燃料電池的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種平板式固體氧化物燃料電池(S0FC)，特別涉及其中的隔離體(separator)等的層疊構造。
【背景技術】
[0002]燃料電池是一種能夠用燃料發電的裝置。燃料電池大致根據電解質的種類進行分類，例如有:用樹脂等高分子材料形成的薄膜作電解質用的固體高分子燃料電池(PEFC)和用固體氧化物作電解質用的固體氧化物燃料電池(S0FC)等。近年來，特別是其中的S0FC因發電效率高而備受注目。
[0003]S0FC包括:具有電解質被夾在一對電極之間這樣的構造的平板狀單元與隔離體等層疊很多層而構成的S0FC(平板式)。含空氣或氧的氣體(因通常使用空氣，故在本說明書中用空氣做說明)和氫、一氧化碳等燃料氣體用于S0FC反應。
[0004]例如在專利文獻1中公開有S0FC。
[0005]與本發明相關，專利文獻2中公開了燃料電池用隔離體。該燃料電池用隔離體中具有實現反應氣體的流量分布、濃度分布的均勻化的流路構造。
[0006]專利文獻2中公開的反應氣體流路為平行延伸的多條氣體流路折回著布置的彎曲流路構造。為了減小在折回部產生的壓力分布、濃度分布的偏差以及減小對性能下降的影響，在折回部的下游側形成有切口(slit)狀流路，該切口狀流路橫斷各流路且將各流路連接起來。
[0007]專利文獻1:日本公開專利公報特開2002 — 343376號公報
[0008]專利文獻2:日本公開專利公報特開2006 — 351222號公報

【發明內容】

[0009]—發明要解決的技術問題一
[0010]針對S0FC而言，為提高發電效率和耐久性而需要解決的一個重要問題是:如何將空氣平衡性良好地供向各單元的電極面。
[0011]圖1中示例性的示出將板狀單元、隔離體等層疊后而構成為方塊狀的S0FC的主要部分(電池堆)100。電池堆100在其中心部分具有集電部101。在該集電部101中，產生電動勢的各單元的電極面交替著排列在層疊方向上。
[0012]S0FC通過將在各個單元產生的電力集中起來而提供高輸出。在電池堆100的周圍部分形成有沿層疊方向延伸的供氣通路(supply manifolds) 102和排氣通路(exhaustmanifolds) 103。空氣經供氣通路102供向各單元的電極面，經排氣通路103排出去。
[0013]就集電部101而言，在隔離體上形成有沿單元兩面中的各個面從供氣通路102流向排氣通路103的梳齒狀氣體流路，空氣經這些氣體流路分配給各單元。
[0014]因為各氣體流路與沿著縱向延伸的供氣通路102正交，而且以從供氣通路102朝著橫向擴展開來的方式延伸，所以將空氣穩定且均勻地供向所有的氣體流路并非易事。
[0015]如果供向各氣體流路的空氣出現了偏差即不穩定或偏向于某一區域或者某一位置，發電效率就會下降，還會在局部產生過電壓。因此就要求盡可能地將空氣均勻地供向各單元的電極面(空氣極:陰極)。
[0016]專利文獻1中公開了能夠將空氣均勻地分配給各單元的陰極的流路。
[0017]如圖2(a)所示，將導電性優良的平板105和帶切口的板106壓接起來以后即構成陰極側隔離體。在平板105上貫通其厚度方向形成有為空氣所用的空氣集合部(header) 107和為燃料所用的燃料集合部(header) 108;在帶切口的板106上貫通其厚度方向形成有燃料集合部108和多個梳齒狀切口 109。如圖2(b)所示，各切口 109的端部與空氣集合部107相重合而將空氣從空氣集合部107直接引入各切口 109里并分配給各單元的陰極。
[0018]但是，在該情況下，需要讓空氣集合部107的長度比所有切口109的寬度還長，因此設計上會受到限制。
[0019]例如，如圖3所示，因為無法將空氣集合部107和燃料集合部108雙方都設置在電池堆100的同一邊部，所以難以實現電池堆100的緊湊化。
[0020]更進一步而言，S0FC要解決的另一重要問題是:如何讓空氣壓力損失的減小和集電時電阻的減小這二者兩立。
[0021]圖4為示出了從空氣的流動方向觀看圖2中所示的陰極側隔離體所看到的一部分的剖視圖。起將電力從單元取出的集電體之作用的隔離體壓接在單元的陰極111上，且在帶切口的板106的斷面方向上交替著排列有寬度為hi的切口 109和寬度為h2的肋(集電肋106a)。
