專利名稱：管狀燃料電池模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種管狀燃料電池模塊，更具體地，涉及其中燃料電池的 集電電極還用作燃料電池之間的隔離件的管狀燃料電池^t塊。
背景技術(shù)：
如圖12所示管沿著長度方向的截面圖所示，傳統(tǒng)的管狀燃料電池包括 內(nèi)部電極IO、第一催化劑層12、電解質(zhì)層14、第二催化劑層16以及樹脂 密封件20。圖13示出沿著圖12所示線A-A的截面圖。如圖13所示，內(nèi) 部電極IO、第一催化劑層12、電解質(zhì)層14和第二催化劑層16從內(nèi)向外依 次層疊，并形成為基本同心的圓筒狀。在這類管狀燃料電池中，如圖12和13所示，表現(xiàn)出導(dǎo)電性的外部線 圏18通常在基本沒有間隙的情況下繞第二催化劑層16的外周巻繞，而內(nèi) 部電極10和外部線圏18經(jīng)由外部電路電連接。例如，日本國家階段未審 定公報No. Hei 08-507896公開了 一種包括繞外側(cè)電極的外周螺旋巻繞的導(dǎo) 線的管狀燃料電池，其中該導(dǎo)線電連接到任意外部電路。傳統(tǒng)上，當(dāng)組合多個管狀燃料電池來形成模塊時，為了確保盡可能均 勻地將燃料氣體或氧化氣體供應(yīng)到各個電池，并確保反應(yīng)期間所產(chǎn)生的熱 能夠有效冷卻，優(yōu)選各個電池定位成與相鄰電池具有預(yù)定間隔，同時模塊 內(nèi)多個電池的內(nèi)部電極和外部線圏必須使用電流收集線分別并聯(lián)連接。為了滿足連接電流收集線的要求，日本專利未審定公報No. 2002-313374公開了 一種技術(shù)，其中在排出側(cè)金屬管板中形成稍小于電池管 直徑的孔，使得當(dāng)電池管穿過孔時，孔的內(nèi)周變形而固定該管。另外，日 本專利未審定公報No. 2004-356014公開了 一種模塊化方法，其中多個單電5池的端部(內(nèi)部電極)使用接合和焊接的組合而連接到單個金屬板，由此 實(shí)現(xiàn)電流收集，而外部電極的電流收集通過與圓柱形電流收集部件(集電 部件)接觸而實(shí)現(xiàn)。但是，對于這些傳統(tǒng)技術(shù)，在連接管狀燃料電池單電池和電流收集器 期間，盡管不用費(fèi)勁通過焊接等進(jìn)行導(dǎo)電連接，但是由于完成連接和相關(guān) 處理所需的部件數(shù)量和努力的增加，總的結(jié)果并不一定是成本的降低，而 是對燃料電池模塊的低成本制造的阻礙。另一方面，如果使用圓柱形電流收集部件等來免除與使用電流收集線 等相關(guān)聯(lián)的努力，則有使裝置的尺寸顯著增大的危險。特別是在將幾千到幾萬個直徑幾毫米的極細(xì)的管狀燃料電池以電池之 間幾毫米的間距集合到一起并模塊化的情況下，使用電流收集線等在模塊 化的電池之間進(jìn)行電連接需要非常精確的處理技術(shù)以及大量時間。結(jié)果， 燃料電池模塊的制造工藝復(fù)雜且困難，導(dǎo)致制造成本的顯著增加。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的一種管狀燃料電池模塊包括多個管狀燃料電池，每個管狀 燃料電池都包括層疊到筒形內(nèi)部電極的外周表面上的催化劑層和電解質(zhì) 層；以及電流收集部件，所述電流收集部件表現(xiàn)出導(dǎo)電性且還用作所述管 狀燃料電池的隔離件。另外，本發(fā)明的一種管狀燃料電池模塊包括多個管狀燃料電池，每 個管狀燃料電池都包括表現(xiàn)出導(dǎo)電性的筒形內(nèi)部電極，依次層疊到所述內(nèi) 部電極的外周表面上的第一催化劑層、電解質(zhì)層和第二催化劑層，以及外 部線圏，所述外部線圏表現(xiàn)出導(dǎo)電性并且繞所述第二催化劑層的外周表面 巻繞，使得具有疏松巻繞節(jié)距的第一線圏段夾在具有緊密巻繞節(jié)距的第二 線圏段之間；以及電流收集部件，所述電流收集部件表現(xiàn)出導(dǎo)電性并且設(shè) 有供所述管狀燃料電池插入的多個開口，其中所述第一線圏段和所述開口 配合(嵌合/裝配，fit)到一起。