JP5242994B2

JP5242994B2 - 固体酸化物形燃料電池

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Publication number: JP5242994B2
Application number: JP2007289761A
Authority: JP
Inventors: 昌宏柴田; 浩也石川; 泰志墨; 佑介藤堂
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 2007-11-07
Filing date: 2007-11-07
Publication date: 2013-07-24
Anticipated expiration: 2027-11-07
Also published as: JP2009117208A

Description

本発明は、燃料極及び空気極を有する固体電解質体（固体酸化物）を備えた固体酸化物形燃料電池セルを複数積層した固体酸化物形燃料電池スタックと、その固体酸化物形燃料電池スタックから出力を取り出す出力用導電部材とを備えた固体酸化物形燃料電池に関するものである。

従来より、燃料電池として、高温で使用される固体電解質（固体酸化物）を備えた固体酸化物形燃料電池（以下ＳＯＦＣとも記す）が知られている。
このＳＯＦＣでは、発電単位として、例えば層状の固体電解質体の一方の側に燃料ガスと接する燃料極を設けるとともに、他方の側に空気と接する空気極を設けた発電セルが使用されており、特に性能を高めるために、前記セルを複数積層（スタック）したＳＯＦＣが開発されている。

このうち、ＳＯＦＣのスタック構造としては、下記特許文献１に記載があるように、保持板（エンドプレート）にてスタック全体を締め付けるものが知られている。これは、エンドプレートでスタック全体を締め付けることにより、各セル間のシール部への加圧と各セルにおける電極への集電体の接触を同時に行うものである。

また、スタック全体に発生する電気出力については、一般にエンドプレートから取り出されており、しかも、スタック全体を締め付ける部材としてボルト等の固定部材を用いることができるので、このエンドプレートを押圧する固定部材を、スタックからの出力取出用の部材とし、この出力取出用の部材に導線（リード線）を接続することが検討されている。
特開２００５−１８３０８９号公報

上述したＳＯＦＣは、高温で運転されるため、その出力取出用の導線も非常に高温となる。ところが、固定部材と導線の接続部分が高温となると、材質によっては導線が酸化したり、固定部材と導線の熱膨張差によって接続部分における接触抵抗が大きくなり、その結果、出力が低下するという問題があった。

この対策として、例えばエンドプレートと導線とを一体にすることが考えられるが、その場合には、部品サイズが大きくなり、取り扱いの面で問題がある。また、スタックの端子部に導線を溶接することが考えられるが、溶接の際にはスタックが局部的に高温になり、端子部が変形する等の問題があるので、好ましくない。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、好適にスタックと出力取出用の部材との接触抵抗を低減できる固体酸化物形燃料電池を提供することにある。

（１）請求項１の発明は、固体電解質体と、該固体電解質体の一面に設けられ、燃料ガスに接する燃料極と、該固体電解質体の他面に設けられ、酸化剤ガスに接する空気極と、を有する固体酸化物形燃料電池セルを、複数積層した固体酸化物形燃料電池スタックを備えるとともに、前記固体酸化物形燃料電池スタックに、その出力端子であるスタック側出力端子部を備えた固体酸化物形燃料電池において、前記スタック側出力端子部に、前記固体酸化物形燃料電池スタックから外部に出力を取り出す出力用導電部材が接続されるとともに、前記スタック側出力端子部と前記出力用導電部材との接続部分には、銀又は銀を含む合金からなる導電性中間材が介在し、且つ、前記導電性中間材は、銀又は銀を含む合金からなる箔であるとともに、前記銀を含む合金が、パラジウム、銅、チタンのうち少なくとも１種を含むものであり、更に、前記スタック側出力端子部と前記出力用導電部材とが、前記導電性中間材を介して、ねじの螺合により結合された構成を有し、前記スタック側出力端子部の接続部分が雌ねじで、前記出力用導電部材の接続部分が雄ねじであるとともに、前記雄ねじと前記雌ねじとの両表面に密着するように、前記導電性中間材が配置されたことを特徴とする。

