JP6335267B2 - Fuel cell stack - Google Patents
Fuel cell stack Download PDFInfo
- Publication number
- JP6335267B2 JP6335267B2 JP2016256282A JP2016256282A JP6335267B2 JP 6335267 B2 JP6335267 B2 JP 6335267B2 JP 2016256282 A JP2016256282 A JP 2016256282A JP 2016256282 A JP2016256282 A JP 2016256282A JP 6335267 B2 JP6335267 B2 JP 6335267B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel cell
- bonding material
- fuel
- current collecting
- collecting member
- 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.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Description
本発明は、燃料電池スタックに関するものである。 The present invention relates to a fuel cell stack.
燃料電池スタックは、マニホールドと、マニホールドから延びる複数の燃料電池セルとを備えている(特許文献1)。詳細には、マニホールドは複数の挿入孔を有しており、この挿入孔に各燃料電池セルが挿入されている。また、各燃料電池セルは、集電部材を介して互いに電気的に接続されている。この集電部材は、接合材を介して各燃料電池セルに接合されている。なお、この集電部材と接合材とを合わせて集電接合部と称する。 The fuel cell stack includes a manifold and a plurality of fuel cells extending from the manifold (Patent Document 1). Specifically, the manifold has a plurality of insertion holes, and each fuel cell is inserted into the insertion hole. Each fuel cell is electrically connected to each other through a current collecting member. The current collecting member is joined to each fuel cell through a joining material. The current collecting member and the bonding material are collectively referred to as a current collecting joint.
しかしながら、燃料電池スタックによって出力性能がばらつき、長期信頼性に問題があった。この原因を本発明者らが鋭意検討した結果、セルとセルとの間の電気接続を行う集電接合部の信頼性が低いという問題があった。本願は集電接合部の信頼性を向上させる燃料電池スタックを提供する。 However, the output performance varies depending on the fuel cell stack, and there is a problem in long-term reliability. As a result of intensive studies by the present inventors on this cause, there has been a problem that the reliability of the current collecting junction for performing electrical connection between cells is low. The present application provides a fuel cell stack that improves the reliability of current collecting junctions.
本発明の第1側面に係る燃料電池スタックは、一対の燃料電池セルと、集電部材と、一対の接合材とを備えている。一対の燃料電池セルは、対向している。集電部材は、各燃料電池セル間に配置されている。集電部材は、各燃料電池セルを互いに電気的に接続する。各接合材は、導電性であり、集電部材と各燃料電池セルとを接合する。一対の接合材は、第1接合材と、第1接合材よりも厚い第2接合材とを有している。 The fuel cell stack according to the first aspect of the present invention includes a pair of fuel cells, a current collecting member, and a pair of bonding materials. The pair of fuel cells face each other. The current collecting member is disposed between the fuel cells. The current collecting member electrically connects the fuel cells. Each joining material is electroconductive, and joins a current collection member and each fuel cell. The pair of bonding materials includes a first bonding material and a second bonding material that is thicker than the first bonding material.
この構成によれば、集電接合部の信頼性を向上させることができる。詳細には、従来の燃料電池スタックにおいて、第1接合材の厚さと第2接合材の厚さとは概ね同じであった。しかしながら、このような構成では、集電接合部の信頼性が低下するおそれがあることを発明者は見出した。すなわち、燃料電池セルは、焼成処理などによって高温に曝されると反りが発生することがある。この燃料電池セルの反りによって、集電部材と一方の燃料
電池セルとの間の距離が拡大し、集電部材と他方の燃料電池セルとの距離が縮小したりする。このため、従来の燃料電池スタックのように、第1接合材の厚さと第2接合材の厚さとが同じであると、各接合材が集電部材と燃料電池セルとを十分に接合できないおそれがある。
According to this configuration, the reliability of the current collecting joint can be improved. Specifically, in the conventional fuel cell stack, the thickness of the first bonding material and the thickness of the second bonding material are substantially the same. However, the inventor has found that such a configuration may reduce the reliability of the current collecting joint. That is, the fuel cell may be warped when exposed to a high temperature by a firing process or the like. Due to the warpage of the fuel cell, the distance between the current collecting member and one fuel cell increases, and the distance between the current collecting member and the other fuel cell decreases. For this reason, when the thickness of the 1st joining material and the thickness of the 2nd joining material are the same like the conventional fuel cell stack, there is a possibility that each joining material cannot fully join a current collection member and a fuel cell. There is.
