互连器-电化学反应单体电池复合体、电化学反应电池堆以及互连器-电化学反应单体电池复合体的制造方法技术

本发明专利技术提供抑制互连器产生裂纹、应变的互连器‑电化学反应单体电池复合体。互连器‑电化学反应单体电池复合体具有电化学反应单体电池和互连器。在互连器形成有多个由凸部和凹部构成的组合，该凸部沿第1方向突出，该凹部配置于第1方向上的与凸部所在侧相反的一侧且向凸部侧凹陷。对于所述多个组合中的至少一个组合，在第1方向上，凹部的底部位于比凸部的基端靠凹部的开口端侧的位置，在与第1方向平行的截面中，凹部位于凸部的与第1方向正交的第2方向上的宽度t2的范围内，凹部的第2方向上的宽度t1小于凸部的第2方向上的宽度t2。

Manufacturing Methods of Interconnector-Electrochemical Reactive Monomer Battery Composite, Electrochemical Reactive Battery Reactor and Interconnector-Electrochemical Reactive Monomer Battery Composite

The invention provides an interconnect device electrochemical reaction monomer cell complex which inhibits the generation of cracks and strains in interconnects. Interconnect device electrochemical reaction monomer cell complex has electrochemical reaction monomer battery and interconnector. The interconnector is formed by a plurality of combinations of convex and concave parts, which are protruded in first directions, which are disposed on the opposite side of the side of the convex part on the first direction and depressions to the convex side. For at least one combination of the plurality of combinations, in the first direction, the bottom of the concave part is located on the open end side of the concave part at the base end of the convex part. In the cross section parallel to the first direction, the concave part is in the fan circumference of the width T2 in the second direction perpendicular to the first direction, and the width T1 in the second direction of the concave part. The width T2 in the second direction less than the convex part.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】互连器-电化学反应单体电池复合体、电化学反应电池堆以及互连器-电化学反应单体电池复合体的制造方法
本说明书公开的技术涉及一种互连器-电化学反应单体电池复合体。
技术介绍
作为燃料电池的种类之一，公知固体氧化物型燃料电池(以下称作“SOFC”)。构成SOFC的互连器-燃料电池单体电池复合体(以下，简称作“复合体”)例如具有：燃料电池单体电池(以下简称作“单体电池”)，其具有电解质层和夹着电解质层在预定方向(以下，称作“第1方向”)上互相相对的空气极和燃料极；以及互连器，其配置在单体电池的第1方向上。通常，复合体以将多个复合体沿第1方向排列配置而成的燃料电池堆的形态来使用。以往，公知有一种具有互连器的复合体，该互连器形成有多个由沿第1方向突出的凸部和配置于第1方向上的与凸部所在侧相反的一侧且向凸部侧凹陷的凹部构成的组合(例如参照专利文献1)。在这种结构的互连器中，由形成于第1方向上的一侧的多个凹部构成的空间作为供向配置于互连器的该一侧的电极(空气极或燃料极)供给的反应气体流动的空间(空气室或燃料室)发挥功能，形成于该一侧的多个凸部作为与该电极电连接的集电体发挥功能。此外，这种结构的互连器例如通过冲压加工、蚀刻等方法进行制造。现有技术文献专利文献专利文献1：国际公开第2013/001777号
