JP4942293B2 - 燃料電池用集電部材及びこれを用いた燃料電池セルスタック、燃料電池 - Google Patents

Description

本発明は、隣り合う燃料電池セルを電気的に接続するための燃料電池用集電部材及びこれを用いた燃料電池セルスタック、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、燃料電池セルスタックを収納容器内に収容した燃料電池が種々提案されている。

上記の燃料電池セルスタックは、隣り合う燃料電池セルを集電部材を介して電気的に複数個接続することにより得られるものである。このような集電部材としては、導電率の高い金属が採用され、さらに高温下で使用されることから、耐熱金属が好ましく採用されている。

そして、この集電部材の形状については、図１１（ａ）に示すように矩形状板の一端部に複数のスリット８１を略平行に形成し、図１１（ｂ）に示すようにスリット８１間の集電片８２を板状集電部材の両側に交互に突出させ、基部の一端部に複数の集電片８２が形成された横断面Ｕ字状の櫛刃形状とされたものや、図１２に示すように、複数のスリットを略平行に形成し、その間の集電片９１を交互に板状集電部材の両側に突出させて形成された集電片群を長さ方向に所定間隔をおいて形成して構成し、基部９２と集電片９１を交互に形成したもの等が知られている。（特許文献１参照）
特開２００３−２８２１０１号公報

しかしながら、燃料電池セルはしばしば反りが発生したり傾斜してしまうことがあり、隣り合う燃料電池セルの間隔（燃料電池セル間寸法）が一定とならず位置により異なってしまうという問題が生じている。

このとき、図１１に示す横断面Ｕ字形状の集電部材は、基本的に片持ち構造であるため、図１３に示すように、燃料電池セル間寸法が過剰に小さくなった場合には、Ｕ字の先端が燃料電池セルから離れ、逆に燃料電池セル間寸法が大きくなった場合には、Ｕ字の中央部分が燃料電池セルより離れる結果となり、集電部材の接触面積が減少し、接続信頼性が低くなるという問題があった。即ち、燃料電池セル間の寸法と集電部材の最適寸法の調整が困難であった。

また、図１２に示す形状の集電部材は、スリットと燃料電池セルの長手方向とが平行となるように配置した場合には接触面積が十分ではなく、またスリットと燃料電池セルの長手方向とが垂直となるように配置した場合には、集電片群が両側で固定されているために自由度が少なく、燃料電池セル間寸法の変化に追随できずに、集電部材の接触面積が減少し、接続信頼性が低くなるという問題があった。

本発明は、燃料電池セルとの接触面積を十分に確保できるとともに接続信頼性に優れた燃料電池用集電部材を提供することを目的とする。

本発明者等は集電部材の形状について鋭意検討した結果、以下の形状が上記の目的を達成することを見出し、本発明に到達した。

すなわち本発明は、隣り合う平板状の燃料電池セルを電気的に接続するための燃料電池用集電部材であって、内部に形成されたスリットにより区画され、第一の端部及び第二の端部で互いに接合された複数の短冊状部から構成される薄板状部材が、前記第一の端部及び前記第二の端部がそれぞれ一列上に位置するように、間隔を開けて一列状に複数個配置されるとともに、隣り合う前記薄板状部材同士がそれぞれ接続部を介して接続され、隣り合う前記短冊状部が厚み方向に互いに逆向きに押し広げられてなることを特徴とする燃料電池用集電部材である。これにより、燃料電池セルとの接触面積を十分に確保できるとともに接続信頼性に優れた燃料電池用集電部材を得ることができる。

ここで、前記接続部が、互いに隣り合う一方の前記薄板状部材の前記第一の端部と、互いに隣り合う他方の前記薄板状部材の前記第二の端部とを接続するように屈曲して形成され、前記短冊状部に平行な第一の領域と、前記第一の端部及び前記第一の領域を接続する第二の領域と、前記第二の端部及び前記第一の領域を接続する第三の領域とからなり、前記第一の領域が前記短冊状部と同様に厚み方向に押し広げられてなるのが好ましい。このように第一の端部と第二の端部を接続するように構成することにより、短冊状部と同じように押し広げることができ、燃料電池セルとの接触面積を多くかせぐことができる。

