JP6869463B2 - 燃料電池セルの接続部材 - Google Patents

Description

本開示の発明は、複数の燃料電池セルを隣り合わせに電気的かつ機械的に接続する燃料電池セルの接続部材に関する。

従来、この種の接続部材として、燃料電池セルの空気極である外側電極層の外周面と電気的に接続される第１の集電部と、第１の集電部から隣接する燃料電池セルの端部に向けて延びると共に燃料極である内側電極層に取り付けられた内側電極端子と電気的に接続される第２の集電部と、第１および第２の集電部を電気的に接続する連接部とを含む集電体が知られている（例えば、特許文献１参照）。この集電体において、第１および第２の集電部は、燃料電池セルに沿って長手方向に延びる平面部と、当該平面部の左右からそれぞれ鉛直方向に延びると共に燃料電池セルに沿って長手方向に延びる一対の側面部と、各側面部から燃料電池セルに沿って円周方向に半円弧状に湾曲して延びると共に外側電極層または内側電極端子に取り付けられる把持部とを有する。また、対をなす把持部の一方には、燃料電池セルの外周を取り囲むように当該燃料電池セルに沿って円周方向に延びる２つの突出部が形成されており、他方には、当該２つの突出部と対向する１つの突出部が形成されている。更に、各突出部の先端には、第１または第２の集電部の内側方向から外側方向へ延びる曲面部を有した爪部が形成されている。

また、燃料電池セルの接続部材としては、複数の取付孔と、各取付孔に設けられた複数の弾性片とを有する集電体（金属板）も知られている（例えば、特許文献２参照）。この集電体の各取付孔には、対応する燃料電池セルの端部が挿入され、集電体は、弾性片の弾性力によってセル配列に対して取り付けられる。そして、各弾性片は、燃料電池セルの電極に接着される。

特開２０１２−７９５１９号公報 特開２０１５−１７０４９９号公報

上記特許文献１に記載された集電体を用いて複数の燃料電池セルを電気的かつ機械的に接続する場合、１つの燃料電池セルに４つの集電体が組み付けられるが、生産性に鑑みれば、１つの燃料電池セルに対して４つの集電体を同時に（一遍に）に組み付けることが好ましい。ただし、特許文献１に記載された集電体の各集電部には、それぞれ２つまたは１つの爪部を有する２つの把持部が設けられており、１つの燃料電池セルと４つの集電体との組み付けに際して、当該１つの燃料電池セルを合計８つの把持部に当接させる必要がある。このため、燃料電池セルと集電体との組み付けに際し、燃料電池セルや集電体の製造公差等に起因した各把持部と燃料電池セルとの干渉により各接続部材で様々な方向の応力が発生し、１つの燃料電池セルに対して４つの集電体に対して同時かつスムースに組み付けることが困難となる。一方、特許文献２に記載された集電体を用いた場合、特許文献１に記載された集電体を用いた場合に比べて組付性を改善することができるものの、集電体（弾性片）と電極との接触面積の不足により電気抵抗が増大化し、発電効率が低下してしまうおそれがある。

そこで、本開示の発明は、複数の燃料電池セルを電気的かつ機械的に接続する接続部材と燃料電池セルとの組付性を向上させると共に当該燃料電池セルの発電効率の低下を抑制することを主目的とする。

本開示の燃料電池セルの接続部材は、２つの燃料電池セルの一方のアノード層に電気的に接続される第１集電部と、前記２つの燃料電池セルの他方のカソード層に電気的に接続される第２集電部とを備え、複数の前記燃料電池セルを隣り合わせに電気的かつ機械的に接続する燃料電池セルの接続部材において、前記第１および第２集電部は、前記アノード層に定められた被接触部または前記カソード層に定められた被接触部を部分的に包囲すると共に該被接触部の表面に接触するように形成された接触保持部と、前記被接触部に対して弾性的に押し付けられるように前記接触保持部から延出されたクランプ部と、前記クランプ部と対向すると共に該クランプ部よりも前記接触保持部から離間するように該接触保持部から延出された平坦な組付ガイド部とをそれぞれ含むものである。

