JP2002231276A - 燃料電池 - Google Patents
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Abstract
(57)【要約】
【課題】導電部材の電気抵抗を小さくできるとともに、
導電部材の燃料ガスの透過率を大きくでき、さらにはイ
ンターコネクタと燃料極等との電気的なショートを防止
できる燃料電池を提供する。 【解決手段】一方の燃料電池セル１ｂのインターコネク
タ５と他方の燃料電池セル１ａの燃料極４とを電気的に
接続する導電部材１０が、密度の異なる二層以上からな
るとともに、インターコネクタ５に当接する第１導電部
材１０ａの密度が、燃料極４に当接する第２導電部材１
０ｂの密度よりも高いことを特徴とする。
導電部材の燃料ガスの透過率を大きくでき、さらにはイ
ンターコネクタと燃料極等との電気的なショートを防止
できる燃料電池を提供する。 【解決手段】一方の燃料電池セル１ｂのインターコネク
タ５と他方の燃料電池セル１ａの燃料極４とを電気的に
接続する導電部材１０が、密度の異なる二層以上からな
るとともに、インターコネクタ５に当接する第１導電部
材１０ａの密度が、燃料極４に当接する第２導電部材１
０ｂの密度よりも高いことを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池に係わ
り、特に、複数の固体電解質燃料電池セルを電気的に接
続する際の導電部材を改良した燃料電池に関する。
り、特に、複数の固体電解質燃料電池セルを電気的に接
続する際の導電部材を改良した燃料電池に関する。
【０００２】
【従来技術】図１は、円筒型の固体電解質型燃料電池セ
ルを示すもので、円筒型燃料電池セル１は、例えば、Ｌ
ａＭｎＯ3系空気極２の支持管に、Ｙ2Ｏ3安定化ＺｒＯ2
からなる固体電解質３と、ＬａＣｒＯ3系よりなるイン
ターコネクタ５の緻密質な膜を形成し、固体電解質３の
上面にＮｉ−ジルコニア系の燃料極４を設けて形成され
ている。
ルを示すもので、円筒型燃料電池セル１は、例えば、Ｌ
ａＭｎＯ3系空気極２の支持管に、Ｙ2Ｏ3安定化ＺｒＯ2
からなる固体電解質３と、ＬａＣｒＯ3系よりなるイン
ターコネクタ５の緻密質な膜を形成し、固体電解質３の
上面にＮｉ−ジルコニア系の燃料極４を設けて形成され
ている。
【０００３】そして、燃料電池セル１は、図２に示すよ
うに、上下方向の燃料電池セル１同士が導電部材１０を
介することにより接続され、図２における左右方向に隣
接する燃料電池セル１の燃料極４同士が導電部材１3を
介することにより電気的に接続されている。
うに、上下方向の燃料電池セル１同士が導電部材１０を
介することにより接続され、図２における左右方向に隣
接する燃料電池セル１の燃料極４同士が導電部材１3を
介することにより電気的に接続されている。
【０００４】即ち、図２における上下方向の燃料電池セ
ル１同士は、上に位置する燃料電池セル１の燃料極４
と、下に位置する燃料電池セル１のインターコネクタ５
との間に、Ｎｉを主成分とする金属繊維の集合体からな
る導電部材１０が配置され、この導電部材１０により、
上に位置する燃料電池セル１の燃料極４と、下に位置す
る燃料電池セル１のインターコネクタ５とが電気的に導
通している。
ル１同士は、上に位置する燃料電池セル１の燃料極４
と、下に位置する燃料電池セル１のインターコネクタ５
との間に、Ｎｉを主成分とする金属繊維の集合体からな
る導電部材１０が配置され、この導電部材１０により、
上に位置する燃料電池セル１の燃料極４と、下に位置す
る燃料電池セル１のインターコネクタ５とが電気的に導
通している。
【０００５】導電部材１０、１３は、燃料電池セル１相
互間の電気的な導通と、燃料電池セル１相互間の機械的
な応力緩和にある。このため、導電部材１０、１３は、
ガスの透過性があり、弾力性のある金属繊維の集合体が
用いられている。また導電部材１０、１３の金属繊維の
材料としては、雰囲気が水素雰囲気から発電によって生
じた水蒸気を含む雰囲気まで安定であるという理由か
ら、Ｎｉ金属が利用されている。
互間の電気的な導通と、燃料電池セル１相互間の機械的
な応力緩和にある。このため、導電部材１０、１３は、
ガスの透過性があり、弾力性のある金属繊維の集合体が
用いられている。また導電部材１０、１３の金属繊維の
材料としては、雰囲気が水素雰囲気から発電によって生
じた水蒸気を含む雰囲気まで安定であるという理由か
ら、Ｎｉ金属が利用されている。
【０００６】燃料電池は、図２に示すような燃料電池セ
ル１同士が電気的に接続されたスタックを作製し、これ
らを複数組み合わせるとともに、その集合体の両端（正
極側および負極側）に集電部材（図示せず）を配置して
構成される。燃料電池は、燃料電池セル１の空気極２側
に酸素を含有するガス、たとえば空気を流し、燃料極４
側に燃料、例えば水素を流しながら、１０００℃近傍の
温度で発電する。
ル１同士が電気的に接続されたスタックを作製し、これ
らを複数組み合わせるとともに、その集合体の両端（正
極側および負極側）に集電部材（図示せず）を配置して