技术实现思路
专利技术要解决的问题构成燃料电池堆的各复合体在燃料电池堆的运转过程中暴露在高温(例如700℃～1000℃)中。另外，在构成燃料电池堆的各复合体中，产生基于紧固力的应力。在上述以往的互连器的结构中，由于所述高温和应力的原因，有时互连器会产生裂纹、应变。互连器的裂纹、应变可能成为导致漏气、接触电阻增大的原因，因此不希望互连器产生裂纹、应变。此外，这样的课题并不限于SOFC，对于其他类型的燃料电池来说也是共同的课题。另外，这样的课题并不限于互连器-燃料电池单体电池复合体，对于具有互连器和利用水的电解反应来生成氢的电解池的最小构成单位即电解池的互连器-电解池复合体来说也是共同的课题。此外，在本说明书中，将燃料电池单体电池和电解池统称为电化学反应单体电池，将互连器-燃料电池单体电池复合体和互连器-电解池复合体统称为互连器-电化学反应单体电池复合体。在本说明书中公开了能够解决上述课题的技术。用于解决问题的方案本说明书所公开的技术例如能够作为以下的形态来实现。(1)本说明书所公开的互连器-电化学反应单体电池复合体具有：电化学反应单体电池，其包括电解质层和夹着所述电解质层在第1方向上互相相对的空气极和燃料极；以及互连器，其配置在所述电化学反应单体电池的所述第1方向上，其中，在所述互连器形成有多个由凸部和凹部构成的组合，该凸部沿所述第1方向突出，该凹部配置于所述第1方向上的与所述凸部所在侧相反的一侧且向所述凸部侧凹陷，对于多个所述组合中的至少一个组合，在所述第1方向上，所述凹部的底部位于比所述凸部的基端靠所述凹部的开口端侧的位置，在与所述第1方向平行的截面中，所述凹部位于所述凸部的与所述第1方向正交的第2方向上的宽度t2的范围内，所述凹部的所述第2方向上的宽度t1小于所述凸部的所述第2方向上的所述宽度t2。采用该互连器-电化学反应单体电池复合体，由于互连器具有包含在凸部的宽度t2内、且未包含在凹部的宽度t1内的部分，因此能够缓和应力向互连器的凸部的角部、凹部的角部等处集中，从而能够抑制互连器产生裂纹、应变，其结果，能够抑制漏气的产生、接触电阻的增大。(2)在上述互连器-电化学反应单体电池复合体中，也可以构成为，所述凹部的靠底部侧的角部为圆角形状。采用该互连器-电化学反应单体电池复合体，能够缓和应力向互连器的凹部的靠底部侧的角部集中，能够更有效地抑制互连器产生裂纹、应变。(3)在上述互连器-电化学反应单体电池复合体中，也可以构成为，所述凸部的靠基端侧的角部和所述凸部的靠顶端侧的角部中的至少一者为圆角形状。采用该互连器-电化学反应单体电池复合体，在对互连器形成涂层的情况下，能够抑制在凸部的角部处涂层的膜厚变薄。(4)在上述互连器-电化学反应单体电池复合体中，也可以构成为，对于多个所述组合中的至少一个组合，所述凹部的所述第1方向上的深度h和所述凹部的开口端与所述凸部的基端之间的所述第1方向上的距离H满足h/H≤0.69这样的关系。采用该互连器-电化学反应单体电池复合体，能够使互连器为期望的形状且能够更有效地缓和应力集中。(5)在上述互连器-电化学反应单体电池复合体中，也可以构成为，对于多个所述组合中的至少一个组合，在与所述第1方向平行的截面中，所述凹部的所述宽度t1和所述凸部的所述宽度t2满足0.75≤t1/t2≤0.925这样的关系。采用该互连器-电化学反应单体电池复合体，能够使互连器为期望的形状且能够更有效地缓和应力集中。(6)在上述互连器-电化学反应单体电池复合体中，也可以构成为，所述电解质层包含固体氧化物。采用本互连器-电化学反应单体电池复合体，在电解质层包含固体氧化物的结构中，能够缓和应力向互连器的凸部的角部、凹部的角部等处集中，从而能够抑制互连器产生裂纹、应变。另外，本说明书所公开的技术能够以多种形态实现，例如能够以互连器-电化学反应单体电池复合体(互连器-燃料电池单体电池复合体或互连器-电解池复合体)、具有多个互连器-电化学反应单体电池复合体的电化学反应电池堆(燃料电池堆或电解池堆)、互连器、以及它们的制造方法等的形态实现。附图说明图1是表示本实施方式的燃料电池堆100的外观结构的立体图。