JP5077804B2 - 燃料電池スタック構造体 - Google Patents

Description

本発明は、固体電解質型燃料電池セルを積層して成る燃料電池スタック構造体に関するものである。

従来、上記したような燃料電池スタック構造体としては、例えば、同種の電極同士が対向するようにして平板型単セルを積層し、同種電極間に形成された空間をガス流路とした燃料電池スタック構造体があり、ガス流路に集電体を配置することで、すべての単セルを電気的に並列接続したものや、互いに絶縁関係にある単セル同士を外部導線によって電気的に接続したものがある。

また、上記した燃料電池スタック構造体のほかに、外部側の面の全てを空気極とすると共に内部側の面の全てを燃料極とした中空ディスク型セルを積層し、積層部分の各々において異種電極同士が電気的に接触するようにした燃料電池スタック構造体がある。
特願平７−２１４２１６号 特開２００２−５０３９０号 特開２００２−８６８１号

ところが、上記した燃料電池スタック構造体において、同種電極間に形成されたガス流路に集電体を配置した構成の燃料電池スタック構造体では、平板型単セルが全て並列で接続されることから、高電圧を得ることができず、一方、同種電極間に形成された空間をガス流路として、互いに絶縁関係にある単セル同士を外部導線によって電気的に接続した構成の燃料電池スタック構造体では、直列接続及び並列接続のいずれかを任意に選択することができるものの、外部導線で電気的接続を実施する都合上、導線の線径を大きくして大電流に対応するように成すと、積層間隔を狭めて高密度にパッキングした場合において、導線を単セルに接触させることが困難になるという問題があった。

また、中空ディスク型セルを積層して、各セル間の接続部分に電極を配置する燃料電池スタック構造体において、電極を薄膜状にした場合には電気抵抗が大きくなってしまい（直列接続の場合には特に電気抵抗が大きくなってしまい）、これを回避するべく電極を厚くすると、全体の小型化が実現困難となってしまうという問題を有しており、この問題を解決することが従来の課題となっていた。

本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたもので、単セルの直列接続及び並列接続を選択可能であり、すなわち、高電圧仕様及び大電流仕様のいずれの仕様にも対応可能であり、小型で且つ高出力な燃料電池スタック構造体を提供することを目的としている。

本発明は、リング状の単セルの内周縁部及び外周縁部に支持体をそれぞれ接合して形成したセル板を複数積層して成り、互いに重なり合うセル板の間をガス流路として形成した燃料電池スタック構造体であって、単セルの同種の電極同士を対向させて複数のセル板を配置すると共に、セル板の内周側支持体及び外周側支持体を互いに電気的に分離し、セル板の外周側支持体を一方の電極の接続端子とし、内周側支持体を他方の電極の接続端子とした構成としたことを特徴としており、この燃料電池スタック構造体の構成を前述した従来の課題を解決するための手段としている。

本発明の燃料電池スタック構造体では、互いに重なり合うセル板において、単セルの同種の電極同士を対向させたことでセパレータが不要となり、加えて、セル板間の内外に配置する集電体及び接続端子で電気的な接続を行うことで電気抵抗の増大が抑制されることとなり、その結果、高出力でありながら小型化が図られることとなる。

また、互いに重なり合うセル板間の内外に配置する集電体及び接続端子の接触部分を選択することで、直列接続及び並列接続のいずれにも容易に対応し得ることとなり、高電圧タイプの燃料電池スタック構造体及び大電流タイプの燃料電池スタック構造の設計がいずれも容易なものとなる。

本発明の燃料電池スタック構造体によれば、上記した構成としているので、高電圧仕様及び大電流仕様のいずれの仕様にも対応することができると共に、小型化及び高出力化を実現することが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。

本発明の燃料電池スタック構造体において、リング状の単セルとは、平板セルの中央部分に貫通孔が形成されて成るものであって、円形状のものに限定されるものではなく、多角形状のものも含む。

また、本発明の燃料電池スタック構造体において、リング状の単セルの内周縁部及び外周縁部にそれぞれ接合する支持体、すなわち、互いに電気的に分離して単セルに対する接続端子とした支持体には、金属や、合金や、導電性酸化物などの電子伝導性を有する材料が用いられる。

