JPH06196198A - Solid electrolyte type fuel cell - Google Patents
Solid electrolyte type fuel cellInfo
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- JPH06196198A JPH06196198A JP4342948A JP34294892A JPH06196198A JP H06196198 A JPH06196198 A JP H06196198A JP 4342948 A JP4342948 A JP 4342948A JP 34294892 A JP34294892 A JP 34294892A JP H06196198 A JPH06196198 A JP H06196198A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】大面積で内部抵抗が小さく熱的安定性にも優れ
る固体電解質型燃料電池を得る。
【構成】トンネルガス流路34を備えたセル基体33の
二つの主面に単セル7とセパレータ37をそれぞれ積層
して集合体11が形成される。集合体11はその中央部
に配置されたスペーサ31を介して積層される。積層さ
れた集合体11とスペーサ31には空気供給マニホルド
35と空気排出マニホルド36がそれぞれ貫通する。積
層された集合体11の間隙には圧縮性導電体32が介挿
される。
(57) [Summary] [Purpose] To obtain a solid oxide fuel cell having a large area, small internal resistance, and excellent thermal stability. [Structure] A unit cell 7 and a separator 37 are laminated on two main surfaces of a cell substrate 33 having a tunnel gas flow path 34 to form an assembly 11. The aggregate 11 is laminated via a spacer 31 arranged at the center thereof. An air supply manifold 35 and an air exhaust manifold 36 pass through the stacked assembly 11 and the spacer 31, respectively. A compressible conductor 32 is inserted in the gap between the stacked assemblies 11.
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は固体電解質型燃料電池
のセル構造に係り、特に大面積で内部抵抗の小さい固体
電解質型燃料電池に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cell structure of a solid oxide fuel cell, and more particularly to a solid oxide fuel cell having a large area and a small internal resistance.
【0002】[0002]
【従来の技術】ジルコニア等の酸化物固体電解質を用い
る燃料電池は、その作動温度が800〜1100℃と高
温であるため、発電効率が高い上に触媒が不要であり、
また電解質が固体であるため取扱い容易であるなどの特
徴を有し、第三世代の燃料電池として期待されている。2. Description of the Related Art A fuel cell using an oxide solid electrolyte such as zirconia has a high operating temperature of 800 to 1100 ° C., and therefore has high power generation efficiency and does not require a catalyst.
In addition, since the electrolyte is solid, it is easy to handle and is expected as a third generation fuel cell.
【0003】固体電解質型燃料電池は構造的に円筒型と
平板型に大別され、いずれの型も主要材料としてセラミ
ックスを用いる。図7は従来の平板型固体電解質型燃料
電池を示す分解斜視図である。ランタンマンガナイトLa
MnO3からなるカソード46、イットリア安定化ジルコニ
アYSZ からなる固体電解質体44、ニッケル−ジルコニ
アNi-ZrO2 サーメットからなるアノード45から単セル
48が形成される。多孔質または緻密質のランタンマン
ガナイトLaMnO3製リブ付き導電性基体41、ランタンク
ロマイトLaCrO3からなる緻密なインタコネクタ43、多
孔質または緻密質のニッケル−ジルコニアNi-ZrO2サー
メットからなるリブ付き導電性基体42からセパレータ
47が形成される。単セル48とセパレータ47が交互
に積層される。セパレータ47の立体的に直角交差した
溝にはそれぞれ異なったガスが流される。インタコネク
タ43は酸化剤ガスと燃料ガスを分離する。固体電解質
型燃料電池においては内部抵抗を小さくするために、ま
た電流を大きくとるために固体電解質体については面積
を大きく且つ厚さを肉薄(数10ないし数100μm)
にすることが必要である。また各電極についてもガス拡
散性を良好にして電極抵抗を下げるために数100μm
程度に薄くすることが要求される。従って単セルとして
は最大1mm程度に制限される。平板型は空間の利用率
が高いため出力密度が高くできる。Structurally, the solid oxide fuel cell is roughly divided into a cylindrical type and a flat plate type, and both types use ceramics as a main material. FIG. 7 is an exploded perspective view showing a conventional flat plate solid oxide fuel cell. Lantern Manganite La
A single cell 48 is formed from a cathode 46 made of MnO 3, a solid electrolyte body 44 made of yttria-stabilized zirconia YSZ, and an anode 45 made of nickel-zirconia Ni-ZrO 2 cermet. Porous or dense lanthanum manganite LaMnO 3 ribbed conductive substrate 41, lanthanum chromite LaCrO 3 dense interconnector 43, porous or dense nickel-zirconia Ni-ZrO 2 cermet ribbed conductive The separator 47 is formed from the flexible substrate 42. The unit cells 48 and the separators 47 are alternately stacked. Different gases are caused to flow in the grooves of the separator 47 that intersect three-dimensionally at right angles. The interconnector 43 separates the oxidant gas and the fuel gas. In the solid oxide fuel cell, in order to reduce the internal resistance and to increase the current, the solid electrolyte body has a large area and a small thickness (several tens to several hundreds of μm).
