JP4438295B2

JP4438295B2 - Fuel cell

Info

Publication number: JP4438295B2
Application number: JP2003012340A
Authority: JP
Inventors: 順秋草; 孝二星野; 敬細井
Original assignee: Kansai Electric Power Co Inc; Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Kansai Electric Power Co Inc; Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2003-01-21
Filing date: 2003-01-21
Publication date: 2010-03-24
Anticipated expiration: 2023-01-21
Also published as: JP2004227848A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、積層構造を有する燃料電池に関し、特に燃料電池のマニホールド機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）は第三世代の発電用燃料電池として開発が進んでいる。現在、この固体酸化物形燃料電池は、円筒型、モノリス型、及び平板積層型の３種類が提案されており、何れも酸化物イオン伝導体から成る固体電解質を両側から空気極（カソード）と燃料極（アノード）で挟み込んだ積層構造を有する。この積層体から成る発電セルが、間に燃料極集電体と空気極集電体を介在してセパレータと交互に複数積層されることにより、燃料電池スタックとして構成される。
【０００３】
一例として、前記固体電解質層はイットリアを添加した安定化ジルコニア（ＹＳＺ）等で構成され、前記燃料極層はＮｉ、Ｃｏ等の金属あるいはＮｉ−ＹＳＺ、Ｃｏ−ＹＳＺ等のサーメットで構成され、前記空気極層はＬａＭｎＯ₃、ＬａＣｏＯ₃ 等で構成され、前記燃料極集電体はＮｉ基合金等のスポンジ状の多孔質焼結金属板で構成され、前記空気極集電体はＡｇ基合金等のスポンジ状の多孔質焼結金属板で構成され、前記セパレータはステンレス等で構成される。
【０００４】
所謂、固体酸化物形燃料電池では、反応用のガスとして空気極側に酸化剤ガス（酸素) が、燃料極側に燃料ガス (Ｈ₂、ＣＯ、ＣＨ₄等) が供給される。空気極と燃料極は、ガスが固体電解質との界面に到達することができるよう、何れも多孔質の層とされている。
空気極側に供給された酸素は、空気極層内の気孔を通って固体電解質層との界面近傍に到達し、この部分で空気極から電子を受け取って酸化物イオン（Ｏ^2-）にイオン化される。この酸化物イオンは、燃料極に向かって固体電解質層内を拡散移動する。燃料極との界面近傍に到達した酸化物イオンは、この部分で、燃料ガスと反応して反応生成物（Ｈ₂Ｏ、ＣＯ₂等）を生じ、燃料極に電子を放出する。この電子を別ルートの外部回路にて起電力として取り出すことができる。
【０００５】
ところで、燃料電池では、外部より反応ガスを導入し、積層された発電セルの各々に分配するガス供給機構として、燃料スタックの内部にマニホールドを備えている。このマニホールドは、マニホールドリングと呼ばれるリング部材を各セパレータ間に介在し各々を接合しながら積層方向に延設した管状体であり、燃料ガス導入用と酸化剤ガス導入用の二本から成る。
【０００６】
これらのマニホールド内を流通する反応用ガスは、各積層毎にセパレータとの接合部分で分配させられ、セパレータに設けたガス通路を通して発電セルの電極層に供給されるようになっている。このため、マニホールドリングとセパレータとの連結部分はガス漏れを生じない高いシール性（気密性）が要求されており、また、マニホールドを配設することにより各セパレータ同士が機械的に接触して電気的に短絡しないよう、個々のマニホールドリングには確実な電気絶縁性が要求されている。
尚、係るマニホールド機構は、例えば、特許文献１や特許文献２に開示されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平７−２０１３５３号公報
【特許文献２】
特開平８−２７９３６４号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記マニホールドが高いシール性と確実な電気絶縁性が要求されることは既述の通りである。従来、セパレータ間の絶縁性を確保するためにセラミックス製のマニホールドリングを使用し、且つ、ガス漏れしないようセパレータとの接合部分をガラス材にてシールする機構が採られているが、金属製のセパレータとこのセラミックス製のマニホールドリングでは熱膨張率に大きな差があるため、燃料電池作動時の昇降温の繰り返し（熱サイクル）時に、その熱膨脹差で生じる応力によってマニホールドリングが破損したり、接合部分に剥離が生じたりするという問題が有り、且つ、シール部にあっては、燃料電池の作動温度おいてガラス材が溶融した液シールを行うため、シール性に問題を残していた。
【０００９】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みて成されたもので、高いガスシール性を有し、より好ましくは燃料電池の熱サイクルに対し優れた耐久性をも有するマニホールド機構を備えた燃料電池を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
すなわち、請求項１に記載の本発明は、固体電解質層の両面に電極層を配して構成した発電セルと内部に反応用ガスの通路を有するセパレータを交互に複数積層して構成した燃料電池スタックと、前記セパレータの厚さ方向に設けたガス導入孔を介して前記ガス通路に連通する絶縁性のマニホールドリングを備え、前記セパレータのガス通路を通して各電極層に反応用のガスを供給するように構成した、作動温度が８００℃未満である固体酸化物形の燃料電池において、前記マニホールドリングは、前記燃料電池の作動温度より高い軟化点を有するガラス層と、当該ガラス層の両面に配した金属層とで構成したことを特徴としている。
本構成では、ガラス層の介在により金属層同士の接合部分が確実に絶縁され、シールされ、ガス漏れが防止されると共に、燃料電池の作動温度下においてもこのガラス層は軟化・溶融せず、常時固化状態を維持するため、各セパレータ間の絶縁は常に確実に確保できる。
【００１２】
また、請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の燃料電池において、前記金属層が接するセパレータの表面部位に、前記マニホールドリングの位置決用となる凹部を設けたことを特徴としている。
発電セルの積層工程において、マニホールドリングを容易に、且つ、正確に位置決め・配置できることから、燃料電池スタックの組立が簡素化され、組立工数の低減が図れると共に、マニホールドリングの位置ズレを回避し、ガス漏れによる電池性能の低下を防止できる。
