专利名称：固体氧化物燃料电池以及固体氧化物燃料电池装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种固体氧化物燃料电池，特别涉及具有圆筒形多孔金属基体的固体氧化物燃料电池的考虑了集电损失的形状及构造。
背景技术：
作为以往的圆筒形固体氧化物燃料电池(SOFC)50，一般为如图16所示的类型，在同时兼作氧化剂极的由多孔圆筒构成的阴极筒52之上，依次以圆弧状形成固体氧化物电解质层54、燃料极56，在其切掉了圆弧的部分上，形成了与阴极筒52的外表面相接并沿阴极筒52的长度方向延伸的内部连线(interconnector)层58。当使用电导率不高的材料形成阴极筒52时，有必要通过形成沿筒的长度方向延伸的内部连线层58来进行氧化剂极侧的集电。此种SOFC50的构成是，使氧化剂气体在圆筒的内部流通，使燃料气体在圆筒的外周部流通，利用氧化剂极(50)和燃料极56之间的电化学反应来进行发电，从内部连线层58和燃料极56集电。
但是，在从内部连线层58进行集电的SOFC50中，当将多个发电单元50模块化时，除了构造变得复杂以外，还会有内部连线层58自身的形成较难、在内部连线层58附近的电解质层54和燃料极56处容易发生破裂或剥离之类的问题。
另一方面，近年来，正在进行针对使SOFC的动作温度低温化(500～700℃左右)的研究，对使用耐热性的金属的多孔金属基体的开发也在积极的进行。伴随着多孔金属基体的开发，还提出了不是由内部连线层进行集电的类型的SOFC。例如，在专利文献1中，提出了将多条使用了导电性圆筒形多孔基体的单电池并列放置并与隔膜交互层叠的圆筒形SOFC组。另外，在专利文献2中，提出了借助连接构件将具有金属支撑体的圆筒形单电池与集电体连接的固体电解质型燃料电池。
特开平10-125346号公报[专利文献2]特开2002-289249号公报但是，在使用了圆筒形多孔金属基体的SOFC中，也存在因圆筒形多孔金属基体的内部电阻引起的集电损失，为了确保电流密度而单纯地增大对基体的长度的设定，会增大集电损失，从而导致SOFC的效率的恶化。
另外，还没有提出构造简单并且能够以短时间将高温下运转的SOFC升温至运转状态的方法。
发明内容
鉴于以上问题，本发明通过规定圆筒形多孔金属基体的理想的形状和电导率，来导出集电损失低的圆筒形多孔金属基体。另外，本发明的目的在于，通过提出使用了该圆筒形多孔金属基体的SOFC组件的构造，来提供确保高输出的或者起动性优良的SOFC。
为了解决所述问题，本发明人等进行了深入的研究，结果发现，通过在基体材料中使用多孔金属，并对圆筒形多孔金属基体的形状及燃料电池主体的构造进行设计，就可以解决问题，从而完成了本发明。
即，用于解决所述问题的本发明之一的固体的氧化物燃料电池的特征是，具备固体氧化物燃料电池单元和与多孔金属基体的至少一部分连接并进行从第1电极的集电的第1集电部，所述燃料电池单元具有圆筒形的多孔金属基体、在多孔金属基体上遍布全周而形成的第1电极、在第1电极上遍布全周而形成的固体电解质层、在固体电解质上遍布全周而形成的第2电极。
根据本发明之一，由于不用像以往那样设置内部连线层，而形成遍布全周的固体电解质层和第2电极，因而发电单元(cell)的形成更加容易，并可以避免从内部连线层附近的固体电解质层或第2电极产生破裂或剥离之类的问题。
另外，在从内部连线层进行集电的固体氧化物燃料电池中，当将多个发电单元模块化时，构造十分复杂，但是通过设置与多孔金属基体的至少一部分连接的集电体，可以简易地进行模块化。
本发明之二的固体氧化物燃料电池是在本发明之一所述的固体氧化物燃料电池中，还具有如下的特征，即，多孔金属基体具有130S/cm以上的电导率。
根据本发明之二，由于多孔金属基体的电导率在130S/cm以上，因此可以从与多孔金属基体的一部分连接的集电体进行充分的集电。
