JP2006202727A - Solid electrolyte fuel cell - Google Patents

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Masahiro Shibata
昌宏 柴田
Yoshihiro Funahashi
佳宏 舟橋
Hiroya Ishikawa
浩也 石川
Hitoshi Yokoi
等 横井
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Niterra Co Ltd
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NGK Spark Plug Co Ltd
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    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid electrolyte fuel cell which is sealed sufficiently by a metal sealing material and reduced in thermal hysteresis due to brazing or the like, and has high temperature uniformity. <P>SOLUTION: The solid electrolyte fuel cell is provided with a plurality of unit cells having a solid electrolyte layer 11 (made of ZrO<SB>2</SB>based ceramic or the like), a fuel electrode 12 (made of a mixture of Ni and ZrO<SB>2</SB>based ceramic) installed on one face, and an air electrode 13 (made of a double oxide such as La<SB>0.6</SB>Sr<SB>0.4</SB>Co<SB>0.2</SB>Fe<SB>0.8</SB>O<SB>3±δ</SB>or the like) installed on the other face, a separator (made of stainless steel or the like) installed between the unit cells, and a gas seal part 2 composed of a metal sealing material (made of Ag, Au, Cu or the like or an alloy containing these or the like) installed on at least one face of this separator. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、固体電解質形燃料電池に関する。更に詳しくは、本発明は、セパレータの少なくとも一面に金属シール材が配設され、金属ロウ材等による接合ではなく、この金属シール材によりガスシールされることで、燃料ガス及び酸化ガスの漏洩が防止され、良好な発電性能が維持される固体電解質形燃料電池に関する。   The present invention relates to a solid oxide fuel cell. More specifically, in the present invention, a metal sealing material is disposed on at least one surface of the separator, and the gas sealing is performed by the metal sealing material instead of the joining by the metal brazing material or the like. The present invention relates to a solid oxide fuel cell that is prevented and maintains good power generation performance.

平板型の固体電解質形燃料電池(以下、「燃料電池」ということもある。)は、インターコネクタを用いて複数のセルを積層することにより形成されている。この燃料電池では、燃料極に導入される燃料ガスの流路と空気極に導入される酸化ガスの流路とを隔離すること等を目的としてガスシールがなされる。このガスシールには金属ロウ材及びガラス質のガスシール材等が用いられ、この場合、ガスシールされる部材間は強固に接合される。また、ガスシールは部材間にセラミックスが介装されてなされることもあり(例えば、非特許文献1及び特許文献1参照。)、この場合、部材間は接合されていないため、ボルト、ナット等を用いて積層方向に押圧し、固定する等の他の手段によって積層構造を保持する必要がある。   A flat plate type solid oxide fuel cell (hereinafter also referred to as “fuel cell”) is formed by stacking a plurality of cells using an interconnector. In this fuel cell, gas sealing is performed for the purpose of isolating the flow path of the fuel gas introduced into the fuel electrode from the flow path of the oxidizing gas introduced into the air electrode. For this gas seal, a metal brazing material, a glassy gas seal material, or the like is used. In this case, the members to be gas sealed are firmly joined. In addition, the gas seal may be made with ceramics interposed between members (for example, see Non-Patent Document 1 and Patent Document 1). In this case, since the members are not joined, bolts, nuts, etc. It is necessary to hold the laminated structure by other means such as pressing and fixing in the laminating direction.

更に、特定の粉体からなるシール部と、このシール部の両側に配置され、シール部の形状を維持するための形状維持部とを有し、シール部と形状維持部とが、被シール部材間で圧縮されてなる高温燃料電池のガスシール構造が知られている(例えば、特許文献2参照。)。そして、このガスシール構造によれば、起動停止時の熱膨張・収縮や急速な起動や振動に対して耐久性を有すると説明されている。   Furthermore, it has the seal part which consists of specific powder, and the shape maintenance part arrange | positioned on both sides of this seal part, and maintains the shape of a seal part, and a seal part and a shape maintenance part are to-be-sealed members A gas seal structure for a high-temperature fuel cell that is compressed between the two is known (for example, see Patent Document 2). According to this gas seal structure, it is described that the gas seal structure has durability against thermal expansion / contraction when starting and stopping, rapid start-up and vibration.

また、近年、イットリア安定化ジルコニア等からなる固体電解質層をできるだけ薄層として内部抵抗を低減し、例えば、800℃以下の比較的低温域で燃料電池を作動させる研究もなされている。このように低温で作動させるときは、セラミック製ではなく金属製のインターコネクタ等を用いることができ、特に、安価なステンレス鋼からなるインターコネクタ等を用いることができれば、コストを引き下げることもできる。   In recent years, studies have been made to reduce the internal resistance by using a solid electrolyte layer made of yttria-stabilized zirconia or the like as thin as possible to reduce the internal resistance and operate the fuel cell in a relatively low temperature range of, for example, 800 ° C. or lower. Thus, when operating at a low temperature, a metal interconnector instead of a ceramic can be used. In particular, if an inexpensive interconnector made of stainless steel can be used, the cost can be reduced.

J.Mater.Res.,Vol.18,No.9,Sep. 2003J. et al. Mater. Res. , Vol. 18, no. 9, Sep. 2003 特表2004−506308号公報JP-T-2004-506308 特開2002−203581号公報JP 2002-203581 A

しかし、ガラス質のガスシール材を用いたときは、熱応力により破損することがある。更に、このガラス質のガスシール材及び金属ロウ材等を用いて接合した場合は、一部のセルの損傷又は性能低下等を生じたときに、そのセルを取り外すことができないため、燃料電池全体が使用不能になることがある。また、非特許文献1に記載されているようにマイカをガスシール材として用いたときは、ガスシールされる部材の面粗度が高くないと十分にシールすることができない場合がある。   However, when a glassy gas seal material is used, it may be damaged by thermal stress. In addition, when this glassy gas seal material and metal brazing material are used for joining, the cells cannot be removed when some of the cells are damaged or the performance deteriorates. May become unusable. Further, when mica is used as a gas sealing material as described in Non-Patent Document 1, there is a case where sufficient sealing cannot be performed unless the surface roughness of the member to be gas sealed is high.

更に、特許文献1に記載されたセラミック繊維マトリックスに非焼結セラミック粒子が保持されたガスシール材を用いたときは、十分にシールすることができない場合があり、非焼結セラミック粒子が導入されるガスとともに浮遊し、燃料極及び空気極等に付着することで発電性能が低下することもある。また、特許文献2に記載されたシール部と形状維持部とを有するガスシール構造では、被シール部材間で圧縮される場合に、シール部と形状維持部とが同様に変形してガスシール構造が形成される必要があり、シール部の変形が小さいとシール不良となることがあり、形状維持部の変形が小さいとシール部の粉体が流出してしまうことがある。   Furthermore, when the gas seal material in which the non-sintered ceramic particles are held in the ceramic fiber matrix described in Patent Document 1 is used, there may be a case where sufficient sealing cannot be performed, and the non-sintered ceramic particles are introduced. The power generation performance may be lowered by floating together with the gas and adhering to the fuel electrode and the air electrode. Further, in the gas seal structure having the seal part and the shape maintaining part described in Patent Document 2, when compressed between the members to be sealed, the seal part and the shape maintaining part are similarly deformed to cause the gas seal structure. If the deformation of the seal portion is small, a seal failure may occur. If the deformation of the shape maintaining portion is small, powder in the seal portion may flow out.

本発明は上記の状況に鑑みてなされたものであり、セパレータの表面に金属シール材が配設され、金属ロウ材等による接合ではなく、この金属シール材によりガスシールされることで、良好な発電性能が維持される固体電解質形燃料電池を提供することを目的とする。また、ロウ付け等による接合個所を減らすことができるため熱履歴が低減され、且つ熱伝導性が低いセラミックスを用いてガスシールした場合に比べて電池全体の熱分布を小さくする、即ち、均熱性を高くすることができ、良好な発電性能が維持される固体電解質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 the above situation, and a metal sealing material is disposed on the surface of the separator, and is not bonded by a metal brazing material or the like, but is gas-sealed by this metal sealing material. An object of the present invention is to provide a solid oxide fuel cell capable of maintaining power generation performance. In addition, since the number of joints by brazing can be reduced, the thermal history is reduced, and the heat distribution of the entire battery is reduced compared to the case where gas sealing is performed using ceramics having low thermal conductivity, that is, thermal uniformity. It is an object of the present invention to provide a solid oxide fuel cell in which good power generation performance is maintained.

本発明は以下の通りである。
1.固体電解質層、該固体電解質層の一面に設けられた燃料極及び該固体電解質層の他面に設けられた空気極を有する複数の単セルと、該単セル間に設けられたセパレータと、該セパレータの少なくとも一面に配設された金属シール材からなるガスシール部と、を備える固体電解質形燃料電池。
尚、このガスシール部は、金属シール材が押圧されて形成されるものであり、例えば、金属ロウ材を用いた場合のように、金属材料を溶融させ、固化させて部材間を接合した接合部とはまったく異なるものである。
2.上記金属シール材が金属箔材である上記1.に記載の固体電解質形燃料電池。
3.上記金属シール材が金属線材である上記1.に記載の固体電解質形燃料電池。
4.上記セパレータに溝部が形成されている上記1.乃至3.のうちのいずれか1項に記載の固体電解質形燃料電池。
5.上記金属シール材は、Ag、Au、Cu、Ni、Pt、又はAg、Au、Cu、Ni及びPtのうちの少なくとも1種を0.5質量%以上含有する合金である上記1.乃至4.のうちのいずれか1項に記載の固体電解質形燃料電池。
6.上記金属シール材は、芯材と、該芯材の表面に設けられた被覆層とからなり、該被覆層は、Ag、Au、Cu、Ni、Pt、又はAg、Au、Cu、Ni及びPtのうちの少なくとも1種を0.5質量%以上含有する合金からなる上記1.乃至5.のうちのいずれか1項に記載の固体電解質形燃料電池。
7.上記芯材が管状体又は断面C字形状体である上記6.に記載の固体電解質形燃料電池。
8.上記金属シール材は位置決め手段により位置決めされている上記1.乃至7.のうちのいずれか1項に記載の固体電解質形燃料電池。
The present invention is as follows.
1. A plurality of single cells having a solid electrolyte layer, a fuel electrode provided on one surface of the solid electrolyte layer, and an air electrode provided on the other surface of the solid electrolyte layer; a separator provided between the single cells; A solid oxide fuel cell comprising: a gas seal portion made of a metal seal material disposed on at least one surface of the separator.
The gas seal portion is formed by pressing a metal seal material. For example, as in the case of using a metal brazing material, the metal material is melted and solidified to join the members. It is completely different from the department.
2. 1. The metal sealing material is a metal foil material. A solid oxide fuel cell according to 1.
3. 1. The metal sealing material is a metal wire. A solid oxide fuel cell according to 1.
4). 1. A groove portion is formed in the separator. To 3. The solid oxide fuel cell according to any one of the above.
5. The metal sealing material is an alloy containing 0.5% by mass or more of Ag, Au, Cu, Ni, Pt, or at least one of Ag, Au, Cu, Ni, and Pt. To 4. The solid oxide fuel cell according to any one of the above.
6). The metal sealing material includes a core material and a coating layer provided on the surface of the core material, and the coating layer includes Ag, Au, Cu, Ni, Pt, or Ag, Au, Cu, Ni, and Pt. 1. An alloy containing 0.5% by mass or more of at least one of the above 1. To 5. The solid oxide fuel cell according to any one of the above.
7). 6. The core described above in which the core is a tubular body or a C-shaped section. A solid oxide fuel cell according to 1.
8). The metal sealing material is positioned by positioning means. To 7. The solid oxide fuel cell according to any one of the above.

本発明の固体電解質形燃料電池は、インターコネクタ等のセパレータの少なくとも一面に配設された金属シール材により十分にガスシールされ、且つロウ付け等により接合する箇所を減少させることができるため、ロウ付け等による熱履歴が低減され、電池全体の均熱性も高く、良好な発電性能が維持される。また、ガスシール部によりシールされた部材間を容易に離間させることができるため、一部のセルの損傷又は性能低下等を生じた場合に、そのセルを取り外すことで、又は取り外した後に他のセルを組み込むことで、そのまま固体電解質形燃料電池として使用を継続することができる。
また、金属シール材が金属箔材及び金属線材である場合は、ガスシール部をより容易に形成することができる。
更に、セパレータに溝部が形成されている場合は、より確実にガスシールすることができ、良好な発電性能が維持される。
また、金属シール材が、Ag、Au、Cu、Ni、Pt、又はAg、Au、Cu、Ni及びPtのうちの少なくとも1種を0.5質量%以上含有する合金である場合は、変形が容易で、且つ安価な金属シール材とすることができ、ガスシール性もより向上させることができ、良好な発電性能が維持される。
更に、金属シール材が、芯材と、芯材の表面に設けられた被覆層とからなり、被覆層は、Ag、Au、Cu、Ni、Pt、又はAg、Au、Cu、Ni及びPtのうちの少なくとも1種を0.5質量%以上含有する合金からなる場合は、ガスシールがより十分になされ、良好な発電性能が維持される。
また、芯材が管状体又は断面C字形状体である場合は、変形が特に容易であり、ガスシールがより十分になされ、良好な発電性能が維持される。
更に、金属シール材が位置決め手段により位置決めされている場合は、ガスシールすべき位置を確実にシールすることができ、良好な発電性能が維持される。
The solid oxide fuel cell of the present invention can be sufficiently gas-sealed by a metal sealing material disposed on at least one surface of a separator such as an interconnector, and can reduce the number of places to be joined by brazing or the like. The heat history due to attachment or the like is reduced, the temperature uniformity of the entire battery is high, and good power generation performance is maintained. In addition, since the members sealed by the gas seal portion can be easily separated, when some cells are damaged or the performance is deteriorated, other cells can be removed or removed after the other By incorporating the cell, it can be used as it is as a solid electrolyte fuel cell.
Moreover, when a metal sealing material is a metal foil material and a metal wire, a gas seal part can be formed more easily.
Furthermore, when the groove is formed in the separator, gas sealing can be performed more reliably, and good power generation performance is maintained.
Further, when the metal sealing material is Ag, Au, Cu, Ni, Pt or an alloy containing 0.5% by mass or more of at least one of Ag, Au, Cu, Ni, and Pt, the deformation is caused. An easy and inexpensive metal sealing material can be obtained, gas sealing performance can be further improved, and good power generation performance is maintained.
Further, the metal sealing material includes a core material and a coating layer provided on the surface of the core material, and the coating layer is made of Ag, Au, Cu, Ni, Pt, or Ag, Au, Cu, Ni, and Pt. In the case of an alloy containing 0.5% by mass or more of at least one of them, gas sealing is more sufficiently performed and good power generation performance is maintained.
Further, when the core material is a tubular body or a C-shaped section, deformation is particularly easy, gas sealing is more sufficiently performed, and good power generation performance is maintained.
Furthermore, when the metal sealing material is positioned by the positioning means, the position to be gas-sealed can be reliably sealed, and good power generation performance is maintained.

以下、本発明を、例えば、図1〜20を用いて詳細に説明する。
本発明の固体電解質形燃料電池(例えば、図1及び図6〜8の燃料電池101並びに図11〜13の燃料電池102)は、固体電解質層11、固体電解質層11の一面に設けられた燃料極12及び固体電解質層11の他面に設けられた空気極13を有する複数の単セルと、単セル間に設けられたセパレータと、セパレータの少なくとも一面に配設された金属シール材からなるガスシール部2と、を備える。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
The solid electrolyte fuel cell of the present invention (for example, the fuel cell 101 of FIGS. 1 and 6 to 8 and the fuel cell 102 of FIGS. 11 to 13) is a fuel provided on one surface of the solid electrolyte layer 11 and the solid electrolyte layer 11. A gas comprising a plurality of single cells having air electrodes 13 provided on the other surface of the electrode 12 and the solid electrolyte layer 11, a separator provided between the single cells, and a metal sealing material provided on at least one surface of the separator. And a seal portion 2.

上記「単セル」は、固体電解質層11と、固体電解質層11の一面に設けられた燃料極12と、固体電解質層11の他面に設けられた空気極13とを有する。
上記「固体電解質層11」は、電池の作動時に燃料極に導入される燃料ガス又は空気極に導入される酸化ガスのうちの一方の一部をイオンとして移動させることができるイオン伝導性を有する。どのようなイオンを伝導することができるかは特に限定されないが、イオンとしては、例えば、酸素イオン及び水素イオン等が挙げられる。また、上記「燃料極12」は、水素源となる燃料ガスと接触し、燃料電池における負電極として機能する。更に、上記「空気極13」は、酸素源となる酸化ガスと接触し、燃料電池における正電極として機能する。
The “single cell” includes a solid electrolyte layer 11, a fuel electrode 12 provided on one surface of the solid electrolyte layer 11, and an air electrode 13 provided on the other surface of the solid electrolyte layer 11.
The “solid electrolyte layer 11” has ion conductivity capable of moving a part of one of the fuel gas introduced into the fuel electrode or the oxidizing gas introduced into the air electrode as an ion during the operation of the battery. . Although what kind of ion can be conducted is not particularly limited, examples of the ion include oxygen ion and hydrogen ion. The “fuel electrode 12” is in contact with a fuel gas serving as a hydrogen source and functions as a negative electrode in the fuel cell. Further, the “air electrode 13” is in contact with an oxidizing gas serving as an oxygen source and functions as a positive electrode in the fuel cell.

