JP2001516936A - 燃料電池アセンブリにおける導電率 - Google Patents

燃料電池アセンブリにおける導電率

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Abstract

(57)【要約】 固体酸化物燃料電池アセンブリはガスセパレータプレート（１２２）と、該ガスセパレータプレート（１２２）と燃料電池のカソード層との間に配置された銀導電層（１３６）とを有する。１つの実施の形態においては、銀層（１３６）は、酸素を含むガスチャネル内の酸素を含むガスが銀層（１３６）を通ってカソード層に接近することができるメッシュ形状あるいは他のシート形状である。銀層（１３６）は、ガスセパレータプレート（１２２）を通る電気接続リンク（１４２）のヘッドに接しており、銀層（１３６）により集電された電流はプレートのアノード側のニッケルメッシュ（１４４）に伝達される。ガスセパレータプレート（１２２）はカソード側にアルミナ層を有する。このプレートはステンレス鋼により形成されてもよい。銀は少なくとも実質的に純粋あるいは合金であってもよく、中間化合物としてあるいは非金属を含む複合材料として存在してもよい。銀層はステンレス鋼などの基板材料上に形成されてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （技術分野） この発明は、１つ以上の平面燃料電池を含む固体酸化物燃料電池アセンブリに
関し、特に、そのようなアセンブリにおける電気集電性に関する。
【０００２】 （背景技術） 固体酸化物平面燃料電池アセンブリの現在の設計では、燃料電池の電解質中で
生じた電流がインターコネクタとして知られている隣接燃料電池間のガスセパレ
ータにより伝導されることが必要である。ガスセパレータはまた、燃料電池にお
いて発生した熱を燃料電池から外へ伝導させる良好な熱伝導体でなければならな
い。いくつかの設計においては、インターコネクトは動作温度で電気的に伝導す
るセラミック材料から製造され、一方、他の設計においては、インターコネクト
は電流キャリアでもある金属材料から製造される。インターコネクトを構成する
材料が何であっても、動作温度で良好な電流キャリヤであること、インターコネ
クトと電解質との界面、すなわちインターコネクト‐カソード層界面及びインタ
ーコネクト‐アノード層界面もまた伝導性を有することが必要である。実際の燃
料電池設計においては、他の特性を犠牲にせずに、これらの要求を満たすことは
、困難であることがわかっている。
【０００３】 （発明の開示） （発明が解決しようとする技術的課題） 燃料電池アセンブリの様々な材料およびそれらの界面を、燃料電池の寿命中に
、実質的に劣化あるいは変化させないようにすることは困難であること、その範
囲においては、異なる材料は固体酸化物燃料電池を有効に動作させるのに必要な
高温で相互作用を及ぼす傾向があるため、導電率は影響を受けることがわかって
いる。例えば、ほとんどの金属インターコネクトは、金属に酸化耐性および他の
特性を付与する実質量のクロム元素を含んでいる。クロムの存在量が微量より多
いと、クロムは、固体酸化物燃料電池を動作させる際に受ける典型的な条件下で
、酸素と結合して高揮発性酸化物あるいはオキシ水酸化物ガスを形成することが
ある。これらの揮発性ガスはカソード‐電解質界面に引き付けられ、そこで、反
応して燃料電池の効率に有害な化合物を形成することがある。これらのクロム反
応を排除しないとあるいは実施的に阻害しないと、燃料電池の性能は時間と共に
劣化して電池が機能しなくなる。これらの反応を排除すると同時にインターコネ
クトの電流効率を維持することは、今日使用されている高温平面固体酸化物燃料
電池の設計のほとんどあるいはすべてにおいて直面している困難である。
【０００４】 この問題を解決するための１つの提案が、我々の特許出願ＷＯ９６／２８８５
５において説明されている。この中で、クロム含有インターコネクトプレートに
は、酸化物表面層が設けられ、この層はクロムと反応して基板と酸化物表面層と
の間でスピネル層を形成し、これによりクロム内で結合が形成される。
【０００５】 現在の燃料電池設計では、さらに、燃料電池アセンブリのカソード側の界面を
横切る良好な電流の流れ、すなわち良好な電気的接触が必要である。現存の設計
