JPH0722060A - 固体電解質型燃料電池の接続構造 - Google Patents

固体電解質型燃料電池の接続構造

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JPH0722060A
JPH0722060A JP5187127A JP18712793A JPH0722060A JP H0722060 A JPH0722060 A JP H0722060A JP 5187127 A JP5187127 A JP 5187127A JP 18712793 A JP18712793 A JP 18712793A JP H0722060 A JPH0722060 A JP H0722060A
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JP5187127A
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Masakatsu Nagata
雅克 永田
Mikiyuki Ono
幹幸 小野
Takenori Nakajima
武憲 中島
Tsutomu Iwazawa
力 岩澤
Satoru Yamaoka
悟 山岡
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Fujikura Ltd
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Fujikura Ltd
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    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/241Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
    • H01M8/2425High-temperature cells with solid electrolytes
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01M2300/0017Non-aqueous electrolytes
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    • H01M2300/0068Solid electrolytes inorganic
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    • HELECTRICITY
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 電力ロスが小さく、かつ複数集合させても出
力密度の減少量の少ない固体電解質型燃料電池の接続構
造を提供する。 【構成】 相互に近接させた3つの筒状の単セル2を、
断面が三角形状の第1の集電部材3内に内接するように
配置するとともに、第2の集電部材4の外側に外接する
ように配置し、第1および第2の集電部材4により3つ
の単セル2を電気的に並列に接続するようにしてモジュ
ール1を構成した。このモジュール1を直列に複数接続
して電力を得る場合、これらには単セル3個分の電流し
か流れず電力ロスが小さい。また、この場合モジュール
1同士を大きな不要空間を生じさせずに複数並べること
ができ、出力密度の減少量も少ない。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は固体電解質を用いた燃
料電池の接続構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】固体電解質型燃料電池は、イットリア安
定化ジルコニア(YSZ)やカルシア安定化ジルコニア
(CSZ)などの固体電解質を挟んで、例えばペロブス
カイト型ランタン系複合化合物からなる空気電極とニッ
ケルなどを主体とする燃料電極とを設け、この各電極に
臨ませて流される空気と燃料ガスとを固体電解質を介し
て電気化学的に反応させることにより起電力を得るもの
である。この種の燃料電池では、燃料ガス流路と空気流
路とを気密状態に分離する必要があるので、従来では、
例えば固体電解質を筒状に形成し、その内外面に前記各
電極を設けた筒状の単セルによって電力を得るようにし
たものが知られている。この場合、単セルで得られる電
力が少ないので、複数の単セルを集電部材にて電気的に
並列に接続してモジュールを構成し、このモジュールを
複数個直列に接続して所要の電力を得ている。
【0003】図5は互いに直列に接続される上記のよう
