燃料電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種平板型固體氧化物燃料電池(SOFC)，其中特別涉及一種隔膜疊層結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]燃料電池是一種能夠使用燃料生產(chǎn)電能的裝置。燃料電池大致根據(jù)電解質(zhì)的種類分類，例如有電解質(zhì)使用樹脂等高分子薄膜的固體高分子燃料電池(PEFC)和電解質(zhì)使用固體氧化物的固體氧化物燃料電池(SOFC)等。其中，尤其是SOFC的發(fā)電效率高，因此近年來廣受矚目。
[0003]SOFC中有將多個具有電解質(zhì)被夾持在一對電極之間的結(jié)構(gòu)的平板狀電池單元(cell)與隔膜等層疊多層而成的那種類型(平板型)。SOFC的燃料使用空氣或氧等氧化氣體和氫或一氧化碳等燃料氣體。
[0004]例如，專利文獻I公開了一種PEFC，專利文獻2公開了一種S0FC。
[0005]專利文獻1:日本公開專利公報特開2006 - 236612號公報
[0006]專利文獻2:日本公開專利公報特開2002 - 343376號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]一發(fā)明所要解決的技術(shù)問題一
[0008]在SOFC中，從提高發(fā)電效率和耐久性的方面來看，將燃料氣體均勻地提供給各電池單元(cell)的電極面成為重要的技術(shù)問題。
[0009]圖1圖示了層疊板狀電池單元和隔膜等來構(gòu)成為塊狀的SOFC的主要部分(電池堆100)。在電池堆100的中心部分有各電池單元的電極面在層疊方向上交替地排列的集電部101，在電池堆100的周邊部分形成有沿層疊方向延伸的供氣歧管102和排氣歧管103。氧化氣體(通常使用空氣)或燃料氣體通過供氣歧管102提供給各電池單元的電極面，并且通過排氣歧管103排出。
[0010]在集電部，分別沿著電池單元的兩個面從供氣歧管102向排氣歧管103流動的梳狀氣體流路形成在隔膜上，通過這些氣體流路分配后供給燃料氣體或空氣。
[0011]各氣體流路與沿縱向延伸的供氣歧管102正交，而且以從供氣歧管102橫向擴張的方式延伸，因此將燃料氣體穩(wěn)定且均勻地提供給所有氣體流路并不容易。若向各氣體流路不均勻地提供燃料氣體，則會發(fā)生發(fā)電效率降低或產(chǎn)生局部過電流的現(xiàn)象。因此，從提高SOFC的發(fā)電效率和耐久性的方面來看，將燃料氣體均勻地分配并供向電極面的整個面成為重要的技術(shù)問題。
[0012]專利文獻2公開了雖以空氣作為對象卻能夠?qū)⒖諝饩鶆虻胤峙洳⒐┫蚋麟姵貑卧碾姌O面的流路。
[0013]在此，如圖2(a)所示，壓接平板105和狹縫板106構(gòu)成空氣極側(cè)的隔膜。貫通平板105形成空氣用以及燃料用各集管107、108，貫通狹縫板106形成燃料用集管108和梳狀的多條狹縫109。如圖2(b)所示，各狹縫109的端部與空氣用集管107重疊，空氣從空氣用集管107直接進入到各狹縫109中分配并供向各電池單元的電極面。
[0014]然而，在該結(jié)構(gòu)的情況下，空氣供給用集管107的內(nèi)部被每個狹縫板106的狹縫109之間的細板部分遮擋，因此沿空氣供給用集管107流動的空氣受到妨礙無法順暢地流動，從而產(chǎn)生壓力損失。特別是在SOFC中通常層疊多個，因此容易受到其影響。
[0015]關(guān)于這一點，由于空氣不需要原料成本，因此即便產(chǎn)生壓力損失，也能夠通過供給大量的空氣來向各電池單元提供充分的空氣。然而，由于燃料氣體需要原料成本，因此不能與空氣一樣地處理。從運行成本的觀點來看，對于燃料氣體而言，需要抑制供給量并有效地供給燃料氣體。
[0016]因此，在該方法中，難以向各電池單元的電極面均勻且穩(wěn)定地供給燃料氣體。
[0017]于是，本發(fā)明的目的在于:提供一種能夠向各電池單元的電極面均勻且穩(wěn)定地供給燃料氣體的燃料電池。
[0018]一用以解決技術(shù)問題的技術(shù)方案一
[0019]所公開的燃料電池是一種層疊多個發(fā)電元件而構(gòu)成的燃料電池。上述發(fā)電元件包括:在一主面連接有正極、另一主面連接有負極的板狀的電池單元；以與上述正極電連接的方式層疊的正極板；以及以與上述負極電連接的方式層疊的負極板。
[0020]上述正極板包括:位于上述電池單元的外周圍以便貫通層疊方向成為燃料氣體的流路的燃料供氣歧管；從上述燃料供氣歧管側(cè)朝向以上述電池單元為中心的相對側(cè)的端部側(cè)延伸的多條第一氣體流路；以及位于上述燃料供氣歧管與上述電池單元之間并以橫切上述多條第一氣體流路來連通的方式形成的第二氣體流路。
[0021]其特征在于，沿與上述第二氣體流路的氣體進入口相對的相對面設(shè)置限制部，其中，上述限制部限制從上述燃料供氣歧管經(jīng)由上述氣體進入口流入到上述第二氣體流路的燃料氣體流入上述第一氣體流路。
[0022]上述第一氣體流路與上述限制部可以位于上述發(fā)電元件的層疊方向上的不同的高度位置。
