JP5474691B2 - 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 Download PDF

Info

Publication number
JP5474691B2
JP5474691B2 JP2010164240A JP2010164240A JP5474691B2 JP 5474691 B2 JP5474691 B2 JP 5474691B2 JP 2010164240 A JP2010164240 A JP 2010164240A JP 2010164240 A JP2010164240 A JP 2010164240A JP 5474691 B2 JP5474691 B2 JP 5474691B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel cell
current collector
cell body
fuel
interconnector
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2010164240A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2012028092A (ja
Inventor
大 西島
浩也 石川
暁 石田
大野  猛
佑介 藤堂
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NGK Spark Plug Co Ltd
Original Assignee
NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NGK Spark Plug Co Ltd filed Critical NGK Spark Plug Co Ltd
Priority to JP2010164240A priority Critical patent/JP5474691B2/ja
Publication of JP2012028092A publication Critical patent/JP2012028092A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5474691B2 publication Critical patent/JP5474691B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2404Processes or apparatus for grouping fuel cells
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/241Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
    • H01M8/2425High-temperature cells with solid electrolytes
    • H01M8/2432Grouping of unit cells of planar configuration
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M2008/1293Fuel cells with solid oxide electrolytes
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Description

本発明は,燃料電池スタックの製造方法に関する。
固体酸化物形燃料電池(以下,SOFCという)は,酸化剤ガス(例えば,空気)と燃料ガス(H,メタン,メタノール等)を両面に供給することで発電する,燃料電池セル本体(単セル)を有する。単セルは,固体電解質層の両面に電極を配して構成され,この単セルを複数積層することで,燃料電池スタックが形成される。
燃料電池セル本体それぞれの間に,導電性のインターコネクターおよび集電体を配置して,各燃料電池セル本体が電気的に接続される。この集電体には,導電性(電気的接続)とガス通過性(セル電極へのガス供給)の双方が必要である。これら2つの特性を持たせるために,金属の多孔体が集電体として用いられている(例えば,特許文献1〜3参照)。
金属の多孔体は,ガス通過性(ガス拡散性)を有し,燃料極表面へ燃料ガスを供給できる。また,金属の多孔体は,導電性を有し,燃料電池セル本体とインターコネクター間を電気的に接続できる。さらに,金属の多孔体は,弾性力に富み,燃料電池セル本体に加わる不均一な応力を吸収し,燃料電池セル本体それぞれの間隔を微調整できる。このため,集電体と燃料電池セル本体間の接触面積が増大され,接触抵抗を低減できる。以上の結果,発電特性の良い燃料電池を作製できる。
しかしながら,一般に,燃料電池セル本体の表面には反りやうねりがある。このため,集電体の表面と,燃料電池セル本体の表面とで沿わない部分が発生し,接触面積が低下し,接触抵抗が増大する可能性がある。また,複数の燃料電池セル本体を積層して,プレスする場合,特定の燃料電池セル本体に強い応力がかかり,割れる可能性がある。
特許第3965502号 特許3734027号 特開2009−187887号公報
