[发明专利]固体氧化物型燃料电池装置及制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及固体氧化物型燃料电池装置及制造方法，尤其涉及具备对收容于燃料电池模块的多个燃料电池单电池进行电连接的集电体的固体氧化物型燃料电池装置及制造方法。

背景技术

固体氧化物型燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell：以下也称为“SOFC”)是将氧化物离子导电性固体电解质用作电解质，在其两侧安装电极，在一侧供给燃料气体，在另一侧供给氧化剂气体(空气、氧气等)，并在较高的温度下进行动作的燃料电池。

在固体氧化物型燃料电池装置的燃料电池模块内收容了由多个燃料电池单电池(单电池管)组成的单电池阵列。在该单电池阵列中，多个燃料电池单电池通过集电体而被相互地电连接。例如在特开2008-71711号公报(专利文献1)所述的燃料电池装置中，多个燃料电池单电池的上端部及下端部被分别插入于绝缘性支撑板的孔，并通过导电性密封材料而被固定于支撑板。而且，进一步，邻接的燃料电池单电池的上端部之间及下端部之间介由导电性密封材料并通过连接构件而被连接。

另外，在特开2008-218005号公报(专利文献2)所述的燃料电池装置中，很多的燃料电池单电池的上端部之间及下端部之间使用了3张集电体而被电连接。

      专利文献1：日本国特开2008-71711号公报

专利文献2：日本国特开2008-218005号公报

然而，如专利文献1的燃料电池装置那样，在燃料电池单电池的两端部上，在通过连接构件及密封材料而对邻接的燃料电池单电池的端部之间进行连接的情况下，当燃料电池单电池很多时，则燃料电池单电池的电连接作业是非常费事且麻烦的。

另一方面，在专利文献2的燃料电池装置中，由于只用3张集电体对很多的燃料电池单电池的端部进行电连接，因此燃料电池单电池的电连接作业变得容易。具体而言，在各集电体形成有用于安装对应的多个燃料电池单电池的安装孔，在各安装孔形成有从孔的边缘部朝向孔的中心放射状延伸的多个弹性片。因此，通过相对于由多个燃料电池单电池组成的单电池阵列而按压各集电体，能够将对应的燃料电池单电池的端部插入于各集电体的多个安装孔。而且，能够使各安装孔的多个弹性片与对应的燃料电池单电池的端部的外周面弹性地接触。由此，针对相对于很多的燃料电池单电池而安装集电体的作业的作业效率被大幅地改善，从而燃料电池单电池的电连接作业被简单化。

然而，本发明者在专利文献2那样的集电体中发现了以下这样的问题。即，由于燃料电池单电池是由陶瓷材料形成的，因此每个燃料电池单电池的形状(直径、长度、弯曲等)都不齐。因此，在由多个燃料电池单电池形成的单电池阵列中，各燃料电池单电池的端部偏离了理想的位置。

因而，因为即使相对于单电池阵列而对集电体进行对位，一部分的燃料电池单电池的轴中心位置也相对于集电体的对应的安装孔发生偏离，所以在集电体向单电池阵列的安装动作中，用于相对于单电池阵列按压集电体的所需的按压力变大。而且，当相对于单电池阵列勉强地按压集电体时，则有可能会因弹性片而剥落在燃料电池单电池端部的外表面上设置的电极。这种电极损伤给电池性能及装置寿命带来不良影响。

为了便于向集电体插入多个燃料电池单电池的同时，防止插入时的电极的剥落，可以减小集电体的厚度以减少弹性片的弹力。然而，在引用文献2的燃料电池装置中，因为是利用弹性片的弹力而使集电体和燃料电池单电池接触的，所以在弹性片的弹力下降时，导致集电体和燃料电池单电池之间的电连接被失去。即，在减小集电体的厚度以减少弹性片的弹力的情况下，在集电体向单电池阵列安装时以及在燃料电池装置的运行中，有可能会发生弹性片的一端接触(即，安装孔的多个弹性片中的一部分不与燃料电池单电池适当地接触)。尤其，由于当在运行中弹性片被置于高温(例如，600℃以上)下时，则弹性片的弹性模量下降，并且因再晶体化等而有可能会失去弹性片的弹力，因此容易发生弹性片的一端接触。当在一部分弹性片中发生导通不良时，则由于电流集中于接触中的弹性片，因此电流集中于特定的燃料电池单电池或其一部分，从而不能发挥规定的电池性能，同时产品寿命变短。

如此，虽然专利文献2的燃料电池装置的集电体构造便于相对于单电池阵列的集电体的安装作业，但是存在在集电体的安装时有可能会损坏燃料电池单电池的电极，以及至少在燃料电池装置的运行时有可能会发生集电体和燃料电池单电池之间的导通不良这样的问题。