CN107431216B - 电化学反应单元及燃料电池堆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电化学反应单元，其能够有效地抑制自空气极侧的集电构件的突出部的角部的Cr扩散。电化学反应单元包括：单体单元，其具有电解质层、空气极及燃料极，该电解质层含有固体氧化物，该空气极和燃料极隔着电解质层在第1方向上彼此相对；集电构件，其配置于单体单元的靠空气极的一侧，该集电构件具有朝向空气极突出的突出部；导电性的涂层，其覆盖集电构件的表面；以及导电性的接合层，其将空气极和被涂层覆盖的突出部接合在一起。在突出部的与第1方向平行的所有剖面中，被涂层覆盖的突出部的角部被接合层覆盖。

Description

电化学反应单元及燃料电池堆
技术领域
由本说明书公开的技术涉及一种电化学反应单元。
背景技术
作为利用氢和氧之间的电化学反应来进行发电的燃料电池的一种，固体氧化物型的燃料电池(以下也称为“SOFC”)为公众所知，其包括含有固体氧化物的电解质层。作为SOFC的发电的最小单元的燃料电池发电单元(以下也简称为“发电单元”)包括：单体单元，其包括电解质层、空气极及燃料极，该空气极和燃料极隔着电解质层彼此相对；导电性的集电构件，其为了收集单体单元产生的电力而分别配置于单体单元的空气极侧和燃料极侧。通常，配置于单体单元的空气极侧的集电构件具有向空气极突出的突出部。空气极和集电构件的突出部利用导电性的接合层而接合在一起，从而空气极和集电构件之间电连接。
配置于单体单元的空气极侧的集电构件例如由像铁素体类不锈钢那样的含有Cr(铬)的金属形成。当这样的集电构件在SOFC的工作中处在例如700摄氏度到1000摄氏度左右的高温氛围中时，有时会产生被称为“Cr扩散”的现象，即Cr自集电构件的表面释放出来并且发生扩散。若发生Cr扩散，则有时集电构件由于缺乏Cr而发生异常氧化、产生由扩散的Cr附着在空气极的表面导致空气极上的电极反应速度降低这样的被称为“空气极的Cr中毒”的现象，因此并不理想。为了抑制Cr扩散，一种利用导电性的涂层覆盖集电构件的表面的技术为公众所知(例如参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-99159号公报
发明内容
发明要解决的问题
集电构件的突出部的角部与突出部的除角部以外的部分相比，具有较多的表面。另外，覆盖突出部的涂层的厚度在突出部的角部的位置易于变薄。因此，与突出部的除角部以外的部分相比，在集电构件的突出部的角部易于发生Cr扩散。因此，像上述现有技术那样，仅利用涂层覆盖集电构件的表面，存在不能充分抑制自集电构件的突出部的角部的Cr扩散的问题。
另外，这样的问题是在电解池单元中也存在的课题，该电解池单元是利用水的电解反应来生成氢的固体氧化物型的电解池(以下也称为“SOEC”)的最小单元。另外，在本说明书中，将发电单元和电解池单元统一称为电化学反应单元。
在本说明书中，公开了能够解决上述课题的技术。
用于解决问题的方案
本说明书公开的技术例如能够作为以下的方案来实现。
(1)本说明书公开的电化学反应单元包括：单体单元，其具有电解质层、空气极及燃料极，该电解质层含有固体氧化物，该空气极和燃料极隔着所述电解质层在第1方向上彼此相对；集电构件，其配置于所述单体单元的靠所述空气极的一侧，该集电构件具有朝向所述空气极突出的突出部；导电性的涂层，其覆盖所述集电构件的表面；以及导电性的接合层，其将所述空气极和被所述涂层覆盖的所述突出部接合在一起，该电化学反应单元的特征在于，在所述突出部的与所述第1方向平行的所有剖面中，被所述涂层覆盖的所述突出部的角部被所述接合层覆盖。采用本电化学反应单元，由于集电构件的突出部的角部整周被接合层覆盖，因此能够有效地抑制自突出部的角部的Cr扩散，该突出部的角部因具有较多表面且涂层易于变薄而易于发生Cr扩散。
(2)在上述电化学反应单元中，也可以构成为，所述集电构件具有多个所述突出部，在多个所述突出部各自的与所述第1方向平行的所有剖面中，被所述涂层覆盖的所述突出部的所述角部被所述接合层覆盖。采用本电化学反应单元，由于集电构件的多个突出部各自的角部整周被接合层覆盖，因此能够更有效地抑制自突出部的角部的Cr扩散。
(3)在上述电化学反应单元中，也可以构成为，所述涂层和所述接合层由尖晶石型氧化物形成。采用本电化学反应单元，由于除涂层外接合层也由Cr扩散抑制效果较高的尖晶石型氧化物形成，因此能够更有效地抑制自集电构件的突出部的角部的Cr扩散。另外，与涂层、接合层由例如钙钛矿型氧化物等其他的材料形成的情况相比，能够降低热处理温度，因此从该点出发也能够更有效地抑制自集电构件的突出部的角部的Cr扩散。另外，由于涂层和接合层都是由尖晶石型氧化物形成的，因此，能够降低涂层和接合层之间的热膨胀差，能够抑制由热膨胀差导致在涂层和接合层的交界面处发生开裂。另外，与涂层、接合层由其他的材料形成的情况相比，能够降低涂层、接合层的电阻。
(4)在上述电化学反应单元中，也可以构成为，所述涂层和所述接合层由含有Zn、Mn、Co和Cu中的至少一者的尖晶石型氧化物形成。采用本电化学反应单元，由于含有Zn、Mn、Co和Cu中的至少一者的尖晶石型氧化物是即使长时间处于较高温的环境下也易于维持尖晶石结构的材料，因此，若涂层和接合层由这样的尖晶石型氧化物形成，则能够长时间维持抑制自集电构件的突出部的角部的Cr扩散的效果、能够降低电阻的效果。
(5)在上述电化学反应单元中，也可以构成为，所述涂层和所述接合层由主要成分元素彼此相同的尖晶石型氧化物形成。采用本电化学反应单元，由于涂层和接合层由主要成分元素彼此相同的尖晶石型氧化物形成，因此，能够进一步缩小涂层和接合层之间的热膨胀差，能够更有效地抑制由热膨胀差导致在涂层和接合层的交界面处发生开裂。
(6)在上述电化学反应单元中，也可以构成为，在所述突出部的与所述第1方向平行的所有剖面中的、将所述突出部的所述角部的距所述空气极最近的点和所述空气极的表面之间以最短距离连接的线段上，所述接合层的平均厚度大于所述涂层的平均厚度，满足所述涂层的孔隙率小于所述接合层的孔隙率的关系。采用本电化学反应单元，由于孔隙率大于涂层的接合层的平均厚度大于涂层的平均厚度，因此，能够更大程度地获得应力缓冲效果，能够更有效地抑制在涂层和接合层的交界面处发生开裂。
