JPH05166523A - 平板状固体電解質型燃料電池 - Google Patents
平板状固体電解質型燃料電池Info
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- JPH05166523A JPH05166523A JP3351589A JP35158991A JPH05166523A JP H05166523 A JPH05166523 A JP H05166523A JP 3351589 A JP3351589 A JP 3351589A JP 35158991 A JP35158991 A JP 35158991A JP H05166523 A JPH05166523 A JP H05166523A
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- Japan
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- separator
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- fuel
- gas
- electrolyte layer
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/023—Porous and characterised by the material
- H01M8/0232—Metals or alloys
-
- 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
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- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
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- Manufacturing & Machinery (AREA)
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- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 シールを使用しなくてもセパレータと単電池
をガス密封状に積層できる平板状固体電解質型燃料電池
を提供すること。 【構成】 固体電解質層の周縁を挟圧するセパレータに
ゆるやかな曲面を形成しかつ燃料極とセパレータとの間
にクッション材を挿入した。
をガス密封状に積層できる平板状固体電解質型燃料電池
を提供すること。 【構成】 固体電解質層の周縁を挟圧するセパレータに
ゆるやかな曲面を形成しかつ燃料極とセパレータとの間
にクッション材を挿入した。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は平板状固体電解質型燃料
電池、特にシールレス構造を持った平板状固体電解質型
燃料電池に関する。
電池、特にシールレス構造を持った平板状固体電解質型
燃料電池に関する。
【０００２】
【従来技術】最近、酸素と水素をそれぞれ、酸化剤およ
び燃料として、燃料が本来持っている化学エネルギーを
直接電気エネルギーにする燃料電池が、省資源、環境保
護などの観点から注目されており、特に固体電解質型燃
料電池は、動作温度が８００〜１０００°Ｃと高いこと
から、リン酸型、溶融炭酸塩型の燃料電池に比べて原理
的に発電効率が高く、排熱を有効に利用でき、構成材料
がすべて固体であり取扱が容易であるなどの多くの利点
を有するため、研究・開発が進んできている。
び燃料として、燃料が本来持っている化学エネルギーを
直接電気エネルギーにする燃料電池が、省資源、環境保
護などの観点から注目されており、特に固体電解質型燃
料電池は、動作温度が８００〜１０００°Ｃと高いこと
から、リン酸型、溶融炭酸塩型の燃料電池に比べて原理
的に発電効率が高く、排熱を有効に利用でき、構成材料
がすべて固体であり取扱が容易であるなどの多くの利点
を有するため、研究・開発が進んできている。
【０００３】平板状固体電解質型燃料電池は、平板状単
電池とセパレータが間にパッキングやシール材を介して
交互に積層され（以下、スタックという）、締付けられ
て構成されている。単電池は平板状固体電解質層を挟ん
で、例えば表面に空気極、裏面に燃料極が配置されてお
り、これらの極のそれぞれの表面に酸化剤ガスと燃料ガ
スを流通させることにより、両極間に起電力を発生する
ことができる。スタックの運転温度は約１０００°Ｃに
達するので、単電池やセパレータの材質には化学的安定
性や機械的強度が必要である。
電池とセパレータが間にパッキングやシール材を介して
交互に積層され（以下、スタックという）、締付けられ
て構成されている。単電池は平板状固体電解質層を挟ん
で、例えば表面に空気極、裏面に燃料極が配置されてお
り、これらの極のそれぞれの表面に酸化剤ガスと燃料ガ
スを流通させることにより、両極間に起電力を発生する
ことができる。スタックの運転温度は約１０００°Ｃに
達するので、単電池やセパレータの材質には化学的安定
性や機械的強度が必要である。
【０００４】上述のスタックの内部で燃料ガスと酸化剤
ガスが漏出したり混合したりしないようにセパレータと
単電池をシールしておく必要がある。もし、燃料ガスと
酸化剤ガスとが混合すれば燃料電池の効率が低下するの
は勿論、混合により燃焼して点電池の局部的な温度上昇
を生じ、熱応力分布が不均一となり、スタックの寿命を