另外，本發(fā)明的一種管狀燃料電池模塊包括多個管狀燃料電池，每個管狀燃料電池都包括表現(xiàn)出導(dǎo)電性的筒形內(nèi)部電極，依次層疊到所述內(nèi) 部電極的外周表面上的第一催化劑層、電解質(zhì)層和第二催化劑層，以及外 部線圏，所述外部線圏表現(xiàn)出導(dǎo)電性并且繞所述第二催化劑層的外周表面 巻繞，使得具有第一外周直徑的第一線圈段夾在具有第二外周直徑的第二線圏段之間，所述第二外周直徑大于所述第一外周直徑；以及電流收集部 件，所述電流收集部件表現(xiàn)出導(dǎo)電性且設(shè)有供所述管狀燃料電池插入的多 個開口，其中所述第一線圏段和所述開口配合到一起。在上述管狀燃料電池模塊中，當(dāng)所述管狀燃料電池已配合在所述開口 內(nèi)時，所述開口的內(nèi)周直徑優(yōu)選大于所述第二催化劑層的外周直徑，但小 于所述第二線圏段的外周直徑。另外，在上述管狀燃料電池模塊中，所述電流收集部件優(yōu)選包括插入 部分，所述插入部分具有在面內(nèi)方向上從中心部分沿徑向向外延伸的多個 縫隙，并且所述管狀燃料電池以使得所述插入部分的所述多個縫隙彎曲或 屈曲的方式插入，由此將所述管狀燃料電池固定到所述電流收集部件。在上述管狀燃料電池模塊中，所述電流收集部件優(yōu)選是設(shè)有多個插入 部分的柔性部件，并且所述內(nèi)部電極的末端優(yōu)選通過插入所述插入部分中 而固定。另外，在本發(fā)明的管狀燃料電池模塊中，通過插入所述管狀燃料電池， 設(shè)置在所述插入部分中的所述多個縫隙優(yōu)選經(jīng)歷變形，由此形成所述開口 。另外，在上迷管狀燃料電池模塊中，所述插入部分優(yōu)選#:設(shè)置成使得 至少所述多個管狀燃料電池的所述第二催化劑層不會彼此接觸。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的管狀燃料電池模塊100的結(jié)構(gòu)概 況的側(cè)^L圖。圖2是示出圖1所示管狀燃料電池的結(jié)構(gòu)概況的視圖。圖3是沿著圖2所示管狀燃料電池的管的長度方向的截面圖。圖4是圖3所示管狀燃料電池沿著線B-B的截面圖。圖5是圖3所示管狀燃料電池沿著線C-C的截面圖。圖6是示出設(shè)有插入部分46a的板狀電流收集部件22的一組視圖，其 中(a)表示板平面內(nèi)看到的示意性表示，而(b)表示示出管狀燃料電池 50插入到插入部分中的狀態(tài)的截面圖。
圖7是示出設(shè)有插入部分46b的板狀電流收集部件22的一組視圖，其 中(a)表示板平面內(nèi)看到的示意性表示，而(b)表示示出管狀燃料電池 50插入到插入部分中的狀態(tài)的截面圖。
圖8是示出設(shè)有插入部分46c的板狀電流收集部件22的一組視圖，其 中(a)表示板平面內(nèi)看到的示意性表示，而(b)表示示出管狀燃料電池 50插入到插入部分中的狀態(tài)的截面圖。
圖9是示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的管狀燃料電池模塊200的結(jié)構(gòu)概 況的^L圖。
圖IO是示出圖9所示管狀燃料電池的結(jié)構(gòu)概況的^L圖。 圖11是示出根據(jù)本發(fā)明另 一實(shí)施例的管狀燃料電池模塊300的結(jié)構(gòu)概 況的4見圖。
圖12是傳統(tǒng)管狀燃料電池沿著管的長度方向的截面圖。 圖13是圖12所示管狀燃料電池沿著線A-A的截面圖。
具體實(shí)施例方式
下面是基于附圖對本發(fā)明實(shí)施例的說明。
為了將多個管狀燃料電池集成到一起形成管狀燃料電池模塊，必須通 過分別將所有的外部線圏和所有的內(nèi)部電極連接到 一起來進(jìn)行電流收集。 在以下說明中，分別處理來自外部線圈的電流收集和來自內(nèi)部電極的電流 收集。
圖1是示出根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的管狀燃料電池模塊100的結(jié)構(gòu)概 況的側(cè)視圖，該管狀燃料電池模塊100使用多個管狀燃料電池50以及電流 收集部件22和24形成。
圖2是示出圖l所示管狀燃料電池50的結(jié)構(gòu)概況的視圖。另外，圖3 是沿著圖2所示管狀燃料電池50的管的長度方向的截面圖。除了用外部線圏28代替外部線圏18外，此燃料電池的結(jié)構(gòu)與圖12和13所示傳統(tǒng)管狀 燃料電池的結(jié)構(gòu)基本上相同。