固体電解質層11の形成に用いる材料は燃料電池の使用条件等により適宜選択することができる。この材料としては、例えば、ZrO系セラミック、LaGaO系セラミック、BaCeO系セラミック、SrCeO系セラミック、SrZrO系セラミック及びCaZrO系セラミック等が挙げられる。これらの材料のうちでは、ZrO系セラミックが好ましく、Sc、Y及び希土類元素のうちの少なくとも1種により安定化されたZrO系セラミックが好ましく、Scにより安定化されたZrO系セラミックが特に好ましい。 The material used for forming the solid electrolyte layer 11 can be appropriately selected depending on the use conditions of the fuel cell. Examples of this material include ZrO 2 ceramics, LaGaO 3 ceramics, BaCeO 3 ceramics, SrCeO 3 ceramics, SrZrO 3 ceramics, and CaZrO 3 ceramics. Among these materials, preferably ZrO 2 based ceramic, Sc, Y and at least ZrO 2 based ceramic is preferably stabilized by one of rare earth elements, stabilized ZrO 2 based ceramic is particularly the Sc preferable.

固体電解質層11の平面形状は特に限定されず、円形、楕円形並びに三角形及び四角形等の多角形などとすることができる。この固体電解質層11の平面形状は、正方形等の四角形及び円形であることが多い。   The planar shape of the solid electrolyte layer 11 is not particularly limited, and may be a circle, an ellipse, a polygon such as a triangle and a rectangle, and the like. The planar shape of the solid electrolyte layer 11 is often a quadrangle such as a square or a circle.

燃料極12の形成に用いる材料も燃料電池の使用条件等により適宜選択することができる。この材料としては、例えば、Ni及びFe等の金属と、Sc、Y及び希土類元素のうちの少なくとも1種により安定化されたジルコニア等のZrO系セラミック、CeO系セラミック及び酸化マンガン等のセラミックのうちの少なくとも1種との混合物などが挙げられる。また、Pt、Au、Ag、Cu、Pd、Ir、Ru、Rh、Ni及びFe等の金属が挙げられる。これらの金属は1種のみでもよいし、2種以上の金属の合金でもよい。更に、これらの金属及び/又は合金と、上記セラミックの各々の少なくとも1種との混合物(サーメットを含む。)が挙げられる。また、Ni及びFe等の金属の酸化物と、上記セラミックの各々の少なくとも1種との混合物などが挙げられる。これらの材料のうちでは、Ni及びFe等の金属と、上記セラミックの各々の少なくとも1種との混合物が好ましく、NiとScにより安定化されたZrO系セラミックとの混合物が特に好ましい。 The material used to form the fuel electrode 12 can also be appropriately selected depending on the use conditions of the fuel cell. Examples of this material include metals such as Ni and Fe, and ZrO 2 ceramics such as zirconia stabilized by at least one of Sc, Y and rare earth elements, CeO 2 ceramics, and ceramics such as manganese oxides. And a mixture with at least one of them. Moreover, metals, such as Pt, Au, Ag, Cu, Pd, Ir, Ru, Rh, Ni, and Fe, are mentioned. These metals may be used alone or in an alloy of two or more metals. Furthermore, a mixture (including cermet) of these metals and / or alloys and at least one of each of the above ceramics may be mentioned. Moreover, the mixture of metal oxides, such as Ni and Fe, and at least 1 type of each of the said ceramic etc. are mentioned. Among these materials, a mixture of a metal such as Ni and Fe and at least one of each of the ceramics is preferable, and a mixture of Ni and Sc stabilized with a ZrO 2 ceramic is particularly preferable.

この燃料極の平面形状は特に限定されないが、固体電解質層及び空気極と同じ形状であることが好ましい。また、その平面方向の寸法は、固体電解質形燃料電池の構造によって、固体電解質層及び燃料極と同じにすることもでき、異なる寸法とすることもできる。この燃料極と固体電解質層とは各々の全面で積層されていることが好ましい。   The planar shape of the fuel electrode is not particularly limited, but is preferably the same shape as the solid electrolyte layer and the air electrode. The dimension in the plane direction can be the same as that of the solid electrolyte layer and the fuel electrode or can be different depending on the structure of the solid oxide fuel cell. The fuel electrode and the solid electrolyte layer are preferably laminated on the entire surface.

空気極13の形成に用いる材料も燃料電池の使用条件等により適宜選択することができる。この材料としては、例えば、各種の金属、金属の酸化物、金属の複酸化物等を用いることができる。金属としては、Pt、Au、Ag、Pd、Ir、Ru及びRh等の金属又は2種以上の金属を含有する合金が挙げられる。また、金属の酸化物としては、La、Sr、Ce、Co、Mn及びFe等の酸化物(La、SrO、Ce、Co、MnO及びFeO等)が挙げられる。更に、複酸化物としては、少なくともLa、Pr、Sm、Sr、Ba、Co、Fe及びMn等を含有する複酸化物(La1−xSrCoO系複酸化物、La1−xSrFeO系複酸化物、La1−xSrCo1−yFe系複酸化物、La1−xSrMnO系複酸化物、Pr1−xBaCoO系複酸化物及びSm1−xSrCoO系複酸化物等)が挙げられる。 The material used for forming the air electrode 13 can also be appropriately selected depending on the use conditions of the fuel cell. As this material, for example, various metals, metal oxides, metal double oxides, and the like can be used. Examples of the metal include metals such as Pt, Au, Ag, Pd, Ir, Ru, and Rh, or alloys containing two or more metals. Examples of the metal oxide include oxides such as La, Sr, Ce, Co, Mn, and Fe (La 2 O 3 , SrO, Ce 2 O 3 , Co 2 O 3 , MnO 2, FeO, and the like). It is done. Furthermore, as the double oxide, a double oxide containing at least La, Pr, Sm, Sr, Ba, Co, Fe, Mn, etc. (La 1-x Sr x CoO 3 -based double oxide, La 1-x Sr x FeO 3 -based double oxide, La 1-x Sr x Co 1-y Fe y O 3 -based double oxide, La 1-x Sr x MnO 3 -based double oxide, Pr 1-x Ba x CoO 3 -based double oxide Oxides and Sm 1-x Sr x CoO 3 -based double oxides).

これらのうちでは複酸化物が好ましく、Ln1−xCoO系複酸化物、Ln1−xFeO系複酸化物及びLn1−xCo1−yFe系複酸化物(Lnは希土類元素であり、MはSr又はBaである。)がより好ましい。これらのCo及び/又はFeを含有する複酸化物、特にCo及びFeを含有する複酸化物からなる空気極13は、燃料電池を500〜850℃、更に500〜750℃の温度範囲で低温作動させた場合でも、電極として優れた性能を有する。これらの複酸化物は、Ln元素及びM元素の他に、更にその他の置換元素を有していてもよい。 Preferably mixed oxide Of these, Ln 1-x M x CoO 3 -based mixed oxide, Ln 1-x M x FeO 3 -based mixed oxide and Ln 1-x M x Co 1 -y Fe y O 3 More preferred are system double oxides (Ln is a rare earth element and M is Sr or Ba). The air electrode 13 composed of these Co and / or Fe-containing double oxides, particularly Co and Fe-containing double oxides, operates the fuel cell at a low temperature in the temperature range of 500 to 850 ° C., and further 500 to 750 ° C. Even when it is used, it has excellent performance as an electrode. These double oxides may further contain other substitution elements in addition to the Ln element and the M element.

また、これらの複酸化物のうちでは、Ln1−xCoO系複酸化物、Ln1−xFeO系複酸化物及びLn1−xCo1−yFe系複酸化物のうちでも、Ln1−xCoO3±δ、Ln1−xFeO3±δ及びLn1−xCo1−yFe3±δで表され、0.2≦x≦0.8、0.5≦y≦0.9、且つ0≦δ<1(δは酸素過剰量又は酸素欠損量である。)である複酸化物が特に好ましく、LnはLa、Pr及びSmのうちの少なくとも1種であることが更に好ましい。このようなLn1−xCoO系複酸化物としては、例えば、La0.6Sr0.4CoO3±δ、Pr0.5Ba0.5CoO3±δ及びSm0.5Sr0.5CoO3±δ等が挙げられる。また、Ln1−xFeO系複酸化物としては、例えば、La0.6Sr0.4FeO3±δ、Pr0.5Ba0.5FeO3±δ及びSm0.5Sr0.5FeO3±δ等が挙げられる。更に、Ln1−xCo1−yFe系複酸化物としては、例えば、La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.83±δ、Pr0.5Ba0.5Co0.2Fe0.83±δ及びSm0.5Sr0.5Co0.2Fe0.83±δ等が挙げられる。 Further, Among these mixed oxide, Ln 1-x M x CoO 3 -based mixed oxide, Ln 1-x M x FeO 3 -based mixed oxide and Ln 1-x M x Co 1 -y Fe y O among 3-based mixed oxide is represented by Ln 1-x M x CoO 3 ± δ, Ln 1-x M x FeO 3 ± δ and Ln 1-x M x Co 1 -y Fe y O 3 ± δ , 0.2 ≦ x ≦ 0.8, 0.5 ≦ y ≦ 0.9, and 0 ≦ δ <1 (δ is oxygen excess or oxygen deficiency) is particularly preferable, More preferably, Ln is at least one of La, Pr and Sm. Examples of such Ln 1-x M x CoO 3 -based double oxides include La 0.6 Sr 0.4 CoO 3 ± δ , Pr 0.5 Ba 0.5 CoO 3 ± δ and Sm 0.5. Sr 0.5 CoO 3 ± δ and the like. Examples of the Ln 1-x M x FeO 3 -based complex oxide include La 0.6 Sr 0.4 FeO 3 ± δ , Pr 0.5 Ba 0.5 FeO 3 ± δ and Sm 0.5 Sr. 0.5 FeO 3 ± δ and the like. Furthermore, as the Ln 1-x M x Co 1 -y Fe y O 3 based mixed oxide, for example, La 0.6 Sr 0.4 Co 0.2 Fe 0.8 O 3 ± δ, Pr 0.5 Ba 0.5 Co 0.2 Fe 0.8 O 3 ± δ, Sm 0.5 Sr 0.5 Co 0.2 Fe 0.8 O 3 ± δ and the like.

この空気極の平面形状は特に限定されないが、固体電解質層及び燃料極と同じ形状であることが好ましい。また、その平面方向の寸法は、固体電解質形燃料電池の構造によって、固体電解質層及び燃料極と同じにすることもでき、異なる寸法とすることもできる。例えば、インターコネクタが固体電解質層の一表面の周縁に接合される場合は、空気極は固体電解質層及び燃料極より小さく形成される。この空気極と固体電解質層とは各々の全面で積層されていることが好ましい。   The planar shape of the air electrode is not particularly limited, but is preferably the same shape as the solid electrolyte layer and the fuel electrode. The dimension in the plane direction can be the same as that of the solid electrolyte layer and the fuel electrode or can be different depending on the structure of the solid oxide fuel cell. For example, when the interconnector is joined to the periphery of one surface of the solid electrolyte layer, the air electrode is formed smaller than the solid electrolyte layer and the fuel electrode. The air electrode and the solid electrolyte layer are preferably laminated on the entire surface.

固体電解質形燃料電池において、各々の単セルは、強度の観点から過度に薄層とすることは好ましくない。従って、強度を保持するための支持層が固体電解質層である自立型、支持層が燃料極である燃料極支持型及び支持層が空気極である空気極支持型のいずれかの形態とされる。発電性能の観点では固体電解質層を厚くすることは好ましくない。そのため、この観点では燃料極支持型又は空気極支持型とすることが好ましい。   In the solid oxide fuel cell, it is not preferable that each single cell be excessively thin from the viewpoint of strength. Therefore, the supporting layer for maintaining the strength is in a self-supporting type in which the solid electrolyte layer is a solid electrode layer, a fuel electrode supporting type in which the supporting layer is a fuel electrode, and an air electrode supporting type in which the supporting layer is an air electrode. . From the viewpoint of power generation performance, it is not preferable to increase the thickness of the solid electrolyte layer. Therefore, from this viewpoint, the fuel electrode support type or the air electrode support type is preferable.

自立型では、固体電解質層の厚さは電気抵抗と強度とを勘案し、100〜500μm、特に100〜300μm、更に100〜150μmとすることができる。また、燃料極支持型又は空気極支持型であるときは、固体電解質層の厚さは5〜100μm、特に5〜50μm、更に5〜30μmとすることができる。   In the self-standing type, the thickness of the solid electrolyte layer can be set to 100 to 500 μm, particularly 100 to 300 μm, and more preferably 100 to 150 μm in consideration of electric resistance and strength. Moreover, when it is a fuel electrode support type or an air electrode support type, the thickness of a solid electrolyte layer can be 5-100 micrometers, Especially 5-50 micrometers, Furthermore, it can be 5-30 micrometers.

燃料極支持型では、燃料極は固体電解質層の20倍以上の厚さであることが好ましい。20倍未満であると単セルの機械的強度が不十分となる傾向にある。この燃料極の厚さは200〜3000μm、特に500〜2000μmであることが好ましい。200μm未満であると基板として有効に機能せず、3000μmを越えると、体積当たりの発電効率が低下する傾向にある。一方、下記のように空気極支持型とすることもでき、この場合は、燃料極の厚さは、10〜50μm、特に20〜40μmであることが好ましい。この厚さが10〜50μmであれば、電極として十分に機能し、50μmを越えて厚くする必要はない。   In the fuel electrode support type, the fuel electrode is preferably 20 times or more thicker than the solid electrolyte layer. If it is less than 20 times, the mechanical strength of the single cell tends to be insufficient. The thickness of the fuel electrode is preferably 200 to 3000 μm, particularly 500 to 2000 μm. If it is less than 200 μm, it will not function effectively as a substrate, and if it exceeds 3000 μm, the power generation efficiency per volume tends to decrease. On the other hand, an air electrode support type can also be used as described below. In this case, the thickness of the fuel electrode is preferably 10 to 50 μm, particularly preferably 20 to 40 μm. If this thickness is 10 to 50 μm, it functions sufficiently as an electrode and does not need to be thicker than 50 μm.

空気極支持型では、空気極の厚さは固体電解質層の20倍以上の厚さであることが好ましい。20倍未満であると単セルの機械的強度が不十分となる傾向にある。この空気極の厚さは200〜3000μm、特に500〜2000μmであることが好ましい。200μm未満であると基板として有効に機能せず、3000μmを越えると、体積当たりの発電効率が低下する傾向にある。一方、燃料極支持型である場合は、空気極の厚さは10〜100μm、特に20〜50μmであることが好ましい。10μm未満であると電極として十分に機能しないことがあり、100μmを越えると固体電解質層から剥離することがある。   In the air electrode support type, the thickness of the air electrode is preferably 20 times or more that of the solid electrolyte layer. If it is less than 20 times, the mechanical strength of the single cell tends to be insufficient. The thickness of the air electrode is preferably 200 to 3000 μm, particularly 500 to 2000 μm. If it is less than 200 μm, it will not function effectively as a substrate, and if it exceeds 3000 μm, the power generation efficiency per volume tends to decrease. On the other hand, in the case of the fuel electrode support type, the thickness of the air electrode is preferably 10 to 100 μm, particularly preferably 20 to 50 μm. When the thickness is less than 10 μm, the electrode may not function sufficiently, and when the thickness exceeds 100 μm, the solid electrolyte layer may be peeled off.

この燃料電池は燃料極支持型であることが特に好ましく、燃料極支持型として、固体電解質層を5〜100μm、特に5〜50μm、更に5〜30μmと薄層にした場合は、固体電解質形燃料電池を900℃以下、特に850℃以下、更に800℃以下の低温で作動させることができる。また、この燃料極支持型では、750℃以下、特に700℃以下(通常、500℃以上)で作動させることもできる。   This fuel cell is particularly preferably a fuel electrode support type. When the fuel cell support type is a thin layer of 5 to 100 μm, particularly 5 to 50 μm, and further 5 to 30 μm, the solid electrolyte fuel The battery can be operated at a low temperature of 900 ° C. or lower, particularly 850 ° C. or lower, and further 800 ° C. or lower. Further, this fuel electrode support type can be operated at 750 ° C. or lower, particularly 700 ° C. or lower (usually 500 ° C. or higher).

本発明の固体電解質形燃料電池は複数の単セルを有し、各々の単セルが上記「セパレータ」を用いて積層されて構成されている。このセパレータは、燃料ガスと酸化ガスの各々の流路を隔離する機能を有する。セパレータは導電性を有していてもよく有していなくてもよい。また、ガス流路を備えていてもよく、備えていなくてもよい。このセパレータとしては、例えば、実施例において用いられているインターコネクタ、燃料フレーム及び空気フレーム等が挙げられる。更に、固体電解質層に燃料ガス及び酸化ガスの流路となる開口部を形成し、この固体電解質層の両面に金属シール材を配設した構成の場合は、固体電解質層がセパレータとなる。   The solid electrolyte fuel cell of the present invention has a plurality of single cells, and each single cell is laminated using the “separator”. This separator has a function of isolating each flow path of the fuel gas and the oxidizing gas. The separator may or may not have conductivity. Moreover, the gas flow path may be provided or may not be provided. Examples of the separator include an interconnector, a fuel frame, and an air frame used in the embodiments. Furthermore, in the case of a configuration in which openings serving as fuel gas and oxidizing gas flow paths are formed in the solid electrolyte layer, and a metal sealing material is disposed on both surfaces of the solid electrolyte layer, the solid electrolyte layer serves as a separator.

セパレータの材質は特に限定されず、耐熱金属及び導電性セラミック等を用いることができる。
この耐熱金属は特に限定されず、ステンレス鋼、ニッケル基合金、クロム基合金等が挙げられる。ステンレス鋼としては、フェライト系ステンレス鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼が挙げられる。フェライト系ステンレス鋼としては、SUS430、SUS434、SUS405等が挙げられる。マルテンサイト系ステンレス鋼としては、SUS403、SUS410、SUS431等が挙げられる。オーステナイト系ステンレス鋼としては、SUS201、SUS301、SUS305等が挙げられる。更に、ニッケル基合金としては、インコネル600、インコネル718、インコロイ802等が挙げられる。クロム基合金としては、Ducrlloy CRF(94質量%Cr−5質量%Fe−1質量%Y)等が挙げられる。
The material of the separator is not particularly limited, and a refractory metal, a conductive ceramic, or the like can be used.
The refractory metal is not particularly limited, and examples include stainless steel, nickel-base alloy, and chromium-base alloy. Examples of the stainless steel include ferritic stainless steel, martensitic stainless steel, and austenitic stainless steel. Examples of ferritic stainless steel include SUS430, SUS434, and SUS405. Examples of martensitic stainless steel include SUS403, SUS410, and SUS431. Examples of austenitic stainless steel include SUS201, SUS301, and SUS305. Further, examples of the nickel-based alloy include Inconel 600, Inconel 718, Incoloy 802, and the like. The chromium-based alloys, Ducrlloy CRF (94 wt% Cr-5 wt% Fe-1 wt% Y 2 O 3), and the like.

また、導電性セラミックも特に限定されず、LaCrO等のLnMO(但し、Lnは希土類元素であり、La、Pr、Nd及びYb等が挙げられる。更に、Mは金属元素であり、Cr、Mg、Ni及びFe等が挙げられる。)で表される複酸化物などが挙げられる。
これらの各種の耐熱金属及び導電性セラミックは、それぞれ固体電解質形燃料電池の構造等によって選択することができる。
The conductive ceramic is not particularly limited, LnMO 3 such LaCrO 3 (where, Ln is a rare earth element, La, Pr, Nd and Yb, and the like. Further, M is a metal element, Cr, Mg, Ni, Fe, etc.) are included.
These various refractory metals and conductive ceramics can be selected depending on the structure of the solid oxide fuel cell.

本発明の燃料電池における上記「ガスシール部2」は、セパレータの少なくとも一面に配設された金属シール材からなる。このガスシール部2と、金属ロウ材等を用いて形成された接合部5とによって、後記のように燃料ガス導入管81及び燃料ガス排出管82からの燃料ガスの漏洩、並びに燃料電池の内部から外部への燃料ガスの漏洩が防止される。また、このガスシール部2及び接合部5によって、後記のように酸化ガス導入管83及び酸化ガス排出管84からの酸化ガスの漏洩、並びに燃料電池の内部から外部への酸化ガスの漏洩が防止される。   The “gas seal portion 2” in the fuel cell of the present invention is made of a metal seal material disposed on at least one surface of the separator. By this gas seal portion 2 and the joint portion 5 formed using a metal brazing material or the like, leakage of the fuel gas from the fuel gas introduction pipe 81 and the fuel gas discharge pipe 82 as described later, and the inside of the fuel cell Leakage of fuel gas from the outside is prevented. Further, the gas seal portion 2 and the joint portion 5 prevent leakage of the oxidizing gas from the oxidizing gas introduction pipe 83 and the oxidizing gas discharge pipe 84 and the leakage of the oxidizing gas from the inside to the outside of the fuel cell as will be described later. Is done.

上記「金属シール材」は、固体電解質形燃料電池の作動温度で融解しなければよく、その材質は特に限定されない。この金属シール材を構成する金属材料としては、Ag、Au、Cu、Ni、Pt、Cr、Pd、Mo、Fe、Al、Co等が挙げられる。また、Ag、Au、Cu、Ni、Pt及びPdのうちの少なくとも1種を0.5質量%以上、特に30質量%以上、更に60質量%(通常、80質量%以下)含有する合金が挙げられる。これらのうちでは、Ag、Au、Cu、Ni、Pt、又はAg、Au、Cu、Ni及びPtのうちの少なくとも1種を0.5質量%以上、特に30質量%以上、更に60質量%(通常、80質量%以下)含有する合金が、ガスシールが十分になされ、燃料ガス及び酸化ガスの漏洩が防止されるため好ましい。   The “metal sealing material” is not particularly limited as long as it does not melt at the operating temperature of the solid oxide fuel cell. Examples of the metal material constituting the metal sealing material include Ag, Au, Cu, Ni, Pt, Cr, Pd, Mo, Fe, Al, and Co. In addition, an alloy containing 0.5% by mass or more, particularly 30% by mass or more, and further 60% by mass (usually 80% by mass or less) of at least one of Ag, Au, Cu, Ni, Pt, and Pd is given. It is done. Among these, Ag, Au, Cu, Ni, Pt, or at least one of Ag, Au, Cu, Ni, and Pt is 0.5% by mass or more, particularly 30% by mass or more, and further 60% by mass ( Usually, an alloy containing 80% by mass or less) is preferable because gas sealing is sufficiently performed and leakage of fuel gas and oxidizing gas is prevented.

金属シール材の形状も特に限定されず、セパレータの表面にガスシール部2を容易に形成することができる形状であればよい。そのような金属シール材としては、例えば、金属箔材及び金属線材が挙げられる。
金属箔材の材質は特に限定されず、押圧によりセパレータ等に密着し、ガスシール部2が形成され易い金属であればよい。そのような金属としては、金属材料として記載した前記の金属及び合金が好ましく、前記の金属及び合金であれば、ガスシールが十分になされ、燃料ガス及び酸化ガスの漏洩が防止される。また、金属箔材は、押圧により変形し易いAg、Au、Cu、Ni、又はAg、Au、Cu及びNiのうちの少なくとも1種を0.5質量%以上、特に30質量%以上、更に60質量%(通常、80質量%以下)含有する合金からなることがより好ましい。更に、金属箔材は、展延性に優れたAg、Cu、又はAg及びCuのうちの少なくとも一方を0.5質量%以上、特に30質量%以上、更に60質量%(通常、80質量%以下)含有する合金からなることが特に好ましい。
The shape of the metal sealing material is not particularly limited as long as the gas sealing portion 2 can be easily formed on the surface of the separator. Examples of such a metal sealing material include a metal foil material and a metal wire material.
The material of the metal foil material is not particularly limited as long as it is a metal that is in close contact with the separator or the like by pressing and can easily form the gas seal portion 2. As such a metal, the metal and alloy described as a metal material are preferable. If the metal and alloy are used, gas sealing is sufficiently performed and leakage of fuel gas and oxidizing gas is prevented. The metal foil material is Ag, Au, Cu, Ni that is easily deformed by pressing, or at least one of Ag, Au, Cu, and Ni is 0.5% by mass or more, particularly 30% by mass or more, and further 60 More preferably, it is made of an alloy containing mass% (usually 80 mass% or less). Further, the metal foil material is 0.5% by mass or more, particularly 30% by mass or more, and more preferably 60% by mass (usually 80% by mass or less) of Ag, Cu, or Ag and Cu excellent in spreadability. It is particularly preferable that it is made of an alloy containing it.

また、金属箔材は位置決め手段を有していることが好ましい。この位置決め手段は、所定位置にガスシール部2が形成されるように金属箔材を配置することができればよく、特に限定されない。位置決め手段としては、例えば、金属箔材の平面形状を、セパレータとの相対的な位置決めをすることができる形状とする方法が挙げられる。この平面形状としては、金属箔材の外周線とセパレータの外周線とが、所定長さに渡って少なくとも一部で、好ましくは全周に渡って重なっている形状が挙げられる(図10参照)。また、セパレータの表面の所定位置に設けられた凸部と、金属箔材の所定位置に設けられた孔(図15、16参照)とを嵌め合わせて位置決めする方法等が挙げられる。   The metal foil material preferably has positioning means. The positioning means is not particularly limited as long as the metal foil material can be disposed so that the gas seal portion 2 is formed at a predetermined position. Examples of the positioning means include a method in which the planar shape of the metal foil material is a shape that can be positioned relative to the separator. Examples of the planar shape include a shape in which the outer peripheral line of the metal foil material and the outer peripheral line of the separator overlap at least partly over a predetermined length, preferably over the entire periphery (see FIG. 10). . Moreover, the method etc. which fit and position the convex part provided in the predetermined position of the surface of a separator, and the hole (refer FIG. 15, 16) provided in the predetermined position of the metal foil material etc. are mentioned.

金属箔材は、芯材と、この芯材の表面に設けられた被覆層とからなる箔材とすることもできる。被覆層は芯材の表裏面のうちの一方のみに設けられていてもよいが、表裏両面に設けられていることが好ましい。芯材の表面、特に表裏両面に被覆層が設けられておれば、金属シール材として十分に機能する。被覆層は芯材の側面には設けられていてもよく、設けられていなくてもよいが、芯材は一般に薄いため、被覆層は、通常、芯材の側面にも形成される。被覆層を設ける方法は特に限定されず、芯材に金属材料をめっきする、及び蒸着する等の方法が挙げられる。芯材は、被覆層が押圧により容易に変形し、金属箔材がセパレータに密着し得る限り、その材質等は特に限定されない。この芯材は、ステンレス鋼、ニッケル基合金及びクロム基合金等により形成することができる。   The metal foil material may be a foil material comprising a core material and a coating layer provided on the surface of the core material. The coating layer may be provided on only one of the front and back surfaces of the core material, but is preferably provided on both the front and back surfaces. If a coating layer is provided on the surface of the core material, particularly on both the front and back surfaces, it functions sufficiently as a metal sealing material. The coating layer may or may not be provided on the side surface of the core material. However, since the core material is generally thin, the coating layer is usually also formed on the side surface of the core material. The method for providing the coating layer is not particularly limited, and examples thereof include a method of plating a metal material on the core material and vapor deposition. The material of the core material is not particularly limited as long as the coating layer can be easily deformed by pressing and the metal foil material can adhere to the separator. This core material can be formed of stainless steel, nickel-base alloy, chromium-base alloy, or the like.

また、被覆層は変形が容易な金属により形成することができる。この被覆層は、金属材料として記載した前記の金属及び合金により形成することができる。これらの金属及び合金であれば、押圧による変形が容易であり、形成されたガスシール部2により、燃料ガス及び酸化ガスの漏洩が十分に防止される。更に、被覆層は、Ag、Cu及びAu等の柔らかい金属からなることが好ましく、展延性に優れたAg、Cu、又はAg及びCuのうちの少なくとも一方を0.5質量%以上、特に30質量%以上、更に60質量%(通常、80質量%以下)含有する合金からなることが特に好ましい。この金属箔材は、芯材がステンレス鋼からなり、被覆層がAg又はCuからなるものが特に好ましい。このような金属箔材であれば、十分な強度を有するとともに、形成されたガスシール部2により燃料ガス及び酸化ガスの漏洩が防止される。   The covering layer can be formed of a metal that can be easily deformed. This coating layer can be formed from the metals and alloys described as metal materials. These metals and alloys can be easily deformed by pressing, and the formed gas seal portion 2 can sufficiently prevent leakage of fuel gas and oxidizing gas. Further, the coating layer is preferably made of a soft metal such as Ag, Cu and Au, and at least one of Ag, Cu, or Ag and Cu having excellent spreadability is 0.5% by mass or more, particularly 30% by mass. It is particularly preferable to be made of an alloy containing at least 60% and further 60% by mass (usually 80% by mass or less). This metal foil material is particularly preferably one in which the core material is made of stainless steel and the coating layer is made of Ag or Cu. Such a metal foil material has sufficient strength, and the formed gas seal portion 2 prevents leakage of fuel gas and oxidizing gas.

金属箔材の厚さ(金属箔材が、芯材と、この芯材の表面に設けられた被覆層とからなるときは、合計厚さ)も特に限定されないが、20〜500μm、特に100〜300μmとすることができる。金属箔材の厚さが20〜500μmであれば、容易に変形してセパレータ等に密着し、ガスシールが十分になされる。また、芯材と被覆層とからなる場合、被覆層の厚さは特に限定されないが、全厚さの10〜90%、特に60〜80%であることが好ましい。被覆層の厚さが全厚さの10〜90%であれば、容易に変形してセパレータ等に密着し、ガスシールが十分になされる。   The thickness of the metal foil material (when the metal foil material is composed of a core material and a coating layer provided on the surface of the core material) is not particularly limited, but 20 to 500 μm, particularly 100 to 100 μm. It can be 300 μm. If the thickness of the metal foil material is 20 to 500 μm, the metal foil material is easily deformed and is in close contact with a separator or the like, and a gas seal is sufficiently achieved. Moreover, when it consists of a core material and a coating layer, the thickness of a coating layer is although it does not specifically limit, It is preferable that it is 10 to 90% of the whole thickness, especially 60 to 80%. If the thickness of the coating layer is 10 to 90% of the total thickness, it easily deforms and adheres to the separator or the like, and a sufficient gas seal is achieved.

金属箔材は、通常、常温(例えば、20〜35℃)において押圧することでセパレータに密着させることができるが、その融解温度(芯材と被覆層とからなる金属箔材の場合は、特に被覆層の融解温度)より低い温度域に昇温させて押圧することが好ましい。   Usually, the metal foil material can be brought into close contact with the separator by pressing at normal temperature (for example, 20 to 35 ° C.). However, in the case of the metal foil material composed of a core material and a coating layer, It is preferable that the temperature is raised to a temperature range lower than the melting temperature of the coating layer) and pressed.

金属線材の材質も特に限定されないが、押圧により変形し、ガスシール部2が形成され易い金属からなることが好ましい。このような金属としては、金属材料として記載した前記の金属及び合金が好ましく、前記の金属及び合金であれば、形成されたガスシール部2によるガスシールが十分になされ、燃料ガス及び酸化ガスの漏洩が十分に防止される。更に、金属線材は、押圧により変形し易いAg、Au、Cu、Ni、又はAg、Au、Cu及びNiのうちの少なくとも1種を0.5質量%以上、特に30質量%以上、更に60質量%(通常、80質量%以下)含有する合金からなることがより好ましく、展延性に優れたAg、Cu、又はAg及びCuのうちの少なくとも一方を0.5質量%以上、特に30質量%以上、更に60質量%(通常、80質量%以下)含有する合金からなることが特に好ましい。   The material of the metal wire is also not particularly limited, but is preferably made of a metal that is deformed by pressing and is easy to form the gas seal portion 2. As such a metal, the metal and the alloy described as the metal material are preferable. If the metal and the alloy are used, the gas seal by the formed gas seal portion 2 is sufficiently performed, and the fuel gas and the oxidizing gas Leakage is sufficiently prevented. Further, the metal wire is made of Ag, Au, Cu, Ni, or at least one of Ag, Au, Cu and Ni, which is easily deformed by pressing, 0.5 mass% or more, particularly 30 mass% or more, and further 60 mass. % (Usually 80% by mass or less) of the alloy, more preferably 0.5% by mass or more, particularly 30% by mass or more of Ag, Cu, or Ag and Cu excellent in spreadability. Further, it is particularly preferable to be made of an alloy containing 60 mass% (usually 80 mass% or less).

金属線材は、芯材と、この芯材の表面に設けられた被覆層とからなる線材とすることもできる。被覆層を設ける方法は特に限定されず、芯材に金属材料をめっきする、及び蒸着する等の方法が挙げられる。芯材は、金属線材、特に被覆層が押圧により容易に変形し得る限り、その材質等は特に限定されない。この芯材は、Ag、Au及びCu等の変形が容易な金属からなる場合は、中実体でもよく、管状体及び断面C字形状等の中実でない形態でもよい。一方、ステンレス鋼、ニッケル基合金及びクロム基合金等の硬い金属からなる場合も、中実体でも中実でない形態でもよいが、管状体等の中実でない形態であることが好ましい。
尚、上記の断面C字形状の芯材である場合、押圧時のスリット部の方向は特に限定されず、上下方向、横方向、斜め方向のいずれであっても、金属線材を十分に変形させることができる。
The metal wire can also be a wire made of a core material and a coating layer provided on the surface of the core material. The method for providing the coating layer is not particularly limited, and examples thereof include a method of plating a metal material on the core material and vapor deposition. The core material is not particularly limited as long as the metal wire, particularly the coating layer, can be easily deformed by pressing. When the core material is made of a metal that can be easily deformed, such as Ag, Au, and Cu, the core material may be a solid body or may be a solid body such as a tubular body or a C-shaped cross section. On the other hand, when it is made of a hard metal such as stainless steel, nickel-base alloy, and chromium-base alloy, it may be solid or non-solid, but it is preferably non-solid such as a tubular body.
In addition, in the case of the core material having the C-shaped cross section, the direction of the slit portion at the time of pressing is not particularly limited, and the metal wire is sufficiently deformed in any of the vertical direction, the horizontal direction, and the diagonal direction. be able to.

被覆層は、金属材料として記載した前記の金属及び合金により形成することができる。これらの金属及び合金であれば、押圧による変形が容易であり、形成されたガスシール部2により、燃料ガス及び酸化ガスの漏洩が十分に防止される。更に、被覆層は、Ag、Cu及びAu等の柔らかい金属からなることが好ましく、展延性に優れたAg、Cu、又はAg及びCuのうちの少なくとも一方を0.5質量%以上、特に30質量%以上、更に60質量%(通常、80質量%以下)含有する合金からなることが特に好ましい。   The coating layer can be formed of the metal and alloy described as the metal material. These metals and alloys can be easily deformed by pressing, and the formed gas seal portion 2 can sufficiently prevent leakage of fuel gas and oxidizing gas. Further, the coating layer is preferably made of a soft metal such as Ag, Cu and Au, and at least one of Ag, Cu, or Ag and Cu having excellent spreadability is 0.5% by mass or more, particularly 30% by mass. It is particularly preferable to be made of an alloy containing at least 60% and further 60% by mass (usually 80% by mass or less).

芯材と被覆層とからなる金属線材としては、芯材がステンレス鋼からなる断面円形の管状体等の中実でない形態であり、被覆層がAg又はCuからなるものが特に好ましい。このような金属線材であれば、この金属線材を比較的大きく変形させる場合でも、Ag又はCuからなる断面円形の中実体である場合と同様に、容易に変形させることができ、形成されたガスシール部2により、燃料ガス及び酸化ガスの漏洩が十分に防止される。   As the metal wire comprising the core material and the coating layer, it is particularly preferable that the core material has a non-solid form such as a tubular body having a circular cross section made of stainless steel, and the coating layer is made of Ag or Cu. With such a metal wire, even when this metal wire is deformed relatively greatly, it can be easily deformed as in the case of a solid body having a circular cross section made of Ag or Cu, and the formed gas The seal part 2 sufficiently prevents leakage of fuel gas and oxidizing gas.

金属線材の断面形状は特に限定されず、断面形状は、円形、楕円形、並びに三角形及び四角形等の多角形などとすることができる。この断面形状は、円形又は楕円形であることが好ましい。金属線材の寸法(断面円形であるときは直径、それ以外の場合は最大寸法である。)も特に限定されないが、通常、100〜1000μmとすることができる。更に、芯材と被覆層とからなる場合は、セパレータに設けられた後記の溝部の断面形状及び寸法を勘案し、金属線材が押圧されたときに、金属線材に十分な圧縮力が加わり、確実なガスシールがなされるような形状及び寸法とすることが好ましい。   The cross-sectional shape of the metal wire is not particularly limited, and the cross-sectional shape may be a circle, an ellipse, or a polygon such as a triangle or a quadrangle. This cross-sectional shape is preferably circular or elliptical. The dimension of the metal wire (diameter when it is circular in cross section, and maximum dimension otherwise) is not particularly limited, but can usually be 100 to 1000 μm. Furthermore, when it consists of a core material and a coating layer, it takes into account the cross-sectional shape and dimensions of the groove portion described later provided in the separator, and when the metal wire material is pressed, a sufficient compressive force is applied to the metal wire material. It is preferable that the shape and size be such that a good gas seal is made.

金属線材は、通常、常温(例えば、20〜35℃)において押圧することで変形させることができるが、その融解温度(芯線と被覆層とからなる金属線材の場合は、特に被覆層の融解温度)より低い温度域に昇温させて押圧することが好ましい。   The metal wire can usually be deformed by pressing at normal temperature (for example, 20 to 35 ° C.), but its melting temperature (in the case of a metal wire consisting of a core wire and a coating layer, in particular, the melting temperature of the coating layer). ) It is preferable that the temperature is raised to a lower temperature range and pressed.

金属線材は、その押圧方向の寸法の、押圧方向と直交する方向の寸法に対する比(押圧方向の寸法/押圧方向と直交する方向の寸法)が0.8〜1.7であることが好ましい。この比は、0.8〜1.5、特に0.8〜1.2であることがより好ましい。このように押圧される方向の寸法が押圧方向と直交する方向の寸法に比べて過小ではない場合、特に、押圧される方向の寸法が押圧方向と直交する方向の寸法と同じ、又はそれに比べて大きい場合は、同じ押圧力によって金属線材により大きな圧縮力を加えることができる。それによって、金属線材を容易に変形させることができ、形成されたガスシール部2によるガスシールが十分になされ、燃料ガス及び酸化ガスの漏洩が防止される。   The ratio of the dimension in the pressing direction to the dimension in the direction orthogonal to the pressing direction (the dimension in the pressing direction / the dimension in the direction orthogonal to the pressing direction) is preferably 0.8 to 1.7. This ratio is more preferably 0.8 to 1.5, particularly 0.8 to 1.2. When the dimension in the pressed direction is not excessively smaller than the dimension in the direction orthogonal to the pressing direction, in particular, the dimension in the pressed direction is the same as or compared with the dimension in the direction orthogonal to the pressing direction. When it is large, a large compressive force can be applied to the metal wire with the same pressing force. Thereby, the metal wire can be easily deformed, the gas seal by the formed gas seal portion 2 is sufficiently performed, and leakage of the fuel gas and the oxidizing gas is prevented.

金属線材は、セパレータの何ら加工されていない表面の所定位置に配設してもよいし、セパレータの表面の所定位置に設けられた溝部に配設してもよい。何ら加工されていない表面に金属線材を配設する場合は、位置決めが容易ではないため、セパレータの表面に溝部が設けられていることが好ましい。金属線材を用いたときは、この溝部がガスシール部2を所定位置に形成するための位置決め手段になる。溝部の断面形状及び寸法等は特に限定されず、断面形状は、半円形、半楕円形、並びに三角形及び四角形等の多角形などとすることができる。寸法は、幅を0.3〜1.7mm、特に0.5〜1.5mm、更に0.7〜1.3mmとすることができ、深さを0.1〜1.0mm、特に0.3〜0.7mmとすることができる。この溝部の断面形状及び寸法は、金属線材を使用し、この金属線材を押圧したときに、金属線材に十分な圧縮力が加わり、確実なガスシールがなされるように調整することが好ましい。   The metal wire may be disposed at a predetermined position on the surface of the separator that is not processed at all, or may be disposed in a groove provided at a predetermined position on the surface of the separator. In the case where the metal wire is disposed on the surface that is not processed at all, it is not easy to position, and therefore it is preferable that a groove is provided on the surface of the separator. When a metal wire is used, the groove serves as a positioning means for forming the gas seal portion 2 at a predetermined position. The cross-sectional shape, dimensions, and the like of the groove portion are not particularly limited, and the cross-sectional shape can be a semicircle, a semi-ellipse, a polygon such as a triangle and a quadrangle, and the like. As for the dimensions, the width can be 0.3 to 1.7 mm, particularly 0.5 to 1.5 mm, and further 0.7 to 1.3 mm, and the depth can be 0.1 to 1.0 mm, particularly 0.3. It can be set to 3 to 0.7 mm. The cross-sectional shape and dimensions of the groove are preferably adjusted so that when a metal wire is used and the metal wire is pressed, a sufficient compressive force is applied to the metal wire and a reliable gas seal is achieved.

溝部が設けられた場合、ガスシール部2は、溝部の一部に金属シール材が充填された形態で形成されておればよく、これによってガスシールが十分になされる。この金属シール材は溝部の全体に充填されていてもよく、更には溝部から溢れ出ていてもよいが、特にそのようにする必要はない。ガスシールされるセパレータ間等の間隔は特に限定されないが、50μm以下であることが好ましく、30μm以下、特に10μm以下(通常、5μm以上)であることがより好ましい。
尚、溝部は、2種のセパレータが積層される場合、それらのセパレータのうちの一方のみに設けてもよく(図2、3参照)、両方に設けてもよい(図4、5参照)が、押圧によって金属線材により大きな圧縮力を加えるためには、溝部は、セパレータのうちの一方のみに設けることが好ましい。
When the groove portion is provided, the gas seal portion 2 only needs to be formed in a form in which a part of the groove portion is filled with a metal sealing material, and thereby sufficient gas sealing is achieved. The metal sealing material may be filled in the entire groove portion or may overflow from the groove portion, but it is not necessary to do so. The interval between separators to be gas sealed is not particularly limited, but is preferably 50 μm or less, more preferably 30 μm or less, and particularly preferably 10 μm or less (usually 5 μm or more).
When two kinds of separators are stacked, the groove may be provided only in one of the separators (see FIGS. 2 and 3), or may be provided in both (see FIGS. 4 and 5). In order to apply a large compressive force to the metal wire by pressing, the groove is preferably provided only on one of the separators.

固体電解質形燃料電池においてガスシール部2によりガスシールされている部分を除く他のシール部分は、例えば、金属ロウ材等により接合し、接合部5を形成してガスシールすることができる(図7、8及び12、13参照)。更に、それぞれの単セルの間を電気的に絶縁するため、後記の実施例のように、絶縁性セラミックからなるセラミックフレーム4が、積層方向の所定部分に設けられて、短絡が防止されることもある(図7、8及び12、13参照)。セラミックフレーム4と、このセラミックフレーム4と積層されているセパレータ等との間も、金属ロウ材等により接合し、接合部5を形成してガスシールすることができる。   In the solid oxide fuel cell, other seal portions except for the portion gas-sealed by the gas seal portion 2 can be joined by, for example, a metal brazing material or the like to form the joint portion 5 and gas-seal (see FIG. 7, 8, and 12, 13). Furthermore, in order to electrically insulate each single cell, a ceramic frame 4 made of an insulating ceramic is provided at a predetermined portion in the stacking direction to prevent a short circuit as in the examples described later. (See FIGS. 7, 8 and 12, 13). The ceramic frame 4 and the separator laminated with the ceramic frame 4 can also be joined by a metal brazing material or the like to form a joined portion 5 for gas sealing.

セラミックフレーム4は、絶縁性を有しておればよく、その材質は特に限定されないが、MgO、MgAl、ZrO及びAl並びにこれらの混合物等が用いられることが多い。 The ceramic frame 4 only needs to have insulating properties, and the material thereof is not particularly limited, but MgO, MgAl 2 O 4 , ZrO 2, Al 2 O 3 , a mixture thereof, and the like are often used.

ロウ付けに用いられる金属ロウ材は特に限定されず、Ni系金属ロウ材及びAg系金属ロウ材等を用いることができる。この金属ロウ材としては、より耐熱性に優れるNi系金属ロウ材が好ましい。このNi系金属ロウ材としては、NiとB又はPとを含有し、このNi系金属ロウ材を100質量%とした場合に、Niの含有量が60質量%以上であるものを用いることができる。このNiの含有量は70質量%以上とすることができ、80質量%以上とすることもできる(Bを含有するときは、通常、95質量%以下であり、Pを含有するときは、通常、85質量%以下である。)。Niの含有量が60質量%以上であれば、耐熱性を十分に高くすることができる。   The metal brazing material used for brazing is not particularly limited, and Ni-based metal brazing material, Ag-based metal brazing material, and the like can be used. As this metal brazing material, a Ni-based metal brazing material having better heat resistance is preferable. This Ni-based metal brazing material contains Ni and B or P, and when the Ni-based metal brazing material is 100% by mass, the Ni content is 60% by mass or more. it can. The Ni content can be 70% by mass or more, and can be 80% by mass or more (when B is contained, it is usually 95% by mass or less, and when P is contained, it is usually 85 mass% or less). If the Ni content is 60% by mass or more, the heat resistance can be sufficiently increased.

Ni系金属ロウ材にはNiの他にB又はPが含有されていてもよい。B又はPを含有することで、流動性が向上し、それぞれの部材間を十分に密着させることができ、接合強度をより大きくすることができる。B又はPの含有量は特に限定されないが、Ni系金属ロウ材を100質量%とした場合に、Bの場合は1〜5質量%、特に1.5〜4質量%、更に2〜3.5質量%とすることができる。Bの含有量が1〜5質量%であれば、Ni系金属ロウ材の流動性を十分に高くすることができる。また、Pの場合は5〜15質量%、特に6.5〜13.5質量%、更に8〜12質量%とすることができる。Pの含有量が5〜15質量%であれば、Ni系金属ロウ材の流動性を十分に高くすることができる。   The Ni-based metal brazing material may contain B or P in addition to Ni. By containing B or P, the fluidity is improved, the respective members can be sufficiently brought into close contact with each other, and the bonding strength can be further increased. The content of B or P is not particularly limited, but when the Ni-based metal brazing material is 100% by mass, in the case of B, 1 to 5% by mass, particularly 1.5 to 4% by mass, and further 2-3. It can be 5 mass%. If the content of B is 1 to 5% by mass, the fluidity of the Ni-based metal brazing material can be sufficiently increased. Moreover, in the case of P, it can be 5-15 mass%, Especially 6.5-13.5 mass%, Furthermore, it can be 8-12 mass%. If the content of P is 5 to 15% by mass, the fluidity of the Ni-based metal brazing material can be sufficiently increased.

Ni系金属ロウ材には、Ni及びB又はPの他に更にCrが含有されていてもよい。適量のCrを含有することにより、耐熱性をより高くすることができる。Crの含有量は特に限定されないが、Ni系金属ロウ材を100質量%とした場合に、5〜20質量%、特に10〜18質量%、更に12〜16質量%とすることができる。Crの含有量が8〜20質量%であれば、Ni系金属ロウ材の耐熱性を十分に高くすることができる。   In addition to Ni and B or P, the Ni-based metal brazing material may further contain Cr. By containing an appropriate amount of Cr, the heat resistance can be further increased. The content of Cr is not particularly limited, but when the Ni-based metal brazing material is 100% by mass, it can be 5 to 20% by mass, particularly 10 to 18% by mass, and further 12 to 16% by mass. If the content of Cr is 8 to 20% by mass, the heat resistance of the Ni-based metal brazing material can be sufficiently increased.

金属ロウ材としてはAg系金属ロウ材を用いることもできる。このAg系金属ロウ材には通常Pdが含有され、AgとPdとの合計を100質量%とした場合に、Pdは2〜10質量%、特に3〜7質量%含有される。Pdの含有量が2〜10質量%であれば、耐酸化性等を向上させることができ、十分な耐久性を有する接合部5を形成することができる。更に、接合時にAg系金属ロウ材が十分に流動し、接合部5のガスシール性を向上させることができる。   An Ag-based metal brazing material can also be used as the metal brazing material. This Ag-based metal brazing material usually contains Pd. When the total of Ag and Pd is 100% by mass, Pd is contained by 2 to 10% by mass, particularly 3 to 7% by mass. If content of Pd is 2-10 mass%, oxidation resistance etc. can be improved and the junction part 5 which has sufficient durability can be formed. Furthermore, the Ag-based metal brazing material flows sufficiently during the joining, and the gas sealability of the joining portion 5 can be improved.

Ag系金属ロウ材には更にCuが含有されていてもよい。Cuが含有されている場合のAg、Pd及びCuの各々の含有量は特に限定されないが、Ag、Pd及びCuの合計を100質量%とした場合に、Agの含有量は45〜65質量%、特に50〜60質量%、Pdの含有量は15〜35質量%、特に20〜30質量%、Cuの含有量は10〜30質量%、特に15〜25質量%であることが好ましい。Cuが含有されている場合、含有されていない場合に比べてより多量のPdを含有していても、十分な流動性を有し、優れたシール性が維持される。また、AgとCuの合計は65質量%以上であることが好ましく、即ち、Pdの含有量が35質量%以下であれば、Ag系金属ロウ材が十分に流動し、接合部5のガスシール性を向上させることができる。   The Ag-based metal brazing material may further contain Cu. The content of each of Ag, Pd and Cu when Cu is contained is not particularly limited, but when the total of Ag, Pd and Cu is 100% by mass, the content of Ag is 45 to 65% by mass. In particular, it is preferable that the content of Pd is 50 to 60% by mass, the content of Pd is 15 to 35% by mass, particularly 20 to 30% by mass, and the content of Cu is 10 to 30% by mass, and particularly 15 to 25% by mass. When Cu is contained, even if it contains a larger amount of Pd than when it is not contained, it has sufficient fluidity and excellent sealing performance is maintained. Further, the total of Ag and Cu is preferably 65% by mass or more, that is, if the Pd content is 35% by mass or less, the Ag-based metal brazing material flows sufficiently and the gas seal of the joint 5 is obtained. Can be improved.

Ag系金属ロウ材には更にTiが含有されていてもよい。適量のTiを含有することにより、接合温度が比較的低い場合でも、特に大きな接合強度が得られる。このTiの含有量は、Ag、Pd及びTiの合計を100質量%とした場合に、又はCuが含有されているときは、Ag、Pd、Cu及びTiの合計を100質量%とした場合に、0.05〜10質量%であることが好ましく、特に0.05〜8質量%、更に0.05〜6質量%であることがより好ましい。Tiの含有量が0.05〜10質量%であれば、接合雰囲気が酸素分圧の低い雰囲気であっても、実用上、十分な強度を有する接合部5を形成することができる。   The Ag-based metal brazing material may further contain Ti. By containing an appropriate amount of Ti, particularly high bonding strength can be obtained even when the bonding temperature is relatively low. The content of Ti is when the total of Ag, Pd and Ti is 100% by mass, or when Cu is contained, the total of Ag, Pd, Cu and Ti is 100% by mass. 0.05 to 10% by mass, particularly 0.05 to 8% by mass, and more preferably 0.05 to 6% by mass. If the Ti content is 0.05 to 10% by mass, it is possible to form the bonding portion 5 having practically sufficient strength even if the bonding atmosphere is an atmosphere having a low oxygen partial pressure.

固体電解質形燃料電池を用いて発電させる場合、燃料極側には燃料ガスを導入し、空気極側には酸化ガスを導入する。燃料ガスとしては、水素、水素源となる炭化水素(改質により水素とする。)、水素と炭化水素との混合ガス、及びこれらのガスを所定温度の水中を通過させ加湿した燃料ガス、これらのガスに水蒸気を混合させた燃料ガス等が挙げられる。炭化水素は特に限定されず、例えば、天然ガス、ナフサ、石炭ガス化ガス等が挙げられる。更に、メタン、エタン、プロパン、ブタン及びペンタン等の炭素数が1〜10、好ましくは1〜7、より好ましくは1〜4の飽和炭化水素、並びにエチレン及びプロピレン等の不飽和炭化水素を主成分とするものが好ましく、飽和炭化水素を主成分とするものが更に好ましい。この燃料ガスとしては水素が好ましい。これらの燃料ガスは1種のみを用いてもよいし、2種以上を併用することもできる。また、50体積%以下の窒素及びアルゴン等の不活性ガスを含有していてもよい。   When power is generated using a solid oxide fuel cell, a fuel gas is introduced to the fuel electrode side and an oxidizing gas is introduced to the air electrode side. Examples of the fuel gas include hydrogen, hydrocarbon as a hydrogen source (hydrogen is obtained by reforming), a mixed gas of hydrogen and hydrocarbon, and a fuel gas obtained by humidifying these gases through water at a predetermined temperature, The fuel gas etc. which mixed water vapor | steam with this gas are mentioned. The hydrocarbon is not particularly limited, and examples thereof include natural gas, naphtha, and coal gasification gas. Further, the main components are saturated hydrocarbons having 1 to 10, preferably 1 to 7, more preferably 1 to 4 carbon atoms such as methane, ethane, propane, butane and pentane, and unsaturated hydrocarbons such as ethylene and propylene. Those having a saturated hydrocarbon as a main component are more preferable. The fuel gas is preferably hydrogen. These fuel gas may use only 1 type and can also use 2 or more types together. Moreover, you may contain inert gas, such as nitrogen and argon of 50 volume% or less.

酸化ガスとしては、酸素と他の気体との混合ガス等が挙げられる。また、この混合ガスには約80体積%以下の窒素及びアルゴン等の不活性ガスが含有されていてもよい。これらの酸化ガスのうちでは安全であって、且つ安価であるため空気(約80体積%の窒素が含まれている。)が好ましい。   Examples of the oxidizing gas include a mixed gas of oxygen and another gas. The mixed gas may contain about 80% by volume or less of an inert gas such as nitrogen and argon. Of these oxidizing gases, air (containing about 80% by volume of nitrogen) is preferable because it is safe and inexpensive.

以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
実施例1
固体電解質形燃料電池101(図1及び図6〜8参照)は、固体電解質層11と、この固体電解質層11の一面に設けられた燃料極12と、他面に設けられた空気極13と、を有する2個の単セルを有し、底部材311[図6〜8で、この底部材311の下面に更にセルが配設された場合、底部材311はインターコネクタとして機能する。]と、燃料フレーム32との間に金属線材からなるガスシール部2を備える。また、インターコネクタ312と、空気フレーム34との間に金属線材からなるガスシール部2を備える。更に、この固体電解質形燃料電池101では、ガスシール部2は、第2インターコネクタ312と燃料フレーム32との間、及び蓋部材313[図6〜8で、この蓋部材313の上面に更にセルが配設された場合、蓋部材313はインターコネクタとして機能する。]と、空気フレーム34との間に設けられている。
Hereinafter, the present invention will be described specifically by way of examples.
Example 1
A solid electrolyte fuel cell 101 (see FIGS. 1 and 6 to 8) includes a solid electrolyte layer 11, a fuel electrode 12 provided on one surface of the solid electrolyte layer 11, and an air electrode 13 provided on the other surface. The bottom member 311 functions as an interconnector when further cells are disposed on the bottom surface of the bottom member 311 [FIGS. 6 to 8. ] And the fuel frame 32 are provided with a gas seal portion 2 made of a metal wire. Further, the gas seal portion 2 made of a metal wire is provided between the interconnector 312 and the air frame 34. Further, in the solid oxide fuel cell 101, the gas seal portion 2 is provided between the second interconnector 312 and the fuel frame 32, and the lid member 313 [see FIGS. When is provided, the lid member 313 functions as an interconnector. ] And the air frame 34.

燃料電池において、上記のようにガスシール部2が設けられた、インターコネクタ312と燃料フレーム32との間と、底部材311と燃料フレーム32との間とは、燃料電池において同じ部位であり、蓋部材313と空気フレーム34との間と、インターコネクタ312と空気フレーム34との間とは、それぞれ同じ部位である。このようにして、底部材、蓋部材及びインターコネクタと、それぞれの燃料フレーム及び/又は空気フレームとの間にガスシール部2が設けられている。
尚、図1及び図6〜8には図示されていないが、ガスシール部2は、空気フレーム34などに設けられた溝部341等に配設された金属線材21が押圧されて形成されている(図3参照)。
In the fuel cell, between the interconnector 312 and the fuel frame 32 and between the bottom member 311 and the fuel frame 32 provided with the gas seal portion 2 as described above are the same part in the fuel cell, The space between the lid member 313 and the air frame 34 is the same as the space between the interconnector 312 and the air frame 34. In this way, the gas seal portion 2 is provided between the bottom member, the lid member, and the interconnector, and the respective fuel frame and / or air frame.
Although not shown in FIGS. 1 and 6 to 8, the gas seal portion 2 is formed by pressing the metal wire 21 disposed in the groove portion 341 provided in the air frame 34 or the like. (See FIG. 3).

下記のようにして固体電解質形燃料電池を製造した。
(1)未焼成燃料極の形成
酸化ニッケル(NiO)粉末と、8モル%のイットリアにより安定化されたジルコニア粉末とを混合し、その後、造孔材として人造黒鉛粉末を配合し、更に混合した。次いで、分散剤としてジエチルアミン、及び有機溶媒としてトルエンとメチルエチルケトンとの混合溶媒を配合し、アルミナ製ポットミルを用いて混合した。次いで、可塑剤としてジブチルフタレート、及びバインダとしてポリビニルアルコールを配合し、更に混合して未焼成燃料極用スラリーを調製した。次いで、このスラリーを用いてドクターブレード法により未焼成燃料極を形成した。
A solid oxide fuel cell was produced as follows.
(1) Formation of unsintered fuel electrode Nickel oxide (NiO) powder and zirconia powder stabilized by 8 mol% yttria were mixed, and then artificial graphite powder was blended as a pore former, and further mixed . Next, diethylamine as a dispersant and a mixed solvent of toluene and methyl ethyl ketone as an organic solvent were blended and mixed using an alumina pot mill. Next, dibutyl phthalate as a plasticizer and polyvinyl alcohol as a binder were blended and further mixed to prepare a slurry for an unfired fuel electrode. Next, an unfired fuel electrode was formed by the doctor blade method using this slurry.

(2)未焼成固体電解質層の形成及び同時焼成
8モル%のイットリアにより安定化されたジルコニア粉末に、溶媒としてブチルカルビトールを配合して混合し、未焼成固体電解質層用スラリーを調製した。次いで、このスラリーを用いてスクリーン印刷法により未焼成燃料極の一面に、未焼成燃料極と同じ形状及び大きさで、厚さ約20μmの未焼成固体電解質層を形成した。その後、大気雰囲気において一体に焼成した。
(2) Formation of unsintered solid electrolyte layer and co-sintering The zirconia powder stabilized with 8 mol% of yttria was mixed with butyl carbitol as a solvent and mixed to prepare a slurry for unsintered solid electrolyte layer. Next, an unfired solid electrolyte layer having the same shape and size as the unburned fuel electrode and a thickness of about 20 μm was formed on one surface of the unburned fuel electrode by screen printing using the slurry. Then, it baked integrally in the air atmosphere.

(3)未焼成空気極の形成
La0.6Sr0.4(Co0.2Fe0.8)O粉末に、溶媒としてブチルカルビトールを配合して混合し、未焼成空気極用スラリーを調製した。その後、このスラリーを用いてスクリーン印刷法により固体電解質層11の他面の中央部に、厚さ約20μmの未焼成空気極を形成した。次いで、大気雰囲気において焼成し、空気極13を形成した。このようにして2個の単セルを作製した。
(3) Formation of unsintered air electrode Slurry for unsintered air electrode by mixing and mixing butyl carbitol as a solvent with La 0.6 Sr 0.4 (Co 0.2 Fe 0.8 ) O 3 powder. Was prepared. Thereafter, an unfired air electrode having a thickness of about 20 μm was formed at the center of the other surface of the solid electrolyte layer 11 by screen printing using this slurry. Subsequently, it baked in the air atmosphere and the air electrode 13 was formed. In this way, two single cells were produced.

(4)固体電解質形燃料電池の製造
上記(1)〜(3)において作製した2個の単セルがインターコネクタ等のガス流路を有するセパレータ等を介して、又はこのセパレータ等を用いて積層された燃料極支持型であり、且つ内部マニホールドタイプの固体電解質形燃料電池101を製造した。
以下、図1及び図6〜8を用いて説明する。
図1は、固体電解質形燃料電池101を分解し、底部材、蓋部材、インターコネクタ、燃料フレーム及び空気フレーム等を模式的に示す斜視図である。また、図6は、固体電解質形燃料電池101の外観の斜視図、図7は、図6におけるA−A断面の模式図、図8は、図6におけるB−B断面の模式図である。
この固体電解質形燃料電池101は、各々1個の単セルを有する上部セル及び下部セルが積層されて形成されている。
(4) Manufacture of a solid electrolyte fuel cell The two single cells prepared in the above (1) to (3) are laminated through a separator having a gas flow path such as an interconnector or the like, or using this separator. The solid electrode type fuel cell 101 of the fuel electrode support type and the internal manifold type was manufactured.
Hereinafter, a description will be given with reference to FIG. 1 and FIGS.
FIG. 1 is a perspective view schematically showing a bottom member, a lid member, an interconnector, a fuel frame, an air frame, and the like, by disassembling the solid oxide fuel cell 101. FIG. 6 is a perspective view of the appearance of the solid oxide fuel cell 101, FIG. 7 is a schematic view of the AA cross section in FIG. 6, and FIG. 8 is a schematic view of the BB cross section in FIG.
This solid oxide fuel cell 101 is formed by laminating an upper cell and a lower cell each having one single cell.

下部セルは、底部材311の上面に配設された集電材であるニッケルフェルト層6、基板となる燃料極12、固体電解質層11、空気極13及び集電材である白金メッシュ層7をこの順に備え、白金メッシュ層7の上面はインターコネクタ312と接している。また、底部材311の外周縁に接合された燃料フレーム32、下面が固体電解質層11及び燃料フレーム32に接合され、上面が絶縁性セラミックであるMgO−MgAl焼結体からなるセラミックフレーム4を介して空気フレーム34に接合されたセル支持板33、及び下面がセラミックフレーム4に接合され、上面がインターコネクタ312の外周縁に接合された空気フレーム34を有する。 The lower cell has a nickel felt layer 6 as a current collector disposed on the upper surface of the bottom member 311, a fuel electrode 12 as a substrate, a solid electrolyte layer 11, an air electrode 13, and a platinum mesh layer 7 as a current collector in this order. The upper surface of the platinum mesh layer 7 is in contact with the interconnector 312. Further, a fuel frame 32 joined to the outer peripheral edge of the bottom member 311, a ceramic frame made of a MgO—MgAl 2 O 4 sintered body whose lower surface is joined to the solid electrolyte layer 11 and the fuel frame 32 and whose upper surface is an insulating ceramic. 4, the cell support plate 33 is joined to the air frame 34 via 4, and the air frame 34 is joined to the ceramic frame 4 at the lower surface and joined to the outer peripheral edge of the interconnector 312.

この下部セルでは、燃料フレーム32、セル支持板33及び空気フレーム34は、いずれもSUS430により形成されている。更に、燃料フレーム32とセル支持板33、セル支持板33とセラミックフレーム4及びセラミックフレーム4と空気フレーム34、はそれぞれNi系金属ロウ材を使用し、真空雰囲気下、ロウ付けし、接合部5を形成した。また、底部材311と燃料フレーム32との間には、後記のようにAgからなる金属線材を用いてガスシール部2を形成した。更に、空気フレーム34とインターコネクタ312との間にも、後記のようにAgからなる金属線材を用いてガスシール部2を形成した。   In the lower cell, the fuel frame 32, the cell support plate 33, and the air frame 34 are all formed of SUS430. Further, the fuel frame 32 and the cell support plate 33, the cell support plate 33 and the ceramic frame 4, and the ceramic frame 4 and the air frame 34 are each made of Ni-based metal brazing material, brazed in a vacuum atmosphere, and joined portion 5 Formed. Further, the gas seal portion 2 was formed between the bottom member 311 and the fuel frame 32 using a metal wire made of Ag as described later. Further, the gas seal portion 2 was formed between the air frame 34 and the interconnector 312 using a metal wire made of Ag as described later.

上部セルは、インターコネクタ312の上面に配設されたニッケルフェルト層6、基板となる燃料極12、固体電解質層11、空気極13及び白金メッシュ層7をこの順に備え、白金メッシュ層7の上面は蓋部材313と接している。また、インターコネクタ312の外周縁に接合された燃料フレーム32、下面が固体電解質層11及び燃料フレーム32と接合され、上面が絶縁性セラミックであるMgO−MgAl焼結体からなるセラミックフレーム4を介して空気フレーム34に接合されたセル支持板33、及び下面がセラミックフレーム4に接合され、上面が蓋部材313の外周縁に接合された空気フレーム34を有する。 The upper cell includes a nickel felt layer 6 disposed on the upper surface of the interconnector 312, a fuel electrode 12 serving as a substrate, a solid electrolyte layer 11, an air electrode 13, and a platinum mesh layer 7 in this order, and the upper surface of the platinum mesh layer 7. Is in contact with the lid member 313. Further, a fuel frame 32 joined to the outer peripheral edge of the interconnector 312, a ceramic frame made of a MgO—MgAl 2 O 4 sintered body whose lower surface is joined to the solid electrolyte layer 11 and the fuel frame 32 and whose upper surface is an insulating ceramic. 4, the cell support plate 33 is joined to the air frame 34 through the bottom surface 4, and the air frame 34 is joined to the ceramic frame 4 at the lower surface and joined to the outer peripheral edge of the lid member 313.

この上部セルでは、燃料フレーム32、セル支持板33及び空気フレーム34は、いずれもSUS430により形成されている。更に、第3インターコネクタ313(蓋部材)もSUS430により形成されている。また、燃料フレーム32とセル支持板33、セル支持板33とセラミックフレーム4及びセラミックフレーム4と空気フレーム34、はそれぞれNi系金属ロウ材を使用し、真空雰囲気下、ロウ付けし、接合部5を形成した。更に、インターコネクタ312と燃料フレーム34との間には、後記のようにAgからなる金属線材を用いてガスシール部2を形成した。また、空気フレーム34と蓋部材313との間にも、後記のようにAgからなる金属線材を用いてガスシール部2を形成ルした。
尚、底部材311、インターコネクタ312及び蓋部材313もSUS430により形成されている。
In the upper cell, the fuel frame 32, the cell support plate 33, and the air frame 34 are all formed of SUS430. Further, the third interconnector 313 (lid member) is also formed of SUS430. The fuel frame 32 and the cell support plate 33, the cell support plate 33 and the ceramic frame 4, and the ceramic frame 4 and the air frame 34 are made of Ni-based metal brazing material, brazed in a vacuum atmosphere, and joined 5 Formed. Further, the gas seal portion 2 was formed between the interconnector 312 and the fuel frame 34 using a metal wire made of Ag as described later. Further, the gas seal portion 2 was formed between the air frame 34 and the lid member 313 using a metal wire made of Ag as described later.
The bottom member 311, the interconnector 312 and the lid member 313 are also formed of SUS430.

ガスシール部2は、以下のようにして形成した。
下部セルでは、底部材311の上面の、燃料フレーム32の内周縁に対向する位置、並びに燃料ガス導入管81、燃料ガス排出管82、酸化ガス導入管83及び酸化ガス排出管84の開口面の周囲に、予め幅1mm、深さ0.5mmの断面長方形の溝部を設けておき、この溝部に直径0.6mmのAg線材を配設した。また、空気フレーム34の上面の内周縁、並びに燃料ガス導入管81、燃料ガス排出管82、酸化ガス導入管83及び酸化ガス排出管84の開口面の周囲に、予め幅1mm、深さ0.5mmの断面長方形の溝部を設けておき、この溝部に直径0.6mmのAg線材を配設した。
The gas seal part 2 was formed as follows.
In the lower cell, the position of the upper surface of the bottom member 311 facing the inner peripheral edge of the fuel frame 32 and the opening surfaces of the fuel gas introduction pipe 81, the fuel gas discharge pipe 82, the oxidizing gas introduction pipe 83, and the oxidizing gas discharge pipe 84. A groove with a rectangular cross section having a width of 1 mm and a depth of 0.5 mm was previously provided around the periphery, and an Ag wire having a diameter of 0.6 mm was disposed in the groove. In addition, a width of 1 mm and a depth of 0. A groove portion having a rectangular cross section of 5 mm was provided, and an Ag wire rod having a diameter of 0.6 mm was disposed in the groove portion.

更に、上部セルでは、インターコネクタ312の上面の、燃料フレーム32の内周縁に対向する位置、並びに燃料ガス導入管81、燃料ガス排出管82、酸化ガス導入管83及び酸化ガス排出管84の開口面の周囲に、予め幅1mm、深さ0.5mmの断面長方形の溝部を設けておき、この溝部に直径0.6mmのAg線材を配設した。また、空気フレーム34の上面の内周縁、並びに燃料ガス導入管81、燃料ガス排出管82、酸化ガス導入管83及び酸化ガス排出管84の開口面の周囲に、予め幅1mm、深さ0.5mmの断面長方形の溝部を設けておき、この溝部に直径0.6mmのAg線材を配設した。   Further, in the upper cell, the position of the upper surface of the interconnector 312 facing the inner peripheral edge of the fuel frame 32 and the openings of the fuel gas introduction pipe 81, the fuel gas discharge pipe 82, the oxidizing gas introduction pipe 83, and the oxidizing gas discharge pipe 84. A groove with a rectangular cross section having a width of 1 mm and a depth of 0.5 mm was previously provided around the surface, and an Ag wire having a diameter of 0.6 mm was disposed in the groove. In addition, the inner periphery of the upper surface of the air frame 34 and the periphery of the opening surfaces of the fuel gas introduction pipe 81, the fuel gas discharge pipe 82, the oxidizing gas introduction pipe 83, and the oxidizing gas discharge pipe 84 have a width of 1 mm and a depth of 0. A groove portion having a rectangular cross section of 5 mm was provided, and an Ag wire rod having a diameter of 0.6 mm was disposed in the groove portion.

その後、燃料フレーム32から空気フレーム34までがロウ付けにより一体に固定された下部セル用の積層体を、底部材311の上面に燃料フレーム32が載置されるようにして配置した。次いで、空気フレーム34の上面に、インターコネクタ312を配置した。その後、燃料フレーム32から空気フレーム34までが積層された上部セル用の積層体を、インターコネクタ312の上面に燃料フレーム32が載置されるようにして配置した。次いで、空気フレーム34の上面に、蓋部材313を配置した。その後、積層体全体を上下から押圧板により挟持し、押圧板の四隅に取り付けられたボルトに嵌装されたナットにより締め付けることで、積層方向に15MPaの押圧力を加え、Ag線材を圧縮させて変形させ、ガスシール部2を形成するとともに、底部材311から蓋部材313までの全体を一体に固定し、固体電解質形燃料電池101を製造した。   After that, the lower cell laminate in which the fuel frame 32 to the air frame 34 were integrally fixed by brazing was arranged so that the fuel frame 32 was placed on the upper surface of the bottom member 311. Next, the interconnector 312 was disposed on the upper surface of the air frame 34. Thereafter, a stack for the upper cell in which the fuel frame 32 to the air frame 34 are stacked is arranged so that the fuel frame 32 is placed on the upper surface of the interconnector 312. Next, a lid member 313 was disposed on the upper surface of the air frame 34. After that, the entire laminate is sandwiched from above and below by pressing plates, and tightened by nuts fitted to the bolts attached to the four corners of the pressing plates, so that a pressing force of 15 MPa is applied in the stacking direction to compress the Ag wire. While deforming, the gas seal part 2 was formed, and the whole from the bottom member 311 to the lid member 313 was fixed integrally, and the solid oxide fuel cell 101 was manufactured.

(5)燃料ガス導入管又は排出管、及び酸化ガス導入管又は排出管
下部セル側において、底部材311とセル支持板33及び単セルとの間に形成された空間には、下部セルの燃料極12に燃料ガスを導入するための燃料ガス導入管81が開口している(図7参照)。また、この空間の燃料ガス導入管81の開口部の対角線側には、この空間から燃料ガスを排出するための燃料ガス排出管82が開口している(図7参照)。更に、セル支持板33及び単セルとインターコネクタ312との間に形成された空間には、下部セルの空気極13に酸化ガスを導入するための酸化ガス導入管83が開口している(図8参照)。また、この空間の酸化ガス導入管83の開口部の対角線側には、この空間から酸化ガスを排出するための酸化ガス排出管84が開口している(図8参照)。
(5) Fuel gas introduction pipe or exhaust pipe, and oxidizing gas introduction pipe or exhaust pipe On the lower cell side, the space formed between the bottom member 311, the cell support plate 33 and the single cell has no fuel in the lower cell. A fuel gas introduction pipe 81 for introducing fuel gas into the pole 12 is opened (see FIG. 7). A fuel gas discharge pipe 82 for discharging fuel gas from this space is opened on the diagonal side of the opening of the fuel gas introduction pipe 81 in this space (see FIG. 7). Further, in the space formed between the cell support plate 33 and the single cell and the interconnector 312, an oxidizing gas introduction pipe 83 for introducing an oxidizing gas into the air electrode 13 of the lower cell is opened (see FIG. 8). Further, an oxidant gas discharge pipe 84 for discharging the oxidant gas from the space is opened on the diagonal side of the opening of the oxidant gas introduction pipe 83 in this space (see FIG. 8).

また、固体電解質形燃料電池101の上部セル側において、インターコネクタ312とセル支持板33及び単セルとの間に形成された空間には、上部セルの燃料極12に燃料ガスを導入するための燃料ガス導入管81が開口している(図7参照)。更に、この空間の燃料ガス導入管81の開口部の対角線側には、この空間から燃料ガスを排出するための燃料ガス排出管82が開口している(図7参照)。また、セル支持板33及び単セルと蓋部材313との間に形成された空間には、上部セルの空気極13に酸化ガスを導入するための酸化ガス導入管83が開口している(図8参照)。更に、この空間の酸化ガス導入管83の開口部の対角線側には、この空間から酸化ガスを排出するための酸化ガス排出管84が開口している(図8参照)。
尚、この燃料電池では、下部セルの下面に更に他のセルが積層された場合、底部材311はインターコネクタとして機能することになる。更に、上部セルの上面に更に他のセルが積層された場合、蓋部材313はインターコネクタとして機能することになる。
Further, on the upper cell side of the solid oxide fuel cell 101, a space formed between the interconnector 312 and the cell support plate 33 and the single cell is used for introducing fuel gas into the fuel electrode 12 of the upper cell. The fuel gas introduction pipe 81 is opened (see FIG. 7). Furthermore, a fuel gas discharge pipe 82 for discharging fuel gas from this space is opened on the diagonal side of the opening of the fuel gas introduction pipe 81 in this space (see FIG. 7). Further, an oxidizing gas introduction pipe 83 for introducing an oxidizing gas into the air electrode 13 of the upper cell is opened in the space formed between the cell support plate 33 and the single cell and the lid member 313 (FIG. 8). Further, an oxidant gas discharge pipe 84 for discharging the oxidant gas from this space is opened on the diagonal side of the opening of the oxidant gas introduction pipe 83 in this space (see FIG. 8).
In this fuel cell, when another cell is further stacked on the lower surface of the lower cell, the bottom member 311 functions as an interconnector. Further, when another cell is further laminated on the upper surface of the upper cell, the lid member 313 functions as an interconnector.

下部セル及び上部セルの各々に燃料ガス又は酸化ガスを導入し、又は排出するための各々の管は、底部材、蓋部材、インターコネクタ、セル支持板、燃料フレーム、空気フレーム及びセラミックフレームの所要個所にそれぞれ設けられた各々のガスの流路が接続されて一体に形成されたものであり、全体として本管に側管が取り付けられた構造となり、下部セル及び上部セルに燃料ガス又は酸化ガスが同時に導入され、且つ排出される。更に、燃料ガス導入管と燃料ガス排出管、及び酸化ガス導入管と酸化ガス排出管は、この実施例の場合は、燃料ガス及び酸化ガスがそれぞれ対角線方向に流通するような位置に取り付けられている。これにより、下部セル及び上部セルの各々の燃料極と燃料ガス、及び空気極と酸化ガスをそれぞれ効率よく接触させることができる。   Each pipe for introducing or discharging fuel gas or oxidant gas to each of the lower cell and the upper cell is required for the bottom member, lid member, interconnector, cell support plate, fuel frame, air frame and ceramic frame. Each gas flow path provided at each location is connected and integrally formed. As a whole, a side pipe is attached to the main pipe, and a fuel gas or an oxidizing gas is attached to the lower cell and the upper cell. Are simultaneously introduced and discharged. Further, in this embodiment, the fuel gas introduction pipe and the fuel gas discharge pipe, and the oxidant gas introduction pipe and the oxidant gas discharge pipe are attached at positions where the fuel gas and the oxidant gas circulate in a diagonal direction. Yes. Thereby, the fuel electrode and fuel gas of each of a lower cell and an upper cell, and an air electrode and oxidizing gas can each be made to contact efficiently.

(6)燃料電池からの電力の取り出し
この固体電解質形燃料電池101では、下部セルの空気極13は、集電材である白金メッシュ層7を介してインターコネクタ312と電気的に接続されている。また、インターコネクタ312は、集電材であるニッケルフェルト層6を介して上部セルの燃料極12と電気的に接続されている。このように下部セルと上部セルとは直列に接続されている。更に、燃料電池を所定の作動温度に昇温させ、燃料ガス導入管81に水素等の燃料ガスを導入して燃料極12と接触させ、酸化ガス導入管83に空気等の酸化ガスを導入して空気極13と接触させることにより、燃料極12と空気極13との間に起電力が生じ、この電力を外部に取り出すことにより発電装置として機能させることができる。電力は、燃料極側においては底部材311から取り出され、空気極側においては蓋部材313から取り出され、蓋部材と底部材との間で燃料電池全体の電力を取り出すことができる。
(6) Extraction of electric power from the fuel cell In the solid oxide fuel cell 101, the air electrode 13 of the lower cell is electrically connected to the interconnector 312 via the platinum mesh layer 7 as a current collector. The interconnector 312 is electrically connected to the fuel electrode 12 of the upper cell through the nickel felt layer 6 that is a current collector. Thus, the lower cell and the upper cell are connected in series. Further, the temperature of the fuel cell is raised to a predetermined operating temperature, a fuel gas such as hydrogen is introduced into the fuel gas introduction pipe 81 and brought into contact with the fuel electrode 12, and an oxidizing gas such as air is introduced into the oxidizing gas introduction pipe 83. By making contact with the air electrode 13, an electromotive force is generated between the fuel electrode 12 and the air electrode 13, and this power can be taken out to function as a power generator. The electric power is taken out from the bottom member 311 on the fuel electrode side, and taken out from the lid member 313 on the air electrode side, and the electric power of the entire fuel cell can be taken out between the lid member and the bottom member.

(7)開回路電圧及び燃料利用率の評価
この固体電解質形燃料電池101の燃料ガス導入管81から燃料ガスとして3質量%の水分を含有する水素ガスを導入し、酸化ガス導入管83から空気を導入して、下部セル及び上部セルの各々の開回路電圧を測定した。その結果、下部セルの開回路電圧は1.12V、上部セルの開回路電圧は1.10Vであり、ともに理論値に近く、Ag線材によりシールした個所も含め、ガスシールが十分になされていることが分かった。また、0.2A/cmの電流を取り出しながら水素の流量を変化させ、そのときの下部セル及び上部セルの各々の電圧を測定して燃料利用率を評価した。結果を図9に示す(△は下部セルの電圧、◇は上部セルの電圧である。)。図9によれば、90%を越える利用率にて評価することができた。これは、燃料ガス及び酸化ガスが漏洩せず、これらのガスが混ざり合っていないことを意味しており、これによってもガスシール性が良好であることが分かった。
(7) Evaluation of Open Circuit Voltage and Fuel Utilization Rate Hydrogen gas containing 3% by mass of water is introduced as a fuel gas from the fuel gas introduction pipe 81 of the solid oxide fuel cell 101, and air is supplied from the oxidation gas introduction pipe 83. The open circuit voltage of each of the lower cell and the upper cell was measured. As a result, the open circuit voltage of the lower cell is 1.12 V, and the open circuit voltage of the upper cell is 1.10 V, both of which are close to the theoretical values, and the gas sealing is sufficiently performed including the portion sealed with the Ag wire. I understood that. Moreover, the flow rate of hydrogen was changed while taking out a current of 0.2 A / cm 2 , and the voltage of each of the lower cell and the upper cell at that time was measured to evaluate the fuel utilization rate. The results are shown in FIG. 9 (Δ is the voltage of the lower cell, and ◇ is the voltage of the upper cell). According to FIG. 9, it was possible to evaluate at a utilization rate exceeding 90%. This means that the fuel gas and the oxidizing gas do not leak and these gases are not mixed with each other, and it has been found that the gas sealing performance is good.

実施例2
固体電解質形燃料電池102(図11〜13参照)は、実施例1の場合と同様の構成の2個の単セルを有し、底部材311[図11〜13で、この底部材311の下面に更にセルが配設された場合、底部材311はインターコネクタとして機能する。]と、燃料フレーム32との間に金属箔材22(図10参照)からなるガスシール部2を備える。また、第2インターコネクタ312と、空気フレーム34との間に同様の金属箔材からなるガスシール部2を備える。
Example 2
The solid oxide fuel cell 102 (see FIGS. 11 to 13) has two single cells having the same configuration as that of the first embodiment, and a bottom member 311 [the bottom surface of the bottom member 311 in FIGS. When the cells are further arranged, the bottom member 311 functions as an interconnector. ] And the fuel frame 32 are provided with the gas seal portion 2 made of the metal foil material 22 (see FIG. 10). Further, the gas seal part 2 made of the same metal foil material is provided between the second interconnector 312 and the air frame 34.

更に、この固体電解質形燃料電池102では、ガスシール部2は、インターコネクタ312と燃料フレーム32との間、及び蓋部材313[図11〜13で、この蓋部材313の上面に更にセルが配設された場合、蓋部材313はインターコネクタとして機能する。]と、空気フレーム34との間に上記と同様の金属箔材を用いて設けられている。このようにして、底部材、蓋部材及びインターコネクタと、それぞれの燃料フレーム及び/又は空気フレームとの間にガスシール部2が設けられている。   Further, in this solid oxide fuel cell 102, the gas seal portion 2 includes a cell disposed between the interconnector 312 and the fuel frame 32, and a lid member 313 (see FIGS. 11 to 13, further cells are disposed on the upper surface of the lid member 313. When provided, the lid member 313 functions as an interconnector. ] And the air frame 34 using the same metal foil material as described above. In this way, the gas seal portion 2 is provided between the bottom member, the lid member, and the interconnector, and the respective fuel frame and / or air frame.

下記のようにして固体電解質形燃料電池を製造した。
(1)単セルの作製
実施例1における固体電解質形燃料電池101の製造における(1)〜(3)と同様にして2個の単セルを作製した。
A solid oxide fuel cell was produced as follows.
(1) Production of single cell Two single cells were produced in the same manner as (1) to (3) in the production of the solid oxide fuel cell 101 in Example 1.

(2)固体電解質形燃料電池の製造
上記(1)において作製した2個の単セルが、ガス流路を有するセパレータ等を介して、又はこのセパレータを用いて積層された燃料極支持型であり、且つ内部マニホールドタイプの固体電解質形燃料電池102を製造した。
以下、図10〜13を用いて説明する。
図10は、ガスシール部2の形成に用いた金属箔材からなる金属シール材の平面図である。この金属箔材22は、厚さ50μmのSUS430からなるステンレス鋼フレーム(芯材)の表裏面に厚さ50μmのAgめっき(被覆層)が施されてなり、全厚さは150μmである。この金属箔材22には、燃料ガス又は酸化ガスを流通させるための中央開口部221と、2個の燃料ガス又は酸化ガス隔離用開口部222が設けられている。また、インターコネクタとの相対的な位置決めを正確にするための位置決め用外周部223が設けられている。この位置決め用外周部223はインターコネクタの外周に重なる外周を有しており、正確に、且つ容易にセパレータの位置決めをすることができる。
(2) Manufacture of a solid electrolyte fuel cell The fuel cell support type in which the two single cells prepared in (1) above are stacked through or using a separator having a gas flow path. An internal manifold type solid oxide fuel cell 102 was manufactured.
Hereinafter, a description will be given with reference to FIGS.
FIG. 10 is a plan view of a metal seal material made of a metal foil material used for forming the gas seal portion 2. This metal foil material 22 is obtained by applying 50 μm thick Ag plating (coating layer) to the front and back surfaces of a stainless steel frame (core material) made of SUS430 having a thickness of 50 μm, and the total thickness is 150 μm. The metal foil material 22 is provided with a central opening 221 for allowing a fuel gas or an oxidizing gas to flow therethrough and two fuel gas or oxidizing gas isolating openings 222. In addition, a positioning outer peripheral portion 223 is provided for accurately positioning relative to the interconnector. The positioning outer peripheral portion 223 has an outer periphery that overlaps with the outer periphery of the interconnector, and can position the separator accurately and easily.

図11は、固体電解質形燃料電池202を分解し、ガス流路を有するセパレータ(底部材、蓋部材、インターコネクタ、燃料フレーム及び空気フレーム)及び金属箔材等を模式的に示す斜視図である。更に、図12は、図11において燃料ガス導入管81及び燃料ガス排出管82が形成されている断面をみた模式図である。図13は、図11において酸化ガス導入管83及び酸化ガス排出管84が形成されている断面をみた模式図である。
この固体電解質形燃料電池102は、各々1個の単セルを有する上部セル及び下部セルが積層されて形成されている。上部セル及び下部セルの各々の構造は実施例1の固体電解質形燃料電池101の場合と同様である。また、上部セル及び下部セルのそれぞれが有する、燃料フレーム32、セル支持板33及び空気フレーム34の各々の材質、並びに底部材311、インターコネクタ312及び蓋部材313の材質も実施例1の固体電解質形燃料電池101の場合と同様である。
FIG. 11 is a perspective view schematically showing a separator (bottom member, lid member, interconnector, fuel frame and air frame) having a gas flow path, a metal foil material, etc., by disassembling the solid oxide fuel cell 202. . Further, FIG. 12 is a schematic view showing a cross section in which the fuel gas introduction pipe 81 and the fuel gas discharge pipe 82 are formed in FIG. FIG. 13 is a schematic view of a cross section in which the oxidizing gas introduction pipe 83 and the oxidizing gas discharge pipe 84 are formed in FIG.
The solid oxide fuel cell 102 is formed by laminating an upper cell and a lower cell each having one single cell. The structure of each of the upper cell and the lower cell is the same as that of the solid oxide fuel cell 101 of the first embodiment. Further, the materials of the fuel frame 32, the cell support plate 33, and the air frame 34, and the materials of the bottom member 311, the interconnector 312 and the lid member 313 included in each of the upper cell and the lower cell are the solid electrolyte of the first embodiment. This is the same as in the case of the fuel cell 101.

更に、実施例1の固体電解質形燃料電池101の場合と同様に、燃料フレーム32とセル支持板33、セル支持板33とセラミックフレーム4及びセラミックフレーム4と空気フレーム34、をそれぞれNi系金属ロウ材を使用し、真空雰囲気下、ロウ付けすることにより、接合部5を形成した。また、この固体電解質形燃料電池102では、底部材311と下部セルの燃料フレーム32との間、下部セルの空気フレーム34とインターコネクタ312との間、インターコネクタ312と上部セルの燃料フレーム32との間、及び上部セルの空気フレーム34と蓋部材313との間は、上記(2)に記載の金属箔材22を用いてガスシールし、ガスシール部2を形成した。   Further, as in the case of the solid oxide fuel cell 101 of the first embodiment, the fuel frame 32 and the cell support plate 33, the cell support plate 33 and the ceramic frame 4, and the ceramic frame 4 and the air frame 34 are respectively connected to the Ni-based metal braze. The joint part 5 was formed by using a material and brazing in a vacuum atmosphere. Further, in the solid oxide fuel cell 102, the bottom member 311 and the lower cell fuel frame 32, the lower cell air frame 34 and the interconnector 312, the interconnector 312 and the upper cell fuel frame 32, and the like. And between the air frame 34 of the upper cell and the lid member 313 were gas-sealed using the metal foil material 22 described in the above (2) to form the gas seal portion 2.

ガスシール部2は、実施例1と同様にして、底部材311と、この底部材311の上面に載置された金属箔材22と、下部セル用の積層体と、この下部セル用の積層体の上面に載置された金属箔材22と、インターコネクタ312と、このインターコネクタ312の上面に載置された金属箔材22と、上部セル用の積層体と、この上部セル用の積層体の上面に載置された金属箔材22と、蓋部材313とを積層し、その後、同様にして押圧力を加えて形成した。このようにして、底部材311から蓋部材313までの全体を一体に固定し、固体電解質形燃料電池102を製造した。   In the same manner as in Example 1, the gas seal portion 2 includes a bottom member 311, a metal foil material 22 placed on the top surface of the bottom member 311, a laminated body for the lower cell, and a laminated body for the lower cell. The metal foil material 22 placed on the upper surface of the body, the interconnector 312, the metal foil material 22 placed on the upper surface of the interconnector 312, the laminate for the upper cell, and the laminate for the upper cell The metal foil material 22 placed on the upper surface of the body and the lid member 313 were laminated, and then formed by applying a pressing force in the same manner. In this way, the entire structure from the bottom member 311 to the lid member 313 was fixed integrally, and the solid oxide fuel cell 102 was manufactured.

(3)燃料ガス導入管又は燃料ガス排出管、及び酸化ガス導入管又は酸化ガス排出管
固体電解質形燃料電池102では、下部セルにおいて、底部材311と、セル支持板33及び単セルとの間の空間に、下部セルの燃料極12に燃料ガスを導入するための燃料ガス導入用流路が形成され、この流路と、上部セルにおいて、インターコネクタ312と、セル支持板33及び単セルとの間の空間に形成された、上部セルの燃料極12に燃料ガスを導入するための燃料ガス導入用流通路と、が連続した流路となるように燃料ガス導入管81が設けられている。また、これらの空間の各々の流路と対向する側には、これらの空間から燃料ガスを排出するための燃料ガス排出管82が、下部セルにおける流路と、上部セルにおける流路とが連続した流路となるように設けられている。
(3) Fuel gas introduction pipe or fuel gas discharge pipe, and oxidizing gas introduction pipe or oxidizing gas discharge pipe In the solid oxide fuel cell 102, in the lower cell, between the bottom member 311 and the cell support plate 33 and the single cell. In this space, a fuel gas introduction flow path for introducing fuel gas into the fuel electrode 12 of the lower cell is formed. In this flow path, the upper cell, the interconnector 312, the cell support plate 33, and the single cell are formed. A fuel gas introduction pipe 81 is provided so that a flow path for introducing fuel gas into the fuel electrode 12 of the upper cell formed in the space between the two becomes a continuous flow path. . Further, on the side of each space facing the flow path, a fuel gas discharge pipe 82 for discharging fuel gas from these spaces is connected to the flow path in the lower cell and the flow path in the upper cell. It is provided so that it may become a flow path.

更に、下部セルにおいて、セル支持板33及び単セルと、インターコネクタ312との間の空間に、下部セルの空気極13に酸化ガスを導入するための酸化ガス導入用流路が形成され、この流路と、上部セルにおいて、セル支持板33及び単セルと、蓋部材313との間の空間に形成された、上部セルの空気極13に酸化ガスを導入するための酸化ガス導入用流路と、が連続した流路となるように酸化ガス導入管83が設けられている。また、これらの空間の各々の流路と対向する側には、これらの空間から酸化ガスを排出するための酸化ガス排出管84が、下部セルにおける流路と上部セルにおける流路とが連続した流路となるように設けられている。   Further, in the lower cell, an oxidizing gas introduction channel for introducing an oxidizing gas into the air electrode 13 of the lower cell is formed in a space between the cell support plate 33 and the single cell and the interconnector 312. In the upper channel, the oxidizing gas introduction channel for introducing the oxidizing gas into the air electrode 13 of the upper cell, which is formed in the space between the cell support plate 33 and the single cell and the lid member 313. Are provided with an oxidizing gas introduction pipe 83 so as to form a continuous flow path. In addition, an oxidizing gas discharge pipe 84 for discharging the oxidizing gas from these spaces is provided on the side facing each flow path of these spaces, and the flow path in the lower cell and the flow path in the upper cell are continuous. It is provided so that it may become a flow path.

下部セル及び上部セルの各々に燃料ガス又は酸化ガスを導入し、又は排出するための各々の流路は、底部材、蓋部材、インターコネクタ、セル支持板、燃料フレーム、空気フレーム及びセラミックフレームの所要個所にそれぞれ設けられた各々のガスの流路が接続されて一体に形成されたものであり、下部セル及び上部セルに燃料ガス又は酸化ガスが同時に導入され、且つ排出される。また、燃料ガスは、底部材311に設けられた燃料ガス導入管81の開口部から導入され、対角線方向に設けられた燃料ガス排出管82の開口部から排出される(図12参照)。また、酸化ガスは、蓋部材313に設けられた酸化ガス導入管83の開口部から導入され、対角線方向に設けられた酸化ガス排出管84の開口部から排出される(図13参照)。   Each flow path for introducing or discharging fuel gas or oxidant gas to each of the lower cell and the upper cell includes a bottom member, a lid member, an interconnector, a cell support plate, a fuel frame, an air frame, and a ceramic frame. Each gas flow path provided at a required location is connected and integrally formed, and fuel gas or oxidizing gas is simultaneously introduced into and discharged from the lower cell and the upper cell. Further, the fuel gas is introduced from the opening of the fuel gas introduction pipe 81 provided in the bottom member 311 and discharged from the opening of the fuel gas discharge pipe 82 provided in the diagonal direction (see FIG. 12). Further, the oxidizing gas is introduced from the opening of the oxidizing gas introduction pipe 83 provided in the lid member 313, and is discharged from the opening of the oxidizing gas discharge pipe 84 provided in the diagonal direction (see FIG. 13).

(4)燃料電池からの電力の取り出し及び開回路電圧及び燃料利用率の評価
この固体電解質形燃料電池102では、実施例1の固体電解質形燃料電池101の場合と同様にして、蓋部材と底部材との間で燃料電池全体の電力を取り出すことができる。また、同様にして下部セル及び上部セルの各々の開回路電圧を測定したところ、下部セルの開回路電圧は1.11V、上部セルの開回路電圧は1.10Vであり、ともに理論値に近く、金属箔材によりシールした個所も含め、ガスシールが十分になされていることが分かった。更に、同様にして評価した燃料利用率を図14に示す(△は下部セルの電圧、◇は上部セルの電圧である。)。図14によれば、90%を越える利用率にて評価することができた。これは、燃料ガス及び酸化ガスが漏洩せず、これらのガスが混ざり合っていないことを意味しており、これによってもガスシール性が良好であることが分かった。
(4) Extraction of electric power from fuel cell and evaluation of open circuit voltage and fuel utilization rate In the solid oxide fuel cell 102, the lid member and the bottom portion are the same as in the case of the solid oxide fuel cell 101 of Example 1. The power of the entire fuel cell can be taken out from the material. Similarly, when the open circuit voltages of the lower cell and the upper cell were measured, the open circuit voltage of the lower cell was 1.11 V, and the open circuit voltage of the upper cell was 1.10 V, both of which were close to theoretical values. It was found that gas sealing was sufficiently performed including the part sealed with the metal foil material. Further, the fuel utilization rate evaluated in the same manner is shown in FIG. 14 (Δ is the voltage of the lower cell, and ◇ is the voltage of the upper cell). According to FIG. 14, it was possible to evaluate at a utilization rate exceeding 90%. This means that the fuel gas and the oxidizing gas do not leak and these gases are not mixed with each other, and it has been found that the gas sealing performance is good.

尚、本発明では上記の実施例に限られず、目的、用途等によって本発明の範囲内において種々変更した実施例とすることができる。例えば、セルの平面形状は、長方形、円形及び楕円形等とすることができ、同様の平面形状を有する固体電解質形燃料電池とすることができる。また、燃料ガス導入管と燃料ガス排出管、及び酸化ガス導入管と酸化ガス排出管は、それぞれ管ではなくスリット状にすることもでき、導入スリットと排出スリットの各々を単セルを挟んで対向する位置に配設することで、下部セル及び上部セルのそれぞれの燃料極と燃料ガス、及び空気極と酸化ガスを効率よく接触させることもできる。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the present invention depending on the purpose, application, and the like. For example, the planar shape of the cell can be a rectangle, a circle, an ellipse, or the like, and a solid oxide fuel cell having a similar planar shape can be obtained. In addition, the fuel gas introduction pipe and the fuel gas discharge pipe, and the oxidant gas introduction pipe and the oxidant gas discharge pipe can each be formed in a slit shape instead of a pipe, and the introduction slit and the discharge slit are opposed to each other with a single cell interposed therebetween. By disposing at the positions, the fuel electrode of each of the lower cell and the upper cell and the fuel gas, and the air electrode and the oxidizing gas can be efficiently contacted.

この燃料電池は、燃料フレーム32と、セル支持板33と、空気フレーム34と、単セルとを備える構造体、即ち、セル、がインターコネクタを介して、通常、2個以上(上記の実施例1、2では、下部セルと上部セルの2個のセル)備える。この構造体の個数は目的、用途等によって設定することができ、特に限定されないが、10〜250個とすることができる。2個以上の構造体を備える燃料電池では、各々のセルはインターコネクタを介して積層されて接続されており、n個の構造体が積層されて接続されている場合、インターコネクタの枚数はn−1個となり、1個目のセルの下面には底部材が積層され、n+1個目のセルの上面には蓋部材が積層されることになる。   In this fuel cell, usually, two or more structures (ie, cells) having a fuel frame 32, a cell support plate 33, an air frame 34, and a single cell are connected via an interconnector (the above-described embodiment). 1 and 2, two cells, a lower cell and an upper cell). The number of the structures can be set according to the purpose, application, etc., and is not particularly limited, but can be 10 to 250. In a fuel cell having two or more structures, each cell is stacked and connected via an interconnector. When n structures are stacked and connected, the number of interconnectors is n. The bottom member is laminated on the lower surface of the first cell, and the lid member is laminated on the upper surface of the (n + 1) th cell.

更に、金属線材は、燃料フレーム32及び空気フレーム34等の内周縁、並びに燃料ガス導入管81、燃料ガス排出管82、酸化ガス導入管83及び酸化ガス排出管84の開口面の周囲等に設けられた溝部に配設されるが、例えば、実施例1の場合を図示した図1では、図において下側の空気フレーム34の他面側に配設された金属線材21は、空気フレーム34の内周縁と、酸化ガス導入管83及び酸化ガス排出管84の開口面の各々の周囲とで一体であり、燃料ガス導入管81及び燃料ガス排出管82の開口面のそれぞれの周囲は別体である。燃料フレーム32及び空気フレーム34の内周縁に配設される金属線材と、燃料ガス導入管81、燃料ガス排出管82、酸化ガス導入管83及び酸化ガス排出管84の開口面の周囲に配設される金属線材とは別体でもよく、連続した一体のものであってもよい。   Further, the metal wire is provided around the inner peripheral edges of the fuel frame 32 and the air frame 34, and around the opening surfaces of the fuel gas introduction pipe 81, the fuel gas discharge pipe 82, the oxidation gas introduction pipe 83, and the oxidation gas discharge pipe 84. For example, in FIG. 1 illustrating the case of Example 1, the metal wire 21 disposed on the other surface side of the lower air frame 34 in FIG. The inner peripheral edge is integrally formed with the surroundings of the opening surfaces of the oxidizing gas introduction pipe 83 and the oxidizing gas discharge pipe 84, and the surroundings of the opening faces of the fuel gas introduction pipe 81 and the fuel gas discharge pipe 82 are separate. is there. The metal wire disposed on the inner periphery of the fuel frame 32 and the air frame 34, and the periphery of the opening surfaces of the fuel gas introduction pipe 81, the fuel gas discharge pipe 82, the oxidizing gas introduction pipe 83, and the oxidizing gas discharge pipe 84 It may be a separate body from the metal wire to be formed, or may be a continuous and integral one.

また、金属箔材22は、インターコネクタ等のセパレータの表面に、単セルを取り囲むように配設され、且つ燃料ガス導入管、燃料ガス排出管、酸化ガス導入管及び酸化ガス排出管のそれぞれが開口している部分の周囲に配設されている。実施例2では、各々の位置に配設される金属箔材22は、一体のものであるが、金属箔材は、複数の別個の金属箔材がそれぞれの端部が接触し、一体となるようにして配設されたものでもよい。更に、実施例2では、一体の金属箔材22が、単セルを取り囲むように配設され、且つ各々の流路が開口している部分の周囲に配設されているが、単セルを取り囲むように配設される金属箔材と、それぞれの流路が開口している部分の周囲に配設される金属箔材とは別体でもよい。この金属箔材は、取り扱い易さ及び所定箇所への配設のし易さ等の観点からは、実施例2のように、一体のものであることが好ましい。   Further, the metal foil material 22 is disposed on the surface of a separator such as an interconnector so as to surround the single cell, and each of the fuel gas introduction pipe, the fuel gas discharge pipe, the oxidizing gas introduction pipe, and the oxidizing gas discharge pipe is provided. It is arrange | positioned around the part which is opening. In the second embodiment, the metal foil material 22 disposed at each position is an integral one, but the metal foil material is integrated with a plurality of separate metal foil materials at their respective end portions in contact with each other. It may be arranged in this way. Furthermore, in Example 2, the integral metal foil material 22 is disposed so as to surround the single cell, and is disposed around the portion where each flow path is open, but surrounds the single cell. The metal foil material arranged in this manner and the metal foil material arranged around the portion where each flow path is open may be separate. This metal foil material is preferably an integral one as in Example 2 from the viewpoint of ease of handling and ease of disposition at a predetermined location.

ガスシール部2は、底部材311と燃料フレーム32との間等に設けられ、このガスシール部2によって、燃料ガス導入管81及び燃料ガス排出管82からの燃料ガスの漏洩、並びに燃料フレーム32の内部空間から外部への燃料ガスの漏洩が防止される。また、ガスシール部2は、インターコネクタ312と空気フレーム34との間等に設けられ、このガスシール部2によって、酸化ガス導入管83及び酸化ガス排出管84からの酸化ガスの漏洩、並びに空気フレーム34の内部空間から外部への酸化ガスの漏洩が防止される。このガスシール部2は、実施例1、2では、底部材及びインターコネクタと燃料フレームとの間、及びインターコネクタ及び蓋部材と空気フレームとの間、の両方に設けられているが、いずれか一方に設けることもできる。このガスシール部2は、実施例1、2のように、底部材及びインターコネクタと燃料フレームとの間、及び蓋部材及びインターコネクタと空気フレームの間、の各々に設けることが好ましい。   The gas seal portion 2 is provided between the bottom member 311 and the fuel frame 32, and the gas seal portion 2 leaks fuel gas from the fuel gas introduction pipe 81 and the fuel gas discharge pipe 82, and the fuel frame 32. Leakage of fuel gas from the internal space to the outside is prevented. Further, the gas seal portion 2 is provided between the interconnector 312 and the air frame 34, etc., and the gas seal portion 2 causes leakage of oxidizing gas from the oxidizing gas introduction pipe 83 and the oxidizing gas discharge pipe 84 and air. Leakage of oxidizing gas from the internal space of the frame 34 to the outside is prevented. In the first and second embodiments, the gas seal portion 2 is provided both between the bottom member and the interconnector and the fuel frame, and between the interconnector and the lid member and the air frame. It can also be provided on one side. As in the first and second embodiments, the gas seal portion 2 is preferably provided between the bottom member and the interconnector and the fuel frame, and between the lid member and the interconnector and the air frame.

ガスシール部2は、セパレータの少なくとも一面に設けられた線状凸部3122の表面に配設された金属層3122(a)(図17、19参照)からなる金属シール材が押圧されて形成されたものでもよい(図18、20参照)。また、線状凸部が設けられていないセパレータの、線状凸部に対向する面は平板であってもよく(図19、20参照)、溝部341が設けられていてもよいが(図17、18参照)、特に溝部を設ける必要はない。溝部341が設けられている場合、このガスシール部2は、溝部の底部の一部に押圧され、変形した金属層が密着された形態で形成されておればよい(図18参照)。この変形した金属層は溝部の全体に充填されていてもよく、更には溝部から溢れ出ていてもよいが、特にその必要はない。   The gas seal portion 2 is formed by pressing a metal seal material made of a metal layer 3122 (a) (see FIGS. 17 and 19) disposed on the surface of the linear protrusion 3122 provided on at least one surface of the separator. (See FIGS. 18 and 20). Further, the surface of the separator that is not provided with the linear convex portion may be a flat plate (see FIGS. 19 and 20) or may be provided with a groove portion 341 (see FIG. 17). 18), it is not necessary to provide a groove. In the case where the groove portion 341 is provided, the gas seal portion 2 may be formed in a form in which the deformed metal layer is brought into close contact with the bottom portion of the groove portion (see FIG. 18). The deformed metal layer may be filled in the entire groove portion or may overflow from the groove portion, but this is not particularly necessary.

線状凸部の断面形状及び寸法等は特に限定されず、断面形状は、半円形、半楕円形、並びに三角形及び四角形等の多角形などとすることができる。この断面形状は、半円形又は半楕円形であることが好ましい。   The cross-sectional shape, dimensions, and the like of the linear protrusions are not particularly limited, and the cross-sectional shape can be a semicircle, a semi-elliptical shape, a polygon such as a triangle and a quadrangle, and the like. This cross-sectional shape is preferably semicircular or semielliptical.

金属層は、線状凸部の表面をめっき、スクリーン印刷及び蒸着等の方法によって被覆することで形成することができる。また、線状凸部の表面に金属箔を配設することで形成することもできる。この金属層の材質は特に限定されないが、押圧により変形し、ガスシール部2が形成され易い金属からなることが好ましい。このような金属としては、金属材料として記載した前記の金属及び合金が挙げられる。これらの金属又は合金であれば、形成されたガスシール部2によるガスシールが十分になされ、燃料ガス及び酸化ガスの漏洩が防止される。更に、金属層は、展延性に優れたAg、Cu、又はAg及びCuのうちの少なくとも一方を0.5質量%以上、特に30質量%以上、更に60質量%(通常、80質量%以下)含有する合金からなることが特に好ましい。   The metal layer can be formed by coating the surface of the linear convex portion by a method such as plating, screen printing, and vapor deposition. Moreover, it can also form by arrange | positioning metal foil on the surface of a linear convex part. The material of the metal layer is not particularly limited, but is preferably made of a metal that is deformed by pressing and is easy to form the gas seal portion 2. Examples of such metals include the metals and alloys described above as metal materials. If these metals or alloys are used, gas sealing by the formed gas seal portion 2 is sufficiently performed, and leakage of fuel gas and oxidizing gas is prevented. Furthermore, the metal layer is made of Ag, Cu, or Ag and Cu having excellent spreadability, 0.5% by mass or more, particularly 30% by mass or more, and further 60% by mass (usually 80% by mass or less). It is particularly preferable that the alloy is contained.

金属層は、通常、常温(例えば、20〜35℃)において押圧することで変形させることができるが、その融解温度より低い温度域に昇温させて押圧することが好ましい。   Usually, the metal layer can be deformed by pressing at normal temperature (for example, 20 to 35 ° C.), but it is preferable that the metal layer is heated to a temperature range lower than its melting temperature and pressed.

線状凸部及び金属層は、セパレータの表面に、単セルを取り囲むように形成される。また、燃料ガス導入管、燃料ガス排出管、酸化ガス導入管及び酸化ガス排出管の各々の開口面の周囲等に形成される。各々の位置に形成される線状凸部及び金属層は、連続した一体のものとして形成される。また、単セルを取り囲むように形成される線状凸部及び金属層と、燃料ガス導入管、燃料ガス排出管、酸化ガス導入管及び酸化ガス排出管の各々の開口面の周囲等に形成される線状凸部及び金属層とは別体でもよく、連続した一体のものであってもよい。   The linear protrusion and the metal layer are formed on the surface of the separator so as to surround the single cell. Further, it is formed around the opening surface of each of the fuel gas introduction pipe, the fuel gas discharge pipe, the oxidation gas introduction pipe, and the oxidation gas discharge pipe. The linear protrusions and the metal layer formed at each position are formed as a continuous and integral one. Further, it is formed around the linear protrusions and the metal layer formed so as to surround the single cell, and around the opening surfaces of the fuel gas introduction pipe, the fuel gas discharge pipe, the oxidizing gas introduction pipe, and the oxidizing gas discharge pipe. The linear protrusions and the metal layer may be separate from each other, or may be a continuous integral body.

更に、この燃料電池は、セル支持板を有さない構造とすることもできる。例えば、固体電解質層の一面に、この固体電解質層より面積の小さい燃料極を設け、固体電解質層の他面に、この固体電解質層より面積の小さい空気極を設け、且つ固体電解質層に燃料ガス又は酸化ガスを流通させるための開口部を形成した構造とすることもできる。この場合、固体電解質層の一面及び他面に、ガス流路を有するセパレータをインターコネクタとして積層し、セパレータと固体電解質層の一面との間に、図15のような平面形状の金属箔材からなる金属シール材、また、セパレータと固体電解質層の他面との間に、図16のような平面形状の金属箔材からなる金属シール材を、配設し、その後、それぞれの単セルを積層し、燃料電池とすることができる。この構造では、必要に応じて、セパレータと固体電解質層との間に、燃料フレーム及び空気フレームを介装させることもできる。更に、セパレータと燃料極及び空気極との間に、集電材としてニッケルフェルト及び白金メッシュ等を介装させて、隣接する単セル間が電気的により確実に接続されるようにすることもできる。   Furthermore, this fuel cell can also be made into a structure which does not have a cell support plate. For example, a fuel electrode having a smaller area than the solid electrolyte layer is provided on one surface of the solid electrolyte layer, an air electrode having a smaller area than the solid electrolyte layer is provided on the other surface of the solid electrolyte layer, and a fuel gas is provided in the solid electrolyte layer. Or it can also be set as the structure which formed the opening part for distribute | circulating oxidizing gas. In this case, a separator having a gas flow path is laminated as an interconnector on one surface and the other surface of the solid electrolyte layer, and a planar metal foil material as shown in FIG. 15 is interposed between the separator and one surface of the solid electrolyte layer. A metal sealing material made of a planar metal foil material as shown in FIG. 16 is disposed between the separator and the other surface of the solid electrolyte layer, and then each single cell is laminated. And it can be set as a fuel cell. In this structure, if necessary, a fuel frame and an air frame can be interposed between the separator and the solid electrolyte layer. Furthermore, nickel felt, platinum mesh, or the like may be interposed as a current collector between the separator, the fuel electrode, and the air electrode, so that adjacent single cells can be more reliably connected electrically.

実施例1の固体電解質形燃料電池を分解し、インターコネクタ等を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which decomposes | disassembles the solid oxide form fuel cell of Example 1, and shows an interconnector etc. typically. 金属部材に設けられた溝部と、この溝部に配設された金属線材との断面を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the cross section of the groove part provided in the metal member, and the metal wire arrange | positioned in this groove part. 図2の金属線材が押圧されて金属シール材によりガスシール部が形成された状態を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the state by which the metal wire of FIG. 2 was pressed and the gas seal part was formed with the metal sealing material. シールされる金属部材のいずれにも溝部が設けられ、この溝部に金属線材が配設された状態を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the state by which the groove part was provided in all the metal members to be sealed, and the metal wire was arrange | positioned in this groove part. 図4の金属線材が押圧されて金属シール材によりガスシール部が形成された状態を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the state by which the metal wire of FIG. 4 was pressed and the gas seal part was formed with the metal sealing material. 実施例1の固体電解質形燃料電池の外観を示す斜視図である。1 is a perspective view showing an appearance of a solid oxide fuel cell of Example 1. FIG. 図6の固体電解質形燃料電池のA−A断面を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the AA cross section of the solid electrolyte form fuel cell of FIG. 図6の固体電解質形燃料電池のB−B断面を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the BB cross section of the solid oxide fuel cell of FIG. 実施例1の固体電解質形燃料電池動作させた場合の燃料利用率と出力電圧との相関を示すグラフである。2 is a graph showing the correlation between the fuel utilization rate and the output voltage when the solid oxide fuel cell of Example 1 is operated. 金属シール材が金属箔材であり、インターコネクタ等との相対的な位置決めができるような平面形状を有している金属箔材の一例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of the metal foil material which is a metal foil material, and has a planar shape which can be positioned relatively with an interconnector etc. 金属シール材として図10に示す金属箔材を用いた実施例2の固体電解質形燃料電池を分解し、インターコネクタ等を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which decomposes | disassembles the solid oxide form fuel cell of Example 2 using the metal foil material shown in FIG. 10 as a metal sealing material, and shows an interconnector etc. typically. 図11の固体電解質形燃料電池において燃料ガス導入管及び燃料ガス排出管が形成されている断面をみた模式図である。It is the schematic diagram which looked at the cross section in which the fuel gas introduction pipe | tube and the fuel gas discharge pipe | tube are formed in the solid oxide fuel cell of FIG. 図11の固体電解質形燃料電池において酸化ガス導入管及び酸化ガス排出管が形成されている断面をみた模式図である。It is the schematic diagram which looked at the cross section in which the oxidizing gas introduction pipe | tube and the oxidizing gas discharge pipe | tube are formed in the solid oxide fuel cell of FIG. 実施例2の固体電解質形燃料電池動作させた場合の燃料利用率と出力電圧との相関を示すグラフである。It is a graph which shows the correlation of the fuel utilization rate at the time of making the solid oxide fuel cell operation | movement of Example 2 operate | move, and an output voltage. 金属シール材が金属箔材であり、インターコネクタ等との相対的な位置決めができるような平面形状を有している金属箔材の他の例を示す平面図である。It is a top view which shows the other example of the metal foil material which a metal sealing material is a metal foil material, and has a planar shape which can perform relative positioning with an interconnector etc. 金属シール材が金属箔材であり、インターコネクタ等との相対的な位置決めができるような平面形状を有している金属箔材の更に他の例を示す平面図である。It is a top view which shows the further another example of the metal foil material which has a planar shape in which a metal sealing material is a metal foil material and can be positioned relatively with an interconnector or the like. 一方の金属部材に設けられた線状凸部と、この線状凸部に被覆された金属層と、他方の金属部材に設けられた溝部の断面を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the cross section of the linear convex part provided in one metal member, the metal layer coat | covered by this linear convex part, and the groove part provided in the other metal member. 図17の金属層が押圧されて金属シール材によりガスシール部が形成された状態を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the state by which the metal layer of FIG. 17 was pressed and the gas seal part was formed with the metal sealing material. 一方の金属部材に設けられた線状凸部と、この線状凸部に被覆された金属層と、他方の金属部材の断面を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the cross section of the linear convex part provided in one metal member, the metal layer coat | covered by this linear convex part, and the other metal member. 図19の金属層が押圧されて金属シール材によりガスシール部が形成された状態を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the state by which the metal layer of FIG. 19 was pressed and the gas seal part was formed with the metal sealing material.

符号の説明Explanation of symbols

101、102;固体電解質形燃料電池セル、11;固体電解質層、12;燃料極、13;空気極、2;ガスシール部、21;金属線材、22;金属箔材、221;中央開口部、222;燃料ガス又は酸化ガス隔離用開口部、223;位置決め用外周部、2241;燃料ガス流通用開口部、2242;燃料ガス隔離用開口部、2251;酸化ガス流通用開口部、2252;酸化ガス隔離用開口部、226;位置決め用爪部、311;底部材、312;インターコネクタ、3121;インターコネクタに設けられた溝部、3122;インターコネクタに設けられた線状凸部、3122(a);線状凸部を被覆する金属層、313;蓋部材、32;燃料フレーム、33;セル支持板、34;空気フレーム、341;空気フレームに設けられた溝部、4;セラミックフレーム、5;接合部、6;ニッケルフェルト層、7;白金メッシュ層、81;燃料ガス導入管、82;燃料ガス排出管、83;酸化ガス導入管、84;酸化ガス排出管。   101, 102; solid electrolyte fuel cell, 11; solid electrolyte layer, 12; fuel electrode, 13; air electrode, 2; gas seal part, 21; metal wire, 22; metal foil material, 221; 222; opening for separating fuel gas or oxidizing gas, 223; outer periphery for positioning, 2241; opening for circulating fuel gas, 2242; opening for separating fuel gas, 2251; opening for circulating oxygen gas, 2252; oxidizing gas Isolation opening, 226; positioning claw, 311; bottom member, 312; interconnector, 3121; groove provided in the interconnector, 3122; linear protrusion provided in the interconnector, 3122 (a); Metal layer covering the linear convex portion, 313; lid member, 32; fuel frame, 33; cell support plate, 34; air frame, 341; groove provided in the air frame 4; ceramic frame, 5; junction 6; nickel felt layer, 7; platinum mesh layer, 81; fuel gas inlet, 82; fuel gas exhaust pipe, 83; oxidizing gas inlet, 84; oxidant gas exhaust pipe.

Claims (8)

固体電解質層、該固体電解質層の一面に設けられた燃料極及び該固体電解質層の他面に設けられた空気極を有する複数の単セルと、
該単セル間に設けられたセパレータと、
該ガス流路を有するセパレータの少なくとも一面に配設された金属シール材からなるガスシール部と、を備える固体電解質形燃料電池。
A plurality of single cells having a solid electrolyte layer, a fuel electrode provided on one surface of the solid electrolyte layer, and an air electrode provided on the other surface of the solid electrolyte layer;
A separator provided between the single cells;
A solid oxide fuel cell comprising: a gas seal portion made of a metal seal material disposed on at least one surface of a separator having the gas flow path.
上記金属シール材が金属箔材である請求項1に記載の固体電解質形燃料電池。 2. The solid electrolyte fuel cell according to claim 1, wherein the metal sealing material is a metal foil material. 上記金属シール材が金属線材である請求項1に記載の固体電解質形燃料電池。 2. The solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein the metal sealing material is a metal wire. 上記セパレータに溝部が形成されている請求項1乃至3のうちのいずれか1項に記載の固体電解質形燃料電池。 The solid oxide fuel cell according to any one of claims 1 to 3, wherein a groove is formed in the separator. 上記金属シール材は、Ag、Au、Cu、Ni、Pt、又はAg、Au、Cu、Ni及びPtのうちの少なくとも1種を0.5質量%以上含有する合金である請求項1乃至4のうちのいずれか1項に記載の固体電解質形燃料電池。 The metal sealing material is an alloy containing 0.5% by mass or more of Ag, Au, Cu, Ni, Pt or at least one of Ag, Au, Cu, Ni, and Pt. The solid oxide fuel cell of any one of them. 上記金属シール材は、芯材と、該芯材の表面に設けられた被覆層とからなり、該被覆層は、Ag、Au、Cu、Ni、Pt、又はAg、Au、Cu、Ni及びPtのうちの少なくとも1種を0.5質量%以上含有する合金からなる請求項1乃至5のうちのいずれか1項に記載の固体電解質形燃料電池。 The metal sealing material includes a core material and a coating layer provided on the surface of the core material, and the coating layer includes Ag, Au, Cu, Ni, Pt, or Ag, Au, Cu, Ni, and Pt. The solid oxide fuel cell according to any one of claims 1 to 5, comprising an alloy containing 0.5% by mass or more of at least one of the above. 上記芯材が管状体又は断面C字形状体である請求項6に記載の固体電解質形燃料電池。 The solid electrolyte fuel cell according to claim 6, wherein the core material is a tubular body or a C-shaped body in cross section. 上記金属シール材は位置決め手段により位置決めされている請求項1乃至7のうちのいずれか1項に記載の固体電解質形燃料電池。 The solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein the metal sealing material is positioned by positioning means.
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