(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔質の金属支持体を有している燃料電池スタック用ユニットであって、該支持体はそれの上方面から少なくともそれの底面まで延在するシール深さを有するシールを備えており、該シールは、該多孔質の金属支持体の周囲に沿って配置され、該シールは該多孔質の金属支持体の平面において移動するガスに対して不透過性である、前記燃料電池スタック用ユニットにおいて、該シールは局部溶融によって作製され、
前記局部溶融が、レーザー加熱、電気抵抗加熱、および電子ビーム加熱から選択される方法によって行われ、
前記シールの少なくとも一部がガス流路の周囲に沿って配置され、
前記燃料電池スタックの各燃料電池の電気化学的活性領域が、支持構造体上で複数のより小さい個々の電気化学的活性セグメントに分割され、かつ、前記シールが、各電気化学的活性セグメントのそれぞれの周囲に沿って配置され、そして
前記シール深さが、セパレータ内へさらに延び込んでいることを特徴とする、前記燃料電池スタック用ユニット。
【請求項２】
多孔質の金属支持体を有している燃料電池スタック用ユニットであって、該支持体はそれの上方面から少なくともそれの底面まで延在するシール深さを有するシールを備えており、該シールは、該多孔質の金属支持体の周囲に沿って配置され、該シールは該多孔質の金属支持体の平面において移動するガスに対して不透過性である、前記燃料電池スタック用ユニットにおいて、該シールはろう付けによって行われ、
前記シールの少なくとも一部がガス流路の周囲に沿って配置され、
前記燃料電池スタックの各燃料電池の電気化学的活性領域が、支持構造体上で複数のより小さい個々の電気化学的活性セグメントに分割され、かつ、前記シールが、各電気化学的活性セグメントのそれぞれの周囲に沿って配置され、そして
前記シール深さが、セパレータ内へさらに延び込んでいることを特徴とする、前記燃料電池スタック用ユニット。
【請求項３】
前記多孔質の金属支持体が金属箔である、請求項１又は２に記載のユニット。
【請求項４】
前記シールが、セパレータと前記多孔質の金属支持体との間の接触領域中に配置される、請求項１又は２に記載のユニット。
【請求項５】
前記多孔質の金属支持体が、該多孔質の金属支持体の多孔質構造体の内側に適用される燃料極を含んでなる、請求項１から４のいずれかに記載のユニット。
【請求項６】
前記多孔質の金属支持体が、該多孔質の金属支持体に適用される、電解質と空気極とを含んでなる、請求項１から５のいずれかに記載のユニット。
【請求項７】
前記ユニットが、高温燃料電池に使用するためのものである、請求項１から６のいずれかに記載のユニット。
【請求項８】
前記ユニットが、固体酸化物型燃料電池に使用するためのものである、請求項５に記載のユニット。
【請求項９】
請求項１から８のいずれかに記載のユニットを含んでなる、燃料電池スタック。
【請求項１０】
燃料電池スタック用ユニットの製造方法であって、多孔質の金属支持体の一部を、セパレータと前記多孔質の金属支持体との間の接触領域において該多孔質の金属支持体の周囲に沿って溶融して、シール深さのあるガス不透過性のシールとする段階を含み、該シール深さは該多孔質の金属支持体の上方面から少なくとも該多孔質の金属支持体を通って該多孔質の金属支持体の底面まで延在し、その際、前記多孔質の金属支持体の一部を溶融する段階が、前記シール深さがセパレータ中へさらに延び込むよう、該セパレータの一部と共に同時に溶融することをさらに含む、燃料電池スタック用ユニットの製造方法。
【請求項１１】
前記多孔質の金属支持体の一部を溶融するステップがレーザーでの加熱によって行われる、請求項１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池スタック用ユニットに関し、特に固体酸化物型燃料電池スタック用ユニットに関する。該ユニットは、シールを備えた多孔質の金属支持体を含んでなり、該シールは多孔質の金属支持体の上方面から該多孔質の金属支持体の下方面まで延在しているため、使用の際に該シールによって多孔質の金属支持体における望ましくないガス移動が防止される。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池スタックから外部へのガス漏れは、セラミック構成要素の亀裂のためにシールを不能にしたりまたは多孔質層を通してガスを搬送してしまったりする。
