JPH0689726A - 内部マニホールド式ガス供給手段を有する支持膜型固体電解質燃料電池 - Google Patents

内部マニホールド式ガス供給手段を有する支持膜型固体電解質燃料電池

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JPH0689726A
JPH0689726A JP4263128A JP26312892A JPH0689726A JP H0689726 A JPH0689726 A JP H0689726A JP 4263128 A JP4263128 A JP 4263128A JP 26312892 A JP26312892 A JP 26312892A JP H0689726 A JPH0689726 A JP H0689726A
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JP
Japan
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separator
fuel
unit cell
solid electrolyte
gas
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Withdrawn
Application number
JP4263128A
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English (en)
Inventor
Yuichi Hishinuma
祐一 菱沼
Yoshio Matsuzaki
良雄 松崎
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Tokyo Gas Co Ltd
Original Assignee
Tokyo Gas Co Ltd
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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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  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 容易に積層することができ、ガスの漏洩防止
のためシール剤を必要とせず、強度が大きく、かつ燃料
ガスと空気を平行流でも対向流でも流すことができる内
部マニホールド式ガス供給手段を有する支持膜型固体電
解質燃料電池をを提供すること。 【構成】 空気極6板の片面に固体電解質の薄膜5を塗
布しその上に燃料極4を配置してなる支持膜型平板状単
電池3と、隣接する単電池3同士を電気的に直列に接続
しかつ各単電池にガスを分配するセパレータ1とを交互
に積層して構成し、セパレータの片面に単電池の燃料極
側に燃料ガス流通路1cを備え且つ反対面に単電池を嵌
入するための窪み1eを備え、窪みの中に単電池をその
空気極の空気流通路3cをセパレータに対面させて嵌入
し、単電池の燃料極とセパレータの燃料ガス流通路側と
の間に金属メッシュ2を介在し、単電池の固体電解質の
薄膜の周縁部とセパレータの間にスペーサを介在して積
層した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は内部マニホールド式ガス
供給手段を有する支持膜型固体電解質燃料電池に関す
る。
【0002】
【従来の技術】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変換する燃料電池が、省資源、
環境保護などの観点から注目されている。
【0003】イットリアなどをドープしたジルコニアを
単電池の電解質層として用い、耐熱性金属や導電性酸化
物をセパレータとして用いた固体電解質燃料電池は、作
動温度が高く、発電効率が高く、高温の廃熱の利用によ
り総合効率が高いので、研究開発が進んでいる。
【0004】支持膜型固体電解質燃料電池は空気極板の
片面に固体電解質の薄膜を塗布しその上に燃料極を配置
してなる支持膜型平板状単電池と、隣接する単電池同志
を電気的に直列に接続しかつ各単電池に燃料ガスと酸化
剤ガスとを分配するセパレータとを交互に積層して複層
のスタックとして構成されたものである。
