JP2014078506A - セパレータ及び燃料電池 - Google Patents

Abstract

【課題】金属製メッシュとの接触抵抗を低減可能なセパレータ及びそのセパレータを備える燃料電池を提供する。
【解決手段】第１セパレータ２０は、Ｆｅ及びＣｒを主成分として含む合金板４１０と、合金板４１０上に形成され、Ｃｒ_２Ｏ_３を主成分として含む第１被覆膜４２０と、を備える。第１被覆膜４２０は、複数の柱状粒子によって構成される。第１被覆膜４２０の膜厚は、２．０μｍ以上１５．０μｍ以下である。
【選択図】図３

Description

本発明は、セパレータ及びセパレータを備える燃料電池に関する。

従来、複数の燃料電池を電気的に直列接続するためのセパレータは、鉄（Ｆｅ）とクロム（Ｃｒ）を主成分として含む合金板と、合金板の表面に形成される酸化クロム（Ｃｒ_２Ｏ_３）膜と、によって構成されている（特許文献１参照）。このようなセパレータは、集電部材（例えば、ニッケルメッシュ、白金メッシュ又はステンレス鋼メッシュなどの金属メッシュ）を介して、平板型の燃料電池と電気的に接続されている。

特開２００１−１９６０７７号公報

しかしながら、合金板の表面は、合金板よりも電気抵抗値の高いＣｒ_２Ｏ_３によって覆われているため、集電部材とセパレータとの接触抵抗が大きくなるという問題がある。

本発明は、上述の状況に鑑みてなされたものであり、集電部材との接触抵抗を低減可能なセパレータ及びそのセパレータを備える燃料電池を提供することを目的とする。

本発明に係るセパレータは、Ｆｅ及びＣｒを主成分として含む合金板と、合金板上に形成され、Ｃｒ_２Ｏ_３を主成分として含む第１被覆膜と、を備える。第１被覆膜は、複数の柱状粒子によって構成される。第１被覆膜の膜厚は、２．０μｍ以上１５．０μｍ以下である。

本発明によれば、集電部材との接触抵抗を低減可能なセパレータ及びそのセパレータを備える燃料電池を提供することができる。

燃料電池の構成を示す断面図 セパレータの拡大断面図 第１被覆膜のＥＢＳＤ像 第２被覆膜のＥＢＳＤ像

＜固体酸化物型燃料電池１００の構成＞
固体酸化物型燃料電池（以下、「燃料電池」と略称する）１００の構成について、図面を参照しながら説明する。図１は、燃料電池１００の構成を示す断面図である。

燃料電池１００は、発電部１０と、第１セパレータ２０と、第１メッシュ３０と、第１シールガラス３５と、第２セパレータ４０と、第２メッシュ５０と、第２シールガラス５５と、を備える。第１メッシュ３０と第２メッシュ５０は、集電部材の一例である。

（発電部１０の構成）
発電部１０は、燃料極１１、固体電解質層１２、空気極１３を備える。発電部１０は、セラミックス材料によって構成される薄板である。発電部１０は、例えば、厚み３０μｍ〜３ｍｍ、直径５ｍｍ〜５０ｍｍとすることができる。

燃料極１１は、発電部１０のアノードとして機能する。燃料極１１は、固体電解質層１２及び空気極１３を支持する基板（換言すれば「支持体」）としての機能を有してもよい。燃料極１１の厚みは、例えば１０μｍ〜３ｍｍとすることができる。燃料極１１が基板として機能する場合、燃料極１１の厚みは、固体電解質層１２及び空気極１３の厚みよりも大きくてもよい。また、燃料極１１は、燃料極集電層と燃料極活性層とを含んでいる。燃料極集電層は、例えばＮｉＯ‐Ｙ₂Ｏ₃によって構成することができ、燃料極活性層は、例えばＮｉＯ‐８ＹＳＺによって構成することができる。燃料極１１の外表面１１Ｓは、燃料極集電層によって形成されている。

なお、発電時、燃料極１１には、発電部１０及び第２セパレータ４０を貫通する第１貫通孔ＴＨ１を介して、燃料ガスが供給される。

固体電解質層１２は、燃料極１１と空気極１３との間に配置される。固体電解質層１２は、空気極１３で生成される酸素イオンを透過させる機能を有している。固体電解質層１２は、ジルコニウムを含んでいる。固体電解質層１２は、ジルコニウムをジルコニア（ＺｒＯ_２）として含んでもよい。固体電解質層１２は、ジルコニアを主成分として含んでいてもよい。固体電解質層１２の材料としては、例えば、ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）やＳｃＳＺ（スカンジア安定化ジルコニア）などを用いることができる。