【０００３】
多数のセルからなる燃料電池スタックにおける各セルは、気密性でかつ酸素イオン伝導性の電解質と、多孔質の空気極と、多孔質の燃料極とから構成されている。反応を生じさせることができるよう、反応成分は多孔質層を通って拡散することができる。水素が燃料極へ移動し、酸素が空気極へ移動するとき、電気化学プロセスが生じ、それにより酸素イオンは電解質を介して空気極から燃料極へ移動させることができる。これによって、燃料極の水素が酸素と反応してＨ２Ｏが生成し、電子が移動する。
【０００４】
多孔質の燃料極と空気極とは、セラミック粉末から作製することができる。例えば燃料極用の多孔性支持体もまた既知であり、この場合、多孔性支持体は粉末金属をベースとするものである。多孔性支持体の例としては、例えば、欧州特許出願番号第１１２２８０６号明細書に、セル支持体を有するガス供給流路と燃料極層とが一体化されているものが開示されている。支持体は多孔質であるため、ガスの一部は支持体を通って電解質へ拡散する一方、ガスの残部は支持体のリムへ移動される。周辺への漏れを防ぐため、リムはガス不透過性である。
【０００５】
ガス不浸透性のリムは、欧州特許出願第１０１０６７５号明細書に開示されるように、封止材料としてガラスを用いることによって得られる。ガラスを用いることによる欠点としては、ガラスが脆く、その熱特性が金属の熱特性と大きく異なることであり、そのような欠点により、作動中にスタックが加熱されたり冷却されたりしたときに、問題が生じ得る。
【０００６】
さらに、高い粘度に起因して、ガラスの溶融物を多孔質層中に含浸させることが困難である。
【０００７】
国際公開第ＷＯ２００７／０８０５１８号明細書は、外側が射出成形によって封止された燃料電池ユニットを開示している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、周囲へのガス漏れが防止されている燃料電池スタック用ユニットを提供することである。
【０００９】
本発明の他の目的は、燃料電池スタックの構成要素の数を低減する代替的な方法を提供することである。
【００１０】
本発明のさらなる目的は、使用中の熱応力に対してより堅固な燃料電池を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
これらおよびその他の目的のいくつかは、本発明の第一の態様による燃料電池スタック用ユニットにより実現される。該ユニットは多孔質の金属支持体を含んでをり、該支持体は、それの上方面から少なくとも底面まで延在するシール深さを有するシールを有し、該シールは多孔質の金属支持体の周囲に沿って配置され、該シールは多孔質の金属支持体の平面を移動するガスに対して不透過性である。
【００１２】
本発明はまた、燃料電池スタック用ユニットの製造方法にも関し、該方法は、多孔質の金属支持体の一部を、接触領域において該多孔質金属支持体の周囲に沿って溶融して、シール深さのあるガス不透過性のシールとする段階を含み、該シール深さは該多孔質の金属支持体の上方面から少なくとも該多孔質の金属支持体を通って該多孔質の金属支持体の底面まで延在するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明は、シールを備えた多孔質の金属支持体を含んでなり、それによって周囲へのガス漏れを防止する燃料電池スタック用ユニットを提供するものである。
【００１４】
燃料電池においてユニットが積層されるとき、多孔質の金属支持体とセパレータとの間の接触領域にシールをさらに配置することができる。このようにして、シールにより多孔質の金属支持体における望ましくないガス移動が防止される。
【００１５】
燃料電池スタック用ユニットは、１つまたはより多くの構成要素から構成される。
【００１６】
