JP2023071612A - 改良された誘電体層を含む燃料電池スタック - Google Patents

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Abstract

【課題】燃料利用率及び燃料電池の作用面積を最大化するように設計されたインターコネクトを持つ固体酸化物型燃料電池スタックを提供する。【解決手段】積層された固体酸化物形燃料電池と、前記燃料電池間に配置されたインターコネクト４００と、インターコネクト上に配置され、第１のガラス含有成分及び腐食バリア材料を含む誘電体層４４０を有する。誘電体層は、重量比として５：９５から６０：４０の範囲の（第１のガラス含有成分）：（腐食バリア材料）の重量比を有する。前記第１のガラス含有成分は、約９５０℃～約１０５０℃の範囲の温度で少なくとも１５分間焼結された後に、少なくとも５０％が非晶質であり、前記腐食バリア材料は、ケイ酸ジルコニウム（ＺｒＳｉＯ４）、カリ長石（ＫＡｌＳｉ３Ｏ８）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、ランタントリシリケート（Ｌａ２Ｓｉ３Ｏ９）、炭化ケイ素、又はこれらの任意の組合せを含んでいる。【選択図】図５Ｄ

Description

本開示は、燃料電池誘電体層、及び特に非晶質成分を含む誘電体層に関する。
高温形燃料電池システム、例えば固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）システムでは、酸化剤流が燃料電池のカソード側を通過し、燃料流が燃料電池のアノード側を通過する。酸化剤流は典型的には空気であり、燃料流は炭化水素燃料、例えばメタン、天然ガス、ペンタン、エタノール、又はメタノールであってよい。燃料電池は、７５０℃～９５０℃の典型的な温度で稼働し、負に帯電した酸素イオンの、カソードフローストリームからアノードフローストリームへの移動を可能にし、ここでイオンは、自由水素又は炭化水素分子中の水素と結合して水蒸気を生成し、及び／又は、一酸化炭素と結合して二酸化炭素を生成する。負に帯電したイオンからの過剰電子は、アノードとカソードとの間に完成された電気回路を介して燃料電池のカソード側に戻され、その結果、回路を介して電流が流れるようになる。
燃料電池スタックは、内部又は外部に燃料及び空気用のマニホールドを備えることができる。内部マニホールド型のスタックでは、燃料及び空気は、スタック内に含まれるライザを用いて各セルに分配される。換言すれば、ガスは、各燃料電池の支持層、例えば電解質層の開口部又は孔、及び各セルのガスフローセパレータを介して流れる。また、外部マニホールド型のスタックでは、スタックは燃料及び空気の入口側及び出口側で開口しており、燃料及び空気は、スタックのハードウェアとは独立して導入及び回収される。例えば、入口及び出口の燃料並びに空気は、スタックと、スタックが配置されるマニホールドハウジングとの間の別個の通路を流れる。
燃料電池スタックは、多くの場合、プレーナ形の要素、チューブ、又は他のジオメトリの形態の複数のセルから構築される。燃料と空気とは、電気化学的に活性な表面に供給されなければならず、その表面は大きくなり得る。燃料電池スタックの構成要素の１つは、スタック内の個々のセルを分離する、いわゆるガスフローセパレータ（プレーナ形のスタックではガスフローセパレータプレートと呼ばれる）である。ガスフローセパレータプレートは、スタック内の１つのセルの燃料極（つまり、アノード）に流れる燃料、例えば水素又は炭化水素燃料を、スタック内の隣接するセルの空気極（つまり、カソード）に流れる酸化剤、例えば空気から分離する。多くの場合、ガスフローセパレータプレートは、一方のセルの燃料極と、隣接するセルの空気極とを電気的に接続するインターコネクトとしても使用される。この場合、インターコネクトとして機能するガスフローセパレータプレートは、導電性材料で形成されるか、又は導電性材料を含む。
本開示の様々な実施形態によれば、燃料電池スタックは、積層された固体酸化物形燃料電池と、燃料電池間に配置されたインターコネクトと、インターコネクト上に配置され、第１のガラス含有成分及び腐食バリア材料を含む誘電体層とを含んでおり、誘電体層は、約５：９５～約６０：４０の範囲の、第１のガラス含有成分：腐食バリア材料の重量比を有しており、第１のガラス含有成分は、約９５０℃～約１０５０℃の範囲の温度で少なくとも１５分間焼結された後に、（例えば体積比で）少なくとも５０％が非晶質であり、腐食バリア材料は、ケイ酸ジルコニウム（ＺｒＳｉＯ４）、カリ長石（ＫＡｌＳｉ３Ｏ８）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、ランタントリシリケート（Ｌａ２Ｓｉ３Ｏ９）、炭化ケイ素、又はこれらの任意の組合せを含んでいる。
本開示の様々な実施形態によれば、燃料電池スタックは、積層された固体酸化物形燃料電池であって、燃料電池はそれぞれ、アノード、カソード及びアノードとカソードとの間に配置された電解質を含む、積層された固体酸化物形燃料電池と、燃料孔を含みかつ燃料電池間に配置されたクロスフロー型のインターコネクトと、インターコネクトの燃料側と燃料電池の燃料側との間に配置された周囲シールと、インターコネクトの空気側と燃料電池の空気側との間に配置された燃料孔を取り囲むライザシールと、電解質上に直接に配置されかつイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、スカンジア安定化ジルコニア（ＳＳＺ）、マグネシア、ジルコニア、ＺｒＳｉＯ４、アルミナ、又はこれらの組合せのうちの少なくとも１つを含む電解質補強層とを含んでいる。
本開示の様々な実施形態によれば、燃料電池スタックは、積層された固体酸化物形燃料電池であって、各燃料電池は、アノード、カソード及びアノードとカソードとの間に配置された電解質を含む、積層された固体酸化物形燃料電池と、燃料電池間に配置されたクロスフロー型のインターコネクトであって、インターコネクトはそれぞれ、空気側、対向する燃料側、インターコネクトの対向し合う側を通って延びる燃料孔を有しており、空気側はそれぞれ、空気流れ範囲と、燃料孔を取り囲むライザシール面とを含んでいる、クロスフロー型のインターコネクトと、インターコネクトの燃料側と燃料電池の燃料側との間に配置された周囲シールと、インターコネクトの空気側と燃料電池の空気側との間に配置され、ライザ面を完全に覆うライザシールと、ライザシール面とライザシールとの間に配置され、ライザシール面の少なくとも５０％未満の部分を覆う誘電体層とを含んでいる。
本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成する添付の図面は、本発明の例示的な実施形態を示しており、上記の一般的な説明及び下記の詳細な説明と共に、本発明の特徴を説明するのに役立つ。
従来の燃料電池コラムの斜視図である。 図１Ａのコラムに含まれる１つのカウンタフロー型（向流型）の固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）スタックの斜視図である。 図１Ｂのスタックの一部の側断面図である。 図１Ｂのスタックの従来のインターコネクトの空気側の上面図である。 従来のインターコネクトの燃料側の上面図である。 本開示の様々な実施形態による燃料電池スタックの斜視図である。 図３Ａのスタックの一部の分解斜視図である。 図３Ａのスタックに含まれるインターコネクトの燃料側の平面図である。 図３Ａのスタックに含まれる燃料電池の概略図である。 本開示の様々な実施形態による図３Ｃのクロスフロー型（直行流型）のインターコネクトの空気側を示す上面図である。 本開示の様々な実施形態による図３Ｃのクロスフロー型のインターコネクトの燃料側を示す平面図である。 図３Ｃのインターコネクトの空気側を示す平面図である。 図５Ａのインターコネクトの変化形を示す平面図である。 本開示の様々な実施形態によるインターコネクトの空気側を示す平面図である。 本開示の様々な実施形態によるインターコネクトの空気側を示す平面図である。 本開示の様々な実施形態による、図４Ａ及び図４Ｂの２つのインターコネクト、並びに図３Ａの燃料電池スタックに組み込まれたような燃料電池を示す斜視断面図である。 図６Ａのインターコネクトの燃料側の燃料電池とシールとのオーバラップを示す上面図である。 本開示の様々な実施形態による燃料電池の燃料側を示す上面図である。 図７Ｂの燃料電池の空気側を示す上面図である。
様々な実施形態を、添付の図面を参照して詳細に説明する。図面は、必ずしも原寸大ではなく、本発明の様々な特徴を説明することを意図している。可能な限り、同じ又は類似の部材を参照するために、図面全体にわたって同じ参照番号が使用される。特定の実施例及び実施形態への言及は、例示目的であり、本発明又は特許請求の範囲を限定することを意図するものではない。本明細書では、範囲は、「約」のある特定の値から及び／又は「約」の別の特定の値までとして表され得る。そのような範囲が表される場合、例は、ある特定の値から及び／又は他の特定の値までを含む。同様に、直前に「約」又は「実質的に」を使用することによって値が近似値として表される場合、特定の値が別の態様をなすと理解されるであろう。いくつかの実施形態では、「約Ｘ」の値は、±１％Ｘの値を含み得る。さらに、各範囲の終点は、他の終点との関連で、また他の終点とは独立的に、有意であると理解される。
