DE112019000044T5 - Zellenstapelvorrichtung - Google Patents

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Makoto Ohmori
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NGK Insulators Ltd
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Abstract

Eine Zellenstapelvorrichtung umfasst eine Brennstoffzelle, einen ersten Separator und ein erstes Verbindungselement. Die Brennstoffzelle umfasst einen Festelektrolyten und eine Kathode, die auf einer Oberfläche des Festelektrolyten vorgesehen ist. Der erste Separator (2) umfasst einen zur Kathode (13) hin vorstehenden Vorsprung (23a). Das erste Verbindungselement (4a) verbindet die Kathode (13) und den ersten Vorsprung (23a). Die Dicke eines ersten Verbindungselements (4a1), das an einem Außenumfangsabschnitt positioniert ist, ist größer als die Dicke eines ersten Verbindungselements (4a2), das in einem zentralen Abschnitt positioniert ist.

Description

  • ZELLENSTAPELVORRICHTUNG
  • Gebiet der Technik
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zellenstapelvorrichtung.
  • Allgemeiner Stand der Technik
  • Es ist eine Zellenstapelvorrichtung bekannt, bei der eine Mehrzahl von Brennstoffzellen alternierend mit einer Mehrzahl von Separatoren angeordnet ist (beispielsweise wird auf die Patentliteratur 1 verwiesen). Eine Brennstoffzelle und ein Separator sind über ein Verbindungselement miteinander verbunden.
  • Liste der Anführungen
  • Patentliteratur
  • Patentliteratur 1: Japanisches Patent Nr. 5280173
  • Kurzdarstellung der Erfindung
  • Durch die Erfindung zu lösendes Problem
  • Es wird bevorzugt, dass durch ein Verbindungselement eine elektrische Verbindung zwischen einer Brennstoffzelle und einem Separator gewährleistet wird. In diesem Zusammenhang besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, die Verbindung zwischen einer Brennstoffzelle und einem Separator zu stabilisieren.
  • Lösung des Problems
  • Eine Zellenstapelvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Brennstoffzelle, einen ersten Separator und ein erstes Verbindungselement. Die Brennstoffzelle umfasst einen Festelektrolyten und eine Kathode, die auf einer Oberfläche des Festelektrolyten vorgesehen ist. Der erste Separator umfasst eine Mehrzahl von Vorsprüngen, die zur Kathode hin vorstehen. Das erste Verbindungselement ist ein Material, das eine Leitfähigkeit aufweist. Das erste Verbindungselement verbindet die Kathode und einen ersten Vorsprung. Die Dicke des ersten Verbindungselements, das an einem Außenumfangsabschnitt positioniert ist, ist größer, als die Dicke des ersten Verbindungselements, das in einem zentralen Abschnitt positioniert ist.
  • Gemäß der obigen Ausgestaltung gewährleistet die große Dicke des ersten Verbindungselements in einem Außenumfangsabschnitt auch bei thermischer Belastung durch eine im Betrieb der Zellenstapelvorrichtung erzeugte Temperaturverteilung oder bei lokaler Beanspruchung durch Verformung der Brennstoffzellen, die Aufrechterhaltung der elektrischen Verbindung an einem Außenumfangsabschnitt zwischen der Kathode und dem ersten Bondelement. Somit kann die Stabilität der Verbindung, die durch das erste Verbindungselement zwischen den Brennstoffzellen und dem ersten Separator erzeugt wird, verbessert werden.
  • Es wird bevorzugt, dass die Brennstoffzelle ferner eine Anode umfasst, die auf einer anderen Oberfläche des Festelektrolyten vorgesehen ist, und die ferner einen zweiten Separator mit einer Mehrzahl von zweiten Vorsprüngen umfasst, die zur Anode hin vorstehen, und ein leitfähiges zweites Verbindungselement, das die Anode und die Mehrzahl der zweiten Vorsprünge verbindet. Die Dicke der zweiten Verbindungselemente, die in einem zentralen Abschnitt positioniert sind, ist größer, als die zweiten Verbindungselemente, die in einem Außenumfangsabschnitt positioniert sind.
