JP2006302749A - 固体電解質型燃料電池及びスタック構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】セパレータを薄肉化し、セパレータを補強しつつセパレータと集電体との接合強度を高めることができ、セパレータと集電体との接触抵抗の低減を実現することができると共に、振動や衝撃で集電体がセパレータに対して位置ずれするのを阻止することが可能である固体電解質型燃料電池及びスタック構造体を提供する。
【解決手段】薄板状を成し且つ単セル取付部２５を有する一方の金属製セパレータ２と、薄板状を成す他方の金属製セパレータ３と、両セパレータ２，３を互いに対向して接合することで両者間に形成される空間Ｓ内に収容した多孔質集電体６を備え、両セパレータ２，３の各中心部分にそれぞれ位置させたガス導入孔２１，３１及びガス排出孔２２，３２を介して空間Ｓ内に対するガス供給及びガス排出を行う固体電解質型燃料電池１であって、多孔質集電体６に圧縮帯６１を設け、圧縮帯６１を金属製セパレータ２に接合した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、積層して用いられる固体電解質型燃料電池及びこれを積層して成るスタック構造体に関するものである。

従来、上記したような固体電解質型燃料電池としては、例えば、セルと、平板状のセパレータと、このセパレータ及びセルの空気極の間に位置してセパレータに対してロウ付けにより接合されるフェルト状の集電体を備えたものがあるほか、セパレータと、このセパレータの両側に隣接するプレス成形して成る集電板を備え、集電板の各凸部同士でセパレータを挟み込んでレーザ溶接により接合した構成を有するものがある。
特開２００４−２４７１７４号公報 特開平１１−９７０３９号公報

ところが、上記した固体電解質型燃料電池において、前者の固体電解質型燃料電池の場合、平板状のセパレータにフェルト状の集電体をロウ付けにより接合するようにしている都合上、接合時に十分な荷重を負荷することができず、その結果、接合面積が小さくなるのに加えて接合強度が低くいものとなって、耐久性が良いとは言えない。

また、後者の固体電解質型燃料電池の場合、プレス成形して成る集電板の凸部をセパレータに接合するようにしているので、すなわち、点付けするようにしているので、セパレータの補強効果が少ないうえ、接触面積が小さくなる分だけ接触抵抗が増加してしまう。

上記した従来の固体電解質型燃料電池を積層して成るスタック構造体を起動停止や負荷運転が頻繁に行われる車載用とした場合には、セパレータの薄肉化が図られている分だけ、スタック構造体全体の熱容量を小さくすることはできるものの、いずれの場合もセパレータの強度が低いのに加えて集電体との接合強度も低く、したがって、振動や衝撃によって、セパレータが変形したり、セパレータと集電体との位置ずれによる摩擦が生じたりしてしまうという問題があり、この問題を解決することが従来の課題となっていた。

本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたもので、セパレータを薄肉化することで熱容量を小さくすることができるのは勿論のこと、セパレータを補強しつつセパレータと集電体との接合強度を高めることができ、その結果、セパレータと集電体との接触抵抗の低減を実現することができると共に、振動や衝撃で集電体がセパレータに対して位置ずれするのを阻止することが可能である固体電解質型燃料電池及びスタック構造体を提供することを目的としている。

本発明の固体電解質型燃料電池は、薄板状を成し且つ単セル取付部を有する一方の金属製セパレータと、薄板状を成す他方の金属製セパレータと、両セパレータを互いに対向して接合することで両者間に形成される空間内に収容した多孔質集電体を備え、両セパレータの各中心部分にそれぞれ位置させたガス導入孔及びガス排出孔を介して上記空間内に対するガス供給及びガス排出を行う固体電解質型燃料電池であって、上記多孔質集電体に高密度部を設け、この高密度部の少なくとも一部分を金属製セパレータに接合した構成としたことを特徴としており、この固体電解質型燃料電池の構成を前述した従来の課題を解決するための手段としている。

本発明の固体電解質型燃料電池では、両セパレータ間に形成される空間内に収容した多孔質集電体に高密度部を設けて、この高密度部の少なくとも一部分を金属製セパレータに接合するようにしているので、多孔質集電体を金属製セパレータに強く押し付けて接合することができるうえ、高密度部の接合部分が梁として機能することから、セパレータを補強しながらセパレータと集電体との接合強度を高め得ることとなる。

一方、本発明のスタック構造体は、上記固体電解質型燃料電池を積層して成る構成としたことを特徴としており、このスタック構造体の構成を前述した従来の課題を解決するための手段としている。

本発明の固体電解質型燃料電池によれば、上記した構成としているので、セパレータを薄肉化して熱容量を小さくすることができるのは言うまでもなく、セパレータを補強しつつセパレータと集電体との接合強度を高めることが可能であり、したがって、セパレータと集電体との接触抵抗の低減を実現することができるのに加えて、振動や衝撃で集電体がセパレータに対して位置ずれするのを防止することが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。

本発明の固体電解質型燃料電池の形状は不問であり、円形状や四角形状を適宜採用することができ、多孔質集電体の高密度部は、プレス機などで圧力を負荷して形成する。

また、本発明の固体電解質型燃料電池において、多孔質集電体の高密度部と金属製セパレータとの接合部分に上記空間内を通過するガスの整流機能を持たせた構成を採用することができ、この場合には、上記空間内に整流板を設置する必要がなく、電池全体の薄型化が図れることとなる。

さらに、本発明の固体電解質型燃料電池において、セパレータの強度向上を図るうえで、両セパレータの少なくともいずれか一方にプレス加工などによる塑性変形部を設けた構成とすることが望ましい。

さらにまた、上記したようにして強度を高めたセパレータをより補強するために、多孔質集電体の高密度部の配置位置とセパレータの塑性変形部の配置位置とを一致させた構成とすることが望ましく、例えば、多孔質集電体の高密度部を凹形状とすると共にセパレータの塑性変形部を凸形状として、多孔質集電体の高密度部とセパレータの塑性変形部とを互いに係合可能とした構成とすると、固体電解質型燃料電池の組み立て時におけるセパレータに対する多孔質集電体の位置合わせが容易なものとなる。

この場合、セパレータの塑性変形部の形状は、ガスの分配性やセパレータの必要強度により決定される。例えば、セパレータが円形状を成している場合、塑性変形部を半径方向の梁として形成すると、セパレータの補強の効果が期待でき、この際、梁機能を有する塑性変形部でガスの導入側及び排出側を分割するようになせば、整流性が高まることとなり、加えて、セパレータの外周縁部に塑性変形部を設けると、集電体との接合強度及びセパレータ自体の強度が高まることとなる。

さらにまた、本発明の固体電解質型燃料電池において、一方の金属製セパレータと接合する多孔質集電体における高密度部の接合部分と、他方の金属製セパレータとの間に空隙を設け、この空隙を両セパレータ間の空間内を通過するガスのガス流路とした構成とすることができ、この場合には、流路を形成するための部品を用いることなく、ガスの分散性を高め得ることとなる。

例えば、セパレータが円形状を成している場合、ガス流路を中心から外周縁部方向に形成して、ガスを途中まで導いて放出するようになせば、ガスの分散性が向上し、一方、ガス流路を円周方向に形成して、周上における適宜位置でガスを放出するようになせば、ガスの不均一分布が抑制され、空間内の温度分布を均一にし得ることとなる。

さらにまた、本発明の固体電解質型燃料電池において、一方の金属製セパレータと接合する多孔質集電体における高密度部の接合部分と、他方の金属製セパレータとを接合し、この接合部分を両セパレータ間の空間内を通過するガスの整流用仕切り壁とした構成とすることができ、この場合にも、ガスの整流用仕切り板を用いることなく、ガスの分散性を高め得ることとなる。

例えば、セパレータが円形状を成している場合、セパレータの塑性変形部としての段差を大きくして、この位置で多孔質集電体の高密度部と接合すると、この接合部分での圧損が大きくなって、ガスの整流用の仕切り板として機能することとなり、この際、両セパレータに塑性変形部としての段差が形成されていて、高密度部が集電体の厚さ方向の中心付近に形成されていても差し支えないほか、多孔質集電体の高密度部を両セパレータの各塑性変形部に接合してもよい。

さらにまた、本発明の固体電解質型燃料電池において、両セパレータ間の空間内に収容した多孔質集電体とともに金属製セパレータを挟み込んだ状態で上記空間外から接合する多孔質集電体を設けた構成としてもよく、この場合には、セパレータに対して、アノード側集電体及びカソード側集電体を両面から固定し得ることとなり、すなわち、両極の集電体を一括して固定し得ることとなり、工程が簡略化されることとなる。

さらにまた、本発明の固体電解質型燃料電池において、レーザ溶接，抵抗溶接，シーム溶接，ロウ付け，拡散接合，導電性ペースト及び接着剤のうちのいずれかの接合手段によって、多孔質集電体と金属製セパレータとの接合が成されている構成を採用することができ、多孔質集電体と金属製セパレータとの接合部分を梁として機能させる場合には、点接合ではなく線状に接合することが望ましい。

ここで、多孔質集電体と金属製セパレータとを溶接によって接合する場合は、多孔質集電体の高密度部に冶具を押し付けながら行い、多孔質集電体と金属製セパレータとを拡散接合によって接合する場合は、高密度部で１１０ｋｇｆ／ｃｍ^２程度の荷重を負荷して、１０００℃以下の真空高温で接合させる。

一方、ロウ付け，導電性ペースト及び接着剤のいずれかによって接合する場合は，高密度部で荷重を負荷しながら行い、この際、セパレータの塑性変形部としての凹部を液剤の溜まりとして利用することができる。ロウ付けの場合は、固体電解質型燃料電池の動作温度に合わせてロウ材を決定し、例えば、動作温度を７００℃とすると、ＢＡｇ８を接合時に融点（７８０℃）以上に上げて接合し、動作はそれ以下の温度で行うように成すことが望ましい。導電性ペースト及び接着剤も動作温度に応じて決定すべきであるが、動作温度を７００℃と想定すると、導電性ペーストの場合はＰｔやＡｇが適当であり、接着剤の場合はセラミック系又は耐熱ステンレスパテが適当である。

さらにまた、本発明の固体電解質型燃料電池において、多孔質集電体は、メッシュ状，不織布状及び発泡金属状のいずれかの形態を成し、Ｆｅ又はＮｉを主成分とするＣｒを含有する耐熱合金（例えば、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ３１０Ｓやインコネル７５０、７１８）、あるいはＮｉ、Ｐｔ、Ａｇなどの金属から成っている構成とすることができ、多孔質集電体がメッシュ状を成す場合は、柔軟性を持たせるために線径を１００〜２００μｍとすることが望ましい。この多孔質集電体は、その熱膨張係数をセル材料の熱膨張係数に一致させる必要はなく、表面の導電性が高く、しかも、繰り返しの熱衝撃による硬化が少ないことが望ましい。加えて、この多孔質集電体は、単セルに押し付けて接触面積を稼ぐことで両者間の接触抵抗を低減させ得ることから、単セルの表面形状に適合可能な可撓性やバネ性を持たせることが望ましい。

さらにまた、本発明の固体電解質型燃料電池において、車載性や起動性の観点から熱容量及び質量は増加させたくないので、金属製セパレータの肉厚を０．０５〜０．５ｍｍとすることが望ましい。この金属製セパレータの材料としては、ステンレス圧延板を用いることができるが、高温タイプのセルを装着する場合は、金属製セパレータの材料として、ＳＵＳ３１６Ｌ、ＳＵＳ４３０やＺＭＧ、ＦｅＣｒＷなどのＦｅ−Ｃｒ系の合金を用いることが望ましい。この際、インコネルなどのＮｉ系合金を用いることも可能だが、セル材料と熱膨張係数が近い材料を選ぶことが望ましい。

一方、本発明の固体電解質型燃料電池を積層して成るスタック構造体において、固体電解質型燃料電池を固体酸化物型燃料電池とした構成とすることができ、この構成を採用すると、起動時及び停止時の熱衝撃に強いのに加えて、構造耐久性も高いことから、車載用にふさわしいものとなる。この場合、固体酸化物型燃料電池の単セルは電極支持型及び電解質支持型のいずれでもよく、その形状も不問である。また、金属製セパレータを用いているため、動作温度を７００℃以下とすることが望ましい。

以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

図１〜図３は、本発明の固体電解質型燃料電池の一実施例を示しており、図２に示すように、この固体電解質型燃料電池１は、円形薄板状を成し且つ中心部分にガス導入孔２１及びガス排出孔２２を有すると共にセル取付部２５を有する一方のセパレータ２と、この一方のセパレータ２と同じく円形薄板状を成し且つ中心部分にガス導入孔３１及びガス排出孔３２を有する他方のセパレータ３と、両セパレータ２，３のガス導入孔２１，３１及びガス排出孔２２，３２と連通するガス導入口５１及びガス排出口５２を具備して両セパレータ２，３間に形成される空間Ｓ内に対するガス供給及びガス排出を行う中央流路部品５と、上記空間Ｓ内に収容されて一方のセパレータ２に接合されるドーナツ状を成す多孔質集電体６を備えており、両セパレータ２，３は、互いに対向した状態で各々の周縁部２ａ，３ａ同士を接合するようにしてある。

中央流路部品５は、互いに対向した状態で接合する両セパレータ２，３の各中心部分に位置していて、セパレータ３のガス導入孔３１と連通する上記ガス導入口５１が形成されたガス導入部５Ｉ及びセパレータ２のガス排出孔２２と連通する上記ガス排出口５２が形成されたガス排出部５Ｏを具備している。

一方のセパレータ２は、図１に示すように、プレス加工により形成された径方向に沿う８本の凸条（塑性変形部）２３を具備しており、一方、ドーナツ状を成す多孔質集電体６も、プレス加工により形成された径方向に沿う８本の圧縮帯（高密度部）６１を具備している。

この実施例では、図３に示すように、多孔質集電体６に圧縮帯６１を形成することで生じた溝６２にセパレータ２の凸条２３を係合して接合すると共に、上記圧縮帯６１を他方のセパレータ３にも接合して、この接合部分での圧損を大きくすることによって、すなわち、多孔質集電体６の圧縮帯６１とセパレータ２の凸条２３とで整流用仕切り壁７を形成することによって、４つの往路４１及びこの往路４１と同一平面に位置する４つの復路４２を形成するようにしている。

これらの８枚の整流用仕切り壁７で形成される４つの往路４１は、セパレータ３のガス導入孔３１及び中央流路部品５のガス導入部５Ｉを通して供給されるガスを該空間Ｓのセパレータ周縁部まで到達させ、一方、４つの復路４２は、空間Ｓのセパレータ周縁部に到達したガスを中央流路部品５のガス排出部５Ｏ及びセパレータ２のガス排出孔２２まで到達させるようになっている（図１の矢印参照）。

この場合、セル取付部２５は、一方のセパレータ２の中心周りの８箇所に設けてあり（図２では２箇所のセル取付部２５のみ示す）、単セルを固定した８箇所のセル取付部２５上に整流用仕切り壁７が位置するようにしてある。

この実施例において、セパレータ２，３には、肉厚が０．１ｍｍの円板状を成すフェライト系ＳＵＳを用い、セパレータ２に対しては、プレス装置にセットして深絞り加工を施して、径方向に沿う突出量１．２ｍｍの凸条２３を８本形成した。

また、多孔質集電体６は、インコネル７５０製のワイヤを１ｇ／ｃｍ３の密度でメッシュ状に編み込んで厚さ２ｍｍに成形して成るものとし、この多孔質集電体６に対してもプレス加工を施して、厚さ０．８ｍｍの圧縮帯６１を８本形成した。

そして、この圧縮帯６１を形成することで生じた多孔質集電体６の溝６２にセパレータ２の凸条２３を係合して、圧縮帯６１と凸条２３とをレーザ溶接により接合することで整流用仕切り壁７を形成するのに続いて、これらの整流用仕切り壁７を他方のセパレータ３にレーザ溶接により接合すると共に、セパレータ２，３の各周縁部２ａ，３ａ同士をレーザ溶接で接合した。

この際、レーザ溶接の条件は、波長１０６４ｎｍ、パワー５８０Ｗ、パルスディレイ３ｍｓ、繰り返し周期２０Ｈｚ、送り量１ｍ／分とした。なお、治具を用いる都合上、プレス面側からレーザ溶接を行う方が作業性に優れるのに加えて溶接による歪みの発生も抑制することができるが、機能的には、非プレス面側からレーザ溶接を行っても等価であり、両側からレーザ溶接を行えば、補強効果がより一層増すうえに、接合強度もより向上する。

この固体電解質型燃料電池１において、燃料ガスは、中心流路部品５のガス導入部５Ｉガス導入口５１を通して袋構造を成す両セパレータ２，３間の空間Ｓ内に導入され、図１の矢印に示すように、整流用仕切り壁７によって形成された往路４１を通ってセパレータ周縁部２ａ，３ａに到達し、そして、同じく整流用仕切り壁７によって形成された復路４２を介して中心流路部品５のガス排出部５Ｏのガス排出口５２から排出され、空気ガスは積層した固体電解質型燃料電池１の層間を流れる。

上記した固体電解質型燃料電池１では、両セパレータ２，３間に形成される空間Ｓ内に収容した多孔質集電体６の高密度部である圧縮帯６１とセパレータ２の凸条２３とをレーザ溶接により接合することで整流用仕切り壁７を形成するようにしているので、多孔質集電体６を金属製セパレータ２に強く押し付けて接合することができるうえ、整流用仕切り壁７が、両セパレータ２，３間に形成される空間Ｓの潰れを阻止するように機能するので、セパレータ２を補強しながらセパレータ２と多孔質集電体６との接合強度を高め得ることとなる。

また、上記多孔質集電体６の高密度部である圧縮帯６１とセパレータ２の凸条２３とを接合してなる整流用仕切り壁７を上記のように配置することで、４つの往路４１及びこの往路４１と同一平面に位置する４つの復路４２を形成するようにしているので、ガスの整流用仕切り板を用いることなく、ガスの分散性及び整流性を高め得ることとなる。

さらに、上記した固体電解質型燃料電池１では、多孔質集電体６に圧縮帯６１を形成することで生じた溝６２にセパレータ２の凸条２３を係合して接合するようにしているので、セパレータ２のより一層の補強がなされるのに加えて、固体電解質型燃料電池１の組み立て時におけるセパレータ２に対する多孔質集電体６の位置合わせが容易なものとなる。

この場合、セパレータ２の塑性変形部の形状は、ガスの分配性やセパレータ２の必要強度により決定され、例えば、上記したように、セパレータ２が円形状を成している場合において、図４に示すように、半径方向の梁として機能する凸条２３に加えて、セパレータの外周縁部にも塑性変形部としてのプレスライン２３Ａを設けると共に、これに対応する高密度部としての圧縮帯６１Ａを多孔質集電体６にも設ければ、セパレータ２と多孔質集電体６との接合強度及びセパレータ２自体の強度が高まることとなる。

上記した固体電解質型燃料電池１では、セパレータ２の凸条２３と接合する多孔質集電体６の圧縮帯６１を他方の金属製セパレータ３の平坦部に接合するようにしているが、例えば、図５に示すように、他方のセパレータ３にも、一方のセパレータ２の凸条２３に対向する凸条３３を設けると共に、この凸条３３と係合可能な溝６３を多孔質集電体６にも設け、多孔質集電体６の溝６２にセパレータ２の凸条２３を係合すると共に、多孔質集電体６の溝６３にセパレータ３の凸条３３を係合して、圧縮帯６１を両セパレータ２，３の各凸条２３，３３に接合してもよく、この場合には、セパレータ２，３のより一層の補強がなされることとなる。

図６及び図７は、本発明の固体電解質型燃料電池の他の実施例を示しており、図６に示すように、この固体電解質型燃料電池１０１において、一方のセパレータ１０２は、プレス加工により形成された４本の湾曲凸条（塑性変形部）１２３を具備しており、一方、ドーナツ状を成す多孔質集電体１０６も、プレス加工により形成された４本の湾曲圧縮帯（高密度部）１６１を具備している。

この実施例では、図７に示すように、多孔質集電体１０６に圧縮帯１６１を形成することで生じた溝１６２にセパレータ１０２の凸条１２３を係合して接合し、圧縮帯１６１と、他方の金属製セパレータ１０３との間に空隙を設けて、この空隙を両セパレータ１０２，１０３間の空間Ｓ内を通過するガスのガス流路１０４としており、他の構成は先の実施例の固体電解質型燃料電池１と同じである。

この固体電解質型燃料電池１０１においても、両セパレータ１０２，１０３間に形成される空間Ｓ内に収容した多孔質集電体１０６の高密度部である圧縮帯１６１とセパレータ２の凸条１２３とをレーザ溶接により接合するようにしているので、多孔質集電体１０６を金属製セパレータ１０２に強く押し付けて接合することができるうえ、圧縮帯１６１が、セパレータ１０２の補強材として機能するので、セパレータ１０２を補強しながらセパレータ１０２と多孔質集電体１０６との接合強度を高め得ることとなる。

また、上記したように、ガス流路１０４を中心から外周縁部方向に形成して、ガスを途中まで導いて放出するようになせば、ガスの整流用仕切り板を用いることなく、ガスの分散性の向上が図られることとなる。

