JP4666279B2 - Solid oxide fuel cell stack and solid oxide fuel cell - Google Patents

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Description

本発明は、平行平板型の固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）に係わり、更に詳しくは平板型単セル間の通電を確実にし、温度変化等に起因する熱応力による変形などによる通電特性の低下を防止することができる集電構造を備えた固体酸化物形燃料電池スタックと、このような電池スタックから成る固体酸化物形燃料電池に関するものである。   The present invention relates to a parallel plate type solid oxide fuel cell (SOFC), and more particularly, ensures energization between flat plate type single cells, and lowers energization characteristics due to deformation due to thermal stress caused by temperature change and the like. The present invention relates to a solid oxide fuel cell stack having a current collecting structure capable of preventing the above and a solid oxide fuel cell comprising such a cell stack.

近年、例えば空気と水素をそれぞれ酸化剤ガスおよび燃料ガスとして使用し、燃料ガスが本来持っている化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換する燃料電池が省資源、環境保護の観点から注目されており、特に、電解質材料として固体酸化物を用いた固体酸化物形燃料電池は、発電効率が高く、廃熱を有効に利用できるなど多くの利点を有するため研究、開発が進んでいる。   In recent years, for example, fuel cells that use air and hydrogen as oxidant gas and fuel gas, respectively, and directly convert the chemical energy inherent in the fuel gas into electrical energy have attracted attention from the viewpoint of resource saving and environmental protection. In particular, a solid oxide fuel cell using a solid oxide as an electrolyte material has many advantages such as high power generation efficiency and effective use of waste heat.

図１４は、従来の内部マニホールド方式の平板型固体酸化物形燃料電池を示すものである。なお、内部マニホールド方式とは、固体酸化物形燃料電池のセパレータ等に燃料ガスと酸化剤ガスのガスの給排気孔をそれぞれ設け、これらの孔から各平板型単電池の各電極面にそれぞれのガスを給排気するようにしたものを称している。   FIG. 14 shows a conventional internal manifold type flat solid oxide fuel cell. In addition, the internal manifold system means that a gas supply / exhaust hole for a fuel gas and an oxidant gas is provided in a separator of a solid oxide fuel cell and the like, and each electrode surface of each flat cell is connected through these holes. It refers to the one that supplies and exhausts gas.

図に示す平板型固体酸化物形燃料電池１００は、イットリアなどをドープしたジルコニア焼結体（ＹＳＺ）から成る平板型固体電解質１０２の両面に、それぞれ（Ｌａ、Ｓｒ）ＭｎＯ３ から成る空気極１０４と、ＮｉＯ−ＹＳＺサーメットから成る燃料極１０６とを配置した平板型単電池１０８と、隣接する平板型単電池１０８同士を電気的に直列に接続し、平板型単電池１０８に燃料ガスと酸化剤ガスとを分配して供給するセパレータ１１０からなり、メッシュ状の金属１１５をセパレータ１１０と燃料極１０６との間に配置すると共に、セパレータ１１０と空気極１０４との間に接続層１１７を配置することによってセパレータ１１０と燃料極１０６、および空気極１０４とを導通させ、さらに側面にシール材１１９を設けることによって閉鎖させている。
そして、平板型固体酸化物形燃料電池１００を交互に積層し、流路１１４からそれぞれ酸化剤ガスと燃料ガスを導入し、各平板型単電池１０８の空気極１０４及び燃料極１０６の面にこれら酸化剤ガスと燃料ガスをそれぞれ接触させることによって起電力を発生させ、直列に積層した固体酸化物形燃料電池１００から出力するようになっている。 A flat solid oxide fuel cell 100 shown in the figure has an air electrode 104 made of (La, Sr) MnO 3 on both surfaces of a flat solid electrolyte 102 made of a zirconia sintered body (YSZ) doped with yttria or the like. And a flat unit cell 108 in which a fuel electrode 106 made of NiO-YSZ cermet is disposed, and adjacent flat unit cells 108 are electrically connected in series, and fuel gas and oxidant are connected to the flat unit cell 108. It consists of a separator 110 that distributes and supplies gas, and a mesh-like metal 115 is disposed between the separator 110 and the fuel electrode 106, and a connection layer 117 is disposed between the separator 110 and the air electrode 104. The separator 110, the fuel electrode 106, and the air electrode 104 are electrically connected with each other, and a sealing material 119 is provided on the side surface. Closed.
Then, the flat solid oxide fuel cells 100 are alternately stacked, and an oxidant gas and a fuel gas are respectively introduced from the flow path 114, and these are formed on the surfaces of the air electrode 104 and the fuel electrode 106 of each flat cell 108. An electromotive force is generated by bringing an oxidant gas and a fuel gas into contact with each other and output from the solid oxide fuel cells 100 stacked in series.

このとき、上記セパレータ１１０の集電面は、機械加工等により平面に形成している野に対し、平板型単電池１０８は、製作時に生じた反りや歪みを有し、この歪みは材質等の関係から機械的な加工を行なって完全な平面に修正することが困難であることから、セパレータ１１０を平板型単電池１０８に取り付けた場合、平板型単電池１０８がセパレータ１１０の集電面と面全体で接触することができず、点接触となって良好な電気的な接続状態が得られないことがある。また、上記単電池１０８を複数積層した際、締め付けの荷重がセラミック製のセパレータ１１０を介して平板型単電池１０８にかかる構造であることから、温度変動により締め付け力が変化し荷重が過大になったときには、セパレータ１１０や平板型単電池１０８が破壊してしまうことがある。さらに、変形に対処するため平板型単電池１０８を電気的に接続させる導通用の金属１１５を強固にしなければならず、これによっても平板型単電池１０８に荷重がかかってしまい、熱応力等により平板型単電池１０８の破損等を引き起こすことが考えられる。   At this time, the current collecting surface of the separator 110 is a flat surface formed by machining or the like, whereas the flat cell 108 has warpage or distortion generated during manufacture. Since it is difficult to perform a mechanical process and correct it to a complete plane from the relationship, when the separator 110 is attached to the flat cell 108, the flat cell 108 has a current collecting surface and a surface of the separator 110. The contact cannot be made as a whole, and it may become a point contact and a good electrical connection state may not be obtained. In addition, when a plurality of the unit cells 108 are stacked, the tightening load is applied to the flat unit cell 108 via the ceramic separator 110. Therefore, the tightening force changes due to temperature fluctuation, and the load becomes excessive. In such a case, the separator 110 and the flat cell 108 may be destroyed. Further, in order to cope with the deformation, the conductive metal 115 for electrically connecting the flat unit cells 108 must be strengthened, and this also applies a load to the flat unit cells 108 and is caused by thermal stress or the like. It is conceivable that the flat cell 108 is damaged.

このような問題点を解決するため、凸部を持つ金属板を弾性的に空気極及び燃料極に接触させ、集電と同時にセルにかかる応力を緩和する燃料電池の集電構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、集電構造として、導電性フェルトを用いる方法が提案されている（例えば、特許文献２及び３参照）。
特開２００１−６８１３２号公報 特開平０１−０１２４６９号公報 特開平０６−２０３８５７号公報 In order to solve such a problem, a current collecting structure for a fuel cell has been proposed in which a metal plate having a convex portion is elastically brought into contact with an air electrode and a fuel electrode to relieve stress applied to the cell simultaneously with current collection. (For example, refer to Patent Document 1).
Further, a method using a conductive felt as a current collecting structure has been proposed (see, for example, Patent Documents 2 and 3).
JP 2001-68132 A JP-A-01-012469 Japanese Patent Laid-Open No. 06-203857

しかしながら、上記した従来の固体酸化物形燃料電池のスタック構造においては、一般に以下のような問題点がある。
（１）導電性セラミック等によるリジッドな集電ではスタックの熱分布による応力により セルが破損することがある。
（２）金属薄板を用いた弾性接触でもセルに応力がかかりセル破損に繋がることがある。
（３）上記のような集電構造では、セルが破損しないように強度を確保するために、セル を厚くする等の対策が必要となり、スタックが重く、大きくなる。
（４）導電性フェルトを押し付けるだけでは、熱によるフェルトの緻密化が進行しクッシ ョン性の低下、変形によって接触不良が発生することがある。
（５）導電性フェルトを押し付けるために弾性体を挿入する方法もあるが、ＳＯＦＣの温 度環境下で安定に弾性を保持できる弾性体は非常に高価であり、またスタックの大型 化、重量増に繋がる。 However, the conventional solid oxide fuel cell stack structure generally has the following problems.
(1) Rigid current collection with conductive ceramics, etc., may damage the cell due to stress due to heat distribution in the stack.
(2) Even with elastic contact using a thin metal plate, stress may be applied to the cell, leading to cell damage.
(3) In the current collecting structure as described above, in order to ensure the strength so that the cell is not damaged, it is necessary to take measures such as thickening the cell, and the stack becomes heavy and large.
(4) If only the conductive felt is pressed, the felt is densified by heat, and the contact property may be deteriorated due to the deterioration of the cushioning property or deformation.
(5) Although there is a method of inserting an elastic body to press the conductive felt, an elastic body that can stably maintain elasticity under the temperature environment of SOFC is very expensive, and the stack is increased in size and weight. It leads to.

本発明は、従来の固体酸化物形燃料電池スタックの集電構造における上記課題に着目してなされたものであって、その目的とするところは、集電体の緻密化やずれによる集電体とセル、セパレータ相互の電気的な接続不良を防止することができ、良好な導通性を発揮する集電構造を備えた固体酸化物形燃料電池スタックと共に、このようなスタックを組込んだ固体酸化物形燃料電池を提供することにある。   The present invention has been made by paying attention to the above-described problems in the current collecting structure of a conventional solid oxide fuel cell stack, and the object of the present invention is to collect the current collector by densifying or shifting the current collector In addition to a solid oxide fuel cell stack with a current collecting structure that can prevent poor electrical connection between the cell and separator, and exhibit good electrical conductivity, solid oxide incorporating such a stack The object is to provide a physical fuel cell.

本発明者らは、上記目的を達成すべく、スタックの積層構造、集電体やセパレータの材料や形状、さらにはセルやセパレータとの間に形成する介在層などについて鋭意検討を重ねた結果、集電体と電極やセパレータの間を単に押し当てるだけではなく、互いに接合するようになすことによって上記課題が解決できることを見出し、本発明を完成するに到った。   In order to achieve the above object, the present inventors have conducted extensive studies on the stack structure of the stack, the material and shape of the current collector and separator, and further the intervening layer formed between the cell and separator. The present inventors have found that the above-mentioned problems can be solved not only by pressing between the current collector and the electrodes and separators but also by joining them together, thereby completing the present invention.

すなわち、本発明の固体酸化物形燃料電池スタックは、固体酸化物電解質材料の両面に電極層をそれぞれ形成して成るセルと該セルを支持する支持部を有するセル板であって、上記支持部がセルとは別体構造のフレーム状をなしているフレーム支持型セル板、又は上記支持部を電解質が兼ねている電解質支持型セル板、又は上記支持部を一方の電極層が兼ねている電極支持型セル板と、両面に集電体が配置され、セル板の支持部に当接した状態で、上記集電体を介してセルの電極同士を電気的に接続するセパレータとを交互に積層して成るものであって、集電体とセルの電極の間及び集電体とセパレータの間を、例えば溶接や接着剤によって、あるいはろう材などの溶着層を介して物理的に強固に接合した構造を有し、本発明の固体酸化物形燃料電池は、本発明の上記燃料電池スタックを備えたことを特徴としている。
That is, the solid oxide fuel cell stack of the present invention is a cell plate having a support portion for supporting the cell and the cell obtained by forming respective electrode layers on both sides of the solid oxide electrolyte material, the support portion Is a frame-supporting cell plate having a frame shape separate from the cell, or an electrolyte-supporting cell plate in which the electrolyte also serves as the support portion, or an electrode in which one electrode layer also serves as the support portion Layers of support-type cell plates and separators that electrically connect the cell electrodes through the current collectors with current collectors arranged on both sides and in contact with the support portions of the cell plates The current collector and the cell electrode and between the current collector and the separator are physically and firmly joined, for example, by welding, an adhesive, or a welding layer such as a brazing material. The solid oxide form of the present invention Charge battery is characterized by comprising the fuel cell stack of the present invention.

本発明によれば、セルやセパレータ等スタック構成部品にひずみが発生したり、集電体に緻密化や変形が発生したりしたとしても、セパレータと集電体、集電体とセルの電極とが単に押し当てられただけの接触状態ではなく、互いに物理的に接合されていることから、安定した電気的導通を得ることができ、集電ロスが軽減され、電池出力を向上することができる。
また、集電体をセルに強く押し付ける必要がなく、セルにかかる応力を軽減することができ、そのためセルの破損が防止でき、スタックの信頼性が向上する。そして、セルにかかる応力が小さいことからセルを薄く、軽くすることができ、燃料電池スタックの軽量化、小型化が可能となり、このようなスタックを適用することによって、固体酸化物形燃料電池の単位容積当たり出力の向上が可能になる。 According to the present invention, even if a stack component such as a cell or a separator is distorted or a current collector is densified or deformed, the separator and the current collector, the current collector and the cell electrode Are not in contact with each other but are physically joined to each other, so that stable electrical conduction can be obtained, current collection loss can be reduced, and battery output can be improved. .
Further, it is not necessary to strongly press the current collector against the cell, and the stress applied to the cell can be reduced. Therefore, the cell can be prevented from being damaged, and the reliability of the stack is improved. Since the stress applied to the cell is small, the cell can be made thin and light, and the fuel cell stack can be reduced in weight and size. By applying such a stack, the solid oxide fuel cell The output per unit volume can be improved.

以下、本発明の固体酸化物形燃料電池スタックについて、さらに詳細に説明する。   Hereinafter, the solid oxide fuel cell stack of the present invention will be described in more detail.