  • Gemäß der obigen Ausgestaltung werden die elektrische Verbindung eines Außenumfangsabschnitts in der Kathode, die auf einer Oberfläche des Festelektrolyten vorgesehen ist, und die elektrische Verbindung eines zentralen Abschnitts in der Anode, die auf einer anderen Oberfläche des Festelektrolyten vorgesehen ist, aufrechterhalten. Somit kann die Stabilität der Verbindung zwischen den Brennstoffzellen und dem Separator weiter erhöht werden.
  • Es wird bevorzugt, dass jedes erste Verbindungselement in einem Abstand angeordnet ist.
  • Eine Zellenstapelvorrichtung gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Brennstoffzelle, einen zweiten Separator und ein zweites Verbindungselement. Die Brennstoffzelle umfasst einen Festelektrolyten und eine Anode, die auf einer anderen Oberfläche des Festelektrolyten vorgesehen ist. Der zweite Separator umfasst eine Mehrzahl von Vorsprüngen, die zur Anode hin vorstehen. Das zweite Verbindungselement ist aus einem leitfähigen Material gebildet. Das zweite Verbindungselement verbindet die Anode und einen zweiten Vorsprung. Die Dicke des zweiten Verbindungselements, das an einem zentralen Abschnitt positioniert ist, ist größer, als die Dicke des zweiten Verbindungselements, das in einem Außenumfangsabschnitt positioniert ist.
  • Gemäß der obigen Ausgestaltung gewährleistet die große Dicke des zweiten Verbindungselements in einem zentralen Abschnitt auch bei thermischer Belastung durch eine im Betrieb der Zellenstapelvorrichtung erzeugte Temperaturverteilung oder bei lokaler Beanspruchung durch Verformung der Brennstoffzellen, die Aufrechterhaltung der elektrischen Verbindung an einem zentralen Abschnitt zwischen der Anode und dem zweiten Verbindungselement. Somit kann die Stabilität der Verbindung, die durch das zweite Verbindungselement zwischen den Brennstoffzellen und dem zweiten Separator erzeugt wird, verbessert werden.
  • Es wird bevorzugt, dass jedes zweite Verbindungselement in einem Abstand angeordnet ist.
  • Es wird bevorzugt, dass von dem ersten und dem zweiten Verbindungselement mindestens eines durch eine leitfähige Keramik gebildet ist. Die Dicke des ersten Verbindungselements kann sich von der Dicke des zweiten Verbindungselements unterscheiden.
  • Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung erhöht die Stabilität der Verbindung, die durch ein Verbindungselement zwischen den Brennstoffzellen und einem Separator erzeugt wird.
  • Figurenliste
    • Die 1 ist eine perspektivische Darstellung einer Zellenstapelvorrichtung.
    • Die 2 ist eine Schnittdarstellung einer Zellenstapelvorrichtung.
    • Die 3 ist eine vergrößerte Schnittdarstellung einer Zellenstapelvorrichtung.
    • Die 4 ist eine vergrößerte Schnittdarstellung, welche den Aufbau des Verbindungsabschnitts im Detail veranschaulicht.
    • Die 5 ist eine vergrößerte Schnittdarstellung, die ein abgewandeltes Beispiel eines Verbindungsabschnitts darstellt.
  • Beschreibung der Ausführungsformen
  • Im Folgenden wird eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zellenstapelvorrichtung unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben.
  • Wie die 1 und die 2 zeigen, umfasst die Zellenstapelvorrichtung 100 eine Mehrzahl von Brennstoffzellen 1 und eine Mehrzahl von Separatoren 2. Die Zellenstapelvorrichtung 100 weist eine Struktur auf, in der die Brennstoffzellen 1 alternierend mit Separatoren 2 gestapelt sind, d.h., die Zellenstapelvorrichtung 100 weist eine sogenannte Flachplattenzellenstapelstruktur auf.