構成要素とは、例えば、多孔質の金属支持体、セパレータ、燃料極、空気極、電解質、封止材料、あるいは離間部材である。
【００１７】
接触領域とは、燃料電池スタックに積層された際の多孔質の金属支持体の表面の一部が、その燃料電池スタックの別の構成要素の表面の一部と接触している領域のことである。
【００１８】
ガスは、作動中に燃料電池スタック中で用いられるガスである。
【００１９】
上方面および下方面という用語は、燃料電池の構成要素が図面に図示されるように水平位置に配置されている場合に、それぞれ上方に面した表面と下方に面した表面と理解すべきである。
【００２０】
多孔質の金属支持体は、ガスを燃料極または空気極へ拡散させる多孔度を有する。多孔質の金属支持体の多孔度は２０容量％から９０容量％、好ましくは３０容量％から７０容量％であってよい。多孔質の金属支持体の平均孔径は、０．１μｍから１００μｍの範囲内であることが好ましい。
【００２１】
本発明の実施態様において、多孔質の金属支持体は、例えば、Ｔｈｙｓｓｅｎ  Ｋｒｕｐｐ  Ｃｒｏｆｅｒ  ２２  ＡＰＵなどのフェライトステンレス鋼製の多孔質の金属箔である。多孔質の金属箔は、例えば、厚さ０．０５ｍｍから０．３ｍｍを有するものである。
【００２２】
燃料極または空気極への拡散率を増大させるためには、薄い多孔性箔を用いることが有利であり、さらには、それにより燃料電池スタックをより小型化することができる。
【００２３】
多孔質の金属支持体はまた、ガス拡散経路を与える複数の穿孔、キャビティおよび／または小型穴を含む箔であってもよい。この多孔質の金属支持体は、例えば、化学エッチングによって作製することができ、穿孔、キャビティおよび／または小型穴は、多孔質の金属支持体に制御されたパターンを形成するよう配置することができる。
【００２４】
多孔質の金属支持体は、焼結金属粉末から作製することができるため、多孔質の金属箔を提供することができる。金属セパレータはまた、フェライトステンレス鋼で作製することができ、その厚さは、例えば０．１ｍｍから８ｍｍであってよい。金属セパレータは金属箔で作製することができ、この場合、流路を含むセパレータは、その金属箔をプレス成形することによって形成することができる。
【００２５】
本発明の一つの実施態様において、シールは、多孔質の金属支持体中の粒子の局部溶融によって作製される。そのようなシールは、燃料電池スタックにおける使用中の熱応力に対して、例えば、使用中にガスが周囲に漏れるような亀裂を生じ得る外部ガラスコートシールより堅固である。好ましくは、局部溶融は、レーザー加熱、電気抵抗加熱、電子ビーム加熱およびろう付けから選択される方法によって行われる。
【００２６】
本発明の実施態様において、シールは、多孔質の金属支持体の孔に充填材料を充填し、例えばろう付け後に加熱することによりシールを形成することによって作製される。
【００２７】
本発明の他の実施態様においては、シールの少なくとも一部が、ガス流路の周囲に沿って配置される。このようにして、異なるガスが使用中に混合するのを防ぐ。ガス流路は、例えば酸化剤インレット、酸化剤アウトレット、燃料インレットまたは燃料アウトレットとなるであろう。
【００２８】
本発明のさらに別の実施態様において、多孔質の金属支持体は金属箔である。
【００２９】
本発明の他の実施態様において、シールは構成要素と多孔質の金属支持体との間の接触領域中に配置される。好ましくは、該構成要素とはセパレータである。シール深さは、セパレータ内へとさらに延び込んむことができるため、多孔質の金属支持体との間にガス不透過性のシールをさらに設けることができる。したがって、セパレータと多孔質の金属支持体との間に封止材料を設ける必要がないため、燃料電池スタック中の多数の構成要素を減らすることができる。
【００３０】
セパレータは、燃料電池スタック内で使用するとき、電気化学的活性領域全体にわたってガスが分散するよう、１つまたはより多くのガス流路を有する流路系を備える。電気化学的活性領域とは、電気化学反応が発生する燃料電池スタック内のセルの領域である。セルは、燃料極と、電解質と、空気極とを含んでなる。セパレータは、例えば、粉末冶金、鍛造、圧延あるいはエッチングなどによって作製することができる。
