JP6100683B2 - 燃料電池用構造体の製造方法及び燃料電池の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば固体酸化物形燃料電池や溶融炭酸塩形燃料電池などの高温型燃料電池の燃料電池スタック等に適用できる燃料電池用構造体の製造方法及び燃料電池の製造方法に関するものである。

従来より、燃料電池として、例えば固体電解質（固体酸化物）を用いた固体酸化物燃料電池（ＳＯＦＣ）や溶融炭酸塩を用いた溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ）などの高温型燃料電池が知られている。

例えばＳＯＦＣとしては、板状の固体電解質層（固体酸化物層）の各面に燃料極と空気極とを備えた固体酸化物形燃料電池の単セル（以下燃料電池の単セルと記すこともある）を、金属製のインターコネクタなどを介して多数積層して、固体酸化物形燃料電池スタック（以下燃料電池スタックと記すこともある）を形成したものが製造されている。

また、上述した燃料電池においては、燃料電池スタック内の部材間の絶縁、気密（シール）、応力緩和、金属の焼き付き防止などの目的で、マイカからなる構造材（例えばマイカシート）が使用されていた。

詳しくは、例えばマイカシートを融着用として用いる場合には、材料としてマイカ系ガラスセラミックが採用されており、このマイカシートを加熱することで、ガラス成分を溶融してシールする方法が知られている（特許文献１参照）。

これとは別に、シールや応力緩和の目的で用いられるマイカシートは弾性体であり、部材間にマイカシートを挟み、ネジなどの締結力によってシールや応力緩和を図る技術が開示されている（特許文献２参照）。

この弾性体であるマイカシートとしては、マイカの主成分に接着剤などを加えたものが多く使用されており、接着剤としては、エポキシ系化合物やシリコン系化合物などが使用されている。

特開２０１０−７３３６０号公報 特開２００６−４９１９５号公報

しかしながら、弾性体であるマイカシートに使用される接着剤（バインダー）中には、加熱などによって周囲に飛散して、汚染物質として燃料電池の性能（耐久性）に悪影響を及ぼすものがあった。

例えば接着剤に含まれるＳｉ系化合物（例えばシロキサン）や炭素系化合物、詳しくはそれらの化合物由来のＳｉは、燃料電池の例えば電極などにダメージを与え、その結果、燃料電池の性能を低下させる（耐久性が低下する）ことがあった。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、弾性体であるマイカからなる構造体中の汚染物質を低減し、燃料電池の性能を高めることができる燃料電池用構造体の製造方法及び燃料電池の製造方法を提供することにある。

（１）本発明は、第１態様として、燃料電池に使用される弾性体であるマイカ製の構造材の製造方法であって、前記構造材を用いて積層体を構成する場合に、前記積層体を構成する前に、前記構造体を構成するマイカからなる材料を加熱処理する工程を有し、前記加熱処理では、前記マイカからなる材料を７５０℃以上８５０℃未満の範囲で加熱し、０．９４％以上１．１８％以下の範囲で重量を減少させることを特徴とする。

本第１態様では、積層体を構成する前の加熱処理では、構造体を構成するマイカからなる材料を７５０℃以上８５０℃未満の範囲で加熱し、０．９４％以上１．１８％以下の範囲で重量を減少させる。
このように、７５０℃以上８５０℃未満の範囲で加熱することにより、マイカの構造を損なうことなく、効果的に接着剤中の汚染物質を飛散させて取り除くことができる。
詳しくは、（例えば軟質マイカのような）マイカからなる材料を７５０℃以上の高温で加熱することにより、マイカから効果的にＳｉ系化合物等の汚染物質を飛散させて除去することができる。また、８５０℃未満の温度（マイカの分解開始温度を下回る温度）で加熱することにより、マイカの構造を損ないにくいので、構造材のハンドリング性を確保することができる（即ち、取扱い時に破損等が生じにくい）。
この構造材中には、燃料電池の性能（耐久性）を劣化させる接着剤中の汚染物質が少ない。よって、燃料電池に、このような構造材を用いることにより、燃料電池の劣化を抑制して、その性能（耐久性）を高めることができる。
（２）本発明は、第２態様として、前記加熱処理の際には、前記マイカからなる材料を、４時間以上加熱することを特徴とする。
本第２態様では、マイカからなる材料を、４時間以上加熱するので、マイカから十分に汚染物質を取り除くことができる。なお、加熱時間の範囲としては、４８時間以下が挙げられる。