  • Brennstoffzelle
  • Wie in der 3 dargestellt, umfasst die Brennstoffzelle 1 einen Festelektrolyten 11, eine Anode 12 und eine Kathode 13. Bei Betrachtung in Draufsicht (entlang der z-Achse betrachtet) haben die Brennstoffzellen 1 eine rechteckige Form. Es ist festzuhalten, dass die Brennstoffzellen 1 als eine Festoxid-Brennstoffzelle ausgebildet sind.
  • Der Festelektrolyt 11 weist die Form einer flachen Platte auf, bei der eine Hauptfläche in Stapelrichtung (in Richtung der z-Achse) ausgerichtet ist. Die Kathode 13 ist auf einer Oberfläche des Festelektrolyten 11 angeordnet. Die Anode 12 ist auf einer anderen Oberfläche des Festelektrolyten 11 angeordnet, d.h. der Festelektrolyt 11 ist sandwichartig zwischen der Kathode 13 und der Anode 12 angeordnet. Es ist festzustellen, dass in dieser Ausführungsform die Anode 12 auf einer Oberseite des Festelektrolyten 11 und die Kathode 13 auf einer Unterseite des Festelektrolyten 11 angeordnet ist.
  • Die Dicke der Brennstoffzelle 1 (Abmessung in Richtung der z-Achse) ist entlang ihrer gesamten Länge im Wesentlichen gleich. Die Dicke der Brennstoffzelle 1 beträgt beispielsweise etwa 110 bis 2100 µm. Die vorliegende Ausführungsform offenbart, dass die Anode 12 sowohl dicker als der Festelektrolyt 11, als auch dicker als die Kathode 13 ist. Die Anode 12 ist somit dazu ausgebildet, den Festelektrolyten 11 und die Kathode 13 zu tragen.
  • Insbesondere kann die Dicke der Anode 12 auf 50 bis 2000 µm ausgelegt sein, die Dicke des Festkörperelektrolyten 11 kann auf 1 bis 50 µm ausgelegt sein und die Dicke der Kathode 13 kann auf 50 bis 200 µm ausgelegt sein.
  • Der Festelektrolyt 11 ist beispielsweise durch ein dichtes Material gebildet, das YSZ enthält. Die Anode 12 ist beispielsweise durch ein poröses Material gebildet, das Ni und YSZ enthält. Die Kathode 13 ist beispielsweise durch ein poröses Material gebildet, das LSM (La (Sr) MnO3: Lanthan-Strontium-Magnetit) enthält. Die Porosität der Anode 12 kann auf etwa 15 bis 55%, die Porosität des Festelektrolyten 11 auf etwa 0 bis 10%, und die Porosität der Kathode 13 auf etwa 15 bis 55% ausgelegt sein. Der Wärmeausdehnungskoeffizient der Anode 12 kann auf 11 bis 13 ppm/K ausgelegt sein, der Wärmeausdehnungskoeffizient des Festkörperelektrolyten 11 kann auf 9 bis 11 ppm/K ausgelegt sein, und der Wärmeausdehnungskoeffizient der Kathode 13 kann auf 11 bis 17 ppm/K ausgelegt sein.