本発明の固体酸化物形燃料電池スタックは、上記したように、複数のセル板と、両面に集電体を備えたセパレータとの交互積層構造を有し、集電体をセルの電極及びセパレータの両方に物理的に接合した集電構造を備えたものであって、集電体が単なる押し付けによって上記電極やセパレータと接触しているだけでなく、電極やセパレータと物理的に接合されているため、安定した電気的導通を確保することができる。
なお、本発明において、セル板とは、固体酸化物電解質を両電極で挟持して成る１個又は複数のセル（単セル）をセパレータ及び集電体と交互積層するのに便利なように、フレーム状の支持部によって支持した構造のものを意味し、上記支持部としては、セル構造と別体のもののみならず、電解質材料から成る支持基板の両面に電極層がそれぞれ形成されていて電解質が支持部を兼ねているもの（電解質支持型）や、電極材料（例えば燃料極材料）から成る支持基板上に電解質層及び他方の電極層（空気極層）が形成されていて電極が支持部を兼ねているもの（電極支持型）をも含むことになる。 As described above, the solid oxide fuel cell stack according to the present invention has an alternately laminated structure of a plurality of cell plates and a separator having current collectors on both sides, and the current collectors are cell electrodes and separators. The current collector has a current collecting structure physically bonded to both of the electrodes, and the current collector is not only in contact with the electrode or the separator by simple pressing but also physically bonded to the electrode or the separator. Therefore, stable electrical conduction can be ensured.
In the present invention, the cell plate is convenient for alternately laminating one or a plurality of cells (single cells) formed by sandwiching a solid oxide electrolyte between both electrodes with a separator and a current collector, This means that the structure is supported by a frame-shaped support part. The support part is not only a separate structure from the cell structure, but also has an electrode layer formed on both sides of a support substrate made of an electrolyte material. Has an electrolyte layer and the other electrode layer (air electrode layer) formed on a support substrate made of an electrode material (for example, a fuel electrode material) or an electrode material (for example, a fuel electrode material). (Electrode support type) is also included.

上記集電体としては、その柔軟性、弾力性、通電性、接合性などの点から金属フェエルトを使用することが望ましい。 As the current collector, its flexibility, elasticity, electric conductivity, has to desired to use a metal Feeruto in view of bondability.

ここで、「物理的に接合」とは、例えば、溶接や接着、ろう接などによる強固な接合を意味する。
溶接とは、被接合材同士を互いに溶け合わせて直接的に接合させるものであって、例えば集電体とセパレータとの接合に、抵抗溶接やレーザ溶接、スポットアーク溶接などを適用することができる。 Here, “physically joining” means strong joining by, for example, welding, adhesion, brazing or the like.
Welding is a process in which materials to be joined are melted together and joined directly. For example, resistance welding, laser welding, spot arc welding, or the like can be applied to joining a current collector and a separator. .

また、接着に用いる接着剤としては、導電性を備えたものであることが望ましく、例えばＰｔを主成分とする導電性ペーストを用いることができるが、このような導電性接着剤のみに制約されるものではない。   In addition, it is desirable that the adhesive used for bonding is conductive, and for example, a conductive paste mainly composed of Pt can be used. However, the adhesive is limited only to such a conductive adhesive. It is not something.

すなわち、セルの電極部と集電体、集電体とセパレータがそれぞれ十分に接触できていさえすれば、接着剤はかならずしも導電性を有している必要はない。また、接着剤はそれ自身でスタックの構造を形成しているものではなく、集電体が高温下においてその歪や変形等によって電極やセパレータから解離することを防止できる程度の接着強度があれば十分である。
さらに、導電性ペーストの成分としても、上記したＰｔのみに限定されるものではなく、それぞれの電極側の雰囲気下において導電性を有していればよく、Ｐｄ、Ａｇ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｗ、あるいはこれら金属の合金等を適用することができる。 That is, the adhesive does not necessarily have conductivity as long as the electrode portion of the cell and the current collector, and the current collector and the separator can sufficiently contact each other. The adhesive is not intended to form a structure of a stack itself, if the adhesive strength that can prevent the current collector dissociate from the electrode and the separator by the strain or deformation under high temperatures It is enough.
Furthermore, the component of the conductive paste is not limited to the above-described Pt, and it is sufficient that the conductive paste has conductivity in the atmosphere on the electrode side. Pd, Ag, Au, Ni, Ru, W or an alloy of these metals can be applied.

そして、上記した溶接及び接着に加えて、ろう接のように、通電処理や熱処理によって溶融し、電極と集電体、集電体とセパレータの間に充填され、凝固することによって両者を接合する金属を用いた溶着層によって物理的接合を行なうことも可能である。   And in addition to the welding and adhesion described above, like soldering, it is melted by energizing treatment or heat treatment, filled between the electrode and the current collector, between the current collector and the separator, and solidified to join them together. It is also possible to perform physical bonding with a weld layer using metal.

このような溶着層を形成する金属としては、被接合材、この場合には電極、集電体及びセパレータを構成する材料の融点よりも低く、当該固体酸化物形燃料電池の作動温度よりも高い融点を有していることが必要であって、一般にろう材と言われるもの、例えばＰｔ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｎｉ等の金属や、これら金属を主成分として含有する合金を使用することができ、可能であればＡｌ、Ｓｉ、Ｃｒ等のように、溶着層の表面に強固な酸化皮膜を形成する成分を含むものが望ましい。
さらには、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｇａ等のように、その酸化物が電子伝導性を有する金属を含有していることも望ましく、これにより、溶着層がガス雰囲気（空気極側）によって酸化された場合でも導電性を保つことができるようになる。 The metal forming such a weld layer is lower than the melting point of the material to be joined, in this case, the electrode, current collector and separator, and higher than the operating temperature of the solid oxide fuel cell. It is necessary to have a melting point, and what is generally called a brazing material, for example, a metal such as Pt, Ag, Au, Pd, Ni, or an alloy containing these metals as a main component may be used. If possible, it is desirable to include a component that forms a strong oxide film on the surface of the weld layer, such as Al, Si, Cr, and the like.
Furthermore, it is also desirable that the oxide contains a metal having electron conductivity, such as Sn, Zn, Ga, etc., so that the welded layer is oxidized by the gas atmosphere (air electrode side). However, it becomes possible to maintain conductivity.

このような溶着層は、例えばスパッタリング法やＥＢ蒸着などのＰＶＤ（物理気相蒸着法）処理やめっきにより単層、あるいは多層に形成することができる。
なお、溶着層を多層構造とした場合には、表面側にのみPｄ等高価であるが耐酸化性に優れた材料を多く含む層を形成することで、安価でありながら耐酸化性に優れた接合層を得ることができる Such a welding layer can be formed in a single layer or multiple layers by, for example, PVD (physical vapor deposition) processing such as sputtering or EB deposition or plating.
In addition, when the weld layer has a multilayer structure, it is inexpensive but excellent in oxidation resistance by forming a layer containing a large amount of material such as Pd that is expensive but excellent in oxidation resistance only on the surface side. Bonding layer can be obtained

上記したような接着剤、あるいは溶着層による集電体とセルの電極との接合においては、接着剤あるいは溶着層を電極全面に形成することなく、電極表面に網目状に形成することが望ましく、これによって電極へのガス供給が確保されることになる。
また、このとき電極中には、接着剤あるいは溶着層中に含まれる成分の少なくとも１種が含まれていることが望ましく、接着剤あるいは溶着層中に電極材料との共通成分が存在することによって、より強固な接合が可能になる。 In joining the current collector and the cell electrode by the adhesive as described above or the weld layer, it is desirable to form the mesh on the electrode surface without forming the adhesive or the weld layer on the entire surface of the electrode, This ensures gas supply to the electrode.
Further, at this time, it is desirable that the electrode contains at least one of the components contained in the adhesive or the welding layer, and the presence of a common component with the electrode material in the adhesive or the welding layer. , A stronger bond is possible.