短縮させる。そこでスタック内でガスの漏出や混合を生
じないように、前述のパッキングやシールが使用されて
いる。
ガスが漏出したり混合したりしないようにセパレータと
単電池をシールしておく必要がある。もし、燃料ガスと
酸化剤ガスとが混合すれば燃料電池の効率が低下するの
は勿論、混合により燃焼して点電池の局部的な温度上昇
を生じ、熱応力分布が不均一となり、スタックの寿命を
短縮させる。そこでスタック内でガスの漏出や混合を生
じないように、前述のパッキングやシールが使用されて
いる。
【０００５】また、従来のスタック構造によれば、セパ
レータと単電池との接触面すなわち接合面は偏平面であ
るため、セパレータとセパレータの間に固体電解質層の
周縁を挟んで積層するが、その積層工程において、両セ
パレータの扁平面に挟まれた固体電解質層が締付け途中
で引っ張られて破損することがあり、この部分から両ガ
スが漏出し、混合するという問題がある。
レータと単電池との接触面すなわち接合面は偏平面であ
るため、セパレータとセパレータの間に固体電解質層の
周縁を挟んで積層するが、その積層工程において、両セ
パレータの扁平面に挟まれた固体電解質層が締付け途中
で引っ張られて破損することがあり、この部分から両ガ
スが漏出し、混合するという問題がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来、パッキングに用
いる有望な材料が見つからず、またシール材として実用
性のあるものがなく、特に化学安定性の点からスタック
の各材料に合った材料を見つけることは困難である。
いる有望な材料が見つからず、またシール材として実用
性のあるものがなく、特に化学安定性の点からスタック
の各材料に合った材料を見つけることは困難である。
【０００７】本発明は上記の点に鑑みてなされたもの
で、シールを必要としないシールレス構造の平板状固体
電解質型燃料電池を提供することを目的とする。
で、シールを必要としないシールレス構造の平板状固体
電解質型燃料電池を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明は、固体電解質層を挟むように燃料極と空気極を
配置してなる平板状単電池と、前記単電池を電気的に直
列に接続しかつ燃料極に燃料ガスを空気極に酸化剤ガス
を分配するセパレータとを交互に積層して構成された平
板状固体電解質型燃料電池において、前記固体電解質層
を挟圧する前記セパレータにゆるやかな局面を形成し、
上下セパレータで単電池を挟み、単電池の固体電解質層
の周縁を挟圧すること、かつ燃料極とセパレータとの間
に導電性のクッション材を挿入したことを特徴とする。
本発明は、固体電解質層を挟むように燃料極と空気極を
配置してなる平板状単電池と、前記単電池を電気的に直
列に接続しかつ燃料極に燃料ガスを空気極に酸化剤ガス
を分配するセパレータとを交互に積層して構成された平
板状固体電解質型燃料電池において、前記固体電解質層
を挟圧する前記セパレータにゆるやかな局面を形成し、
上下セパレータで単電池を挟み、単電池の固体電解質層
の周縁を挟圧すること、かつ燃料極とセパレータとの間
に導電性のクッション材を挿入したことを特徴とする。
【０００９】
【作用】上記のように、セパレータにゆるやかな局面を
形成し且つクッション材をセパレータと燃料極の間に入
れたので、固体電解質層はスタックを積層し締付ける工
程で、うまく弾力的に引っ張られるので破損することが
なく、また締付け完了したセパレータ間およびセパレー
タと固体電解質層との間の密封性が向上し、シールを必
要としないようになった。
形成し且つクッション材をセパレータと燃料極の間に入
れたので、固体電解質層はスタックを積層し締付ける工
程で、うまく弾力的に引っ張られるので破損することが
なく、また締付け完了したセパレータ間およびセパレー
タと固体電解質層との間の密封性が向上し、シールを必
要としないようになった。
【００１０】
【実施例】以下、本発明を図面に基づいて説明する。
【００１１】図１は本発明の平板状固体電解質型燃料電
池の平面図、図２は図１のII−II線断面図、図３は図１
のIII-III線断面図、図４は図１のIV-IV線断面図であ
る。
池の平面図、図２は図１のII−II線断面図、図３は図１
のIII-III線断面図、図４は図１のIV-IV線断面図であ
る。
【００１２】本発明の平板状固体電解質型燃料電池（ス
タック）は固体電解質層２を挟むように燃料極３と空気
極４を配置した平板状単電池と、この単電池を直列に接
続し且つ燃料極に燃料ガスを分配し空気極に酸化剤ガス
を分配するためのセパレータ１とを交互に積層して構成
されたものである。
タック）は固体電解質層２を挟むように燃料極３と空気
極４を配置した平板状単電池と、この単電池を直列に接
続し且つ燃料極に燃料ガスを分配し空気極に酸化剤ガス
を分配するためのセパレータ１とを交互に積層して構成
されたものである。
【００１３】図２、図３及び図４は２個のセパレータ
１、１の間に積層された１個の単電池を示すもので、２
個のセパレータ１、１は図面に示すよう僅かの間隙をお
いて引き離された状態を示している。これは本発明の説
明をわかり易くするためであり、スタックの運転時には
当然圧着されている。
１、１の間に積層された１個の単電池を示すもので、２
個のセパレータ１、１は図面に示すよう僅かの間隙をお
いて引き離された状態を示している。これは本発明の説
明をわかり易くするためであり、スタックの運転時には
当然圧着されている。
【００１４】本実施例においては、図１に示すように、
燃料ガスをＡ方向に流し、酸化剤ガスをＢ方向に直交し