このとき、前記薄板状部材が、前記短冊状部を２本有する口字状、前記短冊状部を３本有する日字状、前記短冊状部を４本有する目字状のいずれかに形成された部材であるのが好ましい。この本数であれば、第一の端部及び第二の端部からの束縛により、ねじれが生じにくくなり、特に口字状よりも日字状、日字状よりも目字状のほうが第一の端部と第二の端部による束縛が強くなり、よりねじれを生じにくくすることができる。

また本発明は、前記薄板状部材が前記短冊状部を少なくとも５本以上具備し、互いに隣り合う前記薄板状部材における前記短冊状部の長さ方向の中央部同士を接続するように、複数の前記接続部が一列状に配置されたことを特徴とする燃料電池用集電部材である。これにより、短冊状部をバランスよく逆側に押し広げることができる。

上記燃料電池用集電部材においては、前記薄板状部材が少なくとも３個以上接続されるのが好ましい。これにより、第一の端部または第二の端部による束縛を弱めることとなり、燃料電池セル間の寸法変動に追随できるようになるからである。尚、第一の端部と第二の端部による束縛はねじれ解消のために必要だが、この束縛が接続方向（長手方向）全体に亘ると燃料電池セル間の寸法変動に追随できなくなるので、短冊状部材の本数と薄板状部材の接続個数を調整することが、より効果的な燃料電池用集電部材の形状となる。

さらに本発明は、隣り合う前記平板状の燃料電池セルの間に前記燃料電池用集電部材を介在させ、複数の前記平板状の燃料電池セルを直列に電気的に接続してなる燃料電池セルスタックである。また本発明は、この燃料電池セルスタックが収納容器内に収納されてなる燃料電池である。このような燃料電池セルスタック及び燃料電池により、電圧低下の少ない長期信頼性に優れた燃料電池を得ることができる。

本発明によれば、燃料電池セルとの接触面積を十分に確保できるとともに接続信頼性に優れた燃料電池用集電部材が得られるので、燃料電池セルとの接触面積が容易に減少することなく、セル間の電気的接続を安定して行うことが出来る。

以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。

本発明の燃料電池用集電部材は、図１及び図２に示すように、内部に形成されたスリット１１により区画され、第一の端部１２及び第二の端部１３で互いに接合された複数の短冊状部１４から構成される薄板状部材１が、短冊状部１４が平行に且つ第一の端部１２及び第二の端部１３がそれぞれ同列上に配置されるように、接続部２を介して同一面上で直列に複数個接続され、隣り合う短冊状部１４が厚み方向に互いに逆向きに押し広げられたものである。

薄板状部材１は、図１及び図２に示す点線で囲まれる領域で表されるものである。この薄板状部材１には、内部にスリット１１が形成されている。このスリット１１は、ちょうど薄板状部材１の接続方向に直交する方向に沿って形成されている。ここで、内部にスリット１１が形成されているとは、スリット１１が薄板状部材１の外縁に到達していないことを意味している。また、薄板状部材１では、スリット１１により区画された２本の短冊状部１４が形成されており、この２本の短冊状部１４は、第一の端部１２及び第二の端部１３で互いに接合されている。言い換えると、短冊状部１４は、薄板状部材１の接続方向に直交する方向に延びており、複数の短冊状部１４の長さ方向両側を連結する第一の端部１２、第二の端部１３が形成されている。ここで、第一の端部１２及び第二の端部１３とは、スリット１１が到達していない領域であって、図２の一点鎖線で囲まれる領域で表されるものである。このような構成により、薄板状部材１は、図面上、いわゆる口字形状を呈している。

