JP2009205821A

JP2009205821A - セルスタックおよびその製法ならびに燃料電池モジュール

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Publication number: JP2009205821A
Application number: JP2008044185A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Hori; 雄一堀; Hiroki Muramatsu; 大樹村松
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2008-02-26
Filing date: 2008-02-26
Publication date: 2009-09-10
Anticipated expiration: 2028-02-26
Also published as: JP5294649B2

Abstract

【課題】導電性接合材におけるクラックの発生を抑制できるセルスタックおよび燃料電池モジュールを提供する。
【解決手段】複数の固体電解質形燃料電池セル３０と、固体電解質形燃料電池セル３０の間にそれぞれ配置された集電部材３３と、固体電解質形燃料電池セル３０と集電部材３３とを接合する導電性接合材９とを具備してなるセルスタックであって、導電性接合材９が、Ｌａを含有するペロブスカイト型複合酸化物と、金属酸化物とを含有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、セルスタックおよびその製法ならびに燃料電池モジュールに関するものである。

次世代エネルギーとして、近年、例えば、燃料電池セルのスタックを収納容器内に収容した燃料電池モジュールが種々提案されている。

固体電解質形の燃料電池モジュールは、複数の燃料電池セルを電気的に直列に接続したセルスタックを収納容器内に収容して構成され、燃料電池セルの燃料極層側に燃料ガス（水素）を流し、空気極層（酸素極層ともいう。）側に空気（酸素）を流して６００〜９００℃の高温で発電する。

そして、燃料電池セル間を電気的に直列に接続するためには、従来からフェルト状や板状のセル間接続部材が用いられている。

このようなセル間接続部材としては導電率の高い合金が採用され、さらに高温下で使用されることから、耐熱合金が望ましく採用され、このような導電率の高い耐熱合金として、Ｃｒを１０〜３０質量％含有する合金が一般的に用いられる。

セル間接続部材と燃料電池セルの酸素極層との接続は、多孔質導電性セラミックスからなる酸素極層のセル間接続部材を接合する部分に、ＰｔやＡｇペーストを塗布し、この塗布膜に集電部材を押し当て、焼き付けて接合することにより行われていた。

さらに、近年では、低コストという観点から、ＰｔやＡｇに代えて、ランタンフェライト系等の導電性ペロブスカイト型複合酸化物を用いることが行われている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−２６５７４２号公報

しかしながら、燃料電池セルとセル間接続部材とを接合する従来の導電性接合材として、多孔質導電性セラミックスからなるランタンフェライト系等の導電性ペロブスカイト型複合酸化物を用いているが、作製時に導電性接合材にクラックが発生し、導電性接合材の電気抵抗が大きくなり、集電を十分行うことができず発電効率が低下する傾向にあった。

本発明は、導電性接合材におけるクラックの発生を抑制できるセルスタックおよび燃料電池モジュールを提供することを目的とする。

本発明のセルスタックは、複数の固体電解質形燃料電池セルと、該固体電解質形燃料電池セルの間にそれぞれ配置されたセル間接続部材と、前記固体電解質形燃料電池セルと前記セル間接続部材とを接合する導電性接合材とを具備してなるセルスタックであって、前記導電性接合材が、Ｌａを含有するペロブスカイト型複合酸化物と金属酸化物とを含有することを特徴とする。

このようなセルスタックでは、導電性接合材が、少なくともＬａを含有するペロブスカイト型複合酸化物と金属酸化物とを含有するため、発電中に金属酸化物がペロブスカイト型複合酸化物粒子間の焼結を阻害し、ペロブスカイト型複合酸化物の凝集を抑制し、導電性接合材におけるクラックの発生を抑制することができる。

また、本発明のセルスタックは、前記固体電解質形燃料電池セルが、固体電解質の一方側に燃料極層を、他方側に酸素極層を形成してなるとともに、前記酸素極層に、前記導電性接合材を介して前記セル間接続部材が接合されており、前記セル間接続部材が接合されていない前記酸素極層の部分にも、前記導電性接合材が接合されていることを特徴とする。

