JP2014149942A - 燃料電池セルスタック装置および燃料電池装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 燃料電池セル3が複数個立設し集電部材4により電気的に接続されている燃料電池セルスタック2と、セル3の下端をそれぞれ固定し反応ガスを供給するマニホールド20と、スタック2の両端に位置する一対の端部集電部材4bと、一対の受電板5と、一対の保護カバー6と、を具備し、保護カバー6は、スタック2の幅方向の一方の終端Xを配列方向の外側から覆うように幅部17と長さ部18を有する略L字状の第1部位6aと、同様の構成からなる略L字状の第2部位6bとの独立した2つの部位を備える燃料電池セルスタック装置1である。
【選択図】 図3
Description
図1は、本実施形態の燃料電池セルスタック装置の一例を示したものであり、(a)は燃料電池セルスタック装置1を概略的に示す燃料電池セルスタックの配列方向から見た側面図、(b)は(a)の点線枠で囲った部分についての一部拡大平面図である。図2は図1の燃料電池セルスタック装置における、(a)平面図、(b)燃料電池セルスタック装置1を前記配列方向とは垂直の幅方向から見た側面図であり、図2では燃料電池セルスタックを2つ組み込んだ構造を例示している。
れた部分はセル3の内部以外が気密に封止されている。
ここで、セル3は、図1(b)に示すように、一対の対向する平坦面をもつ柱状の導電性支持基板12(以下、支持基板12と略す場合がある)の一方の平坦面上に燃料側電極層8、固体電解質層9及び空気側電極層10を順次積層してなる柱状(中空平板状等)からなる。また、燃料電池セル3の他方の平坦面上にはインターコネクタ11が設けられており、支持基板12の内部には、燃料電池セル3に燃料ガスを流すためのガス流路13が設けられている。さらに、インターコネクタ11の外面(上面)にはP型半導体層14が設けられている。P型半導体層14を介して、集電部材4aをインターコネクタ11に接続させることにより、両者の接触がオーム接触となり、電位降下を少なくし集電性能の低下を有効に回避することが可能となる。また、支持基板12は燃料側電極層8を兼ねるものとし、その表面に固体電解質層9および空気側電極層10を順次積層して燃料電池セル3を構成することもできる。
ること、さらには、インターコネクタ11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。したがって、支持基板12としては、導電性セラミックスやサーメット等を用いることができる。セル3を作製するにあたり、燃料側電極層8または固体電解質層9との同時焼成により支持基板12を作製する場合においては、鉄族金属成分と特定希土類酸化物とから支持基板12を形成することが好ましい。また、図1に示した燃料電池セル3において、柱状(中空平板状)の支持基板12は、立設方向に細長く延びる板状片であり、平坦な両面と半円形状の両側面を有する。また、支持基板12は、ガス透過性を備えるために開気孔率が30%以上、特に35〜50%の範囲にあるのが好適であり、そしてまたその導電率は300S/cm以上、特に440S/cm以上であるのが好ましい。また、支持基板12の形状は柱状であれば良く、円筒状であってもよい。
受電板5の外側には図1−4に示す保護カバー6があり、スタック2の周囲に置かれる断熱材との接触や外部からの衝撃に対して、受電板5およびスタック2を保護する。本実施態様によれば、図2(a)に示すように、保護カバー6は、スタック2の幅W方向の一方の終端Xをスタック2の配列方向の外側から覆い、図3(a)、図4(a)に示すように、幅W方向から配列A方向に亘る幅部17と長さ部18とを備えた略L字状からなる第1部位6aと、スタック2の幅W方向の他方の終端Yを覆い、同様の略L字状からなる第2部位6bとの独立した2つの部位を備えている。これによって、スタック2の長さに製造上のばらつきがあっても、スタック2に接触しないように保護カバー6の形状を微調整できる。すなわち、第1部位6aおよび第2部材6bは略L字状からなるが、その配置はスタック2の長さに応じてスタック2の幅W方向および配列A方向から多少ずれた角度で配置される場合がある。このようなばらつきがあっても、スタック2と保護カバー6との隙間を短くでき、スタック装置1の小型化が可能となる。なお、図2の一方の終端Xと他方の終端Yとは入れ替わっていてもよい。
図3(a)に示す受電板5は、端部集電部材4bと電気的に接続される平板状の受電部15と、マニホールド20に埋設して固定される固定部16とからなる。本実施態様によれば、受電部15は弾性変形可能な薄さであり、端部集電部材4bと広い面積で接触できるので、セル3の発電により生じる電流を効率よく集電することができる。つまり、セル3は製造時に大気中で焼成した後、予め還元処理を施す処理を行うが、セル3の側面に存在するインターコネクタ11と導電性支持基板12や空気側電極層10等との還元による膨張差により、これらの変形量に差が生じ、セル3に反り等の変形が生じる場合がある。しかしながら、受電部15が弾性変形可能な厚みであるために、燃料電池セル3の変形に追従して受電部15が変形する。一方、固定部16は受電板5の立設する土台になる部分であり、受電部15と同じ厚みでもよいが、図4(b)に点線で示すように、一枚の金属板に折り返し固定部16tを設けて、折り返し固定部16tを折り返して固定部16を多層構造とすることもできる。これによって、容易に変形しない厚みに調整が可能である。なお、図4(a)では、折り返し固定部16tの記載を省略している。本実施態様では、受電部15の厚みは0.25〜1.5mmである。
ともに、保護カバー6の下端はマニホールド20の上部から離間した位置にある。これによって、図2(a)に示すように、平面視で距離が近いマニホールド20の縁部の金属と保護カバー6とが接触して漏電することを防止でき、縁部のサイズを小さくして、スタック装置1の小型化が可能となる。
そして、燃料電池セル3を電気的に接続するために介装される集電部材4aおよび端部集電部材4bは、弾性を有する金属または合金からなる部材あるいは金属繊維または合金繊維から成るフェルトに所要の表面処理を加えた部材から構成することができる。
さらに、上述したスタック装置1を、収納容器内に収納した燃料電池装置においても、セル3が変形してもスタック2の端部に位置するセル3aまたはこれに接着されている端
部集電部材4bや受電板5が保護カバー6に接触して破損を抑制することができ、長期信頼性が向上した燃料電池装置となる。
2 燃料電池セルスタック(スタック)
3 燃料電池セル(セル)
4a 集電部材
4b 端部集電部材
5 受電板
5a 幅狭部
6、6’ 保護カバー
6a、6c 第1部位
6a、6d 第2部位
7 電流引き出し部
8 燃料側電極層
9 固体電解質層
10 空気側電極層
11 インターコネクタ
12 導電性支持基板(支持基板)
13 ガス流路
14 P型半導体層
15 受電部
16 固定部
16a テーパ部
17 幅部
18 長さ部
20 マニホールド
33 第1導電体片
34 第2導電体片
35 第3導電体片
36 第4導電体片
45 台座
Claims (7)
- 燃料電池セルが複数個立設して配列しているとともに、隣接する前記燃料電池セル間が集電部材により電気的に接続されている燃料電池セルスタックと、
複数個の前記燃料電池セルの下端をそれぞれ固定しているとともに、該燃料電池セルに反応ガスを供給するためのマニホールドと、
前記燃料電池セルスタックの両端に位置する前記燃料電池セルの外側に電気的に接続された一対の端部集電部材と、該端部集電部材の外側に位置して前記端部集電部材と接触する一対の受電板と、
該一対の受電板それぞれの外側に存在する一対の保護カバーと、
を具備し、
該保護カバーは、前記燃料電池セルスタックの幅方向の一方の終端を前記燃料電池セルスタックの配列方向の外側から覆うように幅方向から配列方向に亘る略L字状の第1部位と、前記燃料電池セルスタックの幅方向の他方の終端を前記燃料電池セルスタックの配列方向の反対の外側から覆うように幅方向から配列方向に亘る略L字状の第2部位との独立した2つの部位を備える燃料電池セルスタック装置。 - 前記保護カバーと前記受電板とが一枚の金属板を折り曲げて形成されたものである請求項1に記載の燃料電池セルスタック装置。
- 前記受電板の下方が前記受電板の上方よりも幅が狭い幅狭部とされている請求項1または2に記載の燃料電池セルスタック装置。
- 前記保護カバーは、前記一枚の金属板が折り返された多層で構成されている請求項1乃至3のいずれかに記載の燃料電池セルスタック装置。
- 前記受電板から前記セルの配列方向に沿って外側に向けて延びている電流引き出し部を有する請求項1乃至4のいずれかに記載の燃料電池セルスタック装置。
- 前記受電板の下端は前記マニホールドに固定されているとともに、前記保護カバーの下端は前記マニホールドの上部から離間した位置にある請求項1乃至5のいずれかに記載の燃料電池セルスタック装置。
- 請求項1乃至7のいずれかに記載の燃料電池セルスタック装置を収納容器内に収納してなる燃料電池装置。
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- 2013-01-31 JP JP2013016825A patent/JP6022959B2/ja active Active
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