図１Ａは、従来の燃料電池コラム３０の斜視図であり、図１Ｂは、図１Ａのコラム３０に含まれる１つのカウンタフロー型の固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）スタック２０の斜視図であり、図１Ｃは、図１Ｂのスタック２０の一部の側断面図である。
図１Ａ及び図１Ｂを参照すると、コラム３０は、１つ又は複数のスタック２０、燃料入口導管３２、アノード排気導管３４、及びアノードフィード／リターンアセンブリ３６（例えばアノードスプリッタプレート（ＡＳＰ）３６）を含んでよい。また、コラム３０は、サイドバッフル３８及び圧縮アセンブリ４０を含んでもよい。サイドバッフル３８は、セラミックコネクタ３９を介して、圧縮アセンブリ４０と、下方に配置されたスタックコンポーネント（図示せず）とに結合され得る。燃料入口導管３２は、ＡＳＰ３６に流体接続され、各ＡＳＰ３６に燃料供給を提供するように構成され、アノード排気導管３４は、ＡＳＰ３６に流体接続され、各ＡＳＰ３６からアノード燃料排気を受け取るように構成されている。
ＡＳＰ３６は、スタック２０間に配置され、スタック２０に、炭化水素燃料を含む燃料供給を提供するように、また、スタック２０からアノード燃料排気を受け取るように構成されている。例えば、ＡＳＰ３６は、以下に述べるように、スタック２０内に形成された内部燃料ライザ孔２２に流体接続されてよい。
図１Ｃを参照すると、スタック２０は、ガスフローセパレータプレート又はバイポーラプレートと呼ばれることもあるインターコネクト１０によって分離された複数の燃料電池１を含む。各燃料電池１は、カソード電極３、固体酸化物電解質５、及びアノード電極７を含む。
各インターコネクト１０は、スタック２０内の隣接する燃料電池１同士を電気的に接続する。特に、インターコネクト１０は、１つの燃料電池１のアノード電極７を、隣接する燃料電池１のカソード電極３に電気的に接続することができる。図１Ｃは、下側の燃料電池１が２つのインターコネクト１０の間に配置されていることを示している。
各インターコネクト１０は、燃料通路８Ａ及び空気通路８Ｂを少なくとも部分的に画定するリブ１２を含む。インターコネクト１０は、スタック内の１つのセルの燃料極（つまり、アノード７）に流れる燃料、例えば炭化水素燃料を、スタック内の隣接するセルの空気極（つまり、カソード３）に流れる酸化剤、例えば空気から分離するガス－燃料セパレータとして動作することができる。スタック２０の一方の端部には、空気又は燃料をそれぞれ端部電極に供給するための空気エンドプレート又は燃料エンドプレート（図示せず）が設けられてよい。
図２Ａは、従来のインターコネクト１０の空気側の平面図であり、図２Ｂは、インターコネクト１０の燃料側の平面図である。図１Ｃ及び図２Ａを参照すると、空気側は、空気通路８Ｂを含む。空気は、空気通路８Ｂを通って、隣接する燃料電池１のカソード電極３に流れる。特に、空気は、矢印で示される第１の方向Ａにインターコネクト１０を横切って流れることができる。
燃料がカソード電極に接触するのを防止するために、インターコネクト１０の燃料孔２２Ａをリングシール２３が取り囲んでよい。インターコネクト１０の空気側の周囲部分には、帯状の周囲シール２４が配置される。シール２３，２４は、ガラス材料から形成されてよい。周囲部分は、リブ又は通路を含まない隆起した高台状であってよい。周囲領域の表面は、リブ１２の頂部と同一平面であってよい。
図１Ｃ及び図２Ｂを参照すると、インターコネクト１０の燃料側は、燃料通路８Ａ及び燃料マニホールド２８（例えば燃料プレナム）を含んでよい。燃料は、燃料孔２２Ａのうちの１つから、隣接するマニホールド２８に流入し、燃料通路８Ａを通って、隣接する燃料電池１のアノード７に流れる。過剰な燃料は、他方の燃料マニホールド２８に流入し、次に、隣接する燃料孔２２Ａに流入可能である。特に、燃料は、矢印で示されるように、第２の方向Ｂにインターコネクト１０を横切って流れることができる。第２の方向Ｂは、第１の方向Ａに対して直交していてよい（図２Ａ参照）。
インターコネクト１０の燃料側の周囲領域には、枠状のシール２６が配置される。周囲領域は、リブ又は通路を含まない隆起した高台状部分であってよい。周囲領域の表面は、リブ１２の頂部と同一平面であってよい。
したがって、図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃ、図２Ａ、及び図２Ｂに示すような従来のカウンタフロー型の燃料電池コラムは、複雑な燃料分配システム（燃料レール及びアノードスプリッタプレート）を含み得る。さらに、内部燃料ライザの使用は、燃料電池及び対応するシールに孔を必要とすることがあり、それにより、燃料電池の作用面積を減少させ、燃料電池１のセラミック電解質にクラックを発生させるおそれがある。
燃料マニホールド２８は、インターコネクト１０の比較的大きな領域を占める可能性があり、これにより、インターコネクト１０と、隣接する燃料電池との間の接触面積が約１０％減少する可能性がある。また、燃料マニホールド２８は比較的深いので、燃料マニホールド２８は、インターコネクト１０の比較的薄い領域に相当する。インターコネクト１０は、一般的に粉末冶金圧縮工程によって形成されるので、燃料マニホールド領域の密度は、インターコネクト材料の理論密度限界に近づく可能性がある。したがって、高密度の燃料マニホールド領域をさらに圧縮することができないため、圧縮工程で使用される圧縮プレスのストロークの長さが制限されることになる。その結果、圧縮ストロークの制限によって、インターコネクト１０の他の場所で達成される密度が、より低いレベルに制限される可能性がある。結果として生じる密度のばらつきは、局所的な変動につながる可能性があり、これは、インターコネクト１０と燃料電池１との間の接触量を減少させ、スタックの歩留まり及び／又は性能を低下させる可能性がある。
燃料電池システムの設計における別の重要な検討事項は、稼働効率の領域である。稼働効率を達成するためには、燃料利用率を最大化することが重要な要素である。燃料利用率とは、稼働中に消費される燃料の量と、燃料電池に供給される燃料の量との比である。燃料電池のサイクル寿命を維持するための重要な要素は、作用面積に燃料を適切に分配することにより、燃料電池の作用面積での燃料欠乏を回避することであり得る。いくつかの流れ範囲通路が、その通路の領域で生じる電気化学反応をサポートするのに十分な燃料を受け取れないような燃料の不均一な分配がある場合、その通路に隣接する燃料電池領域で燃料欠乏をもたらす可能性がある。燃料をより均一に分配するために、従来のインターコネクトの設計は、流れ範囲全体にわたる通路の深さの偏差を含む。これは、製造プロセスの複雑さをもたらすだけでなく、これらの寸法を正確に測定するために複雑な計測を必要とする可能性がある。燃料が燃料孔及び分配マニホールドを通して分配されることによって、様々な通路ジオメトリが制約される可能性がある。
この複雑なジオメトリと燃料マニホールドとを解消するための１つの可能な解決策は、より広い燃料開口部を有し、燃料流れ範囲全体にわたってより一層均一な燃料分配を確保することである。燃料マニホールドの形成が密度のばらつきの要因であるため、燃料マニホールドを排除することで、インターコネクトのより均一な密度と透過性とが可能になるはずである。したがって、従来の燃料マニホールドを使用することなく燃料電池に均一に燃料を分配する一方で、燃料電池との均一な接触を提供する改良されたインターコネクトが求められている。
燃料電池システムのホットボックスのサイズを拡大する際の全体的な制約のために、ホットボックスの設置面積を増加させることなく、燃料利用率及び燃料電池の作用面積を最大化するように設計された改良されたインターコネクトもまた必要とされている。
クロスフロー型の燃料電池システム
図３Ａは、本開示の様々な実施形態による燃料電池スタック３００の斜視図である。図３Ｂは、図３Ａのスタック３００の一部の分解斜視図である。図３Ｃは、スタック３００に含まれるインターコネクト４００の燃料側の平面図である。図３Ｄは、スタック３００に含まれる燃料電池の概略図である。
図３Ａ～図３Ｄを参照すると、ＡＳＰを有さないがゆえに燃料電池コラムと呼ぶこともできる燃料電池スタック３００は、ガスフローセパレータプレート又はバイポーラプレートと呼ぶこともできるインターコネクト４００によって分離される複数の燃料電池３１０を含む。１つ又は複数のスタック３００は、共通のエンクロージャ又は「ホットボックス」内で燃料電池発電システムの他の構成要素（例えば、１つ又は複数のアノード排ガス酸化剤、燃料改質器、流体導管及びマニホールドなど）と熱的に一体化されてよい。
インターコネクト４００は、導電性の金属材料から形成される。例えば、インターコネクト４００はクロム合金、例えばＣｒ－Ｆｅ合金を含んでよい。インターコネクト４００は、典型的には、Ｃｒ粉末とＦｅ粉末との混合物又はＣｒ－Ｆｅ合金粉末であってよいＣｒ－Ｆｅ粉末のプレス及び焼結を含む粉末冶金技術を用いて製作することにより、所望のサイズ及び形状のＣｒ－Ｆｅインターコネクトを形成することができる（例えば、「ネットシェイプ」又は「ニアネットシェイプ」工程）。典型的なクロム合金インターコネクト４００は、約９０重量％を超えるクロム、例えば約９４～９６重量％（例えば９５％）のクロムを含む。インターコネクト４００はまた、約１０重量％未満の鉄、例えば約４～６重量％（例えば５％）の鉄、約２重量％未満、例えば約０～１重量％の他の材料、例えばイットリウム又はイットリア、及び残留不純物又は不可避の不純物を含んでもよい。