このようなセルスタックでは、セル間接続部材が位置しない酸素極層の部分の導電性接合材は、酸素極層よりも導電性を大きくすることも可能となり、しかも、上記したように、導電性接合材におけるクラックの発生を抑制でき、導電性接合材の電気抵抗の低下を抑制できるため、燃料電池セルからの集電を導電性接合材を介して十分に行うことができる。

また、本発明のセルスタックの製法は、複数の固体電解質形燃料電池セルと、該固体電解質形燃料電池セルの間にそれぞれ配置されたセル間接続部材と、前記固体電解質形燃料電池セルと前記セル間接続部材とを接合する導電性接合材とを具備してなるセルスタックの製法であって、前記固体電解質形燃料電池セルと前記セル間接続部材との間に、Ｌａを含有するペロブスカイト型複合酸化物粉末と金属粉末とを含有するペーストを介在させた状態で、大気よりも酸素分圧が低い雰囲気下で熱処理することを特徴とする。

このようなセルスタックの製法では、Ｌａを含有するペロブスカイト型複合酸化物粉末と金属粉末とを含有するペーストの熱処理が、大気よりも酸素分圧が低い雰囲気下で行われるため、ペロブスカイト型複合酸化物粉末の焼成収縮は進行するが、金属粉末の急激な酸化膨張が抑制され、金属粉末の酸化膨張が小さく、焼成収縮するＬａを含有するペロブスカイト型複合酸化物との収縮差が小さくなり、固体電解質形燃料電池セル、セル間接続部材と導電性接合材との接合強度を向上できるとともに、導電性接合材の作製時におけるクラックの発生を抑制でき、導電性接合材の電気抵抗の低下を抑制できる。

本発明の燃料電池モジュールは、上記のセルスタックを収納容器内に収納してなることを特徴とする。このような燃料電池モジュールでは、固体電解質形燃料電池セル間の電気抵抗が小さいため、発電効率を向上できる。

本発明のセルスタックでは、導電性接合材が、少なくともＬａを含有するペロブスカイト型複合酸化物と金属酸化物とを含有するため、発電中に金属酸化物がペロブスカイト型複合酸化物粒子間の焼結を阻害し、ペロブスカイト型複合酸化物の凝集を抑制し、導電性接合材におけるクラックの発生を抑制することができる。

本発明のセルスタックの製法では、Ｌａを含有するペロブスカイト型複合酸化物粉末と金属粉末とを含有するペーストの熱処理が、大気よりも酸素分圧が低い雰囲気下で行われるため、ペロブスカイト型複合酸化物粉末の焼成収縮は進行するが、金属粉末の急激な酸化膨張が抑制され、金属粉末の酸化膨張が小さく、焼成収縮するＬａを含有するペロブスカイト型複合酸化物との収縮差が小さくなり、固体電解質形燃料電池セル、セル間接続部材と導電性接合材との接合強度を向上できるとともに、導電性接合材の作製時におけるクラックの発生を抑制でき、導電性接合材の電気抵抗の低下を抑制できる。

本発明の燃料電池モジュールは、上記のセルスタックを収納容器内に収納してなるため、固体電解質形燃料電池セル間の電気抵抗が小さくなり、発電効率を向上できる。

以下、本発明の一実施形態を図１に基づき説明する。

図１は、セルスタック２５がマニホールド２７に設けられた状態を示すもので、マニホールド２７には燃料ガス供給管３５が接続されている。セルスタックは、図１に示すように、上述した燃料電池セル３０が複数集合して、隣接する一方の燃料電池セル３０と他方の燃料電池セル３０との間に、図２、図３に示すような金属板からなる集電部材（セル間接続部材）３３が、導電性接合材９により接合されて構成されている。集電部材は、フェルトで構成されている場合であっても良い。

