JPH1021942A - 固体電解質型燃料電池セル - Google Patents
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Abstract
池を実現する。 【解決手段】 この発明の固体電解質型燃料電池セル
は、燃料供給兼導電管21の外周面を粗面状態23にす
ることによって改質反応触媒材との接触面積を広くし、
改質反応触媒材中に充満している燃料との接触面積をも
広くし、その触媒機能によって改質反応を促進させ、ひ
いては燃料利用率を高める。
Description
電池セルに関し、特に外側から順に空気極、電解質、燃
料極、改質反応触媒材及び燃料供給兼導電管を同心に配
置した構造の円筒型固体電解質型燃料電池セルに関す
る。
順に空気極、電解質、燃料極、改質反応触媒材及び燃料
供給兼導電管を同心に配置した構造の円筒型固体電解質
型燃料電池セルとして、特開平7−263001号公報
に開示され、また図5に示す構成のものが知られてい
る。この従来の円筒型固体電解質型燃料電池セルは、一
般に、空気極1にストロンチウム添加ランタンマンガナ
イト、電解質2にイットリア安定化ジルコニア(YS
Z)、燃料極3にニッケル・ジルコニア・サーメットの
ような燃料改質の触媒機能を有する材料が使用されてい
る。また燃料極3の内側に配置される改質反応触媒材4
には、主にニッケル、白金、コバルト、パラジウム、ル
テニウムなどの導電性を有すると共に燃料改質反応の触
媒機能を有する物質で、フェルト状にしたものが用いら
れている。
供給兼導電管5に内部に供給されてくる燃料を改質反応
触媒材4に通過させ、かつ導電性を有すると共に改質反
応の触媒機能を有する有する物質として、SUS30
4、インコネル、ニッケル、白金、コバルト、パラジウ
ム、ニッケルジルコニアサーメットなどを材料とし、多
孔質のチューブ形状に仕上げたものが用いられている。
極3、改質反応触媒材4及び燃料供給兼導電管5を同心
に多重管となるように組み上げ、閉塞部材6で各管を固
定し、さらに中央の燃料供給兼導電管5の燃料供給口8
側をガスセパレータ9に固定することによってセル7の
全体を支持するようにしている。
ル7は、その複数本をガスセパレータ9によって束ねて
支持させ、空気極1同士を陽極10に並列接続し、また
燃料供給兼導電管5同士を陰極11に並列接続すること
によって所望の発電力を持つ固体電解質型燃料電池ユニ
ットとして組み立てられる。
について説明すると、天然ガス、メタン、石炭ガス化ガ
スなどの燃料ガスを水蒸気と共に燃料供給口8から燃料
供給兼導電管5内に導入することにより、この燃料供給
兼導電管5の多孔質の管壁を通じて燃料ガスと水蒸気が
改質反応触媒材4内に均一に流れ込む。
常、900℃〜1000℃の条件下で、燃料供給兼導電
管5及び改質反応触媒材4の触媒機能により、次式の改
質反応が発生する。
介して対極する空気極1と燃料極3との部分では、次の
化2式の発電反応を起こし、遊離した電子を集電するこ
とによって発電力を得ることができる。
に、改質反応で生成された供給された水素が電解質2か
ら供給される酸素イオンと反応して水蒸気と電子を生成
する。そして燃料極3で生成された電子が燃料供給兼導
電管5と改質反応触媒材4とを経て外部回路に回り、空
気極1に到達すると、この空気極1において、化2
(b)式に示すように空気中の酸素と反応して酸素イオ
ンを生成し、これが電解質2に放出され、燃料極3側に
到達して化2(a)式の反応に供されるのである。
反応を有効に生起させるためには、改質反応触媒材4と
燃料供給兼導電管5の材料に改質反応触媒機能を有する
ものを選択しなければならないが、従来では上記のニッ
ケル金属、あるいはニッケルを主体とする合金やセラミ
ック材が用いられている。
従来の円筒形固体電解質型燃料電池セルでは、次のよう
な問題点があった。すなわち、燃料の改質反応は燃料供
給兼導電管の表面と改質反応触媒材の部分で起こるが、
従来、燃料供給兼導電管の表面状態が平滑であったため
に、燃料供給兼導電管に改質反応の触媒機能を有する材
質のものを用いていても改質反応触媒材との接触面積が
小さくて改質反応触媒材中に充満している燃料と燃料供
給兼導電管表面との接触面積も小さく、その触媒機能を
十分に利用することができず、効率良く改質反応を生起
させることができない問題点があった。
なされたもので、燃料供給兼導電管の体積を増やすこと
なく、その表面と改質反応触媒材との接触面積を広くし
て改質反応触媒材中に充満している燃料と燃料供給兼導
電管表面との接触面積をも広くし、改質反応を促進し、
