燃料电池的制作方法_2

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>[0047]图11是图9中用箭头Y示出的部分的简图。
[0048]图12(a)-图12(c)是示出短切口的变形例的简图。
[0049]图13是示出阴极板的变形例的简图。
【具体实施方式】
[0050]下面参照附图详细地说明本发明的实施方式。不过,以下只是从本质上说明本发明而已,不限制本发明、其应用对象或者其用途。
[0051](燃料电池)
[0052]图5示出本实施方式中的燃料电池。该燃料电池为平板式固体氧化物燃料电池(也称为S0FC),其主要部分(电池堆1)是将分别具有发电功能的多个发电元件2重复地层叠后而构成为柱状。
[0053]在该S0FC的情况下,从层叠方向看到的俯视图中的电池堆1的轮廓为“十”字形,这是探出部3从矩形的各个边部稍微地探出来而构成的。此外,电池堆1的轮廓形状并不限于此,可以根据规格将它适当地变更为矩形、圆形等。
[0054]为将燃料气体和空气供向各发电元件2,在电池堆1的各个探出部3形成有沿层叠方向延伸的通路4、5、6、7。
[0055]具体而言,用于燃料气体的燃料供给通路4和燃料排出通路6分别形成在彼此相对的一对探出部3、3中的一探出部3上;用于空气的空气供给通路5和空气排出通路7分别形成在彼此相对的另一对探出部3、3中的一探出部3上。
[0056]空气供给通路5和空气排出通路7由沿着边部排列的、断面为矩形的三个纵向孔构成;燃料供给通路4和燃料排出通路6由沿着边部排列的、断面为矩形的四个纵向孔构成。此夕卜,这些通路的结构并不限于此,其数量、形状可以根据规格做适当的变更。
[0057]如空心实线箭头所示,在各发电元件2中流动的空气从空气供给通路5朝着空气排出通路7流动;如空心虚线箭头所示,在各发电元件2中流动的燃料气体与空气交叉着流动。
[0058]在各发电元件2中利用这些空气和燃料气体发电。在S0FC中将这些发电元件2层叠起来以获得高输出。
[0059](发电元件)
[0060]在图6和图7中详细示出该发电元件2。
[0061 ] 发电元件2由单元10、阴极板50、阳极板30、绝缘片70以及密封件80等构成。阳极板30和阴极板50具有导电性,且隔着绝缘片70和密封件80彼此摞在一起。
[0062]阳极板30是按照隔离板40、隔离板一侧的板32以及电极一侧的板33这样的顺序将这三张板摞起来而构成的。例如各板使用的是不锈钢压延材。
[0063]在阳极板30上形成有开口,这些开口构成空气供给通路5、燃料供给通路4、燃料排出通路6以及空气排出通路7。隔离板40是平板状部件(详情后述),其上仅形成有构成空气供给通路5等的开口。电极一侧的板33上形成有供单元10放入的单元开口 36。
[0064]在隔离体一侧的板32的中央部位,形成有与燃料供给通路4和燃料排出通路6连通的多个切口 34。隔离体一侧的板32与隔离板40接合,将各切口 34的一侧堵起来。
[0065]进一步接合上电极一侧的板33并将单元10嵌入单元开口36中,各切口34的另一侧便被堵起来,由此而形成由一群细槽构成的阳极侧气体流路。燃料气体通过该阳极侧气体流路沿着单元10的阳极12流动。
[0066]单元10是被嵌合在单元开口36中的矩形板状部件。单元10由阴极11、阳极12以及布置在阴极11和阳极12之间且由I乙稳定氧化错(yttria-stabilized zirconia)等形成的固体电解质13构成。单元10的板厚大约为0.5mm-lmm。
[0067]阴极11是比单元10小一圈的矩形薄膜层,且布置在单元10的一表面上;阳极12呈大小与单元10大致相等的矩形,且布置在单元10的另一表面上。
[0068]阴极板50、阳极板30起集电体的作用,在阴极11和阳极12产生的电经阴极板50和阳极板30被收集起来。
[0069]绝缘片70由云母等绝缘性优良的材料形成,且布置在阳极板30和阴极板50之间。为了可靠地切断燃料气体的流动和空气的流动,而将密封件80布置在阴极板50和绝缘片70之间。因此,单元10和绝缘片70之间的间隙被密封件80密封起来。
[0070](阴极板)
[0071]如图8、图9详细所示,将第一板51、第二板52以及隔离板40这三张板摞起来即构成阴极板50。这些板51、52、40的形成材料也都是不锈钢压延材,且轮廓与电池堆1相匹配而呈凸状。
