燃料电池的制作方法

文档序号:9713790阅读:1503来源:国知局
燃料电池的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种平板式固体氧化物燃料电池(S0FC),特别涉及其中的隔离体(separator)等的层叠构造。
【背景技术】
[0002]燃料电池是一种能够用燃料发电的装置。燃料电池大致根据电解质的种类进行分类,例如有:用树脂等高分子材料形成的薄膜作电解质用的固体高分子燃料电池(PEFC)和用固体氧化物作电解质用的固体氧化物燃料电池(S0FC)等。近年来,特别是其中的S0FC因发电效率高而备受注目。
[0003]S0FC包括:具有电解质被夹在一对电极之间这样的构造的平板状单元与隔离体等层叠很多层而构成的S0FC(平板式)。含空气或氧的气体(因通常使用空气,故在本说明书中用空气做说明)和氢、一氧化碳等燃料气体用于S0FC反应。
[0004]例如在专利文献1中公开有S0FC。
[0005]与本发明相关,专利文献2中公开了燃料电池用隔离体。该燃料电池用隔离体中具有实现反应气体的流量分布、浓度分布的均匀化的流路构造。
[0006]专利文献2中公开的反应气体流路为平行延伸的多条气体流路折回着布置的弯曲流路构造。为了减小在折回部产生的压力分布、浓度分布的偏差以及减小对性能下降的影响,在折回部的下游侧形成有切口(slit)状流路,该切口状流路横断各流路且将各流路连接起来。
[0007]专利文献1:日本公开专利公报特开2002 — 343376号公报
[0008]专利文献2:日本公开专利公报特开2006 — 351222号公报

【发明内容】

[0009]—发明要解决的技术问题一
[0010]针对S0FC而言,为提高发电效率和耐久性而需要解决的一个重要问题是:如何将空气平衡性良好地供向各单元的电极面。
[0011]图1中示例性的示出将板状单元、隔离体等层叠后而构成为方块状的S0FC的主要部分(电池堆)100。电池堆100在其中心部分具有集电部101。在该集电部101中,产生电动势的各单元的电极面交替着排列在层叠方向上。
[0012]S0FC通过将在各个单元产生的电力集中起来而提供高输出。在电池堆100的周围部分形成有沿层叠方向延伸的供气通路(supply manifolds) 102和排气通路(exhaustmanifolds) 103。空气经供气通路102供向各单元的电极面,经排气通路103排出去。
[0013]就集电部101而言,在隔离体上形成有沿单元两面中的各个面从供气通路102流向排气通路103的梳齿状气体流路,空气经这些气体流路分配给各单元。
[0014]因为各气体流路与沿着纵向延伸的供气通路102正交,而且以从供气通路102朝着横向扩展开来的方式延伸,所以将空气稳定且均匀地供向所有的气体流路并非易事。
[0015]如果供向各气体流路的空气出现了偏差即不稳定或偏向于某一区域或者某一位置,发电效率就会下降,还会在局部产生过电压。因此就要求尽可能地将空气均匀地供向各单元的电极面(空气极:阴极)。
[0016]专利文献1中公开了能够将空气均匀地分配给各单元的阴极的流路。
[0017]如图2(a)所示,将导电性优良的平板105和带切口的板106压接起来以后即构成阴极侧隔离体。在平板105上贯通其厚度方向形成有为空气所用的空气集合部(header) 107和为燃料所用的燃料集合部(header) 108;在带切口的板106上贯通其厚度方向形成有燃料集合部108和多个梳齿状切口 109。如图2(b)所示,各切口 109的端部与空气集合部107相重合而将空气从空气集合部107直接引入各切口 109里并分配给各单元的阴极。
[0018]但是,在该情况下,需要让空气集合部107的长度比所有切口109的宽度还长,因此设计上会受到限制。
[0019]例如,如图3所示,因为无法将空气集合部107和燃料集合部108双方都设置在电池堆100的同一边部,所以难以实现电池堆100的紧凑化。
[0020]更进一步而言,S0FC要解决的另一重要问题是:如何让空气压力损失的减小和集电时电阻的减小这二者两立。
[0021]图4为示出了从空气的流动方向观看图2中所示的阴极侧隔离体所看到的一部分的剖视图。起将电力从单元取出的集电体之作用的隔离体压接在单元的阴极111上,且在带切口的板106的断面方向上交替着排列有宽度为hi的切口 109和宽度为h2的肋(集电肋106a)。
[0022]如果增大切口109的宽度hi,减小集电肋106a的宽度h2,空气则易于流动,因此压力损失减少。但因为阴极111的与空气接触的断面区增加,所以如图4中箭头所示,电流的流动距离增长,沿断面方向流过阴极111的电流的电阻增加。其结果是会导致发电电压降低。
[0023]相反,如果减小切口109的宽度hi,增大集电肋106a的宽度h2,那么阴极111的与空气接触的断面区则会减少,因而沿断面方向在单元中流动的电流的电阻减小,但空气的压力损失却增大。但即使相应地增加流路的条数来弥补所增大的空气的压力损失,也会因为与空气接触的流路的总面积增加而无法避免压力损失增大。
[0024]其结果是,因为有必要增加将空气供向单元的送风机等的功率,所以会引起堵住空气流路的密封件的密封不良,发电所消耗的功耗增加等问题。
[0025]因此,本发明的目的在于:提供一种既能够边提高空气流路的设计自由度边将空气适当地分配给各单元的阴极且能够将空气的压力损失和集电时的电阻双方同时减小的燃料电池。
[0026]一用于解决技术问题的技术方案一
[0027]这里公开的燃料电池是一种通过将多个发电元件层叠起来而构成的。所述发电元件包括:单元、阳极板以及阴极板。所述单元为板状,在所述单元的一主面上连接有阳极,在所述板状单元的另一主面上连接有阴极。所述阳极板通过层叠而形成且,与所述阳极电连接。所述阴极板通过层叠而形成,且与所述阴极电连接。
[0028]阴极板包括多条第一气体流路和多条第二气体流路。多条所述第一气体流路彼此排列着从所述单元的一端部朝着相对一侧的另一端部延伸,而成为含有氧的气体的流路。多条所述第二气体流路位于所述第一气体流路和所述单元之间,彼此排列着并朝着与所述第一气体流路延伸的延伸方向交叉的方向延伸且暴露在所述单元一侧,并且,多条所述第二气体流路中的每一条所述第二气体流路在所述层叠方向的交叉部分附近与多条所述第一气体流路中的至少两条以上的第一气体流路连通。
[0029]可以是这样的,所述阴极板包括第一板和第二板,在所述第一板上形成有所述第一气体流路;所述第二板层叠在所述第一板上且在该第二板上形成有所述第二气体流路。
[0030]可以是这样的,所述第一气体流路包括:形成为沿所述第一板的厚度方向贯通所述第一板的开口。
[0031]可以是这样的,所述第二气体流路的形成为沿所述第二板的厚度方向贯通所述第二板的开口暴露在所述单元一侧。
[0032]可以是这样的,所述第一气体流路包括形成为沿所述第一板的厚度方向贯通所述第一板的开口;所述第二气体流路的形成为沿所述第二板的厚度方向贯通所述第二板的开口暴露在所述单元一侧;形成在所述第一板上的开口在所述延伸方向上的长度比形成在所述第二板上的开口在所述延伸方向上的长度长;形成在所述第一板上的开口在与所述延伸方向正交的方向上的宽度比形成在所述第二板上的开口在与所述延伸方向正交的方向上的宽度宽。
[0033]可以是这样的,多条所述第二气体流路中沿着所述延伸方向形成的两条以上的所述第二气体流路在所述第二板的板面内彼此未连通。
[0034]可以是这样的,所述多条第二气体流路中沿着与所述延伸方向正交的方向彼此相邻的两条第二气体流路形成为:与从所述多条第一气体流路中选出的两个以上不同的所述第一气体流路连通。
[0035]一发明的效果一
[0036]根据本发明,能够实现紧凑且发电性能优良的燃料电池。
【附图说明】
[0037]图1是示出现有燃料电池之一例的立体简图。
[0038]图2(a)和图2(b)是不出现有阴极侧隔呙体之一例的立体简图。
[0039]图3是已将现有的电池堆紧凑化后的俯视简图。
[0040]图4是从空气的流动方向观看图2中的隔离体时所看到的一部分的剖视简图。
[0041]图5是示出实施方式中的燃料电池的立体简图。
[0042]图6是示出沿图5中的WH〃线看到的发电元件的剖视简图。
[0043]图7是示出发电元件的立体分解简图。
[0044]图8是不出阴极板的立体分解简图。
[0045]图9是示出从图8中箭头V的方向看到的俯视简图。
[0046]图10是图9中用箭头X不出的部分的简图。
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