  • Separator
  • Wie die 2 und die 3 zeigen, ist der Separator 2 der Brennstoffzelle 1 zugewandt angeordnet. Wenn eine Brennstoffzelle 1 als in der Mitte liegend betrachtet wird, wird der Separator, der auf einer Seite der Zelle 1 vorgesehen ist, als der erste Separator und der Separator, der auf der anderen Seite der Zelle 1 vorgesehen ist, als der zweite Separator bezeichnet. Der erste Separator 2 umfasst einen flachen Plattenabschnitt 21, ein Paar von Rahmenabschnitten 22 und einen ersten Vorsprung 23. Der flache Plattenabschnitt 21 und das Paar von Rahmenabschnitten 22 sind einstückig ausgebildet. Es wird darauf hingewiesen, dass der flache Plattenabschnitt 21 und das Paar von Rahmenabschnitten 22 durch separate Elemente gebildet sein können. In der Draufsicht (in Richtung der z-Achse betrachtet) entspricht die Form des ersten Separators 2 im Wesentlichen der Form der Brennstoffzelle 1. Es sei darauf hingewiesen, dass ein oberer Separator 2a, der an einem oberen Ende der Zellenstapelvorrichtung 100 angeordnet ist, und ein unterer Separator 2b, der an einem unteren Ende angeordnet ist, einen einzigen Rahmenabschnitt 22 und nicht ein Paar umfassen können.
  • Der Rahmenabschnitt 22 ist entlang des gesamten Umfangs des umlaufenden Randabschnitts des flachen Plattenabschnitts 21 angeordnet. Der Rahmenabschnitt 22 ist kreisförmig ausgebildet. Der Rahmenabschnitt 22 ist dazu ausgelegt, jeweils von beiden Seiten des Flachplattenabschnitts 22 in Stapelrichtung (Richtung der z-Achse) vorzustehen, d.h. jeder Rahmenabschnitt 22 steht in Richtung benachbarter Brennstoffzellen 1 vor. In der vorliegenden Ausführungsform steht jeder Rahmenabschnitt 22 nach oben oder nach unten vor.
  • Es sei angemerkt, dass, obwohl der obere Separator 2a, der am oberen Ende der Zellenstapelvorrichtung 100 angeordnet ist, einen nach unten vorstehenden Rahmenabschnitt 22 umfasst, der nach oben vorstehende Rahmenabschnitt entfällt. Andererseits umfasst der untere Separator 2b, der am unteren Ende der Zellenstapelvorrichtung 100 angeordnet ist, einen nach oben vorstehenden Rahmenabschnitt 22, und der nach unten vorstehende Rahmenabschnitt entfällt.
  • Der Rahmenabschnitt 22 des ersten Separators 2 drückt auf den umlaufenden Randabschnitt der Zelle 1. Der Rahmenabschnitt 22 und die Zelle 1 des ersten Separators 2 sind beispielsweise durch ein drittes Verbindungselement 5 (Glasmaterial oder dergleichen verbunden).
  • Ein erster vorstehender Abschnitt 23a steht von dem flachen Plattenabschnitt 21 zur Kathode 13 hin vor. Der erste vorstehende Abschnitt 23a ist dazu eingerichtet, die Brennstoffzelle 1 und den flachen Plattenabschnitt 21 elektrisch zu verbinden. Der erste vorstehende Abschnitt 23a und der flache Plattenabschnitt 21 sind durch ein einziges Element gebildet. Es sei angemerkt, dass der erste vorstehende Abschnitt 23a und der flache Plattenabschnitt 21 durch separate Elemente gebildet sein können.
  • Durch den ebenen Plattenabschnitt 21, den Rahmenabschnitt 22 und den ersten hervorstehenden Abschnitt 23a ist ein Gaskanal 24 definiert. Eine Tiefe d des Gaskanals 24 beträgt beispielsweise etwa 0,1 bis 5 mm. Der Gaskanal 24 ist der Brennstoffzelle 1 zugewandt. Der der Kathode 13 der Brennstoffzelle 1 zugewandte Gaskanal 24 wird mit Brenngas versorgt.
  • Es sind mehrere erste Vorsprünge 23a vorgesehen. Jeder Vorsprung 23a ist in einem Abstand angeordnet. Beispielsweise ist jeder Vorsprung 23a in Richtung der x-Achse beabstandet angeordnet und erstreckt sich in Richtung der y-Achse.
  • Wie in der 4 dargestellt, ist beispielsweise die Dicke t1 des ersten Vorsprungs 23a vorzugsweise auf etwa 1,0 bis 5,0 mm ausgelegt. Es ist zu beachten, dass sich die Dicke t1 des ersten Vorsprungs 23a auf die Abmessung des ersten Vorsprungs 23a in Stapelrichtung (Richtung der z-Achse) bezieht.
  • Der Separator 2 ist durch eine hitzebeständige Legierung auf Ni-Basis (z.B. ferritbasiertes SUS, Inconel 600 und Hastelloy oder dergleichen) gebildet. Der Wärmeausdehnungskoeffizient des Separators 2 kann beispielsweise so ausgelegt werden, dass er 11 bis 14 ppm/K beträgt.
  • Der zweite Separator umfasst einen zweiten Vorsprung 23b, der zur Anode 12 hin vorsteht. Der zweite Separator ist in gleicher Weise wie der erste Separator ausgebildet und daher wird auf die Beschreibung verzichtet.
  • Verbindungselement
  • Die Zellenstapelvorrichtung 100 umfasst ferner ein Verbindungselement, das die Brennstoffzelle 1 und den Separator 2 verbindet. Das Verbindungselement umfasst ein erstes Verbindungselement 4a und ein zweites Verbindungselement 4b. Das erste Verbindungselement 4a verbindet die Kathode 13 und den ersten Vorsprung 23a. Das zweite Verbindungselement 4b verbindet die Anode 12 und einen zweiten Vorsprung 23b. Es sind mehrere erste Verbindungselemente 4a und zweite Verbindungselemente 4b vorgesehen. Beispielsweise ist jedes Verbindungselement 4a und 4b in Richtung der x-Achse in einem Abstand angeordnet.
  • Wie in der 3 dargestellt, ist eine Dicke t2 des ersten Verbindungselements 4a1, das an einem Außenumfang der Brennstoffzelle 1 positioniert ist, größer als eine Dicke t2 des ersten Verbindungselements 4a2, das in einem zentralen Abschnitt der Brennstoffzelle 1 positioniert ist. Eine Dicke t2 jedes ersten Verbindungselements 4a nimmt vorzugsweise von der Mitte zum Außenumfangsrand hin allmählich zu.
  • Die Dicke t2 des ersten Verbindungselements 4a1 des Außenumfangsabschnitts ist vorzugsweise so ausgelegt, dass sie beispielsweise etwa 0,1 bis 0,5 mm beträgt. Eine Dicke t2 des ersten Verbindungselements 4a2 in einem zentralen Abschnitt ist vorzugsweise beispielsweise so ausgelegt, dass sie etwa 0,05 bis 0,3 mm beträgt. Ein Verhältnis der Dicke des ersten Verbindungselements 4a2 des zentralen Abschnitts zur Dicke des ersten Verbindungselements 4a1 des Außenumfangs ist vorzugsweise so ausgelegt, dass es beispielsweise etwa 0,3 bis 0,9 beträgt.
  • Die Dicke t4 des zweiten Verbindungselements 4b2, das an einem zentralen Abschnitt positioniert ist, ist größer, als die Dicke t4 des zweiten Verbindungselements 4b1, das an einem Außenumfangsabschnitt positioniert ist. Eine Dicke t4 jedes zweiten Verbindungselements 4b nimmt vorzugsweise vom Außenumfangsrand zur Mitte hin allmählich zu.
  • Die Dicke t4 des zweiten Verbindungselements 4b1 des Außenumfangsabschnitts ist vorzugsweise so ausgelegt, dass sie beispielsweise etwa 0,05 bis 0,3 mm beträgt. Eine Dicke t4 des zweiten Verbindungselements 4b2 in einem zentralen Abschnitt ist vorzugsweise beispielsweise so ausgelegt, dass sie etwa 0,1 bis 0,5 mm beträgt. Ein Verhältnis der Dicke des zweiten Verbindungselements 4b2 des Außenumfangsabschnitts zur Dicke des zweiten Verbindungselements 4b1 des zentralen Abschnitts ist vorzugsweise so ausgelegt, dass es beispielsweise etwa 0,3 bis 0,9 beträgt.