It is necessary to Also, for each electrode, several 100 μm is used to improve gas diffusivity and reduce electrode resistance.
It is required to be thin. Therefore, the maximum size of a single cell is limited to about 1 mm. Since the flat plate type has a high space utilization rate, the output density can be increased.
【0004】上述のような平板型の従来の固体電解質型
燃料電池にあっては単セルには割れや反りが発生しやす
く大面積の電池を作ることは困難であった。さらに従来
の電池にあってはセパレータも単セルも硬いセラミック
ス材料を含んでいるために平面度や平滑性が悪いと接触
抵抗が大きくなり、電池の内部抵抗が大きくなるという
問題があった。In the conventional flat plate type solid oxide fuel cell as described above, it is difficult to produce a large area battery because cracks and warps easily occur in the single cell. Further, in the conventional battery, since both the separator and the single cell contain a hard ceramic material, if the flatness and smoothness are poor, the contact resistance becomes large and the internal resistance of the battery becomes large.
【0005】特開平3−55764号公報には大面積で
内部抵抗の小さい固体電解質型燃料電池が開示されてい
る。図8は従来の異なる固体電解質型燃料電池を示す中
央切断要部斜視図である。この電池は酸化剤ガスを導く
トンネルガス流路34を内部に有する多孔質基板30
と、前記多孔質基板の一主面上に酸化剤極1,固体電解
質体5,燃料極6の順に積層して形成された単セル7
と、前記多孔質基板の他の主面に積層して形成されたセ
パレータ37と、前記多孔質基板の主面の周辺部に位置
して他の積層体10を重合する際のスペーサとして機能
し、燃料ガスを満たす燃料極空間12を形成する角柱体
13と、前記燃料極空間に載置され、燃料ガスを燃料極
に供給するとともに燃料極とセパレータとを電気的に導
通させる圧縮性金属体32とからなる。積層体10はフ
ランジ付中空ピン14を介して積層される。燃料極空間
12に充たされた燃料はニッケルフェルト32を通流し
たあと燃料ガス排出スリット9を介して排出され、周囲
の空気と反応して燃焼する。Japanese Unexamined Patent Publication No. 3-55764 discloses a solid oxide fuel cell having a large area and a small internal resistance. FIG. 8 is a perspective view of a central cut main part showing a different conventional solid oxide fuel cell. This battery has a porous substrate 30 having therein a tunnel gas flow path 34 for guiding an oxidant gas.
And a single cell 7 formed by laminating an oxidizer electrode 1, a solid electrolyte body 5, and a fuel electrode 6 in this order on one main surface of the porous substrate.
A separator 37 formed by stacking on the other main surface of the porous substrate, and a separator 37 located on the periphery of the main surface of the porous substrate and functioning as a spacer when polymerizing another laminate 10. A prismatic body 13 that forms a fuel electrode space 12 that fills the fuel gas, and a compressible metal body that is placed in the fuel electrode space and that supplies the fuel gas to the fuel electrode and that electrically connects the fuel electrode and the separator. And 32. The laminated body 10 is laminated via the hollow pin 14 with a flange. The fuel filled in the fuel electrode space 12 flows through the nickel felt 32 and is then discharged through the fuel gas discharge slit 9 to react with the surrounding air and burn.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながらこのよう
な従来の固体電解質型燃料電池においては、角柱体13
と積層体10の熱膨張率が異なるために角柱体13が積
層体10の熱膨張収縮を阻害し、そのために積層体10
が割れるという問題があった。またフランジ付中空ピン
14が積層体10間の位置ずれのために上下の積層体の
マニホルドに嵌合せず組立が困難であった。さらに酸化
剤ガスと燃料ガスがスタックの周囲に排出され、燃焼し
てスタック周囲の温度が過度に上昇し、スタックの温度
を制御することが困難であった。However, in such a conventional solid oxide fuel cell, the prismatic body 13 is used.
And the laminated body 10 have different thermal expansion coefficients, the prismatic body 13 hinders the thermal expansion and contraction of the laminated body 10, and therefore the laminated body 10
There was a problem of cracking. Further, the flanged hollow pin 14 was not fitted to the manifolds of the upper and lower laminated bodies due to the positional displacement between the laminated bodies 10, which made assembly difficult. Further, the oxidant gas and the fuel gas are discharged to the periphery of the stack and burned to excessively raise the temperature around the stack, which makes it difficult to control the temperature of the stack.
