JPH06310156A - 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

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JPH06310156A
JPH06310156A JP5103120A JP10312093A JPH06310156A JP H06310156 A JPH06310156 A JP H06310156A JP 5103120 A JP5103120 A JP 5103120A JP 10312093 A JP10312093 A JP 10312093A JP H06310156 A JPH06310156 A JP H06310156A
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JP
Japan
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electrode
solid electrolyte
fuel cell
fuel
separator
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Application number
JP5103120A
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English (en)
Inventor
Hidehiro Nanjiyou
英博 南上
Masahide Akiyama
雅英 秋山
Masahiro Tomisako
正浩 冨迫
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Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
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Publication date
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    • 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

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  • Inert Electrodes (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】固体電解質に生じるソリを大幅に抑制すること
ができる平板状固体電解質型燃料電池を提供する。 【構成】平板状の固体電解質35の片側の面に空気極3
7を形成し、他方側の面に燃料極39を形成した複数の
燃料電池セル31をセパレータ33により相互に電気的
に接続してなる平板状固体電解質型燃料電池において、
空気極37および燃料極39のうち少なくとも一方を、
多数の電極板43の集合体により構成してなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、平板状の固体電解質の
片側に空気極が形成され、他方側に燃料極が形成された
燃料電池セルをセパレータにより電気的に接続した平板
状固体電解質型燃料電池に関するものである。
【0002】
【従来技術】従来、固体電解質型燃料電池には、円筒型
と平板型の2種類の燃料電池が知られている。平板型の
固体電解質型燃料電池としては、例えば、図5に示すよ
うに平板状固体電解質8の片方の面に多孔性の平板状空
気極9を、他方の面に多孔性の平板状燃料極10が形成
された燃料電池セルを、緻密質からなるセパレータ11
により電気的に接続して構成されている。
【0003】固体電解質8は溶射法などの手法により、
例えば、Y2 3 含有の安定化ZrO2 (YSZ)によ
り構成され、空気極9は、例えば、LaMnO3 系材料
から構成され、燃料極10は、例えば、Ni−ZrO2
から構成され、セパレータ11は、例えば、MgOやC
aOが固溶したLaCrO3 系材料により構成されてい
る。空気極9および燃料極10は、例えばスラリーコー
ティング法,スクリーン印刷法,ドクターブレート法、
プラズマ溶射法等により固体電解質8に焼き付けること
により形成される。
【0004】このような平板状固体電解質型燃料電池で
は、空気極9側に空気(酸素)を、燃料極10側に燃料
(水素)を供給して1000〜1050℃に加熱するこ
とにより発電が行われる。
【0005】
【発明が解決しようとする問題点】しかしながら、従来
の平板状固体電解質型燃料電池では、固体電解質8に電
極材料を焼き付ける際に電極材料が焼結し、これに伴い
固体電解質8が収縮し、ソリが発生するという問題があ
った。従来の燃料電池セルにおける空気極9および燃料
極10が一枚板であったため、特に固体電解質に生じる
ソリが大きいという問題があった。
【0006】そして、このようなソリが発生した固体電
解質8を使用すると、空気極9,燃料極10とセパレー
タ11の接触不良が生じ、出力密度が低下するという問
題があった。また、燃料電池セルを多数連結する際に固
体電解質8が破損したり、燃料電池セルを多数連結した
際に、空気極9,燃料極10とセパレータ11の間から
ガスが漏出するという問題があった。このため、大面積
の燃料電池セルを作製することが困難であり、発電能力
をさらに向上することは困難であった。
【0007】本発明は、固体電解質に生じるソリを大幅
に抑制することができる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】
【問題点を解決するための手段】本発明の平板状固体電
解質型燃料電池は、平板状の固体電解質の片側の面に空
気極を形成し、他方側の面に燃料極を形成した複数の燃
料電池セルをセパレータにより相互に電気的に接続して
なる平板状固体電解質型燃料電池において、前記空気極
および前記燃料極のうち少なくとも一方を、多数の電極
板の集合体により構成してなるものである。
【0009】
【作用】本発明の平板状固体電解質型燃料電池では、空
気極および燃料極のうち少なくとも一方を、多数の電極
板の集合体により構成したので、電極が一枚板である場
合に比較して電極板の焼付け時に固体電解質に作用する
収縮力が緩和される。これにより、固体電界質のソリを
防止し、各電極とセパレータとの接触不良や出力密度の
低下等を防止することができる。
【0010】以下、本発明を次の実施例で説明する。
【0011】
【実施例】本発明の平板状固体電解質型燃料電池の一実
施例を図に基づいて詳細に説明する。
【0012】図1は、本発明の平板状固体電解質型燃料
電池を示すもので、符号31は、燃料電池セルを示して
おり、この燃料電池セル31同士がセパレータ33によ
り電気的に接続されて燃料電池を構成している。燃料電
池セル31は、例えば、Y23 含有の安定化ZrO2
からなる平板状固体電解質35の片方の面に、多孔性の
空気極37を形成し、他方の面に多孔性の燃料極39を
形成して構成されている。
【0013】セパレータ33は、LaSrCrO3 ある
いはLaCaCrO3 からなり、組成をモル比で表す
と、La:Sr:Cr=0.95:0.05:1〜0.
6:0.4:1或いは、La:Ca:Cr=0.95:
0.05:1〜0.6:0.4:1である。セパレータ
33は、上記組成中SrあるいはCaの量が定比より0
〜20%過剰に配合しても良い。
【0014】空気極37はLaSrMnO3 あるいはL
aCaMnO3 からなり、組成をモル比で表すと、L
a:Sr:Mn=0.95:0.05:1〜0.6:
0.4:1或いは、La:Ca:Mn=0.95:0.
05:1〜0.6:0.4:1である。
【0015】燃料極39は、酸化ニッケルとイットリウ
ム安定化ジルコニウム(YSZ)の混合物よりなり、そ
の重量比はNiO:YSZ=9:1〜5:5である。
【0016】そして、空気極37および燃料極39は多
数の電極板43の集合体により構成され、これらの電極
板43とセパレータ33とがそれぞれ電気的に接続され
ている。即ち、空気極37および燃料極39は、図2に
示すように、四角形状の電極板43が横5個、縦5個規
則正しく整列して形成されている。これらの電極板43
の大きさは、縦横20mm、膜厚50μmであり、それ
ぞれ0.5mmの間隔を置いて配置されている。
【0017】また、セパレータ33は、図3に示すよう
に、従来と同様、複数条の突条45が1〜3mm間隔を
置いて形成されており、これらの突条45の間の溝は、
空気や燃料を供給するための供給路とされている。そし
て、図1に示したように、セパレータ33の突条45が
電極板43にそれぞれ当接することにより、燃料極39
および空気極37がセパレータ33により電気的に接続
されている。
【0018】このような平板状固体電解質型燃料電池
は、例えば、以下のようにして構成される。先ず、固体
電解質35の一方側の表面に、平均粒径1〜5μmのN
iO粉末と、平均粒径0.5〜5μmのYSZ粉末と、
エチルセルロースあるいはエチルセルロースのようなバ
インダーおよびテルピネオールあるいはグリコールロー
スのような溶媒からなるペーストを、スクリーン印刷
し、大気中において1300〜1500℃で焼付け、四
角形状の電極板43を多数形成し、燃料極39を形成す
る。
【0019】この後、固体電解質35の他方側に平均粒
径0.5〜10μmのLaSrMnO3 と、エチルセル
ロースあるいはエチルセルロースのようなバインダーお
よびテルピネオールあるいはグリコールロースのような
バインダーおよびテルピネオールあるいはグリコールの
ような溶媒からなるペーストを、スクリーン印刷し、大
気中において1100〜1400℃で焼付け、四角形状
の電極板43を多数形成し、空気極37を形成する。
【0020】そして、電極板43に、図2に示したよう
に、セパレータ33の突条45が当接するように固体電
解質35に配置し、固体電解質セル31が形成される。
【0021】以上のように構成された平板状固体電解質
型燃料電池では、燃料極39および空気極37が多数の
電極板43を離間した状態で配置されているため、従来
のように燃料極39および空気極37が一枚板の場合よ
りも、電極の焼付け時に固体電解質に作用する力が緩和
され、固体電解質35に生じるソリが大幅に抑制するこ
とができる。これにより、空気極37,燃料極39とセ
パレータ33の接触不良を防止することができ、またガ
スリークや固体電解質35の破損を防止することができ
る。さらに、ソリが小さいため、空気極37,燃料極3
9とセパレータ33との接触面積が増加し、出力密度を
増加することができる。
【0022】本発明者等は、このような本発明の効果を
確認すべく、以下のような実験を行った。
【0023】先ず、縦横200mm厚さ300μmのY
SZからなる固体電解質を形成する。次に、平均粒径2
μmのNiOと、平均粒径1μmのYSZが、モル比で
NiO:YSZ=8:2である原料粉末を作成し、これ
に、バインダーとしてメチルセルロースと、溶媒として
テルピネオールを、重量比で原料粉末:溶媒:バインダ
ー=10:4:1となるように添加してペーストを作成
し、このペーストを固体電解質の一方側の面に、図2に
示したように、縦横20mm厚み20μmの正方形状の
ものを、0.5mmの間隔を置いて多数スクリーン印刷
し、100℃で乾燥した後、大気中において1450℃
で1時間焼き付け、電極板が多数集合した燃料極を形成
した。
【0024】また、平均粒径2μmで、モル比がLa:
Ca:Mn=0.7:0.3:1のLaCaMnO3
料粉末に、バインダーとしてメチルセルロースと、溶媒
としてテルピネオールを、重量比で原料粉末:溶媒:バ
インダー=10:4:1となるように添加してペースト
を作成し、このペーストを固体電解質の他方側の面に、
縦横20mm厚み20μmの正方形状のものを、0.5
mmの間隔をおいて多数スクリーン印刷し、100℃で
乾燥した後、大気中において1250℃で2時間焼き付
け、電極板が多数集合した空気極を形成した。
【0025】これを用い、縦横100mm当たりのソリ
および出力密度を測定した。また、比較例として、従来
の一枚板からなる空気極や燃料極を固体電解質に形成し
たものを用い、ソリおよび出力密度を測定した。ソリは
長さ方向に対する浮き上がり高さを測定することにより
求め、出力密度は、作製した燃料電池セルを突条が2m
m幅のセパレータが直交するように図1に示したように
構成し、ガラスシールで接合し、燃料極側にH2 ガスを
1リットル/minの流量で、空気極側にO2ガスを
0.5リットル/minの流量で供給し、1000℃で
発電し、これをセル面積で割ることにより求めた。
【0026】この結果、従来品では、燃料極側の最大ソ
リが200μmで、出力密度は0.07W/cm2 であ
ったのに対して、本発明品では、最大ソリが30μm
で、出力密度は0.2W/cm2 であった。また、従来
品では、空気極側の最大ソリ150μmで、出力密度
0.1W/cm2 であったのに対して、本発明品では、
最大ソリが25μmで、出力密度は0.2W/cm2
あった。従って、本発明品では、従来品よりもソリが少
なく、また、出力密度が高いことが判る。
【0027】尚、セパレータ33は、図4に示すよう
に、電極板43にそれぞれ当接する突起47を有するも
のであっても良い。
【0028】また、本発明では、燃料極および空気極の
両方を多数の電極板により構成した例について説明した
が、本発明では上記実施例に限定されるものではなく、
燃料極および空気極のいずれか一方を多数の電極板によ
り構成した場合でも、ある程度の効果を有する。
【0029】さらに、本発明では、電極板43の形状を
四角形状にした例について説明したが、電極板の形状は
多角形、円あるいは不規則な曲線形であっても良い。
【0030】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の平板状固体
電解質型燃料電池では、電極が一枚板ではなく電極板の
集合体であるため、電極の焼付け時に固体電解質に作用
する収縮力が緩和され、固体電解質にソリが生じること
を殆どなくすことができる。これにより、空気極,燃料
極とセパレータの接触不良を防止することができ、また
ガスリークや固体電解質の破損を防止することができ
る。さらに、ソリが小さいため、空気極,燃料極とセパ
レータとの接触面積が増加し、出力密度を増加すること
ができる。よって、大面積の燃料電池セルを作製するこ
とができ、発電能力を大幅に向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の平板状固体電解質型燃料電池を示す斜
視図である。
【図2】電極板の配列状態を示す平面図である。
【図3】セパレータを示す斜視図である。
【図4】セパレータの他の例を示す斜視図である。
【図5】従来の平板状固体電解質型燃料電池を示す斜視
図である。
【符号の説明】
31 燃料電池セル 33 セパレータ 35 固体電解質 37 空気極 39 燃料極 43 電極板

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】平板状の固体電解質の片側の面に空気極を
    形成し、他方側の面に燃料極を形成した複数の燃料電池
    セルをセパレータにより相互に電気的に接続してなる平
    板状固体電解質型燃料電池において、前記空気極および
    前記燃料極のうち少なくとも一方を、多数の電極板の集
    合体により構成してなることを特徴とする平板状固体電
    解質型燃料電池。
JP5103120A 1993-04-28 1993-04-28 平板状固体電解質型燃料電池 Pending JPH06310156A (ja)

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