【００１３】
また、請求項３に記載の本発明は、請求項１または請求項２の何れかに記載の燃料電池において、前記セパレータに接する前記金属層の表面部位に大きな流路抵抗を奏する細かな溝を複数形成したことを特徴としている。
この細かな溝による差圧効果で、セパレータとマニホールドリングの接合面に高いガスシール性（気密性）が得られるようになる。
【００１４】
また、請求項４に記載の本発明は、請求項１から請求項３までの何れかに記載の燃料電池において、前記金属層の表面に、Ｎｉ、Ａｇ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｃｒの内の何れかで成る被覆層を少なくとも１層以上形成したことを特徴としている。
被覆層を設けることにより、金属層とセパレータの熱拡散による接合の強度が強化される。
【００１５】
また、請求項５に記載の本発明は、請求項１から請求項４までの何れかに記載の燃料電池において、前記金属層と前記セパレータの接触部分が、燃料電池の作動雰囲気中での熱拡散により接合され、シールされていることを特徴としている。燃料電池スタックの組立（単セルの積層）は、予め作製しておいたマニホールドリングを用いて行う。尚、当マニホールドリングの作製は、燃料電池の作動温度より高い温度下でガラス層を溶融し、その接着作用により金属層同士を接合することにより行う。
組立後、燃料電池を作動すると、昇温による高温雰囲気中でマニホールドリングの金属層とセパレータの接触部分が熱拡散により接合される。燃料電池の作動中にマニホールドリングのガラスシール（ガラス層）が軟化・溶融することはなく固化状態を維持しており、よって常に高いガスシール性と絶縁が確保されている。
さらに、請求項６に記載の本発明は、請求項１から５までの何れかに記載の燃料電池において、前記マニホールドリングは、前記ガラス層を燃料電池の作動温度より高い８００℃以上の高温雰囲気中にて溶融し、当該ガラス層の冷却・固化時の接着作用により前記金属層を接合したものであることを特徴としている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明に係る燃料電池の実施形態を説明する。
【００１７】
図１は本発明が適用された平板積層型固体酸化物形燃料電池の構成を示す分解斜視図、図２は図１のII−II断面図である。
【００１８】
図１に示すように、燃料電池スタック１は、固体電解質層の両面に燃料極層と空気極層を配して構成した発電セル５と、燃料極層の外側に配した燃料極集電体６と、空気極層の外側に配した空気極層集電体７と、各集電体６、７の外側に配したセパレータ８とで構成した単セルを、間に絶縁性の燃料用マニホールドリング１５と酸化剤用マニホールドリング１６を介在して多数積層して成る。尚、単セルを構成する各要素は、従来と同様の物性のものが使用できる。
【００１９】
ここで、前記セパレータ８は、表面に酸化防止のためのＡｇメッキ処理等を施した厚さ数ｍｍ程度の四角状ステンレス板（本実施形態ではステンレス板２枚の張り合わせ構造としている）で構成されており、内部に燃料ガスが流通する燃料ガス通路９と、酸化剤ガスが流通する酸化剤ガス通路１０が形成されている。但し、図１に示すように、最下部に位置するセパレータ８については、燃料ガス通路９のみが形成され、一方、最上部のセパレータ８には、酸化剤ガス通路１０のみが形成されている。
【００２０】
燃料ガス通路９の一端は、セパレータ８の左端中央部に設けた燃料ガス導入孔１３に連通しており、他端が前記燃料極集電体６と対面するセパレータ中央のガス吐出孔１１に連通している。また、酸化剤ガス通路１０の一端は、セパレータ８の右端中央部に設けた燃料ガス導入孔１４に連通しており、他端が前記空気極集電体７と対面するセパレータ中央部のガス吐出孔１２に連通している。これらガス導入孔１３、１４は楕円形状を成している。尚、最上部のセパレータ８には酸化剤ガス導入孔１４のみ形成されており、且つ、この酸化剤ガス導入孔１４は下側にのみ開口している。上下端を除く部分の各ガス導入孔１３、１４は何れも板厚方向に貫通するものである。
また、最下部のセパレータ８は、外部からの反応用ガスを導入するためのガス導入通路２４、２５を有し、その分板厚は厚く、この内、燃料ガスが供給される燃料ガス導入通路２５は前記燃料ガス導入孔１３に連通し、酸化剤ガスが供給される酸化剤ガス導入通路２４は前記酸化剤ガス導入孔１４に連通している。
【００２１】
前記燃料ガス導入孔１３の開口部には燃料ガスが流通する燃料用マニホールドリング１５が配設され、前記酸化剤ガス導入孔１４の開口部には酸化剤ガスが流通する酸化剤用マニホールドリング１６が配設されており、単セルを積み上げてスタック化することにより、これら多数のマニホールドリング１５、１６がセパレータ８の各ガス導入孔１３、１４を介して縦方向（積層方向）に連結されて管状のマニホールドが形成されるようになっている。但し、最上部に位置するセパレータ８の酸化剤ガス導入孔１４については貫通孔とせず、既述したように下側にのみ開口する孔構造と成している。この二本のマニホールドには、外部から供給される燃料ガスと酸化剤ガスが流通する。
【００２２】
また、図２に示すように、これらのガス導入孔１３、１４の開口縁部には、各マニホールドリング１５、１６をセパレータ面上に正しく位置決するための楕円形状の凹部１７が形成されている。凹部１７を設けることにより、相互の位置ズレを無くして各ガス導入孔１３、１４と各マニホールドリング１５、１６を配置でき、スタック化を容易に行える。位置ズレを無くすことにより、セパレータ８と各マニホールドリング１５、１６の接合部のシール性は向上し、ガス漏れは完全に防止できる。
尚、本実施形態では、各マニホールドリング１５、１６の上下両端面が当接する上下セパレータ８の双方にそれぞれ凹部１７を設けたが、下側に当たるセパレータ８にのみに凹部１７を設けても、位置決めは可能である。
【００２３】
図３（ａ）に示すように、前記燃料用マニホールドリング１５および酸化剤用マニホールドリング１６は各々ガス導入孔１３、１４の開口形状に合わせた楕円形状に形成されている。各ガス流路を楕円形状としたのは、セパレータ８の長手サイズを延長せずに、円形の場合に比してガス流路体積を大きくできることと、単セル積層時のズレや傾きに対する各ガス導入孔１３、１４と各マニホールドリング１５、１６との整合性をより良好にできること、等の理由によるが、全て円形に統一しても勿論構わない。
【００２４】
図３（ｂ）は上記した各マニホールドリング１５、１６の第１実施形態を示し、中間部に配した絶縁・シール層となるリング状のガラス層１９と、このガラス層１９の両面に配したリング状の金属層１８とで構成される。