另外，本说明书公开的技术能够以各种方式实现，例如，能够以以下方式实现，即：燃料电池发电单元、具有多个燃料电池发电单元的燃料电池堆、具有燃料电池堆的发电模块、具有发电模块的燃料电池系统、电解池单元、具有多个电解池单元的电解池堆、具有电解池堆的氢生成模块、具有氢生成模块的氢生成系统等方式。
附图说明
图1是概略表示燃料电池堆100的结构的外观立体图。
图2是概略表示发电单元102的结构的说明图(XZ剖视图)。
图3是概略表示发电单元102的结构的说明图(YZ剖视图)。
图4是概略表示发电单元102的结构的说明图(XY剖视图)。
图5是概略表示发电单元102的结构的说明图(XY剖视图)。
图6是表示空气极侧集电体134的周围的结构的说明图。
图7是表示变形例的空气极侧集电体134a的周围的结构的说明图。
图8是表示另一变形例的空气极侧集电体134b的周围的结构的说明图。
图9是表示又一变形例的空气极侧集电体134c的周围的结构的说明图。
图10是表示再一变形例的空气极侧集电体134d的周围的结构的说明图。
图11是表示又再一变形例的空气极侧集电体134e的周围的结构的说明图。
图12是概略表示另一变形例的燃料电池堆的结构的说明图。
图13是概略表示构成另一变形例的燃料电池堆的燃料电池单元1的结构的说明图。
图14是表示图12及图13所示的另一变形例的燃料电池堆的集电体20的详细结构的说明图。
图15是表示图12及图13所示的另一变形例的燃料电池堆的集电体20的详细结构的说明图。
图16是表示图12及图13所示的另一变形例的燃料电池堆的集电体20的变形例的说明图。
具体实施方式
A.实施方式：
A-1.装置的基本结构：
(燃料电池堆100的结构)
图1是概略表示燃料电池堆100的结构的外观立体图。在图1中，表示了用于指定方向的互相正交的XYZ轴。在本说明书中，为了方便，将Z轴正方向称为上方向，将Z轴负方向称为下方向，但燃料电池堆100也可以以与这样的朝向不同的朝向设置。图2及其后面的附图也是同样的。
燃料电池堆100包括：多个燃料电池发电单元(以下也简称为“发电单元”)102，它们沿规定的排列方向(本实施方式中为上下方向)排列地配置；一对端板104、106，该一对端板以自上下夹持多个发电单元102的方式配置。图1所示的燃料电池堆100包括的发电单元102的个数只是一个例子，发电单元102的个数能够与燃料电池堆100所要求的输出电压等相应地适当设定。另外，上述排列方向(上下方向)相当于第1方向。
在燃料电池堆100的绕Z方向的周缘部形成有多个(本实施方式中为8个)贯通孔108，该多个贯通孔108自上侧的端板104到下侧的端板106地沿上下方向延伸。利用插入到各贯通孔的108的螺栓22和与螺栓22旋合的螺母24，将构成燃料电池堆100的各层夹紧并固定在一起。
各螺栓22的杆部的外径小于各贯通孔108的内径。因此，在各螺栓22的杆部的外周面和各贯通孔108的内周面之间确保有空间。由位于燃料电池堆100的绕Z方向的外周中的一条边(与Y轴平行的两条边中的靠X轴正方向侧的边)的中点附近的螺栓22(螺栓22A)和贯通孔108形成的空间作为用于向各发电单元102供给氧化剂气体(各图中表示为“OG”)的氧化剂气体供给歧管161发挥作用，由位于与该边相反的一侧的边(与Y轴平行的两条边中的靠X轴负方向侧的边)的中点附近的螺栓22(螺栓22B)和贯通孔108形成的空间作为用于将未反应的氧化剂气体(以下称为“氧化剂排气”，各图中表示为“OOG”)自各发电单元102排出的氧化剂气体排出歧管162发挥作用(参照图2)。另外，由位于燃料电池堆100的绕Z方向的外周中的另一条边(与X轴平行的两条边中的靠Y轴正方向侧的边)的中点附近的螺栓22(螺栓22D)和贯通孔108形成的空间作为用于向各发电单元102供给燃料气体(各图中表示为“FG”)的燃料气体供给歧管171发挥作用，由位于与该边相反的一侧的边(与X轴平行的两条边中的靠Y轴负方向侧的边)的中点附近的螺栓22(螺栓22E)和贯通孔108形成的空间作为将未反应的燃料气体(以下称为“燃料排气”，各图中表示为“OFG”)自各发电单元102排出的燃料气体排出歧管172发挥作用。另外，在本实施方式中，使用例如空气作为氧化剂气体，使用例如将城市燃气改性后的富氢的气体作为燃料气体。
(端板104、106的结构)
一对端板104、106是方形的平板形的导电性构件，例如由不锈钢形成。在各端板104、106的绕Z轴的周缘部形成有与上述的供螺栓22插入的贯通孔108对应的孔。一个端板104配置于位于最上方的发电单元102的上侧，另一个端板106配置于位于最下方的发电单元102的下侧。利用一对端板104、106以按压多个发电单元102的状态夹持该多个发电单元102。上侧的端板104(或者是与上侧的端板104连接的其他构件)作为燃料电池堆100的正极侧的输出端子发挥作用，下侧的端板106(或者是与下侧的端板106连接的其他构件)作为燃料电池堆100的负极侧的输出端子发挥作用。
(发电单元102的结构)
图2到图5是概略表示发电单元102的结构的说明图。在图2中，表示了图1、图4及图5的Ⅱ-Ⅱ的位置处的发电单元102的剖面结构，在图3中，表示了图1、图4及图5的Ⅲ-Ⅲ的位置处的发电单元102的剖面结构，在图4中，表示了图2的Ⅳ-Ⅳ的位置处的发电单元102的剖面结构，在图5中，表示了图2的Ⅴ-Ⅴ的位置处的发电单元102的剖面结构。另外，在图2及图3中，放大表示了一部分的剖面。
如图2及图3所示，作为发电的最小单元的发电单元102包括单体单元110、分隔件120、空气极侧框架130、空气极侧集电体134、燃料极侧框架140、燃料极侧集电体144、构成发电单元120的最上层及最下层的一对互连器150。在分隔件120、空气极侧框架130、燃料极侧框架140、互连器150的绕Z轴的周缘部，形成有与上述的供螺栓22插入的贯通孔108对应的孔。
