固體氧化物型燃料電池裝置及制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及固體氧化物型燃料電池裝置及制造方法，尤其涉及具備對(duì)收容于燃料電池模塊的多個(gè)燃料電池單電池進(jìn)行電連接的集電體的固體氧化物型燃料電池裝置及制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]固體氧化物型燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell:以下也稱(chēng)為“SOFC”)是將氧化物離子導(dǎo)電性固體電解質(zhì)用作電解質(zhì)，在其兩側(cè)安裝電極，在一側(cè)供給燃料氣體，在另一側(cè)供給氧化劑氣體(空氣、氧氣等)，并在較高的溫度下進(jìn)行動(dòng)作的燃料電池。
[0003]在固體氧化物型燃料電池裝置的燃料電池模塊內(nèi)收容了由多個(gè)燃料電池單電池(單電池管)組成的單電池陣列。在該單電池陣列中，多個(gè)燃料電池單電池通過(guò)集電體而被相互地電連接。例如在特開(kāi)2008-71711號(hào)公報(bào)(專(zhuān)利文獻(xiàn)I)所述的燃料電池裝置中，多個(gè)燃料電池單電池的上端部及下端部被分別插入于絕緣性支撐板的孔，并通過(guò)導(dǎo)電性密封材料而被固定于支撐板。而且，進(jìn)一步，鄰接的燃料電池單電池的上端部之間及下端部之間介由導(dǎo)電性密封材料并通過(guò)連接構(gòu)件而被連接。
另外，在特開(kāi)2008-218005號(hào)公報(bào)(專(zhuān)利文獻(xiàn)2)所述的燃料電池裝置中，很多的燃料電池單電池的上端部之間及下端部之間使用了 3張集電體而被電連接。
[0004]專(zhuān)利文獻(xiàn)1:日本國(guó)特開(kāi)2008-71711號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)2:日本國(guó)特開(kāi)2008-218005號(hào)公報(bào)
[0005]然而，如專(zhuān)利文獻(xiàn)I的燃料電池裝置那樣，在燃料電池單電池的兩端部上，在通過(guò)連接構(gòu)件及密封材料而對(duì)鄰接的燃料電池單電池的端部之間進(jìn)行連接的情況下，當(dāng)燃料電池單電池很多時(shí)，則燃料電池單電池的電連接作業(yè)是非常費(fèi)事且麻煩的。
[0006]另一方面，在專(zhuān)利文獻(xiàn)2的燃料電池裝置中，由于只用3張集電體對(duì)很多的燃料電池單電池的端部進(jìn)行電連接，因此燃料電池單電池的電連接作業(yè)變得容易。具體而言，在各集電體形成有用于安裝對(duì)應(yīng)的多個(gè)燃料電池單電池的安裝孔，在各安裝孔形成有從孔的邊緣部朝向孔的中心放射狀延伸的多個(gè)彈性片。因此，通過(guò)相對(duì)于由多個(gè)燃料電池單電池組成的單電池陣列而按壓各集電體，能夠?qū)?duì)應(yīng)的燃料電池單電池的端部插入于各集電體的多個(gè)安裝孔。而且，能夠使各安裝孔的多個(gè)彈性片與對(duì)應(yīng)的燃料電池單電池的端部的外周面彈性地接觸。由此，針對(duì)相對(duì)于很多的燃料電池單電池而安裝集電體的作業(yè)的作業(yè)效率被大幅地改善，從而燃料電池單電池的電連接作業(yè)被簡(jiǎn)單化。