【0005】内部マニホールド型固体電解質燃料電池は
セパレータが酸化剤および燃料の各ガスの給排気、分配
および電気的接続の機能を兼ね備える一体型の構造であ
る。そのため、セパレータの周縁部にガスの給排気の孔
が開けられ、この孔から単電池の電極面にガスが給排気
され、さらに、電極面の隅々にガスを均等に分配するた
め、および、隣あう電池を直列に接続するため電極また
はセパレータの面に複数本のガス流通溝が形成されてい
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従来、内部マニホール
ド式ガス供給手段を有する支持膜型固体電解質型燃料電
池は製造が困難であった。たとえば、平板型の燃料電池
は発電密度が高いので製造が望まれているが、高温用の
耐熱性のあるシール剤が存在しないため、また構造全体
の高温強度が弱いため、製造が困難であった。
【0007】本発明は上述の点に鑑みてなされたもの
で、容易に積層することができ、ガスの漏洩防止のため
シール剤を必要とせず、強度が大きく、かつ燃料ガスと
空気を平行流でも対向流でも流すことができる内部マニ
ホールド式ガス供給手段を有する支持膜型固体電解質燃
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、空気極板の片面に固体電解質の薄膜を塗布しその上
に燃料極を配置してなる支持膜型平板状単電池と、隣接
する単電池同士を電気的に直列に接続しかつ各単電池に
燃料ガスと酸化剤ガスとを分配するセパレータとを交互
に積層して構成される内部マニホールド型固体電解質燃
料電池において、前記セパレータの片面に単電池の燃料
極側に燃料ガスを流すためのガス流通路を備え且つ反対
面に単電池を嵌入するための窪みを備え、該窪みの中に
単電池をその空気極の空気流通路をセパレータに対面さ
せて嵌入し、単電池の燃料極とセパレータの燃料ガス流
通路側との間に金属メッシュを介在し、単電池の固体電
解質の薄膜の周縁部とセパレータの間にスペーサを介在
して積層したことを特徴とする。
【0009】
【作用】セパレータの片面に単電池の燃料極側に燃料ガ
スを流すためのガス流通路を備え且つ反対面に単電池を
嵌入するための窪みを備え、該窪みの中に単電池を嵌入
する構造にしたので支持膜型の内部マニホールド型固体
電解質燃料電池を容易に製作できるようになった。
【0010】単電池の燃料極とセパレータの燃料ガス流
通路側との間に金属メッシュを介在し、単電池の固体電
解質の薄膜とセパレータとスペーサを機械的に圧着させ
て積層したので、シール性能が向上し、燃料極とセパレ
ータとの電気的接触性能が向上した。
【0011】セパレータをNiまたはNi基合金等の金
属板で造る場合、その機械的強度が大きくかつ緻密とな
りガスの漏洩問題が生ぜず、耐熱性が高く高温度でも安
定であり、酸素との親和性が低いため界面抵抗が小さ
く、水素の透過性が高く、酸化物層との界面での酸化を
妨げ、また熱応力に強くなる。
【0012】
【実施例】以下、本発明を図面に基づいて説明する。
【0013】図1は本発明の内部マニホールド式ガス供
給手段を有する支持膜型固体電解質燃料電池に使用する
セパレータ1の平面図、図2は同底面図、図3は図1の
線III −III 断面図、図4は図1のIV−IV断面図であ
る。
【0014】セパレータ1は単電池の燃料極と空気極に
それぞれ使用される燃料ガスと酸化剤ガスを分離してク
ロスリークを防止する作用と、単電池同士を電気的に直
列に接続する作用をするものである。セパレータ1は導
電性酸化物例えばストロンチウムドープランタンクロマ
イトを加圧成型し空気中で焼成して得た焼結体である
か、またはNiやNi基合金等の耐熱性金属で造られ
る。
【0015】セパレータ1は矩形状をなし、4隅にガス
の給排気孔1aが開けられ、さらに、単電池3の電極面
の隅々に燃料ガスを均等に分配するため、および、隣あ
う単電池3と直列に接続するため電極面に複数列の燃料
ガス流通路1cとしての溝と、突起1bが施されてい
る。しかし、これらの燃料ガス流通路1cと突起1b
は、図2、4に示すように、セパレータ1の裏面のみに
形成されており、図1、4に示すように、表面には四角
形のへこみ1eが形成されている。この四角形の窪み1
eの中に後述する単電池3が嵌め込まれる。なお、突起
1bの頂面は燃料電池を組立てたとき、下層の単電池3
の燃料極4の面と、金属メッシュ2を介して、弾力的に
接触するようになっている。
【0016】図2から分かるように、裏面の燃料ガス流
通路1cは左右2個の対角線方向の燃料ガス給排気孔1
aに連通している。なお、左右2個の対角線方向の別の
給排気孔1aは図1に示すように四角形の窪み1eに連
通し、さらに単電池の空気極6に連通している。セパレ
ータ1の表面と裏面の周縁部1dはスペーサ7または単
電池3の固体電解質層5と重ねてシール作用をする面で
ある。
【0017】図5は単電池3の平面図、図6は図5の線
VI−VI断面図である。
【0018】単電池3は基板としての空気極6、固体電
解質の薄膜である固体電解質層5、燃料極4の3層から
なる。空気極6は多孔質導電性酸化物の板で作られ、極
面の隅々に空気を均等に分配するため、および、隣あう
単電池3と直列に接続するため、片方の電極面(図6に
おいて上面)に複数列の空気流通路3cとしての溝と、
突起3bが形成されている。空気極6の下面は扁平面で
あり、ここに固体電解質層5としてYSZ(イットリア
などをドープしたジルコニア焼結体)が気相法、液相法
などによりコーティングされている。さらに、この固体
電解質層5の上に燃料極としてNi/YSZサーメット
がスクリーン印刷などによりコーティングされている。
【0019】図7はスペーサ7の平面図、図8は図7の
線VIII−VIII断面図である。
【0020】スペーサ7はジルコニアで造られ、厚みが
数百ミクロンである。中央部にほぼ四角形の孔7bが開
けられ、かつ、対角線上の2隅にガスの給排気孔7aが
開けられている。孔7bは単電池3の燃料極4の面積よ
りやや広く、また孔7aはセパレータ1の給排気孔1a
の大きさ、配置と同一である。スペーサ7の表面と裏面
の周縁部7dはセパレータ1または単電池3の固体電解
質層5と重ねてシール作用をするための面である。
【0021】図9は本発明の内部マニホールド式ガス供
給手段を有する支持膜型固体電解質燃料電池の断面図で
ある。
【0022】上述の構成要素を次のように組み立てて本
発明の固体電解質燃料電池を完成する。 (1)導電性酸化物製セパレータ1の窪み1eの中に単
電池3を嵌入する。このとき、単電池3の空気流通路3
cが窪み1eに対面するように配置する。 (2)単電池3の固体電解質層5の上面にスペーサ7を
載せる。 (3)金属メッシュ2を単電池3の空気極6の上面に載
せ、かつスペーサ7の四角形の孔7bの中に入れる。 (4)スペーサ7の上に別のセパレータ1を載せる。こ
のような順序で、複数個のセパレータ1と単電池3とス
ペーサ7を積層し、締め付けてスタックに構成する。こ
のとき、金属メッシュ2は弾力的に圧縮され、上層単電
池3の空気極6が下層単電池3の燃料極4と直列に接続
される。
【0023】上述の実施例において、セパレータ1とし
て導電性酸化物製セパレータ1を使用したが、耐熱性金
属製セパレータ1を使用して燃料電池を組立てた場合
は、このセパレータ1が空気などの酸化剤ガスで酸化さ
れるのを防ぐため、セパレータ1と単電池3の空気極6
の間に導電性酸化物の板を挿入する。
【0024】上述の実施例において、セパレータ1の燃
料ガス流通路1cと単電池3の空気流通路3cは平行流
として図示されているが、これらを容易に直交流に変え
ることもできる。
【0025】このようにして構成された固体電解質燃料
電池に、その周縁部のガス給気孔から燃料ガスと酸化剤
ガスを供給することにより、両ガスは各単電池3の両電
極面上をくまなく流れるので、スタックの上下間に電力
が効率的に発生される。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように、本発明においては
セパレータに窪みを設け、この窪みの中に支持膜型単電
池を嵌入し、この単電池の固体電解質層とスペーサとセ
パレータを圧着して機械的シールを行ったので、次のよ
うな優れた効果が得られる。 (1) セパレータの片面に単電池の燃料極側に燃料ガ
スを流すためのガス流通路を備え且つ反対面に単電池を
嵌入するための窪みを備え、該窪みの中に単電池を嵌入
する構造にしたので、スタックに積層することが容易に
なった。 (2) 単電池の燃料極とセパレータの燃料ガス流通路
側との間に金属メッシュを介在し、単電池の固体電解質
の薄膜とセパレータとスペーサを機械的に圧着させて積
層したので、シール性能が向上し、燃料極とセパレータ
が密着されて電気的接触性が向上した。従来のようなガ
スシール剤を使用する必要が無くなつた。(3) セパ
