燃料电池及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及燃料电池及其制造方法。
【背景技术】
[0002]作为燃料电池，公知有一种使用固体电解质(固体氧化物)的固体氧化物形燃料电池(以下表示为“SOFC”)。在该SOFC中，作为发电单元，例如使用分别在固体电解质层的一侧设有燃料电极、另一侧设有空气电极的单体电池。而且，为了得到期望的电力，通过将包含该单体电池和互连器(集电板)的电池单元层叠，而做成燃料电池堆(燃料电池)。
[0003]公开有涉及这样的层叠构造的燃料电池，特别是一种谋求提高燃料电池堆内的电连接的技术(参照专利文献1、2)。
[0004]在专利文献I中，在盖板与板状体之间具备加压构件，从而谋求降低膜电极接合体与集电体之间的接触电阻。
[0005]在专利文献2中，利用垫板和盘簧施加紧固力从而谋求降低接触电阻。
_6] 现有技术文献
_7] 专利文献
[0008]专利文献1:日本特开2011-008959号公报
[0009]专利文献2:日本特开2001-143741号公报
【发明内容】
_0] 发明要解决的问题
[0011]在专利文献1、2所记载的技术中，通过调整燃料电池堆的紧固压力，从而谋求降低接触电阻(提高电连接状态)。
[0012]但是，通常，构成燃料电池堆的构件在厚度尺寸上具有偏差。由此，在层叠了厚度尺寸具有偏差的构件的情况下，即使施加紧固压力，也不一定能够充分地降低接触电阻。
[0013]本发明的目的在于提供容易降低接触电阻的燃料电池及其制造方法。
_4] 用于解决问题的方案
[0015]1.燃料电池
[0016](I)本发明的一实施方式所涉及的燃料电池通过层叠多个电池单元并将上述多个电池单元沿层叠方向紧固而成，该电池单元至少具有:互连器，其具有导电性，具有正面和背面；连接构件，其与上述互连器电连接；单体电池，其具有燃料电极、电解质以及空气电极，且该单体电池与上述连接构件电连接；以及分隔件，其具有与上述单体电池的外周部连接的开口，该燃料电池的特征在于，上述多个电池单元中的至少一个电池单元的连接构件的厚度与其他的电池单元的连接构件的厚度不同。
[0017]多个电池单元中的至少一个电池单元的连接构件的厚度与其他的电池单元的连接构件的厚度不同。即，通过使配置于互连器之间的连接构件的厚度不同，即使在单体电池的厚度具有偏差的情况下，也能够降低在燃料电池内(例如连接构件与单体电池之间)的接触电阻。
[0018]优选的是，该燃料电池还具有将上述层叠的多个电池单元沿层叠方向紧固的紧固构件。
[0019]通过利用紧固构件调整施加于多个电池单元的紧固压力，能够容易地调整燃料电池内(例如集电构件与单体电池之间)的接触电阻。
[0020]另外，优选的是，在本发明的上述燃料电池中，可以满足以下条件(i)、(ii)中的任一方或双方。
[0021](i)上述多个电池单元中的至少一个电池单元的单体电池的燃料电极侧的连接构件的厚度与其他的电池单元的单体电池的燃料电极侧的连接构件的厚度不同。
[0022](ii)上述多个电池单元中的至少一个电池单元的单体电池的空气电极侧的连接构件的厚度与其他的电池单元的单体电池的空气电极侧的连接构件的厚度不同。
[0023](2)优选的是，该燃料电池的特征在于，一个电池单元的互连器的正面与层叠于该一个电池单元的另一个电池单元的互连器的背面之间的最短距离Dl和上述一个电池单元的连接构件的厚度与上述一个电池单元的单体电池的厚度的合计厚度D2的差值(D2-D1)为“Ομπι 彡(D2-D1)彡 200 μm，，。
[0024]在此，一个电池单元的互连器的正面与层叠于该一个电池单元的另一个电池单元的互连器的背面之间的最短距离Dl是指在将电池单元沿层叠方向紧固的部分中的互连器之间的距离(即，相邻电池单元各自的互连器的正面和背面之间的距离)。
[0025]通过使互连器之间的最短距离Dl与电池单元的连接构件的厚度和上述一个电池单元的单体电池的厚度的合计厚度D2对应规定的范围、S卩“O μπι彡(D2-D1)彡200 μm”。例如能够降低在层叠多个电池单元从而做成燃料电池堆的情况下的、连接构件与单体电池之间的接触电阻。
[0026](2a)作为一个电池单元的互连器的正面与层叠于该一个电池单元的另一个电池单元的互连器的背面之间的距离而设定的厚度DlO (互连器之间的设定距离D10)与上述一个电池单元的连接构件的设定厚度和上述一个电池单元的单体电池的厚度的合计厚度D20的差值(D20-D10)为“Ομπι 彡(D20-D10)彡 200 μm”。
[0027]在此，互连器之间的设定距离DlO表示做成燃料电池后的互连器之间的最短距离。另外，电池单元的连接构件的设定厚度表示做成燃料电池后的电池单元的连接构件的厚度。由于在做成燃料电池后，会通过紧固使电池单元的连接构件收缩(厚度减少)，因此，优选考虑这样的收缩。
[0028]通过使互连器之间的设定距离DlO与电池单元的连接构件的厚度、上述一个电池单元的连接构件的设定厚度以及上述一个电池单元的单体电池的厚度的合计厚度D20的差值(D20-D10)对应规定的范围，即对应“O μπι彡(D20-D10)彡200 μm”，例如能够降低在层叠多个电池单元从而做成燃料电池堆的情况下的连接构件与单体电池之间的接触电阻。
[0029](3)优选的是，上述连接构件为具有弹力的导电性的集电体。
[0030]导电性的集电体由于具有弹力而能够较佳地确保互连器与单体电池之间的电连接。
[0031](4)优选的是，上述连接构件至少具有绝缘性的调整构件和导电性的集电体。
[0032]通过绝缘性的调整构件和导电性的集电体的组合能够进一步较佳地确保互连器与单体电池之间的电连接。
[0033]另外，优选的是，上述连接构件至少具有将绝缘性的调整构件和导电性的集电体相互组合而成的一体构造。此外，进一步优选的是，上述连接构件至少具有将绝缘性的调整构件与具有弹力的导电性的集电体相互组合而成的一体构造。另外，上述绝缘性的调整构件也可以具有弹力。
[0034](5)优选的是，上述连接构件与上述单体电池的燃料电极相接触。
[0035]通过在燃料电极侧配置连接构件，从而使连接构件的材料选择变得容易。即，燃料电极侧为还原性气体氛围，而不会氧化，因此，能够不考虑耐氧化性地选择连接构件的材料。
[0036](6)优选的是，该燃料电池具有一个或多个框形状的框架，该框架配置于一个电池单元的互连器与层叠于该一个电池单元的另一个电池单元的互连器之间。
[0037]通过将互连器和框架设为单独构件，能够使用平板进行制造，而能够进行低成本的制造。虽然也能够使用使互连器和框架一体化而成的构件，但一体化而成的构件例如需要进彳丁镑孔加工等，而使成本升尚。
[0038]作为框形状的框架的例子，能够列举有框构件(电池框架、分隔件)、空气电极绝缘密封构件(空气电极绝缘框架)以及燃料电极绝缘密封构件(燃料电极绝缘框架)。
[0039](7)优选的是，该燃料电池还具有紧固构件，该紧固构件将上述层叠的多个电池单元沿层叠方向紧固，
[0040]上述紧固构件在上述分隔件和上述框架处对上述多个电池单元进行紧固。
[0041]由此，能够进一步较佳地确保互连器与单体电池之间的电连接。
[0042]2.燃料电池的制造方法
[0043](8)本发明的一实施方式所涉及的燃料电池的制造方法具有层叠多个电池单元的工序，该电池单元至少具有:互连器，其具有导电性，具有正面和背面；连接构件，其与上述互连器电连接；单体电池，其具有燃料电极、电解质以及空气电极，且该单体电池与上述连接构件电连接；以及分隔件，其具有与上述单体电池的外周部连接的开口，燃料电池的制造方法的特征在于，具有:准备多种厚度的连接构件的工序；测量上述单体电池的厚度D23的工序；从上述多种厚度的连接构件中选择具有如下的厚度的连接构件的工序，该厚度与从厚度DlO中减去测量到的上述厚度D23而得到的减算值相对应，其中，上述厚度DlO是作为一个电池单元的互连器的正面与层叠于该一个电池单元的另一个电池单元的互连器的背面之间的距离而设定的；以及将包括所选择的上述连接构件的电池单元层叠的工序。
[0044]从上述多种厚度的连接构件中选择具有如下的厚度的连接构件，该厚度与从作为互连器間的距离而设定的厚度DlO中减去测量的上述单体电池的厚度D23而得到的减算值(D10 - D23)相对应。其结果，使单体电池的厚度D3与连接构件的厚度之和，与互连器之间的距离相对应，即使在单体电池的厚度产生偏差的情况下，也能够降低连接构件与单体电池之间的接触电阻。
[0045]另外，将作为互连器之间的距离而设定的厚度设为D10，将互连器之间的最短距离设为D1，将后述的设定值设为Dc时，则
[0046]DlO = Dl+Dco
[0047]另外，作为互连器之间的距离而设定的厚度DlO (互连器之间的设定距离D10)能够如以下方式表示。
[0048]DlO = D11+D121+D131
[0049]= D11+(D12+D13) XA