(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状の固体電解質の片面に空気極、他面に燃料極を形成し、前記空気極または前記燃料極に電気的に接続され、かつ外面に露出する集電体を具備する円筒状のセル本体を、前記集電体が交互に逆方向に露出するように接続部材により長さ方向に複数接続するとともに、前記集電体と、隣接する前記セル本体の外面に露出した燃料極または空気極とを導電部材により接続してなることを特徴とする固体電解質型燃料電池セル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は固体電解質型燃料電池セルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、固体電解質型燃料電池はその作動温度が９００〜１０５０℃と高温であるため発電効率が高く、第３世代の発電システムとして期待されている。
【０００３】
一般に、固体電解質型燃料電池セルには、円筒型と平板型が知られている。平板型燃料電池セルは、発電の単位体積当り出力密度が高いという特長を有するが、実用化に関してはガスシール不完全性やセル内の温度分布の不均一性などの問題がある。それに対して、円筒型燃料電池セルでは、出力密度は低いものの、セルの機械的強度が高く、またセル内の温度の均一性が保てるという特長がある。
【０００４】
両形状の固体電解質型燃料電池セルとも、それぞれの特長を生かして積極的に研究開発が進められている。
【０００５】
円筒型燃料電池の単セルは、図６に示したように開気孔率４０％程度のＣａＯ安定化ＺｒＯ２  を支持管１とし、その上にＬａＭｎＯ３  系材料からなる多孔性の空気極２を形成し、その表面にＹ２  Ｏ３  安定化ＺｒＯ２  からなる固体電解質３を形成し、さらにこの固体電解質３の表面に多孔性のＮｉ−ジルコニアの燃料極４が設けられている。固体電解質３の外面には、固体電解質３の内面の空気極２に電気的に接続されたＬａＣｒＯ３  系の集電体（インターコネクタ）５が外面に露出して形成されている。
【０００６】
そして、燃料電池は、長さ５０ｃｍ〜２ｍ程度の固体電解質型燃料電池セルを複数並行に配置し、集電体５と、隣接する固体電解質型燃料電池セルの燃料極とをＮｉフェルト等の導電部材により電気的に接続して構成されている。発電は、支持管１内部に空気（酸素）６を、外部に燃料（水素）７を流し、９００〜１０５０℃の温度で行なわれる。このような燃料電池に外部配線を接続し、発生した電力が取り出される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記燃料電池では、発電時の出力電圧が低く、電流が大きくなり、電力を取り出す際に外部配線に大電流が流れ、外部配線の発熱が大きくなり、外部配線での出力のロスや、外部配線の劣化を招きやすいという問題があった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の固体電解質型燃料電池セルは、円筒状の固体電解質の片面に空気極、他面に燃料極を形成し、前記空気極または前記燃料極に電気的に接続され、かつ外面に露出する集電体を具備する円筒状のセル本体を、前記集電体が交互に逆方向に露出するように接続部材により長さ方向に複数接続するとともに、前記集電体と、隣接する前記セル本体の外面に露出した燃料極または空気極とを導電部材により接続してなるものである。
【０００９】
【作用】
従来の固体電解質型燃料電池セルを複数個並行に配置して作製した燃料電池では、セル全体を電流が通過するため電流が大きくなり、燃料電池を構成した場合に外部へ取り出す電圧は低く、電流量は多くなる。その結果、外部配線に多くの電流が流れ発熱し、電力のロスが多くなる。また、大電流が流れる際の発熱により外部配線の劣化が生じる。
【００１０】
