固體氧化物型燃料電池裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種固體氧化物型燃料電池裝置的制造方法，尤其涉及具備對(duì)收容在燃料電池模塊中的多個(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的制造方法。
【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集電體而被相互地電連接。例如在特開2008-71711號(hào)公報(bào)(專利文獻(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連接構(gòu)件而被連接。
另外，在特開2008-218005號(hào)公報(bào)(專利文獻(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]專利文獻(xiàn)1:日本國(guó)特開2008-71711號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2:日本國(guó)特開2008-218005號(hào)公報(bào)
[0005]然而，如專利文獻(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)明者在專利文獻(xiàn)2那樣的集電體中發(fā)現(xiàn)了以下這樣的問題。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)通不良這樣的問題。
[0011]因而，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種固體氧化物型燃料電池裝置的制造方法，在具有通過集電體來電連接多個(gè)燃料電池單電池的構(gòu)造的固體氧化物燃料電池裝置的制造方法中，能夠在防止燃料電池單電池的電極的損壞的同時(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的制造方法，固體氧化物型燃料電池裝置具備:單電池陣列，由在燃料電池模塊中收容的多個(gè)燃料電池單電池組成；及集電體，與在構(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電連接，其特征在于，具備:在多個(gè)燃料電池單電池的端部形成的電極上分別形成導(dǎo)電性電極保護(hù)層的工序；模塊化工序，利用多個(gè)燃料電池單電池形成單電池陣列；及安裝工序，相對(duì)于單電池陣列安裝集電體，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，通過相對(duì)于單電池陣列按壓集電體而將對(duì)應(yīng)的燃料電池單電池的端部插入于集電體的各安裝孔，并通過彈性片的彈力而相對(duì)于單電池陣列安裝集電體，電極保護(hù)層構(gòu)成為防止在安裝工序中因彈性片的接觸而電極損傷。
[0013]在通過相對(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，而更低地設(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，因此有可能會(huì)彈性片一端接觸，從而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)明中構(gòu)成為能夠使用具有較大彈力的彈性片的集電體，以便在安裝時(shí)以及在運(yùn)行中的高溫時(shí)彈性片具有充分的彈力。因此，在本發(fā)明中，在電極上設(shè)置了電極保護(hù)層，以便在集電體向單電池陣列安裝時(shí)，防止因彈性片而燃料電池單電池的電極損傷。該電極保護(hù)層是與電極相比更硬的導(dǎo)電性的層。通過該電極保護(hù)層，能夠?qū)θ剂想姵貑坞姵剡M(jìn)行保護(hù)以免于在安裝時(shí)彈性片抓撓電極而剝下電極。而且，由于具有較高彈力的彈性片與電極保護(hù)層彈性地卡合，因此能夠介由電極保護(hù)層而確保集電體和燃料電池單電池電極之間的導(dǎo)通。
[0016]如此，在本發(fā)明中，通過采用電極保護(hù)層，即使使用具有較大彈力的彈性片的集電體，在集電體的安裝時(shí)也能夠保護(hù)燃料電池單電池的電極。因而，在本發(fā)明中，能夠始終維持在單電池陣列上安裝集電體的良好的操作性，并防止電極的損壞。另外，在本發(fā)明中，由于彈性片可以具有較大的彈力，因此在集電體的安裝時(shí)以及在運(yùn)行中，可以利用彈性片的彈力來使彈性片和電極保護(hù)層保持于接觸狀態(tài)，從而能夠防止一端接觸。
