JP3965502B2 - 固体酸化物形燃料電池スタック用導電性部材 - Google Patents
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Description
本発明は、複数の固体酸化物形燃料電池セルを電気的に接続して燃料電池スタックとする際に用いられる導電性部材、およびそれを用いた燃料電池スタックに関する。
固体酸化物形燃料電池は、作動温度が高く(800〜1000℃)、効率の良い燃料電池として期待されている。固体酸化物形燃料電池は、通常、その複数(以下、一つの燃料電池単位を「燃料電池セル」という場合がある)を電気的に直列および/または並列に接続して束ねた、スタックと呼ばれる構造にして用いられる。
よって、本発明は、良好な燃料電池スタックが構成可能な固体酸化物形燃料電池スタック用導電性部材の提供をその目的としている。
また、本発明、上記導電性部材を用いた固体酸化物形燃料電池スタックの提供をその目的としている。
さらに本発明による燃料電池スタックは、固体酸化物形燃料電池の複数を、上記本発明による導電性部材によって直列および/または並列に電気的に接続してなることを特徴とするものである。
本発明による導電性部材が用いられる燃料電池スタックの構造を、図面を用いて説明する。
本発明にあっては、この導電性部材6として、以下に説明する金属シートを用いる。
本発明による導電性部材は、連続した骨格からなる、三次元多孔構造を有する金属シートである。図3は、本発明による導電性部材である金属シートの拡大模式図である。本発明による金属シートは、この図に示されるように、いわゆるスポンジ類似の構造を有し、三次元の多孔構造または三次元の網目構造が、連続した柱を骨格としていることを特徴とする。この点で、独立した複数の金属繊維、すなわち非連続の金属繊維が複雑に絡み合って多孔構造または網目構造を構成するフェルトとは大きく異なり、この相違点が本発明による導電性部材の有利な特性、特徴を与える要因となっている。具体的には、従来のニッケル等よりなる金属繊維のフェルトは、複数の非連続の繊維が複雑に絡み合って構成されているため、一度圧縮力が加わると弾力性または復元性が十分でないことがあるが、本発明による金属シートは、連続した柱を骨格して三次元構造が構成されているため、立体的な強度を有し、弾性力および復元力に富む。その結果、燃料電池セルの製造が容易に行え、とりわけ間隔の調整に伴いその厚さを再調整することが容易に行えるとの利点が得られる。さらに具体的に述べれば次の通りである。
本発明による導電性部材は、上記の通り、固体酸化物形燃料電池セルの複数を、直列および/または並列に電気的に接続し、燃料電池スタックを構成するために用いられる。図2に示される燃料電池スタックは、燃料電池セル1との間に本発明による導電性部材をおいてこれを固定することにより製造することができる。具体的には、燃料電池セル1の燃料極4と、インターコネクタ5との間、および燃料極4と、燃料極4との間に本発明による導電性部材を、好ましくはニッケルペーストまたは白金ペーストを介して、付着させる。
図9〜図12に示される構造を有した燃料電池セルを以下のとおり製造した。まず、燃料電池セルとして、外径約16.0mm、長さ660mmよりなり、電気的な直列および並列の接続面に厚さ約40±20μmのニッケル金属膜を形成したものを準備した。燃料電池スタックの目標寸法は、図10に示される直列方向Lを66.2mm、並列方向Dを45.5mmとした。導電性部材の目付量が約0.50〜1.00g/cm3になるようにセルメット♯8(住友電気工業株式会社製、厚さ0.8mm、0.55g/cm3)を、図10に示される導電性部材は6層に、また、直列方向の内部へ形成する導電性部材は3層に折り畳んで積層して、準備した。次に、図9に示すような燃料電池セルの全ての段数において、F1〜F6の直列方向の各導電性部材を、図6に示されるようなプレス型10で圧縮し、図7のような凹面11を有する導電性部材6を作成した。また、並列方向における導電性部材も同様に作製した。その後、図7に示される界面6aへ剣先状のヤスリを差し込んで層状に広げることにより、図8のような空間12を備えたバネのような弾力性を有する導電性部材6に加工した。このとき、焼き付け後の導電性部材の厚みに対して、層状に広げた弾性を有する導電性部材の厚みが約106%〜111%とやや大きくなるようにした。続いて、燃料電池スタックを組み立てる際、導電性部材のズレを防いで機械的に積み上げるため、導電性部材6の燃料電池セルとの接続面にアクリル系の粘着剤を表面に塗布し、各導電性部材6を燃料電池セル1へ取り付けた。
例1と同様の燃料電池セルを用意し、同様の構造および大きさの燃料電池スタックを例1の製造法に準じて製造した。但し、導電性部材として、ニッケルフェルト(ベカルトアジア社製、繊維径12μm、厚さ1.0mm、目付量0.9g/cm3)を用いた。フェルトの目付量は、約0.50〜1.50g/cm3になるようにした。
