燃料电池单元和燃料电池堆的制作方法_3

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_3] 空气电极层
[0084]上述空气电极层14的材质例如能够使用各种金属、金属的氧化物、金属的复合氧化物等。作为上述金属能够列举Pt、Au、Ag、Pb、Ir、Ru以及Rh等金属或含有两种以上的金属的合金。另外,作为金属的氧化物能够列举有La、Sr、Ce、Co、Mn以及Fe等的氧化物(La203、Sr0、Ce203、Co203、Mn02以及FeO等)。另外,复合氧化物能够列举有至少含有La、Pr、Sm、Sr、Ba、Co、Fe以及Mn等的复合氧化物(La1ISrxCoO^复合氧化物、La ^xSrxFeO3系复合氧化物、La1ISrxCcvyFeO^复合氧化物、La卜及^叫系复合氧化物、Pr JaxCoO^复合氧化物以及Smi_xSrxCo03€复合氧化物等)。
[0085]燃料宰
[0086]如图3?图6所示,上述燃料室17由边框形态的燃料电极气体流路形成用绝缘框架(以下也称为“燃料电极绝缘框架”。)21和边框形态的、设于上述燃料电极绝缘框架21的上表面的燃料电极框架22形成为四边形室状,上述燃料电极绝缘框架21以包围集电构件19的周围的状态被设置于下方的互连器13的上表面。
_7] 燃料室侧的集电构件
[0088]如图5所示,燃料室17侧的集电构件19例如由Ni形成,连续地形成有与下方的互连器13相抵接的连接器抵接部19a、与单体电池20的燃料电极层15相抵接的电池抵接部19b以及连接连接器抵接部19a和电池抵接部19b的以大致180度弯曲而成的字母U字状的连接部19c。实施方式的集电构件19例如由厚度为30 μ m左右的箔材形成,因而,连接部19c能够自如地沿与表面交叉的方向弯曲并延伸(日语:曲(f伸UfL ),并且相对于弯曲并延伸的弹性的反弹力极小。
[0089]燃料室17侧的集电构件19除以上述方式形成的情况以外,例如还可以由Ni制的多孔质金属、Ni制的金属丝网、Ni制的金属丝或Ni制的冲孔金属形成。另外,燃料室17侧的集电构件19除Ni以外,还可以由Ni合金、不锈钢等抗氧化性较强的金属形成。
[0090]燃料室17内设有数十?百个左右(当然因燃料室的大小而不同。)的该集电构件19,可以将这些集电构件19各自排列并焊接(例如激光焊接、电阻焊接)在互连器13上,但优选的是,如图10的(b)所示,将上述箔材加工为与燃料室17相匹配的四边形的平板190,在该平板190上形成与电池抵接部19b和连接部19c相对应的切口线19d,然后如图9的放大图所示,将连接部19c做成U字状从而使电池抵接部19b以空开间隔t (参照图5放大图)的方式覆盖在连接器抵接部19a的上方。因而,将电池抵接部19b弯起而成的开孔状态的平板190为连接器抵接部19a的集合体,在实施方式中,平板190的连接器抵接部19a利用激光焊接、电阻焊接接合于下方的互连器13。
[0091]以上为利用焊接进行接合的情况,但并不限定于此。还可以利用燃料电池的运转时的热使连接器抵接部19a接合于下方的互连器13。
[0092]另外,如图11所示,集电构件19的上述切口线19d可以设为将电池抵接部19b和连接部19c以列为单位集中而成的形式。由此,能够高效地对电池抵接部19b和连接部19c进行加工。
[0093]间隔件
[0094]如图5所示,在上述集电构件19内一并设有间隔件58。该间隔件58在单体电池20与下方的互连器13之间的燃料室17内以将连接器抵接部19a与电池抵接部19b分隔的方式配置于连接器抵接部19a与电池抵接部19b之间,为了能够利用该间隔件58在至少燃料电池工作温度区域内沿厚度方向的热膨胀将电池抵接部1%和连接器抵接部19a朝向各自的抵接方向弹性按压,即将电池抵接部1%朝向单体电池20弹性按压,另一方面将连接器抵接部19a朝向互连器13弹性按压,将该间隔件58由如下的厚度和材质形成,即,在处于燃料电池工作温度区域的700°C?1000°C内,该间隔件58会因进一步热膨胀而超过因热膨胀而扩大的上述间隔t。