上記に鑑み,本発明は,燃料電池セル本体と集電体間の接触抵抗の低減,および燃料電池セル本体の割れの防止を図った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。
本発明の一態様に係る燃料電池スタックの製造方法は,多孔質集電体が配置される第1の主面を有する板状のインターコネクタと,第2の主面を有する板状の燃料電池セル本体と,を1組として,前記第1,第2の主面を互いに対向させて,加圧することで,前記燃料電池セル本体の表面形状に対応するように,前記多孔質集電体の,前記第2の主面と接触する面を変形させる変形工程と,前記変形工程後のインターコネクタおよび燃料電池セル本体の複数組を積層して,加圧する加圧工程と,前記加圧工程で加圧されているインターコネクタと燃料電池セル本体の複数組を固定する固定工程と,を具備する。
本発明の製造方法によれば、加圧工程によって,インターコネクタの表面(第2の主面)に仮取り付けられた集電体は燃料電池セル本体の表面(第1の主面)形状(反り,うねり)に沿って変形する。この結果,集電体と燃料電池セル本体間の接触抵抗が小さくなり,発電特性が向上する。また,集電体が加圧工程前に変形されているので,加圧工程時において燃料電池セル本体に印加される圧力が均一化され,特定の燃料電池セル本体への応力集中による割れなどが防止される。
燃料電池セル本体は,燃料極,固体電解質層,および空気極が積層して構成される。固体電解質層と空気極との間に反応防止層が配置されても良い。
本発明の一態様に係る燃料電池スタックの製造方法は,第1の主面を有する板状のインターコネクタと,多孔質集電体が配置される第2の主面を有する,板状の燃料電池セル本体と,を1組として,前記第1,第2の主面を互いに対向させて,加圧することで,前記燃料電池セル本体の表面形状に対応するように,前記多孔質集電体の,前記第2の主面と接触する面を変形させる変形工程と,前記変形工程後のインターコネクタおよび燃料電池セル本体の複数組を積層して,加圧する加圧工程と,前記加圧工程で加圧されているインターコネクタと燃料電池セル本体の複数組を固定する固定工程と,を具備する。
本発明の製造方法によれば、インターコネクタ側に替えて,多孔質集電体を燃料電池セル本体側に仮取り付けたとしても,加圧工程によって,集電体は燃料電池セル本体の表面形状(反り,うねり)に沿って変形する。この結果,燃料電池セル本体と集電体間の接触抵抗の低減,および燃料電池セル本体の割れの防止が図られる。
(1)前記燃料電池セル本体は,該燃料電池セル本体の面方向における外縁側にフレームが取り付けられており,前記フレームが,前記対向する第1,第2の主面間の空間に接続される貫通孔を有し,前記変形工程が,前記貫通孔を通じて,前記空間内を減圧することで,前記インターコネクタと燃料電池セル本体の組を大気により加圧する工程を含んでも良い。
加圧工程において,真空吸引を利用できる。
(2)無加圧時において,前記燃料電池セル本体が0.1mm以上,2.0mm以下の反り量を有し,前記反り量が,前記燃料電池セル本体の表面での最大高低差で定義されても良い。
0.1mm以上,2.0mm以下の反り量を有する燃料電池セル本体を利用して,燃料電池スタックを製造できる。
(3)無加圧時において,前記燃料電池セル本体が5μm以上,50μm以下のうねり量を有し,前記うねり量が,前記燃料電池セル本体の表面での,波長が1mm以上の波での,山部とこの山部に隣接する谷部の高さの差で定義されても良い。
5μm以上,50μm以下のうねり量を有する燃料電池セル本体を利用して,燃料電池スタックを製造できる。
本発明によれば,燃料電池セル本体と集電体間の接触抵抗の低減,および燃料電池セル本体の割れの防止を図った燃料電池スタックの製造方法を提供できる。
本発明の第1実施形態に係る固体酸化物形燃料電池1を表す斜視図である。 固体酸化物形燃料電池1を表す側面図である。 燃料電池セル100を表す側面図である。 固体酸化物形燃料電池1の製造工程の一例を表すフロー図である。 図4に示す製造工程で作成される固体酸化物形燃料電池1の要部を表す側面図である。 図4に示す製造工程で作成される固体酸化物形燃料電池1の要部を表す側面図である。 図4に示す製造工程で作成される固体酸化物形燃料電池1の要部を表す側面図である。 図4に示す製造工程で作成される固体酸化物形燃料電池1の要部を表す側面図である。 固体酸化物形燃料電池1の製造工程の一例を表すフロー図である。 図6に示す製造工程で作成される固体酸化物形燃料電池1の要部を表す側面図である。 図6に示す製造工程で作成される固体酸化物形燃料電池1の要部を表す側面図である。 図6に示す製造工程で作成される固体酸化物形燃料電池1の要部を表す側面図である。 固体酸化物形燃料電池1の製造工程の一例を表すフロー図である。 図8に示す製造工程で作成される固体酸化物形燃料電池1の要部を表す側面図である。 図8に示す製造工程で作成される固体酸化物形燃料電池1の要部を表す側面図である。 図8に示す製造工程で作成される固体酸化物形燃料電池1の要部を表す側面図である。 比較例1の製造工程で作成される固体酸化物形燃料電池1の要部を表す側面図である。 比較例2の製造工程で作成される固体酸化物形燃料電池1の要部を表す側面図である。 比較例2の製造工程で作成される固体酸化物形燃料電池1の要部を表す側面図である。 燃料電池セル本体の表面形状の一例を表す実測図である。 燃料電池セル本体の表面形状の一例を表す実測図である。 燃料電池セル本体の表面形状の一例を表す概念図である。 燃料電池セル本体の表面形状の一例を表す概念図である。 燃料電池セル本体の表面形状の一例を表す概念図である。
以下,図面を参照して,本発明の実施の形態を詳細に説明する。
(第1の実施の形態)
本実施形態の固体酸化物形燃料電池1は,燃料ガスと酸化剤ガスの供給を受けて発電する装置であり,図1,図2に示す様に,燃料電池スタック10と,固定部材61〜66を有する。
燃料ガスとしては,水素,還元剤となる炭化水素,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。
酸化剤ガスとしては,酸素と他の気体との混合ガス等(例えば,空気)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。
燃料電池スタック10は,発電単位である平板形の燃料電池セル100が複数個積層されて構成される。複数個の燃料電池セル100が電気的に直列に接続される。
図3に示すように,燃料電池セル100は,いわゆる燃料極支持膜形タイプの燃料電池セルであり,上下一対の金属製のインターコネクタ111,112の間に,燃料電池セル本体120が配置される。燃料電池セル本体120とインターコネクタ111,112の間に,燃料ガス流路113,空気流路114が配置される。
燃料電池セル本体120は,燃料極(アノード)121,固体電解質層122,反応防止層123,空気極(カソード)124が順に積層されて構成される。
燃料極121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ZrO系セラミック,CeO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。
固体電解質層122の材料としては,例えばZrO系セラミック,LaGaO3系セラミック,BaCeO系セラミック,SrCeO系セラミック,SrZrO系セラミック,及びCaZrO系セラミック等が挙げられる。
反応防止層123は,固体電解質層122と空気極124との反応を防止するものであり,例えば,CeOの一部のCeが希土類元素、Sc及びYのうちの少なくとも1種により置換されたCeO系酸化物を用いることができる。
空気極124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。
燃料電池セル本体120の外周縁部にフレーム130が接続される。フレーム130は,燃料極フレーム131,セパレータ132(の外周縁部),空気極フレーム133から構成される。燃料極フレーム131,セパレータ132,空気極フレーム133は,いずれも四角枠状である。セパレータ132は,燃料電池セル本体120に接合され,燃料ガス流路113,空気流路114間でのガスの移動を遮断する。
フレーム130は,固定部材61〜66がそれぞれ貫通する貫通孔71〜76を備える。なお,図3では貫通孔75,76のみを表している。フレーム130は,貫通孔73,74にそれぞれ接続され,燃料ガス流路113に連通する連通孔134,135を有する。また,フレーム130は,貫通孔75,76にそれぞれ接続され,空気流路114に連通する図示しない連通孔を有する。
インターコネクタ111と燃料極フレーム131間,空気極フレーム133とインターコネクタ112間それぞれに,スペーサ141,142が配置される。スペーサ141は,マイカ等の絶縁体で構成され,インターコネクタ111と燃料極フレーム131間を電気的に絶縁する。スペーサ142は,マイカ等の絶縁体で構成され,空気極フレーム133とインターコネクタ112間を電気的に絶縁する。
インターコネクタ111と燃料極121間,空気極124とインターコネクタ112間それぞれに,燃料極集電体151,空気極集電体152が配置される。燃料極集電体151は,インターコネクタ111と燃料極121間を電気的に接続する。空気極集電体152は,空気極124とインターコネクタ112間を電気的に接続する。
燃料極集電体151は,多孔質の金属(例えば,Ni)から構成され,多孔質集電体として機能する。燃料極集電体151は,多孔質のため,潰れ易く,後述のように,予備プレス等により,変形する(潰れる)。
一方,空気極集電体152は,非多孔質(多孔質でない)の金属(例えばステンレス)から構成され,予備プレス時での潰れは事実上無視できる。なお,空気極集電体152を多孔質とすることも可能であり,この場合,予備プレス時に潰れによる変形が可能となる。
固定部材61〜66は,固体酸化物形燃料電池1を積層方向に貫く。固定部材61〜66は,固体酸化物形燃料電池1の周縁に沿って配置され,固体酸化物形燃料電池1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,ボルト61b〜66b及びナット61a〜66aから構成される。
ボルト61b〜66bは,固体酸化物形燃料電池1を積層方向に貫く貫通孔71〜76に貫挿され,ナット61a〜66aにより固定される。
この貫通孔71〜76の内径は,ボルト61b〜66bの軸の外径より大きく設定されているので,貫通孔71〜76の内周面とボルト61b〜66bの外周面に挟まれた筒状の空間が,燃料ガスや酸化剤ガスの流路となる。
固定部材61,62はそれぞれ,陽極,陰極の電極として用いられる。また,貫通孔73,74は燃料ガスの導入,排出に用いられる。貫通孔75,76は酸化剤ガスの導入,排出に用いられる。
固定部材63〜66はそれぞれ,燃料ガス,空気(酸化剤ガス)の導入または排出が可能なように,ナット側に開口を有する。なお,固定部材61,62は,電極として使用するので,ガスの流通を考慮することなく,通常のナットを使用できる。
燃料ガスは,貫通孔73とボルト63b間から燃料ガス流路113に流入して,発電に用いられ,貫通孔74とボルト64b間を通過して,燃料電池スタック10外に排出される。
酸化剤ガス(空気)は,貫通孔75とボルト65b間から空気流路114に流入して,発電に用いられ,貫通孔76とボルト66b間を通過して,燃料電池スタック10外に排出される。
(固体電解質形燃料電池1の製造方法)
次に,固体電解質形燃料電池1の製造方法について説明する。
図4に示す工程で固体電解質形燃料電池1が製造される。
(1)燃料電池セル本体120の作成(ステップS11)
次のように,フレーム130が接続された燃料電池セル本体120が製造される。
燃料極121の構成材料(酸化ニッケル,ジルコニア等)の粉末に,溶媒等を加えて混合してスラリーとし,ドクターブレード法にて,グリーンシートとする。このグリーンシートを積層圧着し,例えば,厚さ1mm程度の燃料極積層グリーンシートを作成する。
固体電解質層122の構成材料(ジルコニア等)の粉末に,溶媒等を加えて混合してスラリーとし,燃料極積層グリーンシート上に印刷し,例えば,厚さ30μm程度の固体電解質層用印刷層を形成する。
反応防止層123の構成材料(酸化サマリウム,酸化セリウム等)の粉末に,溶媒等を加えて混合してスラリーとし,固体電解質層用印刷層の表面上に印刷し,例えば,厚さ30μm程度の反応防止層用印刷層を形成する。
これによって得られた燃料極積層グリーンシート,固体電解質層用印刷層,反応防止層用印刷層の三成分積層体を焼成し,三成分積層体の焼結体を作成する。
空気極124の構成材料(ランタンストロンチウム鉄コバルト酸化物(LSCF)等)の粉末に,溶媒等を加えて混合してスラリーとし,三成分積層体の焼結体の反応防止層123上に印刷し,例えば,厚さ10μm程度の空気極用印刷層を形成する。その後,乾燥し,焼き付けて,燃料電池セル本体120を作製する。
その後,例えば,SUS430からなる板材を打ち抜いてそれぞれ形成された燃料極フレーム131,セパレータ132,空気極フレーム133を燃料電池セル本体120上に順に重ね合わせ,ロウ材により,接合して一体化する。
以上のようにして,フレーム130が接続された燃料電池セル本体120が作成される。この燃料電池セル本体120は,ある程度大きな反り量W,うねり量Cを有する。具体的には,燃料電池セル本体120は,無加圧時において,例えば,0.1mm以上,2.0mm以下の反り量W,5μm以上,50μm以下のうねり量Cを有する。焼成前が平坦な場合でも,焼成時の高温に起因して,燃料電池セル本体120に反り,うねりが生じる。
なお,反り量W,うねり量Cの測定方法は後述する。
この反り量W,うねり量Cの関係で,燃料極集電体151と燃料電池セル本体120の接触が不十分となったり,あるいは製造時において,燃料電池セル本体120に割れが生じたりする可能性がある。
(2)インターコネクタ112上への燃料極集電体151の配置(ステップS12,図5A)
インターコネクタ112上に燃料極集電体151が配置される。燃料極集電体151は,例えば,厚さ2mmの短冊状であり,Niで形成される。燃料極集電体151が,例えば,12本,等間隔(例えば,1.5mm間隔)でインターコネクタ112上に配置される。
なお,燃料極集電体151は,必要に応じて,によってインターコネクタ112に貼り付けられる(接着剤等による仮貼り付け)。
(3)燃料極集電体151上への燃料電池セル本体120の載置(ステップS13,図5B)
燃料極集電体151上に,フレーム130付き燃料電池セル本体120を載置する。ここで,燃料極集電体151が厚いので燃料電池セル本体120と燃料極集電体151のみ接触し,フレーム130とインターコネクタ112(スペーサ142)は接触しない。
(4)プレスによる圧力印加(燃料極集電体151の変形)(ステップS14,図5C)
フレーム130付き燃料電池セル本体120上に厚板170を載置し,ハンドプレス等で圧力をかけると(予備プレス),燃料極集電体151が燃料電池セル本体120に潰され,変形する。フレーム130およびスペーサ142が接触するまで(フレーム130およびスペーサ142の厚みに至るまで),燃料極集電体151が潰される。このとき,前述のように,空気極集電体152は,事実上潰れることは無い。
その後,プレスを解除しても,燃料極集電体151は変形した状態に保たれる。例えば,燃料極集電体151は接触していた燃料電池セル本体120の表面形状に沿った形に潰れている。即ち,燃料極集電体151の表面は燃料電池セル本体120のうねりを反映した形状となる。
(5)複数の燃料電池セル本体120,燃料極集電体151の積層・加圧(ステップS15,図5D)
予備プレス済みの燃料電池セル本体120,その燃料電池セル本体120の形状に沿って潰れた燃料極集電体151が配置されたインターコネクタ112を重ね合わせ燃料電池スタック10とする。
(6)複数の燃料電池セル本体120,燃料極集電体151の固定(ステップS16,図2)
プレス力をかけながら,燃料電池スタック10を固定部材61〜66で固定し,固体酸化物形燃料電池1が作成される。
(第2の実施の形態)
第2の実施の形態では,図6に示す工程で固体電解質形燃料電池1が製造される。
(1)燃料電池セル本体120の作成(ステップS21)
(2)インターコネクタ112上への燃料極集電体151の配置(ステップS22,図7A)
(3)燃料極集電体151上への燃料電池セル本体120の載置(ステップS23,図7B)
ステップS21〜S23はそれぞれ,第1の実施形態でのステップS11〜S13と実質的な相違は無いので,詳細な説明を省略する。
(4)真空吸引による圧力印加(燃料極集電体151の変形)(ステップS24,図6C)
ここでは,プレスに替えて,真空吸引により,圧力を印加する。即ち,フレーム130付き燃料電池セル本体120上に載置される厚板170aが貫通孔171,172を有する。貫通孔171,75,および貫通孔172,76を介して,真空ポンプ等で空気流路114内を吸引することで,大気圧による圧力が燃料極集電体151に印加される(予備プレス)。また,同様に,貫通孔73,74を介して,真空ポンプ等で燃料ガス流路113内を吸引することで,大気圧による圧力が燃料極集電体151に印加される(予備プレス)。
なお,燃料ガス流路113,空気流路114の真空状態が保たれるように,適宜に真空シールがなされる。
プレスを解除しても,燃料極集電体151は変形した状態に保たれる。例えば,燃料極集電体151は接触していた燃料電池セル本体120の形状に沿った形に潰れている。
その後のステップS24〜S26は,第1の実施形態でのステップS14〜S16と実質的に相違するものではないので,詳細な説明を省略する。
(第3の実施の形態)
第3の実施の形態では,図8に示す工程で固体電解質形燃料電池1が製造される。
(1)燃料電池セル本体120の作成(ステップS31)
ステップS31は,第1の実施形態でのステップS11と実質的に相違するものではないので,詳細な説明を省略する。
(2)燃料電池セル本体120上への燃料極集電体151の配置(ステップS32,図9A)
ここでは,インターコネクタ112上ではなく,燃料電池セル本体120側に,燃料極集電体151を配置する。即ち,燃料電池セル本体120に燃料極集電体151が配置される。燃料極集電体151は,例えば,厚さ2mmの短冊状であり,Niで形成される。燃料極集電体151が,例えば,12本,等間隔(例えば,1.5mm間隔)で燃料電池セル本体120上に配置される。
なお,燃料極集電体151は,接着剤等によって燃料電池セル本体120に貼り付けられる(仮貼り付け)。
(3)インターコネクタ112上への燃料極集電体151の載置(ステップS33,図9B)
インターコネクタ112上に,燃料極集電体151を載置する。ここで,燃料極集電体151が厚いのでインターコネクタ112と燃料極集電体151のみ接触し,フレーム130とインターコネクタ112(スペーサ142)は接触しない。
(4)プレスによる圧力印加(燃料極集電体151の変形)(ステップS34,図9C)
フレーム130付き燃料電池セル本体120上に厚板170を載置し,ハンドプレス等で圧力をかけると(予備プレス),燃料極集電体151が燃料電池セル本体120に潰され,変形する。フレーム130およびスペーサ142が接触するまで(フレーム130およびスペーサ142の厚みに至るまで),燃料極集電体151が潰される。
ステップS35,S36はそれぞれ,第1の実施形態でのステップS15,SS16と実質的な相違は無いので,詳細な説明を省略する。
(比較例1)
比較例1を説明する。比較例1では,第1の実施形態でのステップS13,S14(予備加圧)を省略し,複数の燃料電池セル本体120,燃料極集電体151を積層・加圧し,固定する(図10参照)。この場合,燃料極集電体151は,燃料電池セル本体120の表面形状に沿った形状に変形される。しかし,複数の燃料電池セル本体120に印加される圧力が均一でなく,特定の段の燃料電池セル本体120に過大な圧力が印加され,割れる可能性がある。
これに対して,第1〜第3の実施形態では,予備加圧によって,燃料極集電体151を個別に変形しておくことから,複数の燃料電池セル本体120,燃料極集電体151を積層・加圧時に,複数の燃料電池セル本体120に印加される圧力が均一となり,燃料電池セル本体120の割れが防止される。
(比較例2)
比較例2を説明する。比較例2では,第1の実施形態でのステップS13,S14(予備加圧)において,厚板191,192,スペーサ193を用いて,燃料極集電体151をプレスし,変形させる(図11A参照)。そして,変形された燃料極集電体151を用いて,複数の燃料電池セル本体120,燃料極集電体151を積層・加圧・固定する。この場合,燃料極集電体151を予め変形しておくことから,特定の段の燃料電池セル本体120に過大な圧力が印加される可能性が低減する。
しかしながら,燃料極集電体151が燃料電池セル本体120の表面形状に沿った形状に変形されない部分が生じる。このため,燃料極集電体151と燃料電池セル本体120間の接触抵抗が増大し,発電出力の低下を招く可能性がある。
これに対して,第1〜第3の実施形態では,予備加圧によって,燃料極集電体151を燃料電池セル本体120に沿った形状に変形しておくことから,複数の燃料電池セル本体120,燃料極集電体151の固定時に,燃料極集電体151と燃料電池セル本体120間の接触抵抗が低減される。
