(57)【要約】【課題】燃料電池セルの集電効率を向上させる。【解決手段】燃料電池スタックは、複数の燃料電池セルと、隣り合う２つの燃料電池セルのうち一方の燃料電池セルの内側電極層に電気的に接続される第１集電部と他方の燃料電池セルの外側電極層に電気的に接続される第２集電部とを有し隣り合う２つの燃料電池セルを電気的に接続する接続部材とを備える。第２集電部と外側電極層との電気的な接続は、外側電極層側に定められた被接触部に導電性ペーストを塗布し、被接触部に塗布した導電性ペーストを固化させ、第２集電部の接触保持部または被接触部における導電性ペーストが固化された箇所に導電性ペーストを予め塗布しておき、接触保持部を被接触部に押し付け、接触保持部に塗布した導電性ペーストを固化させることで行なう。【選択図】図８
2019091645.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状の電解質層と該電解質層の内側に積層されたアノード層およびカソード層の一方である内側電極層と前記電解質層の外側に積層されたアノード層およびカソード層の他方である外側電極層とを含む複数の燃料電池セルと、隣り合う２つの燃料電池セルのうち一方の燃料電池セルの前記内側電極層に電気的に接続される第１集電部と他方の燃料電池セルの前記外側電極層に電気的に接続される第２集電部とを有し前記２つの燃料電池セルを電気的に接続する接続部材と、を備える燃料電池スタックにおいて前記第２集電部を前記外側電極層に電気的に接続するための燃料電池スタックの組み付け方法であって、
前記燃料電池セルの前記外側電極層側に定められた被接触部に導電性ペーストを塗布し、前記被接触部に塗布した導電性ペーストを固化させ、前記被接触部に接触保持させる前記第２集電部の接触保持部または前記被接触部における前記導電性ペーストが固化された箇所に導電性ペーストを予め塗布しておき、前記接触保持部を前記被接触部に押し付け、前記接触保持部に塗布した導電性ペーストを固化させる、
燃料電池スタックの組み付け方法。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池スタックの組み付け方法であって、
前記被接触部は、多孔質構造であり、
前記被接触部に前記導電性ペーストを塗布する前に、当該被接触部の孔内に液体を含浸させる、
燃料電池スタックの組み付け方法。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料電池スタックの組み付け方法であって、
前記液体は、前記被接触部に塗布する導電性ペースト中の溶媒と同種の液体である、
燃料電池スタックの組み付け方法。
【請求項４】
請求項１ないし３いずれか１項に記載の燃料電池スタックの組み付け方法であって、
前記被接触部を包含し且つ該被接触部よりも広い範囲に前記導電性ペーストを塗布する、
燃料電池スタックの組み付け方法。
【請求項５】
請求項４に記載の燃料電池スタックの組み付け方法であって、
前記燃料電池セルは、円筒状の燃料電池セルであり、
前記第２集電部は、半円筒状に形成され、
前記被接触部の表面を全周に亘って包囲するように前記導電性ペーストを塗布する、
燃料電池スタックの組み付け方法。
【請求項６】
筒状の電解質層と該電解質層の内側に積層されたアノード層およびカソード層の一方である内側電極層と前記電解質層の外側に積層されたアノード層およびカソード層の他方である外側電極層とを含む複数の燃料電池セルと、隣り合う２つの燃料電池セルのうち一方の燃料電池セルの前記内側電極層に電気的に接続される第１集電部と他方の燃料電池セルの前記外側電極層に電気的に接続される第２集電部とを有し前記２つの燃料電池セルを電気的に接続する接続部材と、を備える燃料電池スタックであって、
前記燃料電池セルの前記外側電極層側に定められた被接触部と該被接触部に接触保持させる前記第２集電部の接触保持部との間に、両者を電気的に接続する導電層が形成され、
前記導電層は、前記被接触部よりも広い範囲に形成される、
燃料電池スタック。
【請求項７】
請求項６に記載の燃料電池スタックであって、
前記燃料電池セルは、円筒状の燃料電池セルであり、
前記第２集電部は、半円筒状に形成され、
前記導電層は、前記被接触部の表面を全周に亘って包囲するように形成される、