そして、この薄板状部材１は接続部２を介して同一面上で直列に複数個接続されている。このとき、隣り合う薄板状部材１は、それぞれの短冊状部１４が平行となるように配置されており、隣り合う薄板状部材１の第一の端部１２が同列上に配置されるとともに第二の端部１３が同列上に配置されている。

接続部２は、隣り合う薄板状部材１を接続するためのもので、一方の薄板状部材１の第一の端部１２と他方の薄板状部材１の第二の端部１３とを接続するように屈曲して形成されている。具体的には、図２に示すように、薄板状部材１の短冊状部１４に平行な第一の領域２１と、一方の薄板状部材１の第一の端部１２と第一の領域２１を接続する第二の領域２２、他方の薄板状部材１の第二の端部１３と第一の領域２１を接続する第二の領域２２とから構成される。接続部２は、このように第一の端部と第二の端部を接続するように構成されているから、短冊状部と同じように押し広げることができ、燃料電池セルとの接触面積を多くかせぐことができる。

上述の薄板状部材１と接続部２からなる構造は、ちょうど図３に示す蛇行形状（ミアンダー形状）において点線で囲まれる領域３を、図２の点線で囲まれる領域に示す薄板状部材１（口字状の薄板状部材）に置換したような形状になっている。尚、本例はこのように置換したような形状であるから、図１及び図２に示す接続部２はすべて同じように右下がりの屈曲となっているが、置換したような形状に限らず、右下がりと左下がりが入り交じったような構造であってもよい。

そして、本発明の集電部材は、隣り合う短冊状部１４が薄板状部材１の厚み方向に互いに逆向きに押し広げられた、言い換えると、短冊状部１４が薄板状部材１の厚み方向両側に膨らんで突出しているものであり、図１（ｂ）に示すように、横断面は第一の端部１２と第二の端部１３を両端として短冊状部１４が扁平に膨らんだような形状になっている。このような形状は、図１（ａ）のようにスリットが形成された部材に、短冊状部に合わせて凹凸形状が形成された金型、ちょうど上金型と下金型の凹凸が逆に形成されてなる金型を用いて上下方向からプレスすることにより、得ることができる。

ここで、図３に示す形状のものについて、図１に示すように隣り合う短冊状部を厚み方向に互いに逆向きに押し広げて集電部材を作製し、図４（ｄ）に示すように、集電部材を燃料電池セル間に挟み、燃料電池セルの間隔が狭くなった場合に、集電部材がねじれてしまう。尚、図４（ａ）は燃料電池セルの間隔が広い状態、図４（ｂ）は燃料電池セルの間隔が適当な状態、図４（ｃ）は燃料電池セルの間隔が狭くなった状態、図４（ｄ）はついに集電部材がねじれてしまい、集電部材と燃料電池セルの接触面積が減少してしまった状態を示している。これに対し、図３の点線で囲まれる領域３を図１及び図２に示すような２本の短冊状部１４が第一の端部１２と第二の端部１３で接合されてなる薄板状部材１で置換することにより、隣り合う短冊状部１４がある程度の束縛を受けるため、容易にねじれが生じにくくなり、接触面積を十分に確保できるというものである。

図１及び図２に示す接続部２に対応して使用される薄板状部材としては、図１及び図２に示す口字状の薄板状部材１の他、図５に示すような日字状の薄板状部材４、さらには目字状の薄板状部材（図示しない）などが採用できる。口字状よりも日字状、日字状よりも目字状のほうが第一の端部１２と第二の端部１３による束縛が強くなり、よりねじれを生じにくくすることができる。

