(57)【要約】  本発明の対象は、ＳＯＦＣ燃料電池において接触補助手段として使用するための金属基両面接着テープである。この新規な接着テープは液体接着剤を実際に使用するのと比べて顕著な簡素化を意味する。特殊工具なしの容易かつ安価な製造と、燃料電池スタックへの容易な応用は、構成時の費用を最少にしかつ大量生産を可能とする良好な可能性を提供する。この両面接着金属基接着テープは電池バンドルの構造を簡素化するのに適している。従来の接触部と比べてこの金属基接着テープの利点は、改善された層厚調整、硬化時間なしの一層清潔かつ精確な塗布、大量生産における自動化を可能とすることにある。【選択図】図４
2010541146.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の高温燃料電池を電気的に接触させるための補助手段であって、第１燃料電池のアノードが接触要素を介して第２燃料電池のインターコネクタと結合され、電池コネクタが前記接触要素として使用されるものにおいて、金属基両面接着テープ（２０）が前記電池コネクタ（１２、１２’、…）を、一方で前記燃料電池（１０、１０’、１０’’、…）の前記アノード（１７）と、他方で前記インターコネクタ（１５）と、電気的に接触させるのに使用される補助手段。
【請求項２】
前記金属基接着テープ（２０）が厚さ５０〜２５０μｍである請求項１記載の補助手段。
【請求項３】
前記金属基接着テープ（２０）が幅２〜２００ｍｍ、好ましくは３〜１５０ｍｍである請求項１記載の補助手段。
【請求項４】
前記金属基接着テープ（２０）がデルタ電池（１〜８）の側面用に形成されており、かつ幅約５ｍｍである請求項３記載の補助手段。
【請求項５】
前記金属基接着テープ（２０）が前記デルタ電池（１０、１０’、１０’’、…）の底面用に形成されており、かつ幅約１５０ｍｍである請求項４記載の補助手段。
【請求項６】
前記接着テープ（２０）の前記金属基がニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）またはこれらの金属を基とする合金である請求項１から５のいずれか１つに記載の補助手段。
【請求項７】
前記金属基がニッケル（Ｎｉ）クロム（Ｃｒ）合金である請求項６記載の補助手段。
【請求項８】
前記金属基がニッケル（Ｎｉ）チタン（Ｔｉ）合金である請求項６記載の補助手段。
【請求項９】
前記金属基がニッケル（Ｎｉ）アルミニウム（Ａｌ）合金である請求項６記載の補助手段。
【請求項１０】
前記電池コネクタが金属中空紐（１２、１２’、…）である請求項１記載の補助手段。
【請求項１１】
前記電池コネクタが金属編組マット（２５）である請求項１記載の補助手段。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか１つに記載の補助手段を製造するための方法において：
−  所定粒径の金属粉末を蒸留水内で分散剤によって均質化して金属スラリーとし、
−  分散接着剤を添加して前記金属スラリーと混合し、
−  均質混合物を薄いフィルム（２１）として転写接着テープ（２２）に被着し、
−  前記フィルムの乾燥後、前記フィルムの上面に付加的接着層（２３）を被着し、
−  こうして金属基上に両面接着テープまたは両面接着フィルム（２０）を生成する製造方法。
【請求項１３】
前記付加的接着層として分散接着剤が使用される請求項１２記載の製造方法。
【請求項１４】
前記付加的接着層として第２転写接着剤層が使用される請求項１２記載の製造方法。
【請求項１５】
溶媒として水、有機溶媒、例えばアルコール、またはそれらの水性混合物が使用される請求項１２記載の製造方法。
【請求項１６】
前記層の被着がナイフ塗布によって行われる請求項１２記載の方法。
【請求項１７】
前記層の被着がフィルムキャスティングによって行われる請求項１２記載の製造方法。
【請求項１８】
前記層の被着がスクリーン印刷によって行われる請求項１２記載の製造方法。
【請求項１９】
前記金属粉末としてニッケル粉末、または銅粉末、またはこれらの金属を基とする合金粉末が使用される請求項１２から１８のいずれか１つに記載の製造方法。
【請求項２０】
柔軟な自己接着性金属フィルムが得られる請求項１２から１９のいずれか１つに記載の製造方法。
【請求項２１】
厚さ１０〜７５μｍの転写接着テープが使用される請求項１２記載の製造方法。
【請求項２２】
分散液の固形物含有量が３０〜８０重量％である請求項１２記載の製造方法。
【請求項２３】
平均粒径＜３０μｍの金属粉末が使用される請求項１２記載の製造方法。
【請求項２４】
温度処理によって電気伝導性の生成が行われる請求項１２記載の方法。
【請求項２５】
有機成分を焼失するために、空気側が５５０℃までのデュアル雰囲気（デュアル雰囲気とは何かを説明！）で焼結が行われる請求項２４記載の方法。
【請求項２６】