[0095]另外,间隔件58的厚度在处于燃料电池工作温度区域的状态下超过电池抵接部1%与连接器抵接部19a之间的间隔t即可,优选的是,设定为在燃料电池非工作时的常温状态下至少和电池抵接部19b与连接器抵接部19a之间的间隔t大致相同或略微大于电池抵接部19b与连接器抵接部19a之间的间隔t。由此,在从开始发电到达到工作温度区域为止的过程中,能够利用间隔件58使连接器抵接部19a与互连器13之间的电接触以及电池抵接部19b与单体电池20之间的电接触稳定。
[0096]另外,间隔件58选择在厚度方向上比集电构件19柔软的材质,对于因温度循环、燃料压/空气压的变化而产生的燃料室17的间隔的变动,间隔件58在厚度方向上增加或减少。具体而言,对于燃料室17的上述间隔的缩小,在厚度方向上缩小而发挥缓冲作用,从而防止单体电池20的裂纹,相反,对于上述间隔的扩大,利用沿厚度方向的恢复力使电接触稳定。
[0097]另外,如图5所示,间隔件58的长度设定为一侧的端部位于集电构件19的连接部19c的大致里端且该一侧的端部相反侧的端部突出到比电池抵接部19b的与连接部相反的一侧的端部靠外侧的位置。因而,在俯视时,电池抵接部1%与燃料电极层15相抵接的区域(自电池抵接部1%与连接部19c之间的边界附近到电池抵接部19b的相反侧的端部为止的区域,且为电池抵接部19b与燃料电极层15实际抵接的区域)全部被包含在间隔件58的区域(长度)内。因而,间隔件58的作用遍及电池抵接部19b的上述区域整体。
[0098]另一方面,如图5所示,相对于连接器抵接部19a,间隔件58的与集电构件19的连接部19c相反侧的端部后退到比相同方向上的连接器抵接部19a的端部靠内侧的位置。因而,间隔件58的作用通过其整个表面遍及连接器抵接部19a。
[0099]另外,间隔件58由具有在燃料电池工作温度区域内不与集电构件19烧结的性质的材料形成,因而,不会导致电池抵接部1%与连接器抵接部19a直接接触而烧结。另外,也不会导致电池抵接部19b与连接器抵接部19a隔着间隔件58而烧结。
[0100]满足以上条件的间隔件58的材质可以是云母、氧化铝毡(日文:7少S于7 X少卜)、蛭石、碳纤维、碳化硅纤维、二氧化硅中的任一种,或将多种组合而成的材质。另外,若将这些材质设为例如云母这样的较薄的板状体的层叠构造,则能够相对于向层叠方向的负载施加适度的弹性。使利用这些材质形成的间隔件58的厚度方向(层叠方向)上的热膨胀率高于后述的紧固构件46a?46f的轴向上的热膨胀率。
[0101]另外,如上所述,实施方式的集电构件19成为由作为连接器抵接部19a的集合体的平板190连接而成的一体构造,与此相对应地,如图10的(a)所示,间隔件58也是由如下这样的一张做成四边形的材料片形成:与平板190宽度大致相同并且比平板190稍短(具体地说,短了相当于一个(单元主体抵接部1%+连接部19c)的长度的量),通过将与电池抵接部19b和连接部19c相对应的部分横向一列一列地集中地切除,从而形成为横条格子状。
[0102]然后,将该间隔件58重叠在集电构件19的加工前的图10的(b)所示的平板190上,在该状态下,如图9的放大图所示,若将连接部19c以字母U字状弯曲大致180度,则能够做成预先装入有间隔件58的集电构件19。
[0103]然而,在图9的放大图中,电池抵接部19b成为自位于左角部的部分朝向右侧分阶段地弯曲的状态,但这仅是为了专门说明加工步骤而画的,既可以同时对全部电池抵接部19b进行弯曲加工,也可以从加工较方便的部分开始按顺序进行。
[0104]苧气宰
[0105]如图3?图6所示,上述空气室16由具有导电性的薄金属制的分隔件23和边框形态的空气电极气体流路形成用绝缘框架(以下,也称为“空气电极绝缘框架”。)24形成为四边形的室状,该分隔件23为四边形的边框形态且在下表面安装有上述电解质层2,该空气电极绝缘框架24设置于该分隔件23和上方的互连器12之间且将集电构件18的周围包围起来。
[0106]空气室侧的集电构件
[0107]空气室16侧的集电构件18由呈细长的角材形状的致密的导电构件、例如不锈钢材料形成,多个集电构件18以与电解质层2的上表面的空气电极层14和上方的互连器12的下表面(内表面)相抵接的状态,
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