構成される。燃料電池は、燃料電池セル１の空気極２側
に酸素を含有するガス、たとえば空気を流し、燃料極４
側に燃料、例えば水素を流しながら、１０００℃近傍の
温度で発電する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】導電部材１０、１３
は、セル間の電気的な導通を行うことが一つの役割であ
るため、導電部材１０、１３の電気抵抗による損失は小
さい方がよく、本来なら緻密質であることが望まれる。
一方、発電時においては燃料極に十分な水素ガスを効率
よく供給しなければならず、導電部材１０、１３は水素
ガスが十分に透過できるように、ポーラスであることが
望まれる。このように相反する要求のため、スタック化
した場合には、燃料電池セルの性能を十分に発揮できな
いという問題があった。
は、セル間の電気的な導通を行うことが一つの役割であ
るため、導電部材１０、１３の電気抵抗による損失は小
さい方がよく、本来なら緻密質であることが望まれる。
一方、発電時においては燃料極に十分な水素ガスを効率
よく供給しなければならず、導電部材１０、１３は水素
ガスが十分に透過できるように、ポーラスであることが
望まれる。このように相反する要求のため、スタック化
した場合には、燃料電池セルの性能を十分に発揮できな
いという問題があった。
【０００８】また、導電部材１０、１３は金属繊維を主
成分としているため変形しやすく、インターコネクタ５
と当接している導電部材１０が変形し、変形した導電部
材１０が同一セルの燃料極と接触し、インターコネクタ
５と燃料極４とが電気的にショートするという問題があ
った。
成分としているため変形しやすく、インターコネクタ５
と当接している導電部材１０が変形し、変形した導電部
材１０が同一セルの燃料極と接触し、インターコネクタ
５と燃料極４とが電気的にショートするという問題があ
った。
【０００９】本発明は、導電部材の電気抵抗を小さくで
きるとともに、導電部材の燃料ガスの透過率を大きくで
き、さらにはインターコネクタと燃料極等との電気的な
ショートを防止できる燃料電池を提供することを目的と
する。
きるとともに、導電部材の燃料ガスの透過率を大きくで
き、さらにはインターコネクタと燃料極等との電気的な
ショートを防止できる燃料電池を提供することを目的と
する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の燃料電池は、円
筒状の固体電解質の片面に空気極を、他面に燃料極を形
成してなり、前記空気極または前記燃料極に電気的に接
続されるインターコネクタを有する複数の燃料電池セル
と、一方の燃料電池セルのインターコネクタと他方の燃
料電池セルの前記空気極または前記燃料極とを電気的に
接続する導電部材とを具備してなる燃料電池において、
前記導電部材が密度の異なる二層以上からなるととも
に、前記インターコネクタに当接する第１導電部材の密
度が、前記空気極または前記燃料極に当接する第２導電
部材の密度よりも高いことを特徴とする。
筒状の固体電解質の片面に空気極を、他面に燃料極を形
成してなり、前記空気極または前記燃料極に電気的に接
続されるインターコネクタを有する複数の燃料電池セル
と、一方の燃料電池セルのインターコネクタと他方の燃
料電池セルの前記空気極または前記燃料極とを電気的に
接続する導電部材とを具備してなる燃料電池において、
前記導電部材が密度の異なる二層以上からなるととも
に、前記インターコネクタに当接する第１導電部材の密
度が、前記空気極または前記燃料極に当接する第２導電
部材の密度よりも高いことを特徴とする。
【００１１】燃料電池セルをスタック化する上で最も重
要なことは、セル間を電気的な損失がなく接続すること
である。そのために導電部材にはそれ自身の電気抵抗が
小さいことと、セル間の接続界面において接触抵抗が小
さいことが要求される。導電部材の電気抵抗を小さくす
るためには、抵抗率の小さい緻密質な部材を用いるべき
である。
要なことは、セル間を電気的な損失がなく接続すること
である。そのために導電部材にはそれ自身の電気抵抗が
小さいことと、セル間の接続界面において接触抵抗が小
さいことが要求される。導電部材の電気抵抗を小さくす
るためには、抵抗率の小さい緻密質な部材を用いるべき
である。
【００１２】しかしながら、燃料電池セルでは燃料ガス
の固体電解質への供給がその性能を大きく左右するの
で、空気極や燃料極を介して固体電解質に供給される燃
料ガスの透過を遮断してはならない。また、燃料電池セ
ル間の応力緩和のために、導電部材は弾力性を有してい
なければならない。
の固体電解質への供給がその性能を大きく左右するの
で、空気極や燃料極を介して固体電解質に供給される燃
料ガスの透過を遮断してはならない。また、燃料電池セ
ル間の応力緩和のために、導電部材は弾力性を有してい
なければならない。
【００１３】本発明では、導電部材が密度の異なる二層
以上からなり、インターコネクタに当接する第１導電部
材の密度を、空気極または燃料極に当接する第２導電部
材の密度よりも高くしたので、導電部材の電気抵抗によ
る出力低下と燃料ガスの不透過による出力低下を最小限
