JP2006114471A - Separator for fuel cell, manufacturing method of the same, and solid oxide fuel cell - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a separator for a fuel cell excellent in carburization resistance, capable of restraining deterioration caused by carburization even in the case of using a hydrocarbon compound like methane gas as fuel gas, and to provide a manufacturing method of the same as well as a solid oxide fuel cell. <P>SOLUTION: The separator 8 for a fuel cell is formed by laminating a plurality of plate-shaped members 11, 12, 13 including a plate-shaped member 11 on which groove holes 14, 15 are formed, and an internal flow passage for guiding reaction gas is formed by covering openings of the groove holes 14, 15 by lamination of the plate-shaped members 11, 12, 13. An iron-based alloy, nickel-based alloy, or chromium-based alloy is used as a mother material of the plate-shaped members 11, 12, 13, and silver plating or copper plating is applied on both surfaces of the iron based alloy. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、燃料電池用のセパレータおよびその製造方法、並びに固体酸化物形燃料電池(SOFC:Solid Oxide Fuel Cell)に関するものである。   The present invention relates to a separator for a fuel cell, a method for producing the same, and a solid oxide fuel cell (SOFC).

周知のように、固体酸化物形燃料電池は第三世代の発電用燃料電池として研究開発が進められている。この固体酸化物形燃料電池の構造には、円筒型、モノリス型および平板積層型の3種類が現在のところ提案されているが、これら構造のうち、低温作動型の固体酸化物形燃料電池には、平板積層型の構造が広く採用されている。   As is well known, solid oxide fuel cells are being researched and developed as third-generation power generation fuel cells. Currently, three types of solid oxide fuel cells are proposed: cylindrical, monolithic, and flat-plate stacked. Of these structures, low-temperature solid oxide fuel cells are used. The flat plate type structure is widely adopted.

この平板積層型の固体酸化物形燃料電池においては、発電セルとセパレータとが、集電体を間に挟む状態で交互に積層されて燃料電池スタックが構成されている。   In this flat plate type solid oxide fuel cell, a fuel cell stack is configured by alternately stacking power generation cells and separators with a current collector sandwiched therebetween.

発電セルは、酸化物イオン伝導体からなる固体電解質層を空気極(カソード)層と燃料極(アノード)層との間に挟んだ積層構造を有する。この発電セルの空気極側には、酸化剤ガスとしての酸素(空気)が供給される一方、燃料極側には、燃料ガス(H2、CH4等)が供給されるようになっている。空気極と燃料極は、酸素および燃料ガスが固体電解質との界面に到達することができるように、いずれも多孔質とされている。 The power generation cell has a laminated structure in which a solid electrolyte layer made of an oxide ion conductor is sandwiched between an air electrode (cathode) layer and a fuel electrode (anode) layer. Oxygen (air) as an oxidant gas is supplied to the air electrode side of the power generation cell, while fuel gas (H 2 , CH 4, etc.) is supplied to the fuel electrode side. . The air electrode and the fuel electrode are both porous so that oxygen and fuel gas can reach the interface with the solid electrolyte.

一方、セパレータは、発電セル間を電気接続するとともに、発電セルに対して反応用のガスを供給する機能を有するもので、その外周部から燃料ガスを導入して燃料極層と対向する面から吐出させる燃料通路と、酸化剤ガスとしての空気を外周部から導入して空気極層と対向する面から吐出させる酸化剤通路とを備えている。このセパレータと発電セルの空気極との間には、Ag基合金等のスポンジ状の多孔質焼結金属板等からなる空気極集電体が配置され、セパレータと発電セルの燃料極との間には、Ni基合金等のスポンジ状の多孔質焼結金属板等からなる燃料極集電体が配置されている。   On the other hand, the separator has a function of electrically connecting the power generation cells and supplying a reaction gas to the power generation cells. From the surface facing the fuel electrode layer by introducing the fuel gas from the outer periphery thereof. A fuel passage to be discharged and an oxidant passage to introduce air as an oxidant gas from the outer peripheral portion and discharge the air from a surface facing the air electrode layer are provided. An air electrode current collector made of a sponge-like porous sintered metal plate such as an Ag-based alloy is disposed between the separator and the air electrode of the power generation cell, and between the separator and the fuel electrode of the power generation cell. Is disposed with a fuel electrode current collector made of a sponge-like porous sintered metal plate such as a Ni-based alloy.