【００３１】
本発明の一つの実施態様において、多孔質の金属支持体の底面におけるシール幅と接触領域の接触領域幅との間のユニットの断面における比は１未満である。好ましくは、該比は０．３未満である。シール幅は、例えば、０．１ｍｍから３．０ｍｍ、好ましくは０．５ｍｍから１．５ｍｍであり、より好ましくは１ｍｍであってよい。
【００３２】
他の一つの実施態様において、燃料極は多孔質構造体の内側に適用される。燃料極は、ニッケル結晶からなるものであってよい。酸化条件は金属に有害であるかあるいは酸化剤の蒸発を引き起こし得るため、還元ガスが多孔質の金属支持体の次にあるようユニットを配置させることが有利である。
【００３３】
本発明のさらなる一つの実施態様においては、多孔質の金属支持体は、電気化学的活性の空気極に密接して空気極側に配置されている。
【００３４】
ユニットは、その使用の際に燃料と空気とが周囲から遮断されるよう、電解質と、空気極と、空気極側の封止材料とをさらに有している。空気極側の封止材料は、例えば、ガラス、金属のろう付けあるいは雲母であってよい。
【００３５】
本発明のさらに別の一つの実施態様において、ユニットは高温燃料電池において使用するためのものであり、高温燃料電池は通常、５００℃以上の作動温度（例えば固体酸化物型燃料電池スタック）を有する。
【００３６】
本発明は、燃料電池スタックも提供するものであり、特に、上述の実施態様のいずれかによる１つまたはより多くのユニットを有する固体酸化物型燃料電池スタックを提供するものである。
【００３７】
本発明の第二の態様において、燃料電池スタック用ユニットの製造方法が提供され、該方法は、多孔質の金属支持体の一部を、その周囲に沿って溶融して、シール深さのあるガス不透過性のシールとする段階を含み、該シール深さは該多孔質の金属支持体の上方面から少なくとも該多孔質の金属支持体を通って該多孔質の金属支持体の底面まで延在するものである。
【００３８】
ユニットを燃料電池スタック中で使用するとき、多孔質の金属支持体の平面において周囲に向かって移動されるガスはシールによって遮断される。このようにして、周囲へのガス漏れが回避される。
【００３９】
本発明の一つの実施態様において、燃料電池の電気化学的活性領域は、支持構造体上でより多数のより小さい個々の電気化学的活性領域セグメントへと分割される。それぞれのセグメントは、電気化学的に活性な電解質と、燃料極と、空気極とを含んでなる。燃料電池をこのようにして分割し、次いで各電気化学的活性セグメントの多孔質の金属箔部分を、該セグメント領域における多孔質の金属支持体の一部を溶融することによって、セグメント個々の周囲に相当する位置で封止する。このようにして、各セグメントを、セグメントの全ての側面の周囲において完全に封止することができる。
【００４０】
本発明の他の一つの実施態様において、多孔質の金属支持体の一部を溶融する段階は、シール深さがセパレータ中へさらに延び込み、それにより燃料電池スタック中でユニットを使用するときにセパレータと多孔質の金属支持体との間でのガス移動が阻止されるよう、セパレータの一部と共に同時に溶融することをさらに含む。
【００４１】
本発明のさらに別の一つの実施態様において、シールを溶融する段階は、レーザービーム法により実施される。
【００４２】
本発明の別の一つの実施態様において、シールはろう付けで作製されるため、多孔質の金属支持体の孔が充填材料で満たされて加熱されることによりシールが形成される。
【００４３】
本発明の別の一つの実施態様において、本発明の方法は、多孔質の金属支持体中の多孔質構造体の内側に燃料極を適用する段階をさらに含む。
【００４４】
本発明の方法はまた、プラズマ溶射によって電解質を適用する段階、さらに別の、シルクスクリーン法、プラズマ溶射法、あるいは湿式吹付け法などの方法によって空気極を適用する段階を含み得る。
【００４５】
本発明の方法はまた、燃料電池スタックの使用中に空気極のガスが周囲から遮断されるよう、空気極側の封止材料を適用する段階を含み得る。
【００４６】
