燃料電池單元和燃料電池堆的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種燃料電池單元以及一種將多個該燃料電池單元層疊并固定而成的燃料電池堆，對于該燃料電池單元而言，在電解質(zhì)層的兩個表面設(shè)有兩個電極，向一個電極(以下稱為燃料電極。)供給燃料氣體并且向另一個電極(以下稱為空氣電極。)供給氧化劑氣體，從而進(jìn)行發(fā)電。
【背景技術(shù)】
[0002]以往，例如專利文獻(xiàn)I中所記載的那樣，存在一種燃料電池單元，其包括:一對互連器；單元主體，其位于該互連器之間，并在電解質(zhì)的一個表面上形成有空氣電極，在電解質(zhì)的另一個表面上形成有燃料電極；以及集電構(gòu)件，其配置于空氣電極與互連器之間而將空氣電極和互連器之間電連接，或者配置于燃料電極與互連器之間而將燃料電極和互連器之間電連接。
[0003]該燃料電池單元的集電構(gòu)件是如下這樣的構(gòu)件:構(gòu)造成自平板狀的集電板切起爪狀的彈性構(gòu)件，例如借助導(dǎo)電性糊劑使集電板的平坦面與互連器相接合，并且使切起的彈性構(gòu)件的頂端在該彈性構(gòu)件自身的彈性的作用下與單元主體相接觸，從而建立電連接。_4] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
_5] 專利文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)1:日本特開2009 - 266533號公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

_7] 發(fā)明要解決的問題
[0008]如現(xiàn)有技術(shù)那樣，存在如下情況:對于在具有導(dǎo)電性的彈性構(gòu)件的彈性的作用下與單元主體接觸的集電構(gòu)件來說，由于長期的使用所導(dǎo)致的塑性變形、發(fā)電時(shí)的高溫所導(dǎo)致的具有導(dǎo)電性的彈性構(gòu)件的強(qiáng)度降低、甚至具有導(dǎo)電性的彈性構(gòu)件受到蠕變變形的影響等因素，而導(dǎo)致無法得到用于實(shí)現(xiàn)規(guī)定的電連接的接觸力。于是，在這樣的情況下，具有導(dǎo)電性的彈性構(gòu)件可能無法跟隨由溫度循環(huán)、燃料壓力、空氣壓力的變化等導(dǎo)致的單元主體的變形，從而可能導(dǎo)致接觸不穩(wěn)定，導(dǎo)致空氣電極與互連器之間的電連接或者燃料電極與互連器之間的電連接不穩(wěn)定。
[0009]而且，在導(dǎo)致上述的彈性構(gòu)件的用于實(shí)現(xiàn)電連接的接觸力降低的主要原因多重復(fù)雜時(shí)，有時(shí)該彈性構(gòu)件的本應(yīng)接觸于單元主體的部分反倒接觸于互連器側(cè)。另一方面，由于集電構(gòu)件的平坦面接合于互連器，因而集電構(gòu)件由與互連器(導(dǎo)電性糊劑)之間的接合性優(yōu)異的材料形成的情況較多。因此，若彈性構(gòu)件在發(fā)電時(shí)的高溫環(huán)境下與互連器(導(dǎo)電性糊劑)側(cè)接觸，則有時(shí)彈性構(gòu)件會因燒結(jié)而接合于互連器側(cè)。如此一來，由于該彈性構(gòu)件與互連器成為一體，因此可能導(dǎo)致該彈性構(gòu)件與單元主體的接觸變得困難，導(dǎo)致空氣電極與互連器之間的電連接或者燃料電極與互連器之間的電連接不穩(wěn)定。
[0010]另一方面，為了如上述那樣將集電板的平坦面接合于互連器，以往在二者之間夾設(shè)有例如導(dǎo)電性糊劑，因此，也存在與此相應(yīng)地引起成本變高的問題。
[0011]本發(fā)明鑒于上述情況而做成，其目的在于提供即使在長期的使用之后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。
_2] 用于解決問題的方案
[0013]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，如技術(shù)方案I所述，本發(fā)明提供一種燃料電池單元，該燃料電池單元包括:
[0014]一對互連器；
[0015]單元主體，其位于所述互連器之間，并在電解質(zhì)的一側(cè)的表面上形成有空氣電極，在電解質(zhì)的另一側(cè)的表面上形成有燃料電極；以及
[0016]集電構(gòu)件，其配置于所述空氣電極和所述燃料電極中的至少一者與所述互連器之間，并將所述空氣電極和/或所述燃料電極與所述互連器電連接，其中，
[0017]所述集電構(gòu)件由連接器抵接部、單元主體抵接部以及連接部連續(xù)地形成，該連接器抵接部抵接于所述互連器，該單元主體抵接部抵接于所述單元主體，該連接部將所述連接器抵接部和所述單元主體抵接部連接起來并被彎曲成大致180度，并且，將所述連接器抵接部的抵接于所述互連器的那一側(cè)的表面作為外側(cè)面，在該外側(cè)面形成有細(xì)微的凹凸(表面粗糙度的十點(diǎn)平均粗糙度Rz彡4 μ m)，
[0018]而且，在所述單元主體和所述互連器之間，且是在彼此相對的所述連接器抵接部和所述單元主體抵接部之間配置有間隔件。
[0019]而且，如技術(shù)方案2所述，本發(fā)明提供一種根據(jù)技術(shù)方案I所述的燃料電池單元，其中，所述集電構(gòu)件是由利用電解鍍制法形成的金屬箔所形成的。
[0020]而且，如技術(shù)方案3所述，本發(fā)明提供一種根據(jù)技術(shù)方案I或2所述的燃料電池單元，其中，所述集電構(gòu)件的厚度為15 μπι?100 μπι。
[0021]而且，如技術(shù)方案4所述，本發(fā)明提供一種根據(jù)技術(shù)方案I或3所述的燃料電池單元，其中，所述集電構(gòu)件是由金屬箔所形成的，該金屬箔的所述外側(cè)面被實(shí)施了噴砂加工或者蝕刻加工。
[0022]而且，如技術(shù)方案5所述，本發(fā)明提供一種根據(jù)技術(shù)方案I?4中任意一項(xiàng)所述的燃料電池單元，其中，所述集電構(gòu)件的所述連接器抵接部能擴(kuò)散接合于所述互連器。
[0023]而且，如技術(shù)方案6所述，本發(fā)明提供一種燃料電池堆，該燃料電池堆是通過將多個技術(shù)方案I?5中任意一項(xiàng)所述的燃料電池單元層疊起來，并利用緊固構(gòu)件進(jìn)行固定而成的。
[0024]而且，如技術(shù)方案7所述，本發(fā)明提供一種燃料電池單元的制造方法，該燃料電池單元的制造方法所制造的燃料電池單元包括:一對互連器；單元主體，其在電解質(zhì)的一側(cè)的表面上形成有空氣電極，并在電解質(zhì)的另一側(cè)的表面上形成有燃料電極；以及集電構(gòu)件，其由具有表面和背面的金屬平板構(gòu)成，其中，該燃料電池單元的制造方法包括以下工序:在所述一對互連器之間配置所述單元主體；準(zhǔn)備由所述金屬平板構(gòu)成的集電構(gòu)件，所述金屬平板所具有的所述背面的表面粗糙度的十點(diǎn)平均粗糙度比所述表面的表面粗糙度的十點(diǎn)平均粗糙度大；以及在該單元主體的所述空氣電極和所述燃料電極中的至少一者與該互連器之間配置所述集電構(gòu)件，在配置所述集電構(gòu)件的工序中，以所述集電構(gòu)件的背面電連接于所述互連器和單元主體的與該互連器相對的電極的方式配置所述集電構(gòu)件。
[0025]而且，如技術(shù)方案8所述，本發(fā)明提供一種技術(shù)方案7所述的燃料電池單元的制造方法，其中，該燃料電池單元的制造方法包括以下工序:在所述金屬平板上刻入預(yù)切線而形成切片部，并使所述切片部相對于所述金屬平板彎曲立起；以及在所述金屬平板上配置間隔件，用所述切片部和該金屬平板夾住所述間隔件，而形成集電構(gòu)件。
[0026]而且，如技術(shù)方案9所述，本發(fā)明提供一種技術(shù)方案7所述的燃料電池單元的制造方法，其中，該燃料電池單元的制造方法包括以下工序:在所述金屬平板上刻入預(yù)切線而形成切片部，并以將所述切片部的一部分彎曲成字母U形形狀而使所述切片部蓋到所述金屬平板的方式形成集電構(gòu)件。
[0027]而且，如技術(shù)方案10所述，本發(fā)明提供一種技術(shù)方案9所述的燃料電池單元的制造方法，其中，該燃料電池單元的制造方法在形成所述集電構(gòu)件的工序之后，具有在所述切片部和所述金屬平板之間配置間隔件的工序。
[0028]而且，如技術(shù)方案11所述，本發(fā)明提供一種技術(shù)方案7?10中任一項(xiàng)所述的燃料電池單元的制造方法，其中，所述金屬平板的所述背面的表面粗糙度的十點(diǎn)平均粗糙度Rz > 4 μ m0
[0029]發(fā)明的效果
[0030]采用本發(fā)明的燃料電池單元，由于連接器抵接部和單元主體抵接部沿反接觸方向的變形被間隔件所抑制，因此難以發(fā)生塑性變形，而且，也難以受到蠕變變形的影響或者由發(fā)電時(shí)的高溫所導(dǎo)致的強(qiáng)度降低的影響等。而且，由于間隔件被設(shè)置在集電構(gòu)件的連接器抵接部與單元主體抵接部之間而妨礙二者的接觸，因此連接器抵接部和單元主體抵接部在發(fā)電時(shí)的高溫下不會通過燒結(jié)而接合在一起。因此，能夠防止連接器抵接部與單元主體抵接部的一體化以及隨之帶來的電連接的不穩(wěn)定化。
[0031]而且，在集電構(gòu)件的外側(cè)面形成凹凸，從而使連接器抵接部抵接于互連器的力或者使單元主體抵接部抵接于單元主體的力因間隔件的彈性等而進(jìn)行作用，在該情況下，該力集中于凹凸的凸部，從微觀觀察接觸壓力升高，因此，集電構(gòu)件和互連器之間的接觸部處的電阻或者集電構(gòu)件和單元主體之間的接觸部處的電阻變小，從而減少電損失。優(yōu)選的凹凸相當(dāng)于表面粗糙度的十點(diǎn)平均粗糙度Rz多4 μπι。另外，Rz的測量方法依據(jù)JISΒ0601:2001ο (然而，本申請所記載的表面粗糙度的十點(diǎn)平均粗糙度Rz規(guī)定了 “表面粗糙度的十點(diǎn)平均粗糙度”，根據(jù)JIS中所規(guī)定的記載，有時(shí)也將表面粗糙度的十點(diǎn)平均粗糙度標(biāo)記為Rz或者Rzjis。)而且，組裝燃料電池單元而進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)之后，在測量集電構(gòu)件的表面粗糙度的十點(diǎn)平均粗糙度Rz時(shí)，能夠?qū)⒉慌c單元主體和互連器抵接的部分、例如集電構(gòu)件的連接部19c切出，從而依據(jù)JISB0601:2001測量與抵接于單元主體和互連器的部分相當(dāng)?shù)囊粋?cè)的表面的表面粗糙度的十點(diǎn)平均粗糙度Rz。
[0032]由于通過電解鍍制法所形成的金屬箔原本是在單面形成有細(xì)微的凹凸，因此，能夠通過如技術(shù)方案2所述那樣將這樣的金屬箔