【0007】この発明は上述の点に鑑みてなされ、その
目的は大面積で内部抵抗が低い上、熱的信頼性にも優れ
る固体電解質型燃料電池を提供することにある。The present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to provide a solid oxide fuel cell having a large area, low internal resistance, and excellent thermal reliability.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】上述の目的はこの発明に
よれば、支持膜方式の平板型固体電解質型燃料電池であ
って、(1)セル基体と、(2)単セルと、(3)セパ
レータと、(4)スペーサと、(5)圧縮性導電体とを
包含し、セル基体は導電性の多孔質基板で、内部には第
一の反応ガスが通流するトンネルガス流路を備えるとと
もに外部には二つの異なる主面上に単セルとセパレータ
がそれぞれ積層され、単セルは固体電解質体と、その両
主面にそれぞれ配された第一の電極と、第二の電極であ
り、セル基体に対しては第一の電極を介して積層され、
セパレータは導電性の緻密な層であり、単セルと、セル
基体と、セパレータは単セル/セル基体/セパレータ集
合体を形成して中央部を貫通する第一の反応ガス供給マ
ニホルドと、第一の反応ガス排出マニホルドとを備え、
スペーサは第一の反応ガス供給マニホルドと第一の反応
ガス排出マニホルドが貫通するとともに前記マニホルド
の周囲には封止ガラスリング用の溝を有して前記集合体
の中央部に集合体と反応ガスマニホルドを相互に合致さ
せて配置され、スペーサは前記集合体の単セルとセパレ
ータを介して集合体と交互に積層され、圧縮性導電体は
多孔性の導電体で、積層された前記スペーサと集合体の
間隙に介挿されるもので、介挿された圧縮性導電体には
第二の反応ガスが供給され且つ排出されるものであり、
前記集合体とスペーサと圧縮性導電体はスタックを形成
するものであるとすることにより達成される。According to the present invention, there is provided a support membrane type flat plate solid oxide fuel cell, comprising: (1) a cell substrate; (2) a single cell; ) A separator, (4) spacer, and (5) compressible conductor are included, the cell substrate is a conductive porous substrate, and a tunnel gas flow path through which the first reaction gas flows is provided inside. A single cell and a separator are respectively laminated on two different main surfaces while being provided, and the single cell is a solid electrolyte body, a first electrode arranged on each of the two main surfaces, and a second electrode. , Laminated on the cell substrate via the first electrode,
The separator is a conductive and dense layer, and includes a single cell, a cell substrate, and a separator that forms a single cell / cell substrate / separator assembly and penetrates a central portion of the first reaction gas supply manifold. With a reaction gas exhaust manifold of
The spacer penetrates the first reaction gas supply manifold and the first reaction gas discharge manifold, and has a groove for a sealing glass ring around the manifold, and the assembly and the reaction gas are provided at the center of the assembly. Manifolds are aligned with each other, the spacers are alternately stacked with the assembly through the unit cells and separators of the assembly, and the compressible conductor is a porous conductor and assembled with the stacked spacers. The second reaction gas is supplied to and discharged from the inserted compressible conductor, which is inserted into the body gap.
This is achieved by the fact that the aggregate, the spacer and the compressible conductor form a stack.
【0009】[0009]
【作用】セル基体の主面に単セルが直接的に形成される
ので単セルはセル基体の表面に固定され、大面積の場合
においても反りが防止される。圧縮性導電体は電気的接
続のなされる表面に良く馴染んで圧着されるので集合体
間の接触抵抗が小さくなる。Since the unit cell is directly formed on the main surface of the cell substrate, the unit cell is fixed on the surface of the cell substrate and warpage is prevented even in the case of a large area. Since the compressive conductor is well fitted to the surface to be electrically connected and crimped, the contact resistance between the aggregates is reduced.
【0010】集合体の中央部に配置されたスペーサと、
周辺部に介挿された圧縮性導電体を介して集合体が積層
されるので集合体の熱膨張収縮が自由である。A spacer arranged in the center of the assembly,
Since the aggregate is laminated via the compressive conductor inserted in the peripheral portion, the thermal expansion and contraction of the aggregate is free.
【0011】[0011]
【実施例】次にこの発明の実施例を図面に基いて説明す
る。 実施例1 図1はこの発明の実施例に係る固体電解質型燃料電池を
示す中央切断要部斜視図である。Embodiments of the present invention will now be described with reference to the drawings. Example 1 FIG. 1 is a perspective view of a central cut main part showing a solid oxide fuel cell according to an example of the present invention.
【0012】図2は図1で示される固体電解質型燃料電
池のAA矢視断面図である。図3はこの発明の実施例に
係る固体電解質型燃料電池のスペーサを示す平面図であ
る。図4はこの発明の実施例に係る固体電解質型燃料電
池のスペーサを示す断面図である。FIG. 2 is a sectional view of the solid oxide fuel cell shown in FIG. 1, taken along the line AA. FIG. 3 is a plan view showing a spacer of the solid oxide fuel cell according to the embodiment of the present invention. FIG. 4 is a sectional view showing a spacer of a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention.
【0013】図5はこの発明の実施例に係る固体電解質
型燃料電池のスタックを示す断面図である。直径300
mm、厚さ6mmのランタンマンガナイトLaMnO3製セル
基体33の内部には空気の流れるトンネルガス流路34
が同心円状および放射状に形成される。トンネルガス流
路34は空気供給マニホルド35と空気排出マニホルド
に連通している。FIG. 5 is a sectional view showing a stack of a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention. Diameter 300
mm, 6 mm thick lanthanum manganite LaMnO 3 cell substrate 33 has a tunnel gas flow passage 34 in which air flows.
