JP6273233B2 - 電気化学反応セルスタックの製造方法 - Google Patents
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Description
A−1.構成:
(燃料電池スタック100の構成)
図1は、本実施形態における燃料電池スタック100の外観構成を示す斜視図であり、図2は、図1のII−IIの位置における燃料電池スタック100のXZ断面構成を示す説明図であり、図3は、図1のIII−IIIの位置における燃料電池スタック100のYZ断面構成を示す説明図である。各図には、方向を特定するための互いに直交するXYZ軸が示されている。本明細書では、便宜的に、Z軸正方向を上方向と呼び、Z軸負方向を下方向と呼ぶものとするが、燃料電池スタック100は実際にはそのような向きとは異なる向きで設置されてもよい。図4以降についても同様である。
第1および第2のエンドプレート104,106は、略矩形の平板形状の導電性部材であり、例えばステンレスにより形成されている。第2のエンドプレート106は、特許請求の範囲における平板状の部材に相当する。第1のエンドプレート104は、配列方向に略直交する方向(例えばX軸負方向)に突出する第1の突出部14を備える。第1のエンドプレート104の第1の突出部14は、燃料電池スタック100のプラス側の出力端子として機能する。なお、本実施形態において、第1および第2のエンドプレート104,106には、貫通孔108が形成されており、これらの貫通孔108は、特許請求の範囲におけるガス流路に相当する。
集電板18は、略矩形の平板形状の導電性部材であり、例えばステンレスにより形成されている。集電板18は、特許請求の範囲における集電部材に相当する。集電板18は、配列方向に略直交する方向(例えばX軸正方向)に突出する第2の突出部16を備える。集電板18の突出部16は、燃料電池スタック100のマイナス側の出力端子として機能する。
図4は、図2に示す断面と同一の位置における互いに隣接する2つの発電単位102のXZ断面構成を示す説明図であり、図5は、図3に示す断面と同一の位置における互いに隣接する2つの発電単位102のYZ断面構成を示す説明図である。
図2および図4に示すように、酸化剤ガス導入マニホールド161の位置に設けられたガス通路部材27の分岐部29に接続されたガス配管(図示せず)を介して酸化剤ガスOGが供給されると、酸化剤ガスOGは、ガス通路部材27の分岐部29および本体部28の孔を介して酸化剤ガス導入マニホールド161に供給され、酸化剤ガス導入マニホールド161から各発電単位102の酸化剤ガス供給連通孔132を介して、空気室166に供給される。また、図3および図5に示すように、燃料ガス導入マニホールド171の位置に設けられたガス通路部材27の分岐部29に接続されたガス配管(図示せず)を介して燃料ガスFGが供給されると、燃料ガスFGは、ガス通路部材27の分岐部29および本体部28の孔を介して燃料ガス導入マニホールド171に供給され、燃料ガス導入マニホールド171から各発電単位102の燃料ガス供給連通孔142を介して、燃料室176に供給される。
図6は、上述した構成の燃料電池スタック100の製造方法を示すフローチャートである。まず、上述した第1のガラスシール材52と第2のガラスシール材54と第3のガラスシール材56とが形成されるべき位置に、各ガラスシール材52,54,56の結晶化前のガラス材料が配置される(S110)。各ガラスシール材52,54,56が形成されるべき位置とは、燃料電池スタック100において各ガラスシール材52,54,56を挟んで隣り合う2つの導電性部材の間の空間である。具体的には、第1のガラスシール材52が形成されるべき位置とは、ナット24と第1のエンドプレート104または第2のエンドプレート106との間の空間や、ガス通路部材27とナット24または第2のエンドプレート106との間の空間である。また、第2のガラスシール材54が形成されるべき位置とは、第2のエンドプレート106と集電板18との間の空間である。また、第3のガラスシール材56が形成されるべき位置とは、各発電単位102において空気極側フレーム130を挟んで隣り合うセパレータ120とインターコネクタ150との間の空間である。これらの空間は、特許請求の範囲における第1の空間に相当する。また、S110の工程は、特許請求の範囲における第1の工程に相当する。以下の説明では、各ガラスシール材52,54,56を挟んで隣り合う2つの導電性部材を、「シール対象対」という。
上述したように、本実施形態の燃料電池スタック100の製造方法では、配列方向に互いに隣り合う少なくとも1対の導電性部材(シール対象対)の間の空間にガラス材料が配置され、各部材の組み立てに伴いシール対象対に形成された各貫通孔108にボルト22が挿通され、ガラス材料に対して配列方向の一方側に位置する第1の導電性部材とガラス材料に対して配列方向の他方側に位置する第2の導電性部材との間(短絡対象対の間)がガラス材料を介さずに短絡された状態で、ガラス材料の軟化点以上の温度でガラス材料が加熱されることにより、ガラス材料が結晶化して各ガラスシール材52,54,56が形成される。そのため、ガラス材料を加熱して結晶化させる際に、シール対象対の間の電位差を低減することができ、当該電位差によってガラス材料の内部で酸素イオンの移動が発生してガラス材料が発泡することを抑制することができる。これにより、各ガラスシール材52,54,56の内部に気泡が形成されることを抑制することができ、各ガラスシール材52,54,56のガスシール性が低下することを抑制することができる。
上述したように、本実施形態の燃料電池スタック100の製造方法によれば、各ガラスシール材52,54,56の内部に気泡が形成されることを抑制することができる。各ガラスシール材52,54,56の内部に気泡が少ないことは、以下に説明するように、試験片に対する引張試験を行った際の各部材の表面粗さRku(JIS B 601:2013に規定される表面の鋭さ(尖度)を表す指標値)によって表される。
本明細書で開示される技術は、上述の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態に変形することができ、例えば次のような変形も可能である。
(1)1対の導電性部材の内、一方が、空気室166に面する部材(インターコネクタ150等)である場合、他方は、上記空気室166と同じ単セル110の燃料室176に面する部材(セパレータ120等)、または、燃料電池スタック100の外部に面する部材(第1のエンドプレート104やナット24等)
(2)1対の導電性部材の内、一方が、燃料室176に面する部材(集電板18等)である場合、他方は、燃料電池スタック100の外部に面する部材(第2のエンドプレート106等)
Claims (5)
- 固体酸化物を含む電解質層と前記電解質層を挟んで第1の方向に互いに対向する空気極および燃料極とを含み、前記第1の方向に並べて配置された複数の単セルと、
前記第1の方向に並べて配置され、前記第1の方向に延びるガス流路を構成するとともに導電性を有する複数の導電性部材と、
前記複数の導電性部材の内、前記第1の方向において互いに隣り合う少なくとも1対の前記導電性部材の間の第1の空間に配置され、前記少なくとも1対の前記導電性部材に接するガラスシール材と、を備える電気化学反応セルスタックの製造方法において、
前記第1の空間に前記ガラスシール材の結晶化前のガラス材料を配置する第1の工程と、
前記ガラス材料に対して前記第1の方向の一方側に位置する第1の導電性部材と、前記ガラス材料に対して前記第1の方向の他方側に位置する第2の導電性部材とを、前記ガラス材料を介さずに短絡させた状態で、前記ガラス材料の軟化点以上の温度で前記ガラス材料を加熱して前記ガラス材料を結晶化させることによって前記ガラスシール材を形成する第2の工程と、を含むことを特徴とする、電気化学反応セルスタックの製造方法。 - 請求項1に記載の電気化学反応セルスタックの製造方法において、
前記少なくとも1対の前記導電性部材は、
前記複数の単セルの前記第1の方向の一端側に配置され、前記空気極または前記燃料極に電気的に接続された集電部材と、
前記集電部材に対して前記複数の単セルとは反対側に配置された平板状の部材と、であり、
前記第2の工程において前記集電部材と前記平板状の部材とを短絡させることを特徴とする、電気化学反応セルスタックの製造方法。 - 請求項1または請求項2に記載の電気化学反応セルスタックの製造方法において、
前記少なくとも1対の前記導電性部材は、
前記空気極が面する空気室と前記燃料極が面する燃料室とを仕切るセパレータと、
前記空気室および前記燃料室の一方に面し、前記第1の方向において前記セパレータと隣り合う第1のインターコネクタと、であり、
前記セパレータと、前記空気室および前記燃料室の他方に面する第2のインターコネクタとは、金属により形成された部材を介して電気的に接続されており、
前記第2の工程において前記第1のインターコネクタと前記第2のインターコネクタとを短絡させることにより前記セパレータと前記第1のインターコネクタとの間の電位差を低減させることを特徴とする、電気化学反応セルスタックの製造方法。 - 請求項1に記載の電気化学反応セルスタックの製造方法において、
前記第1の空間は、2つ以上であり、
前記第1の工程において、少なくとも2つの前記第1の空間に前記ガラス材料を配置し、
前記第1の導電性部材は、前記少なくとも2つの前記第1の空間のそれぞれに配置された複数の前記ガラス材料に対して前記第1の方向の前記一方側に位置する導電性部材であり、前記第2の導電性部材は、前記複数のガラス材料に対して前記第1の方向の前記他方側に位置する導電性部材であり、
前記第2の工程において、前記第1の導電性部材と前記第2の導電性部材とを短絡させた状態で、前記複数のガラス材料のそれぞれを加熱することを特徴とする、電気化学反応セルスタックの製造方法。 - 請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載の電気化学反応セルスタックの製造方法において、
前記電気化学反応セルスタックは、発電を行う燃料電池スタックであることを特徴とする、電気化学反応セルスタックの製造方法。
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