[发明专利]管形燃料电池模块及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及具有优良电力集电效率的管形燃料电池模块以及该管形燃料电池模块的制造方法。

背景技术

作为具有平板构造的固体聚合物电解质燃料电池(在下面还简称为“平板燃料电池”)的最小发电单元的单体电池具有薄膜电极组件(MEA)，其中催化剂电极层被联接到固体电解质薄膜的两侧、布置在该薄膜电极组件两侧上的气体扩散层和布置在气体扩散层的外侧上的分离器。

为了减小平板燃料电池的尺寸并且提高单位体积的发电反应面积，应该使得形成平板燃料电池的固体电解质薄膜等较薄。然而，考虑到功能和强度，每一个结构部件仅仅能够根据需要被制造得这么薄并且这种薄的平板燃料电池的设计达到其极限。因此，近年来，已经研制出管形燃料电池以取代平板燃料电池。

作为管形燃料电池最小发电单元的单体电池(即，管形燃料电池单体)具有中空膜电极组件(MEA)，它包括例如中空固体电解质薄膜、布置在固体电解质薄膜内侧上的内侧催化剂电极层和布置在固体电解质层外侧上的外侧催化剂电极层。而且，内部集电器被布置在内侧催化剂电极层的内侧上并且外部集电器被布置在外侧催化剂电极层的外侧上。即，按照从内侧到外侧的顺序，典型的管形燃料电池单体具有内部集电器、内侧催化剂电极层、固体电解质薄膜、外侧催化剂电极层和外部集电器。

在这种管形燃料电池单体中，利用通过向中空膜电极组件供应两种反应气体中的一种，或者是含有氧的气体或者是含有氢的气体，并且向中空膜电极组件的外部供应另一种反应气体而发生的电化学反应产生电能。当布置这些管形燃料电池单体的多个单体以形成管形燃料电池时，供应到每一个膜电极组件的外部的反应气体是相同的，所以不再存在对于设于传统平板燃料电池中的分离器的任何需要，由此能够有效地使得燃料电池更小。

然而，为了进一步改进管形燃料电池的发电性能，当提取在每一个管形燃料电池单体中产生的电能时需要提高效率(即，电力集电效率)。通过例如使得集电部件接触该多个管形燃料电池单体可以提高这种电力集电效率。

过去，已经描述了旨在改善管形燃料电池的电力集电效率的各种技术。例如，日本专利申请特开JP-A-2004-288542描述了与一种燃料电池系统有关的技术，该燃料电池系统设有通过经由单体连接导电部件而被连接到一起的多个管形燃料电池单体形成的单体组件和被电连接到该单体组件的电极连接导电部件形成。因此该技术能够提供具有稳定发电性能的燃料电池，这是因为具有电力收集功能的单体连接导电部件保持与电极连接导电部件接触。同样，日本专利申请特开平JP-A-8-162142描述了与设有多个管形燃料电池单体和挡板的固体氧化物燃料电池有关的技术。该技术能够提供具有改进的发电性能的固体氧化物燃料电池。

然而，关于在日本专利申请特开JP-A-2004-288542中描述的技术，在电力能够到达电极连接导电部件之前，电力应该首先流经单体连接导电部件和每一个管形燃料电池单体。结果，连接电阻较大，这降低了电力集电效率。同样关于在日本专利申请特开平JP-A-8-162142中描述的技术，也难以改善电力集电效率。

发明内容

本发明因此主要目的在于提供一种具有优良电力集电效率的管形燃料电池模块。

因此本发明的第一方面涉及一种管形燃料电池模块，包括：多个管形燃料电池单体，所述多个管形燃料电池单体中的每个管形燃料电池单体从内侧起依次具有内部集电器、内侧催化剂电极层、固体电解质薄膜和外侧催化剂电极层；以及外部集电器，所述外部集电器从所述管形燃料电池单体收集电力，其特征在于，所述外部集电器具有波纹板结构，在所述波纹板结构中，凸部和凹部在一个方向上重复地交替，并且所述波纹板结构在与所述一个方向垂直的方向上延伸；并且所述管形燃料电池模块包括至少一个单体-集电器单元，所述至少一个单体-集电器单元具有所述外部集电器以及与所述外部集电器的所述凹部的沿着所述管形燃料电池单体的整个长度的表面接触的所述多个管形燃料电池单体。关于该外部集电器，凹部和凸部中的至少一个在所述一个方向上的截面形状可由连续光滑的曲线形成。而且，凹部和凸部中的至少一个在所述一个方向上的截面形状可由具有至少一个弯曲部分的多个连续片段形成。