また、短冊状部１４の幅Ｌ１は０．５〜２．０ｍｍであるのが好ましく、第一の端部１２、第二の端部１３の幅Ｌ２は１．５〜３．０ｍｍであるのが好ましい。

尚、この形状における薄板状部材１の接続される個数は、燃料電池セルの長さや短冊状部１４の幅、本数などに応じて適宜決定される。

他の実施形態として、図６及び図７に示す形態も好ましく採用できる。上述の接続部２が一方の薄板状部材１の第一の端部１２と他方の薄板状部材１の第二の端部１３とを接続するように屈曲して形成されているのに対して、図６及び図７に示す接続部６は、隣り合う薄板状部材５をそれぞれの接続方向両端に位置する短冊状部５１を拘束するように接続しており、直線形状を呈し、接続方向の中心軸に沿って配置されている。尚、この配置の位置については中心軸に沿っているものに限定されず、多少ずれていてもよい。また、接続部６の長さや幅は、燃料電池セル間寸法の変化への追随性、燃料電池セルとの接触面積等を考慮して決定されるが、長さとしては２〜４ｍｍ、幅としては０．５〜２ｍｍであるのが好ましい。

そして、図６及び図７に示す薄板状部材５は、７本の短冊状部５１を具備している。ここで、接続部６は隣り合う薄板状部材５の接続方向両端に位置する短冊状部５１を拘束しており、短冊状部を押し広げる際にはこの拘束された短冊状部５１は同じ側に押し広げられることとなるから、バランスを考慮して、薄板状部材５における短冊状部５１の本数は少なくとも５本以上であって、奇数本数であるのが好ましい。ただし、燃料電池セルの間隔は、燃料電池セルの反りや傾斜により変動するので、この燃料電池セル間の寸法変動に追随できるように、薄板状部材の短冊状部の本数は２０本未満が好ましい。

さらに、薄板状部材が少なくとも３個以上接続されるのが好ましい。言い換えると、接続部が２個以上設けられるのが好ましい。薄板状部材を少なくとも３個以上接続することは、短冊状部５１の第一の端部５２または第二の端部５３による束縛を弱めることとなり、燃料電池セル間の寸法変動に追随できるようになるからである。特に、５〜１０個接続するのが好ましい。

尚、短冊状部における第一の端部と第二の端部による束縛はねじれ解消のために必要だが、この束縛が接続方向（長手方向）全体に亘ると燃料電池セル間の寸法変動に追随できなくなるので、短冊状部材の本数と薄板状部材の接続個数を調整することが、より効果的な燃料電池用集電部材の形状となる。すなわち、薄板状部材の短冊状部の幅や本数、接続する薄板状部材の個数をバランスよく決定することにより、燃料電池セルとの接触面積を十分に確保できるとともに接続信頼性に優れた燃料電池用集電部材を得ることができる。

ここで、短冊状部５１の幅については、薄板状部材５の個数や短冊状部５１の本数、燃料電池セルの長さ等により適宜決定されるが、通常は先の実施形態と同様なものが採用される。

また、図６及び図７に示す薄板状部材５では、薄板状部材５の内部に所定の間隙を有するようなスリット５４が形成されていたが、図８に示すように、ほとんど間隙を有していないスリット５５、いわゆる切目の形成された薄板状部材７も好ましく採用できる。図６及び図７に示す内部のスリット５４は、この部分をエッチング加工、または打抜き加工により形成されていたが、図８に示すスリット５５は金型を用いて短冊状部５１を押し広げるのと同時にせん断加工することができるので、材料を無駄なく利用することができる。

尚、本発明においては、内部に形成されたスリットにより区画され、第一の端部及び第二の端部で互いに接合された複数の短冊状部から構成される薄板状部材があって、この隣り合う短冊状部が厚み方向に互いに逆向きに押し広げられてなるという表現を用いたが、上述のようにスリットの形成と押し広げる加工とが同時になされて形成されるものも含むものである。また、本発明においては、薄板状部材と接続部という表現を用いたが、これらは通常同材質で一体に設けられるものであって、一枚の金属板状部材を加工することにより得られるものを意味する。材質としては、Ｆｅ-Ｃｒ系やＦｅ-Ｎｉ系の耐熱性合金等が好ましく採用され、その厚みは０．３〜０．６ｍｍのものが好ましく採用されるが、特に限定はされない。