互连器150是方形的平板形的导电构件，例如由铁素体类不锈钢等含有Cr(铬)的金属形成。互连器150在确保发电单元102之间的电导通的同时，防止发电单元102之间的气体的混合。另外，两个发电单元102共用一个互连器150。即，一发电单元102的上侧的互连器150和在该发电单元102的上侧与该发电单元102相邻的另一发电单元102的下侧的互连器150是同一构件。另外，由于燃料电池堆100具有一对端板104、106，因此，在燃料电池堆100中，位于最上方的发电单元102的上侧的互连器150及位于最下方的发电单元102的下侧的互连器150能够省略。
单体单元110包括电解质层112、空气极114及燃料极116，该空气极114和燃料极116隔着电解质层112在上下方向上彼此相对。另外，本实施方式的单体单元110是用燃料极116支承电解质层112及空气极114的燃料极支承型的单体单元。
电解质层112是方形的平板形构件，例如，由YSZ(氧化钇稳定化氧化锆)、ScSZ(氧化钪稳定化氧化锆)、SDC(钐掺杂氧化铈)、GDC(钆掺杂氧化铈)、钙钛矿型氧化物等固体氧化物形成。空气极114是在X-Y平面上观察的情况下比电解质层112小的方形的平板形构件，例如，由钙钛矿型氧化物(例如，LSCF(镧锶钴铁氧化物)、LSM(镧锶锰氧化物)、LNF(镧镍铁))形成。燃料极116是在X-Y平面上观察的情况下与电解质层112大小相同的方形的平板形构件，例如，由Ni(镍)、包括Ni和陶瓷粒子的金属陶瓷、Ni基合金等形成。如此，本实施方式的单体单元110是包括含有固体氧化物的电解质层112的固体氧化物形燃料电池(SOFC)。
分隔件120是在中央附近形成有方形的贯通孔121的框状构件，例如，由金属形成。分隔件120中的贯通孔121的周围部分与电解质层112的靠空气极114侧的表面的周缘部相对。分隔件120利用接合部124与电解质层112(单体单元110)接合，该接合部124是由配置于上述相对的部分的钎焊材料(例如Ag钎料)形成的。利用分隔件120划分出面对空气极114的空气室166和面对燃料极116的燃料室176，并且抑制气体自一方的电极侧向另一方的电极侧泄漏。另外，接合有分隔件120的单体单元110也被称为带分隔件的单体单元。
如图2至图4所示，空气极侧框架130是在中央附近形成有方形的贯通孔131的框状构件，例如，由云母等绝缘体形成。空气极侧框架130与分隔件120的同与电解质层112相对的一侧相反的那一侧的表面的周缘部、和互连器150的同空气极114相对的一侧的表面的周缘部接触。利用空气极侧框架130，能够在空气极114和互连器150之间确保空气室166，并且能够将发电单元102所包含的一对互连器150之间电绝缘。另外，在空气极侧框架130上形成有连通氧化剂气体供给歧管161和空气室166的氧化剂气体供给连通孔132、以及连通空气室166和氧化剂气体排出歧管162的氧化剂气体排出连通孔133。
如图2、图3及图5所示，燃料极侧框架140是在中央附近形成有方形的贯通孔141的框状构件，例如，由金属形成。燃料极侧框架140与分隔件120的同电解质层112相对的一侧的表面的周缘部、和互连器150的与燃料极116相对的一侧的表面的周缘部接触。利用燃料极侧框架140能够在燃料极116和互连器150之间确保燃料室176。另外，在燃料极侧框架140上形成有连通燃料气体供给歧管171和燃料室176的燃料气体供给连通孔142、以及连通燃料室176和燃料气体排出歧管172的燃料气体排出连通孔143。
如图2、图3及图5所示，燃料极侧集电体144配置于燃料室176内。燃料极侧集电体144包括互连器相对部146、多个电极相对部145、连接各电极相对部145和互连器相对部146的连接部147，燃料极侧集电体144例如由镍、镍合金、不锈钢等形成。具体而言，燃料极侧集电体144通过以将方形的平板形构件切出切口并将多个方形部分卷起的方式进行加工来制造。被卷起的方形部分成为电极相对部145，被卷起的部分以外的呈开孔状态的平板部分成为互连器相对部146，连接电极相对部145和互连器相对部146的部分成为连接部147。另外，在图5的局部放大图中，为了表示燃料极侧集电体144的制造方法，表示了多个方形部分的一部分的卷起加工的完成前的状态。各电极相对部145与燃料极116的同与电解质层112相对的一侧相反的那一侧的表面接触，互连器相对部146与互连器150的同燃料极116相对的一侧的表面接触。因此，燃料极侧集电体144将燃料极116和互连器150电连接。另外，在本实施方式中，在电极相对部145和互连器相对部146之间配置有例如由云母形成的间隔件149。因此，燃料极侧集电体144能够追随因温度循环和反应气体压力变动而产生的发电单元102的变形，从而良好地维持燃料极116和互连器150之间的借助燃料极侧集电体144所实现的电连接。
如图2至图4所示，空气极侧集电体134配置于空气室166内。空气极侧集电体134由多个四棱柱状的集电体元件135构成，例如由铁素体类不锈钢等含有Cr(铬)的金属形成。空气极侧集电体134通过与空气极114的同与电解质层112相对的一侧相反的那一侧的表面、和互连器150的同空气极114相对的一侧的表面接触，从而将空气极114和互连器150电连接。另外，在本实施方式中，空气极侧集电体134和互连器150作为一体的构件而形成。即，在该一体的构件中，与上下方向(Z轴方向)正交的平板形的部分作为互连器150发挥作用，以自该平板形的部分朝向空气极114突出的方式形成的多个集电体元件135作为空气极侧集电体134发挥作用。空气极侧集电体134、或者空气极侧集电体134和互连器150的一体构件是集电构件的一例。另外，构成空气极侧集电体134的各集电体元件135是朝向空气极114突出的突出部的一例。
如图2及图3所示，空气极侧集电体134的表面被导电性的涂层136覆盖。涂层136由含有Zn(锌)、Mn(锰)、Co(钴)和Cu(铜)中的至少一者的尖晶石型氧化物(例如Mn1.5Co1.5O4、MnCo2O4、ZnCo2O4、ZnMnCoO4、CuMn2O4)形成。涂层136在空气极侧集电体134的表面的形成例如可以通过喷涂、喷墨印刷、旋涂、浸涂、镀敷、溅射、喷镀等周知的方法来进行。另外，如上所述，在本实施方式中，空气极侧集电体134和互连器150作为一体的构件而形成。因此，实际上，空气极侧集电体134的表面中的与互连器150之间的交界面没有被涂层136覆盖，另一方面，互连器150的表面中的至少面向氧化剂气体流路的表面(即，互连器150的靠空气极114侧的表面、互连器150的面向构成氧化剂气体供给歧管161及氧化剂气体排出歧管162的贯通孔108的表面等)被涂层136覆盖。另外，虽然通过对空气极侧集电体134的热处理能够形成氧化铬的覆膜，但在该情况下，涂层136不是该覆膜，而是以覆盖形成有该覆膜的空气极侧集电体134的方式形成的层。在以下的说明中，只要没有特殊说明，空气极侧集电体134(或者集电体元件135)指的就是“被涂层136覆盖的空气极侧集电体134(或者集电体元件135)”。