  • Die Verbindungselemente 4a1 und 4b1, die an einem Außenumfangsabschnitt positioniert sind, bezeichnen Verbindungselemente, die sich in einer Ausdehnungsrichtung (Richtung der x-Achse) der Brennstoffzelle in einer Schicht in der zum Außenumfangsrand nächstgelegenen Position befinden. Die Verbindungselemente 4a2 und 4b2, die in einem zentralen Abschnitt positioniert sind, bezeichnen Verbindungselemente, die sich in einer Ausdehnungsrichtung (Richtung der x-Achse) der Brennstoffzelle in einer Schicht in der zum Zentrum nächstgelegenen Position befinden.
  • Die Dicke t4 des ersten Verbindungselements 4a und des zweiten Verbindungselements 4b kann gleich oder unterschiedlich sein. In diesem Zusammenhang bezeichnen die Dicke t2 des ersten Verbindungselements 4a und die Dicke t4 des zweiten Verbindungselements 4b die Abmessungen jedes Verbindungselements 4a bzw. 4b in Stapelrichtung (Richtung der z-Achse). Insbesondere werden zu jedem Verbindungselement 4a und 4b ein Mittelwert für die Dicke der Verbindungselemente 4a2 und 4b2 des zentralen Abschnitts und ein Mittelwert für die Dicke der Verbindungselemente 4a1 und 4b1 des Außenumfangsabschnitts bei Betrachtung in einem Querschnitt, der die Zellenstapeleinrichtung in einer senkrechten Ebene kreuzt, die sich in Stapelrichtung erstreckt und durch jedes Verbindungselement 4a und 4b hindurchgeht, berechnet. Es sei angemerkt, dass die Dicke jedes Verbindungselements 4a und 4b in dem Abschnitt jedes Verbindungselements 4a und 4b, der von dem ersten und dem zweiten vorstehenden Abschnitt 23a und 23b nach außen hin absteht, nicht berücksichtigt wird. Ferner wird bei der Berechnung des Mittelwerts die Dicke der jeweiligen Verbindungselemente 4a und 4b dann nicht berücksichtigt, wenn das Verbinden fehlgeschlagen ist, oder nicht vollständig erfolgt ist.
  • Das erste Verbindungselement 4a ist mit der gesamten Oberfläche der zur Brennstoffzelle 1 gewandten Seite des ersten Vorsprungs 23a verbunden. Die Kontaktfläche des ersten Verbindungselements 4a und des ersten Vorsprungs 23a und die Kontaktfläche des zweiten Verbindungselements 4b und des zweiten Vorsprungs 23b betragen vorzugsweise etwa 1 bis 50 mm2. Es sei angemerkt, dass, wenn die Vorsprünge 23a und 23b durch eine Mehrzahl von Elementen gebildet sind, bevorzugt wird, dass die jeweilige Kontaktfläche jedes Vorsprungs 23a und 23b und jedes Verbindungselements 4a und 4b innerhalb der oben beschriebenen Bereiche liegt. Ein Abschnitt kann jedoch außerhalb dieser Bereiche liegen.
  • Das erste Verbindungselement 4a und das zweite Verbindungselement 4b sind durch ein leitfähiges Material gebildet und sind durch eine (Mn,Co)3O4-basierte leitfähige Keramik oder ein Edelmetall gebildet. Insbesondere sind das erste Verbindungselement 4a und das zweite Verbindungselement 4b durch mindestens ein Material gebildet, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die (Mn,Co)3O4, (La,Sr)(Co,Fe)O3, Pt und Ag oder dergleichen umfasst. Das mit der Anode 12 verbundene erste Verbindungselement 4a besteht vorzugsweise aus einem Ni enthaltenden Material. Das mit der Kathode 13 verbundene zweite Verbindungselement 4b ist vorzugsweise aus einer leitfähigen Keramik gebildet.