に抑制できる。
以上からなり、インターコネクタに当接する第１導電部
材の密度を、空気極または燃料極に当接する第２導電部
材の密度よりも高くしたので、導電部材の電気抵抗によ
る出力低下と燃料ガスの不透過による出力低下を最小限
に抑制できる。
【００１４】即ち、密度の低い第２導電部材を空気極ま
たは燃料極に当接させたので、燃料ガス（空気または水
素ガス）が第２導電部材を透過して空気極または燃料極
内に十分に侵入することができ、これにより、この第２
導電部材に当接する空気極または燃料極を介して十分な
燃料ガスを供給できる。また、空気極または燃料極側の
第２導電部材の密度が低いために変形しやすく、空気極
または燃料極との接触面積が大きくなり電気抵抗による
出力低下を抑えることができる。
たは燃料極に当接させたので、燃料ガス（空気または水
素ガス）が第２導電部材を透過して空気極または燃料極
内に十分に侵入することができ、これにより、この第２
導電部材に当接する空気極または燃料極を介して十分な
燃料ガスを供給できる。また、空気極または燃料極側の
第２導電部材の密度が低いために変形しやすく、空気極
または燃料極との接触面積が大きくなり電気抵抗による
出力低下を抑えることができる。
【００１５】また、第２導電部材よりも密度の高い第１
導電部材をインターコネクタに当接させたので、第１導
電部材の変形を抑制でき、この第１導電部材が変形して
同一セルの燃料極に接触することを抑制できるととも
に、密度が小さい導電部材のみを用いた場合と比較し
て、導電部材の電気抵抗による損失を小さくできる。
導電部材をインターコネクタに当接させたので、第１導
電部材の変形を抑制でき、この第１導電部材が変形して
同一セルの燃料極に接触することを抑制できるととも
に、密度が小さい導電部材のみを用いた場合と比較し
て、導電部材の電気抵抗による損失を小さくできる。
【００１６】また、本発明では、第１導電部材および第
２導電部材は、Ｎｉを主成分とする金属繊維の集合体か
らなることが望ましい。弾力性のある金属繊維の集合体
を用いることにより、燃料電池セル相互間の機械的な応
力を緩和できるとともに、ガスの透過性を向上でき、ま
た、Ｎｉを用いることにより、雰囲気が水素雰囲気から
発電によって生じた水蒸気を含む雰囲気まで安定である
ため、高温という環境下でも耐久性に優れる。
２導電部材は、Ｎｉを主成分とする金属繊維の集合体か
らなることが望ましい。弾力性のある金属繊維の集合体
を用いることにより、燃料電池セル相互間の機械的な応
力を緩和できるとともに、ガスの透過性を向上でき、ま
た、Ｎｉを用いることにより、雰囲気が水素雰囲気から
発電によって生じた水蒸気を含む雰囲気まで安定である
ため、高温という環境下でも耐久性に優れる。
【００１７】さらに、本発明では、第１導電部材と第２
導電部材の間には、Ｎｉを主成分とする金属板が配置さ
れていることが望ましい。これにより、燃料ガスの不透
過による出力低下を最小限に抑制できるとともに、電気
抵抗の小さい金属板が介装されているため導電部材全体
の電気抵抗を抑えて、導電部材の電気抵抗による出力低
下をさらに抑制できる。さらに、第１導電部材、第２導
電部材、金属板が一体となっているため、インターコネ
クタ側の第１導電部材の変形をさらに抑制でき、第１導
電部材が同一セルの燃料極とショートすることもない。
導電部材の間には、Ｎｉを主成分とする金属板が配置さ
れていることが望ましい。これにより、燃料ガスの不透
過による出力低下を最小限に抑制できるとともに、電気
抵抗の小さい金属板が介装されているため導電部材全体
の電気抵抗を抑えて、導電部材の電気抵抗による出力低
下をさらに抑制できる。さらに、第１導電部材、第２導
電部材、金属板が一体となっているため、インターコネ
クタ側の第１導電部材の変形をさらに抑制でき、第１導
電部材が同一セルの燃料極とショートすることもない。
【００１８】また、本発明では、複数の燃料電池セルの
空気極同士または燃料極同士を電気的に接続する導電部
材が、空気極同士または燃料極同士に当接する一対の低
密度導電部材と、これらの低密度導電部材の間に配置さ
れた高密度導電部材とから構成されていることが望まし
い。
空気極同士または燃料極同士を電気的に接続する導電部
材が、空気極同士または燃料極同士に当接する一対の低
密度導電部材と、これらの低密度導電部材の間に配置さ
れた高密度導電部材とから構成されていることが望まし
い。
【００１９】空気極同士または燃料極同士に当接する一
対の低密度導電部材により、燃料ガス（空気または水素
ガス）が低密度導電部材を透過し、空気極または燃料極
を介して十分に侵入することができ、これにより、この
低密度導電部材に当接する空気極または燃料極を介して
十分な燃料ガスを供給できる。また、低密度導電部材は
密度が低いために変形しやすく、空気極または燃料極と
の接触面積が大きくなり電気抵抗による出力低下を抑え
ることができる。
対の低密度導電部材により、燃料ガス（空気または水素
ガス）が低密度導電部材を透過し、空気極または燃料極
を介して十分に侵入することができ、これにより、この
低密度導電部材に当接する空気極または燃料極を介して
十分な燃料ガスを供給できる。また、低密度導電部材は
密度が低いために変形しやすく、空気極または燃料極と
の接触面積が大きくなり電気抵抗による出力低下を抑え
ることができる。
【００２０】また、一対の低密度導電部材の間に高密度
導電部材を配置したので、密度が小さい低密度導電部材
のみを用いた場合と比較して、導電部材の電気抵抗によ
る損失を小さくできる。
導電部材を配置したので、密度が小さい低密度導電部材
のみを用いた場合と比較して、導電部材の電気抵抗によ
る損失を小さくできる。
【００２１】さらに、本発明では、燃料電池セルの外径
は１０ｍｍ以下であることが望ましい。このような外径
が１０ｍｍ以下の燃料電池セルでは、特に、燃料極側の
導電部材は変形量が大きくなりやすいため、インターコ
ネクタと燃料極がショートしやすいが、本発明では、イ
ンターコネクタに密度の高い第１導電部材を設けたの
で、第１導電部材が変形しにくくなり、外径が１０ｍｍ
以下の燃料電池セルの場合であっても同一セルのインタ
ーコネクタと燃料極のショートを抑制できる。
は１０ｍｍ以下であることが望ましい。このような外径
が１０ｍｍ以下の燃料電池セルでは、特に、燃料極側の
導電部材は変形量が大きくなりやすいため、インターコ
ネクタと燃料極がショートしやすいが、本発明では、イ
ンターコネクタに密度の高い第１導電部材を設けたの
で、第１導電部材が変形しにくくなり、外径が１０ｍｍ
以下の燃料電池セルの場合であっても同一セルのインタ
ーコネクタと燃料極のショートを抑制できる。
【００２２】
【発明の実施の形態】本発明の燃料電池は、図１に示す
ような複数の燃料電池セル１を、図２に示すように電気
的に接続して構成されている。燃料電池セル１は、図１
に示すように、円筒状の固体電解質３の内面に空気極２
が、外面に燃料極４が形成されており、空気極２に電気
的に接続されたインターコネクタ５が、燃料極４と導通
せずに、外部に露出して構成されている。
ような複数の燃料電池セル１を、図２に示すように電気
的に接続して構成されている。燃料電池セル１は、図１
に示すように、円筒状の固体電解質３の内面に空気極２
が、外面に燃料極４が形成されており、空気極２に電気
的に接続されたインターコネクタ５が、燃料極４と導通
せずに、外部に露出して構成されている。
【００２３】図２における上下方向の燃料電池セル１同
士は、上側の燃料電池セル１の燃料極４と、下側の燃料
電池セル１のインターコネクタ５との間に、導電部材１
０が配置され、この導電部材１０により、上側の燃料電
池セル１の燃料極４と、下側の燃料電池セル１のインタ
ーコネクタ５とが電気的に導通している。
士は、上側の燃料電池セル１の燃料極４と、下側の燃料
電池セル１のインターコネクタ５との間に、導電部材１
０が配置され、この導電部材１０により、上側の燃料電
池セル１の燃料極４と、下側の燃料電池セル１のインタ
ーコネクタ５とが電気的に導通している。
【００２４】また、図２における左右方向の隣接する燃
料電池セル１同士は、その燃料極４同士が導電部材１３
により電気的に接続されている。
料電池セル１同士は、その燃料極４同士が導電部材１３
により電気的に接続されている。
【００２５】そして、本発明では、図３に示すように、
下側の燃料電池セル１ｂのインターコネクタ５と、上側
の燃料電池セル１ａの燃料極４とを電気的に接続する導
電部材１０が、インターコネクタ５に当接する第１導電
部材１０ａと燃料極４に当接する第２導電部材１０ｂの
２層構造とされ、第１導電部材１０ａの密度が第２導電
部材１０ｂの密度よりも高く設定されている。
下側の燃料電池セル１ｂのインターコネクタ５と、上側
の燃料電池セル１ａの燃料極４とを電気的に接続する導
電部材１０が、インターコネクタ５に当接する第１導電
部材１０ａと燃料極４に当接する第２導電部材１０ｂの
２層構造とされ、第１導電部材１０ａの密度が第２導電
部材１０ｂの密度よりも高く設定されている。
【００２６】第１導電部材１０ａ、第２導電部材１０ｂ
は、Ｎｉを主成分とする金属繊維の集合体から構成され
ている。Ｎｉを主成分とする金属繊維の集合体は嵩密度
０．４４〜２．２１ｇ／ｃｍ3が望ましい。嵩密度が
０．４４ｇ／ｃｍ3よりも小さい場合には導電部材１０
ａ、１０ｂの電気抵抗が大きくなる傾向があり、燃料電
池セルをスタック化した場合に出力が低下する傾向があ
る。嵩密度が２．２１ｇ／ｃｍ3を越えると燃料ガスの
透過性が悪くなり、接触している燃料極４に燃料ガスを
供給しにくく、発電性能が低下する傾向がある。また、
弾力性も低下し易く、セル間の応力を吸収できなくなる
傾向がある。
は、Ｎｉを主成分とする金属繊維の集合体から構成され
ている。Ｎｉを主成分とする金属繊維の集合体は嵩密度
０．４４〜２．２１ｇ／ｃｍ3が望ましい。嵩密度が
０．４４ｇ／ｃｍ3よりも小さい場合には導電部材１０
ａ、１０ｂの電気抵抗が大きくなる傾向があり、燃料電
池セルをスタック化した場合に出力が低下する傾向があ
る。嵩密度が２．２１ｇ／ｃｍ3を越えると燃料ガスの
透過性が悪くなり、接触している燃料極４に燃料ガスを
供給しにくく、発電性能が低下する傾向がある。また、
弾力性も低下し易く、セル間の応力を吸収できなくなる
傾向がある。
【００２７】導電部材１０ａ、１０ｂの嵩密度は、導電
部材１０ａ、１０ｂの電気抵抗を小さくし、燃料ガスの
透過性を向上するという観点から、導電部材１０ａ、１
０ｂの嵩密度は０．４４〜１．３３ｇ／ｃｍ3であるこ
とが望ましい。ここで、導電部材１０ａ、１０ｂの嵩密
度は０．４４〜２．２１ｇ／ｃｍ3である場合には、導
電部材１０ａ、１０ｂがＮｉ金属である場合の比重の５
〜２５％である。つまり、導電部材１０ａ、１０ｂがＮ
ｉ金属の塊からなる場合の比重をρ1、導電部材１０
ａ、１０ｂが金属繊維の集合体からなる場合の嵩密度を
ρ2とした時、ρ2／ρ1が５〜２５％であることを意味
する。
部材１０ａ、１０ｂの電気抵抗を小さくし、燃料ガスの
透過性を向上するという観点から、導電部材１０ａ、１
０ｂの嵩密度は０．４４〜１．３３ｇ／ｃｍ3であるこ
とが望ましい。ここで、導電部材１０ａ、１０ｂの嵩密
度は０．４４〜２．２１ｇ／ｃｍ3である場合には、導
電部材１０ａ、１０ｂがＮｉ金属である場合の比重の５
〜２５％である。つまり、導電部材１０ａ、１０ｂがＮ
ｉ金属の塊からなる場合の比重をρ1、導電部材１０
ａ、１０ｂが金属繊維の集合体からなる場合の嵩密度を
ρ2とした時、ρ2／ρ1が５〜２５％であることを意味
する。
【００２８】導電部材１０ａ、１０ｂの嵩密度を高くす
るためには、Ｎｉ金属繊維の集合体（フェルト等）をプ
レス機により所定圧力により押圧することにより達成で
きる。ちなみに、Ｎｉ金属である場合の比重は８．８４
５であり、通常のＮｉフェルトの嵩密度は０．３５ｇ／
ｃｍ3であり、導電部材１０ａ、１０ｂの嵩密度は、導
電部材１０ａ、１０ｂがＮｉ金属である場合の比重の４
％程度である。金属繊維は、Ｎｉを主成分とし、Ｆｅ、
ＣｏおよびＣｒのうち少なくとも一種を含有しても良
い。
るためには、Ｎｉ金属繊維の集合体（フェルト等）をプ
レス機により所定圧力により押圧することにより達成で
きる。ちなみに、Ｎｉ金属である場合の比重は８．８４
５であり、通常のＮｉフェルトの嵩密度は０．３５ｇ／
ｃｍ3であり、導電部材１０ａ、１０ｂの嵩密度は、導
電部材１０ａ、１０ｂがＮｉ金属である場合の比重の４
％程度である。金属繊維は、Ｎｉを主成分とし、Ｆｅ、
ＣｏおよびＣｒのうち少なくとも一種を含有しても良
い。
【００２９】第１導電部材１０ａの嵩密度は１．５〜
２．０ｇ／ｃｍ3、第２導電部材１０ｂの嵩密度は０．
５〜１．５ｇ／ｃｍ3であることが望ましい。
２．０ｇ／ｃｍ3、第２導電部材１０ｂの嵩密度は０．
５〜１．５ｇ／ｃｍ3であることが望ましい。
【００３０】なお、本発明の導電部材１０ａ、１０ｂ
は、上述した導電部材１０ａ、１０ｂ自身の電気的な問
題以外に、インターコネクタ５や燃料極４、集電部材と
の接触界面の抵抗を減少させるため、Ｎｉからなる金属
繊維の線径が５〜８０μｍであることが望ましい。Ｎｉ
を主成分とする金属繊維の線径が５μｍ小さいと導電部
材１０ａ、１０ｂ自身が発電時に収縮し、接触界面から
剥離し易く、電気抵抗が増大する傾向にある。この値が
８０μｍより大きいと界面での接触面積が小さいことや
表面エネルギーの減少によって界面での接触が悪くな
る。Ｎｉからなる金属繊維の線径は、接触抵抗の低下と
いう観点から２０〜３０μｍの範囲が良い。
は、上述した導電部材１０ａ、１０ｂ自身の電気的な問
題以外に、インターコネクタ５や燃料極４、集電部材と
の接触界面の抵抗を減少させるため、Ｎｉからなる金属
繊維の線径が５〜８０μｍであることが望ましい。Ｎｉ
を主成分とする金属繊維の線径が５μｍ小さいと導電部
材１０ａ、１０ｂ自身が発電時に収縮し、接触界面から
剥離し易く、電気抵抗が増大する傾向にある。この値が
８０μｍより大きいと界面での接触面積が小さいことや
表面エネルギーの減少によって界面での接触が悪くな
る。Ｎｉからなる金属繊維の線径は、接触抵抗の低下と
いう観点から２０〜３０μｍの範囲が良い。
【００３１】また、上述した導電部材１０ａ、１０ｂと
他の部材との接触界面の電気抵抗を減少させる別の方法
として、Ｎｉを主成分とする金属繊維中に平均粒径１０
μｍ以下のＮｉ金属を主成分とする金属粒子を重量比４
０％以下含むこともできる。Ｎｉ金属粒子の平均粒径が
１０μｍより大きいと界面の接触抵抗を低減する効果が
なく、４０％より多いと導電部材１０自身が収縮し、接
触抵抗が増大し、電気抵抗が増大する傾向がある。
他の部材との接触界面の電気抵抗を減少させる別の方法
として、Ｎｉを主成分とする金属繊維中に平均粒径１０
μｍ以下のＮｉ金属を主成分とする金属粒子を重量比４
０％以下含むこともできる。Ｎｉ金属粒子の平均粒径が
１０μｍより大きいと界面の接触抵抗を低減する効果が
なく、４０％より多いと導電部材１０自身が収縮し、接
触抵抗が増大し、電気抵抗が増大する傾向がある。
【００３２】Ｎｉを主成分とする金属繊維の平均粒径、
重量比は、接触抵抗を低下し電気抵抗を低下するという
観点から、平均粒径が１〜３μｍであり、重量比は５〜
３０％であることが望ましい。ここで、重量比とは、導
