燃料电池单元和燃料电池堆的制作方法_2

文档序号:9252574阅读:来源:国知局
保较大的电连接面积,因而即使长期使用也能够维持良好的电连接性。
[0049]另外,采用技术方案所记载的燃料电池单元,由于电池抵接部和连接器抵接部的双方都未比间隔件突出,因此,电池抵接部的端部和连接器抵接部的端部的变形较少,且不会以卷起的方式变形。因此,能够有效地防止电池抵接部和连接器抵接部的烧结。
[0050]另外,采用技术方案所记载的燃料电池单元,由于间隔件与电池抵接部的抵接部分、间隔件与连接器抵接部的抵接部分、与相反侧的电极层相对应的集电构件与该电极层的抵接部分在一条直线上排列,因此,使可能成为单体电池的破损原因的有害的表面方向上的弯矩几乎不发生作用而有效地在各抵接部分作用压接。
[0051]另外,采用技术方案所记载的燃料电池单元,由于间隔件与电池抵接部和电极层相抵接的区域的整体相对应,因此,能够在该区域的整体上施加适当的压接。
[0052]另外,间隔件由技术方案所记载的材质形成,由此即使在发电时的高温环境下,也能够对集电构件连续施加适当的压接。
[0053]另外,采用技术方案所记载的燃料电池单元,通过将互连器、单体电池、集电构件层叠并利用紧固构件紧固,间隔件成为芯部,而使集电构件的电池抵接部与电极层可靠地相抵接或使连接器抵接部与互连器可靠地相抵接,因此,集电构件的电连接稳定。
[0054]另外,采用技术方案所记载的燃料电池单元,由于间隔件的热膨胀率高于紧固构件,因此,即使因发电时的热而使紧固构件热膨胀,导致其成为将互连器、单体电池、集电构件紧固的紧固力下降的原因,由于间隔件会以比紧固力下降的程度大的程度地进行热膨胀,因此,能够维持相对于集电构件的按压作用。
[0055]另外,如技术方案所记载的那样,若将集电构件由多孔质金属、金属丝网、金属丝或冲孔金属形成,则相比于由单纯的板材形成的情况,能够提高燃料气体、氧化剂气体的扩散性。
[0056]另外,如技术方案所记载的那样,在将电池抵接部接合于单体电池的电极层的表面的情况下,对于因温度循环、燃料压/空气压的变动等而导致的单体电池的变形,电池抵接部与单体电池跟随于此而成为一体,因此能够获得稳定的电连接。
[0057]另外,如技术方案所记载的那样,若将集电构件的连接器抵接部接合于互连器,则即使因温度循环、燃料压/空气压的变动等而使单体电池产生变形,连接器抵接部和互连器的电连接也能够稳定地维持。
[0058]另外,如技术方案所记载的那样,若将集电构件配置于上述燃料电极层与互连器之间且由Ni或Ni合金形成上述集电构件,则仅通过在组装了燃料电池单元后进行加热就能够将集电构件的电池抵接部、连接器抵接部与燃料电极层、互连器接合。
[0059]S卩,Ni或Ni合金在材质方面与燃料电极层,互连器的接合性优异,而且集电构件的电池抵接部、连接器抵接部通过间隔件的按压而可靠地接触于单体电池、互连器,因此,若在组装完成后加热,则电池抵接部与单体电池的燃料电极层中的Ni扩散接合从而成为一体,或者连接器抵接部与互连器扩散接合从而成为一体。这样,当电池抵接部、连接器抵接部分别与单体电池、互连器接合而成为一体时,电池主体与互连器的电连接稳定。
[0060]另外,由于燃料电池的发电时的温度达到700°C左右?1000°C,因此能够利用发电时的热将电池抵接部、连接器抵接部与燃料电极层、互连器接合。因而,能够省略用于加热的工序而节约能源。
[0061]另外,技术方案所记载的燃料电池堆通过层叠多个上述技术方案中的任一项所记载的燃料电池单元并利用紧固构件固定而成,因此,即使长期的使用也能够维持良好的电连接性。
【附图说明】
[0062]图1是燃料电池的立体图。
[0063]图2是燃料电池单元的立体图。
[0064]图3是燃料电池单元的分解立体图。
[0065]图4是将分解部分集中而成的燃料电池单元的分解立体图。
[0066]图5是省略了燃料电池单元的中间的纵剖视图。
[0067]图6是与图5垂直的方向的纵剖视图。
[0068]图7是图5的A — A线剖视图。
[0069]图8是图5的B— B线剖视图。
[0070]图9是集电构件的立体图。
[0071]图10的(a)是间隔件的立体图,图10的(b)是集电构件的安装间隔件前的立体图。