この接続部材と燃料電池セルとの組み付けに際しては、接続部材の第１または第２集電部と、燃料電池セルのアノード層またはカソード層の非接触部とを互いに接近させる。この際、第１および第２集電部の組付ガイド部がクランプ部よりも接触保持部から離間するように形成されていることで、燃料電池セルの非接触部は、まず第１または第２集電部の組付ガイド部の端部に接触し、当該組付ガイド部によりガイドされながら第１または第２集電部の接触保持部に接近する。更に、燃料電池セルの非接触部は、クランプ部を押し広げるようにして接触保持部に入り込み、当該接触保持部の表面に接触する。そして、クランプ部が被接触部に対して弾性的に押し付けられることで、燃料電池セルは、接触保持部、クランプ部、および組付ガイド部によりしっかりと保持される。

このように、第１および第２集電部の組付ガイド部をクランプ部よりも接触保持部から離間するように形成することで、接続部材と燃料電池セルとの組付開始時における接触箇所の数を減らすことが可能となる。これにより、燃料電池セルや接続部材の製造公差等に起因した第１および第２集電部と燃料電池セルとの干渉により接続部材で発生する応力を低減化し、接続部材と燃料電池セルとの組付性を向上させることができる。従って、複数の接続部材に対して１つの燃料電池セルを同時かつスムースに取り付けることが可能となり、生産性をより向上させることができる。更に、この接続部材では、接触保持部と燃料電池の被接触部との接触面積を確保して、電気抵抗の増大化を抑制することが可能となる。この結果、複数の燃料電池セルを電気的かつ機械的に接続する接続部材と燃料電池セルとの組付性を向上させると共に当該燃料電池セルの発電効率の低下を抑制することができる。

また、前記燃料電池セルは、円筒型燃料電池セルであってもよく、前記接触保持部は、半円筒状に形成されてもよく、前記クランプ部は、前記接触保持部の一方の端部から延出されてもよく、前記組付ガイド部は、前記接触保持部の他方の端部から該他方の端部における接線方向に延出されてもよい。これにより、接続部材の燃料電池セルに対する組付性をより向上させると共に、接触保持部と燃料電池の被接触部との接触面積を充分に確保することが可能となる。

更に、前記接続部材は、前記第１および第２集電部を前記燃料電池セルの長手方向において互いに離間するように電気的かつ機械的に接続する連結部を備えてもよく、前記第１集電部は、前記組付ガイド部が前記クランプ部よりも前記連結部に近接するように前記燃料電池セルの配列方向における該連結部の一側に設けられてもよく、前記第２集電部は、前記組付ガイド部が前記クランプ部よりも前記連結部に近接するように前記配列方向における該連結部の他側に設けられてもよい。これにより、複数の接続部材に対して複数の燃料電池セルを組み付けていく際に、第１および第２集電部と燃料電池セルとの干渉により接続部材で発生する応力を各接続部材内で互いに打ち消し合わせることが可能となり、接続部材と燃料電池セルとの組付性をより一層向上させることができる。

また、前記連結部は、前記燃料電池セルの前記長手方向に沿って延在する平板部を含んでもよく、前記第１および第２集電部の前記組付ガイド部は、それぞれ空間を隔てて前記平板部と平行に対向してもよい。これにより、第１集電部の組付ガイド部と連結部の平板部との間の空間や、第２集電部の組付ガイド部と連結部の平板部との間の空間を、当該接続部材を位置決めするための位置決め部（治具）が差し込まれる空間として利用することが可能となり、接続部材に対する燃料電池セルの組付に際して当該接続部材を精度よく位置決めすることができる。

更に、前記連結部は、前記平板部および前記第１集電部の前記組付ガイド部と直交するように延在して両者を繋ぐ第１中継部と、前記平板部および前記第２集電部の前記組付ガイド部と直交するように延在して両者を繋ぐ第２中継部とを含むものであってもよい。これにより、組付ガイド部と連結部の平板部との間の空間に差し込まれた位置決め部（治具）に対して第１、第２中継部を当接させることで、接続部材に対する燃料電池セルの組付に際して当該接続部材をより精度よく位置決めすると共に組み付けの作業性をより向上させることが可能となる。

また、前記第１集電部、前記第２集電部および前記連結部は、導電性材料により一体に成形されてもよい。

更に、前記アノード層および前記カソード層は、それぞれ筒状に形成されると共に、前記アノード層は、前記カソード層の両端部から突出するように該カソード層の内側に配置されてもよく、前記カソード層の端部から突出した前記アノード層の端部には、有底筒状の集電部材が電気的に接続されてもよく、前記アノード層の前記被接触部は、前記集電部材の外周面であってもよく、前記カソード層の前記被接触部は、該カソード層の外周面の一部であってもよい。

