JP2010232181A - 集電部材、燃料電池セルスタック及び燃料電池 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池セルの間を流れる空気の流れを整流することができる形状の集電部材を用いた高出力の燃料電池を提供する。
【解決手段】１つの燃料電池セル３の外側電極８と、それに隣接する燃料電池セル３のインターコネクタ１０とを電気的に接続するために、これらの燃料電池セル間に配置される集電部材であって、細長い板片９２から構成され、この板片に互いに平行な複数の切れ目を形成してそれぞれを集電片９２ａ，９２ｂとし、当該集電片９２ａを１つおきに前記板片９２の片面側に突出させてなる。
【選択図】図１０

Description

本発明は、固体電解質形燃料電池セルどうしを電気的に接続するために用いられる集電部材、その集電部材を含む燃料電池セルスタック及び燃料電池に関するものである。

次世代エネルギーとして、近年、種々の形式の燃料電池が提案されている。このような燃料電池には、固体高分子形、リン酸形、溶融炭酸塩形、固体電解質形など、各種のものが知られているが、中でも固体電解質形燃料電池(ＳＯＦＣ；Solid Oxide Fuel Cell)は、作動温度が８００〜１０００℃と高いものの、発電効率が高く、また排熱利用ができるなどの利点を有しており、その研究開発が推し進められている。

前記固体電解質形燃料電池の発電素子を「燃料電池セル」という。燃料電池セルは、単一若しくは複数のガス流路が長手方向に貫通する内側電極の表面に、固体電解質及び外側電極を順次積層した構造となっている。前記固体電解質及び外側電極が形成されていない部位もあり、その部位には、内側電極の上にインターコネクタが形成されている。この燃料電池セルを複数用意し、燃料ガスマニホールドの上壁に並行に固定する。

これらの燃料電池セルを直列に接続して、高い電圧を取り出すことができる。
燃料電池セルを直列に接続するには、１つの燃料電池セルのインターコネクタと、隣接する燃料電池セルの外側電極とを電気的に接続する必要があり、この接続のため「集電部材」という電極が用いられる。
この集電部材は、燃料電池セルの形状に合わせた細長い形状を有し、燃料ガスマニホールドに固定された複数の燃料電池セルの間に配置される。

集電部材は、櫛歯のように平行に並んだ多数の集電片から構成されており、これらの集電片が交互に、燃料電池セルのインターコネクタと、隣接する燃料電池セルの外側電極とに接触する。
特開2003-282101号公報

前記集電部材の集電片のうち、燃料電池セルの外側電極に接触する集電片は、空気を燃料電池セルの外側電極に多量に供給できるような形状であることが望まれるが、燃料電池セルのインターコネクタに接触する集電片は、空気の供給は問題にならず、むしろ電流の流れの妨げにならないように接触面積の広いことが望まれる。
そこで、本発明は、燃料電池セルの外側電極に空気の十分な量を供給できるとともに、電流の流れを妨げない形状の集電部材、その集電部材を用いた燃料電池セルスタック及び燃料電池を提供することを目的とする。

本発明の集電部材は、１つの燃料電池セルの外側電極と、それに隣接する燃料電池セルのインターコネクタとを電気的に接続するために、これらの燃料電池セル間に配置される集電部材であって、細長い板片から構成され、この板片に互いに平行な複数の切れ目を形成してそれぞれを集電片とし、当該集電片を１つおきに前記板片の片面側に突出させてなることを特徴とする。

この構成は、集電片を１つおきに板片の片面側に突出させてなるものであり、突出していない集電片は前記板片とともに平面を形成する。したがって、この平面状の集電片及び板片をインターコネクタに接触させ、他の突出した集電片をセルの外部電極に接触させることができる。こうすれば、燃料電池セルの外側電極に接触する集電片の周囲には隙間が多くでき、燃料電池セルの外側電極に多量に空気又は燃料ガスを供給できる。また、燃料電池セルのインターコネクタに接触する集電片及び板片の接触面積は広いので、電流の流れを促進することができる。