電部材１０ａ、１０ｂ全体の重量に対する金属粒子の重
量比である。金属粒子としては、Ｎｉあるいは、Ｎｉと
他のＦｅ、Ｃｏ、Ｃｒとの合金の粒子、あるいは金属粒
子のコンポジットがある。
重量比は、接触抵抗を低下し電気抵抗を低下するという
観点から、平均粒径が１〜３μｍであり、重量比は５〜
３０％であることが望ましい。ここで、重量比とは、導
電部材１０ａ、１０ｂ全体の重量に対する金属粒子の重
量比である。金属粒子としては、Ｎｉあるいは、Ｎｉと
他のＦｅ、Ｃｏ、Ｃｒとの合金の粒子、あるいは金属粒
子のコンポジットがある。
【００３３】また、本発明では、図４に示すように、第
１導電部材１０ａと第２導電部材１０ｂの間には、Ｎｉ
を主成分とする金属板１５が配置されていることが望ま
しい。このような構成を採用することにより、図３に示
す燃料電池と同様の効果を得ることができるとともに、
電気抵抗の小さい金属板１５が介装されているため導電
部材１０ａ、１０ｂ全体の電気抵抗を抑えて、導電部材
１０ａ、１０ｂの電気抵抗による出力低下をさらに抑制
できる。さらに、第１導電部材１０ａ、第２導電部材１
０ｂ、金属板１５が一体となっているため、インターコ
ネクタ５側の第１導電部材１０ａの変形をさらに抑制で
き、第１導電部材１０ａが同一セルの燃料極４とショー
トすることもない。
１導電部材１０ａと第２導電部材１０ｂの間には、Ｎｉ
を主成分とする金属板１５が配置されていることが望ま
しい。このような構成を採用することにより、図３に示
す燃料電池と同様の効果を得ることができるとともに、
電気抵抗の小さい金属板１５が介装されているため導電
部材１０ａ、１０ｂ全体の電気抵抗を抑えて、導電部材
１０ａ、１０ｂの電気抵抗による出力低下をさらに抑制
できる。さらに、第１導電部材１０ａ、第２導電部材１
０ｂ、金属板１５が一体となっているため、インターコ
ネクタ５側の第１導電部材１０ａの変形をさらに抑制で
き、第１導電部材１０ａが同一セルの燃料極４とショー
トすることもない。
【００３４】さらに本発明では、図３に示すように、左
右方向の隣接する燃料電池セル１同士は、その燃料極４
同士が導電部材１３により電気的に接続されており、こ
の導電部材１３が、燃料極４同士に当接する一対の低密
度導電部材１３ａと、これらの低密度導電部材１３ａの
間に配置された高密度導電部材１３ｂとから構成されて
いる。
右方向の隣接する燃料電池セル１同士は、その燃料極４
同士が導電部材１３により電気的に接続されており、こ
の導電部材１３が、燃料極４同士に当接する一対の低密
度導電部材１３ａと、これらの低密度導電部材１３ａの
間に配置された高密度導電部材１３ｂとから構成されて
いる。
【００３５】低密度導電部材１３ａ、高密度導電部材１
３ｂは、Ｎｉ金属繊維の集合体とされている。高密度導
電部材１３ｂはＮｉ金属板であってもよい。このような
構成を採用することにより、燃料ガスが燃料極を十分に
透過することができ、これにより、この低密度導電部材
１３ａに当接する燃料極４に十分な燃料ガスを供給でき
る。また、低密度導電部材１３ａは密度が低いために変
形しやすく、燃料極４との接触面積が大きくなり電気抵
抗を小さくできる。さらに、一対の低密度導電部材１３
ａの間に高密度導電部材１３ｂを配置したので、密度が
小さい低密度導電部材のみを用いた場合と比較して、導
電部材１３の電気抵抗による損失を小さくできる。
３ｂは、Ｎｉ金属繊維の集合体とされている。高密度導
電部材１３ｂはＮｉ金属板であってもよい。このような
構成を採用することにより、燃料ガスが燃料極を十分に
透過することができ、これにより、この低密度導電部材
１３ａに当接する燃料極４に十分な燃料ガスを供給でき
る。また、低密度導電部材１３ａは密度が低いために変
形しやすく、燃料極４との接触面積が大きくなり電気抵
抗を小さくできる。さらに、一対の低密度導電部材１３
ａの間に高密度導電部材１３ｂを配置したので、密度が
小さい低密度導電部材のみを用いた場合と比較して、導
電部材１３の電気抵抗による損失を小さくできる。
【００３６】以上のように構成された本発明の燃料電池
では、インターコネクタ５と接する第１導電部材１０ａ
は密度が高く変形しにくいが、燃料極４と接する第２導
電部材１０ｂは密度が低く、変形しやすいため、燃料極
４の曲面に沿って変形して接触する。このため燃料極４
への導電部材１０の接触面積が増え、性能の低下が小さ
い。また、燃料ガスである水素ガスが燃料極４を十分に
透過することができ、第２導電部材１０ｂが当接する燃
料極４に十分な燃料ガスを供給できる。
では、インターコネクタ５と接する第１導電部材１０ａ
は密度が高く変形しにくいが、燃料極４と接する第２導
電部材１０ｂは密度が低く、変形しやすいため、燃料極
４の曲面に沿って変形して接触する。このため燃料極４
への導電部材１０の接触面積が増え、性能の低下が小さ
い。また、燃料ガスである水素ガスが燃料極４を十分に
透過することができ、第２導電部材１０ｂが当接する燃
料極４に十分な燃料ガスを供給できる。
【００３７】また、第１導電部材１０ａは密度が高く変
形しにくいため、燃料電池セル１ｂの燃料極４との接触