空気極１３は、固体電解質層１２上に配置される。空気極１３は、発電部１０のカソードとして機能する。空気極１３は、緻密な固体電解質層１２よりも多くの気孔を含む多孔質層である。空気極１３は、例えばＬＳＣＦ（ランタンストロンチウムコバルトフェライト：（ＬａＳｒ）（ＣｏＦｅ）Ｏ_３）を主成分として含んでいてもよい。空気極１３の厚みは、５μｍ〜５０μｍとすることができる。空気極１３は、外表面１３Ｓを形成している。

なお、発電時、空気極１３には、発電部１０及び第１セパレータ２０を貫通する第２貫通孔ＴＨ２を介して、空気が供給される。

（第１セパレータ２０の構成）
第１セパレータ２０は、図１に示すように、燃料極１１の外表面１１Ｓと対向するように配置される。第１セパレータ２０は、第１メッシュ３０を介して、燃料極１１と電気的に接続されている。第１メッシュ３０は、ニッケルによって構成される。第１セパレータ２０は、第１メッシュ３０と接触する接触面２０Ｓを有する。なお、第１セパレータ２０は、第１シールガラス３５を介して発電部１０に接着されている。

第１セパレータ２０は、第２セパレータ４０と同様の構成を有している。従って、第２セパレータ４０の詳細な構成を後述することとし、第１セパレータ２０の詳細な構成については省略する。

（第２セパレータ４０の構成）
第２セパレータ４０は、図１に示すように、空気極１３の外表面１３Ｓと対向するように配置される。第２セパレータ４０は、空気極１３と電気的に接続されている。第２セパレータ４０は、空気極１３と接触する接触面４０Ｓを有する。なお、第２セパレータ４０は、第２シールガラス５５を介して発電部１０に接着されている。

ここで、図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。図２に示すように、第２セパレータ４０は、合金板４１０と、第１被覆膜４２０と、第２被覆膜４３０と、を有する。

合金板４１０は、Ｆｅ及びＣｒを含む。合金板４１０は、例えばフェライト系ステンレス部材によって構成することができる。合金板４１０の厚みは、例えば０．３ｍｍ〜１．５ｍｍとすることができる。

第１被覆膜４２０は、合金板４１０上に形成される。第１被覆膜４２０は、酸化クロム（Ｃｒ_２Ｏ_３）を主成分として含み、（Ｍｎ_ｘＦｅ_１-ｘ）Ｃｒ_２Ｏ_４（ただし、０．５＜Ｘ＜１）を副成分として含んでいる。第１被覆膜４２０は、合金板４１０や第２被覆膜４３０を構成する元素（例えば、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｓｉなど）を不純物として含有していてもよい。第１被覆膜４２０は、ＲＦ（radio-frequency）マグネトロンスパッタ装置を用いてＣｒターゲットをＡｒスパッタリングし、反応ガス（例えば、酸素）との反応により酸化物を成膜することによって形成することができる。第１被覆膜４２０の膜厚は、例えば１μｍ〜２０μｍとすることができる。第１被覆膜４２０の膜厚は、２．０μｍ以上１５．０μｍ以下であることが特に好ましい。

第１被覆膜４２０は、図２に示すように、複数の柱状粒子によって主に構成されている。第１被覆膜４２０を構成する複数の柱状粒子それぞれは、Ｃｒ_２Ｏ_３を主成分として含有する。第１被覆膜４２０を構成する粒子については後述する。

第２被覆膜４３０は、第１被覆膜４２０上に形成される。第２被覆膜４３０は、（Ｍｎ_ｘＦｅ_１-ｘ）Ｃｒ_２Ｏ_４（ただし、０．５＜Ｘ＜１）を主成分として含んでいる。第２被覆膜４３０は、ＲＦマグネトロンスパッタ装置を用いてＣｒ、Ｆｅ、ＭｎターゲットをＡｒスパッタリングし、反応ガス（例えば、酸素）との反応により酸化物を成膜することによって形成することができる。第２被覆膜４３０の膜厚は、第１被覆膜４２０よりも薄いことが好ましく、例えば０．５μｍ〜７μｍとすることができる。第２被覆膜４３０の膜厚は、１．０μｍ以上５．０μｍ以下であることが特に好ましい。本実施形態では、第２被覆膜４３０が、第２メッシュ５０と接触する接触面４０Ｓを形成している。

