JP5100099B2 - Solid oxide fuel cell separator, solid electrolyte fuel cell, and solid oxide fuel cell stack structure - Google Patents

Solid oxide fuel cell separator, solid electrolyte fuel cell, and solid oxide fuel cell stack structure Download PDF

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Description

本発明は、固体電解質型燃料電池用セパレータ、固体電解質型燃料電池及び固体電解質型燃料電池スタック構造体に係り、更に詳細には、優れた集電性能を有する固体電解質型燃料電池用セパレータ、優れた集電性能と発電性能とを有する固体電解質型燃料電池及び固体電解質型燃料電池スタック構造体に関する。   The present invention relates to a separator for a solid oxide fuel cell, a solid electrolyte fuel cell, and a solid electrolyte fuel cell stack structure, and more particularly, a separator for a solid oxide fuel cell having excellent current collecting performance, The present invention relates to a solid oxide fuel cell and a solid oxide fuel cell stack structure having current collection performance and power generation performance.

従来、平板型単電池どうしを確実に通電させるとともに、平板型単電池に熱応力等による過大な荷重が加えられることがないように、平板型固体電解質の表裏面それぞれに燃料極と空気極とを対向して設けた平板型単電池と、少なくとも一面に突部を有し、前記平板型単電池の燃料極もしくは空気極に該突部が弾性をもって接触し、かつ該平板型単電池に積層された次の平板型単電池の空気極もしくは燃料極とに接触しそれぞれの平板型単電池を導通させる金属薄板と、を備えて構成した固体電解質燃料電池や、平板型固体電解質の表裏面それぞれに燃料極と空気極とを対向して設けた平板型単電池と、積層した前記平板型単電池間に設けられ、該平板型単電池間の気体の流通を遮断する金属平板と、前記金属平板の表裏面にそれぞれ、該金属平板の表裏面のそれぞれに接触した状態で設けられ、かつ前記平板型単電池の燃料極もしくは空気極に弾性をもって接触する突部を有し、積層された平板型単電池の空気極と燃料極とを前記金属平板を介して導通させる金属薄板と、を備えて構成した固体電解質燃料電池が提案されている（特許文献１及び特許文献２参照。）。
特開２００１−３５５１４号公報 特開２００１−６８１３２号公報 Conventionally, a fuel cell and an air electrode are respectively provided on the front and back surfaces of the flat solid electrolyte so that the flat cell is surely energized and an excessive load due to thermal stress or the like is not applied to the flat cell. A flat unit cell provided opposite to each other, and a protrusion on at least one surface, the protrusion is in elastic contact with the fuel electrode or air electrode of the flat unit cell, and is laminated on the flat unit cell A solid electrolyte fuel cell configured to contact the air electrode or fuel electrode of the next flat plate unit cell, and to connect each flat unit cell, and the front and back surfaces of the flat plate solid electrolyte, respectively A flat plate unit cell provided with a fuel electrode and an air electrode facing each other, a metal flat plate provided between the stacked flat unit cells and blocking gas flow between the flat plate unit cells, and the metal On the front and back of the flat plate, An air electrode and a fuel electrode of the stacked flat unit cell, each of which is provided in contact with the front and back surfaces of the flat plate and has a protrusion that elastically contacts the fuel electrode or the air electrode of the flat unit cell. A solid electrolyte fuel cell has been proposed (see Patent Document 1 and Patent Document 2).
JP 2001-35514 A JP 2001-68132 A

しかしながら、上記特許文献１及び特許文献２に記載された固体電解質燃料電池においては、それぞれの図２に示すように、集電体として機能する金属薄板において、ディンプル状突起物を多数、即ち高密度に形成して、集電性能を向上させることができないという問題点があった。
また、それぞれの図２、図７及び図８に示すように、集電体として機能する金属薄板自体が基本的に板状であるため、金属薄板、平板型単電池、更にはセパレータとして機能する金属平板などの固体電解質燃料電池の構成部材に熱などによるわずかな変形が生じた場合に、電極と金属薄板とが離れることや、これらの間の押し付け圧が大きく変化することなどにより、安定した集電性能を発揮することが困難であるという問題点があった。 However, in the solid electrolyte fuel cells described in Patent Document 1 and Patent Document 2 described above, as shown in FIG. 2, a large number of dimple-like protrusions, that is, a high density, are formed on a thin metal plate that functions as a current collector. However, the current collecting performance cannot be improved.
Further, as shown in FIGS. 2, 7, and 8, the metal thin plate itself that functions as a current collector is basically plate-like, so that it functions as a metal thin plate, a flat cell, and further a separator. When a slight deformation due to heat or the like occurs in a solid electrolyte fuel cell component such as a flat metal plate, the electrode and the thin metal plate are separated, and the pressing pressure between them is greatly changed. There is a problem that it is difficult to exhibit current collecting performance.

本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、優れた集電性能を有する固体電解質型燃料電池用セパレータ、優れた集電性能と発電性能とを有する固体電解質型燃料電池及び固体電解質型燃料電池スタック構造体を提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems of the prior art, and its object is to provide a solid oxide fuel cell separator having excellent current collecting performance, excellent current collecting performance and power generation. An object of the present invention is to provide a solid oxide fuel cell and a solid oxide fuel cell stack structure having performance.

本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、コイル形状の集電部と弾性を備える端部とを有する集電体を用い、ばね弾性を備える集電部をセパレータや単セルなどと引張り又は圧縮付勢して接触させることなどにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have used a current collector having a coil-shaped current collector and an end portion having elasticity, and the current collector having spring elasticity as a separator or The present inventors have found that the above-mentioned object can be achieved by pulling or compressing and urging contact with a single cell or the like, and have completed the present invention.

即ち、本発明の固体電解質型燃料電池用セパレータは、セパレータと、集電体と、を具備する固体電解質型燃料電池用セパレータであって、該集電体が、コイル形状の集電部と弾性を備える端部とを有し、該集電部が、ばね弾性を備えると共に、引張り又は圧縮付勢されて該セパレータと接触していることを特徴とする。 That is, the separator for a solid oxide fuel cell according to the present invention is a solid oxide fuel cell separator comprising a separator and a current collector, and the current collector has a coil-shaped current collector and an elasticity. And the current collector has spring elasticity and is in tension or compression and is in contact with the separator.

また、本発明の固体電解質型燃料電池は、セルと、集電体と、を具備する固体電解質型燃料電池であって、該集電体が、コイル形状の集電部と弾性を備える端部とを有し、該集電部が、ばね弾性を備えると共に、引張り又は圧縮付勢されて該セルと接触していることを特徴とする。 The solid oxide fuel cell of the present invention is a solid oxide fuel cell comprising a cell and a current collector, wherein the current collector has a coil-shaped current collector and an end having elasticity. The current collector has spring elasticity and is in contact with the cell by being biased by tension or compression.

また、本発明の固体電解質型燃料電池スタック構造体は、セルと、該セルを搭載するセル搭載板と、集電体と、セパレータ板と、を具備し、該集電体と、該セル搭載板又は該セパレータ板と、を交互に積層して成る固体電解質型燃料電池スタック構造体であって、該集電体が、コイル形状の集電部と弾性を備える端部とを有し、該集電部が、ばね弾性を備えると共に、引張り又は圧縮付勢されて該セル及び該セパレータ板と接触していることを特徴とする。 The solid oxide fuel cell stack structure of the present invention includes a cell, a cell mounting plate on which the cell is mounted, a current collector, and a separator plate, and the current collector and the cell mounting A solid oxide fuel cell stack structure formed by alternately laminating plates or the separator plates, the current collector having a coil-shaped current collector and an elastic end , The current collector is provided with spring elasticity and is biased by tension or compression to be in contact with the cell and the separator plate.

