JP3297609B2 - 燃料電池スタックの製造方法 - Google Patents
燃料電池スタックの製造方法Info
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池スタック
の製造方法に係わり、特に、複数の固体電解質燃料電池
セルを電気的に接続する際の導電部材を改良した燃料電
池スタックの製造方法に関する。
の製造方法に係わり、特に、複数の固体電解質燃料電池
セルを電気的に接続する際の導電部材を改良した燃料電
池スタックの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】図１に従来の円筒型の固体電解質型燃料
電池セルを示すもので、円筒型燃料電池セル１は、例え
ば、ＬａＭｎＯ3 系空気極２の支持管にＹ2 Ｏ3 安定化
ＺｒＯ2 からなる固体電解質３とＬａＣｒＯ3 系よりな
るインターコネクタ５の緻密質な膜で覆われ、固体電解
質３の上部にＮｉ−ジルコニア系の燃料極４が設けられ
ている。
電池セルを示すもので、円筒型燃料電池セル１は、例え
ば、ＬａＭｎＯ3 系空気極２の支持管にＹ2 Ｏ3 安定化
ＺｒＯ2 からなる固体電解質３とＬａＣｒＯ3 系よりな
るインターコネクタ５の緻密質な膜で覆われ、固体電解
質３の上部にＮｉ−ジルコニア系の燃料極４が設けられ
ている。
【０００３】そして、燃料電池セル１は、図２に示すよ
うに、上下方向の燃料電池セル１同士が導電部材１０を
介して接続され、図２における左右方向の隣接する燃料
電池セル１の燃料極４同士が導電部材１０により電気的
に接続されている。
うに、上下方向の燃料電池セル１同士が導電部材１０を
介して接続され、図２における左右方向の隣接する燃料
電池セル１の燃料極４同士が導電部材１０により電気的
に接続されている。
【０００４】即ち、図２における上下方向の燃料電池セ
ル１同士は、一方の燃料電池セル１の燃料極４と、他方
の燃料電池セル１のインターコネクタ５との間に、Ｎｉ
を主成分とする金属繊維の集合体からなる導電部材１０
が配置され、この導電部材１０により、一方の燃料電池
セル１の燃料極４と、他方の燃料電池セル１のインター
コネクタ５とが電気的に導通している。図示しないが、
集電材−インターコネクタ、集電材−燃料極もＮｉ金属
繊維からなる導電部材１０により接続されている。
ル１同士は、一方の燃料電池セル１の燃料極４と、他方
の燃料電池セル１のインターコネクタ５との間に、Ｎｉ
を主成分とする金属繊維の集合体からなる導電部材１０
が配置され、この導電部材１０により、一方の燃料電池
セル１の燃料極４と、他方の燃料電池セル１のインター
コネクタ５とが電気的に導通している。図示しないが、
集電材−インターコネクタ、集電材−燃料極もＮｉ金属
繊維からなる導電部材１０により接続されている。
【０００５】導電部材１０は、燃料電池セル１相互間の
電気的な導通と燃料電池セル１相互間の機械的な応力緩
和にある。このため、導電部材１０は、ガスの透過性が
あり、弾力性のある金属繊維の集合体が用いられてい
る。また導電部材１０の金属繊維の材料としては、雰囲
気が水素雰囲気から発電によって生じた水蒸気を含む酸
化雰囲気まで安定であるという理由から、Ｎｉ金属が利
用されている。
電気的な導通と燃料電池セル１相互間の機械的な応力緩
和にある。このため、導電部材１０は、ガスの透過性が
あり、弾力性のある金属繊維の集合体が用いられてい
る。また導電部材１０の金属繊維の材料としては、雰囲
気が水素雰囲気から発電によって生じた水蒸気を含む酸
化雰囲気まで安定であるという理由から、Ｎｉ金属が利
用されている。
【０００６】燃料電池は、図２に示すような燃料電池セ
ル１同士が電気的に接続されたスタックを作製し、これ
らを複数組合せるとともに、その集合体の両端（正極側
および負極側）に集電部材を配置して構成される。
ル１同士が電気的に接続されたスタックを作製し、これ
らを複数組合せるとともに、その集合体の両端（正極側
および負極側）に集電部材を配置して構成される。
【０００７】燃料電池は、燃料電池セル１の空気極２側
に酸素を含有するガス、たとえば空気６を流し、燃料極
４側に燃料、例えば水素７を流しながら、１０００℃近
傍の温度で発電する。
に酸素を含有するガス、たとえば空気６を流し、燃料極
４側に燃料、例えば水素７を流しながら、１０００℃近
傍の温度で発電する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】導電部材のＮｉ金属繊
維は、セル間の電気的な導通を行うことが一つの役割で
あるため、導電部材の電気抵抗による損失は小さい方が
よく、本来なら緻密質であることが望まれる。一方、発
電時においては燃料極に十分な水素ガスを効率よく供給
しなければならず、導電部材は水素ガスが十分に透過で
きるように、ポーラスであることが望まれる。このよう
に相反する要求のため、スタック化した場合には、燃料
電池セルの性能を十分に発揮できないという問題があっ
た。
維は、セル間の電気的な導通を行うことが一つの役割で
あるため、導電部材の電気抵抗による損失は小さい方が
よく、本来なら緻密質であることが望まれる。一方、発
電時においては燃料極に十分な水素ガスを効率よく供給
しなければならず、導電部材は水素ガスが十分に透過で
きるように、ポーラスであることが望まれる。このよう
に相反する要求のため、スタック化した場合には、燃料
電池セルの性能を十分に発揮できないという問題があっ
た。
【０００９】また、導電部材は、インターコネクタ、燃
料極および集電材と接触する。これらの界面では圧接し
ただけなので、接触界面での電気的な導通が弱く、スタ
ック化した場合に燃料電池セルの性能を十分に発揮でき
ないという問題があった。
料極および集電材と接触する。これらの界面では圧接し
ただけなので、接触界面での電気的な導通が弱く、スタ
ック化した場合に燃料電池セルの性能を十分に発揮でき
ないという問題があった。
【００１０】本発明は、導電部材の電気抵抗が小さく、
導電部材の燃料ガスの透過率が大きく、さらには導電部
材と燃料極等との電気的導通が良好な燃料電池スタック
の製造方法を提供することを目的とする。
導電部材の燃料ガスの透過率が大きく、さらには導電部
材と燃料極等との電気的導通が良好な燃料電池スタック
の製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の燃料電池スタッ
クの製造方法は、円筒状の燃料電池セルを複数作製した
後、該燃料電池セル間に、還元雰囲気に晒される導電部
材を配置する燃料電池スタックの製造方法において、前
記導電部材が、Ｎｉを主成分とする金属繊維の集合体中
に、平均粒径１０μｍ以下のＮｉを主成分とする金属粒
子を含有する未焼結体であるとともに、前記導電部材全
体の重量に対する金属粒子の重量比が４０重量％以下で
あり、かつ、前記導電部材の嵩密度が０．４４〜２．２
１ｇ／ｃｍ3であることを特徴とする。
クの製造方法は、円筒状の燃料電池セルを複数作製した
後、該燃料電池セル間に、還元雰囲気に晒される導電部
材を配置する燃料電池スタックの製造方法において、前
記導電部材が、Ｎｉを主成分とする金属繊維の集合体中
に、平均粒径１０μｍ以下のＮｉを主成分とする金属粒
子を含有する未焼結体であるとともに、前記導電部材全
体の重量に対する金属粒子の重量比が４０重量％以下で
あり、かつ、前記導電部材の嵩密度が０．４４〜２．２
１ｇ／ｃｍ3であることを特徴とする。
【００１２】ここで、金属繊維の平均径が５〜８０μｍ
であることが望ましい。
であることが望ましい。
【００１３】
【作用】燃料電池セルをスタック化する上で最も重要な
ことはセル間を電気的な損失がなく接合することであ
る。そのために導電部材にはそれ自身の電気抵抗が小さ
いことと接合の界面において接触抵抗が小さいことが要
求される。それ自身の電気抵抗を小さくするためには、
抵抗率の小さい緻密質な部材を用いるべきである。しか
しながら燃料電池セルでは燃料ガスがその性能を大きく
左右するのでそのガスを遮断してはならない。また、セ
ル間の応力緩和のために弾力性を有していなければなら
ない。そのため、導電部材としてＮｉを主成分とする金
属繊維が用いられる。
ことはセル間を電気的な損失がなく接合することであ
る。そのために導電部材にはそれ自身の電気抵抗が小さ
いことと接合の界面において接触抵抗が小さいことが要
求される。それ自身の電気抵抗を小さくするためには、
抵抗率の小さい緻密質な部材を用いるべきである。しか
しながら燃料電池セルでは燃料ガスがその性能を大きく
左右するのでそのガスを遮断してはならない。また、セ
ル間の応力緩和のために弾力性を有していなければなら
ない。そのため、導電部材としてＮｉを主成分とする金
属繊維が用いられる。
【００１４】本発明の燃料電池では、導電部材がＮｉを
主成分とする金属繊維の集合体からなり、かつ、導電部
材の嵩密度が０．４４〜２．２１ｇ／ｃｍ3 と従来より
も大きいため、導電部材自体の電気抵抗を小さくするこ
とができ、かつ、導電部材が金属繊維の集合体からなる
ためセル間に生じる応力を緩和することができ、導電部
材の電気抵抗による出力低下とガスの不透過による出力
低下を最小に押さえることができる。
主成分とする金属繊維の集合体からなり、かつ、導電部
材の嵩密度が０．４４〜２．２１ｇ／ｃｍ3 と従来より
も大きいため、導電部材自体の電気抵抗を小さくするこ
とができ、かつ、導電部材が金属繊維の集合体からなる
ためセル間に生じる応力を緩和することができ、導電部
材の電気抵抗による出力低下とガスの不透過による出力
低下を最小に押さえることができる。
【００１５】また、本発明では、導電部材の金属繊維の
平均径を５〜８０μｍと小さくすることにより、導電部
材と燃料電池セルとの接触抵抗を低減でき、導通を良好
とすることができる。また、導電部材を、Ｎｉを主成分
とする金属繊維の集合体中に、平均粒径１０μｍ以下の
Ｎｉ金属を主成分とする金属粒子を４０重量％以下含有
することにより、導電部材と燃料電池セルとの接触抵抗
を低減できる。従って、金属繊維の平均径が８０μｍよ
りも大きい場合であっても、平均粒径１０μｍ以下のＮ
ｉ金属を主成分とする金属粒子を含有することにより、
導電部材と燃料電池セルとの接触抵抗を低減できるので
ある。
平均径を５〜８０μｍと小さくすることにより、導電部
材と燃料電池セルとの接触抵抗を低減でき、導通を良好
とすることができる。また、導電部材を、Ｎｉを主成分
とする金属繊維の集合体中に、平均粒径１０μｍ以下の
Ｎｉ金属を主成分とする金属粒子を４０重量％以下含有
することにより、導電部材と燃料電池セルとの接触抵抗
を低減できる。従って、金属繊維の平均径が８０μｍよ
りも大きい場合であっても、平均粒径１０μｍ以下のＮ
ｉ金属を主成分とする金属粒子を含有することにより、
導電部材と燃料電池セルとの接触抵抗を低減できるので
ある。
【００１６】これは、導電部材が１０００℃程度の還元
雰囲気下（発電時）に曝されるため、この温度下で金属
が、セラミックでの焼結に似た機構により、異種間の部
材同士、即ち、Ｎｉを主成分とする金属繊維および／ま
たは金属粒子と、インターコネクタ、燃料極、集電部材
とが強固に接合し、電気的な接合を良好にしていると思
われる。
雰囲気下（発電時）に曝されるため、この温度下で金属
が、セラミックでの焼結に似た機構により、異種間の部
材同士、即ち、Ｎｉを主成分とする金属繊維および／ま
たは金属粒子と、インターコネクタ、燃料極、集電部材
とが強固に接合し、電気的な接合を良好にしていると思
われる。
【００１７】
【発明の実施の形態】本発明の燃料電池は、図２に示す
ように、複数の燃料電池セル１が電気的に導通して構成
されている。燃料電池セル１は、図１に示すように、円
筒状の固体電解質３の内面に空気極２が、外面に燃料極
４が形成されており、空気極２に電気的に接続されたイ
ンターコネクタ５が、燃料極４と導通せずに、外部に露
出して構成されている。
ように、複数の燃料電池セル１が電気的に導通して構成
されている。燃料電池セル１は、図１に示すように、円
筒状の固体電解質３の内面に空気極２が、外面に燃料極
４が形成されており、空気極２に電気的に接続されたイ
ンターコネクタ５が、燃料極４と導通せずに、外部に露
出して構成されている。
【００１８】そして、図２における上下方向の燃料電池
セル１同士は、導電部材１０を介して接続され、図２に
おける左右方向の隣接する燃料電池セル１同士は、その
燃料極４同士が導電部材１０により電気的に接続されて
いる。
セル１同士は、導電部材１０を介して接続され、図２に
おける左右方向の隣接する燃料電池セル１同士は、その
燃料極４同士が導電部材１０により電気的に接続されて
いる。
【００１９】即ち、図２における上下方向の燃料電池セ
ル１同士は、一方の燃料電池セル１の燃料極４と、他方
の燃料電池セル１のインターコネクタ５との間に、Ｎｉ
を主成分とする金属繊維の集合体からなり、かつ、嵩密
度が０．４４〜２．２１ｇ／ｃｍ3 である導電部材１０
が配置され、この導電部材１０により、一方の燃料電池
セル１の燃料極４と、他方の燃料電池セル１のインター
コネクタ５とが電気的に導通している。
ル１同士は、一方の燃料電池セル１の燃料極４と、他方
の燃料電池セル１のインターコネクタ５との間に、Ｎｉ
を主成分とする金属繊維の集合体からなり、かつ、嵩密
度が０．４４〜２．２１ｇ／ｃｍ3 である導電部材１０
が配置され、この導電部材１０により、一方の燃料電池
セル１の燃料極４と、他方の燃料電池セル１のインター
コネクタ５とが電気的に導通している。
【００２０】このように、Ｎｉを主成分とする金属繊維
の集合体からなる導電部材の嵩密度を０．４４〜２．２
１ｇ／ｃｍ3 としたのは、嵩密度が０．４４ｇ／ｃｍ3
よりも小さい場合には導電部材の電気抵抗が大きく、燃
料電池セルをスタック化した場合に十分な出力が得られ
ない。嵩密度が２．２１ｇ／ｃｍ3 を越えると燃料ガス
の透過性が悪くなり、接触している燃料極に燃料ガスを
供給できず、十分な発電性能が得られない。また、弾力
性も低下し、セル間の応力を吸収することができなくな
る。導電部材の嵩密度は、導電部材の電気抵抗を小さく
し、燃料ガスの透過性を向上するという観点から、導電
部材の嵩密度は０．４４〜１．３３ｇ／ｃｍ3 であるこ
とが望ましい。
の集合体からなる導電部材の嵩密度を０．４４〜２．２
１ｇ／ｃｍ3 としたのは、嵩密度が０．４４ｇ／ｃｍ3
よりも小さい場合には導電部材の電気抵抗が大きく、燃
料電池セルをスタック化した場合に十分な出力が得られ
ない。嵩密度が２．２１ｇ／ｃｍ3 を越えると燃料ガス
の透過性が悪くなり、接触している燃料極に燃料ガスを
供給できず、十分な発電性能が得られない。また、弾力
性も低下し、セル間の応力を吸収することができなくな
る。導電部材の嵩密度は、導電部材の電気抵抗を小さく
し、燃料ガスの透過性を向上するという観点から、導電
部材の嵩密度は０．４４〜１．３３ｇ／ｃｍ3 であるこ
とが望ましい。
【００２１】ここで、導電部材の嵩密度は０．４４〜
２．２１ｇ／ｃｍ3 である場合には、導電部材がＮｉ金
属である場合の比重の５〜２５％である。つまり、導電
部材がＮｉ金属の塊からなる場合の比重をρ1 、導電部
材が金属繊維の集合体からなる場合の嵩密度をρ2 とし
た時、ρ2 ／ρ1 が５〜２５％であることを意味する。
導電部材の嵩密度を０．４４〜２．２１ｇ／ｃｍ3 と高
くするためには、Ｎｉ金属繊維の集合体（フェルト等）
をプレス機により所定圧力により押圧することにより達
成できる。ちなみに、Ｎｉ金属である場合の比重は８．
８４５であり、通常のＮｉフェルトの嵩密度は０．３５
ｇ／ｃｍ3 であり、導電部材の嵩密度は、導電部材がＮ
ｉ金属である場合の比重の４％程度である。
２．２１ｇ／ｃｍ3 である場合には、導電部材がＮｉ金
属である場合の比重の５〜２５％である。つまり、導電
部材がＮｉ金属の塊からなる場合の比重をρ1 、導電部
材が金属繊維の集合体からなる場合の嵩密度をρ2 とし
た時、ρ2 ／ρ1 が５〜２５％であることを意味する。
導電部材の嵩密度を０．４４〜２．２１ｇ／ｃｍ3 と高
くするためには、Ｎｉ金属繊維の集合体（フェルト等）
をプレス機により所定圧力により押圧することにより達
成できる。ちなみに、Ｎｉ金属である場合の比重は８．
８４５であり、通常のＮｉフェルトの嵩密度は０．３５
ｇ／ｃｍ3 であり、導電部材の嵩密度は、導電部材がＮ
ｉ金属である場合の比重の４％程度である。
【００２２】金属繊維は、Ｎｉを主成分とし、Ｆｅ、Ｃ
ｏおよびＣｒのうち少なくとも一種を含有しても良い。
ｏおよびＣｒのうち少なくとも一種を含有しても良い。
【００２３】なお、本発明の導電部材は、上述した導電
部材自身の電気的な問題以外にインターコネクタや燃料
極、集電材との接触界面の抵抗を減少させるため、Ｎｉ
からなる金属繊維の線径が５〜８０μｍであることも重
要である。Ｎｉを主成分とする金属繊維の線径が５μｍ
小さいと導電部材自身が発電時に収縮し、接触界面から
剥離し易く、電気抵抗が増大する傾向にある。この値が
８０μｍより大きいと界面での接触面積が小さいことや
表面エネルギーの減少によって界面での接触が悪くな
る。Ｎｉからなる金属繊維の線径は、接触抵抗の低下と
いう観点から２０〜３０μｍの範囲が良い。
部材自身の電気的な問題以外にインターコネクタや燃料
極、集電材との接触界面の抵抗を減少させるため、Ｎｉ
からなる金属繊維の線径が５〜８０μｍであることも重
要である。Ｎｉを主成分とする金属繊維の線径が５μｍ
小さいと導電部材自身が発電時に収縮し、接触界面から
剥離し易く、電気抵抗が増大する傾向にある。この値が
８０μｍより大きいと界面での接触面積が小さいことや
表面エネルギーの減少によって界面での接触が悪くな
る。Ｎｉからなる金属繊維の線径は、接触抵抗の低下と
いう観点から２０〜３０μｍの範囲が良い。
【００２４】また、上述した導電部材と他の部材との接
触界面の電気抵抗を減少させる別の方法として、Ｎｉを
主成分とする金属繊維中に平均粒径１０μｍ以下のＮｉ
金属を主成分とする金属粒子を重量比４０％以下含むこ
とも重要である。Ｎｉ金属粒子の平均粒径が１０μｍよ
り大きいと界面の接触抵抗を低減する効果がなく、４０
％より多いと導電部材自身が収縮し、接触抵抗が増大
し、電気抵抗が増大する。Ｎｉを主成分とする金属繊維
の平均粒径、重量比は、接触抵抗を低下し電気抵抗を低
下するという観点から、平均粒径が１〜３μｍであり、
重量比は５〜３０％であることが望ましい。ここで、重
量比とは、導電部材全体の重量に対する金属粒子の重量
比である。金属粒子としては、Ｎｉあるいは、Ｎｉと他
のＦｅ、Ｃｏ、Ｃｒとの合金の粒子、あるいは金属粒子
のコンポジットがある。
触界面の電気抵抗を減少させる別の方法として、Ｎｉを
主成分とする金属繊維中に平均粒径１０μｍ以下のＮｉ
金属を主成分とする金属粒子を重量比４０％以下含むこ
とも重要である。Ｎｉ金属粒子の平均粒径が１０μｍよ
り大きいと界面の接触抵抗を低減する効果がなく、４０
％より多いと導電部材自身が収縮し、接触抵抗が増大
し、電気抵抗が増大する。Ｎｉを主成分とする金属繊維
の平均粒径、重量比は、接触抵抗を低下し電気抵抗を低
下するという観点から、平均粒径が１〜３μｍであり、
重量比は５〜３０％であることが望ましい。ここで、重
量比とは、導電部材全体の重量に対する金属粒子の重量
比である。金属粒子としては、Ｎｉあるいは、Ｎｉと他
のＦｅ、Ｃｏ、Ｃｒとの合金の粒子、あるいは金属粒子
のコンポジットがある。
【００２５】
【実施例】参考例 先ず、Ｌａ0.9Ｓｒ0.1ＭｎＯ3からなる空気極の外面
に、純度が９９．９％以上で平均粒径が０．５μｍのＺ
ｒＯ2（１０モル％Ｙ2Ｏ3含有）を有するペーストを塗
布し、１５００℃で３時間焼成して固体電解質を形成し
た。この固体電解質表面を研磨し、内部の空気極を露出
させ、この露出部分に０．５μｍのＬａ0.9Ｓｒ0.1Ｃｒ
Ｏ3からなる溶液を塗布した後、乾燥し、大気中１８０
０℃で１０時間熱処理してインターコネクタを作製し
た。そして、固体電解質の表面に、インターコネクタと
電気的に導通しないように、Ｎｉ８０重量％とＺｒＯ2
２０重量％とからなる溶液をスクリーン印刷法より塗布
した後、乾燥し大気中１２００℃で２時間熱処理して燃
料極を作製し、図１に示したような燃料電池セルを作製
した。
に、純度が９９．９％以上で平均粒径が０．５μｍのＺ
ｒＯ2（１０モル％Ｙ2Ｏ3含有）を有するペーストを塗
布し、１５００℃で３時間焼成して固体電解質を形成し
た。この固体電解質表面を研磨し、内部の空気極を露出
させ、この露出部分に０．５μｍのＬａ0.9Ｓｒ0.1Ｃｒ
Ｏ3からなる溶液を塗布した後、乾燥し、大気中１８０
０℃で１０時間熱処理してインターコネクタを作製し
た。そして、固体電解質の表面に、インターコネクタと
電気的に導通しないように、Ｎｉ８０重量％とＺｒＯ2
２０重量％とからなる溶液をスクリーン印刷法より塗布
した後、乾燥し大気中１２００℃で２時間熱処理して燃
料極を作製し、図１に示したような燃料電池セルを作製
した。
【００２６】このようにして作製された燃料電池セルの
空気極側に酸素を、燃料極側に燃料利用率６０％になる
ように水素を流しながら１０００℃で発電を行い、２４
時間後の出力を測定したところ、５０Ｗであり、実質的
に発電する部分の面積、即ち、空気極と燃料極で挟んだ
部分の単位面積当たりの出力は、０．３Ｗ／ｃｍ2 であ
った。
空気極側に酸素を、燃料極側に燃料利用率６０％になる
ように水素を流しながら１０００℃で発電を行い、２４
時間後の出力を測定したところ、５０Ｗであり、実質的
に発電する部分の面積、即ち、空気極と燃料極で挟んだ
部分の単位面積当たりの出力は、０．３Ｗ／ｃｍ2 であ
った。
【００２７】また、複数の上記した燃料電池セルを、そ
のインターコネクタと隣接する燃料電池セルの燃料極と
の間の距離、および燃料極同士の距離を５ｍｍとし、こ
の間に、表１に示すように、平均径５〜８０μｍ、断面
形状が円形、方形、ドーナツ形の金属繊維を用い、プレ
ス機にて嵩密度を０．３５〜２．６５ｇ／ｃｍ3 にし
た、幅１０ｍｍ、長さ５０ｃｍ、厚み５ｍｍの導電部材
を配置し、図２に示すような９個の燃料電池セルからな
るスタックを作製し、これらのスタックを４つ組み合わ
せて３６個の燃料電池セルからなる燃料電池を作製し
た。尚、導電部材の金属繊維の径とは、円形、方形、ド
ーナツ形の金属繊維の最大の径をいう。
のインターコネクタと隣接する燃料電池セルの燃料極と
の間の距離、および燃料極同士の距離を５ｍｍとし、こ
の間に、表１に示すように、平均径５〜８０μｍ、断面
形状が円形、方形、ドーナツ形の金属繊維を用い、プレ
ス機にて嵩密度を０．３５〜２．６５ｇ／ｃｍ3 にし
た、幅１０ｍｍ、長さ５０ｃｍ、厚み５ｍｍの導電部材
を配置し、図２に示すような９個の燃料電池セルからな
るスタックを作製し、これらのスタックを４つ組み合わ
せて３６個の燃料電池セルからなる燃料電池を作製し
た。尚、導電部材の金属繊維の径とは、円形、方形、ド
ーナツ形の金属繊維の最大の径をいう。
【００２８】この燃料電池の発電出力を測定した。その
後、この燃料電池の単位面積当たりの出力を燃料電池セ
ル一本の単位面積当たりの出力と比較し、性能の評価を
行った。燃料電池の単位面積当たりの出力が、燃料電池
セルの単位面積当たりの出力の９０％以上である場合
が、導電部材での性能劣化がないものと判断した。この
結果を表１に示す。
後、この燃料電池の単位面積当たりの出力を燃料電池セ
ル一本の単位面積当たりの出力と比較し、性能の評価を
行った。燃料電池の単位面積当たりの出力が、燃料電池
セルの単位面積当たりの出力の９０％以上である場合
が、導電部材での性能劣化がないものと判断した。この
結果を表１に示す。
【００２９】
【表１】
【００３０】この表１から、Ｎｉ金属を主成分とする金