本実施形態では、金属層１８としてフェライト基のステンレスを用い、表面に下地ＮｉメッキにＡｇメッキを施した被覆層（メッキ層）が形成されている。フェライト基ステンレスの場合、メッキ層と基材となるステンレスとの密着性において特に優れており、よって、セパレータ表面の銀メッキとの熱拡散による接合の強度が極めて強固になるという利点を有する。メッキ材としては、上記の他、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｃｒ等を用いることができる。
【００２５】
また、ガラス層１９としては、燃料電池の作動温度（７５０℃程度）より高い８００℃以上の軟化点を持つガラス材が用いられる。従って、燃料電池の作動中にガラス層１９が溶融することはなく、ガラス層１９は常に固化状態を維持しているため、金属層間、即ち、セパレータ間の絶縁は常に確実に確保されることになる。
因みに、燃料電池の作動温度において軟化したガラス材によってマニホールドの流路接合部をシールをするといった構造が従来より採られている一般的なガスシール機構である。
【００２６】
また、ガラス材として金属層１８とほぼ同じ熱膨張率を有する、例えば、ＳｉＯ₂ -Ｂ₂ Ｏ₃ -ＣａＯ等（熱膨張係数：１０．５×１０^-6／℃）を用いることにより、燃料電池の昇降温過程に伴う熱応力の発生を無くし、熱サイクルに耐え得る絶縁層を形成することができる。
因みに、金属層１８（例えば、ＳＵＳ４３０）の熱膨張係数は１０．６×１０^-6／℃程度である。
【００２７】
次に、図４は、これらマニホールド１５、１６の第２の実施形態を示し、中間部にリング状のセラミックス層２０を配すると共に、ロウ材２１を介してこのセラミックス層２０の両面に金属層１８を接合した構造を有する。
本構成の場合では、燃料電池の作動温度より高い軟化点を持つロウ材２１を使用しており、例えば、軟化点が８７０℃のＪＩＳ規格ＢＡｇ-８等の銀ロウ等が好適である。特に、銀ロウは軟化点が高いばかりでなく展延性も優れているため、この展延性により燃料電池の作動温度における金属層１８とセラミックス層２０の熱膨張差で生じる応力を緩和することができ、燃料電池の熱サイクルで生じ易い金属層１８とセラミックス層２０の剥離が防止できる。
尚、この場合も、前記第１実施形態と同様に、金属層１８の表面に、Ｎｉ、Ａｇ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｃｒの内の何れかで成る被覆層を少なくとも１層以上形成することが好ましい。
【００２８】
また、図５に示すように、図３（ｂ）に示したマニホールドリング１５、１６おいて、セパレータ８と接触する金属層１８の表面部位に細かな溝１８ａを多数形成する構造にすると良い。
金属同士の接触面に設けた細かな溝１８ａは大きな流路抵抗を有しているため、各マニホールド内に反応用のガスが導入されても溝１８ａによる差圧効果で溝内にガスが流れ込むことはなく、セパレータ８と各マニホールドリング１５、１６との接合面でのガス漏れが防止され、平滑な金属面同士を接合する場合に比べて接合部のガスシール性をより高いものにできる。係る構造は、図４に示した構造のマニホールドリング１５、１６にも勿論適用されるものである。
尚、この溝１８ａは極めて繊細なものであるが、図５では分かり易く強調して大きく描いてある。
【００２９】
次に、図６に基づいて本発明の燃料電池の組立を説明する。
組立に際しては、単セルの積層に先立って、燃料電池の作動温度より高い８００℃以上の高温雰囲気中にてガラス材による絶縁シールをして、例えば、図３に示すような、中間部にガラス層１９を配したマニホールドリング１５、１６を作製しておく。上記した高温雰囲気中においてガラス層１９は溶融し、冷却・固化時の接着作用により両面に配した金属層１８、１８はガラス材を介して接合される。
また、図４に示すような、中間部にセラミックス層２０を配した構造のマニホールドリング１５、１６の場合は、銀ロウ２１の軟化点８７０℃以上の高温雰囲気中で銀ロウを溶融し、上記同様、その接着作用によりセラミックス層２０と金属層１８を接合して作製する。
【００３０】
マニホールドリング１５、１６の作製後、セパレータ８の燃料ガス導入孔１３の開口部に燃料用マニホールドリング１５を配置し、酸化剤ガス導入孔１４の開口部に酸化剤用マニホールドリング１６を配置しながら、順次単セルを積層して燃料電池スタック１を組み立てる。組み上げた燃料電池スタック１は、各セパレータ８の角部に設けた取付孔２３に挿通されている４本の締付棒２２により四隅で支持され、図示しないボルト等により上部から積層方向に締め付けされることにより複数の単セルが密着させられ、一体的に固定される。これで、燃料電池の組立は完了する。
【００３１】
上記した燃料電池の組立においては、各ガス導入孔１３、１４の開口縁部にそれぞれ位置決め用の凹部１７が設けてあるから、単セル積層時の各マニホールドリング１５、１６の配置は容易であり、且つ、双方の孔位置がずれることなくセパレータ面上の正確な部位に配設できる。
【００３２】
また、既述したように、セパレータ間に介在されている燃料極集電体６と空気極集電体７はそれぞれスポンジ状の多孔質焼結金属で構成されているから、スタックの締め付けによりこれらスポンジ状部材が弾性変形し、各マニホールドリング１５、１６は上下のセパレータ８の間に或る程度の弾力を持って圧接・挟持された状態となっており、この弾力により、振動や外部衝撃による各マニホールドリング１５、１６の移動が拘束され、各マニホールドリング１５、１６がスタック組立後に位置ズレを起こすことが防止できる。
このように、本発明では、組立の際にマニホールドリング１５、１６を固定するための特別な部材を要さず、締め付けによる各集電体６、７の弾性変形を利用した弾力的固着構造として、スタック組立の更なる簡素化を図っている。
【００３３】
この状態で燃料電池を作動させると、昇温時の高温雰囲気（７００〜７５０℃程度）により、各マニホールドリング１５、１６の上下金属層１８と、これに接する上下セパレータ８とが金属同士の熱拡散により接合される。但し、既述したように、各マニホールドリング１５、１６で用いるガラス層１９やロウ剤２１の軟化点は８００℃以上であるから、各マニホールドリング１５、１６の絶縁シールが燃料電池の作動中にその熱で軟化することはなく、常に固化状態を維持している。
このように、本発明では、金属同士の熱拡散接合を利用してガスシール性に優れる燃料電池スタックの組み立てが行える。これにより、各々のマニホールドリング１５、１６がそれぞれセパレータ８の各ガス導入孔１３、１４を介して縦方向（積層方向）に連結されて燃料ガス用と酸化剤ガス用の２本の管状マニホールド（連結された状態は図示せず）が形成される。
【００３４】
上記構成の燃料電池スタック１においては、外部から供給される燃料ガスと酸化剤ガスは、それぞれ最下層部に位置するセパレータ８の側部に設けた開口２５ａ、２４ａより燃料ガス導入路２５と酸化剤ガス導入路２４を介して燃料ガス用マニホールドと酸化剤ガス用マニホールドに個々に導入される。
尚、図示しないが、開口２５ａには、外部より燃料ガスを供給するための燃料ガス供給管が接続され、開口２４ａには、外部より酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給管が接続されているものとする。そして、これら各ガス供給管より導入された反応用のガスは、縦方向に延びるマニホールドの管内を流通する過程で、それぞれ各層（単セル）のガス導入孔１３、１４より分配されながら各々セパレータ８の各ガス通路を通して各発電セル５の電極部に供給されていく。
【００３５】
即ち、燃料ガス用マニホールド内の燃料ガスは、各セパレータ８の燃料ガス導入孔１３から燃料ガス通路９に導入され、通路末端の燃料ガス吐出孔１１より吐出して対面する燃料極集電体６に供給され、拡散しながらここを通過して発電セル５の燃料極層に達する。
一方、酸化剤ガス用マニホールド内の酸化剤ガスは、各セパレータ８の酸化剤ガス導入孔１４から酸化剤ガス通路１０に導入され、通路末端の酸化剤ガス吐出孔１２より吐出して対面する空気極極集電体７に供給され、拡散しながらここを通過して発電セル５の空気極層に達する。
尚、以降、各単セル内での電気化学反応は従来技術の欄で述べた通りであり、この電気化学反応で生じた高温の排ガスは所定の排気ルートで各単セルよりスタック外に排出されることになる。
【００３６】
ここで、各マニホールドを構成する各マニホールドリング１５、１６とセパレータ８の各ガス導入孔１３、１４は、セパレータ側に設けた位置決め凹部１７にって孔位置が確実に整合しており、且つ、両者の接触部分は熱拡散接合によるシールと接触面の細かな溝１８ａによる差圧の相乗効果で高いシール性が得られており、ガス漏れは生じない。
また、各マニホールドリング１５、１６においては、両面の金属層１８がガラス層１９（もしくは、ロウ材２１を介してセラミックス層２０）により絶縁され、接合されており、しかも、燃料電池の作動温度範囲内では、これらガラス層１９やロウ材２１は軟化せずに固化状態を維持していると共に、ガラス層１９にあっては金属層１８とほほ同じ熱膨張率を有し、ロウ材２１にあってはその展延性により金属層１９とセラミックス層２０の熱膨張差を緩和するため、熱サイクルに伴う熱応力による各マニホールドリング１５、１６の破損を回避して、高いシール性を保持している。
【００３７】
以上、本実施形態の燃料電池スタック１では、燃料用マニホールドと酸化剤用マニホールドは各１本の配設としたが、これに限るものではなく、反応用ガスの供給量等に応じて、複数設けることも勿論可能である。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の発明によれば、燃料電池の作動温度より高い軟化点を有するガラス層と、このガラス層の両面に配した金属層とでマニホールドリングを構成したので、ガラス層により金属層の接合部分は高いガスシール性を有すると共に、燃料電池の作動温度下においてガラス層は溶融することなく常に固化状態を維持しているため、各セパレータ間の絶縁は確実に確保される。
【００４０】
また、請求項２に記載の発明によれば、金属層と接するセパレータの表面部位に凹部を設けたので、スタック化の際の各マニホールドリングの位置決めが容易に、且つ、正確に行えるようになり、燃料電池スタックの組立が簡素化され工数の低減が図れると共に、マニホールドリングの位置ズレを回避し、ガス漏れによる電池性能の低下を防止できるようになる。
【００４１】
また、請求項３に記載の発明によれば、セパレータと接する金属層の表面部位に細かな溝を複数形成したので、この溝による差圧効果により、セパレータとマニホールドリングの接合部に高いシール性が得られるようになる。
【００４２】
また、請求項４に記載の発明によれば、金属層の表面に、Ｎｉ、Ａｇ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｃｒの内の何れかで成る被覆層を少なくとも１層以上形成したので、金属層とセパレータの熱拡散による接合の強度をより一層強化できる。
【００４３】
さらに、請求項５に記載の発明によれば、金属層とセパレータの接触部分が、燃料電池の作動雰囲気中での熱拡散接合によりシールされているので、接合のための特別な部材や加工、処理等を一切必要とせず、よって燃料電池スタックの組立が簡素化され、且つ、接合部分のシール性は高いものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る燃料電池の構成を示す分解斜視図。
【図２】図１のII−II断面図。
【図３】本発明の燃料電池に使用するマニホールドリングを示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図。
【図４】図３とは別のマニホールドリングの側面図。
【図５】図４とは別のマニホールドリングの側面図。
【図６】本発明に係る燃料電池の組立を示す斜視図。
【符号の説明】
１燃料電池スタック
５発電セル
８セパレータ
９燃料ガス通路
１０酸化剤ガス通路
１３燃料ガス導入孔
１４酸化剤ガス導入孔
１５燃料用マニホールドリング
１６酸化剤用マニホールドリング
１７凹部
１８金属層
１８ａ溝
１９ガラス層
２０セラミックス層
２１ロウ材（銀ロウ）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel cell having a laminated structure, and more particularly to a fuel cell manifold mechanism.
[0002]
[Prior art]
Solid oxide fuel cells (SOFC) are being developed as third-generation fuel cells for power generation. At present, three types of solid oxide fuel cells have been proposed: a cylindrical type, a monolith type, and a flat plate type, each of which has a solid electrolyte composed of an oxide ion conductor as an air electrode (cathode) from both sides. It has a laminated structure sandwiched between fuel electrodes (anodes). A plurality of power generation cells composed of the stacked body are alternately stacked with separators with a fuel electrode current collector and an air electrode current collector interposed therebetween, thereby forming a fuel cell stack.