本発明によれば、コイル形状の集電部と弾性を備える端部とを有する集電体を用い、ばね弾性を備える集電部をセパレータや単セルなどと引張り又は圧縮付勢して接触させることなどとしたため、優れた集電性能を有する固体電解質型燃料電池用セパレータ、優れた集電性能と発電性能とを有する固体電解質型燃料電池及び固体電解質型燃料電池スタック構造体を提供することができる。 According to the present invention, a current collector having a coil-shaped current collector and an end portion having elasticity is used, and the current collector having spring elasticity is brought into contact with a separator or a single cell by being urged or compressed. Therefore, it is possible to provide a solid oxide fuel cell separator having excellent current collecting performance, a solid electrolyte fuel cell having excellent current collecting performance and power generation performance, and a solid electrolyte fuel cell stack structure. it can.

以下、本発明の固体電解質型燃料電池用セパレータについて説明する。
上述の如く、本発明の固体電解質型燃料電池用セパレータは、セパレータと、集電体と、を具備する固体電解質型燃料電池用セパレータであって、集電体が、コイル形状の集電部を有し、集電部が、ばね弾性を備えると共に、引張り又は圧縮付勢されてセパレータと接触しているものである。
このような構成とすることにより、優れた集電性能を有する固体電解質型燃料電池用セパレータとなり、更にこれを用いた固体電解質型燃料電池は、優れた集電性能と優れた発電性能を有するものとなる。 Hereinafter, the solid oxide fuel cell separator of the present invention will be described.
As described above, the solid oxide fuel cell separator of the present invention is a solid oxide fuel cell separator including a separator and a current collector, and the current collector includes a coil-shaped current collector. The current collector has spring elasticity and is in tension or compression and is in contact with the separator.
By adopting such a configuration, a separator for a solid oxide fuel cell having excellent current collecting performance is obtained, and a solid oxide fuel cell using the separator has excellent current collecting performance and excellent power generating performance. It becomes.

即ち、コイル形状の集電部がばね弾性を備え、引張り又は圧縮付勢されて、そのコイル外周部分においてセパレータと接触しているため、その戻り力によって、換言すれば、集電部の有する柔軟性や追従性によって、例えばセル自体やそれを搭載するセル搭載板に熱などによる変形が生じた場合でも、常にセルの燃料極や空気極に安定した押し付け圧力で接触させておくことが可能となる。
また、コイル形状の集電部において、線形を細くすると共に、巻き数を多くすることによって、セルの燃料極や空気極と集電体との接点数を多くすることも可能である。 That is, since the coil-shaped current collector has spring elasticity and is tensioned or compressed and is in contact with the separator at the outer periphery of the coil, in other words, due to the return force, the flexible current collector has For example, even when the cell itself or the cell mounting plate on which the cell is mounted is deformed by heat, it is possible to always contact the fuel electrode or air electrode of the cell with a stable pressing pressure. Become.
Further, in the coil-shaped current collector, it is possible to increase the number of contacts between the fuel electrode or air electrode of the cell and the current collector by reducing the linearity and increasing the number of turns.

また、本発明の固体電解質型燃料電池用セパレータにおいては、集電部が、巻き線軸に対して斜めに巻かれていることが望ましい。
このような構成とすることにより、集電部における戻り方向が一定となる。即ち、例えば、金属製のセパレータと集電部との接触部分の粗密変化を低減することが可能となり、より優れた集電性能を有する固体電解質型燃料電池セパレータとなり、更にこれを用いた固体電解質型燃料電池は、より優れた集電性能と発電性能とを有するものとなる。 In the solid oxide fuel cell separator of the present invention, it is desirable that the current collector is wound obliquely with respect to the winding axis.
By setting it as such a structure, the return direction in a current collection part becomes fixed. That is, for example, it is possible to reduce the change in the density of the contact portion between the metal separator and the current collector, so that a solid electrolyte fuel cell separator having better current collecting performance can be obtained. The type fuel cell has better current collection performance and power generation performance.

更に、本発明の固体電解質型燃料電池用セパレータにおいては、集電体が、弾性を備える端部を有する。
このように端部を弾性体によって構成することにより、コイル形状の集電部に引張り力を付与することが可能となる。即ち、上述した集電体のコイル形状の集電部における戻り力だけでなく、集電体の端部における引張り力によって、例えば、常に金属製のセパレータに接触させておくことが可能となり、より優れた集電性能を有する固体電解質型燃料電池用セパレータとなり、これを用いた固体電解質型燃料電池は、より優れた集電性能と発電性能とを有するものとなる。
なお、詳しくは後述するが、このような端部は、巻き線軸に対して斜めに巻かれているコイル形状の端部であることが望ましく、特に一体成形された端部であることが望ましい。 Further, in the separator for a solid oxide fuel cell of the present invention, the current collector, that having a end with a resilient.
Thus, by comprising an edge part with an elastic body, it becomes possible to give a tensile force to a coil-shaped current collection part. That is, not only the return force in the coil-shaped current collector of the current collector described above, but also the tensile force at the end of the current collector, for example, it is possible to always contact the metal separator, A separator for a solid oxide fuel cell having excellent current collection performance is obtained, and a solid oxide fuel cell using the separator has better current collection performance and power generation performance.
In addition, although mentioned later in detail, such an end part is preferably a coil-shaped end part that is wound obliquely with respect to the winding axis, and is particularly preferably an integrally formed end part.

次に、本発明の固体電解質型燃料電池について説明する。
上述の如く、本発明の固体電解質型燃料電池は、セルと、集電体と、を具備する固体電解質型燃料電池であって、集電体が、コイル形状の集電部を有し、集電部が、ばね弾性を備えると共に、引張り又は圧縮付勢されてセルと接触しているものである。
このような構成とすることにより、優れた集電性能と発電性能とを有する固体電解質型燃料電池となる。 Next, the solid oxide fuel cell of the present invention will be described.
As described above, the solid oxide fuel cell of the present invention is a solid oxide fuel cell comprising a cell and a current collector, and the current collector has a coil-shaped current collector, The electric part is provided with spring elasticity and is urged by tension or compression to be in contact with the cell.
By setting it as such a structure, it becomes a solid oxide fuel cell which has the outstanding current collection performance and electric power generation performance.

即ち、コイル形状の集電部がばね弾性を備え、引張り又は圧縮付勢されて、そのコイル外周部分においてセルの燃料極や空気極と接触しており、集電部が柔軟性や追従性を有しているため、その戻り力等によって、例えばセル自体やそれを搭載するセル搭載板に熱などによる変形が生じた場合でも、常にセルの燃料極や空気極に安定した押し付け圧力で接触させておくことが可能となる。
また、コイル形状の集電部において、線形を細くすると共に、巻き数を多くすることによって、セルの燃料極や空気極と集電体との接点数を多くすることも可能である。 That is, the coil-shaped current collector has spring elasticity and is tensioned or compressed and is in contact with the fuel electrode or air electrode of the cell at the outer periphery of the coil, and the current collector has flexibility and followability. Therefore, even if, for example, the cell itself or the cell mounting plate on which the cell is mounted is deformed by heat or the like due to its return force, it is always brought into contact with the fuel electrode or air electrode of the cell with a stable pressing pressure. It is possible to keep.
Further, in the coil-shaped current collector, it is possible to increase the number of contacts between the fuel electrode or air electrode of the cell and the current collector by reducing the linearity and increasing the number of turns.