上記構成からなる固体酸化物形燃料電池においては、セパレータおよび空気極集電体を介して発電セルの空気極側に供給された酸素が、空気極層内の気孔を通って固体電解質との界面近傍に到達し、この部分で、空気極から電子を受け取って酸化物イオン(O2-)にイオン化される。この酸化物イオンは、燃料極の方向に向かって固体電解質内を拡散移動する。燃料極との界面近傍に到達した酸化物イオンは、この部分で、燃料ガスと反応して反応生成物(H2O等)を生じ、燃料極に電子を放出する。この電子を燃料極集電体により取り出すことによって電流が流れ、所定の起電力が得られる。 In the solid oxide fuel cell having the above-described configuration, oxygen supplied to the air electrode side of the power generation cell via the separator and the air electrode current collector passes through the pores in the air electrode layer and interfaces with the solid electrolyte. In this area, electrons are received from the air electrode and ionized to oxide ions (O 2− ). The oxide ions diffusely move in the solid electrolyte toward the fuel electrode. The oxide ions that have reached the vicinity of the interface with the fuel electrode react with the fuel gas at this portion to generate a reaction product (H 2 O or the like), and discharge electrons to the fuel electrode. When these electrons are taken out by the anode current collector, a current flows and a predetermined electromotive force is obtained.

ところで、上記平板積層型の固体酸化物形燃料電池において、その作動温度が800℃以下の低温に設定されている場合には、上記セパレータとして、ステンレス鋼製のセパレータが採用されることが多い。   By the way, in the flat plate type solid oxide fuel cell, when the operating temperature is set to a low temperature of 800 ° C. or lower, a stainless steel separator is often adopted as the separator.

しかしながら、上記ステンレス鋼製のセパレータを採用した燃料電池において、燃料ガスとしてメタンガス等の炭化水素化合物を用いると、改質反応により炭素や炭素酸化物が生成されて、それら生成物により、セパレータの燃料通路壁面など、燃料ガスに曝される部分が浸炭してセパレータが早期に劣化してしまうという問題点があった。   However, in the fuel cell employing the stainless steel separator, when a hydrocarbon compound such as methane gas is used as the fuel gas, carbon and carbon oxides are generated by the reforming reaction, and the fuel of the separator is generated by these products. There was a problem that the part exposed to the fuel gas such as the wall of the passage carburized and the separator deteriorated early.

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、耐浸炭性に優れ、燃料ガスとしてメタンガス等の炭化水素化合物を用いる場合においても、浸炭による劣化を抑制することができる燃料電池用セパレータおよびその製造方法、並びに固体酸化物形燃料電池を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and has excellent carburization resistance, and even when a hydrocarbon compound such as methane gas is used as a fuel gas, and a fuel cell separator capable of suppressing deterioration due to carburization, and its It is an object of the present invention to provide a production method and a solid oxide fuel cell.

請求項1に記載の発明は、溝孔が設けられた板状部材を含む複数の板状部材を積層してなり、それら板状部材の積層により上記溝孔の開口が覆われることによって、反応用のガスを誘導する内部流路が形成された燃料電池用のセパレータであって、上記板状部材の母材として鉄基合金、ニッケル基合金、あるいはクロム基合金を用いるとともに、当該鉄基合金の両面に銀または銀合金または銅または銅合金のメッキを施してなることを特徴とするものである。   The invention according to claim 1 is formed by laminating a plurality of plate-like members including a plate-like member provided with a slot, and the opening of the slot is covered by the lamination of the plate-like members. A separator for a fuel cell in which an internal flow path for inducing gas for use is formed, wherein an iron-based alloy, a nickel-based alloy, or a chromium-based alloy is used as a base material of the plate-like member, and the iron-based alloy It is characterized by being plated with silver, a silver alloy, copper or a copper alloy on both sides.

請求項2に記載の発明は、溝孔が設けられた板状部材を含む複数の板状部材を積層してなり、それら板状部材の積層により上記溝孔の開口が覆われることによって、反応用のガスを誘導する内部流路が形成された燃料電池用のセパレータであって、上記板状部材の母材として鉄基合金、ニッケル基合金、あるいはクロム基合金を用いるとともに、積層時に、これら複数の鉄基合金、ニッケル基合金、あるいはクロム基合金が互いに接する面の何れか一方の面に銀または銀合金または銅または銅合金のメッキを施してなることを特徴とするものである。   The invention according to claim 2 is formed by laminating a plurality of plate-like members including a plate-like member provided with a slot, and the opening of the slot is covered by the lamination of the plate-like members. A separator for a fuel cell in which an internal flow path for inducing gas for use is formed, wherein an iron-based alloy, a nickel-based alloy, or a chromium-based alloy is used as a base material of the plate-shaped member, One of the surfaces where a plurality of iron-based alloys, nickel-based alloys, or chromium-based alloys are in contact with each other is plated with silver, a silver alloy, copper, or a copper alloy.

請求項3に記載の発明は、請求項1または請求項2に記載のパレータの製造方法であって、上記板状部材の母材となる鉄基合金、ニッケル基合金、あるいはクロム基合金の両面または片面に銀または銀合金または銅または銅合金のメッキを施し、これをプレス加工することにより上記板状部材をそれぞれ成形し、その後、成形した板状部材を積層して、その積層面におけるメッキを軟化または溶融させることにより、それら板状部材を相互に接合して一体化するようにしたことを特徴とするものである。   Invention of Claim 3 is a manufacturing method of the parator of Claim 1 or Claim 2, Comprising: Both surfaces of the iron base alloy, nickel base alloy, or chromium base alloy used as the base material of the said plate-shaped member Alternatively, silver, silver alloy, copper, or copper alloy is plated on one surface, and the plate member is formed by pressing this, and then the formed plate member is laminated, and plating on the laminated surface is performed. These plate-like members are joined and integrated with each other by softening or melting.

請求項4に記載の発明は、請求項1または請求項2の何れかに記載の燃料電池用のセパレータにおいて、上記内部流路の壁面については、銀または銀合金または銅または銅合金のメッキ処理に替えてその母材の表面にアルミニウムを拡散浸透させるアルミニウム拡散被膜処理を施して成ることを特徴とするものである。   According to a fourth aspect of the present invention, in the fuel cell separator according to the first or second aspect, the wall surface of the internal channel is plated with silver, a silver alloy, copper, or a copper alloy. Instead, the surface of the base material is subjected to an aluminum diffusion coating treatment that diffuses and penetrates aluminum.

請求項5に記載の発明は、発電セルとセパレータとを交互に積層してなる燃料電池スタックを有し、上記発電セルの各々に反応用のガスを供給して発電反応を生じさせる固体酸化物形燃料電池において、上記セパレータとして、請求項1または請求項2または請求項4の何れかに記載のセパレータを用いたことを特徴とするものである。   According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a fuel cell stack in which power generation cells and separators are alternately stacked, and a solid oxide that generates a power generation reaction by supplying a reaction gas to each of the power generation cells. In a fuel cell, the separator according to any one of claims 1, 2, and 4 is used as the separator.

本発明によれば、セパレータの表面だけでなく、内部流路の壁面など、燃料ガスに曝される部分すべてに銀または銅または各々の合金のメッキが施された状態となるので、セパレータの耐浸炭性を大幅に向上させることができ、燃料ガスとしてメタンガス等を用いる場合においても、浸炭によるセパレータの劣化を抑制することができる。
また、板状部材の両面または片面に銀または銅または各々の合金のメッキを施すようにしたので、セパレータを加熱して、板状部材の積層面における銀または銅のメッキを軟化または溶融させることにより、板状部材どうしを容易に接合することができ、セパレータの生産効率の向上を図ることができる。
また、特に、内部流路の壁面については、銀または銅または各々の合金のメッキ処理に替えてアルミニウム拡散被膜処理を施すようにしたので、セパレータの耐高温腐食性はより一層向上する。
According to the present invention, since not only the surface of the separator but also all the portions exposed to the fuel gas, such as the wall surface of the internal flow path, are plated with silver, copper, or each alloy, the resistance of the separator is increased. The carburizability can be greatly improved, and even when methane gas or the like is used as the fuel gas, deterioration of the separator due to carburization can be suppressed.
In addition, since silver or copper or each alloy plating is applied to both surfaces or one surface of the plate-like member, the separator is heated to soften or melt the silver or copper plating on the laminated surface of the plate-like member. Thus, the plate-like members can be easily joined together, and the production efficiency of the separator can be improved.
In particular, the wall surface of the internal channel is subjected to an aluminum diffusion coating treatment instead of the silver or copper plating or each alloy plating treatment, so that the high temperature corrosion resistance of the separator is further improved.