[0003]
As an example, the solid electrolyte layer is composed of stabilized zirconia (YSZ) or the like to which yttria is added, and the fuel electrode layer is composed of a metal such as Ni or Co or a cermet such as Ni-YSZ or Co-YSZ. The air electrode layer is made of LaMnO ₃ , LaCoO ₃ or the like, the fuel electrode current collector is made of a sponge-like porous sintered metal plate such as a Ni-based alloy, and the air electrode current collector is made of an Ag-based alloy or the like. And a separator made of stainless steel or the like.
[0004]
In so-called solid oxide fuel cells, oxidant gas (oxygen) is supplied to the air electrode side and fuel gas (H ₂ , CO, CH _4, etc.) is supplied to the fuel electrode side as reaction gas. The air electrode and the fuel electrode are both porous layers so that the gas can reach the interface with the solid electrolyte.
Oxygen supplied to the air electrode side passes through the pores in the air electrode layer and reaches the vicinity of the interface with the solid electrolyte layer. At this part, electrons are received from the air electrode and ionized to oxide ions (O ²⁻ ). Is done. The oxide ions diffuse and move in the solid electrolyte layer toward the fuel electrode. Oxide ions that have reached the vicinity of the interface with the fuel electrode react with the fuel gas at this portion to generate reaction products (H ₂ O, CO _2, etc.), and emit electrons to the fuel electrode. This electron can be taken out as an electromotive force in an external circuit of another route.
[0005]
By the way, in the fuel cell, a manifold is provided inside the fuel stack as a gas supply mechanism that introduces a reaction gas from the outside and distributes it to each of the stacked power generation cells. This manifold is a tubular body in which a ring member called a manifold ring is interposed between the separators and extends in the stacking direction while joining the separators, and is composed of two fuel gas introduction and oxidant gas introduction.
[0006]
The reaction gas flowing through these manifolds is distributed at the junction with the separator for each stack, and is supplied to the electrode layer of the power generation cell through a gas passage provided in the separator. For this reason, the connecting portion between the manifold ring and the separator is required to have a high sealing performance (air tightness) that does not cause gas leakage. In order to prevent short circuit, individual manifold rings are required to have reliable electrical insulation.
Such a manifold mechanism is disclosed in, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2.
[0007]
[Patent Document 1]
JP 7-201353 A [Patent Document 2]
JP-A-8-279364
[Problems to be solved by the invention]
By the way, as described above, the manifold is required to have high sealing performance and reliable electrical insulation. Conventionally, a mechanism that uses a ceramic manifold ring to ensure insulation between separators and seals the joint with the separator with a glass material to prevent gas leakage has been adopted. Since there is a large difference in the coefficient of thermal expansion between the separator and this ceramic manifold ring, the manifold ring can be damaged by the stress generated by the difference in thermal expansion during repeated heating (heating cycle) during fuel cell operation, In addition, there is a problem that peeling occurs, and in the sealing portion, a liquid seal in which the glass material is melted at the operating temperature of the fuel cell is performed.
[0009]
The present invention has been made in view of the above-described conventional problems , and has a high gas sealing property, and more preferably a fuel cell including a manifold mechanism having excellent durability against the thermal cycle of the fuel cell. The purpose is to provide.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
That is, the present invention according to claim 1 is a fuel cell in which a power generation cell configured by arranging electrode layers on both surfaces of a solid electrolyte layer and a plurality of separators having a reaction gas passage inside are alternately stacked. A stack and an insulating manifold ring communicating with the gas passage through a gas introduction hole provided in the thickness direction of the separator are provided, and a reaction gas is supplied to each electrode layer through the gas passage of the separator. In the solid oxide fuel cell having an operating temperature of less than 800 ° C. , the manifold ring is disposed on both surfaces of the glass layer having a softening point higher than the operating temperature of the fuel cell and the glass layer. It is characterized by comprising a metal layer.
In this configuration, the joint between the metal layers is reliably insulated and sealed by the interposition of the glass layer, gas leakage is prevented, and the glass layer does not soften or melt even under the operating temperature of the fuel cell. Since the solidified state is always maintained, the insulation between the separators can always be reliably ensured.
[0012]
Further, the present invention according to claim 2 is characterized in that, in the fuel cell according to claim 1, a concave portion for positioning the manifold ring is provided in a surface portion of the separator in contact with the metal layer. Yes.
Since the manifold ring can be positioned and arranged easily and accurately in the power generation cell stacking process, the assembly of the fuel cell stack is simplified, the number of assembly steps can be reduced, and the displacement of the manifold ring can be avoided. Battery performance degradation due to gas leakage can be prevented.
[0013]
Further, the present invention according to claim 3 is the fuel cell according to claim 1 or 2 , wherein a fine groove having a large flow resistance is formed on a surface portion of the metal layer in contact with the separator. It is characterized by the formation of a plurality.
Due to the differential pressure effect due to these fine grooves, high gas sealability (air tightness) can be obtained at the joint surface between the separator and the manifold ring.
[0014]
According to a fourth aspect of the present invention, in the fuel cell according to any one of the first to third aspects, any one of Ni, Ag, Sn, Zn, and Cr is formed on the surface of the metal layer. It is characterized in that at least one or more coating layers are formed.
By providing the coating layer, the bonding strength by thermal diffusion between the metal layer and the separator is enhanced.
[0015]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the fuel cell according to any one of the first to fourth aspects, wherein the contact portion between the metal layer and the separator is heated in an operating atmosphere of the fuel cell. It is characterized by being bonded and sealed by diffusion. The assembly of the fuel cell stack (single cell stacking) is performed using a manifold ring prepared in advance. The manifold ring is manufactured by melting the glass layer at a temperature higher than the operating temperature of the fuel cell and bonding the metal layers together by the adhesive action.
When the fuel cell is operated after assembly, the contact portion between the metal layer of the manifold ring and the separator is joined by thermal diffusion in a high temperature atmosphere due to temperature rise. During the operation of the fuel cell, the glass seal (glass layer) of the manifold ring does not soften or melt and maintains a solidified state, so that high gas sealability and insulation are always secured.
Furthermore, the present invention according to claim 6 is the fuel cell according to any one of claims 1 to 5, wherein the manifold ring has a high-temperature atmosphere of 800 ° C. or higher, wherein the glass layer is higher than an operating temperature of the fuel cell. It is characterized in that it is melted inside and the metal layer is joined by an adhesive action during cooling and solidification of the glass layer.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of a fuel cell according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0017]
FIG. 1 is an exploded perspective view showing a configuration of a flat plate type solid oxide fuel cell to which the present invention is applied, and FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II in FIG.
[0018]
As shown in FIG. 1, a fuel cell stack 1 includes a power generation cell 5 configured by disposing a fuel electrode layer and an air electrode layer on both sides of a solid electrolyte layer, and a fuel electrode current collector disposed outside the fuel electrode layer. 6, a single cell composed of an air electrode layer current collector 7 disposed outside the air electrode layer and a separator 8 disposed outside each of the current collectors 6, 7. A large number of rings 15 and an oxidizing agent manifold ring 16 are stacked. In addition, each element which comprises a single cell can use the same physical property as the past.
[0019]
Here, the separator 8 is formed of a square stainless steel plate having a thickness of about several millimeters (for example, a laminated structure of two stainless steel plates) having an Ag plating treatment for preventing oxidation. A fuel gas passage 9 through which the fuel gas flows and an oxidant gas passage 10 through which the oxidant gas flows are formed. However, as shown in FIG. 1, only the fuel gas passage 9 is formed for the separator 8 located at the lowermost portion, while only the oxidant gas passage 10 is formed for the uppermost separator 8.
[0020]
One end of the fuel gas passage 9 communicates with a fuel gas introduction hole 13 provided at the center of the left end of the separator 8, and the other end communicates with a gas discharge hole 11 in the center of the separator facing the fuel electrode current collector 6. is doing. Further, one end of the oxidant gas passage 10 communicates with a fuel gas introduction hole 14 provided at the center of the right end of the separator 8, and the other end of the gas discharge at the center of the separator facing the air electrode current collector 7. It communicates with the hole 12. These gas introduction holes 13 and 14 have an elliptical shape. Note that only the oxidant gas introduction hole 14 is formed in the uppermost separator 8, and the oxidant gas introduction hole 14 is opened only on the lower side. Each of the gas introduction holes 13 and 14 except for the upper and lower ends penetrates in the plate thickness direction.
The lowermost separator 8 has gas introduction passages 24 and 25 for introducing a reaction gas from the outside, and its thickness is thick. Among these, a fuel gas introduction passage through which fuel gas is supplied 25 communicates with the fuel gas introduction hole 13, and an oxidant gas introduction passage 24 to which the oxidant gas is supplied communicates with the oxidant gas introduction hole 14.
[0021]
A fuel manifold ring 15 through which fuel gas flows is disposed at the opening of the fuel gas introduction hole 13, and an oxidant manifold ring 16 through which oxidant gas flows through the opening of the oxidant gas introduction hole 14. By stacking single cells and stacking them, a large number of these manifold rings 15 and 16 are connected in the vertical direction (stacking direction) via the gas introduction holes 13 and 14 of the separator 8. A tubular manifold is formed. However, the oxidant gas introduction hole 14 of the separator 8 located at the uppermost part is not a through hole, but has a hole structure that opens only on the lower side as described above. A fuel gas and an oxidant gas supplied from the outside flow through the two manifolds.
[0022]
Further, as shown in FIG. 2, elliptical recesses 17 for correctly positioning the manifold rings 15 and 16 on the separator surface are formed at the opening edges of the gas introduction holes 13 and 14, respectively. . By providing the concave portion 17, it is possible to arrange the gas introduction holes 13 and 14 and the manifold rings 15 and 16 without misalignment with each other, and stacking can be easily performed. By eliminating the misalignment, the sealing performance of the joint portion between the separator 8 and the manifold rings 15 and 16 is improved, and gas leakage can be completely prevented.
In this embodiment, the upper and lower separators 8 with which the upper and lower end faces of each of the manifold rings 15 and 16 abut are provided with the recesses 17 respectively. However, the positioning is possible even if the recesses 17 are provided only on the lower separator 8. Is possible.
[0023]
As shown in FIG. 3A, the fuel manifold ring 15 and the oxidant manifold ring 16 are each formed in an elliptical shape corresponding to the opening shape of the gas introduction holes 13 and 14. The reason why each gas flow path is elliptical is that the length of the separator 8 is not extended and the volume of the gas flow path can be increased as compared to the case of a circular shape, and each gas with respect to the deviation or inclination when single cells are stacked. Of course, the introduction holes 13 and 14 and the manifold rings 15 and 16 can be more consistent with each other.
[0024]
FIG. 3B shows the first embodiment of each of the manifold rings 15 and 16 described above, and a ring-shaped glass layer 19 serving as an insulating / seal layer disposed in the middle portion, and disposed on both surfaces of the glass layer 19. It is composed of a ring-shaped metal layer 18.
In the present embodiment, a ferritic stainless steel is used as the metal layer 18, and a coating layer (plating layer) obtained by performing Ag plating on the underlying Ni plating is formed on the surface. In the case of ferrite-based stainless steel, the adhesion between the plating layer and the stainless steel serving as the base material is particularly excellent, and thus has an advantage that the bonding strength by thermal diffusion with the silver plating on the separator surface becomes extremely strong. As the plating material, Sn, Zn, Cr or the like can be used in addition to the above.
[0025]
Further, as the glass layer 19, a glass material having a softening point of 800 ° C. or higher which is higher than the operating temperature of the fuel cell (about 750 ° C.) is used. Therefore, the glass layer 19 is not melted during the operation of the fuel cell, and the glass layer 19 is always kept in a solid state, so that the insulation between the metal layers, that is, between the separators is always ensured. Become.
Incidentally, a general gas seal mechanism that has been conventionally employed has a structure in which the flow path joint portion of the manifold is sealed with a glass material softened at the operating temperature of the fuel cell.
[0026]
Further, by using, for example, SiO ₂ —B ₂ O ₃ —CaO or the like (thermal expansion coefficient: 10.5 × 10 ⁻⁶ / ° C.) having almost the same thermal expansion coefficient as that of the metal layer 18 as a glass material, fuel can be obtained. It is possible to eliminate the generation of thermal stress accompanying the process of raising and lowering the battery temperature and to form an insulating layer that can withstand thermal cycling.