  • Die wie oben beschrieben ausgelegte Zellenstapelvorrichtung 100 erzeugt elektrische Energie wie folgt. Brenngas (Wasserstoffgas oder dergleichen) strömt in den der Anode 12 zugewandten Gaskanal 24 ein und Luft strömt in den der Kathode 13 zugewandten Gaskanal 24 ein. Wenn die Zellenstapelvorrichtung 100 mit einer externen Last verbunden wird, kommt es an der Kathode 13 zu einer elektrochemischen Reaktion, wie durch die folgende Formel (1) dargestellt, und an der Anode 12 zu einer elektrochemischen Reaktion, wie durch die folgende Formel (2) dargestellt, und es entsteht ein Stromfluss. (1/2) · O2 + 2e- → O2- (1) H2 + O2- →H2O + 2e- (2)
  • Herstellungsverfahren
  • Als Nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung der wie oben beschrieben ausgelegten zellkeramischen Vorrichtung 100 beschrieben. Zunächst wird eine Grünfolie für die Anode 12 der Brennstoffzelle 1 gebildet. Anschließend wird die Grünfolie mittels Siebdruckverfahren oder dergleichen mit einer Elektrolytpaste beschichtet und zu einem gebrannten Körper gebrannt. Anschließend wird durch Siebdrucken oder dergleichen eine Kathodenpaste auf den gebrannten Körper aufgebracht und gebrannt. Dadurch wird die Brennstoffzelle 1 gebildet.
  • Der Separator 2 wird beispielsweise durch das Ausführen eines Schneid- und Druckbehandlungsschrittes oder dergleichen auf einer dünnen Platte aus einer hitzebeständigen Legierung auf Ni-Basis oder einer hitzebeständigen Legierung auf Fe-Cr-Basis gebildet.
  • Anschließend wird die fertige Brennstoffzelle 1 mit einem Separator 2 alternierend gestapelt. Es wird darauf hingewiesen, dass das erste Verbindungselement 4a auf eine der Kathode 13 zugewandte Oberfläche im ersten Vorsprung 23a des Separators 2 beschichtet wird und das zweite Verbindungselement 4b auf eine der Anode 12 zugewandte Oberfläche im zweiten Vorsprung 23b des Separators 2. In diesem Schritt werden die jeweiligen ersten Verbindungselemente 4a beschichtet, um dadurch die Dicke des zentralen Abschnitts zu reduzieren und die Dicke des Außenumfangsabschnitts zu erhöhen. Ferner werden die jeweiligen zweiten Verbindungselemente 4b beschichtet, um dadurch die Dicke des zentralen Abschnitts zu erhöhen und die Dicke des Außenumfangsabschnitts zu reduzieren.
  • In Bezug auf diesen Stapelkörper wird eine Wärmebehandlung durchgeführt. Beispielsweise beträgt die Wärmebehandlungstemperatur 800 bis 1100 Grad C. Die Wärmebehandlungszeit kann 1 bis 10 Stunden betragen. Infolgedessen wird der Stapelkörper durch Aushärten der jeweiligen Verbindungselemente integriert, um dadurch die Zellenstapelvorrichtung 100 gemäß 1 fertigzustellen.