セルスタックは、図２に示すように、燃料電池セル３０と集電部材３３とが導電性接合材９で接合し、両者を互いに直列に接続することにより構成されている。

燃料電池セル３０は、図４に示されている形状から理解されるように、平坦部Ａと平坦部Ａの両端の弧状部Ｂとからなる導電性支持基板４に、該導電性支持基板４の平坦部の一方の面と両側の弧状部を覆うように燃料極層３が設けられており、さらに、この燃料極層３を覆うように、緻密質な固体電解質層２が積層されており、この固体電解質層２の上には、燃料極層３と対向するように、酸素極層５が積層されている。また、燃料極層３および固体電解質層２が積層されていない支持基板４の他方の平坦部の表面には、インターコネクタ６が形成されている。図４から明らかな通り、燃料極層３および固体電解質層２は、インターコネクタ６の両サイドにまで延びており、導電性支持基板４の表面が外部に露出しないように構成されている。

集電部材３３は、図３（ａ）に示すように、酸素極層側集電片３３ａおよびインターコネクタ側集電片３３ｂと、これらの両端部が連結される連結部３３ｃ、３３ｄとを具備して構成されており、図３（ａ）（ｂ）に示すように、平坦な酸素極層側集電片３３ａおよびインターコネクタ側集電片３３ｂが、燃料電池セル３０の平坦な酸素極層５、インターコネクタ６に、導電性接合材９を介して接合している。連結部３３ｃ、３３ｄと、平板状の酸素極層側集電片３３ａおよびインターコネクタ側集電片３３ｂとの間には、傾斜部３３ｅが形成されている。集電部材３３は、図３（ｃ）に示されるものに限定されるものではない。

そして、本発明のセルスタックでは、導電性接合材９が、Ｌａを含有するペロブスカイト型複合酸化物と、金属酸化物とを含有する。このようなセルスタックでは、導電性接合材９が、Ｌａを含有するペロブスカイト型複合酸化物と、金属酸化物とを含有するため、発電中に金属酸化物がペロブスカイト型複合酸化物粒子間の焼結を阻害するため、導電性接合材におけるクラックの発生を抑制することができる。

本発明のセルスタックは、固体電解質形燃料電池セル３０と集電部材３３との間に、Ｌａを含有するペロブスカイト型複合酸化物粉末と金属粉末とを含有するペーストを介在させた状態で、大気よりも酸素分圧が低い雰囲気で熱処理することにより、作製することができる。

詳細に説明する。ペースト中のＬａを含有するペロブスカイト型複合酸化物粉末は、従来から酸素極層材料として用いられていたペロブスカイト型複合酸化物からなるものを使用することができる。

かかるペロブスカイト型複合酸化物としては、遷移金属ペロブスカイト型酸化物、特にＡサイトにＬａを有するＬａＭｎＯ_３系酸化物、ＬａＦｅＯ_３系酸化物、ＬａＣｏＯ_３系酸化物の少なくとも１種が好適であり、６００〜１０００℃程度の作動温度での電気伝導性が高いという点からＬａＦｅＯ_３系酸化物が特に好適である。尚、上記ペロブスカイト型複合酸化物においては、ＡサイトにＬａと共にＳｒなどが存在していてもよいし、さらにＢサイトには、ＦｅとともにＣｏまたはＭｎが存在していてもよい。

特に、導電性接合材９は、酸素極層５と、主成分が同じものを使用することが望ましく、さらには、同一成分であることが望ましく、さらには、同一組成のものを使用することが望ましい。これにより、導電性接合材９の酸素極層５への接合強度をさらに向上できる。

また、ペースト中の金属粉末としては、燃料電池セルに悪影響を与えないものであれば、どのような金属でも良いが、特には、Ｚｎ、Ｆｅが望ましい。

ペースト中の固形分の重量比は、ペロブスカイト型複合酸化物粉末と金属粉末の合量を１００重量％とした時、ペロブスカイト型複合酸化物粉末が８５〜９８質量％、金属粉末を１５〜２質量％であることが望ましい。

この混合比率は、ペロブスカイト型複合酸化物粉末として用いる材料の焼成収縮率、金属粉末として用いる金属の焼成収縮率によって、変動する。

このようなペロブスカイト型複合酸化物粉末と、金属粉末と、樹脂とを含有するペーストを、例えば、燃料電池セルの酸素極層上、インターコネクタ上に塗布し、このように、上記ペーストが塗布された複数の燃料電池セル間に集電部材を配置し、両側から押圧し、この状態で熱処理する。熱処理温度は、酸素極層形成時よりも低温の１０００〜１１００℃で焼き付ける
また、熱処理は、大気よりも酸素分圧が低い雰囲気下（以下、低酸素分圧化ということがある）で行う。特には、窒素と空気が混合した雰囲気、窒素と水蒸気が混合した雰囲気等がある。

低酸素分圧下で熱処理することにより、図５に示すように、ペロブスカイト型複合酸化物粉末の焼結が進み、焼成収縮が始まるが、金属粉末の膨張は、金属粉末の酸化が抑制されるため緩やかに進行し、ペロブスカイト型複合酸化物粉末の大幅な収縮と金属粉末の膨張が重なり、導電性接合材９の膨張収縮が相殺され、燃料電池セルに対してそれほど膨張収縮せず、燃料電池セルに対する接合強度を向上できる。

従って、集電部材と燃料電池セル間の導電性接合材９による接合強度が向上するだけでなく、集電部材が存在せず、燃料電池セルの酸素極層に露出して形成されている導電性接合材９でも、クラック発生を抑制でき、導電層としての機能を十分に発揮できる。

尚、低酸素分圧下で焼成した後、大気中にて熱処理することにより、導電性接合材９を酸素極層として機能させることもできる。この場合には、導電性接合材９が後述する酸素極層５と同様な材料から構成することが望ましく、特には、同一成分から構成することが望ましい。このような材料で導電性接合材９を構成することで、金属酸化物がペロブスカイト型複合酸化物の焼結を阻害し、凝集を抑制し、電極活性を低下させにくくし、酸素極層としても機能することができる。

また、酸素極層５の表面には多数の凹部が形成されており、該凹部には、導電性接合材９の導電性セラミック粒子が存在していることが望ましい。これにより、導電性接合材９の酸素極層５への接合強度をさらに向上できる。凹部は、酸素極層５の形成時に、ポア形成剤により形成することができる。

また、導電性接合材９は気孔率２０〜３５％であることが望ましい。これにより、酸素極層５に酸素を十分に供給することができる。

このようなセルスタックでは、金属粉末の熱処理が大気よりも酸素分圧が低い雰囲気で行われるため、急激な酸化膨張が抑制され、酸化膨張が小さく、焼成収縮するＬａを含有するペロブスカイト型複合酸化物との収縮差が小さくなり、固体電解質形燃料電池セル、集電部材と導電性接合材との接合強度を向上できるとともに、導電性接合材の作製時におけるクラックの発生を抑制でき、導電性接合材の電気抵抗の低下を抑制できる。

また、本発明のセルスタックは、図３（ｂ）に示すように、集電部材３が位置しない酸素極層５の部分にも、導電性接合材９が接合している。これにより、集電部材が位置しない酸素極層５の部分の導電性接合材９は、酸素極層５よりも導電性を大きくすることが可能となり、導電性接合材９におけるクラックの発生を抑制でき、導電性接合材９の電気抵抗の低下を抑制できるため、燃料電池セルからの集電を導電性接合材を介して十分に行うことができる。

燃料電池セルについて詳細に説明する。燃料電池セルは、図４に示すように、断面が扁平状で、全体的に見て棒状で板状の導電性支持基板４を備えている。導電性支持基板４の内部には、導電性支持基板４の幅方向に適当な間隔で設けられた複数の燃料ガス通路４１が軸長方向に貫通して形成されており、燃料電池セルは、この導電性支持基板４上に各種の部材が設けられた構造になっている。

導電性支持基板４は、上記したように、図４に示されている形状から理解されるように、平坦部と平坦部の両端の弧状部とからなっている。平坦部の一方の面と両側の弧状部を覆うように燃料極層３が設けられており、さらに、この燃料極層３を覆うように、緻密質な固体電解質層２が積層されており、この固体電解質層２の上には、燃料極層３と対向するように、酸素極層５が積層されている。また、燃料極層３および固体電解質層２が積層されていない支持基板４の他方の平坦部の表面には、インターコネクタ６が形成されている。図４から明らかな通り、燃料極層３および固体電解質層２は、インターコネクタ６の両サイドにまで延びており、導電性支持基板４の表面が外部に露出しないように構成されている。