次に、本発明の燃料電池用集電部材が用いられる燃料電池セル、燃料電池セルスタック、燃料電池について説明する。
本発明に関わる燃料電池セル１０は、図９に示すように、内部に適当な間隔で複数の燃料ガス通路１０１ａが形成された平板状の支持基板１０１を備え、この支持基板１０１上に各種の部材が設けられた構造を有している。

支持基板１０１は、横断面が平坦部と平坦部の両端の弧状部とからなっている。平坦部の対向する一対の面の一方とその両側の弧状部を覆うように燃料極層１０２が設けられており、さらに、この燃料極層１０２を覆うように、緻密質な固体電解質層１０３が積層されており、この固体電解質層１０３の上には、燃料極層１０２に対応するように、空気極１０４が積層されている。また、燃料極層１０２及び固体電極層１０３が積層されていない平坦部の他方の面には、インターコネクタ１０５が形成されている。図９から明らかな通り、燃料極層１０２及び固体電解質層１０３は、インターコネクタ１０５の両サイドにまで延びており、支持基板１０１の表面が外部に露出しないように構成されている。

このような構造の燃料電池セル１０では、燃料極層１０２の空気極１０４と対面している部分が燃料極として作動して発電する。即ち、空気極１０４の外側に空気等の酸素含有ガスを流し、且つ支持基板１０１内の燃料ガス通路１０１ａに燃料ガス（水素）を流し、所定の作動温度まで加熱することにより、空気極１０４で下記式（１）の電極反応を生じ、また燃料極層１０２の燃料極となる部分では例えば下記式（２）の電極反応を生じることによって発電する。

空気極： １／２Ｏ_２＋２ｅ⁻ → Ｏ^２− （固体電解質） …（１）
燃料極： Ｏ^２− （固体電解質）＋ Ｈ_２ → Ｈ_２Ｏ＋２ｅ⁻ …（２）
かかる発電によって生成した電流は、支持基板１０１に取り付けられているインターコネクタ１０５を介して集電される。

ここで、支持基板１０１は、燃料ガスを燃料極まで透過させるためにガス透過性であること、及びインターコネクタ１０５を介しての集電を行うために導電性であることが要求されるが、このような要求を満たすと同時に、同時焼成により生じる不都合を回避するために、鉄属金属成分と特定の希土類酸化物とから支持基板１０１を構成する。

鉄族金属成分は、支持基板１０１に導電性を付与するためのものであり、鉄族金属単体であってもよいし、また鉄族金属酸化物、鉄族金属の合金もしくは合金酸化物であってもよい。鉄族金属には、鉄、ニッケル及びコバルトがあり、本発明では、何れをも使用することができるが、安価であること及び燃料ガス中で安定であることからＮｉ及び／またはＮｉＯを鉄族成分として含有していることが好ましい。

また希土類酸化物成分は、支持基板１０１の熱膨張係数を、固体電解質層１０３を形成している安定化ジルコニアと近似させるために使用されるものであり、高い導電率を維持し且つ固体電解質層３等への拡散を防止するために、希土類元素を含む酸化物Ｙ_２Ｏ_３、Ｙｂ_２Ｏ_３が、上記鉄族成分と組合せで使用される。

特に支持基板１０１の熱膨張係数を安定化ジルコニアと近似させるという点で、上述した鉄族成分は、支持基板１０１中に３５〜６５体積％の量で含まれ、希土類酸化物は、支持基板１０１中に３５〜６５体積％の量で含まれていることが好適である。

上記のような鉄族金属成分と希土類酸化物とから構成される支持基板１０１は、燃料ガス透過性を有していることが必要であるため、通常、開気孔率が３０％以上、特に３５乃至５０％の範囲にあることが好適である。また、支持基板１０１の導電率は、３００Ｓ／ｃｍ以上、特に４４０Ｓ／ｃｍ以上であることが好ましい。