燃料電池スタック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の燃料電池セルを接続部材により電気的に接続する燃料電池スタックの組み付け方法および燃料電池スタックに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の燃料電池スタックとしては、円筒型の燃料電池セルが集合した燃料電池スタックと、各セルの長さ方向の端部において燃料極および空気極の一方（内側電極層）に接続される第１の集電端子（第１集電部）と各セルの側面において燃料極および空気極の他方（外側電極層）に接続される第２の集電端子（第２集電部）とを有し互いに隣接するセルを電気的に接続する金属製のコネクタ（接続部材）と、を備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。第２の集電端子は、セルを抱持するようＣリング状に形成され、銀ペーストを用いて外側電極層に電気的に接続される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１０００９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
接続部材の第２集電部と燃料電池セルの外側電極層とを電気的に接続するにあたっては、Ｃリング状の第２集電部の内周面に溶媒を添加した銀やパラジウムなどを含む導電性ペーストを塗布した上で第２集電部の内周面を外側電極層側の表面に押し付け、導電性ペーストを乾燥させると共に焼成させる手法を考えることができる。しかしながら、この手法では、導電性ペーストを乾燥・焼成させる過程で、第２集電部と外側電極層側の表面との間の閉鎖空間において導電性ペーストに溶媒蒸発に伴う体積収縮が起こり、導電性ペーストにヒケ（凹痕）が生じる虞がある。外側電極層の表面には金属とセラミックスとの混合物などによりガス透過性を有する多孔質の集電層が形成され、集電層は、導電性ペーストや接続部材に比して、導電率が非常に小さいことが知られている。このため、第２集電部と外側電極層側の非接触部との間にこうしたヒケが生じると、第２集電部と外側電極層との間の電気抵抗が増大し、燃料電池セルの集電効率が大きく低下してしまう。
【０００５】
本発明は、複数の燃料電池セルと、隣り合う両者を電気的に接続する接続部材との間の電気抵抗を低下させて、燃料電池セルの集電効率を向上させることを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
【０００７】
本発明の燃料電池スタックの組み付け方法は、
筒状の電解質層と該電解質層の内側に積層されたアノード層およびカソード層の一方である内側電極層と前記電解質層の外側に積層されたアノード層およびカソード層の他方である外側電極層とを含む複数の燃料電池セルと、隣り合う２つの燃料電池セルのうち一方の燃料電池セルの前記内側電極層に電気的に接続される第１集電部と他方の燃料電池セルの前記外側電極層に電気的に接続される第２集電部とを有し前記２つの燃料電池セルを電気的に接続する接続部材と、を備える燃料電池スタックにおいて前記第２集電部を前記外側電極層に電気的に接続するための燃料電池スタックの組み付け方法であって、
前記燃料電池セルの前記外側電極層側に定められた被接触部に導電性ペーストを塗布し、前記被接触部に塗布した導電性ペーストを固化させ、前記被接触部に接触保持させる前記第２集電部の接触保持部または前記被接触部における前記導電性ペーストが固化された箇所に導電性ペーストを予め塗布しておき、前記接触保持部を前記被接触部に押し付け、前記接触保持部に塗布した導電性ペーストを固化させる、
ことを要旨とする。
【０００８】
この本発明の燃料電池スタックの組み付け方法では、燃料電池セルの外側電極層側に定められた被接触部に導電性ペーストを塗布し、塗布した導電性ペーストを固化させる。これにより、被接触部には導電層が形成される。次に、第２集電部の接触保持部に導電性ペーストを塗布し、接触保持部を被接触部（導電層）に押し付け、接触保持部に塗布した導電性ペーストを固化させる。このように、外側電極層側に定められた被接触部に導電性ペーストを塗布し、第２集電部の組付前の開放空間において導電性ペーストを固化させる。これにより、導電性ペーストの溶媒蒸発による体積収縮を面全体に略均一に生じさせることができ、ヒケ（凹痕）などの発生を抑制して被接触部に導電層をしっかりと密着させることができる。したがって、導電層を介して第２集電部を外側電極層と電気的に接続させることで、外側電極層と第２集電部との間の電気抵抗を効果的に低下させることができ、燃料電池セルの集電効率を向上させることができる。
【０００９】
こうした本発明の燃料電池スタックの組み付け方法において、前記被接触部は、多孔質構造であり、前記被接触部に前記導電性ペーストを塗布する前に、当該被接触部の孔内に液体を含浸させるものとしてもよい。多孔質構造の被接触部に導電性ペーストを直接に塗布した場合、導電性ペースト中の溶媒が被接触部の孔内に急速に吸い込まれ、被接触部に対する導電層の密着性が低下し易い。これに対して、被接触部の孔内に予め液体を含浸させておくことで、導電性ペーストを塗布したときに導電性ペースト中の溶媒が被接触部の孔内に吸い込まれるのを抑制することができ、被接触部に対して導電層の密着性をより高めることができる。ここで、前記液体は、前記被接触部に塗布する導電性ペーストに含まれる溶媒と同種の液体であるものとしてもよい。
【００１０】
また、本発明の燃料電池スタックの組み付け方法において、前記被接触部を包含し且つ該被接触部よりも広い範囲に前記導電性ペーストを塗布するものとしてもよい。こうすれば、被接触部と導電層との接触面積を増やすことができるため、外側電極層と第２集電部との間の電気抵抗を更に低下させることができる。この場合、前記燃料電池セルは、円筒状の燃料電池セルであり、前記第２集電部は、半円筒状に形成され、前記被接触部の表面を全周に亘って包囲するように前記導電性ペーストを塗布するものとしてもよい。
【００１１】
本発明の燃料電池スタックは、
筒状の電解質層と該電解質層の内側に積層されたアノード層およびカソード層の一方である内側電極層と前記電解質層の外側に積層されたアノード層およびカソード層の他方である外側電極層とを含む複数の燃料電池セルと、隣り合う２つの燃料電池セルのうち一方の燃料電池セルの前記内側電極層に電気的に接続される第１集電部と他方の燃料電池セルの前記外側電極層に電気的に接続される第２集電部とを有し前記２つの燃料電池セルを電気的に接続する接続部材と、を備える燃料電池スタックであって、
前記燃料電池セルの前記外側電極層側に定められた被接触部と該被接触部に接触保持させる前記第２集電部の接触保持部との間に、両者を電気的に接続する導電層が形成され、
前記導電層は、前記被接触部よりも広い範囲に形成される、
ことを要旨とする。
【００１２】
この本発明の燃料電池スタックでは、外側電極層に対して定められた被接触部と当該被接触部に接触保持させる第２集電部の接触保持部との間に、両者を電気的に接続する導電層が形成される。導電層は、被接触部を包含し、且つ、被接触部よりも広い範囲に形成される。これにより、被接触部と導電層との接触面積を増やすことができる。この結果、導電層を介して第２集電部を外側電極層と電気的に接続させることで、外側電極層と第２集電部との間の電気抵抗を効果的に低下させることができ、燃料電池セルの集電効率を向上させることができる。
【００１３】
こうした本発明の燃料電池スタックにおいて、前記燃料電池セルは、円筒状の燃料電池セルであり、前記第２集電部は、半円筒状に形成され、前記導電層は、前記被接触部の表面を全周に亘って包囲するように形成されるものとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態の燃料電池スタック１の構成の概略を示す構成図である。
【図２】燃料電池セル１０の部分断面図である。
【図３】集電接続部材２０の平面図である。
【図４】集電接続部材１２０の平面図である。
【図５】集電接続部材２０の正面図である。
【図６】集電接続部材２０を含む燃料電池スタックの部分拡大図である。
【図７】図６のＡ−Ａ断面を示す断面図である。
【図８】第２集電部２２の組付手順を示す説明図である。
【図９】比較例および本実施形態のそれぞれにおけるカソード集電層１４と第２集電部２２との電気的な接合の様子を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。
【００１６】
図１は本実施形態の燃料電池スタック１の構成の概略を示す構成図であり、図２は燃料電池セル１０の部分断面図である。本実施形態の燃料電池スタック１は、図１に示すように、複数の燃料電池セル１０と、当該複数の燃料電池セル１０が電気的に直列に接続されるように隣り合う２つの燃料電池セル１０を接続する複数の集電接続部材２０，１２０と、を備える。燃料電池セル１０は、円筒型の固体酸化物形燃料電池セルとして構成されており、図２に示すように、長尺の円筒状に形成された電解質層１１と、電解質層１１の内側に積層されたアノード層１２と、電解質層１１の外側に積層されたカソード層１３と、カソード層１３の外側に積層されたカソード集電層１４と、を備える。
【００１７】
電解質層１１は、酸素イオン伝導体からなる緻密構造体である。アノード層１２は、その内部に供給される水素を含むアノードガス（燃料ガス）と接触し、カソード層１３は、その周囲に供給される空気などの酸素を含むカソードガス（酸化剤ガス）と接触する。燃料電池セル１０は、アノード層１２における水素の酸化反応とカソード層１３における酸素の還元反応とにより発電する。
【００１８】