Incidentally, the thermal expansion coefficient of the metal layer 18 (for example, SUS430) is about 10.6 × 10 ⁻⁶ / ° C.
[0027]
Next, FIG. 4 shows a second embodiment of the manifolds 15, 16, in which a ring-shaped ceramic layer 20 is disposed in the middle portion, and metal layers are formed on both surfaces of the ceramic layer 20 via a brazing material 21. 18 is joined.
In the case of this configuration, a brazing material 21 having a softening point higher than the operating temperature of the fuel cell is used. For example, a silver brazing material such as JIS standard BAg-8 having a softening point of 870 ° C. is suitable. In particular, since silver solder not only has a high softening point but also has excellent spreadability, this spreadability can relieve stress caused by the difference in thermal expansion between the metal layer 18 and the ceramic layer 20 at the operating temperature of the fuel cell. Further, peeling of the metal layer 18 and the ceramic layer 20 that are likely to occur during the thermal cycle of the fuel cell can be prevented.
In this case as well, as in the first embodiment, it is preferable to form at least one coating layer made of any of Ni, Ag, Sn, Zn, and Cr on the surface of the metal layer 18. .
[0028]
Further, as shown in FIG. 5, it is preferable that the manifold rings 15 and 16 shown in FIG. 3B have a structure in which many fine grooves 18 a are formed in the surface portion of the metal layer 18 in contact with the separator 8.
Since the fine groove 18a provided on the contact surface between the metals has a large flow resistance, even if the reaction gas is introduced into each manifold, the gas flows into the groove due to the differential pressure effect by the groove 18a. In other words, gas leakage at the joint surface between the separator 8 and each manifold ring 15 and 16 is prevented, and the gas sealability of the joint portion can be made higher than when smooth metal surfaces are joined together. Such a structure is naturally applicable to the manifold rings 15 and 16 having the structure shown in FIG.
Although the groove 18a is very delicate, it is drawn greatly in an easy-to-understand manner in FIG.
[0029]
Next, the assembly of the fuel cell of the present invention will be described with reference to FIG.
When assembling, prior to the stacking of the single cells, an insulating seal is made of a glass material in a high-temperature atmosphere of 800 ° C. or higher, which is higher than the operating temperature of the fuel cell. Manifold rings 15 and 16 provided with the layer 19 are prepared in advance. The glass layer 19 is melted in the high-temperature atmosphere described above, and the metal layers 18, 18 disposed on both surfaces are bonded via a glass material by an adhesive action during cooling and solidification.
Further, in the case of the manifold rings 15 and 16 having a structure in which the ceramic layer 20 is arranged in the intermediate portion as shown in FIG. 4, the silver brazing is melted in a high temperature atmosphere at a softening point of 870 ° C. or higher of the silver brazing Similarly, the ceramic layer 20 and the metal layer 18 are joined and produced by the adhesive action.
[0030]
After the fabrication of the manifold rings 15, 16, the fuel manifold ring 15 is disposed at the opening of the fuel gas introduction hole 13 of the separator 8, and the oxidant manifold ring 16 is disposed at the opening of the oxidant gas introduction hole 14. Then, the single cells are sequentially stacked to assemble the fuel cell stack 1. The assembled fuel cell stack 1 is supported at four corners by four fastening rods 22 inserted through attachment holes 23 provided at the corners of the separators 8 and is tightened in the stacking direction from above by bolts or the like (not shown). As a result, the plurality of single cells are brought into close contact with each other and fixed together. This completes the assembly of the fuel cell.
[0031]
In the assembly of the fuel cell described above, the positioning recesses 17 are provided at the opening edge portions of the gas introduction holes 13 and 14, respectively. Therefore, the arrangement of the manifold rings 15 and 16 when stacking single cells is easy. And it can arrange | position in the exact site | part on a separator surface, without both hole positions shifting | deviating.
[0032]
Further, as described above, since the fuel electrode current collector 6 and the air electrode current collector 7 interposed between the separators are each made of a sponge-like porous sintered metal, these are tightened by tightening the stack. The sponge-like member is elastically deformed, and the manifold rings 15 and 16 are pressed and sandwiched between the upper and lower separators 8 with a certain degree of elasticity, and this elasticity causes vibration and external impact. The movement of the manifold rings 15 and 16 is restrained, and it is possible to prevent the manifold rings 15 and 16 from being displaced after stack assembly.
Thus, in the present invention, there is no need for a special member for fixing the manifold rings 15 and 16 at the time of assembly, and the elastic fixing structure using the elastic deformation of the current collectors 6 and 7 by tightening is used. The stack assembly is further simplified.
[0033]
When the fuel cell is operated in this state, the upper and lower metal layers 18 of the manifold rings 15 and 16 and the upper and lower separators 8 in contact with the upper and lower metal layers 18 are heated by the high temperature atmosphere (about 700 to 750 ° C.) when the temperature is raised. Joined by diffusion. However, as described above, since the softening point of the glass layer 19 and brazing material 21 used in each manifold ring 15 and 16 is 800 ° C. or higher, the insulating seal of each manifold ring 15 and 16 is in operation during the operation of the fuel cell. It is not softened by the heat and always maintains a solid state.
As described above, in the present invention, it is possible to assemble a fuel cell stack having excellent gas sealing performance by utilizing thermal diffusion bonding between metals. As a result, the manifold rings 15 and 16 are connected in the vertical direction (stacking direction) via the gas introduction holes 13 and 14 of the separator 8, respectively, so that two tubular manifolds for fuel gas and oxidant gas ( The connected state is not shown).
[0034]
In the fuel cell stack 1 having the above-described configuration, the fuel gas and the oxidant gas supplied from the outside are oxidized with the fuel gas introduction path 25 and the oxidation gas through the openings 25a and 24a provided in the side portions of the separator 8 located at the lowermost layer. They are individually introduced into the fuel gas manifold and the oxidant gas manifold via the agent gas introduction passage 24.
Although not shown, a fuel gas supply pipe for supplying fuel gas from the outside is connected to the opening 25a, and an oxidant gas supply pipe for supplying oxidant gas from the outside is connected to the opening 24a. It is assumed that The reaction gases introduced from the gas supply pipes are distributed from the gas introduction holes 13 and 14 of the respective layers (single cells) in the course of flowing through the pipes of the manifolds extending in the longitudinal direction. The gas is supplied to the electrode portion of each power generation cell 5 through each gas passage.