Are formed concentrically and radially. The tunnel gas flow path 34 communicates with an air supply manifold 35 and an air exhaust manifold.
【0014】セル基体33の一つの主面にはランタンマ
ンガナイトLaMnO3が溶射され、多孔質のカソード4が1
00μm厚さに形成される。このカソードはセル基体3
3と同一の材料であるので省略することもできる。カソ
ード4の上に緻密なイットリア安定化ジルコニアYSZ が
100μm厚さに溶射され固体電解質体2が形成され
る。イットリア安定化ジルコニアYSZ はセル基体の外側
面にも溶射され、外側面を気密にする。続いて酸化ニッ
ケル−ジルコニアNiO-ZrO2が溶射され、多孔質のアノー
ド3が100μm厚さに形成される。溶射された酸化ニ
ッケル−ジルコニアNiO-ZrO2は燃料電池の運転時に水素
ガスにより還元され活性なニッケル−ジルコニアNi-ZrO
2 サーメットとなる。Lanthanum manganite LaMnO 3 was sprayed onto one main surface of the cell substrate 33, and the porous cathode 4 was formed into one.
It is formed to a thickness of 00 μm. This cathode is the cell substrate 3
Since it is the same material as No. 3, it can be omitted. On the cathode 4, dense yttria-stabilized zirconia YSZ is sprayed to a thickness of 100 μm to form the solid electrolyte body 2. The yttria-stabilized zirconia YSZ is also sprayed on the outer surface of the cell substrate to make the outer surface airtight. Subsequently, nickel oxide-zirconia NiO-ZrO 2 is sprayed, and the porous anode 3 is formed to have a thickness of 100 μm. The sprayed nickel oxide-zirconia NiO-ZrO 2 is reduced by hydrogen gas during the operation of the fuel cell and is active nickel-zirconia Ni-ZrO 2.
It becomes 2 cermets.
【0015】セル基体33の他の主面にはランタンクロ
マイトLaCrO3が溶射されセパレータ37が緻密に形成さ
れる。セル基体33の中央部には空気供給マニホルド3
5と空気排出マニホルド36が形成される。空気供給マ
ニホルド35内を流れる空気の一部はトンネルガス流路
34によりセル基体33の内部を流れ、カソード4に達
した後、空気排出マニホルド36により排出される。On the other main surface of the cell substrate 33, lanthanum chromite LaCrO 3 is sprayed and a separator 37 is densely formed. An air supply manifold 3 is provided at the center of the cell base 33.
5 and an air exhaust manifold 36 are formed. A part of the air flowing through the air supply manifold 35 flows through the tunnel gas flow path 34 inside the cell substrate 33, reaches the cathode 4, and is then discharged by the air discharge manifold 36.
【0016】スペーサ31は直径100mm、厚さ2m
mのアルミナ製の円板でその内部には空気供給マニホル
ドと空気排出マニホルドが設けられる。これらの二つの
マニホルドはスペーサ31が集合体11に積層されたと
き集合体11のマニホルドに合致する。スペーサ31に
はガスシール用にガラスリング用溝39が設けられ、ガ
ラスリングが嵌め込まれる。ガラスリングは運転温度で
溶融し、ガスシールが形成される。空気供給マニホルド
と空気排出マニホルドはそれぞれ後述する空気供給管1
5と空気排出管16に接続される。The spacer 31 has a diameter of 100 mm and a thickness of 2 m.
m alumina disk with an air supply manifold and an air exhaust manifold inside. These two manifolds match the manifold of the assembly 11 when the spacer 31 is laminated to the assembly 11. A glass ring groove 39 is provided in the spacer 31 for gas sealing, and the glass ring is fitted therein. The glass ring melts at the operating temperature and a gas seal is formed. The air supply manifold and the air discharge manifold are respectively the air supply pipe 1 described later.
5 and the air exhaust pipe 16.
【0017】スペーサ31は集合体の単セルとセパレー
タを介して集合体11と交互に積層されスタック27を
形成する。スペーサ31は集合体11の中央部に相互の
反応ガスマニホルドを合致させて載置し組立てられる。
組立は容易であり、集合体11とスペーサ31の熱膨張
率の違いにより集合体内部に発生する応力は集合体中央
部の小面積に限定される。これは集合体の割れを大幅に
軽減する。The spacers 31 are laminated alternately with the aggregates 11 via the unit cells of the aggregates and the separators to form a stack 27. The spacer 31 is mounted by assembling the reaction gas manifolds in the central portion of the assembly 11 so as to match each other.
Assembly is easy, and the stress generated inside the assembly due to the difference in the thermal expansion coefficient between the assembly 11 and the spacer 31 is limited to a small area in the center of the assembly. This greatly reduces the cracking of the aggregate.
【0018】ニッケルフェルト32は前記スタック27
の集合体とスペーサの間隙に介挿され、異なる集合体の
セパレータ37とアノード3とを電気的に接続する。ニ
ッケルフェルト32は還元性雰囲気中で安定で圧縮可能
であり、圧縮時には圧縮面の表面状態に良く馴染み集合
体間の接触抵抗を小さくする。ニッケルフェルト32は
集合体の中央部に載置されるスペーサ3とともに集合体
の熱膨張を自由にするから燃料電池スタックの熱的安定
性が高まる。The nickel felt 32 is the above-mentioned stack 27.