電解質層１１は、例えば、Ｙ，Ｓｃ，Ｃｅなどの希土類元素から選ばれる１種または２種以上をドープした安定化ジルコニア、Ｇｄ，Ｙ，Ｓｍなどの希土類元素から選ばれる１種または２種以上をドープしたセリア、Ｎｉ，Ｓｒ，Ｍｇ，Ｃｏ，Ｆｅ，Ｃｕから選ばれる１種または２種以上をドープしたランタンガレート、などを用いることができる。
【００１９】
アノード層１２は、例えば、ＮｉやＦｅなどの触媒金属とＹ，Ｓｃ，Ｃｅなどの希土類元素から選ばれる１種または２種以上をドープした安定化ジルコニアとの混合体、ＮｉやＦｅなどの触媒金属とＧｄ，Ｙ，Ｓｍなどの希土類元素から選ばれる１種または２種以上をドープしたセリアとの混合体、ＮｉやＦｅなどの触媒金属とＳｒ，Ｍｇ，Ｃｏ，Ｆｅ，Ｃｕから選ばれる１種または２種以上をドープしたランタンガレートとの混合体、などを用いることができる。
【００２０】
カソード層１３は、例えば、Ｓｒ，Ｃａから選ばれる１種または２種をドープしたランタンマンガナイト、Ｓｒ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕから選ばれる１種または２種以上をドープしたランタンフェライト、Ｓｒ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｕから選ばれる１種または２種以上をドープしたランタンコバルタイト、Ｓｒ，Ｆｅから選ばれる１種または２種をドープしたバリウムコバルタイト、銀、銀−パラジウム合金、白金、などを用いることができる。なお、電解質層１１とカソード層１３との間には、例えば、ＧＤＣ（ガドリニウムドープセリア）、ＹＤＣ（イットリアドープセリア）、ＳＤＣ（サマリウムドープセリア）といった希土類をドープしたセリア混合体により形成された図示しない反応防止層が設けられてもよい。
【００２１】
カソード集電層１４は、ガス透過性に優れた多孔質構造により形成され、カソード層１３に電気的に接続される。カソード集電層１４は、例えば、銀とランタンストロンチウム鉄コバルタイト（（ＬａＳｒ（ＣｏＦｅ）Ｏ３；ＬＳＣＦ）との混合物などの金属とセラミックスとの混合物を含むペーストをカソード層１３の表面に塗布して焼成させることにより形成される。
【００２２】
燃料電池セル１０は、両端部に設けられた２つの集電キャップ（集電部材）１５を有する。各集電キャップ１５は、ステンレスなどの導電性を有する金属により略有底筒状に形成されており、図２に示すように、中央が貫通した環状の底部１５ａと、底部１５ａの外周側から軸方向に延出された円筒状の筒状部１５ｂと、底部１５ａの中央から筒状部１５ｂとは反対側に延出された管部１５ｃと、を有する。管部１５ｃの内部には、筒状部１５ｂの内部に連通するガス流通孔（貫通孔）１５ｄが形成されている。
【００２３】
図２に示すように、燃料電池セル１０の電解質層１１の両端部はカソード層１３の両端部よりも外方に突出すると共にアノード層１２の両端部は電解質層１１の両端部よりも外方に突出しており、集電キャップ１５は、筒状部１５ｂ内に電解質層１１およびアノード層１２の各端部が挿入されると共に底部１５ａの内面がアノード層１２の端面に当接するように取り付けられる。そして、筒状部１５ｂの内周面とアノード層１２の外周面との間は、導電性シール部材１６を介して電気的に接合される。導電性シール部材１６は、筒状部１５ｂの内周面とアノード層１２の外周面との間に銀やパラジウムなどを含む導電性ペーストを充填し、導電性ペーストを高温下（例えば、１５０℃程度）で乾燥させると共に焼成させることにより形成される。これにより、アノード層１２と集電キャップ１５とが直接的かつ導電性シール部１６を介して電気的に接続される。また、燃料電池セル１０には、アノード層１２と集電キャップ１５との間の隙間を封止するためのガラスシール部１７が設けられている。ガラスシール部１７は、例えば、アルミナ−シリカ系結晶化ガラスなどの耐熱性およびシール性に優れた結晶化ガラスが用いられ、電解質層１１の外周面と集電キャップ１５の筒状部１５ｂの端面とに沿って環状に延在するように形成される。
【００２４】
また、燃料電池セル１０が有する２つの集電キャップ１５のうち一方の集電キャップ１５の管部１５ｃのガス流通孔１５ｄには、アノードガスが供給される。これにより、一方の集電キャップ１５のガス流通孔１５ｄからアノード層１２の内部にアノードガスを供給すると共に、他方の集電キャップ１５の管部１５ｃのガス流通孔１５ｄからアノード層１２を通過したアノードオフガスを流出させることができる。
【００２５】