温度処理中、前記金属接着テープが多孔質層として前記第１電池の前記アノードと前記第２電池の前記インターコネクタとの間で焼結される請求項２５記載の製造方法。
【請求項２７】
焼結によって気孔率４０〜８０％の多孔質金属層が得られる請求項２６記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前文に記載した複数の高温燃料電池を電気的に接触させるための補助手段に関する。本発明はさらに、特にＳＯＦＣ燃料電池を電気的に接触させるこのような補助手段を製造するための付属する方法にも関する。
【背景技術】
【０００２】
ＳＯＦＣ技術によるエネルギー発生のために１つの発電機内で複数の個別電池を電気的に直列に接続しなければならない。その場合、使用する電池の数が発電機の電圧を決定し、従って出力を決定する。理想的には、発電機の出力は個々の電池の出力の合計に一致する。
【０００３】
代表的ＳＯＦＣ発電機は複数のサブユニット、積重ね体すなわちスタックで構成されている。これらのスタックは個々のＳＯＦＣ電池を備えたバンドルで構成されている。
【０００４】
先行技術では個々のＳＯＦＣ電池がニッケルエポキシ樹脂によってニッケル接触部と貼り付けられる。これは作業上、手間である。メガワット（ＭＷ）級のＳＯＦＣ発電機では、ニッケルエポキシとその処理のための総費用がかなり高くなる。
【０００５】
この接着システムにおいて問題なのはさらに層厚の調整、困難で扱い難い樹脂塗布、そして所要の硬化時間である。従来の手動塗布は工業的規模では可能でない。大量生産を目ざして追求される費用削減はこの種の接触部では殆ど達成不可能である。
【０００６】
特許文献１により固体電解質燃料電池において電極をインターコネクタ層と電気的に接触させるための方法および材料が既に公知であり、そこでは材料がエポキシ樹脂に溶かされ、接触箇所に被着される。その際、テープもしくは転写フィルムを利用することができる。
【０００７】
さらに特許文献２によりＳＯＦＣの態様の高温燃料電池が公知であり、この燃料電池は金属メッシュを介して互いに接触した管状燃料電池を有する。ここで主に述べられているのは、チューブ状燃料電池である。特許文献３によりＨＰＤ（高出力密度）燃料電池とこれで構成された燃料電池装置とのコンセプトが公知であり、そこでは燃料電池が並置されたΔ形状またはトライアングル形状から成る。このような燃料電池を積重ねることによって、金属編組マットもしくは金属編成マットを介在させて、十分な電気接触部が実現される。マットの態様の接触部は例えば特許文献４により公知であり、ここで述べられているのは、詳細には、まずいわゆる編物を機械的に製造し、次にこの編物を相応するクッション形状に折り畳み、このクッションを個々の燃料電池の間で弾性接触部として使用することである。
【０００８】
既に触れたように、ＭＷ級のＳＯＦＣ発電機ではニッケルエポキシとその処理のための総費用が無視できない。それゆえに、低コストのＳＯＦＣ発電機システムを生産できるようにするための新たな出発点が、もしくは従来の問題解決に対する代案が求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】欧州特許出願公開第１７８６０５６号明細書
【特許文献２】米国特許第６３７９８３１号明細書
【特許文献３】国際公開第２００５／１１７１９２号パンフレット
【特許文献４】独国特許出願公開第１０２００４０４７７６１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記問題点に鑑み、本発明の課題は、複数の高温燃料電池を接触させるための好適な補助手段を提供することである。さらに、この接触手段を製造するための付属する方法が提供されねばならない。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この課題は、本発明によれば請求項１によって解決される。付属する製造方法は請求項１２に明示されている。本発明に係る補助手段および付属する製造方法の諸構成は各従属請求項に記載されている。
【００１２】
本発明の対象は、両面接着金属テープであり、これにより液体接着剤を使用するのと比べて顕著な簡素化が達成される。その際特別有利なことに、特殊工具なしにテープの安価な製造を行うことができ、こうして得られる接触補助手段によれば燃料電池スタック内で容易に適用することができる。
【００１３】
本発明で得られる金属基接着テープは特に、燃料電池装置のスタック構成時に取扱い性を改善し、電池コネクタと電池との間の結合のための費用を大幅に下げるのに役立つ。先行技術で使用されるニッケル接着剤用の材料費用は本発明でもって著しく下げることができる。ニッケルで実現される新規な金属基接着テープは有利なことにニッケルエポキシと比較して６０〜８０％の費用低減をもたらす。
【００１４】
