JP5686190B2 - Joining material for solid oxide fuel cell, method for producing solid oxide fuel cell, method for producing solid oxide fuel cell module, solid oxide fuel cell and solid oxide fuel cell module - Google Patents

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Description

本発明は、固体酸化物形燃料電池用電気的接続材、固体酸化物形燃料電池用接合材、固体酸化物形燃料電池の製造方法、固体酸化物形燃料電池モジュールの製造方法、固体酸化物形燃料電池及び固体酸化物形燃料電池モジュールに関する。  The present invention relates to an electrical connecting material for a solid oxide fuel cell, a joining material for a solid oxide fuel cell, a method for producing a solid oxide fuel cell, a method for producing a solid oxide fuel cell module, and a solid oxide. The present invention relates to a fuel cell and a solid oxide fuel cell module.

近年、新たなエネルギー源として、燃料電池に対する注目が大きくなってきている。燃料電池には、固体酸化物形燃料電池(SOFC:Solid Oxide Fuel Cell)、溶融炭酸塩形燃料電池、リン酸形燃料電池、固体高分子形燃料電池等がある。これらの燃料電池の中でも、固体酸化物形燃料電池では、液体の構成要素を用いる必要が必ずしもなく、炭化水素燃料を用いるときに内部での改質も可能である。このため、固体酸化物形燃料電池に対する研究開発が盛んに行われている。  In recent years, attention has been paid to fuel cells as a new energy source. Examples of the fuel cell include a solid oxide fuel cell (SOFC), a molten carbonate fuel cell, a phosphoric acid fuel cell, and a solid polymer fuel cell. Among these fuel cells, solid oxide fuel cells do not necessarily require liquid components, and can be reformed internally when using hydrocarbon fuel. For this reason, research and development on solid oxide fuel cells are actively conducted.

例えば特許文献1には、固体酸化物形燃料電池用のインターコネクタとして、一般式:Ln1−xAeMO3−δ (1)(ここで、Lnはランタノイドから選択される少なくとも1種の元素であり、Aeは、Sr、BaおよびCaからなる群から選択される1種または2種以上の元素であり、Mは、Ti,Zr,Al,Ga,Nb,Ta,Fe,Co,Ni,Cu,Mn,Mg,Rh,Pd,PtおよびAuからなる群から選択される1種または2種以上の元素であり、0≦x≦1、δは電荷中性条件を満たすように定まる値である。)で表わされるペロブスカイト型酸化物と、シリカとから形成されており、インターコネクタ全体のうちの前記シリカの含有率が5質量%〜14質量%であるインターコネクタが記載されている。特許文献1においては、インターコネクタは、燃料電池同士を電気的に接続する機能を有している。特許文献1には、特許文献1に記載のインターコネクタは、緻密な構造を有しているため、このインターコネクタを用いることによって酸化剤ガスや燃料ガスの漏れを抑制できる旨が記載されている。For example, in Patent Document 1, as an interconnector for a solid oxide fuel cell, a general formula: Ln 1-x Ae x MO 3-δ (1) (where Ln is at least one selected from lanthanoids) Ae is one or more elements selected from the group consisting of Sr, Ba and Ca, and M is Ti, Zr, Al, Ga, Nb, Ta, Fe, Co, Ni , Cu, Mn, Mg, Rh, Pd, Pt and Au are one or more elements selected from the group consisting of 0 ≦ x ≦ 1, δ is a value determined to satisfy the charge neutrality condition The interconnector is formed from a perovskite oxide represented by the formula (II) and silica, and the content of the silica in the entire interconnector is 5% by mass to 14% by mass. In Patent Document 1, the interconnector has a function of electrically connecting the fuel cells. Patent Document 1 describes that the interconnector described in Patent Document 1 has a dense structure, so that leakage of oxidant gas and fuel gas can be suppressed by using this interconnector. .

特開2010−186645号公報JP 2010-186645 A

しかしながら、特許文献1に記載のインターコネクタでは、電気的接続を好適に行えず、電気抵抗が大きくなってしまう場合がある。  However, in the interconnector described in Patent Document 1, electrical connection may not be suitably performed, and the electrical resistance may increase.

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、好適な電気的接続が可能な固体酸化物形燃料電池用の電気的接続材を提供することにある。  This invention is made | formed in view of such a point, The objective is to provide the electrical connection material for solid oxide fuel cells in which suitable electrical connection is possible.

本発明に係る固体酸化物形燃料電池用接合材は、接合材本体と、前記接合材本体とは平面視において異なる位置に配されており、かつ多孔質金属層を含む電気的接続部とを備える。前記接合材本体は、シリカ、バリウム酸化物及びアルミナを含むガラスセラミック層と、前記ガラスセラミック層の上に設けられており、かつアルミナとガラスとを含む拘束層とを有する。 A bonding material for a solid oxide fuel cell according to the present invention includes a bonding material main body and an electric connection portion that is disposed at a different position in plan view from the bonding material main body and includes a porous metal layer. Prepare. The bonding material main body includes a glass ceramic layer containing silica, barium oxide and alumina, and a constraining layer provided on the glass ceramic layer and containing alumina and glass.

本発明に係る固体酸化物形燃料電池用接合材のある特定の局面では、多孔質金属層は、発泡金属からなる。  In a specific aspect of the solid oxide fuel cell bonding material according to the present invention, the porous metal layer is made of a foam metal.

本発明に係る固体酸化物形燃料電池用接合材の他の特定の局面では、多孔質金属層における気孔率が、10体積%〜95体積%である。  In another specific aspect of the solid oxide fuel cell bonding material according to the present invention, the porosity of the porous metal layer is 10% by volume to 95% by volume.

本発明に係る固体酸化物形燃料電池用接合材の別の特定の局面では、多孔質金属層は、銀、金、パラジウム、ニッケル及びステンレスからなる群から選ばれた金属、または銀、金、パラジウム、ニッケル及びステンレスからなる群から選ばれた少なくとも一種の金属を含む合金からなる。  In another specific aspect of the solid oxide fuel cell bonding material according to the present invention, the porous metal layer is a metal selected from the group consisting of silver, gold, palladium, nickel, and stainless steel, or silver, gold, It consists of an alloy containing at least one metal selected from the group consisting of palladium, nickel and stainless steel.

本発明に係る固体酸化物形燃料電池用接合材の別の特定の局面では、拘束層は、ガラスセラミック層の焼結温度において焼結または融解しない。  In another specific aspect of the solid oxide fuel cell bonding material according to the present invention, the constraining layer does not sinter or melt at the sintering temperature of the glass ceramic layer.

本発明に係る固体酸化物形燃料電池用接合材のさらに別の特定の局面では、固体酸化物形燃料電池用接合材は、接合材本体と電気的接続部との間に設けられており、ガラスセラミックスからなる接着部をさらに備えている。  In yet another specific aspect of the solid oxide fuel cell bonding material according to the present invention, the solid oxide fuel cell bonding material is provided between the bonding material main body and the electrical connection portion, An adhesive portion made of glass ceramics is further provided.

本発明に係る固体酸化物形燃料電池用接合材のさらにまた他の特定の局面では、拘束層におけるアルミナの含有率は、30質量%〜90質量%である。  In still another specific aspect of the solid oxide fuel cell bonding material according to the present invention, the content of alumina in the constraining layer is 30% by mass to 90% by mass.

本発明に係る固体酸化物形燃料電池用接合材のさらにまた別の特定の局面では、拘束層は、厚み方向に貫通する複数の貫通孔が形成された金属板からなる。  In still another specific aspect of the solid oxide fuel cell bonding material according to the present invention, the constraining layer is made of a metal plate in which a plurality of through holes penetrating in the thickness direction are formed.

本発明に係る固体酸化物形燃料電池用接合材のさまたらに他の特定の局面では、拘束層は、エキスパンドメタル、パンチングメタル、金網または発泡金属からなる。  In another specific aspect of the solid oxide fuel cell bonding material according to the present invention, the constraining layer is made of expanded metal, punching metal, wire mesh, or foam metal.

本発明に係る固体酸化物形燃料電池用接合材のまたさらに別の特定の局面では、拘束層の融点が900℃以上である。  In still another specific aspect of the solid oxide fuel cell bonding material according to the present invention, the constraining layer has a melting point of 900 ° C. or higher.

本発明に係る固体酸化物形燃料電池の製造方法では、上記本発明に係る固体酸化物形燃料電池用接合材を用いて複数の発電セルを接合すると共に電気的に接続する。 In the production method of engaging Ru solid body oxide fuel cell in the present invention, electrically connected with joining a plurality of power generation cells with solid oxide fuel cell bonding material according to the present invention.

本発明に係る固体酸化物形燃料電池モジュールの製造方法では、上記本発明に係る固体酸化物形燃料電池用接合材を用いて発電セルと、他の発電セルまたは筐体とを接合すると共に電気的に接続する。 In the manufacturing method of the solid body oxide fuel cell module engaging Ru in the present invention, joined with the power generation cell, and other power generation cell or enclosure using a solid oxide fuel cell bonding material according to the present invention And connect electrically.

本発明に係る固体酸化物形燃料電池は、接合層と、複数の発電セルとを備えている。接合層は、上記本発明に係る固体酸化物形燃料電池用接合材が焼結体からなる。複数の発電セルは、接合層により接合されると共に電気的に接続されている。 Solid body oxide fuel cell Ru engaged to the present invention includes a bonding layer, and a plurality of power generation cells. The bonding layer is made of a sintered body of the solid oxide fuel cell bonding material according to the present invention. The plurality of power generation cells are joined and electrically connected by a joining layer.

本発明に係る第1の固体酸化物形燃料電池モジュールは、上記本発明に係る固体酸化物形燃料電池を備えている。 The first solid oxide fuel cell module according to the present invention is provided with the engaging Ru solid body oxide fuel cell to the present invention.

本発明に係る第の固体酸化物形燃料電池モジュールは、接合層と、燃料電池と、筐体とを備えている。接合層は、上記本発明に係る固体酸化物形燃料電池用接合材が焼結体からなる。筐体は、接合層により燃料電池と接合されると共に電気的に接続されている。 The second solid oxide fuel cell module according to the present invention includes a bonding layer, a fuel cell, and a housing. The bonding layer is made of a sintered body of the solid oxide fuel cell bonding material according to the present invention. The housing is joined to and electrically connected to the fuel cell by the joining layer.

