燃料电池的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种平板型固体氧化物燃料电池(SOFC)，其中特别涉及一种隔膜叠层结构。
【背景技术】
[0002]燃料电池是一种能够使用燃料生产电能的装置。燃料电池大致根据电解质的种类分类，例如有电解质使用树脂等高分子薄膜的固体高分子燃料电池(PEFC)和电解质使用固体氧化物的固体氧化物燃料电池(SOFC)等。其中，尤其是SOFC的发电效率高，因此近年来广受瞩目。
[0003]SOFC中有将多个具有电解质被夹持在一对电极之间的结构的平板状电池单元(cell)与隔膜等层叠多层而成的那种类型(平板型)。SOFC的燃料使用空气或氧等氧化气体和氢或一氧化碳等燃料气体。
[0004]例如，专利文献I公开了一种PEFC，专利文献2公开了一种S0FC。
[0005]专利文献1:日本公开专利公报特开2006 - 236612号公报
[0006]专利文献2:日本公开专利公报特开2002 - 343376号公报
【发明内容】
[0007]一发明所要解决的技术问题一
[0008]在SOFC中，从提高发电效率和耐久性的方面来看，将燃料气体均匀地提供给各电池单元(cell)的电极面成为重要的技术问题。
[0009]图1图示了层叠板状电池单元和隔膜等来构成为块状的SOFC的主要部分(电池堆100)。在电池堆100的中心部分有各电池单元的电极面在层叠方向上交替地排列的集电部101，在电池堆100的周边部分形成有沿层叠方向延伸的供气歧管102和排气歧管103。氧化气体(通常使用空气)或燃料气体通过供气歧管102提供给各电池单元的电极面，并且通过排气歧管103排出。
[0010]在集电部，分别沿着电池单元的两个面从供气歧管102向排气歧管103流动的梳状气体流路形成在隔膜上，通过这些气体流路分配后供给燃料气体或空气。
[0011]各气体流路与沿纵向延伸的供气歧管102正交，而且以从供气歧管102横向扩张的方式延伸，因此将燃料气体稳定且均匀地提供给所有气体流路并不容易。若向各气体流路不均匀地提供燃料气体，则会发生发电效率降低或产生局部过电流的现象。因此，从提高SOFC的发电效率和耐久性的方面来看，将燃料气体均匀地分配并供向电极面的整个面成为重要的技术问题。
[0012]专利文献2公开了虽以空气作为对象却能够将空气均匀地分配并供向各电池单元的电极面的流路。
[0013]在此，如图2(a)所示，压接平板105和狭缝板106构成空气极侧的隔膜。贯通平板105形成空气用以及燃料用各集管107、108，贯通狭缝板106形成燃料用集管108和梳状的多条狭缝109。如图2(b)所示，各狭缝109的端部与空气用集管107重叠，空气从空气用集管107直接进入到各狭缝109中分配并供向各电池单元的电极面。
[0014]然而，在该结构的情况下，空气供给用集管107的内部被每个狭缝板106的狭缝109之间的细板部分遮挡，因此沿空气供给用集管107流动的空气受到妨碍无法顺畅地流动，从而产生压力损失。特别是在SOFC中通常层叠多个，因此容易受到其影响。
[0015]关于这一点，由于空气不需要原料成本，因此即便产生压力损失，也能够通过供给大量的空气来向各电池单元提供充分的空气。然而，由于燃料气体需要原料成本，因此不能与空气一样地处理。从运行成本的观点来看，对于燃料气体而言，需要抑制供给量并有效地供给燃料气体。
[0016]因此，在该方法中，难以向各电池单元的电极面均匀且稳定地供给燃料气体。
[0017]于是，本发明的目的在于:提供一种能够向各电池单元的电极面均匀且稳定地供给燃料气体的燃料电池。
[0018]一用以解决技术问题的技术方案一
[0019]所公开的燃料电池是一种层叠多个发电元件而构成的燃料电池。上述发电元件包括:在一主面连接有正极、另一主面连接有负极的板状的电池单元；以与上述正极电连接的方式层叠的正极板；以及以与上述负极电连接的方式层叠的负极板。
[0020]上述正极板包括:位于上述电池单元的外周围以便贯通层叠方向成为燃料气体的流路的燃料供气歧管；从上述燃料供气歧管侧朝向以上述电池单元为中心的相对侧的端部侧延伸的多条第一气体流路；以及位于上述燃料供气歧管与上述电池单元之间并以横切上述多条第一气体流路来连通的方式形成的第二气体流路。
[0021]其特征在于，沿与上述第二气体流路的气体进入口相对的相对面设置限制部，其中，上述限制部限制从上述燃料供气歧管经由上述气体进入口流入到上述第二气体流路的燃料气体流入上述第一气体流路。
[0022]上述第一气体流路与上述限制部可以位于上述发电元件的层叠方向上的不同的高度位置。