本发明之三的固体氧化物燃料电池是在本发明之二所述的固体氧化物燃料电池中，还具有如下的特征，即，第1集电部连接在与多孔金属基体的任意一个部分的距离不超过100cm的位置上。
根据本发明之三，由于将第1集电部设置在与多孔金属基体的任意一个部分的距离不超过100cm的位置上，因此可以进行更实用的集电。
本发明之四的固体氧化物燃料电池组件的特征是，将多个本发明之一到本发明之三中任意一个所述的固体氧化物燃料电池单元的多孔金属基体与单一的所述第1集电部连接。
根据本发明之四，可以容易地将多个固体氧化物燃料电池单元制成组件，从而可以形成具有任意的输出的固体氧化物燃料电池组件。
本发明之五的固体氧化物燃料电池组件的特征是，通过将多个固体氧化物燃料电池单元配置在同一圆周上而将各固体氧化物燃料电池单元的多孔金属基体与第1集电构件连接，同时，将第2集电部配置在圆周的中心，使之与各固体氧化物燃料电池单元的第2电极连接。
根据本发明之五，由于按照与配置在圆周上的各固体氧化物燃料电池的第2电极接触的方式来设置第2集电部，因此可以有效地从第2电极进行集电。
本发明之六的固体氧化物燃料电池模块的特征是，层叠多个将多个固体氧化物燃料电池单元配置成一列，并将各固体氧化物燃料电池单元的多孔金属基体与第1集电部连接的本发明之四的固体氧化物燃料电池组件，同时，使得相邻的各固体氧化物燃料电池组件的固体氧化物燃料电池单元的方向相互正交。
根据本发明之六，除了可以将固体氧化物燃料电池组件紧凑地模块化以外，固体氧化物燃料电池的电极在多个点与其他的固体氧化物燃料电池的电极接触，因此，可以均一地保持固体氧化物燃料电池间的电极的电位，从而可以获得效率优良的固体氧化物燃料电池模块。
本发明之七的固体氧化物燃料电池发电装置的特征是，具有由多孔金属形成的多孔金属筐体、与多孔金属筐体连接并向多孔金属筐体供给燃料气体的燃料气体供给机构、设于多孔金属筐体外的燃烧室、与燃烧室连接并向燃烧室供给氧的氧供给机构，将从本发明之四到本发明之六中任意一个所述的固体氧化物燃料电池组件或固体氧化物燃料电池模块存放在多孔金属筐体内，并按照与多孔金属筐体接触的方式设置各固体氧化物燃料电池单元的第2电极，同时，通过使从多孔金属筐体向燃烧室流出的燃料气体燃烧，对固体氧化物燃料电池组件或固体氧化物燃料电池模块进行加热。
根据本发明之七，在燃料极未参与发电的燃料气体从多孔金属筐体向燃烧室流出并燃烧，因此就可以借助多孔金属筐体向固体氧化物燃料电池供给热量，在短时间内升温至固体氧化物燃料电池的运转温度区域，从而获得起动性优良的固体氧化物燃料电池发电装置。
图1是圆筒形多孔金属基体的立体示意图。
图2是表示将集电损失假定为0.05V时的各电流密度的电导率和圆筒形多孔金属基体的长度的关系的图表。
图3是将图2放大到电导率2000S/cm的范围的图表。
图4是表示将集电损失假定为0.05V时的圆筒形多孔金属基体长度和电流密度的关系的图表。
图5是表示将集电损失假定为0.01V时的各电流密度的电导率和圆筒形多孔金属基体的长度的关系的图表。
图6是表示将集电损失假定为0.01V时的圆筒形多孔金属基体长度和电流密度的关系的图表。
图7是表示本发明的实施例2的固体氧化物燃料电池组件的立体示意图。
图8是表示本发明的实施例2的固体氧化物燃料电池组件的剖面示意图。
图9是在本发明的实施例2的固体氧化物燃料电池组件中，将以螺栓固定方式连接金属板和圆筒形多孔金属基体时的连接部放大后的示意图。
图10是在本发明的实施例2的固体氧化物燃料电池组件中，将以凸缘固定方式连接金属板和圆筒形多孔金属基体时的连接部放大后的示意图。
图11是在本发明的实施例2的固体氧化物燃料电池组件中，将以嵌合固定方式连接金属板和圆筒形多孔金属基体时的连接部放大后的示意图。
图12是表示本发明的实施例3的固体氧化物燃料电池组件的立体示意图。
图13是表示本发明的实施例3的固体氧化物燃料电池组件的剖面示意图。
图14是表示本发明的实施例4的固体氧化物燃料电池模块的立体示意图。