を防止できるとともに、導電部材１０全体の電気抵抗を
小さくすることができる。
形しにくいため、燃料電池セル１ｂの燃料極４との接触
を防止できるとともに、導電部材１０全体の電気抵抗を
小さくすることができる。
【００３８】本発明の燃料電池は、セルの外径が１０ｍ
ｍ以下である場合に好適に用いることができる。即ち、
セルの外径が１０ｍｍ以下である場合には、特に、燃料
極側の導電部材は変形量が大きくなりやすいため、イン
ターコネクタと燃料極がショートしやすいが、本発明で
は、インターコネクタに当接した密度の高い第１導電部
材が変形しにくいため、外径が１０ｍｍ以下の燃料電池
セルの場合であっても同一セルのインターコネクタと燃
料極のショートを抑制できる。
ｍ以下である場合に好適に用いることができる。即ち、
セルの外径が１０ｍｍ以下である場合には、特に、燃料
極側の導電部材は変形量が大きくなりやすいため、イン
ターコネクタと燃料極がショートしやすいが、本発明で
は、インターコネクタに当接した密度の高い第１導電部
材が変形しにくいため、外径が１０ｍｍ以下の燃料電池
セルの場合であっても同一セルのインターコネクタと燃
料極のショートを抑制できる。
【００３９】また、第２導電部材１０ｂの変形によって
燃料極を覆う面積が増加するので、セルの集電性が向上
し発電性能を向上できる。導電部材の変形量の観点から
８ｍｍ以下が望ましい。
燃料極を覆う面積が増加するので、セルの集電性が向上
し発電性能を向上できる。導電部材の変形量の観点から
８ｍｍ以下が望ましい。
【００４０】
【発明の効果】本発明の燃料電池では、密度の低い第２
導電部材を空気極または燃料極に当接させたので、燃料
ガス（空気または水素ガス）が空気極または燃料極を十
分に透過することができ、これにより、この第２導電部
材に当接する空気極または燃料極に十分な燃料ガスを供
給できる。また、空気極または燃料極側の第２導電部材
の密度が低いために変形しやすく、空気極または燃料極
との接触面積が大きくなり電気抵抗による出力低下を抑
えることができる。
導電部材を空気極または燃料極に当接させたので、燃料
ガス（空気または水素ガス）が空気極または燃料極を十
分に透過することができ、これにより、この第２導電部
材に当接する空気極または燃料極に十分な燃料ガスを供
給できる。また、空気極または燃料極側の第２導電部材
の密度が低いために変形しやすく、空気極または燃料極
との接触面積が大きくなり電気抵抗による出力低下を抑
えることができる。
【００４１】また、第２導電部材よりも密度の高い第１
導電部材をインターコネクタに当接させたので、第１導
電部材の変形を抑制でき、この第１導電部材が変形して
同一セルの燃料極に接触することを抑制できるととも
に、密度が小さい導電部材のみを用いた場合と比較し
て、導電部材の電気抵抗による損失を小さくできる。
導電部材をインターコネクタに当接させたので、第１導
電部材の変形を抑制でき、この第１導電部材が変形して
同一セルの燃料極に接触することを抑制できるととも
に、密度が小さい導電部材のみを用いた場合と比較し
て、導電部材の電気抵抗による損失を小さくできる。
【図１】円筒型燃料電池セルを説明するための横断面図
である。
である。
【図２】燃料電池セルを９個接続したスタックを示す説
明図である。
明図である。
【図３】図２の一部を拡大して示す断面図である。
【図４】第１導電部材と第２導電部材の間に、金属板を
介装した状態を示す断面図である。
介装した状態を示す断面図である。
１、１ａ、１ｂ・・・燃料電池セル ２・・・空気極 ３・・・固体電解質 ４・・・燃料極 ５・・・インイターコネクタ １０、１３・・・導電部材 １０ａ・・・第１導電部材 １０ｂ・・・第２導電部材 １３ａ・・・低密度導電部材 １３ｂ・・・高密度導電部材 １５・・・金属板
Claims (5)
- 【請求項１】円筒状の固体電解質の片面に空気極を、他
面に燃料極を形成してなり、前記空気極または前記燃料
極に電気的に接続されるインターコネクタを有する複数
の燃料電池セルと、一方の燃料電池セルのインターコネ
クタと他方の燃料電池セルの前記空気極または前記燃料
極とを電気的に接続する導電部材とを具備してなる燃料
電池において、前記導電部材が密度の異なる二層以上か
らなるとともに、前記インターコネクタに当接する第１
導電部材の密度が、前記空気極または前記燃料極に当接
する第２導電部材の密度よりも高いことを特徴とする燃
料電池。 - 【請求項２】第１導電部材および第２導電部材は、Ｎｉ
を主成分とする金属繊維の集合体からなることを特徴と
する請求項１記載の燃料電池。 - 【請求項３】第１導電部材と第２導電部材の間には、Ｎ
ｉを主成分とする金属板が配置されていることを特徴と
する請求項１または２記載の燃料電池。 - 【請求項４】複数の燃料電池セルの空気極同士または燃
料極同士を電気的に接続する導電部材が、前記空気極同
士または燃料極同士に当接する一対の低密度導電部材
と、これらの低密度導電部材の間に配置された高密度導
電部材とから構成されていることを特徴とする請求項１