なモジュールの平面図、図6はこれらのモジュールの一
端部側の側断面図である。モジュール50は6本の単セ
ル51と、陰極側集電部材52と、陽極側集電部材53
と、導電フェルト54と、電極接続部材55とから構成
されており、各単セル51は、円筒型の固体電解質の内
面側に空気電極、外面側に燃料電極をそれぞれ形成し、
空気電極に導通したインタコネクタを燃料電極の切り欠
き部から外方に突出させた構造となっている。そして、
6本の単セル51は、円筒状に形成された導電性の陰極
側集電部材52の内方に互いに近接した状態で収容さ
れ、その燃料電極側が導電フェルト54を介してこの陰
極側集電部材53の内面に接するように配置されている
とともに、そのインタコネクタが導電フェルト54を介
して6本の単セル51の中心部に設けられた陽極側集電
部材4の外面に接するように配置されていて、この6本
の単セル51は陰極側および陽極側集電部材52,53
により互いに電気的に並列に接続されている。
【0004】陽極側集電部材53の一端部側には単セル
51等より外方に突出した連結部53aが形成されてお
り、かつ陰極側集電部材52の一端部側にも単セル51
等より外方に突出するとともに陽極側集電部材53側に
延びた連結部52aが形成されている。そして、これら
の連結部52a,53aがボルト56を介して一対の導
電性の電極接続部材55,55により電気的に接続され
ていることにより、複数のモジュール50が互いに電気
的に直列に接続されている。この場合、これらのモジュ
ール50が例えば図7で示されるように、9個集められ
てセルバンドル57が形成され、さらにこのセルバンド
ル57が複数個集められることにより、これらのモジュ
ール50から電力が得られるようになっている。
【0005】つぎにこのモジュール50の作用を説明す
る。モジュール50の各単セル51の内方には空気が流
され、各単セル51の外方には燃料ガスが流されること
により、固体電解質を介して空気中の酸素ガスと燃料ガ
ス中の水素ガスが電気化学的に反応して、各単セル51
に起電力が発生される。そして、この起電力は単セル5
1の6個分の電流が合算された状態で、陰極側集電部材
52と陽極側集電部材53を介して各モジュール50か
ら取り出されるとともに、セルバンドル57からは単セ
ル51の6個分の電流と単セル51(モジュール50)
の9個分の電圧からなる電力が取り出される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このモ
ジュール50には単セル51の6個分の電流が合算され
た状態で流されるため、このモジュール50が多数直列
に接続されたセルバンドル57は大電流タイプとなり、
このセルバンドル57では陰極側および陽極側集電部材
52,53等による電力ロスが大きくなってしまうとい
う不都合があった。また、モジュール50は円筒状に形
成されているため、これらを複数集合させてセルバンド
ル57を形成した場合、互いの陰極側集電部材52で囲
まれた発電に寄与しない不要なスペースSが生じてしま
い、セルバンドル57の単位体積当たりの発電量(以下
出力密度と言う)を低下させてしまうという不都合もあ
った。
【0007】この発明は上記の事情に鑑みてなされたも
ので、電力ロスが少なく、かつ複数集合させても出力密
度の減少が少ない固体電解質型燃料電池の接続構造を提
供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記の目的
を達成するために、固体電解質を挟んで一対の電極を形
成した複数の筒状単セルが、相互に近接した状態で一方
の電極となる第1の集電部材内に内接するように配置さ
れているとともに、他方の電極となる第2の集電部材の
外側に外接するように配置されてこれらの単セルがこの
第1および第2の集電部材により互いに電気的に並列に
接続されたモジュールを、互いに直列に接続した固体電
解質型燃料電池の接続構造において、前記第1の集電部
材の断面形状を三角形状とし、この第1の集電部材内に
3つの前記単セルを配置したことを特徴とするものであ
る。
【0009】またこの発明では、第2の集電部材を軸線
方向に突出させるとともに、これを隣接する他のモジュ
ールの第1の集電部材に接続してモジュールを直列接続
することもできる。
【0010】
【作用】モジュールは、相互に近接した3つの筒状単セ
ルが、断面が三角形状の第1の集電部材内に内接するよ
うに配置されるとともに第2の集電部材の外側に外接す
るように配置されて構成されている。そして、このモジ
ュールでは第1と第2の集電部材により3つの単セルが
電気的に並列に接続されている。したがって、このモジ