さらに、上記した固体電解質型燃料電池１０１では、多孔質集電体１０６に圧縮帯１６１を形成することで生じた溝１６２にセパレータ１０２の凸条１２３を係合して接合するようにしているので、セパレータ１０２のより一層の補強がなされるのに加えて、固体電解質型燃料電池１０１の組み立て時におけるセパレータ１０２に対する多孔質集電体１０６の位置合わせが容易なものとなる。

上記した固体電解質型燃料電池１０１では、ガス流路１０４を中心から外周縁部方向に形成しているが、例えば、セパレータ１０２が円形状を成している場合において、図８に示すように、ガス流路を構成するセパレータ１０２の凸条１２３Ａ及び多孔質集電体１０６の圧縮帯１６１Ａを円周方向に形成して、その周上における適宜位置でガスを放出するようになせば、ガスの不均一分布が抑制され、空間Ｓ内の温度分布を均一にし得ることとなる。

上記した実施例では、多孔質集電体６（１０６）の高密度部である圧縮帯６１（１６１）とセパレータ２（１０２）の凸条２３（１２３）とをいずれもレーザ溶接により接合する場合を示したが、他の接合手段として、例えば、ロウ付けを採用することができ、この場合には、図９に示すように、セパレータ２（１０２）に塑性変形部として凹溝２２３を形成して、ロウ材の溜まりとして機能させることができる。

また、上記した実施例では、セパレータ２（１０２）に塑性変形部としての凸条２３（１２３）を形成し、この凸条２３（１２３）の空間Ｓ側において多孔質集電体６（１０６）の高密度部である圧縮帯６１（１６１）を接合する場合を示したが、他の構成として、例えば、図１０に示すように、空間Ｓ内に収容した多孔質集電体６（１０６）とともに金属製セパレータ２（１０２）を挟み込んだ状態で上記空間Ｓ外から圧縮帯８１を接合させた多孔質集電体８を設ける構成としてもよく、この場合には、セパレータ２（１０２）に対して、アノード側集電体６（１０６）及びカソード側集電体８を両面から固定し得ることとなり、すなわち、両極の集電体を一括して固定し得ることとなり、工程が簡略化されることとなるのに加えて、平板状を成すセパレータ２（１０２）の強度の向上が図られることとなる。

本発明の固体電解質型燃料電池の形状は不問であり、例えば、図１１に示すように、四角形状のセパレータ２０２，２０３を備えていると共に、高密度部２６１を有する四角形状のカソード側多孔質集電体２０６Ａ及び同じく高密度部２６１を有する四角形状のアノード側多孔質集電体２０６Ｂを備えた固体電解質型燃料電池２０１であってもよい。

図１２は、本発明の固体電解質型燃料電池を積層してなるスタック構造体の一実施例を示しており、図１２に示すように、このスタック構造体３００は、固体電解質型燃料電池１の各中心流路部品５同士を電気絶縁性ガスシールを施して接合して成っている。例えば、セラミック接着剤を使用して接着したり、ガラスとセラミックス繊維とからなるガスケットを挟持して溶融締め付けしたり、絶縁板をロウ付け接合したりする方法を使用することができる。

このスタック構造体３００において、高温ガスを導入して起動時の加熱を行う場合、上流部分では、高温ガスにより大きな熱衝撃を受けることになるが、上記した固体電解質型燃料電池１を積層してなっているので、起動時及び停止時の熱衝撃に強いのに加えて、構造耐久性も高いことから、車載用にふさわしいものとなる。

本発明の一実施例による固体電解質型燃料電池の一方のセパレータの平面説明図（ａ）及び多孔質集電体の平面説明図である。（実施例１） 図１の固体電解質型燃料電池の分解斜視説明図（ａ）及びセパレータと多孔質集電体との位置関係を示す分解斜視説明図（ｂ）である。 図１の固体電解質型燃料電池における整流用仕切り壁での断面説明図である。 図１における固体電解質型燃料電池の他の構成例による一方のセパレータの平面説明図（ａ）及び多孔質集電体の平面説明図である。 本発明の他の実施例による固体電解質型燃料電池の整流用仕切り壁での断面説明図である。（実施例２） 本発明のさらに他の実施例による固体電解質型燃料電池の一方のセパレータの平面説明図（ａ）及び多孔質集電体の平面説明図である。（実施例３） 図６の固体電解質型燃料電池におけるガス流路での断面説明図である。 図５における固体電解質型燃料電池の他の構成例による一方のセパレータの平面説明図（ａ）及び多孔質集電体の平面説明図である。 本発明のさらに他の実施例による固体電解質型燃料電池のガス流路での断面説明図である。（実施例４） 本発明のさらに他の実施例による固体電解質型燃料電池のガス流路での断面説明図である。（実施例５） 本発明のさらに他の実施例による固体電解質型燃料電池の分解斜視説明図である。（実施例６） 本発明のスタック構造体の一実施例を示す全体斜視説明図である。

符号の説明

１，１０１，２０１ 固体電解質型燃料電池
２，１０２，２０２ 一方のセパレータ
３ 他方のセパレータ
６，１０６，２０６Ａ，２０６Ｂ 多孔質集電体
７ 整流用仕切り壁
２１，３１ ガス導入孔
２２，３２ ガス排出孔
２３，１２３ 凸条（塑性変形部）
２５ セル取付部
６１，１６１ 圧縮帯（高密度部）
１０４ ガス流路
３００ スタック構造体
Ｓ 空間

Claims (13)

1. 薄板状を成し且つ単セル取付部を有する一方の金属製セパレータと、薄板状を成す他方の金属製セパレータと、両セパレータを互いに対向して接合することで両者間に形成される空間内に収容した多孔質集電体を備え、両セパレータの各中心部分にそれぞれ位置させたガス導入孔及びガス排出孔を介して上記空間内に対するガス供給及びガス排出を行う固体電解質型燃料電池であって、上記多孔質集電体に高密度部を設け、この高密度部の少なくとも一部分を金属製セパレータに接合したことを特徴とする固体電解質型燃料電池。
2. 多孔質集電体の高密度部と金属製セパレータとの接合部分に上記空間内を通過するガスの整流機能を持たせた請求項１に記載の固体電解質型燃料電池。
3. 両セパレータの少なくともいずれか一方に塑性変形部を設けた請求項１又は２に記載の固体電解質型燃料電池。
4. 多孔質集電体の高密度部の配置位置とセパレータの塑性変形部の配置位置とを一致させた請求項３に記載の固体電解質型燃料電池。
5. 多孔質集電体の高密度部とセパレータの塑性変形部とを互いに係合可能とした請求項４に記載の固体電解質型燃料電池。
6. 一方の金属製セパレータと接合する多孔質集電体における高密度部の接合部分と、他方の金属製セパレータとの間に空隙を設け、この空隙を両セパレータ間の空間内を通過するガスのガス流路とした請求項１〜５のいずれか一つの項に記載の固体電解質型燃料電池。
7. 一方の金属製セパレータと接合する多孔質集電体における高密度部の接合部分と、他方の金属製セパレータとを接合し、この接合部分を両セパレータ間の空間内を通過するガスの整流用仕切り壁とした請求項１〜５のいずれか一つの項に記載の固体電解質型燃料電池。
8. 両セパレータ間の空間内に収容した多孔質集電体とともに金属製セパレータを挟み込んだ状態で上記空間外から接合する多孔質集電体を設けた請求項１〜７のいずれか一つの項に記載の固体電解質型燃料電池。
9. レーザ溶接，抵抗溶接，シーム溶接，ロウ付け，拡散接合，導電性ペースト及び接着剤のうちのいずれかの接合手段によって、多孔質集電体と金属製セパレータとの接合が成されている請求項１〜８のいずれか一つの項に記載の固体電解質型燃料電池。
10. 多孔質集電体は、メッシュ状，不織布状及び発泡金属状のいずれかの形態を成し、Ｆｅ又はＮｉを主成分とするＣｒを含有する耐熱合金、あるいはＮｉ、Ｐｔ、Ａｇなどの金属から成っている請求項１〜９のいずれか一つの項に記載の固体電解質型燃料電池。
11. 金属製セパレータは、Ｆｅ又はＮｉを主成分とする合金から成り、肉厚を０．０５〜０．５ｍｍとしてある請求項１〜１０のいずれか一つの項に記載の固体電解質型燃料電池。
12. 請求項１〜１１のいずれかの固体電解質型燃料電池を積層して成ることを特徴とするスタック構造体。
13. 固体電解質型燃料電池を固体酸化物型燃料電池とした請求項１２に記載のスタック構造体。

Images