燃料电池和其制造方法
【专利说明】燃料电池和其制造方法
[0001]相关申请的相互参照
[0002]本国际申请基于2013年6月28日向日本特许厅申请的日本特许申请第2013-136710号和2014年I月15日向日本特许厅申请的日本特许申请第2014-005312号主张优先权，将日本特许申请第2013-136710号和日本特许申请第2014-005312号的全部内容通过参照引用到本国际申请中。
技术领域
[0003]本发明涉及固体氧化物燃料电池等燃料电池的气封，并且涉及将两种气体(燃料气体和空气等氧化剂气体)以分开的状态导入燃料电池内部来进行发电的燃料电池和其制造方法。
【背景技术】
[0004]以往，例如作为固体氧化物燃料电池，公知有通过如下方式做成的固体氧化物燃料电池(燃料电池堆)，即:例如在平板状的固体氧化物层(固体电解质层)的一侧设置用于与燃料气体接触的燃料电极，并且在另一侧设置用于与氧化剂气体接触的空气电极，而且设置通到燃料电极、空气电极的流路(燃料流路、空气流路)等，从而构成燃料电池单元，将该燃料电池单元与互连器板交替层叠进行堆叠化。
[0005]详细而言，作为所述燃料电池单元，例如，公知有这样的燃料电池单元，其包括:单体电池，其包含具有燃料电极和空气电极的固体氧化物层；隔板，其与固体氧化物层相接合，用于将燃料气体的流路和氧化剂气体的流路分开；燃料电极框架，其配置于燃料电极的周围；空气电极框架，其配置于空气电极的周围；以及互连器等，该互连器配置于燃料电池单元的板厚方向的外侧。
[0006]另外，对于燃料电池堆，公知有这样的燃料电池堆，为了向层叠的燃料电池单元的燃料流路、空气流路供给燃料气体、空气，或者将(反应后的)燃料气体、空气从燃料电池单元的燃料流路、空气流路排出，而在燃料电池堆的外缘部分(框架部分)以沿着层叠方向贯穿燃料电池堆的方式，设置燃料气体用的歧管和空气用的歧管。
[0007]而且，近年来，为了防止气体(特别是燃料气体)从燃料电池的层叠的单体电池之间等处泄漏(漏出)，开发出如下技术:在构成燃料电池堆的各构件之间(例如互连器和隔板之间等)，以呈框状包围单体电池的外缘部分，并且包围歧管的周围的方式配置密封构件。
[0008]作为上述的使用密封构件进行气封的技术，提出有使用了云母等(通过施加压力进行密封)压缩密封构件的技术(参照专利文献I)，使用了包含玻璃、玻璃陶瓷的密封构件的技术(专利文献2、3)，使用了呈同心状包围歧管的周围的陶瓷制的密封构件的技术(参照专利文献4)等。
[0009]专利文献1:日本特开2012-124020号公报
[0010]专利文献2:日本特开2009-43550号公报
[0011]专利文献3:日本特开2002-141083号公报
[0012]专利文献4:日本特开2005-294153号公报
【发明内容】
_3] 发明要解决的问题
[0014]然而，在使用压缩密封构件进行气封的情况下，存在难以完全防止气体自压缩密封构件与互连器、隔板之间的交界处泄漏的问题。另外，有时也产生来自压缩密封构件自身的气体泄漏。于是，存在如果像这样发生气体泄漏(特别是燃料气体的气体泄漏)，则发电效率降低，且需要对泄漏的气体进行后处理的问题。
[0015]另外，在使用以玻璃为材料的密封构件的情况下，虽然密封性强，但是在被施加了较强的力的情况下等，有时会发生玻璃破裂的情况。而且，在会使玻璃发生软化那样的高温环境下，玻璃会发生变形并向周围扩展而使层叠方向的厚度发生变化。在该情况下，有时会因之后的热循环等导致玻璃发生破裂，甚至无法保持例如燃料电池单元间的电连接。
[0016]而且，在使用陶瓷制的环状的密封构件的情况下，在被施加了较强的力的情况下，有可能导致密封构件产生破裂，发生气体泄漏。
[0017]期望提供一种能够防止密封构件的破裂，并且能够适宜地防止气体泄漏的燃料电池及其制造方法。
_8] 用于解决问题的方案
[0019](I)本发明的第一技术方案的燃料电池是一种平板型的燃料电池，该平板型的燃料电池是通过层叠多个板状的燃料电池单元并且将该多个板状的燃料电池单元在沿所述层叠方向被按压的状态下进行组装而成的，该燃料电池单元具有:电解质层；燃料电极，其设置在该电解质层的一侧的面，与燃料气体接触；空气电极，其设置在该电解质层的另一侧的面，与氧化剂气体接触，与所述燃料电极侧的空间连通的燃料歧管和与所述空气电极侧的空间连通的氧化剂歧管中的至少一方以沿所述层叠方向延伸的方式设置在所述燃料电池中，在所述燃料歧管和所述氧化剂歧管中的至少一方的沿所述层叠方向延伸的歧管的周围，以如下方式沿所述燃料电池单元所扩展的平面并列配置压缩密封构件和玻璃密封构件，即，所述压缩密封构件和玻璃密封构件包围所述至少一方的歧管，并且被构成所述燃料电池的构件从所述层叠方向夹持。
[0020]在本发明的第一技术方案的燃料电池中，在燃料歧管、氧化剂歧管的周围，以如下方式沿着燃料电池单元所扩展的平面(即，相对于歧管的延伸的轴向而言的外周方向:径向)并列配置压缩密封构件和玻璃密封构件，即，该压缩密封构件和玻璃密封构件包围所述歧管，并且被构成燃料电池的构件(例如隔板、互连器、端板等)从层叠方向夹持。
[0021]因此，利用压缩密封构件和玻璃密封构件(特别是利用与周围紧密接触的玻璃密封构件)，能够适宜地防止气体在构成燃料电池的构件彼此之间，从各歧管泄漏或者向各歧管泄漏。另外，这里的防止不仅指完全防止的意思，也包含与以往相比，能够减少泄漏的意思(以下相同)。
[0022]另外，即使在从层叠方向被施加了较大的力情况下，也能够利用压缩密封构件，抑制过大的力施加于玻璃密封构件，因此，能够防止玻璃密封构件破裂，从这一点看也能够适当地防止气体泄漏。
[0023]而且，即使在高温环境下使用而使导致玻璃发生软化的情况下，也能够利用压缩密封构件，抑制玻璃密封构件的过度的变形，因此，能够维持层叠方向的厚度，即使施加热循环也能够抑制玻璃破裂。另外，也能够实现稳定的电连接。
[0024]这样一来，在第一技术方案的燃料电池中，能够适宜地防止气体泄漏(特别是燃料气体的气体泄漏)的发生，因此，能够达到发电效率提高、无需针对泄漏的气体进行的后处理(或者是后处理较容易)等显著的效果。
[0025]另外，在这里，歧管指的是沿层叠方向延伸的气体(燃料气体或者氧化剂气体)流路，在该流路的中途分支气体流路。
[0026](2)在本发明的第二技术方案的燃料电池中，也可以是，在所述至少一方的沿所述层叠方向延伸的歧管的周围，将所述玻璃密封构件呈环状地配置，并且在该玻璃密封构件的外周侧配置所述压缩密封构件。
[0027]另外，也可以以包围玻璃密封构件的外周侧的方式配置压缩密封构件。采用该结构，具有这样的优点，g卩，即使在玻璃软化的情况下，玻璃也不易向周围扩展。
[0028](3)在本发明的第三技术方案的燃料电池中，也可以是，在所述至少一方的沿所述层叠方向延伸的歧管的周围，将所述压缩密封构件呈环状地配置，并且在该压缩密封构件的外周侧配置所述玻璃密封构件。
[0029]另外，也可以以包围压缩密封构件的外侧的方式配置玻璃密封构件。采用该结构，能够充分确保玻璃密封构件的面积，因此，具有由玻璃带来的气封性较高这样的优点。
[0030](4)在本发明的第四技术方案的燃料电池中，也可以是，利用螺栓紧固，沿所述层叠方向按压并组装所述燃料电池。
[0031]在该情况下，利用螺栓(以及与螺栓螺纹结合的螺母)对燃料电池进行紧固按压从而固定燃料电池，因此，具有固定较容易，并且能够可靠地固定的优点。
[0032](5)在本发明的第五技术方案的燃料电池中，也可以是，构成所述燃料电池的构件是隔板、互连器以及端板中的至少一种，该隔板用于将所述燃料电极侧的空间和空气电极侧的空间分开，该互连器划分出所述燃料电池单元并且确保各燃料电池单元之间的导通，该端板构成所述燃料电池的层叠方向的端部。
[0033]上述的记载例示出构成燃料电池的构件的情况。
[0034]作为构成燃料电池的构件，能够举出隔板、互连器以及端板，该隔板用于将燃料电极侧的空间(燃料流路)和空气电极侧的空间(空气流路)分开，该互连器划分出作为燃料电池的构成单位的燃料电池单元并且确保各燃料电池单元之间的导通，该端板作为构成燃料电池的层叠方向的端部的构件。
[0035](6)在本发明的第六技术方案的燃料电池中，也可以是，所述压缩密封构件和所述玻璃密封构件配置在互连器与隔板之间或者端板与隔板之间，该互连器将各燃料电池单元之间分开，该端板配置在所述燃料电池的层叠侧的端部，该隔板与所述电解质层相接合且将所述燃料电极侧的空间和所述空气电极侧的空间分开。
[0036]上述记载例示出配置压缩密封构件和玻璃密封构件的部位。由此，能够适宜地防止气体从互连器与隔板之间泄漏或者从端板与隔板之间泄漏。
[0037](7)本发明的第七技术方案的燃料电池的制造方法是一种用于制造所述第I技术方案?第6技术方案中的任一个技术方案所记载的燃料电池的方法，该方法具有:第I工序，在该第I工序中，以如下方式将所述压缩密封构件和要成为所述玻璃密封构件的玻璃材料配置在同一平面上，即，所述压缩密封构件和所述玻璃材料包围沿所述层叠方向设置的所述燃料歧管和所述氧化剂歧管中的至少一方的周围，并且被构成所述燃料电池的构件在所述层叠方向上夹持；第2工序，在所述第I工序之后，在该第2工序中，自所述燃料电池的层叠方向施加压力来按压所述压缩密封构件；以及第3工序，在所述第2工序之后，在该第3工序中，以能使所述玻璃材料软化的温度以上的温度加热所述玻璃材料