図１の図１Ａと図１Ｂは、多数のユニットを備えた固体酸化物型燃料電池スタックを示している。図１Ａは、固体酸化物型燃料電池スタックの分解組み立て図を示す。燃料電池スタックは、それぞれが多孔質の金属支持体を有する１つまたはより多くの反復ユニット８を含む。スタックは燃料インレット９と酸化剤インレット１０とを有する。作動中、燃料は燃料インレット９から供給されて、反復ユニット８中の各セルにわたって拡散される。同様に、酸化剤が酸化剤インレット１０から反復ユニット８中の各セルに供給される。
【００４７】
図１Ｂは、反復ユニット８の一角を大写しにして示した図である。シール１は、接触領域において反復ユニット８の周囲に沿って延在することによって燃料の周囲への漏れを防ぐ、連続ガス不透過性領域である。シール１の一部は、反復ユニット８の外側周囲部１１Ａに対して平行にかつそれに沿って延びている。シールの他の部分は反復ユニット８の外側周囲部１１Ａに対して平行かつそれに沿って、かつ、燃料アウトレット９Ｂの外周を構築する内側周囲部１１Ｂの一部に沿って延びている。上記２つの部分は、曲率部１Ａによって接続される。このようにして周囲への燃料の漏れが防止される。
【００４８】
図２は、図１に示したのと同様の固体酸化物型燃料電池スタックの垂直方向における断面図による本発明の一つの実施態様を示す。図２Ａと図２Ｂにおいて、多孔質の金属支持体２を通ってセパレータ３（図２Ａに図示）内に進入するシール１をそれぞれが備える多数の反復ユニット８（図２Ｂに図示）によりどのように固体酸化物型燃料電池が構築されるかを例示している。シール１は接触領域に配置される。
【００４９】
図３は、図１Ａに示す固体酸化物型燃料電池スタック用のユニット８の分解組み立て図
ある。この実施態様において、セパレータ３は、その上方面において燃料流路４の系を有する。燃料流路４は、ピラー１２間に形成される。流路４は広がっておりかつ流路は、セパレータ３の電気化学的活性領域を網羅するよう、セパレータ３の面積全体にわたって広がっている。同様に、セパレータ３は、酸化剤を拡散させるようその下方面に流路系を有する（図示せず）。当業界においては、電気化学的な領域にわたって燃料と酸化剤とが広がるよう、セパレータの中央領域にわたって存在する限り、様々な形状の流路系を用いることが既知である。
【００５０】
セパレータ３は、燃料インレット９Ａと燃料アウトレット９Ｂを有し、さらに、酸化剤インレット１０Ａと酸化剤アウトレット１０Ｂとを有する。同様に、多孔質の金属支持体２は、燃料インレット９Ａと燃料アウトレット９Ｂならびに酸化剤インレット１０Ａと酸化剤アウトレット１０Ｂとを有する。したがって、反復ユニット８をそれぞれ重ね合わせて固体酸化物型燃料電池スタック中に配置するとき、燃料インレットのコンジットは、多数の燃料インレット９Ａから形成され、燃料アウトレットのコンジットは多数の燃料アウトレット９Ｂから形成される。また、同様に、酸化剤インレットのコンジットは、多数の酸化剤インレット１０Ａから形成され、酸化剤アウトレットのコンジットは、多数の酸化剤アウトレット１０Ｂから形成される。
【００５１】
図３は、多孔質の金属支持体２におけるシール１の位置をさらに示している。シール１の一部は、酸化物型燃料電池スタックで使用する際に、多孔質の金属支持体２の平面で燃料が拡散するのをシール１が阻止するよう、多孔質の金属支持プレート２を密閉して、その周囲１１Ａに沿って延びているため、酸化物型燃料電池から周囲への漏れを防ぐことができる。シール１Ｂのその他の部分は、酸化剤インレット１０Ａと酸化剤アウトレット１０Ｂとを密閉して、その周囲１１Ｃに沿って延びているため、使用中に酸化剤インレット１０Ａから多孔質の金属支持体２の燃料側へのガスの拡散を防ぐことができる。同様に、多孔質の金属支持体２から酸化剤インレット１０Ａ内あるいは酸化剤アウトレット１０Ｂ内への燃料の拡散も回避される。
【００５２】
そのため、図３に示すように、多孔質の金属支持体２とセパレータ３とを有する反復ユニット８が固体酸化物型燃料電池スタックに使用されるとき、燃料インレット９Ａからの燃料は、セパレータ３の燃料側における流路４の系を介して燃料電池の電気化学的活性領域全体にわたって拡散し、該燃料は多孔質の金属支持体２中に分散する。燃料は、燃料アウトレット９Ｂを介して燃料電池から排出される。