[0072]隔离板40是与阳极板30的隔离板40—样的部件,用同一个符号表示。也就是说,该电池堆1中,阴极板50和阳极板30双方共用一张隔离板40。
[0073]在隔离板40、第一板51以及第二板52各张板上,都形成有空气供气口53、空气排出口 54、燃料供给口 55以及燃料排出口 56,这些空气供给口 53、空气排出口 54、燃料供给口 55以及燃料排出口 56分别构成空气供给通路5、空气排出通路7、燃料供给通路4以及燃料排出通路6。
[0074]在第一板51上的燃料供给口55和燃料排出口 56之间的矩形区域(与阴极11相对的区域,也称为集电区57),形成有让空气流动的多个长切口 58。这些长切口 58平行于空气的主流在流动的方向(也称为主流方向)而延伸,该主流方向即为从空气供给口 53朝向空气排出口 54的方向。
[0075]具体而言,在第一板51上的集电区57,形成有多个槽状的长切口58(开口之一例),该多个长切口 58彼此间留有规定的间隔且平行于主流方向延伸。在集电区57整个区域形成有沿第一板51的厚度方向贯穿该第一板51的长切口 58。由这些长切口 58之间的部分构成细长的集电肋59。
[0076]通过这样由通孔构成第一板51上的长切口58等,即使要求长切口 58具有很高的尺寸精度,也能够利用简单的冲压加工形成第一板51。
[0077]在第二板52上的集电区57整个区域,形成有多个短切口61(开口之一例),该多个短切口 61让空气沿着与主流方向正交的方向流动。各短切口 61由宽度小于长切口 58的、较短的断片状细孔构成,沿第二板52的厚度方向贯通该第二板52。多个短切口 61以比长切口58密集的状态且以完全相同的图案排列着布置在集电区57整个区域上,构成与集电区57相对应的矩形的短切口群。
[0078]短切口群包括短切口61沿着其长边方向排成一排而构成的短切口排62,这些短切口排62彼此平行于与主流方向正交的方向延伸。
[0079]彼此相邻的短切口排62中的各短切口61以规定的间距错着位地布置在其排列方向上。
[0080]详细而言,如图11所示,各短切口 61具有能够让相邻的两个长切口 58、58连通那么长的长度,且是这样布置各短切口排62中相邻的两个短切口61、61的:当观看连续排列着的四个长切口 58、58、58、58时,相邻的两个长切口 58、58能够与相邻的另两个长切口 58、58彼此连通。[0081 ]就彼此相邻的短切口排62而言,各短切口 61分别错开一个长切口 58那么大的距离而设。本实施方式中的第二板52上,每隔一排,各短切口排62中短切口 61的布置情况则相同。
[0082]在第二板52上的短切口群与空气供给口53之间,形成有与主流方向正交着延伸的细长的集合孔(header hole)63。在第二板52上的短切口群与空气排出口 54之间,形成有与主流方向正交着延伸的细长的集合孔(header hole)64。集合孔63经连通孔63a与各空气供给口 53连通,集合孔64经连通孔64a与各空气排出口 54连通。这些集合孔63、64所具有的长度与短切口群两端之间的长度相等或者比它们长,以使这些集合孔63、64能够与所有的长切口 58连通。
[0083]按照隔离板40、第一板51、第二板52这样的顺序将它们层叠而接合在一起,即构成阴极板50。通过由隔离板40和第二板52将形成有多个长切口 58的第一板51的两面遮起来,而在阴极板50的内部形成有供空气的主流流动的多条主流路(第一气体流路之一例)。
[0084]通过第二板52与第一板51紧密接触,各个短切口61便以与规定的相邻的两条主流路连通的状态上表面的开口被堵起来。如图7所示,通过将单元10等布置在阴极板50和阳极板30并将阴极板50层叠在阳极板30上,各个短切口61底面上的开口由此而被阴极11的表面堵起来。
[0085]这样一来,就在阴极板50上形成有多条副流路(第二气体流路之一例),该多条副流路在与多条主流路正交的状态下内外相重,将空气的主流旁路,彼此合流。
[0086]其结果是,在阴极板50的集电区57,形成了能够让空气沿阴极11的表面纵横流动的阴极侧气体流路。
[0087]通过将集合孔63、64两面上的开口堵起来,而在阴极板50上集电区57和各空
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