本開示の燃料電池セルの接続部材を含む燃料電池スタックを示す概略構成図である。 図１の燃料電池スタックに含まれる燃料電池セルを示す部分断面図である。 本開示の燃料電池セルの接続部材を示す平面図である。 本開示の燃料電池セルの接続部材を示す平面図である。 本開示の燃料電池セルの接続部材を示す正面図である。 本開示の燃料電池セルの接続部材を示す側面図である。 複数の接続部材を用いて複数の燃料電池セルを電気的かつ機械的に接続する手順を示す平面図である。 複数の接続部材を用いて複数の燃料電池セルを電気的かつ機械的に接続する手順を示す平面図である。 複数の接続部材を用いて複数の燃料電池セルを電気的かつ機械的に接続する手順を示す説明図である。

次に、図面を参照しながら、本開示の発明を実施するための形態について説明する。

図１は、本開示の燃料電池セルの接続部材を含む燃料電池スタックＦＣＳを示す概略構成図である。同図に示す燃料電池スタックＦＣＳは、複数の燃料電池セル１と、複数の接続部材１０，１０′とを含み、当該複数の接続部材１０を用いて複数の燃料電池セル１を電気的かつ機械的に接続することにより組み立てられている。本実施形態において、燃料電池セル１は、円筒型の固体酸化物形燃料電池セルとして構成されており、図２に示すように、それぞれ長尺の円筒状に形成された固体電解質層２、アノード層（内側電極層）３、およびカソード層（外側電極層）４を含む。

固体電解質層２は、アノード層３とカソード層４との間に配置され、アノード層３は、固体電解質層２よりも内側に配置される。アノード層３の内部には、水素を含むアノードガス（燃料ガス）が供給され、当該アノード層３は、負極として機能する。また、カソード層４は、その周囲に供給される例えば空気等の酸素を含むカソードガス（酸化剤ガス）と接触し、正極として機能する。燃料電池セル１は、アノード層３における水素の酸化反応とカソード層４における酸素の還元反応により発電する。

固体電解質層２は、Ｙ，Ｓｃ，Ｃａ等の希土類元素から選ばれる１種または２種以上をドープした安定化ジルコニアや、Ｇｄ，Ｙ，Ｓｍ等の希土類元素から選ばれる１種または２種以上をドープしたセリア、Ｌａ，Ｓｒ，Ｇａ，Ｍｇ，Ｃｏから選ばれる１種または２種以上をドープしたランタンガレート等により形成される。

アノード層３は、例えばＮｉやＦｅといった触媒金属とＹ，Ｓｃ，Ｃａ等の希土類元素から選ばれる１種または２種以上をドープした安定化ジルコニアとの混合体や、ＮｉやＦｅ等の触媒金属とＧｄ，Ｙ，Ｓｍ等の希土類元素から選ばれる１種または２種以上をドープしたセリアとの混合体、ＮｉやＦｅ等の触媒金属とＬａ，Ｓｒ，Ｇａ，Ｍｇ，Ｃｏから選ばれる１種または２種以上をドープしたランタンガレートとの混合体等により形成される。

カソード層４は、例えばＳｒを含有するペロブスカイト型酸化物により形成される。ペロブスカイト型酸化物として、例えば、Ｌａ_1-xＳｒ_xＣｏ_1-yＦｅ_yＯ₃系酸化物（例えば、ｘ＝０．４、ｙ＝０．８）や、Ｌａ_1-xＳｒ_xＣｏＯ₃系酸化物（例えば、ｘ＝０．４）、Ｌａ_1-xＳｒ_xＦｅＯ₃系酸化物（例えばｘ＝０．４）、Ｌａ_1-xＳｒ_xＭｎＯ₃系酸化物（例えば、ｘ＝０．２）、Ｓｍ_1-xＳｒ_xＣｏＯ₃系酸化物（例えば、ｘ＝０．５）等が挙げられる。なお、固体電解質層２とカソード層４との間には、例えば、ＧＤＣ（ガドリニウムドープセリア）、ＹＤＣ（イットリアドープセリア）、ＳＤＣ（サマリウムドープセリア）といった希土類をドープしたセリア混合体により形成された図示しない反応防止層が設けられてもよい。