第２被覆膜４３０は、図２に示すように、複数の柱状粒子によって主に構成されている。第２被覆膜４３０を構成する複数の柱状粒子それぞれは、（Ｍｎ_ｘＦｅ_１-ｘ）Ｃｒ_２Ｏ_４を主成分として含有する。第２被覆膜４３０を構成する粒子については後述する。

＜第１被覆膜４２０と第２被覆膜４３０を構成する粒子＞
第１被覆膜４２０と第２被覆膜４３０を構成する粒子について、図面を参照しながら説明する。図３は、電子線後方散乱回折（ＥＢＳＤ；Electron Backscatter Diffraction）法によって第１被覆膜４２０の断面を解析して得られたＣｒ_２Ｏ_３を含有する粒子のＥＢＳＤ像である。図４は、ＥＢＳＤ法によって第１被覆膜４２０と第２被覆膜４３０の断面を解析して得られた（Ｍｎ_ｘＦｅ_１-ｘ）Ｃｒ_２Ｏ_４を含有する粒子のＥＢＳＤ像である。ＥＢＳＤ法によれば、結晶方位の不連続性を観測することができ、所定の結晶方位差が観測されたラインを粒界とみなして粒子像を描画することができる。所定の結晶方位差は任意に設定可能であるが、例えば１５度程度に設定されていればよい。

第１被覆膜４２０は、図３に示すように、Ｃｒ_２Ｏ_３を含有する複数の柱状粒子によって主に構成される。第１被覆膜４２０を構成する柱状粒子は、厚み方向に沿って延びるように配置されている。

第１被覆膜４２０を構成する柱状粒子の平均長径は、０．５μｍ以上３．０μｍ以下である。第１被覆膜４２０を構成する柱状粒子の平均短径は、０．０５μｍ以上１．５μｍ以下である。第１被覆膜４２０を構成する柱状粒子において、平均長径の平均短径に対するアスペクト比（平均長径/平均短径）は、１．５以上５．５以下であることが好ましい。

ただし、第１被覆膜４２０を構成する柱状粒子のアスペクト比の算出に際しては、極めて微小な粒子を除外することが好ましい。粒子が微小であるほど球形に近づくため、このような微小な粒子を除外することによって、柱状粒子のアスペクト比を精度良く取得することができる。具体的に、第１被覆膜４２０を構成する柱状粒子のアスペクト比の算出では、円相当径が０．０５μｍ以下の粒子をカウントしないことが好ましい。

また、第１被覆膜４２０を構成する柱状粒子の平均円相当径は、０．１５μｍ以上０．８μｍ以下であることが好ましい。

本実施形態において円相当径とは、対象物の断面積と同じ面積を有する円の直径であり、平均円相当径とは、複数の対象物の円相当径の平均値である。

第１被覆膜４２０は、図４に示すように、（Ｍｎ_ｘＦｅ_１-ｘ）Ｃｒ_２Ｏ_４を含有する複数の柱状粒子を含んでいてもよい。第１被覆膜４２０において、（Ｍｎ_ｘＦｅ_１-ｘ）Ｃｒ_２Ｏ_４を含有する複数の柱状粒子それぞれは互いに離れていてもよい。第１被覆膜４２０の断面において、（Ｍｎ_ｘＦｅ_１-ｘ）Ｃｒ_２Ｏ_４を含有する複数の柱状粒子の面積占有率は、３０％以下であることが好ましい。（Ｍｎ_ｘＦｅ_１-ｘ）Ｃｒ_２Ｏ_４を含有する複数の柱状粒子の面積占有率は、例えば５００μｍ^２程度の範囲で測定すればよい。

第２被覆膜４３０は、図４に示すように、（Ｍｎ_ｘＦｅ_１-ｘ）Ｃｒ_２Ｏ_４を含有する複数の柱状粒子によって主に構成される。第２被覆膜４３０を構成する柱状粒子は、厚み方向に沿って延びるように配置されている。

