JP2002503381A - 燃料電池アセンブリ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 片側にアノード層（１８）を反対側にカソード層（２２）を持つ電解質層（２０）及び複数の相互連結部材（１２，１４）からなる複数の平坦な燃料電池（１６）の積層体からなる燃料電池アセンブリ（１０）であって、各燃料電池（１６）は隣接する対の相互連結部材（１２，１４）の間に電気的に接触した状態で配置され、酸素含有ガス通路手段（２８）が各燃料電池（１６）のカソード層（２２）の間に形成され、燃料ガス通路手段（３８，４２）が各燃料電池（１６）のアノード層（１８）と隣接する相互連結部材（１２）との間に形成され、各燃料電池（１６）の肉厚より高さが高いチャンバ（３６）は、燃料電池（１６）が収容される隣接する相互連結部材（１２，１４）の間に形成され、導電性の圧縮可能手段（３２，３８，４０，４２）が燃料電池（１６）の第１面（１８）と電気的に接触した状態でチャンバ内に設けられ、隣接する相互連結部材（１２）を、燃料電池（１６）の第２面（２２）で隣接する相互連結部材（１４）に向かって押し、燃料電池（１６）と両方の相互連結部材（１２，１４）との電気的接触を維持するようにした。燃料電池アセンブリ（１０）は、２つの相互連結部材（１２，１４）の間の単燃料電池（１６）から成っていてもよい。圧縮可能手段（３２）は、Ｎｉ又はＮｉ合金の波形シートからなることができる。

Description

【発明の詳細な説明】 燃料電池アセンブリ 本発明は、複数の平坦な燃料電池の積層体から成る燃料電池アセンブリに関連 し、特に、各燃料電池への圧縮負荷が、積層体中の位置によらない燃料電池アセ ンブリに関する。本発明はまた、単燃料電池アセンブリにも及ぶ。 複数の平坦な燃料電池の積層体から成る燃料電池アセンブリは、燃料電池から の電流及び熱を伝達するために、各燃料電池の夫々の側に酸素含有ガス及び燃料 ガスの供給を促進するために、並びに酸素含有ガスと燃料ガスを分離しておくた めに、各一対の隣接した燃料電池の間に相互連結手段を必要とする。 単燃料電池の平坦な燃料電池アセンブリにおいて、相互連結手段は、燃料電池 からの電流及び熱を伝達し、並びに燃料電池の夫々の側に酸素含有ガス及び燃料 ガスの供給を促進する端子平板が有効である。同様に、平坦な燃料電池の積層に おける終端相互連結手段は、端子平板が有効である。しかしながら、便宜上、前 述の相互連結手段は、隣接した燃料電池の間にあろうと端子平板であろうと、こ れより、相互連結部材("interconnect members")と称される。 通常、燃料電池と相互連結部材は、電池と相互連結部材間に、同じ横断面領域 と電気的接触を有し、各燃料電池の夫々の側の互いからのシーリングは、どんな 単電池も及ばない電池及び／又は相互連結部材の重さ、によって与えられる力を 使うことによって維持される。よって、燃料電池は充分に重圧耐性である。その ような装置の実施例が国際特許出願ＰＣＴ／ＡＵ９６／００１４０及びＰＣＴ／ ＡＵ９６／００５９４に述べられている。この方法の問題は、積層体中のより低 い位置にある電池が、より上側にある電池より重い重量を支えるということであ る。非常に多数の燃料電池を用いる積層体では、より低い位置の電池への重圧は 、 重要でありうる。 固体酸化物電解質燃料電池におけるような、セラミックの耐えられる負荷は、 伸張におけるより、圧縮において非常に高く、よって前述の充分な重圧耐性を有 する装置は、完全なシステムにおいて、電池は圧縮負荷のみを支えると仮定して いる。非平面は構造中に伸張力をもたらし、よって燃料電池の起こり得る破損を もたらすであろうから、この圧縮限定モデルは全ての負荷支持部品の殆ど完全な 平坦性を必要とする。実際問題として、負荷支持部品の全てにそのような平坦性 品質を確立することは可能ではない。 使用中に加えられる伸張力による固体酸化物電解質燃料電池の起こり得る破損 の問題は、前述の国際特許出願に述べたような予め計画した燃料電池の比較的強 い強度の構造のため、過去にはあまり重要ではなかった。この型の燃料電池にお いて、固体酸化物電解質層は、夫々の側に設けられたアノード及びカソード層と 比較して相対的に厚く、充分な強度を有する。しかしながら、最近の開発は、電 解質層がかなり薄く、主要な負荷支持層でない、固体酸化物電解質燃料電池を紹 介している。代わりに多孔質のアノード層が主要な負荷支持層として働き、これ らの燃料電池にかけられる非均一なあるいは過度の負荷は、非常に破壊的であり うる。 