Is inserted in the gap between the assembly and the spacer to electrically connect the separator 37 and the anode 3 of the different assembly. The nickel felt 32 is stable and compressible in a reducing atmosphere, and during compression, it is well adapted to the surface state of the compression surface and reduces the contact resistance between the aggregates. The nickel felt 32, together with the spacer 3 placed at the center of the assembly, allows the assembly to thermally expand freely, so that the thermal stability of the fuel cell stack is enhanced.
【0019】図6はこの発明の実施例に係る固体電解質
型燃料電池のモジュールを示す透視図である。スタック
27の上下の面は上端板25と下端板26により挟持さ
れる。スタック27とこれら端板は磁性の円筒容器53
にアルミナフェルト21,22,23,24を介して収
納される。スタックの側壁は二つの空間を残してアルミ
ナフェルト21,22が介挿される。上端板25,下端
板26の上下はアルミナフェルト23,24が介挿され
る。二つの空間は燃料ガスを供給排出するためのマニホ
ルドとなる。このマニホルドは燃料ガス供給管17と燃
料ガス排出管18にそれぞれ接続される。燃料ガスは燃
料ガス供給マニホルド19よりニッケルフェルト32を
経由してアノード3に供給される。過剰の燃料ガスは燃
料ガス排出マニホルド20を経由して燃料ガス排出管1
8より排出される。上端板25と下端板26はスタック
27の集電板として機能する。スタック27はアルミナ
フェルト23,24を介して蓋板40により押圧され、
集合体11とスペーサ31の密着性を高める。FIG. 6 is a perspective view showing a module of a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention. The upper and lower surfaces of the stack 27 are sandwiched by the upper end plate 25 and the lower end plate 26. The stack 27 and these end plates are magnetic cylindrical containers 53.
Are stored through the alumina felts 21, 22, 23, and 24. Alumina felts 21 and 22 are inserted on the side wall of the stack leaving two spaces. Alumina felts 23 and 24 are inserted above and below the upper end plate 25 and the lower end plate 26, respectively. The two spaces serve as a manifold for supplying and discharging the fuel gas. This manifold is connected to a fuel gas supply pipe 17 and a fuel gas discharge pipe 18, respectively. Fuel gas is supplied from the fuel gas supply manifold 19 to the anode 3 via the nickel felt 32. Excess fuel gas passes through the fuel gas exhaust manifold 20 and the fuel gas exhaust pipe 1
Emitted from 8. The upper end plate 25 and the lower end plate 26 function as a current collector plate of the stack 27. The stack 27 is pressed by the cover plate 40 via the alumina felts 23 and 24,
Adhesion between the aggregate 11 and the spacer 31 is enhanced.
【0020】反応ガス供給マニホルドや反応ガス排出マ
ニホルドにより酸化剤ガスと燃料ガスはそれぞれ個別に
供給排出されるから酸化剤ガスと燃料ガスが排出により
燃料電池の周囲で燃焼することがなく燃料電池の温度制
御が容易になる。 実施例2 セル基体33にはランタンマンガナイトLaMnO3に替えて
ニッケル−ジルコニアNi-ZrO2 サーメットが用いられ
る。セル基体33の一つの主面には酸化ニッケル−ジル
コニアNiO-ZrO2が溶射され、多孔質のアノードが100
μm厚さに形成される。次いで緻密なイットリア安定化
ジルコニアYSZ が100μm厚さに溶射され固体電解質
体が形成される。続いてランタンマンガナイトLaMnO3が
溶射され、多孔質のカソードが100μm厚さに形成さ
れる。アノードはセル基体と同一の材料であるので省略
することもできる。酸化ニッケル−ジルコニアNiO-ZrO2
は燃料電池の運転時に水素ガスにより還元され活性なニ
ッケル−ジルコニアNi-ZrO2サーメットとなる。Since the oxidant gas and the fuel gas are separately supplied and discharged by the reaction gas supply manifold and the reaction gas discharge manifold, the oxidant gas and the fuel gas do not burn around the fuel cell due to the discharge and Temperature control becomes easy. Instead of lanthanum manganite LaMnO 3 Nickel in Example 2 cell substrate 33 - zirconia Ni-ZrO 2 cermet used. Nickel oxide-zirconia NiO-ZrO 2 was sprayed on one main surface of the cell substrate 33, and 100 porous anodes were formed.
It is formed to a thickness of μm. Then, a dense yttria-stabilized zirconia YSZ is sprayed to a thickness of 100 μm to form a solid electrolyte body. Subsequently, lanthanum manganite LaMnO 3 is sprayed to form a porous cathode with a thickness of 100 μm. The anode can be omitted because it is the same material as the cell substrate. Nickel oxide-zirconia NiO-ZrO 2
Is reduced by hydrogen gas during operation of the fuel cell to become active nickel-zirconia Ni-ZrO 2 cermet.
【0021】セル基体33の中央部には空気供給マニホ
ルドと空気排出マニホルドに替えて燃料ガス供給マニホ
ルドと燃料ガス排出マニホルドが形成される。 ニッケ
ルフェルト32に替えて酸化インジゥムフェルトがスタ
ックの集合体とスペーサの間隙に介挿され、異なる集合
体のセパレータとアノードとを電気的に接続する。酸化
インジゥムフェルトは酸化雰囲気中で安定である。A fuel gas supply manifold and a fuel gas exhaust manifold are formed in the central portion of the cell base 33 in place of the air supply manifold and the air exhaust manifold. Indium oxide felt instead of the nickel felt 32 is inserted in the gap between the stack assembly and the spacer to electrically connect the separator and the anode of the different assembly. Indium oxide oxide is stable in an oxidizing atmosphere.
【0022】その他は実施例1と同じである。Others are the same as in the first embodiment.
【0023】[0023]
【発明の効果】この発明によれば、支持膜方式の平板型
固体電解質型燃料電池であって、(1)セル基体と、
(2)単セルと、(3)セパレータと、(4)スペーサ
と、(5)圧縮性導電体とを包含し、セル基体は導電性
の多孔質基板で、内部には第一の反応ガスが通流するト
ンネルガス流路を備えるとともに外部には二つの異なる
主面上に単セルとセパレータがそれぞれ積層され、単セ
ルは固体電解質体と、その両主面にそれぞれ配された第
一の電極と、第二の電極であり、セル基体に対しては第
一の電極を介して積層され、セパレータは導電性の緻密
な層であり、単セルと、セル基体と、セパレータは単セ
ル/セル基体/セパレータ集合体を形成して中央部を貫
通する第一の反応ガス供給マニホルドと、第一の反応ガ
ス排出マニホルドとを備え、スペーサは第一の反応ガス
供給マニホルドと第一の反応ガス排出マニホルドが貫通
するとともに前記マニホルドの周囲には封止ガラスリン
グ用の溝を有して前記集合体の中央部に集合体と反応ガ
スマニホルドを相互に合致させて配置され、スペーサは
前記集合体の単セルとセパレータを介して集合体と交互
に積層され、圧縮性導電体は多孔性の導電体で、積層さ
れた前記スペーサと集合体の間隙に介挿されるもので、
介挿された圧縮性導電体には第二の反応ガスが供給され
且つ排出されるものであり、前記集合体とスペーサと圧
縮性導電体はスタックを形成するものであるので、単セ
ルがセル基体の主面に直接的に固定され、大面積の場合
においても反りが防止される。圧縮性導電体は電気的接
続のなされる表面に良く馴染んで圧着されるので集合体
間の接触抵抗が小さくなる。さらに集合体はスペーサと
圧縮性導電体を介して積層されるので熱膨張収縮が自由
であり熱的信頼性が高まる。このようにして大面積で内
部抵抗が小さく信頼性にも優れる固体電解質型燃料電池
が得られる。According to the present invention, there is provided a support membrane type flat plate type solid oxide fuel cell, comprising: (1) a cell substrate;
(2) A single cell, (3) separator, (4) spacer, and (5) compressible conductor are included, the cell substrate is a conductive porous substrate, and the first reaction gas is inside. Is provided with a tunnel gas flow path through which a single cell and a separator are respectively laminated on two different main surfaces on the outside, and the single cell is a solid electrolyte body and a first electrode arranged on each of the two main surfaces. An electrode and a second electrode, which are laminated on the cell substrate via the first electrode, a separator is a conductive and dense layer, and the unit cell, the cell substrate, and the separator are unit cells / A first reaction gas supply manifold, which forms a cell base / separator assembly and penetrates through the central portion, and a first reaction gas discharge manifold, and the spacer is the first reaction gas supply manifold and the first reaction gas. With the exhaust manifold penetrating A groove for a sealing glass ring is provided around the manifold, and the assembly and the reaction gas manifold are arranged in the central portion of the assembly so as to be aligned with each other, and the spacer is disposed through the unit cell and the separator of the assembly. Are alternately laminated with the aggregate, and the compressible conductor is a porous conductor and is inserted in the gap between the laminated spacer and the aggregate.
The second reaction gas is supplied to and discharged from the inserted compressive conductor, and the aggregate, the spacer, and the compressible conductor form a stack, so that the unit cell is a cell. It is fixed directly to the main surface of the substrate, and warpage is prevented even in the case of a large area. Since the compressive conductor is well fitted to the surface to be electrically connected and crimped, the contact resistance between the aggregates is reduced. Furthermore, since the aggregate is laminated with the spacer and the compressible conductor, the thermal expansion and contraction are free and the thermal reliability is enhanced. In this way, a solid oxide fuel cell having a large area, low internal resistance and excellent reliability can be obtained.
【図1】この発明の実施例に係る固体電解質型燃料電池
を示す中央切断要部斜視図FIG. 1 is a perspective view of a central cut main portion showing a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention.
【図2】図1で示される固体電解質型燃料電池のAA矢
視断面図FIG. 2 is a sectional view of the solid oxide fuel cell shown in FIG. 1, taken along the line AA.
【図3】この発明の実施例に係る固体電解質型燃料電池
のスペーサを示す平面図FIG. 3 is a plan view showing a spacer of a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention.
【図4】この発明の実施例に係る固体電解質型燃料電池
のスペーサを示す断面図FIG. 4 is a sectional view showing a spacer of a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention.
【図5】この発明の実施例に係る固体電解質型燃料電池
のスタックを示す断面図FIG. 5 is a sectional view showing a stack of a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention.
【図6】この発明の実施例に係る固体電解質型燃料電池
のモジュールを示す透視図FIG. 6 is a perspective view showing a module of a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention.
【図7】従来の平板型固体電解質型燃料電池を示す分解
斜視図FIG. 7 is an exploded perspective view showing a conventional flat plate solid oxide fuel cell.
【図8】従来の異なる平板型固体電解質型燃料電池を示
す中央切断要部斜視図FIG. 8 is a perspective view of a center cut main part showing a different conventional flat plate solid oxide fuel cell.
1 酸化剤極 2 固体電解質体 3 アノード 4 カソード 5 固体電解質体 6 燃料極 7 単セル 8 スリット 9 燃料ガス排出スリット 10 積層体 11 集合体 12 燃料極空間 13 角柱体 14 フランジ付中空体 15 空気供給管 16 空気排出管 17 燃料ガス供給管 18 燃料ガス排出管 19 燃料ガス供給マニホルド 20 燃料ガス排出マニホルド 21 アルミナフェルト 22 アルミナフェルト 23 アルミナフェルト 24 アルミナフェルト 25 上端板 26 下端板 27 スタック 30 多孔質基板 31 スペーサ 32 ニッケルフェルト 33 セル基体 34 トンネルガス流路 35 空気供給マニホルド 36 空気排出マニホルド 37 セパレータ 39 ガラスリング用溝 40 蓋板 41 リブ付き導電性基体 42 リブ付き導電性基体 43 インタコネクタ 44 固体電解質体 45 アノード 46 カソード 47 セパレータ 48 単セル 1 Oxidizer Electrode 2 Solid Electrolyte Body 3 Anode 4 Cathode 5 Solid Electrolyte Body 6 Fuel Electrode 7 Single Cell 8 Slit 9 Fuel Gas Discharge Slit 10 Laminated Body 11 Aggregate 12 Fuel Electrode Space 13 Prism 14 Hollow Body with Flanges 15 Air Supply Pipe 16 Air exhaust pipe 17 Fuel gas supply pipe 18 Fuel gas exhaust pipe 19 Fuel gas supply manifold 20 Fuel gas exhaust manifold 21 Alumina felt 22 Alumina felt 23 Alumina felt 24 Alumina felt 25 Upper end plate 26 Lower end plate 27 Stack 30 Porous substrate 31 Spacer 32 Nickel felt 33 Cell substrate 34 Tunnel gas flow channel 35 Air supply manifold 36 Air exhaust manifold 37 Separator 39 Glass ring groove 40 Lid plate 41 Conductive substrate with ribs 42 Conductive substrate with ribs 43 In Connector 44 solid electrolyte body 45 anode 46 cathode 47 separator 48 single cell
Claims (11)
であって、 (1)セル基体と、 (2)単セルと、 (3)セパレータと、 (4)スペーサと、 (5)圧縮性導電体とを包含し、 セル基体は導電性の多孔質基板で、内部には第一の反応
ガスが通流するトンネルガス流路を備えるとともに外部
には二つの異なる主面上に単セルとセパレータがそれぞ
れ積層され、 単セルは固体電解質体と、その両主面にそれぞれ配され
た第一の電極と、第二の電極であり、セル基体に対して
は第一の電極を介して積層され、 セパレータは導電性の緻密な層であり、 単セルと、セル基体と、セパレータは単セル/セル基体
/セパレータ集合体を形成して中央部を貫通する第一の
反応ガス供給マニホルドと、第一の反応ガス排出マニホ
ルドとを備え、 スペーサは第一の反応ガス供給マニホルドと第一の反応
ガス排出マニホルドが貫通するとともに前記マニホルド
の周囲には封止ガラスリング用の溝を有して前記集合体
の中央部に集合体と反応ガスマニホルドを相互に合致さ
せて配置され、 スペーサは前記集合体の単セルとセパレータを介して、
集合体と交互に積層され、 圧縮性導電体は多孔性の導電体で、積層された前記スペ
ーサと集合体の間隙に介挿されるもので、介挿された圧
縮性導電体には第二の反応ガスが供給され且つ排出され
るものであり、 前記集合体とスペーサと圧縮性導電体はスタックを形成
するものであることを特徴とする固体電解質型燃料電
池。1. A support membrane type flat plate solid oxide fuel cell, comprising: (1) a cell substrate, (2) a single cell, (3) a separator, (4) a spacer, and (5) compression. And a conductive base material, the cell substrate is a conductive porous substrate, and a tunnel gas flow path through which the first reaction gas flows is provided inside and a single cell on two different main surfaces outside. And a separator are laminated respectively, and the single cell is a solid electrolyte body, a first electrode and a second electrode respectively arranged on both main surfaces of the solid electrolyte body. Stacked, the separator is a conductive and dense layer, the unit cell, the cell substrate, and the separator is the unit cell / cell substrate / separator assembly and the first reaction gas supply manifold penetrating the central portion. , A first reaction gas exhaust manifold, The first reaction gas supply manifold and the first reaction gas discharge manifold pass through, and a groove for a sealing glass ring is provided around the manifold, and the assembly and the reaction gas are provided at the center of the assembly. Manifolds are placed in line with each other, the spacer is through the unit cell and separator of the assembly,
The compressible conductors are laminated alternately with the aggregate, and the compressible conductor is a porous conductor and is inserted into the gap between the laminated spacer and the aggregate. A solid oxide fuel cell, in which a reaction gas is supplied and discharged, and the assembly, the spacer, and the compressible conductor form a stack.
