燃料電池及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及燃料電池及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]作為燃料電池，公知有一種使用固體電解質(zhì)(固體氧化物)的固體氧化物形燃料電池(以下表示為“SOFC”)。在該SOFC中，作為發(fā)電單元，例如使用分別在固體電解質(zhì)層的一側(cè)設(shè)有燃料電極、另一側(cè)設(shè)有空氣電極的單體電池。而且，為了得到期望的電力，通過(guò)將包含該單體電池和互連器(集電板)的電池單元層疊，而做成燃料電池堆(燃料電池)。
[0003]公開(kāi)有涉及這樣的層疊構(gòu)造的燃料電池，特別是一種謀求提高燃料電池堆內(nèi)的電連接的技術(shù)(參照專(zhuān)利文獻(xiàn)1、2)。
[0004]在專(zhuān)利文獻(xiàn)I中，在蓋板與板狀體之間具備加壓構(gòu)件，從而謀求降低膜電極接合體與集電體之間的接觸電阻。
[0005]在專(zhuān)利文獻(xiàn)2中，利用墊板和盤(pán)簧施加緊固力從而謀求降低接觸電阻。
_6] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
_7] 專(zhuān)利文獻(xiàn)
[0008]專(zhuān)利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)2011-008959號(hào)公報(bào)
[0009]專(zhuān)利文獻(xiàn)2:日本特開(kāi)2001-143741號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

_0] 發(fā)明要解決的問(wèn)題
[0011]在專(zhuān)利文獻(xiàn)1、2所記載的技術(shù)中，通過(guò)調(diào)整燃料電池堆的緊固壓力，從而謀求降低接觸電阻(提高電連接狀態(tài))。
[0012]但是，通常，構(gòu)成燃料電池堆的構(gòu)件在厚度尺寸上具有偏差。由此，在層疊了厚度尺寸具有偏差的構(gòu)件的情況下，即使施加緊固壓力，也不一定能夠充分地降低接觸電阻。
[0013]本發(fā)明的目的在于提供容易降低接觸電阻的燃料電池及其制造方法。
_4] 用于解決問(wèn)題的方案
[0015]1.燃料電池
[0016](I)本發(fā)明的一實(shí)施方式所涉及的燃料電池通過(guò)層疊多個(gè)電池單元并將上述多個(gè)電池單元沿層疊方向緊固而成，該電池單元至少具有:互連器，其具有導(dǎo)電性，具有正面和背面；連接構(gòu)件，其與上述互連器電連接；單體電池，其具有燃料電極、電解質(zhì)以及空氣電極，且該單體電池與上述連接構(gòu)件電連接；以及分隔件，其具有與上述單體電池的外周部連接的開(kāi)口，該燃料電池的特征在于，上述多個(gè)電池單元中的至少一個(gè)電池單元的連接構(gòu)件的厚度與其他的電池單元的連接構(gòu)件的厚度不同。
[0017]多個(gè)電池單元中的至少一個(gè)電池單元的連接構(gòu)件的厚度與其他的電池單元的連接構(gòu)件的厚度不同。即，通過(guò)使配置于互連器之間的連接構(gòu)件的厚度不同，即使在單體電池的厚度具有偏差的情況下，也能夠降低在燃料電池內(nèi)(例如連接構(gòu)件與單體電池之間)的接觸電阻。
[0018]優(yōu)選的是，該燃料電池還具有將上述層疊的多個(gè)電池單元沿層疊方向緊固的緊固構(gòu)件。
[0019]通過(guò)利用緊固構(gòu)件調(diào)整施加于多個(gè)電池單元的緊固壓力，能夠容易地調(diào)整燃料電池內(nèi)(例如集電構(gòu)件與單體電池之間)的接觸電阻。
[0020]另外，優(yōu)選的是，在本發(fā)明的上述燃料電池中，可以滿(mǎn)足以下條件(i)、(ii)中的任一方或雙方。
[0021](i)上述多個(gè)電池單元中的至少一個(gè)電池單元的單體電池的燃料電極側(cè)的連接構(gòu)件的厚度與其他的電池單元的單體電池的燃料電極側(cè)的連接構(gòu)件的厚度不同。
[0022](ii)上述多個(gè)電池單元中的至少一個(gè)電池單元的單體電池的空氣電極側(cè)的連接構(gòu)件的厚度與其他的電池單元的單體電池的空氣電極側(cè)的連接構(gòu)件的厚度不同。
[0023](2)優(yōu)選的是，該燃料電池的特征在于，一個(gè)電池單元的互連器的正面與層疊于該一個(gè)電池單元的另一個(gè)電池單元的互連器的背面之間的最短距離Dl和上述一個(gè)電池單元的連接構(gòu)件的厚度與上述一個(gè)電池單元的單體電池的厚度的合計(jì)厚度D2的差值(D2-D1)為“Ομπι 彡(D2-D1)彡 200 μm，，。
[0024]在此，一個(gè)電池單元的互連器的正面與層疊于該一個(gè)電池單元的另一個(gè)電池單元的互連器的背面之間的最短距離Dl是指在將電池單元沿層疊方向緊固的部分中的互連器之間的距離(即，相鄰電池單元各自的互連器的正面和背面之間的距離)。
[0025]通過(guò)使互連器之間的最短距離Dl與電池單元的連接構(gòu)件的厚度和上述一個(gè)電池單元的單體電池的厚度的合計(jì)厚度D2對(duì)應(yīng)規(guī)定的范圍、S卩“O μπι彡(D2-D1)彡200 μm”。例如能夠降低在層疊多個(gè)電池單元從而做成燃料電池堆的情況下的、連接構(gòu)件與單體電池之間的接觸電阻。
[0026](2a)作為一個(gè)電池單元的互連器的正面與層疊于該一個(gè)電池單元的另一個(gè)電池單元的互連器的背面之間的距離而設(shè)定的厚度DlO (互連器之間的設(shè)定距離D10)與上述一個(gè)電池單元的連接構(gòu)件的設(shè)定厚度和上述一個(gè)電池單元的單體電池的厚度的合計(jì)厚度D20的差值(D20-D10)為“Ομπι 彡(D20-D10)彡 200 μm”。
[0027]在此，互連器之間的設(shè)定距離DlO表示做成燃料電池后的互連器之間的最短距離。另外，電池單元的連接構(gòu)件的設(shè)定厚度表示做成燃料電池后的電池單元的連接構(gòu)件的厚度。由于在做成燃料電池后，會(huì)通過(guò)緊固使電池單元的連接構(gòu)件收縮(厚度減少)，因此，優(yōu)選考慮這樣的收縮。
[0028]通過(guò)使互連器之間的設(shè)定距離DlO與電池單元的連接構(gòu)件的厚度、上述一個(gè)電池單元的連接構(gòu)件的設(shè)定厚度以及上述一個(gè)電池單元的單體電池的厚度的合計(jì)厚度D20的差值(D20-D10)對(duì)應(yīng)規(guī)定的范圍，即對(duì)應(yīng)“O μπι彡(D20-D10)彡200 μm”，例如能夠降低在層疊多個(gè)電池單元從而做成燃料電池堆的情況下的連接構(gòu)件與單體電池之間的接觸電阻。
[0029](3)優(yōu)選的是，上述連接構(gòu)件為具有彈力的導(dǎo)電性的集電體。
[0030]導(dǎo)電性的集電體由于具有彈力而能夠較佳地確保互連器與單體電池之間的電連接。
[0031](4)優(yōu)選的是，上述連接構(gòu)件至少具有絕緣性的調(diào)整構(gòu)件和導(dǎo)電性的集電體。
[0032]通過(guò)絕緣性的調(diào)整構(gòu)件和導(dǎo)電性的集電體的組合能夠進(jìn)一步較佳地確?；ミB器與單體電池之間的電連接。
[0033]另外，優(yōu)選的是，上述連接構(gòu)件至少具有將絕緣性的調(diào)整構(gòu)件和導(dǎo)電性的集電體相互組合而成的一體構(gòu)造。此外，進(jìn)一步優(yōu)選的是，上述連接構(gòu)件至少具有將絕緣性的調(diào)整構(gòu)件與具有彈力的導(dǎo)電性的集電體相互組合而成的一體構(gòu)造。另外，上述絕緣性的調(diào)整構(gòu)件也可以具有彈力。
[0034](5)優(yōu)選的是，上述連接構(gòu)件與上述單體電池的燃料電極相接觸。
[0035]通過(guò)在燃料電極側(cè)配置連接構(gòu)件，從而使連接構(gòu)件的材料選擇變得容易。即，燃料電極側(cè)為還原性氣體氛圍，而不會(huì)氧化，因此，能夠不考慮耐氧化性地選擇連接構(gòu)件的材料。
[0036](6)優(yōu)選的是，該燃料電池具有一個(gè)或多個(gè)框形狀的框架，該框架配置于一個(gè)電池單元的互連器與層疊于該一個(gè)電池單元的另一個(gè)電池單元的互連器之間。
[0037]通過(guò)將互連器和框架設(shè)為單獨(dú)構(gòu)件，能夠使用平板進(jìn)行制造，而能夠進(jìn)行低成本的制造。雖然也能夠使用使互連器和框架一體化而成的構(gòu)件，但一體化而成的構(gòu)件例如需要進(jìn)彳丁鎊孔加工等，而使成本升尚。
[0038]作為框形狀的框架的例子，能夠列舉有框構(gòu)件(電池框架、分隔件)、空氣電極絕緣密封構(gòu)件(空氣電極絕緣框架)以及燃料電極絕緣密封構(gòu)件(燃料電極絕緣框架)。
[0039](7)優(yōu)選的是，該燃料電池還具有緊固構(gòu)件，該緊固構(gòu)件將上述層疊的多個(gè)電池單元沿層疊方向緊固，
[0040]上述緊固構(gòu)件在上述分隔件和上述框架處對(duì)上述多個(gè)電池單元進(jìn)行緊固。
[0041]由此，能夠進(jìn)一步較佳地確?；ミB器與單體電池之間的電連接。
[0042]2.燃料電池的制造方法
[0043](8)本發(fā)明的一實(shí)施方式所涉及的燃料電池的制造方法具有層疊多個(gè)電池單元的工序，該電池單元至少具有:互連器，其具有導(dǎo)電性，具有正面和背面；連接構(gòu)件，其與上述互連器電連接；單體電池，其具有燃料電極、電解質(zhì)以及空氣電極，且該單體電池與上述連接構(gòu)件電連接；以及分隔件，其具有與上述單體電池的外周部連接的開(kāi)口，燃料電池的制造方法的特征在于，具有:準(zhǔn)備多種厚度的連接構(gòu)件的工序；測(cè)量上述單體電池的厚度D23的工序；從上述多種厚度的連接構(gòu)件中選擇具有如下的厚度的連接構(gòu)件的工序，該厚度與從厚度DlO中減去測(cè)量到的上述厚度D23而得到的減算值相對(duì)應(yīng)，其中，上述厚度DlO是作為一個(gè)電池單元的互連器的正面與層疊于該一個(gè)電池單元的另一個(gè)電池單元的互連器的背面之間的距離而設(shè)定的；以及將包括所選擇的上述連接構(gòu)件的電池單元層疊的工序。
[0044]從上述多種厚度的連接構(gòu)件中選擇具有如下的厚度的連接構(gòu)件，該厚度與從作為互連器間的距離而設(shè)定的厚度DlO中減去測(cè)量的上述單體電池的厚度D23而得到的減算值(D10 - D23)相對(duì)應(yīng)。其結(jié)果，使單體電池的厚度D3與連接構(gòu)件的厚度之和，與互連器之間的距離相對(duì)應(yīng)，即使在單體電池的厚度產(chǎn)生偏差的情況下，也能夠降低連接構(gòu)件與單體電池之間的接觸電阻。
[0045]另外，將作為互連器之間的距離而設(shè)定的厚度設(shè)為D10，將互連器之間的最短距離設(shè)為D1，將后述的設(shè)定值設(shè)為Dc時(shí)，則
[0046]DlO = Dl+Dco
[0047]另外，作為互連器之間的距離而設(shè)定的厚度DlO (互連器之間的設(shè)定距離D10)能夠如以下方式表示。
[0048]DlO = D11+D121+D131
[0049]= D11+(D12+D13) XA