(反り量W,うねり量Cの測定)
既述のように,燃料電池セル本体120の表面には反りやうねりが存在する。これら反り量W,うねり量Cは,燃料電池セル本体120の表面プロファイルから求められる。
(1)燃料電池セル本体120のうねり曲線Pの測定
燃料電池セル本体120表面の複数箇所(例えば,5箇所)でうねり計測を行う。
具体的には,触針式表面粗さ計を用い,JIS−’94年規格に従って,以下の測定条件で,燃料電池セル本体120の表面粗さを測定する。
・測定種別:ろ波中心線うねり測定
・カットオフ波長:0.5mm以下はカット
・触針の測定速度:0.6mm/s
・測定長さ:4cm
この測定条件によって,燃料電池セル本体120の表面プロファイルを表す,うねり曲線Pが得られる。図12にうねり曲線Pの一例を示す。なお,図12に示すうねり曲線Pは,実測データに後述の両端補正処理を施したものである。
(2)うねり曲線Pからの短波長成分の除外
うねり曲線Pから波長が1mmより短い波(短波長成分S1)を除外する。図12に示すように,うねり曲線Pには,パルス的な短波長成分S1が存在する。この短波長成分S1を捨象し,長波長成分S0を抽出する(図13参照)。
(3)うねり曲線Pからの傾きの除去(両端補正処理)
うねり曲線Pが傾きを有する場合がある。このため,うねり曲線Pから傾きを除去する。例えば,図14に示すように,うねり曲線Pの両端(燃料電池セル本体120の外縁近傍)において,うねり曲線Pの高さ(レベル)が一致しない。
通常,針式表面粗さ計の参照面(測定ステージ)に対して,燃料電池セル本体120の外縁を対応させるように,燃料電池セル本体120を設置する。測定されるうねり曲線Pは,この参照面を基準として,表される。この結果,測定されたうねり曲線Pの両端(外縁)の高さ(レベル)がある程度,一致する(レベリング)。但し,このレベリングは必ずしも十分なものでなく,図14に示すように,測定されたうねり曲線Pが傾きを有する場合がある。
このため,測定されたうねり曲線Pのデータを処理することで,うねり曲線Pの両端近傍のレベル(高さ)を一致させる(両端補正処理)。図15に,両端近傍のレベルを一致させたうねり曲線Pを示す。うねり曲線Pの両端近傍のレベルを基準レベルL0とする。この基準レベルL0は,うねり曲線Pの上限または下限に設定される。即ち,うねり曲線Pは,基準レベルL0の上側または下側の一方にのみ存在する。
(4)うねり曲線Pからの反り量Wの導出
うねり曲線Pから反り量W,うねり量Cを導出する。基準レベルL0とのレベル差が最大のうねり曲線Pのポイントを求め,このポイントのレベルを最大レベルL1とする。反り量Wは,基準レベルL0と最大レベルL1の高さの差(燃料電池セル本体120の表面での最大高低差)を意味する。
(5)うねり曲線Pからのうねり量Cの導出
うねり量Cは,うねり曲線P中の隣接する山Mと谷V間の最大高さで定義できる。但し,山Mと谷V間の距離が0.5mmより小さい(波長が1mmより小さい)場合は除外される。
ここで,図16に示すように,うねり量Cは,基準線L3に垂直な方向での距離とする。この基準線L3は,うねり量Cの方向の基準であり,例えば,うねり曲線Pとの距離の二乗平均が最小となる二次曲線(y=a・x+b・x+c)で定義できる。うねり量Cの測定方向を図16の紙面上下方向とすると,うねり曲線Pが反りの成分を有している関係で,うねり量Cが本来の値よりも大きくなる。このため,曲線状の基準線L3を用いて,うねり量Cから反りの影響を除外している。
以上のようにして,反り量W,うねり量Cが導出される。既述のように,複数箇所で測定することから,複数のうねり曲線Pが,言い換えれば,複数組の反り量W,うねり量Cが得られる。この場合,「燃料電池セル本体120が,0.1mm以上,2.0mm以下の反り量W,5μm以上,50μm以下のうねり量Cを有する」ことは,複数箇所での測定に基づき得られた,複数組の反り量W,うねり量Cの少なくとも何れかが,この範囲内であることを意味するものとする。
上記実施形態に係る燃料電池スタックの製造方法では,燃料電池セル本体によって,集電体を予備変形する。この結果,例えば,0.1mm以上,2.0mm以下の反り量W,5μm以上,50μm以下のうねり量Cを有する燃料電池セル本体を用いた場合でも,燃料電池セル本体と集電体間の接触抵抗の低減,および燃料電池セル本体の割れの防止を図り,高性能な燃料電池を製造可能となる。
(その他の実施形態)
本発明の実施形態は上記の実施形態に限られず拡張,変更可能であり,拡張,変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
例えば,空気極集電体152を多孔質とし,予備プレス時に,燃料極集電体151と供に,潰れ変形させても良い。
1 固体酸化物形燃料電池
61-69 固定部材
61a-69a ナット
61b-69b ボルト
71-77 貫通孔
10 燃料電池スタック
100 燃料電池セル
111,112 インターコネクタ
113 燃料ガス流路
114 空気流路
120 燃料電池セル本体
121 燃料極
122 固体電解質層
123 反応防止層
124 空気極
130 フレーム
131 燃料極フレーム
132 セパレータ
133 空気極フレーム
142 スペーサ
151 燃料極集電体
152 空気極集電体
170,180 厚板

Claims (5)

  1. 多孔質集電体が配置される第1の主面を有する板状のインターコネクタと,第2の主面を有する板状の燃料電池セル本体と,を1組として,前記第1,第2の主面を互いに対向させて,加圧することで,前記燃料電池セル本体の表面形状に対応するように,前記多孔質集電体の,前記第2の主面と接触する面を変形させる変形工程と,
    前記変形工程後のインターコネクタおよび燃料電池セル本体の複数組を積層して,加圧する加圧工程と,
    前記加圧工程で加圧されているインターコネクタと燃料電池セル本体の複数組を固定する固定工程と,
    を具備する燃料電池スタックの製造方法。
  2. 第1の主面を有する板状のインターコネクタと,多孔質集電体が配置される第2の主面を有する,板状の燃料電池セル本体と,を1組として,前記第1,第2の主面を互いに対向させて,加圧することで,前記燃料電池セル本体の表面形状に対応するように,前記多孔質集電体の,前記第2の主面と接触する面を変形させる変形工程と,
    前記変形工程後のインターコネクタおよび燃料電池セル本体の複数組を積層して,加圧する加圧工程と,
    前記加圧工程で加圧されているインターコネクタと燃料電池セル本体の複数組を固定する固定工程と,
    を具備する燃料電池スタックの製造方法。
  3. 前記燃料電池セル本体は,該燃料電池セル本体の面方向における外縁側にフレームが取り付けられており,
    前記フレームが,前記対向する第1,第2の主面間の空間に接続される貫通孔を有し,
    前記変形工程が,前記貫通孔を通じて,前記空間内を減圧することで,前記インターコネクタと燃料電池セル本体の組を大気により加圧する工程を含む,
    請求項1または2に記載の燃料電池スタックの製造方法。
  4. 無加圧時において,前記燃料電池セル本体が0.1mm以上,2.0mm以下の反り量を有し,
    前記反り量が,前記燃料電池セル本体の表面での最大高低差で定義される
    請求項1乃至3のいずれか1項に記載の燃料電池スタックの製造方法。
  5. 無加圧時において,前記燃料電池セル本体が5μm以上,50μm以下のうねり量を有し,
    前記うねり量が,前記燃料電池セル本体の表面での,波長が1mm以上の波での,山部とこの山部に隣接する谷部の高さの差で定義される
    請求項4に記載の燃料電池スタックの製造方法。
JP2010164240A 2010-07-21 2010-07-21 燃料電池スタックの製造方法 Expired - Fee Related JP5474691B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010164240A JP5474691B2 (ja) 2010-07-21 2010-07-21 燃料電池スタックの製造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010164240A JP5474691B2 (ja) 2010-07-21 2010-07-21 燃料電池スタックの製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2012028092A JP2012028092A (ja) 2012-02-09
JP5474691B2 true JP5474691B2 (ja) 2014-04-16

Family

ID=45780804

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010164240A Expired - Fee Related JP5474691B2 (ja) 2010-07-21 2010-07-21 燃料電池スタックの製造方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5474691B2 (ja)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5667100B2 (ja) * 2012-02-14 2015-02-12 日本電信電話株式会社 固体酸化物形燃料電池の製造方法
JP6294826B2 (ja) * 2013-02-07 2018-03-14 日本特殊陶業株式会社 燃料電池およびその製造方法
JP6317222B2 (ja) 2014-09-22 2018-04-25 日本特殊陶業株式会社 固体酸化物形燃料電池スタック
JP6519352B2 (ja) * 2014-12-04 2019-05-29 株式会社村田製作所 燃料電池ユニット
JP6734710B2 (ja) * 2016-06-24 2020-08-05 森村Sofcテクノロジー株式会社 電気化学反応セルスタック
JP6773526B2 (ja) * 2016-11-14 2020-10-21 森村Sofcテクノロジー株式会社 インターコネクタ−電気化学反応単セル複合体および電気化学反応セルスタック
JP7096643B2 (ja) * 2017-03-31 2022-07-06 森村Sofcテクノロジー株式会社 電気化学反応単位および電気化学反応セルスタック

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2003026052A1 (ja) * 2001-09-18 2005-01-06 株式会社フルヤ金属 燃料電池用バイポーラ板及びその製造方法
JP4635462B2 (ja) * 2004-03-26 2011-02-23 トヨタ自動車株式会社 多孔質のセパレータを備える燃料電池
JP2006260994A (ja) * 2005-03-17 2006-09-28 Toyota Motor Corp 燃料電池
JP2008117737A (ja) * 2006-11-08 2008-05-22 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 平板型固体酸化物形燃料電池
JP5194524B2 (ja) * 2007-04-02 2013-05-08 日産自動車株式会社 燃料電池、燃料電池の製造方法および製造装置
JP5057142B2 (ja) * 2007-08-15 2012-10-24 日産自動車株式会社 セラミックス部材と金属部材との接合方法及び燃料電池スタック構造体の製造方法並びに燃料電池スタック構造体
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
JP2010015977A (ja) * 2008-06-03 2010-01-21 Honda Motor Co Ltd 燃料電池及びその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2012028092A (ja) 2012-02-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5474691B2 (ja) 燃料電池スタックの製造方法
JP5819099B2 (ja) 固体酸化物形燃料電池
JP2008538449A5 (ja)
KR20080033153A (ko) 자가-지지형 세라믹 멤브레인 및 전기화학 전지 및 이것을포함하는 전기화학 전지 적층체
JP6678042B2 (ja) 固体酸化物形燃料電池単セル及び固体酸化物形燃料電池スタック
JP5756591B2 (ja) 燃料電池
US9640804B2 (en) Fuel cell, and fuel cell stack
EP3051617A1 (en) Solid oxide fuel cell stack and method for manufacturing same
JP5377599B2 (ja) 燃料電池セルならびにそれを用いたセルスタック装置、燃料電池モジュールおよび燃料電池装置
WO2015025642A1 (ja) 電気化学素子用セラミック基体及びその製造方法並びに燃料電池及び燃料電池スタック
JP2011113830A (ja) 燃料電池セルならびにそれを用いたセルスタック装置、燃料電池モジュールおよび燃料電池装置
JP6560621B2 (ja) 電気化学反応単セル、インターコネクタ−電気化学反応単セル複合体、および、電気化学反応セルスタック
JP5313518B2 (ja) 固体電解質形燃料電池
CN111244520A (zh) 燃料电池堆及其制造方法
JP3963122B2 (ja) 固体酸化物型燃料電池用セル板及びその製造方法
JP2009009738A (ja) 固体電解質形燃料電池及びその製造方法
JP7147631B2 (ja) 固体酸化物形燃料電池セルスタックおよびその製造方法
JP6162572B2 (ja) 固体酸化物形燃料電池単セルの製造方法及び固体酸化物形燃料電池スタックの製造方法
JP5326330B2 (ja) 固体電解質形燃料電池とその製造方法
WO2022196055A1 (ja) 固体酸化物型燃料電池およびその製造方法
JP2017073246A (ja) 電気化学反応単セルおよび電気化学反応セルスタック
KR101731964B1 (ko) 고체 산화물 연료 전지 및 그 제조 방법
JP2015032427A (ja) 固体酸化物形燃料電池、及び固体酸化物形燃料電池の製造方法
JP2015056362A (ja) 燃料電池単セル

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20130328

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20130920

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20131001

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20131128

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20140114

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20140205

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5474691

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees