JP2018081770A - インターコネクタ−電気化学反応単セル複合体および電気化学反応セルスタック - Google Patents
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Abstract
Description
A−1.構成:
(燃料電池スタック100の構成)
図1は、燃料電池スタック100の構成を概略的に示す外観構成を示す斜視図である。図1には、方向を特定するための互いに直交するXYZ軸が示されている。本明細書では、便宜的に、Z軸正方向を上方向といい、Z軸負方向を下方向というものとするが、燃料電池スタック100は実際にはそのような向きとは異なる向きで設置されてもよい。図2以降についても同様である。燃料電池スタック100は、特許請求の範囲における電気化学反応セルスタックに相当する。
一対のエンドプレート104,106は、略矩形の平板形状の導電性部材であり、例えばステンレスにより形成されている。一方のエンドプレート104は、最も上に位置する発電単位102の上側に配置され、他方のエンドプレート106は、最も下に位置する発電単位102の下側に配置されている。一対のエンドプレート104,106によって複数の発電単位102が押圧された状態で挟持されている。上側のエンドプレート104は、燃料電池スタック100のプラス側の出力端子として機能し、下側のエンドプレート106は、燃料電池スタック100のマイナス側の出力端子として機能する。
図2から図5は、発電単位102の構成を概略的に示す説明図である。図2には、図1、図4および図5のII−IIの位置における発電単位102の断面構成を示しており、図3には、図1、図4および図5のIII−IIIの位置における発電単位102の断面構成を示しており、図4には、図2のIV−IVの位置における発電単位102の断面構成を示しており、図5には、図2のV−Vの位置における発電単位102の断面構成を示している。なお、図2および図3には、一部の断面を拡大して示している。
図2に示すように、酸化剤ガス供給マニホールド161に酸化剤ガスOGが供給されると、酸化剤ガスOGは、酸化剤ガス供給マニホールド161から各発電単位102の酸化剤ガス供給連通孔132を経て、空気室166に供給される。また、図3に示すように、燃料ガス供給マニホールド171に燃料ガスFGが供給されると、燃料ガスFGは、燃料ガス供給マニホールド171から各発電単位102の燃料ガス供給連通孔142を経て、燃料室176に供給される。
上述したように、燃料極側集電体144は、平板形状の部材に切り込みを入れ、複数の略矩形部分を曲げ起こすように加工することにより製造され、その曲げ起こされた略矩形部分が電極対向部145となる(図5の部分拡大図参照)。この電極対向部145の内、スペーサ149と対向する表面(以下、「スペーサ側表面145A」という)の表面形状は次の通りである。なお、スペーサ側表面145Aは、特許請求の範囲における集電体のスペーサ側の表面に相当する。
<第1の条件>
縁側領域E2の最大高低差Zm(2) > 中央側領域E1の最大高低差Zm(1)
なお、最大高低差Zmは、表面形状において互いに隣接する山と谷との高低差の最大値である。隣接する山と谷との高低差(曲線の要素高さZt)の定義は、JIS B 0601 2013に準拠するものとする。縁側領域E2の最大高低差Zm(2)は、縁側領域E2全体における最大高低差Zmであり、中央側領域E1の最大高低差Zm(1)は、中央側領域E1全体における最大高低差Zmである。
中央側領域E1における10点平均粗さRzjis < 縁側領域E2における最大高低差Zmの平均値
なお、10点平均粗さRzjisの定義は、JIS B 0601 2013に準拠するものとし、例えば、基準長さにおいて、輪郭曲線の最大の山高さから5番目までの平均と、最深の谷深さからの5番目までの平均との和である。
縁側領域E2における最大高低差Zmの平均値は、縁側領域E2の長手方向に並ぶ複数箇所のそれぞれにおける当該長手方向視の最大高低差Zmの平均値である。
中央側領域E1の最大高低差Zm(1):7.9(μm)
中央側領域E1における10点平均粗さRzjis:8.4(μm)
縁側領域E2の最大高低差Zm(2):20.6(μm)
縁側領域E2における最大高低差Zmの平均値:23.44(μm)
(各測定箇所の最大高低差Zm:20.6(μm),16.52(μm),25.61(μm),32.72(μm),26.25(μm),18.82(μm),32.09(μm),21.1(μm),25.39(μm),15.28(μm))
このように、中央側領域E1の最大高低差Zm(1)と中央側領域E1における10点平均粗さRzjisとの差は、1(μm)以下であることが好ましい。また、縁側領域E2の最大高低差Zm(2)は、10(μm)より大きいことが好ましい。なお、電極対向部145の内、燃料極116と対向する表面(以下、「電極側表面145B)という)全体の表面形状は、スペーサ側表面145Aの中央側領域E1と同程度であり、スペーサ側表面145Aの縁側領域E2との間で上記第1の条件および第2の条件の両方が成り立つものとする。