[0035]
That is, the fuel gas in the fuel gas manifold is introduced into the fuel gas passage 9 from the fuel gas introduction hole 13 of each separator 8 and discharged from the fuel gas discharge hole 11 at the end of the passage to face the fuel electrode current collector 6. And pass through here while diffusing to reach the fuel electrode layer of the power generation cell 5.
On the other hand, the oxidant gas in the oxidant gas manifold is introduced into the oxidant gas passage 10 from the oxidant gas introduction hole 14 of each separator 8 and is discharged from the oxidant gas discharge hole 12 at the end of the passage to face the air. It is supplied to the polar current collector 7 and passes through here while diffusing and reaches the air electrode layer of the power generation cell 5.
Hereinafter, the electrochemical reaction in each single cell is as described in the section of the prior art, and the high temperature exhaust gas generated by this electrochemical reaction is discharged from the single cell to the outside of the stack through a predetermined exhaust route. Will be.
[0036]
Here, the manifold rings 15 and 16 constituting each manifold and the gas introduction holes 13 and 14 of the separator 8 are surely aligned with the positioning recesses 17 provided on the separator side, and A high sealing performance is obtained at the contact portion between the two by a synergistic effect of the seal by heat diffusion bonding and the differential pressure by the fine groove 18a on the contact surface, and no gas leakage occurs.
In each of the manifold rings 15 and 16, the metal layers 18 on both sides are insulated and bonded by the glass layer 19 (or the ceramic layer 20 via the brazing material 21), and the operating temperature range of the fuel cell. The glass layer 19 and the brazing material 21 are maintained in a solidified state without being softened, and the glass layer 19 has almost the same thermal expansion coefficient as that of the metal layer 18. In order to relieve the difference in thermal expansion between the metal layer 19 and the ceramic layer 20 due to its spreadability, the manifold rings 15 and 16 are prevented from being damaged by the thermal stress accompanying the thermal cycle, and high sealing performance is maintained.
[0037]
As described above, in the fuel cell stack 1 of the present embodiment, one fuel manifold and one oxidizer manifold are provided. However, the present invention is not limited to this, and there are a plurality of manifolds depending on the supply amount of the reaction gas. Of course, it is also possible to provide them.
[0038]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, the manifold ring is composed of the glass layer having a softening point higher than the operating temperature of the fuel cell and the metal layers disposed on both sides of the glass layer. In addition, the glass layer has a high gas-sealing property at the joint of the metal layer, and the glass layer always maintains a solidified state without melting at the operating temperature of the fuel cell. Secured.
[0040]
Further, according to the invention described in claim 2 , since the concave portion is provided in the surface portion of the separator in contact with the metal layer, the positioning of each manifold ring at the time of stacking can be performed easily and accurately. As a result, the assembly of the fuel cell stack can be simplified and the number of man-hours can be reduced, and the displacement of the manifold ring can be avoided, and the deterioration of the battery performance due to gas leakage can be prevented.
[0041]
According to the invention described in claim 3 , since a plurality of fine grooves are formed in the surface portion of the metal layer in contact with the separator, a high sealing performance is provided at the joint between the separator and the manifold ring due to the differential pressure effect of the grooves. Can be obtained.
[0042]
According to the invention described in claim 4 , since at least one coating layer made of any of Ni, Ag, Sn, Zn, and Cr is formed on the surface of the metal layer, the metal layer and the separator It is possible to further strengthen the bonding strength by thermal diffusion.
[0043]
Furthermore, according to the invention described in claim 5 , since the contact portion between the metal layer and the separator is sealed by thermal diffusion bonding in the operating atmosphere of the fuel cell, a special member or processing for bonding, No processing or the like is required, so that the assembly of the fuel cell stack is simplified and the sealing performance of the joint portion is high.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view showing a configuration of a fuel cell according to the present invention.
2 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG.
3 shows a manifold ring used in the fuel cell of the present invention, (a) is a perspective view, and (b) is a side view. FIG.
4 is a side view of a manifold ring different from FIG. 3; FIG.
FIG. 5 is a side view of a manifold ring different from FIG. 4;
FIG. 6 is a perspective view showing assembly of a fuel cell according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell stack 5 Power generation cell 8 Separator 9 Fuel gas passage 10 Oxidant gas passage 13 Fuel gas introduction hole 14 Oxidant gas introduction hole 15 Fuel manifold ring 16 Oxidant manifold ring 17 Recess 18 Metal layer 18a Groove 19 Glass layer 20 Ceramics layer 21 Brazing material (silver brazing)

Claims

Provided in the thickness direction of the separator, a power cell constructed by arranging electrode layers on both surfaces of the solid electrolyte layer and a fuel cell stack constructed by alternately laminating a plurality of separators each having a reaction gas passage inside An operating manifold having an insulating manifold ring communicating with the gas passage through a gas introduction hole and configured to supply a reaction gas to each electrode layer through the gas passage of the separator is less than 800 ° C. In a solid oxide fuel cell,
The said manifold ring is comprised with the glass layer which has a softening point higher than the operating temperature of the said fuel cell, and the metal layer distribute | arranged to the both surfaces of the said glass layer, The fuel cell characterized by the above-mentioned.

2. The fuel cell according to claim 1 , wherein a concave portion for positioning the manifold ring is provided on a surface portion of the separator in contact with the metal layer .

3. The fuel cell according to claim 1, wherein a plurality of fine grooves having a large flow resistance are formed in a surface portion of the metal layer in contact with the separator .

4. The coating layer according to claim 1, wherein at least one coating layer made of any one of Ni, Ag, Sn, Zn, and Cr is formed on the surface of the metal layer. Fuel cell.

The fuel cell according to any one of claims 1 to 4 , wherein a contact portion between the metal layer and the separator is bonded and sealed by thermal diffusion in an operating atmosphere of the fuel cell. .

The manifold ring is obtained by melting the glass layer in a high-temperature atmosphere of 800 ° C. or higher, which is higher than the operating temperature of the fuel cell, and bonding the metal layer by an adhesive action during cooling and solidification of the glass layer. The fuel cell according to any one of claims 1 to 5, wherein: