(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体管の外周面上に設けられた複数の発電素子をインタコネクタで接続した本体部と、
前記本体部の両端側の内周面と端面と外周面とにそれぞれ成膜された端部集電膜と、
前記端部集電膜に導電フェルトを介して接触するように前記本体部の両端にそれぞれ嵌合する集電部材と
を備えてなる円筒型固体電解質燃料電池であって、
前記端部集電膜がスラリ焼成法で成膜されている
ことを特徴とする円筒型固体電解質燃料電池。
【請求項２】
前記端部集電膜が材料の異なる複数の層からなる
ことを特徴とする請求項１に記載の円筒型固体電解質燃料電池。
【請求項３】
前記集電部材の外周面が前記本体部の中央側ほど小径となるテーパ状をなしている
ことを特徴とする請求項１または２に記載の円筒型固体電解質燃料電池。
【請求項４】
前記本体部の端面に成膜された前記端部集電膜に前記導電フェルトを介して当接するフランジを前記集電部材が有している
ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の円筒型固体電解質燃料電池。
【請求項５】
前記集電部材の少なくとも前記端部集電膜と前記導電フェルトを介して当接する部分がバイメタルまたは水素吸蔵合金からなる
ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の円筒型固体電解質燃料電池。
【請求項６】
基体管の外周面上に設けられた複数の発電素子をインタコネクタで接続した本体部と、
前記本体部の両端側にそれぞれ成膜された端部集電膜と、
前記端部集電膜に導電フェルトを介して接触するように前記本体部の両端にそれぞれ嵌合する集電部材と
を備えてなる円筒型固体電解質燃料電池であって、
前記端部集電膜がスラリ焼成法で成膜されていると共に、
当該端部集電膜が材料の異なる複数の層からなる
ことを特徴とする円筒型固体電解質燃料電池。
【請求項７】
基体管の外周面上に設けられた複数の発電素子をインタコネクタで接続した本体部と、
前記本体部の両端側にそれぞれ成膜された端部集電膜と、
前記端部集電膜に導電フェルトを介して接触するように前記本体部の両端にそれぞれ嵌合する集電部材と
を備えてなる円筒型固体電解質燃料電池であって、
前記端部集電膜がスラリ焼成法で成膜されていると共に、
前記集電部材の外周面が前記本体部の中央側ほど小径となるテーパ状をなしている
ことを特徴とする円筒型固体電解質燃料電池。
【請求項８】
基体管の外周面上に設けられた複数の発電素子をインタコネクタで接続した本体部と、
前記本体部の両端側にそれぞれ成膜された端部集電膜と、
前記端部集電膜に導電フェルトを介して接触するように前記本体部の両端にそれぞれ嵌合する集電部材と
を備えてなる円筒型固体電解質燃料電池であって、
前記端部集電膜がスラリ焼成法で成膜されていると共に、
前記本体部の端面に成膜された前記端部集電膜に前記導電フェルトを介して当接するフランジを前記集電部材が有している
ことを特徴とする円筒型固体電解質燃料電池。
【請求項９】
基体管の外周面上に設けられた複数の発電素子をインタコネクタで接続した本体部と、
前記本体部の両端側にそれぞれ成膜された端部集電膜と、
前記端部集電膜に導電フェルトを介して接触するように前記本体部の両端にそれぞれ嵌合する集電部材と
を備えてなる円筒型固体電解質燃料電池であって、
前記端部集電膜がスラリ焼成法で成膜されていると共に、
前記集電部材の少なくとも前記端部集電膜と前記導電フェルトを介して当接する部分がバイメタルまたは水素吸蔵合金からなる
ことを特徴とする円筒型固体電解質燃料電池。
【請求項１０】
前記端部集電膜が材料の異なる複数の層からなる
ことを特徴とする請求項７から９のいずれかに記載の円筒型固体電解質燃料電池。
【請求項１１】
前記集電部材の外周面が前記本体部の中央側ほど小径となるテーパ状をなしている
ことを特徴とする請求項８または９に記載の円筒型固体電解質燃料電池。
【請求項１２】
前記本体部の端面に成膜された前記端部集電膜に前記導電フェルトを介して当接するフランジを前記集電部材が有している
ことを特徴とする請求項９に記載の円筒型固体電解質燃料電池。
【請求項１３】
前記端部集電膜が材料の異なる複数の層からなる
ことを特徴とする請求項１１または１２に記載の円筒型固体電解質燃料電池。
【請求項１４】
前記集電部材の外周面が前記本体部の中央側ほど小径となるテーパ状をなしている
ことを特徴とする請求項１２に記載の円筒型固体電解質燃料電池。
【請求項１５】
前記端部集電膜が材料の異なる複数の層からなる
ことを特徴とする請求項１４に記載の円筒型固体電解質燃料電池。
【請求項１６】
基体管の外周面上に設けられた複数の発電素子をインタコネクタで接続した本体部の両端側を、端部集電膜の構成材料からなるスラリ中にそれぞれ浸漬して焼成することにより、当該本体部の両端側の内周面と端面と外周面とに端部集電膜を成膜する
ことを特徴とする円筒型固体電解質燃料電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、円筒型固体電解質燃料電池およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
円筒型固体電解質燃料電池の本体部の一般的な構造を図５に示す。
図５に示すように、多孔質体からなる基体管１０１の外周面上には、多孔質性の燃料極１０２が当該基体管１０１の軸心方向に沿って所定の間隔ごとに複数成膜されている。燃料極１０２上には、電解質１０３が各々成膜されている。電解質１０３上には、多孔質性の空気極１０４が各々成膜されている。空気極１０４と当該空気極１０４の一方側で隣り合う燃料極１０２との間には、インタコネクタ１０５がそれぞれ成膜されている。つまり、基体管１０１に成膜した燃料極１０２、電解質１０３、空気極１０４からなる各発電素子（単電池セル）をインタコネクタ１０５で電気的に直列に接続して本体部１００が構成されているのである。
【０００３】
このような本体部１００は、図６に示すように、その両端側に端部集電膜１１１を溶射法により成膜された後、図７に示すように、当該両端に導電フェルトであるニッケルフェルト１１２を介してニッケル製の集電部材１１３，１１４をそれぞれ嵌合されることにより、集電部が設けられる。なお、図６中、１１４ａは集電棒である。
【０００４】
このようにして構成される固体電解質燃料電池においては、所定の温度環境下（９００〜１０００℃）で基体管１０１の内部に水素等の燃料ガスを流通させると共に、空気極１０４の外側に酸素や空気などの酸化ガスを流通させると、燃料ガスが基体管１０１および燃料極１０２を透過して電解質１０３に供給されると共に、酸化ガスが空気極１０４を透過して電解質１０３に供給され、これらガスを電解質１０３で電気化学的に反応させることにより、端部集電膜１１１からニッケルフェルト１１２を介して集電部材１１３，１１４により外部に電力を送り出すことができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述したような円筒型固体電解質燃料電池においては、集電部１１０の端部集電膜１１１を溶射法により成膜していることから、装置が大がかりでメンテナンスに要する時間が多く、また、材料歩留が１０〜２０％程度と低いため、製造コストが高くなっていた。
【０００６】
このようなことから、本発明は、低コストで製造することができる円筒型固体電解質燃料電池およびその製造方法を提供することを目的とした。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前述した課題を解決するための、本発明による円筒型固体電解質燃料電池は、基体管の外周面上に設けられた複数の発電素子をインタコネクタで接続した本体部と、前記本体部の両端側の内周面と端面と外周面とにそれぞれ成膜された端部集電膜と、前記端部集電膜に導電フェルトを介して接触するように前記本体部の両端にそれぞれ嵌合する集電部材とを備えてなる円筒型固体電解質燃料電池であって、前記端部集電膜がスラリ焼成法で成膜されていることを特徴とする。
また、本発明による円筒型固体電解質燃料電池は、基体管の外周面上に設けられた複数の発電素子をインタコネクタで接続した本体部と、前記本体部の両端側にそれぞれ成膜された端部集電膜と、前記端部集電膜に導電フェルトを介して接触するように前記本体部の両端にそれぞれ嵌合する集電部材とを備えてなる円筒型固体電解質燃料電池であって、前記端部集電膜がスラリ焼成法で成膜されていると共に、当該端部集電膜が材料の異なる複数の層からなることを特徴とする。また、本発明による円筒型固体電解質燃料電池は、基体管の外周面上に設けられた複数の発電素子をインタコネクタで接続した本体部と、前記本体部の両端側にそれぞれ成膜された端部集電膜と、前記端部集電膜に導電フェルトを介して接触するように前記本体部の両端にそれぞれ嵌合する集電部材とを備えてなる円筒型固体電解質燃料電池であって、前記端部集電膜がスラリ焼成法で成膜されていると共に、前記集電部材の外周面が前記本体部の中央側ほど小径となるテーパ状をなしていることを特徴とする。
また、本発明による円筒型固体電解質燃料電池は、基体管の外周面上に設けられた複数の発電素子をインタコネクタで接続した本体部と、前記本体部の両端側にそれぞれ成膜された端部集電膜と、前記端部集電膜に導電フェルトを介して接触するように前記本体部の両端にそれぞれ嵌合する集電部材とを備えてなる円筒型固体電解質燃料電池であって、前記端部集電膜がスラリ焼成法で成膜されていると共に、前記本体部の端面に成膜された前記端部集電膜に前記導電フェルトを介して当接するフランジを前記集電部材が有していることを特徴とする。
また、本発明による円筒型固体電解質燃料電池は、基体管の外周面上に設けられた複数の発電素子をインタコネクタで接続した本体部と、前記本体部の両端側にそれぞれ成膜された端部集電膜と、前記端部集電膜に導電フェルトを介して接触するように前記本体部の両端にそれぞれ嵌合する集電部材とを備えてなる円筒型固体電解質燃料電池であって、前記端部集電膜がスラリ焼成法で成膜されていると共に、前記集電部材の少なくとも前記端部集電膜と前記導電フェルトを介して当接する部分がバイメタルまたは水素吸蔵合金からなることを特徴とする。
【０００８】
上述した円筒型固体電解質燃料電池において、前記端部集電膜が材料の異なる複数の層からなることを特徴とする。
【０００９】
上述した円筒型固体電解質燃料電池において、前記集電部材の外周面が前記本体部の中央側ほど小径となるテーパ状をなしていることを特徴とする。
【００１０】
上述した円筒型固体電解質燃料電池において、前記本体部の端面に成膜された前記端部集電膜に前記導電フェルトを介して当接するフランジを前記集電部材が有していることを特徴とする。
【００１１】
上述した円筒型固体電解質燃料電池において、前記集電部材の少なくとも前記端部集電膜と前記導電フェルトを介して当接する部分がバイメタルまたは水素吸蔵合金からなることを特徴とする。
【００１２】
また、前述した課題を解決するための、本発明による円筒型固体電解質燃料電池の製造方法は、基体管の外周面上に設けられた複数の発電素子をインタコネクタで接続した本体部の両端側を、端部集電膜の構成材料からなるスラリ中にそれぞれ浸漬して焼成することにより、当該本体部の両端側の内周面と端面と外周面とに端部集電膜を成膜することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明による円筒型固体電解質燃料電池およびその製造方法の実施の形態を図１を用いて説明する。なお、図１は、その製造方法の手順説明図である。なお、前述した従来の技術と同様な部分については、前述した従来の技術の説明で用いた符号と同様な符号を用いることにより、その説明を省略する。