なお、上記セパレータ素材として用いられる耐熱合金は、一般に高温下においてＳｉ、Ａｌなどの酸化皮膜を表面に形成することによってその耐熱性を向上するというメカニズムを有しているが、このような酸化皮膜は、接触部における電気抵抗増大要因となる。
これに対し、本願発明においては、電気的導通が必要となる接触部を接着剤（導電性ペースト）やろう材金属から成る溶着層で被覆することになるため、酸化皮膜の成長による接触抵抗の増大が防止されることになる。 The heat-resistant alloy used as the separator material generally has a mechanism of improving its heat resistance by forming an oxide film such as Si or Al on the surface at high temperatures. Becomes a factor of increasing electrical resistance in the contact portion.
On the other hand, in the present invention, the contact portion that requires electrical continuity is covered with a welded layer made of an adhesive (conductive paste) or brazing metal, so that the contact resistance due to the growth of the oxide film is reduced. The increase is prevented.

以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。なお、本発明は、これらの実施例のみに限定されないことは言うまでもない。   Hereinafter, the present invention will be specifically described based on examples. Needless to say, the present invention is not limited to these examples.

（実施例１）
図１〜４は、本発明の第１の実施例を示すものであって、当該実施例に係わる固体酸化物形燃料電池スタック１は、図１（ａ）に示すように、電解質２ａを支持基板とする電解質支持型燃料電池セルを備えたセル板２と、隣接するセル板２のセル間を電気的に接続すると共に、セル板２の燃料極２ｂと空気極２ｃ間のガスを分離するセパレータ３と、上記セル板２のセルとセパレータ３の間を電気的に直列接続する集電体４とを多数枚交互に積層した構造を有している。 Example 1
1 to 4 show a first embodiment of the present invention, and a solid oxide fuel cell stack 1 according to the embodiment supports an electrolyte 2a as shown in FIG. 1 (a). The cell plate 2 having the electrolyte-supporting fuel cell serving as the substrate is electrically connected to the cells of the adjacent cell plates 2 and the gas between the fuel electrode 2b and the air electrode 2c of the cell plate 2 is separated. It has a structure in which a large number of separators 3 and current collectors 4 electrically connected in series between the cells of the cell plate 2 and the separators 3 are alternately stacked.

上記セル板２は、厚さ１００μｍ、１２０ｍｍ角程度の大きさのものであって、支持基板である電解質２ａの中央部に位置し、電極２ｂ及び２ｃが形成されて発電に寄与する発電部（セル）と、スタック化した際に発電部を支えると共に、ガスシール部やガス流路を形成する支持部とから成るものであって、電解質２ａの外周部がセルの支持部としても機能するようになっている。
そして、当該セル板２の支持部には、図２に示すように、４つのマニホールド、すなわち燃料ガス供給マニホールド２ｄ、空気供給マニホールド２ｅ、燃料ガス排気マニホールド２ｆ、空気排気マニホールド２ｇが形成されている。 The cell plate 2 has a thickness of about 100 μm and a size of about 120 mm square, and is positioned at the center of the electrolyte 2a that is a support substrate. Cell) and a support part that forms a gas seal part and a gas flow path while supporting the power generation part when stacked, and the outer periphery of the electrolyte 2a also functions as a support part of the cell. It has become.
As shown in FIG. 2, four manifolds, that is, a fuel gas supply manifold 2d, an air supply manifold 2e, a fuel gas exhaust manifold 2f, and an air exhaust manifold 2g are formed on the support portion of the cell plate 2. .

電解質２ａは、８ｍｏｌ％のイットリアを添加した安定化ジルコニア（ＹＳＺ）からなるものであって、上記のように支持部を兼ねている。発電部は１００ｍｍ角程度であって、一方の面にＮｉＯ−ＹＳＺを主成分とする燃料極２ｂ、他方の面にＬＳＭ（Ｌａ１−ＸＳｒＸＭｎＯ３）を主成分とする空気極２ｃが共に厚さ５０μｍ程度の厚さに焼き付けられている。
そして、図２に示すように、これら両電極２ｂ、２ｃの上には、貴金属、例えばＰｔ粉末を主成分とする導電性ペースト（導電性接着剤）から成る接着層５が網目状に形成されている。 The electrolyte 2a is made of stabilized zirconia (YSZ) to which 8 mol% of yttria is added, and also serves as a support portion as described above. Power generation unit is a approximately 100mm square, the fuel electrode 2b mainly composed of NiO-YSZ on one side, the air electrode 2c mainly composed of LSM (La 1-X Sr X MnO 3) on the other side Both are baked to a thickness of about 50 μm.
As shown in FIG. 2, an adhesive layer 5 made of a conductive paste (conductive adhesive) mainly composed of a noble metal, for example, Pt powder, is formed in a mesh shape on both the electrodes 2b and 2c. ing.

セパレータ３は、図３に示すように、厚さ５ｍｍの耐熱合金から成り、片側に深さ２ｍｍの空気流路３ａ、他方側に同じく２ｍｍ深さの燃料流路３ｂを備え、さらに外周部の燃料電池セルの支持部と重なる部分には、同様に、燃料ガス供給マニホールド３ｄ、空気供給マニホールド３ｅ、燃料ガス排気マニホールド３ｆ、空気排気マニホールド３ｇが形成され、上記セル板２の各マニホールド２ｄ、２ｅ、２ｆ、２ｇにそれぞれ連通するようにしてある。
このセパレータ３と燃料電池セル板２を交互に積層することによって燃料電池スタック１を形成し、空気極２ｃの側に空気を、燃料極２ｂの側に空気を供給、排気するようになっている。 As shown in FIG. 3, the separator 3 is made of a heat-resistant alloy having a thickness of 5 mm, and includes an air flow path 3 a having a depth of 2 mm on one side and a fuel flow path 3 b having a depth of 2 mm on the other side. Similarly, a fuel gas supply manifold 3d, an air supply manifold 3e, a fuel gas exhaust manifold 3f, and an air exhaust manifold 3g are formed in a portion overlapping the support portion of the fuel cell, and each manifold 2d, 2e of the cell plate 2 is formed. 2f and 2g, respectively.
A fuel cell stack 1 is formed by alternately laminating the separators 3 and the fuel cell plates 2, and air is supplied to the air electrode 2c side, and air is supplied to the fuel electrode 2b side and exhausted. .

そして、当該燃料電池スタック１においては、上記セル板２の電極２ｂ、２ｃとセパレータ３を電気的に接続するために、集電体４をセルとセパレータ３の間にそれぞれ介在させている。
この集電体４は、例えば耐熱性に優れた耐熱金属の繊維を編みこんだ金属フェルトからなるものであって、セパレータ３と集電体４の間、及び集電体４とセル電極２ｂ、２ｃの間は、導電性を備えていることが望ましいことから、上記したように、Ｐｔ粉を主成分とし、耐熱性を有する接着剤である導電性ペーストからなる接着層５、６によって、図１（ｂ）に示すような状態に接合されている。 In the fuel cell stack 1, the current collector 4 is interposed between the cell and the separator 3 in order to electrically connect the electrodes 2 b and 2 c of the cell plate 2 and the separator 3.
The current collector 4 is made of, for example, a metal felt knitted with a heat-resistant metal fiber having excellent heat resistance, between the separator 3 and the current collector 4, and between the current collector 4 and the cell electrode 2b, Since it is desirable to have electrical conductivity during 2c, as described above, the adhesive layers 5 and 6 made of conductive paste, which is an adhesive having Pt powder as a main component and having heat resistance, It is joined in a state as shown in FIG.

次に、図４（ａ）〜（ｅ）に基づいて、上記した固体酸化物形燃料電池スタック１の作製要領について説明する。   Next, a manufacturing procedure of the above-described solid oxide fuel cell stack 1 will be described with reference to FIGS.

まず電解質材料、この例では８ＹＳＺのスラリーを用いて、ドクターブレード法によってグリーンシートを作製し、所定の大きさに切り出すと共に、各マニホールドを形成するための穴あけ加工を行い、その後焼成処理を施すことによって、厚さ１００μｍ程度の電解質基板（電解質）２ａを作製する。
次いで、図４（ａ）に示すように、この基板２ａの表裏面上にそれぞれ燃料極材料及び空気極材料をスクリーン印刷にて塗布したのち、焼成することによって燃料極２ｂ及び空気極２ｃを形成し、セル板２とする。 First, using an electrolyte material, in this example, 8YSZ slurry, a green sheet is produced by the doctor blade method, cut into a predetermined size, drilled to form each manifold, and then fired. Thus, an electrolyte substrate (electrolyte) 2a having a thickness of about 100 μm is produced.
Next, as shown in FIG. 4A, the fuel electrode material and the air electrode material are applied to the front and back surfaces of the substrate 2a by screen printing, and then fired to form the fuel electrode 2b and the air electrode 2c. The cell plate 2 is used.

次に、図４（ｂ）に示すように、上記燃料極２ｂ及び空気極２ｃの上に、導電性ペーストをスクリーン印刷によって網目状に塗布し、接着層５を形成する。この時のペーストの塗布幅（網目幅）は、電極内でのガス拡散を疎外しない程度、すなわち電極層の厚さの２倍程度以下とすることが望ましい。   Next, as shown in FIG. 4B, a conductive paste is applied in a mesh pattern by screen printing on the fuel electrode 2b and the air electrode 2c to form the adhesive layer 5. It is desirable that the paste application width (mesh width) at this time is such that gas diffusion within the electrode is not alienated, that is, about twice the thickness of the electrode layer.

一方、セパレータ３は、上記したように耐熱金属を用いて、切削加工やプレス加工、エッチング加工等によって、図３及び図４（ｃ）に示すような形状に作製するが、製法については特に限定されない。
そして、図４（ｄ）に示すように、得られたセパレータ３に対しても、集電体４と接触する面に導電性ペーストを塗布し、接着剤層６を形成しておく。 On the other hand, the separator 3 is made into a shape as shown in FIGS. 3 and 4C by using a heat-resistant metal as described above, by cutting, pressing, etching, or the like, but the manufacturing method is particularly limited. Not.
And as shown in FIG.4 (d), with respect to the obtained separator 3, the electrically conductive paste is apply | coated to the surface which contacts the electrical power collector 4, and the adhesive bond layer 6 is formed.

そして最後に、セル板２、セパレータ３、及び図４（ｅ）に示す集電体４を積層した後、例えば８００℃程度で熱処理を施し、導電性ペーストを焼き付けることによって、集電体４をセル板２のセル及びセパレータ３の両方に物理的に接合することによって、図４（ｆ）に示すように、固体酸化物形燃料電池スタック１が得られる。   And finally, after laminating the cell plate 2, the separator 3, and the current collector 4 shown in FIG. 4 (e), the current collector 4 is made by, for example, applying heat treatment at about 800 ° C. and baking the conductive paste. By physically joining both the cell of the cell plate 2 and the separator 3, a solid oxide fuel cell stack 1 is obtained as shown in FIG. 4 (f).

この実施例１においては、セル板２の電極２ｂ、２ｃと集電体４、集電体４とセパレータ３が導電性の接着剤で接続されていることから、スタック構成部品２、３にひずみが発生し、集電体４が変形したとしても、安定な電気的導通が得られ、集電ロスを軽減いて電池出力を向上することができる。また、集電体をセルに強く押し付けなくても電気的導通が安定に得られることから、各部材を薄肉、軽量化したとしてもスタックの信頼性を損なうことがなく、燃料電池スタックの軽量化、小型化を実現することができる。   In the first embodiment, since the electrodes 2b and 2c of the cell plate 2 and the current collector 4, and the current collector 4 and the separator 3 are connected by a conductive adhesive, the stack components 2 and 3 are strained. Even if the current collector 4 is deformed and the current collector 4 is deformed, stable electrical conduction is obtained, and the battery output can be improved by reducing the current collection loss. In addition, since electrical continuity can be stably obtained without strongly pressing the current collector against the cell, even if each member is made thinner and lighter, the reliability of the stack is not impaired, and the fuel cell stack is reduced in weight. It is possible to realize downsizing.

なお、上記実施例においては、セル電極２ｂ、２ｃ及びセパレータ３の上にそれぞれ接着層６及び５を形成する例を示したが、接着層の形成方法は、このような方法のみに限定されるものではなく、例えば集電体４の両面に接合材を塗布したり、集電体４を接着剤にディップしたりすることによって、集電体４の両面に接着層を形成することも可能である。   In the above-described embodiment, the example in which the adhesive layers 6 and 5 are formed on the cell electrodes 2b and 2c and the separator 3, respectively. However, the method for forming the adhesive layer is limited to such a method. For example, it is also possible to form an adhesive layer on both sides of the current collector 4 by applying a bonding material to both sides of the current collector 4 or by dipping the current collector 4 into an adhesive. is there.

また、上記実施例においては、電解質支持型セルを備えたセル板２を用いた例を示したが、これに限定されるものではなく、電極支持型セルにも適用することが可能である。
図５は、上記実施例に電極支持型セルを適用した例を示すものであって、この例では、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、電極（燃料極）支持型セルの外周部に、支持部として金属製のフレーム７を接合し、このセル板を上記実施例と同様に、図５（ｃ）に示すように積層した状態で、図５（ｄ）に拡大して示すように電極２ｃと集電体４、集電体４とセパレータ３とが接合されている。なお、上記支持部としてのフレーム７についても、ガス供給及び排気用のマニホールド７ｄ、７ｅ、７ｆ、７ｇが形成されている。 Moreover, in the said Example, although the example using the cell board 2 provided with the electrolyte support type cell was shown, it is not limited to this, It is possible to apply also to an electrode support type cell.
FIG. 5 shows an example in which an electrode supporting cell is applied to the above embodiment. In this example, as shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b), an electrode (fuel electrode) supporting cell is shown. A metal frame 7 is joined to the outer peripheral portion as a support portion, and this cell plate is laminated as shown in FIG. As shown, the electrode 2c and the current collector 4, and the current collector 4 and the separator 3 are joined. Note that manifolds 7d, 7e, 7f, and 7g for gas supply and exhaust are also formed on the frame 7 as the support portion.