[0007]然而，本發(fā)明者在專(zhuān)利文獻(xiàn)2那樣的集電體中發(fā)現(xiàn)了以下這樣的問(wèn)題。S卩，由于燃料電池單電池是由陶瓷材料形成的，因此每個(gè)燃料電池單電池的形狀(直徑、長(zhǎng)度、彎曲等)都不齊。因此，在由多個(gè)燃料電池單電池形成的單電池陣列中，各燃料電池單電池的端部偏離了理想的位置。
[0008]因而，因?yàn)榧词瓜鄬?duì)于單電池陣列而對(duì)集電體進(jìn)行對(duì)位，一部分的燃料電池單電池的軸中心位置也相對(duì)于集電體的對(duì)應(yīng)的安裝孔發(fā)生偏離，所以在集電體向單電池陣列的安裝動(dòng)作中，用于相對(duì)于單電池陣列按壓集電體的所需的按壓力變大。而且，當(dāng)相對(duì)于單電池陣列勉強(qiáng)地按壓集電體時(shí)，則有可能會(huì)因彈性片而剝落在燃料電池單電池端部的外表面上設(shè)置的電極。這種電極損傷給電池性能及裝置壽命帶來(lái)不良影響。
[0009]為了便于向集電體插入多個(gè)燃料電池單電池的同時(shí)，防止插入時(shí)的電極的剝落，可以減小集電體的厚度以減少?gòu)椥云膹椓?。然而，在引用文獻(xiàn)2的燃料電池裝置中，因?yàn)槭抢脧椥云膹椓Χ辜婓w和燃料電池單電池接觸的，所以在彈性片的彈力下降時(shí)，導(dǎo)致集電體和燃料電池單電池之間的電連接被失去。即，在減小集電體的厚度以減少?gòu)椥云膹椓Φ那闆r下，在集電體向單電池陣列安裝時(shí)以及在燃料電池裝置的運(yùn)行中，有可能會(huì)發(fā)生彈性片的一端接觸(即，安裝孔的多個(gè)彈性片中的一部分不與燃料電池單電池適當(dāng)?shù)亟佑|)。尤其，由于當(dāng)在運(yùn)行中彈性片被置于高溫(例如，600°C以上)下時(shí)，則彈性片的彈性模量下降，并且因再晶體化等而有可能會(huì)失去彈性片的彈力，因此容易發(fā)生彈性片的一端接觸。當(dāng)在一部分彈性片中發(fā)生導(dǎo)通不良時(shí)，則由于電流集中于接觸中的彈性片，因此電流集中于特定的燃料電池單電池或其一部分，從而不能發(fā)揮規(guī)定的電池性能，同時(shí)產(chǎn)品壽命變短。
[0010]如此，雖然專(zhuān)利文獻(xiàn)2的燃料電池裝置的集電體構(gòu)造便于相對(duì)于單電池陣列的集電體的安裝作業(yè)，但是存在在集電體的安裝時(shí)有可能會(huì)損壞燃料電池單電池的電極，以及至少在燃料電池裝置的運(yùn)行時(shí)有可能會(huì)發(fā)生集電體和燃料電池單電池之間的導(dǎo)通不良這樣的問(wèn)題。
[0011]因此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種固體氧化物型燃料電池裝置及制造方法，能夠在具有通過(guò)集電體來(lái)電連接多個(gè)燃料電池單電池的構(gòu)造的固體氧化物燃料電池裝置中，在防止燃料電池單電池的電極破損的同時(shí)，確保燃料電池單電池和集電體之間的電連接。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]為了解決上述的課題，本發(fā)明提供一種固體氧化物型燃料電池裝置，其特征在于，其為具備由收容于燃料電池模塊的多個(gè)燃料電池單電池組成的單電池陣列、電連接在構(gòu)成所述單電池陣列的多個(gè)燃料電池單電池的端部上形成的電極的集電體的固體氧化物型燃料電池裝置，集電體是形成有用于分別插入多個(gè)燃料電池單電池的端部的多個(gè)安裝孔的金屬板，在各安裝孔設(shè)有多個(gè)彈性片，通過(guò)在集電體的各安裝孔中插入對(duì)應(yīng)的燃料電池單電池的端部，從而集電體通過(guò)彈性片而被安裝于單電池陣列，彈性片通過(guò)粘接劑而被固定于燃料電池單電池，以便彈性片的位置相對(duì)于燃料電池單電池的電極不產(chǎn)生位移。