燃料極側集電体144に対するスペーサ149の位置ずれが生じると、上述した温度サイクル等による発電単位102の変形に対する燃料極側集電体144の追従性が低下することによって、燃料極側集電体144を介した燃料極116とインターコネクタ150(またはエンドプレート106)との電気的接続が良好に維持されなくなるおそれがある。これに対して、電極対向部145のスペーサ側表面145Aに、高低差が比較的に大きい凸部が存在すれば、当該凸部がスペーサ149に引っ掛かることによって燃料極側集電体144に対するスペーサ149の位置ずれを抑制できる。
第2実施形態におけるスペーサ側表面145Aの中央側領域E1は、上記第1実施形態におけるスペーサ側表面145Aの中央側領域E1に比べて、より平坦である。その他の点は、上述した第1実施形態と同一の構成であるため、その説明を省略する。
中央側領域E1の最大高低差Zm(1):2.88(μm)
中央側領域E1における10点平均粗さRzjis:2.80(μm)
このように、中央側領域E1における10点平均粗さRzjisは、4(μm)未満である。これにより、中央側領域E1における10点平均粗さRzjisが4(μm)以上である場合に比べて、中央側領域E1の表面粗さに起因してインターコネクタ150や単セル110と燃料極側集電体144との電気的接続が不良になることを、より確実に抑制することができる。
本明細書で開示される技術は、上述の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態に変形することができ、例えば次のような変形も可能である。
Claims (6)
- 電解質層と、前記電解質層を挟んで第1の方向に互いに対向する空気極および燃料極と、を含む電気化学反応単セルと、
前記電気化学反応単セルの前記第1の方向に配置されたインターコネクタと、
前記電気化学反応単セルと前記インターコネクタとの間に配置された導電性の集電体であって、前記電気化学反応単セルに接触するセル接触部と、前記インターコネクタに接触するインターコネクタ接触部とを含む集電体と、
前記セル接触部と前記インターコネクタとの間と、前記インターコネクタ接触部と前記電気化学反応単セルとの間との少なくとも一方に配置されたスペーサと、を備えるインターコネクタ−電気化学反応単セル複合体において、
前記集電体の前記スペーサ側の表面は、当該表面の縁部を含む縁側領域と、前記縁側領域より前記表面の中央側に位置する中央側領域とを含み、
表面形状において互いに隣り合う山と谷との高低差の最大値である最大高低差は、前記縁側領域の方が前記中央側領域より大きく、
かつ、
前記中央側領域における10点平均粗さは、前記縁側領域の前記縁部に沿った第2の方向に並ぶ複数箇所のそれぞれにおける前記第2の方向視の前記最大高低差の平均値より小さいことを特徴とする、インターコネクタ−電気化学反応単セル複合体。 - 請求項1に記載のインターコネクタ−電気化学反応単セル複合体において、
前記中央側領域において、前記最大高低差と前記10点平均粗さとの差は、1(μm)以下であることを特徴とする、インターコネクタ−電気化学反応単セル複合体。 - 請求項1または請求項2に記載のインターコネクタ−電気化学反応単セル複合体において、
前記縁側領域における前記最大高低差は、10(μm)より大きいことを特徴とする、インターコネクタ−電気化学反応単セル複合体。 - 請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載のインターコネクタ−電気化学反応単セル複合体において、
前記中央側領域における前記10点平均粗さは、4(μm)未満であることを特徴とする、インターコネクタ−電気化学反応単セル複合体。 - 請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載のインターコネクタ−電気化学反応単セル複合体において、
前記スペーサは、前記第1の方向視で、前記集電体の前記スペーサ側の表面からはみ出した部分を含むことを特徴とする、インターコネクタ−電気化学反応単セル複合体。 - 前記第1の方向に並べて配列された複数のインターコネクタ−電気化学反応単セル複合体を備える電気化学反応セルスタックにおいて、
前記複数のインターコネクタ−電気化学反応単セル複合体の少なくとも1つは、請求項1から請求項5までのいずれか一項に記載のインターコネクタ−電気化学反応単セル複合体であることを特徴とする、電気化学反応セルスタック。
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