JPH03149759A - 高温燃料電池用の集電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の産業上の利用分野） 本発明は、化学エネルギーを電気工ネルギーに変換する
ための高温燃料電池に関する。その他の通常の型と比較
してその良好な効率により、電気化学エネルギー変換が
、そのために必要とされる装置と共に重要性を増しつつ
ある。

本発明は、イオン導体としてセラミック固体電解質を使
用する電気化学高温電池の更に進んだ開発に関するもの
であり、その目的は電池が使用される燃料に殆ど独立で
あり、しかも空間を節約する配置を従供することである
。

狭義で、本発明は、積重ねの形態で配置され、且つドー
ピングされた安定化酸化ジルコニウムに基く固体電解質
、隣の燃料電池の燃料電極に夫々の場合に電気接続され
る一つの燃料電池の酸素電極、並びに燃料及び酸素キャ
リヤーの異なるガス媒体を有する二つの空間に気密の導
電性分離プレートにより分けられる電極間に配置された
ギャップを有する、隣接する平らな平面状の高温燃料電
池の間の電流伝導のための集電装置に関する。

（従来の技術） セラミックの固体電解質を有する高温燃料電池が、多数
の刊行物により知られている。このような電池のための
実際の要素は、最も変化される形態及び寸法をもち得る
。抵抗電圧損失を少さく保つためには、電解質層の厚さ
をできるだけ小さく保つことが、いたる所で試みられる
。更に、要素の形態及び寸法は、必要な端子電圧に達し
、電流を比較的に低く保つために、多数の電池の電気直
列接続の可能性の要件に依存する。

下記の形態の要素がある。

円筒形チューブ（ウェスチングハウス （Ｗｅｓｔｉｎｇｈｏｕｓｅ））、 嵌め合せステム”と同様の円錐形チューブ（ドルニア（
Ｄｏｒｎｉｅｒ））、 台形波（アルゴンム（＾ｒｇｏｎｍｅ）　）円形プレー
ト（ＺＴＥＫ）。

セラミック固体電解質を有する燃料電池の開発に於いて
、現在まで、管形燃料電池要素の形態のセラミック部品
を改良し、そのコストを低減することに、殆ど専ら、注
目が集中されてきた。空間の最大に可能な使用に適した
配置または個々の電池の直列接続に有利である好適な形
状により高電圧を得ることに関して、実際に情報がない
。

フィルタープレス原理と同様の多数のプレート形平面状
燃料電池の積重ね型配置の場合、電流は、一つの電池の
酸素電極から隣の電池の燃料電極へと、プレートの平面
に垂直に伝導される必要がある。分離プレート（双極プ
レート）及び電極への電気接続要素（集電装置）が、こ
の機能に必須の部品として必要とされる。現在まで知ら
れている部品は、使用される材料、設計及び加工、並び
に長期の挙動に関する最近の要件を殆ど満たすことがで
きない。

燃料電池に使用される既知の基本要素は、かなり複雑な
形状寸法により主として類別され、これらの形状寸法は
密集した空間を節約する設置の構成に困難を生じる。更
に、提案された形態に従って、大きな工業規模の効率の
良い加工が殆ど不可能である。特に、簡単な加工の手段
で実施し得る個々の電池の最適の直列接続に使用できる
形状がない。

それ故、基本部品の構造及び製造の開発、簡素化及び合
理化並びにセラミック高温燃料電池に基くそれらの最適
の相互配置に関して多大な要望がある。

従来技術に関して、下記の刊行物が挙げられる。

−〇、アンドンセン（＾ｎｔｏｎｓｅｎ）　、Ｗ、バウ
カル（Ｂａｕｋａｌ）及びＷ、フイー／シｔ　　（Ｆｉ
ｓｃｈｅｒ）著、Ｈｏｃｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒ　−Ｂ
ｒｅｎｎｓｔｏｆｆｂａｔｔｅｒｉｅ　　ｍｉｔｋｅｒ
ａｍｉｓｃｈｅｍ　Ｅｌｅｋｔｏｌｙｔｅｎ　　（セラ
ミック電解質を有する高温燃料電池）　”　、Ｂｒｏｗ
ｎ　　Ｂｏｖｅｒｉｌｌｉｔｔｅｉｌｕｎｇｅｎ　１月
／２月号、１９６６年、２１〜３０頁、 −米国特許第４．６９２．２７４号、 −米国特許第４．３９５．４６８号、 −Ｗ、Ｊ、　　ドラード（Ｄｏｌｌａｒｄ）及びＷ、　
Ｇ、パーカ−（Ｐａｒｋｅｒ）著、′＾ｎ　ｏｖｅｒｖ
ｉｅｗ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｗｅｓｔｉｎｇ−ｈｏｕｓｏε
ｌｅｃｔｒｉｃ　［：ｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ　ｓｏｌｉ
ｄ　ｏｘｉｄｅ　ｆｕｅｌｃｅｌｌ　ｐｒｏｇｒａｍ　
（ウェスチングハウス・エレクトリック社の固体酸化物
燃料電池プログラムの大要”、εｘｔｅｎｄｅｄ　Ａｂ
ｓｔｒａｃｔｓ、　Ｆｕｅｌ　Ｃｅｌｌ　Ｔｅｃｈｎｏ
ｌｏｇｙ　ａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　　　、　
　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　　Ｓｅｍｉｎａｒ　　
、　　口ｅｎＨａａｇ、オランダ、１９８７年１０月２
６日〜２９日、 −ｌ”、Ｊ、ｏ−ル（Ｒｏｈｒ）著、旧ｇｈ　Ｔｅｍｐ
ｅｒａｔｕｒｅＦｕｅｌ　Ｃｅｌｌｓ％Ｓｏｌｉｄ　１
３１ｅｃｔｒｏｌｙｔｅｓ　（高温燃料電池、固体電解
質）、アカデミツク・プレス、インコーポレーション（
＾ｃａｄｅｍｉｃ　Ｐｒｅｓｓ、　Ｉｎｃ、）により１
９８７年に出版、４３１ｆｆ頁、 −〇、Ｃ，フィ（Ｆｅｅ）ら著、Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ
　ＦｕｅｌＣｅｌｌ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　（モル
ス燃料電池の開発）、アルゴン・ナショナル・ラボラト
リイ（Ａｒｇｏｎｎｅ％ａｔｉｏｎａｌ　Ｌａｂｏｒａ
ｔｏｒｙ）、１９８６年度の燃料電池セミナー（１９８
６年１０月２６〜２９日、タクソン（Ｔｕｃｓｏｎ）　
、ＡＺｌ米国エネルギー部門、シカゴ大学）で発表され
た論文。

（発明が解決しようとする課題） 従って、本発明の一つの目的は、積重ねの形態で配置さ
れ、固体電解質を有する平らな平面状の高温燃料電池の
間の電流伝導のための集電装置を提供することであり、
この集電装置は、隣接する燃料電池間のギャップを燃料
及び酸素キャリヤーの異なるガス媒体を有する二つの空
間に分ける分離プレートの両側に配置され、接点及び電
導体そのもの中の両方で最小の損失を伴なって完全な電
流伝達を確保し、未変化の長期の安全な操作を中断しな
いで保証する。ｇＬ型装置は、その製造に関して再現性
であるべきであり、費用有効であることを示すべきであ
り、且つ操作中断または特に点検及び調査のために行な
われる検査の場合に容易に変換できるべきである。

（課題を解決するための手段） この目的は、最初に記載された集電装置が、金属材料及
び／またはセラミック材料でつくられ、または金属成分
及び／またはセラミック成分を含む複合材料でつ（られ
、８００〜１０００℃の操作温度で全体として弾性であ
り、それらの役割として多数の電気接点を確保し、少な
くとも酸素側で非酸化性であり、または高温保護酸化物
を形成する多数の長期安定性の弾性要素からなり、且つ
プレートの平面に垂直に適用される１０３Ｐａの負荷の
もとにそれが少なくとも（１１ｍのばね撓み（ｓｐｒｉ
ｎｇ　ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）を有するような形状に設
計される場合に、達成される。

本発明及びその多くの追加の利点の更に完全な理解は、
それらが図面に関連して考慮して以下の詳細な説明を参
考することにより良く理解されるようになるので、容易
に得られる。

図面（ここで、同様の参照番号は幾つかの図中の同じ部
品または相当する部品を表わす）を参照して、集電装置
として接触フィンガーを備えた分離プレートの正面の長
さ方向の断面が第１図に示されている。ｌは、熱安定性
の耐酸化性合金または不透過性の導電性セラミック材料
からなる気密の平面状の分離プレートである。接触フィ
ンガーの形態の集電装置の個々の要素２が、上記の分離
プレートに導電方式でしっかりと接続される。

第２図は、両側に集電装置を備えた分離プレート及び隣
接する平行な平面状の燃料電池の正面の長さ方向の断面
を示す、ｌは気密の導電性分離プレートであり、これに
ミ多数の接触フィンガーからなる集電装置３が燃料側に
固定される。相当する対称的に配置された集電装置４が
酸素側に置かれる。集電装置３及び４により接触される
夫々の隣接する燃料電池は、セラミック固体電解質（ド
ーピングされた安定化ＺｒＯｚ）　５、Ｌａ／Ｐｉｎ−
ペロブスカイトの多孔性酸素電極（正極）６及びＮｉ／
ＺｒＯｚサーメットの多孔性燃料電極（負極）７からな
る。集電装置３及び４は、複数の平行な平面中に交差す
る様に配置された複数の個々の接触フィンガーからつく
られる。

第３図は、ガス側に集電装置を備えた分離プレートの平
面図を示す、その実施態様は、第２図の上部に実質的に
相当する。集電装置３を一緒に形成する接触フィンガー
２は、分離プレート（これは、平面図で長方形または正
方形である）上の複数の平面中に座に嵌められて配置さ
れる。

コームの形態の集電装置を備えた分層プレートの平面図
が、第４図に示されている。コームの形態の集電装置８
は、シートまたはストリップから打抜かれた複数の個々
の接触フィンガーからなる一体ボディに相当する。この
コー人形の形状のウェブは、接続点９（溶接接続または
ハンダ付は接続）により分離プレートｌにしっかりと接
続される。

第５図は、二重コームの形態の集電装置を備えた分離プ
レート−を備えた分離プレートの正面の長さ方向の断面
を示す、１０は第一列に置かれているこのような電電装
置であり、１１は第二列中の集電装置であり、第一列中
の集電装置に対してずらして置かれている。シートから
打抜かれた集電装置は、第４図と同様に分離プレートｌ
に固定される。

第６図は、二重コームの形態の集電装置を備えた分離プ
レートの平面図に関する。その配置は、第５図の配置に
実質的に相当する。異なる二重コームは、交差する様な
配置が形成され、できるだけ大きい面積が覆われるよう
な方法で、互いに内側に嵌め合せられる。

間に配置されたらせん形の集電装置を備えた、分離プレ
ート及び隣接する燃料電池の正面の長さ方法の断面及び
側面の断面が、第７図に示される。

傾斜ヘリックス（らせん形のばね）の形態の集電装置１
２が、分離プレート１と燃料電池５．６．７との間に固
定される。分離プレー）１の上に載っているヘリックス
の回転は、接続点１３（溶接接続、ハンダ付は接続、焼
結点）により分離プレートにしっかりと固定される。比
較的柔らかいばね（低いぼね定数）がヘリックスの長さ
方向の軸に対する回転の傾斜配置により形成され、これ
はむら（ｕｎｅｖｅｎｎｅｓｓ）を吸収する目的に有益
である。

らせん形集電装置の正面の長さ方向の断面図及び側面の
断面図が、第８図に示される。その表示は第７図の表示
に相当し、プレートの平面に垂直に作用する圧縮力ｐの
もとに生じた変形及び置換を示す。１２は負荷圧縮力ｐ
下の集電装置であり、１２°は無負荷状態の集電装置で
ある。ヘリックスの断面は、いずれの場合にも回転の傾
斜配置により長円形であり、負荷のもとでその偏心距離
の更に増加を受ける。

第９図は、セラミック繊維かららせん形集電装置の製造
の斜視図を示す。容器１４が溶融セラミック１５に用意
される。１６は回転する長さ方向に移動可能なマンドレ
ルであり、その上に溶融セラミック１５の薄い流延流（
ｃｏａｔｉｎｇ　ｓｔｒｅａｍ　；フィラメント）　１
７が堆積される。マンドレル１６の回転及び長さ方向に
向けられた移動が、矢印により示される。１８は、この
ように製造された溶融セラミック１５のヘリックスであ
る。

第１１図は、間に配置された波形集電装置を備えた、分
離プレート及び隣接する燃料電池の正面の長さ方向の断
面に関する。波形集電装置１９′″（これはワイヤー、
ストリップ、網状構造体、メツシュまたはスクリーンか
らなる）は、プレートの平面に垂直な負荷（圧縮力ｐ）
の影響下に配置される、その位置で表わされる。１は分
離プレートであり、燃料電池５．６．７（これは実際に
は三層からなる）は先の図面の燃料電池に相当する。

もとの無負荷の集電装置の初期の形態が１９”により示
される。

波形集電装置の斜視図が、第１１図に再現される。二つ
の対向する面の夫々で、個々の波形ワイヤーからなる集
電装置１９は、横接続として強化ストリップ２０を有す
る。個々のワイヤー１９の波は、接点に於けるプレート
の全平面にわたって作用する圧縮力の分布をできるだけ
均一に確保し、且つ良好な電流伝達を保証するために、
互いにずれている。

ワイヤーメツシュのプロファイル集電装置の長さ方向の
断面図が第１２図に示されている。集電装置２１は、波
形であるか、またはプロチュバランス及びくぼみを備え
ているワイヤーメツシュの形態で具体化される。この配
置に於いて、列中にあるプロファイル（凸形ベンド、凹
形ベンド）は、分離プレート及び燃料電池の全断面にわ
たる接触をできるだけ均一に確保するために、隣の列の
プロファイルに対して半分の部分だけ位置を変えられる
。

第１３図は、金網のプロファイル集電装置の断面図に関
する。この場合は、プレーツ布の形態の集電装Ｍ２２に
関する。この配置に於ける変形及び置換の条件は、第１
１図の条件に匹敵する。

第１４図は、間に置かれている先のとがった波形の集電
装置を備えた、分離プレート及び隣接する燃料電池の正
面の長さ方向の断面を示す。参照記号ｌ、５．６及び７
は第１０図の夫々の記号に正確に一致する。２３は先の
とがった波形のワイヤーの形態の集電装置である。その
結果として、シヌソイドの形態の古典的な実施態様と対
照的に、接触面積が減少され、比接触圧がそれに応じて
増加される。

二つの平面で波形の集電装置の断面の斜視図が第１５図
に再現される。ワイヤー（これは一つの平面でシヌソイ
ド線（破線の連続波として示される）として最初に与え
られる）が、その中心線のまわりで特定の角度（例えば
１２０°）で二つの平面に折られる。２４は二つの平面
で波形のワイヤーの形態のこの集電装置を表わす。

第１６図は、二つの平面で波形であり多数のワイヤ一要
素からなる集電装置の正面断面図及び側面図を示す。■
字形の断面の集電装Ｗ２５（これはそれらの脚部で立っ
ており、二つの平面で波形のワイヤーの形態である）は
、相当する集電装置２６（これは、それらの頭部で立っ
ている）と交互に並ぶ。両方のグループ（２５及び２６
）は、横接続として強化ストリップ２０により対向する
面で一緒に保持される。

二つの平面で先のとがった波形の集電装置の平面図が第
１６図に示される。その基本構造は、第１６図の構造に
相当する。しかしながら、ここでは、シヌソイド弧の頂
点に配置された接触面積を少さく保つために、波形が先
のとがったようにに具体化される。参照記号は、第１６
図の参照記号に一致する。

第１８図は、間に配置された焼結された集電装置を備え
た、分離プレート及び隣接する燃料電池の正面の長さ方
向の断面を示す、その構造は第１図に殆ど一致する。ｌ
は熱安定性合金の分離プレートであり、２は集電装置の
個々の要素である。

端部で密集された接触フィンガーに代えて、Ｎｉ／Ｚｒ
Ｏ□サーメットの多孔性燃料電極７への焼結接続部２７
が用意される。５はＺｒＯ□の固体電解質であり、６は
多孔性酸素電極である。熱膨張の場合は集電装置２のか
なり長い積層部分の弾性変形により吸収される。

スＪすＬＬ 第１図、第２図及び第３図を参照のこと。

個々の接触フィンガー２からなる集電装置及び分離プレ
ー１−１を、ドイツ規格ＤＩＮによる材料番号１．４７
６２を有し名称Ｘ　１０ＣｒＡｊ！　２４を有する熱安
定性の耐酸化性鉄系合金から加工した。

その材料は、下記の組成を有していた。

Ｃｒ＝２４重量％ ＡＪ＝１．５重量％ ５ｉ＝０．９重量％ １１ｎ　＝　０．８重量％ Ｃ＝０．１０重量％ Ｆｅ−残部 ０、８　Ｍの厚い分離プレートｌは、長方形であり、長
さ７０■ｌ、幅３５ｍｍを有していた。同じ材料からワ
イヤーを圧延することにより製造された接触フィンガー
２は、下記の寸法を有していた。

長さ：　　　　約２１ｍ 酸素側の高さ：約　６日 燃料側の高さ：約　３１ 輻：　　　　約　２１飄 厚さ：　　　　約　０．２■ 接触フィンガーの脚部（これは分離プレー１−１に接続
されるべきである）は約３鶴の長さく水平方向）を有し
、他端に配置された頭部は約ｌＨの高さく垂直方向）を
有していた。接触フィンガー２と分離プレートｌとの間
に囲まれた角度は酸素側（空気）で約１２°であり、燃
料側（ＣＨ４）で約５°であった。夫々、酸素側及び燃
料側の一つの接触フィンガーを、相当する保持装置を用
いて、スポット溶接機械中で分離プレートｌにしっかり
と接続した。一つの側及び他の側に交互に面している接
触フィンガー２の複数の列をこの様にして組立て集電装
ｆ３　（燃料側）及び４（酸素側）を形成した。合計で
、？Ｘ１４＝９８の接点を約２０−の突出した活性な表
面の面積でつくった。最後に、個々の接触フィンガー２
の高さの相互の違いが０．１　ｕ未満になるような方法
で面平行の鋼ジョーの間のわずかな圧力により全体を配
列した。プレートの平面に垂直な約１．５Ｘ１０３Ｐａ
の特定の負荷の場合には、接触フィンガー２の平均のば
ね撓みは約０．２鶴であった。この様にして全てのむら
及び荒さ並びにセラミック固体電解質５、酸素電極６及
び燃料電極７からなる隣の燃料電池の加工許容度を補正
することが可能であった。接点に於ける電流伝達は接触
フィンガー２の頭部の付加的な貴金属被覆により確保し
た。

実施ＪＬＬ 第４図を参照のこと。

２（第１図を参照のこと）と同様の接触フィンガーの複
数の列及び分離プレートｌからなり、電流伝導の目的に
役立つ部品を、打抜いたシート部品からつくった。使用
した材料は、ＤＩＮに従う番号１４７６７を有し、名称
ＣｒＡＩ１２０５を有するＦｅ／Ｃｒ／ＡＩ合金であっ
た。その材料は下記の組成を有していた。

Ｃｒ＝２０重量％ ＡｊＰ＝５重量％ ５ｉ＝０．８重量％ Ｍｎ＝０．７重量％ Ｃ＝０．０８重量％ Ｆｅ−残部 分離プレー）１は実施例１と同じ寸法を有していた。コ
ームの形態の幾つかの集電装Ｗ８を０．２鰭の厚いシー
トから打抜いた。個々の接触フィンガーは１．２皿の幅
を有していた。二つの接触フィンガーの横方向のギヤア
ブは２１１１１であった。コームの裏面は約３鶴の幅の
ストリップからなっていた。コームを圧力により第１図
に一致する個々の接触フィンガーの形態にし、その形状
寸法は実施例１の形状寸法に殆ど一致した。隣接する交
差する接触フィンガーの間の残りの横方向のギャップ（
遊び）が９．４　ｍｍとなるように、コームを互いに交
互に押しつけた。この構成の進行中に、コームをスポッ
ト溶接９によりそれらのストリップ部分で結合し、高温
ハンダにより全体を更にしっかりと接続した。ハンダ付
けは１２００℃の温度で減圧で行なった。打抜きにより
製造された接触フィンガーの頭部の鋭利な切断端部を酸
洗いにより溶錬して除き丸みをつけた。仕上げボディの
配置は、実施例１に記載されたのと同様にして行なった
。

１隻■↓ 第５図及び第６図を参照のこと。

実施例２と向様にして、集電装Ｗ１０及び１１をシート
から二重コームの形態で打抜き、ベント形態にプレスし
、スポット溶接及びロウ付けにより分離プレートｌに接
続した。ＤＩＮに従う材料番号２．４８６９をもち、名
称ＮｉＣｒ８０２０及び下記の組成を有するＮｉ／Ｃｒ
合金をもち、二重コームｌＯ，１１及び分離プレート１
に使用した。

Ｃｒ＝２０重量％ Ｓｉ＝１．２重量％ ？Ｉｎ＝０．８重量％ Ｃｕ＝０．４重量％ Ｃ＝０．１２重量％ Ｎｉ＝残部 分離プレートは、厚さ０．６皿、長さ５０鶴及び幅３０
ｍを有していた。二重コームの個々の接触フィンガーは
、下記の寸法を有していた。

長さ　　　　：約７　ａｍ 酸素側の高さ：約３鶴 燃料側の高さ：約２ｍ 幅　　　　　　：約０．８鶴 厚さ　　　　　：約０．０８誦 二つの接触フィンガーの間の横方向のギャップは１．４
皿であった。こうして、隣接する交差する接触フィンガ
ーの間の横方向の隙間は０．３　ｍであった。その他の
点について、丘作は実施例２に記載したのと正確に同じ
であった。

尖施桝↓ 第７図及び第８図を参照のこと。

電流伝導部品は、気密の導電性分離プレート１及び傾斜
へリフクスの形態の集電装置１２からなっていた。実施
例３に記載した材料ＮｉＣｒ８０２０を両方に使用した
。

輝くように磨いた分離プレートｌは、厚さ０．３ｍ票を
有していた。０．１５ｍのワイヤーを巻いて、約７鰭の
回転直径のヘリックス（らせん形のばね）を形成し、分
離プレート１の幅に相当する部分に分けた。ついで、夫
々のヘリックスの端部をスポット溶接により分離プレー
ト１に結合した。プレートの平面に垂直な負荷を適当す
ることにより、回転が全断面を専有し、回転がプレート
の平面に対して傾斜して立つようになる様に、ヘリック
スをそれらの長さ方向に水平の推力下で変形させた（第
７図及び第８図を参照のこと）。プレートの平面に垂直
なヘリックスの高さは燃料側で約３　ｍｍであり、酸素
側で４皿であった。全体をこの位置で耐熱装置中で９８
０℃の温度で５時間にわたって減圧下に保った。このプ
ロセス中に、集電装置１２の個々の波をそれらの接点（
焼結点１３）で分離プレート１にしっかりと焼結した。