图15是表示本发明的实施例5的固体氧化物燃料电池发电装置的立体示意图。
图16是表示以往的固体氧化物燃料电池的立体示意图。
其中，10...圆筒形多孔金属基体，12...金属板(第1集电部)，14...固体氧化物燃料电池单元，16...集电管(第2集电部)，18...圆筒形多孔金属基体，20...氧化剂极，22...电解质层，24...燃料极，26...焊接部，28...耐热绝缘片材料，30...组件，32...长杆，34...金圈，36...模块，38...多孔金属筐体，40...燃烧室，42...燃料气体供给管，44...氧供给管具体实施方式
下面将对本发明进行详细的说明。
形成本发明的固体氧化物燃料电池的圆筒形多孔金属基体的金属材料为耐热性金属。由于该单电池在大约800～1100℃下制成，并在500℃以上运转，因此形成圆筒形多孔金属基体的金属材料有必要使用在空气中在这些温度区域内稳定的耐热性金属。
具体来说，有必要使用在发电单元运转中，伴随着圆筒形多孔金属基体的氧化，每单位面积的质量增加至少每小时在0.01mg/cm2左右以下的显示出耐氧化性的耐热性金属。
另外，在单电池制成时，为了在伴随着燃料电池的起动·停止的温度变化时，电极和电解质层不会发生破损，其热膨胀率最好是与它们整合的，最好处于10×10-6～14×10-5K-1的范围内。
此种圆筒形多孔金属基体是利用将由所述耐热性金属材料制成的粒径为数十～数百μm左右的粉末与胶粘剂混合→混匀→挤出成形→干燥→脱脂→真空中烧结之类的公知的方法制作的。
这里，烧结度的控制十分重要。如果烧结度较高，则气体透过性降低，电池特性变低。如果烧结度较低，则运转中会产生圆筒形多孔金属基体的强度降低(变得容易破损)、热传导性降低的问题。
这是因为，由于圆筒形多孔金属基体暴露在高温的空气气氛中，因而在材料的表面形成厚度从数μm到数十μm的氧化物层，当粒子的烧结度较低时，该氧化物层扩展到圆筒形多孔金属基体的整体，使得微小的金属粒子之间的连结被切断。
所以，圆筒形多孔金属基体的气孔率最好为30～70％左右，优选40～60％左右，平均气孔直径最好为数μm～数百μm左右。因而，后述的实施例中所制作的单电池中，圆筒形多孔金属基体的气孔率设为40％，外径设为20mm。
如图1所示，当从圆筒形多孔金属基体10的端部的集电部12进行集电时，会产生由圆筒形多孔金属基体10长度方向的电阻引起的集电损失。这里，对于圆筒形多孔金属基体10的电导率和集电损失的关系，当将参数如下设定时，可以与谷口他在Electrochemistry 68，No.5(2000)pp337-340中记述的方法相同地进行计算。
L(cm)圆筒形多孔金属基体的长度(其中，当从两端进行集电时，为圆筒形多孔金属基体长度的1/2)σ(S/cm)圆筒形多孔金属基体的电导率
t(cm)圆筒形多孔金属基体的管厚ρ(Ω/cm)1/(σ(S/cm)×t(cm)×1(cm))Re(Ωcm2)(电解质电阻+阳极反应电阻+阴极反应电阻)Vocv(V)开路电压平均电流密度为I(A/cm2)时的发电单元电压V(V)为[数1]V=VOCV-ReI[L(Re/ρ)1/2{1-exp(-(ρ/Re)1/2L)}]]]>集电损失为与集电损失为零时的发电单元电压(Vocv-Re×I)的差，即为[数2]ReI[L(Re/ρ)1/2{1-exp(-(ρ/Re)1/2L)}-1]]]>集电损失对发电效率有很大影响。即，由于燃料电池的理论电动势为1V左右，因此当假定集电损失为0.05V时，则发电效率降低大约5％。所以，集电损失的容许值为0.05V左右，在要求更严格的发电效率的情况下，则为0.01V左右。所以，在0.05、0.01V两个阶段下设定条件，求得圆筒形多孔金属基体的电导率、长度、平均电流密度的关系。
