JP6147606B2 - Solid oxide fuel cell stack - Google Patents

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Description

本発明は、インターコネクタを介して単セルを複数個積層した固体酸化物形燃料電池スタックと、この固体酸化物形燃料電池スタックに含まれるセパレータ付インターコネクタと、に関するものである。   The present invention relates to a solid oxide fuel cell stack in which a plurality of single cells are stacked via an interconnector, and an interconnector with a separator included in the solid oxide fuel cell stack.

従来から、電解質に固体酸化物を用いた固体酸化物形燃料電池(SOFC:Solid Oxide Fuel Cell)が知られている。SOFCの構成単位である単セルは、例えば、平板状の固体電解質層の両面に配置した燃料極層と空気極層のそれぞれに燃料ガス及び酸化剤ガスを供給することで電力を発生する。また、このような単セルを複数個積層し、隣接する単セル間にインターコネクタを配置することで、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呼ぶ)が構成される。SOFCに含まれるインターコネクタは、良好なガス気密性と導電性が要求されるので、金属材料を用いて形成することが可能である。例えば、熱膨張率がセルに近いフェライト系ステンレス材を用いたインターコネクタが提案されている(特許文献1参照)。一方、SOFCの使用温度域は相当の高温になるので、インターコネクタの金属材料からのクロム蒸散に起因するカソードのクロム被毒が問題となる。そのため、導電性とクロムに対するバリア性とを兼ね備えたスピネル型酸化物等の導電性セラミックを金属材料の表面にコーティングしたインターコネクタが提案されている(特許文献2)。   Conventionally, a solid oxide fuel cell (SOFC) using a solid oxide as an electrolyte is known. A single cell that is a constituent unit of SOFC generates electric power by supplying a fuel gas and an oxidant gas to, for example, a fuel electrode layer and an air electrode layer arranged on both sides of a flat solid electrolyte layer. In addition, a plurality of such single cells are stacked and an interconnector is disposed between adjacent single cells to constitute a solid oxide fuel cell stack (hereinafter referred to as a fuel cell stack). Since the interconnector included in the SOFC is required to have good gas tightness and electrical conductivity, it can be formed using a metal material. For example, an interconnector using a ferritic stainless material having a thermal expansion coefficient close to that of a cell has been proposed (see Patent Document 1). On the other hand, since the use temperature range of SOFC becomes considerably high, cathode poisoning due to chromium evaporation from the metal material of the interconnector becomes a problem. Therefore, an interconnector has been proposed in which a conductive ceramic such as a spinel oxide having both conductivity and barrier property against chromium is coated on the surface of a metal material (Patent Document 2).

特開平10−92446号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-92446 特許第3712733号公報Japanese Patent No. 3712733

しかしながら、上記従来のインターコネクタは、その全体がそのまま単セルとともに積層されてスタックを構成し、インターコネクタが積層方向に拘束される構造であるため、SOFCの運転中の起動停止の際に加わる熱応力やスタック組み付け時の機械的な応力により、インターコネクタが変形を起こす恐れがある。そして、インターコネクタの金属材料の表面に導電性セラミックがコーティングされている場合は、一般にセラミック材料が応力によって割れやすいことから、上述のインターコネクタの変形によってクラックを生じることになり、コーティングの機能を喪失するという問題があった。   However, since the conventional interconnector as described above has a structure in which the whole is laminated with a single cell to form a stack and the interconnector is constrained in the stacking direction, the heat applied at the time of starting and stopping during operation of the SOFC The interconnector may be deformed by stress or mechanical stress during stack assembly. When conductive ceramic is coated on the surface of the interconnector metal material, the ceramic material is generally susceptible to cracking due to stress. There was a problem of losing.

本発明はこれらの問題を解決するためになされたものであり、金属材料の表面に導電性セラミックをコーティングすることでカソードのクロム被毒を抑制しつつ、インターコネクタに対して加わる応力を緩和して耐久信頼性の向上が可能な固体酸化物形燃料電池スタックを提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve these problems. The surface of the metal material is coated with a conductive ceramic to reduce the stress applied to the interconnector while suppressing the chromium poisoning of the cathode. An object of the present invention is to provide a solid oxide fuel cell stack capable of improving durability and reliability.

上記課題を解決するために、本発明の固体酸化物形燃料電池スタックは、燃料極層と、空気極層と、固体電解質層とを含む単セルを、インターコネクタを介して、複数個積層した固体酸化物形燃料電池スタックであって、前記インターコネクタは、表面に導電性セラミックをコーティングした金属材料からなるインターコネクタ本体と、可撓性を有する1つの金属板からなる第1のセパレータとを備え、かつ、前記インターコネクタ本体は、前記第1のセパレータと、当該第1のセパレータの略中央に形成された開口部の全周を取り囲む接合部を介して、互いに接合されており、かつ、前記インターコネクタは、前記第1のセパレータの部分を固定することにより積層され、かつ、前記第1のセパレータは、枠部を構成するフレームと接した状態で固定されていることを特徴としている。 In order to solve the above-described problems, a solid oxide fuel cell stack according to the present invention includes a plurality of single cells each including a fuel electrode layer, an air electrode layer, and a solid electrolyte layer stacked via an interconnector. In the solid oxide fuel cell stack, the interconnector includes an interconnector body made of a metal material having a surface coated with a conductive ceramic, and a first separator made of a flexible metal plate. And the interconnector body is joined to each other via a joint that surrounds the first separator and the entire periphery of the opening formed in the approximate center of the first separator, and The interconnector is laminated by fixing a portion of the first separator, and the first separator is in contact with a frame constituting a frame portion It is characterized in that it is fixed by state.

本発明の固体酸化物形燃料電池スタックによれば、インターコネクタ本体は、中央の開口部の全周を取り囲む接合部を介して第1のセパレータと互いに接合され、金属材料の表面に導電性セラミックをコーティングした構造を有する。そして、隣接する単セルの間に第1のセパレータの部分を固定することで、複数の単セルが積層されている。従って、単セルに拘束されないインターコネクタに対して応力が加わったとき、単セルに固定されている第1のセパレータが変形することで応力を逃がすことができる。さらに、熱膨張率が燃料電池セルに近い金属材料を用いてインターコネクタ本体を形成しつつ、その表面の導電性セラミックによりクロム酸化物の蒸散を阻止することができる。このとき、第1のセパレータとインターコネクタ本体との接合構造により導電性セラミックのクラック等の不具合を防止することができる。   According to the solid oxide fuel cell stack of the present invention, the interconnector body is joined to the first separator via the joint that surrounds the entire circumference of the central opening, and the conductive ceramic is formed on the surface of the metal material. It has a structure coated. And the several single cell is laminated | stacked by fixing the part of a 1st separator between adjacent single cells. Accordingly, when a stress is applied to the interconnector that is not constrained by the single cell, the stress can be released by the deformation of the first separator fixed to the single cell. Furthermore, while the interconnector body is formed using a metal material having a thermal expansion coefficient close to that of the fuel battery cell, the evaporation of chromium oxide can be prevented by the conductive ceramic on the surface thereof. At this time, the bonding structure between the first separator and the interconnector body can prevent problems such as cracks in the conductive ceramic.

第1のセパレータは、インターコネクタ本体よりも薄い金属板により形成することが望ましい。すなわち、第1のセパレータの形成に用いる金属板は、インターコネクタ本体よりも厚いと応力緩和の機能が低下するので、インターコネクタ本体よりも薄くすることにより応力緩和の機能を高めるものである。例えば、第1のセパレータの厚さを0.05mm以上0.5mm以下に設定することができる。また、第1のセパレータは、アルミニウムを1重量%以上10重量%以下含有する合金により形成することが望ましい。これにより、第1のセパレータの表面に耐酸化性の高いアルミナの被膜を形成することができる。第1のセパレータのアルミニウムの含有量が1重量%に満たないと、アルミナの被膜形成が不十分になるため、長期に渡って耐久性が得られない。また、第1のセパレータのアルミニウムの含有量が10重量%を超えると、常温で第1のセパレータが硬くなり過ぎ、応力緩和に支障を来す。   The first separator is preferably formed of a metal plate that is thinner than the interconnector body. That is, if the metal plate used for forming the first separator is thicker than the interconnector body, the stress relaxation function is lowered. Therefore, by making the metal plate thinner than the interconnector body, the stress relaxation function is enhanced. For example, the thickness of the first separator can be set to 0.05 mm or more and 0.5 mm or less. The first separator is preferably formed of an alloy containing aluminum in an amount of 1 wt% to 10 wt%. As a result, an alumina coating having high oxidation resistance can be formed on the surface of the first separator. If the aluminum content of the first separator is less than 1% by weight, the formation of the alumina film becomes insufficient, and durability cannot be obtained over a long period of time. On the other hand, if the aluminum content of the first separator exceeds 10% by weight, the first separator becomes too hard at room temperature, which hinders stress relaxation.

インターコネクタ本体の表面にコーティングされる導電性セラミックは、1μm以上30μm以下の厚さで形成することが望ましい。導電性セラミックの厚さが1μmに満たないと、均質なコーティング層の形成に支障を来す。また、導電性セラミックの厚さが30μmを超えると、コーティング層が割れやすくなり、信頼性が低下する。   The conductive ceramic coated on the surface of the interconnector body is preferably formed with a thickness of 1 μm or more and 30 μm or less. If the thickness of the conductive ceramic is less than 1 μm, it will hinder the formation of a uniform coating layer. On the other hand, if the thickness of the conductive ceramic exceeds 30 μm, the coating layer tends to break and the reliability is lowered.

第1のセパレータは、応力を緩和可能な凹状又は波状の断面形状で形成することができる。このような断面形状を第1のセパレータに持たせることで、応力が加わったときに凹状又は波状の部分が変形し、それにより応力を緩和する効果を十分に高めることができる。   The first separator can be formed with a concave or wavy cross-sectional shape that can relieve stress. By giving such a cross-sectional shape to the first separator, the concave or wavy portion is deformed when stress is applied, thereby sufficiently enhancing the effect of relieving the stress.

接合部は、溶接、ロウ付け、ガラス封止のいずれか1つ又はこれらの組み合わせを用いて形成することができる。例えば、レーザ溶接機を用いて接合部を形成することでコスト低減を図ることができる。また、ロウ付けで接合部を形成することで接合部の強度を高めることができる。また、ガラス封止で接合部を形成することでガスシール性の向上が可能となる。これらを組み合わせることで、より接合部の信頼性を向上させることも可能となる。   The joint can be formed using any one of welding, brazing, glass sealing, or a combination thereof. For example, the cost can be reduced by forming the joint using a laser welding machine. Moreover, the strength of the joint can be increased by forming the joint by brazing. In addition, the gas sealability can be improved by forming the bonding portion by glass sealing. By combining these, it becomes possible to further improve the reliability of the joint.

本発明において、固体電解質層を挟んで一方の側に前記燃料極層が配置され他方の側に前記空気極層が配置されたセル本体と、可撓性を有する金属板からなる第2のセパレータとを更に備え、前記セル本体と前記第2のセパレータとを、前記第2のセパレータの略中央に形成された開口部の全周を取り囲むセル接合部を介して互いに接合してもよい。これにより、燃料電池セルに関してもインターコネクタと同様の応力緩和構造を設けることで、積層方向に対する熱応力に対して応力緩和の効果が得られ、インターコネクタに加えて、燃料電池セルの変形や割れを効果的に防止することが可能となる。   In the present invention, a cell main body in which the fuel electrode layer is disposed on one side and the air electrode layer is disposed on the other side across the solid electrolyte layer, and a second separator made of a flexible metal plate And the cell main body and the second separator may be joined to each other via a cell joint portion that surrounds the entire circumference of the opening formed in the approximate center of the second separator. As a result, by providing a stress relaxation structure similar to that of the interconnector for the fuel cell, a stress relaxation effect can be obtained with respect to the thermal stress in the stacking direction. In addition to the interconnector, the fuel cell can be deformed or cracked. Can be effectively prevented.

また、上記課題を解決するために、本発明のセパレータ付インターコネクタは、燃料極層と、空気極層と、固体電解質層とを含む単セルを複数個積層した固体酸化物形燃料電池スタック用のセパレータ付インターコネクタであって、表面に導電性セラミックをコーティングした金属材料からなるインターコネクタ本体を備え、前記インターコネクタ本体は、可撓性を有する金属板からなる第1のセパレータと、前記第1のセパレータの略中央に形成された開口部の全周を取り囲む接合部を介して、互いに接合されていることを特徴としている。本発明のセパレータ付インターコネクタを用いて前記固体酸化物形燃料電池スタックを構成することにより、上述の作用効果を実現することができる。   In order to solve the above problems, an interconnector with a separator according to the present invention is for a solid oxide fuel cell stack in which a plurality of unit cells each including a fuel electrode layer, an air electrode layer, and a solid electrolyte layer are stacked. An interconnector with a separator, comprising an interconnector body made of a metal material coated with a conductive ceramic on the surface, wherein the interconnector body includes a first separator made of a flexible metal plate, The separators are joined to each other through a joint portion that surrounds the entire circumference of the opening formed at substantially the center of one separator. By configuring the solid oxide fuel cell stack using the separator-equipped interconnector of the present invention, the above-described effects can be realized.

以上説明したように、本発明によれば、固体酸化物形燃料電池スタックにおいて、インターコネクタ本体と第1のセパレータとを互いに接合してインターコネクタを形成するとともに、インターコネクタ本体の金属材料の表面に導電性のセラミック材料をコーティングした構造を採用した。よって、インターコネクタに加わる応力を第1のセパレータの変形により逃がすことができるとともに、金属材料を用いたインターコネクタ本体の表面の導電性セラミックの作用によりクロム酸化物の蒸散を阻止することができる。よって、積層方向の応力に起因するインターコネクタの割れ等の不具合を防止し、かつカソードのクロム被毒を十分に抑制することで、耐久信頼性の向上が可能な固体酸化物形燃料電池スタックを実現することができる。   As described above, according to the present invention, in the solid oxide fuel cell stack, the interconnector body and the first separator are joined together to form the interconnector, and the surface of the metal material of the interconnector body The structure is coated with conductive ceramic material. Therefore, the stress applied to the interconnector can be released by the deformation of the first separator, and the evaporation of chromium oxide can be prevented by the action of the conductive ceramic on the surface of the interconnector body using the metal material. Therefore, a solid oxide fuel cell stack capable of improving durability and reliability by preventing problems such as cracking of the interconnector due to stress in the stacking direction and sufficiently suppressing chrome poisoning of the cathode. Can be realized.

本実施形態の固体酸化物形燃料電池としての燃料電池スタックの斜視図である。It is a perspective view of the fuel cell stack as a solid oxide fuel cell of this embodiment. 図1に示す燃料電池スタックを矢印A方向から見た模式断面図であるFIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the fuel cell stack shown in FIG. 1 as viewed from the direction of arrow A. 1個の単セルに関し、各構成要素を分解した状態の模式的な断面構造図である。It is a typical sectional structure figure in the state where each constituent element was disassembled about one single cell. 本実施形態のセパレータ付インターコネクタを構成するインターコネクタ本体及びインターコネクタ用セパレータの具体的な構造を示す図である。It is a figure which shows the specific structure of the interconnector main body and the separator for interconnectors which comprise the interconnector with a separator of this embodiment. インターコネクタの第3の実施例における接合部の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the junction part in the 3rd Example of an interconnector. インターコネクタの第4の実施例における接合部の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the junction part in 4th Example of an interconnector. インターコネクタの第5の実施例における接合部の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the junction part in 5th Example of an interconnector.

以下、本発明を適用した固体酸化物形燃料電池の一実施形態について具体的に説明する。図1は、本実施形態の固体酸化物形燃料電池としての燃料電池スタックSの斜視図を示している。また、図2は、図1に示す燃料電池スタックSを矢印A方向から見た模式断面図である。本実施形態においては、基本的な構成単位である単セルCを複数個積層した燃料電池スタックSが構成される。図1及び図2では、燃料電池スタックSが4つの単セルC(1)、C(2)、C(3)、C(4)を積層した構造を有する例を示しているが、一般には、より多数の単セルCを積層して燃料電池スタックSを構成することができる。   Hereinafter, an embodiment of a solid oxide fuel cell to which the present invention is applied will be described in detail. FIG. 1 shows a perspective view of a fuel cell stack S as a solid oxide fuel cell of the present embodiment. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the fuel cell stack S shown in FIG. In the present embodiment, a fuel cell stack S in which a plurality of single cells C, which are basic structural units, are stacked is configured. 1 and 2 show an example in which the fuel cell stack S has a structure in which four single cells C (1), C (2), C (3), and C (4) are stacked. The fuel cell stack S can be configured by stacking a larger number of single cells C.

図1及び図2に示すように、燃料電池スタックSは、複数のボルトB1〜B10及び複数のナットNによって一体的に固定されている。燃料電池スタックSは、複数のボルトB1〜B10に対応する位置に貫通孔Hが形成され、上下1対のエンドプレートPによって上記4つの単セルCが挟まれた状態で固定されている。各ボルトB1〜B10のうち、図1の方形平面内の四隅に位置する4個のボルトB1、B4、B6、B9は、燃料電池スタックSを固定する連結部材としてのみ用いられる。一方、それ以外の6個のボルトB2、B3、B5、B7、B8、B10の各々は、上記連結部材に加えて、燃料ガス又は酸化剤ガスの流路の一部(入口又は出口)として機能する。   As shown in FIGS. 1 and 2, the fuel cell stack S is integrally fixed by a plurality of bolts B1 to B10 and a plurality of nuts N. The fuel cell stack S has through-holes H formed at positions corresponding to the plurality of bolts B1 to B10, and is fixed in a state where the four single cells C are sandwiched between a pair of upper and lower end plates P. Among the bolts B1 to B10, the four bolts B1, B4, B6, and B9 located at the four corners in the rectangular plane of FIG. 1 are used only as connecting members for fixing the fuel cell stack S. On the other hand, each of the other six bolts B2, B3, B5, B7, B8, B10 functions as a part (inlet or outlet) of the flow path of the fuel gas or oxidant gas in addition to the connecting member. To do.

次に、図1の単セルCの基本構造について説明する。図3は、図2の1個の単セルCに関し、各構成要素を分解した状態の模式的な断面構造を示している。なお、図3においては、図2の両側の流路構造については省略している。図3に示す単セルCは、上側及び下側の2個のインターコネクタ本体10と、上側及び下側の2個のインターコネクタ用セパレータ11(本発明の第1のセパレータ)と、空気極側集電体12と、枠部13と、セル本体14と、燃料極側集電体15とを備えている。図3に示すように、インターコネクタ本体10とインターコネクタ用セパレータ11は、一体的にセパレータ付インターコネクタ1(以下、単にインターコネクタ1と呼ぶ)として機能する。図3に示す単セルCは、図1においてエンドプレートPに接していない単セルC(2)、C(3)に対応する。このように、図3の単セルCの上下において、それぞれインターコネクタ本体10及びインターコネクタ用セパレータ11からなる2個のインターコネクタ1(セパレータ付インターコネクタ)は互いに同じ構造である。よって、以下の説明は、単セルCの上下の2個のインターコネクタ1について共通である。   Next, the basic structure of the single cell C in FIG. 1 will be described. FIG. 3 shows a schematic cross-sectional structure of the single cell C shown in FIG. In FIG. 3, the channel structures on both sides of FIG. 2 are omitted. The single cell C shown in FIG. 3 includes two interconnector bodies 10 on the upper side and the lower side, two separators 11 for the upper and lower interconnectors (the first separator of the present invention), and the air electrode side. A current collector 12, a frame portion 13, a cell main body 14, and a fuel electrode side current collector 15 are provided. As shown in FIG. 3, the interconnector body 10 and the interconnector separator 11 function integrally as an interconnector 1 with a separator (hereinafter simply referred to as an interconnector 1). The single cell C shown in FIG. 3 corresponds to the single cells C (2) and C (3) that are not in contact with the end plate P in FIG. As described above, the two interconnectors 1 (interconnectors with separators) each including the interconnector main body 10 and the interconnector separator 11 have the same structure above and below the single cell C in FIG. Therefore, the following description is common to the two interconnectors 1 above and below the single cell C.

単セルCの発電機能を担うセル本体14は、下層側から順に、燃料極層20と、固体電解質層21と、空気極層22とが積層形成されてなる。燃料極層20は、水素源となる燃料ガスに接触し、単セルCのアノードとして機能する。燃料極層20の材料としては、金属が好ましく、例えば、Ni、Niとセラミック粒子からなるサーメット、Ni基合金を用いることができる。固体電解質層21は、イオン導電性を有する各種の固体電解質からなる。固体電解質層21の材料としては、例えば、YSZ(イットリア安定化ジルコニア)、ScSZ(スカンジア安定化ジルコニア)、SDC(サマリウムドープセリア)、GDC(ガドリニウムドープセリア)、ペロブスカイト系酸化物等を用いることができる。空気極層22は、酸素源となる酸化剤ガス(空気)に接触し、単セルCのカソードとして機能する。空気極層22の材料としては、例えば、LSCF(ランタンストロンチウムコバルト鉄酸化物)、LSM(ランタンストロンチウムマンガン酸化物)等のペロブスカイト系酸化物、各種貴金属及び貴金属とセラミックとのサーメットを用いることができる。   The cell main body 14 responsible for the power generation function of the single cell C is formed by laminating the fuel electrode layer 20, the solid electrolyte layer 21, and the air electrode layer 22 in order from the lower layer side. The fuel electrode layer 20 is in contact with a fuel gas serving as a hydrogen source and functions as an anode of the single cell C. The material of the fuel electrode layer 20 is preferably a metal, for example, Ni, cermet made of Ni and ceramic particles, or Ni-based alloy can be used. The solid electrolyte layer 21 is made of various solid electrolytes having ionic conductivity. As the material of the solid electrolyte layer 21, for example, YSZ (yttria stabilized zirconia), ScSZ (scandia stabilized zirconia), SDC (samarium doped ceria), GDC (gadolinium doped ceria), a perovskite oxide, or the like may be used. it can. The air electrode layer 22 is in contact with an oxidant gas (air) serving as an oxygen source and functions as a cathode of the single cell C. Examples of the material of the air electrode layer 22 include perovskite oxides such as LSCF (lanthanum strontium cobalt iron oxide) and LSM (lanthanum strontium manganese oxide), various noble metals, and cermets of noble metals and ceramics. .

インターコネクタ1は、図3の単セルCとその上層に隣接する単セルCとの間の電気的接続を担う。インターコネクタ用セパレータ11は、可撓性を有する金属製の薄板である。インターコネクタ用セパレータ11は、中央に形成された開口部11aを取り囲む接合部30を介してインターコネクタ本体10と接合され、隣接する2つの単セルCの間で燃料ガスと酸化剤ガスを隔離する役割がある。インターコネクタ本体10は、板状の金属部材の表面の全体に、導電性セラミックからなるコーティング層10aを形成した構造を有する。なお、インターコネクタ本体10とその表面のコーティング層10a、及びインターコネクタ用セパレータ11のそれぞれの材料及び構造の詳細については後述する。   The interconnector 1 is responsible for electrical connection between the single cell C of FIG. 3 and the single cell C adjacent to the upper layer. The interconnector separator 11 is a thin metal plate having flexibility. The interconnector separator 11 is joined to the interconnector main body 10 via a joint portion 30 surrounding the opening 11a formed at the center, and the fuel gas and the oxidant gas are isolated between two adjacent single cells C. There is a role. The interconnector body 10 has a structure in which a coating layer 10a made of conductive ceramic is formed on the entire surface of a plate-like metal member. The details of the materials and structures of the interconnector body 10, the coating layer 10a on the surface thereof, and the interconnector separator 11 will be described later.

空気極側集電体12は、セル本体14の空気極層22と、上側のインターコネクタ1との間の導通を確保する役割がある。空気極側集電体12の材料としては、例えば、Ag−Pd等の金属材料を用いることができる。また、燃料極側集電体15は、セル本体14の燃料極層20と、下側のインターコネクタ1との間の導通を確保する役割がある。燃料極側集電体15の材料としては、例えば、通気性を有するニッケルフェルト等を用いることができる。   The air electrode side current collector 12 has a role of ensuring electrical connection between the air electrode layer 22 of the cell body 14 and the upper interconnector 1. As a material of the air electrode side current collector 12, for example, a metal material such as Ag-Pd can be used. Further, the fuel electrode side current collector 15 has a role of ensuring electrical connection between the fuel electrode layer 20 of the cell body 14 and the lower interconnector 1. As a material of the fuel electrode side current collector 15, for example, nickel felt having air permeability can be used.

枠部13は、セル本体14を単セルCに固定する役割があり、燃料極フレーム23と、セル本体用セパレータ24(本発明の第2のセパレータ)と、絶縁フレーム25と、空気極フレーム26とにより構成される枠体状の部材である。このうち、燃料極フレーム23は、積層方向で燃料極層20の側に配置され、セラミック等の絶縁材料を用いて形成される。絶縁フレーム25は、上下のインターコネクタ1の間を電気的に絶縁する役割があり、セラミック等の絶縁材料を用いて形成される。空気極フレーム26は、積層方向で空気極層22の側に配置され、金属材料を用いて形成される。これらの燃料極フレーム23、絶縁フレーム25、空気極フレーム26は、いずれも中央に比較的大きい同サイズの開口が形成され、平面視でセル本体14が開口に取り囲まれる位置関係にある。   The frame portion 13 has a role of fixing the cell body 14 to the single cell C, and includes a fuel electrode frame 23, a cell body separator 24 (second separator of the present invention), an insulating frame 25, and an air electrode frame 26. It is a frame-shaped member comprised by these. Among these, the fuel electrode frame 23 is disposed on the fuel electrode layer 20 side in the stacking direction, and is formed using an insulating material such as ceramic. The insulating frame 25 has a role of electrically insulating the upper and lower interconnectors 1 and is formed using an insulating material such as ceramic. The air electrode frame 26 is disposed on the air electrode layer 22 side in the stacking direction, and is formed using a metal material. The fuel electrode frame 23, the insulating frame 25, and the air electrode frame 26 all have a relatively large opening of the same size at the center, and the cell body 14 is surrounded by the opening in a plan view.

また、枠部13のセル本体用セパレータ24は、上述のインターコネクタ用セパレータ11と同様、可撓性を有する金属製の薄板であり、中央に形成された開口を取り囲む接合部31を介してセル本体14の固体電解質層21の外周側の上面と接合されている。従って、セル本体14とセル本体用セパレータ24を平面視で見たとき、固体電解質層21はセル本体用セパレータ24よりも小さく、かつセル本体用セパレータ24の開口部よりも大きいサイズの方形に形成され、空気極層22はセル本体用セパレータ24の開口部よりも小さいサイズの方形に形成されている。   The cell body separator 24 of the frame portion 13 is a flexible metal thin plate, similar to the interconnector separator 11 described above, and is connected to the cell via a joint portion 31 surrounding an opening formed in the center. The main body 14 is joined to the upper surface on the outer peripheral side of the solid electrolyte layer 21. Therefore, when the cell main body 14 and the cell main body separator 24 are viewed in plan view, the solid electrolyte layer 21 is formed in a rectangular shape that is smaller than the cell main body separator 24 and larger than the opening of the cell main body separator 24. The air electrode layer 22 is formed in a square size smaller than the opening of the cell body separator 24.

次に、本実施形態のインターコネクタ1(セパレータ付インターコネクタ)を構成するインターコネクタ本体10及びインターコネクタ用セパレータ11の具体的な構造について図4を参照して説明する。図4(A)は、インターコネクタ本体10及びインターコネクタ用セパレータ11の平面図を示し、図4(B)は、図4(A)に対応する側断面図を示している。   Next, specific structures of the interconnector main body 10 and the interconnector separator 11 constituting the interconnector 1 (interconnector with separator) of this embodiment will be described with reference to FIG. 4A shows a plan view of the interconnector body 10 and the interconnector separator 11, and FIG. 4B shows a side sectional view corresponding to FIG.

図4に示すように、インターコネクタ本体10の上面(コーティング層10a)とインターコネクタ用セパレータ11の下面は接合部30を介して接合されている。具体的には、インターコネクタ用セパレータ11の中央には、平面視でインターコネクタ本体10より小さいサイズの開口部11aが形成されるので、この開口部11aを取り囲んで全周に接合部30が配置されている。よって、接合部30によりインターコネクタ本体10とインターコネクタ用セパレータ11との間を気密に封止することができる。この場合、開口部11aには、インターコネクタ本体10の表面のコーティング層10aが露出した状態になる。   As shown in FIG. 4, the upper surface (coating layer 10 a) of the interconnector body 10 and the lower surface of the interconnector separator 11 are joined via a joining portion 30. Specifically, since an opening 11a having a size smaller than the interconnector main body 10 is formed in a plan view in the center of the interconnector separator 11, the joint 30 is disposed around the opening 11a. Has been. Therefore, the space between the interconnector body 10 and the interconnector separator 11 can be hermetically sealed by the joint portion 30. In this case, the coating layer 10a on the surface of the interconnector body 10 is exposed in the opening 11a.

インターコネクタ用セパレータ11は、既に述べたように可撓性を有する金属製の薄板であるため、積層方向の応力を逃がす程度の厚さに形成する必要がある。具体的には、インターコネクタ用セパレータ11は、例えば、0.05〜0.5mmの範囲内の厚さ(例えば、0.1mmの厚さ)に形成することが望ましい。インターコネクタ用セパレータ11の厚さが0.5mmを超えると、複数の単セルCを積層した状態で各々のインターコネクタ用セパレータ11に印加される応力を逃がすことが困難になる結果、応力に起因する割れ等の不具合を招く恐れがある。インターコネクタ用セパレータ11の厚さが0.05mmに満たないと、耐酸化性や耐食性が劣化して十分な耐久性を確保できなくなる。なお、図4(A)に示すように、インターコネクタ用セパレータ11には、図1のボルトB1〜B10に対応する各位置に円形の貫通孔が形成されている。   Since the interconnector separator 11 is a flexible metal thin plate as described above, it is necessary to form the interconnector separator 11 to a thickness that allows the stress in the stacking direction to escape. Specifically, it is desirable that the interconnector separator 11 is formed to have a thickness within a range of 0.05 to 0.5 mm (for example, a thickness of 0.1 mm), for example. When the thickness of the interconnector separator 11 exceeds 0.5 mm, it is difficult to release the stress applied to each interconnector separator 11 in a state where a plurality of single cells C are stacked. There is a risk of causing problems such as cracking. If the thickness of the interconnector separator 11 is less than 0.05 mm, the oxidation resistance and the corrosion resistance deteriorate, and sufficient durability cannot be secured. As shown in FIG. 4A, the interconnector separator 11 is formed with circular through holes at positions corresponding to the bolts B1 to B10 in FIG.

インターコネクタ用セパレータ11は、例えば、主成分が鉄(Fe)であり、かつ1〜10重量%程度のアルミニウムを含有する金属材料を用いて形成することが望ましい。すなわち、インターコネクタ用セパレータ11の表面にアルミナの被膜を形成することにより、耐酸化耐久性を向上させることができる。ただし、アルミニウムの含有量が1重量%に満たない程度の金属材料を用いる場合は、被膜形成が不十分となって上述の効果が弱くなる。一方、アルミニウムの含有量が10重量%を超える程度の金属材料を用いる場合は、インターコネクタ用セパレータ11が常温で硬くなり過ぎ、応力の緩和が困難になる。   For example, the interconnector separator 11 is preferably formed using a metal material whose main component is iron (Fe) and containing about 1 to 10% by weight of aluminum. That is, by forming an alumina coating on the surface of the interconnector separator 11, the oxidation resistance can be improved. However, when a metal material having an aluminum content of less than 1% by weight is used, film formation is insufficient and the above-described effects are weakened. On the other hand, when a metal material with an aluminum content exceeding 10% by weight is used, the interconnector separator 11 becomes too hard at room temperature, making it difficult to relieve stress.

また、図4(B)に示すように、インターコネクタ用セパレータ11は、インターコネクタ本体10を吊り下げた構造であって変形可能であるため、インターコネクタ用セパレータ11をインターコネクタ本体10よりも薄く形成するのが望ましい。この場合、インターコネクタ本体10の厚さは、上述のインターコネクタ用セパレータ11の厚さを考慮すると、0.5〜1.5mmの範囲内にすることが望ましい。   4B, the interconnector separator 11 has a structure in which the interconnector body 10 is suspended and can be deformed. Therefore, the interconnector separator 11 is thinner than the interconnector body 10. It is desirable to form. In this case, it is desirable that the thickness of the interconnector body 10 be in the range of 0.5 to 1.5 mm in consideration of the thickness of the interconnector separator 11 described above.

一方、インターコネクタ本体10は、既に述べたように、金属材料の表面が導電性セラミックからなるコーティング層10aにより覆われた構造を有する。インターコネクタ本体10の金属材料としては、例えば、フェライト系ステンレス材を用いることができる。フェライト系ステンレスの熱膨張率は、セル本体14の熱膨張率に近いため、燃料電池スタックSにおける熱応力を緩和するのに適している。   On the other hand, the interconnector body 10 has a structure in which the surface of the metal material is covered with the coating layer 10a made of conductive ceramic, as already described. As a metal material of the interconnector body 10, for example, a ferritic stainless material can be used. Since the thermal expansion coefficient of the ferritic stainless steel is close to the thermal expansion coefficient of the cell main body 14, it is suitable for relaxing the thermal stress in the fuel cell stack S.

インターコネクタ本体10の表面のコーティング層10aとしては、例えば、スピネル型酸化物等の導電性セラミックが用いられる。具体的には、MnCoスピネルやNiCoスピネルなどを挙げることができる。このようなコーティング層10aによりインターコネクタ本体10を覆うことにより、金属製のインターコネクタ本体10の表面に形成されるクロム酸化物の蒸散を阻止することが可能となる。よって、本実施形態において、コーティング層10aの役割は、インターコネクタ本体10の導電性を維持しつつ、インターコネクタ本体10が露出しているときに問題となるカソードのクロム被毒を抑制することにある。また、コーティング層10aは、1〜30μmの範囲内の厚さで形成することが望ましい。すなわち、1μmに満たない程度の厚さのコーティング層10aは均質に形成することが困難であるとともに、30μmを超える程度の厚さのコーティング層10aは割れやすくなるためである。   As the coating layer 10a on the surface of the interconnector body 10, for example, a conductive ceramic such as a spinel oxide is used. Specific examples include MnCo spinel and NiCo spinel. By covering the interconnector body 10 with such a coating layer 10a, it becomes possible to prevent the evaporation of chromium oxide formed on the surface of the metallic interconnector body 10. Therefore, in this embodiment, the role of the coating layer 10a is to suppress the chromium poisoning of the cathode, which is a problem when the interconnector body 10 is exposed, while maintaining the electrical conductivity of the interconnector body 10. is there. The coating layer 10a is preferably formed with a thickness in the range of 1 to 30 μm. That is, it is difficult to form the coating layer 10a with a thickness of less than 1 μm uniformly, and the coating layer 10a with a thickness of more than 30 μm tends to break.

次に、本実施形態のインターコネクタ1の具体的な構造に関し、5つの実施例を挙げて順次説明する。インターコネクタ1の第1の実施例は、図4(B)の側断面図に示す接合部30を形成する材料として、Niロウを用いた構造である。具体的には、接合部30を形成するロウ材として、BNi−2、BNi−3、BNi−5などを用いることができる。接合部30の材料としてロウ材を用いることで、インターコネクタ本体10とインターコネクタ用セパレータ11との間を十分な接合強度で互いに接合する効果が得られる。   Next, the specific structure of the interconnector 1 according to the present embodiment will be described sequentially with reference to five examples. The first embodiment of the interconnector 1 has a structure in which Ni solder is used as a material for forming the joint 30 shown in the side sectional view of FIG. Specifically, BNi-2, BNi-3, BNi-5 or the like can be used as a brazing material for forming the joint portion 30. By using the brazing material as the material of the joint portion 30, an effect of joining the interconnector body 10 and the interconnector separator 11 with sufficient joint strength can be obtained.

インターコネクタ1の第2の実施例は、図4(B)の側断面図に示す接合部30を形成する材料として、ガラスを用いた構造である。ガラスを用いて接合部30を形成する場合は、熱膨張率の差による応力印加時の割れを防止するため、インターコネクタ本体10及びインターコネクタ用セパレータ11と比較的近い熱膨張率を有するガラスを採用することが望ましい。接合部30の材料としてガラスを用いることで、インターコネクタ本体10とインターコネクタ用セパレータ11との間を封止して、燃料ガスや酸化剤ガスのリークを防止する効果が得られる。   The second embodiment of the interconnector 1 has a structure in which glass is used as a material for forming the joint portion 30 shown in the side sectional view of FIG. When forming the joint part 30 using glass, in order to prevent the crack at the time of the stress application by the difference in thermal expansion coefficient, the glass which has a thermal expansion coefficient comparatively close to the interconnector main body 10 and the interconnector separator 11 is used. It is desirable to adopt. By using glass as the material of the joint portion 30, an effect of sealing between the interconnector body 10 and the interconnector separator 11 and preventing leakage of fuel gas or oxidant gas can be obtained.

本実施形態のインターコネクタ1のうちの接合部30に関しては、図4(B)を用いて説明した第1及び第2の実施例には限られず、多様な構造を適用可能である。図5は、インターコネクタ1の第3の実施例における接合部30aの構造を示している。第3の実施例の接合部30aは、上部のインターコネクタ用セパレータ11と下部のインターコネクタ本体10の金属部分とを所定箇所で溶接接合することにより形成される。図5に示すように、溶接接合により形成された接合部30aは、その径が上方から下方に行くにつれて細くなるテーパ状となっている。例えば、レーザ溶接機を用いて、インターコネクタ用セパレータ11の上方から所定位置にレーザを照射することにより、インターコネクタ用セパレータ11とインターコネクタ本体10とを一体的に溶接接合することができる。   The joint 30 in the interconnector 1 of the present embodiment is not limited to the first and second examples described with reference to FIG. 4B, and various structures can be applied. FIG. 5 shows the structure of the joint 30a in the third embodiment of the interconnector 1. As shown in FIG. The joint portion 30a of the third embodiment is formed by welding and joining the upper interconnector separator 11 and the metal portion of the lower interconnector body 10 at predetermined locations. As shown in FIG. 5, the joint portion 30 a formed by welding and joining has a tapered shape whose diameter becomes narrower from the upper side to the lower side. For example, the interconnector separator 11 and the interconnector body 10 can be integrally welded by irradiating a predetermined position from above the interconnector separator 11 with a laser welder.

次に、本実施形態のインターコネクタ1のうちのインターコネクタ用セパレータ11に関しても、上述の第1〜第3の実施例には限られず、多様な構造を適用可能である。図6は、インターコネクタ1の第4の実施例におけるインターコネクタ用セパレータ11の構造を示している。第4の実施例のインターコネクタ用セパレータ11は、図6に示すように、インターコネクタ本体10の外縁の近傍で下方に突出した断面形状の凹状部11bを形成したものである。この凹状部11bは、平面視で開口部11aの全体を取り囲むように配置される。第4の実施例の構造を採用することにより、インターコネクタ用セパレータ11に応力が加わったとき、それを凹状部11bの変形により逃がすことで応力を緩和する効果がある。なお、インターコネクタ用セパレータ11に凹状部11bを形成するには、例えば、プレス加工を用いればよい。   Next, the interconnector separator 11 in the interconnector 1 of the present embodiment is not limited to the first to third examples described above, and various structures can be applied. FIG. 6 shows the structure of the interconnector separator 11 in the fourth embodiment of the interconnector 1. As shown in FIG. 6, the interconnector separator 11 of the fourth embodiment is formed with a concave portion 11 b having a cross-sectional shape protruding downward in the vicinity of the outer edge of the interconnector body 10. The concave portion 11b is disposed so as to surround the entire opening portion 11a in plan view. By adopting the structure of the fourth embodiment, when stress is applied to the interconnector separator 11, there is an effect of relieving the stress by letting it escape by deformation of the concave portion 11b. In addition, what is necessary is just to use press work, for example, in order to form the recessed part 11b in the separator 11 for interconnectors.

また図7は、第5の実施例におけるインターコネクタ用セパレータ11の構造を示している。第5の実施例は、第4の実施例の変形例であり、図7に示すように、インターコネクタ用セパレータ11に対し、図6の凹状部11bに代えて、上下に突出した波状の断面形状を有する波状部11cを形成したものである。この波状部11cも、上述の凹状部11bと同様、平面視で開口部11aの全体を取り囲むように配置される。第5の実施例の構造を採用することにより、第4の実施例と同様、波状部11cの変形により応力を緩和する効果がある。なお、インターコネクタ用セパレータ11に波状部11cを形成するには、第4の実施例と同様、例えば、プレス加工を用いればよい。   FIG. 7 shows the structure of the interconnector separator 11 in the fifth embodiment. The fifth embodiment is a modification of the fourth embodiment. As shown in FIG. 7, the interconnector separator 11 has a wavy cross section projecting upward and downward instead of the concave portion 11 b of FIG. 6. A wavy portion 11c having a shape is formed. Similarly to the concave portion 11b described above, the wavy portion 11c is also arranged so as to surround the entire opening portion 11a in plan view. By adopting the structure of the fifth embodiment, as in the fourth embodiment, there is an effect of relieving stress by deformation of the wavy portion 11c. In addition, in order to form the waved part 11c in the interconnector separator 11, for example, press work may be used as in the fourth embodiment.

なお、第4及び第5の実施例において、接合部30の材料及び構造については特に制約はなく、例えば、第1〜第3の実施例を自在に適用することができる。第4及び第5の構造を採用する場合、インターコネクタ用セパレータ11は、凹状部11b及び波状部11cの加工が可能である限り、第1〜第3の実施例と同様の厚さで形成することができる。   In the fourth and fifth embodiments, the material and structure of the joint portion 30 are not particularly limited. For example, the first to third embodiments can be freely applied. When the fourth and fifth structures are employed, the interconnector separator 11 is formed with the same thickness as in the first to third embodiments as long as the concave portion 11b and the corrugated portion 11c can be processed. be able to.

本実施形態の燃料電池スタックSに関し、インターコネクタ1(インターコネクタ本体10及びインターコネクタ用セパレータ11が互いに接合されてなるセパレータ付インターコネクタ)の製造方法の概略について補足的に説明する。まず、周知の手法で、例えば、上述の比率でアルミニウムを含有するフェライト系ステンレスからなる金属板を形成する。そして、この金属板の表面に対し、コーティング層10aの材料をめっきにより付けた後、800〜1000℃の熱処理により酸化物を形成し、コーティング層10aで覆われたインターコネクタ本体10を得る。一方、例えば、上述の比率でアルミニウムを含有するフェライト系ステンレス材からなる板材を打ち抜くことにより、開口部11a(図4)を有するインターコネクタ用セパレータ11を形成する。   With respect to the fuel cell stack S of the present embodiment, an outline of a manufacturing method of the interconnector 1 (interconnector with interconnector body 10 and interconnector separator 11 joined together) will be supplementarily described. First, a metal plate made of ferritic stainless steel containing aluminum in the above-described ratio is formed by a known technique. And after attaching the material of the coating layer 10a with respect to the surface of this metal plate by plating, an oxide is formed by the heat processing of 800-1000 degreeC, and the interconnector main body 10 covered with the coating layer 10a is obtained. On the other hand, for example, the interconnector separator 11 having the opening 11a (FIG. 4) is formed by punching a plate made of a ferritic stainless steel containing aluminum at the above-described ratio.

次いで、インターコネクタ本体10とインターコネクタ用セパレータ11とを互いに接合するための接合部30の形成を行う。例えば、第3の実施例(図5)を例にとると、インターコネクタ本体10とインターコネクタ用セパレータ11を図4(B)のように配置した状態で、周知の手法で、例えば、レーザ溶接機を用いて平面視でインターコネクタ用セパレータ11の上方から開口部11aを取り囲む所定箇所に一定間隔で順次レーザを照射する。その結果、図5に示すような断面構造を有する複数の接合部30aが形成され、インターコネクタ1が完成する。なお、他の実施例の接合部30を備えるインターコネクタ1に関しても、周知の手法で形成することができる。   Next, the joint portion 30 for joining the interconnector body 10 and the interconnector separator 11 to each other is formed. For example, taking the third embodiment (FIG. 5) as an example, in a state in which the interconnector body 10 and the interconnector separator 11 are arranged as shown in FIG. Using a machine, the laser is sequentially irradiated at predetermined intervals from a position above the interconnector separator 11 in a plan view to a predetermined portion surrounding the opening 11a. As a result, a plurality of joint portions 30a having a cross-sectional structure as shown in FIG. 5 are formed, and the interconnector 1 is completed. In addition, the interconnector 1 provided with the joining part 30 of another Example can also be formed by a well-known method.

以上説明したように、本実施形態の燃料電池スタックSにおいては、隣接する単セルC同士の間にインターコネクタ1を介在させる場合、いわゆる吊り下げ構造を採用してインターコネクタ本体10をインターコネクタ用セパレータ11に接合したので、インターコネクタ本体10の割れを抑制して信頼性を高めることができる。この場合、インターコネクタ本体10は、金属材料の表面に導電性セラミックをコーティングした構造を有するので、クロム蒸散に起因するカソードのクロム被毒を確実に抑制することができる。そして、上述の吊り下げ構造と、インターコネクタ本体10における導電性セラミックのコーティング層10aとを組み合わせたので、インターコネクタに熱応力や機械的応力が加わった際、それをインターコネクタ用セパレータ11の変形により吸収することにより、コーティング層10aに発生するクラック等を有効に防止することができる。また、接合部30の構造により、燃料ガスと酸化剤ガスとを確実に隔離しつつ、インターコネクタ本体10とインターコネクタ用セパレータ11とを一体的に接合することができる。   As described above, in the fuel cell stack S of the present embodiment, when the interconnector 1 is interposed between the adjacent single cells C, a so-called hanging structure is employed to connect the interconnector body 10 to the interconnector. Since it joined to the separator 11, the crack of the interconnector main body 10 can be suppressed and reliability can be improved. In this case, since the interconnector body 10 has a structure in which a conductive ceramic is coated on the surface of the metal material, it is possible to reliably suppress the chromium poisoning of the cathode caused by chromium evaporation. Since the above-described suspension structure and the conductive ceramic coating layer 10a in the interconnector body 10 are combined, when thermal stress or mechanical stress is applied to the interconnector, it is deformed by the separator 11 for the interconnector. By absorbing the above, cracks and the like generated in the coating layer 10a can be effectively prevented. Further, the structure of the joint portion 30 enables the interconnector body 10 and the interconnector separator 11 to be integrally joined while reliably separating the fuel gas and the oxidant gas.

なお、インターコネクタ用セパレータ11は、セル本体用セパレータ24と同一の材料及び同一の構造で形成してもよい。これにより、燃料電池スタックSの製造性の向上及び低コスト化に効果がある。   The interconnector separator 11 may be formed of the same material and the same structure as the cell body separator 24. This is effective in improving the manufacturability and cost reduction of the fuel cell stack S.

以上、本実施形態に基づき本発明の内容を具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で多様な変更を施すことができる。例えば、インターコネクタ用セパレータ11は、可撓性を有する金属板を用いる限り、金属材料や形状を自在に変更することができる。また、接合部30の形成方法についても、その機能を維持できる限り、多様な選択がある。また、それ以外のインターコネクタ1、空気極側集電体12、枠部13、セル本体14、燃料極側集電体15等の構成部材についても、本発明の目的を達成できる限り、本実施形態の内容に限定されることなく、多様な材料や構造を採用することができる。   The contents of the present invention have been specifically described above based on the present embodiment, but the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. For example, as long as the interconnector separator 11 uses a flexible metal plate, the metal material and shape can be freely changed. In addition, there are various methods for forming the bonding portion 30 as long as the function can be maintained. Further, other components such as the interconnector 1, the air electrode side current collector 12, the frame portion 13, the cell main body 14, the fuel electrode side current collector 15, etc. may be implemented as long as the object of the present invention can be achieved. Various materials and structures can be adopted without being limited to the content of the form.

1…インターコネクタ(セパレータ付インターコネクタ)
10…インターコネクタ本体
10a…コーティング層
11…インターコネクタ用セパレータ
11a…開口部
12…空気極側集電体
13…枠部
14…セル本体
15…燃料極側集電体
20…燃料極層
21…固体電解質層
22…空気極層
23…燃料極フレーム
24…セル本体用セパレータ
25…絶縁フレーム
26…空気極フレーム
30、30a、31…接合部
S…燃料電池スタック
C…単セル
B1〜B10…ボルト
N…ナット
H…貫通孔
P…エンドプレート
1 ... interconnector (interconnector with separator)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Interconnector main body 10a ... Coating layer 11 ... Interconnector separator 11a ... Opening part 12 ... Air electrode side collector 13 ... Frame part 14 ... Cell main body 15 ... Fuel electrode side collector 20 ... Fuel electrode layer 21 ... Solid electrolyte layer 22 ... Air electrode layer 23 ... Fuel electrode frame 24 ... Cell body separator 25 ... Insulating frame 26 ... Air electrode frame 30, 30a, 31 ... Junction S ... Fuel cell stack C ... Single cells B1-B10 ... Volt N ... Nut H ... Through hole P ... End plate

Claims (8)

燃料極層と、空気極層と、固体電解質層とを含む単セルを、インターコネクタを介して、複数個積層した固体酸化物形燃料電池スタックであって、
前記インターコネクタは、
表面に導電性セラミックをコーティングした金属材料からなるインターコネクタ本体と、
可撓性を有する1つの金属板からなる第1のセパレータと、
を備え、
かつ、前記インターコネクタ本体は、前記第1のセパレータと、当該第1のセパレータの略中央に形成された開口部の全周を取り囲む接合部を介して、互いに接合されており、
かつ、前記インターコネクタは、前記第1のセパレータの部分を固定することにより積層され、
かつ、前記第1のセパレータは、枠部を構成するフレームと接した状態で固定されていることを特徴とする固体酸化物形燃料電池スタック。
A solid oxide fuel cell stack in which a plurality of unit cells each including a fuel electrode layer, an air electrode layer, and a solid electrolyte layer are stacked via an interconnector,
The interconnector is
An interconnector body made of a metal material coated with conductive ceramic on the surface;
A first separator made of one flexible metal plate;
With
And the said interconnector main body is mutually joined via the 1st separator and the junction part surrounding the perimeter of the opening formed in the approximate center of the said 1st separator,
And the said interconnector is laminated | stacked by fixing the part of a said 1st separator,
And the said 1st separator is being fixed in the state which contact | connected the flame | frame which comprises a frame part, The solid oxide fuel cell stack characterized by the above-mentioned.
前記枠部は、前記燃料極層の側に配置される燃料極フレームと、前記空気極の側に配置される空気極フレームとを含み、
前記第1のセパレータは、前記燃料極フレーム及び前記空気極フレームに挟まれた状態で固定されていることを特徴とする請求項1に記載の固体酸化物形燃料電池スタック。
The frame portion includes a fuel electrode frame disposed on the fuel electrode layer side, and an air electrode frame disposed on the air electrode layer side,
2. The solid oxide fuel cell stack according to claim 1, wherein the first separator is fixed while being sandwiched between the fuel electrode frame and the air electrode frame. 3.
前記第1のセパレータは、前記インターコネクタ本体よりも薄い金属板からなることを特徴とする請求項1又は2に記載の固体酸化物形燃料電池スタック。   The solid oxide fuel cell stack according to claim 1 or 2, wherein the first separator is made of a metal plate thinner than the interconnector body. 前記第1のセパレータは、アルミニウムを1重量%以上10重量%以下含有する合金により形成されることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の固体酸化物形燃料電池スタック。   The solid oxide fuel cell stack according to any one of claims 1 to 3, wherein the first separator is formed of an alloy containing aluminum in an amount of 1 wt% to 10 wt%. 前記インターコネクタ本体の表面にコーティングされる前記導電性セラミックの厚さは、1μm以上30μm以下であることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載の固体酸化物形燃料電池スタック。   5. The solid oxide fuel cell stack according to claim 1, wherein a thickness of the conductive ceramic coated on a surface of the interconnector body is 1 μm or more and 30 μm or less. 6. . 前記第1のセパレータは、応力を緩和可能な凹状又は波状の断面形状を有することを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1項に記載の固体酸化物形燃料電池スタック。   6. The solid oxide fuel cell stack according to claim 1, wherein the first separator has a concave or wavy cross-sectional shape that can relieve stress. 6. 前記接合部は、溶接、ロウ付け、ガラス封止のいずれか1つ又はこれらの組み合わせを用いて形成されることを特徴とする請求項1ないし6のいずれか1項に記載の固体酸化物形燃料電池スタック。   The solid oxide form according to any one of claims 1 to 6, wherein the joint is formed by using any one of welding, brazing, glass sealing, or a combination thereof. Fuel cell stack. 前記固体電解質層を挟んで一方の側に前記燃料極層が配置され他方の側に前記空気極層が配置されたセル本体と、
可撓性を有する金属板からなる第2のセパレータと、
を更に備え、
前記セル本体と前記第2のセパレータとは、前記第2のセパレータの略中央に形成された開口部の全周を取り囲むセル接合部を介して互いに接合されていることを特徴とする請求項1ないし7のいずれか1項に記載の固体酸化物形燃料電池スタック。
A cell body in which the fuel electrode layer is disposed on one side and the air electrode layer is disposed on the other side across the solid electrolyte layer;
A second separator made of a flexible metal plate;
Further comprising
2. The cell main body and the second separator are joined to each other via a cell joining portion that surrounds the entire circumference of an opening formed at substantially the center of the second separator. 8. The solid oxide fuel cell stack according to any one of items 7 to 7.
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