これに対して、本発明に係る燃料電池スタックは、第1接合材の厚さと第2接合材の厚さとが異なっている。具体的には第2接合材は第1接合材よりも厚い。このため、燃料電池セルが反ることによって集電部材と燃料電池セルとの距離が拡大しても、その集電部材と燃料電池セルとを第2接合材によって接合することによって、集電部材と燃料電池セルとを十分に接合させることができる。この結果、集電接合部の信頼性を向上させることができる。 On the other hand, in the fuel cell stack according to the present invention, the thickness of the first bonding material is different from the thickness of the second bonding material. Specifically, the second bonding material is thicker than the first bonding material. For this reason, even if the distance between the current collecting member and the fuel cell increases due to warpage of the fuel cell, the current collecting member is joined by joining the current collecting member and the fuel cell with the second bonding material. And the fuel battery cell can be sufficiently joined. As a result, the reliability of the current collecting joint can be improved.
本発明の第2側面に係る燃料電池スタックは、燃料電池セルと、セパレータと、集電部材と、一対の接合材とを備えている。セパレータは、燃料電池セルと対向するように配置される。集電部材は、燃料電池セルとセパレータとの間に配置される。また、集電部材は、燃料電池セルとセパレータとを電気的に接続する。一対の接合材のうち、一方の接合材は、集電部材と燃料電池セルとを接続する。他方の接合材は、集電部材とセパレータとを接続する。一対の接合材は、第1接合材と、第1接合材よりも厚い第2接合材とを有している。 The fuel cell stack according to the second aspect of the present invention includes a fuel cell, a separator, a current collecting member, and a pair of joining materials. The separator is disposed so as to face the fuel battery cell. The current collecting member is disposed between the fuel battery cell and the separator. The current collecting member electrically connects the fuel battery cell and the separator. Of the pair of bonding materials, one bonding material connects the current collecting member and the fuel cell. The other bonding material connects the current collecting member and the separator. The pair of bonding materials includes a first bonding material and a second bonding material that is thicker than the first bonding material.
好ましくは、第1及び第2接合材は、導電性セラミックス(ペロブスカイト型、スピネル型等)によって形成される。 Preferably, the first and second bonding materials are formed of conductive ceramics (perovskite type, spinel type, etc.).
好ましくは、集電部材は、ブロック状である。 Preferably, the current collecting member has a block shape.
好ましくは、集電部材は、酸化物セラミックスの焼成体で構成される。 Preferably, the current collecting member is formed of a fired body of oxide ceramics.
好ましくは、燃料電池スタックは、各燃料電池セルにガスを供給するマニホールドをさらに備える。各燃料電池セルは、マニホールドの天板から上方に延びる。 Preferably, the fuel cell stack further includes a manifold that supplies gas to each fuel cell. Each fuel cell extends upward from the top plate of the manifold.