【００１４】
図１（ａ）に示すように、ＮｉＯ／ＹＳＺ（＝４０／６０〜８０／２０）やＮｉＯ／ＭｇＡｌ２  Ｏ４  （＝４０／６０〜８０／２０）などのような端部集電膜の構成材料となるセラミックスの粉体を容器１内で溶剤と混合することによりスラリ２を製造したら、当該スラリ２中に本体部１００の端部を浸漬（不要な箇所にはテープ等を巻いてマスキングしておく。）し（図１（ｂ））、当該本体部１００をスラリ２から取り出し（図１（ｃ））、他方の端部も上述と同様にしてスラリ２に浸漬した後、図１（ｄ）に示すように、加熱器３で焼成（１２５０〜１４５０℃）することにより、当該本体部１００の両端側に端部集電膜１１を成膜する。
【００１５】
次に、本体部１００の両端に導電フェルトであるニッケルフェルト１１２を介してニッケル製の集電部材１１３，１１４をそれぞれ嵌合することにより、本体部１００の両端側に集電部を設ける。
【００１６】
つまり、スラリ焼成法により本体部１００の両端側に端部集電膜１１を成膜するようにしたのである。
【００１７】
したがって、端部集電膜１１を簡単でメンテナンスの容易な設備で大量生産することができると共に、端部集電膜１１の材料歩留を８０％以上とすることができるので、製造コストを大幅に下げることができる。
【００１８】
なお、端部集電膜１１は、その構成材料であるＮｉＯが燃料ガスで還元されることにより、Ｎｉとなって導電性を有するようになる。ところが、端部集電膜１１は、還元反応によりわずかに収縮し、接触不良となって欠陥を生じてしまう場合があった（発生率：約１０％）。そこで、次のようにすることにより、接触不良を防止して接触抵抗の増加を抑えることがきる。
【００１９】
（１）端部集電膜の複層化
端部集電膜１１をＮｉＯ／ＹＳＺやＮｉＯ／ＭｇＡｌ２  Ｏ４  の層とＮｉＯの層とを積層した二層構造とする等、材料の異なる複数の層からなることにより、接触不良を防止して接触抵抗の増加を抑えることができる。
【００２０】
（２）集電部材のテーパ化
図２に示すように、本体部１００の中央側ほど小径となるようにテーパ外周面２３ｂ，２４ｂを有する集電部材２３，２４を用いることにより、ニッケルフェルト１１２を介して集電部材２３，２４を常に接触させることができ、接触不良を防止して接触抵抗の増加を抑えることができる。なお、図中、２４ａは集電棒である。
【００２１】
（３）集電部材へのフランジ設置
図３に示すように、本体部１００の端部側の内周面および端面に当接するようにニッケルフェルト３２を設け、当該ニッケルフェルト３２を介して基体管１０１の端面に当接するフランジ３４ｂを設けた集電部材３４を当該基体管１０１の当該端部に嵌合することにより、基体管１０１の内周面側だけでなく端面側とも接触させて接触面積の増加を図ることができ、接触不良を防止して接触抵抗の増加を抑えることができる。なお、図中、３４ａは集電棒である。
【００２２】
（４）集電部材へのバイメタルや水素吸蔵合金の適用
異なる種類の金属を複数積層したバイメタル（任意の方向に伸縮可能）や水素吸蔵合金を集電部材の少なくともニッケルフェルトを介して端部集電膜１１に接触する部分に適用することにより、集電部材のサイズを運転時に最も接触面積が大きくなるように設計しても、基体管１０１を損傷することなく集電部材を組み付けることができるようにし、運転時の集電部での接触不良を防止して接触抵抗の増加を抑えることができる。ただし、バイメタルや水素吸蔵合金は、使用上限温度が約２００〜３００℃であるため、図４に示すように、集電部材４３，４４を発電室２００の外側に設けるように本体部１００および集電棒４４ａなどのリードを長くして集電部材４３，４４を３００℃以下の温度で維持できるようにする。なお、図中、４５はシール部材、２０１は加熱器、２０２は上部ヘッダ、２０３は下部ヘッダ、２０４は断熱材である。
【００２３】
【発明の効果】