また、燃料電池セル１は、両端部に設けられた２つの集電キャップ（集電部材）５を含む。各集電キャップ５は、導電性を有する金属により略有底筒状に形成されており、図２に示すように、円盤状の底板部５ａと、底板部５ａの外周から軸方向に延出された円筒状の筒状部５ｂと、底板部５ａの中央から筒状部５ｂとは反対側に延出された延出管部５ｃとを有する。延出管部５ｃには、当該延出管部５ｃを貫通して筒状部５ｂの内部に連通するガス流通孔（貫通孔）５ｄが形成されている。

本実施形態において、燃料電池セル１の固体電解質層２およびアノード層３の両端部は、カソード層４の両端部から外方に突出しており、固体電解質層２およびアノード層３の各端部は、アノード層３の端面が集電キャップ５の底板部５ａの内底面に当接するように筒状部５ｂ内に挿入される。そして、筒状部５ｂと固体電解質層２およびアノード層３との間には、銀やパラジウム等を含む銀ペーストが充填され、当該銀ペーストを高温下（例えば、１５０℃程度）で乾燥させると共に焼成させることにより環状の導電性シール部６が形成される。これにより、アノード層３と集電キャップ５とが直接的かつ導電性シール部６を介して電気的に接続される。また、一方の集電キャップ５の延出管部５ｃのガス流通孔５ｄには、アノードガスが供給される。これにより、当該一方の集電キャップ５のガス流通孔５ｄからアノード層３の内部にアノードガスを供給すると共に、他方の集電キャップ５の延出管部５ｃのガス流通孔５ｄからアノード層３を通過したアノードオフガスを流出させることができる。

更に、図２に示すように、燃料電池セル１には、アノード層３と集電キャップ５との間の隙間を封止するためのガスシール部７が設けられている。ガスシール部７は、例えば、燃料電池セル１の作動温度域（例えば、６００〜１０００℃程度）において熱により溶融するガラス材により形成された緻密層であり、固体電解質層２の外周面と集電キャップ５の筒状部５ｂの端面とに沿って環状に延在する。アノード層３と集電キャップ５との間の隙間としては、アノード層３の端面と集電キャップ５の底板部５ａとの間の微小な隙間や、固体電解質層２およびアノード層３の外周面と導電性シール部６との間に形成された微小な隙間、導電性シール部６と集電キャップ５の筒状部５ｂの内周面との間に形成された微小な隙間等が挙げられる。

図３は、接続部材１０を示す平面図であり、図４は、接続部材１０′を示す平面図である。また、図５は、接続部材１０を示す正面図であり、図６は、接続部材１０を示す側面図である。これらの図面に示す接続部材１０，１０′は、ステンレス等の導電性金属板をプレス成形することにより形成されており、それぞれ単独で２つの燃料電池セル１を隣り合わせに電気的かつ機械的に接続可能なものである。図３および図４に示すように、接続部材１０，１０′は、一体に成形された第１集電部１１、第２集電部１２および連結部１３を含む。第１集電部１１は、接続対象となる２つの燃料電池セル１の一方のアノード層３に電気的に接続され、第２集電部１２は、当該２つの燃料電池セルの他方のカソード層４に電気的に接続される。また、連結部１３は、第１および第２集電部１１，１２を燃料電池セル１の長手方向（軸方向）において互いに離間するように電気的かつ機械的に接続する。ここで、接続部材１０′は、接続部材１０を鏡像反転させた構造を有するものであることから、以下、接続部材１０を例にとって両者の構成について説明する。

図３、図５および図６に示すように、接続部材１０の第１集電部１１は、燃料電池セル１のアノード層３に定められた被接触部としての集電キャップ５の筒状部５ｂを部分的に包囲すると共に当該筒状部５ｂの表面に接触するように形成された接触保持部１１０を含む。接触保持部１１０は、図５に示すように、半円筒状に形成されており、半円弧状の断面形状を有する。また、接触保持部１１０の内周面は、上記筒状部５ｂの外周面の曲率半径よりも僅かに大きい曲率半径を有する凹円柱面状に形成されている。

更に、接続部材１０の第１集電部１１は、接触保持部１１０から延出されたクランプ部１１１と、クランプ部１１１と対向するように接触保持部１１０から延出された平板状の組付ガイド部１１２とを含む。クランプ部１１１は、図５に示すように、接触保持部１１０（半円筒）の一方の端部（図５における破線部参照）から部分的に組付ガイド部１１２に近接するように当該接触保持部１１０の内周面とは反対側に延出されている。組付ガイド部１１２は、図５に示すように、接触保持部１１０（半円筒）の他方の端部（図５における破線部参照）から当該接触保持部１１０の内周面とは反対側に延出されている。そして、組付ガイド部１１２は、クランプ部１１１よりも接触保持部１１０から離間した位置まで当該接触保持部１１０（半円筒）の内周面や外周面の上記他方の端部における接線方向に延在する。組付ガイド部１１２のクランプ部１１１と対向する表面は、平坦に形成されており、クランプ部１１１と組付ガイド部１１２とは、接触保持部１１０の内周面の曲率半径の２倍よりも若干短い間隔をおいて対向する。

また、図３、図５および図６に示すように、接続部材１０の第２集電部１２は、燃料電池セル１のカソード層４に定められた被接触部としての当該カソード層４の表面を部分的に包囲すると共に当該カソード層４の表面に接触するように形成された接触保持部１２０を含む。接触保持部１２０は、図５に示すように、半円筒状に形成されており、半円弧状の断面形状を有する。また、接触保持部１２０の内周面は、カソード層４の表面の曲率半径よりも僅かに大きい曲率半径を有する凹円柱面状に形成されている。

更に、接続部材１０の第２集電部１２は、接触保持部１２０から延出されたクランプ部１２１と、クランプ部１２１と対向するように接触保持部１２０から延出された平板状の組付ガイド部１２２とを含む。クランプ部１２１は、図５に示すように、接触保持部１２０（半円筒）の一方の端部（図５における破線部参照）から部分的に組付ガイド部１２２に近接するように当該接触保持部１２０の内周面とは反対側に延出されている。組付ガイド部１２２は、図５に示すように、接触保持部１２０（半円筒）の他方の端部（図５における破線部参照）から当該接触保持部１２０の内周面とは反対側に延出されている。そして、組付ガイド部１２２は、クランプ部１２１よりも接触保持部１２０から離間した位置まで当該接触保持部１２０（半円筒）の内周面や外周面の上記他方の端部における接線方向に延在する。組付ガイド部１２２のクランプ部１２１と対向する表面は、平坦に形成されており、クランプ部１２１と組付ガイド部１２２とは、接触保持部１２０の内周面の曲率半径の２倍よりも若干短い間隔をおいて対向する。

また、接続部材１０の連結部１３は、燃料電池セル１の長手方向に沿って延在する比較的短尺の平板部１３０と、平板部１３０の長手方向における一端から当該長手方向と直交する方向に延出されると共に第１集電部１１の組付ガイド部１１２に繋がる第１中継部１３１と、当該平板部１３０の長手方向における他端から当該長手方向と直交するように第１中継部１３１とは反対側に延出されると共に第２集電部１２の組付ガイド部１２２に繋がる第２中継部１３２とを含む。第１中継部１３１は、平板部１３０の図５における上端と組付ガイド部１１２の図５における上端との間で当該平板部１３０および組付ガイド部１１２と直交するように延在する。また、第２中継部１３２は、平板部１３０の図５における上端と組付ガイド部１２２の図５における上端との間で当該平板部１３０および組付ガイド部１２２と直交するように延在する。

これにより、図３および図５に示すように、第１集電部１１は、組付ガイド部１１２がクランプ部１１１よりも連結部１３（平板部１３０）に近接するように燃料電池セル１の配列方向における当該連結部１３の一側（図３および図５における左側）に設けられる。また、第２集電部１２は、組付ガイド部１２２がクランプ部１２１よりも連結部１３（平板部１３０）に近接するように燃料電池セル１の配列方向における当該連結部１３の他側（図３および図５における右側）に設けられる。更に、第１および第２集電部１１，１２の組付ガイド部１１２，１２２は、図５に示すように、それぞれ略矩形状の断面形状を有する空間１３３，１３４を隔てて連結部１３の平板部１３０と平行に対向する。

続いて、図７から図９を参照しながら、複数の接続部材１０，１０′を用いて複数の燃料電池セル１を電気的かつ機械的に接続して燃料電池スタックＦＣＳを組み立てる手順について説明する。

