JP2008159428A - 多孔構造体、これを用いた固体電解質型燃料電池及び燃料電池スタック - Google Patents

Abstract

【課題】ガスシーリング性の向上による信頼性向上に加えて工程コストダウン、電子デバイスでは小型高信頼の実装を実現する多孔構造体、これを用いた固体電解質型燃料電池及び燃料電池スタックを提供する。
【解決手段】多孔体の少なくとも一領域が、該多孔体の表面から所望の深さまでの空孔に金属ガラスを充填して成る多孔構造体である。多孔体の金属ガラス埋め込み面と反対面の少なくとも一領域に表面から所望の深さまでの空孔に金属ガラスを充填する。
多孔構造体の表面は、多孔体の表面と金属ガラスの表面とが平坦且つ気密性を有し、該多孔体及び該金属ガラスの表面に連続したイオン伝導性を有する緻密なセラミック膜を具備する固体電解質型燃料電池である。
固体電解質型燃料電池を用い、多孔体の空孔に上記金属ガラスを充填した表面を含む金属表面と、接合すべき所望の金属材料とを、金属ガラスを用いた接合を施して成る固体電解質型燃料電池スタックである。
【選択図】なし

Description

本発明は、多孔構造体、これを用いた固体電解質型燃料電池及び燃料電池スタックに係り、更に詳細には、多孔金属部材を用いて構造体を形成する場合の固定及びガスシーリング等の機能を具備させる分野において適用するものであり、多孔金属材を用いた燃料電池や多孔金属部材を応力に対する緩衝材等に応用する場合の電子部品にも活用できる多孔構造体、これを用いた固体電解質型燃料電池及び燃料電池スタックに関する。

従来から、多孔質金属材料はガスフィルタ等に主に用いられており、近年燃料電池においてもこれをガス透過性を有する構造体として用いることが提案されている。

この燃料電池の場合は、これまでに幾多の提案がなされているが、その多くは発電に寄与する領域のみを取り出した構造（「セル」と称する）が主体となっている。このセルを積層したスタックと称される一定の発電出力単位を構成するためにはガスを供給し、排出するガス流路に効率良く接続することが必要である。

このガス流路と上記セルにおいて、燃料ガスと酸化剤ガスを分離して供給するためには、上記セルを形成した多孔質金属もガスシーリングを施すことが必要となる。

単純には金属多孔材を金属箔とつき合わせて、境界をレーザや電子ビーム等を用いて溶接する手法があるが、多孔質金属材料が溶接時の溶解凝固で収縮するために実際には非常に難しい。

このため、これまでに多孔材に気密性を有する領域を付加させてスタック化に供する技術が種々提案されているものの、その困難さから当該技術の提案数は、多孔材を用いたセル構造の提案数に比較して非常に少ない（例えば特許文献１，２参照）。
国際公開ＷＯ ０２／３５６２８号公報 特開２００５−１９０７２号公報

金属多孔材の定義では、特許文献１に示されている形態が含まれるが、この場合は金属多孔材の開孔領域が少ないためにガス交換効率が低くならざるを得ない。このため、３次元に多孔構造を有する金属多孔材を使用することが望まれる（例えば特許文献３参照）。
特許３７０５４８５号公報

多孔材周囲のガスシーリング手法としては、特許文献２に記載のようにガラスを用いて多孔材周囲を封止することができる。ガラスは広くセルの組み立て固定に用いられているが、ガラス材が脆弱なことからセル面積を大きくする場合には、接合部分への圧接力を大きくしたりシール面積を大きくとったりなどの工夫がなされているが、特許文献３のような構造においては、金属多孔材にガラスが浸入すると内部でクラックが生じやすいため、ガスシール性が低下する場合がある。
このため、かかる構造に適したスタック用シール手法が望まれている。

一方、金属多孔材をバルク部材、例えば大電力用デバイスのように半導体チップとステム又はヒートシンクとをブラシ様の多孔材を緩衝材として接続する形態を構築するときは、従来は上下より圧力を印加して「圧接」と呼ばれる手法で電気的接続を確保していた。しかし、かかる手法はケースが大型になり、実に実装性の劣るものであった。