前述の燃料電池と相互連結との全量を支持する積層体中における燃料電池のさ らなる問題は、燃料電池の比較的弱い多孔質電極層が重圧下で壊れるであろうと いうことである。 ヨーロッパ特許出願ＥＰ０５６８９９１は、各々が単燃料電池と片側の一相互 連結部材から成る、複数の平坦な燃料電池構造体の積層体から成る、燃料電池ア センブリを述べている。各燃料電池構造体はくぼんだ板内に位置し、くぼんた中 間板によって隣接する燃料電池構造体から隔離され、燃料電池の相互連結部材は 、 くぼんだ中間板に配置されたフェルト状ニッケル金属導電性材料によって、隣接 する燃料電池構造体のアノードとの電気的接触を維持している。各燃料電池は、 組入れた相互連結部材の重さを支持する。さらに、増加する圧縮負荷が、積層体 に沿って燃料電池にかけられるであろうから、各燃料電池構造体は、シール部材 と隣接する中間板の嵌めこみ規定部材との間で圧縮される。 本発明の目的は、前述の先行技術の不利な点を軽減することである。 本発明によると、各々が片側にアノード層を反対側にカソード層を有する電解 質層及び複数の相互連結部材から成る複数の平坦な燃料電池の積層体から成る燃 料電池アセンブリを提供することであって、各燃料電池は隣接する一対の相互連 結部材の間に電気的に接触状態で配置され、酸素含有ガス通路手段は各燃料電池 のカソード層と隣接する相互連結部材との間に形成され、燃料ガス通路手段は各 燃料電池のアノード層と隣接する相互連結部材との間に形成され、燃料電池が収 められる各燃料電池の厚さより非常に厚いチャンバは各対の隣接する相互連結部 材の間に設けられ、導電性の圧縮可能手段はまた、燃料電池の第１面と電気的に 接触した状態でチャンバ内に設けられ、隣接する相互連結部材が燃料電池をその 第２面で隣接する相互連結部材に向かって押し、燃料電池が両方の隣接相互連結 部材との電気的接触を維持する。 この配列によって、組入れられた導電性の圧縮可能手段がなかったなら、各燃 料電池は各チャンバに配置可能に収められ、各燃料電池への圧縮負荷は各圧縮可 能手段によって加えられる。よって、各燃料電池への圧縮負荷は積層中の燃料電 池の位置によらない。これは、減少した圧縮負荷が各燃料電池にかけられ、電解 質層が主要な重圧耐性層ではない前述の固体酸化物電解質燃料電池にとって、特 に有利であることを意味する。各チャンバ内の負荷状況は積層体中で同一とする ことができ、積層体に使われる材料の性質は、積層体中の燃料電池の位置によっ て変える必要がないことも意味する。 本発明はまた、単燃料電池から成る燃料電池アセンブリに適用可能である。よ って、本発明は、片側にアノード層を反対側にカソード層を有する電解質層を有 する平坦な燃料電池から成る燃料電池アセンブリをさらに提供し、燃料電池は、 夫々の相互連結部材の間に電気的接触状態で配置され、酸素含有ガス通路手段は カソード層と隣接する相互連結部材との間に形成され、燃料ガス通路手段はアノ ード層と隣接する相互連結部材との間に形成され、燃料電池が収められる燃料電 池の厚さより非常に厚いチャンバは、隣接する相互連結部材の間に設けられ、導 電性の圧縮可能手段はまた燃料電池の第１面と電気的に接触した状態でチャンバ 内に設けられ、隣接する相互連結部材を燃料電池のその第２面で隣接する相互連 結部材に向かって押し、燃料電池が両隣接相互連結部材との電気的接触を維持す る。 圧縮可能手段は、燃料電池アセンブリの使用温度で、均一に燃料電池に少なく とも最小の所望の圧縮力をかけ続けるどのような方法でも行われるであろう。圧 縮可能手段が、燃料電池の全寿命の使用中に、燃料電池と相互連結部材との間に 電気的接触を維持することが望ましく、よって、圧縮負荷下で最小クリープ以上 となりにくいことが望ましい。どのようなクリープも、電気接触を失わせる原因 となる程大きくてはいけない。 好ましくは、圧縮可能手段は、燃料電池のアノード側に設けられる。燃料電池 のアノード側の圧縮可能手段としてあるいは圧縮手段に使われる金属又は金属材 料の例は、ニッケル、ニッケル−クロム及びニッケル−アルミニウムのようなニ ッケル合金並びに酸化物分散強化ニッケルである。代わりに、ニッケルは、他の 適当な金属又は周期律表の族番号８−１１の金属に取り替えてもよい。 燃料電池のアノード側での使用のための圧縮可能手段の考えられる例は、金属 波形（コルゲート）体又は使用温度でいくらか弾性のある多孔質金属フェルトの ような構造物、並びに多孔質の脆性材料と金属の複合材を含む。 上限と下限との間で燃料電池に圧力をかけ続けるように、セラミックのような 脆性材料と金属の複合材は、脆性材料が加えられる負荷で壊れるが、完全には壊 れないように創られていてもよい。