では、これは、多少なりとも、２つの大体平面の表面に共に荷重を加えて、燃料
電池カソード層とインターコネクトプレート間の電気的ブリッジとして機能する
多くの非常に小さな点接触を確立することにより行われている。平面であること
又は表面が整合していることが要求されるが、この要求は、実際の燃料電池では
、高価でしっかりと制御された機械加工あるいは表面調製法によらなければ、達
成することが難しい。燃料電池内の温度が上昇するあるいは下降する間、これら
の表面を共に保持することも困難である。というのは、熱膨張特性は、様々な材
料構成を用いると完全に調和させるのが非常に困難だからである。
【０００６】 （その解決方法） この発明は、カソード‐ガスセパレータ界面のガスセパレータの電流集電要求
をガスセパレータの他の機能と切り離し、個々の要素において電気伝導要求を満
たすことにより、現在の設計における上記困難を解消するものである。
【０００７】 特許出願公告ＪＰ６２２３８４６‐Ａでは、燃料電池のカソードとガスセパレ
ータとの間に、多孔質導電性ペロブスカイト酸化物からなる電流集電ボードが備
えられ、電流経路を提供するとともに酸素がカソードに接近できるようにすると
いう組み合わさった目的が達成される。しかしながら、そのような酸化物はかな
り高価で、物理学的に余り丈夫でない。また、その脆い性質のため、満足な電気
的接触を得るためには合わせ面の精密な調和が必要である。
【０００８】 本発明によれば、一方の側にアノードを、他方の側にカソードを備えた固体酸
化物電解質層を有する平面燃料電池を含む固体酸化物燃料電池アセンブリであっ
て、該燃料電池はカソード層に隣接する第１の熱伝導性耐熱金属合金ガスセパレ
ータ部材とアノード層に隣接する第２の熱伝導性耐熱金属合金ガスセパレータ部
材との間に配置され、酸素含有ガス経路がカソード層と第１のガスセパレータ部
材との間に設けられ、燃料ガス経路がアノード層と第２のガスセパレータ部材と
の間に設けられている固体酸化物燃料電池アセンブリにおいて、導電性材料の層
がカソード層と第１のガスセパレータ部材との間に設けられ、カソード層と電気
的に接触してカソード層から電流を伝導し、前記導電層は酸素含有ガス経路中の
酸素含有ガスがカソード層と接触するように構成されると共に銀を含み、第１の
ガスセパレータ部材は導電性材料の層に隣接するアルミナ層を有する固体酸化物
燃料電池アセンブリが提供される。
【０００９】 本発明によれば、電流は第１のガスセパレータ部材上のアルミナ層と燃料電池
のカソード層との間に配置された銀を含む導電層を介して燃料電池から外へ伝導
される。驚いたことに、我々は、銀の融点が比較的低いにもかかわらず、導電層
は、高温固体酸化物燃料電池の動作温度が高くても、長期にわたり有効な電流集
電を提供し続けることができる。
【００１０】 銀は１以上の他の貴金属及び／または１以上の非‐貴金属と合金形成させたも
のでもよく、あるいは金属間化合物としてまたは非金属との複合材料として存在
してもよい。この場合、銀は合金、化合物、材料の主成分として存在するのが好
ましく、例えば、少なくとも５０ｗｔ％であり、他の成分は燃料電池を汚染して
はならない。しかしながら、好ましくは導電層は少なくとも実質的に銀だけを含
む。銀は比較的高価でなく、純粋な形で大量に入手でき、溶融及び製造が容易で
、毒性がなく、熱及び電気の優れた伝導体であり、可鍛性を有する。
【００１１】 銀を含む導電層をカソード層と第１のガスセパレータ部材上のアルミナ層との
間に設けることにより、導電層は使用中における典型的な負荷の下、選択的に曲
がり或いはなじむことができ、これにより平面性、平行性、平滑性あるいは精度
の高くない燃料電池アセンブリ要素を使用することができる。そのようなコンプ
ライアンスは典型的にはミクロンのオーダーである。これにより、燃料電池アセ
ンブリ内のいくつかの要素についてより安価な製造方法を使用することができる
。このようなコンプライアンスにより電気的接触のレベルが向上し、燃料電池の
性能が向上する。というのは、カソード側の電気抵抗を、従来の設計を用いた場
合に比べずっと低くしてもよいからである。
【００１２】 導電層の構造あるいは配置は、酸素を含むガスがそれを通ってカソード層及び
電解質まで流れるあるいは拡散することができるようなものでなければならない
。したがって、導電層は多孔質の銀材料で形成してもよく、あるいは貫通する適
当な穴を有する分離シート、例えばメッシュの形態であってもよく、あるいはそ
れらの分離シート上に形成されても良い。そのような多孔質の金属材料は第１の
ガスセパレータ部材に対し、及びカソード層に対し別々に形成してもよい。ある
いは第１のガスセパレータ部材とカソード層の１つあるいは両方に対し１つの層
として、例えばスクリーン印刷、電着あるいはスパッタリング技術により形成し
ても良い。
【００１３】 １つの実施の形態においては、導電層は、例えば約１００〜５００μ以下の厚
さの、銀材料の薄いシートである。あるいは基板シート上の１つの層として形成
される。どちらの場合でも、シートは貫通する複数の穴を有するように形成され
る。それらの穴は、酸素を含むガスが酸素含有ガス経路からカソード層まで自由
に流れることができるようにサイズ及び分布設計がなされている。例えば、銀導
電層の総表面領域の４０から７０％を開口させて、ガスが流れるようにしてもよ
い。
【００１４】 導電層を基板上に形成する場合、銀材料は少なくとも約１０μｍの厚さを有し
てもよく、エキスパンド基板メッシュあるいは他の穴のあるシート上に形成して
もよい。それらのシートはステンレス鋼などの金属材料で形成されると好都合で
ある。導電層の厚さは、上述したように１００μｍ以上であってもよいが、好ま
しくは約２０‐５０μｍの範囲内である。一般的に、基板の厚さは問題ではない
が、通常、約０．５から１．５ｍｍ以下のオーダーである。アルミナあるいは他
の高密度材料の層を、例えば約１〜５μｍ以下の範囲の厚さで、ステンレス鋼基
板と導電層との間に形成させてステンレス鋼内のクロムや他の汚染物が外へ出て
行くのを防いでもよい。ステンレス鋼は好ましくは自己‐アルミナイジングさせ
、金属導電層の真下でアルミナ層を成長させる。しかし、その代わりに、ステン
レス鋼は、グレード４４６あるいは例えば、下記に説明されているような低レベ
ルのアルミニウムを含むいくつかの他のステンレス鋼であってもよい。この場合
、アルミナあるいは他の高密度層を適用しなければならない。
【００１５】 その代わりに、例えば、メッシュは織メッシュでもよく、あるいはそうでなけ
れば銀材料の、あるいは前記ステンレス鋼の１つなどの基板材料の糸あるいは他
のフィラメントから形成されてもよい。基板材料はメッシュが形成される前ある
いは後に銀材料によりコートしてもよい。銀材料の厚さはすぐ前の段落で説明さ
れている通りとしてもよい。
【００１６】 各ガスセパレータ部材の構成の厚さ及び材料は、ガスセパレータ部材を横切っ
てあるいは沿って熱が容易に伝達し、燃料電池から出て行くように選択される。
各ガスセパレータ部材はまた、燃料電池アセンブリの構造強度と剛性を提供して
もよい。
【００１７】 本発明によれば、ガスセパレータ部材の合金は、燃料電池アセンブリの動作温
度で、カソード界面における電気的接触を維持する必要性に関わらず、還元及び
酸化雰囲気において高温暴露に対し優れた長期の耐性を提供するように選択され
てもよい。酸素の浸入及び／または燃料電池に対し有害な元素あるいは化合物の
放出を妨害するあるいは防ぐアルミナ層を創り出すあるいは創り出すように処理
された材料を使用することができる。このように、ガスセパレータ部材の合金材
料の選択性は大きく増大し、その結果、より効果的で、より安価で、より容易に
入手できる材料を使用することができ、有利である。
【００１８】 各ガスセパレータ部材の合金材料は従来の高温材料、例えば、ハイネス（Hyne
s）２３０などの耐熱鋼あるいはニッケル合金、であってもよい。好ましい耐熱 鋼は、コーティング処理が施されたフェライトステンレス鋼である。これは少な
くともカソードに面した表面上にアルミナ保護層を、あるいは自己‐アルミナイ
ジングしアルミナの層を形成するのに十分な量のアルミニウム（通常＞４．５ｗ
ｔ％）を含む保護層を提供するように改良されたものである。この層は表面を電
気絶縁性とする効果を有すると共に、酸素に対し及びクロム系酸化物またはオキ
シ水酸化物ガスに対し十分に不浸透性を有するようにする効果を有する。アルミ
ナ層を形成するように処理される必要のあるフェライトステンレス鋼としては、
グレード４４６及び、微量レベル以下の偶発的な不純物を除き、ｗｔ％で、Ｃｒ
を２６．２５‐２８、Ｃを０．０１１‐０．０８０、Ｓｉを０．０１‐０．０９
、Ｍｎを０．０１、Ｎｉを０．０１、Ｓを０．００１‐０．００２、Ｐを０．０
０２、希土類金属を０．０１‐０．１５、残りは鉄を含む耐熱性鋼が挙げられる
。処理としては一般に、アルミナイジングあるいはカロライジングなど、多くの
周知の手順の１つを用いてガスセパレータ部材のカソードに面する面にアルミニ
ウムを導入し、表面のアルミニウムを酸化する方法が挙げられる。アルミナ層の
厚さはわずか数ミクロン、例えば約１から５μｍ以下しかないことが好ましい。
【００１９】 酸素含有ガス経路は第１のガスセパレータ部材のカソードに面した表面内にチ
ャネルとして形成してもよく、あるいは別の経路規定手段内に形成してもよい。
第１の場合では、アルミナ層は経路内、及び銀または銀合金に接触する表面上に
設けてもよい。燃料電池アセンブリ内には唯１つの燃料電池しかない場合、ある
いはその燃料電池がアセンブリ内の燃料電池のスタック内の端にある燃料電池で
ある場合、第１のガスセパレータ部材の反対側はアノード接触面を規定してはな
らない。しかしながら、他の実施の形態では、燃料ガス通路は第１のガスセパレ
ータ部材の反対側と隣接する燃料電池のアノード層との間に規定される。再び、
燃料ガス経路は、第１のガスセパレータ部材のアノードに面した表面内に形成さ
れたチャネルを含んでも良い。あるいは、例えば、燃料ガス経路は共に出願中の
国際特許出願ＰＣＴ／ＡＵ９８／００４３７において説明されているようにして
もよい。
【００２０】 同様に、第２のガスセパレータ部材を用いる場合、燃料ガス経路は、そのアノ
ードに面した表面上に形成されたチャネル内で規定されてもよく、あるいは、例
えば、前記国際特許出願ＰＣＴ／ＡＵ９８／００４３７において説明されている
ようにしてもよい。燃料電池が１つのスタック内のいくつかの電池のうちの１つ
である場合、第２のガスセパレータ部材は、カソードに面した表面上のアルミナ
層と、隣接する燃料電池と第２のガスセパレータ部材のカソードに面した表面と
の間の導電銀材料の層とを有すると好都合である。第２のガスセパレータ部材は
前記カソード層と電気的に接触し、電流がカソード層から外へ伝導される。導電
層は、第２のガスセパレータ部材の酸素含有ガス経路内のガスが隣接する燃料電
池のカソード層と接触することを可能とするようなものとされる。このように、
好ましくは、燃料電池スタック内の各燃料電池アセンブリはこの発明にかかるも
のである。
【００２１】 銀材料導電層は、第１のガスセパレータ部材のアノード側に電気的に接続され
てもよく、あるいはそれが末端あるいは端のガスセパレータ部材であれば、ガス
セパレータ部材自体を介してあるいは独立した回路、例えば外部ブスバーを介し
て、外部回路に接続されてもよい。導電層がガスセパレータ部材自体を介して電
気的に接続されている場合、合金ガスセパレータ部材の本体は導電性であっても
よく、及び／またはその中を通って延在している導電性要素を有しても良い。導
電層の独立した回路への、あるいは第１のガスセパレータ部材へのあるいはガス
セパレータ部材を介しての接続は、ワイヤあるいはロッドによるものとしてもよ
い。そのワイヤやロッドは、好ましくは、導電層よりも断面が厚く、燃料電池の
汚染源とならないような適当な材料で作られている。この材料は銀やいくつかの
他の材料であってもよい。ワイヤやロッドは、アルミナ層の無い第１のガスセパ
レータ部材の一部に溶接してもよく、あるいはその一部と単に接触させてもよい
。ワイヤあるいはロッドはさらに、第１のガスセパレータ部材のアノード側に取
付けられたワイヤや他の接続リンクに溶接してもよい。接続リンクはアノード側
のガス燃料環境に対し及び燃料電池材料との逆反応に対し耐性を有してなければ
ならない。また、接続リンクは高い融点、高い導電率を有するべきである。適し
た材料はニッケルである。接続リンクあるいはリンク群は第１のガスセパレータ
部材内の１以上の経路を通過してもよく、ワイヤ及びロッドと接続リンク間の接
合点が第１のガスセパレータ部材内に位置するように配置すると好都合である。
その代わりに、銀材料導電層はその接続リンクを直接、第１のガスセパレータ手
段内の個々の経路を通っており好ましくはカソードに面した表面上に隆起ヘッド
を有するその接続リンクあるいは個々の接続リンクとかみあわさせてもよい。こ
のように、接続リンクは、少なくともカソード側にある、好ましくは銀のあるい
は銀コートされたリベット型としてもよい。ガスセパレータ部材を貫通するその
あるいは各経路は密封され、部材のアノード側と接触する酸素含有ガスと燃料ガ
スが、部材のカソード側と接触しないようにされている。適した絶縁シーラント
材料は、部材の動作温度で高い粘性を有するガラスである。
【００２２】 本発明にかかる燃料電池アセンブリの２つの実施の形態について、添付の図面
を参照しながら、実施例のみを用いて説明する。
【００２３】 図１において分解して示されている燃料電池アセンブリ１０は、本発明におい
て使用される典型的な構造を有する。図示されているように、その構造は周知で
ありそのため、詳細な説明は行わない。このアセンブリは、固体酸化物電解質中
央層１４を含む平面燃料電池１２を備える。この固体酸化物電解質中央層は、そ
の電解質の一面上に存在する一体化されたアノード層１６と、その電解質の反対
面上に存在する一体化されたカソード層１８とを有する。電極層は周知のスクリ
ーン印刷技術により適用してもよい。燃料電池は、それぞれアノード１６及びカ
ソード１８と差し向かいで接触されて使用される一対のガスセパレータプレート
２０と２２間に挟まれている。
【００２４】 図１に示されたガスセパレータプレート２０と２２とは同一であり、下面２６
を横切るように延在しているガス燃料チャネル２４のアレイと、上面３０を横切
るように延在しているガス酸化剤フローチャネル２８のアレイとを有する。チャ
ネル２４と２８は互いに直角に延在しているように図示されているが、平行に延
在してもよい。個々のガスフローの方向は、マニホールディングの配列により同
じあるいは反対としてもよい。両側にガスフローチャネルを設けることにより、
ガスセパレータプレート２０及び２２を使用して燃料電池スタックを形成させて
もよい。そのスタックでは、１つの同一の燃料電池１２がガスセパレータプレー
ト２０上に存在し、他の同一の燃料電池１２がガスセパレータプレート２２の下
に存在する。それから、追加した燃料電池の反対側に隣接させてさらに同一のガ
スセパレータプレートを配置し、等々、所望の数の燃料電池からなる１つの燃料
電池スタックを構築してもよい。スタックの端に設けられたガスセパレータプレ
ートには、ガスチャネルのアレイの１つを設ければ良く、説明したようにスタッ
クの上端のガスセパレータプレートに対してはガスチャネル２４、説明したよう
にスタックの底のガスセパレータプレートに対してはガスチャネル２８を設けれ
ば良い。単一の燃料電池１２のみを含む燃料電池アセンブリの場合と同様に、提
案したガスセパレータプレートに必要なのは、燃料電池に接触する面上にガスチ
ャネルのそれぞれのアレイを有することのみである。これらの端のガスセパレー
タプレートは一般にエンドプレートと呼ばれる。
【００２５】 使用する場合、ガス燃料及び酸化剤フローは離して保持しなければならず、適
当なマニホールディング（図示せず）を設けてこれを確実に行う。図示した交差
フロー配列では、例えばセラミック製の不活性な円筒のあるいは他のスリーブ（
図示せず）により提供されると好都合である。このスリーブは燃料電池スタック
の周囲に延在しており、その軸はガスフローチャネル２４，２８に対し垂直であ
り、燃料電池１２の角３２及びガスセパレータプレートの角３４はスリーブの環
状内表面と接触するように密封されている。燃料電池アセンブリは、外部負荷に
燃料電池あるいは燃料電池スタックを取付けるために、上部及び底部エンドプレ
ート上に端子を設けることにより完成する。
【００２６】 すでに述べたように、図１に示した燃料電池アセンブリ１０は周知であり、説
明した実施の形態では、燃料電池１２は、イオン伝導体としてＹ2Ｏ3‐ドープＺ
ｒＯ2の固体電解質を含み、一方、電極１６及び１８は少なくとも一次導電体で あり、アノード１６はＮｉ／ＺｒＯ2サーメットを含み、カソード１８はストロ ンチウムドープ亜マンガン酸ランタン（ＬＳＭ）を含む。
【００２７】 これに代えて、燃料電池１２は、例えば、前記国際特許出願ＰＣＴ／ＡＵ９８
／００４３７号において説明されているような、アノードが一次負荷層である燃
料電池に置き換えられる。その国際特許出願において説明されている他の特徴、
例えば、燃料電池のアノード側への圧縮負荷を減少させるための提案などは、こ
の発明と共に使用するために採用してもよい。
【００２８】 図２について説明する。ガスセパレータプレート２２は、実質的に４４６とし
て知られているグレードの組成を有する導電性フェライトステンレス鋼で形成さ
れている。本発明によれば、ガスセパレータプレートのカソード側３０は、好ま
しくは約２〜３μｍの厚さのアルミナ高密度層で被覆されており、そのため電気
絶縁性である。アルミナ層は、酸素含有ガスチャネル２８全てを含むガスセパレ
ータプレート２２のカソード側３０の最表面全体に延在している。その代わりに
、自己‐アルミナイジングステンレス鋼を使用してもよい。
【００２９】 燃料電池１２のカソード層１８とガスセパレータプレート２２のアノード側２
６との間に電気的接触を提供するために、約１００μｍの厚さのエキスパンド金
属銀メッシュ３６の層が、カソード側３０上に延在し、カソード層１８とガスセ
パレータプレート２２間に挟まれている。メッシュ３６によりチャネル２８から
の酸素含有ガスはカソードと接触することができる。メッシュは組み立てられた
燃料電池アセンブリ１０の圧縮負荷の下で変形できるよう十分薄く、これにより
カソード層１８及びガスセパレータプレートのカソード側３０における小さな表
面のでこぼこになじむ。このように、カソード層１８との電気的接続が強化され
る。
【００３０】 銀メッシュ３６は、メッシュの向かい合った端にある集電ロッド３８に溶接さ
れ、あるいは単にロッドと電気的に接続される。集電ロッドは、ガスフローチャ
ネル２８の向かい合った端部にある、ガスセパレータプレート２２内にカソード
側３０からアルミナ表面層を通ってステンレス鋼基板材料内まで形成された個々
の溝内に配置されている。溝４０はアルミナ層により保護されていない。集電ロ
ッド３８はパラジウムにより形成したが、より好ましくはプラチナあるいは８０
ｗｔ％プラチナ２０ｗｔ％ロジウム合金により形成される。銀メッシュと集電ロ
ッド間の溶接部あるいは他の接続部は溝４０内に配置され、溝はガスセパレータ
プレートのステンレス鋼基板と電気的に接触した集電ロッド３８と共に、高粘性
ガラスにより密封される。ガラスは、銀と集電ロッド間の接続を保護すると共に
、溝４０が酸素含有ガスに暴露されないよう保護する。ガラスは金属微粉末を添
加することにより導電性としてもよい。
【００３１】 このように、銀メッシュ３６は、複数の燃料電池の１つのスタックにおいて、
ガスセパレータプレート２２のアノード側２６と接触することができる。しかし
ながら、試験を行った実施の形態においては、単一の燃料電池のみが使用され、
ガスセパレータプレート２２は外部電気回路に接続されなければならない。試験
を行った実施の形態では、ガスセパレータプレート２０（図１を参照のこと）は
、ガスセパレータプレート２２と同じフェライトステンレス鋼で形成され、プレ
ートのアノード側に溶接されたニッケルメッシュ層を有する。
【００３２】 図４について説明する。ガスセパレータプレート１２２の構成は図２に示され
たガスセパレータプレート２２と大体同じである。しかしながら、導電層１３６
は、上述されたように、銀めっきされた高温ステンレス鋼から製造された織メッ
シュである。このメッシュは、４つのわずかに隆起した接触点１３８と接触して
いるその角により、プレート１２２のカソード側に電気的に接続される。接触点
１３８は導電性リベットの銀めっきヘッドであり、このリベットはプレート１２
２の厚さを完全に貫通し、そのため、プレートのカソード側に形成されたアルミ
ナ層を貫通している。アノードに面した側１２６では、向かい合ったリベットヘ
ッド１４２はニッケルあるいはめっきされたニッケルであり、これらによりニッ
ケル導電性メッシュあるいはニッケルめっき導電性メッシュ１４４をプレート１
２２のアノードに面した側に取付けられる。図４の燃料電池が動作する際、メッ
シュ１４４は燃料電池のアノード側に押し付けられ、それらとの電気的接触が形
成される。このように、伝導経路は第１の燃料電池のカソード側からメッシュ１
３６まで延在する。このため、４つのリベットを介して、ガスセパレータ１２２
を通ってメッシュ１４４まで、及びそこから第２の燃料電池のアノード側まで、
貫通する。この接続経路はガスセパレータプレートのカソードに面した表面上の
アルミナ層の存在とは関係ない。
【００３３】 リベットが貫通するコネクタプレート１２２内のリベットとホール間の環状間
隙の密封は、プレート１２２のカソードに面する側に固く支持されたリベットヘ
ッド１３８により達成してもよい。さらに、あるいはその代わりに、リベットと
ホールとの間の間隙は、ガスセパレータプレートの動作温度で粘性のあるガラス
で密封してもよい。
【００３４】 （実施例） 以下の実施例は本発明の目的を説明するためだけに示したものであり、本発明
を限定するものと解釈してはならない。
【００３５】 実施例１． 図２を用いて説明した燃料電池について、単一セルスタックにおいて試験を行
うと、長時間にわたり高レベルの効率で動作した。燃料電池の動作時間は、温度
７５０、８００、８５０、９００℃、電流密度２５０〜６００ｍＡ／ｃｍ2で、 １３００時間を超えた。燃料ガスは湿潤水素であり、カソード側のガスは乾燥空
気であった。燃料電池の劣化のレベルは低かった。図３は８００℃での試験動作
に対するこの結果を示したものである。
【００３６】 実施例２． 図５は図４を用いて説明した単一セルスタックの性能を示したプロット図であ
る。スタックは８００℃で、湿潤水素（４％のＨ2Ｏと９６％のＨ2）の燃料ガス
と酸化剤ガスとしての空気を用いて動作させた。
【００３７】 期間２０１の始動段階中では、開放セル電圧は乾燥水素中で１．３１Ｖであり
、期間２０２では開放セル電圧は４％湿潤水素中で１．０９Ｖであった。スタッ
クは、その後の期間２０３（約１００時間）では１００ｍＡ／ｃｍ2で、期間２ ０４（約３５時間）では１５０ｍＡ／ｃｍ2で、期間２０５（約８５０時間）で は２００ｍＡ／ｃｍ2で動作した。期間２０３の後半の部分にわたって、セル電 圧が０．６３Ｖ以上で維持され、性能の劣化速度が低くなっていることから、代
替構成において性能が向上していることが示される。
【００３８】 当業者は、この中で説明した発明について特定して説明したもの以外に変更や
変形が可能であることを理解するであろう。この発明の精神及び範囲内であれば
、そのような変更や変形は全てこの発明に含まれることを理解すべきである。
【００３９】 この明細書及び添付の請求の範囲を通して、特に説明がなければ、「含む」とい
う用語は、「備える」「備えている」「含んでいる」という変形と同様、述べた要素ま
たは工程、あるいは要素または工程の群を含むことを意味し、他の要素または工
程、あるいは要素または工程の群を排除するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 燃料電池アセンブリの分解斜視図である。
【図２】 燃料電池アセンブリの第１の実施の形態の略部分側面分解図であ
る。
【図３】 図２の燃料電池について８００℃で動作試験した場合の時間に対
する電力密度を示す性能グラフである。
【図４】 燃料電池アセンブリの第２の実施の形態の分解図である。
【図５】 図４を用いて実質的に説明される燃料電池についての、時間に対
する電池電圧を示した性能プロット図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ， ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，Ｄ Ｋ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ， ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，Ｌ Ｖ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ， ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，Ｕ Ｓ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 一方の側にアノード層を、他方の側にカソード層を備えた固
    体酸化物電解質層を有する平面燃料電池を含む固体酸化物燃料電池アセンブリで
    あって、 前記燃料電池は、カソード層に隣接する第１の熱伝導性耐熱金属合金ガスセパ
    レータ部材と、アノード層に隣接する第２の熱伝導性耐熱金属合金ガスセパレー
    タ部材との間に配置され、 酸素含有ガス経路は、カソード層と第１のガスセパレータ部材との間に設けら
    れ、 燃料ガス経路はアノード層と第２のガスセパレータ部材との間に設けられてい
    る固体酸化物燃料電池アセンブリにおいて、 導電性材料の層がカソード層と第１のガスセパレータ部材との間に設けられ前
    記カソード層と電気的に接触してカソード層からの電流を伝導し、 前記導電層は、酸素含有ガス経路内の酸素含有ガスがカソード層と接触するこ
    とができるように構成されると共に、銀を含み、 第１のガスセパレータ部材は、導電性材料の層に隣接するアルミナ層を有する
    固体酸化物燃料電池アセンブリ。
  2. 【請求項２】 前記銀は合金として存在する請求項１記載の燃料電池アセン
    ブリ。
  3. 【請求項３】 前記銀は金属間化合物として存在する請求項１記載の燃料電
    池アセンブリ。
  4. 【請求項４】 前記銀は非金属との複合材料として存在する請求項１記載の
    燃料電池アセンブリ。
  5. 【請求項５】 前記導電層は少なくとも実質的に純粋な銀からなる請求項１
    記載の燃料電池アセンブリ。
  6. 【請求項６】 前記導電層は銀材料のメッシュ形態である請求項１記載の燃
    料電池アセンブリ。
  7. 【請求項７】 前記メッシュは織金属及びエキスパンド金属からなる群から
    選択される一の型である請求項６記載の燃料電池アセンブリ。
  8. 【請求項８】 前記導電層は第１のガスセパレータ部材及びカソード層の一
    方あるいは両方に多孔性コーティングとして形成された請求項１記載の燃料電池
    アセンブリ。
  9. 【請求項９】 前記導電材料は第１のガスセパレータ部材とカソード層との
    間に配置された基板に対するコーティングとして形成された請求項１記載の燃料
    電池アセンブリ。
  10. 【請求項１０】 前記基板はエキスパンド金属材料及び織金属材料からなる
    群から選択される一の型のメッシュである請求項９記載の燃料電池アセンブリ。
  11. 【請求項１１】 前記基板はステンレス鋼である請求項９記載の燃料電池ア
    センブリ。
  12. 【請求項１２】 前記ステンレス鋼の基板と前記コーティングとの間にアル
    ミナの層を含む請求項１１記載の燃料電池アセンブリ。
  13. 【請求項１３】 前記コーティングの厚さは約２０〜５０μｍである請求項
    ９記載の燃料電池アセンブリ。
  14. 【請求項１４】 前記第１及び第２のガスセパレータ部材はステンレス鋼か
    らなる請求項１記載の燃料電池アセンブリ。
  15. 【請求項１５】 前記ステンレス鋼は自己‐アルミナイジングステンレス鋼
    である請求項１４記載の燃料電池アセンブリ。
  16. 【請求項１６】 前記アルミナ層の厚さは約５μｍまでである請求項１記載
    の燃料電池アセンブリ。
  17. 【請求項１７】 前記導電銀材料は前記ガスセパレータ部材を貫通して前記
    第１のガスセパレータ部材のアノード側に電気的に接続される請求項１記載の燃
    料電池アセンブリ。
  18. 【請求項１８】 前記第１のガスセパレータ部材を貫通する少なくとも１つ
    の導電性接続リンクが導電銀材料に接続される請求項１７記載の燃料電池アセン
    ブリ。
  19. 【請求項１９】 前記第１のガスセパレータ部材を貫通する少なくとも１つ
    の導電性接続リンクが前記セパレータ部材のカソード側に突出ヘッドを有し、前
    記導電層はそのあるいは各突出ヘッドに接触する請求項１７記載の燃料電池アセ
    ンブリ。
  20. 【請求項２０】 次々と重ねられた、複数の請求項１記載の燃料電池アセン
    ブリを含む燃料電池スタックにおいて、一の燃料電池アセンブリの第１のガスセ
    パレータ部材は、第１の隣接する燃料電池アセンブリの第２のガスセパレータで
    あり、前記一の燃料電池アセンブリの第２のガスセパレータ部材は、前記第１の
    隣接する燃料電池アセンブリに対し前記一の燃料電池アセンブリの反対側にある
    第２の隣接する燃料電池アセンブリの第１のガスセパレータ部材である、燃料電
    池スタック。
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