（３）本発明は、第３態様として、前記構造材には、Ｓｉ系の化合物を含まないことを特徴とする。
本第３態様では、マイカ製の構造材中に、（汚染物質である）Ｓｉ系の化合物を含まないので、従って、Ｓｉ系の化合物由来のＳｉによって電極等が被毒されにくいので、燃料電池の性能を高めることができる。

ここで、Ｓｉ系の化合物を含まないとは、検査装置にて、実質的に検出できる量以下のことを示している。
（４）本発明は、第４態様として、前記構造材は、前記燃料電池の部材間を気密するシール材又は前記燃料電池の部材間の空間に配置されるスペーサであることを特徴とする。

本第４態様は、構造材の種類を例示したものである。
このうち、シール材としては、部材間に配置されるとともに、例えば部材間にて締め付けられて、部材間のシール（気密）を行う部材、例えば枠状のフレームマイカが挙げられる。

また、スペーサは、部材間に設けられた空間（例えば燃料流路）内に配置される部材を示し、例えば集電体の接圧確保用の例えば格子状の梯子マイカが挙げられる。
（５）本発明は、第５態様として、前記燃料電池は、燃料極層と固体電解質層と空気極層とを有する固体酸化物形燃料電池の単セルを複数積層した固体酸化物形燃料電池スタックを備えた固体酸化物形燃料電池であることを特徴とする。

本第５態様は、構造体が使用される燃料電池を例示したものである。特に、運転時の温度が（例えば７００℃以上に）高温になる固体酸化物形燃料電池では、構造材中に汚染物質が含まれていると、運転中に汚染物質が燃料電池内部に飛散して性能が低下しやすいが、本発明により製造された燃料電池用構造体を使用することにより、燃料電池の性能を高めることができる。

（６）本発明は、第６態様として、前記第１〜第５態様のいずれかに記載の燃料電池用構造体の製造方法を用いて、燃料電池を製造することを特徴とする。
このようにして製造された燃料電池は、汚染物質の少ない構造体を使用しているので、燃料電池の性能が高いという利点がある。

次に、本発明の各構成について説明する。
前記マイカ（雲母）とは、層状ケイ酸塩鉱物の一種であり、主成分は、ＳｉＯ_２・Ａｌ_２Ｏ_３・Ｋ_２Ｏ及び結晶水である。

なお、一般的なマイカの化学組成は、ＩＭ_２−３□_１−０Ｔ_４Ｏ_１０Ａで表される。ここで、Ｉは主として、Ｋ、Ｎａ、Ｃａであり、Ｍは主として、Ａｌ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｌｉ、Ｔｉであり、□は空孔で、Ｔは主として、Ｓｉ、Ａｌ、Ｆｅ、Ａは主として、ＯＨである。なお、マイカには、通常、前記化学式の成分に加え、微量な例えばエポキシ系化合物やシリコン系化合物からなる接着剤成分が存在するが、本発明では、加熱処理によって汚染物質が低減している。

また、弾性体のマイカとしては、硬質マイカであるＫを主成分としたマスコバイト［ＫＡｌ_２（Ｓｉ_３Ａｌ）Ｏ_１０（ＯＨ）_２］や、軟質マイカであるＭｇを主成分としたフロゴパイト［ＫＭｇ_３（Ｓｉ_３Ａｌ）Ｏ_１０（ＯＨ）_２］が挙げられるが、このうち、軟質マイカは、耐熱性（耐熱分解性）に優れているので、高温で運転される燃料電池に好適である。

なお、硬質マイカの熱分解温度は、６００〜８００℃程度であり、軟質マイカの熱分解温度は、８５０〜１０００℃程度である。
前記汚染物質としては、図１１（ａ）〜（ｄ）に例示するように、Ｓｉ系化合物、炭化物系アルコール等の炭素系化合物が挙げられる。具体的には、Ｓｉ系化合物としては、Ｃ _４ Ｈ _１２ Ｓｉ（図１１（ｄ）参照）が挙げられる。炭化物系化合物としては、ＣＨ_３Ｈ_６（図１１（ｂ）参照）、ＣＨ_４Ｏ（図１１（ｃ）参照）、Ｃ _１６ Ｈ_３４Ｏ_３（ジエチレングリコールモノドデシルエーテル：図１１（ａ）参照）が挙げられる。