外部線圏28包括具有緊密巻繞節(jié)距的段280和282、以及具有疏松巻 繞節(jié)距的段284,并且具有疏松巻繞節(jié)距的段284夾在具有緊密巻繞節(jié)距 的段280和282之間。圖4示出沿著通過圖3中具有緊密巻繞節(jié)距的段280 的線B-B的截面圖，而圖5示出沿著通過圖3中具有疏松巻繞節(jié)距的段284 的線C-C的截面圖。
如圖4和圖5所示，內(nèi)部電極IO、第一催化劑層12、電解質(zhì)層14和 第二催化劑層16從內(nèi)向外以基本同心的圓筒形式依次層疊，然后外部線圏 28繞第二催化劑層16的外周表面巻繞。如圖5所示，在具有疏松巻繞節(jié) 距的段284的至少一部分中，在第二催化劑層16的外周表面上不存在外部 線圏28，這意味著第二催化劑層16的一部分被露出。結(jié)果，其中露出第 二催化劑層16的該部分在具有疏松巻繞節(jié)距的段284內(nèi)的外徑小于在具有 緊密巻繞節(jié)距的段280和282內(nèi)的外徑。換言之，如圖2和圖3所示，具 有疏松巻繞節(jié)距的段284的至少一部分相對于具有緊密巻繞節(jié)距的段280 和282是凹入的。
在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，外部線圏28優(yōu)選由諸如金、鉑、銅、不銹 鋼、鈦或包含這些金屬的合金之類的材料形成。為了減小接觸阻抗，線圉 還可以涂有合適的金鍍層等。外部線圏28的厚度允許繞管狀燃料電池巻 繞。例如，直徑約是第二催化劑層16外徑的10%到30%的外部線圏28 是理想的。更具體而言，外部線圏28的直徑優(yōu)選在從0.5mm到5mm的范 圍內(nèi)，更優(yōu)選在從l.Omm到2.0mm的范圍內(nèi)。
電流收集部件22和24主要由表現(xiàn)出良好導(dǎo)電性的材料形成?？梢允?用的該材料的示例包括金、鉑、銅、不銹鋼、鈦或包含這些金屬的合金。 另外，電流收集部件22和24的表面優(yōu)選進(jìn)行諸如鍍金之類的鍍層處理， 以進(jìn)一步提高導(dǎo)電性。另外，盡管電流收集部件22和24可以是相同或不 同的，但是為了限制部件數(shù)量，優(yōu)選使用相同的部件。
電流收集部件22和24是從圖1中的紙面垂直延伸的柔性板狀部件。另外，電流收集部件22和24包括多個開口 26，管狀燃料電池50能夠插 入這些開口中。
電流收集部件22和24還必須具有形成管狀燃料電池^=莫塊100所需的 必要剛性。具體地，電流收集部件22和24的厚度優(yōu)選按照例如所支持的 管狀燃料電池的尺寸、數(shù)量和重量等因素進(jìn)行調(diào)節(jié)。優(yōu)選在仔細(xì)考慮部件 的平面部分中所需剛性和使這些部分彎曲或屈曲所需的柔性之間的平衡的 情況下調(diào)節(jié)電流收集部件22和24的厚度。
例如，電流收集部件22和24的厚度優(yōu)選設(shè)定在外部線圈28的外周直 徑D2的從0.1到2.0倍范圍內(nèi)。更具體地，在外部線圈28的外周直徑D2 在從約幾毫米到幾厘米的范圍內(nèi)，并且用于形成單個模塊的管狀燃料電池 的數(shù)量在從約10到50個單電池的范圍內(nèi)的情況下，電流收集部件22和 24的厚度優(yōu)選設(shè)定成外部線圏28的外周直徑D2的值的0.1到2.0倍的值。 例如，如果外部線圏28的外周直徑D2在從約l.Omm到3.0mm的范圍內(nèi)， 則電流收集部件22和24的厚度優(yōu)選在從約O.lmm到6.0mm的范圍內(nèi)。
電流收集部件22和24定位成平行布置，其中兩個部件從圖1中的紙 面垂直延伸。當(dāng)電流收集部件22和24彼此面對定位時，電流收集部件22 和24中的開口 26設(shè)置在對齊(line up)的位置中。通過將管狀燃料電池 50在相對于電流收集部件22和24的平面基本垂直的方向上穿過電流收集 部件22和24中設(shè)置的開口 26插入，以外部線圏28和開口 26的邊緣部分 30進(jìn)行電接觸的方式支承燃料電池。因此，可以收集由各個管狀燃料電池 50產(chǎn)生的電力。
如圖1所示，當(dāng)將管狀燃料電池50配合在電流收集部件22和24的開 口 26內(nèi)時，開口 26的內(nèi)周直徑山稍大于第二催化劑層16的外周直徑D^ 在一種優(yōu)選構(gòu)造中，內(nèi)周直徑ch大于第二催化劑層16的外周直徑D"但 小于外部線圏28的外周直徑D2。結(jié)果，相對于電流收集部件22和24以 穩(wěn)定的方式支承管狀燃料電池50。在此說明書中，表述"外部線圏28的 外周直徑D2，，指在外部線圏28繞電池巻繞時跨過圖3所示管狀燃料電池 50的截面圖的最大尺寸，而在圓筒形管狀燃料電池的情況下，指包括外部線圏28的厚度在內(nèi)的管狀燃料電池50的橫截面的直徑。
優(yōu)選如圖1所示彎曲或屈曲開口 26的邊緣部分30，因?yàn)檫@使得能夠 增大外部線圏28與電流收集部件22和24之間的接觸表面積，從而提高了 電流收集性能并使得能夠以更穩(wěn)定的方式支承管狀燃料電池50。另外，因 為管狀燃料電池50配合在邊緣部分30上，所以至少電流收集部件22和 24的邊緣部分30應(yīng)該優(yōu)選表現(xiàn)出柔性。
例如，通過制備具有圖6所示類型的插入部分46a的板狀電流收集部 件22和24，可以獲得包括具有合適柔性的邊緣部分30的開口 26。圖6 示出當(dāng)^目對于板狀電流收集部件22和24的平面基本垂直的方向即^ 的頂表面或后表面觀察時的插入部分46a的形狀。
圖6 (a)所示插入部分46每個都包括多個縫隙54a，這些縫隙從頂表 面到后表面貫穿電流收集部件22或24,并在電流收集部件22或24的面 內(nèi)方向上從中心部分52a沿徑向向外延伸。通過穿過電流收集部件22和 24的插入部分46a插入管狀燃料電池50,多個縫隙54a彎曲或屈曲，由此 形成開口 26。如果隨后繼續(xù)插入管狀燃料電池50,則如圖6 (b)所示， 設(shè)置在管狀燃料電池50上的外部線圏內(nèi)的那些具有疏松巻繞節(jié)距的段 284a配合開口 26a的邊緣部分30a。此配合使得多個管狀燃料電池50能夠 固定到電流收集部件22和24。
在插入部分46a中，包括在面內(nèi)方向上從中心部分52a沿徑向向外延 伸的多個縫隙54a在內(nèi)的部分應(yīng)該具有足夠的尺寸，以使得管狀燃料電池 50能夠插入。換言之，包括縫隙54a的部分的直徑優(yōu)選大于圖1所示外部 線圏28的外周直徑D2。在插入管狀燃料電池50時，縫隙54a的柔性使得 開口 26a的邊緣部分30a內(nèi)周直徑^擴(kuò)展到大于第二催化劑層16的外周 直徑Dd旦小于外部線圏28的外周直徑D2的尺寸。另外，相鄰的插入部分 46a應(yīng)該分隔開一定距離，該距離確保相鄰固定的管狀燃料電池50不會彼 此接觸。
在此實(shí)施例中，縫隙54a形成為八個等間距的縫隙，其中相鄰縫隙之 間成45度角。但是本發(fā)明并不限于此構(gòu)造，三個以上的任意數(shù)量的縫隙都是可以接受的。另外，盡管縫隙不一定要形成為在相鄰縫隙之間具有等間 距，但是在縫隙之間具有近似均勻的角度來形成縫隙是優(yōu)選的，因?yàn)檫@使得能夠?qū)⒏泳鶆虻牧κ┘拥焦軤钊剂想姵?0。此外，縫隙54a的長度還 可以按照管狀燃料電池50的外形進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)。例如，在管狀燃料電池 50的第二催化劑層16具有橢圓形橫截面的情況下，縫隙54a的長度不需 要相等，而優(yōu)選按照電池的橫截面形狀設(shè)定。另外，圖7和圖8中示出插入部分的修改示例。以類似于圖6的方式， 圖7和圖8分別示出當(dāng)從相對于板狀電流收集部件22和24的平面基本垂 直的方向即從板的頂表面或后表面觀察時的插入部分46b和46c的形狀。圖7 (a)所示插入部分46b類似于圖6(a)所示插入部分46a，即各 部分包括從中心部分52b沿徑向向外延伸的多個縫隙54b，但是當(dāng)形成插 入部分46b時，還在電流收集部件22和24的頂表面和/或后表面中設(shè)置輔 助屈曲的一系列凹槽56b。如圖7(a)所示，多個這些凹槽56b優(yōu)選繞中 心部分52b同心設(shè)置。通過這樣設(shè)置凹槽56b，電流收集部件22和24內(nèi) 的插入部分46b可以容易地屈曲。所以，管狀燃料電池50可以容易地穿過 插入部分46b插入。圖8 (a)所示插入部分46c類似于圖6(a)所示插入部分46a，即各 部分包括從中心部分52c沿徑向向外延伸的多個縫隙54c，但是不同的是 在縫隙交叉處的中心部分52c處設(shè)置孔58。