[0023]上述气体进入口与上述限制部可以位于上述发电元件的层叠方向上的大致相同的高度位置。
[0024]还包括绝缘板，上述绝缘板设置在上述正极板与上述负极板之间以使上述正极板与上述负极板彼此电绝缘，并且设置有开口以便上述电池单元位于上述开口的内侧，能够借助上述电池单元的端面与上述开口的内缘接触，在上述发电元件内对上述电池单元进行定位。
[0025]上述限制部可以包括上述电池单元的端面，与上述第二气体流路的上述气体进入口相对的相对面还可以由上述电池单元的端面构成。
[0026]上述正极板还可以包括第一板、第二板以及第三板，上述第一板呈平板状且具有构成上述燃料供气歧管的燃料通过口，上述第二板具有上述燃料通过口和构成上述第一气体流路的多条第一狭缝，上述第三板具有上述燃料通过口、以上述电池单元位于开口的内侧的方式设置的上述开口以及构成连通上述燃料通过口与上述开口的上述气体进入口的切口，在上述第二板面内上述燃料通过口不与上述第一狭缝连通，将上述第一板、上述第二板以及上述第三板按照该顺序层叠来构成上述正极板，以便各个上述燃料通过口在层叠方向上连通。
[0027]并且，上述正极板还可以包括第一板、第二板以及第三板，上述第一板呈平板状且具有构成上述燃料供气歧管的燃料通过口，上述第二板具有上述燃料通过口和构成上述第一气体流路的多条第一狭缝，上述第三板具有上述燃料通过口、以上述电池单元位于开口的内侧的方式设置的上述开口、位于上述燃料通过口与上述开口之间并构成上述第二气体流路的第二狭缝、以及构成连通上述燃料通过口与上述第二狭缝的上述气体进入口的切口，在上述第二板面内上述燃料通过口不与上述第一狭缝连通，并且在上述第三板面内上述第二狭缝不与上述开口连通，将上述第一板、上述第二板以及上述第三板按照该顺序层叠来构成上述正极板，以便各个上述燃料通过口在层叠方向上连通。
[0028]此外，上述正极板还可以包括第一板、第二板以及第三板，上述第一板呈平板状且具有构成上述燃料供气歧管的燃料通过口，上述第二板具有上述燃料通过口、与上述燃料通过口连通而构成上述气体进入口的切口、以及构成上述第一气体流路的多条第一狭缝，上述第三板具有上述燃料通过口、以上述电池单元位于开口的内侧的方式设置的上述开口、以及位于上述燃料通过口与上述开口之间并构成上述第二气体流路的第二狭缝，在上述第二板面内上述第一狭缝不与上述燃料通过口以及上述切口中的任意一方连通，并且在上述第三板面内上述燃料通过口、第二狭缝、上述开口均不连通，将上述第一板、上述第二板以及上述第三板按照该顺序层叠来构成上述正极板，以便各个上述燃料通过口在层叠方向上连通。
[0029]此外，上述正极板还可以包括第一板、第二板以及第三板，上述第一板呈平板状且具有构成上述燃料供气歧管的燃料通过口，上述第二板具有上述燃料通过口、与上述燃料通过口连通并构成上述气体进入口的切口、以及构成上述第一气体流路的多条第一狭缝，上述第三板具有上述燃料通过口和以上述电池单元位于开口的内侧的方式设置的上述开口，在上述第二板面内上述第一狭缝不与上述燃料通过口以及上述切口中的任意一方连通，并且在上述第三板面内上述燃料通过口不与上述开口连通，将上述第一板、上述第二板以及上述第三板按照该顺序层叠来构成上述正极板，以便各个上述燃料通过口在层叠方向上连通。
[0030]一发明的效果一
[0031]根据本发明，能够获得即便层叠数量较多也能够向各电池单元的电极面均匀且稳定地供给燃料气体的燃料电池。
【附图说明】
[0032]图1是示出到目前为止的燃料电池的一例的概要立体图。
[0033]图2(a)、(b)是示出到目前为止的燃料电池的空气流路的一例的概要立体图。
[0034]图3是示出实施方式中的燃料电池的概要立体图。
[0035]图4是示出从图3中的W — W线看到的发电元件的概要剖视图。
[0036]图5是示出发电元件的概要分解立体图。
[0037]图6是示出负极板的概要分解立体图。
[0038]图7是示出正极板的概要分解立体图。
[0039]图8是用于说明对电池单元进行定位的图。
[0040]图9是从图4的箭头X方向看到的概要图。
[0041]图10是看到图9中Y — Y线处的截面的概要图。
[0042]图11是看到图9中Z — Z线处的截面的概要图。
[0043]图12是示出气体流路的变形例的概要图。
[0044]图13是第I变形例的燃料电池中的相当于图4的图。在此，以便于理解的方式示出气体流路。
[0045]图14是第2变形例的燃料电池中的相当于图4的图。在此，以便于理解的方式示出气体流路。
[0046]图15是