[0023]上述氣體進入口與上述限制部可以位于上述發(fā)電元件的層疊方向上的大致相同的高度位置。
[0024]還包括絕緣板，上述絕緣板設(shè)置在上述正極板與上述負極板之間以使上述正極板與上述負極板彼此電絕緣，并且設(shè)置有開口以便上述電池單元位于上述開口的內(nèi)側(cè)，能夠借助上述電池單元的端面與上述開口的內(nèi)緣接觸，在上述發(fā)電元件內(nèi)對上述電池單元進行定位。
[0025]上述限制部可以包括上述電池單元的端面，與上述第二氣體流路的上述氣體進入口相對的相對面還可以由上述電池單元的端面構(gòu)成。
[0026]上述正極板還可以包括第一板、第二板以及第三板，上述第一板呈平板狀且具有構(gòu)成上述燃料供氣歧管的燃料通過口，上述第二板具有上述燃料通過口和構(gòu)成上述第一氣體流路的多條第一狹縫，上述第三板具有上述燃料通過口、以上述電池單元位于開口的內(nèi)側(cè)的方式設(shè)置的上述開口以及構(gòu)成連通上述燃料通過口與上述開口的上述氣體進入口的切口，在上述第二板面內(nèi)上述燃料通過口不與上述第一狹縫連通，將上述第一板、上述第二板以及上述第三板按照該順序?qū)盈B來構(gòu)成上述正極板，以便各個上述燃料通過口在層疊方向上連通。
[0027]并且，上述正極板還可以包括第一板、第二板以及第三板，上述第一板呈平板狀且具有構(gòu)成上述燃料供氣歧管的燃料通過口，上述第二板具有上述燃料通過口和構(gòu)成上述第一氣體流路的多條第一狹縫，上述第三板具有上述燃料通過口、以上述電池單元位于開口的內(nèi)側(cè)的方式設(shè)置的上述開口、位于上述燃料通過口與上述開口之間并構(gòu)成上述第二氣體流路的第二狹縫、以及構(gòu)成連通上述燃料通過口與上述第二狹縫的上述氣體進入口的切口，在上述第二板面內(nèi)上述燃料通過口不與上述第一狹縫連通，并且在上述第三板面內(nèi)上述第二狹縫不與上述開口連通，將上述第一板、上述第二板以及上述第三板按照該順序?qū)盈B來構(gòu)成上述正極板，以便各個上述燃料通過口在層疊方向上連通。
[0028]此外，上述正極板還可以包括第一板、第二板以及第三板，上述第一板呈平板狀且具有構(gòu)成上述燃料供氣歧管的燃料通過口，上述第二板具有上述燃料通過口、與上述燃料通過口連通而構(gòu)成上述氣體進入口的切口、以及構(gòu)成上述第一氣體流路的多條第一狹縫，上述第三板具有上述燃料通過口、以上述電池單元位于開口的內(nèi)側(cè)的方式設(shè)置的上述開口、以及位于上述燃料通過口與上述開口之間并構(gòu)成上述第二氣體流路的第二狹縫，在上述第二板面內(nèi)上述第一狹縫不與上述燃料通過口以及上述切口中的任意一方連通，并且在上述第三板面內(nèi)上述燃料通過口、第二狹縫、上述開口均不連通，將上述第一板、上述第二板以及上述第三板按照該順序?qū)盈B來構(gòu)成上述正極板，以便各個上述燃料通過口在層疊方向上連通。
[0029]此外，上述正極板還可以包括第一板、第二板以及第三板，上述第一板呈平板狀且具有構(gòu)成上述燃料供氣歧管的燃料通過口，上述第二板具有上述燃料通過口、與上述燃料通過口連通并構(gòu)成上述氣體進入口的切口、以及構(gòu)成上述第一氣體流路的多條第一狹縫，上述第三板具有上述燃料通過口和以上述電池單元位于開口的內(nèi)側(cè)的方式設(shè)置的上述開口，在上述第二板面內(nèi)上述第一狹縫不與上述燃料通過口以及上述切口中的任意一方連通，并且在上述第三板面內(nèi)上述燃料通過口不與上述開口連通，將上述第一板、上述第二板以及上述第三板按照該順序?qū)盈B來構(gòu)成上述正極板，以便各個上述燃料通過口在層疊方向上連通。
[0030]一發(fā)明的效果一
[0031]根據(jù)本發(fā)明，能夠獲得即便層疊數(shù)量較多也能夠向各電池單元的電極面均勻且穩(wěn)定地供給燃料氣體的燃料電池。
【附圖說明】
[0032]圖1是示出到目前為止的燃料電池的一例的概要立體圖。
[0033]圖2(a)、(b)是示出到目前為止的燃料電池的空氣流路的一例的概要立體圖。
[0034]圖3是示出實施方式中的燃料電池的概要立體圖。
[0035]圖4是示出從圖3中的W — W線看到的發(fā)電元件的概要剖視圖。
[0036]圖5是示出發(fā)電元件的概要分解立體圖。
[0037]圖6是示出負極板的概要分解立體圖。
[0038]圖7是示出正極板的概要分解立體圖。
[0039]圖8是用于說明對電池單元進行定位的圖。
[0040]圖9是從圖4的箭頭X方向看到的概要圖。
[0041]圖10是看到圖9中Y — Y線處的截面的概要圖。
[0042]圖11是看到圖9中Z — Z線處的截面的概要圖。
[0043]圖12是示出氣體流路的變形例的概要圖。
[0044]圖13是第I變形例的燃料電池中的相當(dāng)于圖4的圖。在此，以便于理解的方式示出氣體流路。
[0045]圖14是第2變形例的燃料電池中的相當(dāng)于圖4的圖。在此，以便于理解的方式示出氣體流路。
[0046]圖15是