ひいては燃料利用率を高めることができる固体電解質型
燃料電池セルを提供することを目的とする。
から順に空気極、電解質、燃料極、改質反応触媒材及び
燃料供給兼導電管を同心に配置して成る固体電解質型燃
料電池セルにおいて、前記燃料供給兼導電管の外周面を
粗い表面状態にしたものである。
池セルでは、燃料供給兼導電管の外周面を粗面状態にす
ることによって改質反応触媒材との接触面積を広くし、
改質反応触媒材中に充満している燃料との接触面積をも
広くし、その触媒機能によって改質反応を促進させ、ひ
いては燃料利用率を高めることができる。
型燃料電池セルにおいて、前記燃料供給兼導電管を多数
の小孔が開いているコルゲート管により構成したもので
あり、これによって、燃料供給兼導電管の表面積を広く
して改質反応触媒材との接触面積を広くし、請求項1の
固体電解質型燃料電池セルと同様に改質反応を促進さ
せ、ひいては燃料利用率を高めることができる。
型燃料電池セルにおいて、前記燃料供給兼導電管をスパ
イラル状にした帯材により構成したものであり、これに
よって、燃料供給兼導電管の表面積を広くして改質反応
触媒材との接触面積を広くし、請求項1の固体電解質型
燃料電池セルと同様に改質反応を促進させ、ひいては燃
料利用率を高めることができる。
解質型燃料電池セルにおいて、前記燃料供給兼導電管の
外周面を溶射により粗い表面状態にしたものであり、こ
れによって燃料供給兼導電管の表面に微小な凹凸が一様
に分布する粗い表面状態が得られ、結果として改質反応
触媒材との接触面積をいっそう広くし、改質反応触媒材
中に充満している燃料との接触面積をもいっそう広く
し、その触媒機能によって改質反応を促進させ、ひいて
は燃料利用率をいっそう高めることができる。
解質型燃料電池セルにおいて、前記燃料供給兼導電管の
外周面をブラストにより粗い表面状態にしたものであ
り、これによって請求項4の燃料供給兼導電管と同様
に、その表面に微小な凹凸が一様に分布する粗い表面状
態が得られ、結果として改質反応触媒材との接触面積を
いっそう広くして改質反応触媒材中に充満している燃料
との接触面積をもいっそう広くし、その触媒機能によっ
て改質反応を促進させ、ひいては燃料利用率をいっそう
高めることができる。
電解質、燃料極、改質反応触媒材及び燃料供給兼導電管
を同心に配置して成る固体電解質型燃料電池セルにおい
て、前記燃料供給兼導電管を導電性の高い材質の外管と
改質反応触媒機能の高い材質の内管との2重管構造にし
たものである。
池セルでは、燃料供給兼導電管を導電性の高い材質の外
管と改質反応触媒機能の高い材質の内管との2重管構造
にすることにより、内管では改質反応を促進させ、外管
ではもっぱら集電作用を行わせることができ、これによ
って製造時にそれらの機能に適した材質を選択すること
ができ、改質反応の促進が図れて、ひいては燃料利用率
を高めることができる。
基づいて詳説する。本発明の固体電解質型燃料電池セル
の一般的な構造は上記従来例で説明したものであり、本
発明の特徴とするところはその燃料供給兼導電管の部分
にある。
管21を示しており、この実施の形態の燃料供給兼導電
管21は、改質反応の触媒機能を有する材料であるニッ
ケル、パラジウム、コバルト、あるいはニッケルジルコ
ニアサーメットで形成され、金属素材の場合には多数の
燃料通過孔22を打ち抜き形成し、セラミック素材であ
れば製造の最初からポーラスなものとして、その基材の
表面にニッケル又は酸化ニッケルを酸素アセチレン溶射
法によって溶射し、微小な凹凸が一様に分布する粗い表
面状態23に仕上げられている。
制限されることはないが、厚さ数mm程度として、また
セル全体の外径が20mmφ程度であるときには、その
外径を14mm程度にする。
管21は、図5に示した燃料供給兼導電管5に代えて使
用することにより、燃料供給口8側から供給される燃料
ガスを多数の燃料通過孔22を通じて外部の改質反応触
媒材4に供給し、改質反応を生起させる。
の表面状態が粗くて表面積が広いために改質反応触媒材
4との接触面積が広く、それだけ改質反応触媒材4中に
供給されている燃料との接触面積も広くなり、優れた触
媒機能を十分に発揮して改質反応を促進させることがで
き、ひいては上記した化2式の発電反応も効率良く行わ
せることができるようになる。
より燃料供給兼導電管21を粗い表面状態23にした
が、これに限らず、燃料供給兼導電管21の素材に改質
反応に対する触媒機能に優れた材質のものを用い、その
表面をブラスト処理することによって粗い表面状態にし
て用いることもできる。
基づいて説明する。この第2の実施の形態は、コルゲー
ト管を用いて燃料供給兼導電管31を構成したことを特
徴とするものである。この燃料供給兼導電管31のコル
ゲート管32は、燃料の改質反応の触媒機能を有する素
材としてニッケルあるいはルテニウムを基材とする合金
で形成され、燃料通過孔33がほぼ全面に開けられてい
る。
31は、従来例として示した図5の固体電解質型燃料電
池セルにおける燃料供給兼導電管5に代えて使用され
る。これによって、燃料供給兼導電管31の表面積が直
管の場合よりも広くなり、それだけ外部の改質反応触媒
材4との接触面積も広くなり、燃料の改質反応を効果的
に促進させることができ、ひいては燃料利用率を向上さ
せることができる。
供給兼導電管31がコルゲート管32であるために大き
な伸縮自由度があって、1000℃程度の温度条件下の
使用において各部材の熱膨張が大きくても熱歪みを燃料
供給兼導電管31で吸収することができ、素材の経年劣
化を抑制することができて長期間の使用に耐えることが
できるようになる。
料供給兼導電管31を構成するコルゲート管32の表面
を溶射あるいはブラスト処理によって微小な凹凸のある
粗い表面状態にすることができ、それによっていっそう
改質反応触媒材との接触面積を広くし、改質反応を促進
することができるようになる。
基づいて説明する。この第3の実施の形態の特徴は、燃
料供給兼導電管41を改質反応に対する触媒機能を有す
る素材、例えば、ニッケルあるいはルテニウムを取材と
する金属帯材42を所定の径を持たせてスパイラルに巻
いたもので構成した点にある。このスパイラル状の金属
帯材42は、隣り合うピッチ間に所定の隙間43をとっ
てスパイラルに巻くことによって燃料供給兼導電管41
のほぼ全長、全周に渡ってほぼ一様に燃料が供給できる
ようにしてある。
41も、図5に示した従来の固体電解質型燃料電池セル
における燃料供給兼導電管5に代えて使用される。これ
によって、スパイラルに巻いた金属帯材42が熱伸縮を
容易に吸収することができるので、1000℃程度の温
度条件下の使用において各部材の熱膨張が大きくても熱
歪みを燃料供給兼導電管41で吸収することができ、素
材の経年劣化を抑制することができて長期間の使用に耐
えることができるようになる。
料供給兼導電管41を構成する金属帯材42の表面を溶
射あるいはブラスト処理によって微小な凹凸のある粗い
表面状態にすることができ、それによっていっそう改質
反応触媒材との接触面積を広くし、改質反応を促進する
ことができるようになる。
基づいて説明する。この第4の実施の形態の特徴は、燃
料供給兼導電管51を、多孔質又は多数の燃料通過孔の
形成されている内管52と同じく多孔質又は多数の燃料
通過孔の形成されている外管53との二重パイプ構造の
ものでその内部に改質反応の触媒機能を有する物質のパ
ウダーあるいはフェルト材54を収容した構造にした点
にある。
な改質反応の触媒機能を有する素材を主とし、多数の燃
料通過孔55が開けられている。外管53はとくに集電
機能を主目的としてニッケル合金やYSZを素材とする
多孔質のもの、あるいは多数の燃料通過孔56が開けら
れたもので構成されている。そして内管52と外管53
との間の空間に充填されているパウダーあるいはフェル
ト材54には改質反応の触媒機能を有するニッケル、ル
テニウム又はコバルトを主材とするものが用いられる。
示した従来の固体電解質型燃料電池セルの燃料供給兼導
電管5に代えて使用されるが、そのときに燃料供給兼導
電管51の内管52の内部に供給される燃料を燃料通過
孔55を通じて改質反応促進用のパウダー又はフェルト
材54内に供給し、この内管52とフェルト材54の部
分で燃料の改質反応を主に生起させる。そして外管53
側は燃料極3側からの電子の集電作用を主に行わせる。
給兼導電管51の構造を主に改質反応を行う内管52と
主に集電機能を果たす外管53との二重パイプ構造とす
ることにより、それぞれの素材に特にその目的に適した
材料を選択して使用することができ、燃料の改質反応の
促進と集電作用とを共に効果的におこなう燃料供給兼導
電管を実現することができるようになる。
燃料供給兼導電管の外周面を粗面状態にすることによっ
て改質反応触媒材との接触面積を広くし、改質反応触媒
材中に充満している燃料との接触面積をも広くし、その
触媒機能によって改質反応を促進させ、ひいては燃料利
用率を高めることができる。
管を多数の小孔が開いているコルゲート管により構成す
ることによって、燃料供給兼導電管の表面積を広くして
改質反応触媒材との接触面積を広くし、請求項1の固体
電解質型燃料電池セルと同様に改質反応を促進させ、ひ
いては燃料利用率を高めることができる。
管をスパイラル状にした帯材により構成することによっ
て、燃料供給兼導電管の表面積を広くして改質反応触媒
材との接触面積を広くし、請求項1の固体電解質型燃料
電池セルと同様に改質反応を促進させ、ひいては燃料利
用率を高めることができる。
管の外周面を溶射により粗い表面状態にすることによっ
て、燃料供給兼導電管の表面に微小な凹凸が一様に分布
する粗い表面状態が得られ、結果として改質反応触媒材
との接触面積を広くし、改質反応触媒材中に充満してい
る燃料との接触面積をも広くし、その触媒機能によって
改質反応を促進させ、燃料利用率をいっそう高めること
ができる。
管の外周面をブラストにより粗い表面状態にすることに
よって、請求項4の燃料供給兼導電管と同様に、その表
面に微小な凹凸が一様に分布する粗い表面状態が得ら
れ、結果として改質反応触媒材との接触面積を広くして
改質反応触媒材中に充満している燃料との接触面積をも
広くし、その触媒機能によって改質反応を促進させ、燃
料利用率をいっそう高めることができる。
管を導電性の高い材質の外管と改質反応触媒機能の高い
材質の内管との2重管構造にすることにより、内管では
改質反応を促進させ、外管ではもっぱら集電作用を行わ
せることができ、これによって製造時にそれらの機能に
適した材質を選択することができ、改質反応の促進と集
電効率の向上が図れて燃料利用率を高めることができ
る。
の斜視図。
の斜視図。
の斜視図。
の斜視図。
Claims (6)
- 【請求項1】 外側から順に空気極、電解質、燃料極、
改質反応触媒材及び燃料供給兼導電管を同心に配置して
成る固体電解質型燃料電池セルにおいて、 前記燃料供給兼導電管の外周面を粗い表面状態にしたこ
とを特徴とする固体電解質型燃料電池セル。 - 【請求項2】 前記燃料供給兼導電管を、多数の小孔が
開いているコルゲート管により構成したことを特徴とす
る請求項1記載の固体電解質型燃料電池セル。 - 【請求項3】 前記燃料供給兼導電管を、スパイラル状
にした帯材により構成したことを特徴とする請求項1記
載の固体電解質型燃料電池セル。 - 【請求項4】 前記燃料供給兼導電管の外周面を溶射に
より粗い表面状態にしたことを特徴とする請求項1〜3
のいずれかに記載の固体電解質型燃料電池セル。 - 【請求項5】 前記燃料供給兼導電管の外周面をブラス
トにより粗い表面状態にしたことを特徴とする請求項1
〜3のいずれかに記載の固体電解質型燃料電池セル。 - 【請求項6】 外側から順に空気極、電解質、燃料極、
改質反応触媒材及び燃料供給兼導電管を同心に配置して
成る固体電解質型燃料電池セルにおいて、 前記燃料供給兼導電管を導電性の高い材質の外管と改質
反応触媒機能の高い材質の内管との2重管構造にしたこ
とを特徴とする固体電解質型燃料電池セル。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8171290A JPH1021942A (ja) | 1996-07-01 | 1996-07-01 | 固体電解質型燃料電池セル |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8171290A JPH1021942A (ja) | 1996-07-01 | 1996-07-01 | 固体電解質型燃料電池セル |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1021942A true JPH1021942A (ja) | 1998-01-23 |
Family
ID=15920574
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP8171290A Pending JPH1021942A (ja) | 1996-07-01 | 1996-07-01 | 固体電解質型燃料電池セル |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH1021942A (ja) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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1996
- 1996-07-01 JP JP8171290A patent/JPH1021942A/ja active Pending
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