複数の接続部材１０，１０′を用いて複数の燃料電池セル１を接続するに際して、本実施形態では、図７に示すような組付治具９０が用いられる。組付治具９０は、平板状のベース部９１と、ベース部９１上に設置された２つの第１位置決め部９２と、ベース部９１における２つの第１位置決め部９２の間のスペースに配設された複数の第２位置決め部９５とを含む。２つの第１位置決め部９２は、ベース部９１に対して垂直に設置された長尺の板体であり、燃料電池セル１の一方の集電キャップ５の端面から他方の集電キャップ５の端面までの長さに応じた間隔をおいて互いに平行に延在する。また、各第１位置決め部９２の端面（上端面）には、燃料電池セル１の配列ピッチに応じた間隔をおいて複数（＝燃料電池セル１の配列数）の位置決め凹部９３が形成されている。各位置決め凹部９３は、燃料電池セル１の集電キャップ５の延出管部５ｃが嵌まり込むように形成されている。

組付治具９０の第２位置決め部９５は、ベース部９１に対して垂直に設置された短尺の板体である。図７に示すように、ベース部９１上には、燃料電池セル１の配列ピッチに応じた間隔をおいて複数（燃料電池セル１の配列数−１個）の第２位置決め部９５が一方の第１位置決め部９２に沿って配設されると共に、当該配列ピッチに応じた間隔をおいて複数（燃料電池セル１の配列数−１個）の第２位置決め部９５が他方の第１位置決め部９２に沿って配設される。本実施形態において、各第２位置決め部９５は、接続部材１０，１０′の第２集電部１２の組付ガイド部１２２と連結部１３の平板部１３０との間の空間１３４（図５参照）の幅よりも若干小さい厚みを有する。また、第２位置決め部９５の端面（上端面）には、接続部材１０，１０′の第２中継部１３２が嵌まり込む凹部９６が形成されている。

燃料電池スタックＦＣＳの組み立てに際して、組付治具９０には、図７に示すように、一方（図中上側）の第１位置決め部９２に沿って複数の接続部材１０が組み付けられると共に、他方（図中下側）の第１位置決め部９２に沿って複数の接続部材１０′が組み付けられる。すなわち、接続部材１０，１０′は、第２集電部１２の組付ガイド部１２２と連結部１３の平板部１３０との間の空間１３４に凹部９６の底面が第２中継部１３２に当接するように第２位置決め部９５を差し込むことによりベース部９１上に位置決めされる。このように、接続部材１０，１０′では、第２集電部１２の組付ガイド部１２２と連結部１３との間の空間１３４が第２位置決め部９５を差し込む空間として利用される。これにより、組付治具９０に対して接続部材１０，１０′を精度よく位置決めすることができる。また、空間１３４に差し込まれた第２位置決め部９５（凹部９６の底面）に第２中継部１３２を当接させることで、組付治具９０に対して接続部材１０，１０′をより精度よく位置決めすると共に組み付けの作業性をより向上させることが可能となる。

次いで、各接続部材１０，１０′の接触保持部１１０，１２０の内周面等に銀ペーストを塗布した上で、組付機械あるいは手作業により燃料電池セル１を対応する複数の接続部材１０，１０′に対して順次組み付けていく。上述のように、接続部材１０，１０′では、第１および第２集電部１１，１２の組付ガイド部１１２，１２２がクランプ部１１１，１２１よりも接触保持部１１０，１２０から離間するように形成されている。従って、合計４つの接続部材１０，１０′に対して燃料電池セル１を組み付ける場合、接続部材１０，１０′の第１、第２集電部１１，１２に対して燃料電池セル１を接近させていくと、燃料電池セル１のカソード層４や集電キャップ５の筒状部５ｂは、まず第１、第２集電部１１，１２の組付ガイド部１１２，１２２の端部に接触する（図９において破線で示すカソード層４参照）。更に、燃料電池セル１すなわちカソード層４や筒状部５ｂは、平坦な組付ガイド部１１２，１２２によりガイドされながら第１または第２集電部１１，１２の接触保持部１１０，１２０に接近し、クランプ部１１１，１２１を押し広げるようにして接触保持部１１０，１２０に入り込んで当該接触保持部１１０，１２０の内周面（表面）に接触する。そして、クランプ部１１１，１２１がカソード層４や筒状部５ｂに対して弾性的に押し付けられることで、燃料電池セル１は、接触保持部１１０，１２０、クランプ部１１１，１２１および組付ガイド部１１２，１２２によりしっかりと保持される（図９において破線で示す筒状部５ｂ参照）。

上述のように、第１および第２集電部１１，１２の組付ガイド部１１２，１２２をクランプ部１１１，１２１よりも接触保持部１１０，１２０から離間するように形成することで、接続部材１０，１０′と燃料電池セル１との組付開始時における接触箇所の数を減らすことが可能となる。すなわち、合計４つの接続部材１０，１０′に対して１つの燃料電池セル１を組み付ける場合、接続部材１０，１０′と燃料電池セル１との組付開始時における接触箇所は、合計４箇所（それぞれ２つの組付ガイド部１１２，１２２）となる。これにより、燃料電池セル１や接続部材１０，１０′の製造公差等に起因した第１および第２集電部１１，１２と燃料電池セル１との干渉により接続部材１０，１０′で発生する応力を低減化し、接続部材１０，１０′に対する燃料電池セル１の組付性をより向上させることができる。従って、複数の接続部材１０，１０′に対して１つの燃料電池セル１を同時かつスムースに取り付けることが可能となり、生産性をより向上させることができる。更に、接続部材１０，１０′では、凹円柱面状の内周面を有する接触保持部１１０，１２０とカソード層４や筒状部５ｂとの接触面積を充分に確保して、電気抵抗の増大化を良好に抑制することが可能となる。

また、接続部材１０，１０′において、第１集電部１１は、組付ガイド部１１２がクランプ部１１１よりも平板部１３０に近接するように燃料電池セル１の配列方向における連結部１３の一側に設けられ、第２集電部１２は、組付ガイド部１２２がクランプ部１２１よりも平板部１３０に近接するように燃料電池セル１の配列方向における連結部１３の他側に設けられる。これにより、複数の接続部材１０，１０′に対して複数の燃料電池セル１を組み付けていく際に、第１および第２集電部１１，１２と燃料電池セル１との干渉により接続部材１０，１０′で発生する応力を各接続部材１０，１０′内で互いに打ち消し合わせることが可能となり、接続部材１０，１０′に対する燃料電池セル１の組付性をより一層向上させることができる。

以上説明したように、複数の燃料電池セル１を電気的かつ機械的に接続する接続部材１０，１０′によれば、当該接続部材１０，１０′に対する燃料電池セル１の組付性を向上させると共に当該燃料電池セル１の発電効率の低下を抑制することができる。

なお、上記接続部材１０，１０′のように、組付ガイド部１１２，１２２をクランプ部１１１，１２１よりも連結部１３（平板部１３０）に近接させることで、接続部材１０，１０′の構造をより容易に形成可能なものとすることができるが、接続部材１０，１０′の構成は、これに限られるものではない。すなわち、接続部材１０，１０′は、クランプ部１１１，１１２が連結部１３（平板部１３０）に近接すると共に組付ガイド部１１２，１２２が外側に位置するように形成されてもよい。

また、接続部材１０，１０′において、カソード層４に対応した第２集電部１２の接触保持部１２０等の表面積をアノード層３に対応した第１集電部１１の接触保持部１１０等の表面積よりも大きくしてもよい。この場合、第２集電部１２の熱膨張を考慮して、図３および図４において二点鎖線で示すように、第２集電部１２の接触保持部１２０、クランプ部１２１および組付ガイド部１２２にスリットが形成されてもよい。

更に、上記実施形態では、第２集電部１２の組付ガイド部１２２と連結部１３との間の空間１３４が第２位置決め部９５を差し込む空間として利用されるが、これに限られるものではない、すなわち、組付治具９０に対する接続部材１０，１０′の位置決めに際して、第１集電部１１の組付ガイド部１１２と連結部１３との間の空間１３３が第２位置決め部９５を差し込む空間として利用されてもよい。

また、上述の燃料電池セル１は、円筒型の固体酸化物形燃料電池セルであるが、接触保持部１１０，１２０の形状を変更することで、接続部材１０，１０′を円筒型の以外の燃料電池セルに適用し得ることはいうまでもない。更に、燃料電池セル１は、カソード層が電解質層の内側に配置されると共に、カソードガスを通過させる集電キャップ（集電部材）に当該カソードの端部が挿入されるものであってもよい。また、燃料電池セル１は、固体酸化物形以外の形式の燃料電池セルであってもよい。