假定t＝0.2cm，Re＝0.7Ωcm2，按照使得数2的值为0.05V的方式求得电导率σ和圆筒形多孔金属基体长度L的关系。结果表示在图2、3中。图3是将图2的x坐标中从原点到2000S/cm部分放大后的图表。
由于实用的圆筒形多孔金属基体的长度在5cm左右以上，电流密度在0.1A/cm2以上，因此在容许的集电损失为0.05V的情况下，从图2可以看到，圆筒形多孔金属基体的电导率需要在130S/cm以上。这里，在有必要使电流密度在0.2A/cm2以上的情况下，电导率需要在430S/cm以上，在有必要使电流密度在0.3A/cm2以上的情况下，电导率需要在900S/cm以上。
图4表示按照使数2的值在0.05V以上的方式求得的圆筒形多孔金属基体长度L和电流密度I的关系的结果。而且，将圆筒形多孔金属基体的电导率最高设为50000S/cm的原因是，金属体材(致密体)的电导率为100000S/cm左右，对于气孔率为40～50％的圆筒形多孔金属基体的情况，则为其1/2以下。
根据图4，当容许的集电损失为0.05V时，即使使用显示最高的电导率(50000S/cm)的圆筒形多孔金属基体，圆筒形多孔金属基体的长度也需要在100cm以下。这里可以看到，在需要将电流密度设为0.2A/cm2以上的情况下，圆筒形多孔金属基体长度需要在54cm以下，在需要将电流密度设为0.3A/cm2以上的情况下，圆筒形多孔金属基体长度需要在37cm以下。另外，当圆筒形多孔金属基体的电导率较低时，与之对应，长度也需要缩短。但是，在从圆筒形多孔金属基体的两端进行集电的情况下，可以将圆筒形多孔金属基体长度设为2倍。
假定t＝0.2cm，Re＝0.7Ωcm2，按照使得数2的值为0.01V的方式求得电导率σ和圆筒形多孔金属基体长度L的关系。结果表示在图5中。
由于实用的圆筒形多孔金属基体的长度在5cm左右以上，电流密度在0.1A/cm2以上，因此在容许的集电损失为0.01V的情况下，从图4可以看到，圆筒形多孔金属基体的电导率需要在2400S/cm以上。这里，在有必要使电流密度在0.2A/cm2以上的情况下，电导率需要在9200S/cm以上，在有必要使电流密度在0.3A/cm2以上的情况下，电导率需要在20000S/cm以上。
图6表示按照使数2的值在0.05V以上的方式求得的圆筒形多孔金属基体长度L和电流密度I的关系的结果。根据图6，当容许的集电损失为0.01V时，即使使用显示最高的电导率(50000S/cm)的圆筒形多孔金属基体，圆筒形多孔金属基体的长度也需要在23cm以下。
这里可以看到，在需要将电流密度设为0.2A/cm2以上的情况下，圆筒形多孔金属基体长度需要在12cm以下，在需要将电流密度设为0.3A/cm2以上的情况下，圆筒形多孔金属基体长度需要在8cm以下。另外，当圆筒形多孔金属基体的电导率较低时，与之对应，长度也需要缩短。但是，在从圆筒形多孔金属基体的两端进行集电的情况下，可以将圆筒形多孔金属基体长度设为2倍，这与条件1相同。
根据本实施例的结果，利用以下的实施例提出了不像以往那样形成内部连线层的固体氧化物燃料电池的装配方法。
图7、8是表示本发明的一个实施例的构成的立体图和剖面图，12为第1集电构件(金属板)，14为固体氧化物燃料电池的单电池，16为第2集电构件(集电管)。单电池14的圆筒形多孔金属基体18是利用将由日立金属(株)制HRE5(注册商标。Fe-Cr-Al系)形成的粒径10～100μm左右的合金粉末与胶粘剂混合→混匀→挤出成形→干燥→脱脂→真空中烧结之类的方法制作的，并使得气孔率在40％以上。由于该圆筒形多孔金属基体的电导率ρ为10000S/cm，因此圆筒形多孔金属基体18的外径设为20mm，管厚设为1.5mm，长度设为30cm。使用该圆筒形多孔金属基体18，利用下述的方法，在圆筒形多孔金属基体18上形成了氧化剂极20、电解质层22、燃料极24。
料浆溶剂的制作将乙醇、松油醇、乙基纤维素、灭泡剂、分散剂以重量比为56∶37∶6.8∶0.1∶0.1的比例混合后的物质作为料浆溶剂。