本発明では、スタック側出力端子部と出力用導電部材との接続部分には、主として銀又は銀を含む合金からなる導電性中間材が介在しているので、電気の接触抵抗を小さくすることができる。これにより、従来の技術の問題点（例えばエンドプレートを導電と一体化した場合の部品の大型化、導線を溶接する場合のスタックの劣化等）を解決できるとともに、燃料電池の出力の低下を抑制できるという顕著な効果を奏する。
また、本発明では、導電性中間材は、銀又は銀を含む合金からなる箔であり、本発明者らの実験によれば、導電性中間材として箔を用いたものが、作業が容易で、しかも接触抵抗が小さく好適である。
更に、本発明では、銀を含む合金が、パラジウム、銅、チタンのうち少なくとも１種を含んでいる。
しかも、本発明では、スタック側出力端子部と出力用導電部材とが、導電性中間材を介して、ねじの螺合により結合されているので、燃料電池の構成及び製造方法を簡易化することができる。
その上、本発明では、スタック側出力端子部の接続部分が雌ねじで、出力用導電部材の接続部分が雄ねじであるので、スタック側の構成を簡易化でき、また、接続作業も容易である。
更に、本発明では、雄ねじと雌ねじとの両表面に密着するように、導電性中間材が配置されている。例えばリード部を溶接した場合の熱による悪影響を生じることなく、コンパクトな構成で、大きな出力を取り出すことができる。

ここで、スタック側出力端子部と出力用導電部材とが接続するとは、導電性を有する両部材が、導電性中間材を介して、雄ねじと雌ねじとの螺合によって機械的に接続することにより、電気的にも接続されることを意味している。

また、銀を含む合金としては、銀を主成分とする合金（銀５０質量％以上）が好ましく、銀の含有率が高いものほど、電気の接触抵抗が小さくなるので好適である。なお、銀を含む合金としては、例えばＡｇ−Ｐｄ、Ａｇ−Ａｌ、Ａｇ−Ｃｕ、Ａｇ−Ｎｉが挙げられる。

（２）請求項２の発明では、前記出力用導電部材が、ニッケルを主体とする材料からなることを特徴とする。
本発明では、出力用導電部材がニッケルを主体とする材料からなるので、耐熱性及び導電性に優れている。

ここで、ニッケルを主体とするとは、ニッケルの含有量が５０質量％以上であることを示している。
・ここで、前記固体電解質体（固体酸化物体）は、電池の作動時に燃料極に導入される燃料ガス又は空気極に導入される酸化剤ガスのうちの一方の一部をイオンとして移動させることができるイオン伝導性を有する。このイオンとしては、例えば酸素イオン及び水素イオン等が挙げられる。また、燃料極は、還元剤となる燃料ガスと接触し、セルにおける負電極として機能する。空気極は、酸化剤となる酸化剤ガスと接触し、セルにおける正電極として機能する。

・固体電解質体（固体酸化物体）の材料としては、例えばＺｒＯ₂系セラミック、ＬａＧａＯ₃系セラミック、ＢａＣｅＯ₃系セラミック、ＳｒＣｅＯ₃系セラミック、ＳｒＺｒＯ₃系セラミック、及びＣａＺｒＯ₃系セラミック等が挙げられる。

・燃料極の材料としては、例えば、Ｎｉ及びＦｅ等の金属と、Ｓｃ、Ｙ等の希土類元素のうちの少なくとも１種により安定化されたジルコニア等のＺｒＯ₂系セラミック、ＣｅＯ₂系セラミック等のセラミックのうちの少なくとも１種との混合物などが挙げられる。また、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｎｉ及びＦｅ等の金属が挙げられる。これらの金属は１種のみでもよいし、２種以上の金属の合金でもよい。更に、これらの金属及び／又は合金と、上記セラミックの各々の少なくとも１種との混合物（サーメットを含む）が挙げられる。また、Ｎｉ及びＦｅ等の金属の酸化物と、上記セラミックの各々の少なくとも１種との混合物などが挙げられる。