ここで、上記セルとしては、その形状や仕様などについて特に限定されるものではないが、例えば平板角型セルや平板円型セル、平板ドーナツ型セルなどを適用することができる。また、燃料極基板に固体電解質膜と空気極膜とを積層形成した燃料極基板支持型セルや固体電解質薄板の表裏面に燃料極膜と空気極膜とを形成した固体電解質支持型セルなどを適用することもできる。これらの形状は適宜組み合せることができる。
また、セルを構成する固体電解質としては、例えば、酸化物イオン伝導性を有する固体電解質材料やプロトン伝導性を有する固体電解質材料により構成されたものを適用することができる。このような酸化物イオン伝導性を有する固体電解質材料としては、特に限定されるものではなく、例えばイットリア安定化ジルコニウム（ＹＳＺ）、スカンジア安定化ジルコニウム（ＳＳＺ）及びガドリニウム添加セリアを用いることができる。一方、プロトン伝導性を有する固体電解質材料としては、特に限定されるものではなく、例えばリン酸ジルコニウム、リン酸タングステン及びリン酸シリカ系を用いることができる。
更に、セルを構成する燃料極としては、例えばニッケル−イットリア安定化ジルコニウム（ＹＳＺ）サーメット材やニッケル−サマリウム添加セリアサーメット材などにより構成されたものを用いることができ、更にまた、セルを構成する空気極としては、例えばランタン・ストロンチウム・マンガン酸化物、ランタン・カルシウム・マンガン酸化物、ランタン・コバルト酸化物などにより構成されたものを用いことができる。これらの仕様は適宜組み合せることができる。 Here, the shape and specifications of the cell are not particularly limited. For example, a flat plate cell, a flat plate cell, a flat donut cell, or the like can be applied. In addition, a fuel electrode substrate support cell in which a solid electrolyte membrane and an air electrode membrane are laminated on a fuel electrode substrate, a solid electrolyte support cell in which a fuel electrode membrane and an air electrode membrane are formed on the front and back surfaces of a solid electrolyte thin plate, etc. It can also be applied. These shapes can be appropriately combined.
As the solid electrolyte constituting the cell, for example, a solid electrolyte material having oxide ion conductivity or a solid electrolyte material having proton conductivity can be applied. The solid electrolyte material having oxide ion conductivity is not particularly limited, and for example, yttria stabilized zirconium (YSZ), scandia stabilized zirconium (SSZ), and gadolinium-added ceria can be used. On the other hand, the solid electrolyte material having proton conductivity is not particularly limited, and for example, zirconium phosphate, tungsten phosphate, and silica phosphate can be used.
Furthermore, as a fuel electrode which comprises a cell, what was comprised, for example by nickel-yttria stabilized zirconium (YSZ) cermet material, nickel-samarium addition ceria cermet material, etc. can be used, and also a cell is constituted. As the air electrode, for example, those composed of lanthanum / strontium / manganese oxide, lanthanum / calcium / manganese oxide, lanthanum / cobalt oxide and the like can be used. These specifications can be combined as appropriate.

また、本発明の固体電解質型燃料電池においては、集電部が、巻き線軸に対して斜めに巻かれていることが望ましい。このような構成とすることにより、集電部における戻り方向が一定となる。即ち、セルの燃料極や空気極と集電部との接触部分の粗密変化を低減することが可能となり、より優れた集電性能と発電性能とを有する固体電解質型燃料電池となる。   Moreover, in the solid oxide fuel cell of the present invention, it is desirable that the current collector is wound obliquely with respect to the winding axis. By setting it as such a structure, the return direction in a current collection part becomes fixed. That is, it is possible to reduce the change in density of the contact portion between the fuel electrode or air electrode of the cell and the current collector, and a solid oxide fuel cell having better current collection performance and power generation performance can be obtained.

更に、本発明の固体電解質型燃料電池においては、集電体が、弾性を備える端部を有する。このように端部を弾性体によって構成することにより、コイル形状の集電部に引張り力を付与することが可能となる。即ち、上述した集電体のコイル形状の集電部における戻り力だけでなく、集電体の端部における引張り力によっても、常にセルの燃料極や空気極に接触させておくことが可能となり、より優れた集電性能と発電性能とを有する固体電解質型燃料電池となる。なお、詳しくは後述するが、このような端部は、巻き線軸に対して斜めに巻かれているコイル形状の端部であることが望ましく、特に一体成形された端部であることが望ましい。 Further, in the solid oxide fuel cell of the present invention, the current collector, that having a end with a resilient. Thus, by comprising an edge part with an elastic body, it becomes possible to give a tensile force to a coil-shaped current collection part. That is, not only the return force at the coil-shaped current collector of the current collector described above but also the tensile force at the end of the current collector can always be kept in contact with the fuel electrode or air electrode of the cell. Thus, a solid oxide fuel cell having more excellent current collecting performance and power generation performance is obtained. In addition, although mentioned later in detail, such an end part is preferably a coil-shaped end part that is wound obliquely with respect to the winding axis, and is particularly preferably an integrally formed end part.

また、本発明の固体電解質型燃料電池においては、セルが、ガス透過性を備える導電部材を有し、集電部が、導電部材を介してセルに接触していることが望ましい。このような構成とすることにより、集電性能が更に向上した固体電解質型燃料電池となり、結果として、より優れた集電性能と発電性能とを有する固体電解質型燃料電池となる。   In the solid oxide fuel cell of the present invention, it is desirable that the cell has a conductive member having gas permeability, and the current collector is in contact with the cell via the conductive member. By adopting such a configuration, a solid oxide fuel cell with further improved current collecting performance is obtained, and as a result, a solid oxide fuel cell having better current collecting performance and power generation performance is obtained.

ここで、上記導電部材としては、ガス透過性を備える導電部材であれば特に限定されるものではないが、細孔を有する金属箔、金属繊維、発泡金属などにより形成された導電性を有するシート状部材を好適に用いることができる。   Here, the conductive member is not particularly limited as long as it is a conductive member having gas permeability. However, the conductive sheet formed of a metal foil, metal fiber, foam metal or the like having pores. A shaped member can be suitably used.

更に、本発明の固体電解質型燃料電池においては、集電体が、セルを挟持するように配設されていることが望ましい。
このような構成とすることにより、セル自体やそれを搭載するセル搭載板に熱などによる変形が生じた場合でも、より確実に、常にセルの燃料極や空気極に集電体を接触させておくことが可能となり、優れた集電性能と発電性能とを有する固体電解質型燃料電池となる。 Furthermore, in the solid oxide fuel cell of the present invention, it is desirable that the current collector is disposed so as to sandwich the cell.
With such a configuration, even when the cell itself or the cell mounting plate on which the cell is mounted is deformed due to heat or the like, the current collector is always in contact with the fuel electrode or air electrode of the cell more reliably. Thus, a solid oxide fuel cell having excellent current collecting performance and power generation performance is obtained.

次に、本発明の固体電解質型燃料電池スタック構造体について説明する。
上述の如く、本発明の固体電解質型燃料電池スタック構造体は、セルと、該セルを搭載するセル搭載板と、集電体と、セパレータ板と、を具備し、集電体と、セル搭載板又はセパレータ板と、を交互に積層して成る固体電解質型燃料電池スタック構造体であって、集電体が、コイル形状の集電部を有し、集電部が、ばね弾性を備えると共に、引張り又は圧縮付勢されてセル及びセパレータ板と接触しているものである。
このような構成とすることにより、優れた集電性能と発電性能とを有する固体電解質型燃料電池スタック構造体となる。 Next, the solid oxide fuel cell stack structure of the present invention will be described.
As described above, the solid oxide fuel cell stack structure of the present invention includes a cell, a cell mounting plate on which the cell is mounted, a current collector, and a separator plate. The current collector and the cell mounting A solid oxide fuel cell stack structure in which plates or separator plates are alternately stacked, wherein the current collector has a coil-shaped current collector, and the current collector has spring elasticity. In other words, it is urged by tension or compression and is in contact with the cell and separator plate.
By setting it as such a structure, it becomes a solid oxide fuel cell stack structure which has the outstanding current collection performance and electric power generation performance.

即ち、コイル形状の集電部がばね弾性を備え、引張り又は圧縮付勢されて、そのコイル外周部分においてセルの燃料極や空気極とセパレータ板とに接触しており、集電部が柔軟性や追従性を有しているため、その戻り力等によって、例えばセル自体やそれを搭載するセル搭載板、セパレータ板等に熱などによる変形が生じた場合でも、常にセルの燃料極や空気極とセパレータ板とに安定した押し付け圧力で接触させておくことが可能となる。
また、コイル形状の集電部において、上述したように、線形を細くすると共に、巻き数を多くすることによって、セルの燃料極や空気極と集電体との接点数を多くすることも可能である。 That is, the coil-shaped current collector has spring elasticity, and is tensioned or compressed and is in contact with the fuel electrode or air electrode of the cell and the separator plate at the outer periphery of the coil, and the current collector is flexible. Therefore, even if the cell itself, the cell mounting plate on which it is mounted, the separator plate, etc. are deformed due to heat or the like due to its return force, etc., the fuel electrode or air electrode of the cell always remains. And the separator plate can be kept in contact with a stable pressing pressure.
In addition, in the coil-shaped current collector, as described above, it is possible to increase the number of contacts between the fuel electrode or air electrode of the cell and the current collector by increasing the number of turns while reducing the linearity. It is.

ここで、上記セパレータ板としては、その材質や形状について特に限定されるものではないが、例えばセラミック製や金属製のものを用いることができ、優れた耐衝撃性やスタッキングの容易性などの観点から金属製のものを用いることが好ましく、また、電池性能の向上の観点から、薄い板状のものであることが好ましく、詳しくは後述するが、集電体を保持するために、一体成形された突起部を有していてもよい。
また、上記セル搭載板としては、上述したセルを搭載することができれば、その材質や形状について特に限定されるものではないが、優れた耐衝撃性やスタッキングの容易性などの観点から金属製のものを用いることが好ましく、また、電池性能の向上の観点から、セパレータ板と同様の薄い板状のものであることが好ましく、詳しくは後述するが、集電体を保持するために、一体成形された突起部を有していてもよい。
なお、セル搭載板としては、例えば上述したセルを搭載するにあたり、セルの燃料極及び空気極の一方が進入することができ、セルを搭載することによって、燃料極側と空気極側の気密性を維持できる開口部を有しているものを用いることができる。 Here, the material and shape of the separator plate are not particularly limited. For example, ceramic or metal plates can be used, and viewpoints such as excellent impact resistance and ease of stacking can be used. From the viewpoint of improving battery performance, it is preferable to use a thin plate-like material, which will be described later in detail, but is integrally formed to hold the current collector. It may have a protruding portion.
In addition, the cell mounting plate is not particularly limited as long as the above-described cell can be mounted, but the metal mounting plate is made of metal from the viewpoint of excellent impact resistance and ease of stacking. From the viewpoint of improving battery performance, it is preferably a thin plate like the separator plate, and will be described in detail later, but in order to hold the current collector, it is integrally formed You may have the projected part made.
As the cell mounting plate, for example, when mounting the above-described cell, one of the fuel electrode and the air electrode of the cell can enter, and by mounting the cell, the airtightness between the fuel electrode side and the air electrode side can be increased. What has the opening part which can maintain can be used.

また、本発明の固体電解質型燃料電池スタック構造体においては、集電部が、巻き線軸に対して斜めに巻かれていることが望ましい。このような構成とすることにより、集電部における戻り方向が一定となる。即ち、セルの燃料極や空気極、更にはセパレータ板と集電部との接触部分の粗密変化を低減することが可能となり、より優れた集電性能と発電性能とを有する固体電解質型燃料電池スタック構造体となる。   Moreover, in the solid oxide fuel cell stack structure of the present invention, it is desirable that the current collector is wound obliquely with respect to the winding axis. By setting it as such a structure, the return direction in a current collection part becomes fixed. That is, it is possible to reduce the change in density of the fuel electrode and air electrode of the cell, as well as the contact portion between the separator plate and the current collector, and a solid oxide fuel cell having better current collection performance and power generation performance It becomes a stack structure.

更に、本発明の固体電解質型燃料電池スタック構造体においては、集電体が、弾性を備える端部を有する。このように端部を弾性体によって構成とすることにより、コイル形状の集電部に引張り力を付与することが可能となる。即ち、上述した集電体のコイル形状の集電部における戻り力だけでなく、集電体の端部における引張り力によって、常にセルの燃料極や空気極とセパレータ板とに接触させておくことが可能となり、より優れた集電性能と発電性能とを有する固体電解質型燃料電池スタック構造体となる。
Further, in the solid oxide fuel cell stack structure of the present invention, the current collector, that having a end with a resilient. In this way, by configuring the end portion with an elastic body, it is possible to apply a tensile force to the coil-shaped current collector. That is, the fuel electrode or air electrode of the cell and the separator plate are always brought into contact with each other not only by the return force at the coil-shaped current collector of the current collector but also by the tensile force at the end of the current collector. Thus, a solid oxide fuel cell stack structure having better current collecting performance and power generation performance is obtained.

また、本発明の固体電解質型燃料電池スタック構造体においては、セル搭載板及びセパレータ板の一方又は双方が突起部を有し、端部が、突起部に保持されていることが望ましい。
このような構成とすることにより、コイル形状の集電部に引張り力を容易に付与することが可能となる。即ち、セル搭載板やセパレータ板に突起部を形成し、これらで集電体の端部を保持することによって、少ない部品点数で、集電体の端部における引張り力によって、常にセルの燃料極や空気極とセパレータ板とに接触させておくことが容易となり、より優れた集電性能と発電性能とを有する固体電解質型燃料電池スタック構造体となる。 In the solid oxide fuel cell stack structure of the present invention, it is desirable that one or both of the cell mounting plate and the separator plate have a protrusion, and the end is held by the protrusion.
With this configuration, it is possible to easily apply a tensile force to the coil-shaped current collector. That is, by forming protrusions on the cell mounting plate and the separator plate and holding the ends of the current collector with these, the fuel electrode of the cell is always maintained with a small number of parts and the tensile force at the end of the current collector. It becomes easy to make it contact with an air electrode and a separator plate, and it becomes a solid oxide fuel cell stack structure which has more superior current collection performance and power generation performance.

更に、本発明の固体電解質型燃料電池スタック構造体においては、集電体は、巻き線軸に対して斜めに巻かれているコイル形状の端部を有することが望ましい。このような構成とすることにより、端部における戻り方向が一定となる。即ち、セルの燃料極や空気極、更にはセパレータ板と集電部との接触部分の粗密変化をより低減することでき、より優れた集電性能と発電性能とを有する固体電解質型燃料電池スタック構造体となる。   Furthermore, in the solid oxide fuel cell stack structure of the present invention, the current collector preferably has a coil-shaped end portion that is wound obliquely with respect to the winding axis. By setting it as such a structure, the return direction in an edge part becomes fixed. That is, a solid oxide fuel cell stack having more excellent current collecting performance and power generation performance, which can further reduce the change in density of the contact portions between the fuel electrode and air electrode of the cell and the separator plate and the current collecting portion. It becomes a structure.

更にまた、本発明の固体電解質型燃料電池スタック構造体においては、集電体は、巻き線軸に対して斜めに巻かれているコイル形状の端部を有すると共に、セルを挟持するように配設されている集電体につき、一方の集電体が、巻き線軸に対して斜め内側に巻かれているコイル形状の端部を有し、他方の集電体が、巻き線軸に対して斜め外側に巻かれているコイル形状の端部を有することが望ましい。
このような構成とすることにより、セル搭載板やセパレータ板の変形を抑制した状態で、セルの燃料極及び空気極並びにセパレータ板と、集電体とを、均一な押し付け圧力により接触させることが可能となり、より優れた集電性能と発電性能とを有する固体電解質型燃料電池スタック構造体となる。
ここで、「巻き線軸に対して斜め内側に巻かれているコイル形状の端部」とは、コイル形状の集電部に対して、圧縮付勢を付与している状態の端部をいう。一方、「巻き線軸に対して斜め外側に巻かれているコイル形状の端部」とは、コイル形状の集電部に対して、引張り付勢を付与している状態の端部をいう。 Furthermore, in the solid oxide fuel cell stack structure of the present invention, the current collector has a coil-shaped end portion that is wound obliquely with respect to the winding axis and is disposed so as to sandwich the cell. For the current collector, one current collector has a coil-shaped end that is wound obliquely inside with respect to the winding axis, and the other current collector is obliquely outside with respect to the winding axis. It is desirable to have a coil-shaped end that is wound around.
By adopting such a configuration, the fuel electrode and air electrode of the cell and the separator plate can be brought into contact with the current collector with a uniform pressing pressure in a state where deformation of the cell mounting plate and the separator plate is suppressed. This enables a solid oxide fuel cell stack structure having better current collection performance and power generation performance.
Here, the “coil-shaped end portion wound obliquely inward with respect to the winding axis” refers to an end portion in a state where compression urging is applied to the coil-shaped current collector. On the other hand, the “coil-shaped end portion wound obliquely outward with respect to the winding axis” refers to an end portion in a state where a tensile bias is applied to the coil-shaped current collecting portion.

更に、本発明の固体電解質型燃料電池スタック構造体においても、セルが、ガス透過性を有する導電部材を有し、集電部が、導電部材を介してセルに接触していることが望ましい。このような構成とすることにより、集電性能が更に向上した固体電解質型燃料電池スタック構造体となり、結果として、より優れた集電性能と発電性能とを有する固体電解質型燃料電池スタック構造体となる。   Furthermore, also in the solid oxide fuel cell stack structure of the present invention, it is desirable that the cell has a conductive member having gas permeability, and the current collector is in contact with the cell via the conductive member. By adopting such a configuration, a solid oxide fuel cell stack structure with further improved current collection performance is obtained. As a result, a solid oxide fuel cell stack structure having better current collection performance and power generation performance, and Become.

以下、本発明を実施例及び比較例により更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example demonstrate this invention further in detail, this invention is not limited to these Examples.

（実施例１）
図１は、本発明の固体電解質型燃料電池スタック構造体の一実施形態であって、平板角型スタック構造体の一例の単位要素を積層・締結してスタッキングする前の状態を示す斜視図である。
同図に示すように、本例の固体電解質型燃料電池スタック構造体は、セル１０を搭載したセル搭載板２０と、集電体３０と、セパレータ板４０とを構成要素とする。
そして、矢印Ａで示す方向に締結力を付与することにより、スタッキングして、本例の固体電解質型燃料電池スタック構造体が得られる。 Example 1
FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of a solid oxide fuel cell stack structure according to the present invention before stacking and fastening and stacking unit elements of an example of a flat plate stack structure. is there.
As shown in the figure, the solid oxide fuel cell stack structure of this example includes a cell mounting plate 20 on which cells 10 are mounted, a current collector 30 and a separator plate 40 as constituent elements.
Then, by applying a fastening force in the direction indicated by the arrow A, stacking is performed to obtain the solid oxide fuel cell stack structure of this example.

図２は、本発明の固体電解質型燃料電池スタック構造体の一実施形態であって、平板角型スタック構造体の一例の単位要素を示す側面図である。
同図に示すように、本例の固体電解質型燃料電池スタック構造体は、セル１０と、これを搭載するセル搭載板２０と、集電体３０と、セパレータ板４０とを具備し、セパレータ板４０、集電体３０、セル１０を搭載したセル搭載板２０、集電体３０及びセパレータ板４０の順にスタッキングされている。
また、本例の固体電解質燃料電池スタック構造体においては、セル１０は、燃料極基板支持型セルであって、燃料極基板１２と、固体電解質膜１４と、空気極膜１６とを有し、これを搭載するセル搭載板２０は、突起部２２及び２４を有し、集電体３０は、コイル形状の集電部３２、端部３４及び継ぎ手部３６を有し、セパレータ板４０は、突起部４２を有する。
そして、集電部３２は、ばね弾性を備えると共に、圧縮付勢されてセル１０及びセパレータ板４０と接触している。また、セル搭載板２０が有する突起部２２及び２４とセパレータ板４０が有する突起部４２とによって、集電体３０の端部３４が保持されている。 FIG. 2 is a side view showing a unit element of an example of a flat rectangular stack structure, which is an embodiment of the solid oxide fuel cell stack structure of the present invention.
As shown in the figure, the solid oxide fuel cell stack structure of this example includes a cell 10, a cell mounting plate 20 on which the cell 10 is mounted, a current collector 30, and a separator plate 40. 40, current collector 30, cell mounting plate 20 on which cell 10 is mounted, current collector 30 and separator plate 40 are stacked in this order.
Further, in the solid electrolyte fuel cell stack structure of this example, the cell 10 is a fuel electrode substrate supporting cell, and has a fuel electrode substrate 12, a solid electrolyte membrane 14, and an air electrode membrane 16. The cell mounting plate 20 on which this is mounted has projections 22 and 24, the current collector 30 has a coil-shaped current collector 32, an end 34 and a joint 36, and the separator plate 40 has projections. Part 42.
The current collector 32 has spring elasticity and is compressed and biased to contact the cell 10 and the separator plate 40. The end 34 of the current collector 30 is held by the protrusions 22 and 24 included in the cell mounting plate 20 and the protrusion 42 included in the separator plate 40.

ここで、セル搭載板は、板厚０．６ｍｍのセルを有し、板厚０．０５ｍｍのＳＵＳ４３０材で構成されている。集電体は、線径０．３ｍｍのＳＵＳ６３１材で構成され、コイル形状（端部の外径：２ｍｍ、集電部の外径：１．５ｍｍ、ピッチ：０．５ｍｍ）を成している。セパレータ板は、板厚０．１ｍｍのＳＵＳ４３０材で構成されている。
また、セル搭載板とセパレータ板との間隔は１ｍｍとした。
そして、セルと集電体とは、２個／ｍｍ２の接点密度を有するものであった。 Here, the cell mounting plate has a cell with a thickness of 0.6 mm and is made of SUS430 material with a thickness of 0.05 mm. The current collector is made of SUS631 material having a wire diameter of 0.3 mm, and has a coil shape (outer diameter of the end: 2 mm, outer diameter of the current collector: 1.5 mm, pitch: 0.5 mm). . The separator plate is made of SUS430 material having a thickness of 0.1 mm.
The distance between the cell mounting plate and the separator plate was 1 mm.
The cell and the current collector had a contact density of 2 / mm 2 .

［性能評価］
（発電性能評価）
このように構成された燃料電池スタック構造体を用い、燃料ガスとして水素、カソードガスとして空気を使用し、７００℃で発電性能評価を実施したところ、良好な発電出力が得られた。 [Performance evaluation]
(Power generation performance evaluation)
When the fuel cell stack structure configured as described above was used, and hydrogen was used as the fuel gas and air was used as the cathode gas, and the power generation performance was evaluated at 700 ° C., good power generation output was obtained.

（集電性能評価）
集電性能の評価は、公知のインピーダンス評価を行い、オーミック抵抗と反応抵抗を分離することにより行った。なお、一般に、集電性能が向上すると、オーミック抵抗が主に減じるといわれている。
インピーダンス評価の結果は、上記発電性能評価と同じ条件下で実施したところ、初期値０．１２Ωｃｍ２と良好な結果が得られた。
更に、室温と７００℃間において、繰り返し昇降温評価を実施したところ、１０サイクル後、２０サイクル後及び５０サイクル後において、それぞれ０．１２Ωｃｍ２、０．１４Ωｃｍ２及び０．１３Ωｃｍ２であって、変化がなかった。即ち、良好な集電性能を維持できていることが分かった。 (Current collection performance evaluation)
The current collection performance was evaluated by performing known impedance evaluation and separating ohmic resistance and reaction resistance. In general, it is said that when the current collection performance is improved, the ohmic resistance is mainly reduced.
As a result of the impedance evaluation, when the evaluation was performed under the same conditions as the power generation performance evaluation, an initial value of 0.12 Ωcm 2 was obtained.
Furthermore, between room temperature and 700 ° C., it was subjected to a repeated heating and cooling evaluation, after 10 cycles, after after 20 cycles and 50 cycles, respectively 0.12Omucm 2, a 0.14Omucm 2 and 0.13Omucm 2, There was no change. That is, it was found that good current collection performance could be maintained.

（実施例２）
図３は、本発明の固体電解質型燃料電池スタック構造体の一実施形態であって、平板角型スタック構造体の他の例の単位要素を示す側面図である。
同図に示すように、本例の固体電解質型燃料電池スタック構造体においては、集電体３０の継ぎ手部３６が、コイル形状の集電体３０においてコイル中心にある。このこと以外は、実施例１と同様の構成であるため説明は省略する。 (Example 2)
FIG. 3 is a side view showing a unit element of another example of a flat plate stack structure according to an embodiment of the solid oxide fuel cell stack structure of the present invention.
As shown in the figure, in the solid oxide fuel cell stack structure of this example, the joint portion 36 of the current collector 30 is at the center of the coil in the coil-shaped current collector 30. Except for this, the configuration is the same as that of the first embodiment, and a description thereof will be omitted.

（実施例３）
図４は、本発明の固体電解質型燃料電池スタック構造体の一実施形態であって、平板角型スタック構造体のさらに他の例の単位要素を積層・締結してスタッキングする前の状態を概略的に示す説明図である。
同図に示すように、本例の固体電解質型燃料電池スタック構造体は、セル１０を搭載したセル搭載板２０と、集電体３０と、セパレータ板４０とを構成要素とする。
そして、矢印Ｂで示す方向に締結力を付与することにより、スタッキングして、本例の固体電解質型燃料電池スタック構造体が得られる。 (Example 3)
FIG. 4 is an embodiment of the solid oxide fuel cell stack structure of the present invention, and schematically shows a state before stacking and fastening unit elements of still another example of a flat plate stack structure. FIG.
As shown in the figure, the solid oxide fuel cell stack structure of this example includes a cell mounting plate 20 on which cells 10 are mounted, a current collector 30 and a separator plate 40 as constituent elements.
Then, by applying a fastening force in the direction indicated by the arrow B, stacking is performed to obtain the solid oxide fuel cell stack structure of this example.

図５は、本発明の固体電解質型燃料電池スタック構造体の一実施形態であって、平板角型スタック構造体のさらに他の例を概略的に示す説明図である。
同図に示すように、固体電解質型燃料電池スタック構造体は、セル１０と、これを搭載するセル搭載板２０と、集電体３０と、セパレータ板４０とを具備し、セパレータ板４０、集電体３０、セル１０を搭載したセル搭載板２０、集電体３０、セパレータ板４０、集電体３０、セル１０を搭載したセル搭載板２０、集電体３０及びセパレータ板４０の順にスタッキングされている。
また、本例の固体電解質燃料電池スタック構造体においては、セル１０は、燃料極基板支持型セルであって、燃料極基板１２と、固体電解質膜１４と、空気極膜１６とを有し、これを搭載するセル搭載板２０は、突起部２４を有し、集電体３０は、コイル形状の集電部３２、端部３４及び継ぎ手部３６を有し、セパレータ板４０は、突起部４２を有する。
そして、集電部３２は、ばね弾性を備えると共に、圧縮付勢されてセル１０及びセパレータ板４０と接触している。また、セル搭載板２０が有する突起部２４とセパレータ板４０が有する突起部４２とによって、集電体３０の端部３４が保持されている。
また、突起部２４及び４２に保持される集電体３０の端部３４は、巻き線軸に対して斜めに巻かれているコイル形状を有し、セル１０を挟持するように配設されている集電体３０につき、一方の集電体３０が、巻き線軸に対して斜め内側に巻かれているコイル形状の端部３４Ａを有し、他方の集電体３０が、巻き線軸に対して斜め外側に巻かれているコイル形状の端部３４Ｂを有する。 FIG. 5 is an explanatory view schematically showing still another example of a flat rectangular stack structure, which is an embodiment of the solid oxide fuel cell stack structure of the present invention.
As shown in the figure, the solid oxide fuel cell stack structure includes a cell 10, a cell mounting plate 20 on which the cell is mounted, a current collector 30, and a separator plate 40. Stacking is performed in the order of the electric body 30, the cell mounting plate 20 on which the cell 10 is mounted, the current collector 30, the separator plate 40, the current collector 30, the cell mounting plate 20 on which the cell 10 is mounted, the current collector 30 and the separator plate 40. ing.
Further, in the solid electrolyte fuel cell stack structure of this example, the cell 10 is a fuel electrode substrate supporting cell, and has a fuel electrode substrate 12, a solid electrolyte membrane 14, and an air electrode membrane 16. The cell mounting plate 20 on which this is mounted has a projecting portion 24, the current collector 30 has a coil-shaped current collecting portion 32, an end portion 34 and a joint portion 36, and the separator plate 40 has a projecting portion 42. Have
The current collector 32 has spring elasticity and is compressed and biased to contact the cell 10 and the separator plate 40. Further, the end portion 34 of the current collector 30 is held by the protruding portion 24 of the cell mounting plate 20 and the protruding portion 42 of the separator plate 40.
Further, the end portion 34 of the current collector 30 held by the protrusions 24 and 42 has a coil shape wound obliquely with respect to the winding axis, and is disposed so as to sandwich the cell 10. For the current collector 30, one current collector 30 has a coil-shaped end 34A wound obliquely inward with respect to the winding axis, and the other current collector 30 is oblique with respect to the winding axis. It has a coil-shaped end portion 34B wound around the outside.

図６は、本発明の固体電解質型燃料電池用セパレータの一実施形態であって、平板角型スタック構造体用セパレータの一例を模式的に示す平面図である。同図に示すように、セパレータ板４０と集電体３０と、を具備する。また、セパレータ板は、ガス導入口４４及びガス排出口４６を有し、集電体３０は、コイル形状の集電部３２、端部３４及び継ぎ手部３６を有する。
そして、集電部３２は、ばね弾性を備えると共に、圧縮付勢されてセパレータ板４０と接触しており、この集電部３２は図示しないセルと接している。
なお、矢印Ｃで示すガス導入口４４からガス排出口４６に向かう方向に燃料ガス又は空気が流れる。 FIG. 6 is a plan view schematically showing an example of a separator for a flat plate-type stack structure, which is an embodiment of the solid oxide fuel cell separator of the present invention. As shown in the figure, a separator plate 40 and a current collector 30 are provided. The separator plate has a gas inlet 44 and a gas outlet 46, and the current collector 30 has a coil-shaped current collector 32, an end 34, and a joint 36.
The current collector 32 has spring elasticity and is compressed and biased to contact the separator plate 40. The current collector 32 is in contact with a cell (not shown).
Note that fuel gas or air flows in the direction from the gas inlet 44 to the gas outlet 46 indicated by the arrow C.

ここで、セル搭載板は、板厚０．６ｍｍのセルを有し、板厚０．０５ｍｍのＳＵＳ４３０材で構成されている。集電体は、線径０．３ｍｍのＳＵＳ６３１材で構成され、コイル形状（端部の外径：２ｍｍ、集電部の外径：１．５ｍｍ、ピッチ：０．５ｍｍ）を成している。セパレータ板は、板厚０．１ｍｍのＳＵＳ４３０材で構成されている。
また、セル搭載板とセパレータ板との間隔は１ｍｍとした。
そして、セルと集電体とは、２個／ｍｍ２の接点密度を有するものであった。 Here, the cell mounting plate has a cell with a thickness of 0.6 mm and is made of SUS430 material with a thickness of 0.05 mm. The current collector is made of SUS631 material having a wire diameter of 0.3 mm, and has a coil shape (outer diameter of the end: 2 mm, outer diameter of the current collector: 1.5 mm, pitch: 0.5 mm). . The separator plate is made of SUS430 material having a thickness of 0.1 mm.
The distance between the cell mounting plate and the separator plate was 1 mm.
The cell and the current collector had a contact density of 2 / mm 2 .

［性能評価］
（発電性能評価）
このように構成された燃料電池スタック構造体を用い、燃料ガスとして水素、カソードガスとして空気を使用し、７００℃で発電性能評価をしたところ、良好な発電出力が得られた。 [Performance evaluation]
(Power generation performance evaluation)
When the fuel cell stack structure configured as described above was used, and hydrogen was used as the fuel gas and air was used as the cathode gas, and the power generation performance was evaluated at 700 ° C., good power generation output was obtained.

（集電性能評価）
集電性能の評価は、公知のインピーダンス評価を行い、オーミック抵抗と反応抵抗を分離することにより行った。
インピーダンス評価の結果は、上記発電性能評価と同条件で行ったところ、初期値０．１２Ωｃｍ２と良好な結果が得られた。
更に、室温と７００℃間において、繰り返し昇降温評価を実施したところ、１０サイクル後、２０サイクル後及び５０サイクル後において、それぞれ０．１２Ωｃｍ２、０．１４Ωｃｍ２及び０．１３Ωｃｍ２であって、変化がなかった。即ち、良好な集電性能を維持できていることが分かる。 (Current collection performance evaluation)
The current collection performance was evaluated by performing known impedance evaluation and separating ohmic resistance and reaction resistance.
As a result of the impedance evaluation, the initial value was 0.12 Ωcm 2 and a good result was obtained when the same conditions as the power generation performance evaluation were performed.
Furthermore, between room temperature and 700 ° C., it was subjected to a repeated heating and cooling evaluation, after 10 cycles, after after 20 cycles and 50 cycles, respectively 0.12Omucm 2, a 0.14Omucm 2 and 0.13Omucm 2, There was no change. That is, it can be seen that good current collecting performance can be maintained.

（実施例４）
図７は、本発明の固体電解質型燃料電池スタック構造体の一実施形態であって、平板ドーナツ型スタック構造体の一例の断面形状を概略的に示す説明図である。
同図に示すように、本例の固体電解質型燃料電池スタック構造体においては、構成要素であるセル１０と、これを搭載するセル搭載板２０と、集電体３０と、セパレータ板４０と、を具備し、セル１０と、これを搭載するセル搭載板２０と、セパレータ板４０とが平板ドーナツ型であって、集電体３０がセル搭載板２０とセパレータ板４０との間に全体として渦巻き状に配置されている。このこと以外は、実施例１と同様の構成であるため説明は省略する。
なお、本例の固体電解質型燃料電池スタック構造体においては、燃料ガスが矢印Ｄで示すように中心部より供給・排出され、空気が矢印Ｅで示すように平板ドーナツ型スタック構造体の外部から供給される。 Example 4
FIG. 7 is an explanatory view schematically showing a cross-sectional shape of an example of a flat plate donut stack structure, which is an embodiment of the solid oxide fuel cell stack structure of the present invention.
As shown in the figure, in the solid oxide fuel cell stack structure of this example, the cell 10 as a component, the cell mounting plate 20 on which the cell 10 is mounted, the current collector 30, the separator plate 40, The cell 10, the cell mounting plate 20 on which the cell 10 is mounted, and the separator plate 40 are flat donut-shaped, and the current collector 30 spirals between the cell mounting plate 20 and the separator plate 40 as a whole. Arranged in a shape. Except for this, the configuration is the same as that of the first embodiment, and a description thereof will be omitted.
In the solid oxide fuel cell stack structure of this example, the fuel gas is supplied and discharged from the center as indicated by arrow D, and the air is supplied from the outside of the flat plate donut type stack structure as indicated by arrow E. Supplied.

図８は、本発明の固体電解質型燃料電池用セパレータの一実施形態であって、平板ドーナツ型スタック構造体用セパレータの一例を模式的に示す平面図である。同図に示すように、ドーナツ型のセパレータ板４０と集電体３０と、を具備する。
集電体３０は、セパレータ板４０の突起部４２と図示しないセル搭載板の突起部によって、保持され、全体として渦巻き状に配置されている。
また、集電体３０は、図示しないセルに接するコイル形状の集電部を有し、この集電部は、ばね弾性を備えると共に、圧縮付勢されてセパレータ板４０と接触しており、この集電部３２は図示しないセルと接している。 FIG. 8 is a plan view schematically showing an example of a separator for a flat plate donut type stack structure, which is an embodiment of the solid oxide fuel cell separator of the present invention. As shown in the figure, a donut-shaped separator plate 40 and a current collector 30 are provided.
The current collector 30 is held by a protrusion 42 of the separator plate 40 and a protrusion of a cell mounting plate (not shown), and is arranged in a spiral shape as a whole.
The current collector 30 has a coil-shaped current collector that is in contact with a cell (not shown). The current collector has spring elasticity and is compressed and biased to contact the separator plate 40. The current collector 32 is in contact with a cell (not shown).

［性能評価］
（発電性能評価）
このように構成された燃料電池スタック構造体を用い、燃料ガスとして水素、カソードガスとして空気を使用し、７００℃で発電性能評価をしたところ、良好な発電出力が得られた。 [Performance evaluation]
(Power generation performance evaluation)
When the fuel cell stack structure configured as described above was used, and hydrogen was used as the fuel gas and air was used as the cathode gas, and the power generation performance was evaluated at 700 ° C., good power generation output was obtained.

（集電性能評価）
集電性能の評価は、公知のインピーダンス評価を行い、オーミック抵抗と反応抵抗を分離することにより行った。
インピーダンス評価の結果は、上記発電性能評価と同条件で行ったところ、初期値０．１４Ωｃｍ２と良好な結果が得られた。
更に、室温と７００℃間において、繰り返し昇降温評価を実施したところ、１０サイクル後、２０サイクル後及び５０サイクル後において、それぞれ０．１３Ωｃｍ２、０．１４Ωｃｍ２及び０．１３Ωｃｍ２であって、変化がなかった。即ち、良好な集電性能を維持できていることが分かる。 (Current collection performance evaluation)
The current collection performance was evaluated by performing known impedance evaluation and separating ohmic resistance and reaction resistance.
As a result of the impedance evaluation, the initial value was 0.14 Ωcm 2 and a good result was obtained when the power generation performance evaluation was performed under the same conditions.
Furthermore, between room temperature and 700 ° C., it was subjected to a repeated heating and cooling evaluation, after 10 cycles, after after 20 cycles and 50 cycles, respectively 0.13Omucm 2, a 0.14Omucm 2 and 0.13Omucm 2, There was no change. That is, it can be seen that good current collecting performance can be maintained.

（比較例１）
図９は、ディンプル型の集電体の一例を模式的に示す図である。
実施例１で用いたコイル形状の集電部を有する集電体に換えて、図９に示したディンプル型の突起形状の集電部を有する集電体（板）３０を用いた以外は、実施例１と同様の構成とした。
ここで、セルと集電体（板）とは、０．２５個／ｍｍ２の接点密度を有するものであった。 (Comparative Example 1)
FIG. 9 is a diagram schematically illustrating an example of a dimple-type current collector.
In place of the current collector (plate) 30 having the dimple-shaped projecting current collector shown in FIG. 9 instead of the current collector having the coil-shaped current collector used in Example 1, The configuration was the same as in Example 1.
Here, the cell and the current collector (plate) had a contact density of 0.25 / mm 2 .

［性能評価］
（発電性能評価）
このように構成された燃料電池スタック構造体を用い、燃料ガスとして水素、カソードガスとして空気を使用し、７００℃で発電性能評価をしたところ、良好な発電出力が得られた。 [Performance evaluation]
(Power generation performance evaluation)
When the fuel cell stack structure configured as described above was used, and hydrogen was used as the fuel gas and air was used as the cathode gas, and the power generation performance was evaluated at 700 ° C., good power generation output was obtained.

（集電性能評価）
集電性能の評価は、公知のインピーダンス評価を行い、オーミック抵抗と反応抵抗を分離することにより行った。
インピーダンス評価の結果は、上記発電性能評価と同条件で行ったところ、初期値０．７Ωｃｍ２であった。
更に、室温と７００℃間において、繰り返し昇降温評価を実施したところ、１０サイクル後、２０サイクル後及び５０サイクル後において、それぞれ０．８８Ωｃｍ２、１．２Ωｃｍ２及び２．０Ωｃｍ２であって、著しい変化があった。即ち、集電性能を十分に維持できていないことが分かった。 (Current collection performance evaluation)
The current collection performance was evaluated by performing known impedance evaluation and separating ohmic resistance and reaction resistance.
As a result of the impedance evaluation, the initial value was 0.7 Ωcm 2 when the same power generation performance evaluation was performed.
Furthermore, when repeatedly raising and lowering temperature evaluation was performed between room temperature and 700 ° C., after 10 cycles, 20 cycles and 50 cycles, respectively, 0.88 Ωcm 2 , 1.2 Ωcm 2 and 2.0 Ωcm 2 , There were significant changes. That is, it was found that the current collecting performance could not be sufficiently maintained.

本発明の固体電解質型燃料電池スタック構造体の一実施形態であって、平板角型スタック構造体の一例の単位要素を積層・締結してスタッキングする前の状態を示す斜視図である。1 is a perspective view showing a state of a solid oxide fuel cell stack structure according to an embodiment of the present invention before stacking, fastening and stacking unit elements of an example of a flat plate stack structure. FIG. 本発明の固体電解質型燃料電池スタック構造体の一実施形態であって、平板角型スタック構造体の一例の単位要素を示す側面図である。1 is a side view showing a unit element of an example of a flat plate stack structure according to an embodiment of a solid oxide fuel cell stack structure of the present invention. 本発明の固体電解質型燃料電池スタック構造体の一実施形態であって、平板角型スタック構造体の他の例の単位要素を示す側面図である。It is one Embodiment of the solid oxide fuel cell stack structure of this invention, Comprising: It is a side view which shows the unit element of the other example of a flat plate type stack structure. 本発明の固体電解質型燃料電池スタック構造体の一実施形態であって、平板角型スタック構造体のさらに他の例の単位要素を積層・締結してスタッキングする前の状態を概略的に示す説明図である。1 is an embodiment of a solid oxide fuel cell stack structure according to the present invention, and schematically shows a state before stacking and fastening unit elements of still another example of a flat plate stack structure. FIG. 本発明の固体電解質型燃料電池スタック構造体の一実施形態であって、平板角型スタック構造体のさらに他の例を概略的に示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory view schematically showing still another example of a flat plate stack structure according to an embodiment of the solid oxide fuel cell stack structure of the present invention. 本発明の固体電解質型燃料電池用セパレータの一実施形態であって、平板角型スタック構造体用セパレータの一例を模式的に示す平面図である。1 is a plan view schematically showing an example of a separator for a flat plate stack structure according to an embodiment of the separator for a solid oxide fuel cell of the present invention. 本発明の固体電解質型燃料電池スタック構造体の一実施形態であって、平板ドーナツ型スタック構造体の一例の断面形状を概略的に示す説明図である。It is one Embodiment of the solid oxide fuel cell stack structure of this invention, Comprising: It is explanatory drawing which shows roughly the cross-sectional shape of an example of a flat plate donut type stack structure. 本発明の固体電解質型燃料電池用セパレータの一実施形態であって、平板ドーナツ型スタック構造体用セパレータの一例を模式的に示す平面図である。1 is a plan view schematically showing an example of a separator for a flat plate donut stack structure, which is an embodiment of the separator for a solid oxide fuel cell of the present invention. ディンプル型の集電体の一例を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically an example of a dimple-type electrical power collector.

符号の説明Explanation of symbols

１０ セル
１２ 燃料極基板
１４ 固体電解質膜
１６ 空気極膜
２０ セル搭載板
２２，２４ 突起部
３０ 集電体
３２ 集電部
３４，３４Ａ，３４Ｂ 端部
３６ 継ぎ手部
４０ セパレータ板
４２ 突起部
４４ ガス導入口
４６ ガス排出口 10 cell 12 fuel electrode substrate 14 solid electrolyte membrane 16 air electrode membrane 20 cell mounting plate 22, 24 protrusion 30 current collector 32 current collector 34, 34A, 34B end 36 joint portion 40 separator plate 42 protrusion 44 gas introduction Port 46 Gas outlet

Claims (11)

セパレータと、集電体と、を具備する固体電解質型燃料電池用セパレータであって、
上記集電体が、コイル形状の集電部と弾性を備える端部とを有し、
上記集電部が、ばね弾性を備えると共に、引張り又は圧縮付勢されて上記セパレータと接触している、ことを特徴とする固体電解質型燃料電池用セパレータ。 A separator for a solid oxide fuel cell comprising a separator and a current collector,
The current collector has a coil-shaped current collector and an elastic end ,
A solid oxide fuel cell separator, wherein the current collector has spring elasticity and is in tension or compression to be in contact with the separator. 上記集電部が、巻き線軸に対して斜めに巻かれていることを特徴とする請求項１に記載の固体電解質型燃料電池用セパレータ。   2. The solid oxide fuel cell separator according to claim 1, wherein the current collector is wound obliquely with respect to the winding axis. セルと、集電体と、を具備する固体電解質型燃料電池であって、
上記集電体が、コイル形状の集電部と弾性を備える端部とを有し、
上記集電部が、ばね弾性を備えると共に、引張り又は圧縮付勢されて上記セルと接触している、ことを特徴とする固体電解質型燃料電池。 A solid oxide fuel cell comprising a cell and a current collector,
The current collector has a coil-shaped current collector and an elastic end ,
A solid oxide fuel cell, wherein the current collector has spring elasticity and is in tension or compression to be in contact with the cell. 上記集電部が、巻き線軸に対して斜めに巻かれていることを特徴とする請求項３に記載の固体電解質型燃料電池。 4. The solid oxide fuel cell according to claim 3 , wherein the current collector is wound obliquely with respect to the winding axis. 上記セルが、ガス透過性を備える導電部材を有し、
上記集電部が、上記導電部材を介して上記セルに接触している、ことを特徴とする請求項３又は４に記載の固体電解質型燃料電池。 The cell has a conductive member having gas permeability,
5. The solid oxide fuel cell according to claim 3 , wherein the current collector is in contact with the cell via the conductive member. 6. 上記集電体が、上記セルを挟持するように配設されていることを特徴とする請求項３〜５のいずれか１つの項に記載の固体電解質型燃料電池。 6. The solid oxide fuel cell according to claim 3, wherein the current collector is disposed so as to sandwich the cell. セルと、該セルを搭載するセル搭載板と、集電体と、セパレータ板と、を具備し、
上記集電体と、上記セル搭載板又は上記セパレータ板と、を交互に積層して成る固体電解質型燃料電池スタック構造体であって、
上記集電体が、コイル形状の集電部と弾性を備える端部とを有し、
上記集電部が、ばね弾性を備えると共に、引張り又は圧縮付勢されて上記セル及び上記セパレータ板と接触している、ことを特徴とする固体電解質型燃料電池スタック構造体。 A cell, a cell mounting plate for mounting the cell, a current collector, and a separator plate;
A solid oxide fuel cell stack structure in which the current collector and the cell mounting plate or the separator plate are alternately stacked,
The current collector has a coil-shaped current collector and an elastic end ,
A solid oxide fuel cell stack structure characterized in that the current collector has spring elasticity and is urged by tension or compression to be in contact with the cell and the separator plate. 上記集電部が、巻き線軸に対して斜めに巻かれていることを特徴とする請求項７に記載の固体電解質型燃料電池スタック構造体。   8. The solid oxide fuel cell stack structure according to claim 7, wherein the current collector is wound obliquely with respect to the winding axis. 上記セル搭載板及び上記セパレータ板が突起部を有し、
上記端部が、上記突起部に保持されている、ことを特徴とする請求項７又は８に記載の固体電解質型燃料電池スタック構造体。 The cell mounting plate and the separator plate have protrusions,
9. The solid oxide fuel cell stack structure according to claim 7 , wherein the end is held by the protrusion. 上記集電体が、巻き線軸に対して斜めに巻かれているコイル形状の端部を有し、
上記セルを挟持するように配設されている上記集電体につき、一方の集電体が、巻き線軸に対して斜め内側に巻かれているコイル形状の端部を有し、他方の集電体が、巻き線軸に対して斜め外側に巻かれているコイル形状の端部を有する、ことを特徴とする請求項７〜９のいずれか１つの項に記載の固体電解質型燃料電池スタック構造体。 The current collector has a coil-shaped end that is wound obliquely with respect to the winding axis;
For the current collector arranged so as to sandwich the cell, one current collector has a coil-shaped end wound obliquely inward with respect to the winding axis, and the other current collector The solid oxide fuel cell stack structure according to any one of claims 7 to 9 , wherein the body has a coil-shaped end portion that is wound obliquely outward with respect to the winding axis. . 上記セルが、ガス透過性を有する導電部材を有し、
上記集電部が、上記導電部材を介して上記セルに接触している、ことを特徴とする請求項７〜１０のいずれか１つの項に記載の固体電解質型燃料電池スタック構造体。 The cell has a conductive member having gas permeability,
The solid oxide fuel cell stack structure according to any one of claims 7 to 10, wherein the current collector is in contact with the cell via the conductive member.
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