本発明によれば、集電接合部の信頼性を向上させることができる。 According to the present invention, the reliability of the current collecting joint can be improved.
以下、本発明に係る燃料電池スタックの実施形態について図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, an embodiment of a fuel cell stack according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[燃料電池スタック]
図1及び図2に示すように、燃料電池スタック100は、マニホールド200と、複数の燃料電池セル301と、複数の集電部材302と、を備えている。なお、燃料電池セル301は、固体酸化物形燃料電池として構成されている。
[Fuel cell stack]
As shown in FIGS. 1 and 2, the
[マニホールド]
図3に示すように、マニホールド200は、燃料ガスを各燃料電池セル301に供給するように構成されている。マニホールド200は、中空状であり、内部空間を有している。マニホールド200の内部空間には、導入管201を介して燃料ガスが供給される。マ
ニホールド200は、燃料電池セル301の厚さ方向(z軸方向)に沿って並ぶ複数の貫通孔202を有している。なお、本実施形態において、マニホールド200の長手方向は燃料電池セル301の厚さ方向に沿って延びている。各貫通孔202は、マニホールド200の天板203に形成されている。各貫通孔202は、マニホールド200の内部空間と外部とを連通する。
[Manifold]
As shown in FIG. 3, the
[燃料電池セル]
図2に示すように、各燃料電池セル301は、マニホールド200から延びている。詳細には、各燃料電池セル301は、マニホールド200の天板203から上方(x軸方向)に延びている。すなわち、各燃料電池セル301の長手方向は、上方に延びている。各燃料電池セル301は、その厚さ方向(z軸方向)において、互いに間隔をあけて配置されている。すなわち、各燃料電池セル301は、その厚さ方向において、対向するように配置されている。
[Fuel battery cell]
As shown in FIG. 2, each
図4に示すように、燃料電池セル301は、複数の発電素子部10と、支持基板20とを備えている。各発電素子部10は、支持基板20の両面に支持されている。なお、各発電素子部10は、支持基板20の片面のみに支持されていてもよい。各発電素子部10は、燃料電池セル301の長手方向において、互いに間隔をあけて配置されている。すなわち、本実施形態に係る燃料電池セル301は、いわゆる横縞型の燃料電池セルである。各発電素子部10は、電気的接続部30(図5参照)によって互いに電気的に接続されている。
As shown in FIG. 4, the
支持基板20は、支持基板20の長手方向に延びる複数のガス流路21を内部に有している。各ガス流路21は、互いに実質的に平行に延びている。図5に示すように、支持基板20は、複数の第1凹部22を有している。各第1凹部22は、支持基板20の両面に形成されている。各第1凹部22は支持基板20の長手方向において互いに間隔をあけて配置されている。なお、各第1凹部22は、支持基板20の幅方向(y軸方向)の両端部には形成されていない。
The
支持基板20は、電子伝導性を有さない多孔質の材料によって構成される。支持基板20は、例えば、CSZ(カルシア安定化ジルコニア)から構成され得る。或いは、支持基板20は、NiO(酸化ニッケル)とYSZ(8YSZ)(イットリア安定化ジルコニア)とから構成されてもよいし、NiO(酸化ニッケル)とY2O3(イットリア)とから構成されてもよいし、MgO(酸化マグネシウム)とMgAl2O4(マグネシアアルミナスピネル)とから構成されてもよい。支持基板20の気孔率は、例えば、20〜60%程度である。
The
各発電素子部10は、燃料極4、電解質5、及び空気極6を有している。また、各発電素子部10は、反応防止膜7をさらに有している。燃料極4は、電子伝導性を有する多孔質の材料からなる焼成体である。燃料極4は、燃料極集電部41と燃料極活性部42とを有する。
Each power
燃料極集電部41は、第1凹部22内に配置されている。詳細には、燃料極集電部41は、第1凹部22内に充填されており、第1凹部22と同様の外形を有する。各燃料極集電部41は、第2凹部41a及び第3凹部41bを有している。燃料極活性部42は、第2凹部41a内に配置されている。詳細には、燃料極活性部42は、第2凹部41a内に充填されている。
The fuel electrode
燃料極集電部41は、例えば、NiO(酸化ニッケル)とYSZ(8YSZ)(イットリア安定化ジルコニア)とから構成され得る。或いは、燃料極集電部41は、NiO(酸化ニッケル)とY2O3(イットリア)とから構成されてもよいし、NiO(酸化ニッケル)とCSZ(カルシア安定化ジルコニア)とから構成されてもよい。燃料極集電部41の厚さ、並びに第1凹部22の深さは、50〜500μm程度である。
The fuel electrode
燃料極活性部42は、例えば、NiO(酸化ニッケル)とYSZ(8YSZ)(イットリア安定化ジルコニア)とから構成され得る。或いは、燃料極活性部42は、NiO(酸化ニッケル)とGDC(ガドリニウムドープセリア)とから構成されてもよい。燃料極活性部42の厚さは、5〜30μmである。
The fuel electrode
電解質5は、燃料極4上を覆うように配置されている。詳細には、電解質5は、あるインターコネクタ31から他のインターコネクタ31まで長手方向に延びている。すなわち、燃料電池セル301の長手方向において、電解質5とインターコネクタ31とが交互に配置されている。
The
電解質5は、イオン伝導性を有し且つ電子伝導性を有さない緻密な材料からなる焼成体である。電解質5は、例えば、YSZ(8YSZ)(イットリア安定化ジルコニア)から構成され得る。或いは、電解質5は、LSGM(ランタンガレート)から構成されてもよい。電解質5の厚さは、例えば、3〜50μm程度である。
The
反応防止膜7は、緻密な材料からなる焼成体であり、平面視において、燃料極活性部42と略同一の形状である。反応防止膜7は、電解質5を介して、燃料極活性部42と対応する位置に配置されている。反応防止膜7は、電解質5内のYSZと空気極6内のSrとが反応して電解質5と空気極6との界面に電気抵抗が大きい反応層が形成される現象の発生を抑制するために設けられている。反応防止膜7は、例えば、GDC=(Ce,Gd)
O2(ガドリニウムドープセリア)から構成され得る。反応防止膜7の厚さは、例えば、3〜50μm程度である。
The
It can be composed of O 2 (gadolinium-doped ceria). The thickness of the
空気極6は、反応防止膜7上に配置されている。空気極6は、電子伝導性を有する多孔質の材料からなる焼成体である。空気極6は、例えば、LSCF=(La,Sr)(Co,Fe)O3(ランタンストロンチウムコバルトフェライト)から構成され得る。或いは、空気極6は、LSF=(La,Sr)FeO3(ランタンストロンチウムフェライト)、LNF=La(Ni,Fe)O3(ランタンニッケルフェライト)、又は、LSC=(La,Sr)CoO3(ランタンストロンチウムコバルタイト)等から構成されてもよい。空気極6は、LSCFからなる第1層(内側層)とLSCからなる第2層(外側層)との2層によって構成されてもよい。空気極6の厚さは、例えば、10〜100μmである。
The
電気的接続部30は、隣り合う発電素子部10を電気的に接続するように構成されている。電気的接続部30は、インターコネクタ31及び空気極集電膜32を有する。インターコネクタ31は、第3凹部41b内に配置されている。詳細には、インターコネクタ31は、第3凹部41b内に埋設(充填)されている。インターコネクタ31は、電子伝導性を有する緻密な材料からなる焼成体である。インターコネクタ31は、例えば、LaCrO3(ランタンクロマイト)から構成され得る。或いは、インターコネクタ31は、(Sr,La)TiO3(ストロンチウムチタネート)から構成されてもよい。インターコ
ネクタ31の厚さは、例えば、10〜100μmである。
The
空気極集電膜32は、隣り合う発電素子部10のインターコネクタ31と空気極6との間を延びるように配置される。例えば、図5の左側に配置された発電素子部10の空気極6と、図5の右側に配置された発電素子部10のインターコネクタ31とを電気的に接続するように、空気極集電膜32が配置されている。空気極集電膜32は、電子伝導性を有する多孔質の材料からなる焼成体である。
The air electrode
空気極集電膜32は、例えば、LSCF=(La,Sr)(Co,Fe)O3(ランタンストロンチウムコバルトフェライト)から構成され得る。或いは、空気極集電膜32は、LSC=(La,Sr)CoO3(ランタンストロンチウムコバルタイト)から構成されてもよい。或いは、空気極集電膜32は、Ag(銀)、Ag−Pd(銀パラジウム合金)から構成されてもよい。空気極集電膜32の厚さは、例えば、50〜500μm程度である。
The air electrode
[集電部材]
図2に示すように、集電部材302は、各燃料電池セル301の間に配置されている。集電部材302は、燃料電池セル301の厚さ方向(z軸方向)において、隣り合う燃料電池セル301を互いに電気的に接続している。集電部材302は、近位端部303側に配置されている。
[Current collecting member]
As shown in FIG. 2, the current collecting
集電部材302は、複数の発電素子部10のうち、最も近位側(マニホールド200側)に位置する発電素子部10Aよりも近位側に配置されている。詳細には、図6に示すように、集電部材302は、最も近位側に位置する発電素子部10Aから延びる空気極集電膜32上に配置されている。なお、「近位」及び「遠位」とは、マニホールド200を基準にした燃料電池セル301の長手方向の位置関係を示す。
The
図7に示すように、集電部材302は、ブロック状であり、例えば、直方体状又は円柱状である。集電部材302の厚さt3は、例えば、0.5〜5mm程度とすることが好ましい。なお、集電部材302の厚さt3とは、厚さ方向(z軸方向)の寸法を言う。
As shown in FIG. 7, the current collecting
集電部材302は、導電性であり、例えば、酸化物セラミックスの焼成体で構成されている。このような酸化物セラミックスとしては、例えば、ペロブスカイト酸化物、又はスピネル酸化物などが挙げられる。ペロブスカイト酸化物としては、例えば、(La,Sr)MnO3、又は(La,Sr)(Co,Fe)O3等が挙げられる。スピネル酸化物としては、例えば、(Mn,Co)3O4、又は(Mn,Fe)3O4等が挙げられる。また、集電部材はSOFC用特殊鋼(Fe−Cr合金)であってもよい。この集電部材302は、例えば、可撓性を有していない。
The
[接合材]
一対の接合材が、一対の燃料電池セル301と集電部材302とを接合している。一対の接合材は、第1接合材101aと第2接合材101bとを有している。なお、一対の接合材のうち、薄い方の接合材を第1接合材101aと称し、厚い方の接合材を第2接合材101bと称する。すなわち、第2接合材101bの厚さ(t2)は、第1接合材101aの厚さ(t1)よりも大きい。
[Bonding material]
A pair of joining materials joins the pair of
第1接合材101aの厚さt1は、0.05〜1mm程度とすることが好ましい。また、第2接合材101bの厚さt2は、0.1〜2mm程度とすることが好ましい。ここで、第1接合材101aの厚さt1、及び第2接合材101bの厚さt2とは、厚さ方向(z軸方向)の寸法を言う。また、各接合材101a、101bの厚さは、集電部材302と燃料電池セル301との間の距離を言う。すなわち、各接合材101a、101bのうち、集電部材302の外周側にはみ出した部分の厚さは考慮しない。
The thickness t1 of the
第1接合材101aの厚さt1に対する、第2接合材101bの厚さt2の割合(t2/t1)は、例えば、1.5〜20程度とすることが好ましい。
The ratio (t2 / t1) of the thickness t2 of the
第1接合材101a及び第2接合材101bは、集電部材302の厚さ方向の各端面の全体と接触している。各接合材101a、101bと集電部材302とのそれぞれの接合面積は、1〜500mm2程度とすることが好ましい。
The
第1接合材101及び第2接合材101bは、導電性であり、酸化物セラミックスの焼成体、貴金属系(Pt、Au、Ag)、卑金属系(Ni、Ni基合金、Niとセラミックスのコンポジット)の材料によって形成される。具体的には、第1接合材101及び第2接合材101bは、例えば、ペロブスカイト酸化物、又はスピネル酸化物などが挙げられる。ペロブスカイト酸化物としては、例えば、(La,Sr)MnO3、又は(La,Sr)(Co,Fe)O3等が挙げられる。スピネル酸化物としては、例えば、(Mn,Co)3O4、又は(Mn,Fe)3O4等よりなる群から選ばれる少なくとも1種によって形成される。
The
図2に示すように、各燃料電池セル301は、マニホールド200に支持されている。詳細には、各燃料電池セル301は、第3接合材102によって、マニホールド200の天板203に固定されている。より詳細には、図8に示すように、各燃料電池セル301は、マニホールド200の貫通孔202に挿入されている。燃料電池セル301は、貫通孔202に挿入された状態で、第3接合材102によってマニホールド200に固定されている。
As shown in FIG. 2, each
第3接合材102は、燃料電池セル301が挿入された状態の貫通孔202内に充填される。すなわち、第3接合材102は、燃料電池セル301の外周面と、貫通孔202を画定する壁面との隙間に充填される。第3接合材102は、例えば、結晶化ガラスである。結晶化ガラスとしては、例えば、SiO2−B2O3系、SiO2−CaO系、又はSiO2−MgO系が採用され得る。なお、本明細書では、結晶化ガラスとは、全体積に対する「結晶相が占める体積」の割合(結晶化度)が60%以上であり、全体積に対する「非晶質相及び不純物が占める体積」の割合が40%未満のガラスを指す。なお、第3接合材102の材料として、非晶質ガラス、ろう材、又はセラミックス等が採用されてもよい。具体的には、第3接合材102は、SiO2−MgO−B2O5−Al2O3系及びSiO2−MgO−Al2O3−ZnO系よりなる群から選ばれる少なくとも一種である。
The
マニホールド200から突出している各燃料電池セル301の長手方向(x軸方向)の長さは、100〜300mm程度とすることができる。また、各燃料電池セル301は、その厚さ方向に間隔をあけて並んでいる。
The length of each
[発電方法]
以上のように構成された燃料電池スタック100は、次のようにして発電する。マニホールド200を介して各燃料電池セル301の燃料ガス流路21内に燃料ガス(水素ガス等)を流すとともに、支持基板20の両面を酸素を含むガス(空気等)に曝すことにより、電解質5の両側面間に生じる酸素分圧差によって起電力が発生する。この燃料電池スタック100を外部の負荷に接続すると、空気極6において下記(1)式に示す電気化学反応が起こり、燃料極4において下記(2)式に示す電気化学反応が起こり、電流が流れる。
(1/2)・O2+2e−→O2− …(1)
H2+O2−→H2O+2e− …(2)
[Power generation method]
The
(1/2) · O 2 + 2e − → O 2− (1)
H 2 + O 2− → H 2 O + 2e − (2)
酸素を含むガスは、例えば、図9に示すように、幅方向に沿って流れるように、集電部材302とマニホールド200との間の空間に供給される。詳細には、燃料電池スタック100は、ガス供給部材400をさらに有している。ガス供給部材400は、各燃料電池セル301の間において、各集電部材302とマニホールド200の天板203との間に空気などのガスを供給するように構成されている。なお、ガス供給部材400から供給されたガスが効率的に上方へ流れるよう、案内板401がガス供給部材400と反対側に設置されていてもよい。案内板401は、平板状であって、燃料電池セル301の長手方向に延びるとともに、燃料電池セル301の厚さ方向に延びている。
For example, as shown in FIG. 9, the gas containing oxygen is supplied to the space between the current collecting
[製造方法]
次に、上述したように構成された燃料電池スタックの製造方法について説明する。
[Production method]
Next, a method for manufacturing the fuel cell stack configured as described above will be described.