第２被覆膜４３０を構成する柱状粒子の平均長径は、０．５μｍ以上５．０μｍ以下である。第２被覆膜４３０を構成する柱状粒子の平均短径は、０．３μｍ以上２．０μｍ以下である。第２被覆膜４３０を構成する柱状粒子において、平均長径の平均短径に対するアスペクト比（平均長径/平均短径）は、１．５以上５．５以下であることが好ましい。

ただし、第２被覆膜４３０を構成する柱状粒子のアスペクト比の算出に際しては、極めて微小な粒子を除外することが好ましい。粒子が微小であるほど球形に近づくため、このような微小な粒子を除外することによって、柱状粒子のアスペクト比を精度良く取得することができる。具体的に、第２被覆膜４３０を構成する柱状粒子のアスペクト比の算出では、円相当径が０．３μｍ以下の粒子をカウントしないことが好ましい。

また、第２被覆膜４３０を構成する柱状粒子の平均円相当径は、０．３μｍ以上２．０μｍ以下であることが好ましい。

＜第２セパレータ４０の製造方法＞
次に、第２セパレータ４０の製造方法について説明する。

まず、鉄（Ｆｅ）とクロム（Ｃｒ）を主成分として含むフェライト系ステンレスによって構成される所定サイズの合金板４１０を準備する。

次に、合金板４１０の表面にＲＦ（radio-frequency）マグネトロンスパッタ装置（日電アネルバ製、ＳＰＦ−２１０Ｈ）によって金属Ｃｒターゲット（純度：９９．９％以上）を用いて反応性スパッタリングした後に熱処理する。これにより、合金板４１０の表面に第１被覆膜４２０の構成粒子を柱状に成長させる。この際、ＲＦマグネトロンスパッタ装置の高周波出力を制御することによって第１被覆膜４２０の膜厚を精度良く調整可能であり、第１被覆膜４２０の膜厚は２．０μｍ以上１５．０μｍ以下に調整することが好ましい。なお、以下のスパッタ条件を採用することによって、アスペクト比が１．５以上５．５以下の柱状粒子を好適に成長させることができる。
・スパッタ圧力を２〜１０×１０^−３Ｔｏｒｒとする
・成膜時の基板温度を常温〜２００℃とする
・成膜後の熱処理温度を４００℃〜７００℃とする
・処理時間を１ｈｒ〜５ｈｒとする

また、チャンバー真空到達度を１．０×１０−５Ｔｏｒｒ以下とすることが好ましい。これによって高真空度が達成されることで、スパッタ成膜時のプラズマ状態が均一になり、欠陥の少ない柱状粒子を得ることができる。さらに、チャンバー内に導入する混合ガスをＡｒガスとＯ_２ガスの混合ガスとし、Ｏ_２／Ａｒ比を０．２〜０．６とすることが好ましい。これによって、プラズマが安定し、且つ、酸素欠陥の少ない柱状粒子を得ることができる。

次に、第１被覆膜４２０の表面にＲＦマグネトロンスパッタ装置（日電アネルバ製、ＳＰＦ−３３２Ｈ）を用いてＣｒ、Ｆｅ、Ｍｎの３種のターゲットを用いて、反応性スパッタリングする。これにより、第１被覆膜４２０の表面に第２被覆膜４３０の構成粒子を柱状に成長させる。この際、ＲＦマグネトロンスパッタ装置の高周波出力を制御することによって第２被覆膜４３０の膜厚を精度良く調整可能であり、第２被覆膜４３０の膜厚は１．０μｍ以上５．０μｍ以下に調整することが好ましい。なお、以下のスパッタ条件を採用することによって、アスペクト比が１．５以上５．５以下の柱状粒子を好適に成長させることができる。
・スパッタ圧力を１〜８×１０^−３Ｔｏｒｒとする
・成膜時の基板温度を常温〜２５０℃とする
・成膜後の熱処理温度を４００℃〜７００℃とする
・処理時間を１ｈｒ〜５ｈｒとする

また、上述の通り、チャンバー真空到達度を１．０×１０−５Ｔｏｒｒ以下とし、また、チャンバー内に導入する混合ガスをＡｒガスとＯ_２ガスの混合ガスとし、Ｏ_２／Ａｒ比を０．２〜０．６とすることが好ましい。

＜その他の実施形態＞
（Ａ）上記実施形態では特に触れていないが、燃料電池１００の基本構造としては、燃料極支持型、平板形、円筒形、縦縞型、横縞型、片端保持型、両端保持型などの構造を採用しうる。

（Ｂ）上記実施形態では、第２セパレータ４０の第１被覆膜４２０は、コーティング層によって被覆されていないこととしたが、これに限られるものではない。第２セパレータ４０の第１被覆膜４２０は、例えばＭｎ及びＣｏを含むセラミックス材料（例えば、（Ｍｎ，Ｃｏ）_３Ｏ_４など）によって構成されるコーティング層によって被覆されていてもよい。このようなコーティング層によって、発電時の酸化雰囲気下において、第１被覆膜４１０からＣｒ含有ガスが放出することを抑制できる。なお、このようなコーティング層を第２被覆膜４３０上に塗布/乾燥させた後に焼き付けた場合、第２被覆膜４３０は消失されるため、第１被覆膜４２０はコーティング層によって被覆されることとなる。

一方、第２セパレータ４０と同様の構成を有する第１セパレータ２０は、発電時に酸化雰囲気に晒されないため、第１セパレータ２０の第１被覆膜を上述のコーティング層によって被覆する必要性は低い。

（Ｃ）上記実施形態では、発電部１０は、燃料極１１と固体電解質層１２と空気極１３とによって構成されることとしたが、これに限られるものではない。例えば、発電部１０は、固体電解質層１２と空気極１３との間におけるカチオン拡散を抑制するためのバリア層を備えていてもよい。

（サンプルＮｏ．１〜Ｎｏ．１５の作製）
以下のようにして、サンプルＮｏ．１〜Ｎｏ．１５に係るセパレータを作製した。

まず、鉄（Ｆｅ）とクロム（Ｃｒ）を主成分として含むフェライト系ステンレスによって構成されるステンレス板を準備した。

次に、ステンレス板の表面にＣｒ_２Ｏ_３を主成分とする第１被覆膜を形成した。サンプルＮｏ．１では、予め合成されたＣｒ_２Ｏ_３粒子を所定の粒度に粉砕及び調整した原料を用いてスラリーを作製し、このスラリーを塗布及び乾燥した後に焼成することによって、球状粒子によって構成される第１被覆膜を形成した。一方、サンプルＮｏ．２〜Ｎｏ．１５では、ステンレス板の表面にＲＦマグネトロンスパッタ装置（日電アネルバ製、ＳＰＦ−２１０Ｈ）を用いて金属Ｃｒターゲット（純度：９９．９％以上）を反応性スパッタリングした。サンプルＮｏ．２〜Ｎｏ．１５では、スパッタ条件を以下の通りとすることによって、ステンレス板の表面にＣｒ_２Ｏ_３を主成分とする柱状粒子を成長させた。
・スパッタ圧力：５×１０^−３Ｔｏｒｒ
・成膜時の基板温度：２００℃
・成膜後の熱処理温度：６００℃
・処理時間：２ｈｒ

次に、第１被覆膜に導電性接着剤を用いて集電部材としてのニッケルメッシュを接続した。

（サンプルＮｏ．１６〜Ｎｏ．２４の作製）
以下のようにして、サンプルＮｏ．１６〜Ｎｏ．２４に係るセパレータを作製した。

まず、鉄（Ｆｅ）とクロム（Ｃｒ）を主成分として含むフェライト系ステンレスによって構成されるステンレス板を準備した。

次に、ステンレス板の表面にＲＦマグネトロンスパッタ装置（日電アネルバ製、ＳＰＦ−２１０Ｈ）を用いて金属Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｎの３種のターゲット（純度：９９．９％以上）を反応性スパッタリングした。スパッタ条件は以下の通りとすることによって、ステンレス板の表面にＣｒ_２Ｏ_３を主成分とする柱状粒子を成長させた。これにより、ステンレス板の表面に第１被覆膜が形成された。
・スパッタ圧力：５×１０^−３Ｔｏｒｒ
・成膜時の基板温度：２００℃
・成膜後の熱処理温度：６００℃
・処理時間：２ｈｒ

次に、第１被覆膜の表面にＲＦマグネトロンスパッタ装置（日電アネルバ製、ＳＰＦ−２１０Ｈ）を用いてＣｒ、Ｆｅ、Ｍｎの３種のターゲットを用いて反応性スパッタリングした。スパッタ条件は以下の通りとした。これによって、（Ｍｎ_ｘＦｅ_１-ｘ）Ｃｒ_２Ｏ_４を含む柱状粒子によって構成される第２被覆膜を形成した。
・スパッタ圧力：６×１０^−３Ｔｏｒｒ
・成膜時の基板温度：２３０℃
・成膜後の熱処理温度：６５０℃
・処理時間：２．５ｈｒ