レータをNiまたはNi基合金等の金属板で造る場合、
その機械的強度が大きくかつ緻密となりガスの漏洩問題
が生ぜず、耐熱性が高く高温度でも安定であり、酸素と
の親和性が低いため界面抵抗が小さく、水素の透過性が
高く、酸化物層との界面での酸化を妨げ、また熱応力に
強くなる。 (4) したがって、本発明の支持膜式内部マニホール
ド型固体電解質燃料電池は長時間の耐久性が向上し、熱
サイクルに強くなり、製造および修理が簡単容易で、コ
ストも低下する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の内部マニホールド式ガス供給手段を有
する支持膜型固体電解質燃料電池に使用するセパレータ
1の平面図である。
【図2】本発明の内部マニホールド式ガス供給手段を有
する支持膜型固体電解質燃料電池に使用するセパレータ
1の底面図である。
【図3】図1の線III −III 断面図である。
【図4】図1のIV−IV断面図である。
【図5】本発明の内部マニホールド式ガス供給手段を有
する支持膜型固体電解質燃料電池に使用する単電池の平
面図である。
【図6】図5の線VI−VI断面図である。
【図7】本発明の内部マニホールド式ガス供給手段を有
する支持膜型固体電解質燃料電池に使用するスペーサの
平面図である。
【図8】図7の線VIII−VIII断面図である。
【図9】本発明の内部マニホールド式ガス供給手段を有
する支持膜型固体電解質燃料電池の断面図である。
【符号の説明】
1 セパレータ 1c 燃料ガス流通路 1e 窪み 2 金属メッシュ 3 単電池 3c 空気流通路 4 燃料極 5 固体電解質層 6 空気極 7 スペーサ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 空気極板の片面に固体電解質の薄膜を形
    成しその上に燃料極を配置してなる支持膜型平板状単電
    池と、隣接する単電池同士を電気的に直列に接続しかつ
    各単電池に燃料ガスと酸化剤ガスとを分配するセパレー
    タとを交互に積層して構成される内部マニホールド型固
    体電解質燃料電池において、前記セパレータの片面に単
    電池の燃料極側に燃料ガスを流すためのガス流通路を備
    え且つ反対面に単電池を嵌入するための窪みを備え、該
    窪みの中に単電池をその空気極の空気流通路をセパレー
    タに対面させて嵌入し、単電池の燃料極とセパレータの
    燃料ガス流通路側との間に金属メッシュを介在し、単電
    池の固体電解質の薄膜の周縁部とセパレータの間にスペ
    ーサを介在して積層したことを特徴とする内部マニホー
    ルド式ガス供給手段を有する支持膜型固体電解質燃料電
    池。
  2. 【請求項2】 前記セパレータが耐熱性金属製セパレー
    タであり、該セパレータと単電池の空気極の間に導電性
    酸化物の板を挿入したことを特徴とする請求項1に記載
    の内部マニホールド式ガス供給手段を有する支持膜型固
    体電解質燃料電池。
JP4263128A 1992-09-04 1992-09-04 内部マニホールド式ガス供給手段を有する支持膜型固体電解質燃料電池 Withdrawn JPH0689726A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015197508A1 (de) * 2014-06-23 2015-12-30 Thyssenkrupp Marine Systems Gmbh Brennstoffzelle und brennstoffzellenanordnung

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2015197508A1 (de) * 2014-06-23 2015-12-30 Thyssenkrupp Marine Systems Gmbh Brennstoffzelle und brennstoffzellenanordnung
KR20170009975A (ko) * 2014-06-23 2017-01-25 티쎈크로프 마리네 지스템스 게엠베하 연료 전지 및 연료 전지 배열체

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Effective date: 19991130