図1は、本発明に係る固体酸化物形燃料電池の一実施形態を示すもので、図中符号1は燃料電池スタックである。この燃料電池スタック1は、図1に示すように、固体電解質層2の両面に燃料極層3及び空気極層4を配した発電セル5と、燃料極層3の外側の燃料極集電体6と、空気極層4の外側の空気極集電体7と、各集電体6、7の外側のセパレータ8(最上層及び最下層のものは端板9である)とを順番に積層した構造を持つ。この燃料電池スタック1では、発電セル5の外周部にガス漏れ防止シールを敢えて設けないシールレス構造を採用している。   FIG. 1 shows an embodiment of a solid oxide fuel cell according to the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a fuel cell stack. As shown in FIG. 1, the fuel cell stack 1 includes a power generation cell 5 in which a fuel electrode layer 3 and an air electrode layer 4 are arranged on both surfaces of a solid electrolyte layer 2, and a fuel electrode current collector outside the fuel electrode layer 3. 6, an air electrode current collector 7 outside the air electrode layer 4, and a separator 8 outside each current collector 6, 7 (the uppermost layer and the lowermost layer are end plates 9) are laminated in order. With the structure. The fuel cell stack 1 employs a sealless structure in which a gas leak prevention seal is not provided on the outer periphery of the power generation cell 5.

ここで、固体電解質層2はイットリアを添加した安定化ジルコニア(YSZ)等で構成され、燃料極層3はNi、Co等の金属あるいはNi−YSZ、Co−YSZ等のサーメットで構成され、空気極層4はLaMnO3、LaCoO3等で構成され、燃料極集電体6はNi基合金等のスポンジ状の多孔質焼結金属板で構成され、空気極集電体7はAg基合金等のスポンジ状の多孔質焼結金属板で構成されている。 Here, the solid electrolyte layer 2 is composed of stabilized zirconia (YSZ) or the like to which yttria is added, and the fuel electrode layer 3 is composed of a metal such as Ni or Co or a cermet such as Ni—YSZ or Co—YSZ, and air. The electrode layer 4 is made of LaMnO 3 , LaCoO 3 or the like, the fuel electrode current collector 6 is made of a sponge-like porous sintered metal plate such as a Ni-based alloy, and the air electrode current collector 7 is made of an Ag-based alloy or the like. The sponge-like porous sintered metal plate.

セパレータ8は、発電セル5間を電気的に接続するとともに、発電セル5に対して反応用のガスを供給する機能を有するもので、燃料ガスを燃料用マニホールド21から導入して燃料極層3に対向する面から吐出させる内部流路10aと、酸化剤ガスとしての空気を酸化剤用マニホールド22から導入して空気極層4に対向する面から吐出させる内部流路10bとをそれぞれ備えている。   The separator 8 has a function of electrically connecting the power generation cells 5 and supplying a reaction gas to the power generation cells 5, and introduces fuel gas from the fuel manifold 21 to form the fuel electrode layer 3. And an internal flow path 10b that discharges air as an oxidant gas from the oxidant manifold 22 and discharges the air from the face that faces the air electrode layer 4, respectively. .

本実施形態のセパレータ8は、図2に示すように、略円盤状に形成された第1〜第3板状部材11、12、13を積層することによって構成され、それら板状部材11、12、13の母材としてステンレス鋼板(鉄基合金)が用いられるとともに、当該ステンレス鋼板の両面に銀または銅のメッキ(あるいは、銀合金または銅合金のメッキも可)が施されている。   As shown in FIG. 2, the separator 8 of the present embodiment is configured by laminating first to third plate-like members 11, 12, 13 formed in a substantially disk shape, and these plate-like members 11, 12. , 13 is a stainless steel plate (iron-based alloy), and silver or copper plating (or silver alloy or copper alloy plating is also possible) on both surfaces of the stainless steel plate.

第1板状部材11には、その径方向の一端から中心部に至る螺旋状の第1溝孔14と、径方向の他端から中心部に至る螺旋状の第2溝孔15とが互いに交差しないように形成されている。これら第1および第2溝孔14、15は、板状部材の積層方向にそれぞれ開口した状態となっている。   The first plate-like member 11 has a spiral first slot 14 extending from one end in the radial direction to the center and a spiral second slot 15 extending from the other end in the radial direction to the center. It is formed so as not to intersect. These first and second slot holes 14 and 15 are open in the laminating direction of the plate-like members.

第2板状部材12には、第1溝孔14の終端部14aと対応する位置に、上記積層方向に貫通する燃料ガス吐出口16が設けられ、第3板状部材13には、第2溝孔15の終端部15aと対応する位置に、上記積層方向に貫通する酸化剤ガス吐出口17が設けられている。   The second plate-like member 12 is provided with a fuel gas discharge port 16 penetrating in the stacking direction at a position corresponding to the terminal portion 14a of the first groove hole 14, and the third plate-like member 13 has a second An oxidant gas discharge port 17 penetrating in the stacking direction is provided at a position corresponding to the terminal portion 15 a of the groove 15.