[0072]图11是表示图10的(b)的变形例的集电构件的立体图。
[0073]图12是其他的实施方式所涉及的燃料电池单元的省略了中间的纵剖视图。
[0074]图13是其他的实施方式所涉及的燃料电池单元的纵剖视图。
【具体实施方式】
[0075]目前,燃料电池根据电解质的材质大致划分为以高分子电解质膜为电解质的固体高分子燃料电池(PEFC)、以磷酸为电解质的磷酸燃料电池(PAFC)、以L1-Na/K系碳酸盐为电解质的熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、以例如ZrO2系陶瓷为电解质的固体氧化物燃料电池(SOFC)这四种类型的燃料电池。各类型的工作温度(能够使离子在电解质中移动的温度)不同,在当前,PEFC的工作温度为常温?大约90°C,PAFC的工作温度大约为150°C?200°C,MCFC的工作温度大约为650°C?700°C,SOFC的工作温度大约为700°C?1000°C。
[0076]如图1所示,实施方式的燃料电池I为以例如ZrO2系陶瓷为电解质层2的S0FC。该燃料电池I大致包括:燃料电池单元3,其为发电的最小单位;空气供给流路4,其向该燃料电池单元3供给空气;空气排出流路5,其将该空气向外部排出;燃料供给流路6,其同样向燃料电池单元3供给燃料气体;燃料排出流路7,其将该燃料气体向外部排出;固定构件9,将该燃料电池单元3多组层叠而构成电池组,该固定构件9用于将该电池组固定从而构成燃料电池堆8 ;容器10,其收纳燃料电池堆8 ;以及输出构件11,其用于输出由燃料电池堆8发电产生的电。
[0077]燃料电池单元
[0078]如图3、图4的分解立体图所示,燃料电池单元3俯视呈正方形,层叠有:上方的互连器12,其为四边形的板形态,由具有导电性的铁素体不锈钢等形成丨※此处的“上方”和“下方”以附图的记载为基准,但这仅是为了方便说明而不表示绝对的上下。以下相同。);下方的互连器13,其同样为四边形的板形态,由具有导电性的铁素体不锈钢等形成;单体电池20,其分别与上方的互连器12和下方的互连器13分开间隔并位于上下的互连器12、13之间的大致中间的位置,并且在电解质层2的与上方的互连器12的内表面(下表面)相对的表面上形成电极层(以下称为“空气电极层”。)14,并且在电解质层2的与下方的互连器13的内表面(上表面)相对的表面上形成另一个电极层(以下称为“燃料电极层”。)15 ;空气室16,其形成于上方的互连器12与空气电极层14之间;燃料室17,其形成于下方的互连器13与燃料电极层15之间;空气电极层14侧的集电构件18,其配置于空气室16的内部,且用于将空气电极层14与上方的互连器12电连接;以及燃料电极层15侧的集电构件19,其配置于上述燃料室17的内部,且用于将燃料电极层15与下方的互连器13电连接,燃料电池单元3在正方形的角部分,和相对的两条边的中间具有紧固通孔47、47...,该紧固通孔47、47...为供上述固定构件9的后述的紧固构件46a?46f通过的贯通状态。
[0079]电解质层
[0080]上述电解质层2除ZrO2系陶瓷以外,能够由LaGaO 3系陶瓷、BaCeO 3系陶瓷、SrCeO 3系陶瓷、SrZr03€陶瓷、CaZrO 3系陶瓷等形成。
[0081]燃料电极层
[0082]上述燃料电极层15的材质可列举Ni和Fe等金属与下述的陶瓷中的至少一种陶瓷混合而成的混合物,所述陶瓷为由Sc、Y等的稀土类元素中的至少一种稳定化而成的氧化锆等Zr02€陶瓷、CeO2系陶瓷等。另外,燃料电极层15的材质可以是Pt、Au、Ag、Pb、Ir、Ru,Rh,Ni以及Fe等金属,既可以是这些金属中的仅一种金属,也可以是含有这些金属中的两种以上的金属的合金。而且,上述燃料电极层15的材质能够列举有上述各种陶瓷中的至少一种陶瓷与这些金属和/或合金混合而成的混合物(包括金属陶瓷。)。另外,上述燃料电极层15的材质可列举有Ni和Fe等的金属的氧化物和上述各种陶瓷中的至少一种陶瓷的混合物等。
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