[0017]另外，由于單電池陣列密集地配置了多個(gè)燃料電池單電池，因此燃料電池單電池之間的間隔較窄。因此，在形成單電池陣列之后，當(dāng)想要在各燃料電池單電池的側(cè)面上形成電極保護(hù)層時(shí)，則由于操作性較差，因此難以在電極的表面上切實(shí)地形成電極保護(hù)層。因此，在本發(fā)明中構(gòu)成為，在形成單電池陣列的模塊化工序之前，在燃料電池單電池是單體的狀態(tài)下實(shí)施在各燃料電池單電池的電極上形成電極保護(hù)層的電極保護(hù)層形成工序。由此，能夠通過良好的操作性而在各燃料電池單電池的電極上形成電極保護(hù)層。
[0018]在本發(fā)明中，優(yōu)選在安裝工序之后還具備粘接彈性片與電極保護(hù)層的粘接工序。 根據(jù)如此構(gòu)成的本發(fā)明，由于在將集電體安裝于單電池陣列之后具備了粘接彈性片與電極保護(hù)層的粘接工序，因此能夠確保彈性片和電極保護(hù)層之間的抵接狀態(tài)。因而，由于粘接劑的粘接力補(bǔ)償運(yùn)行中的彈性片彈力的下降部分，因此即使假設(shè)彈性片的彈力消失了，也能夠確保彈性片和電極保護(hù)層之間的導(dǎo)通。因而，由于可以不用考慮運(yùn)行中的彈力的下降，因此并非一定需要使用具備具有非常大彈力的彈性片的集電體。因此，在安裝工序中，集電體的安裝作業(yè)變得容易，而能夠使操作性提高。
[0019]在本發(fā)明中，優(yōu)選電極保護(hù)層具有粘接彈性片和電極的功能。
根據(jù)如此構(gòu)成的本發(fā)明，因?yàn)殡姌O保護(hù)層具有粘接功能，所以在安裝工序后不需要涂布粘接劑的作業(yè)，能夠使制造工序簡(jiǎn)單化。
[0020]在本發(fā)明中，優(yōu)選電極保護(hù)層是通過加熱來發(fā)揮粘接功能的，固體氧化物型燃料電池裝置的制造方法包括為執(zhí)行規(guī)定的處理而加熱單電池陣列的加熱工序，加熱工序兼作粘接工序的對(duì)電極保護(hù)層的加熱。
根據(jù)如此構(gòu)成的本發(fā)明，電極保護(hù)層構(gòu)成為通過加熱來發(fā)揮粘接功能。因此，雖然需要電極保護(hù)層的加熱工序，但是當(dāng)在制造工序中相對(duì)于燃料電池裝置的組裝體而實(shí)施加熱工序時(shí)，則加熱工序中無法實(shí)施相對(duì)于組裝體的其他的作業(yè)。具體而言，雖然在加熱工序中將組裝體加熱至規(guī)定溫度之后需要再次冷卻到常溫，但是如果使其急冷卻，則燃料電池單電池的發(fā)電元件因急劇的熱收縮而承受應(yīng)力從而損壞。為了防止這種損壞，冷卻需要很長(zhǎng)時(shí)間。因而，當(dāng)在制造工序中附加用于電極保護(hù)層的加熱工序時(shí)，則導(dǎo)致制造工序大幅地變長(zhǎng)。
于是，在本發(fā)明中構(gòu)成為，原來包含于燃料電池裝置制造工序中的加熱工序(例如，在最終階段實(shí)施的燃料電池單電池的還原工序)兼作用于電極保護(hù)層的加熱工序。由此，因?yàn)椴恍枰郊又挥糜陔姌O保護(hù)層的加熱工序，所以能夠在防止制造工序的長(zhǎng)期化的同時(shí)，將彈性片粘接于電極保護(hù)層。
[0021]在本發(fā)明中，優(yōu)選電極保護(hù)層的粘接功能通過在因加熱而電極保護(hù)層的至少一部分具有流動(dòng)性之后進(jìn)行固化而被發(fā)揮。
根據(jù)如此構(gòu)成的本發(fā)明，電極保護(hù)層通過在因加熱而至少一部分具有流動(dòng)性之后進(jìn)行固化來發(fā)揮粘接功能。因此，與電極保護(hù)層彈性地抵接的彈性片利用電極保護(hù)層的流動(dòng)化而以沉入到電極保護(hù)層內(nèi)的方式深入，并在該狀態(tài)下電極保護(hù)層進(jìn)行固化。由此，由于彈性片與電極保護(hù)層的接觸面積增加，因此集電體和電極保護(hù)層之間的導(dǎo)電性提高，同時(shí)兩者之間的物理性的粘接力也提高。因而，制造尺寸上不齊的燃料電池單電池，在運(yùn)行中分別熱膨脹的情況下，也能夠提高對(duì)彈性片和電極保護(hù)層的粘接部分所產(chǎn)生應(yīng)力的耐受性。如此，在本發(fā)明中，能夠使集電體和電極保護(hù)層之間的電連接牢固。
[0022]在本發(fā)明中，優(yōu)選電極保護(hù)層含有顆粒狀導(dǎo)電性材料，且粘接工序是使顆粒狀的導(dǎo)電性材料燒結(jié)的工序。
根據(jù)如此構(gòu)成的本發(fā)明，電極保護(hù)層含有顆粒狀導(dǎo)電性材料(例如鎳粉)。由此，通過調(diào)整導(dǎo)電性材料的粒徑，能夠在彈性片失去彈力之前，在加熱工序中使導(dǎo)電性材料燒結(jié)，并使其與彈性片粘接。另外，由于導(dǎo)電性材料通過彈性片而被彈性地按壓，因此通過彈性片按壓的導(dǎo)電性材料的部分因燒結(jié)而致密性被提高。由此，能夠使介由電極保護(hù)層的彈性片和電極之間的導(dǎo)電性提高。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的固體氧化物型燃料電池裝置的制造方法，能夠在防止燃料