そして、酸素極層５と燃料極層３により固体電解質層２を挟持している部分で発電する。即ち、酸素極層５の外側に空気等の酸素含有ガスを流し、且つ導電性支持基板４内のガス通路４１に燃料ガス（水素）を流し、所定の作動温度まで加熱することにより、酸素極層５および燃料極層３で電極反応を生ずることによって発電する。かかる発電によって生成した電流は、導電性支持基板４に取り付けられているインターコネクタ６を介して集電される。

上記のような構造を有する燃料電池セルにおいて、導電性支持基板４は、燃料ガスを燃料極層３まで透過させるためにガス透過性であること、およびインターコネクタ６を介しての集電を行うために導電性であることが要求されるが、このような要求を満たすと同時に、同時焼成により生じる不都合を回避するために、鉄属金属成分と特定の希土類酸化物とから導電性支持基板４を構成する。

燃料極層３は、電極反応を生じせしめるものであり、それ自体公知の多孔質の導電性サーメットから形成される。例えば、希土類元素が固溶したＺｒＯ_２または希土類元素が固溶しているＣｅＯ_２と、Ｎｉおよび／またはＮｉＯとから形成される。

また、図４の例では、この燃料極層３は、インターコネクタ６の両サイドにまで延びているが、酸素極層５に対向する位置に存在して燃料極層３が形成されていればよいため、例えば酸素極層５が設けられている側の平坦部にのみ燃料極層３が形成されていてもよい。さらには、導電性支持基板４の全周にわたって燃料極層３を形成することも可能である。

この導電性支持基板４の外面に設けられた固体電解質層２は、３〜１５モル％のＹ／および又はＳｃ、Ｙｂ等の希土類元素を含有した部分安定化あるいは安定化ＺｒＯ_２からなる緻密質なセラミックスが用いられている。

酸素極層５は、所謂ＡＢＯ_３型のペロブスカイト型複合酸化物からなる導電性セラミックスを主体として構成されている。この酸素極層５は、導電性セラミックスからなる多孔質な導電性セラミック層で構成されている。

この酸素極層５は、従来から酸素極層材料として用いられていたペロブスカイト型複合酸化物からなるもので、かかるペロブスカイト型複合酸化物としては、遷移金属ペロブスカイト型酸化物、特にＡサイトにＬａを有するＬａＭｎＯ_３系複合酸化物、ＬａＦｅＯ_３系複合酸化物、ＬａＣｏＯ_３系複合酸化物の少なくとも１種が好適であり、６００〜１０００℃程度の作動温度での電気伝導性が高いという点からＬａＦｅＯ_３系複合酸化物が特に好適である。尚、上記ペロブスカイト型複合酸化物においては、ＡサイトにＬａと共にＳｒなどが存在していてもよいし、さらにＢサイトには、ＦｅとともにＣｏまたはＭｎが存在していてもよい。

上記の酸素極層５に対向する位置の導電性支持基板４上に設けられているインターコネクタ６は、導電性セラミックスからなるが、燃料ガス（水素）および酸素含有ガスと接触するため、耐還元性、耐酸化性を有していることが必要である。このため、かかる導電性セラミックスとしては、一般に、ランタンクロマイト系のペロブスカイト型複合酸化物（ＬａＣｒＯ_３系酸化物）が使用される。

インターコネクタ６の外面（上面）には、図２に示すように、Ｐ型半導体７を設けることが好ましい。Ｐ型半導体７を介して集電部材をインターコネクタ６に接続させることにより、両者の接触がオーム接触となり、電位降下を少なくし、集電性能の低下を有効に回避することが可能となる。

