid cell having a structure in which multiple cells are stacked together via a conductive interconnect plate, oxidant gas is supplied to the cathode side and fuel gas is supplied to the anode side through the grooves, and current is extracted from the anode and cathode at the upper and lower ends of the stacked cell. Provides electrolyte fuel cells.

このようなプラナ−型構造の燃料電池は、炭酸塩型燃料
電池などでは知られているが、固体電解質型燃料電池で
は知られていない。その理由は次のように考えられる。
Fuel cells with such a planar structure are known as carbonate fuel cells, but are not known as solid oxide fuel cells. The reason may be as follows.

従来インターコネクタとしては、クロマイト系の複合酸
化物(例えば:La+ JJgxCrOs又はしa、 
、A1.Cr03)等を用いているが、これらはち密な
焼結が難しく、またきわめて脆い為、本発明で主張する
様な構造を制作する事ができなかった。又、インターコ
ネクタに金属を用いようとすると、酸化剤側での100
0℃における金属の酸化の為、インターコネクタと電極
間の接触抵抗が増大してしまい、セル特性を著しく悪化
する。
Conventional interconnectors include chromite-based composite oxides (for example: La+ JJgxCrOs or Shia,
, A1. Cr03) etc. are used, but these materials are difficult to sinter in a dense manner and are extremely brittle, making it impossible to produce the structure claimed in the present invention. Also, if you try to use metal for the interconnector, 100
Due to metal oxidation at 0° C., the contact resistance between the interconnector and the electrode increases, significantly degrading the cell characteristics.

そこで、本発明者は前記目的を達成するために鋭意検討
する過程で、耐熱性耐食性のインターコネクタ用の材質
を開発するなどの工夫をすることによって固体電解質型
燃料電池においてもプラナ−型構造が実現可能であるこ
と、またこのようなプラナ−型構造によれば高抵抗部分
の電流路が短かく、集積度が高く、かつ信頼性の高い固
体電解質型燃料電池を提供することが可能であることを
見い出し、そして本発明を完成した。
Therefore, in the process of intensive study to achieve the above object, the inventor of the present invention developed a heat-resistant and corrosion-resistant material for interconnectors, thereby creating a planar structure in solid oxide fuel cells. It is possible to realize this, and with such a planar structure, it is possible to provide a solid oxide fuel cell with a short current path in a high resistance portion, a high degree of integration, and high reliability. They discovered this and completed the present invention.

〔実施例〕〔Example〕

第1図に3段室列セルの集合様式を展開して示す。各セ
ルにおいて平板状固体電解質板11は両面にそれぞれカ
ソード12及びアノード13が形成されている。固体電
解質板11は酸素伝導性のある固体電解質、例えば、部
分安定化ジルコニア(イントリアを2〜5 mof%含
有するジルコニア)安定化ジルコニアなど公知の固体電
解質で作った板状物からなり、厚さは0.05〜0.3
 mm程度、より好ましくは0.08〜0.25mm程
度が適当である。0.05mmよりも薄いと強度上問題
があり、0.3 mmを越えると電流路が長くなり好ま
しくない。カソード12は酸素通路側なので高温下で酸
素に対して耐食性のある導電性材料を用い、多孔状に形
成する。
FIG. 1 shows the arrangement of three-tier cells in an expanded manner. In each cell, a cathode 12 and an anode 13 are formed on both sides of the flat solid electrolyte plate 11, respectively. The solid electrolyte plate 11 is made of a plate-like material made of a known solid electrolyte such as an oxygen-conducting solid electrolyte, such as partially stabilized zirconia (zirconia containing 2 to 5 mof% of Intoria), and stabilized zirconia. is 0.05-0.3
Approximately 0.08 to 0.25 mm is appropriate. If it is thinner than 0.05 mm, there is a problem in terms of strength, and if it exceeds 0.3 mm, the current path becomes long, which is not preferable. Since the cathode 12 is on the oxygen passage side, it is made of a conductive material that is resistant to oxygen corrosion at high temperatures, and is formed in a porous shape.

例えば、しaイSr+−J003などの導電性複合酸化
物粉末を塗布する。塗布の手法としてははけ塗り法、ス
クリーン印刷法がある。その他、多孔状膜の作製方法と
してはCVD法、プラズマCVD法、スパッタ法、溶射
法等が可能である。カソード12はガス透過性となる程
度に多孔性に形成する。アノード13は水素通路側で、
高温下で水素に対して耐食性のある導電性材料(例えば
、Ni/2rO2サーメツトなど)を多孔状に形成する
。例えば、す−ノット粉末混合物を塗布して形成する。
For example, a conductive composite oxide powder such as Sr+-J003 is applied. Application methods include brushing and screen printing. Other possible methods for producing the porous film include CVD, plasma CVD, sputtering, and thermal spraying. The cathode 12 is formed to be porous to the extent that it is gas permeable. The anode 13 is on the hydrogen passage side,
A conductive material (for example, Ni/2rO2 cermet) that is resistant to hydrogen corrosion at high temperatures is formed into a porous shape. For example, it is formed by applying a knot powder mixture.

アノード13もガス透過性に形成する。また、カソード
、アノードは多孔性の板状化が可能であれば、それを固
体電解質と付着させて使用することも可能である。
The anode 13 is also formed to be gas permeable. Further, if the cathode and anode can be formed into porous plates, they can also be used by attaching them to a solid electrolyte.

各セルの両面にカソード12とアノード13を形成され
た固体電解質板11はインターコネクタ14を介して集
積し、両端には外部端子15.16をそれぞれ設ける。
Solid electrolyte plates 11 having cathodes 12 and anodes 13 formed on both sides of each cell are integrated via interconnectors 14, and external terminals 15 and 16 are provided at both ends, respectively.

第1図に見られる如く、インターコネクタ14は隣接す
るセルの電極間を電気的に接続するとともに、両面に溝
14a、14bが形成されて隣接するセルのカソード側
及びアノード側のそれぞれのガス通路を形成するもので
ある。インターコネクタ14は高温下で使用するガスに
耐食性を有しかつ導電性の良好な材料で形成する。
As seen in FIG. 1, the interconnector 14 electrically connects the electrodes of adjacent cells, and has grooves 14a and 14b formed on both sides to provide gas passages on the cathode side and anode side of the adjacent cells. It forms the The interconnector 14 is made of a material that is resistant to corrosion by gases used at high temperatures and has good electrical conductivity.

このインターコネクタ14は本出願人が先に開示した導
電性耐熱部品で構成することができる(特願昭62−2
57274号及び同62−258320号及びその国内
優先権主張出願明細書)。この耐熱部品はクロム、コバ
ルト、ニッケル、鉄又はマンガンヲ含ム耐熱合金基材を
用いて表面にLa+−xM’、M20z (式中、Ml
はアルカリ土類金属、M2はクロム、コバルト、ニッケ
ル、鉄、マンガン等、0≦x〈1である)の複合酸化物
を形成したものである。また、耐熱合金の表面に耐食性
があり、高融点の被膜、例えば白金などの貴金属の被膜
を施したものも好ましく用いることができる。これらの
耐熱部品であれば使用温度が1000℃を越えても熱膨
張による変形が小さく、またその表面には複合酸化物や
耐食性被膜を有するので、電極間の接触抵抗が堆犬せず
、セル特性を低下させることがない。
This interconnector 14 can be constructed from a conductive heat-resistant component previously disclosed by the applicant (Japanese Patent Application No. 62-2
No. 57274 and No. 62-258320 and their domestic priority application specifications). This heat-resistant part uses a heat-resistant alloy base material containing chromium, cobalt, nickel, iron, or manganese, and the surface is coated with La+-xM', M20z (in the formula, Ml
is an alkaline earth metal, and M2 is a composite oxide of chromium, cobalt, nickel, iron, manganese, etc. (0≦x<1). Also preferably used is a heat-resistant alloy whose surface is coated with a coating having corrosion resistance and a high melting point, such as a coating of a noble metal such as platinum. These heat-resistant parts have little deformation due to thermal expansion even when the operating temperature exceeds 1000°C, and their surfaces are coated with complex oxides and corrosion-resistant coatings, so the contact resistance between electrodes does not build up and the cell No deterioration of properties.

インターコネクタ14と固体電解質板11とは、ガスシ
ール性や寸法設計上、熱膨張率の差ができるだけ小さい
ことが有利である。そこで、固体電解質としてジルコニ
ア電解質を用いる場合に、これと熱膨張率の近い導電性
材料として金属クロムが好ましいことが見い出された。
It is advantageous for the interconnector 14 and the solid electrolyte plate 11 to have as small a difference in thermal expansion coefficient as possible in terms of gas sealing properties and dimensional design. Therefore, when using a zirconia electrolyte as a solid electrolyte, it has been found that metallic chromium is preferable as a conductive material having a coefficient of thermal expansion close to that of the zirconia electrolyte.

ジルコニア電解質の熱膨張率は約10XIO−6/にで
あり、一方金属クロムのそれは約9.4 Xl0−6/
にである。因みに、酸化クロムのそれは9.6 XIO
’/ K、 Ni 基耐熱合金やCO基耐熱合金のそれ
は約13〜17 X 10−6/にである。また、金属
クロムの腐食(酸化)を防止するためには、La+−x
Lcr03(式中、Mはアルカリ土類金属)をコーティ
ングする。この材料の熱膨張率もジルコニア電解質のそ
れに近く、代表例を示すと下記の通りである。
The coefficient of thermal expansion of zirconia electrolyte is about 10XIO-6/, while that of metallic chromium is about 9.4XIO-6/
It is. By the way, that of chromium oxide is 9.6 XIO
'/K, that of Ni-based heat-resistant alloys and CO-based heat-resistant alloys is approximately 13 to 17 x 10-6/. In addition, in order to prevent corrosion (oxidation) of metal chromium, La+-x
Coat Lcr03 (where M is an alkaline earth metal). The coefficient of thermal expansion of this material is also close to that of zirconia electrolyte, and typical examples are as follows.

la l−X !II X Cr O3の熱膨張率(2
5〜1000℃間)しa。、9caQ、+CrO39,
2 LaO,8ScaO,l5CrL          
      9,3LaO−acaa、 2CrO* 
         9.7LaO,84srO,+BI
JO39゜6しao、75SI’0.zscro3  
           10.41、ao、 7osr
o、3crQ3        10.6N1基合金や
Co基合金を使用したインターコネクタの場合、ジルコ
ニア電解質との熱膨張率の大きい相違点を吸収するため
にガラスなどの溶融タイプの接着剤を使う必要があるが
、それに対し、金属クロム系のインターコネクタの場合
には、ジルコニアと熱膨張差がないのでさらに接着剤の
熱膨張率をこれに合わせれば剥がれることがなくなるの
で、有利である。こうして、金属クロムでインターコネ
クタを作り、La+−xMxcr03(Mはアルカリ土
類金属)をスパッタリング等で緻密にコーティングした
ものは、ジルコニア固体電解質との適合性に浸れ、耐酸
化性も良好であり、シール性、高信頼性である。
la l-X! II X Coefficient of thermal expansion of Cr O3 (2
Between 5 and 1000°C) a. , 9caQ, +CrO39,
2 LaO, 8ScaO, l5CrL
9,3LaO-acaa, 2CrO*
9.7LaO, 84srO, +BI
JO39゜6shiao, 75SI'0. zscro3
10.41, ao, 7osr
o, 3crQ3 In the case of interconnectors using 10.6N1-based alloys or Co-based alloys, it is necessary to use a melting type adhesive such as glass to absorb the large difference in thermal expansion coefficient from zirconia electrolyte. On the other hand, in the case of a metallic chromium interconnector, there is no difference in thermal expansion from zirconia, so if the coefficient of thermal expansion of the adhesive is adjusted to this, it is advantageous because it will not peel off. In this way, the interconnector made of metallic chromium and densely coated with La+-xMxcr03 (M is an alkaline earth metal) by sputtering etc. is highly compatible with the zirconia solid electrolyte and has good oxidation resistance. Sealing performance and high reliability.

インター コネクタ14は両面に溝14a・14bを形
成してそれぞれガス通路を構成している。溝14a、1
4bはそれぞれの溝に燃料ガスと酸化剤ガスをそれぞれ
供給できれば、溝の形状、配置は問わないが、最も簡単
で合理的な構成は、第1図及び第2図に示す如く、それ
ぞれの溝14a、14bを平行溝とし、それらを直角方
向に配置することである。このようにすれば、セルを集
積後、燃料ガスの入口及び出口、酸化剤ガスの入口及び
出口をそれぞれ同じ面上に配置することができ、集積セ
ルとしてのガス供給・排出系の構成が容易である。
The interconnector 14 has grooves 14a and 14b formed on both sides to form gas passages, respectively. Groove 14a, 1
4b, the shape and arrangement of the grooves do not matter as long as fuel gas and oxidizing gas can be supplied to each groove, but the simplest and rational configuration is as shown in Figs. 1 and 2. 14a and 14b are parallel grooves, and they are arranged in a right angle direction. In this way, after the cells are integrated, the fuel gas inlet and outlet and the oxidant gas inlet and outlet can be arranged on the same plane, making it easy to configure the gas supply and exhaust system as an integrated cell. It is.

第2図において(ア)は平面図、(イ)は正面図、(つ
)は左側面図である。このようなインターコネクタ14
を介して両面に電極12.13を形成した固体電解質板
を集積すると、電流路は基本的に外部端子15−カソー
ド12一固体電解質板11−アノード13→インターコ
ネクタ14→カソード12→固体電解質板11−アノー
ド13→固体電解質板11→アノード13→外部端子1
6の最短距離、すなわち、セルの集積方向に形成される
ので、電気抵抗の大きいカソード12、アノード13を
面方向に流れる成分が最小限化されることができる。し
かしながら、インターコネクタ14の溝14a、14b
、外部端子15.16の溝15b。
In FIG. 2, (A) is a plan view, (B) is a front view, and (T) is a left side view. Such an interconnector 14
When solid electrolyte plates with electrodes 12 and 13 formed on both sides are integrated via 11-Anode 13 → Solid electrolyte plate 11 → Anode 13 → External terminal 1
6, that is, in the cell integration direction, components flowing in the planar direction through the cathode 12 and anode 13 having high electrical resistance can be minimized. However, the grooves 14a, 14b of the interconnector 14
, groove 15b of external terminal 15.16.

16aの部分では、カソード12、アノード13とイン
ターコネクタ14又は外部端子15,16とは直接に接
触していないので、電流はカソード12、アノード13
の面方向に流れることが避けられない。そこで、溝1.
4a 、14b 、15b 、16aの形状、寸法と溝
の間隔を適当に選択することによって、ガスの圧力損失
を防ぎながら、電流路の長さが最短になるようにする。
In the portion 16a, the cathode 12 and anode 13 are not in direct contact with the interconnector 14 or the external terminals 15 and 16, so the current flows between the cathode 12 and the anode 13.
Flowing in the direction of the plane is unavoidable. Therefore, groove 1.
By appropriately selecting the shapes and dimensions of 4a, 14b, 15b, and 16a and the spacing between the grooves, the length of the current path can be minimized while preventing gas pressure loss.

また、溝L4a = 14b 、L5b。Also, groove L4a = 14b, L5b.

16aの幅が大きくなる場合に、第3図に示すように、
インターコネクタ14とカソード12及びアノード13
の間に導電性の高いメツシュ板17を挿入することによ
って高抵抗のカソード12やアノード13中の電流路の
長さを短かくしてもよい。
When the width of 16a becomes larger, as shown in FIG.
Interconnector 14, cathode 12 and anode 13
The length of the current path in the high-resistance cathode 12 and anode 13 may be shortened by inserting a highly conductive mesh plate 17 between them.

メツシュ板の材質とじ−では白金、ニッケル、ニクロム
などが使用できるが、特に白金が好ましい。
Platinum, nickel, nichrome, etc. can be used for binding the mesh plate, but platinum is particularly preferred.

また、溝14a 、14b 、15b、 16aの断面
形状も矩形である必要はなく、三角形などでもよい。
Further, the cross-sectional shape of the grooves 14a, 14b, 15b, and 16a does not necessarily have to be rectangular, but may be triangular or the like.

第4図に外部端子の形状を示す。同図中、(ア)は平面
図、(イ)は正面図である。溝の形状はインターコネク
タ14の片面と同じである。
Figure 4 shows the shape of the external terminal. In the figure, (A) is a plan view, and (B) is a front view. The shape of the groove is the same as that of one side of the interconnector 14.

固体電解質板11、インターコネクタ14、外部端子1
5・16を集積して組立てるときには、固体電解質板1
1 (正確には電極12.13)とインターコネクタ1
4又は外部端子15.16の間でガスの漏れがないよう
に封止する必要がある。これは例えば軟化点が約800
℃のガラスペーストで封止すればよい。このガラスペー
ストは電池の作動温度(900〜1000℃)では十分
に軟化してガスを封止するが、インターコネクタ14又
は外部端子15.16と電極12.13との接触を妨げ
ない。
Solid electrolyte plate 11, interconnector 14, external terminal 1
When assembling 5 and 16, solid electrolyte plate 1
1 (to be exact, electrodes 12 and 13) and interconnector 1
4 or external terminals 15 and 16 must be sealed to prevent gas leakage. For example, this has a softening point of about 800
It can be sealed with glass paste at ℃. This glass paste softens sufficiently at battery operating temperatures (900-1000° C.) to seal gas, but does not prevent contact between interconnector 14 or external terminals 15.16 and electrodes 12.13.

こうして組立てた電池に燃料ガス及び酸化剤ガスを併結
するためには、電池の多溝14a、14bの両端がそれ
ぞれ同一面に来るように配置されているので、それらの
面にマニホールドを取付ける。
In order to combine fuel gas and oxidant gas into the battery thus assembled, both ends of the multi-channels 14a and 14b of the battery are arranged on the same surface, and a manifold is attached to those surfaces.

第5図に、マニホールドの取付例を示す。上記の如く組
立てた集積型電池本体21を円筒状マニホールド22の
管内に挿入し、溝14a・14bの出口が管壁に面する
ように配置する。電池本体21とマニホールド22の接
触箇所(4ケ所)をガス封止すれば、溝14a、14b
のそれぞれの両端がそれぞれマニホールド22の円筒壁
と電池本体21で形成された4つのガス通路23〜26
と対応する。
FIG. 5 shows an example of mounting the manifold. The integrated battery main body 21 assembled as described above is inserted into the tube of the cylindrical manifold 22 and arranged so that the outlets of the grooves 14a and 14b face the tube wall. If the contact points (4 points) between the battery body 21 and the manifold 22 are sealed with gas, the grooves 14a and 14b
There are four gas passages 23 to 26 whose respective ends are formed by the cylindrical wall of the manifold 22 and the battery body 21.
corresponds to

実施例1 第1図の集合様式に従い3段直列セルの固定電解質型燃
料電池を製作した。インターコネクタ14、外部端子1
5.16にはヘインズ合金No、25(ヘインズ社の商
品L  605  ; N110.0%、C050,9
%、Cr2O,0%、W15.0%、その他の合金)を
用い、表面の腐食を抑えるために表面を約6声の白金ス
パッタ膜で被覆した。インターコネクタ14及び外部端
子15.16の形状は第2図及び第4図に示した通りで
あるが、どちらも50 X50 X 5 mmの正方形
の板に溝幅7.5mm、溝深さ2tnmの平行溝14a
 = 14b −15b −16aを溝間隔3mm(ピ
ンチ10.5mm)で4本形成した。これらの寸法は、
機成的強度やガスの流通条件などにより適宜設定される
。例えば、同じ正方形の板であれば、溝幅4〜3mm、
溝深さ1〜3証、溝間隔0.5 % 5 mmの範囲と
するとよい。インターコネクタ14では両面に形成する
溝14a=14bの方向を直交させた。
Example 1 A fixed electrolyte fuel cell with three stages of series cells was manufactured according to the assembly pattern shown in FIG. Interconnector 14, external terminal 1
5.16 is Haynes alloy No. 25 (Haynes product L 605; N110.0%, C050,9
%, Cr2O, 0%, W15.0%, and other alloys), and the surface was coated with a platinum sputtered film of about 6 tones to suppress surface corrosion. The shapes of the interconnector 14 and the external terminals 15 and 16 are as shown in FIGS. 2 and 4, and both are made of a 50 x 50 x 5 mm square plate with a groove width of 7.5 mm and a groove depth of 2 tnm. Parallel groove 14a
= 14b - 15b - 16a were formed with a groove interval of 3 mm (pinch of 10.5 mm). These dimensions are
It is set appropriately depending on mechanical strength, gas flow conditions, etc. For example, for the same square plate, the groove width is 4 to 3 mm,
It is preferable that the groove depth is 1 to 3 mm, and the groove interval is 0.5% to 5 mm. In the interconnector 14, the directions of the grooves 14a and 14b formed on both surfaces are orthogonal to each other.

固体電解質板11にはイツトリアを3モルパーセント添
加したジルコニアである部分安定化ジルコニアからなる
寸法は50 X50 X O,2mmの板状物を用いた
。そして、酸素通路側にLao、 gsr。、 1!、
InO3’t’9末(平均粒径約5廁)をはけ塗り法で
厚さ0.05mmに塗布してカソード12とし、水素通
路側にNi/Zr02(9/1重量比)のサーメット混
合扮末をはけ塗り法で厚さ0,01〜0.05 m++
+に塗布してアノード13とした。
The solid electrolyte plate 11 was made of partially stabilized zirconia, which is zirconia to which 3 mole percent of ittria was added, and had dimensions of 50 x 50 x O and 2 mm. And Lao and GSR on the oxygen passage side. , 1! ,
InO3't'9 powder (average particle size of about 5 yuan) was applied to a thickness of 0.05 mm using a brush coating method to form the cathode 12, and a cermet mixture of Ni/Zr02 (9/1 weight ratio) was applied on the hydrogen passage side. Thickness 0.01 to 0.05 m++ by brush coating method
+ to form anode 13.

この固体電解質板11とインターコネクタ14、外部端
子15・16を第1図の如く集積し、固体電解質板11
とインターコネクタ14の側面まわりに軟化点が約80
0℃のガラスペーストを塗布してガス封止用とした。前
記の如く、このガラスペーストは電池の作動温度で軟化
してガス封止する。
This solid electrolyte plate 11, interconnector 14, and external terminals 15 and 16 are integrated as shown in FIG.
The softening point around the side surface of the interconnector 14 is approximately 80.
Glass paste at 0°C was applied to seal the gas. As mentioned above, this glass paste softens at the operating temperature of the cell to form a gas seal.

こうして集積した電池を第5図に示し、円筒状アルミナ
製マニホールド22に納めた。マニホールド22と電池
本体21との接触部分はセラミ・ツクペースを塗布乾燥
して接合した後、さらにガラスペーストを塗布してガス
封止した。
The battery thus assembled is shown in FIG. 5 and housed in a cylindrical alumina manifold 22. The contact portion between the manifold 22 and the battery body 21 was coated with ceramic paste, dried, and bonded, and then glass paste was further coated to seal the area with gas.

外部端子15.16に穴をあけ、白金リード端子27゜
28を挿入し、電気的接続を行なった。
Holes were made in the external terminals 15 and 16, and platinum lead terminals 27 and 28 were inserted to establish electrical connection.

このようにして作製した燃料電池を加熱した。The fuel cell thus produced was heated.

室温から150℃までは1℃/m i nで加熱し、ガ
ラスペーストの溶媒を蒸発させた。150℃〜300℃
までは5℃/ m i nで昇温した。300℃以上で
は水素通路側には、アノードの酸化を防止する為、窒素
ガスを流し、10℃/ m i nで1000℃まで昇
温した。その後、1000℃に保持してナノード側に水
素、カソード側に酸素を流し、発電を開始した。開放電
圧は3. OVであった。放電特性を下記表に示す。
The glass paste was heated at a rate of 1° C./min from room temperature to 150° C. to evaporate the solvent of the glass paste. 150℃~300℃
The temperature was raised at a rate of 5°C/min. At 300°C or higher, nitrogen gas was flowed into the hydrogen passage side to prevent oxidation of the anode, and the temperature was raised to 1000°C at a rate of 10°C/min. Thereafter, the temperature was maintained at 1000° C., hydrogen was flowed to the nanode side, and oxygen was flowed to the cathode side, and power generation was started. The open circuit voltage is 3. It was OV. The discharge characteristics are shown in the table below.

ガスクロスリークは水素の約10%であった。Gas cross leakage was approximately 10% of hydrogen.

なお、被覆しないヘインズ合金をインターコネクタとし
て用いた以外は全く同様にして構成した固体電解質型燃
料電池を製作した。この場合、放電特性は1.5Vで0
.21Aであった。
A solid oxide fuel cell was manufactured in exactly the same manner except that uncoated Haynes alloy was used as an interconnector. In this case, the discharge characteristics are 0 at 1.5V.
.. It was 21A.

実施例2 インターコネクタとして、金属クロムの表面にLao、
 9ca(1,1Cr03を約5声スパツタにより被覆
したものを用いて、他は実施例1と全く同様にして燃料
電池を作製した。
Example 2 As an interconnector, Lao,
A fuel cell was prepared in the same manner as in Example 1 except that 9ca (1,1Cr03) was coated with about 5 sputters.

実施例1と同一の条件で発電を開始したところ開放電圧
は、3.2Vであった。また、放電特性は下表のとおり
で、ガスクロスリークは水素の約1%であった。
When power generation was started under the same conditions as in Example 1, the open circuit voltage was 3.2V. Further, the discharge characteristics are as shown in the table below, and the gas cross leak was approximately 1% of hydrogen.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明により、・プレーナ型集積構造の固体電解質型燃
料電池が提供され、電気抵抗の高いカソード、アノード
中を通る電流路の長さを最小限化してオーム損失を大幅
に低減し、また電池の集積度が高く、しかも構造及び製
造が簡単で高信頼性の固体電解質型燃料電池である。
According to the present invention, a solid oxide fuel cell with a planar integrated structure is provided, which minimizes the length of the current path passing through the cathode and anode, which have high electrical resistance, and greatly reduces ohmic losses, and This solid oxide fuel cell has a high degree of integration, is simple in structure and manufacture, and has high reliability.

【図面の簡単な説明】 第1図は本発明の固体電解質型燃料電池の集合様式を示
す模式展開図、第2図はインターコネクタを示す三面図
、第3図は第1図の集合様式の変形例を示す側面図、第
4図は外部端子を示す2面図、第5図は電池をマニホー
ルドに取付だ様子を示す模式図、第6図及び第7図は従
来例の固体電解質型燃料電池の構造を示す図である。 11・・・固体電解質板、  12・・・カソード、1
3・・・アノード、 14・・・インターコネクタ、 14a 、 14b・・・溝、   15 、16・・
・外部端子、15b、16a・・・溝、    17・
・・メツシュ板、21・・・電池本体、   22・・
・マニホールド、23〜26・・・ガス通路、  27
.28・・・リード端子。
[BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS] Fig. 1 is a schematic development diagram showing the assembly style of the solid oxide fuel cell of the present invention, Fig. 2 is a three-sided view showing the interconnector, and Fig. 3 is a schematic development diagram showing the assembly style of the solid oxide fuel cell of the present invention. Figure 4 is a side view showing the modified example, Figure 4 is a two-sided view showing the external terminal, Figure 5 is a schematic diagram showing how the battery is attached to the manifold, Figures 6 and 7 are the conventional solid electrolyte fuel. FIG. 3 is a diagram showing the structure of a battery. 11... Solid electrolyte plate, 12... Cathode, 1
3...Anode, 14...Interconnector, 14a, 14b...Groove, 15, 16...
・External terminal, 15b, 16a...groove, 17・
...Mesh plate, 21...Battery body, 22...
・Manifold, 23-26...Gas passage, 27
.. 28...Lead terminal.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1、1面に多孔性カソード層、他面に多孔性アノード層
を付着した平板状のジルコニア質固体電解質板を、両面
にガス通路を構成する溝をそれぞれ形成した導電性耐熱
部品であるインターコネクタ板を介して複数個積層し、
それらの溝を通してカソード側に酸化剤ガス、アノード
側に燃料ガスを供給し、そして積層セルの上下端のアノ
ードとカソードより電流を取り出す構造を有する固体電
解質型燃料電池。
1. An interconnector that is a conductive heat-resistant component that has a flat zirconia solid electrolyte plate with a porous cathode layer attached to one side and a porous anode layer attached to the other side, with grooves forming gas passages formed on both sides. Laminate multiple pieces through plates,
A solid oxide fuel cell has a structure in which oxidant gas is supplied to the cathode side and fuel gas is supplied to the anode side through these grooves, and current is extracted from the anode and cathode at the upper and lower ends of the stacked cell.
JP63329105A 1988-04-21 1988-12-28 Fuel cell of solid electrolyte type Pending JPH0237669A (en)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04282566A (en) * 1991-03-11 1992-10-07 Ngk Insulators Ltd Interconnector for solid electrolyte type fuel cell and this interconnector-provided solid electrolyte type fuel cell
JPH0525659U (en) * 1991-09-17 1993-04-02 三菱重工業株式会社 Solid electrolyte fuel cell
US5686197A (en) * 1994-06-29 1997-11-11 Aisin Seiki Kabushiki Kaisha Fuel cell
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