如果邊緣部分30c在管狀燃料 電池50的插入方向上的高度L設(shè)定成與由具有疏松巻繞節(jié)距的段284c所 產(chǎn)生的凹部的寬度基^目等的值，則縫隙54c將繞管狀燃料電池50的外周 表面屈曲，由此提高電流收集部件22和管狀燃料電池50之間的接觸的封 閉性并加強(qiáng)其配合。孑L 58的形狀不一定是諸如正八邊形等之類的正多邊 形，而還可以是圓形。圖9是示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的管狀燃料電池模塊200的結(jié)構(gòu)概 況的側(cè)視圖，該管狀燃料電池模塊200使用多個管狀燃料電池150以及電 流收集部件32和34形成。除了用多個管狀燃料電池150以及電流收集部 件32和34分別代替管狀燃料電池50以及電流收集部件22和24外，此實(shí)施例的結(jié)構(gòu)基本上與圖1所示管狀燃料電池模塊100的結(jié)構(gòu)相同。圖IO是示出圖9所示管狀燃料電池150的結(jié)構(gòu)概況的視圖，其中該視 圖的左側(cè)示出沿著管狀燃料電池150的管的長度方向的截面圖。除了用外 部線圏38代替外部線圈28外，此管狀燃料電池150的結(jié)構(gòu)基本上與圖2 和3所示管狀燃料電池50的結(jié)構(gòu)相同。如圖10所示，管狀燃料電池150包括具有第一線圏段380以及第二線 圏段382和384的緊密巻繞外部線圈38,并且這些第二線圏段382和384 定位成將第 一線圏段380夾在中間。通過改變外部線圏38在這些第 一線圏 段380以及第二線圏段382和384內(nèi)的圈數(shù)，形成具有第一外周直徑D3 的第一線圏段380以及具有第二外周直徑D4的第二線圈段382和384，該 第二外周直徑D4大于第一外周直徑D3?？梢酝ㄟ^將管狀燃料電池150的 第一線圏段380與電流收集部件32和34內(nèi)以預(yù)定間距形成的開口 36配合 到一起，來形成管狀燃料電池模塊200。此構(gòu)造特別有利，因?yàn)檫吘壊糠?40的幾乎整個周邊都可以接觸外部線圏38。電流收集部件32和34具有與上一實(shí)施例中所述電流收集部件22和 24相同的結(jié)構(gòu)。如圖9所示，當(dāng)將管狀燃料電池150配合在電流收集部件 32和34的開口 36內(nèi)時，開口 36的內(nèi)周直徑d2稍大于第一線圏段380的 外周直徑D3。在一種優(yōu)選構(gòu)造中，內(nèi)周直徑(12大于第一線圏段380的外 周直徑D3，但小于第二線圏段382和384的外周直徑D4。結(jié)果，相對于 電流收集部件32和34以穩(wěn)定的方式支承管狀燃料電池150。在此實(shí)施例中，外部線圈38在第一線圏段380內(nèi)巻繞一次，而在第二 線圏段382和384內(nèi)巻繞兩次，但是本發(fā)明并不限于此構(gòu)造，例如為了進(jìn) 一步加強(qiáng)電流收集部件32和34與管狀燃料電池之間的配合，可以在第二 線圏段382和384的一部分內(nèi)提供外部線圏38的附加巻繞。在本發(fā)明的此實(shí)施例中，電流收集部件32和34以及外部線圏38的理 想材料的示例包括與圖1所示電流收集部件22和24以及外部線圏28相同 的材料。另外，電流收集部件32和34的厚度可以以類似于對電流收集部 件22和24的厚度所述的方式適當(dāng)設(shè)定。另外，盡管電流收集部件32和1334可以是相同或不同的，但是為了限制部件數(shù)量，優(yōu)選使用相同材料和相 同形狀的部件。這樣，通過將多個管狀燃料電池穿過包括其間具有預(yù)定間距的多個開 口的電流收集部件插入，并將外部線圏配合在電流收集部件的開口內(nèi)，可 以容易地在保持電池之間的預(yù)定位置關(guān)系的情況下將多個管狀燃料電池固 定到電流收集部件，從而能夠形成模塊。接著描述本發(fā)明的另一實(shí)施例。圖ll是示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的 管狀燃料電池模塊300的結(jié)構(gòu)概況的側(cè)視圖，該管狀燃料電池模塊300使 用多個管狀燃料電池250以及電流收集部件22、 24、 42和44形成。除了 增加電流收集部件42和44外，此實(shí)施例的結(jié)構(gòu)基本上與圖1所示管狀燃 料電池模塊100的結(jié)構(gòu)相同。如圖ll所示，每個管狀燃料電池250的內(nèi)部電極10具有在外部露出 的末端部分48和49，并且通過將末端部分48和49插入以預(yù)定間距"i殳置 在電流收集部件42和44內(nèi)的開口 66和76中來固定每個管狀燃料電池 250。包括末端部分48和49的內(nèi)部電極IO的理想材料包括金、鉑、銅、不 銹鋼、鈦或包含這些金屬的合金。為了減小接觸阻抗，內(nèi)部電極還可以涂 有合適的金鍍層等。內(nèi)部電極10的厚度優(yōu)選按照管狀燃料電池250的尺寸 進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)。例如，內(nèi)部電極IO的外周直徑Ds優(yōu)選設(shè)定成在管狀燃料 電池250的外部線圏28的外周直徑的從0.5到0.95倍范圍內(nèi)。例如，在外 部線圏28的外周直徑在從約幾mm到幾cm的范圍內(nèi)的情況下，內(nèi)部電極 10的外周直徑Ds優(yōu)選i殳定在從0.5mm到5.0mm的范圍內(nèi)。電流收集部件42和44主要由表現(xiàn)出有利導(dǎo)電性的材料形成。可以使 用的該材料的示例包括金、鉑、銅、不銹鋼、鈦或包含這些金屬的合金。 另外，電流收集部件42和44的表面優(yōu)選進(jìn)行諸如鍍金之類的鍍層處理， 以進(jìn)一步提高導(dǎo)電性。另外，盡管電流收集部件42和44可以是相同或不 同的，但是為了限制部件數(shù)量，優(yōu)選使用相同的部件，更加期望的是使用 與電流收集部件22和24相同材料的部件。電流收集部件42和44還必須具有形成管狀燃料電池模塊300所需的 必要剛性。具體地，電流收集部件42和44的厚度優(yōu)選按照例如所支持的 管狀燃料電池的尺寸、數(shù)量和重量等因素進(jìn)行調(diào)節(jié)。優(yōu)選在仔細(xì)考慮部件 的平面部分中所需剛性和使這些部分彎曲或屈曲所需的柔性之間的平衡的 情況下，調(diào)節(jié)電流收集部件42和44的厚度。例如，如果包括末端部分48和49的內(nèi)部電極10的外周直徑約為 l.Omm，且單個電池模塊內(nèi)使用的管狀燃料電池的數(shù)量約為10到50，則 電流收集部件42和44的厚度優(yōu)選在內(nèi)部電極10的外周直徑D5的0.1到2 倍范圍內(nèi)。例如，如果內(nèi)部電極10的外周直徑Ds在從約l.Omm到3.0mm 的范圍內(nèi)，則電流收集部件42和44的厚度優(yōu)選在從約O.lmm到6.0mm 的范圍內(nèi)。電流收集部件42和44定位成平行布置，其中兩個部件從圖11中的紙 面垂直延伸。當(dāng)電流收集部件42和44彼此面對定位時，電流收集部件42 和44中的開口 66和76設(shè)置在對齊的位置中。通過將管狀燃料電池250 在相對于電流收集部件42和44的平面基本垂直的方向上穿過電流收集部 件42和44中i殳置的開口 66和76插入，以末端部分48和49與開口 66 和76中的邊緣部分45和47電連接的方式支承燃料電池。因此，可以收集 由各個管狀燃料電池250產(chǎn)生的電力。對于圖ll所示形狀的電流收集部件 42和44，如果電流收集部件42和44的相對位置預(yù)先確定，則將管狀燃料 電池250插入開口 66和76中可能是困難的，結(jié)果電流收集部件42和44 優(yōu)選分別從末端部分48和49的兩側(cè)配合。如圖ll所示，當(dāng)將管狀燃料電池250插入電流收集部件42和44的開 口 66和76內(nèi)時，電流收集部件42和44的柔性使得開口 66和76的邊緣 部分45和47能夠緊緊配合在內(nèi)部電極10的外周周圍。結(jié)果，管狀燃料電 池250由電流收集部件42和44的邊緣部分45和47以物理和電穩(wěn)定的方 式支承。電流收集部件42和44可以使用與電流收集部件22和24相似的 部件，而且可以在電流收集部件42和44中形成其間具有預(yù)定間距的圖6 (a)所示形狀的插入部分46，該間距確保相鄰固定的管狀燃料電池250的外側(cè)上的催化劑層不會彼此接觸。在此實(shí)施例中，電流收集部件42和44可以電連接以輔助電流收集， 但必須小心確保不會與電流收集部件22和24( 32和34 )發(fā)生接觸和短路。 另外在此實(shí)施例中，使用四個電流收集部件22、 24、 42和44形成管狀燃 料電池模塊300以固定和定位管狀燃料電池250,但是只需要這些電流收 集部件中的兩個來固定和定位管狀燃料電池250,例如該結(jié)構(gòu)可以只包括 電流收集部件42和44。但是，優(yōu)選的構(gòu)造使用四個電流收集部件22、 24 (32、 34) 、 42和44。在圖11中，電流收集部件42和44定位成與樹脂密封件20緊密接觸， 但不一定要這樣緊密接觸。另外，電流收集部件42和44優(yōu)選配合成使得 燃料氣體或氧化氣體不會通過開口 66和76的邊緣部分45和47與末端部 分48和49之間的界面泄漏。邊緣部分45和47的末端通常是尖銳的，為 了確保這些末端不會與圖中未示出的附近部件接觸而損壞或刮傷，這些末 端優(yōu)選設(shè)計成不會伸出超過末端部分48和49的端部。這樣，通過將多個管狀燃料電池穿過包括其間具有預(yù)定間距的多個開 口的電流收集部件插入，可以容易地在保持電池之間的預(yù)定位置關(guān)系的情 況下將多個管狀燃料電池固定到電流收集部件，從而能夠形成多個電池才莫 塊。本發(fā)明可以有利地在使用多個管狀燃料電池形成管狀燃料電池模塊的 情況下使用。 一般而言，管狀指中空的圓筒形，但是在此說明中簡單地指 筒形，其可以是諸如三角筒形、正方筒形、五邊筒形或六邊筒形之類的多 邊筒形或者橢圓筒形，但通常是圓筒形。如上所述，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例或其修改，可以容易地形成使用多個 管狀燃料電池的管狀燃料電池模塊。
權(quán)利要求
1.一種管狀燃料電池模塊，包括多個管狀燃料電池，每個管狀燃料電池都包括層疊到筒形內(nèi)部電極的外周表面上的催化劑層和電解質(zhì)層，以及電流收集部件，所述電流收集部件表現(xiàn)出導(dǎo)電性并且還用作所述管狀燃料電池的隔離件。
2. —種管狀燃料電池模塊，包括 多個管狀燃料電池，每個管狀燃料電池都包括表現(xiàn)出導(dǎo)電性的筒形內(nèi)部電極，依次層疊到所述內(nèi)部電極的外周表面上的第一催化劑層、電解質(zhì) 層和第二催化劑層，以及外部線圏，所述外部線圏表現(xiàn)出導(dǎo)電性并且繞所述第二催化劑層 的外周表面巻繞，使得具有疏松巻繞節(jié)距的第一線圏段夾在具有緊密 巻繞節(jié)距的第二線圏段之間；以及電流收集部件，所述電流收集部件表現(xiàn)出導(dǎo)電性并且設(shè)有多個開口 ， 所述管狀燃料電池能夠插入所述開口，其中 所述第 一線圈段和所述開口配合到 一起。
3. —種管狀燃料電池模塊，包括 多個管狀燃料電池，每個管狀燃料電池都包括表現(xiàn)出導(dǎo)電性的筒形內(nèi)部電極，依次層疊到所述內(nèi)部電極的外周表面上的第一催化劑層、電解質(zhì) 層和第二催化劑層，以及外部線圏，所述外部線圏表現(xiàn)出導(dǎo)電性并且繞所述第二催化劑層 的外周表面巻繞，使得具有第 一外周直徑的第 一線圏段夾在具有第二 外周直徑的第二線圏段之間，所述第二外周直徑大于所述第一外周直 徑；以及電流收集部件，所述電流收集部件表現(xiàn)出導(dǎo)電性且i殳有多個開口，所 述管狀燃料電池能夠插入所述開口，其中所述第 一線圈段和所述開口配合到 一起。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的管狀燃料電池模塊，其中當(dāng)所述管狀燃料電池已配合在所述開口內(nèi)時，所述開口的內(nèi)周直徑大 于所述第二催化劑層的外周直徑，但小于所述第二線圏段的外周直徑。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的管狀燃料電池模塊，其中當(dāng)所述管狀燃料電池已配合在所述開口內(nèi)時，所述開口的內(nèi)周直徑大 于所述第二催化劑層的外周直徑，但小于所述第二線圈段的外周直徑。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的管狀燃料電池模塊，其中 所述電流收集部件包括插入部分，所述插入部分具有在面內(nèi)方向上從中心部分沿徑向向外延伸的多個縫隙，以及所述管狀燃料電池以使得所述插入部分的所述多個縫隙彎曲或屈曲的 方式插入，由此將所述管狀燃料電池固定到所述電流收集部件上。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的管狀燃料電池模塊，其中 所述電流收集部件包括插入部分，所述插入部分具有在面內(nèi)方向上從中心部分沿徑向向外延伸的多個縫隙，以及所述管狀燃料電池以4吏得所述插入部分的所述多個縫隙彎曲或屈曲的 方式插入，由此將所述管狀燃料電池固定到所述電流收集部件上。
8. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的管狀燃料電池模塊，其中 所述電流收集部件包括插入部分，所述插入部分具有在面內(nèi)方向上從中心部分沿徑向向外延伸的多個縫隙，以及所述管狀燃料電池以使得所述插入部分的所述多個縫隙彎曲或屈曲的 方式插入，由此將所述管狀燃料電池固定到所述電流收集部件上。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的管狀燃料電池模塊，其中 所述電流收集部件是設(shè)有多個插入部分的柔性部件，以及 所述內(nèi)部電極的末端通過插入所述插入部分中而固定。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的管狀燃料電池模塊，其中 通過所述管狀燃料電池的插入，設(shè)置在所述插入部分中的所述多個縫隙經(jīng)歷變形，由此形成所述開口。
11. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的管狀燃料電池模塊，其中通過所述管狀燃料電池的插入，設(shè)置在所述插入部分中的所述多個縫 隙經(jīng)歷變形，由此形成所述開口。
12. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的管狀燃料電池^t塊，其中 通過所述管狀燃料電池的插入，設(shè)置在所述插入部分中的所述多個縫隙經(jīng)歷變形，由此形成所述開口。
13. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的管狀燃料電池模塊，其中 通過所述管狀燃料電池的插入，設(shè)置在所述插入部分中的所述多個縫隙經(jīng)歷變形，由此形成所述開口。
14. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的管狀燃料電池模塊，其中 所述插入部分被設(shè)置成使得至少所述多個管狀燃料電池的所述第二催化劑層不會彼此接觸。
15. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的管狀燃料電池^t塊，其中 所述插入部分^皮設(shè)置成使得至少所述多個管狀燃料電池的所述第二催化劑層不會彼此接觸。
16. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的管狀燃料電池模塊，其中 所述插入部分被i殳置成使得至少所述多個管狀燃料電池的所述第二催化劑層不會彼此接觸。
17. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的管狀燃料電池模塊，其中 所述插入部分被設(shè)置成使得至少所述多個管狀燃料電池的所述第二催化劑層不會彼此接觸。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種燃料電池模塊，其包括多個管狀燃料電池，每個管狀燃料電池都包括表現(xiàn)出導(dǎo)電性的筒形內(nèi)部電極，依次層疊到內(nèi)部電極的外周表面上的第一催化劑層、電解質(zhì)層和第二催化劑層，以及外部線圈，該外部線圈表現(xiàn)出導(dǎo)電性并且繞第二催化劑層的外周表面卷繞，使得具有疏松卷繞節(jié)距的第一線圈段夾在具有緊密卷繞節(jié)距的第二線圈段之間；以及電流收集部件，該電流收集部件表現(xiàn)出導(dǎo)電性并且設(shè)有供管狀燃料電池插入的多個開口，其中所述第一線圈段和所述開口配合到一起。
文檔編號H01M8/24GK101263623SQ20068003310
公開日2008年9月10日 申請日期2006年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月27日
發(fā)明者寺田真樹, 濱雄一郎, 片山幸久, 石丸洋一 申請人:豐田自動車株式會社