ここで、単セルと支持体との間のシール性が確保できなければ、ガス（燃料ガス及び酸化ガス）のクロスリークが生じて発電性能が低下してしまう。したがって、ガスセパレータ機能を有する単セルの電解質と支持体とをガスシール性を有する接合手段（ガスシール性やいずれか一方の電極との絶縁性を満足する手段、例えば、セラミックス接着剤やガラスシール材）により接合する必要がある。この際、電解質と支持体の端部とを接合することが好適であるが、ガスシール性が得られる接合構造であれば、これに限定されるものではない。

さらに、本発明の燃料電池スタック構造体において、支持体は単セルの電極に当接した集電体と接触することで、電気的な接続端子として機能する。積層したセル板における各単セル同士は、接続端子としての支持体及び集電体を適宜接触させることで電気的に接続する。つまり、単セルの電極に当接した集電体と接続端子としての支持体との接触部分を選択するだけで、導線などの取り回しを必要とすることなく、直列接続及び並列接続のいずれかを適宜選択して実施することができる。

この際、隣接するセル板の各単セル間に配置する集電体は、適宜絶縁構造を有する。これは、直列に接続する場合において、対向する同種電極を絶縁状態としなければならないためであり、上記絶縁構造とは、集電体の単セルと当接しない側の面に絶縁性材料の被膜やシートなどの絶縁層を配置した構造である。

さらにまた、本発明の燃料電池スタック構造体において、セル板の支持体の少なくとも一部を支持してセル板間のガス流路を維持するホルダを具備し、このホルダにセル板間のガス流路にガスを供給するガス供給孔を設けた構成を採用することができ、セル板を支持するホルダを積層部分としてスタック構造体を形成する。

セル板を支持するホルダは、リング状の単セルの内周側及び／又は外周側の支持体の部分に配置することができ、このホルダに形成するガス供給孔は、積層方向に貫通するガス流路と、このガス流路と連通して各単セルに対してガスを分配供給する水平方向のガス流路とから成る。

上記ホルダは、一つの部材から成る構成としたり、二つ以上の部材から成る構成としたりすることができるほか、電子伝導性材料から成るものとしたり、絶縁性材料から成るものとしたりすることができる。ホルダを電子伝導性材料から成るものとした場合には、支持体とともに接続端子として機能させることが可能であり、一方、ホルダを絶縁性材料から成るものとした場合には、各セル板を絶縁状態で積層することも可能であり、スタック仕様により適宜選択することができる。

さらにまた、本発明の燃料電池スタック構造体において、ホルダは、単セルの内周側に位置して内周側支持体の少なくとも一部を支持している構成とすることができ、この際、互いに重なり合うセル板の各外周側支持体同士を接合し、単セルの内周側に位置するホルダにセル板間のガス流路からのガス排出を行うガス排出孔を設けた構成とすることが望ましい。

このように、互いに重なり合うセル板の各外周側支持体同士を接合して、二枚のセル板間の閉じられた空間をガス流路とした場合には、単セルの内周側に位置するホルダのガス供給孔からガスが各単セルに対して供給された後に、ホルダのガス排出孔から排出されることとなる。

上記したセル板間のガス流路を維持するホルダを具備した燃料電池スタック構造体において、互いに重なり合うセル板の単セル同士が対向するように配置しているので、一方側のみをセル板とし且つ他方側を例えばセパレータ板とした場合と比べて、熱膨張及び収縮が両側で均一化されることとなり、したがって、耐熱衝撃性に優れたものとなる。

さらにまた、本発明の燃料電池スタック構造体において、セル板の外周側支持体を一方の電極の接続端子とし、内周側支持体を他方の電極の接続端子とした構成とすることができる。

この場合、互いに重なり合う二枚のセル板で挟まれたガス流路の空間に面した同種の電極は、この空間に配置される集電体によって接続され、この集電体が外周側支持体又は内周側支持体と接触することで、電気的に並列に接続される。

一方、互いに重なり合う二枚のセル板の外側に面した同種の電極は、各々に当接した集電体が外周側支持体又は内周側支持体と接触することで、電気的に接続される。ここで、外側の電極と電気的に接続された二つの支持体同士が接触していない場合には、上記したホルダ又は集電体を介して電気的に接続すると、外側に配置された電極が電気的に並列に接続され、これにより、対向する一組の単セル同士が電気的に並列に接続される。