本発明者は、上記問題について鋭意考察した結果、短いセル本体を長さ方向に、かつ集電体が交互に逆方向を向くように複数接続し、隣り合うセル本体の燃料極と集電体とを導電部材で接続して燃料電池セルを構成することにより、従来よりも取り出す電流を小さくできることを見い出し、本発明に至ったのである。
【００１１】
即ち、例えば、３本のセル本体を長さ方向に接続して燃料電池セルを構成した場合には、セル１本当たりの電圧は３倍になるものの、電流は従来の場合と比較して１／３にすることができ、燃料電池から電力を取り出す外部配線に流れる電流を１／３とすることができ、外部配線の発熱を抑制し、外部配線での出力のロスを少なくでき、電力の低減を最小限に抑制することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の固体電解質型燃料電池セルのセル本体は、例えば、図６に示したように支持管１の表面に多孔性の空気極２が形成され、その表面に固体電解質３が形成され、さらにこの固体電解質３の表面に多孔性の燃料極４が設けられ、固体電解質３の内面の空気極２に電気的に接続された集電体（インターコネクタ）５が外部に露出して形成されている。尚、本発明においては、支持管１をなくして、空気極自体を支持管として用いても良いし、また、固体電解質の内面に燃料極を、外面に空気極を形成しても良い。本発明においては、セル本体の構成は特に限定されるものではない。
【００１３】
そして、図１に示すように、複数のセル本体８ａ、８ｂ、８ｃが、接続治具１３により長さ方向に複数接続されるとともに、集電体５ａ、５ｂ、５ｃが交互に逆方向に露出するように接続され、集電体５ａ、５ｂ、５ｃと、隣接するセル本体８ａ、８ｂ、８ｃの外面に露出した燃料極４ａ、４ｂ、４ｃとが導電部材９ａ、９ｂにより電気的に接続され、本発明の燃料電池セル８が構成されている。尚、図２に図１の斜視図を記載する。
【００１４】
セル本体８ａと８ｂ、８ｂと８ｃを接続する接続部材１３はセラミックスにより構成されており、ガスがこの部分から漏出しないように構成されている。また、導電部材９ａ、９ｂは、金属、金属繊維からなるフェルトや網、導電性セラミックス等が用いられるもので、導電性であれば良い。
【００１５】
本発明の燃料電池セルでは、電流の流れを図１で説明すると、電流は、セル本体８ａの燃料極４ａより入り、集電体５ａを通り、導電部材９ａを介してセル本体８ｂの燃料極４ｂに入り、集電体５ｂを通り、導電部材９ｂを介してセル本体８ｃの燃料極４ｃに入り、集電体５ｃから出ることになる。
【００１６】
以上のように構成された固体電解質型燃料電池セルでは、３本のセル本体８ａ、８ｂ、８ｃを長さ方向に接続して燃料電池セル８を構成しているため、セル１本当たりの電圧は３倍になるものの、電流量は、従来の燃料電池セルの場合と比較して１／３にすることができ、燃料電池を構成した場合、電力を取り出す外部配線に流れる電流を１／３とすることができ、外部配線の発熱を抑制し、外部配線での出力のロスを少なくでき、電力の低減を最小限に抑制することができる。
【００１７】
本発明の燃料電池セルを用いた燃料電池を図３および図４に示す。この燃料電池では、燃料電池セルが４本並行に配置されており、これらの燃料電池セルはそれぞれ図１に示した構造とされている。
【００１８】
即ち、４本のセル８、３８、４８、５８が並行に配置されており、セル８、３８、４８、５８は上記図１に示したような構造となっている。そして、セル８の集電体５ｃとセル３８の燃料極３４ｃの間、セル３８の集電体３５ａとセル４８の燃料極４４ａとの間、セル４８の集電体４５ｃとセル５８の燃料極５４ｃの間には、導電部材３０が配置され、セル８、３８、４８、５８同士が電気的に直列に接続されている。また、セル８の燃料極４ａおよびセル５８の集電体５５ａには、導電部材３１を介して、電力を外部へ取り出すための金属からなる導電性板３２が配置されている。
【００１９】
このような燃料電池では、電流は、導電性板３２から入り、セル本体８ａの燃料極４ａ−集電体５ａ−導電部材９ａ−セル本体８ｂの燃料極４ｂ−集電体５ｂ−導電部材９ｂ−セル本体８ｃの燃料極４ｃ−集電体５ｃからでる。
