CN104081571B - 燃料电池 - Google Patents

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Abstract

一种燃料电池，其通过堆叠阴极层、电解质层和阳极层来形成，并且包括：阴极层和阳极层中之一的表面定义为第一主面和另一层的表面定义为第二主面的平板状燃料电池单元主体；接触第一主面的第一集电体；和接触第二主面的第二集电体。将第二集电体设定为比第一集电体更易压缩变形。当沿燃料电池单元主体的厚度方向观察时，第二集电体的对应于第二主面的第二区域的边界的至少一部分设定为位于第一集电体的对应于第一主面的第一区域的边界的内侧和除了上述边界部分之外的第二区域的其他边界设定为位于第一区域的边界的内侧或者位于第一区域的边界上。

Description

燃料电池
技术领域
本发明涉及燃料电池。
背景技术
已经开发出燃料电池作为发电装置。例如，已知采用固体氧化物作为电解质的固体氧化物燃料电池(下文中，该电池可以称为"SOFC"或者简称为"燃料电池")。例如，SOFC具有由各自包括板状固体电解质体以及设置在电解质体的各面上的阳极和阴极的大量堆叠的燃料电池单元主体形成的堆(燃料电池堆)。将燃料气体和氧化剂气体(例如，空气中含有的氧气)分别供给至阳极和阴极，并且通过固体电解质体的媒介引起化学反应发生，由此发电(参见，例如，专利文献1)。
在各燃料电池单元主体中产生的电力借助于与接触燃料电池单元主体接触的导电性集电体输出。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利申请特开No.2009-99308
发明内容
发明要解决的问题
然而，此类燃料电池可能引起在燃料电池堆的组装或操作期间应力局部集中在燃料电池单元主体(阳极或阴极)和集电体之间的特定部位(例如，角部形成部分)，导致燃料电池单元主体可能破裂的问题。
鉴于前述情况，本发明的目的是提供一种在燃料电池单元主体和集电体之间的局部应力集中降低的燃料电池。
用于解决问题的方案
本发明提供一种燃料电池，其包括平板状燃料电池单元主体，所述平板状燃料电池单元主体通过堆叠阴极层、电解质层和阳极层形成，其中所述阴极层和所述阳极层中之一的表面作为第一主面，和另一层的表面作为第二主面；接触所述第一主面的第一集电体；和接触所述第二主面的第二集电体；其中将所述第二集电体设定为所述第二集电体比所述第一集电体更容易压缩变形，和设定为：如沿所述燃料电池单元主体的厚度方向观察时，所述第二集电体的对应于所述第二主面的第二区域的边界的至少一部分位于所述第一集电体的对应于所述第一主面的第一区域的边界的内侧，和所述第二区域的边界的余下部分位于所述第一区域的边界的内侧或者位于所述第一区域的边界上。
如在此使用的，"第一集电体的对应于第一主面的第一区域"对应于其中第一集电体接触第一主面的范围，并且当设置多个第一集电体时，是包括邻接的集电体之间的范围的单一连续的区域。这同样适用于第二集电体的第二区域。设定为比第一集电体更容易压缩变形的第二集电体的第二区域的边界的至少一部分位于第一集电体的第一区域的内侧，和第二区域的边界的余下部分位于第一区域的内侧或者位于第一区域的边界上。因而，当考虑到第一、第二集电体的压缩变形的容易程度确定第一、第二区域的边界时，在第一、第二集电体和燃料电池单元主体之间的局部应力集中可以降低，并且可以抑制燃料电池单元主体的破裂。特别地，在应力很可能集中的部位(例如，燃料电池单元主体的周边部或角部)降低应力，因此抑制燃料电池单元主体的破裂。
(1)第一区域可以具有包括倒角的角部的第一矩形形状的边界，和第二区域可以具有包括倒角的角部的第二矩形形状的边界。
当第一或第二区域具有倒角的角部时，在第一或第二集电体的对应于燃料电池单元主体的区域的角部(在所述角部应力最可能集中)的应力可以有效地降低。
