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DE102020209081A1 - Elektrochemischer Reaktionszellenstapel - Google Patents

Elektrochemischer Reaktionszellenstapel Download PDF

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DE102020209081A1
DE102020209081A1 DE102020209081.5A DE102020209081A DE102020209081A1 DE 102020209081 A1 DE102020209081 A1 DE 102020209081A1 DE 102020209081 A DE102020209081 A DE 102020209081A DE 102020209081 A1 DE102020209081 A1 DE 102020209081A1
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cell stack
anode
spacer
current collector
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DE102020209081.5A
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Ryoji Tanimura
Tetsuya Morikawa
Nobuyuki Hotta
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Morimura SOFC Technology Co Ltd
Original Assignee
Morimura SOFC Technology Co Ltd
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Publication date
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Abstract

[Aufgabe]Eine Verringerung der Stromerzeugungsleistung eines Brennstoffzellenstapels aufgrund einer Verschlechterung der Gasströmung in einer Gaskammer infolge eines Lageversatzes eines Abstandshalters wird verhindert.[Lösungsmittel]Der elektrochemische Reaktionszellenstapel ist mit einem zweiten leitfähigen Bauelement versehen, das mit einem ersten Kontaktabschnitt, der in Kontakt mit einer Oberfläche des ersten leitfähigen Bauelementes steht, und mit einem zweiten Kontaktabschnitt, der in Kontakt mit einer ersten Elektrode steht, die eine von Kathode oder. Anode ist, und mit einem Verbindungsabschnitt versehen, der den ersten Kontaktabschnitt mit dem zweiten Kontaktabschnitt verknüpft. Das zweite leitfähige Bauelement ist mit einem ersten vorderen Ende versehen, das mit einer Seite des zweiten Kontaktabschnittes verbunden ist, die einer mit dem Verbindungsabschnitt verbundenen Seite entgegengesetzt ist, wobei, wenn mindestens ein Querschnitt parallel zur ersten Richtung als bestimmter Querschnitt und eine zur ersten Richtung vertikale Richtung im bestimmten Querschnitt als zweite Richtung bezeichnet wird, im bestimmten Querschnitt zumindest ein Teil des ersten vorderen Endes des zweiten leitfähigen Bauelementes einer bestimmten Reaktionseinheit, die mindestens eine von mehreren elektrochemischen Reaktionseinheiten ist, auf einer Seite positioniert ist, die dem Verbindungsabschnitt in der zweiten Richtung in

Description

  • [Technisches Gebiet]
  • Die in der vorliegenden Beschreibung offenbarte Technik bezieht sich auf einen elektrochemischen Reaktionszellenstapel.
  • [Technischer Hintergrund]
  • Festoxidbrennstoffzellen (nachstehend als „SOFCs“ bezeichnet) sind als ein Brennstoffzellentyp bekannt, der unter Nutzung der elektrochemischen Reaktion zwischen Wasserstoff und Sauerstoff Strom erzeugt. SOFCs werden im Allgemeinen in Form eines Brennstoffzellenstapels eingesetzt, in dem mehrere Brennstoffzellen-Stromerzeugungseinheiten (nachstehend als „Stromerzeugungseinheiten“ bezeichnet) in einer vorbestimmten Richtung (nachstehend als „erste Richtung“ bezeichnet) nebeneinander angeordnet sind. Jede Stromerzeugungseinheit ist mit einer einzelnen Brennstoffzelle versehen (nachstehend einfach als „Einzelzelle“ bezeichnet). Die Einzelzelle umfasst eine Elektrolytschicht sowie eine Kathode und eine Anode, die über die Elektrolytschicht in der ersten Richtung gegenüberliegen.
  • Die Stromerzeugungseinheit ist ferner mit einem Interkonnektor, der in der ersten Richtung in Bezug auf die Einzelzelle angeordnet ist, einem anodenseitigen Stromkollektor und einem Abstandshalter versehen. Der anodenseitige Stromkollektor ist mit einem Interkonnektor-Kontaktabschnitt, einem Elektroden-Kontaktabschnitt und einem Verbindungsabschnitt versehen, um die Anode elektrisch mit dem Interkonnektor zu verbinden, wobei der Interkonnektor-Kontaktabschnitt in Kontakt mit einer Oberfläche des Interkonnektors steht, der Elektroden-Kontaktabschnitt in Kontakt mit der Anode steht und der Verbindungsabschnitt den Interkonnektor-Kontaktabschnitt mit dem Elektroden-Kontaktabschnitt verknüpft. Der Abstandshalter ist zwischen dem Interkonnektor-Kontaktabschnitt und dem Elektroden-Kontaktabschnitt des anodenseitigen Stromkollektors angeordnet. Der Abstandshalter wird zwischen dem Interkonnektor-Kontaktabschnitt und dem Elektroden-Kontaktabschnitt des anodenseitigen Stromkollektors angeordnet, wodurch der anodenseitige Stromkollektor der Verformung der Stromerzeugungseinheit aufgrund von Temperaturzyklen bzw. Reaktionsgasdruckschwankungen folgt und die elektrische Verbindung zwischen der Anode und dem Interkonnektor über den anodenseitigen Stromkollektor gut beibehalten wird.
  • [Dokument zum Stand der Technik]
  • [Patentdokument]
  • [Patentdokument 1] JP 2018-185957 A
  • [Zusammenfassung der Erfindung]
  • [Zu lösende Aufgabe der Erfindung]
  • Beim oben beschriebenen herkömmlichen Brennstoffzellenstapel kann es jedoch aufgrund von Faktoren wie voneinander unterschiedlicher Wärmeausdehnung der jeweiligen Teile (z.B.: Anode; Interkonnektor) des Brennstoffzellenstapels vorkommen, dass der anodenseitige Stromkollektor nicht in der Lage ist, eine Kraft zum Einklemmen des Abstandshalters zu gewährleisten, wodurch ein Lageversatz des Abstandshalters in einer zur ersten Richtung vertikalen Richtung (genauer gesagt in einer Richtung, die dem Verbindungsabschnitt des anodenseitigen Stromkollektors in Bezug auf den Abstandshalter entgegengesetzt ist) auftreten kann. Infolgedessen ist beim oben beschriebenen herkömmlichen Brennstoffzellenstapel zu befürchten, dass der Auftritt eines Lageversatzes des Abstandshalters in der zur ersten Richtung vertikalen Richtung zu einer Verschlechterung der Gasströmung in einer Brennkammer und somit zu einer Verringerung der Stromerzeugungsleistung des Brennstoffzellenstapels führen kann.
  • Dieses Problem tritt auch bei einem Brennstoffzellenstapel mit einem Kathodenseitigen Stromkollektor aufgrund eines Lageversatzes des Abstandshalters in einer zur ersten Richtung vertikalen Richtung auf, wobei der Kathodenseitige Stromkollektor mit einem Interkonnektor-Kontaktabschnitt, einem Elektroden-Kontaktabschnitt und einem Verbindungsabschnitt versehen ist, wobei der Interkonnektor-Kontaktabschnitt in Kontakt mit einer Oberfläche eines Interkonnektors steht, der Elektroden-Kontaktabschnitt in Kontakt mit einer Kathode steht und der Verbindungsabschnitt den Interkonnektor-Kontaktabschnitt mit dem Elektroden-Kontaktabschnitt verknüpft, und wobei ein Abstandshalter zwischen dem Interkonnektor-Kontaktabschnitt und dem Elektroden-Kontaktabschnitt des Kathodenseitigen Stromkollektors angeordnet ist. Dieses Problem haben Elektrolysezellenstapel auch mit mehreren Elektrolysezelleneinheiten gemeinsam, die die Bestandteile einer Festoxidelektrolysezelle (nachstehend als „SOEC“ bezeichnet) sind, die unter Nutzung der Wasserelektrolysereaktion Wasserstoff erzeugen. In der vorliegenden Beschreibung sind außerdem die einzelne Brennstoffzelle und die einzelne Elektrolysezelle zusammenfassend als elektrochemische Reaktionseinzelzelle bezeichnet, die Stromerzeugungseinheit und die Elektrolysezelleneinheit sind zusammenfassend als elektrochemische Reaktionseinheit bezeichnet, und der Brennstoffzellenstapel und der Elektrolysezellenstapel sind zusammenfassend als elektrochemischer Reaktionszellenstapel bezeichnet. Dieses Problem haben ferner nicht nur SOFCs und SOECs, sondern auch andere Typen von elektrochemischen Reaktionszellenstapeln gemeinsam.
  • In der vorliegenden Beschreibung ist eine Technik offenbart, die das oben beschriebene Problem lösen kann.
  • [Mittel zum Lösen der Aufgabe]
  • Die in der vorliegenden Beschreibung offenbarte Technik kann in den folgenden Formen realisiert werden.
  • (1) Der in der vorliegenden Beschreibung offenbarte elektrochemische Reaktionszellenstapel ist derart ausgebildet, dass mehrere elektrochemische Reaktionseinheiten nebeneinander angeordnet sind, die jeweils mit einer Einzelzelle, einem ersten leitfähigen Bauelement, einem zweiten leitfähigen Bauelement und einem Abstandshalter versehen sind,
    wobei die Einzelzelle eine Elektrolytschicht sowie eine Kathode und eine Anode umfasst, wobei die beiden Elektroden über die Elektrolytschicht in einer ersten Richtung gegenüberliegen,
    wobei das erste leitfähige Bauelement auf der Seite in der ersten Richtung in Bezug auf die Einzelzelle angeordnet ist, wobei das zweite leitfähige Bauelement mit einem ersten Kontaktabschnitt, einem zweiten Kontaktabschnitt und einem Verbindungsabschnitt versehen ist, wobei der erste Kontaktabschnitt in Kontakt mit einer Oberfläche des ersten leitfähigen Bauelementes steht, der zweite Kontaktabschnitt in Kontakt mit einer ersten Elektrode steht, wobei diese eine Kathode oder Anode ist, und der Verbindungsabschnitt den ersten Kontaktabschnitt mit dem zweiten Kontaktabschnitt verknüpft,
    wobei der Abstandshalter zwischen dem ersten Kontaktabschnitt und dem zweiten Kontaktabschnitt des zweiten leitfähigen Bauelementes angeordnet ist,
    wobei das zweite leitfähige Bauelement mit einem ersten vorderen Ende versehen ist, das mit einer Seite des zweiten Kontaktabschnittes verbunden ist, die einer mit dem Verbindungsabschnitt verbundenen Seite entgegengesetzt ist, und
    wobei, wenn mindestens ein Querschnitt parallel zur ersten Richtung als bestimmter Querschnitt und eine zur ersten Richtung vertikale Richtung im bestimmten Querschnitt als zweite Richtung bezeichnet wird, im bestimmten Querschnitt zumindest ein Teil des ersten vorderen Endes des zweiten leitfähigen Bauelementes einer bestimmten Reaktionseinheit, die mindestens eine der elektrochemischen Reaktionseinheiten ist, auf einer Seite positioniert ist, die dem Verbindungsabschnitt in der zweiten Richtung in Bezug auf den Abstandshalter entgegengesetzt ist.
  • Bei einer Konstruktion des obigen elektrochemischen Reaktionszellenstapels, bei der das zweite leitfähige Bauelement nicht mit dem ersten vorderen Ende versehen ist, kann es aufgrund von Faktoren wie der voneinander unterschiedlichen Wärmeausdehnung der jeweiligen Teile (z.B.: besagte erste Elektrode; besagtes erstes leitfähiges Bauelement) des elektrochemischen Reaktionszellenstapels vorkommen, dass das zweite leitfähige Bauelement nicht in der Lage ist, eine Kraft zum Einklemmen des Abstandshalters zu gewährleisten, wodurch ein Lageversatz des Abstandshalters in der zweiten Richtung auftreten kann. Infolgedessen ist bei dieser Konstruktion zu befürchten, dass der Auftritt eines Lageversatzes des Abstandshalters in der zweiten Richtung zu einer Verschlechterung der Gasströmung in einer Gaskammer (Gaskammer, der die erste Elektrode zugewandt ist) und somit zu einer Verringerung der Stromerzeugungsleistung des elektrochemischen Reaktionszellenstapels führen kann.
  • Im Gegensatz dazu ist beim vorliegenden elektrochemischen Reaktionszellenstapel, wie oben erwähnt, im bestimmten Querschnitt das gesamte erste vordere Ende des zweiten leitfähigen Bauelementes auf einer Seite positioniert, die dem Verbindungsabschnitt in der zweiten Richtung in Bezug auf den Abstandshalter entgegengesetzt ist. Daher wird ein Lageversatz des Abstandshalters in der zweiten Richtung durch das Vorhandensein des ersten vorderen Endes des zweiten leitfähigen Bauelementes verhindert. Infolgedessen kann gemäß dem vorliegenden elektrochemischen Reaktionszellenstapel eine Verringerung der Stromerzeugungsleistung des elektrochemischen Reaktionszellenstapels aufgrund einer Verschlechterung der Gasströmung in der Gaskammer (Gaskammer, der die erste Elektrode zugewandt ist) infolge eines Lageversatzes des Abstandshalters in der zweiten Richtung verhindert werden.