更に、不可逆の熱成形がこの様にして行なわれ、その結
果、冷却及び負荷の除去の後に、ヘリックスの回転は初
期の状態に相当する円筒形に最早もどらなかった。しか
しながら、弾性は殆ど保持された。プレートの平面に垂
直に適当された、１回転当り２×１（１４）Ｎの負荷の
もとに、集電装ｆ１２は約０．２２１園だけゆがんだ。

実亀桝】 第９図を参照のこと。

燃料側で、集電装置は傾斜ヘリックス（第７図中の１２
を参照のこと）の幾何形態をほぼ有していた。それは、
回転する長さ方向に移動し得るマンドレル１６の上に堆
積された流延流の形態の溶融セラミック１５から製造し
た。炭化ケイ素（これは、操作温度でかなり良好な金属
導電率を有する）を、その材料として使用した。凝固し
た溶融セラミックのヘリックス１８は、マンドレル１６
を図示された矢印の方向にその移動を案内するようにプ
ログラミングすることにより、最終傾斜角の形態で直接
製造した。

分離プレートｌ　（第７図を参照のこと）は、セラミフ
ク複合構造物として具体化され、燃料側で稠密に焼結さ
れた炭化ケイ素の１、５０の厚いプレートからなり、酸
素側でプラズマ噴霧法を用いて適用されたストロンチウ
ムでドーピングされたＬａ／Ｐｌｎペロフスカイトの２
００ミーの厚い層からなっていた。前もって炭化ケイ素
プレートに電気めっきすることにより適用された６０ミ
ーの厚いニッケル層を、それらの間に拡散バリヤーとし
て配置した。複数のヘリックス１８をらせん形の方式で
互いに回転して、多数の接点を有する一種のカーペット
”を生じた。

セラミックセメントを用いて、それらの端部を分離プレ
ートｌに固定した。全体をアルゴン雰囲気中で１４００
℃の温度で２０時間焼結した。このプロセス中に、堅固
な接続点を接点（第７図及び第８図の１３を参照のこと
）で形成した。ばね撓みは、１回転当り５ＸＩＯ−”Ｎ
の負荷のもとで約５０μｍであった。

実施［ 第ｌθ図を参照のこと。

鉄系合金Ｘ　１０ＣｒＡｌ　２４の波形集電装置１９を
厚さ０．１５　＋ｗ、幅１．２Ｍのバンド（実施例１を
参照のこと）から加工した。多数のこのようなバンドを
、スポット溶接により、平面状のバンド形のストリップ
（第１１図を参照のこと）を介して一端で接続した。無
負荷の状態で、集電装置は参照記号１９Ｉにより示され
た形態を有していた。

それらは負荷（圧縮力ｐ）の影響下に自由に変形させる
ことができ、横方向に移動でき、これは参照記号１９（
操作状態）により示される。

波形の形態は、必ずしもシヌソイド形態である必要がな
い、三角形、長方形、トラペーズ、非対称の傾斜波、等
の如き、任意の波形の形態が実現し得る。これらの形態
は、とりわけ、集電装置に関して達成すべきばね定数（
剛性、ばね撓み）に依存する。

−裏隻■１ 第ｌＯ図を参照のこと。

実施例６と同様に、波形集電装置１９は、０．１鶴の厚
いシート（第４図を参照のこと）から打抜かれたコーム
状のボディからなり、そのｌ鵬の幅の薄層を圧延装置中
でひき続いて波形にした。波の長さは約６　ｍａｒであ
った。設置した状態のばね撓みは、一つの波当り約５Ｘ
１０−”Ｎの負荷（プレートの平面に垂直）のちとに約
（Ｌ　Ｉ　Ｏ＊ｗｍであった。

亥ｍ影 第１１図を参照のこと。

Ｆｅ／Ｃｒ／ＡＪ！合金ＣｒＡＪＩ２０５の波形集電装
置１１９を、０．２５ｍの厚いワイヤー（実施例２を参
照のこと）から製造した。多数のこのようなワイヤーを
、スポット溶接により平面状のバンド形の強化ストリッ
プ２０を介して接続しく横接続）、格子状のボディを形
成した。ついで、この集電装置を同じ材料の正確に形作
られた分離プレート１の上に置き、プレートの平面に垂
直に負荷をかけ、１２００℃で３時間にわたって減圧下
に接点（局所溶接された）で焼結した。実施例６（第１
０図）とは対称的に、横方向の移動はここでは起こらな
い、かなり薄いワイヤーの低弾性モジュラスのため、垂
直方向の必要な弾性が確保される。

実隻舅工 第１２図を参照のこと。

プロチュベランス及び（ぼみを備えたワイヤーメツシュ
の形態の集電装置２１を、燃料側に関して、純粋なニッ
ケルからつくった。合金ＮｉＣｒ８０２０（実施例３を
参照のこと）を酸素側に使用した。

ワイヤーメツシュの開口部は約０．３鰭であり、ワイヤ
ーの厚さは０．１　ｍｍであった。ワイヤーメツシュを
圧縮装置中で成形して波またはプロチュベランスを有す
る２ｍまたは３鶴の高プロファイルボディを得た。この
ようにして得られた接触分離は２、５〜６　ｍｍであり
、その結果、１ｃ＋Ｊ当り約１３〜１５個の接点の接触
密度を得ることができた。一つのプロチュベランス当り
８ＸｌＯ−”Ｎの負荷で、ばね撓みは約０．０８ｍであ
った。

失隻■土■ 第１３図を参照のこと。

集電装置２２をプリーツ布の形態で製造した。

金網に使用した材料Ｘ　１０ＣｒＡ！　２４は、実施例
１の材料に相当した。金網のワイヤーは０．１　ｍの直
径を有していた。メツシュの開口部は０．６■であった
。金網は折りたたんでひだをっけ、約３鶴の間隙及び約
１、６　Ｍの全高さく２倍の振幅）を有していた。点状
接触の平均分離は約３鶴であった。

集電装置のばね撓みは、一つの接点当り約８０Ｘ１０−
３Ｎの垂直方向の負荷（プレートの平面に垂直）の場合
には約０．０５ｍであった。

実隻拠上土 第１４図を参照のこと。

この実施例に於いて、このようにして比接触圧を増加し
、且つできるだけ低い伝達抵抗を得るためには、電気接
点の有効面積を減少することが問題であった。これは、
先のとがった波形のワイヤーの形態の集電装置２３を従
供することにより達成された。この目的には、かなり平
らなシヌソイドまたはトラペーズの波で最初に存在する
ワイヤーを、波の頂点を外側に押して振幅を増加する形
態にプレスした。これは、比較的に急なテーバーをもち
小さな曲率半径及びかなり高い剛性を有する頂点部分を
生じた。材料ＣａＡ１２０５の直径０．２５關のワイヤ
ーを出発材料として使用した。

波の長さは１２ｍｍであり、全高さく２倍の振幅）、は
約３．５　ｍｍであった。プレートの平面に垂直な約０
−１５　ｍのばね撓みは、一つの接点当り３５Ｘ１０−
Ｎの力で得られた。

実施例１２ 第１５図を参照のこと。

集電装置２４を、二つの平面で波形のワイヤーの形態で
製造した。まず、材料Ｘ　Ｉ　ＯＣｒＡｊ！　２４の０
．２５　ｍｍの厚いワイヤーを、長さ１２ｍ、振幅５ａ
ｗのほぼシヌソイドの波で平面に置いた。この波形の形
状を、断面で見て約１０？°の開口部角度のＶ字形ボデ
ィが形成されるように、長さ方向の軸（交線、シヌソイ
ド曲線の零交差（ｚｅｒ。

ｃｒｏｓｓｉｎｇ））で折りたたんだ。その結果、正弦
白線の頂点線の分離（Ｖ字形開口部の幅）は約８ＩＩ１
１であり、Ｖ字形ボディの高さは約３ＩＩＩ＋であった
。プレートの平面に垂直なばね撓みは、一つの接点当り
４０ＸＩＯ−Ｎの力で約０．１２ｍｍであった。多数の
このような折りたたんだ波形の集電装置を一体にし、互
いに重ね合わせ、夫々の場合に半分の間隙だけずらし、
夫々の場合にスポット溶接により波を両端で交点で固定
することにより、同じ材料の分離プレートを有する全体
を形成した。この充分に弾性の設計（その配置は長期に
わたって安定である）は、隣接する部品のむら及び加工
許容度に優れた整合を生じた。

実施■上↓ 第１６図を参照のこと。

全集電装置として役立つボディを、以下のようにして、
材料ＣｒＡＪ２０５の個々のワイヤーから製造した。ま
ず、直径０．１２ｍのワイヤーを長さ約１０ｍ、振幅１
．５鴎のシヌソイド波とし、ついで実施例１１（第１４
図を参照のこと）と同様にして、零交差で延伸すること
により先のとがった波形の形態とし、頂点で広くした。

一つの頂点から一つおいて隣の頂点まで測定された、夫
々の第二の波を、断面で見てＶ字形のボディが製造され
るように、（のこ刃の歯と同様に）６０°の角度で設定
した。次の工程は、脚部で立つ、このような集電装置２
５に関して、頭部で立つ集電装置２６の隣りに波の長さ
の半分だけずらして交互に配置することであり、全体に
関して、スポット溶接により端部で強化ストリップ２０
により固定すること（横接続）であった。全集電装置の
高さは約２．７ｍであった。一つの接点当りで６０Ｘｌ
Ｏ−３Ｎの接触力のちとに、約０．１５ｍのばね撓みが
あった。

実ｆｆｉ 第１４図、第１６図及び第１１図を参照のこと。

実施例１２に記載したのと同じ材料ＸＩＯＣｒＡｌ！２
４から二つの平面で先のとがった波形にされた集電装置
２５及び２６を、−６０°の開口部角度で折りたたむこ
とにより製造した。波の長さは１２μｍであり、振幅は
３．５ミーであり、ワイヤーの厚さは０．１５μｍであ
った。脚部で立つ集電装置２５を、頭部で立つ集電装置
２６の隣にずらさないで交互に配置し、ストリップ２０
により互いに接続した。全体は約３ミーの高さのボディ
を生じた。ばね撓みは、一つの接点当り８０ＸＩＯ−３
Ｎの点状の負荷で約０．１３μ請であった。

尖施叢↓】 第１８図を参照のこと。

純粋なニッケルの接触フィンガーの形態の集電装置２の
個々の要素を、材料ＮｉＣｒ８０２０の気密の４電性分
離プレート１に溶接した。分離プレートは０．６■璽の
厚さを有し、集電装置は０．５酩の厚さを有していた。

燃料電池は、固体電解質５並びに電極６及び７からなっ
ていた。集電装置２への焼結接続部２７を、Ｎｉ／Ｚｒ
Ｏ，サーメットから燃料電池７の側につ（った。この目
的のため、５ミーの最大粒径を有するニッケル粉末を接
点で振り掛け、５０Ｘ１０−Ｎの点状の負荷をかけた。

ついで、全体を１１００℃の温度で減圧下に２時間焼結
した。負荷を除いた後、顕著な伝達抵抗を室温または９
００℃の意図した操作温度で測定することは不可能であ
った。

本発明は、実施例に限定されない。

隣接する平らな平面状の高温燃料電池５．６．７　（こ
れらは積重ねの形態で配置され、ドーピングされた安定
化酸化ジルコニウムに基（固体電解質を有する。一つの
燃料電池の酸素電極６は、夫々の場合に隣の燃料電池の
燃料電極７に電気接続され、電極６．７の間に配置され
たギャップは気密の導電性分離プレー）１により燃料及
び酸素キャリヤーの異なるガス媒体を有する二つの空間
に分けられる）の間の電流伝導のための集電装置は、金
属材料及び／またはセラミック材料からつくられ、ある
いは金属成分及び／またはセラミック成分を含む複合材
料からつくられ、８００〜１０００℃の繰作温度で充分
に弾性であり、役割として多数　　の電気接点を確保し
、且つ少なくとも酸素側で非酸化性であり、または高温
保護酸化物を形成、する多数の長期安定性の弾性要素か
らなり、且つプレートの平面に垂直に適用される１０３
Ｐａの負荷のもとに、それが少なくとも０．１　Ｍのば
ね撓みを有するような形状に設計される。一つの実施態
様に於いて、集電装置は接触フィンガーの形態の幾つか
の個々の要素２からなあ、夫々の個々の要素２は、気密
の導電性分離プレートｌに、しっかりと、非陽に（ｎｏ
ｎ−ｐｏｓｉｔｉｖｅｌｙ）導電接続される。

集電装置は、燃料側及び酸素側の両方で、接触フィンガ
ーの多数の交差する列３．４からなることが好ましく、
これらのフィンガーは分離プレートｌの両側にしっかり
と接続され、接触フィンガーの密集端部は少なくともＩ
Ｏ”Ｐａの接触圧力下チー面でＬａ／Ｍｎペロブスカイ
トの多孔性電極６に接触し、他面でＮｉ／Ｚｒ（ｈサー
メットの多孔性燃料電極７に接触する。有利な方式に於
いて、集電装置は、コーム８°の形態の幾つかの接触フ
ィンガーからつくられ、複数のこのようなコーム８は交
差する重ね合わせ方式で配列され、分離プレー）１の上
の接続点９に固定され、あるいは集電装置は二重コーム
１０，１１の形態でつくられ、それらに関して、中央部
分を介して互いに接続された接触フィンガーからなり、
その中央部分は分離プレート１にしっかりと接続される
。

別の実施態様に於いて、集電装置はプレートの平面に垂
直に作用する圧縮力ｐを受ける幾つかの傾斜ヘリックス
１２からなり、これらのヘリックスは長さ方向の軸に沿
って自由に移動でき、または溶接、はんだ付けもしくは
焼結によりそれらの接続点１３で分離プレー）１にしっ
かりと接続される。一つの別形に於いて、集電装置は、
凝固された溶融セラミックの少なくとも一つのヘリック
ス１８からなる。

別の実施態様に於いて、集電装置はワイヤー、バンド、
ネット、メツシュまたはスクリーンの多数の波形の個々
の要素１９からなり、個々の要素１９の端部は横接続と
して強化ストリップ２０により一緒に保持される。この
場合には、別形は以下のとおりである。

プロチュベランス及びくぼみを備えたワイヤーメツシュ
、波形のワイヤーメツシュ、またはプリーツ布からなる
集電装置。点状方式で分離プレート１及び対向する電極
７に接触する多数の先のとがった波形のワイヤー２３か
らなる集電装置。二つの平面で波形の幾つかのベントワ
イヤー２４からなる集電装置であって、プロファイルの
観点からＶ字形が形成され、接触が一つの側でベンドに
より確保され、他の側で波の頂点により確保される、集
電装置。二つの平面で先のとがった波形の幾つかの波形
のワイヤー２５．２６からなる集電装置であって、平行
に配置された個々−の要素が電気接続されるプレートの
平面に対してそれらの脚部２５及びそれらの頭部で交互
に立って配置され、端部が横接続として役立つ強化スト
リップ２０により一緒に保持される、集電装置。

最後に、集電装置は接触フィンガーの形態の幾つかの個
々の要素２からなることが好ましく、堅固な非陽の導電
性の焼結接続部２７が個々の要素２と電極７との間に存
在することが好ましい。

明らかに、本発明の多数の改良及び変化が上記の教示に
鑑みて可能である。それ故、特許請求の範囲内で、本発
明は本明細書に詳細に記載された以外に実施し得ること
が理解されるべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、集電装置として接触フィンガーを備えた分離
プレートの正面の長さ方向の断面を示す。 第２図は、両側に集電装置を備えた分離プレート及び隣
接する平行な平面状の燃料電池の正面の長さ方向の断面
を示す。 第３図は、ガス側に集電装置を備えた分離プレートの平
面図を示す。 第４図は、コームの形態の集電装置を備えた分離プレー
トの平面図を示す。 第５図は、二重コームの形態の集電装置を備えた分離プ
レートの正面の長さ方向の断面を示す。 第６図は、二重コームの形態の集電装置を備えた分離プ
レートの平面図を示す− 第７図は、間に配置されたらせん形の集電装置を備えた
、分離プレート及び隣接する燃料電池の正面の長さ方向
の断面及び側面の断面を示す。 第８図は、集電装置の正面の長さ方向の断面図及び側面
の断面図を示す。 第９図は、セラミック繊維からのらせん形の集電装置の
製造の斜視図を示す。 第１１図は、間に波形の集電装置を備えた、分離プレー
ト及び隣接する燃料電池の正面の長さ方向の断面を示す
。 第１１図は、波形の集電装置の斜視図を示す。 第１２図は、ワイヤーメツシュのプロファイル集電装置
の長さ方向の断面図を示す。 第１３図は、金網のプロファイル集電装置の断面図を示
す。 第１４図は、間に配置された、先のとがった波形の集電
装置を備えた、分離プレート及び隣接する燃料電池の正
面の長さ方向の断面を示す。 第１５図は、二つの平面で波形の集電装置の斜視図及び
断面図を示す。 第１６図は、多数のワイヤ一要素から二つの平面で波形
にされた集電装置の正面の断面図及び側面図を示す。 第１１図は、二つの平面で先のとがった波形にされた集
電装置の平面図を示す。 第１８図は、焼結され、間に配置された集電装置を備え
た、分離プレート及び隣接する燃料電池の正面の長さ方
向の断面を示す。 Ｆｉｇ、１ ゝ」／／Ｉ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　ｌ■ ｃカ し― ｘ反！ （”）　　　　（ １）　　　　　　　　ブ　　ヘ （）、／／ ｉｇ−１７ 手続補正書（方式） １、事件の表示　　　平成２年特許願第１９６０１８号
２、発明の名称　　高温燃料電池用の集電装置３、補正
をする者 事件との関係　　出願人 ４、代理人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）積重ねの形態で配置され、且つドーピングされた
   安定化酸化ジルコニウムに基く固体電解質５、隣の燃料
   電池の燃料電極７に夫々の場合に電気接続される一つの
   燃料電池の酸素電極６、並びに燃料及び酸素キャリヤー
   の異なるガス媒体を有する二つの空間に気密の導電性分
   離プレート１により分けられる、電極６、７の間に配置
   されたギャップを有する、隣接する平らな平面状の高温
   燃料電池５、６、７の間の電流伝導のための集電装置で
   あって、 集電装置が、金属材料及び／またはセラミック材料から
   つくられ、あるいは金属成分及び／またはセラミック成
   分を含む複合材料からつくられ、８００〜１０００℃の
   操作温度で充分に弾性であり、役割として多数の電気接
   点を確保し、且つ少なくとも酸素側で非酸化性であり、
   または高温保護酸化物を形成する多数の長期安定性の弾
   性要素からなり、且つプレートの平面に垂直に適用され
   る１０＾３Ｐａの負荷のもとに、それが少なくとも０．
   １ｍｍのばね撓みを有するような形状に設計されること
   を特徴とする、上記の集電装置。（２）接触フィンガー
   の形態の幾つかの個々の要素２からなり、夫々の個々の
   要素２が気密の導電性分離プレート１にしっかりと非陽
   に導電接続される、請求項１記載の集電装置。 （３）燃料側及び酸素側の両方で接触フィンガーの多数
   の交差する列３、４からなり、フィンガーが分離プレー
   ト１の両面にしっかりと接続され、接触フィンガーの密
   集端部が少なくとも１０＾２Ｐａの接触圧力下で一面で
   Ｌａ／Ｍｎペロブスカイトの多孔性酸素電極６に接触し
   、他面でＮｉ／ＺｒＯ＿２サーメットの多孔性燃料電極
   ７に接触する、請求項１または２記載の集電装置。 （４）コーム８の形態の幾つかの接触フィンガーからな
   り、複数のこのようなコーム８が交差する重ね合わせ方
   式で配列され、分離プレート１の上の接続点９に固定さ
   れる、請求項１または２記載の集電装置。 （５）互いに関して交差する重ね合わせ方式で配置され
   た幾つかの二重コーム１０、１１からなり、それらに関
   して中央部分を介して互いに接続された接触フィンガー
   からなり、中央部分が分離プレート１にしっかりと接続
   される、請求項１または２記載の集電装置。（６）プレ
   ートの平面に垂直に作用する圧縮力ｐを受ける幾つかの
   傾斜ヘリックス１２からなり、それらのヘリックスが長
   さ方向の軸に沿って自由に移動できる、請求項１記載の
   集電装置。 （７）プレートの平面に垂直に作用する圧縮力ｐを受け
   る幾つかの傾斜ヘリックス１２からなり、それらのヘリ
   ックスが溶接、はんだ付けまたは焼結によりそれらの接
   続点１３で分離プレート１にしっかりと接続される、請
   求項１記載の集電装置。 （８）凝固された溶融セラミックの少なくとも一つのヘ
   リックス１８からなる、請求項６または７記載の集電装
   置。 （９）ワイヤー、バンド、ネット、メッシュスクリーン
   の多数の波形の個々の要素１９からなり、個々の要素１
   ９の端部が横接続として強化ストリップ２０により一緒
   に保持される、請求項１記載の集電装置。 （１０）プロチュバランス及びくぼみを備えたワイヤー
   メッシュ、または波形ワイヤーメッシュ、またはプリー
   ツ布からなる、請求項１記載の集電装置。 （１１）点状方式で分離プレート１及び向かい合う電極
   ７に接触する多数の先のとがった波形のワイヤー２３か
   らなる、請求項１記載の集電装置。 （１２）二つの平面中の幾つかの波形のベントワイヤー
   ２４からなり、Ｖ字形がプロファイルの観点から形成さ
   れ、接触が一つの側でベンドにより確保され、他の側で
   波の頂点により確保される、請求項１記載の集電装置。 （１３）二つの平面で先のとがった波形の幾つかのワイ
   ヤー２５、２６からなり、平行に配置された個々の要素
   が、電気接続されるプレートの平面に対してそれらの脚
   部２５及びそれらの頭部で交互に立って配置され、端部
   が横接続として役立つ強化ストリップ２０により一緒に
   保持される、請求項１記載の集電装置。 （１４）接触フィンガーの形態の幾つかの要素２からな
   り、しっかりした非陽の導電性の焼結接続部２７が個々
   の要素２と電極７との間に存在する、請求項１記載の集
   電装置。