CN108292761B - 燃料电池堆 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种燃料电池堆,将利用阳极电极及阴极电极夹持固体电解质板而构成的燃料电池经由隔板层叠。隔板由凹凸状部件构成,该凹凸状部件具有:第一抵接部,其与相邻的两个燃料电池的一燃料电池抵接;第二抵接部,其与另一燃料电池抵接;连接部,其连接第一抵接部和第二抵接部。第一抵接部及第二抵接部中至少一方的抵接部的截面系数比连接部的截面系数大。

Description

燃料电池堆
技术领域
本发明涉及将具有固体电解质板的燃料电池层叠多个的燃料电池堆(fuel cellstack)。
背景技术
JP2008-159448中公开有一种燃料电池堆,通过将具有固体电解质板和夹持该电解质板的一对电极的固体氧化物型燃料电池层叠多个而构成。
在这种固体氧化物型燃料电池堆中,在相邻的燃料电池之间配置作为集电体的隔板。隔板作为具备与相邻的两个燃料电池各自抵接的抵接部和连接两抵接部的连接部的凹凸状部件而构成。
燃料电池堆是层叠了燃料电池及隔板等多个部件的层叠电池,为了降低在部件间的接触电阻,使抵接的部件彼此密接是非常重要的。因此,燃料电池堆通过在从燃料电池的层叠方向施加负载的状态下组装各部件而构成。
当这样在堆积时施加负载时,隔板沿层叠方向被按压,并以隔板厚度变薄的方式,抵接部附近的连接部发生变形。本申请发明人等发现,在层叠燃料电池的燃料电池堆中,随着堆积时的隔板连接部的变形,抵接部的中央部分以从燃料电池的电极上浮的方式弯曲,在隔板的抵接部与燃料电池的电极之间产生间隙。当产生这样间隙时,隔板与燃料电池之间的接触电阻增大,燃料电池堆的发电效率降低。
发明内容
本发明的目的在于,提供一种燃料电池堆(fuel cell stack燃料电池组),通过提高燃料电池与隔板的密接性,能够抑制接触电阻的增大。
本发明的某方式提供一种燃料电池堆,将利用阳极电极及阴极电极夹持固体电解质板而构成的燃料电池经由隔板层叠多个。隔板由凹凸状部件构成,该凹凸状部件具有:第一抵接部,其与相邻的两个燃料电池的一方的燃料电池抵接;第二抵接部,其与另一方的燃料电池抵接;连接部,其连接第一抵接部和第二抵接部,第一抵接部及第二抵接部中至少一方的抵接部的截面系数比连接部的截面系数大。
附图说明
图1是本发明第一实施方式的固体氧化物型的燃料电池堆的概略构成图;
图2是配置于相邻的两个燃料电池之间的隔板的局部剖面图;
图3是用于说明堆积时的隔板的变形的图;
图4是表示第一实施方式的一个变形例的燃料电池堆的隔板的一部分的图;
图5是表示第一实施方式的一个变形例的燃料电池堆的隔板的一部分的图;
图6A是将比较例的燃料电池堆中的隔板的第一抵接部的附近进行了放大的图;
图6B是用于说明比较例的燃料电池堆中的隔板的变形的图;
图7是本发明第二实施方式的燃料电池堆的隔板的概略构成图;
图8A是用于说明第二实施方式的燃料电池堆的隔板的变形的图;
图8B是说明第二实施方式的变形例的隔板的图;
图9是表示第一实施方式的一个变形例的燃料电池堆的图;
图10是用于说明隔板的连接部的变形的图。
具体实施方式
以下,参照附图等说明本发明的实施方式。
(第一实施方式)
图1是本发明第一实施方式的固体氧化物型的燃料电池堆100的概略构成图。
燃料电池堆100是通过将作为单位电池的固体氧化物型燃料电池10和隔板70依次层叠而构成的层叠电池。本实施方式中,燃料电池堆100以例如搭载于电动汽车或混合动力汽车等的移动车辆为前提,但也可以用作各种电器设备的电源等。
固体氧化物型的燃料电池堆100的工作温度高为700~800℃左右,发电效率比现有的固体高分子型燃料电池堆高。固体氧化物型的燃料电池堆100中,使用空气作为阴极气体,使用氢气或甲烷等的烃系燃料作为阳极气体。燃料电池堆100中作为阳极气体进行使用的燃料气体根据构筑的燃料电池系统进行选择。
构成燃料电池堆100的固体氧化物型燃料电池10具备:固体电解质板20、配置于固体电解质板20一面的阴极电极30、配置于固体电解质板20另一面的阳极电极40、以支撑阳极电极40的方式设置的金属板50。
固体电解质板20是具有由例如氧化钇稳定化氧化锆(YSZ)形成的氧化物离子传导性的部件。固体电解质板20作为具有数十微米级左右厚度的膜体而形成。
阴极电极30以与固体电解质板20的上表面相接的方式设置。阴极电极30是由例如镧锶钴铁复合氧化物(LSCF)形成的板状的多孔质部件。阴极电极30中,产生将阴极气体(空气)中的氧进行还原的还原反应。
阳极电极40以与固体电解质板20的下表面相接的方式设置。阳极电极40是由例如镍等的金属及氧化钇稳定化氧化锆(YSZ)的氧化物形成的板状的多孔质部件。阳极电极40中,通过在固体电解质板20上传导的氧离子产生将氢气等的阳极气体进行氧化的氧化反应。固体氧化物型燃料电池10基于上述的阴极电极30及阳极电极40中的电极反应进行发电。
阳极电极40载置于金属板50上。金属板50是以不阻碍阳极气体的传导的方式构成的多孔质性的板状部件,作为用于加强燃料电池10的强度的构造部件发挥作用。这样,燃料电池10作为在作为支撑体的金属板50上层叠了阳极电极40、固体电解质板20及阴极电极30的所谓的金属支撑型燃料电池而构成。
燃料电池堆100通过层叠上述的燃料电池10而构成,在相邻的燃料电池10之间设置隔板70。本实施方式中,燃料电池10在以上的构成的基础上,在其上表面具有集流网60。集流网60及隔板70是对燃料电池10的发电电力进行集电的集电部件。
集流网60是构成燃料电池10的一部分的部件,是编入不锈钢或贵金属的金属丝的网部件(金属多孔体)。集流网60以夹持于燃料电池10的阴极电极30与隔板70之间的状态进行配置。集流网60作为为了辅助阴极电极30与隔板70的电连接而设置的集电辅助层来发挥作用。
此外,集流网60作为编入金属丝的网部件而形成,但也可以作为板状扩张金属而形成。这样,燃料电池堆100中,金属制的多孔体作为设置于阴极电极30与隔板70之间的集电辅助层而使用。燃料电池堆100中,在阴极电极30与隔板70之间设置有集流网60,但也可以省略集流网60而使阴极电极30与隔板70直接抵接。
隔板70是通过冲压成型金属等的导电性材料而形成的板状部件。隔板70具备:与相邻的两个燃料电池10的一方的燃料电池10抵接的第一抵接部71、与相邻的两个燃料电池10的另一方的燃料电池10抵接的第二抵接部72、连接第一抵接部71和第二抵接部72的连接部73。
隔板70通过将按照预定的一方向(隔板宽度方向)交替(顺序)排列的第一抵接部71和第二抵接部72分别利用连接部73连接的凹凸状部件进行构成。通过具有这种凹凸状构成,隔板70在一侧面上具备多个阴极气体流路74,在另一侧面上具备多个阳极气体流路75。在此,隔板宽度方向是指相对于气体流路74、75的延设方向交叉的方向。
隔板70的第一抵接部71作为平坦面形成,经由集流网60与燃料电池10的阴极电极30抵接。隔板70通过第一抵接部71的一部分和阴极电极30的一部分进行焊接,相对于阴极电极30进行固定。
隔板70的第二抵接部72作为平坦面形成,并与燃料电池10的金属板50抵接。隔板70通过第二抵接部72的一部分和金属板50的一部分进行焊接,相对于金属板50进行固定。
隔板70的连接部73作为连接第一抵接部71的端部和第二抵接部72的端部的壁部而形成。由连接部73、第一抵接部71及金属板50形成的空间成为阳极气体流路75,由连接部73、第二抵接部72及阴极电极30形成的空间成为阴极气体流路74。
燃料电池堆100是燃料电池10及隔板70等的多个部件进行层叠的层叠电池,因此,为了降低在部件间的接触电阻,使抵接的部件彼此进行密接是非常重要的。因此,燃料电池堆100通过在从燃料电池10的层叠方向施加负载的状态下堆积各部件而构成。
若在堆积时施加负载,则隔板沿层叠方向被按压,并以隔板厚度变薄的方式,抵接部附近的连接部进行变形。燃料电池堆中,随着堆积时的隔板连接部的变形,抵接部的中央部分以从燃料电池的电极离开的方式弯曲,有时在隔板的抵接部与燃料电池的电极之间产生间隙。