[0013]在通過(guò)相對(duì)于單電池陣列按壓集電體而使燃料電池單電池插入于集電體的多個(gè)安裝孔，從而將集電體彈性地安裝于單電池陣列時(shí)，由于燃料電池單電池的制造尺寸精度不高，因此需要用較大的按壓力相對(duì)于單電池陣列按壓集電體。然而，當(dāng)勉強(qiáng)地按壓集電體時(shí)，則有可能會(huì)使燃料電池單電池(尤其是電極層)損傷。尤其，當(dāng)設(shè)置于集電體安裝孔的彈性片的彈力較大時(shí)，則在插入時(shí)因彈性片抓撓燃料電池單電池的外周面而導(dǎo)致傷害燃料電池單電池的電極層。
[0014]為了避免這種燃料電池單電池的損傷，例如需要利用厚度較薄的板材形成彈性片，以降低設(shè)定彈性片的彈力。然而，當(dāng)彈性片的彈力較低時(shí)，則因燃料電池單電池的制造尺寸誤差而在安裝時(shí)彈性片發(fā)生一端接觸，從制造最初開(kāi)始有可能會(huì)在彈性片和電極之間發(fā)生導(dǎo)通不良。另外，當(dāng)彈性片的彈力較低時(shí)，則由于在燃料電池裝置的運(yùn)行中集電體被置于高溫下，彈性片的彈力發(fā)生進(jìn)一步下降，因此彈性片有可能會(huì)產(chǎn)生一端接觸，在彈性片和燃料電池單電池電極之間發(fā)生部分的導(dǎo)通不良。
[0015]于是，在本發(fā)明中，采用了相對(duì)于燃料電池單電池利用粘接劑固定彈性片的構(gòu)成，以便在利用在設(shè)置于集電體的安裝孔上形成的彈性片而使集電體彈性地卡合于單電池陣列的同時(shí)，這些彈性片相對(duì)于燃料電池單電池的電極不產(chǎn)生位移(即，彈性片不以從電極離開(kāi)的方式移動(dòng))。在如此構(gòu)成的本發(fā)明中，即使降低設(shè)定彈性片的彈力，以便在相對(duì)于單電池陣列安裝集電體時(shí)不使燃料電池單電池的電極損傷，由于彈性片利用粘接劑以相對(duì)于電極不產(chǎn)生位移的方式而被固定，因此在燃料電池裝置的運(yùn)行中，即使彈性片的彈力下降或消失，也能夠確保彈性片和電極之間的導(dǎo)電性。即，在本發(fā)明中，因?yàn)檎辰觿┑恼辰恿ρa(bǔ)償了運(yùn)行中的彈性片的彈力的下降成分，所以即使假設(shè)彈性片的彈力消失了，也能夠確保彈性片和電極之間的導(dǎo)通。
[0016]在本發(fā)明中，優(yōu)選彈性片通過(guò)沿燃料電池單電池的側(cè)面彎曲，而彈性地卡合于燃料電池單電池的電極，粘接劑以至少遮蓋彎曲的彈性片的一部分的方式而被配置。
當(dāng)粘接劑的粘度較高時(shí)則作業(yè)性變差，難以在燃料電池單電池的全周上涂布粘接劑。然而，根據(jù)本發(fā)明，由于粘接劑以遮蓋沿燃料電池單電池的側(cè)面彎曲的彈性片的至少一部分的方式而被配置，而彈性片又防止了粘接劑的滴流，所以能夠使用較低粘度的粘接劑。
[0017]在本發(fā)明中，優(yōu)選粘接劑具有導(dǎo)電性，被配置于彈性片和燃料電池單電池的電極之間，粘接劑在至少?gòu)椥云囊徊糠殖寥氲秸辰觿﹥?nèi)的狀態(tài)下進(jìn)行固化。
根據(jù)如此構(gòu)成的本發(fā)明，在相對(duì)于單電池陣列安裝集電體且對(duì)粘接劑進(jìn)行固化時(shí)，由于在至少?gòu)椥云囊徊糠掷脧椓Τ寥胗诰哂袑?dǎo)電性的粘接劑內(nèi)的狀態(tài)下粘接劑被固化，因此彈性片和粘接劑之間的接觸面積增大。由此，在能夠減少?gòu)椥云驼辰觿┲g的接觸電阻的同時(shí)，能夠使彈性片和粘接劑之間的電的及物理性的粘接更牢固。
