JPH0461752A - 固体電解質型燃料電池 - Google Patents
固体電解質型燃料電池Info
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- JPH0461752A JPH0461752A JP2170888A JP17088890A JPH0461752A JP H0461752 A JPH0461752 A JP H0461752A JP 2170888 A JP2170888 A JP 2170888A JP 17088890 A JP17088890 A JP 17088890A JP H0461752 A JPH0461752 A JP H0461752A
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Classifications
-
- Y—GENERAL 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
- 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
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Inert Electrodes (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
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。
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Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
この発明は酸素イオンの選択透過性のある固体電解質を
介した酸素と燃料ガスとの電気化学的な反応によって電
力を得る固体電解質型の燃料電池に関するものである。
介した酸素と燃料ガスとの電気化学的な反応によって電
力を得る固体電解質型の燃料電池に関するものである。
従来の技術
第３図はこの種の固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の
原理図であって、固体電解質１は例えばイツトリア安定
化ジルコニア（ＹＳＺ）からなり、これを挟んだ一方に
陽極となる空気電極２が、また他方に陰極となる燃料電
極３がそれぞれ設けられ、さらに空気電極２側に空気流
路４が形成されるとともに燃料電極３側に燃料ガス流路
５が形成されている。そして一般には、空気電極２は酸
化雰囲気での安定性の点からペロブスカイト型ランタン
系複合酸化物（例えばＬａ１−ｘＳ ｒｘＭｎ０３ ）
からなるものであって、酸素ガスの透過性を良好ならし
めるために多孔構造の薄膜として形成され、また燃料電
極３はニッケル（Ｎ；）もしくはニッケルとジルコニア
（Ｎｉ＋Ｚｒ０２）を素材として多孔構造の薄膜として
形成されている。なお、第３図中符号６は外部負荷を示
す。
原理図であって、固体電解質１は例えばイツトリア安定
化ジルコニア（ＹＳＺ）からなり、これを挟んだ一方に
陽極となる空気電極２が、また他方に陰極となる燃料電
極３がそれぞれ設けられ、さらに空気電極２側に空気流
路４が形成されるとともに燃料電極３側に燃料ガス流路
５が形成されている。そして一般には、空気電極２は酸
化雰囲気での安定性の点からペロブスカイト型ランタン
系複合酸化物（例えばＬａ１−ｘＳ ｒｘＭｎ０３ ）
からなるものであって、酸素ガスの透過性を良好ならし
めるために多孔構造の薄膜として形成され、また燃料電
極３はニッケル（Ｎ；）もしくはニッケルとジルコニア
（Ｎｉ＋Ｚｒ０２）を素材として多孔構造の薄膜として
形成されている。なお、第３図中符号６は外部負荷を示
す。
上述した構成の一つの電池で発生させ得る電流および電
圧は実用には供し得ない程度に微弱であり、また空気流
路４と燃料ガス流路５とを完全に遮蔽する必要があるか
ら、従来では単電池を円筒状に形成し、その単電池を多
数直並列に接続して必要とする電力を得るよう構成して
いる。第４図はその単電池の一例を断面図で示すもので
あって、前述したように従来一般の固体電解質型燃料電
池では、各電極を薄膜として形成しているので、支持管
（基体管）１０の外周に各電極および固体電解質層を設
けている。すなわち第４図において支持管１０はアルミ
ナ（八Ｑ２０３）などの粉末材料を焼結して形成した多
孔構造の円筒体であって、その外周面に空気電極１１が
密着して形成されるとともに、その外周の全体に固体電
解質１２が密着して形成され、さらにその固体電解質１
２の外周面の一部を除いて燃料電極１３が形成されてお
り、そして固体電解質１２の外周面のうち燃料電極１３
を形成していない部分に、前記空気電極１１に導通した
インターコネクタ１４が設けられている。このような構
造では、支持管１ｏの中心部の中空部が空気流路であり
、外周側が燃料ガス流路であって、空気中の酸素が支持
管１ｏおよび空気電極１１を透過して固体電解質１２の
内周面に至り、また燃料ガスが燃料電極１３を透過して
固体電解質１２の外周面に至ることにより、固体電解質
１２を挟んで酸素と燃料ガスとの間の電気化学的な反応
が生じ、各電極１１．１３を介して電力を得ることがで
きる。
圧は実用には供し得ない程度に微弱であり、また空気流
路４と燃料ガス流路５とを完全に遮蔽する必要があるか
ら、従来では単電池を円筒状に形成し、その単電池を多
数直並列に接続して必要とする電力を得るよう構成して
いる。第４図はその単電池の一例を断面図で示すもので
あって、前述したように従来一般の固体電解質型燃料電
池では、各電極を薄膜として形成しているので、支持管
（基体管）１０の外周に各電極および固体電解質層を設
けている。すなわち第４図において支持管１０はアルミ
ナ（八Ｑ２０３）などの粉末材料を焼結して形成した多
孔構造の円筒体であって、その外周面に空気電極１１が
密着して形成されるとともに、その外周の全体に固体電
解質１２が密着して形成され、さらにその固体電解質１
２の外周面の一部を除いて燃料電極１３が形成されてお
り、そして固体電解質１２の外周面のうち燃料電極１３
を形成していない部分に、前記空気電極１１に導通した
インターコネクタ１４が設けられている。このような構
造では、支持管１ｏの中心部の中空部が空気流路であり
、外周側が燃料ガス流路であって、空気中の酸素が支持
管１ｏおよび空気電極１１を透過して固体電解質１２の
内周面に至り、また燃料ガスが燃料電極１３を透過して
固体電解質１２の外周面に至ることにより、固体電解質
１２を挟んで酸素と燃料ガスとの間の電気化学的な反応
が生じ、各電極１１．１３を介して電力を得ることがで
きる。
発明が解決しようとする課題
しかるに上述した従来の固体電解質型燃料電池では、イ
ンターコネクタ１４を介して他の単電池に電流が流れる
が、インターコネクタ１４までに電流が流れる酸素電極
１１が薄くその断面積が小さいから、ここでの電気抵抗
が大きい問題があり、また支持管１０と酸素電極１１と
の材質が相違しているから、両者の熱膨張率の相違によ
る亀裂の発生や破損に充分注意する必要があるなどの問
題があった。
ンターコネクタ１４を介して他の単電池に電流が流れる
が、インターコネクタ１４までに電流が流れる酸素電極
１１が薄くその断面積が小さいから、ここでの電気抵抗
が大きい問題があり、また支持管１０と酸素電極１１と
の材質が相違しているから、両者の熱膨張率の相違によ
る亀裂の発生や破損に充分注意する必要があるなどの問
題があった。
このような問題を解消するために空気電極を厚肉に形成
して支持管の機能を持たせることが考えられる。しかし
ながらその場合にも空気電極である支持管は、酸素ガス
の透過を良好ならしめるために多孔構造とする必要があ
るので支持管を製造する際の焼成温度を低くしたり、粒
径の大きい粉末材料を使用したりする必要があり、その
結果、空気電極である支持管の強度が不足して固体電解
質の層を溶射によって形成する際に割れが生じ、あるい
はその際の残留応力に発電時もしくはその前後の熱応力
が付加されて割れが生じたりする危険が多分にある。
して支持管の機能を持たせることが考えられる。しかし
ながらその場合にも空気電極である支持管は、酸素ガス
の透過を良好ならしめるために多孔構造とする必要があ
るので支持管を製造する際の焼成温度を低くしたり、粒
径の大きい粉末材料を使用したりする必要があり、その
結果、空気電極である支持管の強度が不足して固体電解
質の層を溶射によって形成する際に割れが生じ、あるい
はその際の残留応力に発電時もしくはその前後の熱応力
が付加されて割れが生じたりする危険が多分にある。
この発明は上記の事情を背景としてなされたもので、充
分な強度を備えかつ空気電極が支持管を兼ねた固体電解
質型燃料電池を提供することを目的とするものである。
分な強度を備えかつ空気電極が支持管を兼ねた固体電解
質型燃料電池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
この発明は、上記の目的を達成するために、酸素イオン
の選択透過性のある固体電解質を挟んで空気電極と燃料
電極とを設けた固体電解質型燃料電池において、前記空
気電極が、補強材を埋め込んだ多孔構造の筒状体として
形成され、その筒状空気電極の外周面に前記固体電解質
および燃料電極が順次積層して形成されていることを特
徴とするものである。
の選択透過性のある固体電解質を挟んで空気電極と燃料
電極とを設けた固体電解質型燃料電池において、前記空
気電極が、補強材を埋め込んだ多孔構造の筒状体として
形成され、その筒状空気電極の外周面に前記固体電解質
および燃料電極が順次積層して形成されていることを特
徴とするものである。
またこの発明では、前記補強材と空気電極とを同一の粉
末材料を素材とした焼結体とし、がっ補強材の嵩密度を
空気電極より高いものとすることができる。
末材料を素材とした焼結体とし、がっ補強材の嵩密度を
空気電極より高いものとすることができる。
さらにこの発明では、前記補強材は複数の線条体によっ
て格子状に形成することができる。
て格子状に形成することができる。
作 用
この発明の固体電解質型燃料電池では、筒状の空気電極
の内側に酸素ガスもしくは酸素ガスを含む気体を流し、
がっ外周側に燃料ガスを流すことにより固体電解質を介
した酸化還元反応が生じ、空気電極を陽極とじかつ燃料
電極を陰極として電力を得ることができる。そして空気
電極は支持部材となっており、補強材を埋め込んだ多孔
構造であることにより強度が高く、したがって発電を行
っている間やその前後、さらには固体電解質の層を形成
するなどの製造の際に割れが生じることが殆んどない。
の内側に酸素ガスもしくは酸素ガスを含む気体を流し、
がっ外周側に燃料ガスを流すことにより固体電解質を介
した酸化還元反応が生じ、空気電極を陽極とじかつ燃料
電極を陰極として電力を得ることができる。そして空気
電極は支持部材となっており、補強材を埋め込んだ多孔
構造であることにより強度が高く、したがって発電を行
っている間やその前後、さらには固体電解質の層を形成
するなどの製造の際に割れが生じることが殆んどない。
また空気電極は支持管を兼ねていて厚内に形成できるこ
とにより、その導電率を高くすることができる。
とにより、その導電率を高くすることができる。
実 施 例
つぎにこの発明の実施例を図面を参照して説明ｒる。
第１図はこの発明の一実施例を示す部分断面斜視図であ
り、円筒状に形成された空気電極２０の外周に、固体電
解質２１の層および燃料電極２２が順次積層して形成さ
れている。空気電極２０は従来と同様にＬ ａ ｌ−Ｘ
Ｓ ｒ Ｘ Ｍ ｎ Ｏ３などのペロブスカイト型ラ
ンタン系複合酸化物を素材とした多孔構造の粉末焼結体
であって、その内部には補強材２３が埋め込まれている
。
り、円筒状に形成された空気電極２０の外周に、固体電
解質２１の層および燃料電極２２が順次積層して形成さ
れている。空気電極２０は従来と同様にＬ ａ ｌ−Ｘ
Ｓ ｒ Ｘ Ｍ ｎ Ｏ３などのペロブスカイト型ラ
ンタン系複合酸化物を素材とした多孔構造の粉末焼結体
であって、その内部には補強材２３が埋め込まれている
。
この補強材２３の一例を第２図に示してあり、円筒状に
配列された直線状の複数本の線条体２４とこれらを連結
する環状の線条体２５とによって全体として格子状に形
成されている。この補強材２３の素材としては各種のも
のを採用することができるが、酸化雰囲気に置かれるか
ら、空気電極２０と同一素材を採用することが好ましい
。空気電極２０と同一の粉末素材によって補強材２３を
造る場合、その強度（剛性）を高くするために、圧粉体
の成型時の加圧力を高くして緻密度（嵩密度）を高くす
る。
配列された直線状の複数本の線条体２４とこれらを連結
する環状の線条体２５とによって全体として格子状に形
成されている。この補強材２３の素材としては各種のも
のを採用することができるが、酸化雰囲気に置かれるか
ら、空気電極２０と同一素材を採用することが好ましい
。空気電極２０と同一の粉末素材によって補強材２３を
造る場合、その強度（剛性）を高くするために、圧粉体
の成型時の加圧力を高くして緻密度（嵩密度）を高くす
る。
空気電極２０は、例えば上記の補強材２３を埋め込むよ
う粉末素材を所定の型に充填し、これを加圧して圧粉体
とした後に焼結することによって造るが、補強材２３と
の密着性を良（するためには、補強材２３を造る過程で
の仮焼き温度を若干低くし、空気電極２０の焼結温度を
若干高くすることが好ましい。なお、空気電極２０の気
孔率が低下してガス透過性に劣ることになる場合があり
、そのような場合には、上記の例とは反対に、補強材２
３の仮焼き温度を若干高くし、これを埋め込んだ空気電
極２０の焼結温度を若干低く設定する。
う粉末素材を所定の型に充填し、これを加圧して圧粉体
とした後に焼結することによって造るが、補強材２３と
の密着性を良（するためには、補強材２３を造る過程で
の仮焼き温度を若干低くし、空気電極２０の焼結温度を
若干高くすることが好ましい。なお、空気電極２０の気
孔率が低下してガス透過性に劣ることになる場合があり
、そのような場合には、上記の例とは反対に、補強材２
３の仮焼き温度を若干高くし、これを埋め込んだ空気電
極２０の焼結温度を若干低く設定する。
上記の空気電極２０の外周面に設けられる固体電解質２
１は、従来と同様にイツトリア安定化ジルコニア（ＹＳ
Ｚ）もしくはカルシア安定化ジルコニア（ＣＳ Ｚ）等
の粉末を素材とするものであって、これらを溶射によっ
て付着堆積し、あるいはスラリーを塗布した後に焼成し
て固体電解質２１の層が形成される。さらにその外周の
燃料電極２２は、ニッケル（Ｎｉ ）やニッケルとジル
コニア（Ｎｉ＋Ｚｒ０２）とを溶射によって付着堆積さ
せ、もしくはこれらのスラリーを塗布した後に焼成して
形成される。これら固体電解質２１の層および燃料電極
２２を形成する際に空気電極２０をも加熱することにな
るが、空気電極２０はその内部に前記補強材２３を埋め
込んであることにより、熱応力あるいは機械的応力に充
分耐え、割れるおそれはない。
１は、従来と同様にイツトリア安定化ジルコニア（ＹＳ
Ｚ）もしくはカルシア安定化ジルコニア（ＣＳ Ｚ）等
の粉末を素材とするものであって、これらを溶射によっ
て付着堆積し、あるいはスラリーを塗布した後に焼成し
て固体電解質２１の層が形成される。さらにその外周の
燃料電極２２は、ニッケル（Ｎｉ ）やニッケルとジル
コニア（Ｎｉ＋Ｚｒ０２）とを溶射によって付着堆積さ
せ、もしくはこれらのスラリーを塗布した後に焼成して
形成される。これら固体電解質２１の層および燃料電極
２２を形成する際に空気電極２０をも加熱することにな
るが、空気電極２０はその内部に前記補強材２３を埋め
込んであることにより、熱応力あるいは機械的応力に充
分耐え、割れるおそれはない。
したがって第１図に示す燃料電池では、空気電極２０の
中心側中空部を空気流路２６としてここに空気や酸素ガ
スを流すとともに、燃料電極２２の外周側を燃料ガス流
路２７として水素ガスや一酸化炭素ガスなどの燃料ガス
を流せば、酸素ガスが多孔構造の空気電極２０を透過し
て固体電解質２１の内周面に拡散１．、また燃料ガスが
多孔構造の燃料電極２２を透過して固体電解質２１の外
周面に拡散するので、酸素と燃料ガスとの固体電解質２
１を介した電気化学的な反応が生じ、空気電極２０を陽
極としかつ燃料電極２２を陰極として電力を得ることが
できる。このような発電作用は燃料ガスの酸化を伴うも
のであるために高温状態で行われ、したがって始動時に
は常温からの予熱を行い、また発電の停止時等には温度
が低下し、それに伴って空気電極２０に熱応力が作用す
るが、空気電極２０は多孔構造であっても前記の補強材
２３を埋め込んであるので、発電中や発電の前後におけ
る熱応力によって割れが生じるおそれはない。
中心側中空部を空気流路２６としてここに空気や酸素ガ
スを流すとともに、燃料電極２２の外周側を燃料ガス流
路２７として水素ガスや一酸化炭素ガスなどの燃料ガス
を流せば、酸素ガスが多孔構造の空気電極２０を透過し
て固体電解質２１の内周面に拡散１．、また燃料ガスが
多孔構造の燃料電極２２を透過して固体電解質２１の外
周面に拡散するので、酸素と燃料ガスとの固体電解質２
１を介した電気化学的な反応が生じ、空気電極２０を陽
極としかつ燃料電極２２を陰極として電力を得ることが
できる。このような発電作用は燃料ガスの酸化を伴うも
のであるために高温状態で行われ、したがって始動時に
は常温からの予熱を行い、また発電の停止時等には温度
が低下し、それに伴って空気電極２０に熱応力が作用す
るが、空気電極２０は多孔構造であっても前記の補強材
２３を埋め込んであるので、発電中や発電の前後におけ
る熱応力によって割れが生じるおそれはない。
また空気電極２０は従来の支持管を兼ねていてその肉厚
が厚いことにより導電率が高く、したがって燃料電池全
体としての発電効率が良くなる。
が厚いことにより導電率が高く、したがって燃料電池全
体としての発電効率が良くなる。
なお上記の実施例では円形断面の燃料電池を例に採って
説明したが、この発明の固体電解質型燃料電池の形状は
要は筒状であればよいのであって、上記の実施例で示し
た形状に限定されるものではない。
説明したが、この発明の固体電解質型燃料電池の形状は
要は筒状であればよいのであって、上記の実施例で示し
た形状に限定されるものではない。
発明の効果
以上の説明から明らかなようにこの発明によれば、中心
側の筒状の空気電極が支持管を兼ね、しかもその空気電
極が補強材を埋め込んだ多孔構造体であるから、その外
周に固体電解質の層や燃料電極を形成する際の加熱、あ
るいは発電中や発電の前後における温度変化によって、
支持管である空気電極が割れたり、ひいては燃料電池全
体が破損したりすることを未然に防止することができる
。
側の筒状の空気電極が支持管を兼ね、しかもその空気電
極が補強材を埋め込んだ多孔構造体であるから、その外
周に固体電解質の層や燃料電極を形成する際の加熱、あ
るいは発電中や発電の前後における温度変化によって、
支持管である空気電極が割れたり、ひいては燃料電池全
体が破損したりすることを未然に防止することができる
。
またこの発明では空気電極を厚肉にできるためにその導
電率が高くなり、発電効率を向上させることができる。
電率が高くなり、発電効率を向上させることができる。
第１図はこの発明の一実施例を示す部分断面図、第２図
はその補強材の一例を示す部分斜視図、第３図は固体電
解質型燃料電池の原理を説明するための説明図、第４図
は従来の円筒状単電池の模式的な断面図である。 ２０・・・空気電極、 ２１・・・固体電解質、・・・
燃料電極、 ２３・・・補強材、 ２４．２条体。
はその補強材の一例を示す部分斜視図、第３図は固体電
解質型燃料電池の原理を説明するための説明図、第４図
は従来の円筒状単電池の模式的な断面図である。 ２０・・・空気電極、 ２１・・・固体電解質、・・・
燃料電極、 ２３・・・補強材、 ２４．２条体。
Claims (3)
- （１）酸素イオンの選択透過性のある固体電解質を挟ん
で空気電極と燃料電極とを設けた固体電解質型燃料電池
において、 前記空気電極が、補強材を埋め込んだ多孔構造の筒状体
として形成され、その筒状空気電極の外周面に前記固体
電解質および燃料電極が順次積層して形成されているこ
とを特徴とする固体電解質型燃料電池。 - （２）前記補強材と空気電極とが同一の粉末材料を焼結
して形成され、かつ補強材の嵩密度が空気電極より高い
ことを特徴とする請求項１に記載の固体電解質型燃料電
池。 - （３）前記補強材は複数の線条体によって格子状に形成
されていることを特徴とする請求項１または２に記載の
固体電解質型燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2170888A JPH0461752A (ja) | 1990-06-28 | 1990-06-28 | 固体電解質型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2170888A JPH0461752A (ja) | 1990-06-28 | 1990-06-28 | 固体電解質型燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0461752A true JPH0461752A (ja) | 1992-02-27 |
Family
ID=15913181
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2170888A Pending JPH0461752A (ja) | 1990-06-28 | 1990-06-28 | 固体電解質型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0461752A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006236674A (ja) * | 2005-02-23 | 2006-09-07 | Kyocera Corp | 燃料電池セル及びこれを用いた燃料電池セルスタック、燃料電池 |
| JP2006236625A (ja) * | 2005-02-22 | 2006-09-07 | Kyocera Corp | 燃料電池セル及びこれを用いた燃料電池セルスタック、燃料電池 |
| JP2008257870A (ja) * | 2007-03-30 | 2008-10-23 | Dainippon Printing Co Ltd | 固体酸化物形燃料電池 |
-
1990
- 1990-06-28 JP JP2170888A patent/JPH0461752A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006236625A (ja) * | 2005-02-22 | 2006-09-07 | Kyocera Corp | 燃料電池セル及びこれを用いた燃料電池セルスタック、燃料電池 |
| JP2006236674A (ja) * | 2005-02-23 | 2006-09-07 | Kyocera Corp | 燃料電池セル及びこれを用いた燃料電池セルスタック、燃料電池 |
| JP2008257870A (ja) * | 2007-03-30 | 2008-10-23 | Dainippon Printing Co Ltd | 固体酸化物形燃料電池 |
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