そして、本開示の発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本開示の外延の範囲内において様々な変更をなし得ることはいうまでもない。更に、上記実施形態は、あくまで発明の概要の欄に記載された発明の具体的な一形態に過ぎず、発明の概要の欄に記載された発明の要素を限定するものではない。

本開示の発明は、燃料電池スタックの製造産業等において利用可能である。

１ 燃料電池セル、２ 固体電解質層、３ アノード層、４ カソード層、５ 集電キャップ、５ａ 底板部、５ｂ 筒状部、５ｃ 延出管部、５ｄ ガス流通孔、６ 導電性シール部、７ ガスシール部、１０，１０′ 接続部材、１１ 第１集電部、１２ 第２集電部、１１０，１２０ 接触保持部、１１１，１２１ クランプ部、１１２、１２２ 組付ガイド部、１３ 連結部、１３０ 平板部、１３１ 第１中継部、１３２ 第２中継部、１３３，１３４ 空間、９０ 組付治具、９１ ベース部、９２ 第１位置決め部、９３ 凹部、９５ 第２位置決め部、９６ 凹部、ＦＣＳ 燃料電池スタック。

Claims (7)

1. ２つの燃料電池セルの一方のアノード層に電気的に接続される第１集電部と、前記２つの燃料電池セルの他方のカソード層に電気的に接続される第２集電部とを備え、複数の前記燃料電池セルを隣り合わせに電気的かつ機械的に接続する燃料電池セルの接続部材において、
   前記第１および第２集電部は、
   前記アノード層に定められた被接触部または前記カソード層に定められた被接触部を部分的に包囲すると共に該被接触部の表面に接触するように形成された接触保持部と、
   前記被接触部に対して弾性的に押し付けられるように前記接触保持部から延出されたクランプ部と、
   前記クランプ部と対向すると共に該クランプ部よりも前記接触保持部から離間するように該接触保持部から延出された平坦な組付ガイド部とをそれぞれ含む燃料電池セルの接続部材。
2. 請求項１に記載の燃料電池セルの接続部材において、
   前記燃料電池セルは、円筒型燃料電池セルであり、
   前記接触保持部は、半円筒状に形成され、
   前記クランプ部は、前記接触保持部の一方の端部から延出され、
   前記組付ガイド部は、前記接触保持部の他方の端部から該他方の端部における接線方向に延出されている燃料電池セルの接続部材。
3. 請求項１または２に記載の燃料電池セルの接続部材において、
   前記第１および第２集電部を前記燃料電池セルの長手方向において互いに離間するように電気的かつ機械的に接続する連結部を更に備え、
   前記第１集電部は、前記組付ガイド部が前記クランプ部よりも前記連結部に近接するように前記燃料電池セルの配列方向における該連結部の一側に設けられ、
   前記第２集電部は、前記組付ガイド部が前記クランプ部よりも前記連結部に近接するように前記配列方向における該連結部の他側に設けられている燃料電池セルの接続部材。
4. 請求項３に記載の燃料電池セルの接続部材において、
   前記連結部は、前記燃料電池セルの前記長手方向に沿って延在する平板部を含み、
   前記第１および第２集電部の前記組付ガイド部は、それぞれ空間を隔てて前記平板部と平行に対向する燃料電池セルの接続部材。
5. 請求項４に記載の燃料電池セルの接続部材において、
   前記連結部は、
   前記平板部および前記第１集電部の前記組付ガイド部と直交するように延在して両者を繋ぐ第１中継部と、
   前記平板部および前記第２集電部の前記組付ガイド部と直交するように延在して両者を繋ぐ第２中継部とを含む燃料電池セルの接続部材。
6. 請求項３から５の何れか一項に記載の燃料電池セルの接続部材において、
   前記第１集電部、前記第２集電部および前記連結部は、導電性材料により一体に成形されている燃料電池セルの接続部材。
7. 請求項１から６の何れか一項に記載の燃料電池セルの接続部材において、
   前記アノード層および前記カソード層は、それぞれ筒状に形成されると共に、前記アノード層は、前記カソード層の両端部から突出するように該カソード層の内側に配置され、
   前記カソード層の端部から突出した前記アノード層の端部には、有底筒状の集電部材が電気的に接続され、
   前記アノード層の前記被接触部は、前記集電部材の外周面であり、前記カソード層の前記被接触部は、該カソード層の外周面の一部である燃料電池セルの接続部材。

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