JP2017147219A - 燃料電池スタック - Google Patents
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Abstract
Description
電池セルとの間の距離が拡大し、集電部材と他方の燃料電池セルとの距離が縮小したりする。このため、従来の燃料電池スタックのように、第1接合材の厚さと第2接合材の厚さとが同じであると、各接合材が集電部材と燃料電池セルとを十分に接合できないおそれがある。
図1及び図2に示すように、燃料電池スタック100は、マニホールド200と、複数の燃料電池セル301と、複数の集電部材302と、を備えている。なお、燃料電池セル301は、固体酸化物形燃料電池として構成されている。
図3に示すように、マニホールド200は、燃料ガスを各燃料電池セル301に供給するように構成されている。マニホールド200は、中空状であり、内部空間を有している。マニホールド200の内部空間には、導入管201を介して燃料ガスが供給される。マ
ニホールド200は、燃料電池セル301の厚さ方向(z軸方向)に沿って並ぶ複数の貫通孔202を有している。なお、本実施形態において、マニホールド200の長手方向は燃料電池セル301の厚さ方向に沿って延びている。各貫通孔202は、マニホールド200の天板203に形成されている。各貫通孔202は、マニホールド200の内部空間と外部とを連通する。
図2に示すように、各燃料電池セル301は、マニホールド200から延びている。詳細には、各燃料電池セル301は、マニホールド200の天板203から上方(x軸方向)に延びている。すなわち、各燃料電池セル301の長手方向は、上方に延びている。各燃料電池セル301は、その厚さ方向(z軸方向)において、互いに間隔をあけて配置されている。すなわち、各燃料電池セル301は、その厚さ方向において、対向するように配置されている。
O2(ガドリニウムドープセリア)から構成され得る。反応防止膜7の厚さは、例えば、3〜50μm程度である。
ネクタ31の厚さは、例えば、10〜100μmである。
図2に示すように、集電部材302は、各燃料電池セル301の間に配置されている。集電部材302は、燃料電池セル301の厚さ方向(z軸方向)において、隣り合う燃料電池セル301を互いに電気的に接続している。集電部材302は、近位端部303側に配置されている。
一対の接合材が、一対の燃料電池セル301と集電部材302とを接合している。一対の接合材は、第1接合材101aと第2接合材101bとを有している。なお、一対の接合材のうち、薄い方の接合材を第1接合材101aと称し、厚い方の接合材を第2接合材101bと称する。すなわち、第2接合材101bの厚さ(t2)は、第1接合材101aの厚さ(t1)よりも大きい。
以上のように構成された燃料電池スタック100は、次のようにして発電する。マニホールド200を介して各燃料電池セル301の燃料ガス流路21内に燃料ガス(水素ガス等)を流すとともに、支持基板20の両面を酸素を含むガス(空気等)に曝すことにより、電解質5の両側面間に生じる酸素分圧差によって起電力が発生する。この燃料電池スタック100を外部の負荷に接続すると、空気極6において下記(1)式に示す電気化学反応が起こり、燃料極4において下記(2)式に示す電気化学反応が起こり、電流が流れる。
(1/2)・O2+2e−→O2− …(1)
H2+O2−→H2O+2e− …(2)
次に、上述したように構成された燃料電池スタックの製造方法について説明する。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
上記実施形態では、一対の燃料電池セル301の間に1つの集電部材302が配置されていたが、燃料電池スタック100の構成はこれに限定されない。例えば、図12に示すように、一対の燃料電池セル301間に複数の集電部材302が配置されていてもよい。各集電部材302は、燃料電池セル301の幅方向(y軸方向)に互いに間隔をあけて配置されている。
上記実施形態では、各集電部材302は、各燃料電池セル301の近位端部303側において、隣り合う燃料電池セル301同士を接続しているが、接続箇所はこれに限定されない。例えば、図15に示すように、各集電部材302は、各燃料電池セル301の遠位端部304において、隣り合う燃料電池セル301を接続していてもよい。
上記実施形態では、本発明を筒状平板型の燃料電池スタックに適用しているが、本発明は他のタイプの燃料電池スタックにも適用できる。例えば、図16に示すように、本発明を平板型の燃料電池スタック100に適用することもできる。この場合、集電部材302としてセパレータが採用されていてもよい。すなわち、集電部材としての機能を有するセパレータ302が、各燃料電池セル301の間に配置されている。セパレータ302は、隣り合う燃料電池セル301を互いに電気的に接続している。各燃料電池セル301とセパレータ302とは、第1接合材101a又は第2接合材101bによって接合されている。
また、本発明を平板型の燃料電池スタック100に適用する場合、燃料電池スタック100を図17に示すような構成とすることもできる。すなわち、第1接合材101a及び第2接合材101bの一方が集電部材302とセパレータ305とを接合する。そして、第1接合材101a及び第2接合材101bの他方が集電部材302と燃料電池セル301とを接合する。なお、セパレータ103は、燃料電池セル301と対向するように配置される。
以上のようにして作製した各サンプルに対して、接合性の評価を以下のように行った結果、表1に示す通りの結果となった。
101a :第1接合材
101b :第2接合材
200 :マニホールド
203 :天板
301a :第1燃料電池セル
301b :第2燃料電池セル
302 :集電部材
Claims (6)
- 対応する一対の燃料電池セルと、
前記各燃料電池セル間に配置され、前記各燃料電池セルを互いに電気的に接続する集電部材と、
前記集電部材と前記各燃料電池セルとを接合する導電性の一対の接合材と、
を備え、
前記一対の接合材は、第1接合材と、前記第1接合材よりも厚い第2接合材とを有する、
燃料電池スタック。 - 燃料電池セルと、
前記燃料電池セルと対向するように配置されるセパレータと、
前記燃料電池セルと前記セパレータとの間に配置され、前記燃料電池セルと前記セパレータとを電気的に接続する集電部材と、
前記集電部材と前記燃料電池セルとを接続するとともに、前記集電部材と前記セパレータとを接続する一対の接合材と、
を備え、
前記一対の接合材は、第1接合材と、前記第1接合材よりも厚い第2接合材とを有する、
燃料電池スタック。 - 前記第1及び第2接合材は、導電性セラミックスによって形成される、
請求項1又は2に記載の燃料電池スタック。 - 前記集電部材は、ブロック状である、
請求項1から3のいずれかに記載の燃料電池スタック。 - 前記集電部材は、導電性酸化物セラミックスの焼成体で構成される、
請求項1から4のいずれかに記載の燃料電池スタック。 - 前記各燃料電池セルにガスを供給するマニホールドをさらに備え、
前記各燃料電池セルは、前記マニホールドの天板から上方に延びる、
請求項1から5のいずれかに記載の燃料電池スタック。
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