各燃料電池３１０は、固体酸化物電解質３１２、アノード３１４、及びカソード３１６を含んでよい。いくつかの実施形態では、アノード３１４及びカソード３１６は、電解質３１２に印刷可能である。他の実施形態では、導電層３１８、例えばニッケルメッシュが、アノード３１４と、隣接するインターコネクト４００との間に配置されてよい。燃料電池３１０は、従来の燃料電池の燃料孔のような貫通孔を備えない。したがって、燃料電池３１０は、そのような貫通孔の存在に起因して発生し得るクラックを回避する。
スタック３００の最上部のインターコネクト４００及び最下部のインターコネクト４００は、それぞれ、空気又は燃料を、隣接する端部の燃料電池３１０に提供するための特徴を有する異なる形態の空気側エンドプレート又は燃料側エンドプレートであってよい。本明細書で使用されている場合、「インターコネクト」とは、２つの燃料電池３１０の間に配置されたインターコネクト、又はスタック端部に配置され、１つの燃料電池３１０のみに直接隣接するエンドプレートのいずれかを意味し得る。スタック３００は、ＡＳＰ及びそれに関連するエンドプレートを含まないので、スタック３００は、２つのエンドプレートしか含み得ない。その結果、コラム内ＡＳＰの使用に関連したスタック寸法の偏差を回避することができる。
スタック３００は、サイドバッフル３０２、燃料プレナム３０４、及び圧縮アセンブリ３０６を含んでよい。サイドバッフル３０２は、セラミック材料で形成可能であり、積層された燃料電池３１０及びインターコネクト４００を含む燃料電池スタック３００の互いに反対側の側面に配置されてよい。サイドバッフル３０２は、圧縮アセンブリ３０６がスタック３００に圧力を加えることができるように、燃料プレナム３０４と圧縮アセンブリ３０６とを接続してよい。サイドバッフル３０２は、各バッフルプレートが燃料電池スタック３００の三辺の少なくとも一部を覆うような、湾曲したバッフルプレートであってよい。例えば、一方のバッフルプレートは、スタック３００の燃料入口ライザ側を完全に覆い、スタックの隣接する表側及び裏側を部分的に覆ってよく、他方のバッフルプレートは、スタックの燃料出口ライザ側を完全に覆い、スタックの表側及び裏側の隣接する部分を部分的に覆う。スタックの表側及び裏側のカバーされていない残りの部分によって、空気がスタック３００を貫流することが可能になる。湾曲したバッフルプレートは、スタックの片側のみを覆う従来のバッフルプレート３８と比較して、スタックを通過する空気流の制御を改善する。燃料プレナム３０４は、スタック３００の下方に配置されてよく、スタック３００に水素含有燃料供給を提供するように構成されてよく、スタック３００からアノード燃料排気を受け取ってよい。燃料プレナム３０４は、燃料プレナム３０４の下方に配置された燃料入口兼出口導管３０８に接続されてよい。
各インターコネクト４００は、スタック３００内の隣接する燃料電池３１０同士を電気的に接続する。特に、インターコネクト４００は、１つの燃料電池３１０のアノード電極を、隣接する燃料電池３１０のカソード電極に電気的に接続することができる。図３Ｃに示すように、各インターコネクト４００は、空気を第１の方向Ａに流して、空気を、隣接する燃料電池３１０のカソードに提供することができるように構成することができる。また、各インターコネクト４００は、燃料を第２の方向Ｆに流して、燃料を、隣接する燃料電池３１０のアノードに提供することができるように構成することもできる。方向ＡとＦとは、互いに直交していてよいか、又は実質的に互いに直交していてよい。したがって、インターコネクト４００をクロスフロー型のインターコネクトと呼ぶことができる。
インターコネクト４００は、インターコネクト４００を貫通して延び、燃料分配のために構成された燃料孔を含んでよい。例えば、燃料孔は、１つ又は複数の燃料入口４０２、及びアノード排気出口４０４と呼ぶこともできる１つ又は複数の燃料出口４０４を含んでよい。燃料入口４０２及び燃料出口４０４は、燃料電池３１０の周囲の外側に配置可能である。各２つの燃料入口及び燃料出口４０２，４０４が図示されている一方で、燃料入口４０２及び燃料出口４０４はそれぞれ１つであってもよいか、又は燃料入口及び燃料出口４０２，４０４はそれぞれ３つ以上であってもよい、ということに留意されたい。したがって、燃料電池３１０は、燃料流れのための対応する貫通孔なしに形成可能である。燃料入口４０２の合計長さ及び／又は燃料出口４０４の合計長さは、インターコネクト４００の対応する長さ、例えば方向Ａに占める長さの少なくとも７５％であってよい。
一実施形態では、図３Ｂに示すように、各インターコネクト４００は、インターコネクト４００のネック部分４１２によって分離された２つの燃料入口４０２を含む。しかし、２つよりも多くの燃料入口４０２が含まれてよく、例えば、２つ～４つのネック部分４１２によって分離された３つ～５つの入口が含まれてよい。一実施形態では、図３Ｂに示すように、各インターコネクト４００は、インターコネクト４００のネック部分４１４によって分離された２つの燃料出口４０４を含む。しかし、２つよりも多くの燃料出口４０４が含まれてよく、例えば、２つ～４つのネック部分４１４によって分離された３つ～５つの出口が含まれてよい。
互いに隣接するインターコネクト４００の燃料入口４０２は、スタック３００内で整列させられて、１つ又は複数の燃料入口ライザ４０３を形成することができる。互いに隣接するインターコネクト４００の燃料出口４０４は、スタック３００内で整列させられて、１つ又は複数の燃料出口ライザ４０５を形成することができる。燃料入口ライザ４０３は、燃料プレナム３５０から受け取った燃料を燃料電池３１０に分配するように構成することができる。燃料出口ライザ４０５は、燃料電池３１０から受け取ったアノード排気を燃料プレナム３０４に提供するように構成することができる。
図１Ａに示した関連技術の平坦なサイドバッフル３８とは異なり、サイドバッフル３０２は、インターコネクト４００の縁部を取り囲むように湾曲させることができる。特に、サイドバッフル３０２は、インターコネクト４００の燃料入口４０２及び燃料出口４０４を取り囲むように配置することができる。したがって、サイドバッフルは、サイドバッフル３０２間で露出しかつ図４Ａ及び図４Ｂに関して詳細に記載されるインターコネクト４００の空気通路を通る空気流をより効率的に制御することができる。
様々な実施形態では、スタック３００は、少なくとも３０個、少なくとも４０個、少なくとも５０個、又は少なくとも６０個の燃料電池を含んでよく、これらの燃料電池には、燃料ライザ４０３，４０５のみを使用して燃料を提供することができる。換言すれば、従来の燃料電池システムと比較して、クロスフロー型の構成は、図１Ａに示されたＡＳＰ又はスタックの外部燃料マニホールド、例えば外部導管３２，３４を必要とせずに、多数の燃料電池に燃料を提供することができる。
各インターコネクト４００は、導電性材料、例えばセルの固体酸化物電解質と同様の熱膨張係数（例えば０～１０％の差）を有する金属合金（例えばクロム鉄合金）で製造されてよいか、又は同導電性材料を含んでよい。例えば、インターコネクト４００は、金属（例えば、４～６重量％の鉄、任意に１重量％以下のイットリウム及び平衡クロム合金などのクロム鉄合金）を含んでよく、所定の燃料電池３１０のアノード側、つまり燃料側と、隣接する燃料電池３１０のカソード側、つまり空気側とを電気的に接続してよい。アノードと各インターコネクト４００との間に導電性接触層、例えばニッケル接触層（例えばニッケルメッシュ）が設けられてよい。別の任意の導電性接触層が、カソード電極と各インターコネクト４００との間に設けられてよい。
稼働中に酸化環境（例えば空気）に曝されるインターコネクト４００の表面、例えばインターコネクト４００のカソードに面する側は、インターコネクトの酸化クロム表面層の成長速度を減少させて、燃料電池のカソードを劣化させてしまうクロム蒸気種の蒸発を抑制するために、保護コーティング層でコーティングされていてよい。典型的には、ペロブスカイト、例えばランタンストロンチウムマンガナイト（ＬＳＭ）を含むことができるコーティング層を溶射コーティング又は浸漬コーティング工程を用いて形成することができる。あるいは、スピネル、例えば（Ｍｎ，Ｃｏ）３Ｏ４スピネル（ＭＣＯ）などの他の金属酸化物コーティングをＬＳＭの代わりに又はＬＳＭに加えて使用することができる。Ｍｎ２－ｘＣｏ１＋ｘＯ４（０≦ｘ≦１）、又はｚ（Ｍｎ３Ｏ４）＋（１－ｚ）（Ｃｏ３Ｏ４）と表記され、式中、（１／３≦ｚ≦２／３）であるか、又は（Ｍｎ，Ｃｏ）３Ｏ４と表記される組成を有する任意のスピネルを使用することができる。他の実施形態では、ＬＳＭとＭＣＯとの混合層又はＬＳＭ層とＭＣＯ層とのスタックをコーティング層として使用することができる。