さらにまた、本発明の燃料電池スタック構造体において、互いに重なり合うセル板において、対向する支持体同士を互いに電気的に分離した構成とすることができ、このように、対向する支持体同士を互いに異なる電極の接続端子とすれば、これらの支持体部分を積層するだけで電気的な直列接続を行い得ることとなり、この場合には、この積層箇所に絶縁性の接合を用いる必要がなくなる。

例えば、ガス供給孔を有するホルダで支持体を支持してこのホルダの部分で積層する場合には、積層箇所に絶縁性及びガスシール性を有する接合を行う必要があるが、すなわち、限定された手法で且つ技術的なハードルが高い接合を行う必要があるが、上記したように、対向する支持体同士を互いに異なる電極の接続端子として、これらの支持体部分を積層する構造を採用することで、このような問題を回避し得ることとなる。

上記したように、セル板の外周側支持体及び内周側支持体を互いに異なる電極の接続端子としたり、互いに重なり合うセル板の対向する支持体同士を互いに電気的に分離したりすることで、出力密度が高いセパレータレス構造が得られ、電気抵抗の増大の抑制が図られると共に、直列接続及び並列接続の選択が可能となる。

さらにまた、本発明の燃料電池スタック構造体において、単セルの同種の電極同士を対向させて互いに重なり合う一組のセル板をセルユニットとし、隣接するセルユニット同士を電気的に直列接続した構成とすることが可能であり、この構成を採用することにより、小型で且つ高出力な高電圧タイプの燃料電池スタック構造体を得ることができる。

この際、セル板の外周側支持体を一方の電極の接続端子とし、内周側支持体を他方の電極の接続端子とすると、直列接続する場合には対向する接続端子が電気的に逆符合となることが好ましく、並列接続する場合には対向する接続端子が電気的に同符号となることが望ましく、このような構造とすれば、接続端子間に集電体を配置するだけで、電気的な直列接続及び並列接続を容易に選択して実施し得ることとなる。

そして、互いに重なり合うセル板において、対向する支持体同士を互いに電気的に分離した場合には、支持体を介して各単セルを電気的に直列に接続し得ることとなる。

さらにまた、本発明の燃料電池スタック構造体において、単セルの同種の電極同士を対向させて互いに重なり合う一組のセル板をセルユニットとし、隣接するセルユニット同士を電気的に並列接続すると共に、これらの電気的に並列接続した複数のセルユニットを電気的に直列接続した構成とすることが可能であり、この構成を採用することにより、小型で且つ高出力であるのに加えて、容易に電力調整可能な燃料電池スタック構造体を得ることができる。

この際、並列接続されるセルユニットの数を必ずしも統一する必要はなく、電流量がバランスされていればよい。すなわち、並列接続されるセルユニットの数が極端に少ない部分があると、発電電流量がその部分での発電電流の限界値に限定されてしまい、発電性能が低下する可能性があるが、このような状況を回避できさえすれば、並列接続するセルユニットの数は統一しなくてもよい。

以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、各構成部品の寸法や材質などの仕様は、以下の実施例に限定されるものではない。

図１及び図２は、本発明の燃料電池スタック構造体の一実施例を示しており、図１に示すように、この燃料電池スタック構造体は、リング状（枠状）を成す燃料極支持型の単セル１０の内周縁部及び外周縁部に支持体２，３をそれぞれ接合して形成したセル板１を複数積層して成っていて、互いに重なり合う二枚のセル板１，１で一組のセルユニットＵを構成している。このセルユニットＵにおける二枚のセル板１，１の間を燃料ガス流路４として形成していると共に、互いに重なり合うセルユニットＵ，Ｕの間を空気ガス流路５として形成しており、ガス流路４，５には、集電体７がそれぞれ配置してある。

この場合、セルユニットＵにおける二枚のセル板１，１は、各々の単セル１０の燃料極１１，１１同士が対向するようにして配置してあり、互いに電気的に分離させたセル板１の内周側支持体２及び外周側支持体３をいずれも単セル１０に対する接続端子としている。

また、この実施例において、セル板１の外周部分には、外周側支持体３を支持してガス流路４，５を維持するホルダ６が設けてあり、このホルダ６には、燃料ガス流路４と連通する燃料ガス供給・排出孔６ａが形成してあると共に、空気ガス流路５と連通する空気ガス供給・排出孔６ｂが形成してある。

この実施例において、１５ｃｍ×１５ｃｍの燃料極支持型セル（燃料極１１：Ｎｉ−ＹＳＺ、電解質１２：ＹＳＺ、空気極側中間層ＳＤＣ、空気極１３：ＳＳＣ）の中心部分５ｃｍ×５ｃｍに貫通孔を形成して、リング形状の単セル１０を得た。

また、内周側支持体２として、６ｃｍ×６ｃｍで且つ厚さが１００μｍのＳＵＳ４３０を用い、これをリング形状の単セル１０における電解質１２の内周縁部にガラスシール材によって接合し、一方、外周側支持体３として、２０ｃｍ×２０ｃｍで且つで厚さが１００μｍのＳＵＳ４３０を用い、これをリング形状の単セル１０における電解質１２の外周縁部にガラスシール材によって接合して、一枚のセル板１を形成した。

そして、このセル板１の外周部分に、燃料ガス供給・排出孔６ａ及び空気ガス供給・排出孔６ｂを有するＳＵＳ４３０製のホルダ６を溶接により接合固定し、単セル１０の燃料極１１，１１同士が対向するようにして二枚のセル板１，１及びホルダ６を積層して一組のセルユニットＵとした。この際、ホルダ６の積層面間が電気的に絶縁状態となるように、積層面の全面にセラミックス接着剤を塗布して接合した。

燃料ガス流路４内に配置した集電体７には、インコネル６００製のものを用い、燃料ガス流路４の図示下側面の燃料極１１に当接する集電体７をセル板１の外周側支持体３に接触させ、燃料ガス流路４の図示上側面の燃料極１１に当接する集電体７を上下のセル板１，１の各内周側支持体２，２に接触させた。この際、上下の燃料極１１，１１に当接する集電体７，７の各接触面を絶縁性材料８で被覆して電気的に絶縁した。

一方、セルユニットＵの外部に配置した集電体７にも、インコネル６００製のものを用い、セルユニットＵにおける図示下側の空気極１３に当接する集電体７を下側のセル板１の内周側支持体２に接触させ、セルユニットＵにおける図示上側の空気極１３に当接する集電体７を上側のセル板１の外周側支持体３に接触させた。この場合も、空気極１３に当接する集電体７と、隣接するセルユニットＵの空気極１３に当接する集電体７との各接触面を絶縁性材料８で被覆して電気的に絶縁した。

つまり、上記した実施例において、図２にも示すように、下側の外周側支持体３及び下側のホルダ６を下側の燃料極１１の接続端子とし、下側の空気極１３と上側の燃料極１１とを内周側支持体２及び集電体７によって電気的に接続し、上側の外周側支持体３及び上側のホルダ６を上側の空気極１３の接続端子としたセルユニットＵを得た、すなわち、電気的直列接続構造を有するセルユニットＵを得た。

こうして得たセルユニットＵをホルダ６を介して積層することで、複数のセル板１を全て電気的に直列接続した燃料電池スタック構造体が得られる。この際、各セルユニットＵ間の電気的な接続を実施するために、ホルダ６の積層面の外周部分にのみセラミックス接着剤を塗布して接合するようにした。

図３〜図８は、本発明の燃料電池スタック構造体の他の実施例を示しており、この燃料電池スタック構造体は、図４及び図５に示すように、円形リング状を成す燃料極支持型の単セル３０の内周縁部及び外周縁部に支持体２２，２３をそれぞれ接合して形成したセル板２１を複数積層して成っていて、図６に示すように、各々の単セル３０の燃料極３１，３１同士を対向させて配置した二枚のセル板２１，２１の各内周側支持体２２，２２でホルダ２６を挟持しつつ、各外周側支持体２３，２３の外周縁部同士を接合することで一組のセルユニットＵを構成している。

この場合、セルユニットＵにおける二枚のセル板２１，２１間の袋綴じされた空間を燃料ガス流路２４として形成しており、ホルダ２６には、図７にも示すように、ガス供給孔を構成する積層方向のガス供給流路２６ａと、このガス供給流路２６ａと連通して燃料ガス流路２４に燃料ガスを分配供給する同じくガス供給孔を構成する水平方向のガス分配流路２６ｂと、燃料ガス排出流路２６ｃが形成してある。

そして、図３に示すように、互いに重なり合うセルユニットＵ，Ｕの間を空気ガス流路２５として形成していて、二枚のセル板２１，２１間の燃料ガス流路２４及び空気ガス流路２５には、集電体２７がそれぞれ配置してあり、この実施例においても、互いに電気的に分離させたセル板２１の内周側支持体２２及び外周側支持体２３をいずれも単セル３０に対する接続端子としている。

この実施例において、外径１５ｍｍφ−内径７ｍｍφの燃料極支持型セル（燃料極３１：Ｎｉ−ＳＤＣ、電解質３２：ＳＤＣ、空気極３３：ＳＳＣ）をリング形状を成す単セル３０として用いた。

また、内周側支持体２２として、外径８ｍｍφで且つ厚さが１００μｍのＳＵＳ４３０を用い、これをリング形状の単セル３０における電解質３２の内周縁部にガラスシール材によって接合し、一方、外周側支持体２３として、外径２０ｍｍφ−内径１４ｍｍφで且つ厚さが１００μｍのＳＵＳ４３０を用い、これをリング形状の単セル３０における電解質３２の外周縁部にガラスシール材によって接合して、一枚のセル板２１を形成した。

そして、単セル３０の燃料極３１，３１同士が対向するようにして二枚のセル板２１，２１を配置し、ガス供給流路２６ａ，ガス分配流路２６ｂ及び燃料ガス排出流路２６ｃを有するＳＵＳ４３０製のホルダ２６を各々の内周側支持体２２，２２で挟持しつつ、二枚のセル板２１，２１の各外周側支持体２３，２３の外周縁部同士を接合して一組のセルユニットＵとした。

ここで、セルユニットＵの内外に配置した集電体２７には、インコネル６００製のものを用い、セル板２１の内周側支持体２２及び外周側支持体２３に対する集電体２７の接続仕様を違えて二種類のセルユニットＵを製作した。

一方のセルユニットＵ（図３最上段に位置するセルユニットＵｕ）では、二枚のセル板２１，２１間の燃料ガス流路２４に位置する集電体２７を介して単セル３０の燃料極３１，３１同士を電気的に接続させると共に、この集電体２７を二枚のセル板２１，２１の各内周側支持体２２，２２に接触させた。また、空気ガス流路２５に位置する集電体２７及びこれと接触する外周側支持体２３を介して単セル３０の空気極３３，３３同士を電気的に接続させた。

他方のセルユニットＵ（セルユニットＵｕの図３下側に隣接するセルユニットＵｌ）では、二枚のセル板２１，２１間の燃料ガス流路２４に位置する集電体２７を介して単セル３０の燃料極３１，３１同士を電気的に接続させると共に、この集電体２７を二枚のセル板２１，２１の各外周側支持体２３，２３に接触させた。また、空気ガス流路２５に位置する集電体２７及びこれと接触する内周側支持体２２を介して単セル３０の空気極３３，３３同士を電気的に接続させた。

こうして得たセルユニットＵｕ及びセルユニットＵｌを集電体２７を介して積層することで、セルユニットＵｕ及びセルユニットＵｌを電気的に直列接続した一組のスタックユニットＳＵが得られる。この際、互いに重なり合うセルユニットＵｕの内周側支持体２２とセルユニットＵｌの内周側支持体２２とをシール性及び絶縁性を有するセラミックス接着剤により接合すると共に、セルユニットＵｕの空気極３３に当接する集電体２７と、セルユニットＵｌの空気極３３に当接する集電体２７との各接触面を絶縁性材料２８で被覆して電気的に絶縁した。

つまり、上記した一組のスタックユニットＳＵにおいて、図８にも示すように、セルユニットＵｕの内周側支持体２２及びホルダ２６がセルユニットＵｕの燃料極３１の接続端子となり、セルユニットＵｌの内周側支持体２２及びホルダ２６がセルユニットＵｌの空気極３３の接続端子となる。

こうして得たスタックユニットＳＵを各内周側支持体２２の部分で積層することで、複数のスタックユニットＳＵを全て電気的に直列接続した燃料電池スタック構造体が得られる。この際、各スタックユニットＳＵ間の電気的な接続を実施するために、内周側支持体２２の積層面の外周部分にのみセラミックス接着剤を塗布して接合するようにした。

図９及び図１０は、本発明の燃料電池スタック構造体のさらに他の実施例を示しており、図９に示すように、この実施例における燃料電池スタック構造体が図３に示す先の実施例における燃料電池スタック構造体と相違するところは、上下に二分割したＳＵＳ４３０製のホルダ片４６ａ，４６ａ同士を絶縁状態で接触させて成るホルダ４６を用いて、セル板２１の内周側支持体２２及び外周側支持体２３に対する集電体２７の接続仕様を違えた点にあり、他の構成は先の実施例における燃料電池スタック構造体と同じである。

この実施例において、単セル３０の燃料極３１，３１同士が対向するようにして二枚のセル板２１，２１を配置し、上記ホルダ４６を各々の内周側支持体２２，２２で挟持しつつ、二枚のセル板２１，２１の各外周側支持体２３，２３の外周縁部同士を接合して一組のセルユニットＵとした。

この場合、二枚のセル板２１，２１間の燃料ガス流路２４に位置する集電体２７を介して単セル３０の燃料極３１，３１同士を電気的に接続させていると共に、この集電体２７を二枚のセル板２１，２１の各内周側支持体２２，２２のうちの図示下側の内周側支持体２２に接触させ、一方、単セル３０の空気極３３，３３と接触する集電体２７を外周側支持体２３，２３及び二枚のセル板２１，２１の各内周側支持体２２，２２のうちの図示上側の内周側支持体２２に接触させており、互いに隣接して各々空気極３３に当接する集電体２７，２７の各接触面を絶縁性材料２８で被覆して電気的に絶縁した。

つまり、上記した一組のセルユニットＵにおいて、図１０にも示すように、下側の内周側支持体２２及びホルダ４６の下側のホルダ片４６ａが燃料極３１の接続端子となり、上下の外周側支持体２３，２３が空気極３３の接続端子となる。

こうして得たセルユニットＵを各内周側支持体２２の部分で積層することで、複数のセルユニットＵを全て電気的に直列接続した燃料電池スタック構造体が得られる。この際、各セルユニットＵ間の電気的な接続を実施するために、内周側支持体２２の積層面の外周部分にのみセラミックス接着剤を塗布して接合するようにした。

図１１及び図１２は、本発明の燃料電池スタック構造体のさらに他の実施例を示しており、図１１に示すように、この実施例における燃料電池スタック構造体は、図３に示す先の実施例における燃料電池スタック構造体のセルユニットＵｕ及びセルユニットＵｌを複数個組み合わせて成っている。

すなわち、この燃料電池スタック構造体は、二組のセルユニットＵｕを互いに積層して成る一方のスタックユニットＳＵ１と、二組のセルユニットＵｌを互いに積層して成る他方のスタックユニットＳＵ２とを互いに積層して形成した分割スタックユニットＳＵＡを二組備えており、これらの分割スタックユニットＳＵＡ，ＳＵＡ同士を互いに積層した構成を成している。

この場合、一方のスタックユニットＳＵ１では、二組のセルユニットＵｕの各外周側支持体２３，２３に集電体２７を接触させることで空気極３３，３３同士を電気的に接続させていると共に、セルユニットＵｕ内の集電体２７を内周側支持体２２，２２に接触させることで燃料極３１，３１同士を電気的に接続させている、すなわち、二組のセルユニットＵｕ同士を電気的に並列に接続させている。

また、他方のスタックユニットＳＵ２では、二組のセルユニットＵｌの各内周側支持体２２，２２に集電体２７を接触させることで空気極３３，３３同士を電気的に接続させていると共に、セルユニットＵｌ内の集電体２７を外周側支持体２３，２３に接触させることで燃料極３１，３１同士を電気的に接続させている、すなわち、二組のセルユニットＵｌ同士を電気的に並列に接続させている。

こうして得た一方のスタックユニットＳＵ１及び他方のスタックユニットＳＵ２を双方の外周側支持体２３，２３に接触する集電体２７を介して積層することで、スタックユニットＳＵ１及びスタックユニットＳＵ２を電気的に直列接続した一組の分割スタックユニットＳＵＡが得られる。この際、互いに重なり合う一方のスタックユニットＳＵ１の内周側支持体２２と他方のスタックユニットＳＵ２の内周側支持体２２とをシール性及び絶縁性を有するセラミックス接着剤により接合すると共に、一方のスタックユニットＳＵ１の空気極３３に当接する集電体２７と、他方のスタックユニットＳＵ２の空気極３３に当接する集電体２７との各接触面を絶縁性材料２８で被覆して電気的に絶縁した。

つまり、上記した一組の分割スタックユニットＳＵＡにおいて、図１２にも示すように、一方のスタックユニットＳＵ１の内周側支持体２２及びホルダ２６が燃料極３１の接続端子となり、他方のスタックユニットＳＵ２の内周側支持体２２及びホルダ２６が空気極３３の接続端子となる。

こうして得た二組の分割スタックユニットＳＵＡを各内周側支持体２２の部分で積層することで、二組の分割スタックユニットＳＵＡを電気的に直列接続した燃料電池スタック構造体が得られる。この際、各分割スタックユニットＳＵＡ間の電気的な接続を実施するために、内周側支持体２２の積層面の外周部分にのみセラミックス接着剤を塗布して接合するようにした。

本発明の一実施例による燃料電池スタック構造体の断面説明図である。（実施例１） 図１における燃料電池スタック構造体の回路説明図である。（実施例１） 本発明の他の実施例による燃料電池スタック構造体の断面説明図である。（実施例２） 図３における燃料電池スタック構造体のセル板の全体斜視説明図である。（実施例２） 図３における燃料電池スタック構造体のセルユニットの分解斜視説明図である。（実施例２） 図３における燃料電池スタック構造体のセルユニットの断面説明図である。（実施例２） 図３における燃料電池スタック構造体のホルダの平面説明図（ａ），ａ−ｂ線断面説明図（ｂ）及びｃ−ｄ線断面説明図（ｃ）である。（実施例２） 図３における燃料電池スタック構造体の回路説明図である。（実施例２） 本発明のさらに他の実施例による燃料電池スタック構造体の断面説明図である。（実施例３） 図９における燃料電池スタック構造体の回路説明図である。（実施例３） 本発明のさらに他の実施例による燃料電池スタック構造体の断面説明図である。（実施例４） 図１１における燃料電池スタック構造体の回路説明図である。（実施例４）

符号の説明

１，２１ セル板
２，２２ 内周側支持体
３，２３ 外周側支持体
４，２４ 燃料ガス流路単セル
５，２５ 空気ガス流路
６，２６，４６ ホルダ
６ａ，６ｂ ガス供給・排出孔
１０，３０ 単セル
１１，３１ 燃料極
１２，３２ 電解質
１３，３３ 空気極
２６ａ ガス供給流路（ガス供給孔）
２６ｂ ガス分配流路（ガス供給孔）
２６ｃ 燃料ガス排出流路（ガス排出孔）

Claims (7)

1. リング状の単セルの内周縁部及び外周縁部に支持体をそれぞれ接合して形成したセル板を複数積層して成り、互いに重なり合うセル板の間をガス流路として形成した燃料電池スタック構造体であって、
   単セルの同種の電極同士を対向させて複数のセル板を配置すると共に、セル板の内周側支持体及び外周側支持体を互いに電気的に分離し、セル板の外周側支持体を一方の電極の接続端子とし、内周側支持体を他方の電極の接続端子としたことを特徴とする燃料電池スタック構造体。
2. リング状の単セルの内周縁部及び外周縁部に支持体をそれぞれ接合して形成したセル板を複数積層して成り、互いに重なり合うセル板の間をガス流路として形成した燃料電池スタック構造体であって、
   単セルの同種の電極同士を対向させて複数のセル板を配置すると共に、セル板の内周側支持体及び外周側支持体を互いに電気的に分離し、
   互いに重なり合うセル板において、対向する支持体同士を互いに電気的に分離したことを特徴とする燃料電池スタック構造体。
3. セル板の支持体の少なくとも一部を支持してセル板間のガス流路を維持するホルダを具備し、このホルダにセル板間のガス流路にガスを供給するガス供給孔を設けた請求項１又は２に記載の燃料電池スタック構造体。
4. ホルダは、単セルの内周側に位置して内周側支持体の少なくとも一部を支持している請求項３に記載の燃料電池スタック構造体。
5. 互いに重なり合うセル板の各外周側支持体同士を接合し、単セルの内周側に位置するホルダにセル板間のガス流路からのガス排出を行うガス排出孔を設けた請求項４に記載の燃料電池スタック構造体。
6. 単セルの同種の電極同士を対向させて互いに重なり合う一組のセル板をセルユニットとし、隣接するセルユニット同士を電気的に直列接続した請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池スタック構造体。
7. 単セルの同種の電極同士を対向させて互いに重なり合う一組のセル板をセルユニットとし、隣接するセルユニット同士を電気的に並列接続すると共に、これらの電気的に並列接続した複数のセルユニットを電気的に直列接続した請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池スタック構造体。

Images