金属は、複合材を通して電気通路及び好まし くは熱通路を維持し、脆性材料を強化する。 圧縮負荷は、例えば燃料電池アセンブリの温度サイクルの間、持続されるので 、圧縮可能手段は弾力があるのが好ましい。好ましい実施態様において、耐性は 金属又は金属性波形シートによって得ることができ、波形シートが圧縮された時 の波形シートと燃料電池の第１面との間のすベり運動を軽減するために、波形シ ートと燃料電池の第１面との間に金属又は金属性材料の実質的に平坦なシートを さらに設けてもよい。 平坦なシートは、ガスが燃料電池の第１面に接触できるようにしなければなら ず、多孔質であるか又はさもなくばシートを通るガス流路を有していてもよい。 好ましくは、平坦なシートは整列したスリットが形成されたエキスパンド（伸張 ）材料から作られ、シートはこのスリットを開くために引っ張られている。 燃料電池の第１面上のガス通路手段が、隣接する相互連結部材と波形シートと の間に形成されるとすると、波形シートは、多孔質であるかさもなくばシートを 通るガス流路を有さなければならない。好ましい実施態様において、波形シート はエキスパンド材料から形成される。しかし、波形シートをガス通路手段を形成 するために使用することができ、その場合にはシートを通るガス流路を有する必 要はない。 波形シートは、波形シートの圧縮性能を制御するために、例えばスポット溶接 によって、隣接する相互連結部材に取り付けてもよい。代わりに、金属又は金属 性材料の実質的に平坦なシートは、波形シートと隣接する相互連結部材との間に 配置されてもよいし、例えばスポット溶接によって波形シートに取り付けられて もよい。この実質的に平坦なシートはまたエキスパンド材料から作られるか、さ もなくばシートを通るガス流路を有していてもよく、例えばスポット溶接によっ て相互連結部材に取り付けられてもよい。 圧縮可能層は、代わりに、燃料電池の第１面に隣接する相互連結部材上の一体 的柔軟層からなっていてもよい。 燃料電池のカソード側の圧縮可能手段として、導電性及び多孔性を有すること に加えて、材料は酸化に対して耐性であるべきであり、例えばセラミックフェル ト又は他の繊維状構造体の種類である。 前記の導電性の圧縮可能手段はまた、燃料電池の第２面及び隣接する相互連結 部材と電気的に接触してチャンバ内に設けられてもよい。好ましくは、片面だけ の圧縮可能手段は燃料電池の上側に設けられる。 燃料電池のチャンバは、隣接する相互連結部材の一方又は両方にある空所によ って設けられ、相互連結部材はチャンバ周辺で、及び／又はチャンバ周辺の隣接 する相互連結部材間の絶縁スペーサによって互いに電気的に絶縁されている。絶 縁スペーサは、絶縁性材料、例えばアルミナのようなセラミック、又は、例えば 、絶縁コーティング若しくは表面層を有する金属のような導電性材料から形成さ れることができる。 燃料電池の各々の側に対する酸素含有ガス及び／又は燃料ガス流のための相互 連結部材の片側又は両側を横切るガス流チャネルは相互連結部材内に形成される 。相互連結部材の機械処理又は他の仕上げを最小限にするために、少なくとも燃 料電池の第１面に対するガス流のためのチャネルは、前述のように、都合のよい こ とに圧縮可能手段によって設けられ、圧縮可能手段は、隣接する相互連結部材の 平面に有利に接合する。相互連結部材は、ステンレス鋼から形成されるのが好ま しい。 燃料電池アセンブリは、例えば前述のＥＰ０５６８９９１で述べたように、ガ ス流を外にマニフォールド状にしてよいが、内にマニホールド状にされるのが好 ましい。よって、酸素含有ガス及び燃料ガス供給及び排気通路は、相互連結部材 を通るのが好ましく、もし備えられているのなら、前述の絶縁スペーサを通るの も可能である。 使用中に有利に圧縮可能であるシールは、チャンバ内の燃料ガスと酸素含有ガ スを互いからシールするために、燃料電池の第２面と隣接する相互連結部材との 間の、燃料電池の周辺部位辺りに備えられるのが便利である。電極層は多孔性度 を有するので、燃料電池の第２面の電極層、好ましくは前述のカソード層が、燃 料電池の周辺部位に伸びておらず、シール材が電解質層を保持することが好まし い。圧縮可能手段が燃料電池の第１面上のみに備えられる場合には、シール材は 、使用温度において燃料電池の第２面上の電極が使用温度で隣接する相互連結部 材と電気的に接触できる程度に、圧縮可能であることが好ましい。好ましい実施 態様において、シール材は室温で固体状であり、それゆえアセンブリ中でも固体 であり、しかし、燃料電池の、例えば７００℃から１０００℃の使用温度では粘 性となる。