図３は、集電接続部材２０を示す平面図であり、図４は、集電接続部材１２０を示す平面図である。また、図５は、集電接続部材２０を示す正面図であり、図６は、集電接続部材２０を含む燃料電池スタック１の部分拡大図であり、図７は、図６のＡ−Ａ断面を示す断面図である。これらの図面に示す集電接続部材２０，１２０は、メッキ処理したステンレスなどの導電性金属板をプレス成形することにより形成されており、それぞれ単独で隣り合う２つの燃料電池セル１０を電気的かつ機械的に接続可能なものである。図３および図４に示すように、集電接続部材２０，１２０は、一体に成形された第１集電部２１、第２集電部２２および連結部２３を有する。第１集電部２１は、接続対象となる２つの燃料電池セル１０の一方のアノード層１２に電気的に接続され、第２集電部２２は、当該２つの燃料電池セルの他方のカソード層１３に電気的に接続される。また、連結部２３は、第１および第２集電部１１，１２を燃料電池セル１０の長手方向（軸方向）において互いに離間するように電気的かつ機械的に接続する。ここで、集電接続部材１２０は、集電接続部材２０を鏡像反転させた構造を有するものであることから、以下、集電接続部材２０を例にとって両者の構成について説明する。
【００２６】
集電接続部材２０の第１集電部２１は、図３および図５に示すように、燃料電池セル１０のアノード層１２側に定められた被接触部としての集電キャップ１５の筒状部１５ｂの外周面に接触し当該外周面を部分的に包囲するように形成された接触保持部２１ａを有する。接触保持部２１ａは、図５に示すように、半円筒状に形成されており、半円弧状の断面形状を有する。また、接触保持部２１ａの内周面は、接続対象の筒状部１５ｂの外周面の曲率半径よりも僅かに大きい曲率半径を有するように形成されている。
【００２７】
また、集電接続部材２０の第１集電部２１は、接触保持部２１ａから延出されたクランプ部２１ｂと、クランプ部２１ｂと対向するように接触保持部２１ａから延出された平板状のガイド部２１ｃと、を有する。クランプ部２１ｂは、図５に示すように、接触保持部２１ａ（半円筒）の一方の端部（図５における破線部参照）から部分的にガイド部２１ｃに近接しつつ当該接触保持部２１ａの内周面とは反対側に延出されている。ガイド部２１ｃは、図５に示すように、接触保持部２１ａ（半円筒）の他方の端部（図５における破線部参照）から当該接触保持部２１ａの内周面とは反対側に延出されている。そして、ガイド部２１ｃは、クランプ部２１ｂよりも接触保持部２１ａから離間した位置まで当該接触保持部２１ａ（半円筒）の内周面や外周面の上記他方の端部における接線方向に延在する。ガイド部２１ｃのクランプ部２１ｂと対向する表面は、平坦に形成されており、クランプ部２１ｂとガイド部２１ｃとは、接触保持部２１ａの内周面の曲率半径の２倍よりも若干短い間隔をおいて対向する。
【００２８】
集電接続部材２０の第２集電部２２は、図３および図５に示すように、燃料電池セル１０のカソード層１３側に対して定められた被接触部としてのカソード集電層１４の外周面に接触し当該外周面を部分的に包囲するように形成された接触保持部２２ａを有する。接触保持部２２ａは、図５に示すように、半円筒状に形成されており、半円弧状の断面形状を有する。また、接触保持部２２ａの内周面は、接続対象のカソード集電層１４の外周面の曲率半径よりも僅かに大きい曲率半径を有するように形成されている。
【００２９】
また、集電接続部材２０の第２集電部２２は、接触保持部２２ａから延出されたクランプ部２２ｂと、クランプ部２２ｂと対向するように接触保持部２２ａから延出された平板状のガイド部２２ｃと、を有する。クランプ部２２ｂは、図５に示すように、接触保持部２２ａ（半円筒）の一方の端部（図５における破線部参照）から部分的にガイド部２２ｃに近接しつつ当該接触保持部２２ａの内周面とは反対側に延出されている。ガイド部２２ｃは、図５に示すように、接触保持部２２ａ（半円筒）の他方の端部（図５における破線部参照）から当該接触保持部２２ａの内周面とは反対側に延出されている。そして、ガイド部２２ｃは、クランプ部２２ｂよりも接触保持部２２ａから離間した位置まで当該接触保持部２２ａ（半円筒）の内周面や外周面の上記他方の端部における接線方向に延在する。ガイド部２２ｃのクランプ部２２ｂと対向する表面は、平坦に形成されており、クランプ部２２ｂとガイド部２２ｃとは、接触保持部２２ａの内周面の曲率半径の２倍よりも若干短い間隔をおいて対向する。
【００３０】
集電接続部材２０の連結部２３は、図３に示すように、集電接続部材２０が隣り合う２つの燃料電池セル１０に接続されたときに当該２つの燃料電池セル１０の長手方向に沿って延在するように形成され、第１集電部２１のガイド部１２ｃと第２集電部２２のガイド部２２ｃとの間を繋ぐ。
【００３１】
また、図６および図７（ａ）に示すように、燃料電池セル１０には、カソード層１３側の被接触部としてのカソード集電層１４の外周面を全周に亘って包囲するように導電性プレコート層３１が形成される。導電性プレコート層３１は、カソード集電層１４の表面に銀やパラジウムなどを含む導電性ペーストを塗布し、導電性ペーストを高温下で乾燥させることにより形成される。なお、図７（ｂ）に示すように、カソード集電層１４の表面を部分的に包囲（半周部を包囲）するように導電性プレコート層３１Ｂが形成されてもよい。第２集電部２２の接触保持部２２ａと導電性プレコート層３１との間は、導電性接合層３２を介して電気的に接合される。導電性接合層３２は、第２集電部２２の接触保持部２２ａの内周面に同様の導電性ペーストを塗布した上で、接触保持部２２ａの内周面を導電性プレコート層３１の表面に押し付けるようにして第２集電部２２の接触保持部２２をカソード集電層１４に挿入し、導電性ペーストを高温下で乾燥させ、上述した導電性プレコート層３１と共に焼成させることにより形成される。なお、導電性プレコート層３１と導電性接合層３２とを別々に焼成させるものとしてもよい。
【００３２】
次に、隣り合う２つの燃料電池セル１０のうち一方の燃料電池セル１０のアノード層１２と集電接続部材２０，１２０の第１集電部２１とを電気的に接続すると共に他方の燃料電池セル１０のカソード層１３と集電接続部材２０，１２０の第２集電部２２とを電気的に接続するための手順、特に、後者の手順について説明する。なお、前者の手順は、第１集電部２１の接続保持部２１ａの内周面に導電性ペーストを塗布し、燃料電池セル１０のアノード層１２側に定められた被接触部としての集電キャップ１５の筒状部１５ｂの外周面に接続保持部２１ａの内周面を押し付け、導電性ペーストを高温下で乾燥させると共に焼成させることにより行なうことができる。図８は、第２集電部の組付手順を説明する説明図である。
【００３３】
図８に示すように、まず、カソード集電層１４の表面に液体を塗布する（Ｓ１００）。このステップは、多孔質構造のカソード集電層１４の孔内に液体を含浸させるステップである。塗布する液体としては、例えば、次のステップに用いる導電性ペースト中に含まれる溶媒と同じものを用いることができるが、他のアルコールや水を用いてもよい。続いて、液体を塗布したカソード集電層１４の表面に導電性ペーストを塗布する（Ｓ１１０）。液体や導電性ペーストは、カソード集電層１４の外周面の全周に亘って塗布するものとしてもよいし、カソード集電層１４の外周面の半周にのみ塗布するものとしてもよい。そして、導電性ペーストを高温下で乾燥させて、カソード集電層１４の表面に導電性プレコート層３１を形成する（Ｓ１２０）。次に、第２集電部２２の接触保持部２２ａの内周面に導電性ペーストを塗布した上で（Ｓ１３０）、接触保持部２２ａの内周面を導電性プレコート層３１の表面に押し付けて第２集電部２２をカソード集電層１４に組み付ける（Ｓ１４０）。そして、導電性ペーストを高温下で乾燥させると共に（Ｓ１５０）、焼成させて（Ｓ１６０）、完成する。
【００３４】
図９は、比較例および本実施形態のそれぞれにおけるカソード集電層１４と集電接続部材２０の第２集電部２２との接続状態を示す説明図である。図９（ａ）は、比較例の接続状態を示し、図９（ｂ）は、本実施形態の接続状態を示す。比較例の接続状態は、第２集電部２２の接触保持部２２ａの内周面に導電性ペーストを塗布した上で、接触保持部２２ａの内周面をカソード集電層１４の外周面に押し付け、導電性ペーストを乾燥させると共に焼成させて第２集電部２２とカソード集電層１４との間に導電性接合層３２を形成したものである。この比較例の接続状態では、導電性ペーストを乾燥・焼成させる過程で、カソード集電層１４と第２集電部２２との間の閉鎖空間において導電性ペーストに溶媒蒸発に伴う体積収縮が起こり、導電性接合層３２は、図９（ａ）に示すように、ヒケ（凹痕）などの発生によりカソード集電層１４への密着性が低下する。カソード集電層１４は多孔質構造であり導電性接合層３２や集電接続部材２０に比して導電率が非常に小さいため、カソード集電層１４と導電性接合層３２との密着性が低下すると、カソード集電層１４と集電接続部材２０との間の電気抵抗が増大し、燃料電池セル１０の集電効率の低下を招く。
【００３５】
一方、本実施形態の接続状態では、第２集電部２２の組付前のカソード集電層１４の外周面に導電性ペーストを塗布し、開放空間において導電性ペーストを乾燥させて、カソード集電層１４の外周面に導電性プレコート層３１を形成する。これにより、導電性ペーストの体積収縮を塗布面全体に略均一に生じさせることができ、カソード集電層１４の外周面に高い密着性をもって導電性プレコート層３１を形成することができる。そして、第２集電部２２の接触保持部２２ａの内周面に導電性ペーストを塗布して接触保持部２２ａの内周面を導電性プレコート層３１の表面に押し付けて導電性ペーストを乾燥・焼成させることにより、第２集電部２２とカソード集電層１４との間の電気抵抗を低減することができる。なお、実施形態の接続状態では、導電性プレコート層３１と接触保持部２２ａとの間の導電性ペーストは、閉鎖空間において乾燥・焼成させられるため、ヒケ（凹痕）などが発生する虞があるが、導電性プレコート層３１はカソード集電層１４に比して導電率が非常に高いため、比較例の接続状態に比して電気抵抗を大幅に低減することができる。また、実施形態では、多孔質構造のカソード集電層１４の表面に導電性ペーストを塗布する前に液体を塗布して孔内に液体を含浸させるため、導電性ペーストを塗布したときにペースト内の溶媒が孔内に吸い込まれるのを抑制することができる。したがって、導電性プレコート層３１においてヒケ（凹痕）などの発生を抑制することができ、カソード集電層１４への導電性プレコート層３１の密着性を更に高めることができる。
【００３６】
導電性プレコート層３１は、第２集電部２２の接触保持部２２ａの内周面が接触するカソード集電層１４の半周範囲にのみ形成されるものとしてもよいし、カソード集電層１４の全周に亘って形成されるものとしてもよい。また、導電性プレコート層３１は、燃料電池セル１０の長手方向（軸方向）における接触保持部２２ａの幅よりも広い範囲に形成されてもよい。
【００３７】
本願の発明者らは、第２集電部２２とカソード集電層１４との間の導電性について以下の実験を行なった。
【００３８】
（実施例１）
カソード集電層１４の外周面の全周にテルピネオールを塗布した後、溶媒として当該テルピネオールを添加した銀とパラジウムとの合金を含む導電性ペーストを塗布し、導電性ペーストを１５０℃で乾燥させてカソード集電層１４の外周面の全周に導電性プレコート層３１を形成した。次いで、第２集電部２２の接触保持部２２ａの内周面に上記導電性ペーストを塗布した上で、接触保持部２２ａをカソード集電層１４の被接触部に押し付けることにより第２集電部２２をカソード集電層１４に挿入し、導電性ペーストを１５０℃で乾燥させた。そして、カソード集電層１４の第２集電部２２の端部から６ｍｍ離間した表面と第２集電部２２のガイド部２２ｃの表面とに電圧計測用の配線を取り付けると共に第２集電部２２の端部から電圧計測用の配線の取付箇所よりも更に数ｍｍ離間したカソード集電層１４の表面と連結部２３の表面とに電流印加用の配線を取り付け、８５０℃で加熱することで導電性ペーストを焼成した。電流印加用の配線に直流電源を接続すると共に電圧計測用の配線に電圧計を接続し、電圧計により計測された電圧に基づいてカソード集電層１４と第２集電部２２との間の電気抵抗を測定した。７００℃の電気抵抗は、６．９ｍΩであった。
【００３９】
（実施例２）
カソード集電層１４の外周面の半周にのみ導電性プレコート層３１Ｂ（図７（ｂ）参照）を形成した点を除いて実施例１と同一の手順により第２集電部２２をカソード集電層１４に組み付けて、電気抵抗を測定した。７００℃の電気抵抗は、７．６ｍΩであった。
【００４０】
（比較例１）
導電性プレコート層を形成する手順（Ｓ１００〜Ｓ１２０）を省略した点を除いて実施例１と同一の手順により第２集電部２２をカソード集電層１４に組み付けて、電気抵抗を測定した。７００℃の電気抵抗は、８．８ｍΩであった。
【００４１】
実施例１，２および比較例１により、カソード集電層１４に導電性プレコート層を形成してから第２集電部２２をカソード集電層１４に組み付ける方が、カソード集電層１４に導電性プレコート層を形成せずに第２集電部２２をカソード集電層１４に組み付けるよりも、電気抵抗を低くできることが確認された。
【００４２】
上述した実施形態では、多孔質構造のカソード集電層１４の被接触部に導電性プレコート層を形成するに際して、当該カソード集電層１４に導電性ペーストを塗布する前にカソード集電層１４の孔内に液体（アルコールや水）を塗布するステップを追加したが、このステップを省略してもよい。
【００４３】
（実施例３）
実施例１の各ステップのうちカソード集電層１４の孔内に液体を塗布するステップ（Ｓ１００）を省略すると共に第２集電部２２をカソード集電層１４に組み付ける際（Ｓ１４０）に接触保持部２２ａにカソード集電層１４の被接触部を緩めに（接触保持部２２ａの内周面とカソード集電層１４の被接触部との間に若干の隙間を有するように）保持させ、電気抵抗を測定した。７００℃の電気抵抗は、９．１ｍΩであった。
【００４４】
（比較例２）
比較例１と同様にプレコート層を形成するステップを省略し、且つ、第２集電部２２をカソード集電層１４に組み付ける際に実施例３と同様に接触保持部２２ａにカソード集電層１４の被接触部を緩めに保持させて、電気抵抗を測定した。７００℃の電気抵抗は、１０．１ｍΩであった。
【００４５】
実施例３および比較例２により、多孔質構造のカソード集電層１４に導電性ペーストを塗布する前に孔内に液体を塗布していなくても、プレコート層が十分に機能し、第２集電部２２をカソード集電層１４に組み付ける際に組み付け精度の悪化に対しても良好な結果が得られることが確認された。