更に、近年のＳｉＣやＧａＮ等の２００℃以上で動作する高温高電流デバイスでは電子ユニットの小型化が可能になるが、上記実装手法ではこの特長が生かされず、逆に単純に多孔金属部材を半田で接合するには耐熱性に不足し、ロウ材では接合温度が高すぎる。
このため、低温で接合でき、運転温度で耐久性を有する小型の接合方法がなかった。

本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ガスシーリング性の向上による信頼性向上に加えて工程コストダウン、電子デバイスでは小型高信頼の実装を実現する多孔構造体、これを用いた固体電解質型燃料電池及び燃料電池スタックを提供することにある。

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、多孔体を金属ガラスで封止することにより、上記課題が解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明の多孔構造体は、多孔体の少なくとも一領域が、該多孔体の表面から所望の深さまでの空孔に金属ガラスを充填してなることを特徴とする。

また、本発明の多孔構造体の好適形態は、上記多孔体の金属ガラスを埋め込んだ面と反対面の少なくとも一部に金属ガラスを用いて金属板が接合されてなることを特徴とする。

更に、本発明の固体電解質型燃料電池は、上記多孔構造体を用いた固体電解質型燃料電池であって、
多孔構造体の表面は、上記多孔体の表面と上記金属ガラスの表面とが概滑らかに連続した平坦且つ気密性を有し、該多孔体及び該金属ガラスの表面に連続したイオン伝導性を有する緻密なセラミック膜を具備して成ることを特徴とする。

更にまた、本発明の固体電解質型燃料電池スタックは、上記固体電解質型燃料電池を用いた固体電解質型燃料電池スタックであって、
上記多孔体の空孔に上記金属ガラスを充填した表面を含む金属表面と、接合すべき所望の金属材料とを、金属ガラスを用いた接合を施して成ることを特徴とする。

本発明によれば、多孔体を金属ガラスで封止することとしたため、ガスシーリング性の向上による信頼性向上に加えて工程コストダウン、電子デバイスでは小型高信頼の実装を実現する多孔構造体、これを用いた固体電解質型燃料電池及び燃料電池スタックを提供できる。

以下、本発明の多孔構造体について詳細に説明する。なお、本明細書及び特許請求の範囲において、濃度、含有量、充填量などについての「％」は、特記しない限り質量百分率を表すものとする。

上述の如く、本発明の多孔構造体は、多孔体の少なくとも一領域が、該多孔体の表面から所望の深さまでの空孔に金属ガラスを充填して成る。言い換えれば、多孔体の少なくとも一部の表面が金属ガラスで封止された構造を有する。

このように、多孔体の表面に存在する空孔が金属ガラスで閉塞されることにより、多孔構造体の内部から外部へのガス流通性が阻止される。
また、多孔体の細孔に金属ガラスが表面から充填されるので、多孔体と金属ガラスはアンカー効果により強固に緊結される。よって、従来の問題点、例えば、多孔体を強固に接合するにはロウ接するしかなかったが、用いるロウ材がその濡れ性により多孔体内に拡散してしまったり、ロウ材が要する高温処理により多孔材が収縮してしまうという問題を回避できる。
更に、金属ガラスを多孔体の表面から加熱加圧して充填できるので、多孔体の表面に残留する金属ガラスを調整して、更に所望部位に接合部やガスシーリングを確保するなどの機能を持たせた応用に適用できる。

ここで、「金属ガラス」とは、アモルファス金属（アモルファスきんぞく）／非晶質金属の一種で、ガラスのように、元素の配列に規則性がなく全く無秩序な金属であり、一般的アモルファス金属は加熱により結晶化してしまうのに対し、これらの内下記法則に準ずる組成を有するものが金属ガラスと称されている。
その法則とは、１９８８年にガラス転移する組成が作り出された後、数多くの組成が見出されているが、東北大学金属材料研究所の井上明久らのグループがこれを系統立てて発表したもので、アモルファス金属が安定に存在するための経験則（井上の３経験則）である。
これらは、
・３種類以上の元素からなる多元系であること。
・これらの成分の原子寸法の比が互いに１２％以上異なること。
・これらの成分が互いに負の混合熱をもち、化合物がエネルギー的に安定であること。
とされる。
上記の経験則を満たす成分を用いることで、合金形成後に従来のアモルファス金属のように箔状に急速に冷却せずとも非晶質が維持され、大きなバルク状の試料が得られる組成の探索が大きく進む様になった。
金属でありながらガラスのような融点以下のガラス転移温度及び結晶化温度を有し、且つ優れた超塑性を示すため様々な形状加工の研究も行われている。