シール材はガラス含有材料の複数層からなるであろうガラス含有ガス ケットであることが好ましい。 シール材又は隔設シール部材は、隣接する相互連結部材間又は燃料電池の第２ 面に隣接する相互連結部材と前述の絶縁スペーサとの間に伸びでいてもよい。シ ール材及び／又は最初に述べたシール部材より薄いであろう、さらなるシール部 材は、絶縁スペーサと燃料電池の第１面に隣接した相互連結部材との間に備えら えてもよい。最初と次に述べたシール部材はシール材と同一か似た材料から形成 されることができ、また、燃料電池アセンブリの使用において圧縮されることも できる。 燃料電池又は各燃料電池は、アセンブリ中の複数の平坦な燃料電池の各層内の 燃料電池の整列の一つであってよく、各燃料電池は、本発明によるとチャンバ内 に配置される。有利なことに、各整列内の全て又は一以上の燃料電池の共有面に 隣接する相互連結部材は、単一のプレートに形成される。同様に、前述の絶縁ス ペーサは、もし備えられているのであれば、各整列内の燃料電池の全て又は一以 上のチャンバを部分的に又は全体的に形成することができる。 本発明の実施例を、添付図面を参照にしてさらに説明する。 図１は、図２のＡ−Ａ線からみた、単燃料電池を包含する燃料電池アセンブリ の断面図である。 図２は、図１の燃料電池アセンブリの分解斜視図である。 図３は、図１で示した相互連結部材の一つの平面図である。 図４は、図３の相互連結部材の底面図である。 図５は、図１のアセンブリの絶縁スペーサ平板の平面図である。 図６は、燃料電池の４並列組の整列を有する燃料電池アセンブリでの使用のた めの、４つの相互連結部材を組入れた代表的相互連結平板の平面図である。 図７は、図６のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 図８は、図６のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。 図９は、図６の相互連結平板とともに使用する絶縁スペーサ平板の平面図であ る。 図１０は、図９のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 図１１は、実施例１の単電池アセンブリの電力曲線を示すグラフである。 図１２は、実施例２の６電池の燃料電池積層体の電力曲線を示すグラフである 。及び、 図１３は、実施例２の６電池積層体の時間曲線を示すグラフである。 図１〜５に関連して、単燃料電池アセンブリ１０は、一対の間隔をあけた相互 連結平板１２及び１４と、それらの間の単燃料電池１６からなる。本発明は、特 に、複数の燃料電池の積層体に適用可能であるが、単燃料電池でも行われ、よっ て、便宜上、単燃料電池が説明される。 燃料電池１６は、アノード１８が主要な負荷支持層であり、片面に薄い電解質 層２０及びその電解質層２０に塗布されたカソード層２２を有するタイプのもの として図示する。そのような電池は、約８００℃での、中間温度使用燃料電池ア センブリとして知られるが、燃料電池１６は、例えば、前述の国際特許出願で述 べたような燃料電池に置きかえることもできる。 燃料電池１６において、固体酸化物電解質層２０は、約０．５ｍｍ以上、例え ば０．８から１．０ｍｍより厚い厚さを有するＮｉ／ＹＳＺアノード上に、薄層 状にした約２０ミクロンの厚さを有するＹ₂Ｏ₃ドープＺｒＯ₂（ＹＳＺ）から成 ることができる。カソード層２２は、約５０から１００ミクロンの厚さを有する ストロンチウムをドープしたランタン亜マンガン酸塩から成ることができる。 アノード及びカソード層１８及び２０は多孔質であり、カソード層２２は、シ ール目的のために、電解質２０の表面に延びないように、アノード及び電解質層 １８及び２２と比較して狭い領域となっている。 相互連結平板１２及び１４は前述の国際特許出願で述べたいずれかの材料で形 成されることができるが、滑らかな表面を提供する光学研磨をせずに、改良され た電気的接触及び応力緩和を与える使用温度でのクリープ度を有する腐食耐性ス テンレス鋼で形成されるのが好ましい。好適な材料は、その内容がここで参照と して組入れられるであろう「熱耐性鋼」"A Heat Resistant Steel"という名称の 、我々の同様に出願中のオーストラリア特許出願に述べられている。ステンレス 鋼 相互連結平板は、電気的に接触を高めるために被覆されるのが好ましいであろう 。例えば、カソード側面２４は、Ｌａ−Ｓｒ−ＣｒＯ₃（ＬＳＣ）のコーティン グを有し、アノード側面２６では、ニッケルコーティングを有していてもよい。 