  • (2) Beim obigen elektrochemischen Reaktionszellenstapel kann das erste vordere Ende des zweiten leitfähigen Bauelementes der bestimmten Reaktionseinheit derart ausgebildet sein, dass es mit dem ersten leitfähigen Bauelement verbunden ist. Gemäß dem vorliegenden elektrochemischen Reaktionszellenstapel kann ein Lageversatz des Abstandshalters in der zweiten Richtung effektiver verhindert werden.
  • (3) Der obige elektrochemische Reaktionszellenstapel kann auch derart ausgebildet sein, dass, wenn eine zum bestimmten Querschnitt vertikale Richtung als dritte Richtung bezeichnet wird, in einem zum bestimmten Querschnitt vertikalen Querschnitt das zweite leitfähige Bauelement der bestimmten Reaktionseinheit mit einem zweiten vorderen Ende versehen ist, das mit einer bestimmten Seite verbunden ist, die mindestens eines der Enden des zweiten Kontaktabschnittes in der dritten Richtung ist, wobei zumindest ein Teil des zweiten vorderen Endes auf der bestimmten Seite in der dritten Richtung in Bezug auf den Abstandshalter positioniert ist.
  • Bei einer Konstruktion des obigen elektrochemischen Reaktionszellenstapels, bei der das zweite leitfähige Bauelement nicht mit dem zweiten vorderen Ende versehen ist, kann es aufgrund von Faktoren wie voneinander unterschiedlicher Wärmeausdehnung der jeweiligen Teile (z.B.: besagte erste Elektrode; besagtes erstes leitfähiges Bauelement) des elektrochemischen Reaktionszellenstapels vorkommen, dass das zweite leitfähige Bauelement nicht in der Lage ist, eine Kraft zum Einklemmen des Abstandshalters zu gewährleisten, wodurch ein Lageversatz des Abstandshalters in der dritten Richtung auftreten kann. Infolgedessen ist bei dieser Konstruktion zu befürchten, dass der Auftritt eines Lageversatzes des Abstandshalters in der dritten Richtung zu einer Verschlechterung der Gasströmung in der Gaskammer (Gaskammer, der die erste Elektrode zugewandt ist) und somit zu einer Verringerung der Stromerzeugungsleistung des elektrochemischen Reaktionszellenstapels führen kann.
  • Im Gegensatz dazu ist beim vorliegenden elektrochemischen Reaktionszellenstapel, wie oben erwähnt, in dem zum bestimmten Querschnitt vertikalen Querschnitt das zweite leitfähige Bauelement jeder elektrochemischen Reaktionseinheit mit dem zweiten vorderen Ende versehen, das mit einem Ende des zweiten Kontaktabschnittes in der dritten Richtung verbunden ist, wobei das gesamte zweite vordere Ende auf der Seite in der dritten Richtung in Bezug auf den Abstandshalter positioniert ist. Gemäß dem vorliegenden elektrochemischen Reaktionszellenstapel kann daher ein Lageversatz des Abstandshalters in der dritten Richtung verhindert werden.
  • (4) Beim obigen elektrochemischen Reaktionszellenstapel kann das zweite leitfähige Bauelement der bestimmten Reaktionseinheit derart ausgebildet sein, dass es mit dem ersten leitfähigen Bauelement auf der Seite in der dritten Richtung in Bezug auf den Abstandshalter verbunden ist. Gemäß dem vorliegenden elektrochemischen Reaktionszellenstapel kann ein Lageversatz des Abstandshalters in der dritten Richtung verhindert werden.
  • (5) Beim obigen elektrochemischen Reaktionszellenstapel kann der Abstandshalter der bestimmten Reaktionseinheit derart ausgebildet sein, dass er einen Teil aufweist, der in der Ansicht von der ersten Richtung zur Außenseite des zweiten leitfähigen Bauelementes vorsteht und in der Ansicht von der zweiten Richtung das zweite leitfähige Bauelement überlagert. Gemäß dem vorliegenden elektrochemischen Reaktionszellenstapel kann ebenfalls ein Lageversatz des Abstandshalters in der dritten Richtung verhindert werden.
  • (6) Beim obigen elektrochemischen Reaktionszellenstapel kann eine Position, an der das erste vordere Ende des zweiten leitfähigen Bauelementes der bestimmten Reaktionseinheit mit dem ersten leitfähigen Bauelement verbunden ist, in der Mitte des ersten vorderen Endes des zweiten leitfähigen Bauelementes in der zweiten Richtung oder näher am Abstandshalter sein als die Mitte. Beim vorliegenden elektrochemischen Reaktionszellenstapel ist die Position, an der das erste vordere Ende des zweiten leitfähigen Bauelementes der elektrochemischen Reaktionseinheit mit dem ersten leitfähigen Bauelement verbunden ist, relativ nahe am Abstandshalter. Gemäß dem vorliegenden elektrochemischen Reaktionszellenstapel kann daher ein Lageversatz des Abstandshalters in der zweiten Richtung effektiver verhindert werden.
  • (7) Beim obigen elektrochemischen Reaktionszellenstapel kann die Position, an der das erste vordere Ende des zweiten leitfähigen Bauelementes der bestimmten Reaktionseinheit mit dem ersten leitfähigen Bauelement verbunden ist, in der Mitte des ersten vorderen Endes des zweiten leitfähigen Bauelementes in der zweiten Richtung oder ferner vom Abstandshalter sein als die Mitte. Beim vorliegenden elektrochemischen Reaktionszellenstapel ist ein am Abstandshalter näherer Teil des ersten vorderen Endes des zweiten leitfähigen Bauelementes als die Position, an der das erste vordere Ende mit dem ersten leitfähigen Bauelement verbunden ist, nicht mit dem ersten leitfähigen Bauelement verbunden, so dass sich dieser Teil bis zu einem gewissen Grad frei ausdehnen kann, wenn sich der Zwischenraum zwischen der ersten Elektrode und dem ersten leitfähigen Element erweitert. Infolgedessen ist gemäß dem vorliegenden elektrochemischen Reaktionszellenstapel der nicht mit dem ersten leitfähigen Bauelement verbundene Teil des ersten vorderen Endes des zweiten leitfähigen Bauelementes relativ lang, so dass effektiver verhindert werden kann, dass sich die Kontaktfläche zwischen der ersten Elektrode und dem zweiten Kontaktabschnitt des zweiten leitfähigen Bauelementes verkleinert, wenn sich der Zwischenraum zwischen der ersten Elektrode und dem ersten leitfähigen Bauelement erweitert. Somit kann eine Verringerung der Stromerzeugungsleistung des obigen elektrochemischen Reaktionszellenstapels effektiver verhindert werden.
  • (8) Beim obigen elektrochemischen Reaktionszellenstapel kann das zweite leitfähige Bauelement der bestimmten Reaktionseinheit derart ausgebildet sein, dass ein Raum zwischen dem Verbindungsabschnitt des zweiten leitfähigen Bauelementes und dem Abstandshalter gebildet wird.
  • Wenn sich der Zwischenraum zwischen der ersten Elektrode und dem ersten leitfähigen Bauelement aufgrund voneinander unterschiedlicher Wärmeausdehnung u.a. der jeweiligen Teile (z.B.: besagte erste Elektrode; besagtes erstes leitfähiges Bauelement) des elektrochemischen Reaktionszellenstapels erweitert, könnte die erste Elektrode vom zweiten Kontaktabschnitt des zweiten leitfähigen Bauelementes abgerissen werden. Als Folge davon verringert sich die Kontaktfläche zwischen der ersten Elektrode und dem zweiten Kontaktabschnitt des zweiten leitfähigen Bauelementes, wodurch sich die Stromerzeugungsleistung des obigen elektrochemischen Reaktionszellenstapels verringern kann.
  • Im Gegensatz dazu ist beim vorliegenden elektrochemischen Reaktionszellenstapel, wie oben erwähnt, das zweite leitfähige Bauelement derart ausgebildet, dass ein Raum zwischen dem Verbindungsabschnitt des zweiten leitfähigen Bauelementes und dem Abstandshalter gebildet wird. Daher steht weder ein Teil des zweiten Kontaktabschnittes des zweiten leitfähigen Bauelementes auf der Seite des Verbindungsabschnittes noch ein Teil des ersten Kontaktabschnittes auf der Seite des Verbindungsabschnittes in Kontakt mit der ersten Elektrode, so dass sich diese Teile bis zu einem gewissen Grad frei ausdehnen können, wenn sich der Zwischenraum zwischen der ersten Elektrode und dem ersten leitfähigen Bauelement erweitert. Gemäß dem vorliegenden elektrochemischen Reaktionszellenstapel kann daher verhindert werden, dass sich die Kontaktfläche zwischen der ersten Elektrode und dem zweiten Kontaktabschnitt des zweiten leitfähigen Bauelementes durch Erweitern des Zwischenraums zwischen der ersten Elektrode und dem ersten leitfähigen Bauelement verkleinert. Somit kann eine Verringerung der Stromerzeugungsleistung des obigen elektrochemischen Reaktionszellenstapels verhindert werden.
  • (9) Beim obigen elektrochemischen Reaktionszellenstapel kann das erste vordere Ende derart ausgebildet sein, dass es in Kontakt mit dem Abstandshalter steht. Gemäß dem vorliegenden elektrochemischen Reaktionszellenstapel kann ein Lageversatz des Abstandshalters in der zweiten Richtung effektiver verhindert werden.
  • Außerdem kann die in der vorliegenden Beschreibung offenbarte Technik in verschiedenen Formen realisiert werden, z.B. in Form eines elektrochemischen Reaktionszellenstapels (Brennstoffzellenstapel oder Elektrolysezellenstapel), eines elektrochemischen Reaktionssystems (Brennstoffzellensystem oder Elektrolysezellensystem) mit dem elektrochemischen Reaktionszellenstapel, eines Verfahrens zu deren Herstellung u.a.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine perspektivische Darstellung, die die äußere Ansicht eines Brennstoffzellenstapels 100 in einer Ausführungsform zeigt.
    • 2 ist eine Ansicht, die eine XZ-Querschnittskonstruktion des Brennstoffzellenstapels 100 an einer Position II-II in 1 erläutert.
    • 3 ist eine Ansicht, die eine YZ-Querschnittskonstruktion des Brennstoffzellenstapels 100 an einer Position III-III in 1 erläutert.
    • 4 ist eine Ansicht, die eine XZ-Querschnittskonstruktion von zwei voneinander benachbarten Stromerzeugungseinheiten 102 an der gleichen Position wie der im Querschnitt in 2 erläutert.
    • 5 ist eine Ansicht, die eine YZ-Querschnittskonstruktion von zwei voneinander benachbarten Stromerzeugungseinheiten 102 an der gleichen Position wie der im Querschnitt in 3 erläutert.
    • 6 ist eine Ansicht, die eine XY-Querschnittskonstruktion der Stromerzeugungseinheit 102 an einer Position VI-VI in 5 erläutert.
    • 7 ist eine Ansicht, die eine XY-Querschnittskonstruktion der Stromerzeugungseinheit 102 an einer Position VII-VII in 5 erläutert.
    • 8 ist eine Ansicht, die eine vergrößerte XZ-Querschnittskonstruktion eines Teils (Abschnitt X1 in 4) einer Einzelzelle 110 erläutert.
    • 9 ist eine Ansicht, die eine vergrößerte YZ-Querschnittskonstruktion eines Teils (Abschnitt X2 in 5) der Einzelzelle 110 erläutert.
    • 10 ist eine Ansicht, die einen Vorsprung 149A eines Abstandshalters 149 in einem abgewandelten Beispiel erläutert.
  • [Ausführungsform der Erfindung]
  • Ausführungsform
  • Konstruktion
  • (Konstruktion des Brennstoffzellenstapels 100)
  • 1 ist eine perspektivische Darstellung, die die äußere Ansicht eines Brennstoffzellenstapels 100 in der vorliegenden Ausführungsform zeigt. 2 ist eine Ansicht, die eine XZ-Querschnittskonstruktion des Brennstoffzellenstapels 100 an einer Position II-II in 1 erläutert. 3 ist eine Ansicht, die eine YZ-Querschnittskonstruktion des Brennstoffzellenstapels 100 an einer Position III-III in 1 erläutert. Jede Figur zeigt zueinander orthogonale XYZ-Achsen zur Identifizierung der Richtungen. Der Einfachheit halber ist in der vorliegenden Beschreibung die positive Z-Richtung als „Aufwärtsrichtung“ und die negative Z-Richtung als „Abwärtsrichtung“ bezeichnet. Der Brennstoffzellenstapel 100 kann jedoch tatsächlich in einer anderen als dieser Ausrichtung installiert werden. Entsprechendes gilt für 4 ff. Außerdem entspricht die Auf- und Abwärtsrichtung (Z-Richtung) der ersten Richtung in den Patentansprüchen. Der Brennstoffzellenstapel entspricht dem elektrochemischen Reaktionszellenstapel in den Patentansprüchen.
  • Der Brennstoffzellenstapel 100 ist mit mehreren (sieben in der vorliegenden Ausführungsform) Stromerzeugungseinheiten 102 und einem Paar Endplatten 104, 106 versehen. Die sieben Stromerzeugungseinheiten 102 sind in einer vorbestimmten Ausrichtung (Auf- und Abwärtsrichtung in der vorliegenden Ausführungsform) nebeneinander angeordnet. Die Endplatten 104, 106 sind derart angeordnet, dass sie eine Baugruppe bestehend aus den sieben Stromerzeugungseinheiten 102 von oben und unten einklemmen.
  • Im Randbereich der jeweiligen, den Brennstoffzellenstapel 100 bildenden Schichten (Stromerzeugungseinheiten 102; Endplatten 104, 106) um die Z-Richtung sind mehrere (acht in der vorliegenden Ausführungsform) in Auf- und Abwärtsrichtung durchgehende Bohrungen gebildet. Die Bohrungen, die in den jeweiligen Schichten gebildet sind und einander entsprechen, sind in Auf- und Abwärtsrichtung miteinander verbunden, um eine Verbindungsbohrung 108 auszubilden, die sich in Auf- und Abwärtsrichtung von der einen Endplatte 104 zu der anderen Endplatte 106 erstreckt. In der folgenden Erläuterung sind auch die Bohrungen, die zum Bilden der Verbindungsbohrung 108 in den jeweiligen Schichten des Brennstoffzellenstapels 100 gebildet sind, als „Verbindungsbohrung 108“ bezeichnet.
  • In jede Verbindungsbohrung 108 wird ein sich in Auf- und Abwärtsrichtung erstreckender Bolzen 22 eingeführt. Der Brennstoffzellenstapel 100 ist mittels der Bolzen 22 und Muttern 24, die jeweils auf die beiden Enden jedes Bolzens 22 aufgeschraubt sind, festgeklemmt. Wie in 2 und 3 gezeigt, befindet sich außerdem eine Isolierfolie 26 zwischen der Mutter 24, die auf ein Ende (Oberseite) des Bolzens 22 aufgeschraubt ist, und einer oberen Oberfläche der Endplatte 104, die ein oberes Ende des Brennstoffzellenstapels 100 bildet, und zwischen der Mutter 24, die auf das andere Ende (Unterseite) des Bolzens 22 aufgeschraubt ist, und einer unteren Oberfläche der Endplatte 106, die ein unteres Ende des Brennstoffzellenstapels 100 bildet. An einer Stelle, an der ein später beschriebenes Gasdurchgangselement 27 vorgesehen ist, befinden sich allerdings das Gasdurchgangselement 27 und die Isolierfolien 26 zwischen der Mutter 24 und einer Oberfläche der Endplatte 106, wobei die Isolierfolien 26 jeweils auf der Oberseite und der Unterseite des Gasdurchgangselementes 27 angeordnet sind. Jede Isolierfolie 26 ist z.B. aus einer Glimmerfolie, einer Keramikfaserfolie, einer keramischen Presspulverfolie, einer Glasfolie, einem Glas-Keramik-Verbundmittel u.a. ausgebildet.
  • Der Außendurchmesser des Schaftes jedes Bolzens 22 ist kleiner als der Innendurchmesser jeder Verbindungsbohrung 108. Daher ist ein Raum zwischen der Außenumfangsfläche des Schaftes jedes Bolzens 22 und der Innenumfangsfläche jeder Verbindungsbohrung 108 gewährleistet. Wie in 1 und 2 gezeigt, funktioniert ein Raum, der durch einen Bolzen 22 (Bolzen 22A) nahe dem Mittelpunkt einer Seite (eine Seite auf der positiven X-Richtungsseite von zwei parallel zur Y-Achse verlaufenden Seiten) am Außenumfang des Brennstoffzellenstapels 100 um die Z-Richtung und eine Verbindungsbohrung 108, in die der Bolzen 22A eingeführt ist, gebildet ist, als Verteiler 161 zum Zuführen von Oxidationsgas, der ein Gasströmungspfad ist, bei dem ein Oxidationsgas OG von außerhalb des Brennstoffzellenstapels 100 geleitet und jeder Stromerzeugungseinheit 102 zugeführt wird. Ein Raum, der durch einen Bolzen 22 (Bolzen 22B) nahe dem Mittelpunkt einer der besagten Seite entgegengesetzten Seite (eine Seite auf der negativen X-Richtungsseite von zwei parallel zur Y-Achse verlaufenden Seiten) und eine Verbindungsbohrung 108, in die der Bolzen 22B eingeführt ist, gebildet ist, funktioniert als Verteiler 162 zum Ablassen von Oxidationsgas, der ein Oxidationsabgas OOG, das von einer Luftkammer 166 jeder Stromerzeugungseinheit 102 abgelassen wurde, zur Außenseite des Brennstoffzellenstapels 100 ablässt. Außerdem wird in der vorliegenden Ausführungsform z.B. Luft als Oxidationsgas OG verwendet.
  • Wie in 1 und 3 gezeigt, funktioniert ferner ein Raum, der durch einen Bolzen 22 (Bolzen 22D) nahe dem Mittelpunkt einer Seite (eine Seite auf der positiven Y-Richtungsseite von zwei parallel zur X-Achse verlaufenden Seiten) am Außenumfang des Brennstoffzellenstapels 100 um die Z-Richtung und eine Verbindungsbohrung 108, in die der Bolzen 22D eingeführt ist, gebildet ist, als Verteiler 171 zum Zuführen von Brenngas, bei dem ein Brenngas FG von außerhalb des Brennstoffzellenstapels 100 geleitet und jeder Stromerzeugungseinheit 102 zugeführt wird. Ein Raum, der durch einen Bolzen 22 (Bolzen 22E) nahe dem Mittelpunkt einer der besagten Seite entgegengesetzten Seite (eine Seite auf der negativen Y-Richtungsseite von zwei parallel zur X-Achse verlaufenden Seiten) und eine Verbindungsbohrung 108, in die der Bolzen 22E eingeführt ist, gebildet ist, funktioniert als Verteiler 172 zum Ablassen von Brenngas, der ein Brennabgas FOG, das von einer Brennkammer 176 jeder Stromerzeugungseinheit 102 abgelassen wurde, zur Außenseite des Brennstoffzellenstapels 100 ablässt. In der vorliegenden Ausführungsform wird außerdem z.B. ein aus Stadtgas reformiertes wasserstoffreiches Gas als Brenngas FG verwendet.
  • Der Brennstoffzellenstapel 100 ist mit vier Gasdurchgangselementen 27 versehen. Jedes Gasdurchgangselement 27 weist einen hohlrohrförmigen Hauptkörper 28 und einen hohlrohrförmigen Zweigabschnitt 29, der von einer Seitenfläche des Hauptkörpers 28 abzweigt, auf. Die Bohrung des Zweigabschnittes 29 ist mit der Bohrung des Hauptkörpers 28 verbunden. Eine Gasleitung (nicht dargestellt) wird mit dem Zweigabschnitt 29 jedes Gasdurchgangselementes 27 verbunden. Wie in 2 gezeigt, ist ferner die Bohrung des Hauptkörpers 28 des Gasdurchgangselementes 27, das am Bolzen 22A angeordnet ist, der den Verteiler 161 zum Zuführen von Oxidationsgas bildet, mit dem Verteiler 161 zum Zuführen von Oxidationsgas verbunden. Die Bohrung des Hauptkörpers 28 des Gasdurchgangselementes 27, das am Bolzen 22B angeordnet ist, der den Verteiler 162 zum Ablassen von Oxidationsgas bildet, ist mit dem Verteiler 162 zum Ablassen von Oxidationsgas verbunden. Wie in 3 gezeigt, ist ferner die Bohrung des Hauptkörpers 28 des Gasdurchgangselementes 27, das am Bolzen 22D angeordnet ist, der den Verteiler 171 zum Zuführen von Brenngas bildet, mit dem Verteiler 171 zum Zuführen von Brenngas verbunden. Die Bohrung des Hauptkörpers 28 des Gasdurchgangselementes 27, das am Bolzen 22E angeordnet ist, der den Verteiler 172 zum Ablassen von Brenngas bildet, ist mit dem Verteiler 172 zum Ablassen von Brenngas verbunden.
  • (Konstruktion der Endplatten 104, 106)
  • Die paarweise angeordneten Endplatten 104, 106 sind leitfähige Bauelemente in Form einer im Wesentlichen rechteckigen flachen Platte und besteht z.B. aus rostfreiem Stahl. Die eine Endplatte 104 ist oberhalb der obersten Stromerzeugungseinheit 102 und die andere Endplatte 106 ist unterhalb der untersten Stromerzeugungseinheit 102 angeordnet. Die Stromerzeugungseinheiten 102 werden durch das Paar Endplatten 104, 106 im gedrückten Zustand eingeklemmt. Die obere Endplatte 104 funktioniert als positiver Ausgangsanschluss des Brennstoffzellenstapels 100, und die untere Endplatte 106 funktioniert als negativer Ausgangsanschluss des Brennstoffzellenstapels 100.
  • (Konstruktion der Stromerzeugungseinheit 102)
  • 4 ist eine Ansicht, die eine XZ-Querschnittskonstruktion von zwei voneinander benachbarten Stromerzeugungseinheiten 102 an der gleichen Position wie der im Querschnitt in 2 erläutert. 5 ist eine Ansicht, die eine YZ-Querschnittskonstruktion von zwei voneinander benachbarten Stromerzeugungseinheiten 102 an der gleichen Position wie der im Querschnitt in 3 erläutert. Des Weiteren ist 6 eine Ansicht, die eine XY-Querschnittskonstruktion der Stromerzeugungseinheit 102 an einer Position VI-VI in 5 erläutert. 7 ist eine Ansicht, die eine XY-Querschnittskonstruktion der Stromerzeugungseinheit 102 an einer Position VII-VII in 5 erläutert.
  • Wie in 4 und 5 gezeigt, ist die Stromerzeugungseinheit 102 mit einer Einzelzelle 110, einem Separator 120, einem kathodenseitigen Rahmen 130, einem kathodenseitigen Stromkollektor 134, einem anodenseitigen Rahmen 140, anodenseitigen Stromkollektoren 144, Abstandshaltern 149 und einem Paar Interkonnektoren 150 versehen, die die oberste und die unterste Schicht der Stromerzeugungseinheit 102 bilden. Im Randbereich des Separators 120, des kathodenseitigen Rahmens 130, des anodenseitigen Rahmens 140 und der Interkonnektoren 150 um die Z-Richtung sind Bohrungen ausgebildet, die der oben beschriebenen Verbindungsbohrung 108 entsprechen, in die der Bolzen 22 eingeführt wird.
  • Jeder Interkonnektor 150 ist ein leitfähiges Bauelement in Form einer im Wesentlichen rechteckigen flachen Platte und besteht z.B. aus rostfreiem Stahl auf Ferritbasis. Der Interkonnektor 150 gewährleistet die elektrische Leitfähigkeit zwischen den Stromerzeugungseinheiten 102 und verhindert eine Vermischung der Reaktionsgase zwischen den Stromerzeugungseinheiten 102. Außerdem wird in der vorliegenden Ausführungsform, wenn zwei Stromerzeugungseinheiten 102 nebeneinander angeordnet sind, ein Interkonnektor 150 durch die beiden benachbarten Stromerzeugungseinheiten 102 gemeinsam genutzt. D.h., der obere Interkonnektor 150 für eine Stromerzeugungseinheit 102 ist dasselbe Bauelement wie der untere Interkonnektor 150 für eine an die Oberseite dieser Stromerzeugungseinheit 102 angrenzende andere Stromerzeugungseinheit 102. Da der Brennstoffzellenstapel 100 mit dem Paar Endplatten 104, 106 versehen ist, weist ferner die oberste Stromerzeugungseinheit 102 des Brennstoffzellenstapels 100 keinen oberen Interkonnektor 150 und die unterste Stromerzeugungseinheit 102 keinen unteren Interkonnektor 150 auf (vgl. 2 und 3).
  • Die Einzelzelle 110 ist mit einer Elektrolytschicht 112, einer Kathode (Kathode) 114 und einer Anode (Anode) 116 versehen, die über die Elektrolytschicht 112 in Auf- und Abwärtsrichtung (Ausrichtung der Stromerzeugungseinheiten 102) gegenüberliegen. D.h., die Kathode 114 und die Anode 116 liegen über die Elektrolytschicht 112 in Auf- und Abwärtsrichtung gegenüber. Außerdem ist die Einzelzelle 110 in der vorliegenden Ausführungsform eine anodengestützte Einzelzelle, bei der die Anode 116 die Elektrolytschicht 112 und die Kathode 114 stützt.
  • Die Elektrolytschicht 112 ist ein Bauelement in Form einer im Wesentlichen rechteckigen flachen Platte in der Ansicht von der Auf- und Abwärtsrichtung und eine dichte Schicht (mit geringer Porosität). Die Ansicht von der Auf- und Abwärtsrichtung bedeutet hier „gesehen von einer Richtung parallel zur Auf- und Abwärtsrichtung“ (entsprechendes gilt für die nachfolgende „Ansicht von der Auf- und Abwärtsrichtung“). Die Elektrolytschicht 112 besteht aus festem Oxid, wie z.B. YSZ (Yttriumoxid-stabilisiertes Zirkoniumoxid), ScSZ (Scandia-stabilisiertes Zirkoniumoxid), SDC (Samarium-dotiertes Ceroxid), GDC (Gadolinium-dotiertes Ceroxid), einem Oxid vom Perowskit-Typ o.ä. Die Kathode 114 ist ein Bauelement in Form einer im Wesentlichen rechteckigen flachen Platte, die in der Ansicht von der Auf- und Abwärtsrichtung kleiner ist als die Elektrolytschicht 112, und eine poröse Schicht (mit einer höheren Porosität als die Elektrolytschicht 112). Die Kathode 114 besteht z.B. aus Oxid vom Perowskit-Typ (z.B.: LSCF (Lanthan-Strontium-Kobalt-Eisenoxid); LSM (Lanthan-Strontium-Manganoxid); LNF (Lanthan-Nickel-Eisen)). Die Anode 116 ist ein Bauelement in Form einer im Wesentlichen rechteckigen flachen Platte, die in der Ansicht von der Auf- und Abwärtsrichtung im Wesentlichen gleich groß ist wie die Elektrolytschicht 112. Sie ist ferner eine poröse Schicht (mit einer höheren Porosität als die Elektrolytschicht 112). Die Dicke der Anode 116 beträgt z.B. 200 µm bis 1000 µm. Die durchschnittliche Porosität eines dem anodenseitigen Stromkollektor 144 nahen Teils der Anode 116 liegt z.B. zwischen 25 und 60 Vol.-%. Die durchschnittliche Porengröße dieses Teils beträgt z.B. 0,5 µm bis 4 µm. Die auf diese Weise ausgebildete Einzelzelle 110 (Stromerzeugungseinheit 102) in der vorliegenden Ausführungsform ist eine Festoxidbrennstoffzelle (SOFC), die ein festes Oxid als Elektrolyt verwendet.
  • Der Separator 120 ist ein rahmenförmiges Bauelement, das nahe der Mitte eine in Auf- und Abwärtsrichtung durchgehende, im Wesentlichen rechteckige Bohrung 121 aufweist, und besteht z.B. aus Metall. Der Umfangsteil der Bohrung 121 des Separators 120 liegt dem Randbereich einer Oberfläche der Elektrolytschicht 112 auf der Seite der Kathode 114 gegenüber. Der Separator 120 ist mit der Elektrolytschicht 112 (Einzelzelle 110) über ein Verbindungsteil 124 verbunden, das aus einem Lötmaterial (z.B.: Ag-Lot) besteht, das an der besagten gegenüberliegenden Stelle angeordnet ist. Der Separator 120 unterteilt die Luftkammer 166, die der Kathode 114 zugewandt ist, und die Brennkammer 176, die der Anode 116 zugewandt ist, und verhindert dadurch das Austreten von Gas von einer Elektrodenseite zur anderen im Randbereich der Einzelzelle 110.
  • Wie in 6 gezeigt, ist der kathodenseitige Rahmen 130 ein rahmenförmiges Bauelement, das nahe der Mitte eine in Auf- und Abwärtsrichtung durchgehende, im Wesentlichen rechteckige Bohrung 131 aufweist, und besteht z.B. aus einem Isolator, wie z.B. Glimmer o.ä. Die Bohrung 131 des kathodenseitigen Rahmens 130 bildet die Luftkammer 166, die der Kathode 114 zugewandt ist. Der Kathodenseitige Rahmen 130 steht in Kontakt mit dem Randbereich einer Oberfläche des Separators 120 auf einer Seite, die einer der Elektrolytschicht 112 gegenüberliegenden Seite entgegengesetzt ist, und mit dem Randbereich einer Oberfläche des Interkonnektors 150 auf einer der Kathode 114 gegenüberliegenden Seite. Des Weiteren werden die in der Stromerzeugungseinheit 102 enthaltenen, paarweise angeordneten Interkonnektoren 150 durch den kathodenseitigen Rahmen 130 elektrisch voneinander isoliert. Am kathodenseitigen Rahmen 130 sind ferner eine Verbindungsbohrung 132 zum Zuführen von Oxidationsgas und eine Verbindungsbohrung 133 zum Ablassen von Oxidationsgas gebildet, wobei die erstere den Verteiler 161 zum Zuführen von Oxidationsgas mit der Luftkammer 166 verbindet und die letztere die Luftkammer 166 mit dem Verteiler 162 zum Ablassen von Oxidationsgas verbindet.
  • Wie in 7 gezeigt, ist der anodenseitige Rahmen 140 ein rahmenförmiges Bauelement, das nahe der Mitte eine in Auf- und Abwärtsrichtung durchgehende, im Wesentlichen rechteckige Bohrung 141 aufweist, und besteht z.B. aus Metall. Die Bohrung 141 des anodenseitigen Rahmens 140 bildet die Brennkammer 176, die der Anode 116 zugewandt ist. Der anodenseitige Rahmen 140 steht in Kontakt mit dem Randbereich einer Oberfläche des Separators 120 auf einer der Elektrolytschicht 112 gegenüberliegenden Seite und mit dem Randbereich einer Oberfläche des Interkonnektors 150 auf einer der Anode 116 gegenüberliegenden Seite. Des Weiteren sind am anodenseitigen Rahmen 140 eine Verbindungsbohrung 142 zum Zuführen von Brenngas und eine Verbindungsbohrung 143 zum Ablassen von Brenngas gebildet, wobei die erstere den Verteiler 171 zum Zuführen von Brenngas mit der Brennkammer 176 verbindet und die letztere die Brennkammer 176 mit dem Verteiler 172 zum Ablassen von Brenngas verbindet.
  • Der kathodenseitige Stromkollektor 134 ist in der Luftkammer 166 angeordnet. Der kathodenseitige Stromkollektor 134 ist aus mehreren Stromkollektorelementen im Wesentlichen in Form eines Vierkantpfostens ausgebildet und besteht z.B. aus rostfreiem Stahl auf Ferritbasis. Der kathodenseitige Stromkollektor 134 steht in Kontakt mit einer Oberfläche der Kathode 114 auf einer Seite, die einer der Elektrolytschicht 112 gegenüberliegenden Seite entgegengesetzt ist, und mit einer Oberfläche des Interkonnektors 150 auf einer der Kathode 114 gegenüberliegenden Seite. Allerdings ist, wie oben erwähnt, die oberste Stromerzeugungseinheit 102 des Brennstoffzellenstapels 100 nicht mit dem oberen Interkonnektor 150 versehen, so dass der kathodenseitige Stromkollektor 134 dieser Stromerzeugungseinheit 102 in Kontakt mit der oberen Endplatte 104 steht. Der kathodenseitige Stromkollektor 134 ist so ausgebildet, dass er die Kathode 114 elektrisch mit dem Interkonnektor 150 (oder der Endplatte 104) verbindet. In der vorliegenden Ausführungsform sind außerdem der kathodenseitige Stromkollektor 134 und der Interkonnektor 150 als einteiliges Bauelement ausgebildet. D.h., der orthogonal zur Auf- und Abwärtsrichtung (Z-Richtung) stehende, flach geformte Abschnitt des einteiligen Bauelementes funktioniert als Interkonnektor 150, und die Stromkollektorelemente, die mehrere konvexe Abschnitte sind, die vom flachen Abschnitt zur Kathode 114 hin vorstehend ausgebildet sind, funktionieren als kathodenseitiger Stromkollektor 134. Das einteilige Bauelement aus dem kathodenseitigen Stromkollektor 134 und dem Interkonnektor 150 kann alternativ mit einer leitfähigen Beschichtung abgedeckt sein. Zwischen der Kathode 114 und dem kathodenseitigen Stromkollektor 134 kann alternativ eine leitfähige Verbindungsschicht vorhanden sein, die die beiden verbindet.
  • Der anodenseitige Stromkollektor 144 ist in der Brennkammer 176 angeordnet. Der anodenseitige Stromkollektor 144 ist mit einem Interkonnektor-Kontaktabschnitt 146, einem Elektroden-Kontaktabschnitt 145, einem Verbindungsabschnitt 147, der die positive X-Richtungsseite des Elektroden-Kontaktabschnittes 145 mit der positiven X-Richtungsseite des Interkonnektor-Kontaktabschnittes 146 verknüpft, einem ersten vorderen Ende 148 und zweiten vorderen Enden 148A versehen und besteht z.B. aus Nickel, einer Nickellegierung, rostfreiem Stahl o.ä. Der Elektroden-Kontaktabschnitt 145 steht in Kontakt mit einer Oberfläche der Anode 116 auf einer Seite, die einer der Elektrolytschicht 112 gegenüberliegenden Seite entgegengesetzt ist. Der Interkonnektor-Kontaktabschnitt 146 steht in Kontakt mit einer Oberfläche des Interkonnektors 150 auf einer der Anode 116 gegenüberliegenden Seite. D.h., der Interkonnektor-Kontaktabschnitt 146 steht in Kontakt mit einer Oberfläche eines auf der unteren Seite (d.h. einer Seite in Auf- und Abwärtsrichtung) in Bezug auf die Einzelzelle 110 angeordneten Interkonnektors 150 von den paarweise angeordneten Interkonnektoren 150 der Stromerzeugungseinheit 102. In der vorliegenden Ausführungsform entspricht der untere Interkonnektor 150 von den paarweise angeordneten Interkonnektoren 150 der Stromerzeugungseinheit 102 dem ersten leitfähigen Bauelement in den Patentansprüchen. Allerdings ist, wie oben erwähnt, die unterste Stromerzeugungseinheit 102 des Brennstoffzellenstapels 100 nicht mit dem unteren Interkonnektor 150 versehen, so dass der Interkonnektor-Kontaktabschnitt 146 dieser Stromerzeugungseinheit 102 in Kontakt mit der unteren Endplatte 106 steht. Das erste vordere Ende 148 ist, wie in 4 gezeigt, mit einer Seite (negative X-Richtungsseite) des Elektroden-Kontaktabschnittes 145 verbunden, die einer mit dem Verbindungsabschnitt 147 verbundenen Seite entgegengesetzt ist. Wie in 5 gezeigt, sind die zweiten vorderen Enden 148A jeweils mit einem Ende (negative Y-Richtung) und dem anderen Ende (positive Y-Richtung) des Elektroden-Kontaktabschnittes 145 in Y-Richtung verbunden. Die detaillierten Konstruktionen des ersten vorderen Endes 148 und der zweiten vorderen Enden 148A werden später beschrieben. Außerdem entspricht der anodenseitige Stromkollektor 144 dem zweiten leitfähigen Bauelement in den Patentansprüchen. Der Interkonnektor-Kontaktabschnitt 146 entspricht dem ersten Kontaktabschnitt in den Patentansprüchen. Der Elektroden-Kontaktabschnitt 145 entspricht dem zweiten Kontaktabschnitt in den Patentansprüchen. In der vorliegenden Ausführungsform entspricht die Y-Richtung der dritten Richtung in den Patentansprüchen.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist der anodenseitige Stromkollektor 144 aus einer Metallfolie (z.B. mit einer Dicke von 10 bis 800 µm) ausgebildet, die z.B. aus Nickel, einer Nickellegierung, rostfreiem Stahl o.ä. besteht. Wie in der teilweise vergrößerten Ansicht in 7 gezeigt, wird der anodenseitige Stromkollektor 144 durch Einschneiden in eine im Wesentlichen rechteckige Metallfolie und Biegen mehrerer rechteckiger Abschnitte hergestellt.
  • Der anodenseitige Stromkollektor 144 ist so ausgebildet, dass er die Anode 116 elektrisch mit dem Interkonnektor 150 (oder der Endplatte 106) verbindet. In der vorliegenden Ausführungsform sind außerdem der Interkonnektor-Kontaktabschnitt 146, der Elektroden-Kontaktabschnitt 145, der Verbindungsabschnitt 147, das erste vordere Ende 148 und die zweiten vorderen Enden 148A des anodenseitigen Stromkollektors 144 aus einem einteiligen Bauelement ausgebildet.
  • Ein Abstandshalter 149, der z.B. aus Glimmer o.ä. besteht, ist zwischen dem Elektroden-Kontaktabschnitt 145 und dem Interkonnektor-Kontaktabschnitt 146 angeordnet. Daher folgt der anodenseitige Stromkollektor 144 der Verformung der Stromerzeugungseinheit 102 aufgrund von Temperaturzyklen bzw. Reaktionsgasdruckschwankungen, wodurch die elektrische Verbindung zwischen der Anode 116 und dem Interkonnektor 150 (oder der Endplatte 106) über den anodenseitigen Stromkollektor 144 gut beibehalten wird. Die Dicke des Abstandshalters 149 beträgt z.B. 0,5 bis 3 mm.
  • Betrieb des Brennstoffzellenstapels 100
  • Wird das Oxidationsgas OG, wie in 2, 4 und 6 gezeigt, über eine Gasleitung (nicht dargestellt), die mit dem Zweigabschnitt 29 des Gasdurchgangselementes 27 am Verteiler 161 zum Zuführen von Oxidationsgas verbunden ist, zugeführt, wird es über die Bohrungen des Zweigabschnittes 29 und des Hauptkörpers 28 des Gasdurchgangselementes 27 in den Verteiler 161 zum Zuführen von Oxidationsgas geleitet und vom Verteiler 161 zum Zuführen von Oxidationsgas über die Verbindungsbohrung 132 zum Zuführen von Oxidationsgas jeder Stromerzeugungseinheit 102 in die Luftkammer 166 geleitet. Wird ferner das Brenngas FG, wie in 3, 5 und 7 gezeigt, über eine Gasleitung (nicht dargestellt), die mit dem Zweigabschnitt 29 des Gasdurchgangselementes 27 am Verteiler 171 zum Zuführen von Brenngas verbunden ist, zugeführt, wird es über die Bohrungen des Zweigabschnittes 29 und des Hauptkörpers 28 des Gasdurchgangselementes 27 in den Verteiler 171 zum Zuführen von Brenngas geleitet und vom Verteiler 171 zum Zuführen von Brenngas über die Verbindungsbohrung 142 zum Zuführen von Brenngas jeder Stromerzeugungseinheit 102 in die Brennkammer 176 geleitet.
  • Wird das Oxidationsgas OG in die Luftkammer 166 jeder Stromerzeugungseinheit 102 und das Brenngas FG in die Brennkammer 176 geleitet, erfolgt in der Einzelzelle 110 eine Stromerzeugung durch die elektrochemische Reaktion zwischen dem im Oxidationsgas OG enthaltenen Sauerstoff und dem im Brenngas FG enthaltenen Wasserstoff. Diese Stromerzeugungsreaktion ist eine exotherme Reaktion. In jeder Stromerzeugungseinheit 102 ist die Kathode 114 der Einzelzelle 110 über den kathodenseitigen Stromkollektor 134 mit einem Interkonnektor 150 elektrisch verbunden, und die Anode 116 ist über den anodenseitigen Stromkollektor 144 mit dem anderen Interkonnektor 150 elektrisch verbunden. Des Weiteren sind die im Brennstoffzellenstapel 100 enthaltenen Stromerzeugungseinheiten 102 elektrisch in Reihe geschaltet. Daher wird die in jeder Stromerzeugungseinheit 102 erzeugte elektrische Energie aus den Endplatten 104, 106 entnommen, die als Ausgangsanschlüsse des Brennstoffzellenstapels 100 funktionieren. Da die SOFC bei einer relativ hohen Temperatur (z.B.: 700°C bis 1000°C) Strom erzeugt, kann außerdem der Brennstoffzellenstapel 100 durch ein Heizgerät (nicht dargestellt) nach dem Aktivieren aufgeheizt werden, bis die hohe Temperatur durch die bei der Stromerzeugung erzeugte Wärme beibehalten werden kann.
  • Das Oxidationsabgas OOG, das von der Luftkammer 166 jeder Stromerzeugungseinheit 102 abgelassen wurde, wird, wie in 2, 4 und 6 gezeigt, über die Verbindungsbohrung 133 zum Ablassen von Oxidationsgas in den Verteiler 162 zum Ablassen von Oxidationsgas abgelassen und ferner durch die Bohrungen des Hauptkörpers 28 und des Zweigabschnittes 29 des Gasdurchgangselementes 27 am Verteiler 162 zum Ablassen von Oxidationsgas über eine mit dem Zweigabschnitt 29 verbundene Gasleitung (nicht dargestellt) zur Außenseite des Brennstoffzellenstapels 100 abgelassen. Des Weiteren wird das Brennabgas FOG, das von der Brennkammer 176 jeder Stromerzeugungseinheit 102 abgelassen wurde, wie in 3, 5 und 7 gezeigt, über die Verbindungsbohrung 143 zum Ablassen von Brenngas in den Verteiler 172 zum Ablassen von Brenngas abgelassen und ferner durch die Bohrungen des Hauptkörpers 28 und des Zweigabschnittes 29 des Gasdurchgangselementes 27 am Verteiler 172 zum Ablassen von Brenngas über eine mit dem Zweigabschnitt 29 verbundene Gasleitung (nicht dargestellt) zur Außenseite des Brennstoffzellenstapels 100 abgelassen.
  • Detaillierte Konstruktion des anodenseitigen Stromkollektors 144
  • Detaillierte Konstruktion des ersten vorderen Endes 148 des anodenseitigen Stromkollektors 144
  • 8 ist eine Ansicht, die eine vergrößerte XZ-Querschnittskonstruktion eines Teils (Abschnitt X1 in 4) der Einzelzelle 110 erläutert. In der vorliegenden Ausführungsform ist im XZ-Querschnitt in 8 ein erstes vorderes Ende 148 des anodenseitigen Stromkollektors 144 jeder Stromerzeugungseinheit 102 mit einer ersten Auf- und Abwärtserstreckung 200 und einer X-Erstreckung 201 versehen, wobei sich die erstere von einer Seite (negative X-Richtungsseite) des Elektroden-Kontaktabschnittes 145, die einer mit dem Verbindungsabschnitt 147 verbundenen Seite entgegengesetzt ist, nach unten erstreckt und sich die letztere vom unteren Ende der ersten Auf- und Abwärtserstreckung 200 in der negativen X-Richtung erstreckt.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist im XZ-Querschnitt in 8 das gesamte erste vordere Ende 148 des anodenseitigen Stromkollektors 144 jeder Stromerzeugungseinheit 102 auf einer dem Verbindungsabschnitt 147 entgegengesetzten Seite in X-Richtung in Bezug auf den Abstandshalter 149 positioniert. In der vorliegenden Ausführungsform steht ferner in demselben Querschnitt (XZ-Querschnitt in 8) die erste Auf- und Abwärtserstreckung 200 des ersten vorderen Endes 148 in Kontakt mit dem Abstandshalter 149. Infolgedessen wird in der vorliegenden Ausführungsform in demselben Querschnitt (XZ-Querschnitt in 8) der Abstandshalter 149 jeder Stromerzeugungseinheit 102 durch das erste vordere Ende 148, den Elektroden-Kontaktabschnitt 145, den Verbindungsabschnitt 147 und den Interkonnektor-Kontaktabschnitt 146 des anodenseitigen Stromkollektors 144 abgedeckt. Außerdem entspricht der XZ-Querschnitt in 8 dem bestimmten Querschnitt in den Patentansprüchen. In der vorliegenden Ausführungsform entspricht die X-Richtung der zweiten Richtung in den Patentansprüchen.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist der anodenseitige Stromkollektor 144 jeder Stromerzeugungseinheit 102, wie in 8 gezeigt, derart ausgebildet, dass zwischen dem Verbindungsabschnitt 147 des anodenseitigen Stromkollektors 144 und dem Abstandshalter 149 ein Raum 180 gebildet wird.
  • Wie in 7 und 8 gezeigt, wird das erste vordere Ende 148 des anodenseitigen Stromkollektors 144 jeder Stromerzeugungseinheit 102 durch Widerstandsschweißen mit dem Interkonnektor 150 verbunden. Ausführlicher gesagt ist die Unterseite des ersten vorderen Endes 148 des anodenseitigen Stromkollektors 144 durch Widerstandsschweißen mit dem Interkonnektor 150 verbunden. Daher sind, wie in 8 gezeigt, auf der Unterseite des ersten vorderen Endes 148 des anodenseitigen Stromkollektors 144 Schweißspuren 151 gebildet, die die Unterseite mit dem Interkonnektor 150 verbinden. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Mitte jeder Schweißspur 151 näher am Abstandshalter 149 positioniert als die Mitte CL1 des ersten vorderen Endes 148 in X-Richtung. Mit anderen Worten ist die Position (Position der Mitte der Schweißspur 151), an der das erste vordere Ende 148 mit dem Interkonnektor 150 verbunden ist, näher am Abstandshalter 149 als die Mitte CL1 des ersten vorderen Endes 148 in X-Richtung.
  • Detaillierte Konstruktion der zweiten vorderen Enden 148A des anodenseitigen Stromkollektors 144
  • 9 ist eine Ansicht, die eine vergrößerte YZ-Querschnittskonstruktion eines Teils (Abschnitt X2 in 5) der Einzelzelle 110 erläutert. In der vorliegenden Ausführungsform ist im YZ-Querschnitt in 9 ein zweites vorderes Ende 148A des anodenseitigen Stromkollektors 144 jeder Stromerzeugungseinheit 102, der mit einem Ende des Elektroden-Kontaktabschnittes 145 in der positiven Y-Richtung verbunden ist, mit einer zweiten Auf- und Abwärtserstreckung 203 und einer Y-Erstreckung 204 versehen, wobei sich die erstere vom Ende des Elektroden-Kontaktabschnittes 145 in der positiven Y-Richtung nach unten erstreckt und sich die letztere von einem unteren Ende der zweiten Auf- und Abwärtserstreckung 203 in der positiven Y-Richtung erstreckt. In der vorliegenden Ausführungsform sind die zweite Auf- und Abwärtserstreckung 203 und die Y-Erstreckung 204 auf der positiven Y-Richtungsseite in Bezug auf den Abstandshalter 149 positioniert. Mit anderen Worten ist das gesamte zweite vordere Ende 148A auf der positiven Y-Richtungsseite in Bezug auf den Abstandshalter 149 positioniert. Außerdem entspricht in der vorliegenden Ausführungsform die positive Y-Richtung der einen bestimmten Seite in den Patentansprüchen, und die negative Y-Richtung entspricht der einen bestimmten Seite in den Patentansprüchen.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist in demselben Querschnitt (YZ-Querschnitt in 9) das zweite vordere Ende 148A des anodenseitigen Stromkollektors 144 jeder Stromerzeugungseinheit 102, der mit dem Ende des Elektroden-Kontaktabschnittes 145 in der positiven Y-Richtung verbunden ist, mit dem Interkonnektor 150 verbunden. Ausführlicher gesagt ist die Y-Erstreckung 204 des zweiten vorderen Endes 148A des anodenseitigen Stromkollektors 144 mit dem Interkonnektor 150 verbunden. Daher ist, wie in 9 gezeigt, auf der Unterseite der Y-Erstreckung 204 des zweiten vorderen Endes 148A eine Schweißspur 151 gebildet, die die Unterseite mit dem Interkonnektor 150 verbindet. Außerdem ist in 7 der Einfachheit halber und zum besseren Verständnis der Figur ein Zustand vor dem Verbinden des zweiten vorderen Endes 148A des anodenseitigen Stromkollektors 144 mit dem Interkonnektor 150 dargestellt.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist in demselben Querschnitt (YZ-Querschnitt in 9) in jeder Stromerzeugungseinheit 102 die Mitte der Schweißspur 151, die auf der Unterseite der Y-Erstreckung 204 des zweiten vorderen Endes 148A des anodenseitigen Stromkollektors 144 gebildet ist, der mit dem Ende des Elektroden-Kontaktabschnittes 145 in der positiven Y-Richtung verbunden ist, näher am Abstandshalter 149 positioniert als die Mitte CL2 des zweiten vorderen Endes 148A in Y-Richtung. Mit anderen Worten ist die Position (Position der Mitte der Schweißspur 151), an der das zweite vordere Ende 148A des mit dem Ende des Elektroden-Kontaktabschnittes 145 in der positiven Y-Richtung verbundenen anodenseitigen Stromkollektors 144 mit dem Interkonnektor 150 verbunden ist, näher am Abstandshalter 149 als die Mitte CL2 des zweiten vorderen Endes 148A in Y-Richtung.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist in demselben Querschnitt (YZ-Querschnitt in 9) das zweite vordere Ende 148A des anodenseitigen Stromkollektors 144 jeder Stromerzeugungseinheit 102, der mit dem Ende des Elektroden-Kontaktabschnittes 145 in der negativen Y-Richtung verbunden ist, mit der zweiten Auf- und Abwärtserstreckung 203 und der Y-Erstreckung 204 versehen, wobei sich die erstere vom Ende des Elektroden-Kontaktabschnittes 145 in der negativen Y-Richtung nach unten erstreckt und sich die letztere vom unteren Ende der zweiten Auf- und Abwärtserstreckung 203 in der negativen Y-Richtung erstreckt. In der vorliegenden Ausführungsform sind die zweite Auf- und Abwärtserstreckung 203 und die Y-Erstreckung 204 auf der negativen Y-Richtungsseite in Bezug auf den Abstandshalter 149 positioniert. Mit anderen Worten ist das gesamte zweite vordere Ende 148A auf der negativen Y-Richtungsseite in Bezug auf den Abstandshalter 149 positioniert.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist in demselben Querschnitt (YZ-Querschnitt in 9) das zweite vordere Ende 148A des anodenseitigen Stromkollektors 144 jeder Stromerzeugungseinheit 102, der mit dem Ende des Elektroden-Kontaktabschnittes 145 in der negativen Y-Richtung verbunden ist, mit dem Interkonnektor 150 verbunden. Ausführlicher gesagt ist die Y-Erstreckung 204 des zweiten vorderen Endes 148A des anodenseitigen Stromkollektors 144 mit dem Interkonnektor 150 verbunden. Daher ist, wie in 9 gezeigt, auf der Unterseite der Y-Erstreckung 204 des zweiten vorderen Endes 148A eine Schweißspur 151 gebildet, die die Unterseite mit dem Interkonnektor 150 verbindet.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist in demselben Querschnitt (YZ-Querschnitt in 9) in jeder Stromerzeugungseinheit 102 die Mitte der Schweißspur 151, die auf der Unterseite der Y-Erstreckung 204 des zweiten vorderen Endes 148A des anodenseitigen Stromkollektors 144 gebildet ist, der mit dem Ende des Elektroden-Kontaktabschnittes 145 in der negativen Y-Richtung verbunden ist, näher am Abstandshalter 149 positioniert als die Mitte CL3 des zweiten vorderen Endes 148A des anodenseitigen Stromkollektors 144 in Y-Richtung. Mit anderen Worten ist die Position (Position der Mitte der Schweißspur 151), an der das zweite vordere Ende 148A des mit dem Ende des Elektroden-Kontaktabschnittes 145 in der negativen Y-Richtung verbundenen anodenseitigen Stromkollektors 144 mit dem Interkonnektor 150 verbunden ist, näher am Abstandshalter 149 als die Mitte CL3 des zweiten vorderen Endes 148A in Y-Richtung.
  • A-4. Vorteile der vorliegenden Ausführungsform Wie oben erläutert, ist der Brennstoffzellenstapel 100 in der vorliegenden Ausführungsform mit mehreren Stromerzeugungseinheiten 102 versehen, die in Auf- und Abwärtsrichtung (Z-Richtung) nebeneinander angeordnet sind. Jede Stromerzeugungseinheit 102 ist mit der Einzelzelle 110, den Interkonnektoren 150, den anodenseitigen Stromkollektoren 144 und dem Abstandshalter 149 versehen. Die Einzelzelle 110 umfasst die Elektrolytschicht 112 sowie die Kathode 114 und die Anode 116, die über die Elektrolytschicht 112 in Auf- und Abwärtsrichtung gegenüberliegen. Jeder Interkonnektor 150 ist auf der unteren Seite (eine Seite in der Auf- und Abwärtsrichtung) in Bezug auf die Einzelzelle 110 angeordnet. Jeder anodenseitige Stromkollektor 144 ist mit dem Interkonnektor-Kontaktabschnitt 146, dem Elektroden-Kontaktabschnitt 145 und dem Verbindungsabschnitt 147 versehen, wobei der Interkonnektor-Kontaktabschnitt 146 in Kontakt mit der Oberfläche des Interkonnektors 150 steht, der Elektroden-Kontaktabschnitt 145 in Kontakt mit der Anode 116 steht und der Verbindungsabschnitt 147 den Interkonnektor-Kontaktabschnitt 146 mit dem Elektroden-Kontaktabschnitt 145 verknüpft. Der anodenseitige Stromkollektor 144 ist mit dem ersten vorderen Ende 148 versehen, das mit einer Seite des Elektroden-Kontaktabschnittes 145 verbunden ist, die einer mit dem Verbindungsabschnitt 147 verbundenen Seite entgegengesetzt ist. Der Abstandshalter 149 ist zwischen dem Interkonnektor-Kontaktabschnitt 146 und dem Elektroden-Kontaktabschnitt 145 des anodenseitigen Stromkollektors 144 angeordnet. Im XZ-Querschnitt (Querschnitt parallel zur Auf- und Abwärtsrichtung (Z-Richtung)) in 8 ist das gesamte erste vordere Ende 148 des anodenseitigen Stromkollektors 144 auf einer Seite positioniert, die dem Verbindungsabschnitt 147 in X-Richtung (vertikal zur Auf- und Abwärtsrichtung (Z-Richtung)) in Bezug auf den Abstandshalter 149 entgegengesetzt ist.
  • Bei einer Konstruktion des Brennstoffzellenstapels 100, bei der der anodenseitige Stromkollektor 144 nicht mit dem ersten vorderen Ende 148 versehen ist, kann es aufgrund von Faktoren wie voneinander unterschiedlicher Wärmeausdehnung der jeweiligen Teile (z.B.: Brennstoffelektrode 116; Interkonnektor 150) des Brennstoffzellenstapels 100 vorkommen, dass der anodenseitige Stromkollektor 144 nicht in der Lage ist, eine Kraft zum Einklemmen des Abstandshalters 149 zu gewährleisten, wodurch ein Lageversatz des Abstandshalters 149 in X-Richtung auftreten kann. Infolgedessen ist bei dieser Konstruktion zu befürchten, dass der Auftritt eines Lageversatzes des Abstandshalters 149 in X-Richtung zu einer Verschlechterung der Gasströmung in der Brennkammer 176 und somit zu einer Verringerung der Stromerzeugungsleistung des Brennstoffzellenstapels 100 führen kann.
  • Im Gegensatz dazu ist beim Brennstoffzellenstapel 100 in der vorliegenden Ausführungsform, wie oben erwähnt, im XZ-Querschnitt in 8 das gesamte erste vordere Ende 148 des anodenseitigen Stromkollektors 144 auf einer Seite positioniert, die dem Verbindungsabschnitt 147 in X-Richtung in Bezug auf den Abstandshalter 149 entgegengesetzt ist. Daher wird ein Lageversatz des Abstandshalters 149 in X-Richtung durch das Vorhandensein des ersten vorderen Endes 148 des anodenseitigen Stromkollektors 144 verhindert. Infolgedessen kann gemäß dem Brennstoffzellenstapel 100 in der vorliegenden Ausführungsform eine Verringerung der Stromerzeugungsleistung des Brennstoffzellenstapels 100 aufgrund einer Verschlechterung der Gasströmung in der Brennkammer 176 infolge eines Lageversatzes des Abstandshalters 149 in X-Richtung verhindert werden.
  • Beim Brennstoffzellenstapel 100 in der vorliegenden Ausführungsform ist ferner das erste vordere Ende 148 des anodenseitigen Stromkollektors 144 jeder Stromerzeugungseinheit 102 mit dem Interkonnektor 150 verbunden. Gemäß dem Brennstoffzellenstapel 100 in der vorliegenden Ausführungsform kann daher ein Lageversatz des Abstandshalters 149 in X-Richtung effektiver verhindert werden.
  • Beim Brennstoffzellenstapel 100 in der vorliegenden Ausführungsform ist ferner im YZ-Querschnitt (Querschnitt vertikal zum XZ-Querschnitt in 8) in 9 der anodenseitige Stromkollektor 144 jeder Stromerzeugungseinheit 102 mit dem zweiten vorderen Ende 148A versehen, das mit einem Ende des Elektroden-Kontaktabschnittes 145 in Y-Richtung (Richtung vertikal zur Auf- und Abwärtsrichtung im YZ-Querschnitt in 9) verbunden ist, wobei zumindest ein Teil des zweiten vorderen Endes 148A auf einer Seite in Y-Richtung (Richtung vertikal zur Auf- und Abwärtsrichtung im YZ-Querschnitt in 9) in Bezug auf den Abstandshalter 149 positioniert ist.
  • Bei einer Konstruktion des Brennstoffzellenstapels 100, bei der der anodenseitige Stromkollektor 144 nicht mit dem zweiten vorderen Ende 148A versehen ist, kann es aufgrund von Faktoren wie voneinander unterschiedlicher Wärmeausdehnung der jeweiligen Teile (z.B.: Anode 116; Interkonnektor 150) des Brennstoffzellenstapels 100 vorkommen, dass der anodenseitige Stromkollektor 144 nicht in der Lage ist, eine Kraft zum Einklemmen des Abstandshalters 149 zu gewährleisten, wodurch ein Lageversatz des Abstandshalters 149 in Y-Richtung auftreten kann. Infolgedessen ist bei dieser Konstruktion zu befürchten, dass der Auftritt eines Lageversatzes des Abstandshalters 149 in Y-Richtung zu einer Verschlechterung der Gasströmung in der Brennkammer 176 und somit zu einer Verringerung der Stromerzeugungsleistung des Brennstoffzellenstapels 100 führen kann.
  • Im Gegensatz dazu ist beim Brennstoffzellenstapel 100 in der vorliegenden Ausführungsform, wie oben erwähnt, im YZ-Querschnitt in 9 der anodenseitige Stromkollektor 144 jeder Stromerzeugungseinheit 102 mit dem zweiten vorderen Ende 148A versehen, das mit einem Ende des Elektroden-Kontaktabschnittes 145 in der positiven Y-Richtung verbunden ist, wobei das gesamte zweite vordere Ende 148A auf der positiven Y-Richtungsseite in Bezug auf den Abstandshalter 149 positioniert ist. Gemäß dem Brennstoffzellenstapel 100 in der vorliegenden Ausführungsform kann daher ein Lageversatz des Abstandshalters 149 in der positiven Y-Richtung verhindert werden. Des Weiteren ist beim Brennstoffzellenstapel 100 in der vorliegenden Ausführungsform, wie oben erwähnt, in demselben Querschnitt (YZ-Querschnitt in 9) der anodenseitige Stromkollektor 144 jeder Stromerzeugungseinheit 102 mit dem zweiten vorderen Ende 148A versehen, das mit einem Ende des Elektroden-Kontaktabschnittes 145 in der negativen Y-Richtung verbunden ist, wobei das gesamte zweite vordere Ende 148A auf der negativen Y-Richtungsseite in Bezug auf den Abstandshalter 149 positioniert ist. Gemäß dem Brennstoffzellenstapel 100 in der vorliegenden Ausführungsform kann daher ein Lageversatz des Abstandshalters 149 in der negativen Y-Richtung verhindert werden.
  • Wie in 9 gezeigt, ist ferner beim Brennstoffzellenstapel 100 in der vorliegenden Ausführungsform der anodenseitige Stromkollektor 144 (das zweite vordere Ende 148A des anodenseitigen Stromkollektors 144) jeder Stromerzeugungseinheit 102 mit dem Interkonnektor 150 auf der Seite in Y-Richtung (Richtung vertikal zum in 8 gezeigten XZ-Querschnitt) in Bezug auf den Abstandshalter 149 verbunden. Gemäß dem Brennstoffzellenstapel 100 in der vorliegenden Ausführungsform kann daher ein Lageversatz des Abstandshalters 149 in Y-Richtung verhindert werden.
  • Beim Brennstoffzellenstapel 100 in der vorliegenden Ausführungsform ist ferner eine Position, an der das erste vordere Ende 148 des anodenseitigen Stromkollektors 144 jeder Stromerzeugungseinheit 102 mit dem Interkonnektor 150 verbunden ist, näher am Abstandshalter 149 als die Mitte CL1 des ersten vorderen Endes 148 des anodenseitigen Stromkollektors 144 in X-Richtung (Richtung vertikal zur Auf- und Abwärtsrichtung im XZ-Querschnitt in 8; Richtung vertikal zur Auf- und Abwärtsrichtung und Y-Richtung). Daher ist die Position, an der das erste vordere Ende 148 des anodenseitigen Stromkollektors 144 jeder Stromerzeugungseinheit 102 mit dem Interkonnektor 150 verbunden ist, relativ nahe am Abstandshalter 149. Gemäß dem Brennstoffzellenstapel 100 in der vorliegenden Ausführungsform kann daher ein Lageversatz des Abstandshalters 149 in X-Richtung effektiver verhindert werden.
  • Beim Brennstoffzellenstapel 100 in der vorliegenden Ausführungsform ist ferner der anodenseitige Stromkollektor 144 jeder Stromerzeugungseinheit 102 derart ausgebildet, dass der Raum 180 zwischen dem Verbindungsabschnitt 147 des anodenseitigen Stromkollektors 144 und dem Abstandshalter 149 gebildet wird.
  • Wenn sich der Zwischenraum zwischen der Brennstoffelektrode 116 und dem Interkonnektor 150 aufgrund voneinander unterschiedlicher Wärmeausdehnung u.a. der jeweiligen Teile (z.B.: Brennstoffelektrode 116; Interkonnektor 150) des Brennstoffzellenstapels 100 erweitert, könnte die Brennstoffelektrode 116 vom Elektroden-Kontaktabschnitt 145 des anodenseitigen Stromkollektors 144 abgerissen werden. Als Folge davon verringert sich die Kontaktfläche zwischen der Anode 116 und dem Elektroden-Kontaktabschnitt 145 des anodenseitigen Stromkollektors 144, wodurch sich die Stromerzeugungsleistung des Brennstoffzellenstapels 100 verringern kann.
  • Im Gegensatz dazu ist beim Brennstoffzellenstapel 100 in der vorliegenden Ausführungsform, wie oben erwähnt, der anodenseitige Stromkollektor 144 derart ausgebildet, dass der Raum 180 zwischen dem Verbindungsabschnitt 147 des anodenseitigen Stromkollektors 144 und dem Abstandshalter 149 gebildet wird. Daher steht weder ein Teil des Elektroden-Kontaktabschnittes 145 des anodenseitigen Stromkollektors 144 auf der Seite des Verbindungsabschnittes 147 noch ein Teil des Interkonnektor-Kontaktabschnittes 146 auf der Seite des Verbindungsabschnittes 147 in Kontakt mit der Anode 116, so dass sich diese Teile bis zu einem gewissen Grad frei ausdehnen können, wenn sich der Zwischenraum zwischen der Anode 116 und dem Interkonnektor 150 erweitert. Gemäß dem Brennstoffzellenstapel 100 in der vorliegenden Ausführungsform kann daher verhindert werden, dass sich die Kontaktfläche zwischen der Anode 116 und dem Elektroden-Kontaktabschnitt 145 des anodenseitigen Stromkollektors 144 durch Erweitern des Zwischenraums zwischen der Anode 116 und dem Interkonnektor 150 verkleinert. Somit kann eine Verringerung der Stromerzeugungsleistung des Brennstoffzellenstapels 100 verhindert werden.
  • Beim Brennstoffzellenstapel 100 in der vorliegenden Ausführungsform steht ferner das erste vordere Ende 148 des anodenseitigen Stromkollektors 144 der Stromerzeugungseinheit 102 in Kontakt mit dem Abstandshalter 149. Gemäß dem Brennstoffzellenstapel 100 in der vorliegenden Ausführungsform kann daher ein Lageversatz des Abstandshalters 149 in X-Richtung effektiver verhindert werden.
  • Abgewandelte Beispiele
  • Die in der vorliegenden Beschreibung offenbarte Technik ist nicht auf die oben erwähnte Ausführungsform beschränkt, sondern kann verschiedenfach im Rahmen des Grundgedankens der Erfindung verändert werden. Z.B. sind auch die folgenden Varianten möglich.
  • Bei der obigen Ausführungsform (oder in den abgewandelten Beispielen, nachfolgend genauso) kann der Elektroden-Kontaktabschnitt 145 alternativ derart ausgebildet sein, dass er über ein Verbindungsmaterial in Kontakt mit einer Oberfläche der Anode 116 auf einer Seite steht, die einer der Elektrolytschicht 112 gegenüberliegenden Seite entgegengesetzt ist. In der obigen Ausführungsform kann ferner der Interkonnektor-Kontaktabschnitt 146 alternativ derart ausgebildet sein, dass er über ein Verbindungsmaterial in Kontakt mit einer Oberfläche des Interkonnektors 150 auf einer der Anode 116 gegenüberliegenden Seite steht.
  • Des Weiteren sind in der obigen Ausführungsform der Interkonnektor-Kontaktabschnitt 146, der Elektroden-Kontaktabschnitt 145, der Verbindungsabschnitt 147 und das erste vordere Ende 148 des anodenseitigen Stromkollektors 144 aus einem einteiligen Bauelement ausgebildet. Alternativ können jedoch der Interkonnektor-Kontaktabschnitt 146, der Elektroden-Kontaktabschnitt 145 und der Verbindungsabschnitt 147 ganz oder teilweise aus einem separaten Bauelement ausgebildet sein.
  • Des Weiteren wird in der obigen Ausführungsform jeder anodenseitige Stromkollektor 144 im Brennstoffzellenstapel 100 mit dem Interkonnektor-Kontaktabschnitt 146, dem Elektroden-Kontaktabschnitt 145, dem Verbindungsabschnitt 147, dem ersten vorderen Ende 148 und den zweiten vorderen Enden 148A versehen. Wenn jedoch mindestens einer der anodenseitigen Stromkollektoren 144 im Brennstoffzellenstapel 100 mit dem Interkonnektor-Kontaktabschnitt 146, dem Elektroden-Kontaktabschnitt 145, dem Verbindungsabschnitt 147, dem ersten vorderen Ende 148 und/oder den zweiten vorderen Enden 148A versehen ist, kann ein Lageversatz des Abstandshalters 149 verhindert werden, der zwischen dem Elektroden-Kontaktabschnitt 145 und dem Interkonnektor-Kontaktabschnitt 146 des anodenseitigen Stromkollektors 144 angeordnet ist.
  • Wenn z.B. mindestens eine der im Brennstoffzellenstapel 100 enthaltenen Stromerzeugungseinheiten 102 mit den anodenseitigen Stromkollektoren 144 versehen ist, die jeweils mit dem Interkonnektor-Kontaktabschnitt 146, dem Elektroden-Kontaktabschnitt 145, dem Verbindungsabschnitt 147, dem ersten vorderen Ende 148 und/oder den zweiten vorderen Enden 148A versehen sind, kann ein Lageversatz des Abstandshalters 149 der Stromerzeugungseinheit 102 verhindert werden, der mit dem anodenseitigen Stromkollektor 144 versehen ist. Es ist besonders bevorzugt, wenn mindestens 50 % (noch bevorzugter mindestens 80 %) der Anzahl der in der Stromerzeugungseinheit 102 enthaltenen anodenseitigen Stromkollektoren 144 eine solche Konstruktion (mit dem Interkonnektor-Kontaktabschnitt 146, dem Elektroden-Kontaktabschnitt 145, dem Verbindungsabschnitt 147, dem ersten vorderen Ende 148 und/oder den zweiten vorderen Enden 148A) aufweist. Es ist auch besonders bevorzugt, wenn mindestens 20 % (noch bevorzugter mindestens 50 %, noch mehr bevorzugter 80 %) der Anzahl der im Brennstoffzellenstapel 100 enthaltenen Stromerzeugungseinheiten 102 mindestens 50 % (noch bevorzugter mindestens 80%) der Anzahl der eine solche Konstruktion aufweisenden anodenseitigen Stromkollektoren 144 enthält.
  • In der obigen Ausführungsform kann ferner im XZ-Querschnitt in 8 nur ein Teil des ersten vorderen Endes 148 des anodenseitigen Stromkollektors 144 auf einer Seite positioniert sein, die dem Verbindungsabschnitt 147 in X-Richtung in Bezug auf den Abstandshalter 149 entgegengesetzt ist. Auch bei dieser Konstruktion kann ein Lageversatz des Abstandhalters 149 in X-Richtung durch das Vorhandensein des ersten vorderen Endes 148 des anodenseitigen Stromkollektors 144 verhindert werden.
  • In der obigen Ausführungsform kann ferner im YZ-Querschnitt in 9 nur ein Teil des zweiten vorderen Endes 148A des anodenseitigen Stromkollektors 144 auf der Y-Richtungsseite in Bezug auf den Abstandshalter 149 positioniert sein. Auch bei dieser Konstruktion kann ein Lageversatz des Abstandhalters 149 in Y-Richtung durch das Vorhandensein des zweiten vorderen Endes 148A des anodenseitigen Stromkollektors 144 verhindert werden.
  • Des Weiteren ist in der obigen Ausführungsform der anodenseitige Stromkollektor 144 derart ausgebildet, dass der Raum 180 zwischen dem Verbindungsabschnitt 147 des anodenseitigen Stromkollektors 144 und dem Abstandshalter 149 gebildet wird. Er kann jedoch alternativ derart ausgebildet sein, dass der Verbindungsabschnitt 147 des anodenseitigen Stromkollektors 144 derart in Kontakt mit dem Abstandshalter 149 steht, dass kein Raum 180 zwischen dem Verbindungsabschnitt 147 des anodenseitigen Stromkollektors 144 und dem Abstandshalter 149 gebildet wird.
  • In der obigen Ausführungsform kann die Position, an der das erste vordere Ende 148 des anodenseitigen Stromkollektors 144 mit dem Interkonnektor 150 verbunden ist, der Mitte CL1 des ersten vorderen Endes 148 des anodenseitigen Stromkollektors 144 in X-Richtung entsprechen. Auch bei dieser Konstruktion kann ein Lageversatz des Abstandshalters 149 in X-Richtung effektiv verhindert werden. In der obigen Ausführungsform kann ferner die Position, an der das erste vordere Ende 148 des anodenseitigen Stromkollektors 144 mit dem Interkonnektor 150 verbunden ist, der Mitte CL1 des ersten vorderen Endes 148 des anodenseitigen Stromkollektors 144 in X-Richtung entsprechen. Auch bei dieser Konstruktion kann ein Lageversatz des Abstandshalters 149 in X-Richtung effektiv verhindert werden.
  • Bei der obigen Ausführungsform kann weiterhin eine Konstruktion angenommen werden, bei der die Position, an der das erste vordere Ende 148 des anodenseitigen Stromkollektors 144 mit dem Interkonnektor 150 verbunden ist, vom Abstandshalter 149 weiter entfernt ist als die Mitte CL1 des ersten vorderen Endes 148 des anodenseitigen Stromkollektors 144 in X-Richtung (Richtung vertikal zur Auf- und Abwärtsrichtung im XZ-Querschnitt in 8; Richtung vertikal zur Auf- und Abwärtsrichtung und der Y-Richtung). Bei dieser Konstruktion ist ein am Abstandshalter 149 näherer Teil des ersten vorderen Endes 148 des anodenseitigen Stromkollektors 144 als die Position, an der das erste vordere Ende 148 mit dem Interkonnektor 150 verbunden ist, nicht mit dem Interkonnektor 150 verbunden, so dass sich dieser Teil bis zu einem gewissen Grad frei ausdehnen kann, wenn sich der Zwischenraum zwischen der Anode 116 und dem Interkonnektor 150 erweitert. Infolgedessen ist gemäß dieser Konstruktion der nicht mit dem Interkonnektor 150 verbundene Teil des ersten vorderen Endes 148 des anodenseitigen Stromkollektors 144 relativ lang, so dass effektiver verhindert werden kann, dass sich die Kontaktfläche zwischen der Anode 116 und dem Elektroden-Kontaktabschnitt 145 des anodenseitigen Stromkollektors 144 verkleinert, wenn sich der Zwischenraum zwischen der Anode 116 und dem Interkonnektor 150 erweitert. Somit kann eine Verringerung der Stromerzeugungsleistung des Brennstoffzellenstapels 100 effektiver verhindert werden.
  • In der obigen Ausführungsform kann der anodenseitige Stromkollektor 144 derart ausgebildet sein, dass er nur mit dem zweiten vorderen Ende 148A, das mit dem Ende des Elektroden-Kontaktabschnittes 145 in der positiven Y-Richtung verbunden ist, oder dem zweiten vorderen Ende 148A versehen ist, das mit dem Ende des Elektroden-Kontaktabschnittes 145 in der negativen Y-Richtung verbunden ist. Auch bei dieser Konstruktion kann ein Lageversatz des Abstandhalters 149 in Y-Richtung durch das Vorhandensein des zweiten vorderen Endes 148A des anodenseitigen Stromkollektors 144 verhindert werden.
  • Des Weiteren ist beim Brennstoffzellenstapel 100 in der obigen Ausführungsform der anodenseitige Stromkollektor 144 mit dem zweiten vorderen Ende 148A versehen, durch das ein Lageversatz des Abstandshalters 149 in Y-Richtung verhindert wird. Für den Brennstoffzellenstapel 100 in der obigen Ausführungsform kann jedoch alternativ eine Konstruktion angenommen werden, bei der, wie in 10 gezeigt, der anodenseitige Stromkollektor 144 nicht mit dem zweiten vorderen Ende 148A versehen ist und der Abstandshalter 149 einen Vorsprung 149A aufweist, der in der Ansicht von der Auf- und Abwärtsrichtung zur Außenseite des anodenseitigen Stromkollektors 144 vorsteht und in der Ansicht von der X-Richtung (Richtung vertikal zur Auf- und Abwärtsrichtung) den anodenseitigen Stromkollektor 144 überlagert. Außerdem bedeutet hier die Ansicht von der X-Richtung „gesehen von einer Richtung parallel zur X-Richtung“ (entsprechendes gilt für die nachfolgende „Ansicht von der X-Richtung“). Bei dieser Konstruktion wird ein Lageversatz des Abstandhalters 149 in Y-Richtung durch das Vorhandensein des Vorsprungs 149A des Abstandshalters 149 verhindert. Infolgedessen kann auch bei dieser Konstruktion ein Lageversatz des Abstandshalters 149 in Y-Richtung verhindert werden.
  • In der obigen Ausführungsform kann alternativ eine Konstruktion angenommen werden, bei der der anodenseitige Stromkollektor 144 auch in einem anderen Querschnitt (nachstehend einfach als „weiterer Querschnitt“ bezeichnet) parallel zur Auf- und Abwärtsrichtung als dem XZ-Querschnitt in 8 mit dem Interkonnektor-Kontaktabschnitt 146, dem Elektroden-Kontaktabschnitt 145, dem Verbindungsabschnitt 147, dem ersten vorderen Ende 148 und/oder den zweiten vorderen Enden 148A versehen ist. Bei dieser Konstruktion kann ein Lageversatz des Abstandshalters 149 in der zur Auf- und Abwärtsrichtung vertikalen Richtung im weiteren Querschnitt durch das Vorhandensein des ersten vorderen Endes 148 im weiteren Querschnitt verhindert werden, während ein Lageversatz des Abstandshalters 149 in einer zum weiteren Querschnitt vertikalen Richtung durch das Vorhandensein der zweiten vorderen Enden 148A im weiteren Querschnitt verhindert werden kann.
  • Beim Brennstoffzellenstapel 100 in der obigen Ausführungsform kann alternativ eine Konstruktion angenommen werden, bei der der kathodenseitige Stromkollektor 134 mit einem Interkonnektor-Kontaktabschnitt, einem Elektroden-Kontaktabschnitt, einem Verbindungsabschnitt und einem ersten vorderen Ende versehen ist, wobei der Interkonnektor-Kontaktabschnitt in Kontakt mit einer Oberfläche des Interkonnektors 150 (nachstehend als „oberer Interkonnektor 150“ bezeichnet, wenn speziell auf diesen Interkonnektor 150 Bezug genommen wird) steht, der auf der Oberseite (eine Seite in Auf- und Abwärtsrichtung) in Bezug auf die Einzelzelle 110 angeordnet ist, wobei der Elektroden-Kontaktabschnitt in Kontakt mit der Kathode 114 steht, wobei der Verbindungsabschnitt den Interkonnektor-Kontaktabschnitt mit dem Elektroden-Kontaktabschnitt verknüpft, wobei das erste vordere Ende (nachstehend als „erstes vorderes Ende auf der Kathodenseite“ bezeichnet) mit einer Seite des Elektroden-Kontaktabschnittes verbunden ist, die einer mit dem Verbindungsabschnitt verbundenen Seite entgegengesetzt ist, und wobei ein Abstandshalter (Bauteil aus dem gleichen Material und in der gleichen Form wie der Abstandshalter 149; nachstehend als „kathodenseitiger Abstandshalter“ bezeichnet) zwischen dem Interkonnektor-Kontaktabschnitt und dem Elektroden-Kontaktabschnitt angeordnet ist. Auch bei dieser Konstruktion kommt aus den gleichen Gründen wie in der obigen Ausführungsform ein Lageversatz des Kathodenseitigen Abstandshalters in X-Richtung und Y-Richtung in Frage. Ein Lageversatz des Abstandshalters 149 in X-Richtung kann jedoch durch das Vorhandensein des ersten vorderen Endes auf der Kathodenseite verhindert werden. Des Weiteren kann anstelle von oder zusätzlich zu dieser Konstruktion beim Brennstoffzellenstapel 100 in der obigen Ausführungsform alternativ eine Konstruktion angenommen werden, bei der der Kathodenseitige Stromkollektor 134 mit einem zweiten vorderen Ende (nachstehend als „zweites vorderes Ende auf der Kathodenseite“ bezeichnet) versehen ist, das mit einem Ende des Elektroden-Kontaktabschnittes 145 in Y-Richtung verbunden und zumindest teilweise auf der Y-Richtungsseite in Bezug auf den kathodenseitigen Abstandshalter positioniert ist. Auch bei dieser Konstruktion kann aus den gleichen Gründen wie in der obigen Ausführungsform ein Lageversatz des kathodenseitigen Abstandshalters in Y-Richtung durch das Vorhandensein des zweiten vorderen Endes auf der Kathodenseite verhindert werden.
  • Des Weiteren bezieht sich die obige Ausführungsform auf SOFCs, die unter Nutzung der elektrochemischen Reaktion zwischen dem im Brenngas enthaltenen Wasserstoff und dem im Oxidationsgas enthaltenen Sauerstoff Strom erzeugen. Die vorliegende Erfindung ist jedoch gleichermaßen auf eine Elektrolysezelleneinheit anwendbar, bei der es sich um die kleinste Einheit einer Festoxidelektrolysezelle (SOEC) handelt, die unter Nutzung der Elektrolysereaktion von Wasser Wasserstoff erzeugt, sowie auf einen Elektrolysezellenstapel, der mit mehreren Elektrolysezelleneinheiten versehen ist. Die Konstruktion des Elektrolysezellenstapels wird hier nicht im Detail beschrieben, weil sie so bekannt ist, dass sie z.B. in JP 2016-081813 A beschrieben ist. Die Konstruktion ist jedoch schematisch gleich wie die des Brennstoffzellenstapels 100 in der oben beschriebenen Ausführungsform. D.h., der Brennstoffzellenstapel 100 in der oben beschriebenen Ausführungsform kann als Elektrolysezellenstapel und die Stromerzeugungseinheit 102 als Elektrolysezelleneinheit angesehen werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 22
    Bolzen
    24
    Mutter
    26
    Isolierfolie
    27
    Gasdurchgangselement
    28
    Hauptkörper
    29
    Zweigabschnitt
    100
    Brennstoffzellenstapel
    102
    Stromerzeugungseinheit
    104
    Endplatte
    106
    Endplatte
    108
    Verbindungsbohrung
    110
    Einzelzelle
    112
    Elektrolytschicht
    114
    Kathode
    116
    Anode
    120
    Separator
    124
    Verbindungsteil
    130
    kathodenseitiger Rahmen
    132
    Verbindungsbohrung zum Zuführen von Oxidationsgas
    133
    Verbindungsbohrung zum Ablassen von Oxidationsgas
    134
    kathodenseitiger Stromkollektor
    140
    anodenseitiger Rahmen
    142
    Verbindungsbohrung zum Zuführen von Brenngas
    143
    Verbindungsbohrung zum Ablassen von Brenngas
    144
    anodenseitiger Stromkollektor
    145
    Elektroden-Kontaktabschnitt
    146
    Interkonnektor-Kontaktabschnitt
    147
    Verbindungsabschnitt
    148
    erstes vorderes Ende
    148A
    zweite vordere Enden
    149
    Abstandshalter
    149A
    Vorsprung
    150
    Interkonnektor
    151
    Schweißspur
    161
    Verteiler zum Zuführen von Oxidationsgas
    162
    Verteiler zum Ablassen von Oxidationsgas
    166
    Luftkammer
    171
    Verteiler zum Zuführen von Brenngas
    172
    Verteiler zum Ablassen von Brenngas
    176
    Brennkammer
    200
    erste Auf- und Abwärtserstreckung
    201
    X-Erstreckung
    203
    zweite Auf- und Abwärtserstreckung
    204
    Y-Erstreckung
    FG
    Brenngas
    FOG
    Brennabgas
    OG
    Oxidationsgas
    OOG
    Oxidationsabgas
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2018185957 A [0004]
    • JP 2016081813 A [0086]

Claims (9)

  1. Elektrochemischer Reaktionszellenstapel, bei dem mehrere elektrochemische Reaktionseinheiten nebeneinander angeordnet sind, die jeweils mit einer Einzelzelle, einem ersten leitfähigen Bauelement, einem zweiten leitfähigen Bauelement und einem Abstandshalter versehen sind, wobei die Einzelzelle eine Elektrolytschicht sowie eine Kathode und eine Anode umfasst, wobei die beiden Elektroden über die Elektrolytschicht in einer ersten Richtung gegenüberliegen, wobei das erste leitfähige Bauelement auf der Seite in der ersten Richtung in Bezug auf die Einzelzelle angeordnet ist, wobei das zweite leitfähige Bauelement mit einem ersten Kontaktabschnitt, einem zweiten Kontaktabschnitt und einem Verbindungsabschnitt versehen ist, wobei der erste Kontaktabschnitt in Kontakt mit einer Oberfläche des ersten leitfähigen Bauelementes steht, der zweite Kontaktabschnitt in Kontakt mit einer ersten Elektrode steht, die eine von Kathode oder Anode ist, und der Verbindungsabschnitt den ersten Kontaktabschnitt mit dem zweiten Kontaktabschnitt verknüpft, wobei der Abstandshalter zwischen dem ersten Kontaktabschnitt und dem zweiten Kontaktabschnitt des zweiten leitfähigen Bauelementes angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite leitfähige Bauelement mit einem ersten vorderen Ende versehen ist, das mit einer Seite des zweiten Kontaktabschnittes verbunden ist, die einer mit dem Verbindungsabschnitt verbundenen Seite entgegengesetzt ist, und dass, wenn mindestens ein Querschnitt parallel zur ersten Richtung als bestimmter Querschnitt und eine zur ersten Richtung vertikale Richtung im bestimmten Querschnitt als zweite Richtung bezeichnet wird, im bestimmten Querschnitt zumindest ein Teil des ersten vorderen Endes des zweiten leitfähigen Bauelementes einer bestimmten Reaktionseinheit, die mindestens eine der elektrochemischen Reaktionseinheiten ist, auf einer Seite positioniert ist, die dem Verbindungsabschnitt in der zweiten Richtung in Bezug auf den Abstandshalter entgegengesetzt ist.
  2. Elektrochemischer Reaktionszellenstapel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste vordere Ende des zweiten leitfähigen Bauelementes der bestimmten Reaktionseinheit mit dem ersten leitfähigen Bauelement verbunden ist.
  3. Elektrochemischer Reaktionszellenstapel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn eine zum bestimmten Querschnitt vertikale Richtung als dritte Richtung bezeichnet wird, in einem zum bestimmten Querschnitt vertikalen Querschnitt das zweite leitfähige Bauelement der bestimmten Reaktionseinheit mit einem zweiten vorderen Ende versehen ist, das mit einer bestimmten Seite verbunden ist, die mindestens eines der Enden des zweiten Kontaktabschnittes in der dritten Richtung ist, wobei zumindest ein Teil des zweiten vorderen Endes auf der bestimmten Seite in der dritten Richtung in Bezug auf den Abstandshalter positioniert ist.
  4. Elektrochemischer Reaktionszellenstapel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite leitfähige Bauelement der bestimmten Reaktionseinheit mit dem ersten leitfähigen Bauelement auf der Seite in der dritten Richtung in Bezug auf den Abstandshalter verbunden ist.
  5. Elektrochemischer Reaktionszellenstapel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandshalter der bestimmten Reaktionseinheit einen Teil aufweist, der in der Ansicht von der ersten Richtung zur Außenseite des zweiten leitfähigen Bauelementes vorsteht und in der Ansicht von der zweiten Richtung das zweite leitfähige Bauelement überlagert.
  6. Elektrochemischer Reaktionszellenstapel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Position, an der das erste vordere Ende des zweiten leitfähigen Bauelementes der bestimmten Reaktionseinheit mit dem ersten leitfähigen Bauelement verbunden ist, in der Mitte des ersten vorderen Endes des zweiten leitfähigen Bauelementes in der zweiten Richtung oder näher am Abstandshalter ist als die Mitte.
  7. Elektrochemischer Reaktionszellenstapel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Position, an der das erste vordere Ende des zweiten leitfähigen Bauelementes der bestimmten Reaktionseinheit mit dem ersten leitfähigen Bauelement verbunden ist, in der Mitte des ersten vorderen Endes des zweiten leitfähigen Bauelementes in der zweiten Richtung oder ferner vom Abstandshalter ist als die Mitte.
  8. Elektrochemischer Reaktionszellenstapel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite leitfähige Bauelement der bestimmten Reaktionseinheit derart ausgebildet ist, dass ein Raum zwischen dem Verbindungsabschnitt des zweiten leitfähigen Bauelementes und dem Abstandshalter gebildet wird.
  9. Elektrochemischer Reaktionszellenstapel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erste vordere Ende in Kontakt mit dem Abstandshalter steht.
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