図４Ａ及び図４Ｂは、本開示の様々な実施形態によるクロスフロー型のインターコネクト４００の空気側及び燃料側をそれぞれ示す平面図である。図４Ａを参照すると、インターコネクト４００の空気側は、載置された燃料電池３１０のカソードに空気を提供するように構成された空気通路４０８を少なくとも部分的に画定するように構成されたリブ４０６を含んでよい。インターコネクト４００の空気側は、空気通路４０８を含む空気流れ範囲４２０と、空気流れ範囲４２０の互いに反対側の２つの側面に配置されたライザシール面４２２とに分けることができる。ライザシール面４２２の一方は、燃料入口４０２を取り囲んでよく、他方のライザシール面４２２は、燃料出口４０４を取り囲んでよい。空気通路４０８及びリブ４０６は、空気通路４０８及びリブ４０６がインターコネクト４００の互いに反対側の周縁部で終端するように、インターコネクト４００の空気側を完全に横切って延在可能である。換言すれば、スタック３００に組み立てられたとき、空気通路４０８及びリブ４０６の互いに反対側の端部は、スタックの互いに反対側の（例えば表側及び裏側）外面に配置され、吹き付けられた空気がスタックを貫流することを可能にする。したがって、スタックは、外部に空気用のマニホールドを備えてよい。
ライザシール面４２２上にライザシール４２４が配置されてよい。例えば、１つのライザシール４２４は、燃料入口４０２を取り囲んでよく、１つのライザシール４２４は、燃料出口４０４を取り囲んでよい。ライザシール４２４は、燃料及び／又はアノード排気が空気流れ範囲４２０に入って、燃料電池３１０のカソードに接触してしまうのを防止することができる。また、ライザシール４２４は、燃料が燃料電池スタック１００（図３Ａ参照）から漏れ出してしまうのを防止するように機能することもできる。
図４Ｂを参照すると、インターコネクト４００の燃料側は、載置された燃料電池３１０のアノードに燃料を提供するように構成された燃料通路４１８を少なくとも部分的に画定するリブ４１６を含んでよい。インターコネクト４００の燃料側は、燃料通路４１８を含む燃料流れ範囲４３０と、燃料流れ範囲４３０並びに燃料入口４０２及び燃料出口４０４を取り囲む周囲シール面４３２とに分けることができる。リブ４１６及び燃料通路４１８は、空気側通路４０８及びリブ４０６が延在する方向に対して直交する方向又は実質的に直交する方向に延在してよい。
周囲シール面４３２上に枠状の周囲シール４３４が配置されてよい。周囲シール４３４は、空気が燃料流れ範囲４３０に入って、隣接する燃料電池３１０のアノードに接触してしまうのを防止するように構成可能である。また、周囲シール４３４は、燃料が燃料ライザ４０３，４０５を出て、燃料電池スタック３００（図３Ａ及び図３Ｂ参照）から漏れ出してしまうのを防止するように機能することができる。
シール４２４，４３４は、以下に詳細に説明するようにガラス又はセラミックのシール材を含んでよい。シール材は、低い導電率を有してよい。いくつかの実施形態では、シール４２４，４３４は、インターコネクト４００上にシール材の１つ又は複数の層を印刷し、その後、焼結することによって形成可能である。
図５Ａは、本開示の様々な実施形態によるインターコネクト４００の空気側をライザシール４２４なしで示す平面図であり、図５Ｂ～図５Ｄは、図５Ａのインターコネクト４００の変化形を示す平面図である。
従来の燃料電池スタックでは、燃料電池電解質がインターコネクトを完全に覆っており、これにより燃料電池電解質は、隣接するインターコネクト間の誘電体層として動作する。クロスフロー型の設計では、複数のインターコネクト４００の部分が、燃料電池の外周、例えばライザシール面４２２に対応するインターコネクト領域に配置されていてよい。これらの領域では、スタックが傾いている場合又はシールが経時的に導電性になった場合、インターコネクト間に電気的な短絡が発生する可能性がある。漏れ電流も、経時的にシール劣化を導くことがある。このように、様々な実施形態が、電気的な短絡及び／又はシール劣化から保護する誘電体層を提供する。
図５Ａ及び図５Ｂを参照すると、インターコネクト４００は、ライザシール面４２２に配置された誘電体層４４０を含んでいてよい。本明細書では、誘電体層４４０を腐食バリア層（ＣＢＬ）と呼ぶこともある。それというのも、誘電体層は隣接するシール内への汚染物質の拡散を低減し得るからである。例えば図５Ａに示すように、各誘電体層４４０は環状であってよく、対応するライザシール面４２２の全体又は実質的に全体を覆っていてよい。例えば図５Ａの実施形態では、誘電体層４４０はＤ字形であってよく、その上に配置された、図４Ａに示したライザシール４２４と実質的に同じ形状を有していてよい。
図５Ｂに示すような別の実施形態では、誘電体層４４０はＣ字形であってよく、対応するライザシール面４２２の外側領域４２２Ｅ、例えばインターコネクト４００の外周に隣接する部分のみを覆っていてよい。Ｃ字形の誘電体層４４０は、空気リブ４０６及び空気通路４０８の方向に対して垂直に延びる２つの平行部分と、空気リブ４０６及び空気通路４０８の方向に対して平行に延びかつ２つの平行部分を接続する１つの接続部分とを含んでいてよい。誘電体層４４０は、隣接するインターコネクト４００の間に電気絶縁バリアを形成しており、対応するスタックが傾いている場合又はシールが導電性になった場合に電気的なショートを防止する。図５Ｂの実施形態では、ライザシール面４２２はそれぞれ、対応する空気流れ範囲４２０の最も近くに配置されたライザシール面４２２の部分を含む内側領域４２２Ｉと、対応する空気流れ範囲４２０から最も遠くに配置されたライザシール面４２２の部分を含む外側領域４２２Ｅとを有している。この実施形態では、誘電体層は、各外側領域４２２Ｅの少なくとも９５％を覆っており、内側領域４２２Ｉでは省かれている。
図５Ｃに示すような別の実施形態では、誘電体層４４０は、比較的狭幅の（すなわち細い）線のシール材で形成されたＤ字形の構造であってよく、これにより誘電体層４４０は、ライザシール４２４により覆われるライザシール面４２２全体の５０％未満、例えば約２５％～約５０％、例えばライザシール４２４により覆われる表面積の３０％～４５％を覆っている。
焼結の間、比較的細い誘電体層４４０は、隣接するライザシールが誘電体層４４０から溢れ出て、これによりライザシール材の少なくとも一部がライザシール面４２２に直接に接触することを可能にし得る。このように、比較的細い誘電体層４４０は、増強されたシール対インターコネクト接着を可能にし得る一方で、依然として、スタック内の隣接するインターコネクト４００の間の電気的な接触（すなわち短絡）を防止している。
図５Ｄに関して、ライザシール面４２２はそれぞれ、外側領域４２２Ｅに加えて空気流れ範囲４２０と燃料入口４０２又は燃料出口４０４との間に配置された内側領域４２２Ｉを有していてよい。内側領域４２２Ｉは、空気流れ範囲４２０に最も近いライザシール面４２２の部分（すなわち１／２）を含んでいてよく、外側領域４２２Ｅは、空気流れ範囲４２０から最も遠いライザシール面４２２の残りの部分（すなわち１／２）を含んでいてよい。誘電体層４４０が全く利用されない場合、内側部分４２２Ｉに配置されたライザシールの部分は、外側領域４２２Ｅに配置されたライザシールの部分よりも急速に劣化し得る。特定の理論に拘束されることは望まないが、気相生成物との反応に基づきライザシールの内側部分に電食が生じる場合があり、その結果、ライザシール、特にライザシールの内側部分に経時的に孔／空隙が形成され得る、ということが考えられる。
したがっていくつかの実施形態では、誘電体層４４０は、内側領域４２２Ｉを覆う比較的広幅の（すなわち太い）内側部分４４０Ｉと、外側領域４２２Ｅを覆う比較的狭幅の外側部分４４０とを含んでいてよい。図５Ａ～図５Ｄに関して用いられたように、誘電体層４４０並びに部分４４０Ｉ及び４４０Ｅの幅は、ライザシール面４２２に平行な（すなわち、燃料電池スタックの軸線方向に対して垂直な）寸法である。特に、内側部分４４０Ｉは、内側領域４２２Ｉの実質的に全体（すなわち内側領域４２２Ｉの少なくとも９５％）を覆っていてよい一方で、外側部分４４０Ｅは、外側領域４２２Ｅの表面の５０％未満を覆っていてよい。
誘電体層４４０の内側部分４４０Ｉにより、内側領域４２２Ｉの実質的に全体を覆って気相反応を低減することにより、ライザシールのオーバラップ部分の劣化を防止及び／又は低減することができる。誘電体層の外側部分４４０Ｅにより外側領域４２２Ｅの一部のみを覆うことにより、増強されたシール対インターコネクト接着を提供することができる。
従来の誘電体層は、ガラス成分と混合されたセラミック成分を含んでいてよい。ガラス成分は、凝集及び接着強さをもたらすために焼結されるように構成されたガラス材料であってよい。例えば、ガラス成分は、石英ガラス材料又はガラスセラミック材料、例えばＢａＯ－ＣａＯ－Ａｌ２Ｏ３－Ｂ２Ｏ３－ＳｉＯ２（ＢＣＡＳ）等のガラスセラミック材料を含んでいてよい。ただし、このような材料に含まれるガラス成分の量は、従来のガラス成分材料の絶縁耐力が比較的低いために、約１５重量％以下に制限され得る。さらに、ガラス成分は、比較的低い温度で完全に結晶化し得る。結果として、このような従来の誘電体層は、ガラス成分の結晶化のために、十分な接着及び／又は凝集強さに欠ける場合があり、燃料電池動作温度における熱サイクル中に隣接するシールから剥離し得る。
したがって様々な実施形態が、インターコネクト同士の短絡（例えば漏れ電流）を防ぐのに十分な絶縁耐力を有すると共に、熱サイクル中の剥離を防ぐのに十分なシール接着力をもたらす誘電体層材料を提供する。
様々な実施形態によれば、誘電体層４４０は、腐食バリア材料と、少なくとも部分的に非晶質の第１のガラス含有成分を含んでいてよい。例えば、誘電体層４４０は、約５：９５～６０：４０、例えば約１０：９０～約５０：５０の第１のガラス含有成分：腐食バリア材料の重量比を有していてよい。いくつかの実施形態では、バリア材料と第１のガラス含有成分とは、誘電体層４４０内に別個の相として存在していてよい。
第１のガラス含有成分は、少なくとも９４０℃の温度、例えば約９５０℃～約１０５０℃の温度での焼結後に非晶質／ガラス状態を完全に又は少なくとも部分的に保持するガラス又はガラスセラミック材料を含んでいてよい。例えば、第１のガラス含有成分は、９４０℃超の温度で少なくとも１５分間焼結した後に、体積比で少なくとも５０％、例えば少なくとも７０％、少なくとも８０％、又は少なくとも９０％の非晶質相を有していてよい。いくつかの実施形態では、第１のガラス含有成分は、ケイ酸バリウムガラス含有成分、例えばＳｃｈｏｔｔ ＡＧ，Ｍａｉｎｚ，Ｇｅｒｍａｎｙから入手可能なＳｃｈｏｔｔ Ｇ０１８－２８１（ＳＯＦＣ用途のためのガラスセラミックシーラント）、カルシウム－マグネシウム－アルミノケイ酸塩（ＣＭＡＳ）ガラス又はガラス－セラミック材料、これらの組合せ等を含んでいてよい。
いくつかの実施形態では、第１のガラス含有成分は、酸化物に基づくｍｏｌ％で約８５％～約９５％、例えば約８７％～約９３％の範囲、又は約８９．２％の量のＳｉＯ２、約２．５％～約６．５％、例えば約４．０％～約５．０％の範囲、又は約４．６％の量のＡｌ２Ｏ３、約２．０％～約５．０％、例えば約３．０％～約４．０％の範囲、又は約３．５％の量のＣａＯ、及び約１．２％～約４．２％、例えば約２．２％～約３．２％の範囲、又は約２．７％の量のＭｇＯを含むＣＭＡＳガラス又はガラス－セラミック材料を含んでいてよい。
腐食バリア材料は、セラミック成分と第２のガラス含有成分とを含むガラスセラミック材料を含んでいてよい。例えば、セラミック成分は、ジルコン（ケイ酸ジルコニウム（ＺｒＳｉＯ４））、カリ長石（ＫＡｌＳｉ３Ｏ８）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、ランタントリシリケート（Ｌａ２Ｓｉ３Ｏ９）、炭化ケイ素及び／又は他の耐熱性の誘電体材料を含んでいてよい。第２のガラス含有成分は、石英ガラス材料又はガラス－セラミック材料、例えばＢａＯ－ＣａＯ－Ａｌ２Ｏ３－Ｂ２Ｏ３－ＳｉＯ２（ＢＣＡＳ）ガラス－セラミック材料を含んでいてよい。
例えば、腐食バリア材料は、腐食バリア材料の総重量に基づいて、約２５重量％～約５０重量％、例えば約３０重量％～約４５重量％、約３５重量％～約４０重量％、又は約３７．５重量％のＺｒＳｉＯ４、約２５重量％～約５０重量％、例えば約３０重量％～約４５重量％、約３５重量％～約４０重量％、又は約３７．５重量％のＫＡｌＳｉ３Ｏ８、約２重量％～約２５重量％、例えば約４重量％～約２０重量％、約５重量％～約１５重量％、又は約１０重量％のＡｌ２Ｏ３、及び約０重量％～約１５重量％、例えば約１０重量％～約１５重量％、又は約１２～約１５重量％の第２のガラス含有成分を含んでいてよい。
いくつかの実施形態では、第２のガラス含有成分は、酸化物の重量に基づいて、約３０％～約６０％、例えば約３５％～約５５％の範囲の量のシリカ（ＳｉＯ２）、約０．５％～約１５％、例えば約１％～約１２％の範囲の量の酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）、約０．５％～約５％、例えば約１％～約４％の範囲の量のアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、約２％～約３０％、例えば約５％～約２５％の範囲の量の酸化カルシウム（ＣａＯ）、約０％～約３５％、例えば約２０％～約３０％の範囲の量の酸化バリウム（ＢａＯ）、約０％～約２５％、例えば約５％～約２０％の範囲の量の酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、約０％～約２０％、例えば約１０％～約１５％の範囲の量の酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）、及び約０％～約１２％、例えば約５％～約１０％の範囲の量の酸化ランタン（Ｌａ２Ｏ３）を含んでいてよい。
いくつかの実施形態では、第２のガラス含有成分は、省かれていてよい。例えば第１のガラス含有成分が、第２のガラス含有成分を代替してよく、これにより誘電体層４４０は、約１５：８５～約７０：３０、例えば約２０：８０～約６０：４０の範囲の第１のガラス含有成分：腐食バリア材料の重量比を有していてよい。
別の実施形態では、腐食バリア材料は、酸化物に基づくｍｏｌ％で約３０％～約４５％、例えば約３５％～約４０％の範囲、又は約３９％の量のＳｉＯ２、約２３％～約３３％、例えば約２５％～約３０％の範囲、又は約２７％の量のＣａＯ、約１５％～約２５％、例えば約１８％～約２０％の範囲、又は約１９％の量のＭｇＯ、約６％～約７％の範囲、例えば約６．５％の量のＡｌ２Ｏ３、約４％～約５％の範囲、例えば約４．５％の量のＢ２Ｏ３、約０．５％～約５％、例えば約１．５％～約３．５％の範囲、又は約２％の量のＬａ２Ｏ３、及び約０．５％～約５％、例えば約１．５％～約３．５％の範囲、又は約２％の量のＺｒＯ２を含んでいてよい。腐食バリア材料は、極微量の不純物、例えばＮａ２Ｏ、Ｐ２Ｏ５、ＳｒＯ、ＢａＯ、Ｌｉ２Ｏ及び／又はＫ２Ｏを含んでいてもよい。いくつかの実施形態では、前記腐食バリア材料は少なくとも９０％が結晶質であってよい（例えば、体積比で少なくとも９０％又は少なくとも９５％の１つ以上の結晶相を含んでいてよい）。例えば、腐食バリア材料は、第１の結晶相としてランタントリシリケート（Ｌａ２Ｓｉ３Ｏ９）を含んでいてよい。第１の結晶相は、全ての結晶相のうちの最大体積パーセントを有する結晶相であり、全ての結晶相のうちの少なくとも５０体積パーセントを含んでいてよい。
別の実施形態では、腐食バリア材料は、酸化物に基づくｍｏｌ％で約４５％～約５５％、例えば約４７％～約５３％の範囲、又は約５０．５％の量のＳｉＯ２、約０．５％～約３％、例えば約１．５％～約２．５％の範囲、又は約２．０％の量のＣａＯ、約１％～約４％、例えば約１％～約２％の範囲、又は約１．５％の量のＭｇＯ、約２％～約３％の範囲、例えば約２．５％の量のＡｌ２Ｏ３、約１０％～約１６％、例えば約１１％～約１３％の範囲、又は約１２％の量のＢ２Ｏ３、約１５％～約３０％、例えば約１８％～約２４％の範囲、又は約２１．５％の量のＢａＯ、約５％～約１０％、例えば約７％～約９％の範囲、又は約８％の量のＬａ２Ｏ３、及び約０．５％～約３％、例えば約１．５％～約３．５％の範囲、又は約２％の量のＺｒＯ２を含んでいてよい。腐食バリア材料は、極微量の不純物、例えばＮａ２Ｏ、Ｐ２Ｏ５、ＳｒＯ、ＢａＯ、Ｌｉ２Ｏ及び／又はＫ２Ｏを含んでいてもよい。いくつかの実施形態では、前記腐食バリア材料は少なくとも９０％が結晶質であってよい（例えば、少なくとも９０％又は少なくとも９５％の１つ以上の結晶相を含んでいてよい）。例えば、前記腐食バリア材料は、第１の結晶相としてランタントリシリケート（Ｌａ２Ｓｉ３Ｏ９）を含んでいてよい。結晶質の腐食バリア材料は、１つ以上の第２の結晶相、例えばジルコン（ＺｒＳｉＯ４）及び／又はサンボーナイト（ＢａＳｉ２Ｏ５）を含んでいてもよい。
誘電体層４４０は、隣り合うインターコネクト４００間の分離を維持する物理的な支持手段として働くように構成されたセラミック支持粒子（例えば硬質で丸形のセラミック粒子）を含んでいてもよい。例えば、支持粒子は、隣接するシールのガラス相が過度に圧縮された場合に生じ得る、隣り合うインターコネクト４００間の漏れ電流の発生を防止する及び／又は低減させるのに十分な、隣り合うインターコネクト４００間の最小間隔を維持するように構成され得る。支持粒子は、アルミナ、ジルコン（ケイ酸ジルコニウム（ＺｒＳｉＯ４））、安定化ジルコニア（例えばイットリア－安定化ジルコニア）、又はこれらの任意の組合せを含んでいてよい。支持粒子は、約５μｍ～約５０μｍ、例えば約１０μｍ～約３０μｍの範囲の平均粒径を有していてよい。
いくつかの実施形態では、ＬＳＭ／ＭＣＯ材料からライザシール４２４内へのＭｎの拡散を防止し、ひいてはライザシール４２４が導電性になることを防止するために、インターコネクト４００の空気側においてライザシール４２４の周りの領域ではＬＳＭ／ＭＣＯコーティングの一部又は全体が除去されてよい。別の実施形態では、ライザシール４２４は、ＬＳＭ／ＭＣＯコーティングと反応しない結晶質のガラス又はガラス－セラミック材料、例えば上述したホウケイ酸ガラス－セラミック組成物で形成され得る。
誘電体層４４０は、独立した層、例えばキャスティングテープや焼結された層から形成され得、燃料電池スタック組立中にインターコネクト４００の間に配置され得る。別の実施形態では、誘電体層４４０は、誘電体材料をインキ、ペースト、又はスラリの形態で分散させ、次いでインターコネクト４００上にスクリーン印刷、パッド印刷、エアロゾル吹付けすることにより形成され得る。いくつかの実施形態では、誘電体層４４０は、溶射プロセス、例えば大気プラズマ溶射（ＡＰＳ）プロセスにより形成され得る。例えば、誘電体層４４０は、ＡＰＳプロセスにより堆積されたアルミナを含んでいてよい。