つまり本発明に係る接触手段は特に、両面接着性であるニッケル接着テープとして形成されている。こうして電池バンドルの構造は著しく簡素化することができる。従来の接触法と比べてニッケル接着テープの本質的利点は層厚の調整改善、硬化時間なしの一層清潔かつ精確な塗布、そして燃料電池大量生産時の自動化を可能とすることにある。これは特に、例えばいわゆるデルタ（Δ）設計のＨＰＤ（高出力密度）燃料電池にあてはまる。
【００１５】
本発明のその他の詳細および利点は、他の従属請求項と合せて図面に基づいて実施例についての以下の図の説明から明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】Δ設計の複数のＳＯＦＣ燃料電池と接触のための中空紐とを備えたスタック（”Stack”）の部分図である。
【図２】Δ８燃料電池と導電のためのニッケルレールとを備えたバンドルの構造を示す図。
【図３】接触のための補助手段を明らかとする燃料電池の他の細部の図１、図２の拡大図である。
【図４】本発明に係る接触手段の製造段階を分解図で示す図。
【図５】Δ８燃料電池の側面で規定どおり利用するためのニッケルテープ‐中空紐結合部を示す図。
【図５Ａ】ニッケルテープへの中空紐の金属結合部の拡大した金属組織学的顕微鏡写真。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図中、同じ要素には同じ符号が付けてある。特に図１〜図３は一緒に説明される。
【００１８】
本出願人の同じ優先権を有し、名称を「燃料電池装置」としてドイツに並行して行った特許出願に述べられた燃料電池装置は、Δ原理に従って構成されており、いわゆる中空紐が多種多様な構成で接触手段として役立つ。このような燃料電池装置が図１に例示的に示してある。
【００１９】
図１と図２では８つのΔ通路１〜８がそれぞれ１つのΔ電池１０を形成する。カソードとして有効なセラミック体上に機能層として被着されるカソード、電解質およびアノードからこのような電池を構成する点については関連する先行技術を参照されたい。機能層の順序は図３の拡大図で明らかとなる。そこで符号１５はインターコネクタ、符号１６はカソード支持体上の電解質、符号１７は電解質１６上のアノードを意味する。その他の図では機能層は図中個別に図示されているのでなく、各電池によって規定される。
【００２０】
先行技術から知られている複数のΔ設計のＨＰＤ電池が１つのバンドル（英語”bundle”）へと結合され接触させられている。各ＨＰＤ燃料電池の下面にインターコネクタ１５がある。
【００２１】
外側Δ電池の両側にニッケルレール３１、３１’が配置されている。電気的特性を維持して機械的に減衰するためのニッケルマット２５、２５’が下側および上側ニッケルレール３１、３１’と第１電池もしくは最終電池との間にある。
【００２２】
バンドル一式内で規定どおり機能するために個々のデルタ電池１０、１０’、１０’’、…は互いに電気的に接触されねばならず、そのためにはそれぞれ好適な接触装置がアノードと、ＳＯＦＣ燃料電池において通常設けられているインターコネクタとの間に用意されねばならない。その際に副次的条件として電気的結合は、燃料電池装置の長期運転中の温度変動時に機械的な力を吸収できるように行われる。
【００２３】
図１ではこのため、ばね作用を有する個々のワイヤスパイラルまたは折り畳んだニッケル編物が中空紐１２、１２’、１２’’、…としてそれぞれΔ通路に嵌め込まれており、これらの中空紐は複数の電池の間の電気的接触を実現し、かつガス透過性である。その際用語「中空紐」とは特にチューブ状編物のことであり、この編物はガスを通すための空の内腔と所定の壁厚とを有する。このような編物は所定直径の金属ワイヤから自動的に作製することができる。所定直径のワイヤから成るワイヤスパイラルも用語「中空紐」に含まれる。
【００２４】
つまりこのような中空紐において重要なのは、一方で特に弾性に関して十分な機械的特性が実現されていること、他方で良好な電気的接触性が保証されていることである。さらに、この内腔は燃料ガスの移送に適していなければならず、それゆえにこれには特に中空紐のガス透過性壁が有利である。
【００２５】
図１〜図３においてワイヤ形成体１２、１２’、…はＨＰＤ電池の軸線方向全長にわたってΔセル１、２、…の谷部内に配置されている。中空紐１２、１２’、…を一方で付属するインターコネクタ１５に、他方で電池アノード１７に固定するためにニッケル基または銅基の接触要素を使用することができる。
【００２６】
図１〜図３の断面図に単一の巻層が簡略して単ワイヤとして示してあり、単ワイヤはこの場合中空紐を形成し、またはチューブ状ワイヤ編物から成る。その際、電池コネクタとして中空紐とデルタ電池の表面が互いに接触している。先行技術ではこのため例えばニッケルエポキシが利用される。
【００２７】
ニッケル接着剤に対する主要な要求は、一方で電池コネクタおよび電池アノード１７と他方でインターコネクタ１５との間に均一な電気的接触を実現し、電池コネクタと電池との間の電圧損失を最少にすることである。
【００２８】
Δ８セルのバンドルを構成するために、ニッケル中空紐は、図３に示唆したように、第１Δ電池の谷部内と第２Δ電池のインターコネクタ内で薄い両面接着ニッケルテープで固定される。Δ電池の両方の側面用に幅約５ｍｍのテープが必要とされ、次の電池のインターコネクタ用に幅約１５０ｍｍのテープが必要とされる。テープはそれぞれＨＰＤ電池の全長にわたって、すなわち例えば７５０〜１０００ｍｍまたは例えば７５０〜１０００ｍにわたって延びている。
【００２９】
つまり規定どおり使用するために、少なくとも５０μｍの厚さと好適な電気的特性とを有する薄い金属テープは、精確な塗布を可能とするために温度処理前に両面接着性でなければならない。このため金属テープは両面接着テープとして作製される。
【００３０】
両面接着テープの主な利点はその取扱いが容易で、層厚が均一で、これにより接着テープによる電池コネクタの固定が簡単なことにあり、そのことから、例えば硬化時間を必要とすることなく電池構造に一定の安定性が付与される。商業的に入手可能なニッケル系接着テープは大抵の場合、合金物質と片面接着作用のみを有する。このことは、電池構成にとってニッケルエポキシに対して進歩を提供しない。両面接着作用を有する、個別に作製（ロール成形）されたニッケルテープはニッケルエポキシと比較して著しく高価であり、規定どおりの応用にとって厚すぎる。ここで使用する金属テープは、所要の層厚および所望の接着性で形成された両面接着テープとして構想されている。これらの性質はさまざまな転写接着剤、分散接着剤によって達成することができる。
【００３１】
図４では両面ニッケル接着テープの製造が部分図ａ、ｂ、ｃを基に示してある。ステップａ）ではニッケル粉末が蒸留水内で分散剤によって懸濁され均質化される。転動混合機内で均一に混合後、分散接着剤（アクリレート）が添加され、再度混合され、こうして得られたスラリーが転写接着テープにナイフ塗布される。
【００３２】
ニッケルアクリレートフィルム２１の乾燥後、ステップｂ）において必要なら再度分散接着剤２３または第２転写接着テープが上面にナイフ塗布されもしくは貼り付けられ、この側の接着能力が高められる。高いニッケル割合は通常接着能力の低下をもたらす。そのことから、他のステップにおいて付加的接着層を被着する必要性が生じる。
【００３３】
乾燥後、テープ２０は所要の幾何学形状に切断してデルタ電池に貼り付けることができる。部分図４ｃ）が示す完成した接着テープは焼成後に気孔率４０〜８０％、例えば５０％の多孔質体を実現する。
【００３４】
上記方法でもって両面ニッケル接着テープはさまざまな長さおよび幅で簡単に製造することができる。このような接着テープは特にΔ電池において応用するのに特別適している。ここでは燃料電池を構成するとき所要の焼結過程は“ｉｎ ｓｉｔｕ”で行うことができ、これにより所要の電気的、機械的特性が達成されている。
【００３５】
図５により示したのは、前記方法で製造されたニッケル接着テープ２０がΔ設計によるＨＰＤ電池として構想されたＳＯＦＣ燃料電池を構成するのに有利に利用できることである。その際に肝要なのは、中空紐として形成された電池コネクタ１２と燃料電池アノード１７との間に持続的電気結合を実現することであり、このため金属接着テープ２０が補助手段として役立つ。
【００３６】
顕微鏡写真が適当に拡大して示すのは、約１０００℃で焼結後に中空紐１２の少なくとも１つのワイヤと多孔質ニッケル領域２０との間に材料結合が生じ、こうして電気的接触が達成されていることである。しかし同様に、電池コネクタの弾性は必要な程度に維持される。
【００３７】
所要の諸特性の確認は電気測定によって行われる。電気抵抗測定のためにニッケルワイヤから成る編成中空紐はニッケル接着テープによってデルタ形状の２つのニッケル部材の間に貼り付けられ１０００℃に加熱された。抵抗測定は４点測定で行われた。結果は１ｍΩの目標値が得られたことを確認した。
【符号の説明】
【００３８】
１０  燃料電池
１２  電池コネクタ
１５  インターコネクタ
１７  アノード
２０  接着テープ
２１  フィルム
２２  転写接着テープ
２３  接着層
【図１】
2010541146.tif 000003
【図２】
2010541146.tif 000004
【図３】
2010541146.tif 000005
【図４】
2010541146.tif 000006
【図５】
2010541146.tif 000007
【図５Ａ】