氧化剂极料浆的制作将平均粒径2μm的La0.85Sr0.15MnO3粉末和平均粒径0.5μm的YSZ(8mol％Y2O3-92mol％ZrO2)以重量比8∶2的比例混合，通过将该混合后的粉末与所述料浆溶剂以重量比3∶7的比例混合，制作了氧化剂极料浆。
电解质料浆的制作通过将平均粒径0.5μm的YSZ粉末、所述料浆溶剂、乙醇以重量比20∶50∶30的比例混合，制作了电解质料浆。
燃料极料浆的制作将平均粒径3μm的氧化镍粉末和平均粒径0.5μm的YSZ粉末以重量比9∶1的比例混合，通过将该混合后的粉末与所述料浆溶剂以重量比1∶1的比例混合，制作了燃料极料浆。
电极、电解质层的制作将圆筒形多孔金属基体18浸渍在氧化剂极料浆中，利用提拉法(浸渍法)在表面涂布氧化剂极料浆，直至圆筒形多孔金属基体端部，之后在60℃左右下干燥，在空气中1000℃下进行2小时的热处理。
料浆在圆筒形多孔金属基体内部的浸透深度可以利用料浆的粘度进行调整，本实施例中的浸透深度为50μm左右，氧化剂极20的厚度为50μm左右。
然后，利用相同的浸渍法，在该氧化剂极20上，除去端部的一部分以外，涂布了电解质料浆，之后在60℃左右下干燥，在空气中1000℃下进行2小时的热处理。电解质层22的厚度为20μm左右。
另外，在该电解质层22上，利用相同的浸渍法，对电解质层的端部遍布全周，直至可以看到的位置，涂布了燃料极料浆后，在60℃左右下干燥，在空气中1000℃下进行2小时的热处理。燃料极24的厚度为50μm左右。
通过利用TIG焊接(焊接部26)等方法，使利用所述方法制作的单电池14的端部与具有导电性的金属板12，例如由致密体HRE5(注册商标)制成的金属板12机械并且电连接，就可以进行氧化剂极20侧的集电。
另外，燃料极24侧的集电也可以通过使之与耐热性金属接触来实现。图7、8中，将多个发电单元14配置成圆形，并插入耐热绝缘密封材料28，例如云母，使得按照与各个发电单元14的燃料极24接触方式配置的耐热性的集电管16不与氧化剂极集电用的金属板12电连接。
将如此构成的电池组作为一个组件30，通过将组件30串联或并联，就可以形成具有任意的电压、电流密度的模块。
本实施例中，虽然作为与具有导电性的金属板12的接合方法，使用了TIG焊接，但是接合方法并不限定于TIG焊接，除此以外，例如还有钎焊。由于接合部分暴露在与发电温度相同的温度下，因此有必要使用高温用的钎焊材料，作为高温用的钎焊材料，例如可以通过使用Ti-Cu-Ni类的钎焊材料进行钎焊。另外，除了焊接或钎焊等熔敷方法以外，还可以采用如图9所示的螺栓固定方式、图10的凸缘固定方式、图11的嵌合固定方式等，如果是能够获得与发电温度相同的温度下的耐久性的方法，就不限定于所述的方法。
图12、13是表示本发明的其他的实施例的构成的立体图和剖面图，与实施例2相同的发电单元14和具有导电性的2片金属板12，由贯穿圆筒形多孔金属基体18的长杆32机械并且电连接，这样就可以进行圆筒形多孔金属基体18上的氧化剂极20侧的集电。
此时，通过在圆筒形多孔金属基体18和2片金属板12之间配置具有导电性的密封材料，例如金圈34，就可以实现集电电阻的降低。
图14是本发明的其他的实施例的构成图，使用与实施例2相同的发电单元14，将多个发电单元14配置成1列，与实施例3相同，使用长杆32将各个发电单元14和具有导电性的金属板12机械并且电连接。将如此形成的组件30按照与相邻的组件之间正交的方式层叠，制作模块36。
通过像这样形成模块36，利用金属板12进行圆筒形多孔金属基体18上的氧化剂极20侧的集电，通过按照使燃料极24侧与相邻的组件30的发电单元14的连接方向正交并且接触的方式进行层叠，就可以从模块36的端部，即图14中的模块36的前面或背面进行集电。
另外，在形成氧化剂极20或燃料极24的电极之前，即，在圆筒形多孔金属基体18或圆筒形多孔金属基体18上形成氧化剂极20和电解质层22的阶段中，通过构成模块，并且其后形成电极，来进一步确保电接触，因此就可以抑制伴随起动停止时的热膨胀或氧化还原而产生的接触的不良，从而更容易进行模块化。
利用所述的构成，就不需要实施例2中所必需的燃料极24侧的集电管16。另外，在本实施例的情况下，可以在使氧化剂极20、燃料极24的电位保持均一的同时，进行集电，从而使组件的体积密度提高，因而可以形成紧凑的模块。
图15是本发明的其他的实施例的构成图，使用与实施例2相同的发电单元14，将多个发电单元14配置成1列，与实施例3相同，使用长杆32将各个发电单元14和具有导电性的金属板12机械并且电连接。
在如此形成的组件30内，按照与各发电单元14的燃料极24侧接触的方式，设置由与圆筒形多孔金属基体18相同的多孔金属构成的筐体389。制作出在该多孔金属筐体38和组件30之间的空间中形成燃烧室40，并且将与多孔金属筐体38连结的燃料气体供给管42和与燃烧室40连结的氧供给管44连接起来的固体氧化物燃料电池发电装置46。
当利用燃料气体供给管42向多孔金属筐体38内部供给燃料气体时，未参与发电的燃料气体向多孔金属筐体38外部的燃烧室40流出。通过利用氧供给管44向燃烧室40供给氧，使燃料气体在燃烧室40中燃烧，就可以对多孔金属筐体38进行加热。
由于利用所述的构成，燃烧室40和发电单元14之间的热传导得到改善，因此就可以在短时间内起动固体氧化物燃料电池，另外，由于使多孔金属筐体38与各发电单元14的燃料极24侧接触，因此就可以将筐体38作为地极。
在实施例2～5中，虽然使用的是在圆筒形多孔金属基体18上按照氧化剂极20、电解质层22、燃料极24的顺序形成的发电单元14，但是电极、电解质层的层叠顺序也可以是燃料极、电解质层、氧化剂极。
本发明之一的固体氧化物燃料电池由于具备固体氧化物燃料电池单元以及与多孔金属基体的至少一部分连接并进行从第1电极的集电的第1集电部，所述固体氧化物燃料电池单元具有圆筒形的多孔金属基体、在多孔金属基体上遍布全周而形成的第1电极、在第1电极上遍布全周而形成的固体电解质层、在固体电解质上遍布全周而形成的第2电极，因此就不用像以往那样设置内部连线层，而可以遍布全周形成固体电解质层和第2电极，因而发电单元的形成更加容易，并可以避免产生从内部连线层附近的固体电解质层或第2电极上破裂或剥离之类的问题。
另外，从内部连线层进行集电的固体氧化物燃料电池中，当将多个发电单元模块化时，构造十分复杂，但是通过设置与圆筒形多孔金属基体的至少一部分连接的集电体，就可以简易地进行模块化。
本发明之二的固体氧化物燃料电池由于在本发明之一所述的固体氧化物燃料电池中，圆筒形多孔金属基体具有130S/cm以上的电导率，因此就可以从与圆筒形多孔金属基体的一部分连接的集电体进行充分的集电。
本发明之三的固体氧化物燃料电池由于在本发明之二所述的固体氧化物燃料电池中，将第1集电部连接在距离多孔金属基体的任意一个部分不超过100cm的位置，因此可以进行更实用的集电。
本发明之四的固体氧化物燃料电池组件由于是将多个本发明之一到本发明之三中任意一项所述的固体氧化物燃料电池单元的多孔金属基体与单一的所述第1集电部连接而构成，因此可以更加容易地装配多个固体氧化物燃料电池，并可以形成具有任意的输出的固体氧化物燃料电池组件。
本发明之五的固体氧化物燃料电池组件由于将多个固体氧化物燃料电池单元配置在同一圆周上而将各固体氧化物燃料电池单元的多孔金属基体与第1集电构件连接，同时，将第2集电部配置在圆周的中心，使之与各固体氧化物燃料电池单元的第2电极连接，因此可以有效地从第2电极进行集电。
本发明之六的固体氧化物燃料电池组件由于层叠多个将多个固体氧化物燃料电池单元配置成一列，并将各固体氧化物燃料电池单元的多孔金属基体与第1集电部连接的本发明之四的固体氧化物燃料电池组件，同时，使得相邻的各固体氧化物燃料电池组件的固体氧化物燃料电池单元的方向相互正交，因此，除了可以将固体氧化物燃料电池组件紧凑地模块化以外，固体氧化物燃料电池的电极在多个点与其他的固体氧化物燃料电池的电极接触，因而可以均一地保持固体氧化物燃料电池间的电极的电位，从而可以获得效率优良的固体氧化物燃料电池模块。