ュールを複数個電気的に直列に接続して電力を得る場
合、このモジュールを流れる電流値を単セル3個分の値
にすることができ、電流値を小さく抑えることができ
る。また、このモジュールはその断面形状が三角形をし
ているため、このモジュールを直列に接続するために複
数並べた場合に、モジュール間に不要な隙間を生じさせ
ることなくこれらを並べることができる。
【0011】
【実施例】以下にこの発明の実施例を図面を参照しつつ
説明する。図1は3本の単セルが電気的に並列に接続さ
れるモジュールの断面を示しており、図2はこのモジュ
ールを互いに直列に接続している状態を示している。こ
のモジュール1は3本の単セル2と、その断面が正三角
形状をした三角筒状の導電性の陰極側集電部材3と、円
柱状で導電性の陽極側集電部材4と、単セル2と陰極側
および陽極側集電部材3,4とを電気的に接続する導電
性フェルト5,6と、モジュール1同士を互いに電気的
に接続する導電性の電極接続部材7およびボルト8とか
ら構成されている。
【0012】単セル2は円筒型の固体電解質2aの内面
側に空気電極2b、外面側に燃料電極2cがそれぞれ形
成され、空気電極2bに導通した導電性のインタコネク
タ2dを燃料電極2cの切り欠き部から外方に突出させ
た構造となっている。そして、3つの単セル2は、互い
に近接した状態で陰極側集電部材3内に収納されている
が、その燃料電極2c側が導電フェルト5を介してこの
陰極側集電部材3の内面に接するように配置されている
とともに、そのインタコネクタ2dが導電フェルト6を
介してこの3つの単セル2の中心側に設けられた陽極側
集電部材4の外面に接するように配置されていて、この
陰極側および陽極側集電部材3,4により互いに電気的
に並列に接続されている。なお、各単セル2の空気電極
2bに臨む内方には空気流路9が形成され、陰極側集電
部材3内の各単セル2の燃料電極2cに臨む外方には燃
料ガス流路10が形成されている。
【0013】また、陽極側集電部材4の一端部側には単
セル2等より外方に突出した連結部4aが形成されてお
り、かつ陰極側集電部材3の一端部側にも単セル2等よ
り外方に突出するとともに陽極側集電部材4側に延びる
連結部3aが形成されていて、これらの連結部3a,4
aがボルト8を介して一対の電極接続部材7により電気
的に接続されている。すなわち、複数のモジュール1が
互いの陰極側集電部材3を対向させた状態で横に並べら
れ、その電極接続部材7を介してこれらのモジュール1
が互いに電気的に直列に接続されている。
【0014】図3はこのモジュールを複数個直列に接続
したセルバンドルを示している。このセルバンドル11
は例えば7個のモジュール1を横一列に近接して並べた
ものを3列設け、各モジュール1を電極接続部材7で接
続するとともに、一列目と二列目の右端部のモジュール
1同士を導電性のインタコネクタ14で接続したもので
あり、一列目の左端部のモジュール1に陽極側の導電性
電極部材12を取り付け、三列目の右端部のモジュール
1に陰極側の導電性電極部材13を取り付けたものであ
る。この場合、モジュール1はその断面形状が正三角形
をしているため、これらを集合させてその平面形状が矩
形状のセルバンドル11を形成しても、その両側部側の
不要空間S1,S2を除き、モジュール1間には不要空
間は形成されない。
【0015】また、図4はこのセルバンドル11の4つ
の集合体を示しており、この集合体では各セルバンドル
11の陽極側の電極部材12と陰極側の電極部材13と
が接続され、このセルバンドル11同士を互いに直列に
接続させることにより、高電圧の電力を得ることができ
るようになっている。
【0016】つぎにこのモジュール1の作用を説明す
る。モジュール1の各単セル2の空気流路9に空気を流
し、燃料ガス流路10に燃料ガスを流すと、多孔質な空
気電極2bを通過した空気中の酸素ガスがイオンとなっ
て固体電解質2aを通過して、燃料電極2c側に達す
る。そして、この酸素イオンは、多孔質なこの燃料電極
2cを通過した燃料ガス中の水素ガスと電気化学的に反
応して、単セル2に起電力を発生させる。そして、この
モジュール1からは陰極側集電部材3と陽極側集電部材
4を介して、電流値が単セル2の3個分で、電圧値が単
セル2の1個分の電力が取り出され、これらのモジュー
ル1を直列に接続したセルバンドル11からは陽極側の
電極部材12と陰極側の電極部材13を介して、電流値
が単セル2の3個分で、電圧値が単セル2の21個分の
電力が取り出される。また、4つのセルバンドル11か
らは電流値が単セル2の3個分で、電圧値が単セル2の
21×4個分の電力が取り出される。
【0017】以上のように、単セル2を3個並列に接続