(2)在上述(1)中，沿燃料电池单元主体的厚度方向观察时，第二区域的第二矩形形状的边界的倒角的角部可以位于第一区域的第一矩形形状的边界的倒角的角部的内侧。
当第二区域的倒角部位于第一区域的倒角部的内侧时，在第一或第二集电体的对应于燃料电池单元主体的区域的角部的应力集中可以进一步降低。
(3)在上述(1)或(2)中，第一和第二矩形形状的边界的倒角的角部的至少之一可以具有大致直线形状或大致圆弧形状。当倒角部具有大致直线形状和大致圆弧形状的任一种时，在第一或第二集电体的对应于燃料电池单元主体的区域的角部的应力集中可以有效地降低。
(4)燃料电池可以包括多个第一集电体和多个第二集电体，其中第一区域的边界可以由多个第一集电体规定，和第二区域的边界可以由多个第二集电体规定。
燃料电池可以包括多个第一集电体和多个第二集电体。在该情况下，第一区域和第二区域分别由多个集电体(第一单元集电体和第二单元集电体)限定。即，第一区域由多个第一单元集电体规定，而第二区域由多个第二单元集电体规定。即使在该情况下，当第二区域的边界的至少一部分位于第一区域的内侧时，也降低局部应力集中。
(5)第一主面可以为阴极层的表面；第二主面可以为阳极层的表面；接触第一主面的第一集电体可以含有致密的不锈钢；接触第二主面的第二集电体可以含有多孔镍。
第一和第二集电体的压缩变形的容易程度可以通过由致密的不锈钢形成第一集电体和由多孔镍形成第二集电体来设定。即，第一或第二集电体的压缩变形的容易程度可以通过形成集电体的材料的类型来设定。
(6)第一主面可以为阴极层的表面；第二主面可以为阳极层的表面；接触第一主面的第一集电体可以含有致密的不锈钢；接触第二主面的第二集电体可以通过镍和云母的复合体形成。
第一和第二集电体的压缩变形的容易程度可以通过由致密的不锈钢形 成第一集电体以及由镍和云母的复合体形成第二集电体来设定。
发明的效果
根据本发明，可以提供在燃料电池单元主体和集电体之间的局部应力集中降低的燃料电池。具体地，可以解决当集电体接触燃料电池单元主体的阴极或阳极时可能引起的问题；即，应力很可能局部集中在例如燃料电池的周边部或角部的问题。因此，可以减少燃料电池单元主体的破裂。
附图说明
[图1]图1为根据第一实施方案的固体氧化物燃料电池10的透视图。
[图2]图2为固体氧化物燃料电池10的示意性截面图。
[图3]图3为燃料电池40的截面图。
[图4]图4为设置在互连器41上的集电体45的平面图。
[图5]图5为设置在互连器43上的集电体46的平面图。
[图6]图6示出经过C倒角的区域A1和A2。
[图7]图7示出经过R倒角的区域A1和A2。
[图8]图8示出经过其他倒角的区域A1和A2。
[图9]图9示出其他的区域A1和A2。
[图10]图10为固体氧化物燃料电池10的区域A1和A2的示意性截面图。
[图11]图11为比较例固体氧化物燃料电池10x的区域A1和A2的示意性截面图。
[图12]图12为示出倒角量M和应力F之间的关系的实例的图。
[图13]图13为示出突出量Ro和应力F之间的关系的实例的图。
[图14A]图14A示出在形成集电体45G的集电体45的个数变化的情况下集电体45G的外形和区域A1之间的关系。
[图14B]图14B示出在形成集电体45G的集电体45的个数变化的情况下集电体45G的外形和区域A1之间的关系。
[图14C]图14C示出在形成集电体45G的集电体45的个数变化的情况下集电体45G的外形和区域A1之间的关系。
[图15A]图15A示出在形成集电体45G的集电体45的个数变化的情况下集电体45G的外形和区域A1之间的关系。
[图15B]图15B示出在形成集电体45G的集电体45的个数变化的情况下集电体45G的外形和区域A1之间的关系。
[图15C]图15C示出在形成集电体45G的集电体45的个数变化的情况下集电体45G的外形和区域A1之间的关系。