[0022]如果增大切口109的寬度hi，減小集電肋106a的寬度h2，空氣則易于流動，因此壓力損失減少。但因為陰極111的與空氣接觸的斷面區增加，所以如圖4中箭頭所示，電流的流動距離增長，沿斷面方向流過陰極111的電流的電阻增加。其結果是會導致發電電壓降低。
[0023]相反，如果減小切口109的寬度hi，增大集電肋106a的寬度h2，那么陰極111的與空氣接觸的斷面區則會減少，因而沿斷面方向在單元中流動的電流的電阻減小，但空氣的壓力損失卻增大。但即使相應地增加流路的條數來彌補所增大的空氣的壓力損失，也會因為與空氣接觸的流路的總面積增加而無法避免壓力損失增大。
[0024]其結果是，因為有必要增加將空氣供向單元的送風機等的功率，所以會引起堵住空氣流路的密封件的密封不良，發電所消耗的功耗增加等問題。
[0025]因此，本發明的目的在于:提供一種既能夠邊提高空氣流路的設計自由度邊將空氣適當地分配給各單元的陰極且能夠將空氣的壓力損失和集電時的電阻雙方同時減小的燃料電池。
[0026]一用于解決技術問題的技術方案一
[0027]這里公開的燃料電池是一種通過將多個發電元件層疊起來而構成的。所述發電元件包括:單元、陽極板以及陰極板。所述單元為板狀，在所述單元的一主面上連接有陽極，在所述板狀單元的另一主面上連接有陰極。所述陽極板通過層疊而形成且，與所述陽極電連接。所述陰極板通過層疊而形成，且與所述陰極電連接。
[0028]陰極板包括多條第一氣體流路和多條第二氣體流路。多條所述第一氣體流路彼此排列著從所述單元的一端部朝著相對一側的另一端部延伸，而成為含有氧的氣體的流路。多條所述第二氣體流路位于所述第一氣體流路和所述單元之間，彼此排列著并朝著與所述第一氣體流路延伸的延伸方向交叉的方向延伸且暴露在所述單元一側，并且，多條所述第二氣體流路中的每一條所述第二氣體流路在所述層疊方向的交叉部分附近與多條所述第一氣體流路中的至少兩條以上的第一氣體流路連通。
[0029]可以是這樣的，所述陰極板包括第一板和第二板，在所述第一板上形成有所述第一氣體流路;所述第二板層疊在所述第一板上且在該第二板上形成有所述第二氣體流路。
[0030]可以是這樣的，所述第一氣體流路包括:形成為沿所述第一板的厚度方向貫通所述第一板的開口。
[0031]可以是這樣的，所述第二氣體流路的形成為沿所述第二板的厚度方向貫通所述第二板的開口暴露在所述單元一側。
[0032]可以是這樣的，所述第一氣體流路包括形成為沿所述第一板的厚度方向貫通所述第一板的開口；所述第二氣體流路的形成為沿所述第二板的厚度方向貫通所述第二板的開口暴露在所述單元一側;形成在所述第一板上的開口在所述延伸方向上的長度比形成在所述第二板上的開口在所述延伸方向上的長度長;形成在所述第一板上的開口在與所述延伸方向正交的方向上的寬度比形成在所述第二板上的開口在與所述延伸方向正交的方向上的寬度寬。
[0033]可以是這樣的，多條所述第二氣體流路中沿著所述延伸方向形成的兩條以上的所述第二氣體流路在所述第二板的板面內彼此未連通。
[0034]可以是這樣的，所述多條第二氣體流路中沿著與所述延伸方向正交的方向彼此相鄰的兩條第二氣體流路形成為:與從所述多條第一氣體流路中選出的兩個以上不同的所述第一氣體流路連通。
[0035]一發明的效果一
[0036]根據本發明，能夠實現緊湊且發電性能優良的燃料電池。
【附圖說明】
[0037]圖1是示出現有燃料電池之一例的立體簡圖。
[0038]圖2(a)和圖2(b)是不出現有陰極側隔咼體之一例的立體簡圖。
[0039]圖3是已將現有的電池堆緊湊化后的俯視簡圖。
[0040]圖4是從空氣的流動方向觀看圖2中的隔離體時所看到的一部分的剖視簡圖。
[0041]圖5是示出實施方式中的燃料電池的立體簡圖。
[0042]圖6是示出沿圖5中的WH〃線看到的發電元件的剖視簡圖。
[0043]圖7是示出發電元件的立體分解簡圖。
[0044]圖8是不出陰極板的立體分解簡圖。
[0045]圖9是示出從圖8中箭頭V的方向看到的俯視簡圖。
[0046]圖10是圖9中用箭頭X不出的部分的簡圖。