（実施例２）
図６及び７は、本発明の第２の実施例を示すものであって、当該実施例に係わる固体酸化物形燃料電池スタック１においては、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、耐熱金属フェルトからなる集電体４の全体にＰｔ合金をコーティングすることによって、集電体繊維の表面に溶着層８を形成し、この溶着層８を介して集電体４が電極２ｂ、２ｃ及びセパレータ３に接合されていることにおいて、上記第１実施例と相違している。
この実施例においては、図７に示すように、繊維表面に溶着層８があらかじめコーティングされた状態の集電体４を使用するようにしているので、そのままセパレータ３とセル板２の間に積層した状態で、熱処理をするだけで、溶着層８が溶融して電極２ｂ、２ｃ及びセパレータ３との間に入り込み、図６（ｃ）に示すようにそれぞれの部品間を接合することができ、工程の簡素化をはかることができる。また、集電体４を構成する繊維同士の接触部においても接合がなされ、集電体４の内部においても良好な電気的接続点が増加することになり、集電体自身の電気的抵抗を低減する効果をも得ることができる。 (Example 2)
6 and 7 show a second embodiment of the present invention. In the solid oxide fuel cell stack 1 according to the embodiment, as shown in FIGS. 6 (a) to 6 (c). By coating the entire current collector 4 made of heat-resistant metal felt with a Pt alloy, a weld layer 8 is formed on the surface of the current collector fiber, and the current collector 4 is connected to the electrode 2b via the weld layer 8. 2c and the separator 3 are different from the first embodiment.
In this embodiment, as shown in FIG. 7, since the current collector 4 in which the weld layer 8 is pre-coated on the fiber surface is used, it is laminated between the separator 3 and the cell plate 2 as it is. In this state, just by heat treatment, the welded layer 8 melts and enters between the electrodes 2b, 2c and the separator 3, and the parts can be joined as shown in FIG. Simplification of the process can be achieved. In addition, bonding is also performed at the contact portion between the fibers constituting the current collector 4, and the number of good electrical connection points also increases inside the current collector 4, thereby reducing the electrical resistance of the current collector itself. The effect to reduce can also be acquired.

上記コーティングは、スパッタリング法やＥＢ蒸着等のＰＶＤ処理、あるいはめっき等によって行なうことができ、特に電解メッキを用いた場合には、その特性から集電体４の外周部に厚く成膜される傾向があるため、セパレータ４や電極２ｂ、２ｃとの接合部に効率的に溶着層８を形成することができる。   The coating can be performed by PVD treatment such as sputtering or EB vapor deposition, or plating. Especially, when electrolytic plating is used, a thick film tends to be formed on the outer peripheral portion of the current collector 4 due to its characteristics. Therefore, the weld layer 8 can be efficiently formed at the joint portion between the separator 4 and the electrodes 2b and 2c.

（実施例３）
図８は、本発明の第３の実施例を示すものであって、当該実施例においては、セル電極、例えば空気極２ｃの中に、耐熱性を有しかつ上記溶着層８にも含まれている金属であるＰｔ粉末を分散させたものであって、これ以外は上記実施例２と基本的に同じである。
このように、電極中により電子伝導性の高い金属粉が分散されることによって、電極中の電子伝導性が向上すると共に、集電体４と電極２ｃ間の接合に金属−金属の接合が介在することになり、電気抵抗が低く、かつ強固な接合が可能になる。 (Example 3)
FIG. 8 shows a third embodiment of the present invention. In this embodiment, the cell electrode, for example, the air electrode 2c, has heat resistance and is also included in the weld layer 8. The Pt powder, which is a metal, is dispersed and is basically the same as Example 2 except for this.
As described above, by dispersing the metal powder having higher electron conductivity in the electrode, the electron conductivity in the electrode is improved, and a metal-metal bond is interposed between the current collector 4 and the electrode 2c. As a result, electrical resistance is low and strong bonding is possible.

なお、上記した各実施例においては、集電体４とセパレータ３の接合、および集電体４とセル電極２ｂ、２ｃの接合は同じ手法を用いた例を示したが、必ずしも同じ接合方法を適用する必要はなく、材質や形状を考慮した最適の接合方法を採用することができる。   In each of the above-described embodiments, the same method is used for joining the current collector 4 and the separator 3 and joining the current collector 4 and the cell electrodes 2b and 2c. However, the same joining method is not necessarily used. It is not necessary to apply, and an optimum joining method in consideration of the material and shape can be adopted.

（実施例４）
図９及び１０は、本発明の第４の実施例を示すものであって、当該実施例においては、図９に示すように、セパレータ３と集電体４とが溶接によって接合され、集電体４と電極２ｂ、２ｃの間が実施例１と同様に、導電性ペーストによって接合されている。 Example 4
9 and 10 show a fourth embodiment of the present invention. In this embodiment, the separator 3 and the current collector 4 are joined together by welding as shown in FIG. The body 4 and the electrodes 2b and 2c are joined together with the conductive paste as in the first embodiment.

図１０は、その作製手順を示すものであって、この例ではまず、セパレータ３と集電体４とを例えばスポットによって溶接する。このとき、セパレータ３及び集電体４の接触面全体を溶接しても構わないが、それぞれの電気的抵抗が低いことから、スポット状の溶接でもスタックの集電抵抗への影響はほとんどない。また、セル板２と集電体４の接合については、第１の実施例と同様に、電極２ｂ及び２ｃの表面に導電性ペーストをスクリーン印刷によって網目状に塗布して接着層５を形成したのち、これらを同様に積層し、熱処理を施して集電体４の接合を図る。   FIG. 10 shows the production procedure. In this example, first, the separator 3 and the current collector 4 are welded by, for example, a spot. At this time, the entire contact surface of the separator 3 and the current collector 4 may be welded. However, since the respective electrical resistance is low, the spot-shaped welding has almost no influence on the current collecting resistance of the stack. For bonding the cell plate 2 and the current collector 4, as in the first embodiment, a conductive paste was applied to the surfaces of the electrodes 2 b and 2 c by screen printing to form an adhesive layer 5. After that, these are similarly laminated and subjected to heat treatment to join the current collector 4.