まず、マニホールド200と複数の燃料電池セル301とを準備する。そして、図10に示すように、集電部材302、第1接合材101a、及び第2接合材101bによって、各燃料電池セル301を互いに接続し、セル集合体300を作製する。なお、この段階では第1接合材101a及び第2接合材101bは焼成されておらず、各燃料電池セル301は互いに仮止めの状態である。
First, a manifold 200 and a plurality of
次に、図11に示すように、セル集合体300の各燃料電池セル301の下端部をマニホールド200の各貫通孔202に挿入する。なお、各燃料電池セル301が厚さ方向に沿って所定の間隔を保持するための治具を用いてもよい。
Next, as shown in FIG. 11, the lower end portion of each
次に、図2に示すように、燃料電池セル301が挿入された状態の貫通孔202内に第3接合材102を充填する。なお、第3接合材102は、支持板の表面から上方に向けてはみ出す程度まで充填することが好ましい。
Next, as shown in FIG. 2, the
次に、第1接合材101a、第2接合材101b、及び第3接合材102に対して熱処理が加えられる。この熱処理によって、第1接合材101a、第2接合材101b、及び第3接合材102が固化され、燃料電池スタック100が完成する。詳細には、第1接合材101a、及び第2接合材101bは、熱処理を施されることによって焼成される。この結果、各燃料電池セル301と集電部材302とが固定される。また、第3接合材102は、熱処理を施されることによって、非晶質材料の温度が結晶化温度まで到達する。そして、結晶化温度下にて材料の内部で結晶相が生成されて、結晶化が進行していく。この結果、非晶質材料が固化・セラミックス化されて、結晶化ガラスとなる。これにより、結晶化ガラスで構成される第3接合材102が機能を発揮し、各燃料電池セル301の近位端部がマニホールド200に固定される。その後、所定の治具が燃料電池スタック100から取り外される。なお、第1接合材101a及び第2接合材101bの厚さなどの各種寸法は、上記熱処理後の寸法である。
Next, heat treatment is applied to the
[変形例]
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
[Modification]
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to these, A various change is possible unless it deviates from the meaning of this invention.
変形例1
上記実施形態では、一対の燃料電池セル301の間に1つの集電部材302が配置されていたが、燃料電池スタック100の構成はこれに限定されない。例えば、図12に示すように、一対の燃料電池セル301間に複数の集電部材302が配置されていてもよい。各集電部材302は、燃料電池セル301の幅方向(y軸方向)に互いに間隔をあけて配置されている。
Modification 1
In the above embodiment, one
図13に示すように、全ての集電部材302は、一方の燃料電池セル301(図13の左側の燃料電池セル)に寄っている。すなわち、燃料電池セル301の厚さ方向(z軸方向)において、集電部材302の第1側(図13の左側)に配置される接合材は全て第1接合材101aであり、集電部材302の第2側(図13の右側)に配置される接合材は全て第2接合材101bである。なお、第1及び第2接合材101a、101bの配置は特にこれに限定されない。たとえば、図14に示すように、一方の燃料電池セル301に寄る集電部材302と、他方の燃料電池セル301に寄る集電部材302とが混在していてもよい。すなわち、燃料電池セル301の厚さ方向(z軸方向)において、集電部材302の第1側(図14の左側)に配置される第1接合材101aと、集電部材302の第2側(図14の右側)に配置される第1接合材101aとが混在していてもよい。
As shown in FIG. 13, all the current collecting
変形例2
上記実施形態では、各集電部材302は、各燃料電池セル301の近位端部303側において、隣り合う燃料電池セル301同士を接続しているが、接続箇所はこれに限定されない。例えば、図15に示すように、各集電部材302は、各燃料電池セル301の遠位端部304において、隣り合う燃料電池セル301を接続していてもよい。
Modification 2
In the said embodiment, although each
変形例3
上記実施形態では、本発明を筒状平板型の燃料電池スタックに適用しているが、本発明は他のタイプの燃料電池スタックにも適用できる。例えば、図16に示すように、本発明を平板型の燃料電池スタック100に適用することもできる。この場合、集電部材302としてセパレータが採用されていてもよい。すなわち、集電部材としての機能を有するセパレータ302が、各燃料電池セル301の間に配置されている。セパレータ302は、隣り合う燃料電池セル301を互いに電気的に接続している。各燃料電池セル301とセパレータ302とは、第1接合材101a又は第2接合材101bによって接合されている。
Modification 3
In the above embodiment, the present invention is applied to a cylindrical flat plate type fuel cell stack, but the present invention can also be applied to other types of fuel cell stacks. For example, as shown in FIG. 16, the present invention can be applied to a flat plate
変形例4
また、本発明を平板型の燃料電池スタック100に適用する場合、燃料電池スタック100を図17に示すような構成とすることもできる。すなわち、第1接合材101a及び第2接合材101bの一方が集電部材302とセパレータ305とを接合する。そして、第1接合材101a及び第2接合材101bの他方が集電部材302と燃料電池セル301とを接合する。なお、セパレータ103は、燃料電池セル301と対向するように配置される。
Modification 4
In addition, when the present invention is applied to the flat plate
以下に実施例及び比較例を示して、本発明をさらに具体的に説明する。なお、本発明は、下記実施例に限定されない。 The present invention will be described more specifically with reference to the following examples and comparative examples. In addition, this invention is not limited to the following Example.
実施例1〜10、及び比較例1〜2に係る燃料電池スタックを以下のように作製した。
Fuel cell stacks according to Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 to 2 were produced as follows.
まず、上述したように構成された一対の燃料電池セル301の間に集電部材302を配置した。そして、第1接合材101a及び第2接合材101bによって各燃料電池セル301と集電部材302を接合した。そして、この第1接合材101a、第2接合材101b、及び集電部材302によって接合された一対の燃料電池セル301をマニホールド200の各貫通孔202に挿入し、第3接合材102で接合した。そして、熱処理によって、第1接合材101a、第2接合材101b、及び第3接合材102を固化した。
First, the current collecting
以上のようにして作製した各サンプルにおける集電部材302、第1接合材101a、及び第2接合材101bを構成する各材料は、表1に示す通りである。また、第1接合材101aの厚さt1、及び第2接合材101bの厚さt2は、表1に示す通りである。なお、第1接合材101aの厚さt1、及び第2接合材101bの厚さt2は、塗布する接合材ペーストの有機成分率、粘度、塗布量を制御すると共に、集電部材302を設置した後の押圧を制御して調整した。
The materials constituting the current collecting
各接合材101a、101bの厚さt1、t2は、後述する評価後に次の要領で測定した。まず、第1接合材101a、第2接合材101b、及び集電部材302を通る水平面で、燃料電池スタック100を切断した。この切断面において、任意の5点で、顕微鏡付きの寸法測定器によって、第1接合材101aの厚さt1、及び第2接合材101bの厚さt2を測定した。表1に示した各厚さは、それぞれの平均値である。
The thicknesses t1 and t2 of the
(評価方法)
以上のようにして作製した各サンプルに対して、接合性の評価を以下のように行った結果、表1に示す通りの結果となった。
(Evaluation method)
As a result of the following evaluation of the bondability of each sample produced as described above, the results shown in Table 1 were obtained.
表1に示すように、比較例1に係る燃料電池スタックでは、第1又は第2接合材101a、101bによる接合性不良が発生した。すなわち、第1又は第2接合材101a、101bが、燃料電池セル301の反りに追従できずに、集電部材302と燃料電池セル301の間で剥離が観察された。
As shown in Table 1, in the fuel cell stack according to Comparative Example 1, poor bonding properties due to the first or
また、比較例2に係る燃料電池スタックは、第2接合材101bにクラックが発生した。これは、比較例2に係る燃料電池スタックの割合(t2/t1)が20より大きいことによって、第2接合材101b用のペーストの乾燥に伴う収縮が大きくなるためであると考えられる。これらに対して、実施例1〜10に係る燃料電池スタックでは、割合(t2/t1)を1.5〜20としたため、上述したような問題は発生せず、良好な結果となった。
In the fuel cell stack according to Comparative Example 2 , cracks occurred in the
100 :燃料電池スタック
101a :第1接合材
101b :第2接合材
200 :マニホールド
203 :天板
301a :第1燃料電池セル
301b :第2燃料電池セル
302 :集電部材
100:
Claims (7)
前記各燃料電池セル間に配置され、前記各燃料電池セルを互いに電気的に接続する集電部材と、
前記集電部材と前記各燃料電池セルとを接合する導電性の一対の接合材と、
を備え、
前記一対の接合材は、第1接合材と、前記第1接合材よりも厚い第2接合材とを有し、
前記第1接合材の厚さに対する、前記第2接合材の厚さの割合は、1.5〜2.0である、
燃料電池スタック。 A corresponding pair of fuel cells;
A current collecting member disposed between the fuel cells and electrically connecting the fuel cells to each other;
A pair of conductive bonding materials for bonding the current collecting member and the fuel cells, and
With
The pair of bonding material, possess a first bonding material, and a thick second joining material than the first bonding material,
The ratio of the thickness of the second bonding material to the thickness of the first bonding material is 1.5 to 2.0.
Fuel cell stack.
前記燃料電池セルと対向するように配置されるセパレータと、
前記燃料電池セルと前記セパレータとの間に配置され、前記燃料電池セルと前記セパレータとを電気的に接続する集電部材と、
前記集電部材と前記燃料電池セルとを接続するとともに、前記集電部材と前記セパレータとを接続する一対の接合材と、
を備え、
前記一対の接合材は、第1接合材と、前記第1接合材よりも厚い第2接合材とを有し、
前記第1接合材の厚さに対する、前記第2接合材の厚さの割合は、1.5〜2.0である、
燃料電池スタック。 A fuel cell;
A separator disposed to face the fuel battery cell;
A current collecting member disposed between the fuel battery cell and the separator, and electrically connecting the fuel battery cell and the separator;
A pair of bonding materials for connecting the current collecting member and the fuel cell, and for connecting the current collecting member and the separator;
With
The pair of bonding material, possess a first bonding material, and a thick second joining material than the first bonding material,
The ratio of the thickness of the second bonding material to the thickness of the first bonding material is 1.5 to 2.0.
Fuel cell stack.
請求項1又は2に記載の燃料電池スタック。 The first and second bonding materials are formed of conductive ceramics.
The fuel cell stack according to claim 1 or 2.
請求項1から3のいずれかに記載の燃料電池スタック。 The current collecting member has a block shape,
The fuel cell stack according to any one of claims 1 to 3.
請求項1から4のいずれかに記載の燃料電池スタック。 The current collecting member is composed of a fired body of conductive oxide ceramics,
The fuel cell stack according to any one of claims 1 to 4.
前記各燃料電池セルは、前記マニホールドの天板から上方に延びる、
請求項1及び3から5のいずれかに記載の燃料電池スタック。 Further comprising a manifold for supplying gas to each fuel cell,
Each of the fuel cells extends upward from the top plate of the manifold.
The fuel cell stack according to any one of claims 1 and 3 to 5.
請求項1から6のいずれかに記載の燃料電池スタック。
The first bonding material and the second bonding material are made of the same material.
The fuel cell stack according to any one of claims 1 to 6.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016027949 | 2016-02-17 | ||
JP2016027949 | 2016-02-17 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2017147219A JP2017147219A (en) | 2017-08-24 |
JP6335267B2 true JP6335267B2 (en) | 2018-05-30 |
Family
ID=59680835
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016256282A Active JP6335267B2 (en) | 2016-02-17 | 2016-12-28 | Fuel cell stack |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6335267B2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6457688B1 (en) * | 2018-06-22 | 2019-01-23 | 日本碍子株式会社 | Fuel cell and cell stack device |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0668885A (en) * | 1992-08-21 | 1994-03-11 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | Manufacture of solid electrolytic fuel cell |
JP5155362B2 (en) * | 2010-05-20 | 2013-03-06 | 京セラ株式会社 | Current collecting member, fuel cell stack and fuel cell |
JP6204822B2 (en) * | 2013-12-24 | 2017-09-27 | 日本特殊陶業株式会社 | Solid oxide fuel cell |
JP6275561B2 (en) * | 2014-06-17 | 2018-02-07 | 日本特殊陶業株式会社 | BODY, BODY MANUFACTURING METHOD, SOLID OXIDE FUEL CELL, AND WATER ELECTROLYTIC DEVICE |
JP5837253B1 (en) * | 2014-09-17 | 2015-12-24 | 日本碍子株式会社 | Fuel cell stack structure |
-
2016
- 2016-12-28 JP JP2016256282A patent/JP6335267B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2017147219A (en) | 2017-08-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5162724B1 (en) | Bonding material and fuel cell stack structure using the bonding material | |
JP6154042B1 (en) | Fuel cell stack | |
JP6063597B1 (en) | Fuel cell stack structure | |
JP6335267B2 (en) | Fuel cell stack | |
JP6267300B1 (en) | Fuel cell | |
JP6197074B2 (en) | Fuel cell | |
JP6261799B1 (en) | Fuel cell stack and fuel cell | |
JP6426261B2 (en) | Fuel cell | |
JP6239707B1 (en) | Fuel cell stack and fuel cell | |
JP6257721B1 (en) | Fuel cell | |
JP6435032B1 (en) | Fuel cell | |
JP6063598B1 (en) | Fuel cell | |
JP5873947B1 (en) | Zygote | |
JP2018098201A (en) | Fuel battery cell | |
JP6487600B1 (en) | Fuel cell | |
JP6130575B1 (en) | Fuel cell stack | |
JP6130578B1 (en) | Fuel cell stack | |
JP6335233B2 (en) | Fuel cell | |
JP6261690B1 (en) | Fuel cell | |
JP6434062B2 (en) | Electrochemical cell | |
JP6130576B1 (en) | Fuel cell stack | |
JP6282324B1 (en) | Fuel cell | |
JP6309587B2 (en) | Fuel cell | |
JP2019215982A (en) | Metal member for electrochemical cell, and electrochemical cell assembly using the same | |
JP2019215979A (en) | Metal member for electrochemical cell, and electrochemical cell assembly using the same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20170815 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20171114 |
|
A911 | Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20171121 |
|
A912 | Re-examination (zenchi) completed and case transferred to appeal board |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912 Effective date: 20171222 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20180216 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20180427 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6335267 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R157 | Certificate of patent or utility model (correction) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R157 |