また本発明は、隣接する燃料電池セルの間に、前記集電片を１つおきに板片の片面側に突出させてなる集電部材と、集電片を板片の表面側及び裏面側に交互に突出させてなる集電部材との２種類の集電部材を配置してもよい。
また本発明は、複数の燃料電池セルを具備し、隣接する燃料電池セルの間に、前記集電部材が配置された燃料電池セルスタックを単独で又は複数集合して組み立て、発電ユニット集合体で発生した電力を燃料電池外に取り出すための導電電極を取り付けて、ハウジング内に収容してなるものである。

この燃料電池は、空気の流れのよい集電部材を採用しているので、燃料電池セルの発電効率が向上しており、高出力の燃料電池を提供することができる。

以下、集電部材、燃料電池セルスタック及び燃料電池の構造を添付図面を参照して詳述する。
図１は、燃料電池に使用される発電ユニット集合体１ａ〜１ｄを示す斜面図である。
発電ユニット集合体１ａ〜１ｄは、一方向（図１において紙面左右の方向）に細長く延びる直方体形状の燃料ガスマニホールド２ａ〜２ｄを具備している。

燃料ガスマニホールド２ａ〜２ｄの上壁には、複数の燃料電池セル３からなる燃料電池セルスタック４ａ〜４ｄが装着されている。一枚の燃料電池セル３は、上下方向に細長く延びた板状をなしている。燃料電池セルスタック４ａ〜４ｄは、このような燃料電池セル３を、燃料ガスマニホールドの一方向に沿って複数個縦列配置して構成されている。
燃料電池セル３の各々は、図２に断面を示すように、導電性支持体５の表面に、内側電極である燃料極６、固体電解質７、外側電極である空気極８を積層したものである。

導電性支持体５は、上下方向（長手方向）に細長く延びる板状片であり、平坦な表裏両面と断面半円形状の両側面とを有する。導電性支持体５にはこれを上下方向に貫通する複数個（図示の場合は６個）の燃料ガス通路１２が形成されている。
前記燃料ガスマニホールド２ａ〜２ｄの上壁には短手方向に延びる複数個のスリットが形成されており、導電性支持体５の各々に形成されている燃料ガス通路１２がスリットを介して燃料ガスマニホールド２ａ〜２ｄの燃料ガス室に連通している。

前記導電性支持体５の各々は、燃料ガスマニホールド２ａ〜２ｄの上壁に、耐熱性に優れたセラミック接着剤などによって接合される。
図２に示すように、燃料極６は導電性支持体５の片面及び両側面を覆う部分に配設されており、その両端はインターコネクタ１０に接合している。固体電解質７は燃料極６の全体を覆うように配設されている。空気極８は、導電性支持体５の表面において固体電解質７を覆うよう配置されている。

隣接する燃料電池セル３同士の間には、１つの燃料電池セルの空気極８と他の燃料電池セルのインターコネクタ１０とを電気的に接続するための集電部材９が配設されている。
この集電部材９は、燃料電池セルスタック４ａ〜４ｄの両端、すなわち図２において上端及び下端に位置する燃料電池セル３の片面及び他面にも配設されている。燃料電池セルスタック４ａ〜４ｄの両端に位置する集電部材９には、燃料電池セルスタック４ａ〜４ｄから発電電気を取り出すための導電電極１１が接続されており、かかる導電部材により、燃料電池セルスタック４ａ〜４ｄは相互に直列接続される。

燃料電池セル３は、導電性支持体５、燃料極６及び／又は固体電解質７と同時焼成により製造される。
導電性支持体５は燃料ガスを燃料極６まで透過させるためにガス透過性であること、そしてまたインターコネクタ１０を介して集電するために導電性であることが要求される。かかる要求を満足するために多孔質の導電性セラミック（若しくはサーメット）が用いられる。

導電性支持体５は、鉄属金属成分と特定希土類酸化物とから形成することが好ましい。所要のガス透過性を備えるために開気孔率が３０％以上、特に３５から５０％の範囲にあるのが好適であり、また、その導電率は３００Ｓ／ｃｍ以上、特に４４０Ｓ／ｃｍ以上であるのが好ましい。
燃料極６は、多孔質の導電性セラミック、例えば希土類元素が固溶しているＺｒＯ_２（安定化ジルコニアと称される）とＮｉ及び／又はＮｉＯとから形成することができる。