本发明之七的固体氧化物燃料电池发电装置由于具有由多孔金属形成的多孔金属筐体、与多孔金属筐体连接并向多孔金属筐体供给燃料气体的燃料气体供给机构、设于多孔金属筐体外的燃烧室、与燃烧室连接并向燃烧室供给氧的氧供给机构，将从本发明之四到本发明之六中任意一个所述的固体氧化物燃料电池组件或固体氧化物燃料电池模块存放在多孔金属筐体内，并按照与多孔金属筐体接触的方式设置各固体氧化物燃料电池单元的第2电极，同时，通过使从多孔金属筐体向燃烧室流出的燃料气体燃烧，对固体氧化物燃料电池组件或固体氧化物燃料电池模块进行加热，因此，在燃料极未参与发电的燃料气体从多孔金属筐体向燃烧室流出并燃烧，因而就可以借助多孔金属筐体向固体氧化物燃料电池供给热量，从而可以在短时间内升温至固体氧化物燃料电池的运转温度区域，获得起动性优良的固体氧化物燃料电池发电装置。
权利要求
1.一种固体氧化物燃料电池，其特征是，具备具有圆筒形的多孔金属基体、在所述多孔金属基体上遍布全周而形成的第1电极、在所述第1电极上遍布全周而形成的固体电解质层、在所述固体电解质上遍布全周而形成的第2电极的固体氧化物燃料电池单元；以及与所述多孔金属基体的至少一部分连接并从所述第1电极进行集电的第1集电部。
2.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池，其特征是，所述多孔金属基体具有130S/cm以上的电导率。
3.根据权利要求2所述的固体氧化物燃料电池，其特征是，所述第1集电部连接在与所述多孔金属基体的任意一个部分的距离不超过100cm的位置上。
4.一种固体氧化物燃料电池组件，其特征是，将多个权利要求1至3中任意一项所述的固体氧化物燃料电池单元的多孔金属基体与单一的所述第1集电部连接而构成。
5.根据权利要求4所述的固体氧化物燃料电池组件，其特征是，将所述多个固体氧化物燃料电池单元配置在同一圆周上而将各固体氧化物燃料电池单元的多孔金属基体与所述第1集电部连接，同时，将第2集电部配置在所述圆周的中心，使之与所述各固体氧化物燃料电池单元的第2电极接触。
6.一种固体氧化物燃料电池模块，其特征是，层叠多个将所述多个固体氧化物燃料电池单元配置成一列，并将各固体氧化物燃料电池单元的多孔金属基体与所述第1集电部连接的权利要求4所述的固体氧化物燃料电池组件，同时，使得相邻的各固体氧化物燃料电池组件的固体氧化物燃料电池单元的方向相互正交。
7.一种固体氧化物燃料电池发电装置，其特征是，具有由多孔金属形成的多孔金属筐体、与所述多孔金属筐体连接并向所述多孔金属筐体供给燃料气体的燃料气体供给机构、设于所述多孔金属筐体外的燃烧室、与所述燃烧室连接并向所述燃烧室供给氧的氧供给机构，将从权利要求4至6中任意一个所述的固体氧化物燃料电池组件或固体氧化物燃料电池模块存放在所述多孔金属筐体内，并按照与所述多孔金属筐体接触的方式设置各固体氧化物燃料电池单元的第2电极，同时，通过使从所述多孔金属筐体向所述燃烧室流出的燃料气体燃烧，对所述固体氧化物燃料电池组件或固体氧化物燃料电池模块进行加热。
全文摘要
一种固体氧化物燃料电池，通过使用具有130S/cm以上的电导率并且将集电部连接在与任意一个部分的距离不超过100cm的位置上的圆筒形多孔金属基体，并在该圆筒形多孔金属基体上遍布全周形成第1电极、固体电解质层、第2电极，可以获得发电单元的形成更加容易并且集电损失低的即耐久性优良、输出高的固体氧化物燃料电池。
文档编号H01M8/02GK1574438SQ20041004580
公开日2005年2月2日 申请日期2004年5月20日 优先权日2003年5月30日
发明者冈本崇, 谷口俊辅 申请人:三洋电机株式会社