空气极114和空气极侧集电体134利用导电性的接合层138相接合。接合层138与涂层136同样，由含有Zn、Mn、Co和Cu中的至少一者的尖晶石型氧化物(例如Mn1.5Co1.5O4、MnCo2O4、ZnCo2O4、ZnMnCoO4、CuMn2O4)形成。另外，在本实施方式中，涂层136和接合层138由主要成分元素彼此相同的尖晶石型氧化物形成。接合层138可以通过例如以下方式形成，即：将接合层用的糊剂印刷在空气极114的表面中的、与构成空气极侧集电体134的各集电体元件135的顶端部相对的部分，在将各集电体元件135的顶端部按压于糊剂的状态下，以规定的条件进行烧制。利用接合层138将空气极114和空气极侧集电体134电连接。之前，叙述的是空气极侧集电体134与空气极114的表面是接触的，但确切地说，接合层138介于空气极114和(被涂层136覆盖的)空气极侧集电体134之间。
A-2.燃料电池堆100的发电动作：
如图2所示，当向氧化剂气体供给歧管161供给氧化剂气体OG时，氧化剂气体OG自氧化剂气体供给歧管161经过各发电单元102的氧化剂气体供给连通孔132向空气室166供给。另外，如图3所示，当向燃料气体供给歧管171供给燃料气体FG时，燃料气体FG自燃料气体供给歧管171经过各发电单元102的燃料气体供给连通孔142向燃料室176供给。
当氧化剂气体OG被供给至各发电单元102的空气室166，且燃料气体FG被供给至燃料室176时，在单体单元110通过氧化剂气体OG及燃料气体FG的电化学反应进行发电。在各发电单元102中，单体单元110的空气极114借助空气极侧集电体134(及涂层136、接合层138)与一个互连器150电连接，燃料极116借助燃料极侧集电体144与另一个互连器150电连接。另外，燃料电池堆100所包含的多个发电单元102是串联连接的。因此，能够自作为燃料电池堆100的输出端子发挥作用的端板104、106获取在各发电单元102产生的电能。另外，需要说明的是，SOFC是在较高的温度(例如自700摄氏度到1000摄氏度)下进行发电的，因此，可以在启动后利用加热器加热燃料电池堆100，直到成为能够利用由发电产生的热来维持高温的状态。
如图2所示，氧化剂排气OOG(在各发电单元102中未被发电反应利用的氧化剂气体)自空气室166经过氧化剂气体排出连通孔133、氧化剂气体排出歧管162被排出至燃料电池堆100的外部。另外，如图3所示，燃料排气OFG(在各发电单元102中未被发电反应利用的燃料气体)自燃料室176经过燃料气体排出连通孔143、燃料气体排出歧管172被排出至燃料电池堆100的外部。
A-3.空气极侧集电体134及接合层138的详细结构：
如图2及图3所示，在构成空气极侧集电体134的各集电体元件135的与上下方向平行的各剖面中，接合层138存在于空气极114和集电体元件135的与空气极114相对的面(以下称为“底面BF”)之间的区域，并且自该区域延伸至外侧(与上下方向正交的方向侧)，再沿着集电体元件135的自底面BF朝向与空气极114所处侧相反的那一侧延伸的面(以下称为“侧面LF”)向上侧延伸。即，接合层138覆盖(被涂层136覆盖的)集电体元件135的角部CP。在这里，集电体元件135的角部CP是在图2及图3所示的底面BF和侧面LF都呈单一的平面的形态下，底面BF和侧面LF之间的交界附近的部分。另外，集电体元件135的角部CP被接合层138覆盖是指，接合层138除了覆盖集电体元件135的底面BF还覆盖了侧面LF内的至少与底面BF相连的一部分。
在本实施方式中，在集电体元件135的与上下方向平行的任意的剖面中，与图2及图3所示的剖面同样，集电体元件135的角部CP被接合层138覆盖。即，当自空气极114侧观察时，集电体元件135的角部CP的整周被接合层138覆盖。另外，在图2及图3中，虽然表示了构成空气极侧集电体134的一部分集电体元件135的结构，但在本实施方式中，对于构成空气极侧集电体134的全部集电体元件135，都同样地，集电体元件135的角部CP的整周被接合层138覆盖。这样的结构可以通过以下方式实现，即：在制造燃料电池堆100时，将接合层用的糊剂印刷于空气极114的表面内的与各集电体元件135的底面BF相对的区域、和包围该区域的规定大小的区域，利用各集电体元件135的底面BF压扁接合层用的糊剂，由此使接合层用的糊剂沿着各集电体元件135的侧面LF隆起，在该状态下进行烧制。
如以上说明那样，在本实施方式的燃料电池堆100中，在构成空气极侧集电体143的各集电体元件135的与上下方向平行的所有剖面中，(被涂层136覆盖的)集电体元件135的角部CP被接合层138覆盖。即，各集电体元件135的角部CP的整周被接合层138覆盖。在这里，如图6所示，集电体元件135的角部CP是除了具有底面BF还具有侧面LF的部分，因此，可以说与角部CP以外的部分相比角部CP有更多的扩散表面。另外，覆盖集电体元件135的涂层136的厚度在角部CP的位置上易于变薄。特别是，在通过喷涂、喷墨印刷、旋涂、浸涂、镀敷、溅射、喷镀等方法来形成涂层136的情况下，该倾向尤为明显。因此，如图6中箭头所示，与角部CP以外的部分相比，在集电体元件135的角部CP处Cr易于被释放出来且发生扩散。但是，在本实施方式中，由于各集电体元件135的角部CP的整周被接合层138覆盖，因此，假设Cr要自集电体元件135的角部CP穿过涂层136发生扩散，由于接合层138的存在而阻碍Cr扩散，能够有效地抑制自角部CP的Cr扩散。
另外，也有考虑例如通过使各集电体元件135的角部CP的涂层136的厚度大于其他部分的厚度来抑制自角部CP的Cr扩散，但利用这样的结构，在利用接合层138接合空气极114和被涂层136覆盖的各集电体元件135时，接合层138的厚度变得不均匀，空气极114和被涂层136覆盖的各集电体元件135变为局部接触，有可能发生导电性降低、由应力集中引起的开裂，因此并不理想。
另外，在本实施方式中，除涂层136外接合层138也由对Cr扩散的抑制效果较高的尖晶石型氧化物形成，因此接合层138具有涂层功能，能够更有效地抑制自集电体元件135的角部CP的Cr扩散。另外，与涂层136、接合层138由例如钙钛矿型氧化物等其他的材料形成的情况相比，能够降低热处理温度，因此，从该点出发也能够更有效地抑制自集电体元件135的角部CP的Cr扩散。另外，由于涂层136和接合层138都由尖晶石型氧化物形成，因此能够降低涂层136和接合层138之间的热膨胀差，能够抑制由热膨胀差导致在涂层136和接合层138的交界处发生开裂。另外，与涂层136、接合层138由其他的材料形成的情况相比，能够降低涂层136、接合层138的电阻。
另外，在本实施方式中，作为涂层136及接合层138的形成材料的尖晶石型氧化物都是含有Zn、Mn、Co和Cu中的至少一者的尖晶石型氧化物。含有Zn、Mn、Co和Cu中的至少一者的尖晶石型氧化物是即使长时间被放置于较高温的环境下也易于维持尖晶石结构的材料，因此，若涂层136和接合层138由这样的尖晶石型氧化物形成，则能够长时间维持抑制自集电体元件135的角部CP的Cr扩散的效果、能够降低电阻的效果。
另外，在本实施方式中，作为涂层136及接合层138的形成材料的尖晶石型氧化物由主要成分元素彼此相同的尖晶石型氧化物形成。因此，能够进一步缩小涂层136和接合层138之间的热膨胀差，能够更有效地抑制由热膨胀差导致在涂层136和接合层138的交界处发生开裂。另外，在这里所说的主要成分元素是指构成尖晶石型氧化物的金属元素。另外，能够通过进行X射线衍射和元素分析来实现尖晶石型氧化物的识别。
另外，在本实施方式中，如图2及图3所示，在集电体元件135的与上下方向平行的剖面中，在将集电体元件135的角部CP的距空气极114最近的点和空气极114的表面之间以最短距离连接的线段LS上，接合层138的平均厚度tp大于涂层136的平均厚度tc。在本实施方式中，在各集电体元件135的与上下方向平行的所有剖面中，线段LS上的接合层138的平均厚度tp都大于涂层136的平均厚度tc。另外，在本实施方式中，涂层136的孔隙率和接合层138的孔隙率之间的关系满足涂层136的孔隙率小于接合层138的孔隙率这样的关系。如此，在本实施方式中，由于孔隙率大于涂层136的接合层138的平均厚度tp大于涂层136的平均厚度tc，因此能够更大程度地获得应力缓冲效果，能够更有效地抑制在涂层136和接合层138的交界面处发生开裂。
另外，如以下那样确定各构件的孔隙率。在沿着氧化剂气体流动方向(如图2所示，在本实施方式中为X轴方向)排列的三个位置上，设定与氧化剂气体流动方向正交的发电单元102的剖面，在各剖面的任意的三个位置上得到带有空气极114、接合层138、涂层136的SEM图像(500倍)。即，得到九个SEM图像。在所得到的各SEM图像中，以规定的间隔(例如1μm-5μm的间隔)画出多条与发电单元102的排列方向(在本实施方式中为Z轴方向)正交的线。测定各直线上的对应气孔的部分的长度，将对应气孔的部分的长度的合计长度相对于直线的全长的比值作为该线上的孔隙率。将画于各构件(空气极114、接合层138、涂层136)的部分的多条直线的孔隙率的平均值作为该SEM图像中的各构件的孔隙率。通过取在九个SEM图像上求得的孔隙率的平均值，来作为各构件的最终的孔隙率。
另外，关于在将集电体元件135(突出部)的角部CP的距空气极114最近的点和空气极114的表面之间以最短距离连接的线段LS上的、涂层136及接合层138的平均厚度，可以通过以下方式求得。首先，以包含集电体元件135、涂层136、接合层138和空气极114的方式取得与发电单元102的排列方向(在本实施方式中为Z轴方向)平行的方向上的剖面图像(例如SEM图像)。另外，所取得的剖面图像能够设为，例如将在与所取得的剖面垂直的方向上的集电体元件135整体的长度以大致等间隔六等分的位置的剖面图像(五张)。可以根据集电体元件135的大小等来变更取得的剖面图像的数量，设为在将集电体元件135整体的长度以大致等间隔划分的多个位置取得剖图图像。对于所取得的剖面图像，取得在将集电体元件135的角部CP的距空气极114最近的点和空气极114的表面之间以最短距离连接的线段LS上的涂层136及接合层138的长度，将它们分别设为涂层136的厚度及接合层138的厚度。在所取得的多个剖面图像(例如五张)上进行厚度的测定，将自多个剖面图像得到的涂层136的厚度的算数平均数作为涂层136的平均厚度tc，将自多个剖面图像得到的接合层138的厚度的算数平均数作为接合层138的平均厚度tp。
B.变形例：
本说明书公开的技术不限于上述的实施方式，能够在不脱离其主旨的范围内变形为各种方式，例如还能够进行如下变形。
在上述实施方式中，如图2及图3所示，构成空气极侧集电体134的各集电体元件135的底面BF和侧面LF都是单一的平面，但不需要一定是这种方式。图7是表示变形例的空气极侧集电体134a的周围的结构的说明图。在图7中，表示了空气极侧集电体134a的周围的部分的与Z轴及Y轴平行的剖面结构。另外，需要说明的是，后述的图8到图11也是同样的。在图7所示的变形例中，在构成空气极侧集电体134a的集电体元件135a的侧面LF上存在有突起BU。在该变形例中，集电体元件135a的角部CP也是集电体元件135a的处于底面BF和侧面LF的交界附近的部分。在图7所示的结构中，集电体元件135a的侧面LF的一部分被接合层138覆盖，因此，可以说集电体元件135a的角部CP被接合层138覆盖。
图8是表示另一变形例的空气极侧集电体134b的周围的结构的说明图。在图8所示的变形例中，构成空气极侧集电体134b的集电体元件135b的侧面LF不是平面而是曲面。集电体元件135b的侧面LF的处于侧面LF和底面BF的交界附近的部分成为向集电体元件135b的外侧凸出的曲面。在该变形例中，集电体元件135b的角部CP也是集电体元件135b的处于底面BF和侧面LF的交界附近的部分。在图8所示的结构中，集电体元件135b的侧面LF的一部分被接合层138覆盖，因此，可以说集电体元件135b的角部CP被接合层138覆盖。
图9是表示又一变形例的空气极侧集电体134c的周围的结构的说明图。在图9所示的变形例中，构成空气极侧集电体134c的集电体元件135c的侧面LF不是平面而是曲面。集电体元件135c的侧面LF的处于侧面LF和底面BF的交界附近的部分成为向集电体元件135c的内侧凸出的曲面。在该变形例中，集电体元件135c的角部CP也是集电体元件135c的处于底面BF和侧面LF的交界附近的部分。在图9所示的结构中，集电体元件135c的侧面LF的一部分被接合层138覆盖，因此，可以说集电体元件135c的角部CP被接合层138覆盖。
图10是表示再一变形例的空气极侧集电体134d的周围的结构的说明图。在图10所示的变形例中，构成空气极侧集电体134d的集电体元件135d的侧面LF及底面BF不是平面而是曲面。集电体元件135d的侧面LF的处于侧面LF和底面BF的交界附近的部分成为向集电体元件135d的内侧凸出的曲面。另外，集电体元件135d的底面BF的处于底面BF和侧面LF的交界附近的部分，成为向集电体元件135d的外侧凸出的曲面。在该变形例中，集电体元件135d的角部CP也是集电体元件135d的处于底面BF和侧面LF的交界附近的部分。在图10所示的结构中，集电体元件135d的侧面LF的一部分被接合层138覆盖，因此，可以说集电体元件135d的角部CP被接合层138覆盖。
图11是表示又再一变形例的空气极侧集电体134e的周围的结构的说明图。在图11所示的变形例中，构成空气极侧集电体134e的集电体元件135e的底面BF不是平面而是曲面。集电体元件135e的底面BF由一个平面或曲面构成、或者由多个平面或曲面构成，构成了整体呈向下侧凸出的形状的面。在该变形例中，集电体元件135e的角部CP也是集电体元件135e的处于底面BF和侧面LF的交界附近的部分。在图11所示的结构中，集电体元件135e的侧面LF的一部分被接合层138覆盖，因此，可以说集电体元件135e的角部CP被接合层138覆盖。
另外，在上述实施方式中，燃料电池堆100是由多个平板形的发电单元102层叠而成的结构，但本发明也能够同样适用于其他的结构，例如，如日本特开2008-59797号记载的那样，由多个大致圆筒形的燃料电池单体单元串联连接而成的结构。图12是概略表示另一变形例的燃料电池堆的结构的说明图，图13是概略表示构成另一变形例的燃料电池堆的燃料电池单元1的结构的说明图。如图12及图13所示，该变形例的燃料电池堆包括集电体20和多个中空平板形的燃料电池单元1。燃料电池单元1包括：中空平板状的支承基板10、致密的电解质层3、多孔的空气极4、致密的互连器5、空气极材料层14、以及设于中空平板状的支承基板10周围的多孔的燃料极2。支承基板10在内部具有沿与燃料电池单元1的排列方向相交的方向(电池长度方向)延伸的多个燃料气体通路16。集电体20借助接合层25与一个燃料电池单元1的空气极4接合，并且借助接合层25与相邻设置的另一个燃料电池单元1的空气极材料层14接合，由此，将多个燃料电池单元1串联地电连接。当向空气极4的外侧供给氧化剂气体，向支承基板10内的气体通路16供给燃料气体，并加热至规定的工作温度时，在燃料电池堆进行发电。
图14及图15是表示图12及图13所示的另一变形例的燃料电池堆的集电体20的详细结构的说明图。在图14及图15中，设为在集电体20的下侧配置有燃料电池单元1的空气极4。集电体20由例如含有Cr的金属形成，其表面被导电性的涂层203覆盖。在这里，如图14及图15所示，集电体20的朝向空气极4突出的突出部的靠近空气极4一侧的角部CP被接合层25覆盖。因此，即使假设Cr要自集电体20的突出部的角部CP穿过涂层203发生扩散，在靠近空气极4一侧的角部CP，由于接合层25的存在，也能够阻碍Cr扩散。因此，能够有效地抑制自角部CP的Cr扩散。另外，图16是表示图12及图13所示的另一变形例的燃料电池堆的集电体20的变形例的说明图。在图16所示的变形例中，集电体20的朝向空气极4突出的突出部的所有角部CP都被接合层25覆盖。通过做成这样的结构，能够更有效地抑制自集电体20的突出部的角部CP的Cr扩散，因此更优选这种结构。
另外，在上述实施方式中，将利用燃料气体所含的氢和氧化剂气体所含的氧之间的电化学反应进行发电的SOFC作为对象，但本发明也能够同样适用于利用水的电解反应生成氢的固体氧化物型的电解池(SOEC)的最小单元即电解池单元、具有多个电解池单元的电解池堆。另外，电解池堆的结构例如如日本特开2014-207120号记载的那样为公众所知的结构，在这里不再详述，概略地说，是与上述实施方式的燃料电池堆100同样的结构。即，将上述实施方式的燃料电池堆100替换为电解池堆，将发电单元102替换为电解池单元即可。其中，在电解池堆运转时，以空气极114为正极(阳极)、燃料极116为负极(阴极)的方式向两电极间施加电压，并且经由贯通孔108供给作为原料气体的水蒸气。由此，各电解池单元中发生水的电解反应，在燃料室176产生氢气，并经由贯通孔108将氢取出至电解池堆的外部。若在这样结构的电解池单元及电解池堆中，也与上述实施方式同样，采用在构成空气极侧集电体134的各集电体元件135的与上下方向平行的所有剖面中集电体元件135的角部CP被接合层138覆盖的结构，则能够有效地抑制自角部CP的Cr扩散。
另外，在上述实施方式(或者变形例，以下同样)中，对于燃料电池堆100(或者电解池堆，以下同样)中包含的全部发电单元102(或者电解池单元，以下同样)，设为在构成空气极侧集电体134的全部集电体元件135的与上下方向平行的所有剖面中角部CP都被接合层138覆盖，但只要燃料电池堆100中包含的至少一个发电单元102成为那样的结构，就能够获得抑制自集电体元件135的角部CP的Cr扩散的效果。另外，只要构成空气极侧集电体134的多个集电体元件135中的至少一个集电体元件135成为那样的结构，就能够获得抑制自该集电体元件135的角部CP的Cr扩散的效果。
另外，在上述实施方式中，涂层136及接合层138由主要成分元素彼此相同的尖晶石型氧化物形成，但涂层136及接合层138也可以由主要成分元素互不相同的尖晶石型氧化物形成。另外，在上述实施方式中，涂层136及接合层138由含有Zn、Mn、Co和Cu中的至少一者的尖晶石型氧化物形成，但涂层136及接合层138也可以由不含这些元素的尖晶石型氧化物形成。另外，在上述实施方式中，涂层136及接合层138由尖晶石型氧化物形成，但涂层136及接合层138也可以由钙钛矿型氧化物等其他的材料形成。
另外，在上述实施方式中，电解质层112由固体氧化物形成，但电解质层112除固体氧化物以外还可以含有其他的物质。另外，上述实施方式中形成各构件的材料只是例示，各构件也可以由其他材料形成。例如，在上述实施方式中，空气极侧集电体134由含有Cr的金属形成，但空气极侧集电体134若被涂层136覆盖则也可以由其他的材料形成。另外，构成空气极侧集电体134的各集电体元件135的形状不限于四棱柱状，只要是自互连器150侧向空气极114侧突出的形状就也可以是其他的形状。
另外，在上述实施方式中，也可以在电解质层112和空气极114之间设置例如含有氧化铈(日文：セリア)的防反应层，抑制由于电解质层112内的锆等和空气极114内的锶等发生反应导致的电解质层112和空气极114之间的电阻增大。另外，在上述实施方式中，空气极侧集电体134和与其邻接的互连器150可以是彼此独立的构件。另外，燃料极侧集电体144可以是与空气极侧集电体134同样的结构，燃料极侧集电体144和与其邻接的互连器150可以是一体的构件。另外，也可以是，不是空气极侧框架130为绝缘体，而是燃料极侧框架140为绝缘体。另外，空气极侧框架130、燃料极侧框架140可以是多层结构。
另外，在上述实施方式中，端板104、106作为输出端子发挥作用，但也可以替代端板104、106，使配置在端板104和发电单元102之间的导电板以及配置在端板106和发电单元102之间的导电板作为输出端子发挥作用。另外，在上述实施方式中，将各螺栓22的杆部的外周面和各贯通孔108的内周面之间的空间作为各歧管进行了利用，但取而代之，既可以在各螺栓22设置轴线方向上的孔，并将该孔作为各歧管进行利用，也可以相对于供各螺栓22贯穿的各贯通孔108独立地设置各歧管。
附图标记说明
1燃料电池单元；2燃料极；3电解质层；4空气极；5互连器；10支承基板；14空气极材料层；16燃料气体通路；20集电体；22螺栓；24螺母；25接合层；100燃料电池堆；102燃料电池发电单元；104端板；106端板；108贯通孔；110单体单元；112电解质层；114空气极；116燃料极；120分隔件；121贯通孔；124接合部；130空气极侧框架；131贯通孔；132氧化剂气体供给连通孔；133氧化剂气体排出连通孔；134空气极侧集电体；135集电体元件；136涂层；138接合层；140燃料极侧框架；141贯通孔；142燃料气体供给连通孔；143燃料气体排出连通孔；144燃料极侧集电体；145电极相对部；146互连器相对部；147连接部；149间隔件；150互连器；161氧化剂气体供给歧管；162氧化剂气体排出歧管；166空气室；171燃料气体供给歧管；172燃料气体排出歧管；176燃料室；203涂层。

Claims (10)

1.一种电化学反应单元，其包括：
单体单元，其具有电解质层、空气极及燃料极，该电解质层含有固体氧化物，该空气极和燃料极隔着所述电解质层在第1方向上彼此相对；
集电构件，其配置于所述单体单元的靠所述空气极的一侧，该集电构件具有朝向所述空气极突出的突出部；
导电性的涂层，其覆盖所述集电构件的靠所述空气极侧的整个表面；以及
导电性的接合层，其将所述空气极和被所述涂层覆盖的所述突出部接合在一起，
该电化学反应单元的特征在于，
在所述突出部的与所述第1方向平行的所有剖面中，被所述涂层覆盖的所述突出部的角部被所述接合层覆盖。
2.根据权利要求1所述的电化学反应单元，其特征在于，
所述集电构件具有多个所述突出部，
在多个所述突出部各自的与所述第1方向平行的所有剖面中，被所述涂层覆盖的所述突出部的所述角部被所述接合层覆盖。
3.根据权利要求1或2所述的电化学反应单元，其特征在于，
所述涂层和所述接合层由尖晶石型氧化物形成。
4.根据权利要求3所述的电化学反应单元，其特征在于，
所述涂层和所述接合层由含有Zn、Mn、Co和Cu中的至少一者的尖晶石型氧化物形成。
5.根据权利要求3所述的电化学反应单元，其特征在于，
所述涂层和所述接合层由主要成分元素彼此相同的尖晶石型氧化物形成。
6.根据权利要求1所述的电化学反应单元，其特征在于，
在所述突出部的与所述第1方向平行的所有剖面中的、将所述突出部的所述角部的距所述空气极最近的点和所述空气极的表面之间以最短距离连接的线段上，所述接合层的平均厚度大于所述涂层的平均厚度，
满足所述涂层的孔隙率小于所述接合层的孔隙率的关系。
7.根据权利要求1所述的电化学反应单元，其特征在于，
所述电解质层、所述空气极和所述燃料极为平板形状。
8.根据权利要求1所述的电化学反应单元，其特征在于，
所述集电构件具有多个所述突出部，将一个所述突出部和所述空气极接合在一起的所述接合层与将其他的所述突出部和所述空气极接合在一起的所述接合层是相互独立的。
9.根据权利要求1所述的电化学反应单元，其特征在于，
所述电化学反应单元是进行发电的燃料电池发电单元。
10.一种燃料电池堆，其具有多个燃料电池发电单元，其特征在于，
所述多个燃料电池发电单元的至少一个燃料电池发电单元是权利要求9所述的电化学反应单元。
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3370290B1 (en) * 2015-10-28 2020-09-30 Morimura Sofc Technology Co., Ltd. Interconnector-electrochemical reaction unit cell composite body, electrochemical reaction cell stack, and production method for interconnector-electrochemical reaction unit cell composite body
JP6867852B2 (ja) * 2017-04-11 2021-05-12 森村Ｓｏｆｃテクノロジー株式会社 集電部材−電気化学反応単セル複合体および電池化学反応セルスタック
JP7085314B2 (ja) * 2017-06-14 2022-06-16 森村Ｓｏｆｃテクノロジー株式会社 電気化学反応単位および電気化学反応セルスタック
JP6773628B2 (ja) * 2017-11-01 2020-10-21 森村Ｓｏｆｃテクノロジー株式会社 電気化学反応単位および電気化学反応セルスタック
JP6800546B2 (ja) * 2018-04-23 2020-12-16 森村Ｓｏｆｃテクノロジー株式会社 複合体、および、電気化学反応セルスタック
JP6554588B1 (ja) * 2018-06-12 2019-07-31 日本碍子株式会社 電気化学セル用金属部材、及びこれを用いた電気化学セル組立体
WO2020050251A1 (ja) * 2018-09-07 2020-03-12 日本碍子株式会社 合金部材、セルスタック及びセルスタック装置
JP6827091B1 (ja) * 2019-10-11 2021-02-10 日本碍子株式会社 セルスタック装置
JP7280991B1 (ja) 2022-03-15 2023-05-24 日本碍子株式会社 電気化学セル

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101300700A (zh) * 2005-10-27 2008-11-05 京瓷株式会社 耐热性合金构件、燃料电池用合金构件、燃料电池用集电构件、电池组及燃料电池
KR20090068632A (ko) * 2007-12-24 2009-06-29 주식회사 포스코 평판형 고체산화물 연료전지용 분리판의 제조방법
JP2013239330A (ja) * 2012-05-15 2013-11-28 Ngk Spark Plug Co Ltd 固体酸化物形燃料電池およびその製造方法
JP2014207146A (ja) * 2013-04-12 2014-10-30 日本碍子株式会社 燃料電池セル

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5035571B2 (ja) * 2003-07-24 2012-09-26 日産自動車株式会社 燃料電池用集電構造及び固体酸化物形燃料電池スタック
JP4492119B2 (ja) 2003-07-24 2010-06-30 日産自動車株式会社 燃料電池用集電構造及び固体酸化物形燃料電池スタック
JP5090800B2 (ja) * 2007-06-25 2012-12-05 日本電信電話株式会社 インターコネクタ及び固体酸化物形燃料電池
US8741500B2 (en) * 2007-08-02 2014-06-03 Sharp Kabushiki Kaisha Fuel cell stack and fuel cell system
DE102007058907A1 (de) * 2007-11-30 2009-06-04 Elringklinger Ag Chromhaltiges, metallisches Substrat und Verfahren zu dessen Herstellung
JP2010157387A (ja) * 2008-12-26 2010-07-15 Nissan Motor Co Ltd 固体電解質形燃料電池用インターコネクタ
JP5327712B2 (ja) * 2009-06-25 2013-10-30 日産自動車株式会社 固体電解質型燃料電池
JP4901976B2 (ja) * 2009-08-26 2012-03-21 日本碍子株式会社 接合剤
JP5483714B2 (ja) * 2009-08-26 2014-05-07 日本碍子株式会社 接合剤
JP5044628B2 (ja) * 2009-11-09 2012-10-10 日本碍子株式会社 コーティング体
JP2014041705A (ja) * 2012-08-21 2014-03-06 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 固体酸化物形燃料電池とその製造方法
US20140178795A1 (en) * 2012-12-24 2014-06-26 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Solid oxide fuel cell and method of manufacturing interconnector for solid oxide fuel cell
JP6125940B2 (ja) * 2013-07-30 2017-05-10 日本特殊陶業株式会社 燃料電池セル及び燃料電池セルスタック
JP6161983B2 (ja) * 2013-07-30 2017-07-12 日本特殊陶業株式会社 燃料電池セル及び燃料電池セルスタック

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101300700A (zh) * 2005-10-27 2008-11-05 京瓷株式会社 耐热性合金构件、燃料电池用合金构件、燃料电池用集电构件、电池组及燃料电池
KR20090068632A (ko) * 2007-12-24 2009-06-29 주식회사 포스코 평판형 고체산화물 연료전지용 분리판의 제조방법
JP2013239330A (ja) * 2012-05-15 2013-11-28 Ngk Spark Plug Co Ltd 固体酸化物形燃料電池およびその製造方法
JP2014207146A (ja) * 2013-04-12 2014-10-30 日本碍子株式会社 燃料電池セル

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