[0018]在本發(fā)明中，優(yōu)選在彈性片和燃料電池單電池的電極之間配置有導(dǎo)電性的電極保護(hù)層，以防止在集電體的各安裝孔中插入對(duì)應(yīng)的燃料電池單電池的端部時(shí)因接觸彈性片而電極損傷，電極保護(hù)層為粘接劑。
[0019]根據(jù)如此構(gòu)成的本發(fā)明，在燃料電池單電池的電極上設(shè)置了用于防止因彈性片而導(dǎo)致?lián)p傷的導(dǎo)電性的電極保護(hù)層。由此，在將燃料電池單電池插入于集電體并安裝時(shí)，能夠防止因彈性片抓撓燃料電池單電池的電極而電極損傷。由此，在本發(fā)明中，能夠使用具有較大彈力的彈性片的集電體，并且防止電極的損傷。因而，在本發(fā)明中，抑制了在集電體安裝時(shí)的彈性片的一端接觸、伴隨在高溫下運(yùn)行中的彈力下降的彈性片的一端接觸，在能夠確保介由電極保護(hù)層的集電體和燃料電池單電池電極之間的良好的導(dǎo)通狀態(tài)同時(shí)，能夠良好地維持集電體的安裝的作業(yè)性。
[0020]為了解決上述的課題，本發(fā)明提供一種固體氧化物型燃料電池裝置的制造方法，其特征在于，其為具備由收容于燃料電池模塊的多個(gè)燃料電池單電池組成的單電池陣列、電連接在構(gòu)成單電池陣列的多個(gè)燃料電池單電池的端部上形成的電極的集電體的固體氧化物型燃料電池裝置的制造方法，其特征在于，具備:安裝工序，其為相對(duì)于單電池陣列安裝集電體的安裝工序，集電體為形成有用于分別插入多個(gè)燃料電池單電池的端部的多個(gè)安裝孔的金屬板，在各安裝孔設(shè)有多個(gè)彈性片，通過(guò)相對(duì)于單電池陣列按壓集電體，而在集電體的各安裝孔中插入對(duì)應(yīng)的燃料電池單電池的端部，通過(guò)彈性片的彈力將集電體安裝于單電池陣列；及粘接工序，利用粘接劑將集電體的彈性片粘接于燃料電池單電池，以便防止彈性片的位置相對(duì)于燃料電池單電池的電極產(chǎn)生位移。
[0021]如上所述，在相對(duì)于單電池陣列按壓具有安裝孔的集電體且利用彈性片將集電體彈性地安裝于單電池陣列時(shí)，有可能會(huì)因彈性片而使燃料電池單電池的電極損傷。但是，為了避免電極的損傷，如果降低設(shè)定彈性片的彈力，則有可能會(huì)或是在安裝時(shí)產(chǎn)生一端接觸而無(wú)法得到良好的電接觸，或是在運(yùn)行中的高溫狀態(tài)下伴隨彈力的下降而失去彈性片和電極之間的良好的電接觸。
[0022]于是，在本發(fā)明中，構(gòu)成為在相對(duì)于單電池陣列安裝集電體之后，利用粘接劑相對(duì)于燃料電池單電池粘接彈性片，以便彈性片的位置相對(duì)于燃料電池單電池的電極不產(chǎn)生位移。根據(jù)如此構(gòu)成的本發(fā)明，構(gòu)成為即使降低設(shè)定彈性片的彈力，以便在相對(duì)于單電池陣列而安裝集電體時(shí)不使燃料電池單電池的電極損傷，通過(guò)利用粘接劑的固定，彈性片相對(duì)于電極也不產(chǎn)生位移。因此，能夠防止因燃料電池裝置運(yùn)行中的彈性片的彈力的下降導(dǎo)致的電非接觸，確保彈性片和電極之間的良好的導(dǎo)通狀態(tài)。
[0023]在本發(fā)明中，其特征在于，優(yōu)選進(jìn)一步具備涂布工序，在形成于單電池陣列的各燃料電池單電池端部的電極上涂布具有導(dǎo)電性的粘接劑，在安裝工序中，在使彈性片與粘接劑接觸的狀態(tài)下，通過(guò)彈性片的彈力而將集電體安裝于單電池陣列，在粘接工序中，使粘接劑固化，以防止彈性片的位置相對(duì)于燃料電池單電池的電極產(chǎn)生位移。
[0024]如上所述，在相對(duì)于單電池陣列按壓具有安裝孔的集電體且利用彈性片將集電體彈性地安裝于單電池陣列時(shí)，由于燃料電池單電池的制造尺寸精度不高，因此一部分的彈性片有可能會(huì)不與燃料電池單電池的電極物理性地接觸。即，有可能會(huì)發(fā)生一端接觸。為了防止一端接觸，可以較大地設(shè)定彈性片的彈力。但是，當(dāng)彈性片的彈力較大時(shí)，則在將集電體安裝于單電池陣列時(shí)，有可能會(huì)因彈性片而使燃料電池單電池的電極損傷。因而，設(shè)定可能的彈性片的彈力的大小是有界限的。
[0025]于是，在本發(fā)明中，首先將具有導(dǎo)電性的膏狀粘接劑涂布于單電池陣列的燃料電池單電池。優(yōu)選此刻調(diào)整粘接劑的粘度，且在電極表面上更厚地涂布粘接劑。接下來(lái)，相對(duì)于單電池陣列安裝集電體。雖然在集電體被安裝于單電池陣列的狀態(tài)下一部分的彈性片與電極物理性地接觸，但是其余的彈性片有可能會(huì)因制造尺寸的不齊而不與電極物理性地接觸。然而，在本發(fā)明中，能夠使所有的彈性片與至少有一定厚度的膏狀粘接劑的層接觸。優(yōu)選能使彈性片埋沒(méi)于粘接劑的層中。因而，即使彈性片不與電極直接地接觸，也能夠使彈性片與粘接劑接觸。而且，通過(guò)在該狀態(tài)下使粘接劑固化，介由固化的粘接劑，能夠以彈性片相對(duì)于電極不產(chǎn)生位移的方式將彈性片固定于電極。因?yàn)檎辰觿┚哂袑?dǎo)電性，所以通過(guò)利用粘接劑物理性地連接彈性片和電極，能夠確保彈性片和電極處于電連接的狀態(tài)。
[0026]如此，在本發(fā)明中，能夠在利用具有導(dǎo)電性的粘接劑物理性地連接未與電極抵接的彈性片和電極的同時(shí)，進(jìn)行電連接。因而，在本發(fā)明中，即使降低設(shè)定彈性片的彈力，在不提高燃料電池單電池的尺寸精度的前提下，也能夠確保集電體和單電池陣列之間的電接觸，同時(shí)能夠防止伴隨在運(yùn)行中的高溫狀態(tài)下的彈力下降發(fā)生彈性片和電極之間的導(dǎo)通不良。
[0027]在本發(fā)明中，其特征在于，優(yōu)選進(jìn)一步具備:涂布工序，在形成于多個(gè)燃料電池單電池端部的電極上涂布導(dǎo)電性的粘接劑；第I固化工序，使涂布于多個(gè)燃料電池單電池的粘接劑進(jìn)行第I固化，以便可以將多個(gè)燃料電池單電池安裝于單電池陣列；及模塊化工序，由多個(gè)燃料電池單電池形成單電池陣列，在安裝工序中，在使彈性片與第I固化的粘接劑彈性地抵接的狀態(tài)下，通過(guò)彈性片的彈力相對(duì)于單電池陣列安裝集電體，粘接工序包括對(duì)第I固化的粘接劑進(jìn)行加熱而使其進(jìn)行第2固化的第2固化工序，在第2固化工序中，在第2固化進(jìn)行中，通過(guò)彈性片的彈力，使彈性片的一部分沉入于粘接劑內(nèi)，在彈性片的一部分沉入于粘接劑內(nèi)的狀態(tài)下使粘接劑完全固化，從而介由粘接劑粘接彈性片和電極，以防止彈性片的位置相對(duì)于燃料電池單電池的電極產(chǎn)生位移。
[0028]根據(jù)如此構(gòu)成的本發(fā)明，在燃料電池單電池為單體的狀態(tài)下將粘接劑涂布于燃料電池單電池的電極，且使粘接劑固化(第I固化)至可以執(zhí)行以后的安裝作業(yè)的程度。而且，其后將多個(gè)燃料