固体電解質７は、電極間の電子の橋渡しをする電解質としての機能を有していると同時に、燃料ガスと空気とのリークを防止するためにガス遮断性を有するものであることが必要であり、通常、３〜１５モル％の希土類元素が固溶したＺｒＯ_２から形成されている。
空気極８は所謂ＡＢＯ_３型のペロブスカイト型酸化物からなる導電セラミックにより形成することができる。空気極８はガス透過性を有していることが必要であり、開気孔率が２０％以上、特に３０〜５０％の範囲にあることが好ましい。

インターコネクタ１０は導電性セラミックから形成することができるが、水素を含む燃料ガス及び空気と接触するため、耐還元性及び耐酸化性を有することが必要であり、このためにランタンクロマイト系のペロブスカイト型酸化物（ＬａＣｒＯ_３系酸化物）が好適に使用される。インターコネクタ１０は、導電性支持体５に形成された燃料ガス通路１２を通る燃料ガス及び導電性支持体５の外側を流動する空気のリークを防止するために緻密質でなければならず、９３％以上、特に９５％以上の相対密度を有していることが望まれる。

集電部材９は、耐熱性、耐酸化性、電気伝導性という点から、Ｐｔ、Ａｇ、Ｎｉ基合金、Ｆｅ−Ｃｒ鋼合金の少なくとも一種からなることが望ましい。この集電部材９とインターコネクタ１０、集電部材９と空気極８の接続部に、ＡｇやＰｔ等の貴金属やＮｉ等の金属、あるいは導電性を示すセラミックスを含有するペーストを導電性接着剤として用いて、接続信頼性を向上させることもできる。

前記燃料電池セルスタック４ａ〜４ｄを複数集合して、発電ユニット集合体１ａ〜１ｄを組み立てる。この発電ユニット集合体１ａ〜１ｄに、発電ユニット集合体１ａ〜１ｄで発生した電力を燃料電池外に取り出すための導電電極（図示せず）を取り付けて、ハウジング内に収容して、燃料電池を製作することができる。
図３は、発電ユニット集合体１ａ〜１ｄをハウジング内に収容した状態を示す側断面図である。断面は、図２のＢーＢで切っている。

図３を参照して説明すると、燃料電池組立体は略直方体形状のハウジング２０を具備している。このハウジング２０の壁面には適宜の断熱材料から形成された断熱壁、すなわち上断熱壁２１、下断熱壁２２、右側断熱壁２３、左側断熱壁２４、前断熱壁（図示せず）及び後断熱壁（図示せず）が配設されている。
このハウジング２０内には発電・燃焼室２５が規定されている。

前断熱壁及び／又は後断熱壁は着脱自在或いは開閉自在に装着されており、前断熱壁及び／又は後断熱壁を離脱或いは開動せしめることによって発電・燃焼室２５内にアクセスすることができる。所望ならば、各断熱壁の外面に金属板などの外壁を配設することができる。
ハウジング２０内の比較的上部には空気室（ガス室）３１が配設されている。空気室３１は上下方向寸法が比較的小さい直方体形状のケース３２内に規定されている。

ハウジング２０には、空気供給管５４が設けられており、この空気供給管５４は、上断熱壁２１を貫通し、外部から室温程度の空気を後述する熱交換器３４に取り込むようになっている。
空気室３１の下面には、発電・燃焼室２５に向かって空気（酸素含有ガス）を送り込むための空気導入管（ガス供給手段）３３が連通している。空気導入管３３は複数本あり、その形状は円筒や中空板構造などが考えられる。空気導入管３３は燃料電池セルスタック４ａ〜４ｄ間に配置されており、その下端部は燃料電池セル３の比較的下部まで伸びて開口し、この開口部から空気が噴出する構造となっている。空気導入管３３はセラミックスなどの耐熱性の高い材料で作製するのが好適である。

ハウジング２０の両側部、更に詳しくは右側断熱壁２３の内側及び左側断熱壁２４の内側には、全体として平板形状である熱交換器３４が配設されている。熱交換器３４の各々は実質上鉛直に延在する中空平板形態の熱交換室３６から構成されている。かかる熱交換室３６の内側壁の上端部には燃焼ガスの排出開口４２が形成されている。熱交換室３６の上壁における外側部には空気室３１に連通している空気流出開口４８が形成されている。熱交換室３６の内部は、排出開口４２に連通する燃焼ガス排出路及び空気流出開口４８に連通する空気導入路が複数の仕切り壁によってジグザグ形態に区画されている。

熱交換器３４の各々の後方には上下方向に細長く延びる二重筒体５０（図３にその上端部のみを図示している）が配設されており、かかる二重筒体５０は外側筒部材５２と内側筒部材５４とから構成されている。外側筒部材５２と内側筒部材５４との間に規定されている燃焼ガス排出路の下端部は、熱交換室３６の下部に連通されており、内側筒部材５４内に規定されている空気供給路は、熱交換室３６の下端部に連通されている。内側筒部材５４内に規定されている空気供給路から入った空気は、熱交換室３６を空気導入路を通ってジグザグに上昇していき、流出開口４８を介して空気室３１に入る。一方、燃焼ガスの排出開口４２から入った燃焼ガスは、熱交換室３６の燃焼ガス排出路をジグザグに下降していき、外側筒部材５２と内側筒部材５４との間に規定されている燃焼ガス排出路から放出される。このように、空気と燃焼ガスとの混合を防ぎながら、空気が暖められ、燃焼ガスが冷やされ、両ガスの熱交換が行われる。

上述した発電・燃焼室２５の下部には４個の発電ユニット１ａ〜１ｄが配置されている。発電ユニット１ａ〜１ｄは、夫々、上述した空気導入管３３の間に位置せしめられている。言い換えれば、発電ユニット１ａ〜１ｄ間に、空気導入管３３が配設されている。
一方、発電ユニット１ａ〜１ｄの上部には、改質ケース１３ａ〜１３ｄが設けられている。改質ケース１３ａ〜１３ｄは、図１に示すように、燃料電池セルスタック４ａ〜４ｄの上方を細長く延びる長方体形状（或いは円筒形状）の管である。

改質ケース１３ａの後面（「前面」「後面」の定義は図１に示す）には、被改質ガス供給管８２ａの一端が接続されている。被改質ガス供給管８２ａは改質ケースから下方に延び、ハウジング２０の下を通ってハウジング２０の外に延出している。
被改質ガス供給管８２ａは都市ガス等の炭化水素ガスなどの被改質ガス供給源（図示していない）に接続されており、被改質ガス供給管８２ａを介して改質ケース１３ａに被改質ガスが供給される。改質ケース１３ａ内には燃料ガスを水素リッチな燃料ガスに改質するための適宜の改質触媒が収容されている。

改質ケース１３ａの前面には燃料ガス送給管８０ａの上端が接続されている。燃料ガス送給管８０ａは下方に延び、次いで湾曲して後方に延び、燃料ガス送給管８０ａの他端は上記燃料ガスマニホールド２ａの前面に接続されている。
被改質ガス供給管、燃料ガス送給管の配置に関しては、発電ユニット１ｃは上述した発電ユニット１ａと実質上同一であり、発電ユニット１ｂ及び１ｄは、発電ユニット１ａ及び１ｃに対して前後方向が逆に配置されているところが異なっている。すなわち、改質ケース１３ｂ及び１３ｄと燃料ガスマニホールド２ｂ及び２ｄとを接続する燃料ガス送給管（図示していない）が後側に配置され、被改質ガス供給管８２ｂ及び８２ｄが改質ケースから下方に延び、ハウジング２０の下を通ってハウジング２０外に延出している。

上述した発電ユニット集合体１ａ〜１ｄにおいて、被改質ガスが被改質ガス供給管８２ａ、８２ｂ、８２ｃ、８２ｄを介して改質ケース１３ａ、１３ｂ、１３ｃ及び１３ｄに供給され、改質ケース１３ａ、１３ｂ、１３ｃ及び１３ｄ内において水素リッチな燃料ガスに改質された後に、燃料ガス送給管８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄを通して燃料ガスマニホールド２ａ、２ｂ、２ｃ及び２ｄ内に規定されている燃料ガス室に供給され、
次いで燃料電池セルスタック４ａ、４ｂ、４ｃ及び４ｄを構成する各燃料電池セル３に供給される。

燃料電池セル３においては、空気極において、
１／２Ｏ_２＋２ｅ^-→Ｏ^2-（固体電解質）
の電極反応が生成され、燃料極において、
Ｏ^2-（固体電解質）＋Ｈ_２→Ｈ_２Ｏ＋２ｅ^-
の電極反応が生成されて、発電される。

発電に使用されないで燃料電池セル３から上方に流動した燃料ガス及び空気は、点火手段（図示していない）によって点火され、発電・燃焼室２５内で燃焼される。燃料電池セルスタック４ａ〜４ｄにおける発電で発生するジュール熱に起因して、そしてまた燃料ガスと空気との燃焼に起因して発電・燃焼室２５内は、例えば１０００℃程度の高温になる。改質ケース１３ａ、１３ｂ、１３ｃ及び１３ｄは、発電・燃焼室２５内の比較的上方、燃料電池セルスタック４ａ〜４ｄの直ぐ上方に位置されており、前記燃料ガスと空気との燃焼炎によって直接的にも加熱され、かくして発電・燃焼室２５内に生成される高温が被改質ガスの改質に効果的に利用される。

発電・燃焼室２５内に生成された燃焼ガスは、前述したように、熱交換器３４に形成されている排出開口４２から排出路３０に流入し、ジグザグ状に延在する熱交換室３６を流動した後に二重筒体５０の外側筒部材５２と内側筒部材５４との間に規定されている排出路を通して排出される。
そしてまた、燃焼ガスが熱交換器３４の排出路３０をジグザグ状に流動せしめられる際には、二重筒体５０から導入された空気が熱交換器３４の流入路をジグザグ状に流動せしめられる。かくして燃焼ガスと空気との間で効果的に熱交換されて空気が予熱される。

この予熱された空気は、流出開口４８を通過して、空気室３１に一旦貯留され、空気導入管３３を通って燃焼・発電室２５の燃料電池セルスタック間に供給される。この際、空気導入管３３は燃料電池セルスタックの燃料電池セル３の上端で燃焼する燃焼ガス雰囲気中を通過する際に加熱され、さらに高温に暖められ、燃焼・発電室２５内に供給される。
図４は、セル間接続構造を説明するための断面図である。

燃料電池セル３の表裏面には、隣接する燃料電池セル３との電気的接続を図るための前述した集電部材９が配置されている。この集電部材９は、一方の燃料電池セルの空気極８と、他方の燃料電池セルのインターコネクタ１０とを接続する電極である。インターコネクタ１０は、図２に示すように、燃料極６に接続しているので、これにより、一方の燃料電池セルの空気極８と、他方の燃料電池セルの燃料極６とが接続されることになる。すなわち、一方の燃料電池セルの正極と他方の燃料電池セルの負極とが接続された形になり、燃料電池セルスタックを構成するすべての燃料電池セルが直列に接続され、高電圧が取り出せる。

図５は、集電部材９の形状の一例を示す斜視図である。集電部材９は、弾力性を有する板片に複数の切れ目をほぼ平行に、かつ板片の伸びる方向ｚから斜めの（つまり直角でない）角度θをつけて形成して集電片９２を作り、集電片９２を板片の表面側（＋ｘ）及び裏面側（−ｘ）に交互に突出させている。この集電片９２は、対抗する燃料電池セルの外面にそれぞれ当接される。バックボーンとなる１本のまっすぐに伸びた部分を背板片９１という。

前記集電片９２は、折り曲げられて、燃料電池セル３の空気極８と、燃料電池セル３のインターコネクタ１０とに面接触することにより、ｘｙ断面で見て湾曲する。集電部材９の弾力が強いので、集電部材９は、対向する燃料電池セル３に接触しているだけでも、自重で落下することはない。
図６は、集電部材９を、隣接する燃料電池セル３の間に２枚配置した状態を示す正面図（ａ）と底面図（ｂ）である。この配置において２枚の集電部材９の板片の伸びる方向ｚを燃料電池セル３の長手方向に合わせている。２枚の集電部材９における、板片の伸びる方向ｚを基準にした、切れ目が形成されている角度θ1，θ2は、図６（ａ）に示すように、互いに逆方向になっている。そして、背板片９１から集電片９２の外側電極の接触する曲げ部に向かって、集電片９２が上昇していくような角度の設定になっている。

このような角度設定によって、空気導入管３３の下端開口部から発電・燃焼室２５内に供給された空気は、上昇しながら、燃料電池セル３の周囲から燃料電池セル３の間に入り、図６（ａ）の矢印に示すように、折り曲げられた集電片９２の側面に沿って導かれて燃料電池セル３の中心部にまで到達する。したがって、集電片９２の整流効果によって空気の流通性が高められ、空気極８の周囲部から中心部にかけて十分な量の空気が供給されることになる。したがって、燃料電池セル３の発電効率を高めることができる。

図７は、集電部材９を、隣接する燃料電池セル３の間に２枚配置した他の状態を示す正面図（ａ）と底面図（ｂ）である。図６の配置との違いは、２枚の集電部材９の背板片９１が燃料電池セル３の中心寄りに配置されていることと、背板片９１から集電片９２の外側電極に接触する曲げ部に向かって、集電片９２が下降していくような角度の設定になっていることである。この角度設定においても、図７（ａ）の矢印に示すように、空気は、折り曲げられた集電片９２の側面に沿って導かれて燃料電池セル３の中心部にまで到達する。したがって、空気の流通性が高められ、空気極８の周囲部から中心部にかけて十分な量の空気が供給される。

図８は、集電部材９を、隣接する燃料電池セル３の間に２枚配置したさらに他の状態を示す正面図（ａ）と底面図（ｂ）である。図７の配置との違いは、背板片９１から集電片９２の外側電極に接触する曲げ部に向かって、集電片９２が上昇していくような角度の設定になっていることである。したがって、この角度設定においては、空気は、図８（ａ）の矢印に示すように、燃料電池セル３の中心部に到達してから、折り曲げられた集電片９２の側面に沿って導かれて、燃料電池セル３の周辺部に到達することとなる。このように、空気の流れが図６、図７とは逆になるが、空気極８には中心部から周囲部にかけて空気が供給される。

図９は、集電部材９を、隣接する燃料電池セル３の間に２枚配置したさらに他の状態を示す正面図（ａ）と底面図（ｂ）である。図６の配置との違いは、背板片９１から集電片９２の外側電極に接触する曲げ部に向かって、集電片９２が背板片９１から先端に向かって下降していくような角度の設定になっていることである。したがって、この角度設定においては、空気は、図９（ａ）の矢印に示すように、燃料電池セル３の中心部に到達してから、折り曲げられた集電片９２の側面に沿って導かれて、燃料電池セル３の周辺部に到達することとなる。このように、空気の流れが図６、図７とは逆になるが、空気極８には中心部から周囲部にかけて空気が供給される。

次に、本発明の実施の形態を説明する。
この実施形態では、集電部材９に、弾力性を有する板片に複数の切れ目をほぼ平行につけて集電片９２を作り、集電片９２を１つおきに板片の片面側に突出させている。切れ目の向きは板片の伸びる方向ｚに直角でもよく、直角でなくてもよい。
図１０は、この集電部材９を、隣接する燃料電池セル３の間に配置した状態を示す平面図である。板片の片面側に突出している集電片を９２ａ、突出していない集電片を９２ｂで表している。集電部材９は、隣接する燃料電池セル３の間に、集電片９２どうしを向き合わせた状態で、２枚配置している。そして、板片の片面側に突出している集電片を９２ａを空気極８に接触させ、板片から突出していない集電片９２ｂは、他のセルのインターコネクタ１０に接触させている。

集電部材９を、図１０のように配置することによって、次の効果が得られる。燃料電池セル３の空気極８に接触する集電片９２ａは、前述したように突出された片であるので、その周囲には隙間が多くでき、空気極８に多量に空気を供給できる。また、燃料電池セル３のインターコネクタ１０に接触する集電片９２ｂ及び背板片９１は、その全面においてインターコネクタ１０に当接するので、接触面積が広く、ｘ方向に電流が流れる場合の抵抗が小さくなる。したがって、燃料電池セルから燃料電池セルへの電流の流れを促進することができる。以上の２つの効果により、燃料電池セルの出力を大きく増やすことができる。

なお、図１０の配置においては、集電部材９は、隣接する燃料電池セル３の間に、集電片９２どうしを向き合わせた状態で配置されているが、これとは反対に、図７（ｂ）のように背板片９１同士を向き合わせた状態で配置してもよい。
また、この集電部材９において、集電片９２ａ，集電片９２ｂを形成するときの切れ込みを、板片の伸びる方向から斜めの角度に形成してもよい。この集電部材９を図６から図９のように配置して使用すれば、本実施形態の前述した効果に加えて、図６から図９を用いて説明したような集電片９２ａ，集電片９２ｂによる空気の整流効果が得られる。したがって、これらの相乗的効果によって、空気極８にさらに多量に空気を供給でき、燃料電池セルの出力をさらに大きく増やすことができる。

さらに、図１０の配置においては、集電片９２を１つおきに板片の片面側に突出させた２枚の集電部材９を並列して配置していたが、本発明では、集電部材９を１枚だけ配置してもよい。集電部材９を１枚だけ配置しても、空気極８に接触する集電片９２ａは突出片であるので、その周囲には隙間が多くでき、空気極８に多量に空気を供給でき、また、燃料電池セル３のインターコネクタ１０に接触する集電片９２ｂ及び背板片９１は、その全面においてインターコネクタ１０に当接するので、接触面積が広く燃料電池セルから燃料電池セルへの電流の流れを促進することができるという、前述した効果が得られる。

次に、本発明のさらに他の実施の形態を説明する。
この実施形態では、２種類の集電部材９が、隣接する燃料電池セル３の間に配置される。１つの種類は、図１０に示したように、弾力性を有する板片に複数の切れ目をほぼ平行につけて集電片９２を作り、集電片９２を１つおきに板片の片面側に突出させていたものである。これを第一の集電部材９Ａという。他の種類は、弾力性を有する板片に複数の切れ目をほぼ平行につけて集電片９２を作り、集電片９２を板片の表面側及び裏面側に交互に突出させたものである。これを第二の集電部材９Ｂという。

図１１は、これらの第一、第二の集電部材９Ａ，９Ｂを隣接する燃料電池セル３の間に配置した状態を示す平面図である。第一の集電部材９Ａは、突出している集電片９２ａを空気極８に接触させ、板片から突出していない集電片９２ｂ及び背板片９１を他のセルのインターコネクタ１０に接触させている。配置方向は、第一の集電部材９Ａの集電片が、燃料電池セル３の中心部を向き、第二の集電部材９Ｂの集電片が、燃料電池セル３から外側を向いた方向である。つまり、第一の集電部材の集電片９２と、第二の集電部材の背板片９１とが向きあっている。

この図１１の配置であれば、第一の集電部材９Ａを通って燃料電池セル３の中心部に到達した空気は、第二の集電部材９Ｂの背板片９１の上下の隙間を通って燃料電池セル３の周辺部に向かう。第二の集電部材９Ｂの背板片９１の上下に隙間があることから、空気の流れをスムーズにして、空気極８に十分な量の空気を供給することができる。
図１２は、第一、第二の集電部材９Ａ，９Ｂを、隣接する燃料電池セル３の間に配置した状態を示す平面図である。図１１との相違は、第二の集電部材９Ｂの背板片９１を一方向に折り曲げ、背板片９１が折り曲げられている側をインターコネクタ１０に当接させて配置したことである。

このように第二の集電部材９Ｂの背板片９１をインターコネクタ１０の側に折り曲げることにより、第一集電部材９Ａを通ってきた空気は、第二の集電部材９Ｂの背板片９１に当たって、空気極８の方に流れを変えることができる。したがって、空気を空気極８に向けて多く流すことができ、空気極８に供給される酸素量を増やすことができる。したがって、図１１の構成以上に、燃料電池セル３の出力向上が期待できる。

なお、図１１、図１２を用いて説明した集電部材９において、集電片９２ａ，集電片９２ｂを形成するときの切れ込みを、板片の伸びる方向から斜めの角度にそれぞれ形成してもよい。この集電部材９を正面図示で図６から図９のように配置すれば、本実施形態の効果に加えて、図６から図９を用いて説明したような集電片９２ａ，集電片９２ｂによる空気の整流効果が相乗的に得られる。

以上で、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の実施は、前記の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変更を施すことが可能である。

燃料電池に使用される発電ユニット集合体１ａ〜１ｄを示す斜面図である。 燃料電池セルスタック４ａ〜４ｄを示す図１のＡーＡ断面図である。 発電ユニット集合体１ａ〜１ｄをハウジング２０内に収容した状態を示す図２のＢーＢ断面図である。 集電部材９を使ってセル間を接続した構造を説明するための図２のＣーＣ断面図である。 集電部材９の形状を示す斜視図である。 集電部材９の配置状態を示す図である。（ａ）は平面図、（ｂ）は底面図。 集電部材９の他の配置状態を示す図である。（ａ）は平面図、（ｂ）は底面図。 集電部材９のさらに他の配置状態を示す図である。（ａ）は平面図、（ｂ）は底面図。 集電部材９のさらに他の配置状態を示す図である。（ａ）は平面図、（ｂ）は底面図。 本発明の特徴を備えた集電部材９の配置状態を示す平面図である。 本発明の特徴を備えた集電部材９の他の配置状態を示す平面図である。 本発明の特徴を備えた集電部材９のさらに他の配置状態を示す平面図である。

１ａ〜１ｄ 発電ユニット集合体
２ａ〜２ｄ 燃料ガスマニホールド
３ 燃料電池セル
４ａ〜４ｄ 燃料電池セルスタック
５ 導電性支持体
６ 燃料極
７ 固体電解質
８ 空気極
９，９Ａ，９Ｂ 集電部材
１０ インターコネクタ
９１ 背板片
９２，９２ａ，９２ｂ 集電片

Claims (10)

1. 内側電極の上に固体電解質及び外側電極が形成され、前記固体電解質及び前記外側電極が形成されていない部位の表面に前記内側電極とつながるインターコネクタが形成された燃料電池セルの複数を、電気的に接続するために用いられる集電部材であって、
   細長い板片から構成され、この板片に互いに平行な複数の切れ目を形成してそれぞれを集電片とし、当該集電片を１つおきに前記板片の片面側に突出させてなることを特徴とする集電部材。
2. 前記複数の切れ目が、前記板片の伸びる方向から斜めの角度に形成されている請求項１記載の集電部材。
3. 複数の燃料電池セルを具備し、隣接する当該燃料電池セルの間に、請求項１又は請求項２記載の集電部材が配置されていることを特徴とする燃料電池セルスタック。
4. 前記集電部材は、隣接する前記燃料電池セルの間に配置された状態で、前記板片の片面側に突出している前記集電片が１つの前記燃料電池セルの前記外側電極に、前記板片から突出していない前記集電片が他の前記燃料電池セルの前記インターコネクタに接触している請求項３記載の燃料電池セルスタック。
5. 隣接する前記燃料電池セルの間に、前記集電部材が２枚配置されている請求項３又は請求項４記載の燃料電池セルスタック。
6. 前記２枚の集電部材は、前記集電片どうしが向き合っているか、又は背を向けている請求項５記載の燃料電池セルスタック。
7. 複数の燃料電池セルを具備し、請求項１記載の集電部材（「第一の集電部材」という）と、細長い板片から構成され、この板片に互いに平行な複数の切れ目を形成してそれぞれを集電片とし、当該集電片を前記板片の表面側及び裏面側に交互に突出させてなる第二の集電部材とが、隣接する前記燃料電池セルの間に配置され、
   前記第一の集電部材は、隣接する前記燃料電池セルの間に配置された状態で、前記板片の片面側に突出している前記集電片が１つの前記燃料電池セルの前記外側電極に、前記板片から突出していない前記集電片が他の前記燃料電池セルの前記インターコネクタに接触していることを特徴とする燃料電池セルスタック。
8. 前記第一の集電部材の集電片と、前記第二の集電部材の背とが向きあっている請求項７記載の燃料電池セルスタック。
9. 前記第二の集電部材の板片は、前記インターコネクタに向かって折り曲げられている請求項８記載の燃料電池セルスタック。
10. 請求項３から請求項９のいずれかに記載の燃料電池セルスタックを、単独で又は複数集合して組み立てた発電ユニット集合体に、当該発電ユニット集合体で発生した電力を燃料電池外に取り出すための導電部材を取り付けて、ハウジング内に収容してなることを特徴とする燃料電池。

Images