したモジュール1を形成し、このモジュール1を多数直
列に接続して電力を得るようにしたため、モジュール1
内を流れる電流値を小さく抑えることができ、陰極側お
よび陽極側集電部材3,4の抵抗による電力ロスを最小
限に抑えることができる。また、モジュール1の断面形
状を正三角形とし、これらの陰極側集電部材3を互いに
対抗させるようにして各モジュール1を並べ、これらを
電極接続部材7により接続するようにしているため、セ
ルバンドル11を形成しても、モジュール1間には不要
な空間は、僅かにセルバンドル11の両側部に不要空間
S1,S2が生じるだけである。したがって、従来の断
面形状が円形のモジュール1を使用する場合に比べ、こ
のセルバンドル11では出力密度を上げることができ
る。
【0018】
【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、相互に近接させた3つの筒状の単セルを、断
面が三角形状の第1の集電部材内に内接するように配置
するとともに、第2の集電部材の外側に外接するように
配置して、この第1と第2の集電部材により3つの単セ
ルを電気的に並列に接続するようにしてモジュールを構
成しているため、このモジュールを複数直列に接続して
電力を得る場合、流れる電流値を小さく抑えることがで
きる分、モジュールの電力ロスを小さくできるととも
に、モジュールを隙間なく並べることができる分、出力
密度を上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例であるモジュールの断面図
である。
【図2】このモジュールを直列に複数接続している状態
を示す図である。
【図3】このモジュールから構成されるセルバンドルの
平面図である。
【図4】4つのセルバンドルを組み合わせた場合の模式
図である。
【図5】従来のモジュールを直列に接続している状態を
示す図である。
【図6】直列に接続された従来のモジュールの一端部側
の断面図である。
【図7】従来のモジュールから構成されるセルバンドル
の平面図である。
【符号の説明】
1…モジュール、 2…単セル、 2a…固体電解質、
2b…空気電極(電極)、 2c…燃料電極(電
極)、 3…陰極側集電部材(第1の集電部材)、 4
…陽極側集電部材(第2の集電部材)。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩澤 力 東京都江東区木場一丁目5番1号 株式会 社フジクラ内 (72)発明者 山岡 悟 東京都江東区木場一丁目5番1号 株式会 社フジクラ内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 固体電解質を挟んで一対の電極を形成し
    た複数の筒状単セルが、相互に近接した状態で一方の電
    極となる第1の集電部材内に内接するように配置されて
    いるとともに、他方の電極となる第2の集電部材の外側
    に外接するように配置されてこれらの単セルがこの第1
    および第2の集電部材により互いに電気的に並列に接続
    されたモジュールを、互いに直列に接続した固体電解質
    型燃料電池の接続構造において、 前記第1の集電部材の断面形状を三角形状とし、この第
    1の集電部材内に3つの前記単セルを配置したことを特
    徴とする固体電解質型燃料電池の接続構造。
  2. 【請求項2】 前記第2の集電部材が軸線方向に突出さ
    せられ、かつこの第2の集電部材が隣接する他のモジュ
    ールの第1の集電部材に接続されて各モジュールが直列
    に接続されている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の接続構造。
JP5187127A 1993-06-30 1993-06-30 固体電解質型燃料電池の接続構造 Pending JPH0722060A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001085041A (ja) * 1999-09-08 2001-03-30 Sofco 接合固形酸化物燃料電池スタックおよび該スタックを製造する方法。
WO2006083036A1 (ja) * 2005-02-04 2006-08-10 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha 燃料電池
JP2008010335A (ja) * 2006-06-30 2008-01-17 Toto Ltd 燃料電池

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