[图16]图16为根据第二实施方案的固体氧化物燃料电池10a的燃料电池40a的截面图。
[图17]图17为根据第二实施方案的集电体46a的透视图。
[图18]图18为集电体46a的放大的透视图。
[图19]图19为集电构件66的透视图。
[图20]图20为间隔件65的透视图。
具体实施方式
接下来将参照附图说明应用本发明的实施方案。本发明不限于以下实施方案，而可以进行各种实施方案，只要它们落在本发明的技术范围内即可。
(第一实施方案)
图1为根据本发明第一实施方案的固体氧化物燃料电池10的透视图。固体氧化物燃料电池10为可以通过供给燃料气体(例如，氢气)和氧化剂气体(例如空气(具体地，空气中含有的氧气))而发电的装置。
固体氧化物燃料电池(燃料电池堆)10包括端板11和12以及堆叠且借助于螺栓21、22(22a、22b)和23(23a、23b)以及螺母35固定在一起的燃料电池40(1)-40(4)。为了便于理解，图1示出四个堆叠的燃料电池40(1)-40(4)。然而，通常，堆叠约20个燃料电池40。
端板11和12以及燃料电池40(1)-40(4)具有用于容纳螺栓21、22(22a、22b) 和23(23a、23b)的通孔31、32(32a、32b)和33(33a、33b)。端板11和12作为用于加压和保持堆叠的燃料电池40(1)-40(4)的板，并且还作为来自燃料电池40(1)-40(4)的电流的输出端子。
图2为固体氧化物燃料电池10的示意性截面图。图3为各燃料电池40的截面图。
如图3中所示，燃料电池40是所谓的阳极支撑膜型燃料电池，并且包括互连器41和43、框架单元42、电池单元主体(燃料电池单元主体)44、集电体45和(第二)集电体46。
在阳极支撑膜型燃料电池中，阳极58的厚度大于阴极56或固体电解质体57的厚度。
互连器41和43是用于确保邻接的燃料电池40之间的导通和阻断气体流路的上下一对导电性(例如，金属)板。
在邻接的燃料电池40之间仅设置1个互连器(41或43)(这是因为串联连接的两个燃料电池40共享1个互连器)。最上层的燃料电池40(1)和最下层的燃料电池40(4)的互连器41和43分别用端板11和12替换。
框架单元42具有开口47。开口47被气密地封住并且划分为氧化剂气体流路48和燃料气体流路49。框架单元42包括绝缘框架51和55、阴极框架52、分隔体(其外缘部)53和阳极框架54。
绝缘框架51和55是用于使互连器41和43电绝缘的陶瓷框架，并且分别设置在朝向阴极56侧和阳极58侧上。可选地，可以省略绝缘框架51和55之一。
阴极框架52为设置在朝向氧化剂气体流路48侧上的金属框架。
分隔体53为用于接合电池单元主体44以及阻断氧化剂气体流路48和燃料气体流路49的金属框架。
阳极框架54为设置在朝向燃料气体流路49侧上的金属框架。
框架单元42具有对应于螺栓21、22(22a、22b)和23(23a、23b)的通孔31、32(32a、32b)和33(33a、33b)。
电池单元主体(燃料电池单元主体)44通过堆叠阴极(也可以称为"阴极层 "或“空气电极层”)56、固体电解质体(电解质层)57和阳极(也可以称为"阳极层"或“燃料电极层”)58来形成。阴极56和阳极58分别设置在朝向氧化剂气体流路48侧和朝向燃料气体流路49侧的固体电解质体57上。阴极56可以由钙钛矿系氧化物、贵金属或者贵金属和陶瓷材料的金属陶瓷形成。固体电解质体57可以由YSZ、ScSZ、SDC、GDC、钙钛矿系氧化物或类似的材料形成。阳极58可以由Ni或Ni和陶瓷材料的金属陶瓷形成。
如图2和3中所示的，在互连器41和43的上部，通孔32a经由缺口61在空间上连接至开口47以便允许燃料气体在通孔32a和开口47之间流通。同时，在互连器41和43的下部，通孔33a经由缺口62在空间上连接至开口47以便允许氧化剂气体在通孔33a和开口47之间流通。
设置在阴极56侧的集电体45以用于确保电池单元主体44(阴极56)和互连器41之间的导通，并且其可以由致密的金属材料形成。
设置在阳极58侧的集电体46以用于确保电池单元主体44(阳极58)和互连器43之间的导通，并且其可以由比集电体45更容易压缩变形的材料(例如，多孔金属材料)形成。
各集电体45的材料的实例包括导电性、耐热性金属材料，如不锈钢、镍基合金和铬基合金。不锈钢的具体实例包括铁素体不锈钢、马氏体不锈钢和奥氏体不锈钢。铁素体不锈钢的实例包括SUS430、SUS434、SUS405和SUS444。马氏体不锈钢的实例包括SUS403、SUS410和SUS431。奥氏体不锈钢的实例包括SUS201、SUS301和SUS305。
各集电体46的材料的实例包括具有导电性、耐热性和抗氧化性的金属材料，例如镍、镍基合金和不锈钢。当具有多孔结构的集电体46由此类金属材料(例如，镍)形成时，集电体46变得相对容易压缩变形。集电体46可以由金属丝或金属网形成。可选地，如下文中在第二实施方案中描述的，集电体46可以通过弯曲金属板材来形成。
集电体45和46的压缩变形的容易程度可以借助于"荷重-应变"曲线来评价。具体地，具有相同形状的集电体在常温下借助于压缩试验机来压缩，由 此获得"荷重-应变"曲线。在施加相同荷重的集电体中，显示大的应变量的集电体可以被认为是"容易压缩变形的集电体"。
任选地，在阴极56和集电体45之间可以设置由例如银-钯合金(钯含量：1-10mol％)形成的粘合层。此类粘合层可以确保阴极56和集电体45之间的导通，并且还可以实现阴极56和集电体45的接合。
此类粘合层可以通过例如下述工序来形成。具体地，将包含Ag-Pd粉末(Pd：1mol％)、乙基纤维素和有机溶剂的Ag-Pd导电性糊剂涂布(或印刷)在各集电体45的表面(朝向阴极56侧的表面)上。在固体氧化物燃料电池10的操作温度(例如，700℃)下，导电性糊剂通过除去乙基纤维素等并使Ag-Pa合金软化而粘附至阴极56或集电体45。在操作停止时，所得粘合层与阴极56和集电体45强固地接合在一起。由此，在阴极56和集电体45之间形成的粘合层可以可靠地改进它们之间的导通。
螺栓21为用于加压和固定堆叠的端板11和12以及燃料电池40(1)-40(4)的构件。
螺栓22(22a、22b)为用于使燃料气体流通的构件，并且各自具有燃料气体流过的空孔(燃料气体流路)。螺栓23(23a、23b)为用于使氧化剂气体流通的构件，并且各自具有氧化剂气体流过的空孔(氧化剂气体流路)。
燃料气体和氧化剂气体如下流入和流出燃料电池40。
具体地，燃料气体通过设置在各螺栓22(22a、22b)内的空孔流入和流出燃料气体流路49，氧化剂气体通过设置在各螺栓23(23a、23b)内的空孔流入和流出氧化剂气体流路48。
图4和5分别为设置在互连器41上的集电体45和设置在互连器43上的第二集电体46的平面图。多个集电体45和多个第二集电体46分别设置在互连器41和43上。
为了从多个集电体45和多个第二集电体46中更清楚地区分各集电体45和各第二集电体46，它们可以如下称呼。具体地，各集电体45和各第二集电体46也可以分别称为"第一单元集电体45"和"第二单元集电体46"。此外，整个集电体45和整个第二集电体46可以分别称为"集电体45G"和"第二集电体46G"。
整个集电体45(集电体45G)和整个第二集电体46(第二集电体46G)的外缘(轮廓线)分别限定区域A1和A2。具体地，区域A1包括由第一单元集电体45占据的范围和相邻的第一单元集电体45之间的范围，和区域A2包括由第二单元集电体46占据的范围和相邻的第二单元集电体46之间的范围。
具体地，区域A1和A2各自具有大致矩形形状形状，并且不包括在其各四个角部处的区域A11或A21。即，区域A1和A2各自具有角部倒角的矩形形状的"边界"。集电体45和46分别设置在"边界"的内侧而不位于区域A11或A21中。
因而，集电体45G和第二集电体46G的对应于电池单元主体44的主面的区域A1和A2的角部被倒角。因此，在集电体45G和第二集电体46G的对应于燃料电池单元主体44(阴极、阳极)的区域A1和A2的角部的应力集中降低，由此可以抑制燃料电池单元主体44的破裂。
在本实施方案中，区域A1和A2两者的角部都被倒角。然而，即使当区域A1和A2的任一个的角部被倒角时，应力集中也降低，并且可以抑制燃料电池单元主体44的破裂。
为了便于理解，图6-9示出没有显示集电体45的区域A1。图6-9对应于如沿燃料电池单元主体44的厚度方向(Z-方向)观察的区域A1和A2。如图6中所示的，区域A1的角部倒角成直线形状(C倒角)。如图7中所示的，区域A1的角部倒角成圆弧形状(R倒角)。如图8中所示的，区域A1的角部倒角呈现两条直线的组合的形状(其他倒角)。如图9中所示的，区域A2的整个边界位于区域A1的内侧。此外，如图9中所示的，区域A1和A2两者的角部倒角成圆弧形状(R倒角)。
如图6和7中所示的，即使当区域A1的角部进行C倒角和R倒角的任一种时，应力集中也降低。此外，即使当区域A2的角部进行C倒角和R倒角的任一种时，应力集中也降低。
如图8中所示的，即使当角部被倒角以呈现直线、圆弧等之间的中间形状，例如，通过连接多条直线形成的形状(图8中，通过连接两条直线形成的形状)或者由直线和圆弧形成的形状时，应力集中也降低。
区域A2的边界的至少一部分位于区域A1的内侧。即，矩形形状区域A2的倒角部位于矩形形状区域A1的倒角部的内侧。这对应于下述倒角量M1和M2之差。如下文所述的，考虑到集电体45和46的压缩变形的容易程度，应力集中可以通过调整区域A1或A2的尺寸来降低。
区域A2的余下部分位于区域A1的内侧或者位于区域A1的边界上。如这些图中所示的，除了角部之外，区域A1和A2的边界相互一致。例如，可以设置区域A1和A2的边界以使如沿Z-方向观察时相互一致(除了角部之外)。在该情况下，在最可能集中应力的角部处的应力有效地降低。
尽管图中未示出，在除了角部之外的部分中，区域A2的边界可以位于区域A1的内侧。在该情况下，在电池单元主体44的周边部处的局部应力集中也降低。
如图9中所示的，在角部和除了角部之外的部分二者中，区域A2的边界可以位于区域A1的内侧。在该情况下，可以降低在最可能集中应力的角部处以及在周边部处的局部应力集中。
在各区域A1和A2中的倒角量M1和M2(％)可以通过下式(1)来定义。
M1＝(ΔL1/L)×100
M2＝(ΔL2/L)×100······式(1)
L：区域A1或A2的边的长度
ΔL1：倒角的区域A11的宽度
ΔL2：倒角的区域A21的宽度
如图6-9中所示的，倒角量M2大于倒角量M1(M2>M1)。
前述定义可以适用于C倒角和R倒角的任一种。在该情况下，区域A1具有大致正方形(即，邻接的边具有相同长度)。在区域A1和A2具有大致长方形(即，存在具有不同长度的边(长边和短边))的情况下，短边的长度用作长度L。
在本实施方案中，区域A2中的倒角量M2大于区域A1中的倒角量M1。因而，如下文所述的，在区域A1和A2的角部处的应力集中可以进一步降低，并且可以更可靠地抑制电池单元主体44的破裂。
通过改变在对应阳极侧和阴极侧的集电体45和46的区域A1和A2的尺寸可以进一步降低应力集中。具体地，当在角部和除了角部之外的部分二者中区域A2的边界位于区域A1的内侧时，可以降低在最可能集中应力的角部处以及在周边部处的局部应力集中。
图10和11分别示出在本实施方案的燃料电池40和比较例燃料电池40x中区域A1和A2(在截面中)之间的关系。
如图10中所示的，在燃料电池40中，区域A2位于区域A1的内侧；即，对于区域A1和A2之间的区域ΔA，相对较不易压缩变形的集电体45相对于集电体46沿水平面方向延伸出。
同时，如图11中所示，在比较例燃料电池40x中，区域A1位于区域A2的内侧；即，对于区域A1和A2之间的区域ΔAx，相对更易压缩变形的集电体46相对于集电体45沿水平面方向延伸出。
因而，在图11中示出的燃料电池40x中，相对更易压缩变形的集电体46位于区域ΔAx中，而相对较不易压缩变形的集电体45不位于区域ΔAx中。因此，电池单元主体44的变形更可能出现在区域ΔAx中。同时，在区域A1中，配置相对较不易压缩变形的集电体45(与相对更易压缩变形的集电体46一起)。因此，电池单元主体44的变形较不可能出现在区域A1中。即，电池单元主体44具有区域ΔAx(相对更可能变形)和区域A1(相对较不可能变形)二者。因此，在电池单元主体44中剪切应力可能集中在区域A1和ΔAx之间的边界，导致电池单元主体44的破裂。
相对地，在图10中示出的燃料电池40中，不存在仅设置相对更易压缩变形的集电体46的区域。因此，在区域A2和ΔA之间的边界处降低在电池单元主体44上的应力集中，并且电池单元主体44的破裂较不可能出现。
图12是示出倒角量M(％)和应力F(％)之间的关系的实例的图。应力F(％) 通过下式(2)定义。
F＝(F1/F0)×100······式(2)
F1：倒角的区域A1或A2中的最大应力
F0：未倒角的区域A1或A2中的最大应力
现在将描述在下述条件下的模拟结果。
在图中的数据G1中，区域A1中的倒角量M1等于区域A2中的倒角量M2。在图中的数据G2中，倒角量M1为5％，和倒角量M2为10％。当固定分隔体53的外缘部时，集电体45和46沿图1中示出的负Z-方向被加压。
如从图中的数据G1清楚可知的，当区域A1和A2被倒角时，应力集中降低。如从图中的数据G2也清楚可知的，当区域A2中的倒角量M2大于区域A1中的倒角量M1时，应力集中进一步降低。
图13为示出突出量Ro(％)和应力F(％)的模拟结果的图。
突出量Ro(％)对应于显示较低刚性(即，相对更易压缩变形)的集电体46与显示较高刚性(即，相对较不易压缩变形)的集电体45的比例，并且其由下式表示。具体地，区域A1和A2各自具有矩形形状形状(即，未倒角)，和区域A1边的长度L1不同于区域A2边的长度L2。
Ro(％)＝[(L2-L1)/L1]×100
L1：区域A1的边(短边)的长度
L2：区域A2的边(短边)的长度
突出量Ro(％)的正值显示相对更易压缩变形的集电体46相对于集电体45向外突出的情况(对应于图11中示出的情况)。同时，突出量Ro(％)的负值显示相对较不易压缩变形的集电体45相对于集电体46向外突出的情况(对应于图10中示出的情况)。
如从模拟结果中清楚可知的，在图10中示出的燃料电池40中应力F小，因而破裂较不可能出现在电池单元主体44中。
图14A-14C和图15A-15C示出在改变集电体45或第二集电体46的个数的情况下集电体45G或第二集电体46G的外形和区域之间的关系。为了便于理解，这些附图示出在区域A1与区域A2相同的情况下集电体的外形和区域之间的关系。即，图14A-14C和图15A-15C示出集电体的外形和区域之间的关系，但是不显示区域A1和A2之间的关系。
如图14A中所示的，集电体45G由1个集电体(第一单元集电体)45形成；第二集电体46G由1个集电体(第二单元集电体)46形成；并且集电体45和第二集电体46的外形与区域A1和A2一致。
如图14B或14C中所示的，集电体45G和第二集电体46G分别由沿纵向配置的2或3个集电体(第一单元集电体)45和2或3个集电体(第二单元集电体)46形成。
如图15A-15C中所示的，集电体45G和集电体46G分别由如下配置的多个集电体45和多个第二集电体46形成。
(a)纵向的2个集电体和横向的2个集电体(总计：4个集电体)
(b)纵向的3个集电体和横向的2个集电体(总计：6个集电体)
(c)纵向的3个集电体和横向的3个集电体(总计：9个集电体).
如上所述，任何数量的集电体45和第二集电体46可以分别应用于区域A1和A2。即，对形成集电体45G的第一单元集电体45的个数和形成第二集电体46G的第二单元集电体46的个数不施加特别限定。不管形成集电体45G或第二集电体46G的单元集电体的个数有多少，只要区域A1和A2各自具有角部倒角的矩形形状形状的边界，在角部处的应力集中就可以降低。
(第二实施方案)
图16为根据第二实施方案的固体氧化物燃料电池10a的燃料电池40a的截面图。
燃料电池40a包括代替集电体46的集电体46a。集电体46a由间隔件65和集电构件66的复合体形成。间隔件65被弯曲的集电构件66夹持。因而，可以采用各种构造以用于改变集电体45或46的压缩变形的容易性。
集电构件66由例如在1,000℃下在真空下经过加热(退火)1小时的Ni板(HV硬度：200以下)形成。集电构件66具有连接器抵接部66a、电池单元主体 抵接部66b和连接部66c，所述部66a-66c一体化形成。连接器抵接部66a抵接互连器43。电池单元主体抵接部66b抵接电池单元主体44的阳极58。连接部66c具有U-形状并且使连接器抵接部66a和电池单元主体抵接部66b连接。
集电构件66可以由例如具有约30μm厚度的箔材料形成。因此，连接部66c沿与其表面交叉的方向是可弯曲和可拉伸的，并且事实上不显示对弯曲或拉伸的阻力。
集电构件66可以由代替前述箔材料的例如多孔Ni、Ni网、Ni丝或Ni冲孔金属来形成。可选地，集电构件66可以由代替Ni的耐氧化性金属如Ni合金或不锈钢来形成。
数十到一百个集电构件66设置在燃料气体流路49中(与燃料气体流路49的尺寸相关联可以改变集电构件的个数)。
间隔件65设置在连接器抵接部66a和电池单元主体抵接部66b之间，并且显示沿厚度方向的弹性力。间隔件65的材料可以为选自云母、氧化铝毡、蛭石、碳纤维、碳化硅纤维和二氧化硅的任一种或多种的组合。当间隔件65由薄的板状体(例如，云母)的层压结构形成时，确保相对于沿层压方向的荷重的适合弹性。
因而，呈现相对更易压缩变形的集电体46a可以通过组合弯曲的集电构件66与间隔件65来生产。
集电体46a可以通过下述工序来生产。
单个的集电构件66可以配置在互连器43上并且进行焊接(例如，激光焊接或电阻焊接)。更优选地，如图17和18中所示的，一体化形成多个集电构件66。
具体地，如图19中所示的，将箔材料加工为四边形的平板66p，并且各自对应于电池单元主体抵接部66b和连接部66c的预切割线(pre-cut)66d设置在平板66p上。然后，如图18中所示的，将连接部66c弯曲以具有U-形状的截面，从而将电池单元主体抵接部66b设置在连接器抵接部66a上方。因而，平板66p通过弯曲电池单元主体抵接部66b而设置有孔穴。具有孔穴的平板66p 对应于连接器抵接部66a的集合体。
如图20中所示的，间隔件65可以由具有横向栅格状的材料片形成。该四边形材料片具有与平板66p几乎相同的宽度和稍微小于平板66p的长度。间隔件65由该材料片形成，以致将各自对应于电池单元主体抵接部66b和连接部66c的1列的部分切出从而以横向栅格形式配置。
间隔件65放置在平板66p(在加工为集电构件66之前，参见图19)上，并且在连接部66c处弯曲，由此生产其中预先组装间隔件65的集电构件66。
(其他实施方案)
本发明的实施方案不限于上述描述的那些，并且可以扩展和修改。由此扩展和修改的实施方案也包括在本发明的技术范围内。
在上述实施方案中，区域A2的角部的边界位于区域A2的边界的内侧，和区域A2的部分(除了角部之外)的边界几乎与区域A2的边界一致。然而，区域A2的部分(除了角部之外)的边界的全体或一部分可以位于区域A2的边界的内侧。
在上述实施方案中，在各区域A1和A2中倒角的四个角部具有相同的形状和相同的倒角量M。然而，在区域A1和A2各自中，倒角的角部中的一些或全部可以具有不同的形状或不同的倒角量M。
此外，可以省略区域A1的倒角，即，可以仅区域A2被倒角。
在上述实施方案中，螺栓为中空形式(中空螺栓)并且作为燃料气体或氧化剂气体流路。然而，螺栓可以为非中空形式(实心螺栓)，并且燃料气体或氧化剂气体流路可以设置在螺栓的外部。
附图标记说明
10：固体氧化物燃料电池
11,12：端板
21,22：螺栓
31,32：通孔
35：螺母
40：燃料电池
41,43：互连器
42：框架单元
44：电池单元主体
45,46：集电体
47：开口
48：氧化剂气体流路
48：氧化剂气体流路
49：燃料气体流路
51,55：绝缘框架
52：阴极框架
53：分隔体
54：阳极框架
56：阴极
57：固体电解质体
58：阳极
61：缺口
62：缺口
65：间隔件
66：集电构件
66a：连接器抵接部
66b：电池单元主体抵接部
66c：连接部
66d：预切线
66p：平板

Claims (7)

1.一种燃料电池，其包括：
平板状燃料电池单元主体，所述平板状燃料电池单元主体通过堆叠阴极层、电解质层和阳极层形成，其第一主面为所述阴极层和所述阳极层中之一的表面，和其第二主面为另一层的表面；
接触所述第一主面的第一集电体；
接触所述第二主面的第二集电体；和
与所述第二主面相对的互连器，
所述燃料电池的特征在于：
将所述第二集电体设定为所述第二集电体比所述第一集电体更容易压缩变形，所述第二集电体具有集电构件(66)和间隔件(65)，所述集电构件(66)具有抵接于所述互连器的连接器抵接部(66a)、抵接于所述第二主面的电池单元主体抵接部(66b)、和连接所述连接器抵接部和所述电池单元主体抵接部的连接部(66c)，所述电池单元主体抵接部设置在所述连接器抵接部上方，并且所述间隔件设置在所述连接器抵接部和所述电池单元主体抵接部之间，
和设定为：
沿所述燃料电池单元主体的厚度方向观察时，所述第二集电体的对应于所述第二主面的第二区域的边界的至少一部分位于所述第一集电体的对应于所述第一主面的第一区域的边界的内侧，和所述第二区域的边界的余下部分位于所述第一区域的边界的内侧或者位于所述第一区域的边界上。
2.根据权利要求1所述的燃料电池，其中：
所述第一区域具有包括倒角的角部的第一矩形形状的边界，和
所述第二区域具有包括倒角的角部的第二矩形形状的边界。
3.根据权利要求2所述的燃料电池，其中：
沿所述燃料电池单元主体的厚度方向观察时，所述第二区域的所述第二矩形形状的边界的倒角的角部位于所述第一区域的所述第一矩形形状的边界的倒角的角部的内侧。
4.根据权利要求2和3任一项所述的燃料电池，其中：
所述第一矩形形状的边界和所述第二矩形形状的边界的倒角的角部的至少之一具有大致直线形状或大致圆弧形状。
5.根据权利要求1所述的燃料电池，其包括：
多个所述第一集电体和多个所述第二集电体，其中：
所述第一区域的边界由多个所述第一集电体规定，和
所述第二区域的边界由多个所述第二集电体规定。
6.根据权利要求1所述的燃料电池，其中：
所述第一主面为所述阴极层的表面和所述第二主面为所述阳极层的表面；
接触所述第一主面的所述第一集电体含有致密的不锈钢；和
接触所述第二主面的所述第二集电体含有多孔镍。
7.根据权利要求1所述的燃料电池，其中：
所述第一主面为所述阴极层的表面和所述第二主面为所述阳极层的表面；
接触所述第一主面的所述第一集电体含有致密的不锈钢；和
接触所述第二主面的所述第二集电体由镍和云母的复合体形成。
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