これら第1〜第3板状部材11、12、13を積層した状態においては、第1および第2溝孔14、15の開口が、第2および第3板状部材12、13によって覆われることにより、燃料ガスおよび酸化剤ガスの内部流路10a、10bがそれぞれ形成されるとともに、それら内部流路10a、10bに連通する状態で燃料ガス吐出口16および酸化剤ガス吐出口17が、集電体6、7と隣接する両端面の中央部にそれぞれ形成されるようになっている。   In the state where these first to third plate-like members 11, 12, 13 are laminated, the openings of the first and second groove holes 14, 15 are covered with the second and third plate-like members 12, 13. Thus, the internal flow paths 10a and 10b for the fuel gas and the oxidant gas are formed, and the fuel gas discharge port 16 and the oxidant gas discharge port 17 are connected to the internal flow paths 10a and 10b. It is formed at the center of both end faces adjacent to the bodies 6 and 7 respectively.

上記セパレータ8を製造するには、先ず、SUSロールの両面に下地となるニッケルメッキを施した後、このニッケルメッキの上から銀または銅のメッキを施し、次いで、銀または銅のメッキが施されたSUSロールをプレス装置に供給して、当該プレス装置での打抜き成形により溝孔14、15または燃料ガス吐出口16、17を有する略円盤状の第1〜第3板状部材11、12、13をそれぞれ成形し、その後、成形した第1〜第3板状部材11、12、13を積層して、加熱処理を行うことにより、積層面におけるメッキを、軟化または溶融させて、当該メッキにより板状部材11、12、13を貼り合わせる。これにより、第1〜第3板状部材11、12、13を一体化してなる上記セパレータ8を製造することができる。なお、上記製造方法では、銀または銅のメッキを施した後に、打抜き成形により第1〜第3板状部材11、12、13を成形するようにしたが、例えば、打抜き成形の後に銀または銅のメッキを施すことも可能であり、そうすることで、溝孔の側壁面等に対しても上記メッキによる薄膜を形成することが可能である。また、上記製造方法では、SUSロールの両面に下地としてニッケルメッキを施すようにしたが、第1〜第3板状部材11、12、13の表面に施すメッキとして銅を用いる場合には、あるいはニッケル基合金を母材として用いる場合には、下地となるニッケルメッキを省略することも可能である。また、上記製造方法では、上記第1〜第3板状部材11、12、13の溝孔14、15やガス吐出口16、17の加工をプレス装置による打ち抜き成形にて行うようにしたが、これに限るものではなく、エッチングによる成形も勿論可能である。   In order to manufacture the separator 8, first, nickel plating as a base is applied to both surfaces of the SUS roll, then silver or copper plating is applied on the nickel plating, and then silver or copper plating is applied. The SUS roll is supplied to a press device, and the substantially first disk-shaped first to third plate members 11, 12 having the groove holes 14, 15 or the fuel gas discharge ports 16, 17 are formed by punching in the press device. 13 is formed, and then the formed first to third plate-like members 11, 12, and 13 are laminated and subjected to heat treatment to soften or melt the plating on the laminated surface. The plate members 11, 12, and 13 are bonded together. Thereby, the said separator 8 formed by integrating the 1st-3rd plate-shaped members 11, 12, and 13 can be manufactured. In the above manufacturing method, the first to third plate-like members 11, 12, and 13 are formed by punching after silver or copper plating. For example, after the punching, silver or copper is formed. In this way, it is possible to form a thin film by plating on the side wall surface of the slot or the like. Moreover, in the said manufacturing method, although nickel plating was performed as a base | substrate on both surfaces of a SUS roll, when using copper as plating applied to the surface of the 1st-3rd plate-shaped members 11, 12, 13, or When a nickel base alloy is used as a base material, it is possible to omit nickel plating as a base. In the above manufacturing method, the processing of the slot holes 14 and 15 and the gas discharge ports 16 and 17 of the first to third plate-like members 11, 12, and 13 is performed by punching with a press device. Of course, the present invention is not limited to this, and molding by etching is also possible.

なお、端板9の場合には、第1溝孔14または第2溝孔15が形成された板状部材と、この板状部材に形成された溝孔の一方の開口(上面開口または下面開口)を完全に閉塞する板状部材と、燃料ガス吐出口16または酸化剤ガス吐出口17が形成された板状部材とをそれぞれ積層することにより、上記セパレータ8と同様に、燃料ガスの内部流路10aまたは酸化剤ガスの内部流路10bを形成することができる。   In the case of the end plate 9, a plate-like member in which the first groove hole 14 or the second groove hole 15 is formed and one opening (upper surface opening or lower surface opening) of the groove hole formed in the plate-like member. ) And a plate member on which the fuel gas discharge port 16 or the oxidant gas discharge port 17 is formed, respectively, so that the internal flow of the fuel gas is similar to that of the separator 8. The channel 10a or the internal channel 10b of the oxidizing gas can be formed.

上記構成からなる固体酸化物形燃料電池においては、燃料用マニホールド21からセパレータ8の内部流路10aに導入された燃料ガスが、セパレータ8の一方の端面の中心部に設けられたガス吐出口16から、燃料極集電体6に向けて吐出されるとともに、酸化剤用マニホールド22からセパレータ8の内部流路10bに導入された酸化剤ガスとしての空気が、セパレータ8の他方の端面の中心部に設けられたガス吐出口17から、空気極集電体7に向けて吐出される。その結果、燃料ガスおよび酸化剤ガスが、発電セル5の外周方向に拡散しながら燃料極層3および空気極層4の全面に良好な分布で行き渡り、各電極において発電反応が行われることとなる。   In the solid oxide fuel cell having the above configuration, the fuel gas introduced from the fuel manifold 21 into the internal flow path 10a of the separator 8 is a gas discharge port 16 provided at the center of one end face of the separator 8. The air as the oxidant gas discharged from the oxidant manifold 22 into the internal flow path 10b of the separator 8 is discharged toward the fuel electrode current collector 6 from the central portion of the other end face of the separator 8. The gas is discharged toward the air electrode current collector 7 from the gas discharge port 17 provided in. As a result, the fuel gas and the oxidant gas are spread over the entire surface of the fuel electrode layer 3 and the air electrode layer 4 while diffusing in the outer peripheral direction of the power generation cell 5, and a power generation reaction is performed at each electrode. .

以上のように、本実施形態によれば、板状部材11、12、13の母材としてステンレス鋼板(鉄基合金)を用い、当該ステンレス鋼板の両面に銀または銅のメッキを施したことにより、セパレータ8の表面だけでなく、内部流路10a、10bの壁面など、燃料ガスに曝される部分すべてが、銀または銅の薄膜により覆われた状態となるので、セパレータ8の耐浸炭性を大幅に向上させることができ、燃料ガスとしてメタンガス等を用いる場合においても、浸炭によるセパレータ8の劣化を抑制することができる。また、板状部材11、12、13の両面に銀または銅のメッキを施すようにしたので、セパレータ8を加熱して、板状部材11、12、13の積層面における銀または銅のメッキを軟化または溶融させることにより、板状部材11、12、13どうしを容易に接合することができ、セパレータ8の生産効率の向上を図ることもできる。   As described above, according to the present embodiment, a stainless steel plate (iron-based alloy) is used as the base material of the plate-like members 11, 12, and 13, and silver or copper plating is performed on both surfaces of the stainless steel plate. Since not only the surface of the separator 8 but also all the portions exposed to the fuel gas such as the wall surfaces of the internal flow paths 10a and 10b are covered with a thin film of silver or copper, the carburization resistance of the separator 8 is improved. This can greatly improve the deterioration of the separator 8 due to carburizing even when methane gas or the like is used as the fuel gas. In addition, since silver or copper plating is applied to both surfaces of the plate-like members 11, 12, and 13, the separator 8 is heated to apply silver or copper plating on the laminated surface of the plate-like members 11, 12, and 13. By softening or melting, the plate-like members 11, 12, 13 can be easily joined together, and the production efficiency of the separator 8 can be improved.

また、上記実施形態では、積層する全ての板状部材11、12、13の両面に銀または銅のメッキを施すようにしたが、例えば、一例として図3に示すように、積層時にこれら複数の板状部材11、12、13が互いに接する面の何れか一方の面のみに銀または銅のメッキ層18を形成するようにしても良い。尚、板状部材がこのような片面メッキ構造であっても、上記同様、セパレータ8を加熱してメッキ層18を軟化または溶融させることにより板状部材同士の接合は可能である。係る方法によれば、板状部材11、12、13のメッキ面積(すなわち、メッキ材の使用量)を少なくでき、コストダウンが図れる。   In the above embodiment, silver or copper plating is applied to both surfaces of all the plate-like members 11, 12, 13 to be laminated. For example, as shown in FIG. The plated layer 18 of silver or copper may be formed only on one of the surfaces where the plate-like members 11, 12, 13 are in contact with each other. Even when the plate-like member has such a single-sided plating structure, the plate-like members can be joined by heating the separator 8 and softening or melting the plating layer 18 as described above. According to this method, the plating area (namely, the amount of plating material used) of the plate-like members 11, 12, and 13 can be reduced, and the cost can be reduced.

また、本実施形態において、特に反応用ガスに曝されている内部流路(すなわち、第1溝孔14、第2溝孔15、燃料ガス吐出口16、酸化剤ガス吐出口17)の壁面については、上記した銀または銅のメッキ処理に替え、その母材である鉄基合金の表面にアルミニウム拡散被膜処理を施すようにしても良い。このアルミニウム拡散被膜処理とは、母材表面にアルミニウムを拡散浸透させ、Fe−Al合金層を形成する金属表面処理のことで、例えば、母材をFe−Al合金粉とNH4Cl粉より成る調合剤とともに鋼製の密閉ケース内に埋め込み、加熱処理することにより行われる。このFe−Al合金層により、セパレータ8の耐高温酸化性、耐浸炭性をより一層向上することができる。
尚、アルミニウム拡散被膜処理は、上記したセパレータ8の製造過程において、第1〜第3の各板状部材11、12、13を積層する前に各部材毎に行っても良く、あるいは、これら板状部材11、12、13を積層・接合して内部流路を形成した後に行っても良い。
Further, in the present embodiment, the wall surface of the internal flow path (that is, the first groove hole 14, the second groove hole 15, the fuel gas discharge port 16, the oxidant gas discharge port 17) that is exposed to the reaction gas in particular. Instead of the above-described silver or copper plating treatment, an aluminum diffusion coating treatment may be applied to the surface of the base iron-based alloy. This aluminum diffusion coating treatment is a metal surface treatment that diffuses and permeates aluminum on the surface of the base material to form an Fe—Al alloy layer. For example, the base material is made of Fe—Al alloy powder and NH 4 Cl powder. It is carried out by embedding it in a steel sealed case together with the preparation and heat-treating it. This Fe—Al alloy layer can further improve the high-temperature oxidation resistance and carburization resistance of the separator 8.
The aluminum diffusion coating treatment may be performed for each member before the first to third plate-like members 11, 12, 13 are laminated in the manufacturing process of the separator 8, or these plates may be used. It may be performed after the internal members 11, 12, 13 are laminated and joined to form the internal flow path.

また、本実施形態においては、第1〜第3板状部材11、12、13を積層することによってセパレータ8を形成するようにしたが、板状部材の積層数は3に限られるものではなく、4以上とすることも可能である。また、本実施形態では、第1および第2溝孔14、15を一つの板状部材にまとめて形成するようにしたが、異なる板状部材に別個に形成するようにしてもよい。また、本実施形態では、セパレータ8の中心部にガス吐出口16、17を一つ設ける構成としたが、例えば、内部流路10a、10bに沿って複数のガス吐出口16、17を設けて、それらガス吐出口16、17から反応用のガス(燃料ガス、酸化剤ガス)が、集電体6、7に向けてシャワー状に吐出するように構成することも可能である。   In the present embodiment, the separator 8 is formed by laminating the first to third plate-like members 11, 12, and 13. However, the number of laminated plate-like members is not limited to three. 4 or more is also possible. Further, in the present embodiment, the first and second groove holes 14 and 15 are collectively formed on one plate member, but may be formed separately on different plate members. In the present embodiment, the gas outlets 16 and 17 are provided at the center of the separator 8. For example, a plurality of gas outlets 16 and 17 are provided along the internal flow paths 10 a and 10 b. The gas for reaction (fuel gas, oxidant gas) can be discharged from the gas discharge ports 16 and 17 toward the current collectors 6 and 7 in a shower shape.

本発明に係る固体酸化物形燃料電池の一実施形態を示す要部構成図である。It is a principal part block diagram which shows one Embodiment of the solid oxide fuel cell which concerns on this invention. 図1のセパレータを示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows the separator of FIG. 板状部材のメッキ処理の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the plating process of a plate-shaped member.

符号の説明Explanation of symbols

1 燃料電池スタック
5 発電セル
8 セパレータ
10a、10b 内部流路
11、12、13 板状部材
14、15 溝孔
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell stack 5 Power generation cell 8 Separator 10a, 10b Internal flow path 11, 12, 13 Plate-like member 14, 15 Groove hole

Claims (5)

溝孔が設けられた板状部材を含む複数の板状部材を積層してなり、それら板状部材の積層により上記溝孔の開口が覆われることによって、反応用のガスを誘導する内部流路が形成された燃料電池用のセパレータであって、
上記板状部材の母材として鉄基合金、ニッケル基合金、あるいはクロム基合金を用いるとともに、当該鉄基合金の両面に銀または銀合金または銅または銅合金のメッキを施してなることを特徴とする燃料電池用のセパレータ。
An internal flow path for inducing reaction gas by laminating a plurality of plate-like members including a plate-like member provided with a slot and covering the opening of the slot with the lamination of the plate-like members A separator for a fuel cell in which is formed,
An iron-base alloy, nickel-base alloy, or chromium-base alloy is used as the base material of the plate-like member, and silver, silver alloy, copper, or copper alloy is plated on both surfaces of the iron-base alloy. A separator for a fuel cell.
溝孔が設けられた板状部材を含む複数の板状部材を積層してなり、それら板状部材の積層により上記溝孔の開口が覆われることによって、反応用のガスを誘導する内部流路が形成された燃料電池用のセパレータであって、
上記板状部材の母材として鉄基合金、ニッケル基合金、あるいはクロム基合金を用いるとともに、積層時に、これら複数の鉄基合金が互いに接する面の何れか一方の面に銀または銀合金または銅または銅合金のメッキを施してなることを特徴とする燃料電池用のセパレータ。
An internal flow path for inducing reaction gas by laminating a plurality of plate-like members including a plate-like member provided with a slot and covering the opening of the slot with the lamination of the plate-like members A separator for a fuel cell in which is formed,
An iron-base alloy, nickel-base alloy, or chromium-base alloy is used as the base material of the plate-like member, and at the time of lamination, silver, a silver alloy, or copper is formed on any one of the faces that the plurality of iron-base alloys are in contact with each other. Alternatively, a separator for a fuel cell, which is plated with a copper alloy.
請求項1または請求項2に記載のセパレータの製造方法であって、
上記板状部材の母材となる鉄基合金、ニッケル基合金、あるいはクロム基合金の両面または片面に銀または銀合金または銅または銅合金のメッキを施し、これをプレス加工することにより上記板状部材をそれぞれ成形し、その後、成形した板状部材を積層して、その積層面におけるメッキを軟化または溶融させることにより、それら板状部材を相互に接合して一体化するようにしたことを特徴とするセパレータの製造方法。
It is a manufacturing method of the separator of Claim 1 or Claim 2,
The plate-like member is formed by applying silver or silver alloy or copper or copper alloy plating to both or one side of an iron-base alloy, nickel-base alloy, or chromium-base alloy that is a base material of the plate-like member, and pressing the plate. Each member is molded, and then the molded plate-like members are laminated, and the plating on the laminated surface is softened or melted so that the plate-like members are joined together and integrated. A method for manufacturing a separator.
上記内部流路の壁面については、銀または銀合金または銅または銅合金のメッキ処理に替えてその鉄基合金、ニッケル基合金、あるいはクロム基合金の母材の表面にアルミニウムを拡散浸透させるアルミニウム拡散被膜処理を施して成ることを特徴とする請求項1または請求項2の何れかに記載の燃料電池用のセパレータ。   For the wall surface of the internal flow path, aluminum diffusion that diffuses and permeates aluminum into the surface of the base material of the iron base alloy, nickel base alloy, or chromium base alloy instead of silver, silver alloy, copper or copper alloy plating 3. The fuel cell separator according to claim 1, wherein the separator is subjected to a coating treatment. 発電セルとセパレータとを交互に積層してなる燃料電池スタックを有し、上記発電セルの各々に反応用のガスを供給して発電反応を生じさせる固体酸化物形燃料電池において、
上記セパレータとして、請求項1または請求項2または請求項4の何れかに記載のセパレータを用いたことを特徴とする固体酸化物形燃料電池。
In a solid oxide fuel cell having a fuel cell stack in which power generation cells and separators are alternately stacked, and supplying a reaction gas to each of the power generation cells to generate a power generation reaction,
A solid oxide fuel cell using the separator according to claim 1, claim 2, or claim 4 as the separator.
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