本発明による円筒型固体電解質燃料電池は、基体管の外周面上に設けられた複数の発電素子をインタコネクタで接続した本体部と、前記本体部の両端側にそれぞれ成膜された端部集電膜と、前記端部集電膜に導電フェルトを介して接触するように前記本体部の両端にそれぞれ嵌合する集電部材とを備えてなる円筒型固体電解質燃料電池であって、前記端部集電膜がスラリ焼成法で成膜されていることから、端部集電膜が簡単でメンテナンスの容易な設備で大量生産できると共に、端部集電膜の材料歩留が大幅に向上するので、製造コストが大幅に低いものとなる。
【００２４】
また、前記端部集電膜が材料の異なる複数の層からなるので、端部集電膜の接触不良を防止して接触抵抗の増加を抑えることができる。
【００２５】
また、前記集電部材の外周面が前記本体部の中央側ほど小径となるテーパ状をなしているので、端部集電膜が収縮を生じても端部集電膜に導電フェルトを介して常に接触することができ、集電部での接触不良を防止して接触抵抗の増加を抑えることができる。
【００２６】
また、前記本体部の端面に成膜された前記端部集電膜に前記導電フェルトを介して当接するフランジを前記集電部材が有しているので、本体部の内周面側だけでなく端面側とも接触させて接触面積の増加を図ることができ、集電部での接触不良を防止して接触抵抗の増加を抑えることができる。
【００２７】
また、前記集電部材の少なくとも前記端部集電膜と前記導電フェルトを介して当接する部分がバイメタルまたは水素吸蔵合金からなるので、集電部材のサイズを運転時に最も接触面積が大きくなるように設計しても、基体管を損傷することなく集電部材を組み付けることができ、運転時の集電部での接触不良を防止して接触抵抗の増加を抑えることができる。
【００２８】
また、本発明による円筒型固体電解質燃料電池の製造方法は、基体管の外周面上に設けられた複数の発電素子をインタコネクタで接続した本体部の両端側を、端部集電膜の構成材料からなるスラリ中にそれぞれ浸漬して焼成することにより、当該本体部の両端側に端部集電膜を成膜するので、端部集電膜を簡単でメンテナンスの容易な設備で大量生産することができると共に、端部集電膜の材料歩留を大幅に向上させることができ、製造コストを大幅に下げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による円筒型固体電解質燃料電池の製造方法の実施の形態の手順説明図である。
【図２】本発明による円筒型固体電解質燃料電池の他の実施の形態の概略構造図である。
【図３】本発明による円筒型固体電解質燃料電池のさらに他の実施の形態の要部の概略構造図である。
【図４】本発明による円筒型固体電解質燃料電池のさらに他の実施の形態の概略構造図である。
【図５】円筒型固体電解質燃料電池の本体部の一部を抽出した断面図である。
【図６】円筒型固体電解質燃料電池の端部集電膜の従来の製造方法の手順説明図である。
【図７】円筒型固体電解質燃料電池の概略構成図である。
【符号の説明】
１  容器
２  スラリ
３  加熱器
１１  端部集電膜
２３，２４  集電部材
２４ａ  集電棒
２３ｂ，２４ｂ  テーパ外周面
３２  ニッケルフェルト
３４  集電部材
３４ａ  集電棒
３４ｂ  フランジ
４３，４４  集電部材
４４ａ  集電棒
１００  本体部
１０１  基体管
１０２  燃料極
１０３  電解質
１０４  空気極
１０５  インタコネクタ
１１１  端部集電膜
１１２  ニッケルフェルト
１１３，１１４  集電部材
１１４ａ  集電棒
【図１】
0003572194.tif 000002
【図２】
0003572194.tif 000003
【図３】
0003572194.tif 000004
【図４】
0003572194.tif 000005
【図５】
0003572194.tif 000006
【図６】
0003572194.tif 000007
【図７】
0003572194.tif 000008