属繊維からなり、嵩密度が０．４４〜２．２１ｇ／ｃｍ
3 である場合には、性能比が９０％以上であり、導電部
材における劣化は少なかった。一方、嵩密度が０．３５
ｇ／ｃｍ3 の場合や、２．６５ｇ／ｃｍ3 の場合には、
導電部材における性能劣化が大きいことが判る。
属繊維からなり、嵩密度が０．４４〜２．２１ｇ／ｃｍ
3 である場合には、性能比が９０％以上であり、導電部
材における劣化は少なかった。一方、嵩密度が０．３５
ｇ／ｃｍ3 の場合や、２．６５ｇ／ｃｍ3 の場合には、
導電部材における性能劣化が大きいことが判る。
【００３１】実施例 断面形状が円形、方形、ドーナツ形で、平均径が１００
μｍの金属繊維を、表２に示すように平均粒径０．５〜
１０μｍのＮｉ金属を主成分（Ｎｉを主成分とする合
金、あるいはＮｉの金属粒子と他の金属粒子との混合の
場合はＮｉのモル比が多いこと）とする金属粒子を分散
した溶液中に浸し、溶液を蒸発させた後、プレス機で嵩
密度を変化させたものを用いて、燃料電池スタックを作
成し、発電出力を測定した。その後、単位面積当たりの
出力を燃料電池セル一本の単位面積当たりの出力と比較
し、性能の評価を行った。この比率が９０％以上のもの
が導電部材での性能劣化がないものと判断した。この結
果を表２に示す。
μｍの金属繊維を、表２に示すように平均粒径０．５〜
１０μｍのＮｉ金属を主成分（Ｎｉを主成分とする合
金、あるいはＮｉの金属粒子と他の金属粒子との混合の
場合はＮｉのモル比が多いこと）とする金属粒子を分散
した溶液中に浸し、溶液を蒸発させた後、プレス機で嵩
密度を変化させたものを用いて、燃料電池スタックを作
成し、発電出力を測定した。その後、単位面積当たりの
出力を燃料電池セル一本の単位面積当たりの出力と比較
し、性能の評価を行った。この比率が９０％以上のもの
が導電部材での性能劣化がないものと判断した。この結
果を表２に示す。
【００３２】
【表２】
【００３３】この表２より、Ｎｉ金属を主成分とする金
属繊維からなり、嵩密度が０．４４〜２．２１ｇ／ｃｍ
3 であり、かつ平均粒径１０μｍ以下のＮｉ金属を主成
分とする金属粒子を金属繊維に対して重量比４０％以下
含むものが単位面積当たりの性能比が９０％以上であっ
た。従って、導電部材の金属繊維の平均径が８０μｍよ
りも大きい場合であっても、上記のような金属粒子を含
有することにより、出力を向上できる。
属繊維からなり、嵩密度が０．４４〜２．２１ｇ／ｃｍ
3 であり、かつ平均粒径１０μｍ以下のＮｉ金属を主成
分とする金属粒子を金属繊維に対して重量比４０％以下
含むものが単位面積当たりの性能比が９０％以上であっ
た。従って、導電部材の金属繊維の平均径が８０μｍよ
りも大きい場合であっても、上記のような金属粒子を含
有することにより、出力を向上できる。
【００３４】
【発明の効果】本発明の燃料電池スタックの製造方法で
は、導電部材自体の電気抵抗を小さくすることができ、
かつ、導電部材が金属繊維の集合体からなるためセル間
に生じる応力を緩和するこができ、導電部材の電気抵抗
による出力低下とガスの不透過による出力低下を最小に
押さえることができる。
は、導電部材自体の電気抵抗を小さくすることができ、
かつ、導電部材が金属繊維の集合体からなるためセル間
に生じる応力を緩和するこができ、導電部材の電気抵抗
による出力低下とガスの不透過による出力低下を最小に
押さえることができる。
【００３５】また、本発明では、導電部材の金属繊維の
平均径を５〜８０μｍと小さくしたので、導電部材と燃
料電池セルとの接触抵抗を低減でき、導通を良好とする
ことができる。また、導電部材を、Ｎｉを主成分とする
金属繊維の集合体中に、平均粒径１０μｍ以下のＮｉ金
属を主成分とする金属粒子を４０重量％以下含有して構
成しても、導電部材と燃料電池セルとの接触抵抗を低減
できる。よって、本発明の燃料電池では、燃料電池セル
の性能を十分発揮させることができる。
平均径を５〜８０μｍと小さくしたので、導電部材と燃
料電池セルとの接触抵抗を低減でき、導通を良好とする
ことができる。また、導電部材を、Ｎｉを主成分とする
金属繊維の集合体中に、平均粒径１０μｍ以下のＮｉ金
属を主成分とする金属粒子を４０重量％以下含有して構
成しても、導電部材と燃料電池セルとの接触抵抗を低減
できる。よって、本発明の燃料電池では、燃料電池セル
の性能を十分発揮させることができる。
【図１】円筒型燃料電池セルを説明するための斜視図で
ある。
ある。
【図２】燃料電池セルを９個接続したスタックを示す説
明図である。
明図である。
１・・・燃料電池セル ２・・・空気極 ３・・・固体電解質 ４・・・燃料極 ５・・・インイターコネクタ １０・・・導電部材
Claims (2)
- 【請求項１】円筒状の燃料電池セルを複数作製した後、
該燃料電池セル間に、還元雰囲気に晒される導電部材を
配置する燃料電池スタックの製造方法において、前記導
電部材が、Ｎｉを主成分とする金属繊維の集合体中に、
平均粒径１０μｍ以下のＮｉを主成分とする金属粒子を
含有する未焼結体であるとともに、前記導電部材全体の
重量に対する金属粒子の重量比が４０重量％以下であ
り、かつ、前記導電部材の嵩密度が０．４４〜２．２１
ｇ／ｃｍ3であることを特徴とする燃料電池スタックの
製造方法。 - 【請求項２】金属繊維の平均径が５〜８０μｍであるこ
とを特徴とする請求項１記載の燃料電極スタックの製造
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28873896A JP3297609B2 (ja) | 1996-10-30 | 1996-10-30 | 燃料電池スタックの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28873896A JP3297609B2 (ja) | 1996-10-30 | 1996-10-30 | 燃料電池スタックの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10134839A JPH10134839A (ja) | 1998-05-22 |
| JP3297609B2 true JP3297609B2 (ja) | 2002-07-02 |
Family
ID=17734062
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28873896A Expired - Fee Related JP3297609B2 (ja) | 1996-10-30 | 1996-10-30 | 燃料電池スタックの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3297609B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4929644B2 (ja) | 2005-08-10 | 2012-05-09 | トヨタ自動車株式会社 | 集電電極を兼ねたスペーサを備えたチューブ型燃料電池セル及び燃料電池モジュール |
| JP2009187887A (ja) * | 2008-02-08 | 2009-08-20 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 燃料極集電体及び固体電解質形燃料電池 |
| JP6973759B1 (ja) * | 2020-08-03 | 2021-12-01 | 株式会社堤水素研究所 | チューブタイプｓｏｆｃ |
-
1996
- 1996-10-30 JP JP28873896A patent/JP3297609B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10134839A (ja) | 1998-05-22 |
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