前記燃料電池としては、例えばＺｒＯ_２系セラミックを電解質とする固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）、高分子電解質膜を電解質とする固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）、リン酸を電解質とするリン酸形燃料電池（ＰＡＦＣ）、Ｌｉ―Ｎａ／Ｋ系炭酸塩を電解質とする溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ）などが挙げられる。

このうち、本発明は、マイカ製の構造材から汚染物質が飛散し易い高温型の燃料電池であるＳＯＦＣ（運転温度７００〜１０００℃程度）、ＭＣＦＣ（６５０〜７００℃程度）に好適に使用できる。

なお、固体酸化物形燃料電池としては、固体電解質層の一方の側に（燃料ガスが供給される）燃料極層、他方の側に（空気等の酸化剤ガスが供給される）空気極層を備えたものが挙げられる。

実施例１の燃料電池スタックを示す斜視図である。 実施例１の燃料電池スタックを積層方向に破断して、その内部の構成を模式的に示す断面図である。 実施例１における燃料電池のセル部（燃料電池カセット）を積層方向に破断し、分解して示す説明図である。 実施例１における燃料電池のセル部（燃料電池カセット）を分解して示す分解斜視図である。 実施例１における燃料電池のセル部（燃料電池カセット）に用いられる空気極絶縁プレートを示す平面図である。 実施例２における燃料電池のセル部（燃料電池カセット）を分解して示す分解斜視図である。 実施例２における燃料極側集電体を示す斜視図である。 （ａ）は実施例２における燃料極側集電体に用いられるスペーサを示す斜視図、（ｂ）はその燃料極側集電体に用いられる導電部材を示す斜視図である。 実験例２における実験結果（汚染物質の検出強度）を示すグラフである。 実験例３における実験結果（燃料電池スタックの電圧低下率）を示すグラフである。 マイカから検出される汚染物質の種類を示す説明図である。

次に、本発明を実施するための形態（実施例）として、燃料電池用構造体及び燃料電池並びに燃料電池用構造体の製造方法の実施例について説明する。なお、以下の実施例では、燃料電池として固体酸化物形燃料電池を例に挙げて説明する。

ａ）まず、本実施例１の燃料電池用構造体を備えた固体酸化物形燃料電池として、固体酸化物形燃料電池スタックについて説明する。尚、以下では、「固体酸化物形」を省略する。

図１に示すように、本実施例１の燃料電池スタック１は、燃料ガス（例えば水素）と酸化剤ガス（例えば空気（詳しくは空気中の酸素））との供給を受けて発電する装置である。

この燃料電池スタック１は、両図の上下方向に配置されたエンドプレート３、５と、その間に配置された層状の燃料電池のセル部７（以下、「燃料電池カセット」とも言う）とが複数（例えば２５段）積層されたものである。

エンドプレート３、５及び各燃料電池のセル部７（燃料電池カセット）には、それらを積層方向（図１の上下方向）に貫く複数（例えば８個）の貫通孔９が設けられ、その貫通孔９に配置された各ボルト１１とボルト１１に螺合するナット１３とによって、エンドプレート３、５と各燃料電池のセル部７とが一体に固定されている。

なお、ボルト１１のうちの特定（４本）のボルト１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄには、燃料ガス又は空気が流れる流路（貫通孔１５：図２参照）が設けられている。
また、図２に示すように（同図では燃料ガスの流路を示している）、各燃料電池のセル部７（燃料電池カセット）には、燃料ガスが流れる燃料流路１７と空気が流れる空気流路１９とが（分離されるように）設けられている。なお、空気流路１９は、紙面と垂直方向の流路である。

従って、燃料ガス又は空気は、燃料ガス又は空気の供給用のボルト１１ｃ、１１ｄの貫通孔１５を介して、各燃料流路１７又は各空気流路１９に供給され、また、発電後の燃料ガス又は空気は、各燃料流路１７又は各空気流路１９から、発電後の燃料ガス又は空気の排出用のボルト１１ａ、１１ｂの貫通孔１５を介して、燃料電池スタック１外に排出される。

前記エンドプレート３、５は、積層される燃料電池のセル部７（燃料電池カセット）を押圧して保持する保持板であり、燃料電池のセル部７からの電流の出力端子でもある。一方、前記燃料電池のセル部７は、以下に述べるように、燃料ガスと空気との供給を受けて発電する発電単位である。

ｂ）次に、燃料電池のセル部７（燃料電池カセット）の構成について詳しく説明する。
図３及び図４に示すように、燃料電池のセル部７は、いわゆる燃料極支持膜形タイプの構造を有する。

この燃料電池のセル部７（燃料電池カセット）は、薄膜の固体電解質層２１と、その一方の側（両図下方：上面側）に形成された燃料極層（アノード）２３と、他方の側（両図上方：上面側）に形成された薄膜の空気極層（カソード）２５とを備える。なお、以下では、固体電解質層２１と燃料極層２３と空気極層２５とからなる一体に積層された部材を、単セル２７と称する。

また、単セル２７の空気極層２５側には空気流路１９が設けられ、燃料極層２３側には燃料流路１７が設けられている（図３参照）。
更に、燃料電池のセル部７（燃料電池カセット）は、上下一対のインターコネクタ３３、３５と、空気極層２５側の板枠形状の空気極フレーム３７と、空気極層２５側の板枠形状の空気極絶縁フレーム（フレームマイカ）３９と、単セル２７の外周縁部の上面に接合して空気流路１９と燃料流路１７とを遮断する板枠形状の金属製セパレータ４１と、燃料極層２３側の板枠形状の燃料極絶縁フレーム（フレームマイカ）４３と、燃料極層２３側の板枠形状の燃料極フレーム４５とを備えており、それらが積層されて一体に構成されている。

また、燃料電池のセル部７（燃料電池カセット）の（金属製セパレータ４１を含む）平面視で四角枠状の外周部分には、各ボルト１１が挿通される貫通孔９が形成されている。従って、燃料電池のセル部７を構成する各部材３３〜４５にも、この貫通孔９を構成する各貫通孔９がそれぞれ形成されている。

以下、各構成について説明する。
空気極層２５としては、Ｌａ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｍｎを含有する複合酸化物（Ｌａ_１−ｘＳｒ_ｘＣｏＯ_３系複合酸化物、Ｌａ_１−ｘＳｒ_ｘＦｅＯ_３系複合酸化物、Ｌａ_１−ｘＳｒ_ｘＣｏ_１−ｙＦｅ_ｙＯ_３系複合酸化物、Ｌａ_１−ｘＳｒ_ｘＭｎＯ_３系複合酸化物、Ｐｒ_１−ｘＢａ_ｘＣｏＯ_３系複合酸化物、Ｓｍ_１−ｘＳｒ_ｘＣｏＯ_３系複合酸化物）などを使用できる。

固体電解質層２１としては、ジルコニア系、セリア系、ペロブスカイト系の電解質材料が挙げられる。ジルコニア系材料では、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、スカンジア安定化ジルコニア（ＳｃＳＺ）、及びカルシア安定化ジルコニア（ＣａＳＺ）を挙げることができ、一般的には、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）が使用される例が多い。セリア系材料では、いわゆる希土類元素添加セリアが、ペロブスカイト系材料では、ランタン元素を含有するペロブスカイト型複酸化物が使われる。

燃料極層２３としては、金属が好ましく、Ｎｉ及びＮｉとセラミックとのサーメットやＮｉ基合金を使用できる。
インターコネクタ３３、３５は、単セル２７間の導通を確保し、且つ、単セル２７間でのガスの混合を防止するものであり、導電性を有する板材（例えばステンレス鋼等の金属板）である
このインターコネクタ３３、３５の上面側には（燃料極層２３に接触する）燃料極側集電体４７が一体に形成され、下面側には（空気極層２５に接触する）空気極側集電体４９が一体に形成されている。

空気極フレーム３７は、金属製の四角形の枠体であり、中央部には空気流路１９として用いられる開口部３７ａを有している。また、空気極フレーム３７の（空気の流路として用いられる）対向して配置された一対の貫通孔９は、それぞれ短冊状の連通孔３７ｂと連通しており、各連通孔３７ｂは、それぞれ複数の溝３７ｃを介して、開口部３７ａと連通している（図４参照）。なお、空気極フレーム３７としては、例えばステンレス鋼等を使用できる。

空気極絶縁フレーム３９は、電気絶縁性及び弾性を有する軟質マイカからなる四角形の枠体であり、その中央部には空気流路１９として用いられる正方形の開口部３９ａを有している。