・空気極の材料としては、例えば、各種の金属、金属の酸化物、金属の複酸化物等を用いることができる。金属としては、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ及びＲｈ等の金属又は２種以上の金属を含有する合金が挙げられる。更に、金属の酸化物としては、Ｌａ、Ｓｒ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｍｎ及びＦｅ等の酸化物（Ｌａ₂Ｏ₃、ＳｒＯ、Ｃｅ₂Ｏ₃、Ｃｏ₂Ｏ₃、ＭｎＯ₂及びＦｅＯ等）が挙げられる。また、複酸化物としては、少なくともＬａ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｃｏ、Ｆｅ及びＭｎ等を含有する複酸化物（Ｌａ_1-xＳｒ_xＣｏＯ₃系複酸化物、Ｌａ_1-xＳｒ_xＦｅＯ₃系複酸化物、Ｌａ_1-xＳｒ_xＣｏ_1-yＦｅ_yＯ₃系複酸化物、Ｌａ_1-xＳｒ_xＭｎＯ₃系複酸化物、Ｐｒ_1-xＢａ_xＣｏＯ₃系複酸化物及びＳｍ_1-xＳｒ_xＣｏＯ₃系複酸化物等）が挙げられる。

・固体酸化物形燃料電池を用いて発電を行う場合、燃料極側には燃料ガスを導入し、空気極側には酸化剤ガスを導入する。
燃料ガスとしては、水素、炭化水素、水素と炭化水素との混合ガス、及びこれらのガスを所定温度の水中を通過させ加湿した燃料ガス、これらのガスに水蒸気を混合させた燃料ガス等が挙げられる。炭化水素は特に限定されず、例えば、天然ガス、ナフサ、石炭ガス化ガス等が挙げられる。この燃料ガスとしては水素が好ましい。これらの燃料ガスは１種のみを用いてもよいし、２種以上を併用することもできる。また、５０体積％以下の窒素及びアルゴン等の不活性ガスを含有していてもよい。

酸化剤ガスとしては、酸素と他の気体との混合ガス等が挙げられる。更に、この混合ガスには８０体積％以下の窒素及びアルゴン等の不活性ガスが含有されていてもよい。これらの酸化剤ガスのうちでは安全であって、且つ安価であるため、空気（約８０体積％の窒素が含まれている。）が好ましい。

次に、本発明の最良の形態の例について、すなわち、固体酸化物形燃料電池の実施例について説明する。なお、実施例２、３は、参考例である。

ａ）まず、固体酸化物形燃料電池モジュール（以下単に燃料電池と記す）の構成について説明する。
図１及び図２に示す様に、本実施例の燃料電池１は、燃料ガス（例えば水素）と酸化剤ガス（例えば空気（詳しくは空気中の酸素））との供給を受けて発電を行う装置であり、発電単位である板状の固体酸化物形燃料電池セル（以下単に燃料電池セルと記す）３が複数個（例えば１５個）積層された固体酸化物形燃料電池スタック（以下単に燃料電池スタックと記す）５を備えている。

この燃料電池スタック５の積層方向の両側には、複数の燃料電池セル３を押圧するとともに燃料電池スタック５の出力端子として用いられるスタック側出力端子部（保持板：エンドプレート）７、９が配置されており、燃料電池スタック５は、そのエンドプレート７、９を介して、燃料電池スタック５を積層方向に貫く第１〜８第固定部材１１〜２５により、締め付けられて固定され、一体化されている。

また、図３（ａ）にセルの燃料ガス側流路を図３（ｂ）に空気側流路を分解して示す様に、前記燃料電池セル３は、いわゆる燃料極支持膜タイプのセルであり、燃料ガス流路２７側には、燃料極（アノード：負極）２９が配置されるとともに、燃料極２９の上側の表面には薄膜の固体電解質体３１が形成され、その固体電解質体３１の空気流路３３側の表面には、空気極（カソード：正極）３５が形成されている。尚、ここでは、燃料極２９と固体電解質体３１と空気極３５とをセル本体３７と称する。

前記燃料電池セル３の厚み方向（図３の上下方向）の両側には、導電性を有する金属製のコネクタプレート３９が配置され、このコネクタプレート３９により、各燃料電池セル３が区分（ガス流路を分離）されるとともに、板厚方向の導通が確保されている。

ここで、隣り合う燃料電池セル３の間に挟まれるコネクタプレート６９がインターコネクタであり、燃料電池スタック５の上下両端のコネクタプレート３９が、前記エンドプレート７、９である。なお、本実施例では、上端の第１エンドプレート７が正極となり、下端の第２エンドプレート９が負極となる。

また、空気極３５と上方のコネクタプレート３９との間には、その導通を確保するために、集電体４１が配置されている。
更に、燃料電池セル３は、前記セル本体３７や集電体４１の周囲を囲む様に、空気流路３３側の金属製の空気極フレーム４３と、セラミックス製の絶縁フレーム４５と、セル本体３７を接合して配置するとともにガス流路を遮断する金属製のセパレータ４７と、燃料ガス流路２７側の金属製の燃料極フレーム４９とを備えている。

尚、空気極フレーム４３と絶縁フレーム４５とセパレータ４７と燃料極フレーム４９とコネクタプレート（その外周縁部）３９とにより、第１〜第８固定部材１１〜２５が貫く燃料電池セル３の枠部５１が構成されている。

また、前記図１に示す様に、第１〜第８固定部材１１〜２５は、燃料電池スタック５の枠部５１にあけられた貫通孔５３〜６７を貫く様に配置されて、燃料電池スタック５を積層方向に押圧して一体に固定する部材であり、それぞれ、（貫通孔５３〜６７を貫く）ボルト１１ａ〜２５ａ及びそれに螺合するナット１１ｂ〜２５ｂ等から構成されている。

このうち、第２、第４、第６、第８固定部材１３、１７、２１、２５の各ボルト１３ａ、１７ａ、２１ａ、２５ａは、内部にガスの流路を有する中空ボルトであり、第６固定部材２１のボルト２１ａは、燃料ガスを供給する流路として用いられ、第２固定部材１３のボルト１３ａは、燃料ガスを排出する流路として用いられている。また、第８固定部材２５のボルト２５ａは、空気を供給する流路として用いられ、第４固定部材１７のボルト１７ａは、空気を排出する流路として用いられている。なお、第１、第３、第５、第７固定部材１１、１５、１９、２３は、中実のボルトであり、燃料電池スタック５を固定するために用いられている。

図４にスタックの断面（図１のＡ−Ａ断面）を示す様に、例えば第５固定部材１９のボルト１９ａは、燃料電池スタック５の貫通孔６１に貫挿されており、その下側は下側用のナット１９ｃにより固定され、その上側は上側用のナット１９ｂにより固定されている。

また、上側用及び下側用のナット１９ｂ、１９ｃとエンドプレート７、９との間には、第５固定部材１９とエンドプレート７、９とが短絡しない様に、例えばマイカセラミックからなる板状の絶縁体６９、７１が配置されている。

更に、貫通孔６１の上下の両端には、例えばマイカセラミックからなる円筒状の絶縁性スペーサ７３、７５が内嵌され、この絶縁性スペーサ７３、７５の貫通孔７４、７６に、ボルト１９ａが貫挿されている。つまり、ボルト１９ａが貫通孔６１の内周面に接触しないように、貫通孔６１内に絶縁性スペーサ７３、７５が配置されている。

なお、絶縁性スペーサ７３、７５を用いて、第５固定部材１９を燃料電池スタック５と絶縁性を保って組み付ける構成は、他の固定部材でも同様であるので、その説明は省略する。

そして、本実施例では、前記両エンドプレート７、９は、耐熱性及び導電性に優れた例えばステンレス製の板材であり、各エンドプレート７、９には、それぞれ、電力をスタック外に取り出すリード部として、耐熱性及び導電性に優れた例えばニッケルからなる棒状の出力用導電部材７７、７９が接続固定されている。

つまり、図５に要部を拡大して示す様に、例えば上部のエンドプレート（第１エンドプレート）７の側面には、雌ねじのねじ孔８１が形成され、一方、第１エンドプレート７に接続される出力用導電部材（第１出力用導電部材）７７の外周には、雄ねじのねじ部８３が形成されており、この雄ねじと雌ねじの螺合により、第１エンドプレート７と第１出力用導電部材７７とが接続されている。

特に本実施例では、ねじ孔８１の内部に、銀（又は銀を主成分とする銀合金）からなる高い導電性を有する薄膜の導電性中間材８５が配置されている。具体的には、ねじ孔８１の側壁部分である雄ねじと雌ねじの間において、雄ねじと雌ねじの両表面に密着するように銀箔からなる導電性中間材８５が配置されている。

また、上述の様に、第１出力用導電部材７７の外周全体にねじ部８３が形成されているので、第１出力用導電部材７７の先端部８７がねじ孔８１の底部８９に当接するまで、ねじ込むことができる。

なお、下部のエンドプレート（第２エンドプレート）９と出力用導電部材（第２出力用導電部材）７９との接続部分も同様な構成である。
ｂ）次に、燃料電池１のガス流路について説明する。

(1)燃料の流路
図６（ａ）（図１のＹ−Ｙ断面図）に示す様に、燃料電池１の第６固定部材２１の上方の燃料入口９１から供給された燃料ガスは、ボルト２１ａの中空部９３や横穴９５を介して、各セル３内の燃料ガス流路２７に供給される。

次に、各セル３内の燃料ガス流路２７の燃料ガスは、燃料極２９に沿って流れた後、同様な横穴９７及び第２固定部材１３のボルト１３ａの中空部９９を介して、燃料出口１０１から燃料電池１外に排出される。

(2)空気の流路
図６（ｂ）（図１のＸ−Ｘ断面図）に示す様に、燃料電池１の第８固定部材２５の上方の空気入口１０３から供給された空気は、ボルト２５ａの中空部１０５や横穴１０７を介して、各セル３内の空気流路３３に供給される。

次に、各セル３内の空気流路３３の空気は、空気極３５に沿って流れた後、同様な横穴１０９及び第４固定部材１７のボルト１７ａの中空部１１１を介して、空気出口１１３から燃料電池１外に排出される。

ｃ）次に、燃料電池１の製造方法について、簡単に説明する。
まず、（燃料電池スタック５を構成する部材として）例えばＳＵＳ４３０からなる板材を打ち抜いて、（エンドプレート７、９を除く）コネクタプレート３９、空気極フレーム４３、セパレータ４７、燃料極フレーム４９を製造した。

前記コネクタプレート３９のうち、エンドプレート７、９は、肉厚であるので、板材を切削する機械加工により形成した。そして、各エンドプレート７、９の側面に、それぞれねじ孔８１を形成した。

また、定法により、ＭｇＯとスピネルの混合物を主成分とするグリーンシートを所定形状に形成し、焼成して、絶縁フレーム４５を製造した。
燃料電池セル３のセル本体３７を、定法に従って製造した。具体的には、燃料極２９のグリーンシート上に、固体電解質体３１の材料を印刷し、その上に空気極３５の材料を印刷し、その後焼成した。尚、セル本体３７は、セパレータ４７にロウ付けして固定した。

次に、コネクタプレート３９、空気極フレーム４３、絶縁フレーム４５、（セル本体３７をロウ付けした）セパレータ４７、燃料極フレーム４９、集電体４１などを一体にして、各燃料電池セル３を組み付けるとともに、各燃料電池セル３を積層して燃料電池スタック５を形成した。なお、コネクタプレート３９のうち、肉厚のエンドプレート７、９は、積層体の積層方向の両側に配置した。

次に、燃料電池スタック５の貫通孔５３〜６７に、絶縁性スペーサ７３、７５及び絶縁体６９、７１を介して、ボルト１１ａ〜２５ａを嵌め込むとともに、その両端にナット１１ｂ〜２５ｂ、１９ｃを螺合させた。なお、絶縁性スペーサ７３、７５は貫通孔５３〜６７内に嵌め込むとともに、絶縁体６９、７１はスタック表面に配置した。

その後、このナット１１ｂ〜２５ｂ、１９ｃを締め付けて、燃料電池スタック５を押圧して一体化して固定した。
次に、別途製造したねじ部材であるニッケル製の出力用導電部材７７、７９を用い、その先端のねじ部８３の外周に、導電性中間材８５として銀箔を巻き付けた。そして、その状態で、ねじ部８３を各エンドプレート９、８のねじ孔８１にねじ込んで固定し、燃料電池１を完成した。

ｃ）この様に、本実施例の燃料電池１では、出力用導電部材７７、７９の雄ねじとエンドプレート７、９の雌ねじの両表面に密着するように、銀からなる高い導電性を有する薄膜の導電性中間材８５が介在しているので、電気的な接触抵抗を大きく低減することができる。よって、リード部を溶接した場合の熱による悪影響等の問題を生じることなく、コンパクトな構成で、大きな出力を取り出すことができるという顕著な効果を奏する。

また、各固体部材１１〜２５のボルト１１ａ〜２５ａは、絶縁性スペーサ７３、７５により各貫通孔５３〜６７の内周面と所定間隔を開けて保持されているので、固体部材１１〜２５と燃料電池スタック５との短絡を防止できる。

なお、導電性中間材８５としては、銀箔に代えて銀合金の箔等を利用できる。また、銀等のペーストを、出力用導電部材７７、７９のねじ部８３の外周に塗布してから乾燥させた後に、ねじ部８３をねじ孔８１にねじ込むようにしてもよい。この場合は、運転時の高温等により、乾燥した銀材料は、銀又は銀合金からなる導電性中間材となる。

次に、実施例２について説明するが、前記実施例１と同様な内容の説明は省略する。
本実施例では、ナット等の固定部材を出力用導電部材として用いるものである。
図７に要部を示す様に、本実施例の燃料電池１２１では、第１、第２固定部材１２３、１２５等（他の固定部材等は図示略）によって、燃料電池スタック１２９が一体に固定されている。

詳しくは、第１、第２固定部材１２３、１２５は、それぞれボルト１３１、１３３とナット１３５、１３７、１３９、１４１からなり、各ボルト１３１、１３３は、燃料電池スタック１２９の積層方向に明けられた貫通孔１４３、１４５に貫挿され、各ボルト１３１、１３３の両側にナット１３５〜１４１が螺合して、燃料電池スタック１２９が締め付けられている。

また、第１、第２固定部材１２３、１２５のボルト１３１、１３３は、各貫通孔１４３、１４５内の上端と下端に嵌め込まれた筒状のスペーサ１４７、１４９、１５１、１５３によって、各貫通孔１４３、１４５の内周面と接触しないように所定の間隔が保たれている。

特に本実施例では、第１固定部材１２３の上方のナット１３５と上側のエンドプレート１５５との間には、絶縁体１５７が配置されるが、下方のナット１３７と下側のエンドプレート１５９との間には、高い導電性を有する銀箔からなる導電性中間材１６１が配置されている。

従って、下側のエンドプレート１５９と下側のナット１３７とボルト１３１との導通のみが確保されることになるので、第１固定部材１２３を、下側のエンドプレート１５９の例えば負極側のリード部として用いることができる。

一方、第２固定部材１２５の下方のナット１４１と下側のエンドプレート１５９との間には、絶縁体１６３が配置されるが、上方のナット１３９と上側のエンドプレート１５５との間には、高い導電性を有する銀箔からなる導電性中間材１６５が配置されている。

従って、上側のエンドプレート１５５と上側のナット１３９とボルト１３３との導通のみが確保されることになるので、第２固定部材１２５を、上側のエンドプレート１５５の例えば正極側のリード部として用いることができる。

この様に、本実施例では、各固定部材１２３、１２５のナット１３７、１３９とエンドプレート１５５、１５９の間に導電性中間材１６１、１６５を配置して、各固定部材１２５、１２５のボルト１３１、１３３等を出力用導電部材として用いることができるので、別途ねじ孔等を設ける必要がなく、一層構成を簡易化できるという利点がある。

次に、実施例３について説明するが、前記実施例２と同様な内容の説明は省略する。
本実施例は、エンドプレートを延長し、その延長部分に板状の出力用導電部材をボルトで固定したものである。

図８に要部を示す様に、本実施例の燃料電池１７１では、第１、第２固定部材１７３、１７５等（他の固定部材等は図示略）によって、燃料電池スタック１７７が一体に固定されている。

詳しくは、第１、第２固定部材１７３、１７５は、それぞれボルト１８１、１８３とナット１８５、１８７、１８９、１９１からなり、各ボルト１８１、１８３は、燃料電池スタック１７７の貫通孔１９３、１９５に貫挿され、各ボルト１８１、１８３の両側にナット１８５〜１９１が螺合している。

また、第１、第２固定部材１７３、１７５のボルト１８１、１８３は、各貫通孔１９３、１９５内に嵌め込まれた絶縁性スペーサ１９７、１９９、２０１、２０３によって、各貫通孔１９３、１９５の内周面と接触しないように所定の間隔が保たれている。

更に、第１固定部材１７３の上方のナット１８５と上側のエンドプレート２０５との間には、絶縁体２０７が配置されて絶縁性が確保されているが、下方のナット１８７と下側のエンドプレート２０９とは直接に接触している。

一方、第２固定部材１７５の下のナット１９１と下側のエンドプレート２０９との間には、絶縁体２１１が配置されて絶縁性が確保されているが、上方のナット１８９と上側のエンドプレート２０５とは、直接に接触して導電性が確保されている。

これにより、両エンドプレート２０５、２０９が、各固定部材１７３、１７５によって短絡しないように構成されている。なお、各ナット１８７、１８９は、導通のために利用されないので、絶縁板を介して固定してもよい。

特に本実施例では、スタック側の出力端子として用いられる両エンドプレート２０５、２０９の一端側（同図右側）は、燃料電池スタック１７７から張り出するように外側に伸びている。

そして、上側のエンドプレート２０５の延長部分２１３の表面には、銀箔からなる導電性中間材２１５を介して、板状のニッケルからなる出力用導電部材２１７が積層され、その延長部分２１３と出力用導電部材２１７とは、それらを貫通する貫通孔２１９に貫挿されたボルト２２１とそれに螺合するナット２２３により、締め付けられて結合している。

同様に、下側のエンドプレート２０９の延長部分２２５の表面には、銀箔からなる導電性中間材２２７を介して、同様な出力用導電部材２２９が積層され、それらは貫通孔２３１に貫挿されたボルト２３３とナット２３５により、締め付けられて結合している。

本実施例でも、前記実施例２等と同様な効果を奏する。
（実験例）
次に、本発明の効果を確認するために行った実験例１〜３について説明する。

ａ）実験例１
本実験例では、下記表１に示す様に、実験に用いる本発明の範囲の試料１〜７として、前記実施例１又は実施例３と同様な構成の燃料電池を製造した。また、本発明の範囲外の比較例として、試料８の燃料電池を製造した。なお、ここでは、エンドプレートの材質をＳＵＳ４３０とし、出力用導電部材の材質をニッケルとした。

そして、各試料の燃料電池を、８００℃、１０００時間稼働させて耐久試験を行い、耐久前と耐久後において、一対の出力用導電部材間の抵抗値の変化を調べた。その結果（耐久後における抵抗値の増加）を、下記表２に記す。

この表２から明かな様に、本発明の範囲の試料１〜７は、耐久後の抵抗値の増加が少なく好適であるが、比較例の試料８は、抵抗値の増加が大きく好ましくない。

ｂ）実験例２
本実験例では、前記実験例１と同様にして、本発明の範囲の試料９〜１５（試料１〜７と同様な構成）の燃料電池と、比較例の範囲の試料１６（試料８と同様な構成）を製造した。ただし、ここでは、エンドプレートと出力用導電部材の材質を共にＳＵＳ４３０とした（それ以外は、実験例１と同様）。

そして、前記実験例１と同様にして耐久試験を行い、同様に抵抗値の変化を調べた。その結果を、下記表３に記す。

この表３から明かな様に、本発明の範囲の試料９〜１５は、耐久後の抵抗値の増加が少なく好適であるが、比較例の試料１６は、抵抗値の増加が大きく好ましくない。

また、前記表２と表３か明らかな様に、出力用導電部材の材質として、ニッケルを用いた方が、抵抗値の増加が少なく好ましいことが分かる。
ｃ）実験例３
この実験例３では、絶縁性スペーサの効果について調べた。

具体的には、試料１７として、実施例２の構造の燃料電池を５個製造した。詳しくは、固定部材であるボルトの直径をφ１２ｍｍ、スタックの貫通孔の内径をφ１８ｍｍ、絶縁性スペーサの外径をφ１８ｍｍ、内径φ１２ｍｍ、厚み１ｍｍとした燃料電池を作製した。

また、試料１８として、試料１７と同様な構成であるが絶縁性スペーサのみを除いた燃料電池を５個作製した。
そして、前記実験例１と同様にして耐久試験を行い後に、電気的ショートの発生状況を調べた。

その結果、絶縁性スペーサを用いたものは、ショートの発生率は０／５であったが、絶縁性スペーサを用いなかったものは、ショートの発生率は２／５であった。
尚、本発明は前記実施例になんら限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。

実施例１の固体酸化物形燃料電池モジュールを示す斜視図である。実施例１の固体酸化物形燃料電池モジュールを示す正面図である。（ａ）固体酸化物形燃料電池セルの燃料流路側を分解して示す説明図、（ｂ）固体酸化物形燃料電池セルの空気流路側を分解して示す説明図である。図１のＡ−Ａ断面図である。固体酸化物形燃料電池モジュールの要部を拡大し一部破断して示す説明図である。（ａ）図１のＹ−Ｙ断面を示す説明図、（ｂ）図１のＸ−Ｘ断面を示す説明図である。実施例２の固体酸化物形燃料電池モジュールの要部を破断して示す説明図である。実施例３の固体酸化物形燃料電池モジュールの要部を破断して示す説明図である。

符号の説明

１、１２１、１７１…固体酸化物形燃料電池モジュール
３…固体酸化物形燃料電池セル
５、１２９、１７７…固体酸化物形燃料電池スタック
７、９、１５５、１５９、２０５、２０９…エンドプレート
２９…燃料極
３１…固体電解質体
３５…空気極
７３、７５、１４７、１４９、１５１、１５３、１９７、１９９、２０１、２０３…絶縁性スペーサ
７７、７９、１２３、１２５、２１７、２２９…出力用導電部材
８５、１６１、１６５、２１５、２２７…導電性中間材

Claims

固体電解質体と、該固体電解質体の一面に設けられ、燃料ガスに接する燃料極と、該固体電解質体の他面に設けられ、酸化剤ガスに接する空気極と、を有する固体酸化物形燃料電池セルを、複数積層した固体酸化物形燃料電池スタックを備えるとともに、
前記固体酸化物形燃料電池スタックに、その出力端子であるスタック側出力端子部を備えた固体酸化物形燃料電池において、
前記スタック側出力端子部に、前記固体酸化物形燃料電池スタックから外部に出力を取り出す出力用導電部材が接続されるとともに、
前記スタック側出力端子部と前記出力用導電部材との接続部分には、銀又は銀を含む合金からなる導電性中間材が介在し、
且つ、前記導電性中間材は、銀又は銀を含む合金からなる箔であるとともに、前記銀を含む合金が、パラジウム、銅、チタンのうち少なくとも１種を含むものであり、
更に、前記スタック側出力端子部と前記出力用導電部材とが、前記導電性中間材を介して、ねじの螺合により結合された構成を有し、
前記スタック側出力端子部の接続部分が雌ねじで、前記出力用導電部材の接続部分が雄ねじであるとともに、前記雄ねじと前記雌ねじとの両表面に密着するように、前記導電性中間材が配置されたことを特徴とする固体酸化物形燃料電池。
前記出力用導電部材が、ニッケルを主体とする材料からなることを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池。