また、支持基板１０１の平坦部の長さは、通常、１５〜３５ｍｍ、弧状部の長さ（弧の長さ）は、３〜８ｍｍ程度であり、支持基板１０１の厚みは（平坦部の両面の間隔）は２．５〜５ｍｍ程度であることが望ましい。

燃料極層１０２は、前述した式（２）の電極反応を生じせしめるものであり、それ自体公知の多孔質の導電性セラミックスから形成される。例えば、希土類元素が固溶しているＺｒＯ_２と、Ｎｉ及び／またはＮｉＯとから形成される。この希土類元素が固溶しているＺｒＯ_２（安定化ジルコニア）としては、以下に述べる固体電解質層１０３の形成に使用されているものと同様のものを用いるのがよい。

また、図９の例では、この燃料極層１０２は、インターコネクタ１０５の両サイドにまで延びているが、空気極１０４に対面する位置に存在して燃料極が形成されていればよいため、例えば空気極１０４が設けられている側の平坦部にのみ燃料極層１０２が形成されていてもよい。

この燃料極層１０２上に設けられている固体電解質層１０３は、一般に３〜１５モル％の希土類元素が固溶したＺｒＯ_２（通常、安定化ジルコニア）と呼ばれる緻密質なセラミックスから形成されている。希土類元素としては、Ｓｃ，Ｙ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕを例示することができるが、安価であるという点からＹ、Ｙｂが望ましい。

空気極１０４は、所謂ＡＢＯ_３型のペロブスカイト型酸化物からなる導電性セラミックスから形成される。かかるペロブスカイト型酸化物としては、遷移金属ペロブスカイト型酸化物、特にＡサイトにＬａを有するＬａＭｎＯ_３系酸化物、ＬａＦｅＯ_３系酸化物、ＬａＣｏＯ_３系酸化物の少なくとも１種が好適であり、６００〜１０００℃程度の作動温度での電気伝導性が高いという点からＬａＦｅＯ_３系酸化物が特に好適である。尚、上記ペロブスカイト型酸化物においては、ＡサイトにＬａと共にＳｒなどが存在していてもよいし、さらにＢサイトには、ＦｅとともにＣｏやＭｎが存在していてもよい。

支持基板１０１上に設けられているインターコネクタ１０５は、一般に、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）が使用される。また、支持基板１０１の内部を通る燃料ガス及び支持基板１０１の外部を通る酸素含有ガスのリークを防止するため、かかる導電性セラミックスは緻密質でなければならず、例えば９３％以上、特に９５％以上の相対密度を有していることが好適である。

インターコネクタ１０５の外面（上面）には、Ｐ型半導体層１０６を設けることが好ましい。インターコネクタ１０５には、本発明の燃料電池用集電部材が接続されるが、この燃料電池用集電部材を直接インターコネクタ１０５に直接接続すると、非オーム接触により、電位降下が大きくなってしまい、集電性能が低下してしまう。このようなＰ型半導体としては、遷移金属ペロブスカイト型酸化物を例示することができる。

そして、燃料電池セルスタックは、図１０に示すように、燃料電池セル１０と燃料電池セル１０の間に燃料電池用集電部材を介在させ、複数の燃料電池セル１０を直列に電気的に接続することにより得られる。このとき、燃料電池用集電部材の押し広げられた短冊状部が、隣り合う燃料電池セルのうちの一方の燃料電池セルの空気極と接触し、隣り合う燃料電池セルのうちの他方の燃料電池セルのＰ型半導体と接触している。尚、図１０は図９に示す燃料電池セル１０が立てて配置されたときの上側から見た状態を示している。また、燃料電池は、この燃料電池セルスタックを収納容器内に収納することにより得られる。このような燃料電池セルスタック及び燃料電池により、電圧低下の少ない長期信頼性に優れた燃料電池を得ることができる。