2010541146.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成22年8月31日(2010.8.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の高温燃料電池を電気的に接触させるための補助手段であって、第１燃料電池のアノードが接触要素を介して第２燃料電池のインターコネクタと結合され、電池コネクタが前記接触要素として使用されるものにおいて、金属基両面接着テープ（２０）が前記電池コネクタ（１２、１２'、…）を、一方で前記燃料電池（１０、１０'、１０''、…）の前記アノード（１７）と、他方で前記インターコネクタ（１５）と、電気的に接触させるのに使用される補助手段。
【請求項２】
前記金属基接着テープ（２０）が厚さ５０〜２５０μｍである請求項１記載の補助手段。
【請求項３】
前記金属基接着テープ（２０）が幅２〜２００ｍｍである請求項１記載の補助手段。
【請求項４】
前記金属基接着テープ（２０）がデルタ電池（１〜８）の側面用に形成されており、かつ幅５ｍｍである請求項３記載の補助手段。
【請求項５】
前記金属基接着テープ（２０）が前記デルタ電池（１０、１０'、１０''、…）の底面用に形成されており、かつ幅１５０ｍｍである請求項４記載の補助手段。
【請求項６】
前記接着テープ（２０）の前記金属基がニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）またはこれらの金属を基とする合金である請求項１から５のいずれか１つに記載の補助手段。
【請求項７】
前記金属基がニッケル（Ｎｉ）クロム（Ｃｒ）合金である請求項６記載の補助手段。
【請求項８】
前記金属基がニッケル（Ｎｉ）チタン（Ｔｉ）合金である請求項６記載の補助手段。
【請求項９】
前記金属基がニッケル（Ｎｉ）アルミニウム（Ａｌ）合金である請求項６記載の補助手段。
【請求項１０】
前記電池コネクタが金属中空紐（１２、１２'、…）である請求項１記載の補助手段。
【請求項１１】
前記電池コネクタが金属編組マット（２５）である請求項１記載の補助手段。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか１つに記載の補助手段を製造するための方法において：
−  所定粒径の金属粉末を蒸留水内で分散剤によって均質化して金属スラリーとし、
−  分散接着剤を添加して前記金属スラリーと混合し、
−  均質混合物を薄いフィルム（２１）として転写接着テープ（２２）に被着し、
−  前記フィルムの乾燥後、前記フィルムの上面に付加的接着層（２３）を被着し、
−  こうして金属基上に両面接着テープまたは両面接着フィルム（２０）を生成する製造方法。
【請求項１３】
前記付加的接着層として分散接着剤が使用される請求項１２記載の製造方法。
【請求項１４】
前記付加的接着層として第２転写接着剤層が使用される請求項１２記載の製造方法。
【請求項１５】
溶媒として水、有機溶媒、またはそれらの水性混合物が使用される請求項１２記載の製造方法。
【請求項１６】
前記層の被着がナイフ塗布によって行われる請求項１２記載の方法。
【請求項１７】
前記層の被着がフィルムキャスティングによって行われる請求項１２記載の製造方法。
【請求項１８】
前記層の被着がスクリーン印刷によって行われる請求項１２記載の製造方法。
【請求項１９】
前記金属粉末としてニッケル粉末、または銅粉末、またはこれらの金属を基とする合金粉末が使用される請求項１２から１８のいずれか１つに記載の製造方法。
【請求項２０】
柔軟な自己接着性金属フィルムが得られる請求項１２から１９のいずれか１つに記載の製造方法。
【請求項２１】
厚さ１０〜７５μｍの転写接着テープが使用される請求項１２記載の製造方法。
【請求項２２】
分散液の固形物含有量が３０〜８０重量％である請求項１２記載の製造方法。
【請求項２３】
平均粒径＜３０μｍの金属粉末が使用される請求項１２記載の製造方法。
【請求項２４】
温度処理によって電気伝導性の生成が行われる請求項１２記載の方法。
【請求項２５】
有機成分を焼失するために、空気側が５５０℃までのデュアル雰囲気で焼結が行われる請求項２４記載の方法。
【請求項２６】
温度処理中、前記金属接着テープが多孔質層として前記第１電池の前記アノードと前記第２電池の前記インターコネクタとの間で焼結される請求項２５記載の製造方法。
【請求項２７】
焼結によって気孔率４０〜８０％の多孔質金属層が得られる請求項２６記載の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前文に記載した複数の高温燃料電池を電気的に接触させるための補助手段に関する。本発明はさらに、特にＳＯＦＣ燃料電池を電気的に接触させるこのような補助手段を製造するための付属する方法にも関する。
【背景技術】
【０００２】
ＳＯＦＣ技術によるエネルギー発生のために１つの発電機内で複数の個別電池を電気的に直列に接続しなければならない。その場合、使用する電池の数が発電機の電圧を決定し、従って出力を決定する。理想的には、発電機の出力は個々の電池の出力の合計に一致する。
【０００３】
代表的ＳＯＦＣ発電機は複数のサブユニット、積重ね体すなわちスタックで構成されている。これらのスタックは個々のＳＯＦＣ電池を備えたバンドルで構成されている。
【０００４】
先行技術では個々のＳＯＦＣ電池がニッケルエポキシ樹脂によってニッケル接触部と貼り付けられる。これは作業上、手間である。メガワット（ＭＷ）級のＳＯＦＣ発電機では、ニッケルエポキシとその処理のための総費用がかなり高くなる。
【０００５】
この接着システムにおいて問題なのはさらに層厚の調整、困難で扱い難い樹脂塗布、そして所要の硬化時間である。従来の手動塗布は工業的規模では可能でない。大量生産を目ざして追求される費用削減はこの種の接触部では殆ど達成不可能である。
【０００６】
特許文献１により固体電解質燃料電池において電極をインターコネクタ層と電気的に接触させるための方法および材料が既に公知であり、そこでは材料がエポキシ樹脂に溶かされ、接触箇所に被着される。その際、テープもしくは転写フィルムを利用することができる。
【０００７】
さらに特許文献２によりＳＯＦＣの態様の高温燃料電池が公知であり、この燃料電池は金属メッシュを介して互いに接触した管状燃料電池を有する。ここで主に述べられているのは、チューブ状燃料電池である。特許文献３によりＨＰＤ（高出力密度）燃料電池とこれで構成された燃料電池装置とのコンセプトが公知であり、そこでは燃料電池が並置されたΔ形状またはトライアングル形状から成る。このような燃料電池を積重ねることによって、金属編組マットもしくは金属編成マットを介在させて、十分な電気接触部が実現される。マットの態様の接触部は例えば特許文献４により公知であり、ここで述べられているのは、詳細には、まずいわゆる編物を機械的に製造し、次にこの編物を相応するクッション形状に折り畳み、このクッションを個々の燃料電池の間で弾性接触部として使用することである。
【０００８】
既に触れたように、ＭＷ級のＳＯＦＣ発電機ではニッケルエポキシとその処理のための総費用が無視できない。それゆえに、低コストのＳＯＦＣ発電機システムを生産できるようにするための新たな出発点が、もしくは従来の問題解決に対する代案が求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】欧州特許出願公開第１７８６０５６号明細書
【特許文献２】米国特許第６３７９８３１号明細書
【特許文献３】国際公開第２００５／１１７１９２号パンフレット
【特許文献４】独国特許出願公開第１０２００４０４７７６１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記問題点に鑑み、本発明の課題は、複数の高温燃料電池を接触させるための好適な補助手段を提供することである。さらに、この接触手段を製造するための付属する方法が提供されねばならない。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この課題は、本発明によれば請求項１によって解決される。付属する製造方法は請求項１２に明示されている。本発明に係る補助手段および付属する製造方法の諸構成は各従属請求項に記載されている。
【００１２】
本発明の対象は、両面接着金属テープであり、これにより液体接着剤を使用するのと比べて顕著な簡素化が達成される。その際特別有利なことに、特殊工具なしにテープの安価な製造を行うことができ、こうして得られる接触補助手段によれば燃料電池スタック内で容易に適用することができる。
【００１３】
本発明で得られる金属基接着テープは特に、燃料電池装置のスタック構成時に取扱い性を改善し、電池コネクタと電池との間の結合のための費用を大幅に下げるのに役立つ。先行技術で使用されるニッケル接着剤用の材料費用は本発明でもって著しく下げることができる。ニッケルで実現される新規な金属基接着テープは有利なことにニッケルエポキシと比較して６０〜８０％の費用低減をもたらす。前記金属基としては、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）またはこれらの金属を基とする合金、例えば、ニッケル（Ｎｉ）クロム（Ｃｒ）合金，ニッケル（Ｎｉ）チタン（Ｔｉ）合金，ニッケル（Ｎｉ）アルミニウム（Ａｌ）合金とすることができる。
【００１４】
つまり本発明に係る接触手段は特に、両面接着性であるニッケル接着テープとして形成されている。こうして電池バンドルの構造は著しく簡素化することができる。従来の接触法と比べてニッケル接着テープの本質的利点は層厚の調整改善、硬化時間なしの一層清潔かつ精確な塗布、そして燃料電池大量生産時の自動化を可能とすることにある。これは特に、例えばいわゆるデルタ（Δ）設計のＨＰＤ（高出力密度）燃料電池にあてはまる。
【００１５】
本発明のその他の詳細および利点は、他の従属請求項と合せて図面に基づいて実施例についての以下の図の説明から明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】Δ設計の複数のＳＯＦＣ燃料電池と接触のための中空紐とを備えたスタック（"Stack"）の部分図である。
【図２】Δ８燃料電池と導電のためのニッケルレールとを備えたバンドルの構造を示す図。
【図３】接触のための補助手段を明らかとする燃料電池の他の細部の図１、図２の拡大図である。
【図４】本発明に係る接触手段の製造段階を分解図で示す図。
【図５】Δ８燃料電池の側面で規定どおり利用するためのニッケルテープ‐中空紐結合部を示す図。
【図５Ａ】ニッケルテープへの中空紐の金属結合部の拡大した金属組織学的顕微鏡写真。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図中、同じ要素には同じ符号が付けてある。特に図１〜図３は一緒に説明される。
【００１８】
本出願人の同じ優先権を有し、名称を「燃料電池装置」としてドイツに並行して行った
特許出願に述べられた燃料電池装置は、Δ原理に従って構成されており、いわゆる中空紐が多種多様な構成で接触手段として役立つ。このような燃料電池装置が図１に例示的に示してある。
【００１９】
図１と図２では８つのΔ通路１〜８がそれぞれ１つのΔ電池１０を形成する。カソードとして有効なセラミック体上に機能層として被着されるカソード、電解質およびアノードからこのような電池を構成する点については関連する先行技術を参照されたい。機能層の順序は図３の拡大図で明らかとなる。そこで符号１５はインターコネクタ、符号１６はカソード支持体上の電解質、符号１７は電解質１６上のアノードを意味する。その他の図では機能層は図中個別に図示されているのでなく、各電池によって規定される。
【００２０】
先行技術から知られている複数のΔ設計のＨＰＤ電池が１つのバンドル（英語"bundle"）へと結合され接触させられている。各ＨＰＤ燃料電池の下面にインターコネクタ１５がある。
【００２１】
外側Δ電池の両側にニッケルレール３１、３１'が配置されている。電気的特性を維持して機械的に減衰するためのニッケルマット２５、２５'が下側および上側ニッケルレール３１、３１'と第１電池もしくは最終電池との間にある。
【００２２】
バンドル一式内で規定どおり機能するために個々のデルタ電池１０、１０'、１０''、…は互いに電気的に接触されねばならず、そのためにはそれぞれ好適な接触装置がアノードと、ＳＯＦＣ燃料電池において通常設けられているインターコネクタとの間に用意されねばならない。その際に副次的条件として電気的結合は、燃料電池装置の長期運転中の温度変動時に機械的な力を吸収できるように行われる。
【００２３】
図１ではこのため、ばね作用を有する個々のワイヤスパイラルまたは折り畳んだニッケル編物が中空紐１２、１２'、１２''、…としてそれぞれΔ通路に嵌め込まれており、これらの中空紐は複数の電池の間の電気的接触を実現し、かつガス透過性である。その際用語「中空紐」とは特にチューブ状編物のことであり、この編物はガスを通すための空の内腔と所定の壁厚とを有する。このような編物は所定直径の金属ワイヤから自動的に作製することができる。所定直径のワイヤから成るワイヤスパイラルも用語「中空紐」に含まれる。
【００２４】
つまりこのような中空紐において重要なのは、一方で特に弾性に関して十分な機械的特性が実現されていること、他方で良好な電気的接触性が保証されていることである。さらに、この内腔は燃料ガスの移送に適していなければならず、それゆえにこれには特に中空紐のガス透過性壁が有利である。
【００２５】
図１〜図３においてワイヤ形成体１２、１２'、…はＨＰＤ電池の軸線方向全長にわたってΔセル１、２、…の谷部内に配置されている。中空紐１２、１２'、…を一方で付属するインターコネクタ１５に、他方で電池アノード１７に固定するためにニッケル基または銅基の接触要素を使用することができる。
【００２６】
図１〜図３の断面図に単一の巻層が簡略して単ワイヤとして示してあり、単ワイヤはこの場合中空紐を形成し、またはチューブ状ワイヤ編物から成る。その際、電池コネクタとして中空紐とデルタ電池の表面が互いに接触している。先行技術ではこのため例えばニッケルエポキシが利用される。
【００２７】
ニッケル接着剤に対する主要な要求は、一方で電池コネクタおよび電池アノード１７と他方でインターコネクタ１５との間に均一な電気的接触を実現し、電池コネクタと電池と
の間の電圧損失を最少にすることである。
【００２８】
Δ８セルのバンドルを構成するために、ニッケル中空紐は、図３に示唆したように、第１Δ電池の谷部内と第２Δ電池のインターコネクタ内で薄い両面接着ニッケルテープで固定される。Δ電池の両方の側面用に幅約５ｍｍのテープが必要とされ、次の電池のインターコネクタ用に幅２〜２００ｍｍ、好ましくは３〜１５０ｍｍ、例えば約１５０ｍｍのテープが必要とされる。テープはそれぞれＨＰＤ電池の全長にわたって、すなわち例えば７５０〜１０００ｍｍまたは例えば７５０〜１０００ｍにわたって延びている。
【００２９】
つまり規定どおり使用するために、少なくとも５０μｍの厚さ、好ましくは５０〜２５０μｍの厚さと好適な電気的特性とを有する薄い金属テープは、精確な塗布を可能とするために温度処理前に両面接着性でなければならない。このため金属テープは両面接着テープとして作製される。
【００３０】
両面接着テープの主な利点はその取扱いが容易で、層厚が均一で、これにより接着テープによる電池コネクタの固定が簡単なことにあり、そのことから、例えば硬化時間を必要とすることなく電池構造に一定の安定性が付与される。商業的に入手可能なニッケル系接着テープは大抵の場合、合金物質と片面接着作用のみを有する。このことは、電池構成にとってニッケルエポキシに対して進歩を提供しない。両面接着作用を有する、個別に作製（ロール成形）されたニッケルテープはニッケルエポキシと比較して著しく高価であり、規定どおりの応用にとって厚すぎる。ここで使用する金属テープは、所要の層厚および所望の接着性で形成された両面接着テープとして構想されている。これらの性質はさまざまな転写接着剤、分散接着剤によって達成することができる。
【００３１】
図４では両面ニッケル接着テープの製造が部分図ａ、ｂ、ｃを基に示してある。ステップａ）ではニッケル粉末が蒸留水内で分散剤によって懸濁され均質化される。転動混合機内で均一に混合後、分散接着剤（アクリレート）が添加され、再度混合され、こうして得られたスラリーが転写接着テープにナイフ塗布されるか、もしくはフィルムキャスティングまたはスクリーン印刷によって被着される。
上記工程において、溶媒として、水、有機溶媒、例えばアルコール、またはそれらの水性混合物が使用できる。また、金属粉末として前記ニッケル粉末、または銅粉末、またはこれらの金属を基とする合金粉末が使用できる。さらに、厚さ１０〜７５μｍの転写接着テープ、分散液の固形物含有量は３０〜８０重量％、平均粒径＜３０μｍの金属粉末が好ましい。
【００３２】
ニッケルアクリレートフィルム２１の乾燥後、ステップｂ）において必要なら再度分散接着剤２３または第２転写接着テープが上面にナイフ塗布されもしくは貼り付けられ、この側の接着能力が高められる。高いニッケル割合は通常接着能力の低下をもたらす。そのことから、他のステップにおいて付加的接着層を被着する必要性が生じる。
【００３３】
乾燥後、テープ２０は所要の幾何学形状に切断してデルタ電池に貼り付けることができる。部分図４ｃ）が示す完成した接着テープは焼成後に気孔率４０〜８０％、例えば５０％の多孔質体を実現する。
【００３４】
上記方法でもって両面ニッケル接着テープはさまざまな長さおよび幅で簡単に製造することができる。このような接着テープは特にΔ電池において応用するのに特別適している。ここでは燃料電池を構成するとき所要の焼結過程は"ｉｎ ｓｉｔｕ"で行うことがで
き、これにより所要の電気的、機械的特性が達成されている。
【００３５】
図５により示したのは、前記方法で製造されたニッケル接着テープ２０がΔ設計によるＨＰＤ電池として構想されたＳＯＦＣ燃料電池を構成するのに有利に利用できることである。その際に肝要なのは、中空紐として形成された電池コネクタ１２と燃料電池アノード１７との間に持続的電気結合を実現することであり、このため金属接着テープ２０が補助手段として役立つ。
【００３６】
温度処理によって電気伝導性の生成が行われる。有機成分を焼失するために、一側を水素雰囲気、他側を空気雰囲気とするデュアル雰囲気であって、空気側が５５０℃までのデュアル雰囲気で焼結が行われ、温度処理中、前記金属接着テープが多孔質層として前記第１電池の前記アノードと前記第２電池の前記インターコネクタとの間で焼結される。焼結によって気孔率４０〜８０％の多孔質金属層が得られる。
顕微鏡写真が適当に拡大して示すのは、約１０００℃で焼結後に中空紐１２の少なくとも１つのワイヤと多孔質ニッケル領域２０との間に材料結合が生じ、こうして電気的接触が達成されていることである。しかし同様に、電池コネクタの弾性は必要な程度に維持される。
【００３７】
所要の諸特性の確認は電気測定によって行われる。電気抵抗測定のためにニッケルワイヤから成る編成中空紐はニッケル接着テープによってデルタ形状の２つのニッケル部材の間に貼り付けられ１０００℃に加熱された。抵抗測定は４点測定で行われた。結果は１ｍΩの目標値が得られたことを確認した。
【符号の説明】
【００３８】
１０  燃料電池
１２  電池コネクタ
１５  インターコネクタ
１７  アノード
２０  接着テープ
２１  フィルム
２２  転写接着テープ
２３  接着層
【国際調査報告】
2010541146.tif 000009
2010541146.tif 000010
2010541146.tif 000011
2010541146.tif 000012