对于该问题点,参照图6A及图6B的比较例的燃料电池堆200进行详细叙述。
图6A是比较例的燃料电池堆200的概略纵剖面图,图6B是将燃料电池堆200的隔板70的第一抵接部71的附近进行放大的图。该比较例中,隔板70的板厚为一定,第一抵接部71、第二抵接部72、及连接部73的厚度全部成为t。
如图6A所示,当向燃料电池堆200输入堆积负载时,隔板70沿层叠方向被按压。此时,在连接部73的上端作用图6A中向下的力F0。该力F0分成沿着连接部73的分力和相对于连接部73垂直方向的分力F1,该分力F1经由支点P(连接部73的下端与第一抵接部71的右端的连接部)在第一抵接部71的中央部分产生向上的力F2。由于该力F2,在第一抵接部71的中央部分产生图6B所示那样向上的弯曲应力σ,该弯曲应力σ较大时,第一抵接部71的中央部分以从阴极电极30上浮的方式变形。
此外,在隔板70的第一抵接部71的中央部分产生的弯曲应力σ通过以下式(1)表示。
σ=M/Z (1)
σ:弯曲应力
M:截面二次力矩
Z:截面系数
如从式(1)可知,弯曲应力σ的值根据第一抵接部71的中央部分的截面二次力矩(F2×L2)、基于第一抵接部71的中央部分的截面形状的截面系数而计算。此外,第一抵接部71的中央部分的截面二次力矩M(F2×L2)与连接部73的上端的力矩(F1×L1)相等,截面系数Z基于第一抵接部71的中央部分的厚度及气体流路74、74的延设方向(图6A的纸面进深方向)的隔板长度决定。另外,隔板70中,连接部的上下两端部间的长度L1设定为比从抵接部的中央部分到端部的长度L2长。
如图6B所示,当通过弯曲应力σ,第一抵接部71的中央部分以从阴极电极30上浮的方式变形时,在隔板70的第一抵接部71与燃料电池10的阴极电极30之间产生间隙。
燃料电池堆200中的隔板70的第一抵接部71的变形是即使不设置集流网60时也可产生的现象。但是,在隔板70的第一抵接部71与燃料电池10的阴极电极30之间配置有集流网60的情况下,第一抵接部71容易活动,因此,容易产生该第一抵接部71的中央部分的变形。在存在集流网60的情况下,还存在如下问题,当隔板70的第一抵接部71上浮时,随着第一抵接部71的变形,集流网60卷起。
此外,燃料电池堆200中,隔板70的第二抵接部72也可引起同样的现象。
如上所述,在堆积时在隔板70与燃料电池10之间产生间隙时,隔板70与燃料电池10之间的接触电阻增大,集流面积也进一步降低,因此,燃料电池堆200的发电效率恶化。
为了抑制上述的隔板70的第一抵接部71的变形,需要缩小在堆积时产生的第一抵接部71中的弯曲应力σ。如参照式(1)时可知,为了缩小弯曲应力σ,考虑增大由第一抵接部71的截面形状决定的截面系数Z。于是,本实施方式的燃料电池堆100的隔板70以第一抵接部71的截面系数比连接部73的截面系数大的方式构成。通过这样构成隔板70,燃料电池堆100中能够抑制堆积时的隔板70的第一抵接部71的变形。
参照图2说明燃料电池堆100中的隔板70的构成。图2是配置于相邻的两个燃料电池10之间的隔板70的局部剖面图。图2中,省略集流网60的图示。
如图2所示,隔板70由将第一抵接部71的端部和第二抵接部72的端部利用连接部73连接的凹凸状部件进行构成。隔板70中,连接部73的厚度(板厚)tA比第一抵接部71的厚度(板厚)tB薄地形成。第一抵接部71的包含中央部分的主体部的厚度设定为tB,第一抵接部71的左右两端部作为朝向阴极电极侧而变薄的锥形状端部而形成。而且,在第一抵接部71的锥形状端部的靠下侧的位置连接有连接部73。
此外,隔板70通过将原材料板进行冲压成型而制造,特别是通过采用压花加工,能够仅使第一抵接部71比其它部分厚地形成。另外,第二抵接部72形成为与连接部73相同的厚度,但也可以形成为与第一抵接部71相同的厚度。