ここで、燃料電池セルの製造方法について説明する。
先ず、Ｎｉ等の鉄族金属或いはその酸化物粉末と、Ｙ_２Ｏ_３などの希土類酸化物の粉末と、有機バインダーと、溶媒とを混合してスラリーを調製し、このスラリーを用いての押出成形により、支持基板成形体を作製し、これを乾燥する。

次に、燃料極層形成用材料（Ｎｉ或いはＮｉＯ粉末と安定化ジルコニア粉末）、有機バインダー及び溶媒を混合してスラリーを調製し、このスラリーを用いて燃料極層用のシートを作製する。また、燃料極層用のシートを作製する代りに、燃料極形成用材料を溶媒中に分散したペーストを、上記で形成された支持基板成形体の所定位置に塗布し乾燥して、燃料極層用のコーティング層を形成してもよい。

さらに、安定化ジルコニア粉末と、有機バインダーと、溶媒とを混合してスラリーを調製し、このスラリーを用いて固体電解質層用シートを作製する。

上記のようにして形成された支持基板成形体、燃料極用シート及び固体電解質層用シートを、例えば図９に示すような層構造となるように積層し、乾燥する。この場合、支持基板成形体の表面に燃料極層用のコーティング層が形成されている場合には、固体電解質層用シートのみを支持基板成形体に積層し、乾燥すればよい。

この後、インターコネクタ用材料（例えば、ＬａＣｒＯ_３系酸化物粉末）、有機バインダー及び溶媒を混合してスラリーを調製し、インターコネクタ用シートを作製する。

このインターコネクタ用シートを、上記で得られた積層体の所定位置にさらに積層し、焼成用積層体を作製する。

次いで、上記の焼成用積層体を脱バインダー処理し、酸素含有雰囲気中、１３００〜１６００℃で同時焼成し、焼結体を得る。

次いでこの焼結体の所定の位置に、空気極形成用材料（例えば、ＬａＦｅＯ_３系酸化物粉末）と溶媒を含有するペースト、及び必要により、Ｐ型半導体層形成用材料（例えば、ＬａＦｅＯ_３系酸化物粉末）と溶媒を含むペーストを、ディッピング等により塗布し、固体電解質層の表面に空気極用コーティング層を設けた。同時に、上記ペーストを焼結体に形成されているインターコネクタの外面に塗布し、Ｐ型半導体用コーティング層を設け、１０００〜１３００℃で焼き付けを行う。
以上のような工程を経て、燃料電池セルが作製される。

そして、厚さ０．３〜０．６ｍｍのＦｅ-Ｃｒ系耐熱性合金の板を用い、前述の形状に加工した集電部材を用意し、この集電部材と前述の燃料電池セルを電気的、及び機械的に接合するため、前述のＰ型半導体である遷移金属ペロブスカイト型酸化物からなる粉末と有機バインダーと溶剤とを混合して作製したペーストを、燃料電池セルの空気極及びインターコネクタ表面及び集電部材に塗布した後、燃料電池セルと集電部材を交互に積層し、１０００〜１３００℃で焼き付ける。さらに、上記積層して焼付された燃料電池セルと集電部材を、マニホールドに配置し、燃料電池セルとマニホールドをガラスなどにより封止することにより燃料電池セルスタックが作製される。

そして、燃料電池は、上記複数のセルスタックを収納容器内に配置し、発電に使用するために燃料電池セルに送るための燃料ガス導入管、空気導入管を配管することにより作製される。