相互連結平板１２及び１４は、空気流が燃料電池１６のカソード層２２を横切 るのを促進するために、カソード側面２４の方だけに波があるのが示され、リブ ３０のチャネル２８は、腐食を最小限にするためにアルミナコーティングを有し ていてもよい。説明した実施態様において、相互連結平板のアノード側面２６上 の燃料ガス流は、以下に述べるように、圧縮部材３２によって方向付けられるが 、相互連結平板のアノード側面２６中の協働チャネルによって促進され、また燃 料電池１６のアノード側面１８を横切る燃料ガス供給は、例えば、前述の国際特 許出願で述べたように、相互連結平板のアノード側面２６上のチャネルによって のみ実質上行われるであろう。 図１に示したような単燃料電池アセンブリにおいて、相互連結平板１２の側面 ２４を横切る空気流及び相互連結平板１４の側面２６を横切る燃料ガス流がない ときには、相互連結平板１２にあるチャネル及びリブ２８及び３０は省略される だろうということが理解されるであろう。同様の考察を、積層された燃料電池ア センブリ中の末端相互連結平板に適用する。積層体において、さらなる燃料電池 １６が、隣接する燃料電池間に設けられた一相互連結平板とともに、以下に述べ る方法で各対の相互連結平板の間に配置される。 相互連結平板１２及び１４は、相互連結平板間に、燃料電池１６が収められる チャンバを設ける開口部３６を有する絶縁スペーサ平板３４によって間隔を空け られる。スペーサ平板は、例えばアルミナから、又は、例えばアルミナの絶縁コ ーティングをしたステンレス鋼のような導電性材料から形成されることができる 。絶縁スペーサ平板３４は燃料電池１６よりかなり厚く、圧縮部材３２はスペー サ３４の開口部３６によって設けられるチャンバ内で、相互連結平板１２及び燃 料 電池１６のアノード層１８間に配置される。圧縮部材３２は、例えばニッケルあ るいはニッケル合金から形成されることができ、相互連結平板１２及び燃料電池 のアノード層１８間に電気的接触を維持する。さらに、圧縮部材３２は、相互連 結平板１４のカソード側面２４とカソード層２２を電気的接触を維持するために 、相互連結平板１２から燃料電池１６へ圧力を加える。しかしながら、この圧力 はスペーサ平板３４によって制限され、上記アセンブリ１０を積層したものとい ってよい燃料電池アセンブリの数とは無関係である。これは、前述の国際特許出 願で述べた燃料電池と比較して相対的に弱い燃料電池１６の利用を非常に高める 。圧縮部材３２は、重ねて伸ばされたニッケルメッシュの３枚のシートから成る 。外側のシート３８及び４０は平らで、内部シート４２は波形である。各シート は、約４分の一ミリメータの厚さを有し、圧縮部材３２の全厚は１．５から２ｍ ｍ、例えば約１．７ｍｍである。 内部シート４２の波形特性は、燃料ガス流が開口部３６によって設けられたチ ャンバを横切るのを促進し、伸ばしたシートの開放メッシュ特性は、供給された 燃料ガスが燃料電池のアノード層１８と接触するのを許す。 波形内部シート４２はまた、相互連結平板１２及び燃料電池間に、所望の圧縮 力を加えるために、部材３２にシートの厚さを通して圧縮度を伝える。圧縮力は 、燃料電池及び両相互連結平板１２及び１４間に電気的接触を維持するために、 燃料電池の使用中ずっと持続されなければならず、また内部シート４２は、圧縮 に対する抵抗を増すために、例えば、スポット溶接によって、外側シート３８及 び４０の一方に都合よく接合される。内部シート４２が外側シート３８にスポッ ト溶接されると、好都合なことに、外側シート４０は、圧縮された内部シート４ ２及び燃料電池のアノード層１８間のすり接触を軽減する。外側シート３８は省 略してもよく、代わりに、波形内部シート４２が相互連結平板１２に直接スポッ ト溶接されるであろう。また他に、この実施態様において、外側シート４０もま た省略してもよい。同様に、波形内部シート４２は、スポット溶接等によって、 外 側シート３８及び４０の一方に接着され、他方の外側シートは省略してもよい。 圧縮部材３２のニッケル材料をニッケル合金に変えることが、圧縮部材の望まし い特性を改良するであろうことは考えられる。 アノード側チャンバ中の燃料ガスから、燃料電池のカソード側のチャンバ中の 空気をシールすることは重要であり、ガラス含有ガスケット４４の形のシールが 、空気供給チャネル２８辺りで、相互連結平板１４のカソード側面２４上に設置 される。ガスケット４４は、相互連結平板１４とスペーサ平板３４との間、また 相互連結平板１４と燃料電池１６の周辺領域４６との間に充分に伸ばされる。燃 料電池のカソード層２２は多孔質なので、周辺領域４６には伸びでおらず、ガス ケット４４は、周辺領域４６中の十分に密度のある固体酸化物電解質層２０に接 触している。もし望ましいのなら、燃料電池の周辺領域４６に接するガスケット ４４の部分をスペーサ平板３４に接するガスケットの部分から離すことができる 。より薄いガラス含有ガスケット４８が、チャンバのアノード側をシールするた めに、スペーサ平板３４と相互連結平板１２のアノード側面２６との間に設けら れる。 ガスケット４４及び４８は、周囲状況下では堅いが、燃料電池の使用温度では 粘性となる複数層のガラス含有材料から形成されることが好ましい。これは、ガ スケット４４及び４８、とくにより厚いガスケット４４を圧縮し、よって望まし いシールを確立することが可能であり、実際問題における圧縮は、燃料電池上に カソード層２２を確立することが相互連結平板１４のカソード側面２４と接する 圧縮部材３２によって推進されるようなものである。ガスケット４４及び４８は 圧縮されるので相互連結平板１２及び１４は互いの方向へ動くが、この動きはス ペーサ平板３４によって制限され、圧縮部材３２によって燃料電池に加えられる 圧縮度は制限され、燃料電池の積層体である燃料電池アセンブリ１０の位置には 無関係である。 ここで図２から５について述べると、燃料電池アセンブリ１０は、内的にマニ ホールド状であり、酸素含有ガス及び燃料ガスが、ガスケット４４及び４８を通 ると同時に、相互連結平板１２及び１４並びにスペーサ平板３４を通って広がる ためのマニホールドであると理解されるであろう。しかしながらこれは絶対必要 ではなく、燃料電池アセンブリ１０は外面的にマニホールド状にすることができ る。 図２から５において、酸素含有ガス入口マニホルド５０及び出口マニホルド５ ２は、チャネル２８を横切るガスの適量の供給を確立するために、互いに対角線 上に対置されていることが解るであろう。同様に、燃料ガス入口マニホルド５４ 及び出口マニホルド５６は、圧縮部材３２によって設けられる供給チャネルを横 切る燃料ガスの同量の供給を確立するために、互いに対角線上に対置されている 。酸素含有ガス及び燃料ガスの流方向は同方向であるが、それらは、対の入口及 び出口マニホルドの一つを取り替えることによって、簡単に逆流とすることがで きる。同様に、本発明は、図６から１０を参照にして述べられているのと同等に 交差流装置にも適用可能である。 酸素含有ガス入口及び出口マニホルド５０及び５２は、相互連結平板中の溝に よって設けられる入口及び出口通路５８及び６０並びにディストリビュータ５８ 及び６０によって、相互連結平板の供給チャネルに通じている。入口及び出口チ ャネル５８及び６０は、例えばステンレス鋼のようなシール片（不図示）を受け 入れるために、両側の６６で溝を設ける。ガスケット４４はシール片を覆うほど 伸びていてよい。 図５において、スペーサ平板３４は、マニホルド通路５４及び５６と、そこを 通って、燃料電池１６及び圧縮部材３２のためのチャンバを設ける開口部３６と の間に伸びているそれぞれの溝によって設けられる燃料ガス入口及び出口通路６ ８及び７０を有していることが理解されるであろう。 ここで図６から１０について述べると、本発明は、例えば、４つの燃料電池の 平行整列を組入れている燃料電池アセンブリにもまた適用できることが理解され るであろう。一相互連結平板８０及び一スペーサ平板８２が、この目的のために 、図６から８並びに図９及び１０にそれぞれ示されている。燃料電池は図示して いないが、それらは独立しており、先に述べた燃料電池１６と全く同じでもよい 。 同様に、相互連結平板８０及びスペーサ平板８２は、燃料電池及び部材３２の ような圧縮部材のそれぞれの集合体が収められるであろうチャンバを設け、スペ ーサ平板中の４つの開口部あたりまで伸びている、スペーサ平板８２の上下に対 応して形作られたシーリングガスケットで、先に述べたような同一の方法で集合 体とされるであろう。 相互連結平板８０及びスペーサ平板８２はまた、内的にマニホールド状とされ るが、異なる方法で、燃料アセンブリ１０のマニホールド状とする。図６から１ ０において、圧縮部材３２は、相互連結平板８０の空気側供給チャネル８６に対 して垂直に伸びている内部シート４２の波によって設けられる供給チャネルとと もに、燃料アセンブリ１０内でのそれ自身の方向と比較して９０°回転されると 、交差流装置が使用される。この装置は、整列燃料電池に、マニホールドとする 目的のために対とされることを可能にする。よって、各整列が、各燃料電池に対 して夫々酸素含有ガス入口マニホルド通路８８を有し、各酸素含有出口マニホル ド通路９０は、対とされた燃料電池に共有される。