燃料電池單元和燃料電池堆的制作方法
【專利說明】燃料電池單元和燃料電池堆
[0001]相關申請的相互參照
[0002]本國際申請基于2013年I月31日向日本特許廳申請的日本特許申請第2013 —016489主張優先權，將日本特許申請第2013 — 016489的全部內容引用到本國際申請中。
技術領域
[0003]本發明涉及包括在電解質層的上下表面分別形成有電極層的單體電池，向一側的電極層(以下稱為燃料電極層。)側供給燃料氣體并且向另一側的電極層(以下稱為空氣電極層。)側供給氧化劑氣體而進行發電的燃料電池單元和將多個該燃料電池單元層疊并固定而成的燃料電池堆。
【背景技術】
[0004]以往，例如，如專利文獻I所記載的那樣，存在一種燃料電池單元，該燃料電池單元包括有:一對互連器；單體電池，其位于該互連器之間且在電解質層的一側的表面形成有空氣電極層，在另一側的表面形成有燃料電極層；和集電構件，其配置于空氣電極層與互連器之間從而將空氣電極層和互連器電連接，或配置于燃料電極層與互連器之間從而將燃料電極層和互連器電連接。
[0005]該燃料電池單元的集電構件成為從平板狀的集電板上將爪狀的導電構件切割并豎起而成的構造，通過將集電板的平坦面與互連器接合并且使導電構件的頂端與單體電池相接觸從而進行電連接。
_6] 現有技術文獻_7] 專利文獻
[0008]專利文獻1:日本特開2009 - 266533號公報

【發明內容】

[0009]發明要解決的問題
[0010]如以往技術所示，利用導電構件的彈性與單體電池接觸的集電構件有時因以下原因而無法獲得預定的彈力:在長期的使用中產生塑性變形，因發電時的高熱而導致導電構件的強度下降，另外導電構件受到蠕變變形的影響等。而且，在以上這樣的情況下，可能導致導電構件無法跟隨因溫度循環、燃料壓/空氣壓的變動等而產生的單體電池的變形而變形從而使接觸變得不可靠或空氣電極層和互連器之間的電連接不可靠、燃料電極層和互連器之間的電連接不可靠。
[0011]另外，在上述的導電構件的彈力下降原因多個同時存在時，有時會使應該與該導電構件的單體電池接觸的部分反而與互連器側相接觸，但本來從兼顧到平坦面與互連器接合的方面考慮，而使集電構件由與互連器的接合性優異的材料形成，因此，在發電時的高溫環境下，導電構件有時會像上述那樣在與互連器側接觸時因燒結而接合于內部連結器側。于是，該導電構件與互連器成為一體，因而可能導致難以與單體電池接觸，而可能使空氣電極層和互連器之間的電連接變得不可靠或燃料電極層和互連器之間的電連接變得不可靠。
[0012]本發明即是鑒于上述的情況而做成的，其目的在于提供即使長期使用也能夠維持良好的電連接性的燃料電池單元和燃料電池堆。
_3] 用于解決問題的方案
[0014]為了達成上述的目的，本發明提供一種燃料電池單元，包括:
[0015]—對互連器；
[0016]單體電池，其位于該互連器之間，在電解質層的上下表面分別形成有電極層；以及
[0017]集電構件，其配置于上述電極層與上述互連器之間，將該電極層與上述互連器電連接，其特征在于，
[0018]與至少一側的電極層相對應的上述集電構件具有:
[0019]連接器抵接部，其與上述互連器相抵接；
[0020]電池抵接部，其與上述單體電池的上述電極層相抵接；
[0021]連接部，其連接上述連接器抵接部和上述電池抵接部；以及
[0022]間隔件，其配置于上述連接器抵接部與上述電池抵接部之間，
[0023]上述間隔件的與上述連接部相反的一側的端部比上述電池抵接部的與上述連接部相反的一側的端部以及上述連接器抵接部的與上述連接部相反的一側的端部都要縮入。
[0024]另外，優選的是，燃料電池單元的特征在于，在上述燃料電池單元中，上述電解質層為板狀。
[0025]另外，優選的是，燃料電池單元的特征在于，在上述燃料電池單元中，在上述連接器抵接部和上述電池抵接部中的任意一方或雙方的與上述連接部相反的一側形成朝向內部的爪狀部。
[0026]另外，優選的是，本發明的燃料電池單元是上述爪狀部與上述間隔件的邊緣卡合的燃料電池單元。
[0027]為了上述目的，如技術方案所述，本發明提供一種燃料電池單元，包括:
[0028]—對互連器；
[0029]單體電池，其位于該互連器之間，在板狀的解質層的上下表面分別形成有電極層；以及
[0030]集電構件，其配置于上述電極層與上述互連器之間，將該電極層與上述互連器電連接，其特征在于，
[0031]與至少一側的電極層相對應的上述集電構件具有:
[0032]連接器抵接部，其與上述互連器相抵接；
[0033]電池抵接部，其與上述單體電池的上述電極層相抵接；
[0034]連接部，其連接上述連接器抵接部和上述電池抵接部；以及
[0035]間隔件，其配置于上述連接器抵接部與上述電池抵接部之間，
[0036]上述間隔件的與上述連接部相反的一側的端部比上述電池抵接部的與上述連接部相反的一側的端部以及上述連接器抵接部的與上述連接部相反的一側的端部都要縮入。
[0037]另外，提供一種上述技術方案所記載的燃料電池單元，如技術方案所述，在上述連接器抵接部和上述電池抵接部中的任意一方或雙方的與上述連接部相反的一側形成與上述間隔件的邊緣卡合的爪狀部。
[0038]另外，提供一種上述技術方案中的任一項所記載的燃料電池單元，如技術方案所述，上述爪狀部是利用剪切變形部形成的，該剪切變形部是在從金屬板上沖切出上述連接器抵接部和電池抵接部中的至少一者時產生的。
[0039]另外，提供一種上述技術方案中的任一項所記載的燃料電池單元，如技術方案所述，與上述一側的電極層相對應的上述集電構件的相反側的集電構件的至少一部分俯視時在上述間隔件與上述電池抵接部相抵接且該間隔件與上述連接器抵接部相抵接的區域內抵接于上述一側的電極層的相反側的電極層。
[0040]另外，提供一種上述技術方案中的任一項所記載的燃料電池單元，如技術方案所述，在俯視時，上述間隔件的區域全部被包含于上述電池抵接部與上述電極層所抵接的區域。
[0041]另外，提供一種上述技術方案中的任一項所記載的燃料電池單元，如技術方案所述，上述間隔件為云母、氧化鋁氈、蛭石、碳纖維、碳化硅纖維、二氧化硅中的至少任一種。
[0042]另外，提供一種上述技術方案中的任一項所記載的燃料電池單元，如技術方案所述，該燃料電池單元還具有緊固構件，該緊固構件將上述互連器、上述單體電池、上述集電構件層疊并一體地緊固，
[0043]利用上述緊固構件和上述間隔件以上述集電構件的上述電池抵接部與上述單體電池相抵接且上述連接器抵接部與上述互連器相抵接的方式進行按壓。
[0044]另外，提供一種上述技術方案中的任一項所記載的燃料電池單元，如技術方案所述，上述間隔件在緊固方向上的熱膨脹率高于上述緊固構件在緊固方向上的熱膨脹率。
[0045]另外，提供一種上述技術方案中的任一項所記載的燃料電池單元，如技術方案所述，上述集電構件為多孔質金屬、金屬絲網、金屬絲或沖孔金屬制。
[0046]另外，提供一種上述技術方案中的任一項所記載的燃料電池單元，如技術方案所述，上述集電構件的上述電池抵接部接合于上述單體電池的上述電極層的表面。
[0047]另外，提供一種上述技術方案中的任一項所記載的燃料電池單元，如技術方案所述，上述集電構件的上述連接器抵接部接合于上述互連器。
[0048]另外，提供一種上述技術方案中的任一項所記載的燃料電池單元，如技術方案所述，上述集電構件配置于與燃料氣體相對應的上述電極層與上述互連器之間，且上述集電構件為Ni或Ni合金制。
[0049]另外，提供一種燃料電池堆，如技術方案所述，該燃料電池堆通過層疊多個上述技術方案中任意一項所述的燃料電池單元并利用上述緊固構件固定而成。
[0050]發明的效果
[0051]采用上述技術方案所記載的燃料電池單元，由于能夠利用間隔件抑制連接器抵接部和電池抵接部向與接觸方向相反的方向變形，因而不易產生塑性變形，另外，也不易受到因發電時的高熱而導致強度降低的影響或蠕變變形的影響。另外，由于間隔件進入集電構件的連接器抵接部與電池抵接部之間從而阻礙兩者的接觸，因此不會導致由于發電時的高熱而使連接器抵接部與電池抵接部因燒結而接合。因而，能夠防止連接器抵接部和電池抵接部的一體化以及由此產生的電連接不穩定化。
[0052]另外，采用技術方案所記載的燃料電池單元，除了上述效果之外，還能夠達到以下效果。即，通過構成為集電構件在俯視時的大小比間隔件在俯視時的大小大，從而不易引起因運轉時的間隔件的位置偏離而導致的互連器與集電構件之間的接觸面積的減少、電極層與集電構件之間的接觸面