图2是表示图1的II-II位置处的燃料电池堆100的XZ截面结构的说明图。图3是表示图1的III-III位置处的燃料电池堆100的YZ截面结构的说明图。图4是表示与图2所示的截面相同的位置处的、互相相邻的两个发电单位102的XZ截面结构的说明图。图5是表示与图3所示的截面相同的位置处的、互相相邻的两个发电单位102的YZ截面结构的说明图。图6是表示图4的VI-VI位置处的发电单位102的XY截面结构的说明图。图7是表示互连器150的详细结构的说明图。图8是表示实施例1的互连器150中的等效应力的分布的说明图。图9是表示比较例的互连器150X中的等效应力的分布的说明图。图10是表示实施例1的互连器150中的等效蠕变应变的分布的说明图。图11是表示比较例的互连器150X中的等效蠕变应变的分布的说明图。图12是表示模拟结果的另一个例子的说明图。具体实施方式A.实施方式：A-1.结构：(燃料电池堆100的结构)图1是表示本实施方式的燃料电池堆100的外观结构的立体图，图2是表示图1的II-II位置处的燃料电池堆100的XZ截面结构的说明图，图3是表示图1的III-III位置处的燃料电池堆100的YZ截面结构的说明图。在各图中示出用于指定方向的、互相正交的XYZ轴。在本说明书中，为了方便起见，将Z轴正方向称作上方，将Z轴负方向称作下方，但燃料电池堆100在实际中也可以以异于该朝向的朝向进行设置。在图4之后的图中也相同。燃料电池堆100具有多个(在本实施方式中为7个)发电单位102以及一对端板104、106。7个发电单位102在预定的排列方向(在本实施方式中为上下方向)上排列地配置。一对端板104、106从上下夹着由7个发电单位102形本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种互连器‑电化学反应单体电池复合体，该互连器‑电化学反应单体电池复合体具有：电化学反应单体电池，其包括电解质层和夹着所述电解质层在第1方向上互相相对的空气极和燃料极；以及互连器，其配置在所述电化学反应单体电池的所述第1方向上，该互连器‑电化学反应单体电池复合体的特征在于，在所述互连器形成有多个由凸部和凹部构成的组合，该凸部沿所述第1方向突出，该凹部配置于所述第1方向上的与所述凸部所在侧相反的一侧且向所述凸部侧凹陷，对于多个所述组合中的至少一个组合，在所述第1方向上，所述凹部的底部位于比所述凸部的基端靠所述凹部的开口端侧的位置，在与所述第1方向平行的截面中，所述凹部位于所述凸部的与所述第1方向正交的第2方向上的宽度t2的范围内，所述凹部的所述第2方向上的宽度t1小于所述凸部的所述第2方向上的所述宽度t2。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.10.28 JP 2015-2117461.一种互连器-电化学反应单体电池复合体，该互连器-电化学反应单体电池复合体具有：电化学反应单体电池，其包括电解质层和夹着所述电解质层在第1方向上互相相对的空气极和燃料极；以及互连器，其配置在所述电化学反应单体电池的所述第1方向上，该互连器-电化学反应单体电池复合体的特征在于，在所述互连器形成有多个由凸部和凹部构成的组合，该凸部沿所述第1方向突出，该凹部配置于所述第1方向上的与所述凸部所在侧相反的一侧且向所述凸部侧凹陷，对于多个所述组合中的至少一个组合，在所述第1方向上，所述凹部的底部位于比所述凸部的基端靠所述凹部的开口端侧的位置，在与所述第1方向平行的截面中，所述凹部位于所述凸部的与所述第1方向正交的第2方向上的宽度t2的范围内，所述凹部的所述第2方向上的宽度t1小于所述凸部的所述第2方向上的所述宽度t2。2.根据权利要求1所述的互连器-电化学反应单体电池复合体，其特征在于，所述凹部的靠底部侧的角部为圆角形状。3.根据权利要求1或2所述的互连器-电化学反应单体电池复合体，其特征在于，所述凸部的靠基端侧的角部和所述凸部的靠顶端侧的角部中的至少一者是圆角形状。4.根据权利要求1至3中任一项所述的互连器-电化学反应单体电池复合体，其特征在于，对于多个所述组合中的至少一个组合，所述凹部的所述第1方向上的深度h和所述凹部的开口端与所述凸部的基端之间的所述第1方向上的距离H满足h/H≤0.69这样的关系。5.根据权利要求1至4中任一项所述的互连器-电化学反应单体电池复合体，其特征在于，对于多个...

【专利技术属性】
技术研发人员：真边健太，八木宏明，堀田信行，大桥骏太，
申请(专利权)人：日本特殊陶业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP