燃料电池单元和燃料电池堆的制作方法
【专利说明】燃料电池单元和燃料电池堆
[0001]相关申请的相互参照
[0002]本国际申请基于2013年I月31日向日本特许厅申请的日本特许申请第2013 —016489主张优先权，将日本特许申请第2013 — 016489的全部内容引用到本国际申请中。
技术领域
[0003]本发明涉及包括在电解质层的上下表面分别形成有电极层的单体电池，向一侧的电极层(以下称为燃料电极层。)侧供给燃料气体并且向另一侧的电极层(以下称为空气电极层。)侧供给氧化剂气体而进行发电的燃料电池单元和将多个该燃料电池单元层叠并固定而成的燃料电池堆。
【背景技术】
[0004]以往，例如，如专利文献I所记载的那样，存在一种燃料电池单元，该燃料电池单元包括有:一对互连器；单体电池，其位于该互连器之间且在电解质层的一侧的表面形成有空气电极层，在另一侧的表面形成有燃料电极层；和集电构件，其配置于空气电极层与互连器之间从而将空气电极层和互连器电连接，或配置于燃料电极层与互连器之间从而将燃料电极层和互连器电连接。
[0005]该燃料电池单元的集电构件成为从平板状的集电板上将爪状的导电构件切割并竖起而成的构造，通过将集电板的平坦面与互连器接合并且使导电构件的顶端与单体电池相接触从而进行电连接。
_6] 现有技术文献_7] 专利文献
[0008]专利文献1:日本特开2009 - 266533号公报
【发明内容】
[0009]发明要解决的问题
[0010]如以往技术所示，利用导电构件的弹性与单体电池接触的集电构件有时因以下原因而无法获得预定的弹力:在长期的使用中产生塑性变形，因发电时的高热而导致导电构件的强度下降，另外导电构件受到蠕变变形的影响等。而且，在以上这样的情况下，可能导致导电构件无法跟随因温度循环、燃料压/空气压的变动等而产生的单体电池的变形而变形从而使接触变得不可靠或空气电极层和互连器之间的电连接不可靠、燃料电极层和互连器之间的电连接不可靠。
[0011]另外，在上述的导电构件的弹力下降原因多个同时存在时，有时会使应该与该导电构件的单体电池接触的部分反而与互连器侧相接触，但本来从兼顾到平坦面与互连器接合的方面考虑，而使集电构件由与互连器的接合性优异的材料形成，因此，在发电时的高温环境下，导电构件有时会像上述那样在与互连器侧接触时因烧结而接合于内部连结器侧。于是，该导电构件与互连器成为一体，因而可能导致难以与单体电池接触，而可能使空气电极层和互连器之间的电连接变得不可靠或燃料电极层和互连器之间的电连接变得不可靠。
[0012]本发明即是鉴于上述的情况而做成的，其目的在于提供即使长期使用也能够维持良好的电连接性的燃料电池单元和燃料电池堆。
_3] 用于解决问题的方案
[0014]为了达成上述的目的，本发明提供一种燃料电池单元，包括:
[0015]—对互连器；
[0016]单体电池，其位于该互连器之间，在电解质层的上下表面分别形成有电极层；以及
[0017]集电构件，其配置于上述电极层与上述互连器之间，将该电极层与上述互连器电连接，其特征在于，
[0018]与至少一侧的电极层相对应的上述集电构件具有:
[0019]连接器抵接部，其与上述互连器相抵接；
[0020]电池抵接部，其与上述单体电池的上述电极层相抵接；
[0021]连接部，其连接上述连接器抵接部和上述电池抵接部；以及
[0022]间隔件，其配置于上述连接器抵接部与上述电池抵接部之间，
[0023]上述间隔件的与上述连接部相反的一侧的端部比上述电池抵接部的与上述连接部相反的一侧的端部以及上述连接器抵接部的与上述连接部相反的一侧的端部都要缩入。
[0024]另外，优选的是，燃料电池单元的特征在于，在上述燃料电池单元中，上述电解质层为板状。
[0025]另外，优选的是，燃料电池单元的特征在于，在上述燃料电池单元中，在上述连接器抵接部和上述电池抵接部中的任意一方或双方的与上述连接部相反的一侧形成朝向内部的爪状部。
[0026]另外，优选的是，本发明的燃料电池单元是上述爪状部与上述间隔件的边缘卡合的燃料电池单元。
[0027]为了上述目的，如技术方案所述，本发明提供一种燃料电池单元，包括:
[0028]—对互连器；
[0029]单体电池，其位于该互连器之间，在板状的解质层的上下表面分别形成有电极层；以及
[0030]集电构件，其配置于上述电极层与上述互连器之间，将该电极层与上述互连器电连接，其特征在于，
[0031]与至少一侧的电极层相对应的上述集电构件具有:
[0032]连接器抵接部，其与上述互连器相抵接；
[0033]电池抵接部，其与上述单体电池的上述电极层相抵接；
[0034]连接部，其连接上述连接器抵接部和上述电池抵接部；以及
[0035]间隔件，其配置于上述连接器抵接部与上述电池抵接部之间，
[0036]上述间隔件的与上述连接部相反的一侧的端部比上述电池抵接部的与上述连接部相反的一侧的端部以及上述连接器抵接部的与上述连接部相反的一侧的端部都要缩入。
[0037]另外，提供一种上述技术方案所记载的燃料电池单元，如技术方案所述，在上述连接器抵接部和上述电池抵接部中的任意一方或双方的与上述连接部相反的一侧形成与上述间隔件的边缘卡合的爪状部。
[0038]另外，提供一种上述技术方案中的任一项所记载的燃料电池单元，如技术方案所述，上述爪状部是利用剪切变形部形成的，该剪切变形部是在从金属板上冲切出上述连接器抵接部和电池抵接部中的至少一者时产生的。
[0039]另外，提供一种上述技术方案中的任一项所记载的燃料电池单元，如技术方案所述，与上述一侧的电极层相对应的上述集电构件的相反侧的集电构件的至少一部分俯视时在上述间隔件与上述电池抵接部相抵接且该间隔件与上述连接器抵接部相抵接的区域内抵接于上述一侧的电极层的相反侧的电极层。
[0040]另外，提供一种上述技术方案中的任一项所记载的燃料电池单元，如技术方案所述，在俯视时，上述间隔件的区域全部被包含于上述电池抵接部与上述电极层所抵接的区域。
[0041]另外，提供一种上述技术方案中的任一项所记载的燃料电池单元，如技术方案所述，上述间隔件为云母、氧化铝毡、蛭石、碳纤维、碳化硅纤维、二氧化硅中的至少任一种。
[0042]另外，提供一种上述技术方案中的任一项所记载的燃料电池单元，如技术方案所述，该燃料电池单元还具有紧固构件，该紧固构件将上述互连器、上述单体电池、上述集电构件层叠并一体地紧固，
[0043]利用上述紧固构件和上述间隔件以上述集电构件的上述电池抵接部与上述单体电池相抵接且上述连接器抵接部与上述互连器相抵接的方式进行按压。
[0044]另外，提供一种上述技术方案中的任一项所记载的燃料电池单元，如技术方案所述，上述间隔件在紧固方向上的热膨胀率高于上述紧固构件在紧固方向上的热膨胀率。
[0045]另外，提供一种上述技术方案中的任一项所记载的燃料电池单元，如技术方案所述，上述集电构件为多孔质金属、金属丝网、金属丝或冲孔金属制。
[0046]另外，提供一种上述技术方案中的任一项所记载的燃料电池单元，如技术方案所述，上述集电构件的上述电池抵接部接合于上述单体电池的上述电极层的表面。
[0047]另外，提供一种上述技术方案中的任一项所记载的燃料电池单元，如技术方案所述，上述集电构件的上述连接器抵接部接合于上述互连器。
[0048]另外，提供一种上述技术方案中的任一项所记载的燃料电池单元，如技术方案所述，上述集电构件配置于与燃料气体相对应的上述电极层与上述互连器之间，且上述集电构件为Ni或Ni合金制。
[0049]另外，提供一种燃料电池堆，如技术方案所述，该燃料电池堆通过层叠多个上述技术方案中任意一项所述的燃料电池单元并利用上述紧固构件固定而成。
[0050]发明的效果
[0051]采用上述技术方案所记载的燃料电池单元，由于能够利用间隔件抑制连接器抵接部和电池抵接部向与接触方向相反的方向变形，因而不易产生塑性变形，另外，也不易受到因发电时的高热而导致强度降低的影响或蠕变变形的影响。另外，由于间隔件进入集电构件的连接器抵接部与电池抵接部之间从而阻碍两者的接触，因此不会导致由于发电时的高热而使连接器抵接部与电池抵接部因烧结而接合。因而，能够防止连接器抵接部和电池抵接部的一体化以及由此产生的电连接不稳定化。
[0052]另外，采用技术方案所记载的燃料电池单元，除了上述效果之外，还能够达到以下效果。即，通过构成为集电构件在俯视时的大小比间隔件在俯视时的大小大，从而不易引起因运转时的间隔件的位置偏离而导致的互连器与集电构件之间的接触面积的减少、电极层与集电构件之间的接触面