【００２０】
この電流は、導電部材３０を介して、セル本体３８ｃの燃料極３４ｃ−集電体３５ｃ−導電部材３９ｂ−セル本体３８ｂの燃料極３４ｂ−集電体３５ｂ−導電部材３９ａ−セル本体３８ａの燃料極３４ａ−集電体３５ａにでる。
【００２１】
この電流が導電部材３０を介して、セル本体４８ａの燃料極４４ａ−集電体４５ａ−導電部材４９ａ−セル本体４８ｂの燃料極４４ｂ−集電体４５ｂ−導電部材４９ｂ−セル本体４８ｃの燃料極４４ｃ−集電体４５ｃからでる。
【００２２】
この電流が導電部材３０を介して、セル本体５８ｃの燃料極５４ｃ−集電体５５ｃ−導電部材５９ｂ−セル本体５８ｂの燃料極５４ｂ−集電体５５ｂ−導電部材５９ａ−セル本体５８ａの燃料極５４ａ−集電体５５ａにでる。そして、この電流が導電性板３２を介して外部配線からでる。
【００２３】
このような燃料電池では、従来の燃料電池と比較して電圧は３倍になるものの、電流は１／３となり、外部配線に流れる電流を低減できる。
【００２４】
本発明の燃料電池セルを用いた他の燃料電池を図５に示す。この燃料電池では、燃料電池セルが２本並行に配置されており、これらの燃料電池セルはそれぞれ図１に示した構造とされている。
【００２５】
即ち、２本のセル６８、７８が並行に配置されており、セル６８、７８は４本のセル本体を接続している点を除いて上記図１に示したような構造となっている。そして、このような燃料電池では、電流は、導電性板３２から入り、セル本体６８ａの燃料極６４ａ−集電体６５ａ−導電部材６９ａ−セル本体６８ｂの燃料極６４ｂ−集電体６５ｂ−導電部材６９ｂ−セル本体６８ｃの燃料極６４ｃ−集電体６５ｃ−導電部材６９ｃ−セル本体６８ｄの燃料極６４ｄ−集電体６５ｄ−導電性板３２からでる。
【００２６】
また、電流が、導電性板３２から入り、セル本体７８ａの燃料極７４ａ−集電体７５ａ−導電部材６９ａ−セル本体７８ｂの燃料極７４ｂ−集電体７５ｂ−導電部材６９ｄ−セル本体７８ｃの燃料極７４ｃ−集電体７５ｃ−導電部材６９ｃ−セル本体７８ｄの燃料極７４ｄ−集電体７５ｄ−導電性板３２からでる。
【００２７】
このような燃料電池では、従来の燃料電池と比較して電圧は４倍になるものの、電流は１／４となり、外部配線に流れる電流を低減できる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の固体電解質型燃料電池セルは、短いセル本体を長さ方向に、かつ、集電体が交互に逆方向を向くように複数接続し、隣り合うセル本体の燃料極と集電体とを導電部材で接続して燃料電池セルを構成することにより、電圧は従来よりも大きくなるものの、従来よりも取り出す電流量を小さくでき、燃料電池から電力を取り出す外部配線に流れる電流を低減することができ、外部配線の発熱を抑制し、外部配線での出力のロスを少なくでき、電力の低減を最小限に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の固体電解質型燃料電池セルの断面図である。
【図２】図１の斜視図である。
【図３】本発明の固体電解質型燃料電池セルを４本用いてスタックを構成した場合の断面図である。
【図４】図３の斜視図である。
【図５】本発明の固体電解質型燃料電池セルを２本用いて他のスタックを構成した場合の断面図である。
【図６】固体電解質型燃料電池セルを示す斜視図である。
【符号の説明】
１・・・空気極支持管
２・・・空気極
３・・・固体電解質
４・・・燃料極
５・・・集電体
８・・・セル本体
９・・・導電部材
１３・・・接続部材
【図１】
0003595091.tif 000002
【図２】
0003595091.tif 000003
【図３】
0003595091.tif 000004
【図４】
0003595091.tif 000005
【図５】
0003595091.tif 000006
【図６】
0003595091.tif 000007