Claims (21)
- 固体酸化物形燃料電池セルの複数を、直列および/または並列に電気的に接続して、燃料電池スタックとするために用いられる導電性部材であって、
連続した骨格からなる、三次元多孔構造を有する金属シートからなり、前記骨格の軸径が35〜80μmの範囲にあることを特徴とする、導電性部材。 - 前記三次元多孔構造が有する空隙の直径が0.30〜0.80mmの範囲にある、請求項1に記載の導電性部材。
- 固体酸化物形燃料電池セルの複数を、直列および/または並列に電気的に接続して、燃料電池スタックとするために用いられる導電性部材であって、
連続した骨格からなる、三次元多孔構造を有する金属シートからなり、該金属シートが連続した骨格からなる、三次元多孔構造を有する樹脂に、金属メッキを施すことにより得られたものであることを特徴とする、導電性部材。 - 前記三次元多孔構造が有する空隙の直径が0.30〜0.80mmの範囲にある、請求項3に記載の導電性部材。
- 前記骨格の軸径が35〜80μmの範囲にある、請求項3または4に記載の導電性部材。
- 固体酸化物形燃料電池セルの複数を、導電性部材によって直列および/または並列に電気的に接続してなる燃料電池スタックであって、
前記導電性部材が、連続した骨格からなる、三次元多孔構造を有する金属シートからなり、前記骨格の軸径が35〜80μmの範囲にあることを特徴とする、燃料電池スタック。 - 固体酸化物形燃料電池セルの複数を、導電性部材によって直列および/または並列に電気的に接続してなる燃料電池スタックであって、
前記導電性部材が、連続した骨格からなる、三次元多孔構造を有する金属シートからなり、該金属シートが連続した骨格からなる、三次元多孔構造を有する樹脂に、金属メッキを施すことにより得られたものであることを特徴とする、燃料電池スタック。 - 前記導電性部材が、連続した骨格からなる、三次元多孔構造を有する金属シートの複数を積層して構成されてなるものである、請求項6または7に記載の燃料電池スタック。
- 前記導電性部材が、連続した骨格からなる、三次元多孔構造を有する金属シートを複数回折り畳んで構成されてなる、請求項6または7に記載の燃料電池スタック。
- 焼き付け後または発電後、前記金属シートの積層部分または折り畳み部分の界面から剥離可能な層構造を有するものである、請求項8または9に記載の燃料電池スタック。
- 前記積層構造の前記導電性部材の厚さが1.0mm〜6.0mmである、請求項6〜10のいずれか一項に記載の燃料電池スタック。
- 前記固体酸化物形燃料電池セルが、電解質と、空気極と、燃料極と、前記空気極または燃料極に接続されてなるインターコネクタとを少なくとも備えてなり、筒形状を有するものである、請求項6〜11のいずれか一項に記載の燃料電池スタック。
- 焼き付け後または発電後の請求項6〜12のいずれか一項に記載の燃料電池スタック。
- 前記導電性部材が、燃料電池セルの軸方向の全長にわたり設けられてなる、請求項6〜13のいずれか一項に記載の燃料電池スタック。
- 直列方向の前記導電性部材が、燃料電池セルの軸方向の全長にわたり設けられてなる、請求項14に記載の燃料電池スタック。
- 前記導電性部材が、複数に分割されて、燃料電池セルの軸方向の全長にわたり設けられてなる、請求項6〜13のいずれか一項に記載の燃料電池スタック。
- 直列方向の前記導電性部材が、複数に分割されて、燃料電池セルの軸方向の全長にわたり設けられてなる、請求項16に記載の燃料電池スタック。
- 前記導電性部材が、燃料電池セルの一部にのみ設けられてなる、請求項6〜13のいずれか一項に記載の燃料電池スタック。
- 直列方向の前記導電性部材が、燃料電池セルの一部にのみ設けられてなる、請求項18に記載の燃料電池スタック。
- 固体酸化物形燃料電池セルの複数を、導電性部材によって直列および/または並列に電気的に接続してなる燃料電池スタックのメンテナンス方法であって、
前記導電性部材が、連続した骨格からなる、三次元多孔構造を有する金属シートからなり、前記骨格の軸径が35〜80μmの範囲にあるものであり、
焼き付け後または発電後に、前記導電性部材および/または前記燃料電池セルを取替えることを特徴とする、方法。 - 固体酸化物形燃料電池セルの複数を、導電性部材によって直列および/または並列に電気的に接続してなる燃料電池スタックのメンテナンス方法であって、
前記導電性部材が、連続した骨格からなる、三次元多孔構造を有する金属シートからなり、該金属シートが連続した骨格からなる、三次元多孔構造を有する樹脂に、金属メッキを施すことにより得られたものであり、
焼き付け後または発電後に、前記導電性部材および/または前記燃料電池セルを取替えることを特徴とする、方法。
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