本発明の燃料電池用集電部材の一実施形態を示す説明図であり、（ａ）は隣り合う短冊状部が厚み方向に互いに逆向きに押し広げられる前の正面図、（ｂ）は隣り合う短冊状部が厚み方向に互いに逆向きに押し広げられた後の（ａ）に示すＡ−Ａ線横断面図である。 図１に示す燃料電池用集電部材の一部拡大図である。 本発明の燃料電池用集電部材を説明するための蛇行形状の部材を示す説明図である。 図３に示す蛇行形状の部材の問題点の説明図であり、（ａ）は燃料電池セルの間隔が広い状態、（ｂ）は燃料電池セルの間隔が適当な状態、（ｃ）は燃料電池セルの間隔が狭くなった状態、（ｄ）は集電部材がねじれてしまい、集電部材と燃料電池セルの接触面積が減少してしまった状態を示している。 本発明の燃料電池用集電部材の他の実施形態を示す説明図である。 本発明の燃料電池用集電部材のさらに他の実施形態を示す説明図であり、（ａ）は隣り合う短冊状部が厚み方向に互いに逆向きに押し広げられる前の正面図、（ｂ）は隣り合う短冊状部が厚み方向に互いに逆向きに押し広げられた後の（ａ）に示すＢ−Ｂ線横断面図である。 図６に示す燃料電池用集電部材の一部拡大図である。 本発明の燃料電池用集電部材のまたさらに他の実施形態を示す説明図である。 本発明の燃料電池用集電部材とあわせて使用される燃料電池セルの説明図である。 本発明の燃料電池セルスタックの説明図であり、図９に示す燃料電池セル１０が立てて配置されたときの上側から見た状態を示している。 従来の燃料電池用集電部材の一例を示す説明図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は横断面図である。 従来の燃料電池用集電部材の他の例を示す説明図である。 図１０に示す燃料電池用集電部材の問題点の説明図であり、（ａ）は燃料電池セルの間隔が広がった状態、（ｂ）は燃料電池セルの間隔が最適な状態、（ｃ）は燃料電池セルの間隔が狭くなった状態を示している。

符号の説明

１、４、５、７・・・薄板状部材
１１、５４、５５・・・スリット
１２、５２・・・第一の端部
１３、５３・・・第二の端部
１４、５１・・・短冊状部
２、６・・・接続部
２１・・・第一の領域
２２・・・第二の領域

Claims (7)

1. 隣り合う平板状の燃料電池セルを電気的に接続するための燃料電池用集電部材であって、内部に形成されたスリットにより区画され、第一の端部及び第二の端部で互いに接合された複数の短冊状部から構成される薄板状部材が、前記第一の端部及び前記第二の端部がそれぞれ一列上に位置するように、間隔を開けて一列状に複数個配置されるとともに、隣り合う前記薄板状部材同士がそれぞれ接続部を介して接続され、
   隣り合う前記短冊状部が厚み方向に互いに逆向きに押し広げられてなることを特徴とする燃料電池用集電部材。
2. 前記接続部が、互いに隣り合う一方の前記薄板状部材の前記第一の端部と、互いに隣り合う他方の前記薄板状部材の前記第二の端部とを接続するように屈曲して形成され、前記短冊状部に平行な第一の領域と、前記第一の端部及び前記第一の領域を接続する第二の領域と、前記第二の端部及び前記第一の領域を接続する第三の領域とからなり、
   前記第一の領域が前記短冊状部と同様に厚み方向に押し広げられてなることを特徴とする請求項１記載の燃料電池用集電部材。
3. 前記薄板状部材が、前記短冊状部を２本有する口字状、前記短冊状部を３本有する日字状、前記短冊状部を４本有する目字状のいずれかに形成された部材であることを特徴とする請求項２記載の燃料電池用集電部材。
4. 前記薄板状部材が前記短冊状部を少なくとも５本以上具備し、互いに隣り合う前記薄板状部材における前記短冊状部の長さ方向の中央部同士を接続するように、複数の前記接続部が一列状に配置されたことを特徴とする請求項１記載の燃料電池用集電部材。
5. 前記薄板状部材が少なくとも３個以上接続されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の燃料電池用集電部材。
6. 隣り合う前記平板状の燃料電池セルの間に請求項１〜５のいずれかに記載の燃料電池用集電部材を介在させ、複数の前記平板状の燃料電池セルを直列に電気的に接続してなることを特徴とする燃料電池セルスタック。
7. 請求項６に記載の燃料電池セルスタックが収納容器内に収納されてなることを特徴とする燃料電池。

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