次に、第２被覆膜に導電性接着剤を用いて集電部材としてのニッケルメッシュを接続した。

（ＥＢＳＤ測定）
サンプルＮｏ．１〜Ｎｏ．２４に係るセパレータの断面をＥＢＳＤ装置（ＴＳＬ製 ＯＩＭ）で測定することによって、第１被覆膜と第２被覆膜の構成粒子のＥＢＳＤ像を得た。ＥＢＳＤ像は、１５度以上の結晶方位差が観測されたラインを粒界とみなして描画した（図３及び図４参照）。

そして、サンプルＮｏ．１〜Ｎｏ．２４のＥＢＳＤ像を解析することによって、第１被覆膜を構成する柱状粒子のアスペクト比（平均長径/平均短径）及び平均円相当径を測定した。この際、円相当径が０．０５μｍ以下の粒子はカウントしなかった。

また、サンプルＮｏ．１６〜Ｎｏ．２４のＥＢＳＤ像を解析することによって、第２被覆膜を構成する柱状粒子のアスペクト比（平均長径/平均短径）及び平均円相当径を測定した。この際、円相当径が０．０５μｍ以下の粒子はカウントしなかった。

さらに、サンプルＮｏ．１１〜Ｎｏ．２４のＥＢＳＤ像を解析することによって、第１被覆膜に含まれる（Ｍｎ_ｘＦｅ_１-ｘ）Ｃｒ_２Ｏ_４を含有する粒子の面積占有率を算出した。

（接触抵抗の測定）
サンプルＮｏ．１〜Ｎｏ．１５の第１被覆膜（Ｃｒ_２Ｏ_３膜）と集電部材との接触抵抗を測定した。同様に、サンプルＮｏ．１６〜Ｎｏ．２４の第２被覆膜（（Ｍｎ_ｘＦｅ_１-ｘ）Ｃｒ_２Ｏ_４膜）と集電部材との接触抵抗を測定した。

測定方法は、測定温度は７５０℃、雰囲気は大気とし、直流抵抗値を測定することとした。

（接合強度の測定）
サンプルＮｏ．１〜Ｎｏ．１５の第１被覆膜（Ｃｒ_２Ｏ_３膜）と集電部材との接合強度を測定した。同様に、サンプルＮｏ．１６〜Ｎｏ．２４の第２被覆膜（（Ｍｎ_ｘＦｅ_１-ｘ）Ｃｒ_２Ｏ_４膜）と集電部材との接合強度を測定した。

測定方法は、測定温度は常温として、接合面積を１０ｍｍ×１０ｍｍの条件で統一し、引張強度の比較での評価とした。

なお、表２では、第１被覆膜に（Ｍｎ_ｘＦｅ_１-ｘ）Ｃｒ_２Ｏ_４を含有しないサンプルＮｏ．１１の接合強度を基準として、サンプルＮｏ．１２〜１５の接合強度を相対評価した。

表１に示すように、柱状粒子で構成される第１被覆膜の膜厚を２．０μｍ以上１５．０μｍ以下とすることによって、集電部材との接触抵抗を低減させられることが確認された。このような結果が得られたのは、第１被覆膜の構成粒子の形状と膜厚を最適化することにより、密着性を改善できたためと考えられる。

また、表１に示すように、第１被覆膜を構成する柱状粒子のアスペクト比（平均長径/平均短径）を１．５以上５．５以下とすることによって、集電部材との接触抵抗をより低減させられることが確認された。このような結果が得られたのは、第１被覆膜の構成粒子の形状を最適化することにより、密着性をより改善できたためと考えられる。

また、第１被覆膜を構成する柱状粒子の平均粒径を０．１５μｍ以上０．８μｍ以下とすることによって、セパレータと集電部材との接合強度をより向上させられることが確認された。このような結果が得られたのは、第１被覆膜の構成粒子のサイズを最適化することにより第１被覆膜の強度を向上できたためと考えられる。

表２に示すように、第１被覆膜に含まれる（Ｍｎ_ｘＦｅ_１-ｘ）Ｃｒ_２Ｏ_４を含有する粒子の面積占有率を３０％以下とすることによって、第１被覆膜の強度を向上できることが確認された。また、第１被覆膜に含まれる（Ｍｎ_ｘＦｅ_１-ｘ）Ｃｒ_２Ｏ_４を含有する粒子の面積占有率を８％以上とすることによって、第１被覆膜の強度をより向上できることが確認された。

また、柱状粒子で構成される第２被覆膜の膜厚を１．０μｍ以上５．０μｍ以下とすることによって、集電部材との接触抵抗をより低減させられることが確認された。このような結果が得られたのは、第２被覆膜の構成粒子の形状と膜厚を最適化にすることにより、密着性をより改善できたためと考えられる。

また、第２被覆膜を構成する柱状粒子のアスペクト比（平均長径/平均短径）を１．５以上５．５以下とすることによって、セパレータと集電部材との接合強度をより向上させられることが確認された。このような結果が得られたのは、第２被覆膜の構成粒子の形状を最適化することにより、密着性を改善できたためと考えられる。

また、第２被覆膜を構成する柱状粒子の平均粒径を０．３μｍ以上２．０μｍ以下とすることによって、セパレータと集電部材との接合強度をより向上させられることが確認された。このような結果が得られたのは、第２被覆膜の構成粒子のサイズを最適化することにより第１被覆膜の強度を向上できたためと考えられる。

１００ 固体酸化物型燃料電池
１０ 発電部
１１ 燃料極
１２ 固体電解質層
１３ 空気極
２０ 第１セパレータ
３０ 第１メッシュ
４０ 第２セパレータ
４１０ 合金板
４２０ 第１被覆膜
４３０ 第２被覆膜
５０ 第２メッシュ

Claims (9)

1. Ｆｅ及びＣｒを主成分として含む合金板と、
   前記合金板上に形成され、Ｃｒ_２Ｏ_３を主成分として含む第１被覆膜と、
   を備え、
   前記第１被覆膜は、複数の柱状粒子によって構成され、
   前記第１被覆膜の膜厚は、２．０μｍ以上１５．０μｍ以下である、
   セパレータ。
2. 前記第１被覆膜の断面において電子線後方散乱回折法によって１５度以上の結晶方位差が観測されたラインを粒界とした場合、前記第１被覆膜を構成する前記複数の柱状粒子において、平均長径の平均短径に対するアスペクト比は、１．５以上５．５以下である、
   請求項１に記載のセパレータ。
3. 前記第１被覆膜を構成する前記複数の柱状粒子の平均円相当径は、０．１５μｍ以上０．８μｍ以下である、
   請求項１又は２に記載のセパレータ。
4. 前記第１被覆膜上に形成され、（Ｍｎ_ｘＦｅ_１-ｘ）Ｃｒ_２Ｏ_４（ただし、０．５＜Ｘ＜１）を主成分として含む第２被覆膜を備える、
   請求項１乃至３のいずれかに記載のセパレータ。
5. 前記第１被覆膜は、（Ｍｎ_ｘＦｅ_１-ｘ）Ｃｒ_２Ｏ_４（ただし、０．５＜Ｘ＜１）を含有する複数の柱状粒子を含み、
   前記第１被覆膜の断面において、（Ｍｎ_ｘＦｅ_１-ｘ）Ｃｒ_２Ｏ_４を含有する複数の柱状粒子の面積占有率は、３０％以下である、
   請求項４に記載のセパレータ。
6. 前記第２被覆膜は、複数の柱状粒子によって構成され、
   前記第２被覆膜の膜厚は、１．０μｍ以上５．０μｍ以下である、
   請求項４又は５に記載のセパレータ。
7. 前記第２被覆膜の断面において電子線後方散乱回折法によって１５度以上の結晶方位差が観測されたラインを粒界とした場合、前記第２被覆膜を構成する前記複数の柱状粒子において、平均長径の平均短径に対するアスペクト比は、１．５以上５．５以下である、
   請求項４乃至６のいずれかに記載のセパレータ。
8. 前記第２被覆膜を構成する前記複数の柱状粒子の平均円相当径は、０．３μｍ以上２．０μｍ以下である、
   請求項３乃至７のいずれかに記載のセパレータ。
9. 請求項１に記載のセパレータと、
   前記セパレータと対向する燃料極と、空気極と、前記燃料極と前記空気極の間に配置される固体電解質層と、を有する発電部と、
   前記セパレータと前記燃料極の間に配置される集電部材と、
   を備える燃料電池。