  • Abgewandelte Beispiele
  • Obwohl vorstehend eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die obige Ausführungsform beschränkt, und in einem Umfang, der nicht von dem Geist der Erfindung abweicht, sind verschiedene Abwandlungen möglich. Beispielsweise sind in der obigen Ausführungsform 6 erste und zweite Vorsprünge 23a und 23b in den jeweiligen Gaskanälen 24 angeordnet, in den jeweiligen Gaskanälen 24 können jedoch auch nur 2 Vorsprünge 23a und 23b angeordnet sein. Obwohl ferner in der vorstehenden Ausführungsform in den jeweiligen Gaskanälen 24 mehrere erste und zweite Vorsprünge 23a und 23b in Richtung der x-Achse und in Richtung der y-Achse angeordnet sind, können diese auch nur in Richtung der x-Achse oder in Richtung der y-Achse angeordnet sein.
  • Ferner kann der erste Vorsprung 23a zur Anode 12 hin vorstehen und der zweite Vorsprung 23b kann zur Kathode 13 hin vorstehen.
  • Außerdem können der erste Vorsprung 23a und der zweite Vorsprung 23b durch eine Mehrzahl von Stapelelementen gebildet sein. Beispielsweise kann der zweite Vorsprung 23b, wie in der 5 gezeigt, durch ein Stromsammelelement 231 und ein viertes Verbindungselement 232 gebildet sein.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    BRENNSTOFFZELLE
    2
    SEPARATOR
    4a
    ERSTES VERBINDUNGSELEMENT
    4b
    ZWEITES VERBINDUNGSELEMENT
    100
    ZELLENSTAPELVORRICHTUNG
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 5280173 [0003]

Claims (6)

  1. Eine Zellenstapelvorrichtung, umfassend: eine Brennstoffzelle mit einem Festelektrolyten und einer Kathode, die auf einer Oberfläche des Festelektrolyten vorgesehen ist, einen ersten Separator mit einer Mehrzahl von ersten Vorsprüngen, der zur Kathode hin vorsteht, und ein leitfähiges erstes Verbindungselement, das die Kathode und die Mehrzahl der ersten Vorsprünge verbindet, wobei: die Dicke des ersten Verbindungselements, das an einem Außenumfangsabschnitt positioniert ist, größer ist, als die Dicke des ersten Verbindungselements, das in einem zentralen Abschnitt positioniert ist.
  2. Zellenstapelvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Brennstoffzelle ferner eine Anode umfasst, die auf einer anderen Oberfläche des Festelektrolyten vorgesehen ist, und wobei die Zellenstapelvorrichtung ferner Folgendes umfasst: einen zweiten Separator mit einer Mehrzahl von zweiten Vorsprüngen, die zur Anode hin vorstehen, und ein leitfähiges zweites Verbindungselement, das die Anode und die Mehrzahl der zweiten Vorsprünge verbindet, und wobei: eine Dicke des zweiten Verbindungselements, das in einem zentralen Abschnitt positioniert ist, größer ist, als eine Dicke des zweiten Verbindungselements, das in einem Außenumfangsabschnitt positioniert ist.
  3. Zellenstapelvorrichtung nach Anspruch 2, wobei von dem ersten und dem zweiten Verbindungselement mindestens eines durch eine leitfähige Keramik gebildet ist.
  4. Zellenstapelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei jedes der ersten Verbindungselemente in einem Abstand angeordnet ist.
  5. Eine Zellenstapelvorrichtung, umfassend: eine Brennstoffzelle mit einem Festelektrolyten und einer Anode, die auf einer anderen Oberfläche des Festelektrolyten vorgesehen ist, einen zweiten Separator mit einer Mehrzahl von zweiten Vorsprüngen, der zur Anode hin vorsteht, und ein leitfähiges zweites Verbindungselement, das die Anode und die Mehrzahl der zweiten Vorsprünge verbindet, wobei: eine Dicke des zweiten Verbindungselements, das in einem zentralen Abschnitt positioniert ist, größer ist, als eine Dicke des zweiten Verbindungselements, das in einem Außenumfangsabschnitt positioniert ist.
  6. Zellenstapelvorrichtung nach Anspruch 5, wobei jedes der zweiten Verbindungselemente in einem Abstand angeordnet ist.
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