JP2008071676A - Solid oxide fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は複数の燃料電池セルを集電部材によって電気的に接続してなる燃料電池スタックおよび燃料電池に関するものである。 The present invention relates to a fuel cell stack and a fuel cell in which a plurality of fuel cells are electrically connected by a current collecting member.
燃料電池は、固体電解質を燃料極と酸素極とで挟んで構成された燃料電池セルの複数を、金属製、あるいは合金製、あるいはセラミックス製の集電部材によって電気的に接続した燃料電池スタックを備えている。 A fuel cell includes a fuel cell stack in which a plurality of fuel cells each having a solid electrolyte sandwiched between a fuel electrode and an oxygen electrode are electrically connected by a current collecting member made of metal, an alloy, or ceramics. I have.
従来の燃料電池スタックでは、金属製の集電部材と燃料電池セルをエポキシ樹脂にニッケル粉末を充填した接着剤により接着する方法が用いられている。(例えば、特許文献1)
上記の方法では集電部材と燃料電池セルの組立て時の接合強度は確保できるものの、ペースト状であるため、接着剤を塗布する際や乾燥させる際に液ダレが発生する可能性がある。
また、接着剤を塗布する際には、集電部材を付けるところ以外に、塗布しないようにするため、マスキングが必要であり、スタックの製造工程が煩雑であった。
In the above method, although the bonding strength at the time of assembling the current collecting member and the fuel cell can be secured, since it is in the form of a paste, there is a possibility that dripping occurs when the adhesive is applied or dried.
In addition, when applying the adhesive, masking is necessary in order to avoid applying the current collector other than attaching the current collecting member, and the manufacturing process of the stack is complicated.
本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、本発明の課題は、量産性に優れた燃料電池スタックを提供することである。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a fuel cell stack excellent in mass productivity.
上記目的を達成するため本発明の燃料電池は、筒状の燃料電池セルと、前記複数の燃料電池セルを電気的に接続する集電部材とを備えた燃料電池であって、前記セルと前記集電部材とを接着する、導電性金属粒子と樹脂バインダーとからなるシート層を備えたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a fuel cell according to the present invention is a fuel cell comprising a cylindrical fuel cell and a current collecting member that electrically connects the plurality of fuel cells, the cell and the A sheet layer made of conductive metal particles and a resin binder, which adheres the current collecting member, is provided.
本発明の好ましい態様においては、前記導電性金属粒子がニッケルであることを特徴する。 In a preferred aspect of the present invention, the conductive metal particles are nickel.
本発明の好ましい態様においては、前記粘着性樹脂バインダーが、アクリル系樹脂および/またはゴム系樹脂であることを特徴とする。 In a preferred aspect of the present invention, the adhesive resin binder is an acrylic resin and / or a rubber resin.
本発明の燃料電池セルスタックでは、導電性金属粒子と樹脂バインダーとからなるシート層、すなわち流動性のない均一膜でセルと集電部材とを接着するので、ペーストのように、マスキングを行なうなどの工程が不要となり、作業性が向上し、量産性に優れた燃料電池スタックを提供することが可能になる。 In the fuel cell stack of the present invention, the sheet layer made of conductive metal particles and a resin binder, that is, the cell and the current collecting member are bonded with a non-flowable uniform film, so that masking is performed like a paste, etc. This process is unnecessary, and the workability is improved, and it becomes possible to provide a fuel cell stack excellent in mass productivity.
以下の図面を参照して本発明をより具体的に説明する。
図1には、本発明で用いる燃料電池セルに集電部材を貼り付けた概略図を示す。セル5は、筒状の空気極支持体1上に、電解質2、燃料極3が積層されている。さらに、セルの長軸方向に連続して、空気極支持体1から電気を取り出すためのインターコネクター4が形成されている。
The present invention will be described more specifically with reference to the following drawings.
In FIG. 1, the schematic which stuck the current collection member to the fuel cell used by this invention is shown. In the
図2は、本発明で用いる集電部材の形状の一実施形態を説明する図である。 FIG. 2 is a diagram illustrating an embodiment of the shape of the current collecting member used in the present invention.
図3は、本発明における燃料電池セルスタックの一実施形態を示す断面図である。4本のセル5は、インターコネクター4を同じ方向に向けて、長軸方向に並列に横方向に2本、縦方向に2本が配置されている。セル5同士は、粘着性導電シート6と集電部材7を用いて、図3の上下方向では電気的に直列に接続され、左右方向では電気的に並列に接続されている。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an embodiment of a fuel cell stack according to the present invention. The four
粘着性導電シートは、導電性金属粒子と樹脂バインダーとからなる。このような構成とすることで、粘着性導電シートを数μm単位のばらつきの均一な膜厚にでき、焼き付けまたは発電による熱履歴に関係なく燃料電池セルと集電部材の接触面積を十分に確保できるため、セルと集電部材とを安定に接着することができる。
また、流動性のないシート状の接着部材とすることで、接着時の液ダレなどを起こすことなく短絡の心配もない。粘着性導電シートに含まれる常温で粘着性を有する樹脂バインダーとしては、アクリル系樹脂、ゴム系樹脂、或いはアクリル系樹脂とゴム系樹脂の混合物を好適に用いることができる。アクリル系樹脂やゴム系樹脂は、常温で粘着性を有し、さらに燃料電池の運転温度である700〜1000℃程度の温度下では水素、水蒸気等を含む還元ガスにより、分解、気化して除去される。
従って、スタック製造時は樹脂バインダーの粘着性によってセルと集電部材が接着されているセルスタックは、燃料電池の運転温度である700〜1000℃程度の熱履歴が加わった後には、シート中に含まれている導電性金属粒子でセルと集電部材とが接着された状態へと変化し、スタック全体として良好な電子伝導性を示すようになる。
The adhesive conductive sheet is composed of conductive metal particles and a resin binder. By adopting such a configuration, the adhesive conductive sheet can be made to have a uniform film thickness with a variation of several μm, and a sufficient contact area between the fuel cell and the current collecting member is ensured regardless of thermal history due to baking or power generation. Therefore, the cell and the current collecting member can be stably bonded.
Further, by using a sheet-like adhesive member having no fluidity, there is no fear of a short circuit without causing liquid dripping at the time of adhesion. As the resin binder having adhesiveness at room temperature contained in the adhesive conductive sheet, an acrylic resin, a rubber resin, or a mixture of an acrylic resin and a rubber resin can be suitably used. Acrylic resins and rubber resins are sticky at room temperature, and are decomposed and vaporized and removed by reducing gas containing hydrogen, water vapor, etc. at a temperature of about 700-1000 ° C, which is the operating temperature of the fuel cell. Is done.
Therefore, when the stack is manufactured, the cell stack in which the cell and the current collecting member are bonded due to the adhesiveness of the resin binder is added to the sheet after the heat history of about 700 to 1000 ° C. which is the operating temperature of the fuel cell is added. The conductive metal particles contained in the cell change to a state where the cell and the current collecting member are bonded, and the entire stack exhibits good electronic conductivity.
集電部材には、インコネル、ステンレス、ニッケルなどの耐熱金属材料、あるいは導電性セラミック材料などを好適に用いることができる。また、板材、メッシュ、フェルト、フォームなど適宜の形状のものを用いることができる。図2に示されるようなアコーディオン状に折り畳んだ形状にすることにより、優れた弾力性を得ることができ、燃料電池セルと集電部材との接続部の応力緩和を効果的にすることができる。 As the current collecting member, a heat-resistant metal material such as Inconel, stainless steel, nickel, or a conductive ceramic material can be suitably used. Moreover, the thing of appropriate shapes, such as a board | plate material, a mesh, felt, a foam, can be used. By forming the accordion shape as shown in FIG. 2, excellent elasticity can be obtained, and stress relaxation at the connecting portion between the fuel cell and the current collecting member can be effectively performed. .
粘着性導電シートに使用される導電性金属粒子としては、使用雰囲気下で安定で導電性がよい材料であれば使用可能である。例えば、円筒形燃料電池セルの外側電極が燃料極の場合に、粘着性導電シートは還元雰囲気に曝されるので、導電性金属粒子にはニッケルや銅などを用いることが好ましい。ニッケルや銅は比較的安価であり、コストダウンの面でも望ましい。導電性金属粒子の粒子径は特に限定されるものではないが、例えば、平均粒子径が0.1〜3.0μm程度のものを好適に用いることができる。 As the conductive metal particles used for the adhesive conductive sheet, any material that is stable and has good conductivity in the use atmosphere can be used. For example, when the outer electrode of the cylindrical fuel cell is a fuel electrode, the adhesive conductive sheet is exposed to a reducing atmosphere, so it is preferable to use nickel, copper, or the like for the conductive metal particles. Nickel and copper are relatively inexpensive and are desirable in terms of cost reduction. Although the particle diameter of electroconductive metal particle is not specifically limited, For example, a thing with an average particle diameter of about 0.1-3.0 micrometers can be used suitably.
本発明の燃料電池スタックの製造方法としては、例えば、バインダーと導電性金属粒子とを混合したスラリーをドクターブレード法などの適宜の方法でシート成形したものを所定の大きさに切断し、セル、あるいは集電部材に貼り付けた後に、セルと集電部材とを貼り合せていくことで作製することができる。
セルと集電部材との接続をシート状の成形体で行うので、ペーストや流動性を有する接着剤などを用いる場合に発生する液ダレがなく、スタックの製造が容易である。また、液ダレによるセルの燃料極と空気極との短絡を防止することができる。
As a manufacturing method of the fuel cell stack of the present invention, for example, a slurry obtained by mixing a binder and conductive metal particles is formed into a sheet having a sheet shape by an appropriate method such as a doctor blade method, a cell, Or it can produce by bonding a cell and a current collection member, after affixing on a current collection member.
Since the connection between the cell and the current collecting member is performed by a sheet-like molded body, there is no liquid dripping that occurs when using a paste, a fluid adhesive, or the like, and the manufacture of the stack is easy. Further, it is possible to prevent a short circuit between the fuel electrode and the air electrode of the cell due to liquid dripping.
1…空気極
2…電解質
3…燃料極
4…インターコネクター
5…セル
6…粘着性導電シート
7…集電部材
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記複数のセルを電気的に接続する集電部材とを備えた燃料電池スタックであって、
前記セルと前記集電部材とを接着する、導電性金属粒子と樹脂バインダーとからなるシート層を備えたことを特徴とする燃料電池スタック。 A tubular fuel cell;
A fuel cell stack comprising a current collecting member for electrically connecting the plurality of cells,
A fuel cell stack comprising a sheet layer made of conductive metal particles and a resin binder for bonding the cell and the current collecting member.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2006250610A JP2008071676A (en) | 2006-09-15 | 2006-09-15 | Solid oxide fuel cell |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2006250610A JP2008071676A (en) | 2006-09-15 | 2006-09-15 | Solid oxide fuel cell |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2008071676A true JP2008071676A (en) | 2008-03-27 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2006250610A Pending JP2008071676A (en) | 2006-09-15 | 2006-09-15 | Solid oxide fuel cell |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2008071676A (en) |
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2006
- 2006-09-15 JP JP2006250610A patent/JP2008071676A/en active Pending
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