同様に、各整列は各燃料電池 に対して夫々燃料ガス入口マニホルド通路９２を有するが、燃料ガス出口マニホ ルド通路９４は、燃料電池の各対に共有とされる。マニホルド通路全部が、開口 部８４の夫々の全幅を少なくとも実質的に横断して伸びている。夫々のガス流は 、入口及び出口マニホルド通路を取り替えることによって、逆流とされるであろ うことはよく理解されている。 ここで、２つの実施例が、図１から５に示した燃料電池アセンブリ１０の性能 を示すために与えられた。実施例１において、単燃料電池のみが試験され、実施 例２においては、燃料電池アセンブリは６つの電池積層から成った。実施例にお ける電池アセンブリは同一で５０ｍｍ×５０ｍｍ燃料電池からなり、各々が、薄 層化された２０ミクロンのＹＳＺ電解質層を有する０．５ｍｍ厚さより厚いＮｉ ／ＹＳＺアノード層と、それに加えて電解質の他方側の１００ミクロンのＬＳＭ カソード層から成る。各電池アセンブリに圧縮部材は、夫々の側にニッケルメッ シュの平面シートのある波形エキスパンドニッケルメッシュからなり、平面シー トの一方は、波形メッシュにスポット溶接されて約１．７ｍｍの全厚となし、各 シートは約２３０ミクロンの厚さを有する。相互連結部材は、リブ上にＬＳＣ導 電性層及びカソード側に供給チャネル内のアルミナコーティング、及び燃料側に ニッケルコーティングを有する腐食耐性ステンレス鋼である。ステンレス鋼の組 成は、重量％で、Ｃｒ ２６．２５−２８，Ｃ ０．０１１−０．０８０，Ｓｉ ０．０１−０．０９，Ｍｎ ０．０１，Ｎｉ ０．０１，Ｓ ０．００１−０ ．００２，Ｐ ０．００２，希土類金属 ０．０１−０．１５，残渣鉄，僅かな レベル以下の付帯不純物は除外する、である。各燃料電池アセンブリ中のスペー サ平板は２ｍｍの厚さのアルミナからなり、及びガスケットは８００℃の使用温 度で粘性となるガラス含有材料からなる。ガスケットの厚さは、望ましいシール を提供するための最適条件となすために調整される。 実施例１ 単燃料電池アセンブリを８００℃に加熱後、燃料ガス（水素中に４％の水）が 、圧縮部材を経由してアノードに通された。空気は酸素含有ガスとして使用され た。電池はよくシールされ、１．０８４Ｖの理論回路電圧に到達した。電池は、 図１１に示したように、１６アンペアで約４５０ｍＷ／ｃｍ²のピーク電力を生 じさせた。電池は総計で２５０時間稼動させ、その後、ポストモーテム分析に供 した。現場での電気化学診断試験は、圧縮部材がよく働いたことを示す低い接触 抵抗を表した。実施例２ ６つの燃料電池積層体を組立後、積層体は、８００℃までの試験範囲に加熱さ れた。積層体は燃料ガスとしての４％水含有水素及び酸化物ガスとしての空気で 試験した。積層体はよくシールされ、６つの電池全てが、１．０８４Ｖの理論回 路電圧に到達した。積層体は、図１２に示したように、１０Ａで２９Ｗのピーク 電力に到達した。積層体は、その後、分析のために止めるまで、２５０時間の間 、１５０ｍＡ／ｃｍ²及び２００ｍＡ／ｃｍ²で稼動させ、分析結果は図１４に示 す。積層体シールは全試験期間中良好である。現場での電気化学試験は、圧縮部 材がよく働いたことを表す、電池と相互連結部材との間の良好な接触を示した。 この明細書及び請求の範囲は、全文を通して、文脈から別な方法が要求されな ければ、「成る」"comprise"という言葉、並びに"comprises"及び"comprising" のような変形は、主張した要素やステップ又は要素や方法のグループの包含を明 示するが、他のどんな要素やステップ又は要素や方法のグループの除外を意味し ないと理解されるべきである。 それらの当業者は、ここで述べた本発明は、それらの特記したものの他の変形 や修飾が可能であることをよく理解するであろう。本発明は、添付した請求の範 囲に限定される意図や範囲内にあるそのような変形や修飾を全て含むことが理解 されるはずである。

───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】 持するようにした。燃料電池アセンブリ（１０）は、２ つの相互連結部材（１２，１４）の間の単燃料電池（１ ６）から成っていてもよい。圧縮可能手段（３２）は、 Ｎｉ又はＮｉ合金の波形シートからなることができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．片側にアノード層を、反対側にカソード層を持つ電解質層を有する平坦な燃 料電池を備え、該燃料電池はそれぞれの相互連結部材の間に電気的に接触した状 態で配置され、酸素含有ガス通路手段がカソード層と隣接する相互連結部材との 間に形成される一方、燃料ガス通路手段がアノード層と隣接する相互連結部材と の間に形成され、燃料電池の肉厚より高さが高く燃料電池が収容されるチャンバ が相互連結部材の間に形成され、導電性の圧縮可能手段が燃料電池の第１面と電 気的に接触した状態でチャンバ内に設けられ、隣接する相互連結部材が燃料電池 をその第２面で隣接する相互連結部材に向かって押し、燃料電池と両方の相互連 結部材との電気的接触を維持するようにした燃料電池アセンブリ。 ２．積層された複数の平坦な燃料電池を備え、各燃料電池は片側にアノード層を 反対側にカソード層を有するとともに複数の相互連結部材を有si、各燃料電池は 隣接した一対の相互連結部材の間に電気的に接触した状態で配置され、酸素含有 ガス通路手段が各燃料電池のカソード層と隣接する相互連結部材との間に形成さ れる一方、燃料ガス通路手段が各燃料電池のアノード層と隣接する相互連結部材 との間に形成され、それぞれの燃料電池の肉厚より高さが高く燃料電池が収容さ れるチャンバが各対の隣接する相互連結部材の間に形成され、導電性の圧縮可能 手段が燃料電池の第１面と電気的に接触した状態でチャンバ内に設けられ、隣接 する相互連結部材が燃料電池をその第２面で隣接する相互連結部材に向かって押 し、燃料電池と両方の隣接する相互連結部材との電気的接触を維持するようにし た請求項１に記載の燃料電池アセンブリ。 ３．導電性の圧縮可能手段が燃料電池のアノード側に配置された請求項１又は２ に記載の燃料電池アセンブリ。 ４．導電性の圧縮可能手段が、周期律表の第８−１１族の金属、好ましくはニッ ケル、そのような金属の１つ以上の合金、酸素分散強化される金属から選択され る材料で形成された請求項３に記載の燃料電池アセンブリ。 ５．導電性の圧縮可能手段が、使用温度で何らかの弾力性を保持する構造体と、 多孔質の脆性材料と金属の複合材料から選択された上記請求項のいずれか１項に 記載の燃料電池アセンブリ。 ６．導電性の圧縮可能手段が、金属あるいは金属性材料で好ましくはエキスパン ド（伸張）された波形（コルゲート）シートを有し、金属あるいは金属性材料で 好ましくはエキスパンドされた実質的に平坦なシートが波形シートと燃料電池と の間に任意に配置された請求項５に記載の燃料電池アセンブリ。 ７．金属あるいは金属性材料で好ましくはエキスパンドされた実質的に平坦なシ ートが、波形シートと、波形シートに任意に接合された隣接する相互連結部材と の間に配置された請求項６に記載の燃料電池アセンブリ。 ８．導電性の圧縮可能手段が隣接する相互連結部材に、好ましくはスポット溶接 により接合された請求項６又は７に記載の燃料電池アセンブリ。 ９．導電性の圧縮可能手段が、燃料電池の第１面と隣接する相互連結部材との間 にガス通路手段を形成し、隣接する上記相互連結部材の平坦な側と接触するよう にした請求項６乃至８のいずれか１項に記載の燃料電池アセンブリ。 １０．導電性の圧縮可能手段が燃料電池の上側に配置された上記請求項のいずれ か１項に記載の燃料電池アセンブリ。 １１．好ましくは電解質層と接触した燃料電池の第２面と隣接する相互連結部材 との間の燃料電池の周辺部の周囲にシールが設けられ、チャンバ内で酸素含有ガ スと燃料ガスとを互いにシールするようにした上記請求項１〜１０のいずれか１ 項に記載の燃料電池アセンブリ。 １２．シールは、使用時圧縮可能で、好ましくは室温で固体で電池の使用温度で 粘性があり、好ましくは燃料電池の第２面の電極層が隣接する相互連結部材から 当初離間し、使用温度で隣接する上記相互連結部材と当接して電気的に接触し、 好ましくは複数層のガラス含有材料を任意に有するガラス含有ガスケットの形態 を呈した請求項１１に記載の燃料電池アセンブリ。 １３．シールあるいはシールと同じ特性を任意に有する別のシール部材がチャン バの周囲に延在し、チャンバを外部から少なくとも部分的にシールするようにし た請求項１１あるいは１２に記載の燃料電池アセンブリ。 １４．燃料電池と導電性の圧縮可能手段の周囲に絶縁スペーサが延在して、少な くとも部分的にチャンバを形成し、燃料電池の第１面と隣接する相互連結部材と 絶縁スペーサとの間にシール部材が任意に設けられた上記請求項１〜１３のいず れか１項に記載の燃料電池アセンブリ。 １５．内部がマニホールド状の上記請求項１〜１４のいずれか１項に記載の燃料 電池アセンブリ。 １６．燃料電池又は各燃料電池が、アセンブリ内の複数の平坦な燃料電池のそれ ぞれの層における配列の一つであり、請求項１に記載のチャンバ内に各々配置さ れ、各配列の燃料電池の全てあるいは一つ以上の共通面に隣接する相互連結部材 が単一のプレートに形成できる上記請求項１〜１５のいずれか１項に記載の燃料 電池アセンブリ。