この実施例においては、セパレータ３と集電体４という導電性部品同士を溶接という平易な技術により接合することによって、安価に燃料電池スタック１を作製することが可能となる。また、この実施例では、電極２ｂ、２ｃとセパレータ３との接合は、接着剤を用いているがこれに限定されるものではなく、実施例２に示したように溶着層８を介して接合しても同様の効果が得られる。
このとき、ろう材金属から成る溶着層をセパレータ３の側に形成することもでき、セパレータ３と集電体４の両接合面に溶着層を形成しておくことも、必要に応じて望ましい。 In this embodiment, the fuel cell stack 1 can be manufactured at a low cost by joining the conductive parts such as the separator 3 and the current collector 4 by a simple technique of welding. In this embodiment, the bonding between the electrodes 2b and 2c and the separator 3 uses an adhesive. However, the bonding is not limited to this, and the bonding is performed via the welding layer 8 as shown in the second embodiment. However, the same effect can be obtained.
At this time, a weld layer made of brazing metal can be formed on the separator 3 side, and it is also desirable to form a weld layer on both joint surfaces of the separator 3 and the current collector 4 as necessary.

（参考例）
図１１〜１３は、本発明の参考例を示すものである。当該実施例では、カソード（空気極）側集電構造が空気極、金属支持体、集電体が溶着層により電気的に接続され、かつ集電体がセパレータに溶接された構造となっている点が第１の実施例と相違している。
この参考例において、セル板２は、図１１（ａ）及び（ｂ）に示すように、４個の単セルを支持部である金属フレーム７の上に搭載すると共に、導電性接着剤から成る接着層５によってカソード電極（空気極２ｃ）を金属フレーム７に導通させている。
( Reference example)
11 to 13 show reference examples of the present invention. In this embodiment, the cathode (air electrode) side current collecting structure has a structure in which the air electrode, the metal support, and the current collector are electrically connected by the weld layer, and the current collector is welded to the separator. This is different from the first embodiment.
In this reference example, as shown in FIGS. 11 (a) and 11 (b), the cell plate 2 has four single cells mounted on a metal frame 7 as a support portion and made of a conductive adhesive. The cathode layer (air electrode 2 c) is electrically connected to the metal frame 7 by the adhesive layer 5.

図１２に示すように、セパレータ３の表面には、柱状を成す集電体１０の一端側が溶接によって接合されており、上記金属フレーム７のカソード側面とセパレータ３に接合された上記集電体１０の間は、図１３に示すように、導電性接着剤から成る接着層５により接合されている。
また、セルのアノード電極（燃料極２ｂ）とセパレータ３の間には、金属フェルトから成る集電体４が挟持されており、図示しない導電性接着剤によって接合されている。 As shown in FIG. 12, one end of a columnar current collector 10 is joined to the surface of the separator 3 by welding, and the current collector 10 joined to the cathode side surface of the metal frame 7 and the separator 3. As shown in FIG. 13, they are joined by an adhesive layer 5 made of a conductive adhesive.
A current collector 4 made of metal felt is sandwiched between the anode electrode (fuel electrode 2b) of the cell and the separator 3, and is joined by a conductive adhesive (not shown).

一般に、高温酸化雰囲となるカソード電極２ｃの側では、そのような条件下で柔軟性と接続部の電気抵抗を両立できる材料としては、貴金属を主成分とする金属等特殊な材料に限定され、おのずと高価なものになってしまう。しかし、当該実施例によれば、このような高価な集電材料に換えて、上記集電体１０として安価な耐酸化性の低い材料を使用することが可能となる。また、電気的抵抗を低減するために太いワイヤなど、剛性の高い部材を使用したとしてもセルへの応力は少なく、割れ、破損等の発生を防止することができる。   In general, on the side of the cathode electrode 2c that is in a high-temperature oxidation atmosphere, the material that can achieve both flexibility and electrical resistance of the connection portion under such conditions is limited to a special material such as a metal mainly composed of a noble metal. Naturally, it becomes expensive. However, according to the embodiment, it is possible to use an inexpensive material with low oxidation resistance as the current collector 10 instead of such an expensive current collecting material. Further, even when a highly rigid member such as a thick wire is used to reduce electrical resistance, the stress on the cell is small, and the occurrence of cracks, breakage, etc. can be prevented.

（ａ）本発明の固体酸化物形燃料電池スタックの第１の実施例を示す断面図である。（ｂ）図１（ａ）に示した燃料電池スタックの集電部の構造を説明する拡大断面図である。(A) It is sectional drawing which shows the 1st Example of the solid oxide fuel cell stack of this invention. (B) It is an expanded sectional view explaining the structure of the current collection part of the fuel cell stack shown to Fig.1 (a). 図１に示した燃料電池スタックにおけるセル板の形状を説明する平面図である。It is a top view explaining the shape of the cell board in the fuel cell stack shown in FIG. 図１に示した燃料電池スタックにおけるセパレータの形状を説明する平面図（ａ）及び断面図（ｂ）である。It is the top view (a) and sectional drawing (b) explaining the shape of the separator in the fuel cell stack shown in FIG. 図１に示した燃料電池スタックの製造手順を説明する工程図である。It is process drawing explaining the manufacturing procedure of the fuel cell stack shown in FIG. 図１に示した燃料電池スタックにおけるセル板を電解質支持型セルに換えた例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example which replaced the cell board in the fuel cell stack shown in FIG. 1 with the electrolyte support type cell. （ａ）本発明の固体酸化物形燃料電池スタックの第２の実施例における集電部の構造を説明する拡大断面図である。（ｂ）図６（ａ）に示した集電部の熱処理前の状態を示す説明図である。（ｃ）図６（ａ）に示した集電部の熱処理後の状態を示す説明図である。(A) It is an expanded sectional view explaining the structure of the current collection part in the 2nd Example of the solid oxide fuel cell stack of this invention. (B) It is explanatory drawing which shows the state before heat processing of the current collection part shown to Fig.6 (a). (C) It is explanatory drawing which shows the state after heat processing of the current collection part shown to Fig.6 (a). 本発明の第２の実施例に係わる燃料電池スタックの製造手順を説明する工程図である。It is process drawing explaining the manufacturing procedure of the fuel cell stack concerning the 2nd Example of this invention. 本発明の固体酸化物形燃料電池スタックの第３の実施例における集電部構造を説明する拡大断面図である。It is an expanded sectional view explaining the current collection part structure in the 3rd Example of the solid oxide fuel cell stack of this invention. 本発明の固体酸化物形燃料電池スタックの第４の実施例における集電部構造を説明する拡大断面図である。It is an expanded sectional view explaining the current collection part structure in the 4th Example of the solid oxide fuel cell stack of this invention. 本発明の第４の実施例に係わる燃料電池スタックの製造手順を説明する工程図である。It is process drawing explaining the manufacturing procedure of the fuel cell stack concerning the 4th Example of this invention. 固体酸化物形燃料電池スタックの参考例に用いたセル板の形状を説明する平面図（ａ）及び断面図（ｂ）である。It is the top view (a) and sectional drawing (b) explaining the shape of the cell board used for the reference example of the solid oxide fuel cell stack. 固体酸化物形燃料電池スタックの参考例に用いたセパレータの形状を説明する平面図（ａ）及び断面図（ｂ）である。It is the top view (a) and sectional drawing (b) explaining the shape of the separator used for the reference example of the solid oxide fuel cell stack. （ａ）固体酸化物形燃料電池スタックの参考例を示す断面図である。（ｂ）図１３（ａ）に示した燃料電池スタックの集電部の構造を説明する拡大断面図である。(A) It is sectional drawing which shows the reference example of a solid oxide fuel cell stack. (B) It is an expanded sectional view explaining the structure of the current collection part of the fuel cell stack shown to Fig.13 (a). 従来の内部マニホールド方式の平板型固体酸化物形燃料電池の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the flat type solid oxide fuel cell of the conventional internal manifold system.

符号の説明Explanation of symbols

１ 固体酸化物形燃料電池スタック
２ セル板
２ａ 電解質（支持部）
２ｂ 燃料極
２ｃ 空気極
３ セパレータ
４ 集電体
５ 接着層
６ 接着層
７ フレーム（支持部）
８ 溶着層
９ 金属粉
１０ 集電体
1 Solid oxide fuel cell stack 2 Cell plate 2a Electrolyte (support)
2b Fuel electrode 2c Air electrode 3 Separator 4 Current collector 5 Adhesive layer 6 Adhesive layer 7 Frame (support part)
8 Welding layer 9 Metal powder 10 Current collector

Claims (16)

固体酸化物電解質材料の両面に電極層をそれぞれ形成して成るセルと該セルを支持する支持部を有するセル板であって、上記支持部がセルとは別体構造のフレーム状をなしているフレーム支持型セル板、又は上記支持部を電解質が兼ねている電解質支持型セル板、又は上記支持部を一方の電極層が兼ねている電極支持型セル板と、
両面に集電体が配置され、セル板の支持部に当接した状態で、上記集電体を介してセルの電極同士を電気的に接続するセパレータを備えた固体酸化物形燃料電池スタックにおいて、
上記集電体が上記セルの電極及びセパレータに物理的に接合されていることを特徴とする固体酸化物形燃料電池スタック。 A cell plate having a cell formed by forming electrode layers on both sides of a solid oxide electrolyte material and a support part for supporting the cell, wherein the support part has a frame shape separate from the cell. A frame-supporting cell plate, or an electrolyte-supporting cell plate in which the electrolyte also serves as the support portion, or an electrode-supporting cell plate in which one electrode layer also serves as the support portion ;
In a solid oxide fuel cell stack provided with a separator in which current collectors are arranged on both surfaces and in contact with a support portion of a cell plate, the electrodes of the cells are electrically connected via the current collector ,
A solid oxide fuel cell stack, wherein the current collector is physically joined to the electrode and separator of the cell. 上記集電体が金属フェルトであることを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池スタック。   2. The solid oxide fuel cell stack according to claim 1, wherein the current collector is a metal felt. 上記集電体が上記セルの電極及びセパレータに溶接によって接合されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の固体酸化物形燃料電池スタック。   3. The solid oxide fuel cell stack according to claim 1, wherein the current collector is joined to the electrode and separator of the cell by welding. 上記集電体が上記セルの電極及びセパレータに接着剤によって接合されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の固体酸化物形燃料電池スタック。   3. The solid oxide fuel cell stack according to claim 1, wherein the current collector is bonded to the electrode and separator of the cell by an adhesive. 上記集電体とセルの電極を接合する接着剤が電極表面に網目状に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の固体酸化物形燃料電池スタック。   5. The solid oxide fuel cell stack according to claim 4, wherein an adhesive for joining the current collector and the electrode of the cell is formed in a mesh shape on the electrode surface. 上記セルの電極と、当該電極と集電体とを接合する接着剤には、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｇ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｒｕ及びＷから成る群より選ばれた少なくとも１種の成分が含まれていることを特徴とする請求項４又は５に記載の固体酸化物形燃料電池スタック。   The adhesive for joining the electrode of the cell and the electrode and the current collector contains at least one component selected from the group consisting of Pt, Pd, Ag, Au, Ni, Ru and W. 6. The solid oxide fuel cell stack according to claim 4, wherein the fuel cell stack is a solid oxide fuel cell stack. 上記接着剤が導電性を有していることを特徴とする請求項４〜６のいずれか１つの項にに記載の固体酸化物形燃料電池スタック。   The solid oxide fuel cell stack according to any one of claims 4 to 6, wherein the adhesive has conductivity. 上記集電体が上記セルの電極及びセパレータに溶着層を介して接合されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の固体酸化物形燃料電池スタック。   The solid oxide fuel cell stack according to claim 1 or 2, wherein the current collector is joined to the electrode and separator of the cell via a welded layer. 上記溶着層がＰｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ａｇ及びＮｉから成る群から選ばれた金属、又は上記群から選ばれた少なくとも１種の金属を含む合金であることを特徴とする請求項８に記載の固体酸化物形燃料電池スタック。   9. The welding layer according to claim 8, wherein the weld layer is a metal selected from the group consisting of Pt, Pd, Au, Ag, and Ni, or an alloy containing at least one metal selected from the group. Solid oxide fuel cell stack. 上記溶着層が酸化雰囲気においてその表面に酸化皮膜を形成する金属を含んでいることを特徴とする請求項８又は９に記載の固体酸化物形燃料電池スタック。   10. The solid oxide fuel cell stack according to claim 8, wherein the weld layer contains a metal that forms an oxide film on the surface thereof in an oxidizing atmosphere. 上記酸化皮膜が電子伝導性を有していることを特徴とする請求項１０に記載の固体酸化物形燃料電池スタック。   The solid oxide fuel cell stack according to claim 10, wherein the oxide film has electronic conductivity. 上記溶着層がめっきにより単層又は多層に形成されていることを特徴とする請求項８〜１１のいずれか１つの項に記載の固体酸化物形燃料電池スタック。   The solid oxide fuel cell stack according to any one of claims 8 to 11, wherein the welding layer is formed in a single layer or a multilayer by plating. 上記溶着層がＰＶＤ法により単層又は多層に形成されていることを特徴とする請求項８〜１１のいずれか１つの項に記載の固体酸化物形燃料電池スタック。   The solid oxide fuel cell stack according to any one of claims 8 to 11, wherein the welding layer is formed in a single layer or a multilayer by a PVD method. 上記集電体とセルの電極を接合する溶着層が電極表面に網目状に形成されていることを特徴とする請求項８〜１３のいずれか１つの項に記載の固体酸化物形燃料電池スタック。   The solid oxide fuel cell stack according to any one of claims 8 to 13, wherein a welding layer for joining the current collector and the electrode of the cell is formed in a mesh shape on the electrode surface. . 上記セルの電極と、当該電極と集電体とを接合する溶着層には、Ｐｔ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｚｎ及びＧａから成る群より選ばれた少なくとも１種の成分が含まれていることを特徴とする請求項８〜１４のいずれか１つの項に記載の固体酸化物形燃料電池スタック。   The electrode of the cell and the weld layer that joins the electrode and the current collector are at least selected from the group consisting of Pt, Ag, Au, Pd, Ni, Al, Si, Cr, Sn, Zn, and Ga. The solid oxide fuel cell stack according to any one of claims 8 to 14, wherein one kind of component is contained. 請求項１〜１５のいずれか１つの項に記載の燃料電池スタックを備えたことを特徴とする固体酸化物形燃料電池。   A solid oxide fuel cell comprising the fuel cell stack according to any one of claims 1 to 15.
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