て流す。そのために、燃料極３と空気極４のそれぞれ対
面するセパレータ１、１の両側面にはガス通路用の溝６
が直交状態に形成されている。図２についていえば、燃
料ガスの溝６は紙面に垂直方向に形成され、酸化剤ガス
の溝は紙面上の左右方向に形成されている。
燃料ガスをＡ方向に流し、酸化剤ガスをＢ方向に直交し
て流す。そのために、燃料極３と空気極４のそれぞれ対
面するセパレータ１、１の両側面にはガス通路用の溝６
が直交状態に形成されている。図２についていえば、燃
料ガスの溝６は紙面に垂直方向に形成され、酸化剤ガス
の溝は紙面上の左右方向に形成されている。
【００１５】一方、単電池の固体電解質層２の両側には
前述のように燃料極３と空気極４が付着されているが、
これらの極３、４は固体電解質層２の全面に設けられる
ものではなく、図２に示すように、四つの辺部すなわち
周縁は付着されずに、固体電解質層２が露出されてい
る。この露出２ａは図３および図４に示すように、上下
のセパレータ１、１の間に圧接されており、この圧接に
よりガスがスタックから漏出するのを防止している。
前述のように燃料極３と空気極４が付着されているが、
これらの極３、４は固体電解質層２の全面に設けられる
ものではなく、図２に示すように、四つの辺部すなわち
周縁は付着されずに、固体電解質層２が露出されてい
る。この露出２ａは図３および図４に示すように、上下
のセパレータ１、１の間に圧接されており、この圧接に
よりガスがスタックから漏出するのを防止している。
【００１６】本実施例によれば、セパレータ１の対向し
た（図３と図４において左右の）の接合面１ａ、１ｂを
ゆるやかな曲面にしており、上下側のセパレータ１の曲
面１ａは凸形の曲面、下側のセパレータの１の接合面１
ｂは凹形の曲面となっている（図３、図４）。したがっ
て、固体電解質層２の露出部２ａが反り返った状態で上
下のセパレータ１、１の曲面１ａ、１ｂ間に挟圧されて
いる。上下のセパレータ１、１の前記曲面は互いに嵌合
するよう凸形と凹形の曲面となっている（図３、図
４）。
た（図３と図４において左右の）の接合面１ａ、１ｂを
ゆるやかな曲面にしており、上下側のセパレータ１の曲
面１ａは凸形の曲面、下側のセパレータの１の接合面１
ｂは凹形の曲面となっている（図３、図４）。したがっ
て、固体電解質層２の露出部２ａが反り返った状態で上
下のセパレータ１、１の曲面１ａ、１ｂ間に挟圧されて
いる。上下のセパレータ１、１の前記曲面は互いに嵌合
するよう凸形と凹形の曲面となっている（図３、図
４）。
【００１７】また、本実施例によれば、単電池の燃料極
３とセパレータ１との間に形成される燃料ガス室の中に
導電性のクッション材５が挿入されている。このクッシ
ョン材５は、たとえば細い金属ストリップをスポンジ状
またはメッシュ状等に成形したものであり、セパレータ
と燃料の間に導通性とクッション性をもたせるのであ
る。
３とセパレータ１との間に形成される燃料ガス室の中に
導電性のクッション材５が挿入されている。このクッシ
ョン材５は、たとえば細い金属ストリップをスポンジ状
またはメッシュ状等に成形したものであり、セパレータ
と燃料の間に導通性とクッション性をもたせるのであ
る。
【００１８】なお、固体電解質層３に接触するセパレー
タ１の隅部に僅かの丸味をつけておいて、スタックの組
立時に薄い固体電解質層２の露出部２ａがセパレータの
隅部により破損しないようにしている。
タ１の隅部に僅かの丸味をつけておいて、スタックの組
立時に薄い固体電解質層２の露出部２ａがセパレータの
隅部により破損しないようにしている。
【００１９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は単電池の
固体電解質層の周縁をセパレータで挟持するようにした
平板状固体電解質型燃料電池において、セパレータのそ
の挟圧面をゆるやかな曲面にし、燃料極とこれに対面す
るセパレータとの間に導電性のクッション材を挿入した
ことにより燃料電池の密封性を向上してガスの漏出・混
合を防止することができ、かつクッション材により電極
とセパレータとの間の接触・導通を良好にし、その結果
スタックの性能が向上するというすぐれた効果が得られ
る。
固体電解質層の周縁をセパレータで挟持するようにした
平板状固体電解質型燃料電池において、セパレータのそ
の挟圧面をゆるやかな曲面にし、燃料極とこれに対面す
るセパレータとの間に導電性のクッション材を挿入した
ことにより燃料電池の密封性を向上してガスの漏出・混
合を防止することができ、かつクッション材により電極
とセパレータとの間の接触・導通を良好にし、その結果
スタックの性能が向上するというすぐれた効果が得られ
る。
【００２０】また、セパレータと単電池を積層してスタ
ックを組立てる締付作業時に、セパレータの曲面挟圧部
間に単電池の固体電解質層周縁部が挟まれるので、従来
のように平面状態で締付ける時のように固体電解質層に
無理な引張力が作用して破損するのを防止することがで
きる。
ックを組立てる締付作業時に、セパレータの曲面挟圧部
間に単電池の固体電解質層周縁部が挟まれるので、従来
のように平面状態で締付ける時のように固体電解質層に
無理な引張力が作用して破損するのを防止することがで
きる。
【００２１】また、シールを必要としないセパレータ構
造にしたので、セパレータに金属等の熱膨張率の大きい
材料が使えるようになり、セパレータの材料の制約がな
くなった。
造にしたので、セパレータに金属等の熱膨張率の大きい
材料が使えるようになり、セパレータの材料の制約がな
くなった。
【図１】本発明の平板状固体電解質型燃料電池の平面図
である。
である。