本発明によれば、好適な電気的接続が可能な固体酸化物形燃料電池用の電気的接続材を提供することができる。  ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the electrical connection material for solid oxide fuel cells in which suitable electrical connection is possible can be provided.

図1は、第1の実施形態に係る固体酸化物形燃料電池用接合材の略図的斜視図である。FIG. 1 is a schematic perspective view of a solid oxide fuel cell bonding material according to a first embodiment. 図2は、図1の線II−IIにおける略図的断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along line II-II in FIG. 図3は、第2の実施形態に係る固体酸化物形燃料電池用接合材の略図的斜視図である。FIG. 3 is a schematic perspective view of the solid oxide fuel cell bonding material according to the second embodiment. 図4は、第3の実施形態に係る固体酸化物形燃料電池用接合材の略図的斜視図である。FIG. 4 is a schematic perspective view of a solid oxide fuel cell bonding material according to a third embodiment. 図5は、第4の実施形態に係る固体酸化物形燃料電池用接合材の接合材本体の略図的断面図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a joining material body of a joining material for a solid oxide fuel cell according to a fourth embodiment. 図6は、第5の実施形態に係る固体酸化物形燃料電池用接合材の接合材本体の略図的断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a bonding material body of a solid oxide fuel cell bonding material according to a fifth embodiment. 図7は、第6の実施形態に係る固体酸化物形燃料電池用接合材の接合材本体の略図的断面図である。FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of a bonding material body of a bonding material for a solid oxide fuel cell according to a sixth embodiment. 図8は、第7の実施形態に係る固体酸化物形燃料電池用接合材の接合材本体の略図的断面図である。FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of a joining material body of a joining material for a solid oxide fuel cell according to a seventh embodiment. 図9は、第8の実施形態に係る固体酸化物形燃料電池用接合材の電気的接続部の略図的断面図である。FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of an electrical connection portion of the solid oxide fuel cell bonding material according to the eighth embodiment. 図10は、第9の実施形態に係る固体酸化物形燃料電池モジュールの模式的側面図である。FIG. 10 is a schematic side view of a solid oxide fuel cell module according to the ninth embodiment. 図11は、第9の実施形態における発電セルの略図的分解斜視図である。FIG. 11 is a schematic exploded perspective view of the power generation cell according to the ninth embodiment. 図12は、第9の実施形態における燃料電池の略図的分解斜視図である。FIG. 12 is a schematic exploded perspective view of a fuel cell according to the ninth embodiment. 図13は、第9の実施形態における燃料電池モジュールの一部分の略図的分解斜視図である。FIG. 13 is a schematic exploded perspective view of a part of the fuel cell module according to the ninth embodiment.

以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。  Hereinafter, an example of the preferable form which implemented this invention is demonstrated. However, the following embodiment is merely an example. The present invention is not limited to the following embodiments.

また、実施形態等において参照する各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照することとする。また、実施形態等において参照する図面は、模式的に記載されたものであり、図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率等が異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。  Moreover, in each drawing referred in embodiment etc., the member which has a substantially the same function shall be referred with the same code | symbol. The drawings referred to in the embodiments and the like are schematically described, and the ratio of the dimensions of the objects drawn in the drawings may be different from the ratio of the dimensions of the actual objects. The dimensional ratio of the object may be different between the drawings. The specific dimensional ratio of the object should be determined in consideration of the following description.

《第1の実施形態》
図1は、第1の実施形態に係る固体酸化物形燃料電池用接合材の略図的斜視図である。図2は、図1の線II−IIにおける略図的断面図である。
<< First Embodiment >>
FIG. 1 is a schematic perspective view of a solid oxide fuel cell bonding material according to a first embodiment. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along line II-II in FIG.

固体酸化物形燃料電池用接合材1は、固体酸化物形燃料電池モジュールに用いられる接合材である。具体的には、例えば、発電セル同士を接合すると共に電気的に接続する用途や、燃料電池の発電セルと筐体とを接合すると共に電気的に接続する用途等に使用することができる。  The solid oxide fuel cell bonding material 1 is a bonding material used for a solid oxide fuel cell module. Specifically, it can be used for, for example, applications in which the power generation cells are joined and electrically connected, and applications in which the power generation cell of the fuel cell and the housing are joined and electrically connected.

固体酸化物形燃料電池用接合材1は、接合材本体2と、電気的接続材としての電気的接続部3とを備えている。  The solid oxide fuel cell bonding material 1 includes a bonding material body 2 and an electrical connection portion 3 as an electrical connection material.

(接合材本体2)
接合材本体2は、被接合部材同士を接合する機能を主として担うものである。このため、接合材本体2は、被接合部材同士を好適に接合可能なものである限りにおいて特に限定されない。接合材本体2は、例えばガラスセラミックスにより構成することもできる。本実施形態では、接合材本体2が、ガラスセラミック層10と、ガラスセラミック層10の上に設けられている拘束層11との積層体により構成されている例について説明する。なお、ガラスセラミック層10と拘束層11との両方を設ける必要は必ずしもない。ガラスセラミック層10と拘束層11とのうちの一方が設けられていてもよい。
(Bonding material body 2)
The joining material main body 2 mainly bears the function of joining the members to be joined together. For this reason, the joining material main body 2 is not particularly limited as long as the members to be joined can be suitably joined to each other. The joining material main body 2 can also be comprised, for example with glass ceramics. In the present embodiment, an example in which the bonding material body 2 is configured by a laminated body of a glass ceramic layer 10 and a constraining layer 11 provided on the glass ceramic layer 10 will be described. Note that it is not always necessary to provide both the glass ceramic layer 10 and the constraining layer 11. One of the glass ceramic layer 10 and the constraining layer 11 may be provided.

ガラスセラミック層10は、ガラスセラミックスを含む。ガラスセラミック層10は、ガラスセラミックスのみからなるものであってもよいし、ガラスセラミックスに加えて、例えば、非晶質ガラス等を含んでいてもよい。  The glass ceramic layer 10 contains glass ceramics. The glass ceramic layer 10 may be made of only glass ceramics, or may contain, for example, amorphous glass in addition to the glass ceramics.

ここで、「ガラスセラミックス」とは、ガラスとセラミックスとの混合材料系である。  Here, the “glass ceramics” is a mixed material system of glass and ceramics.

本実施形態において、ガラスセラミックスは、シリカ、バリウム酸化物及びアルミナを含んでいる。ガラスセラミックスは、SiをSiO換算で48質量%〜75質量%と、BaをBaO換算で20質量%〜40質量%と、AlをAl換算で5質量%〜20質量%とを含むものであることが好ましい。ガラスセラミックスは、さらに、MnをMnOに換算して2質量%〜10質量%、TiをTiOに換算して0.1質量%〜10質量%、及びFeをFeに換算して0.1質量%〜10質量%を更に含んでいてもよい。ガラスセラミックスは、実質的にCr酸化物やB酸化物を含まないことが好ましい。この場合、例えば、1100℃以下という温度で焼成可能なガラスセラミックスを得ることができる。In the present embodiment, the glass ceramic contains silica, barium oxide, and alumina. In the glass ceramics, Si is 48 mass% to 75 mass% in terms of SiO 2 , Ba is 20 mass% to 40 mass% in terms of BaO, and Al is 5 mass% to 20 mass% in terms of Al 2 O 3. It is preferable that it is included. Glass ceramics, further, in terms of 2 mass% to 10 mass% in terms of Mn to MnO, 0.1 wt% to 10 wt% in terms of Ti to TiO 2, and Fe in the Fe 2 O 3 You may further contain 0.1 mass%-10 mass%. It is preferable that the glass ceramic does not substantially contain Cr oxide or B oxide. In this case, for example, glass ceramics that can be fired at a temperature of 1100 ° C. or lower can be obtained.

ガラスセラミック層10の厚みは、特に限定されないが、例えば、10μm〜150μmであることが好ましく、20μm〜50μmであることがより好ましい。  Although the thickness of the glass ceramic layer 10 is not specifically limited, For example, it is preferable that they are 10 micrometers-150 micrometers, and it is more preferable that they are 20 micrometers-50 micrometers.

ガラスセラミック層10の上には、拘束層11が積層されている。本実施形態では、拘束層11と、ガラスセラミック層10とは直接触している。  A constraining layer 11 is stacked on the glass ceramic layer 10. In the present embodiment, the constraining layer 11 and the glass ceramic layer 10 are in direct contact.

拘束層11は、ガラスセラミック層10の焼成温度において焼成したり、融解したりしないものである。すなわち、拘束層11は、拘束層11が実質的に焼成したり、融解したりしない状態でガラスセラミック層10を焼成させることができるような性質を有するものである。拘束層11は金属板やセラミックスからなるものであることが好ましい。  The constraining layer 11 is not fired or melted at the firing temperature of the glass ceramic layer 10. That is, the constraining layer 11 has such a property that the glass ceramic layer 10 can be fired in a state where the constraining layer 11 is not substantially fired or melted. The constraining layer 11 is preferably made of a metal plate or ceramic.

例えば、拘束層11はガラスセラミックスの焼結温度では焼結しない、アルミナなどの無機材料を含むことが好ましい。この場合、拘束層11が実質的に収縮しない状態でガラスセラミックス層10を焼結させることができるような性質を有する。また、拘束層11は、ガラスを含むことが好ましい。この場合、接合材1を焼結した際に拘束層11とガラスセラミックス層10が焼結されてなる層との接合強度を高めることができる。なお、無機材料の中心粒径は、5μm以下であることが好ましい。無機材料の中心粒径が5μmより大きいと、ガラスセラミック層の焼成時の収縮を抑制する効果が低減される場合がある。  For example, the constraining layer 11 preferably contains an inorganic material such as alumina that does not sinter at the sintering temperature of glass ceramics. In this case, the glass ceramic layer 10 can be sintered in a state where the constraining layer 11 does not substantially contract. Moreover, it is preferable that the constrained layer 11 contains glass. In this case, when the bonding material 1 is sintered, the bonding strength between the constraining layer 11 and the layer formed by sintering the glass ceramic layer 10 can be increased. In addition, it is preferable that the center particle diameter of an inorganic material is 5 micrometers or less. When the center particle diameter of the inorganic material is larger than 5 μm, the effect of suppressing shrinkage during firing of the glass ceramic layer may be reduced.

拘束層11において、アルミナとガラスとの総体積に対し、ガラスの体積が10〜70%であることが好ましい。ガラスの体積が10%を下回ると、拘束層におけるガラス量が不足して、これらを緻密化することができない場合がある。ガラスの体積が70%を上回ると、ガラスセラミックス層の焼成時の収縮抑制効果が弱くなる場合がある。拘束層11に含まれるガラスは、非晶質ガラスであっても、焼成時にその少なくとも一部が結晶化するガラスからなるものであってもよい。  In the constraining layer 11, the glass volume is preferably 10 to 70% with respect to the total volume of alumina and glass. If the volume of the glass is less than 10%, the amount of glass in the constraining layer may be insufficient, and these may not be densified. When the volume of the glass exceeds 70%, the shrinkage suppressing effect at the time of firing the glass ceramic layer may be weakened. The glass contained in the constraining layer 11 may be an amorphous glass or a glass that crystallizes at least partially during firing.

また、拘束層11は、厚み方向(z方向)に貫通する複数の貫通孔が形成された金属板によって構成されていてもよい。具体的には、拘束層11は、エキスパンドメタル、パンチングメタル、金網、発泡金属等により構成されていてもよい。  Moreover, the constraining layer 11 may be configured by a metal plate in which a plurality of through holes penetrating in the thickness direction (z direction) are formed. Specifically, the constraining layer 11 may be made of expanded metal, punching metal, wire mesh, foam metal, or the like.

ここで、「エキスパンドメタル」とは、一の方向に延び、かつ一の方向に沿って間隔をおいて配列された複数の線状の切り込みを有する切り込み群が、一の方向に対して垂直な他の方向に沿って間隔をおいて複数配列されており、切り込みが他の方向に沿って千鳥状である金属板を、他の方向に延伸してなるものであり、四辺形状や多角形状の開口が斜方行列状に形成された金属板をいう。  Here, “expanded metal” refers to a group of cuts having a plurality of linear cuts extending in one direction and arranged at intervals along one direction, and perpendicular to the one direction. A plurality of metal plates that are arranged at intervals along the other direction, and the cuts are staggered along the other direction, are formed by extending in the other direction. A metal plate having openings formed in an oblique matrix.

エキスパンドメタルは、空隙率が、30%〜86%で、線幅が、30μm〜250μmで、厚みが30μm〜500μmであるものであることが好ましい。  The expanded metal preferably has a porosity of 30% to 86%, a line width of 30 μm to 250 μm, and a thickness of 30 μm to 500 μm.

「パンチングメタル」とは、所定の間隔をおいてマトリクス状に形成された複数の開口が形成された金属板をいう。  “Punching metal” refers to a metal plate having a plurality of openings formed in a matrix at predetermined intervals.

パンチングメタルは、空隙率が、10%〜60%で、開口の直径が、50μm〜1000μmで、厚みが30μm〜250μmであるものであることが好ましい。  The punching metal preferably has a porosity of 10% to 60%, an opening diameter of 50 μm to 1000 μm, and a thickness of 30 μm to 250 μm.

「金網」とは、一の方向に延び、一の方向に対して垂直な他の方向に沿って相互に間隔をおいて配列された複数の第1の金属線と、他の方向に延び、一の方向に沿って相互に間隔をおいて配列されており、複数の第1の金属線と交差している複数の第2の金属線とを有し、複数の第1の金属線と複数の第2の金属線とが一の方向及び他の方向に垂直な厚み方向において固定されている部材をいう。「金網」には、複数の第1の金属線と、複数の第2の金属線とが編まれた部材と、複数の第1の金属線と、複数の第2の金属線とが溶接等によって固定されており、編まれていない部材との両方が含まれる。  The “wire mesh” is a plurality of first metal lines that extend in one direction and are spaced apart from each other along another direction perpendicular to the one direction, and extend in the other direction. A plurality of second metal lines that are arranged at intervals along one direction and intersect with the plurality of first metal lines, and the plurality of first metal lines and the plurality of first metal lines The second metal wire is a member fixed in the thickness direction perpendicular to one direction and the other direction. In the “wire mesh”, a member in which a plurality of first metal wires and a plurality of second metal wires are knitted, a plurality of first metal wires, and a plurality of second metal wires are welded, etc. And both non-knitted members are included.

金網は、空隙率が、50%〜85%で、線径が50μm〜200μmであるものであることが好ましい。  The metal mesh preferably has a porosity of 50% to 85% and a wire diameter of 50 μm to 200 μm.

「発泡金属」とは、内部に複数の気孔を有する金属部材をいう。発泡金属は、3次元網目状構造を有するものであってもよい。気孔は、連続気孔であってもよいし、閉気孔であってもよい。  “Foamed metal” refers to a metal member having a plurality of pores therein. The foam metal may have a three-dimensional network structure. The pores may be continuous pores or closed pores.

発泡金属は、空隙率が、10%〜70%であるものであることが好ましい。  The foam metal preferably has a porosity of 10% to 70%.

拘束層11を複数の貫通孔が形成された金属板によって構成する場合は、拘束層11は、融点が900℃以上であり、ガラスセラミック層10の焼成温度において融解しないものであることが好ましい。このため、拘束層11は、例えば、ステンレス、銀、金、ニッケル等の高融点金属からなることが好ましい。拘束層11の融点は、1100℃以上であることがより好ましい。  When the constraining layer 11 is formed of a metal plate having a plurality of through holes, the constraining layer 11 preferably has a melting point of 900 ° C. or higher and does not melt at the firing temperature of the glass ceramic layer 10. For this reason, it is preferable that the constrained layer 11 consists of high melting point metals, such as stainless steel, silver, gold | metal | money, nickel, for example. The melting point of the constraining layer 11 is more preferably 1100 ° C. or higher.

拘束層11の厚みは、0.5μm〜500μmであることが好ましく、1μm〜300μmであることがより好ましい。拘束層11の厚みが0.5μm未満であると、面方向への収縮抑制効果が低減してしまう場合がある。拘束層11の厚みが500μmを超えると、固体酸化物形燃料電池の低背化に対して不利である。  The thickness of the constraining layer 11 is preferably 0.5 μm to 500 μm, and more preferably 1 μm to 300 μm. When the thickness of the constraining layer 11 is less than 0.5 μm, the effect of suppressing shrinkage in the surface direction may be reduced. When the thickness of the constraining layer 11 exceeds 500 μm, it is disadvantageous for the reduction in the height of the solid oxide fuel cell.

(電気的接続部3)
電気的接続部3は、接合材本体2とは平面視において(固体酸化物形燃料電池用接合材1の厚み方向から視た際に)異なる位置に配されている。上記接合材本体2が被接合部材同士の接合する機能を主として担っているのに対して、電気的接続部3は、導電性を有しており、被接合部材同士を電気的に接続する機能を担っている。このため、電気的接続部3は、一方の被接合部材の端子部と他方の被接合部材の端子部との間に位置するように配されていればよい。すなわち、電気的接続部3の配置は、一方の被接合部材の端子部と他方の被接合部材の端子部との配置に応じて適宜設定することができる。本実施形態では、電気的接続部3は、固体酸化物形燃料電池用接合材1の中央部から、固体酸化物形燃料電池用接合材1の一端辺部に至るように設けられている。
(Electrical connection 3)
The electrical connection portion 3 is arranged at a different position from the bonding material body 2 in a plan view (when viewed from the thickness direction of the solid oxide fuel cell bonding material 1). Whereas the bonding material body 2 is mainly responsible for the function of bonding the members to be bonded, the electrical connection portion 3 has conductivity and functions to electrically connect the members to be bonded. Is responsible. For this reason, the electrical connection part 3 should just be distribute | arranged so that it may be located between the terminal part of one to-be-joined member, and the terminal part of the other to-be-joined member. That is, the arrangement of the electrical connection portion 3 can be appropriately set according to the arrangement of the terminal portion of one member to be joined and the terminal portion of the other member to be joined. In the present embodiment, the electrical connection portion 3 is provided so as to extend from the center of the solid oxide fuel cell bonding material 1 to one end side of the solid oxide fuel cell bonding material 1.

電気的接続部3は、多孔質金属層3aを含む。具体的には、本実施形態では、電気的接続部3は、多孔質金属層3aのみにより構成されている。多孔質金属層3aは、発泡金属からなるものであってもよい。  The electrical connection portion 3 includes a porous metal layer 3a. Specifically, in this embodiment, the electrical connection part 3 is comprised only by the porous metal layer 3a. The porous metal layer 3a may be made of a foam metal.

多孔質金属層3aの構成材料は、導電性を有するものである限りにおいて特に限定されない。多孔質金属層3aは、例えば、銀、金、パラジウム、ニッケル及びステンレスからなる群から選ばれた金属、または銀、金、パラジウム、ニッケル及びステンレスからなる群から選ばれた少なくとも一種の金属を含む合金により構成することができる。なかでも、多孔質金属層3aは、銀により構成されていることが好ましい。この場合、接合材本体2の収縮量に追従して変形しやすい上、導電率が高いためである。  The constituent material of the porous metal layer 3a is not particularly limited as long as it has conductivity. The porous metal layer 3a includes, for example, a metal selected from the group consisting of silver, gold, palladium, nickel and stainless steel, or at least one metal selected from the group consisting of silver, gold, palladium, nickel and stainless steel. It can be composed of an alloy. Especially, it is preferable that the porous metal layer 3a is comprised with silver. In this case, it is easy to deform following the amount of contraction of the bonding material main body 2 and the conductivity is high.

多孔質金属層3aは、連続気孔を有するものであってもよいし、閉気孔を有するものであってもよい。  The porous metal layer 3a may have continuous pores or may have closed pores.

多孔質金属層3aにおける気孔率は、10体積%〜95体積%であることが好ましく、20体積%〜60体積%であることがより好ましい。  The porosity of the porous metal layer 3a is preferably 10% by volume to 95% by volume, and more preferably 20% by volume to 60% by volume.

多孔質金属層3aの厚みは、接合材本体2の厚みと同じであってもよいし、異なっていてもよい。多孔質金属層3aの厚みは、接合材本体2の厚みの0.5倍〜1.5倍であることが好ましく、0.9倍〜1.1倍であることがより好ましい。  The thickness of the porous metal layer 3a may be the same as the thickness of the bonding material body 2 or may be different. The thickness of the porous metal layer 3a is preferably 0.5 to 1.5 times the thickness of the bonding material body 2 and more preferably 0.9 to 1.1 times.

ところで、例えば、接合材を用いて2つの発電セルを接合するために接合材を加熱した際における接合材の収縮量と発電セルの収縮量とは異なる。通常は、接合材は、発電セルよりも大きく収縮する。接合時においては、この接合材と発電セルとの収縮量の相違に起因して、接合材に応力が加わる。  By the way, for example, the amount of shrinkage of the bonding material and the amount of shrinkage of the power generation cell when the bonding material is heated to join the two power generation cells using the bonding material are different. Normally, the bonding material contracts more than the power generation cell. At the time of bonding, stress is applied to the bonding material due to the difference in shrinkage between the bonding material and the power generation cell.

よって、例えば特許文献1に記載のような導電性ペーストを接合材として用いて接合及び電気的接続を行う場合、導電性ペーストから形成される接合層と被接合材とが好適に接合されず、よって、好適に電気的に接続できない場合がある。  Therefore, for example, when performing bonding and electrical connection using a conductive paste as described in Patent Document 1 as a bonding material, the bonding layer formed from the conductive paste and the material to be bonded are not suitably bonded, Therefore, there are cases where electrical connection cannot be suitably performed.

このことから、接合しようとしている2つの被接合部材の電気的に接続しようとしている部分の間に金属部材を配置し、その他の部分に接合材を配置することにより、接合と電気的接続を行うことも考えられる。  Therefore, the metal member is disposed between the portions to be electrically connected between the two members to be bonded, and the bonding material is disposed in the other portion, thereby performing bonding and electrical connection. It is also possible.

しかしながら、この場合は、加熱接合時において、接合材は厚み方向に収縮するものの、金属部材は、厚み方向において収縮しない。このため、接合材の厚み方向における収縮に伴って金属部材により被接合部材同士が接近することが規制される。よって、接合材の厚み方向における収縮に起因して、接合材と少なくとも一方の被接合部材との間に隙間が生じる。その結果、被接合部材同士を好適に接合できないこととなる。  However, in this case, the bonding material contracts in the thickness direction during heat bonding, but the metal member does not contract in the thickness direction. For this reason, it is controlled that a to-be-joined member approaches by a metal member with the shrinkage | contraction in the thickness direction of a joining material. Therefore, a gap is generated between the bonding material and at least one member to be bonded due to shrinkage in the thickness direction of the bonding material. As a result, the members to be joined cannot be suitably joined.

それに対して本実施形態では、電気的接続部3は、多孔質金属層3aからなる。このため、加熱接合時において接合材本体2が厚み方向に収縮すると、それに伴い、接合材本体2の厚み方向における収縮量だけ、多孔質金属層3aも厚み方向に収縮する。よって、接合材本体2が被接合部材から離間しにくく、かつ、電気的接続部3も被接合部材から離間しにくい。従って、本実施形態の固体酸化物形燃料電池用接合材1を用いることにより、被接合部材間の接合及び電気的接続を好適に行うことができる。  On the other hand, in this embodiment, the electrical connection part 3 consists of the porous metal layer 3a. For this reason, when the bonding material main body 2 contracts in the thickness direction during heat bonding, the porous metal layer 3a also contracts in the thickness direction by the amount of contraction in the thickness direction of the bonding material main body 2 accordingly. Therefore, the bonding material main body 2 is not easily separated from the member to be bonded, and the electrical connection portion 3 is also difficult to separate from the member to be bonded. Therefore, by using the solid oxide fuel cell bonding material 1 of the present embodiment, it is possible to suitably perform bonding and electrical connection between the members to be bonded.

被接合部材間の接合及び電気的接続をより好適に行えるようにする観点からは、多孔質金属層3aにおける気孔率は、10体積%〜95体積%であることが好ましく、20体積%〜60体積%であることがより好ましい。多孔質金属層3aにおける気孔率が低すぎると、加熱接合時において、厚み方向に収縮しにくくなる場合がある。一方、多孔質金属層3aにおける気孔率が高すぎると、加熱接合時において多孔質金属層3aが厚み方向に大きく収縮しすぎる場合がある。  From the viewpoint of more suitably performing joining and electrical connection between the members to be joined, the porosity of the porous metal layer 3a is preferably 10% by volume to 95% by volume, and 20% by volume to 60%. More preferably, it is volume%. If the porosity of the porous metal layer 3a is too low, it may be difficult to shrink in the thickness direction during heat bonding. On the other hand, if the porosity of the porous metal layer 3a is too high, the porous metal layer 3a may shrink too much in the thickness direction during heat bonding.

また、多孔質金属層3aの厚みは、接合材本体2の厚みの0.5倍〜1.5倍であることが好ましく、0.9倍〜1.1倍であることがより好ましい。多孔質金属層3aの厚みが接合材本体2の厚みに対して小さすぎると、確実な電気的接続が困難となる場合がある。一方、多孔質金属層3aの厚みが接合材本体2の厚みに対して大きすぎると、確実な接合が困難となる場合がある。  The thickness of the porous metal layer 3a is preferably 0.5 to 1.5 times the thickness of the bonding material body 2 and more preferably 0.9 to 1.1 times. If the thickness of the porous metal layer 3a is too small with respect to the thickness of the bonding material main body 2, reliable electrical connection may be difficult. On the other hand, if the thickness of the porous metal layer 3a is too large with respect to the thickness of the bonding material main body 2, reliable bonding may be difficult.

ところで、燃料電池の製造に際しては、焼成工程において、セパレータが収縮する。それに伴い、セパレータの表面に凹凸が形成される。このため、例えば特許文献1に記載のインターコネクタのように、ペロブスカイト型酸化物を含み、緻密な電気的接続材を用いた場合は、セパレータに設けられたビアホール電極と電気的接続材との接触面積が小さくなり、接触抵抗が増大する。これに伴い、燃料電池間の電気抵抗が増大する。  By the way, when manufacturing the fuel cell, the separator shrinks in the firing step. As a result, irregularities are formed on the surface of the separator. For this reason, for example, in the case of an interconnector described in Patent Document 1, when a dense electrical connection material is used that includes a perovskite oxide, contact between the via-hole electrode provided in the separator and the electrical connection material The area is reduced and the contact resistance is increased. As a result, the electrical resistance between the fuel cells increases.

それに対して、本実施形態では、電気的接続材を構成している電気的接続部3は、多孔質金属層3aを含む。このため、電気的接続部3の接続対象の表面に凹凸が形成された場合には、電気的接続部3の表面は、その凹凸の形状寸法に対して変形する。よって、電気的接続部3と接続対象との間の接触面積の減少を抑制することができる。従って、燃料電池同士を好適に電気的に接続することができる。  On the other hand, in this embodiment, the electrical connection part 3 which comprises the electrical connection material contains the porous metal layer 3a. For this reason, when the unevenness | corrugation is formed in the surface of the connection object of the electrical connection part 3, the surface of the electrical connection part 3 deform | transforms with respect to the shape dimension of the unevenness | corrugation. Therefore, the reduction of the contact area between the electrical connection part 3 and the connection object can be suppressed. Therefore, the fuel cells can be suitably electrically connected.

なお、本実施形態では、電気的接続部3の全体が多孔質金属層3aにより構成されている例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。電気的接続材を構成している電気的接続部3は、少なくともひとつの多孔質金属層3aと、少なくともひとつの緻密層との積層体により構成されていてもよい。その場合、電気的接続部3の表層は、多孔質金属層3aにより構成されていることが好ましい。  In the present embodiment, the example in which the entire electrical connection portion 3 is configured by the porous metal layer 3a has been described. However, the present invention is not limited to this configuration. The electrical connection portion 3 constituting the electrical connection material may be configured by a laminate of at least one porous metal layer 3a and at least one dense layer. In that case, it is preferable that the surface layer of the electrical connection part 3 is comprised by the porous metal layer 3a.

また、本実施形態では、ガラスセラミック層10の上に拘束層11が積層されている。この拘束層11により、ガラスセラミック層10の焼成時の面方向に沿った収縮が抑制される。このため、本実施形態の接合材1を用いた場合は、接合材1の焼成時においても、それほど面方向に沿って収縮しない。よって、接合材本体2が被接合材から剥離することをより効果的に抑制することができる。従って、被接合材同士をより確実に接合することができる。  In the present embodiment, the constraining layer 11 is laminated on the glass ceramic layer 10. The constraining layer 11 suppresses shrinkage along the surface direction when the glass ceramic layer 10 is fired. For this reason, when the bonding material 1 of the present embodiment is used, even when the bonding material 1 is baked, the bonding material 1 does not shrink so much along the surface direction. Therefore, it can suppress more effectively that the joining material main body 2 peels from a to-be-joined material. Therefore, the materials to be joined can be joined more reliably.

以下、本発明を実施した好ましい形態の他の例について説明する。以下の説明において、第1の実施形態と実質的に共通の機能を有する部材を共通の符号で参照し、説明を省略する。  Hereinafter, other examples of preferred embodiments of the present invention will be described. In the following description, members having substantially the same functions as those of the first embodiment are referred to by common reference numerals, and description thereof is omitted.

《第2及び第3の実施形態》
図3は、第2の実施形態に係る固体酸化物形燃料電池用接合材の略図的斜視図である。図4は、第3の実施形態に係る固体酸化物形燃料電池用接合材の略図的斜視図である。
<< Second and Third Embodiments >>
FIG. 3 is a schematic perspective view of the solid oxide fuel cell bonding material according to the second embodiment. FIG. 4 is a schematic perspective view of a solid oxide fuel cell bonding material according to a third embodiment.

第1の実施形態では、電気的接続部3が固体酸化物形燃料電池用接合材1の一端縁にまで至っている例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。例えば、図3及び図4に示すように、電気的接続部3は、固体酸化物形燃料電池用接合材1の中央部に、固体酸化物形燃料電池用接合材1の端縁に至らないように設けられていてもよい。  In the first embodiment, the example in which the electrical connecting portion 3 reaches the one end edge of the solid oxide fuel cell bonding material 1 has been described. However, the present invention is not limited to this configuration. For example, as shown in FIGS. 3 and 4, the electrical connection portion 3 does not reach the edge of the solid oxide fuel cell bonding material 1 at the center of the solid oxide fuel cell bonding material 1. It may be provided as follows.

また、図4に示す第3の実施形態では、接合材本体2と電気的接続部3との間にガラスセラミックスからなる接着部4が設けられている。この接着部4によって接合材本体2と電気的接続部3との接着強度が高められている。  Further, in the third embodiment shown in FIG. 4, an adhesive portion 4 made of glass ceramics is provided between the bonding material main body 2 and the electrical connection portion 3. The adhesion strength between the bonding material main body 2 and the electrical connection portion 3 is enhanced by the adhesion portion 4.

《第4〜第7の実施形態》
図5は、第4の実施形態に係る固体酸化物形燃料電池用接合材の接合材本体の略図的断面図である。図6は、第5の実施形態に係る固体酸化物形燃料電池用接合材の接合材本体の略図的断面図である。図7は、第6の実施形態に係る固体酸化物形燃料電池用接合材の接合材本体の略図的断面図である。図8は、第7の実施形態に係る固体酸化物形燃料電池用接合材の接合材本体の略図的断面図である。
<< Fourth to seventh embodiments >>
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a joining material body of a joining material for a solid oxide fuel cell according to a fourth embodiment. FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a bonding material body of a solid oxide fuel cell bonding material according to a fifth embodiment. FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of a bonding material body of a bonding material for a solid oxide fuel cell according to a sixth embodiment. FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of a joining material body of a joining material for a solid oxide fuel cell according to a seventh embodiment.

第1の実施形態では、1層のガラスセラミック層10と、1層の拘束層11との積層体により接合材本体2が構成されている例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。  In the first embodiment, the example in which the bonding material main body 2 is configured by a laminate of one glass ceramic layer 10 and one constraining layer 11 has been described. However, the present invention is not limited to this configuration.

例えば図5〜図8に示すように、接合材本体2は、ガラスセラミック層10と拘束層11とのうちの少なくとも一方を複数備えていてもよい。  For example, as shown in FIGS. 5 to 8, the bonding material body 2 may include a plurality of at least one of the glass ceramic layer 10 and the constraining layer 11.

図5に示す例では、拘束層11の一の主面の上に第1のガラスセラミック層10aが設けられており、他の主面の上に第2のガラスセラミック層10bが設けられている。よって、接合材の両表面が、ガラスセラミック層により構成されている。従って、接合材の一の主面に接合される被接合材と接合材との接合強度と、接合材の他の主面に接合される被接合材と接合材との接合強度との両方をより高めることができる。  In the example shown in FIG. 5, the first glass ceramic layer 10a is provided on one main surface of the constraining layer 11, and the second glass ceramic layer 10b is provided on the other main surface. . Therefore, both surfaces of the bonding material are composed of glass ceramic layers. Accordingly, both the bonding strength between the bonding material to be bonded to one main surface of the bonding material and the bonding material, and the bonding strength between the bonding material to be bonded to the other main surface of the bonding material and the bonding material. Can be increased.

図6に示す例では、ガラスセラミック層10の両側に拘束層11a、11bが設けられている。すなわち、ガラスセラミック層10が拘束層11a、11bにより狭持されている。従って、ガラスセラミック層10の焼成時における収縮をより効果的に抑制することができる。  In the example shown in FIG. 6, constraining layers 11 a and 11 b are provided on both sides of the glass ceramic layer 10. That is, the glass ceramic layer 10 is sandwiched between the constraining layers 11a and 11b. Therefore, shrinkage during firing of the glass ceramic layer 10 can be more effectively suppressed.

図7に示す例では、3つのガラスセラミック層10a〜10cの間に2つの拘束層11a、11bが配されている。このため、接合材の両表面が、ガラスセラミック層により構成されている。従って、接合材の一の主面に接合される被接合材と接合材との接合強度と、接合材の他の主面に接合される被接合材と接合材との接合強度との両方をより高めることができる。また、ガラスセラミック層の数に対する拘束層の数が、図5に示す接合材よりも多いため、ガラスセラミック層10a〜10cの焼成時における収縮をより効果的に抑制することができる。  In the example shown in FIG. 7, two constraining layers 11a and 11b are arranged between three glass ceramic layers 10a to 10c. For this reason, both surfaces of the bonding material are composed of glass ceramic layers. Accordingly, both the bonding strength between the bonding material to be bonded to one main surface of the bonding material and the bonding material, and the bonding strength between the bonding material to be bonded to the other main surface of the bonding material and the bonding material. Can be increased. Further, since the number of constraining layers with respect to the number of glass ceramic layers is larger than that of the bonding material shown in FIG. 5, shrinkage during firing of the glass ceramic layers 10 a to 10 c can be more effectively suppressed.

図8に示す例では、2つのガラスセラミック層10a、10bと、2つの拘束層11a、11bとが交互に積層されている。この場合であっても、第1の実施形態と同様の効果が奏される。  In the example shown in FIG. 8, two glass ceramic layers 10a and 10b and two constraining layers 11a and 11b are alternately stacked. Even in this case, the same effect as in the first embodiment can be obtained.

《第8の実施形態》
図9は、第8の実施形態に係る固体酸化物形燃料電池用接合材の電気的接続部の略図的断面図である。
<< Eighth Embodiment >>
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of an electrical connection portion of the solid oxide fuel cell bonding material according to the eighth embodiment.

第1の実施形態では、電気的接続部3が多孔質金属層3aのみからなる例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。例えば、電気的接続部3は、多孔質金属層と、実質的に気孔を有さない金属層との積層体により構成されていてもよい。  In 1st Embodiment, the electrical connection part 3 demonstrated the example which consists only of the porous metal layer 3a. However, the present invention is not limited to this configuration. For example, the electrical connection part 3 may be comprised by the laminated body of the porous metal layer and the metal layer which does not have a pore substantially.

図9に示すように、本実施形態では、電気的接続部3は、2つの多孔質金属層3a1,3a2と、多孔質金属層3a1,3a2の間に配されており、実質的に気孔を有さない金属層3bとにより構成されている。  As shown in FIG. 9, in this embodiment, the electrical connection portion 3 is disposed between the two porous metal layers 3a1 and 3a2 and the porous metal layers 3a1 and 3a2, and substantially has pores. It is comprised by the metal layer 3b which does not have.

また、金属層3bに代えて、他の導電材からなる層を設けてもよい。例えば、LSM(Lanthanum Strontium Manganite)等からなる層を設けてもよい。  Further, instead of the metal layer 3b, a layer made of another conductive material may be provided. For example, a layer made of LSM (Lanthanum Strontium Manganite) or the like may be provided.

《第9の実施形態》
図10は、第9の実施形態に係る固体酸化物形燃料電池モジュールの模式的側面図である。
<< Ninth embodiment >>
FIG. 10 is a schematic side view of a solid oxide fuel cell module according to the ninth embodiment.

図10に示すように、固体酸化物形燃料電池モジュール(ホットモジュールとも言う。)6は、筐体6aを備えている。筐体6aの内部には、固体酸化物形燃料電池5が配置されている。  As shown in FIG. 10, the solid oxide fuel cell module (also referred to as a hot module) 6 includes a housing 6a. A solid oxide fuel cell 5 is disposed inside the housing 6a.

燃料電池5は、複数の発電セル20を有する。具体的には、燃料電池5は、2つの発電セル20を有する。  The fuel cell 5 has a plurality of power generation cells 20. Specifically, the fuel cell 5 has two power generation cells 20.

図11は、第9の実施形態における発電セルの略図的分解斜視図である。図11に示すように、発電セル20は、第1のセパレータ40と、発電要素46と、第2のセパレータ50とを有する。発電セル20では、第1のセパレータ40と、発電要素46と、第2のセパレータ50とがこの順番で積層されている。  FIG. 11 is a schematic exploded perspective view of the power generation cell according to the ninth embodiment. As shown in FIG. 11, the power generation cell 20 includes a first separator 40, a power generation element 46, and a second separator 50. In the power generation cell 20, the first separator 40, the power generation element 46, and the second separator 50 are stacked in this order.

発電セル20には、貫通孔である有酸素ガス供給用マニホールド44と燃料ガス供給用マニホールド45とが形成されている。  The power generation cell 20 is formed with an aerobic gas supply manifold 44 and a fuel gas supply manifold 45 which are through holes.

(発電要素46)
発電要素46は、酸化剤ガス供給用マニホールド44から供給される酸化剤ガスと、燃料ガス供給用マニホールド45から供給される燃料ガスとが反応し、発電が行われる部分である。ここで、酸化剤ガスは、例えば、空気や酸素ガスなどの酸化剤ガスにより構成することができる。また、燃料ガスは、水素ガス、都市ガス、液化石油ガスや、気化灯油などの炭化水素ガス等を含むガスとすることができる。
(Power generation element 46)
The power generation element 46 is a portion where the oxidant gas supplied from the oxidant gas supply manifold 44 reacts with the fuel gas supplied from the fuel gas supply manifold 45 to generate power. Here, the oxidant gas can be composed of, for example, an oxidant gas such as air or oxygen gas. The fuel gas may be a gas containing hydrogen gas, city gas, liquefied petroleum gas, hydrocarbon gas such as vaporized kerosene, and the like.

(固体酸化物電解質層47)
発電要素46は、固体酸化物電解質層47を備えている。固体酸化物電解質層47は、イオン導電性が高いものであることが好ましい。固体酸化物電解質層47は、例えば、安定化ジルコニアや、部分安定化ジルコニアなどにより形成することができる。安定化ジルコニアの具体例としては、10mol%イットリア安定化ジルコニア(10YSZ)、11mol%スカンジア安定化ジルコニア(11ScSZ)等が挙げられる。部分安定化ジルコニアの具体例としては、3mol%イットリア部分安定化ジルコニア(3YSZ)、等が挙げられる。また、固体酸化物電解質層47は、例えば、SmやGd等がドープされたセリア系酸化物や、LaGaOを母体とし、LaとGaとの一部をそれぞれSr及びMgで置換したLa0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.2(3−δ)などのペロブスカイト型酸化物などにより形成することもできる。
(Solid oxide electrolyte layer 47)
The power generation element 46 includes a solid oxide electrolyte layer 47. It is preferable that the solid oxide electrolyte layer 47 has high ionic conductivity. The solid oxide electrolyte layer 47 can be formed of, for example, stabilized zirconia or partially stabilized zirconia. Specific examples of the stabilized zirconia include 10 mol% yttria stabilized zirconia (10YSZ), 11 mol% scandia stabilized zirconia (11ScSZ), and the like. Specific examples of the partially stabilized zirconia include 3 mol% yttria partially stabilized zirconia (3YSZ). Further, the solid oxide electrolyte layer 47 is, for example, Sm and Gd or the like ceria oxides doped, a LaGaO 3 as a host, La 0 the part of the La and Ga was substituted with Sr and Mg, respectively. It can also be formed of a perovskite oxide such as 8 Sr 0.2 Ga 0.8 Mg 0.2 O (3-δ) .

固体酸化物電解質層47は、空気極層48と燃料極層49とにより挟持されている。すなわち、固体酸化物電解質層47の一主面の上に空気極層48が形成されており、他主面の上に燃料極層49が形成されている。  The solid oxide electrolyte layer 47 is sandwiched between the air electrode layer 48 and the fuel electrode layer 49. That is, the air electrode layer 48 is formed on one main surface of the solid oxide electrolyte layer 47, and the fuel electrode layer 49 is formed on the other main surface.

(空気極層48)
空気極層48は、空気極48aを有する。空気極48aは、カソードである。空気極48aにおいては、酸素が電子を取り込んで、酸素イオンが形成される。空気極48aは、多孔質で、電子伝導性が高く、かつ、高温において固体酸化物電解質層47等と固体間反応を起こしにくいものであることが好ましい。空気極48aは、例えば、スカンジア安定化ジルコニア(ScSZ)、Snをドープした酸化インジウム、PrCoO系酸化物、LaCoO系酸化物、LaMnO系酸化物、La0.8Sr0.2Co0.2Fe .8(通称:LSCF)などにより形成することができる。LaMnO系酸化物の具体例としては、例えば、La0.8Sr0.2MnO(通称:LSM)や、La0. Ca0.4MnO(通称:LCM)等が挙げられる。空気極48aは、上記材料の2種以上を混合した混合材料により構成されていてもよい。
(Air electrode layer 48)
The air electrode layer 48 has an air electrode 48a. The air electrode 48a is a cathode. In the air electrode 48a, oxygen takes in electrons and oxygen ions are formed. The air electrode 48a is preferably porous, has high electron conductivity, and does not easily cause a solid-solid reaction with the solid oxide electrolyte layer 47 and the like at a high temperature. The air electrode 48a is, for example, scandia-stabilized zirconia (ScSZ), indium oxide doped with Sn, PrCoO 3 oxide, LaCoO 3 oxide, LaMnO 3 oxide, La 0.8 Sr 0.2 Co 0. .2 Fe 0 . It can be formed of 8 O 3 (common name: LSCF) or the like. Specific examples of LaMnO 3 -based oxides include La 0.8 Sr 0.2 MnO 3 (common name: LSM), La 0. 6 Ca 0.4 MnO 3 (common name: LCM) and the like. The air electrode 48a may be made of a mixed material obtained by mixing two or more of the above materials.

(燃料極層49)
燃料極層49は、燃料極49aを有する。燃料極49aは、アノードである。燃料極49aにおいては、酸素イオンと燃料ガスとが反応して電子を放出する。燃料極49aは、多孔質で、電子伝導性が高く、かつ、高温において固体酸化物電解質層47等と固体間反応を起こしにくいものであることが好ましい。燃料極49aは、例えば、NiO、イットリア安定化ジルコニア(YSZ)・ニッケル金属の多孔質サーメットや、スカンジア安定化ジルコニア(ScSZ)・ニッケル金属の多孔質サーメット等により構成することができる。燃料極層49は、上記材料の2種以上を混合した混合材料により構成されていてもよい。
(Fuel electrode layer 49)
The fuel electrode layer 49 has a fuel electrode 49a. The fuel electrode 49a is an anode. In the fuel electrode 49a, oxygen ions and fuel gas react to emit electrons. The fuel electrode 49a is preferably porous, has high electron conductivity, and does not easily cause a solid-solid reaction with the solid oxide electrolyte layer 47 and the like at a high temperature. The fuel electrode 49a can be composed of, for example, NiO, yttria stabilized zirconia (YSZ) / nickel metal porous cermet, scandia stabilized zirconia (ScSZ) / nickel metal porous cermet, or the like. The fuel electrode layer 49 may be made of a mixed material obtained by mixing two or more of the above materials.

(第1のセパレータ40)
発電要素46の空気極層48の上には、第1のセパレータ本体41と、第1の流路形成部材42とにより構成されている第1のセパレータ40が配置されている。第1のセパレータ40には、空気極48aに酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス流路43が形成されている。この酸化剤ガス流路43は、有酸素ガス供給用マニホールド44からx方向のx1側からx2側に向かって延びている。
(First separator 40)
On the air electrode layer 48 of the power generation element 46, the first separator 40 constituted by the first separator body 41 and the first flow path forming member 42 is disposed. The first separator 40 is formed with an oxidant gas passage 43 for supplying an oxidant gas to the air electrode 48a. The oxidant gas flow path 43 extends from the aerobic gas supply manifold 44 toward the x2 side from the x1 side in the x direction.

第1のセパレータ40の構成材料は、特に限定されない。第1のセパレータ40は、例えば、イットリア安定化ジルコニアなどの安定化ジルコニアや、部分安定化ジルコニア等により形成することができる。  The constituent material of the first separator 40 is not particularly limited. The first separator 40 can be formed of, for example, stabilized zirconia such as yttria stabilized zirconia, partially stabilized zirconia, or the like.

(第2のセパレータ50)
発電要素46の燃料極層49の上には、第2のセパレータ本体51と、第2の流路形成部材52とにより構成されている第2のセパレータ50が配置されている。第2のセパレータ50には、燃料極49aに燃料ガスを供給するための燃料ガス流路53が形成されている。この燃料ガス流路53は、燃料ガス供給用マニホールド45からy方向のy1側からy2側に向かって延びている。
(Second separator 50)
On the fuel electrode layer 49 of the power generation element 46, a second separator 50 constituted by a second separator body 51 and a second flow path forming member 52 is disposed. The second separator 50 is formed with a fuel gas passage 53 for supplying fuel gas to the fuel electrode 49a. The fuel gas passage 53 extends from the fuel gas supply manifold 45 toward the y2 side from the y1 side in the y direction.

第2のセパレータ50の構成材料は、特に限定されない。第2のセパレータ50は、例えば、安定化ジルコニアや、部分安定化ジルコニア等により形成することができる。  The constituent material of the second separator 50 is not particularly limited. The second separator 50 can be formed of, for example, stabilized zirconia, partially stabilized zirconia, or the like.

図12は、第9の実施形態における燃料電池の略図的分解斜視図である。図12に示すように、本実施形態では、2つの発電セル20は、第1の実施形態において説明した接合材1を用いて接合されている。すなわち、固体酸化物形燃料電池モジュール6は、2つの発電セル20を第1の実施形態において説明した接合材1を用いて接合することにより製造する。このため、2つの発電セル20を好適に接合すると共に、好適に電気的に接続することができる。  FIG. 12 is a schematic exploded perspective view of a fuel cell according to the ninth embodiment. As shown in FIG. 12, in this embodiment, the two power generation cells 20 are joined using the joining material 1 described in the first embodiment. That is, the solid oxide fuel cell module 6 is manufactured by joining two power generation cells 20 using the joining material 1 described in the first embodiment. For this reason, the two power generation cells 20 can be suitably joined and electrically connected appropriately.

具体的には、2つの発電セル20は、接合材1が焼成されてなる第1の接合層21aによって接合されている。より具体的には、第1の接合層21aは、ガラスセラミック層10が焼成されることにより形成された焼成層22と、拘束層11との積層体からなる接合層本体21a1と、厚み方向に収縮した多孔質金属層3aからなる電気的接続部3とにより構成されている。  Specifically, the two power generation cells 20 are joined by a first joining layer 21 a formed by firing the joining material 1. More specifically, the first bonding layer 21a includes a bonding layer body 21a1 formed of a laminate of the fired layer 22 formed by baking the glass ceramic layer 10 and the constraining layer 11, and in the thickness direction. It is comprised by the electrical connection part 3 which consists of the shrink | contracted porous metal layer 3a.

図13は、第9の実施形態における燃料電池モジュールの一部分の略図的分解斜視図である。なお、図13では、筐体6aの一部のみを描画し、他の部分の描画を省略している。  FIG. 13 is a schematic exploded perspective view of a part of the fuel cell module according to the ninth embodiment. In FIG. 13, only a part of the housing 6a is drawn, and other parts are not drawn.

図13に示すように、燃料電池5は、第2の接合層21bによって筐体6aに接合されている。この第2の接合層21bも、第1の接合層21aと同様に、接合材1が焼成されてなるものである。すなわち、固体酸化物形燃料電池モジュール6は、筐体6aと燃料電池5の発電セル20とを第1の実施形態において説明した接合材1を用いて接合することにより製造する。このため、発電セル20と筐体6aとを好適に接合すると共に、好適に電気的に接続することができる。  As shown in FIG. 13, the fuel cell 5 is joined to the housing 6a by a second joining layer 21b. Similarly to the first bonding layer 21a, the second bonding layer 21b is formed by baking the bonding material 1. That is, the solid oxide fuel cell module 6 is manufactured by bonding the housing 6a and the power generation cell 20 of the fuel cell 5 using the bonding material 1 described in the first embodiment. For this reason, the power generation cell 20 and the housing 6a can be suitably joined and can be suitably electrically connected.

(実験例1)
実験例1では、ガラスセラミックス層を作製した。まず、SiO:57.0質量%、BaO:31.0質量%、Al:12.0質量%の組成のガラスセラミックスに対して、バインダとしてポリビニルブチラールと可塑剤としてジ−n−ブチルフタレートと、溶剤としてトルエンおよびイソプロピレンアルコールとを加えることによりスラリーを作製した。そのスラリーを用いて、ドクターブレード法によりガラスセラミックス層のセラミックグリーンシートを作製した。ガラスセラミックス層のセラミックグリーンシートの厚みは60μmとした。そのガラスセラミックス層のセラミックグリーンシートを積層することにより得た積層体を50℃の温度で500kgf/cmの圧力でプレスし、ガラスセラミックス層を得た。
(Experimental example 1)
In Experimental Example 1, a glass ceramic layer was produced. First, polyvinyl butyral as a binder and di-n- as a plasticizer with respect to glass ceramics having a composition of SiO 2 : 57.0 mass%, BaO: 31.0 mass%, and Al 2 O 3 : 12.0 mass%. A slurry was prepared by adding butyl phthalate and toluene and isopropylene alcohol as solvents. Using the slurry, a ceramic green sheet of a glass ceramic layer was produced by a doctor blade method. The thickness of the ceramic green sheet of the glass ceramic layer was 60 μm. The laminate obtained by laminating the ceramic green sheets of the glass ceramic layer was pressed at a temperature of 50 ° C. and a pressure of 500 kgf / cm 2 to obtain a glass ceramic layer.

ガラスセラミックスの焼結温度では焼結しない無機材料として、中心粒径が0.5μmのアルミナ、ガラスとして、中心粒径が1.3μmのホウ珪酸ガラスを用いた。アルミナとガラスを6:4の体積比で混合した後、バインダとしてポリビニルブチラールと可塑剤としてジ−n−ブチルフタレートと、溶剤としてトルエンおよびイソプロピレンアルコールとを加えることによりスラリーを作製した。そのスラリーを用いて、ドクターブレード法により拘束層のセラミックグリーンシートを作製した。なお、拘束層のセラミックグリーンシートの厚みは10μmとした。この拘束層のセラミックグリーンシート2枚と作製したガラスセラミックス層のセラミックグリーンシート3枚を積層することにより得た積層体を50℃の温度で500kgf/cmの圧力でプレスし、ガラスセラミックス層と拘束層の積層体である接合材本体を作製した。なお、上述のホウ珪酸ガラスは、SiOが55モル%、Alが4モル%、Bが10モル%、BaOが20モル%、CaOが5.5モル%、MgOが0.5モル%、およびSrOが5モル%含まれる組成の物を用いた。As an inorganic material that does not sinter at the sintering temperature of glass ceramics, alumina having a center particle size of 0.5 μm was used, and borosilicate glass having a center particle size of 1.3 μm was used as glass. After mixing alumina and glass in a volume ratio of 6: 4, a slurry was prepared by adding polyvinyl butyral as a binder, di-n-butyl phthalate as a plasticizer, and toluene and isopropylene alcohol as solvents. Using the slurry, a ceramic green sheet of a constraining layer was produced by a doctor blade method. In addition, the thickness of the ceramic green sheet of the constraining layer was 10 μm. A laminate obtained by laminating two ceramic green sheets of the constraining layer and three ceramic green sheets of the produced glass ceramic layer was pressed at a temperature of 50 ° C. and a pressure of 500 kgf / cm 2 , A bonding material body, which is a laminate of constraining layers, was produced. The above-mentioned borosilicate glass is composed of 55 mol% SiO 2 , 4 mol% Al 2 O 3 , 10 mol% B 2 O 3 , 20 mol% BaO, 5.5 mol% CaO, and MgO. A composition having a composition containing 0.5 mol% and 5 mol% SrO was used.

なお、本実験例ではガラスセラミック層と拘束層を別々に作製、積層することによって接合材本体を作製したが、ガラスセラミック層上で、拘束層をシート成形してもよい。  In this experimental example, the glass ceramic layer and the constraining layer were separately prepared and laminated to prepare the bonding material main body. However, the constraining layer may be formed into a sheet on the glass ceramic layer.

また、ガラスセラミック層と拘束層の積層構造は、シートの積層に限定されるものではなく、ペースト工法、印刷工法、エアロゾルデポジション等であっても同様の効果が得られる。  Further, the laminated structure of the glass ceramic layer and the constraining layer is not limited to the lamination of sheets, and the same effect can be obtained even by a paste method, a printing method, an aerosol deposition, or the like.

電気的接続部として、空隙率95%の厚み200μmの発泡銀シートを所定の大きさに切取り使用した。  As an electrical connection portion, a foamed silver sheet having a porosity of 95% and a thickness of 200 μm was cut into a predetermined size and used.

(実験例2)
電気的接続部として以下の方法で作製した銀とLSMの混合シートを用いたこと以外は、実験例1と同様にしてサンプルを作製した。
(Experimental example 2)
A sample was prepared in the same manner as in Experimental Example 1 except that a mixed sheet of silver and LSM prepared by the following method was used as the electrical connection portion.

LSMと炭素粉末と銀粉末とを体積比0.5:1:1で混合し混合粉末を得た。混合粉末に、バインダとしてポリビニルブチラール、可塑剤としてジ−n−ブチルフタレート、溶剤としてトルエンおよびイソプロピレンアルコールとを加えることによりスラリーを作製した。そのスラリーを用いて、ドクターブレード法により厚さ40μmの電気的接続部のグリーンシートを作製した。電気的接続部のグリーンシート5枚を積層することにより得た積層体を50℃の温度で500kgf/cmの圧力でプレスし、銀とLSMの混合シートを作製し、所定の大きさに切取り使用した。なお、作製した電気的接続部の空隙率は40%であった。LSM, carbon powder and silver powder were mixed at a volume ratio of 0.5: 1: 1 to obtain a mixed powder. A slurry was prepared by adding polyvinyl butyral as a binder, di-n-butyl phthalate as a plasticizer, and toluene and isopropylene alcohol as a solvent to the mixed powder. Using the slurry, a green sheet having an electrical connection portion having a thickness of 40 μm was prepared by a doctor blade method. A laminate obtained by laminating five green sheets of electrical connection parts was pressed at a temperature of 50 ° C. and a pressure of 500 kgf / cm 2 to prepare a mixed sheet of silver and LSM, and cut into a predetermined size. used. In addition, the porosity of the produced electrical connection part was 40%.

(実験例3)
電気的接続部として板状の銀(気孔率<1%)を用いたこと以外は、実験例1と同様にしてサンプルを作製した。
(Experimental example 3)
A sample was prepared in the same manner as in Experimental Example 1 except that plate-like silver (porosity <1%) was used as the electrical connection portion.

(実施例1)
下記に示す条件で、上記第9の実施形態に係る発電セルと実質的に同様の構成を有する発電セルを下記に示す構成部材を一体焼成することにより作製した。
(Example 1)
Under the conditions shown below, a power generation cell having a configuration substantially similar to that of the power generation cell according to the ninth embodiment was produced by integrally firing the following constituent members.

セパレータの構成材料:3YSZ(添加量3モル%のYで安定化されたZrO
固体酸化物電解質層の構成材料:ScSZ(添加量10モル%のSc、1モル%のCeO安定化されたZrO
空気極の構成材料:La0.8Sr0.2MnO粉末60質量%と、ScSZ40質量%との混合物に対してカーボン粉末を30質量%添加したもの
燃料極の構成材料:NiO 65質量%と、ScSZ 35質量%との混合物に対してカーボン粉末を30質量%添加したもの
燃料極側のインターコネクタの構成材料:NiO 70質量%と、TiO 30質量%との混合物
空気極側のインターコネクタの構成材料:Pdの含有量が30質量%であるPd−Ag合金
ビアホールの直径:0.2mm
燃料極の厚み:30μm
空気極の厚み:30μm
固体酸化物電解質層の厚み:30μm
流路形成部の高さ:240μm
セパレータ本体の厚み:360μm
Constituent material of separator: 3YSZ (ZrO 2 stabilized with Y 2 O 3 added in 3 mol%)
Constituent material of the solid oxide electrolyte layer: ScSZ (addition amount of 10 mol% Sc 2 O 3 , 1 mol% CeO 2 stabilized ZrO 2 )
Air electrode constituent material: La 0.8 Sr 0.2 MnO 3 powder 60% by mass and ScSZ 40% by mass of carbon powder added 30% by mass Fuel electrode constituent material: NiO 65% by mass And 30% by mass of carbon powder with respect to a mixture of 35% by mass of ScSZ. Constituent material of the interconnector on the fuel electrode side: Mixture of 70% by mass of NiO and 30% by mass of TiO 2 Constituent material of connector: Pd-Ag alloy with Pd content of 30% by mass Diameter of via hole: 0.2 mm
Fuel electrode thickness: 30 μm
Air electrode thickness: 30 μm
Solid oxide electrolyte layer thickness: 30 μm
Height of flow path forming part: 240 μm
Separator body thickness: 360 μm

上記の条件で作製した発電セルを2つ用意し、発電セルの間に実験例1で作製した接合材本体と電気的接続部を介在させ1kg重の荷重をかけながら1000℃で1時間焼成した。上記第9の実施形態に係る燃料電池と実質的に同様の構成を有する燃料電池を作製した。  Two power generation cells prepared under the above conditions were prepared and fired at 1000 ° C. for 1 hour while applying a 1 kg weight load with the bonding material main body and electrical connection portion prepared in Experimental Example 1 interposed between the power generation cells. . A fuel cell having a configuration substantially similar to that of the fuel cell according to the ninth embodiment was produced.

(実施例2)
実験例2で作製した電気的接続部を用いたこと以外は、実施例1と同様にして燃料電池を作製した。
(Example 2)
A fuel cell was produced in the same manner as in Example 1 except that the electrical connection part produced in Experimental Example 2 was used.

(比較例1)
実験例3で作製した電気的接続部を用いたこと以外は、実施例1と同様にして燃料電池を作製した。
(Comparative Example 1)
A fuel cell was produced in the same manner as in Example 1 except that the electrical connection part produced in Experimental Example 3 was used.

(評価)
実施例1および2、比較例1で作製した燃料電池を900℃に加熱し、燃料極側に加湿水素を流して燃料極を還元した後、インピーダンスアナライザで燃料電池全体のIR抵抗を測定した。得られたIR抵抗から発電セルのIR抵抗分を除いた値を電気的接続部のIR抵抗とした。その結果、実施例1、実施例2、比較例1では5mΩ以下のIR抵抗が得られた。
(Evaluation)
The fuel cells produced in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 were heated to 900 ° C., and after the humidified hydrogen was supplied to the fuel electrode side to reduce the fuel electrode, the IR resistance of the entire fuel cell was measured with an impedance analyzer. The value obtained by removing the IR resistance of the power generation cell from the obtained IR resistance was taken as the IR resistance of the electrical connection portion. As a result, IR resistance of 5 mΩ or less was obtained in Example 1, Example 2, and Comparative Example 1.

また、燃料電池の燃料ガス供給用マニホールドと酸化剤ガス供給用マニホールドにそれぞれ室温でNガスを流し、マニホールド内の圧力が10kPaのときのガスリークの有無を市販の界面活性剤からなるリークチェッカー評価し、固体酸化物燃料電池用接合材のシール性を評価したところ、実施例1および2でガスリークはみられなかった。比較例1ではガスリークが生じた。電気的接続部に使用した板状の銀が接合材本体の収縮に追従せず、接合材本体の厚みよりも電気的接続部の厚みが厚くなりすぎたため、燃料電池のマニホールドから接合材本体が離れてしまったと考えられる。Further, each of the fuel gas supply manifold of the fuel cell to the oxidant gas supply manifold flowing at room temperature with N 2 gas, the leak checker evaluation pressure in the manifold is whether the gas leakage when 10kPa from commercial surfactants When the sealing properties of the solid oxide fuel cell bonding material were evaluated, no gas leak was observed in Examples 1 and 2. In Comparative Example 1, a gas leak occurred. The plate-like silver used for the electrical connection part did not follow the shrinkage of the joint material body, and the thickness of the electrical connection part was too thick compared to the thickness of the joint material body. It is thought that they have left.

1…固体酸化物形燃料電池用接合材
2…接合材本体
3…電気的接続部
3a…多孔質金属層
3b…金属層
4…接着部
5…固体酸化物形燃料電池
6…固体酸化物形燃料電池モジュール
6a…筐体
10、10a〜10c…ガラスセラミック層
11、11a、11b…拘束層
20…発電セル
21a1…接合層本体
21a…第1の接合層
21b…第2の接合層
22…焼成層
40…第1のセパレータ
41…第1のセパレータ本体
42…第1の流路形成部材
43…酸化剤ガス流路
44…酸化剤ガス供給用マニホールド
45…燃料ガス供給用マニホールド
46…発電要素
47…固体酸化物電解質層
48…空気極層
48a…空気極
49…燃料極層
49a…燃料極
50…第2のセパレータ
51…第2のセパレータ本体
52…第2の流路形成部材
53…燃料ガス流路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Joining material for solid oxide fuel cells 2 ... Bonding material main body 3 ... Electrical connection part 3a ... Porous metal layer 3b ... Metal layer 4 ... Adhesion part 5 ... Solid oxide fuel cell 6 ... Solid oxide form Fuel cell module 6a ... Case 10, 10a-10c ... Glass ceramic layers 11, 11a, 11b ... Constraining layer 20 ... Power generation cell 21a1 ... Junction layer body 21a ... First joining layer 21b ... Second joining layer 22 ... Firing Layer 40 ... First separator 41 ... First separator body 42 ... First flow path forming member 43 ... Oxidant gas flow path 44 ... Oxidant gas supply manifold 45 ... Fuel gas supply manifold 46 ... Power generation element 47 ... Solid oxide electrolyte layer 48 ... Air electrode layer 48a ... Air electrode 49 ... Fuel electrode layer 49a ... Fuel electrode 50 ... Second separator 51 ... Second separator body 52 ... Second flow path forming member 53 ... Fuel gas Flow path

Claims (12)

一の主面で発電セルと接合すると共に電気的に接続し、他の主面で他の被接合材と接合すると共に電気的に接続する、平板状の、固体酸化物形燃料電池用接合材であって、
接合材本体と、
前記接合材本体とは平面視において異なる位置に配されており、かつ多孔質金属層を含む電気的接続部とを備え、
前記接合材本体が、シリカ、バリウム酸化物及びアルミナを含むガラスセラミック層と、
前記ガラスセラミック層の上に設けられており、かつアルミナとガラスとを含み、前記ガラスセラミック層の焼成時の面方向に沿った収縮を抑制する拘束層とを有する、固体酸化物形燃料電池用接合材。
A plate-shaped, solid oxide fuel cell bonding material that is joined to and electrically connected to a power generation cell on one main surface, and joined to and electrically connected to another material to be joined on the other main surface. Because
A bonding material body;
The bonding material body is disposed at a different position in plan view, and includes an electrical connection portion including a porous metal layer,
The bonding material body includes a glass ceramic layer containing silica, barium oxide, and alumina;
Wherein provided on the glass ceramic layer, and looking containing alumina and glass, said having a glass-ceramic layer suppresses constraining layer shrinkage along the surface direction during the firing of the solid oxide fuel cell Bonding material.
前記多孔質金属層は、発泡金属からなる、請求項1に記載の固体酸化物形燃料電池用接合材。   The bonding material for a solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein the porous metal layer is made of a foam metal. 前記多孔質金属層における気孔率が、10体積%〜95体積%である、請求項1または2に記載の固体酸化物形燃料電池用接合材。   The solid oxide fuel cell bonding material according to claim 1 or 2, wherein the porosity of the porous metal layer is 10% by volume to 95% by volume. 前記多孔質金属層は、銀、金、パラジウム、ニッケル及びステンレスからなる群から選ばれた金属、または銀、金、パラジウム、ニッケル及びステンレスからなる群から選ばれた少なくとも一種の金属を含む合金からなる、請求項1〜3のいずれか一項に記載の固体酸化物形燃料電池用接合材。   The porous metal layer is made of a metal selected from the group consisting of silver, gold, palladium, nickel and stainless steel, or an alloy containing at least one metal selected from the group consisting of silver, gold, palladium, nickel and stainless steel. The joining material for a solid oxide fuel cell according to any one of claims 1 to 3. 前記拘束層は、前記ガラスセラミック層の焼結温度において焼結または融解しない、請求項1に記載の固体酸化物燃料電池用接合材。   The bonding material for a solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein the constraining layer does not sinter or melt at a sintering temperature of the glass ceramic layer. 前記拘束層における前記アルミナの含有率は、30質量%〜90質量%である、請求項1に記載の固体酸化物形燃料電池用接合材。   The solid oxide fuel cell bonding material according to claim 1, wherein a content of the alumina in the constrained layer is 30% by mass to 90% by mass. 前記接合材本体と前記電気的接続部との間に設けられており、ガラスセラミックスからなる接着部をさらに備える、請求項1〜のいずれか一項に記載の固体酸化物形燃料電池用接合材。 The solid oxide fuel cell joint according to any one of claims 1 to 6 , further comprising an adhesive portion that is provided between the bonding material main body and the electrical connection portion and is made of glass ceramics. Wood. 請求項1〜のいずれか一項に記載の固体酸化物形燃料電池用接合材を用いて複数の発電セルを接合すると共に電気的に接続する、固体酸化物形燃料電池の製造方法。 A method for producing a solid oxide fuel cell, wherein a plurality of power generation cells are joined and electrically connected using the joining material for a solid oxide fuel cell according to any one of claims 1 to 7 . 請求項1〜のいずれか一項に記載の固体酸化物形燃料電池用接合材を用いて発電セルと、他の発電セルまたは筐体とを接合すると共に電気的に接続する、固体酸化物形燃料電池モジュールの製造方法。 Electrically connecting with joining a power generation cell, and other power generation cell or enclosure using a solid oxide fuel cell bonding material according to any one of claims 1 to 7 solid oxide Manufacturing method of fuel cell module. 請求項1〜のいずれか一項に記載の固体酸化物形燃料電池用接合材の焼結体からなる接合層と、
前記接合層により接合されると共に電気的に接続された複数の発電セルと、
を備える、固体酸化物形燃料電池。
A bonding layer comprising a sintered body of the solid oxide fuel cell bonding material according to any one of claims 1 to 7 ,
A plurality of power generation cells joined and electrically connected by the joining layer;
A solid oxide fuel cell.
請求項1に記載の固体酸化物形燃料電池を備える、固体酸化物形燃料電池モジュール。 Comprising a solid oxide fuel cell according to claim 1 0, a solid oxide fuel cell module. 請求項1〜のいずれか一項に記載の固体酸化物形燃料電池用接合材の焼結体からなる接合層と、
燃料電池と、
前記接合層により前記燃料電池と接合されると共に電気的に接続された筐体と、
を備える、固体酸化物形燃料電池モジュール。を備える、固体酸化物形燃料電池モジュール。
A bonding layer comprising a sintered body of the solid oxide fuel cell bonding material according to any one of claims 1 to 7 ,
A fuel cell;
A housing that is joined to and electrically connected to the fuel cell by the joining layer;
A solid oxide fuel cell module comprising: A solid oxide fuel cell module comprising:
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6176329B2 (en) * 2013-09-24 2017-08-09 株式会社村田製作所 Solid oxide fuel cell stack
JP6519352B2 (en) * 2014-12-04 2019-05-29 株式会社村田製作所 Fuel cell unit
WO2017090367A1 (en) * 2015-11-24 2017-06-01 株式会社 村田製作所 Solid oxide fuel cell stack
JP6925578B2 (en) * 2016-10-06 2021-08-25 株式会社村田製作所 Fuel cell stack
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03252059A (en) * 1990-03-01 1991-11-11 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd Plate laminating type solid electrolyte fuel cell
JPH06231784A (en) * 1992-09-01 1994-08-19 Fuji Electric Co Ltd Solid electrolyte type fuel cell
CA2419334C (en) * 2000-08-18 2009-09-15 Global Thermoelectric Inc. High temperature gas seals
JP2002270200A (en) * 2001-03-07 2002-09-20 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd Gas separator for solid electrolyte type fuel cell, members thereof, and stack unit using the same, and solid electrolyte type fuel cell stack
US7067208B2 (en) * 2002-02-20 2006-06-27 Ion America Corporation Load matched power generation system including a solid oxide fuel cell and a heat pump and an optional turbine
EP1836138A2 (en) * 2004-09-22 2007-09-26 Battelle Memorial Institute High strength insulating joints for solid oxide fuel cells and other high temperature applications and method of making
CN104201410B (en) * 2008-07-14 2017-04-12 株式会社村田制作所 Interconnector material, intercellular separation structure, and solid electrolyte fuel cell
JP2010073631A (en) * 2008-09-22 2010-04-02 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell power generation unit and fuel cell stack
JP2011134448A (en) * 2009-12-22 2011-07-07 Honda Motor Co Ltd Solid electrolyte fuel cell

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