このようなＰ型半導体７としては、遷移金属ペロブスカイト型複合酸化物を例示することができる。具体的には、インターコネクタ６を構成するＬａＣｒＯ_３系複合酸化物よりも電子伝導性が大きいもの、例えば、ＢサイトにＭｎ、Ｆｅ、Ｃｏなどが存在するＬａＭｎＯ_３系複合酸化物、ＬａＦｅＯ_３系複合酸化物、ＬａＣｏＯ_３系複合酸化物などの少なくとも一種からなるＰ型半導体セラミックスを使用することができる。このようなＰ型半導体７の厚みは、一般に、３０乃至１００μｍの範囲にあることが好ましい。尚、図４では、Ｐ型半導体７の記載を省略した。

また、インターコネクタ６は、固体電解質層２が設けられていない側の導電性支持基板４の平坦部分上に直接設けることもできるが、この部分にも燃料極層３を設け、この燃料極層３上にインターコネクタ６を設けることもできる。即ち、燃料極層３を導電性支持基板４の全周にわたって設け、この燃料極層３上にインターコネクタ６を設けることができる。即ち、燃料極層３を介してインターコネクタ６を導電性支持基板４上に設けた場合には、導電性支持基板４とインターコネクタ６との間の界面での電位降下を抑制することができる上で有利である。

本発明の燃料電池モジュールは、図１のセルスタックを、収納容器内に収容して構成される。この収納容器には、外部から水素等の燃料ガスを燃料電池セル３０に導入する導入管、および空気等の酸素含有ガスを燃料電池セル３０の外部空間に導入するための導入管が設けられており、燃料電池セルが所定温度（例えば、６００〜９００℃）に加熱されることにより発電し、使用された燃料ガス、酸素含有ガスは、収納容器外に排出される。

尚、本発明は上記形態に限定されるものではなく、発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、支持基板４の形状を円筒状とすることも可能であるし、酸素極層５と固体電解質層２との間に、適当な導電性を有する中間層を形成することも可能である。さらに、上記形態では、支持基板４上に燃料極層３を形成した場合について説明したが、支持基板自体に燃料極層としての機能を付与し、支持基板に固体電解質、酸素極層を形成しても良い。

本発明を次の例で説明する。

先ず、平均粒径０．５μｍのＮｉＯ粉末と、平均粒径０．９μｍのＹ_２Ｏ_３粉末を体積比率をＮｉが４８体積％、Ｙ_２Ｏ_３が５２体積％になるように混合し、有機バインダーと溶媒にて作製した杯土を押し出し成型法にて成形し、乾燥、脱脂して支持基板成形体を作製した。

次に平均粒径０．５μｍのＮｉ粉末と希土類元素が固溶したＺｒＯ_２粉と有機バインダーと溶媒を混合したスラリーを作製し、前記支持基板成形体に、スクリーン印刷法にて塗布、乾燥して、燃料極層用のコーティング層を形成した。次に８ｍｏｌ％のスカンジウムが固溶したＺｒＯ_２粉末と有機バインダーと溶媒とを混合して得られたスラリーを、ドクターブレード法にて厚み３０μｍの固体電解質層用シートを作製し、支持基板成形体上の燃料極層用のコーティング層に貼り付け、乾燥した。

次に、支持基板成形体、および燃料極層のコーティング層、固体電解質シートを積層した積層成形体を１０００℃にて仮焼処理した。

次にＣｅＯ_２を８５モル％、Ｓｍ_２Ｏ_３を１５モル％含む複合酸化物粉体にアクリル系バインダーとトルエンを添加し、混合して作製した元素拡散防止層のスラリーを、得られた仮焼体の固体電解質成形体の表面にスクリーン印刷法にて塗布した。

また、ＬａＣｒＯ_３系複合酸化物と、有機バインダーと溶媒を混合したスラリーを作製し、これを、露出した支持基板成形体上に積層し、酸素含有雰囲気中で、１４８５℃焼成温度で同時焼成した。

次に、得られた焼結体を、平均粒径２μｍのＬａ_０．６Ｓｒ_０．４Ｃｏ_０．２Ｆｅ_０．８Ｏ_３粉末と、溶媒（ノルマルパラフィン）と造孔剤とからなるペースト中に浸漬し、焼結体に形成されている固体電解質層の表面に酸素極層のコーティング層を設け、同時に、上記ペーストをインターコネクタの外面に塗布し、Ｐ型半導体用コーティング層を設け、さらに、大気中で１１５０℃で焼き付け、酸素極層とＰ型半導体を形成した。酸素極層の気孔径は１５μｍであり、開気孔率は４０％であった。

この後、酸素極層の上面全面に、平均粒径２μｍのＬａ_０．６Ｓｒ_０．４Ｃｏ_０．２Ｆｅ_０．８Ｏ_３粉末と、表１に示す平均粒径０．５μｍの金属粉末を、表１に示す量と、溶媒（ノルマルパラフィン）とを混合してなるペーストを塗布した。尚、試料Ｎｏ．８では、酸素極層の上面全面に、平均粒径２μｍのＬａ_０．６Ｓｒ_０．４ＣｏＯ_３粉末と、表１に示す平均粒径０．５μｍの金属粉末を表１に示す量と、溶媒（ノルマルパラフィン）とを混合してなるペーストを塗布した。

この後、Ｃｒを含有する耐熱性合金板からなる図３（ｃ）に示すような集電部材を、燃料電池セルと交互になるように積層し、押圧した状態で、表１に示す雰囲気、１０００℃で焼き付け、導電性接合材で、燃料電池セルと集電部材とを接合した。導電性接合材の厚みを、表１に示す。

この後、クラックの発生を、５０００倍のＳＥＭ写真で観察した。さらに、剥離強度は引っ張り試験機を用いて集電部材が燃料電池セルから剥がれる際の強度を測定し、その値を記載した。

表１から、導電性接合材のペースト中に金属粉末を添加しない試料Ｎｏ．１では、導電性接合材の形成時にクラックが発生しており、焼き付け不良であり、集電部材の剥離強度が小さいことがわかる。これに対して、本発明の試料では、導電性接合材の形成時におけるクラックの発生がなく、集電部材の剥離強度も０．１５ＭＰａ以上と高いことがわかる。

マニホールドにセルスタックを設けた状態を示す断面図である。燃料電池セル同士を導電性接合材により接合している状態を示す断面図である。（ａ）は本発明のセルスタックの平面図、（ｂ）は酸素極層側集電片が導電性接合材により酸素極層に接合している状態を示す側面図、（ｃ）は集電部材の斜視図である。（ａ）は燃料電池セルの横断面図、（ｂ）は（ａ）の縦断面図である。焼成収縮カーブを示す図である。

符号の説明

２・・・固体電解質層
３・・・燃料極層
４・・・支持基板
５・・・酸素極層
９・・・導電性接合層
３０・・・燃料電池セル
３３・・・集電部材

Claims

複数の固体電解質形燃料電池セルと、該固体電解質形燃料電池セルの間にそれぞれ配置されたセル間接続部材と、前記固体電解質形燃料電池セルと前記セル間接続部材とを接合する導電性接合材とを具備してなるセルスタックであって、前記導電性接合材が、Ｌａを含有するペロブスカイト型複合酸化物と金属酸化物とを含有することを特徴とするセルスタック。
前記固体電解質形燃料電池セルが、固体電解質の一方側に燃料極層を、他方側に酸素極層を形成してなるとともに、前記酸素極層に、前記導電性接合材を介して前記セル間接続部材が接合しており、前記セル間接続部材が接合されていない前記酸素極層の部分にも、前記導電性接合材が接合されていることを特徴とする請求項１記載のセルスタック。
複数の固体電解質形燃料電池セルと、該固体電解質形燃料電池セルの間にそれぞれ配置されたセル間接続部材と、前記固体電解質形燃料電池セルと前記セル間接続部材とを接合する導電性接合材とを具備してなるセルスタックの製法であって、前記固体電解質形燃料電池セルと前記セル間接続部材との間に、Ｌａを含有するペロブスカイト型複合酸化物粉末と金属粉末とを含有するペーストを介在させた状態で、大気よりも酸素分圧が低い雰囲気下で熱処理することを特徴とするセルスタックの製法。
請求項１または２記載のセルスタックを収納容器内に収納してなることを特徴とする燃料電池モジュール。