【００４６】
以上説明したように、第２集電部２２の組付前のカソード集電層１４の外周面に導電性ペーストを塗布し、開放空間において導電性ペーストを乾燥させて、カソード集電層１４の外周面に導電性プレコート層３１を形成する。これにより、導電性ペーストの体積収縮を塗布面全体に略均一に生じさせることができ、カソード集電層１４と導電性プレコート層３１との間の密着性を高めることができる。カソード集電層１４は導電性ペーストや集電接続部材２０に比して導電率が非常に小さいため、カソード集電層１４と導電性プレコート層３１との間の密着性を高めることにより、カソード集電層１４と第２集電部２２との間の電気抵抗を効果的に低下させることができ、燃料電池セル１０の集電効率を向上させることができる。
【００４７】
実施形態の燃料電池スタック１では、カソード集電層１４の外周面（被接触部）に導電性ペーストを塗布して乾燥させることで導電性プレコート層３１を形成し、第２集電部２２の接触保持部２２ａの内周面に導電性ペーストを塗布した上で接触保持部２２ａの内周面を被接触部（導電性プレコート層３１）に押し付けて第２集電部２２をカソード集電層１４に組み付けるものとした。しかし、接触保持部２２ａの内周面に導電性ペーストを塗布するタイミングは、接触保持部２２ａをカソード集電層１４の外周面（被接触部）に押し付けるステップよりも前のタイミングであればよく、被接触部に塗布した導電性ペーストを乾燥（固化）させる前であってもよいし、被接触部に導電性ペーストを塗布する前であってもよい。また、カソード集電層１４の外周面（被接触部）に塗布し固化させた導電性プレコート層３１の表面に導電性ペーストを塗布した上で接触保持部２２ａの内周面を導電性プレコート層３１に塗布した導電性ペーストの表面に押し付けて第２集電部２２をカソード集電層１４に組み付けるものとしてもよい。更に、第２集電部２２をカソード集電層１４に組み付ける前に、カソード集電層１４に塗布した導電性ペーストを焼成するステップを追加してもよい。
【００４８】
実施形態の燃料電池スタック１では、燃料電池セル１０を、円筒型の固体酸化物形燃料電池セルとして構成した。しかし、接触保持部２１ａ，２２ａの形状を変更することで、集電接続部材２０，１２０を、楕円筒状や角筒状などの円筒型の以外の燃料電池セルに適用することもできる。
【００４９】
実施形態の燃料電池スタック１では、燃料電池セル１０は、カソード層１３が電解質層１１の外側に配置されると共にカソード層１３側の被接触部（カソード集電層１４）に第２集電部が組み付けられるものとしたが、アノード層が電解質層の外側に配置されると共にアノード層側の被接触部に第２集電部が組み付けられるものとしてもよい。また、燃料電池セル１０は、固体酸化物形燃料電池セルとして構成されたが、固体酸化物形以外の形式の燃料電池セルであってもよい。
【００５０】
なお、実施形態の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施形態が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施形態は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。
【００５１】
以上、本発明を実施するための形態について実施形態を用いて説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、燃料電池スタックの製造産業などに利用可能である。
【符号の説明】
【００５３】
１  燃料電池スタック、１０  燃料電池セル、１１  電解質層、１２  アノード層、１３  カソード層、１４  カソード集電層、１５  集電キャップ、１５ａ  底部、１５ｂ  筒状部、１５ｃ  管部、１５ｄ  ガス流通孔、１６  導電性シール部、１７  ガラスシール部、２０，１２０  集電接続部材、２１  第１集電部、２２  第２集電部、２１ａ，２２ａ  接触保持部、２１ｂ，２２ｂ  クランプ部、２１ｃ，２２ｃ  ガイド部、２３  連結部、３１，３１Ｂ  導電性プレコート層、３２  導電性接合層。
【図１】
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【図２】
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【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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