詳しくは、空気極絶縁フレーム３９は、図５に示すように、縦１７０ｍｍ×横１６０ｍｍ、枠の幅（縦・横とも）１００ｍｍ、厚み０．２〜０．６ｍｍの軟質マイカからなる電気絶縁性を有するマイカシート（フレームマイカ）であり、空気極フレーム３７と金属製セパレータ４１との間を気密してシールするとともに、空気極フレーム３７と金属製セパレータ４１との間の電気的絶縁を行っている。

この軟質マイカは、後述するように加熱処理された構造材であるので、マイカ中の接着剤中におけるＳｉ系化合物や炭化物系化合物の汚染物質が少なく、特にＳｉ系化合物である例えばシロキサンは含まれていない。なお、軟質マイカは、耐熱性、シール性、電気絶縁性も優れている。

図３及び図４に戻り、金属製セパレータ４１は、開口部４１ａを有する四角形の枠体であり、耐熱性を有する金属製の薄板である。
この金属製セパレータ４１は、単セル２７の固体電解質層２１の外周縁部にろう付け接合されており、空気と燃料ガスとが混合しないように、空気流路１９と燃料流路１７とを分離している。

燃料極絶縁フレーム４３は、空気極絶縁フレーム３９と同様な形状及び材料からなる部材である。つまり、燃料極絶縁フレーム４３は、電気絶縁性及び弾性を有する四角形の軟質マイカからなる枠体（フレームマイカ）であり、その中央部には燃料流路１９として用いられる正方形の開口部４３ａを有している。

なお、燃料極絶縁フレーム４３も、後述するように加熱処理された軟質マイカからなる構造材であるので、マイカ中の接着剤中におけるＳｉ系化合物や炭化物系化合物の汚染物質が少なく、特にＳｉ系化合物である例えばシロキサンは含まれていない。

燃料極フレーム４５は、金属製の四角形の枠体であり、中央部には燃料流路１７として用いられる開口部４５ａを有している。また、燃料極フレーム４５の（燃料ガスの流路として用いられる）対向して配置された一対の貫通孔９は、それぞれ短冊状の連通孔４５ｂと連通しており、各連通孔４５ｂは、それぞれ複数の溝４５ｃを介して、開口部４５ａと連通している（図４参照）。なお、燃料極フレーム４５としては、例えばステンレス鋼等を使用できる。

ｃ）次に、燃料電池スタック１の製造方法について説明する。
まず、例えばＳＵＳ４３０からなる板材を打ち抜いて、インターコネクタ３３、３５、空気極フレーム３７、燃料極フレーム４５、金属製セパレータ４１を製造した。

なお、インターコネクタ３３、３５の表面を加工して、燃料極側集電体４７と空気極側集電体４９を形成した。
単セル２７を、定法に従って製造した。具体的には、燃料極層２３のグリーンシート上に、固体電解質層２１の材料を印刷し、その上に空気極層２５の材料を印刷し、その後焼成した。なお、単セル２７は、金属製セパレータ４１にろう付けして固定した。

また、空気用及び燃料ガス用のボルト１１を、ザグリ加工等により製造した。
更に、空気極絶縁フレーム３９と燃料極絶縁フレーム４３とを、下記の手順で作製した。

岡部マイカ工業所製の厚み０．２〜０．６ｍｍの軟質マイカ（製品番号Ｄ５８１ＡＫ）からなるマイカシートに対して、パンチング加工によって、前記図５に示す枠形状の空気極絶縁フレーム３９と燃料極絶縁フレーム４３とになる各原料部材を作製した。

次に、この原料部材を加熱炉内に入れ、大気中にて、７５０℃以上８５０℃未満の温度範囲（例えば８４０℃）にて、４〜２０時間の加熱時間（例えば５時間）加熱した。これにより、原料部材から多くの汚染物質（例えばＳｉ系化合物であるシロキサン）が除去された空気極絶縁フレーム３９と燃料極絶縁フレーム４３とが得られた。

そして、上述したインターコネクタ３３、空気極フレーム３７、空気極絶縁フレーム３９、単セル２７をろう付けした金属製セパレータ４１、燃料極絶縁フレーム４３、燃料極フレーム４５、インターコネクタ３５を積層して、各燃料電池のセル部７（燃料電池カセット）を組み付けるとともに、各燃料電池のセル部７を、前記図３にように積層して積層体を構成した。

そして、この積層体の貫通孔９にボルト１１を嵌め込むとともに、各ボルト１１にナット１３を螺合させて締め付けて、積層体を押圧して一体化して固定し、燃料電池スタック１を完成した。

ｄ）次に、本実施例１の効果を説明する。
本実施例１では、燃料電池のセル部７（燃料電池カセット）内に、その構造材（シール材）として、加熱処理された弾性体の軟質マイカからなる空気極絶縁フレーム３９と燃料極絶縁フレーム４３とが用いられている。

この空気極絶縁フレーム３９及び燃料極絶縁フレーム４３中には、燃料電池スタック１の性能（耐久性）を低下させる接着剤中の汚染物質（例えばシロキサン等のＳｉ系化合物など）が少ないので、燃料電池スタック１が高温で運転された場合でも、汚染物質（例えばＳｉ系化合物由来のＳｉ）が燃料電池スタック１中に飛散し難い。よって、燃料電池スタック１の性能（耐久性）が高いという効果がある。

また、本実施例１では、加熱処理の際には、軟質マイカからなる材料を、大気中で、７５０℃以上８５０℃未満の範囲で、４時間以上加熱するので、マイカの構造を損なうことなく、効果的に接着剤中の汚染物質を飛散させて取り除くことができる。

よって、燃料電池スタック１の性能を高めることができるとともに、空気極絶縁フレーム３９及び燃料極絶縁フレーム４３のハンドリング性を確保することができる。

次に、実施例２について説明するが、前記実施例１と同様な内容の説明は省略する。
本実施例２の燃料電池スタックの基本構造は、前記実施例１と同様であるので、異なる部分を説明する。なお、実施例１と同じ部材には同じ番号を付す。

本実施例２の燃料電池スタック１は、前記図１と同様に、複数の燃料電池のセル部７（燃料電池カセット）が積層されたものであるが、図６に燃料電池のセル部７を示すように、燃料電池のセル部７の内部構造が異なっている。

具体的には、燃料電池のセル部７（燃料電池カセット）は、金属製のインターコネクタ５１と、空気極絶縁フレーム５３と、（単セル５５が接合された）金属製セパレータ５７と、金属製の燃料極フレーム５９と、燃料極絶縁フレーム６１と、金属製のインターコネクタ６３とが積層されたものであり、更に、空気極絶縁フレーム５３の枠内の空気流路６５には、空気極側集電体６７が配置され、燃料極絶縁フレーム６１の枠内の燃料流路６９には、燃料極側集電体７１が配置されている。

以下、各構成について説明する。
インターコネクタ５１、６３は、前記実施例１と同様な耐熱性を有するステンレス等から構成されている。

空気極絶縁フレーム５３は、四角枠状の部材であり、前記実施例１と同様な加熱処理によって汚染物質が低減した軟質マイカからなる。この空気極絶縁フレーム５３には、その中央部に開口部５３ａが形成されている。また、空気極絶縁フレーム５３の対向する一対の貫通孔９には、それぞれ短冊状の連通孔５３ｂが連通するように設けられ、更に、各連通孔５３ｂと開口部５３ａとを連通するように溝５３ｃが設けられている。

空気極側集電体６７は、柱状の部材が平行に配置された例えばステンレスからなる部材であり、前記空気極絶縁フレーム５３の開口部５３ａ内にて、一対の貫通孔９の配置方向に沿って配置されている。

（単セル５５が接合された）金属製セパレータ５７は、前記実施例１と同様な構成である。
燃料極フレーム５９は、耐熱性を有するステンレス等からなる四角枠状の部材である。

燃料極絶縁フレーム６１は、空気極絶縁フレーム５３と同様に、四角枠状の部材であり、上述した加熱処理によって汚染物質が低減した軟質マイカからなる。この燃料極絶縁フレーム６１には、空気極絶縁フレーム５３と同様に、中央部の開口部６１ａと、（貫通孔９と連通する短冊状の）各連通孔６１ｂと、各連通孔６１ｂと開口部６１ａとを連通する各溝６１ｃが設けられている。

燃料極側集電体７１は、図７に示すように、格子状の部材であり、芯材であるスペーサ（梯子マイカ）７３と、スペーサ７３に取り付けられた導電部材７５とから構成されている。

図８（ａ）に示すよう、スペーサ７３は、（上述した加熱処理された）軟質マイカからなる格子状の部材であり、燃料極側集電体１の接圧確保用（且つ応力緩和用）の部材として用いられる。なお、スペーサ７３に用いられる軟質マイカは、耐熱性、柔軟性及び弾性を有し、金属との焼き付きがないものである。

図８（ｂ）に示すように、導電部材７５は、例えば厚さ１５〜１００μｍのＮｉ箔からなり、同図に示すように、スペーサ７３の格子部分に合わせてコ字状に切れ目が設けてある。

従って、導電部材７５の切れ目部分で舌片を持ち上げて、スペーサ７３の格子部分に巻き付けることによって、燃料極側集電体７１を形成することができる。
本実施例２では、空気極絶縁フレーム５３と燃料極絶縁フレーム６１との材料に、加熱処理された軟質マイカを用いるとともに、燃料極側集電体７１のスペーサ７３の材料としても同様な加熱処理された軟質マイカを用いるので、燃料電池スタック１の運転の際に高温になった場合でも、汚染物質によって、燃料電池スタック１の性能が低下しにくいという利点がある。
［実験例］
次に、本発明の効果を確認するために行った実験例について説明する。

＜実験例１＞
本実験例１は、マイカを加熱処理した場合のハンドリング性を調べたものである。
前記実施例２で使用したスペーサ（梯子マイカ）と同様な形状で、且つ、同様な軟質マイカ（Ｄ５８１ＡＫ）からなる（加熱処理前の）３個の試料を作製した。

そして、各試料に対して、７５０℃、８４０℃、９５０℃にて、４時間の加熱処理を行い、加熱処理後の各試料の重量の変化及びハンドリング性を調べた。
その結果、７５０℃にて加熱したものは、重量が０．９４％減少したが、ハンドリング性は良好（取り扱い時に折れなし）であった。

８４０℃にて加熱したものは、重量が１．１８％減少したが、ハンドリング性は良好（取り扱い時に折れなし）であった。
それに対して、９５０℃にて加熱したものは、重量が１．７３％減少し、ハンドリング性は好ましくなかった（取り扱い時に折れがあった）。

＜実験例２＞
本実験例２は、マイカからの汚染物質の発生状態を調べたものである。
本実験例２では、前記実施例１で使用したものと同様な材料の軟質マイカ（Ｄ５８１ＡＫ）を用いて、所定形状（縦１００ｍｍ×横１００ｍｍ×厚さ０．４ｍｍ）の試料を作製した。

そして、その試料を、加熱炉に入れ、大気中で、７５０℃にて４時間加熱して、本発明品の試料とした。
また、比較例として、上述した加熱処理を行わない試料（比較例品）を作製した。

そして、本発明品と比較例品とをそれぞれ加熱炉に入れて、図９に示すように、徐々に加熱し、その際に汚染物質であるＳｉ系化合物（後述する図１１（ｄ）参照）及びＣＨ_４の検出強度を測定した。

詳しくは、ｐｙ−ＧＣ−ＭＳ測定（昇温度発生ガス分析法）を用いて、各温度における汚染物質の検出強度を測定した。なお、詳細な実験条件は、下記の通りである。
試料上昇温度 ：２０℃／分（８００℃到達後は温度保持）
カラム温度 ：３００℃
キャリアガス流量：０．８１ｌ／分
イオン源温度 ：２００℃
イオン範囲 ：ｍ／ｚ １０〜８００
その結果を、図９に示す。なお、縦軸の単位は強度（Ｃｏｕｎｔ数）である。

この図９から明らかなように、本発明品は、予め所定温度における加熱処理がなされているので、加熱温度を上昇させた場合でも、汚染物質は殆ど検出されなかった。
それに対して、比較例品は、予め所定温度における加熱処理がなされていないので、加熱温度を上昇させた場合には、例えば７００〜７５０℃当たりにて、ピークＣで示す汚染物質が多く検出された。

なお、図９のピークＡは、吸着水及びＣ _１６ Ｈ_３４Ｏ_３（図１１（ａ）参照）を示し、ピークＢは、ＣＨ_４Ｏ（図１１（ｃ）参照）及びＣＨ_３Ｈ_６（図１１（ｂ）参照）を示し、ピークＣは、Ｓｉ系化合物であるＣ _４ Ｈ _１２ Ｓｉ（図１１（ｄ）参照）及びＣＨ_４を示す。

＜実験例３＞
本実験例３は、使用するマイカによる燃料電池の性能（耐久性）を調べたものである。
具体的には、本実験例３では、本発明品として、加熱処理された軟質マイカ製のシール材を用いて、実施例１と同様な燃料電池スタックを作製した。そして、その燃料電池スタックを用いて発電を行い、その電圧の低下状態を調べた。

なお、軟質マイカの加熱処理の条件は、８００℃にて４時間加熱であり、発電条件は、下記の通りである。
運転温度：スタック平均温度７００℃
空気流量：３５Ｌ／ｍｉｎ
燃料ガス流量：９Ｌ／ｍｉｎ
また、比較例品として、加熱処理されていない軟質マイカ製のシール材を用いて、（加熱処理以外は実施例１と同様な）燃料電池スタックを作製した。そして、その燃料電池スタックを用いて発電を行い、その電圧の低下状態を調べた。

それらの結果を、図１０に示すが、同図から明らかなように、本発明品は、予め所定温度における加熱処理がなされた軟質マイカを使用しているので、燃料電池スタックを長期間運転させた場合でも、電圧低下が少なく、耐久性に優れていることが分かる。

それに対して、比較例品は、上述した加熱処理がなされていない軟質マイカを使用しているので、燃料電池スタックを長期間運転させた場合には、電圧低下が多く、耐久性に劣ることが分かる。

＜実験例４＞
本実験例４は、前記実験例２と同様な試料に対して、マイカの加熱処理における好適な加熱温度と加熱時間とを調べたものである。

前記実験例２と同様に、マイカの加熱処理における加熱温度と加熱時間とを、下記のように変更して、汚染物質の発生状態を調べた。
具体的には、加熱温度を、７５０℃、８００℃、８４０℃に変更するとともに、各加熱温度について、加熱時間を、４時間、５時間、２０時間に変更して、それぞれ加熱処理を行った。

そして、加熱処理を行った各試料に対して、ＧＣ／ＭＳ分析（ガスクロマトグラフ質量分析）を行った結果、いずれの条件で加熱した試料からも、シロキサンの存在は確認されず、汚染物質は検出されなかった。

以上、本発明の実施例について説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、種々の態様を採ることができる。
尚、本発明は前記実施例になんら限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。

また、マイカからなる部材に、汚染物質が含まれているかどうかの確認は、例えばＧＣ／ＭＳにより、直接に成分分析を行うことが好ましいが、ＴＧ−ＤＴＡ（示差熱・熱重量分析）で、部材の質の熱的変化（発熱、吸熱）を調べ、また、重量変化（減量、増量）を測定することにより行うことができ、必要な熱処理がなされているかを確認することができる。

１…燃料電池スタック
７…燃料電池のセル部（燃料電池カセット）
２７、５５…単セル
２１…固体電解質層
２３…燃料極層
２５…空気極層
３９、５３…空気極絶縁プレート
４３、６１…燃料極絶縁プレート
７３…スペーサ

Claims (6)

1. 燃料電池に使用される弾性体であるマイカ製の構造材の製造方法であって、
   前記構造材を用いて積層体を構成する場合に、前記積層体を構成する前に、前記構造材を構成するマイカからなる材料を加熱処理する工程を有し、
   前記加熱処理では、前記マイカからなる材料を７５０℃以上８５０℃未満の範囲で加熱し、０．９４％以上１．１８％以下の範囲で重量を減少させることを特徴とする燃料電池用構造材の製造方法。
2. 前記加熱処理の際には、前記マイカからなる材料を、４時間以上加熱することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用構造材の製造方法。
3. 前記構造材には、Ｓｉ系の化合物を含まないことを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池用構造材の製造方法。
4. 前記構造材は、前記燃料電池の部材間を気密するシール材又は前記燃料電池の部材間の空間に配置されるスペーサであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池用構造材の製造方法。
5. 前記燃料電池は、燃料極層と固体電解質層と空気極層とを有する固体酸化物形燃料電池の単セルを複数積層した固体酸化物形燃料電池スタックを備えた固体酸化物形燃料電池であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池用構造材の製造方法。
6. 前記請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池用構造体の製造方法を用いて、燃料電池を製造することを特徴とする燃料電池の製造方法。