誘電体層４４０は、インターコネクト４００上に直接に堆積させられてよい。例えば、誘電体層４４０は、ライザシール面４２２上、すなわち、インターコネクト４００の露出した面からのＣｒ蒸発を防止するようにライザシール面４２２が空気流れ範囲４２０に面している、誘電体層４４０とＬＳＭ／ＭＣＯコーティングとが重なり合った小さなオーバラップ領域（例えばシーム）を除いてライザシール４２４により覆われることになるがＬＳＭ／ＭＣＯコーティングによっては覆われない領域における燃料入口４０２及び燃料出口４０４の周りのインターコネクト４００の部分に直接に配置され得る。よって、ＬＳＭ／ＭＣＯコーティングは、空気通路４０８及びリブ４０６を含む空気流れ範囲４２０内のインターコネクト４００上には配置されているが、燃料入口４０２及び燃料出口４０４を取り囲むインターコネクト４００のライザシール面４２２には配置されていない。誘電体層４４０は、ＬＳＭ／ＭＣＯコーティングにより覆われていない、燃料入口４０２及び燃料出口４０４を取り囲む領域内のインターコネクト４００のライザシール面上と、ライザシール面４２２に隣接する空気流れ範囲４２０内のＬＳＭ／ＭＣＯコーティングの縁部の上とに配置されている。あるいは、誘電体層４４０は省かれていてもよく、燃料ライザ開口の周りには堆積された誘電体層４４０は一切存在しない。
燃料電池スタック及び／又はそのコンポーネントは、コンディショニング及び／又は焼結され得る。スタックの焼結は、高められた温度（例えば６００～１０００℃）において空気及び／又は不活性ガス中で行われてよい燃料電池スタックにおけるシールの形成のためのガラス又はガラス－セラミックシール前駆物質を加熱、溶融及び／又はリフローするプロセスを含んでいてよい。「コンディショニング」は、アノード電極中の金属酸化物（例えばニッケル酸化物）をサーメット電極（例えばニッケル及びセラミック材料、例えば安定化ジルコニア又はドープセリア）中の金属（例えばニッケル）に還元するプロセス及び／又は性能特性決定／試験中にスタック３００を加熱するプロセスを含み、燃料がスタックを通流する間に高められた温度（例えば７５０～９００℃）で行われてよい。燃料電池スタック３００の焼結とコンディショニングとは、同一の熱サイクル中に（すなわち、焼結とコンディショニングとの間にスタックを室温に冷却することなしに）行われてよい。
図６Ａは、本開示の様々な実施形態による、図４Ａ及び図４Ｂの２つのインターコネクト４００及び図３Ａの燃料電池スタック３００に組み立てられるような燃料電池３１０の斜視断面図である。図６Ｂは、図６Ａのインターコネクト４００の燃料側における燃料電池３１０とシール４２４，４３４との重なりを示す上面図である。
図４Ａ、図４Ｂ、図６Ａ及び図６Ｂを参照すると、燃料電池スタックに組み立てられた場合、燃料電池３１０は、インターコネクト４００の間に配置され、これにより、各インターコネクト４００の空気流れ範囲４２０と燃料流れ範囲４３０とが向かい合う。ライザシール４２４は、燃料電池３１０の空気側の第１の対向し合う側に接触してよく、周囲シール４３４は、燃料電池３１０の燃料側の第２の対向し合う側に接触してよい。燃料入口４０２及び燃料出口４０４に隣接する周囲シール４３４の部分は、対応するライザシール４２４の部分に重なっていてよい。さらに、燃料電池３１０の複数の部分は、シール４２４，４３４の重なり部分の間、例えば燃料電池３１０の角隅部に配置されてよい。したがって、燃料電池３１０とシール４２４，４３４とが重ねられた部分の組み合わせられた厚さは、シール４２４，４３４が重ねられた部分の厚さよりも大きくなっていてよい。
したがって、組立及び／又は焼結中に、燃料電池３１０の角隅部に応力が加えられることがあり、その結果、燃料電池３１０に損傷、例えば、角隅部の亀裂が生じ得る。よって、本開示の様々な実施形態は、燃料電池３１０を組立及び／又は焼結プロセス中の損傷から保護するように構成された方法及びスタック構成を提供する。
さらに、シール４２４，４３４は燃料電池３１０の角隅部と重なっているため、燃料電池３１０の周囲に沿って、燃料電池３１０の角隅部の間、各ライザシール４２４の下側（例えば電解質３１２の下側）及び周囲シール４３４の上側に、ギャップＧが形成され得る。スタック３００が圧縮されると、インターコネクト４００とシール４２４，４３０とを介して下向きの力が、ギャップＧに隣接する燃料電池３１０の支持されていない縁部に伝達され得、この下向きの力が、隣接するギャップＧによる、てこ腕作用を生じさせ得る。
本開示の様々な実施形態によれば、電解質３１２の縁部を支持するために、導電層３１８（例えばニッケルメッシュ）が、ギャップＧ内へ延びていてよい。いくつかの実施形態では、アノード３１４及び／又はカソード３１６も、ライザシール４２４の下側の電解質を覆うために、導電層３１８の延在部と組み合わせられてギャップＧ内へ延ばされていてもよい。別の実施形態では、１つ以上の電解質補強層３２５が、ライザシール４２４の下側の電解質３１２の一方又は両方の側に形成されていてよい。
電解質補強層３２５は、誘電体材料、例えばイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）（例えば３％のイットリア安定化ジルコニア（３ＹＳＺ））、スカンジア安定化ジルコニア（ＳＳＺ）、マグネシア、ジルコニア及び／又はアルミナを含むセラミック材料で形成され得る。１つの実施形態では、電解質補強層３２５は、約６５重量％～約８５重量％、例えば約７５重量％の３ＹＳＺ及び約３５重量％～約１５重量％、例えば約２５重量％のアルミナを含んでいてよい。
別の実施形態では、電解質補強層３２５は、ＹＳＺ、アルミナ及びジルコン添加物を含む誘電体材料を含んでいてよい。例えば、電解質補強層３２５は、約４０重量％～約６０重量％、例えば約５０重量％の３ＹＳＺ、約１５重量％～約３５重量％、例えば約２５重量％のアルミナ、及び約１５重量％～約３５重量％、例えば約２５重量％のＺｒＳｉＯ４を含んでいてよい。
電解質補強層３２５は、焼結助剤、例えば金属又は金属酸化物材料、例えばＴｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｇ、Ｈｆ、Ｒｈ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｓｎ、これらの酸化物、及びこれらの組合せを含む誘電体材料を含んでいてもよい。例えば、電解質補強層３２５は、約０．１～約８０重量％（例えば５０～７５重量％）の安定化ジルコニア、約０．１～約６０重量％（例えば２０～４５重量％）のアルミナ、約０．１～約３０重量％（例えば１～５重量％）の焼結助剤（例えば金属又は金属酸化物材料）を含んでいてよい。
電解質補強層３２５は、アノード３１４及び／又はカソード３１６と実質的に同じ厚さを有していてよく、さらに導電層３１８と共に、燃料電池３１０の縁部を支持し得る。いくつかの実施形態では、電解質補強層３２５は、燃料電池３１０のカソード側に配置されていてよく、クロムゲッター材料、例えばマンガンコバルト酸化物スピネルで形成され得る。したがって、電解質補強層３２５は、燃料電池３１０に供給される空気からクロムを除去するように構成され得る。
図７Ａは、本開示の様々な実施形態による燃料電池３１０の燃料側の上面図であり、図７Ｂは、図７Ｂの燃料電池３１０の空気側の上面図である。図７Ａ及び図７Ｂを参照すると、いくつかの実施形態では、周囲シール４３４が電解質３１２に重なっている電解質３１２の燃料側に、誘電体電解質補強層３２７が形成され得る。特に、電解質補強層３２７は、電解質３１２の燃料側に直接に配置され得る。ライザシール４２４が電解質３１２に重なっている電解質３１２の空気側にも、誘電体電解質補強層３２９が形成され得る。特に、電解質補強層３２９は、電解質３１２の空気側に直接に配置され得る。誘電体電解質補強層３２９は、誘電体電解質補強層３２７に追加して又は誘電体電解質補強層３２７の代わりに形成され得る。
特に、電解質補強層３２７，３２９は、電解質３１２に誘電体材料を印刷することにより形成され得る。例えば、誘電体材料は、約５μｍ～約３５μｍ、例えば約１０μｍ～約３０μｍの範囲の厚さで電解質３１２に印刷され得る。
誘電体材料は、電解質補強層３２５の誘電体材料と同様であってよい。例えば、誘電体材料は、ＹＳＺ（例えば３ＹＳＺ）、ＳＳＺ、マグネシア、ジルコニア、ＺｒＳｉＯ４及び／又はアルミナを含んでいてよい。１つの実施形態では、補強層３２７，３２９は、電解質補強層３２７，３２９の総重量に基づいて約６５重量％～約８５重量％、例えば約７０重量％～約８０重量％、又は約７５重量％の３ＹＳＺ及び約１５重量％～約３５重量％、例えば約２０重量％～約３０重量％、又は約２５重量％のアルミナを含んでいてよい。
別の実施形態では、電解質補強層３２７，３２９は、電解質補強層３２７，３２９の総重量に基づいて約４０重量％～約６０重量％、例えば約５０重量％の３ＹＳＺ、約１５重量％～約３５重量％、例えば約２５重量％のアルミナ、及び約１５重量％～約３５重量％、例えば約２５重量％のＺｒＳｉＯ４を含んでいてよい。
印刷後に、電解質補強層３２７，３２９は焼結され得る。特に、誘電体材料はガラス材料を含んでいないことがあるため、電解質補強層３２７，３２９は、比較的高い温度で、例えば約１１００℃～約１３００℃の範囲の温度、例えば約１１５０℃～約１２５０℃の範囲、又は約１２００℃の温度で焼結され得る。したがって、電解質補強層３２７，３２９は、完全に又は実質的に完全に結晶質であってよい。例えば、電解質補強層３２７，３２９は、体積比で少なくとも９０％、例えば少なくとも９５％、又は少なくとも９９％の結晶相を含んでいてよく、これにより、ガラス材料を含む組成物に比べて改良された誘電体特性及び機械特性を備えた補強層３２７，３２９を提供することができる。
シール材
再び図４Ａ及び図４Ｂを参照すると、シール４２４，４３４は、燃料電池システムに多数の異なる機能を提供するように構成され得る。例えば、シール４２４，４３４は、隣接するインターコネクト４００間の気密結合剤として作用してよく、これにより、高い燃料利用率及び最小の燃料漏れが達成される。シール４２４，４３４は、燃料電池動作中の熱勾配から生じる応力を補償するために十分適合するように構成されてもよい。シール４２４，４３４は、インターコネクト４００及び／又は燃料電池のＣＴＥに適合するＣＴＥを有するように構成されてもよい。さらに、シール４２４，４３４は、長時間にわたり高い動作温度に耐え、かつ酸化雰囲気及び還元雰囲気中で別のスタックコンポーネントに対して高い化学的安定性を有するように構成され得る。
したがって、シール４２４，４３４は、良好な濡れ性及び流動性を提供しかつ非晶相を保持して熱サイクル中に自己回復をもたらすガラス又はガラス／セラミックシール材で形成され得る。いくつかの実施形態では、シール材は、インターコネクト４００及び燃料電池のＣＴＥに近似的に一致させられた熱膨張係数（ＣＴＥ）を有していてよい。例えば、シール材は、燃料電池スタックインターコネクト及び／又は燃料電池のＣＴＥの±１０％、又は±５％以内のＣＴＥを有していてよい。例えば、シール材は、約１０ｐｐｍ／°ＫのＣＴＥを有するインターコネクト４００及び燃料電池３１０を含む燃料電池スタックにおいて使用される場合、約９パーツパーミリオン（ｐｐｍ）／°Ｋ～約１１ｐｐｍ／°Ｋ（１ｐｐｍ＝０．０００１％）の範囲のＣＴＥを有していてよい。
シール材は、ジルコニアを基礎とした電解質材料、クロムを含有するインターコネクト材料（例えば４～６重量％のＦｅと、残りのクロムと不純物とを含むＣｒ－Ｆｅ合金）、及びその他の点では適切な多くのシール材と化学反応し得る酸化マンガン、酸化コバルト等を含むコーティング等の材料に対して化学的に不活性であってよい。シール材は、約１０００℃未満の焼結温度を有していてもよく、空気及び／又は水素に曝された場合、ＳＯＦＣシステム動作温度（例えば７００～９００℃）で安定し得る。シール材は、高い誘電率を有していてよく、これによりシール材は、隣接するインターコネクト４００を電気的に絶縁するように構成され得る。
いくつかの実施形態では、シール４２４，４３４は、Ｓｉ、Ｃａ、Ｍｇ及び任意にはＡｌを含む第１の成分を含むシール材で形成され得る。いくつかの実施形態では、第１の成分の前駆物質は、ＳｉＯ２、ＣａＯ、ＭｇＯ、及び任意にはＡｌ２Ｏ３を含んでいてよい。シール材は、任意には第２の成分を含んでいてもよい。第２の成分の前駆物質は、ゼロではない量（例えば少なくとも０．３ｍｏｌ％）のＢ２Ｏ３、ＢａＯ、ＳｒＯ、Ｌａ２Ｏ３、ＺｒＯ２及び／又はＹ２Ｏ３を含んでいてよい。いくつかの実施形態では、シール材は、第１の成分としてＳｉ、Ｃａ、Ａｌ及びＭｇの酸化物を含んでいてよく、かつ任意には、第２の成分としてＢ２Ｏ３、ＢａＯ、ＳｒＯ、Ｌａ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｙ２Ｏ３、又はこれらの任意の組合せを含んでいてよい。いくつかの実施形態では、シール材から第２の成分を省いてもよい（すなわち、０～０．３ｍｏｌ％未満の第２の成分を含んでいる）。
例えば、シール前駆物質は、約７０ｍｏｌ％～約１００ｍｏｌ％、例えば約８０ｍｏｌ％～１００ｍｏｌ％、約９０ｍｏｌ％～約１００ｍｏｌ％、又は約９２．５ｍｏｌ％～約１００ｍｏｌ％の範囲の量の第１の成分と、残りの第２の成分とを含んでいてよい。例えば、シール材は、約２０ｍｏｌ％～０ｍｏｌ％、約１０ｍｏｌ％～約０．３ｍｏｌ％、約７．５ｍｏｌ％～約０．８５ｍｏｌ％の第２の成分を含んでいてよい。
様々な実施形態において、シール材は、前駆物質がインターコネクトに塗布されて焼結された後に、結晶相と非晶相とを含んでいてよい。例えば、シール材は、透輝石（（ＣａＯ）１－ｘ（ＭｇＯ）ｘ）２（ＳｉＯ２）２、この場合、０．３≦ｘ≦１．０であり、例えば（ＣａＭｇＳｉ２Ｏ６））、オケルマナイト（Ｃａ２ＭｇＳｉ２Ｏ７）、モンチセライト（ＣａＭｇＳｉＯ４）、ウォラストナイト（ＣａＳｉＯ３）、灰長石（ＣａＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８）及び／又はケイ酸マグネシウムアルミニウム結晶のうちの少なくとも１つを含む結晶相を含んでいてよい。１つの実施形態では、結晶相は主として（例えば結晶相の少なくとも５０ｍｏｌ％、例えば５０～９９ｍｏｌ％、例えば６０～９５ｍｏｌ％の）透輝石を、少量の（例えば１～４０、例えば５～２０ｍｏｌ％の）灰長石、ウォラストナイト、及び一般式ＭｇＯＡｌ２Ｏ３４ＳｉＯ２のケイ酸マグネシウムアルミニウムと共に含んでいる。
いくつかの実施形態では、シール材は、体積比で、約５５％～約８５％の結晶相及び約４５％～約２５％の非晶相、例えば約６０％～約８０％の結晶相及び約４０％～約２０％の非晶相、約６５％～約７５％の結晶相及び約３５％～約２５％の非晶相、又は約７０％の結晶相及び約３０％の非晶相を含んでいてよい。
いくつかの実施形態では、シール前駆物質は、酸化物に基づくｍｏｌ％で約２５％～約５５％、例えば約３０％～約５０％、又は約３２％～約５０％の範囲の量のＳｉＯ２、約２０％～約４５％、例えば約２１％～約４３％、又は約２２％～約４１％の範囲の量のＣａＯ、約５％～約３０％、例えば約６％～約２７％、約７％～約２７％、又は約５％～約２５％の範囲の量のＭｇＯ、約０％～約１５％、例えば約０．５％～約１５％、又は約１％～約１４％の範囲の量のＡｌ２Ｏ３を含んでいてよい。
いくつかの実施形態では、シール前駆物質は、酸化物に基づくｍｏｌ％で約８５％～約９５％、例えば約８７％～約９３％の範囲、又は約８９．２％の量のＳｉＯ２、約２．５％～約６．５％、例えば約４．０％～約５．０％の範囲、又は約４．６％の量のＡｌ２Ｏ３、約２．０％～約５．０％、例えば約３．０％～約４．０％の範囲、又は約３．５％の量のＣａＯ、及び約１．２％～約４．２％、例えば約２．２％～３．２％の範囲、又は約２．７％の量のＭｇＯを含むＣＭＡＳ材料を含んでいてよい。
前述の方法の説明は、単に例示的な例として提供されたにすぎず、様々な実施形態の工程が提示された順序で実行されなければならないことを要求又は暗示することを意図するものではない。当業者であれば理解できるように、前述の実施形態の工程の順序は、任意の順序で実行可能である。「その後」、「次に」、「次」などの単語は、必ずしも工程の順序を限定することを意図したものではなく、これらの単語は、方法の説明を通して読者をガイドするために使用され得る。さらに、例えば冠詞「ａ」、「ａｎ」又は「ｔｈｅ」を使用した請求項の単数形の要素への言及は、要素を単数形に限定すると解釈されるべきではない。
さらに、本明細書に記載される任意の実施形態の任意の工程又は構成要素は、他の任意の実施形態で使用可能である。
開示された態様の上記説明は、当業者が本発明を製造又は使用することを可能にするために提供される。これらの態様に対する様々な変形形態は、当業者には容易に明らかであり、本明細書に定義される一般原則は、本発明の範囲から逸脱することなく、他の態様に適用され得る。したがって、本発明は、本明細書に示される態様に限定されることを意図するものではなく、本明細書に開示された原理及び新規の特徴と一致する最も広い範囲に従うものとする。

Claims (25)

  1. 燃料電池スタックであって、
    積層された固体酸化物形燃料電池と、
    前記燃料電池間に配置されたインターコネクトと、
    前記インターコネクト上に配置され、第１のガラス含有成分及び腐食バリア材料を含む誘電体層と
    を含んでおり、
    前記誘電体層は、約５：９５～約６０：４０の範囲の、第１のガラス含有成分：腐食バリア材料の重量比を有しており、
    前記第１のガラス含有成分は、約９５０℃～約１０５０℃の範囲の温度で少なくとも１５分間焼結された後に、少なくとも５０％が非晶質であり、
    前記腐食バリア材料は、ケイ酸ジルコニウム（ＺｒＳｉＯ４）、カリ長石（ＫＡｌＳｉ３Ｏ８）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、ランタントリシリケート（Ｌａ２Ｓｉ３Ｏ９）、炭化ケイ素、又はこれらの任意の組合せを含んでいる、
    燃料電池スタック。
  2. 前記第１のガラス含有成分は、ケイ酸バリウムガラス又はカルシウム－マグネシウム－アルミノケイ酸塩（ＣＭＡＳ）材料を含んでおり、前記ケイ酸バリウムガラス又は前記カルシウム－マグネシウム－アルミノケイ酸塩（ＣＭＡＳ）材料は、酸化物に基づくｍｏｌ％で
    約８７％～約９３％の範囲の量のＳｉＯ２、
    約４．０％～約５．０％の範囲の量のＡｌ２Ｏ３、
    約３．０％～約４．０％の範囲の量のＣａＯ、及び
    約２．２％～約３．２％の範囲の量のＭｇＯ
    を含んでいる、請求項１記載の燃料電池スタック。
  3. 前記腐食バリア材料は、酸化物に基づくｍｏｌ％で
    約３０％～約４５％の範囲の量のＳｉＯ２、
    約２３％～約３３％の範囲の量のＣａＯ、
    約１５％～約２５％の範囲の量のＭｇＯ、
    約６％～約７％の範囲の量のＡｌ２Ｏ３、
    約４％～約５％の範囲の量のＢ２Ｏ３、
    約０．５％～約５％の範囲の量のＬａ２Ｏ３、及び
    約０．５％～約５％の範囲の量のＺｒＯ２
    を含んでいる、請求項１記載の燃料電池スタック。