通过这样使第一抵接部71的厚度tB比连接部73的厚度tA厚,能够使隔板70的第一抵接部71中的截面系数比连接部73的截面系数增大。由此,能够降低在堆积时产生的第一抵接部71的弯曲应力σ。本实施方式中,隔板长度方向的尺寸也与第一抵接部71相同,也与连接部73相同。
接着,参照图3说明堆积时的隔板变形。图3是用于说明堆积时的隔板70的变形的图。图3中省略集流网60的图示。
如图3的中空箭头所示,当对燃料电池堆100输入堆积负载时,隔板70沿燃料电池10的层叠方向被按压,以隔板厚度变薄的方式,第一抵接部71附近的连接部73发生变形。在隔板70中,构成为,第一抵接部71的截面系数比连接部73的截面系数、特别是连接部73的连接部731相对于第一抵接部71的截面系数大地方式构成,所以在堆积时产生的第一抵接部71中的弯曲应力σ变小。因此,在堆积时,如由图3的虚线所示,隔板70的连接部73进行变形,但在第一抵接部71产生的弯曲应力σ较小,因此,即第一抵接部71的弯曲刚性较高,因此,即使连接部73进行了变形,也可抑制该第一抵接部71的变形。
根据上述的第一实施方式的燃料电池堆100,能够得到以下的效果。
燃料电池堆100的隔板70由凹凸状部件构成,该凹凸状部件具有:与相邻的两个燃料电池10的一方的燃料电池10抵接的第一抵接部71、与另一方的燃料电池10抵接的第二抵接部72、将第一抵接部71和第二抵接部72连接的连接部73。隔板70中,第一抵接部71的截面系数比连接部73的截面系数大地构成。更具体而言,以如下方式构成,通过隔板70的第一抵接部71的厚度比连接部73的厚度更厚地形成,由此,使第一抵接部的截面系数比连接部73的截面系数大。
通过这样构成隔板70,能够降低在堆积时产生于第一抵接部71的中央部分的弯曲应力σ。其结果,在堆积时利用第一抵接部71对连接部73作用较高的弯曲应力,因此,弯曲刚性较低的连接部73变形,且即使该连接部73变形,也可抑制第一抵接部71的变形,优选进行避免。因此,即使利用堆积构成燃料电池堆100,也能够抑制隔板70的第一抵接部71与燃料电池10的阴极电极30之间的间隙的形成,使隔板70与燃料电池10密接。由此,能够抑制隔板70与燃料电池10之间的接触电阻的增加,也能够抑制集流面积的降低,因此,能够提高燃料电池堆100的发电效率。
在燃料电池堆100中,在燃料电池10的阴极电极30与隔板70之间配置集流网60(金属多孔体)。即使在这样配置集流网60的情况下,通过以隔板70的第一抵接部71的截面系数比连接部73的截面系数变大的方式构成,也能够抑制堆积时的第一抵接部71的变形。进而,也能够抑制伴随第一抵接部71的变形的集流网60的卷曲(めくれ)的产生。其结果,能够抑制在隔板70与燃料电池10之间的接触电阻的增加及集流面积的降低。
此外,燃料电池堆100的隔板70中,第二抵接部72形成为与连接部73相同的厚度,但也可以形成为与第一抵接部71相同的厚度。在该情况下,隔板70以如下方式构成,第一及第二抵接部71、72的厚度比连接部73的厚度更厚地形成,由此,第一及第二抵接部71、72的截面系数比连接部73的截面系数变大。在这样构成隔板70的情况下,能够降低在堆积时产生于第一及第二抵接部71、72的弯曲应力,能够抑制这些抵接部71、72的变形,并能够抑制隔板70与燃料电池10之间的接触电阻的增加及集流面积的降低。
接着,参照图4及图5说明第一实施方式的变形例的燃料电池堆100的隔板70。图4是表示一个变形例的燃料电池堆100的隔板70的一部分的图,图5是表示另一变形例的燃料电池堆100的隔板70的一部分的图。图4及图5中,省略集流网60的图示。
图2所示的第一实施方式的隔板70中,连接部73连接在第一抵接部71的锥形状端部的靠下侧的位置。另一方面,如图4所示,在一个变形例的隔板70中,连接部73连接在第一抵接部71的锥形状端部的靠上侧的位置。由此,连接部73的连接下端部Q配置于从燃料电池10(阴极电极30)的表面离开的位置。
当这样配置连接部73的连接下端部Q时,在堆积时即使连接部73以由虚线所示那样进行变形,变形后的连接部73也不会与阴极电极30接触。当变形后的连接部73与阴极电极30接触时,第一抵接部71可能以该接触部分为支点进行变形。变形例的隔板70中,变形后的连接部73不会与阴极电极30接触,因此,能够进一步抑制第一抵接部71的变形。另外,在隔板70与燃料电池10的阴极电极30之间设置有集流网60时,能够进一步抑制伴随连接部73的变形的集流网60的卷曲。
另外,如图5所示,在另一变形例的隔板70中,第一抵接部71的端部作为从燃料电池10离开而变薄的锥形状端部而形成,连接部73连接于第一抵接部71的锥形状端部的靠上侧的位置。由此,连接部73的连接下端部Q配置于从燃料电池10(阴极电极30)的表面离开的位置。即使在这样构成隔板70的情况下,也能够得到与图4的变形例相同的效果。
(第二实施方式)
参照图7及图8A说明本发明的第二实施方式的燃料电池堆100。本实施方式的技术思想根据需要能够与第一实施方式的技术思想进行组合。以下的实施方式中,对发挥与第一实施方式相同功能的构成等使用相同的符号,并适当省略重复的说明。
如图7所示,第二实施方式的隔板70中,连接部73包含立起壁部73A和延伸部73B。
隔板70的立起壁部73A是从第一抵接部71的端部向第二抵接部72侧立起的部件。立起壁部73A的下端与第一抵接部71的端部连接,立起壁部73A的上端与延伸部73B的下端连接。
隔板70的延伸部73B是从立起壁部73A的上端沿第一及第二抵接部71、72的排列方向(图中左右方向)延伸,且朝向第二抵接部72的端部并沿燃料电池10的层叠方向(图中上下方向)延伸的部件。延伸部73B将立起壁部73A的上端和第二抵接部72的端部进行连接。图7所示的延伸部73B作为以向阴极气体流路74内突出的方式进行弯曲的部件而形成,但也可以作为从立起壁部73A的上端向第二抵接部72的端部直线性地延伸的部件而形成。
此外,在隔板70中,立起壁部73A的上端以朝向第一抵接部71的中央部分的方式进行倾斜,第一抵接部71的表面与立起壁部73A的第一抵接部侧的表面构成的角度θ设定为90°以下。更优选第一抵接部71的表面与立起壁部73A的第一抵接部侧的表面构成的角度θ设定为比90°小。通过这样设定立起壁部73A与第一抵接部71构成的角度,在堆积时产生于第一抵接部71的中央部分的弯曲应力的方向与第一实施方式不同而变为向下。
参照图8A说明堆积时的隔板变形。图8A是用于说明堆积时的隔板70的变形的图。图8A中省略集流网60的图示。
如图8A的中空箭头所示,当对燃料电池堆100输入堆积负载时,隔板70沿燃料电池10的层叠方向被按压。此时,作用于隔板70的堆积负载的一部分经由连接部73的延伸部73B作用于连接部73的立起壁部73A的上端。通过这样作用的负载,立起壁部73A以其上端向第一抵接部71倾倒的方式变形。另外,通过堆积负载的输入,对连接部73的立起壁部73A的上端作用图中向下的力F3,但隔板70中,第一抵接部71与立起壁部73A构成的角度θ设定为90°以下,因此,作用于第一抵接部71的中央部分的力F4也成为向下方向的力。这样,在堆积时,不会在隔板70的第一抵接部71上产生向上的弯曲应力,该第一抵接部71相对于燃料电池10被按压。
因此,即使在堆积时沿层叠方向被按压隔板70等的情况下,也如由图8A的虚线所示,仅立起壁部73A以该立起壁部73与第一抵接部71的连接部Q为转动中心进行变形,隔板70的第一抵接部71不会进行变形。
根据上述的第二实施方式的燃料电池堆100,能够得到以下的效果。
在燃料电池堆100中,隔板70的连接部73与所述第一抵接部71构成的角度θ设定为90°以下。更具体而言,隔板70的连接部73包含从第一抵接部71立起的立起壁部73A、从立起壁部73A向第二抵接部72延伸的延伸部73B,立起壁部73A与第一抵接部71构成的角度θ设定为90°以下。通过这样构成,在堆积时,对隔板70的第一抵接部71的中央部分作用朝向相邻的燃料电池10侧的力F4,该第一抵接部71相对于燃料电池10被按压。