【図２】図１のII-II線断面図である。
【図３】図１のIII-III線断面図である。
【図４】図１のIV-IV線断面図である。
１ セパレータ ２ 固体電解質層 ３ 燃料極 ４ 空気極 ５ クッション材 ６ 溝
Claims (1)
- 【請求項１】 固体電解質層を挟むように燃料極と空気
極を配置してなる平板状単電池と、前記単電池を電気的
に直列に接続しかつ燃料極に燃料ガスを空気極に酸化剤
ガスを分配するセパレータとを交互に積層して構成され
た平板状固体電解質型燃料電池において、前記固体電解
質層を挟圧する前記セパレータにゆるやかな曲面を形成
し、上下セパレータで単電池を挟み、単電池の固体電解
質層の周縁を挟圧すること、かつ燃料極とセパレータと
の間に導電性のクッション材を挿入したことを特徴とす
る平板状固体電解質型燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3351589A JPH05166523A (ja) | 1991-12-12 | 1991-12-12 | 平板状固体電解質型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3351589A JPH05166523A (ja) | 1991-12-12 | 1991-12-12 | 平板状固体電解質型燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05166523A true JPH05166523A (ja) | 1993-07-02 |
Family
ID=18418296
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3351589A Withdrawn JPH05166523A (ja) | 1991-12-12 | 1991-12-12 | 平板状固体電解質型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05166523A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002505512A (ja) * | 1998-02-27 | 2002-02-19 | コーニング インコーポレイテッド | 可撓性無機電解質燃料電池構造 |
| WO2002027813A2 (en) * | 2000-09-27 | 2002-04-04 | Proton Energy Systems, Inc. | Apparatus and method for maintaining compression of the active area in an electrochemical cell |
| WO2003075384A1 (fr) * | 2002-03-04 | 2003-09-12 | Mitsubishi Materials Corporation | Pile a combustible en oxyde solide et separateur |
| US6682845B2 (en) | 2000-09-27 | 2004-01-27 | Proton Energy Systems, Inc. | Apparatus for maintaining compression of the active area in an electrochemical cell |
| US6869720B2 (en) | 2000-09-27 | 2005-03-22 | Proton Energy Systems, Inc. | Method and apparatus for maintaining compression of the active area in an electrochemical cell |
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| WO2007148677A1 (ja) * | 2006-06-22 | 2007-12-27 | Yanmar Co., Ltd. | 平板固体酸化物型燃料電池 |
| WO2008012648A2 (en) * | 2006-07-28 | 2008-01-31 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Method for manufacturing hydrogen separation membrane fuel cell |
| US7354675B2 (en) | 1999-10-07 | 2008-04-08 | Proton Energy Systems, Inc. | Apparatus and method for maintaining compression of the active area in an electrochemical cell |
| KR20230075533A (ko) * | 2021-11-23 | 2023-05-31 | 한국생산기술연구원 | 대면적과 자유 곡면을 가진 연료전지용 고효율 양극성 분리판, 및 그 제조방법 |
-
1991
- 1991-12-12 JP JP3351589A patent/JPH05166523A/ja not_active Withdrawn
Cited By (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
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