乃至３のうちいずれかに記載の燃料電池。 - 【請求項５】燃料電池セルの外径は１０ｍｍ以下である
ことを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれかに記載
の燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001022432A JP4663137B2 (ja) | 2001-01-30 | 2001-01-30 | 燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001022432A JP4663137B2 (ja) | 2001-01-30 | 2001-01-30 | 燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002231276A true JP2002231276A (ja) | 2002-08-16 |
| JP4663137B2 JP4663137B2 (ja) | 2011-03-30 |
Family
ID=18887848
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001022432A Expired - Fee Related JP4663137B2 (ja) | 2001-01-30 | 2001-01-30 | 燃料電池 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4663137B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011151000A (ja) * | 2010-01-21 | 2011-08-04 | Samsung Sdi Co Ltd | 燃料電池モジュール |
| JP2012521618A (ja) * | 2009-03-26 | 2012-09-13 | プランゼー エスエー | 高温型燃料電池の陽極とインターコネクタとを導電的に接続する接触要素 |
| JP2014179245A (ja) * | 2013-03-14 | 2014-09-25 | Kyocera Corp | 電気化学セルスタック装置および電気化学装置 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07268595A (ja) * | 1994-02-14 | 1995-10-17 | Westinghouse Electric Corp <We> | 電気化学的電池の電極上に溶射により相互接続材料層を形成する方法 |
| JPH10106611A (ja) * | 1996-09-27 | 1998-04-24 | Toto Ltd | 固体電解質型燃料電池 |
| WO1999017390A1 (en) * | 1997-10-01 | 1999-04-08 | Waikatolink Limited | Integrated solid oxide fuel cell and reformer |
| JP2000133292A (ja) * | 1998-10-29 | 2000-05-12 | Osaka Gas Co Ltd | 燃料電池セルの出力測定装置 |
| JP2001143726A (ja) * | 1999-11-15 | 2001-05-25 | Toto Ltd | 固体電解質型燃料電池 |
-
2001
- 2001-01-30 JP JP2001022432A patent/JP4663137B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| US8828623B2 (en) | 2009-03-26 | 2014-09-09 | Plansee Se | Contact element for an electrically conductive connection between an anode and an interconnector of a high-temperature fuel cell |
| JP2011151000A (ja) * | 2010-01-21 | 2011-08-04 | Samsung Sdi Co Ltd | 燃料電池モジュール |
| US9147887B2 (en) | 2010-01-21 | 2015-09-29 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Fuel cell module |
| JP2014179245A (ja) * | 2013-03-14 | 2014-09-25 | Kyocera Corp | 電気化学セルスタック装置および電気化学装置 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4663137B2 (ja) | 2011-03-30 |
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