本発明の多孔構造体において、上記多孔体は、金属ガラス埋め込み面と反対面の少なくとも一領域にも、表面から所望の深さまでの空孔に金属ガラスを充填して成ることが好ましい。言い換えれば、多孔体において金属ガラス埋め込み面（表面）に対抗する裏面にも同様な金属ガラス充填領域を形成することができる。
このように、金属ガラスを充填した側と反対面の多孔体の表面にも同様の金属ガラス充填領域を形成すると、多孔体の両面を強固に接合する手段として活用できる。
また、両面の対向する領域に一致させて形成する場合には応力のバランスが取れて、薄板を用いる場合には反りを軽減できる。

また、通電性を良好にする観点からは、上記多孔体は金属で構成することができる。
このときは、充填する金属ガラスの新生面と結合し、電気的接続が改善されうる。

更に、本発明の多孔構造体を固体電解質型燃料電池に適用する場合には、上記多孔体の少なくとも一部は金属及びイオン伝導性を有するセラミックスで構成することができる。
このときは、金属ガラスの成形性が優れるために固体電解質型燃料電池のアノード表面とシーリング表面を滑らかに連続させることができ、電解質の成膜によるアノード電極のガスシーリングを効果的に確保することができる。

更にまた、上記多孔体の少なくとも一部を、金属とイオン伝導性及び電子伝導性を有するセラミックスとから成るようにすることもできる。
このときは、固体電解質型燃料電池のアノード電極又はカソード電極としてシーリングを確保することが可能となり、電極表面とシーリング表面を滑らかに連続させることができ、電解質の成膜によるガスシーリングを効果的に確保することができる。また、金属ガラスが電子伝導性を有するため、電極への電子供給がより容易になりうる。

上記多孔体の材料となる金属としては、例えば、固体電解質型燃料電池であるならばニッケル粉末やステンレス粉末を空孔を残留させて焼結したものなどを使用できる。また、上記セラミックスの一例としては、例えば、イオン伝導性のみを有するものとしてはイットリア安定化ジルコニア（略称ＹＳＺ）やサマリウム添加セリア（略称ＳＤＣ）、イオン伝導を併せ持つものとしてはランタンストロンチウムコバルト酸化物（略称ＬＳＣ）やストロンチウムサマリウムコバルト酸化物（略称ＳＳＣ）、金属との混合物としてはニッケルと上記ＹＳＺやＳＤＣとの混合物などを使用できる。

具体的には、固体電解質燃料電池に適用する多孔構造体としては、例えば、φ５μｍのニッケル粉を用いて気孔率４０％の開気孔型の多孔体となるように焼成されたものを基板に用いて、この表面の周縁領域に組成Ｎｉ５２−Ｎｂ２０−Ｚｒ１８−Ｃｏ１０で厚さ２０μｍの金属ガラス材を結晶化した状態で充填して、表面に平坦且つ気密な領域を形成できる。
なお、上記金属ガラス組成は公知の組成から用いたもので、金属ガラスは未だ発展途上の技術であり、更に本実施に適した組成が発見されることは容易に推測されるため、この組成が最良のものではない。

また、本発明の多孔構造体においては、上記多孔体の金属ガラスを埋め込んだ面と反対面の少なくとも一部に金属ガラスを用いて金属板を接合することができる。言い換えれば、上記多孔体の表面、裏面のいずれか一方又は双方に金属ガラスを介して金属板を接合することができる。
これにより、従来金属などの多孔体と金属薄板との溶接は非常に難しく、特に突合せは事実上困難であったが、多孔体と金属薄板の接合強度を金属ガラスが受け持つので、多孔体の直接接合に比較して高強度で接合されうる。よって、多孔体の機械的保持が容易にできるようになる。
かかる金属板としては、例えば固体電解質型燃料電池に用いるのであれば、入手可能なフェライト系耐酸化性ステンレスとして、商品名ＺＭＧ２３２（日立金属株式会社製）や商品名Ｃｒｏｆｅｒ２２ＡＰＵ（ティッセンクルップ社製）などを使用できる。また、代表的な厚さは、例えば１００〜２００μｍ程度である。

更に、本発明の多孔構造体においては、上記多孔体の細孔内に充填した金属ガラスを結晶化させることが好ましい。
これにより、再びガラス転移しないため多孔体と金属ガラスとのアンカー効果がより強固になりうるので有効である。

次に、本発明の固体電解質型燃料電池及び燃料電池スタックについて、詳細に説明する。
本発明の固体電解質型燃料電池は、上述の多孔構造体を用いて成る。また、多孔構造体の表面は、上記多孔体の表面と上記金属ガラスの表面とが概滑らかに連続した平坦且つ気密性を有し、該多孔体及び該金属ガラスの表面に連続したイオン伝導性を有する緻密なセラミック膜を具備して成る。

これにより、従来は、気密領域と多孔領域とを連続して気密性を有する電解質膜で被覆するために様々な複雑な工程を採用してこれを実行していたが、本発明の固体電解質型燃料電池では、金属ガラスの表面は多孔体の表面形状に従うので自発的に平坦となる。よって、非常に容易に連続表面を構築できる。

具体的には、例えば、多孔体の表面全面に酸化ガドリニウム添加のセリアを厚さ１０μｍに形成し、更にその表面にストロンチウム（Ｓｒ）・サマリウム（Ｓｍ）・コバルト（Ｃｏ）から成るペロブスカイト構造の酸化物膜を所望の領域に形成して、固体酸化物型燃料電池のセル構造を形成することができる。

また、上記固体酸化物型燃料電池セルの酸化物膜を形成した裏面には、２２クロム系のフェライト系ステンレスからなる厚さ１００μｍのセパレータと呼ばれる薄板を配置してその間に金属ガラス箔を挿入して加圧加熱して接合し結晶化させると良好な電気伝導性を確保しつつ、上記２部材の間隙に燃料ガスとして水素を供給することができる。

本発明の固体電解質型燃料電池は、多孔構造体の端部の気密性を確保する観点から、上記金属ガラスを形成した対向する多孔体の端部の両面間及びこれらが形成する側面が気密性を有すること、言い換えれば、多孔体の外周部の両面と側面に金属ガラスを配設し、該外周部が気密性を有することが好ましい。
これにより、多孔構造体の表面や裏面に金属板を接合せずとも、所望領域に気密性を付与できる。また、例えば、両面間の金属ガラスのはみ出し部分を利用することにより、多孔体の側面方向（外延端部）への気密性を確保でき、多孔構造体の端部の表面から裏面にかけて金属ガラスを充填する必要は無くなる。

また、上記金属ガラスの露出面には、耐食性材料をコーティングすることが好ましい。このときは、金属ガラスが多孔体の基材に対して耐食性に劣るような場合でも、外面の耐久性を向上させることができる。
代表的には、上記耐食性材料としては、電解質材料、例えば、イオン伝導性を有する緻密なセラミックスを用いることができる。これにより、耐食コーティング工程を他の膜形成工程で代用でき、コストアップを抑制できる。

上述の固体電解質型燃料電池を複数用い、上記多孔体の空孔に上記金属ガラスを充填した表面を含む金属表面と、接合すべき所望の金属材料とを、金属ガラスを用いた接合を施すことで燃料電池スタックを得ることができる。
これにより、例えば、接合材料となる金属ガラスを燃料電池間に配設しながら仮スタック化したユニットを、真空炉内で加熱加圧するだけで、高品質のスタック接合を段数の制限無く非常に容易に作製できる。

具体的には、例えば、固体電解質型燃料電池を用いたスタック構造を構築する場合には、上記多孔体の金属ガラスを埋め込み酸化物膜を形成した面と反対面に金属ガラスを用いてセパレータを接合する。このセパレータを接合した面と反対面に更に集電体となる多孔体を金属ガラスを用いて同様に接合することができる。
かかる手順を用いると、接合材料となる金属ガラスを挟みながらスタックするユニットを積層しておき、真空炉内で加熱加圧するだけで段数の制限無く高品質のスタック接合を非常に容易に実施できるので有効である。
また、この工程は、上述のようにスタックのセパレータと集電体との電気的接合にも適用可能であり、セパレータ表面と多孔質体である集電体の表層部分のみを金属ガラスを介すことにより加熱加圧のみで接合できるので有効である。