  4. 前記腐食バリア材料は、酸化物に基づくｍｏｌ％で
    約４５％～約５５％の範囲の量のＳｉＯ２、
    約０．５％～約３％の範囲の量のＣａＯ、
    約１％～約４％の範囲の量のＭｇＯ、
    約２％～約３％の範囲の量のＡｌ２Ｏ３、
    約４％～約５％の範囲の量のＢ２Ｏ３、
    約１５％～約３０％の範囲の量のＢａＯ、
    約５％～約１０％の範囲の量のＬａ２Ｏ３、及び
    約０．５％～約３％の範囲の量のＺｒＯ２
    を含んでいる、請求項１記載の燃料電池スタック。
  5. 前記腐食バリア材料は、前記腐食バリア材料の総重量に基づいて
    約３０重量％～約４５重量％のケイ酸ジルコニウム、
    約３０重量％～約４５重量％のカリ長石、
    約４重量％～約２０重量％のアルミナ、及び
    ＢａＯ－ＣａＯ－Ａｌ２Ｏ３－Ｂ２Ｏ３－ＳｉＯ２（ＢＣＡＳ）ガラス－セラミック材料を含む約１０重量％～約１５重量％の第２のガラス含有成分
    を含んでいる、請求項１記載の燃料電池スタック。
  6. 前記誘電体層は、アルミナ、ジルコン又は安定化ジルコニアを含む支持粒子をさらに含んでおり、前記支持粒子は、約１０μｍ～約３０μｍの範囲の平均粒径を有している、請求項１記載の燃料電池スタック。
  7. 前記インターコネクトはそれぞれ、空気側、対向する燃料側、及び前記インターコネクトの対向し合う側を通って延びる燃料孔を有しており、
    前記空気側はそれぞれ、空気流れ範囲と、前記燃料孔を取り囲むライザシール面とを含んでおり、
    前記燃料電池スタックは、前記ライザシール面を完全に覆うライザシールをさらに含んでおり、
    前記誘電体層は、前記ライザシール面と前記ライザシールとの間に配置されている、
    請求項１記載の燃料電池スタック。
  8. 前記誘電体層は、前記ライザシール面の５０％未満を覆う、請求項７記載の燃料電池スタック。
  9. 前記ライザシール面はそれぞれ、
    対応する前記空気流れ範囲の最も近くに配置された前記ライザシール面の部分を含む内側領域と、
    対応する前記空気流れ範囲から最も遠くに配置された前記ライザシール面の部分を含む外側領域と
    を有しており、
    前記誘電体層は、各内側領域の少なくとも９５％及び各外側領域の５０％未満を覆う、
    請求項７記載の燃料電池スタック。
  10. 前記ライザシールの下側の、前記固体酸化物形燃料電池の電解質上に直接に配置された電解質補強層をさらに含んでおり、前記電解質補強層は、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、スカンジア安定化ジルコニア（ＳＳＺ）、マグネシア、ジルコニア、ＺｒＳｉＯ４、アルミナ、又はこれらの組合せを含んでいる、請求項７記載の燃料電池スタック。
  11. 燃料電池スタックであって、
    積層された固体酸化物形燃料電池であって、前記燃料電池はそれぞれ、アノード、カソード、及び前記アノードと前記カソードとの間に配置された電解質を含む、積層された固体酸化物形燃料電池と、
    燃料孔を有しかつ前記燃料電池間に配置されたクロスフロー型のインターコネクトと、
    前記インターコネクトの燃料側と前記燃料電池の燃料側との間に配置された周囲シールと、
    前記インターコネクトの空気側と前記燃料電池の空気側との間に配置された前記燃料孔を取り囲むライザシールと、
    前記電解質上に直接に配置されかつイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、スカンジア安定化ジルコニア（ＳＳＺ）、マグネシア、ジルコニア、ＺｒＳｉＯ４、アルミナ、又はこれらの組合せのうちの少なくとも１つを含む電解質補強層と
    を含んでいる、燃料電池スタック。
  12. 前記電解質補強層は、前記電解質補強層の総重量に基づいて
    約６５重量％～約８５重量％の３％イットリア安定化ジルコニア（３ＹＳＺ）、及び
    約１５重量％～約３５重量％のアルミナ
    を含んでいる、請求項１１記載の燃料電池スタック。
  13. 前記電解質補強層は、前記電解質補強層の総重量に基づいて
    約４０重量％～約６０重量％の３％イットリア安定化ジルコニア（３ＹＳＺ）、
    約１５重量％～約３５重量％のアルミナ、及び
    約１５重量％～約３５重量％のＺｒＳｉＯ４
    を含んでいる、請求項１１記載の燃料電池スタック。
  14. 前記電解質補強層は、体積比で少なくとも９０％の結晶相を含んでいる、請求項１１記載の燃料電池スタック。
  15. 前記電解質補強層は、前記ライザシールと前記電解質との間に配置されている、請求項１１記載の燃料電池スタック。
  16. 前記電解質補強層は、前記周囲シールと前記電解質との間に配置されている、請求項１１記載の燃料電池スタック。
  17. 燃料電池スタックであって、
    積層された固体酸化物形燃料電池であって、前記燃料電池はそれぞれ、アノード、カソード、及び前記アノードと前記カソードとの間に配置された電解質を含む、積層された固体酸化物形燃料電池と、
    前記燃料電池間に配置されたクロスフロー型のインターコネクトであって、前記インターコネクトはそれぞれ、空気側、対向する燃料側、前記インターコネクトの対向し合う側を通って延びる燃料孔を有しており、前記空気側は、空気流れ範囲と、前記燃料孔を取り囲むライザシール面とを含んでいる、クロスフロー型のインターコネクトと、
    前記インターコネクトの燃料側と前記燃料電池の燃料側との間に配置された周囲シールと、
    前記インターコネクトの空気側と前記燃料電池の空気側との間に配置され、前記ライザシール面を完全に覆うライザシールと、
    前記ライザシール面と前記ライザシールとの間に配置され、前記ライザシール面の少なくとも５０％未満の部分を覆う誘電体層と
    を含んでいる、燃料電池スタック。
  18. 前記誘電体層は、前記ライザシール面全体の５０％未満を覆う、請求項１７記載の燃料電池スタック。
  19. 前記ライザシール面はそれぞれ、
    対応する前記空気流れ範囲の最も近くに配置された前記ライザシール面の部分を含む内側領域と、
    対応する前記空気流れ範囲から最も遠くに配置された前記ライザシール面の部分を含む外側領域と
    を有しており、
    前記誘電体層は、各内側領域の少なくとも９５％及び各外側領域の５０％未満を覆う、
    請求項１７記載の燃料電池スタック。
  20. 前記内側領域は、対応する前記空気流れ範囲の最も近くに配置された前記ライザシール面の一方の半部を含んでおり、
    前記外側領域は、対応する前記空気流れ範囲から最も遠くに配置された前記ライザシール面の他方の半部を含んでいる、
    請求項１９記載の燃料電池スタック。
  21. 燃料電池スタック誘電体層であって、
    第１のガラス含有成分と、
    腐食バリア材料と、
    を含んでおり、
    前記誘電体層は、約５：９５～約６０：４０の範囲の、第１のガラス含有成分：腐食バリア材料の重量比を有しており、
    前記第１のガラス含有成分は、約９５０℃～約１０５０℃の範囲の温度で少なくとも１５分間焼結された後に、少なくとも５０％が非晶質であり、
    前記腐食バリア材料は、第１の結晶相としてランタントリシリケート（Ｌａ２Ｓｉ３Ｏ９）を含んでいる、
    燃料電池スタック誘電体層。
  22. 前記第１のガラス含有成分は、酸化物に基づくｍｏｌ％で
    約８７％～約９３％の範囲の量のＳｉＯ２、
    約４．０％～約５．０％の範囲の量のＡｌ２Ｏ３、
    約３．０％～約４．０％の範囲の量のＣａＯ、及び
    約２．２％～約３．２％の範囲の量のＭｇＯ
    を含んでいる、請求項２１記載の燃料電池スタック誘電体層。
  23. 前記腐食バリア材料は、酸化物に基づくｍｏｌ％で
    約３０％～約４５％の範囲の量のＳｉＯ２、
    約２３％～約３３％の範囲の量のＣａＯ、
    約１５％～約２５％の範囲の量のＭｇＯ、
    約６％～約７％の範囲の量のＡｌ２Ｏ３、
    約４％～約５％の範囲の量のＢ２Ｏ３、
    約０．５％～約５％の範囲の量のＬａ２Ｏ３、及び
    約０．５％～約５％の範囲の量のＺｒＯ２
    を含んでいる、請求項２１記載の燃料電池スタック誘電体層。
  24. 前記腐食バリア材料は、酸化物に基づくｍｏｌ％で
    約４５％～約５５％の範囲の量のＳｉＯ２、
    約０．５％～約３％の範囲の量のＣａＯ、
    約１％～約４％の範囲の量のＭｇＯ、
    約２％～約３％の範囲の量のＡｌ２Ｏ３、
    約４％～約５％の範囲の量のＢ２Ｏ３、
    約１５％～約３０％の範囲の量のＢａＯ、
    約５％～約１０％の範囲の量のＬａ２Ｏ３、及び
    約０．５％～約３％の範囲の量のＺｒＯ２
    を含んでいる、請求項２１記載の燃料電池スタック誘電体層。
  25. 燃料電池スタックであって、
    積層された固体酸化物形燃料電池と、
    前記燃料電池間に配置されたインターコネクトと、
    前記インターコネクト上に配置された、請求項２１記載の燃料電池スタック誘電体層と
    を含んでいる、燃料電池スタック。
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