【００５３】
使用に際して、酸化剤インレット１０Ａからのガスは、セパレータ３の酸化剤側における流路系を介して電気化学的活性領域に広がり、酸化剤アウトレット１０Ｂを介して燃料電池から移動して排出される。シール１Ｂは酸化剤が燃料と混合するのを防ぐ。すなわち、シール１Ｂは、酸化剤インレット１０Ａからのガスが多孔質の金属支持体２中の燃料と混合するのを防ぎ、さらにシール１Ｂは、電気化学的領域からの燃料が酸化剤アウトレット１０Ｂ中に誘導されるのを阻止する。
【００５４】
図４の図４Ａと図４Ｂは、多孔質の金属支持体におけるシールを示している。図４Ａは、本発明のシール１を備えた多孔質の金属支持体２を具体的に示している。シール１は、例えば、多孔質の金属支持体をガスに対して不透過性の塊状の障壁となるよう局部溶融するレーザービームなどの熱源によって作製される。この図はまた、上方面１８から多孔質の金属支持体２を通ってその底面１９まで延在するシール１のシール深さ１６を示している。さらに、該シールは、多孔性金属支持体の底面１９においてシール幅１７を有する。
【００５５】
図４Ｂにおいて、図４Ａの多孔質の金属支持体２は、封止材料１５によってセパレータ３に対して封止される。この図においては、多孔質の金属支持体２におけるシール１が、多孔質の金属支持体２とセパレータ３との間の接触領域１３に配置されることを示している。さらにこの図では、また、封止材料１５が接触領域１３に配置されることを示している。封止材料１５は、断面における接触領域の接触領域幅１３にわたって延在している。したがって、シール１は、底面１８において接触領域幅１３より小さいシール幅１７を有する。接触領域１３は、セパレータ３の周囲１１Ａから流路系１１Ｄの周囲、すなわちガス流路の周囲まで延在している。
【００５６】
セパレータ３は、例えば、燃料側で流路系を形成する複数の流路４とセパレータ３の酸化剤側で流路系を形成する複数の流路１４とを有する金属箔から作製される。
【００５７】
図５の図５Ａと図５Ｂは、セパレータと一緒に封止された多孔質の金属支持体を示している。図５Ａは、本発明の好ましい実施態様を示しており、該態様において多孔質の金属支持体２のシール１は、セパレータ３内にさらに浸入しているため、多孔質の金属支持体２とセパレータ３との間を封止することができる。
【００５８】
この実施態様は図５Ｂに拡大して図示されており、浸入深さ１６は、多孔質の金属支持体２の上方面１８からセパレータ３内へと延び込んでいる。また、この実施態様では、多孔質の金属支持体２の底面１９におけるシール幅１７は、接触領域１３の断面における接触領域幅よりも小さい。シール１は周囲から一定の距離離間した位置に設けられている。
【００５９】
多孔質の金属支持体２のシール１は、例えば、ろう付け、電気抵抗加熱、レーザービームによる加熱などの熱プロセスで作製することができる。したがって、シール１は、ユニットを燃料電池スタックで使用するときに、多孔質の金属支持体２内での境界方向へのガスの拡散（矢印１５で示す）がシール１で止められように形成される。それにより燃料電池スタックから出るガスの流れが防止される。
【００６０】
全ての実施態様について、局部的に塊状の障壁が形成されるよう多孔質の金属支持体の粒子を溶融することによってシール１を形成することにより、少なくとも多孔質の金属支持体２の上方面から多孔質の金属支持体２の底面まで延在するシール深さ１６を有するシール１を形成することができる。いくつかの実施態様において、溶融を、固体酸化物型燃料電池のその他の金属構成要素、例えば、セパレータ中へさらに浸入させて、シール深さ１６がその他の金属構成要素中まで延在するようにして、多孔質の金属支持体２とその他の金属構成要素との間におけるガス移動を防止することも可能である。
【００６１】
セパレータ３と多孔質の金属支持体２のいずれも、フェライトステンレス鋼やその他のフェライト鋼、ニッケルベースまたはクロムベースの合金などの金属合金で作製することができる。金属箔の多孔度は、３０容量％から７０容量％であってよく、多孔質の金属支持体の平均孔径は０．１μｍから１００μｍの範囲である。
【００６２】
多孔質の金属支持体２は、例えば、焼結金属粉末で作製することにより、多孔質の金属箔を得ることができる。箔は、例えば０．０５ｍｍから０．３ｍｍの厚さであってよい。金属のセパレータ３は、例えば０．５ｍｍから８ｍｍの厚さであってよい。
【００６３】
多孔質の金属支持体２は、例えばニッケル結晶の形態の燃料極が適用される燃料側にある。次いで、プラズマ溶射または噴霧被覆、浸漬成形、層注入成形あるいは電気泳動析出などにより電解質５が燃料極面に適用される。
【００６４】
図６の図６Ａと図６Ｂは、それぞれ異なる固体酸化物型燃料電池用ユニットを示している。一実施態様において、図６Ａに図示するように、電解質は多孔質の金属支持体上にだけでなく、多孔質の金属支持体２の上方面と底面およびセパレータ３に対して垂直な面上にも適用される。
【００６５】
電解質５の面に対して、例えば、シルクスクリーン法により空気極７を適用する。これを図６Ｂに示しており、該図はまた、空気極ガスシール６を示しており、該シール６は燃料電池スタックでの使用中に空気極のガスが固体酸化物型燃料電池スタックから周囲へ流れるのを阻止する。酸化剤のシール６は、例えば、ガラスや金属ろう付け、あるいは雲母などの別の封止部材で作製することができる。このようにして、セル、セパレータおよびシールを含んでなる反復ユニット８が形成される。
【００６６】
図７は、互いに隣接して積層された２つのそれぞれのユニット８を示している。このようにして、１つまたはより多くの個々のユニット８を互いに隣接して積層することにより図１におけるような燃料電池スタックを作製することができる。
【００６７】
図８と図９は、ろう付けによる封止の準備をした多孔質の金属支持体２を示している。図８は、多孔質の金属支持体２の上方面１８に配置された充填材料２０を示している。多孔質の金属支持体２を、次いで加熱することにより充填材料２０は多孔質の金属支持体２の孔に進入し、図９に示すようにシール１が形成される。
【実施例】
【００６８】
実施例１
０．３ｍｍ厚の多孔質の金属支持体中にシールを作製し、シールは０．８ｍｍ厚のセパレータ中へ延び込んでいた。セパレータは、２２％のクロムを有するフェライトステンレス鋼で作製し、多孔質の金属支持体は多孔質のフェライト焼結金属箔で作製した。
【００６９】
８００から１４００ｍｍ／分の間で可変の溶融速度と３５０から４００Ｗの間で可変のレーザー出力のレーザーで溶融することにより、多孔質の金属支持体の上方面から、多孔質の金属支持体を通って多孔質の金属支持体の底面まで、さらには、セパレータ内へ０．３から０．５ｍｍ延び込んだシール深さを得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】多数のユニットを備えた固体酸化物型燃料電池スタックを示す図。
【図２】固体酸化物型燃料電池スタックの断面図。
【図３】固体酸化物型燃料電池スタック用ユニットの一例を示す図。
【図４】多孔質の金属支持体中のシールを示す図。
【図５】セパレータと一緒に封止された多孔質の金属支持体を示す図。
【図６】固体酸化物型燃料電池のための別のユニットを示す図。
【図７】互いに隣接して配置された二つのユニットを示す図。
【図８】ろう付けによって封止する用準備された多孔質の金属支持体を示す図。
【図９】ろう付けによって封止する用準備された多孔質の金属支持体を示す図。
【符号の説明】
【００７１】
１・・・シール
２・・・金属支持体
３・・・セパレータ
８・・・反復ユニット
９・・・燃料インレット
１０・・・酸化剤インレット
１３・・・接触領域
１５・・・封止材料
１６・・・シール深さ
【図１】
0005497280.tif 000002
【図２】
0005497280.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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