なお、従来は、集電体のセパレータへの接触は加圧接触に頼っており、その接触抵抗は加圧力に該比例する領域を避けるために大きな圧力を必要としていたが、接合を行うことにより大きな圧力が不要となる。
これに対して本発明は、加圧力が反力として印加される燃料電池セルの電極の機械的強度を軽減することが可能であり、より微細構造を採用できるなど性能向上策への寄与が大きい。

以下、本発明を実施例及び比較例により更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
金属繊維から成る多孔体１の片面の空孔が閉塞されるように金属ガラス２を充填するとともに表面に金属ガラスの平板を形成し、図１に示すようなＳＯＦＣのセパレータ兼インターコネクタ３を製造した。以下に製造方法の詳細を示す。

多孔体１としては、線形が凡そ１５０μｍのニッケル合金から成る線材をフェルト状に成形し概板状にしたものを用いた。
一方、金属ガラス２としては、公知の組成（特開２０００−３４５３０９号公報）から、ガラス転移点８５８Ｋで、９００Ｋまで昇温させると結晶化できるＮｉ５２−Ｎｂ２０−Ｚｒ１８−Ｃｏ１０の組成を有するものを用いた。

図２に示すように、多孔体１の片面（下面）に、厚さ２ｍｍの金属ガラス２を配置して、気密チャンバーを有する加熱圧接炉４のピストン５間に挟んで、動かない程度の圧力６を印加して固定した。ピストン５が金属ガラス２に面する表面７は平坦に加工し、その表面に窒化ホウ素などの離型材でコーティング面８を形成して、金属ガラス２との固着を防いだ。
次いで、加熱圧接炉４を油回転ポンプ（図示省略）で真空排気し、１０Ｐａ程度として加熱を開始した。
金属ガラス２のガラス転移点８５８Ｋに温度が達し、粘性係数が１×１０９（Ｐａ・ｓ）程度以下となると明瞭に金属ガラス２が軟化した様子が認識できるようになり、更に昇温して結晶化温度直前の粘性係数が１×１０７（Ｐａ・ｓ）程度となると、図２に示すように、低圧力で金属ガラス２内に多孔体１がめり込み始めた。多孔体１の表面からの金属ガラス２の厚さが減少し、図３に示すように、上記コーティング面８が多孔体１の表面に到達した時点で停止させた。
更に、結晶化温度より多少高めの９００Ｋまで昇温させると、金属ガラス２は結晶化により板状に固化された。

以上のような工程により、多孔体内の空隙に金属ガラスがその重畳方向から充填され、表面の少なくとも一部に金属ガラス面からなる領域が形成された多孔構造体が得られた。

本例の多孔構造体は、多孔体と金属ガラスが接合されていれば良く、必要に応じてその表面を多孔金属の表面と概同一面としたり、金属ガラス表面を平坦面とすることができる。また、単純な工程により図１に示す集電体付きセパレータを形成できる。
更に、従来の金属多孔体は、集電体とセパレータとを点接触させることにより電気伝導性を確保するしかなく、その接触点を一点一点接合して接触抵抗を排除することは事実上困難であったが、本例の多孔構造体は、金属ガラスを用いることにより、この接合を低温で可能とし、また上記接合後は金属ガラスを結晶化させてしまえば高温の運転温度で通常のロウ材のように外れることも無い特性を活用しながら電気抵抗を大きく低減することができる。

（実施例２）
多孔金属基板に金属ガラスを用いたガスシーリング領域を形成した多孔体を適用して成る固体酸化物型燃料電池セルを製造した。以下に製造方法の詳細を示す。

図４に示すように、直径５μｍのニッケル粒子９をバインダーに分散し、板状に成形して気孔率４０％程度に焼成した厚さ２００μｍの多孔金属基板１０の周縁部に対し、金属ガラス２箔を配置して、実施例１と同様にガラス転移温度域まで加熱及び加圧して、多孔金属基板１０の表面から開空孔に金属ガラス２を充填しつつ、加圧ピストン５の表面が多孔金属基板１０の基板表面に到達した時点で加圧を停止したところ、図５に示すように、多孔基板表面と概平面状にある表面が平坦な金属ガラス面１１が形成された。

その後、充填部とそれ以外の表面、即ち多孔金属基板領域１０と金属ガラス面１１との上に連続してＹＳＺ等の電解質膜１２をスパッタリング法で５μｍの厚さに成膜した。次いで、空気極１３を形成して、図６に示すようにニッケルアノードの燃料電池セルが得られた。

本例の燃料電池セルは、従来から金属多孔体を用いてスタックを形成するには、アノードとカソード間のガスシーリングを確保するために様々な手法が採用されているが、これらに比較して至極簡単な工程で製造可能である。
なお、本例では、多孔金属基板１０の気孔内に金属ガラス２を充填したのみで、これをガスシール領域としたが、図７に示すように、多孔金属基板領域へエアロゾルデポジション法等でＮｉＯ及びＹＳＺの微粒径粉を用いた燃料極成膜１４を施した後に上記ＹＳＺ等の電解質膜１２を形成してもよいし、図８に示すように、当然、燃料極膜１４を成膜した後にその表面凹凸の平坦化を含めて金属ガラスを用いて図８に示すようにガスシーリング領域１５の形成を行ってもよい。
また、ＳＯＦＣの空気極のようにイオン伝導性と電子伝導性を有する材料を上記の燃料極材料の代わりに用いてガスシーリング領域を形成し、上述とは逆順の積層構造で製造しても良い。

（実施例３）
図９に示すように、実施例２で得られた燃料電池セルを複数用い、該燃料電池セルの下面に配設した、金属薄板１７、スペーサ２０、接合用金属ガラス２１、２２を介してＳＯＦＣスタックを製造した。以下に製造方法の詳細を示す。なお、本例の説明に用いる図９は、Ａ−Ａ軸を中心とする円盤形状の構造の片側断面である。

金属多孔体１０は、上述した方法と同様にガスシーリング領域１５、１９を表面に形成した。また、裏面には金属多孔体１０と同形状の金属薄板１７を積層してシーリング領域１６の形成とともに接合し、裏面全面をガスシール面とした。更に、金属多孔体１０の端部は、金属多孔体１０内の気密を確保するために、金属ガラス１８を用いて周縁部が閉塞されるようにした。
また、中心部分で積層する構造となるように、金属多孔体１０の中心部分にも気密及び接合用領域１９を、上述した方法と同様に多孔体１０上に金属ガラス２を配置して加圧し、表面から気孔に金属ガラス２を充填することにより設けた。
その後、多孔体上へ燃料極１４、電解質１２、空気極１３を形成してＳＯＦＣセルを得た。次いで、金属薄板１７をスタック時に連接する接合ユニットの次段のユニットに接合するときのスペーサ２０を挟みながら、接合用の金属ガラス２１、２２を用いて積層時における接合とガスシーリングを行った。スペーサ２０は、空気極１３へのガス流路を有する構造とした。
なお、積層用の金属ガラス２１、２２は上記金属ガラスと同一でも異なっても良いが、そのガラス転移温度は上記の金属ガラス２の融点より低く設定した組成を用いる必要がある。

本例のＳＯＦＣスタックは、従来の製造方法が、端部の気密を形成すべく薄板を表裏から溶接するなどの手段が必要であり、且つ薄板と多孔体間のシーリングも必要であったために非常に煩雑であったのに対し、柔軟性を擁する金属ガラスを用いる方法により、昇温しながら上下を抑えるだけで極めて容易にシーリングが可能となる。

（実施例４）
半導体デバイスの実装に用いて接続に自由度を持たせた多孔構造体の製造方法を説明する。
図１０に示すように、絶縁基板３０上の銅製のバスバー３１の表面に、金属ガラス２を配置し、その表面に銅繊維を用いて製造したフェルト３２を重ね、更にその上面に金属ガラス３３を配置し、更にその上面である金属ガラス３３の表面にニッケル層３４を形成した半導体チップ３５を重ね、上述の接合工程と同様に真空排気雰囲気中で加熱加圧し、上記金属ガラス２及び３３をフェルト３２の空隙内に充填しつつ接合した。

この製造方法で得られた多孔構造体は、金属ガラス３３は半導体チップ３５のニッケル層３４と同時に接合されるとともに、上記多孔体３２は金属ガラス２及び３３内にそれぞれ浸入してバスバー３１及びニッケル層３４に極めて近接して接合される。金属ガラスは電気抵抗が高いものが多いが、上記の構造を形成するので、導電体である金属ガラスは接続を補助はするが決して阻害はしない為、接合作用と併せて接合部の電気抵抗が極めて低く抑制される。
また、多孔体が半導体チップとバスバー間の熱膨張差を吸収し、実装信頼性を大きく向上させうる。

実施例１で得られた多孔構造体の概略を示す断面図である。 図１に示す多孔構造体の製造方法の概略を示す断面図である。 図１に示す多孔構造体の製造方法の概略を示す断面図である。 実施例２で得られた多孔構造体の製造方法の概略を示す断面図である。 金属ガラスを充填した多孔体の概略を示す断面図である。 実施例２で得られた多孔構造体を用いた燃料電池セルの概略を示す断面図である。 燃料電池セルの他のバリエーションを説明する断面図である。 燃料電池セルの更に他のバリエーションを説明する断面図である。 実施例３で得られた燃料電池スタックの概略を示す一部断面図である。 実施例４示す多孔構造体の製造方法の概略を示す断面図である。

符号の説明

１，１０，３２ 多孔体（金属多孔体又はフェルト）
２，１１，１５，１６，１８，１９，３３ 金属ガラス又は金属ガラス面又はガスシーリング領域
３ セパレータ兼インターコネクタ
４ 気密チャンバーを有する加熱圧接炉
５ ピストン
６ 圧力
７ 表面
８ コーティング
９ ニッケル粒子
１２ 電解質膜
１３ 空気極
１４ 燃料極成膜
１７ 金属薄板
２０ スペーサ
２１ 接合用の金属ガラス
３０ 絶縁基板
３１ バスバー
３４ ニッケル層
３５ 半導体チップ

Claims (12)

1. 多孔体の少なくとも一領域が、該多孔体の表面から所望の深さまでの空孔に金属ガラスを充填して成ることを特徴とする多孔構造体。
2. 上記多孔体の金属ガラス埋め込み面と反対面の少なくとも一領域に表面から所望の深さまでの空孔に金属ガラスを充填して成ることを特徴とする請求項１に記載の多孔構造体。
3. 上記多孔体が金属から成ることを特徴とする請求項１又は２に記載の多孔構造体。
4. 上記多孔体の少なくとも一部が金属及びイオン伝導性を有するセラミックスから成ることを特徴とする請求項１又は２に記載の多孔構造体。
5. 上記多孔体の少なくとも一部が金属及びイオン伝導と電子伝導性を有するセラミックスから成ることを特徴とする請求項１又は２に記載の多孔構造体。
6. 上記多孔体の金属ガラスを埋め込んだ面と反対面の少なくとも一部に金属ガラスを用いて金属板が接合されて成ることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つの項に記載の多孔構造体。
7. 上記金属ガラスは加工後に結晶化していることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つの項に記載の多孔構造体。
8. 請求項１〜７のいずれか１つの項に記載の多孔構造体を用いた固体電解質型燃料電池であって、
   多孔構造体の表面は、上記多孔体の表面と上記金属ガラスの表面とが概滑らかに連続した平坦且つ気密性を有し、該多孔体及び該金属ガラスの表面に連続したイオン伝導性を有する緻密なセラミック膜を具備して成ることを特徴とする固体電解質型燃料電池。
9. 上記金属ガラスを形成した対向する多孔体の端部の両面間及びこれらが形成する側面が気密性を有することを特徴とする請求項８に記載の固体電解質型燃料電池。
10. 上記金属ガラスの少なくとも表面に耐食コーティングを施して成ることを特徴とする請求項８又は９に記載の固体電解質型燃料電池。
11. 上記耐食コーティング材料が電解質材料であることを特徴とする請求項１０に記載の固体電解質型燃料電池。
12. 請求項８〜１１のいずれか１つの項に記載の固体電解質型燃料電池を用いた固体電解質型燃料電池スタックであって、
    上記多孔体の空孔に上記金属ガラスを充填した表面を含む金属表面と、接合すべき所望の金属材料とを、金属ガラスを用いた接合を施して成ることを特徴とする固体電解質型燃料電池スタック。

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