因此,在堆积时沿层叠方向被按压隔板70等的情况下,通过立起壁部73A以朝向第一抵接部71并向内侧倾倒的方式变形,第一抵接部71不会以从燃料电池10上浮的方式变形。其结果,即使通过堆积构成燃料电池堆100,也不会在隔板70的第一抵接部71与燃料电池10的阴极电极30之间形成间隙,能够使隔板70与燃料电池10密接。由此,能够抑制隔板70与燃料电池10之间的接触电阻的增加,也能够降低集流面积的降低,因此,能够提高燃料电池堆100的发电效率。
此外,第二实施方式的燃料电池堆100中,在燃料电池10的阴极电极30与隔板70之间配置集流网60(金属多孔体)。即使在这样配置集流网60的情况下,通过使用上述构成的隔板70,也能够抑制堆积时的第一抵接部71的变形。进而,也能够抑制伴随第一抵接部71的变形的集流网60的卷曲的产生。
另外,隔板70的连接部73也可以包含从第二抵接部72立起的立起壁部和从该立起壁部向第一抵接部72延伸的延伸部,从第二抵接部72立起的立起壁部与第二抵接部72构成的角度θ设定为90°以下。进而,在同时抑制第一及第二抵接部71、72两者的变形的情况下,隔板70也可以如例如图8B所示,连接部73与第一抵接部71构成的角度θ设定为90°以下(更优选为比90°小的值),连接部73与第二抵接部72构成的角度θ设定为90°以下(更优选为比90°小的值)。进而,隔板70也可以构成为,构成连接部73的下端部的立起壁部与第一抵接部71构成的角度设定为90°以下,构成连接部73的上端部的立起壁部与第二抵接部72构成的角度设定为90°以下,第一抵接部71侧的立起壁部及第二抵接部72侧的立起壁部通过共用的延伸部连结。
另外,第二实施方式的燃料电池堆100的隔板70中,隔板70的板厚一定,但也可以使第一及第二抵接部71、72中的至少第一抵接部71的厚度比连接部73的厚度更厚地形成,如第一实施方式那样,使抵接部的截面系数变大。
(第一及第二实施方式的变形例)
接着,说明本发明的第一及第二实施方式的变形例的燃料电池堆100。图9是表示第一实施方式的一个变形例的燃料电池堆100的图。
图9所示的变形例的燃料电池堆100的隔板70与第一实施方式同样,具备第一抵接部71、第二抵接部72、连接第一及第二抵接部71、72的连接部73。
连接部73包含沿着相对于燃料电池10的层叠方向正交的方向延伸的平坦部73C,以在第一抵接部71及第二抵接部72之间形成台阶。平坦部73C通过如下形成,连接部73的一部分从第一抵接部71侧沿层叠方向延伸后,沿着第一及第二抵接部71、72的排列方向进行折曲,然后朝向第二抵接部72并沿着层叠方向进行折曲。这样,连接部73具备平坦部73C,由此,连接部73的层叠方向截面成为曲柄状。
隔板70成为如下的构造,在连接部73具备平坦部73C,在作用预定以上的负载时,以平坦部73C倾斜的方式变形,由此,能够吸收燃料电池10的层叠方向的负载。
例如,当在隔板的第一及第二抵接部与燃料电池一端抵接的状态等下进行堆积时,一端抵接部分的面压局部变高,可能导致隔板等的损伤。
但是,燃料电池堆100中,当对隔板70作用某程度的负载时,连接部73如图10所示,以平坦部73C倾斜的方式变形,隔板70沿厚度方向收缩,因此,能够抑制在堆积时作用于隔板70的负载的上升。其结果,能够防止堆积时的部件彼此的接触面压局部变高,能够实现接触面压的均匀化。
图9中,说明了在第一实施方式的隔板70的连接部73形成有平坦部73C的情况。但是,也可以在图7所示的第二实施方式的隔板70中形成平坦部73C。在第二实施方式的隔板70设置平坦部73C的情况下,平坦部73C形成于连接部73的延伸部73B的中途。
以上,说明了本发明的实施方式,上述实施方式只不过是表示本发明的应用例的一部分,不是将本发明的技术范围限定于上述实施方式的具体构成的意思。
上述第一及第二实施方式中,燃料电池堆100作为层叠了固体氧化物型燃料电池的层叠电池而构成,但也可以作为层叠了固体高分子型燃料电池的层叠电池而构成。
第一实施方式中,通过使隔板70的抵接部71、72的整体的厚度比连接部73的厚度厚,使抵接部71、72的截面系数增大。但是,抵接部71、72也可以以中央部分的厚度比连接部73的厚度厚的方式,从端部向中央部分连续或阶梯性变厚地形成。
本申请基于2015年12月15日在日本国专利厅提出的特愿2015-244453号主张优先权,该申请的全部内容通过参照编入到本说明书中。

Claims (4)

1.一种燃料电池堆,将利用阳极电极及阴极电极夹持固体电解质板而构成的多个燃料电池经由隔板层叠,其中,
所述隔板由凹凸状部件构成,该凹凸状部件具有:第一抵接部,其与相邻的两个所述燃料电池的一燃料电池抵接;第二抵接部,其与另一燃料电池抵接;连接部,其连接所述第一抵接部和所述第二抵接部,
所述连接部的与所述第一抵接部连接的端部在多个所述燃料电池层叠时向接近所述一燃料电池的方向变形的方式构成,
所述第一抵接部的中央部的厚度比所述端部的厚度更厚地形成,所述第一抵接部的截面系数比所述连接部的截面系数大,
所述端部设置在多个所述燃料电池层叠时即使变形也不会与所述一燃料电池相接的位置,并且,
所述第一抵接部的端部形成为锥形状,所述连接部的端部连接于该锥形状端部的离开所述一燃料电池的位置。
2.如权利要求1所述的燃料电池堆,其中,
所述燃料电池是包含由固体氧化物构成的所述固体电解质板的固体氧化物型燃料电池,还具备金属多孔体,该金属多孔体配置于所述阴极电极与所述第一抵接部之间。
3.如权利要求1或2所述的燃料电池堆,其中,
所述连接部包含平坦部,该平坦部以在所述第一抵接部及所述第二抵接部之间形成台阶的方式沿相对于所述燃料电池的层叠方向正交的方向延伸。
4.一种燃料电池堆,将利用阳极电极及阴极电极夹持固体电解质板而构成的多个燃料电池经由隔板层叠,其中,
所述隔板由凹凸状部件构成,该凹凸状部件具有:第一抵接部,其与相邻的两个所述燃料电池的一燃料电池在所述阴极电极侧抵接;第二抵接部,其与另一燃料电池在所述阳极电极侧抵接;连接部,其连接所述第一抵接部和所述第二抵接部,
所述连接部的与所述第一抵接部连接的端部在多个所述燃料电池层叠时向接近所述一燃料电池的方向变形的方式构成,
所述燃料电池是包含由固体氧化物构成的所述固体电解质板的固体氧化物型燃料电池,还具备金属多孔体,该金属多孔体配置于所述阴极电极与所述第一抵接部之间,
所述第一抵接部的截面系数比所述连接部的截面系数大,
所述端部设置在多个所述燃料电池层叠时即使变形也不会与所述一燃料电池相接的位置,并且,
所述第一抵接部的端部形成为锥形状,所述连接部的端部连接于该锥形状端部的离开所述一燃料电池的位置。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3748751B1 (en) * 2018-01-29 2023-12-06 Nissan Motor Co., Ltd. Cell unit
CN117769776A (zh) * 2021-08-05 2024-03-26 日产自动车株式会社 燃料电池单元及燃料电池单元的制造方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007149478A (ja) * 2005-11-28 2007-06-14 Hitachi Cable Ltd 燃料電池及び金属セパレータとその製造方法並びに金型
JP2012014940A (ja) * 2010-06-30 2012-01-19 Toyota Boshoku Corp 燃料電池用セパレータ
CN103636044A (zh) * 2011-06-28 2014-03-12 日本特殊陶业株式会社 固体氧化物燃料电池和互连器
CN104157893A (zh) * 2013-05-13 2014-11-19 中国科学院大连化学物理研究所 一种多孔金属支撑的低温固体氧化物燃料电池及其制备方法

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2786027B1 (fr) 1998-11-12 2006-04-28 Commissariat Energie Atomique Plaques bipolaires pour pile a combustible et pile a combustible comprenant ces plaques
JP2001035514A (ja) * 1999-07-19 2001-02-09 Tokyo Gas Co Ltd 通電用金属薄板およびそれを用いた固体電解質燃料電池
JP4395952B2 (ja) * 2000-01-14 2010-01-13 トヨタ自動車株式会社 燃料電池セパレータの成形装置および成形方法
JP3541172B2 (ja) 2000-10-04 2004-07-07 本田技研工業株式会社 燃料電池およびそのセパレータ
JP5205814B2 (ja) 2006-08-09 2013-06-05 大同特殊鋼株式会社 燃料電池用金属セパレータおよびこれを用いた燃料電池
JP2008159448A (ja) 2006-12-25 2008-07-10 Shinko Electric Ind Co Ltd 固体酸化物型燃料電池発電装置
JP4400672B2 (ja) 2007-11-08 2010-01-20 トヨタ自動車株式会社 燃料電池用セパレータおよび燃料電池
JP2009152134A (ja) 2007-12-21 2009-07-09 Toyota Motor Corp 燃料電池
JP5271728B2 (ja) * 2009-01-22 2013-08-21 東プレ株式会社 凹凸部が形成された金属薄板の製造方法
JP5381647B2 (ja) 2009-11-26 2014-01-08 トヨタ紡織株式会社 燃料電池用セパレータ及びその製造方法
US9843053B2 (en) * 2010-09-09 2017-12-12 Audi Ag Fuel cell coating
CA2867474C (en) 2012-03-15 2018-02-27 Nissan Motor Co., Ltd. Fuel cell having a support disposed between offset, non-overlapping contact surfaces of ribs
JP2013197075A (ja) 2012-03-23 2013-09-30 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池ユニットとこれを用いた燃料電池スタック
US10270118B2 (en) * 2015-05-25 2019-04-23 Nissan Motor Co., Ltd. Solid oxide fuel cell

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007149478A (ja) * 2005-11-28 2007-06-14 Hitachi Cable Ltd 燃料電池及び金属セパレータとその製造方法並びに金型
JP2012014940A (ja) * 2010-06-30 2012-01-19 Toyota Boshoku Corp 燃料電池用セパレータ
CN103636044A (zh) * 2011-06-28 2014-03-12 日本特殊陶业株式会社 固体氧化物燃料电池和互连器
CN104157893A (zh) * 2013-05-13 2014-11-19 中国科学院大连化学物理研究所 一种多孔金属支撑的低温固体氧化物燃料电池及其制备方法

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