クは函体に圧縮性絶縁体を介して収納されるものである
ことを特徴とする固体電解質型燃料電池。2. The solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein the stack is housed in a box via a compressible insulator.
絶縁体はスタックの上下および側壁に相互に分離され第
二の反応ガスの供給および排出マニホルドとなる側壁の
二つの空間を残して配置されることを特徴とする固体電
解質型燃料電池。3. The fuel cell according to claim 2, wherein the compressible insulator is disposed on the upper and lower sides of the stack and on the side wall so as to be separated from each other, leaving two spaces for the side wall serving as a second reaction gas supply and discharge manifold. And a solid oxide fuel cell.
反応ガスは酸化剤ガス、第二の反応ガスは燃料ガスであ
ることを特徴とする固体電解質型燃料電池。4. The solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein the first reaction gas is an oxidant gas and the second reaction gas is a fuel gas.
電極とセル基体がともにランタンマンガナイトLaMnO3で
あることを特徴とする固体電解質型燃料電池。5. The solid oxide fuel cell according to claim 4, wherein the first electrode and the cell substrate are both lanthanum manganite LaMnO 3 .
反応ガスは燃料ガス、第二の反応ガスは酸化剤ガスであ
ることを特徴とする固体電解質型燃料電池。6. The solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein the first reaction gas is a fuel gas and the second reaction gas is an oxidant gas.
電極とセル基体がともにニッケル−ジルコニアNi−Z
rO2 からなるサーメットであることを特徴とする固体
電解質型燃料電池。7. The fuel cell according to claim 6, wherein the first electrode and the cell substrate are both nickel-zirconia Ni-Z.
A solid oxide fuel cell, which is a cermet made of rO 2 .
体は第一の電極を兼ねることを特徴とする固体電解質型
燃料電池。8. The solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein the cell substrate also serves as the first electrode.
ータはランタンクロマイトLaCrO3であることを特徴とす
る固体電解質型燃料電池。9. The solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein the separator is lanthanum chromite LaCrO 3 .
性導電体はNiフェルトであることを特徴とする固体電
解質型燃料電池。10. The solid oxide fuel cell according to claim 4, wherein the compressible conductor is Ni felt.
性導電体は酸化インジゥムフェルトであることを特徴と
する固体電解質型燃料電池。11. The solid oxide fuel cell according to claim 6, wherein the compressible conductor is indium oxide oxide.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4342948A JPH06196198A (en) | 1992-12-24 | 1992-12-24 | Solid electrolyte type fuel cell |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4342948A JPH06196198A (en) | 1992-12-24 | 1992-12-24 | Solid electrolyte type fuel cell |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06196198A true JPH06196198A (en) | 1994-07-15 |
Family
ID=18357759
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4342948A Pending JPH06196198A (en) | 1992-12-24 | 1992-12-24 | Solid electrolyte type fuel cell |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06196198A (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002054519A1 (en) * | 2000-12-28 | 2002-07-11 | Mitsubishi Materials Corporation | Fuel cell module and structure for gas supply to fuel cell |
| JP2006173056A (en) * | 2004-12-20 | 2006-06-29 | Nissan Motor Co Ltd | Solid oxide fuel cell and stack structure |
| JP2007141767A (en) * | 2005-11-22 | 2007-06-07 | Nissan Motor Co Ltd | Fuel cell |
| JP2008059957A (en) * | 2006-09-01 | 2008-03-13 | Nissan Motor Co Ltd | Stack structure and fuel cell |
| JP2012038646A (en) * | 2010-08-10 | 2012-02-23 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Operation method of flat-plate solid oxide fuel cell module |
-
1992
- 1992-12-24 JP JP4342948A patent/JPH06196198A/en active Pending
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| US7998635B2 (en) | 2000-12-28 | 2011-08-16 | Mitsubishi Materials Corporation | Fuel cell structure for gas supply |
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