JP6359157B2 - Laminate and electrochemical device - Google Patents

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Description

本発明は、積層体及び電気化学デバイスに関する。   The present invention relates to a laminate and an electrochemical device.

従来、電気化学デバイスの一つである燃料電池スタックでは、燃料電池を支持するためのマニホールドが用いられている。マニホールドは、一般的に、鉄とクロムを含有するステンレス鋼によって構成される。   Conventionally, in a fuel cell stack which is one of electrochemical devices, a manifold for supporting the fuel cell is used. The manifold is generally composed of stainless steel containing iron and chromium.

ここで、マニホールドから揮発するクロムによって燃料電池の電極が劣化することを抑制するために、絶縁性のセラミックスによってマニホールドの外表面をコーティング層で覆う手法が提案されている(特許文献1参照)。   Here, in order to suppress deterioration of the electrode of the fuel cell due to chromium volatilized from the manifold, a method of covering the outer surface of the manifold with a coating layer with insulating ceramics has been proposed (see Patent Document 1).

特開2015−035418号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2015-035418

しかしながら、燃料電池を長時間稼働すると、コーティング層がマニホールドから剥離する場合がある。このようなコーティング層の剥離は、燃料電池スタックのマニホールドに限られるものではなく、高温環境下で用いられる電気化学デバイスの構成部材全般で生じるものである。   However, when the fuel cell is operated for a long time, the coating layer may peel from the manifold. Such peeling of the coating layer is not limited to the manifold of the fuel cell stack, but occurs in all components of electrochemical devices used in a high temperature environment.

本発明は、上述の状況に鑑みてなされたものであり、コーティング層の剥離を抑制可能な積層体及び電気化学デバイスを提供することを目的とする。   This invention is made | formed in view of the above-mentioned situation, and it aims at providing the laminated body and electrochemical device which can suppress peeling of a coating layer.

本発明に係る積層体は、金属部材、コーティング層と、第1中間層とを備える。金属部材は、鉄とクロムを含有する。コーティング層は、前記金属部材の表面の少なくとも一部を覆い、絶縁性のセラミックス材料を主成分として含有する。第1中間層は、前記金属部材と前記コーティング層との間に配置され、絶縁性のセラミックス材料を主成分とするとともに、酸化チタンを含有する。   The laminate according to the present invention includes a metal member, a coating layer, and a first intermediate layer. The metal member contains iron and chromium. The coating layer covers at least a part of the surface of the metal member and contains an insulating ceramic material as a main component. The first intermediate layer is disposed between the metal member and the coating layer, contains an insulating ceramic material as a main component, and contains titanium oxide.

本発明によれば、コーティング層の剥離を抑制可能な積層体及び電気化学デバイスを提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the laminated body and electrochemical device which can suppress peeling of a coating layer can be provided.

燃料電池スタックの構成を示す斜視図The perspective view which shows the structure of a fuel cell stack 燃料電池の構成を示す斜視図The perspective view which shows the structure of a fuel cell 図2のP−P断面図PP sectional view of FIG. マニホールドの構成を示す斜視図Perspective view showing the structure of the manifold 図4のQ−Q断面図QQ sectional view of FIG.

(燃料電池スタック1の構成)
燃料電池スタック1の構成について図面を参照しながら説明する。図1は、燃料電池スタック1の構成を示す斜視図である。
(Configuration of fuel cell stack 1)
The configuration of the fuel cell stack 1 will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of the fuel cell stack 1.

燃料電池スタック1は、複数の燃料電池100(電気化学セルの一例)、マニホールド200及び燃料導入通路300を備える。   The fuel cell stack 1 includes a plurality of fuel cells 100 (an example of an electrochemical cell), a manifold 200, and a fuel introduction passage 300.

複数の燃料電池100は、マニホールド200に立設される。各燃料電池100は、マニホールド200から突出するように配置される。各燃料電池100の一端部は、図示しない接合材(例えば、非晶質ガラスなど)によってマニホールド200に接合される。各燃料電池100の他端部は自由端である。燃料電池100どうしは、図示しない集電部材によって互いに電気的に接続される。本実施形態では、複数の燃料電池100が2列に並べられているが、列数や各列に含まれる燃料電池100の枚数は適宜変更可能である。   The plurality of fuel cells 100 are erected on the manifold 200. Each fuel cell 100 is disposed so as to protrude from the manifold 200. One end of each fuel cell 100 is bonded to the manifold 200 by a bonding material (not shown) (for example, amorphous glass). The other end of each fuel cell 100 is a free end. The fuel cells 100 are electrically connected to each other by a current collecting member (not shown). In the present embodiment, a plurality of fuel cells 100 are arranged in two rows, but the number of rows and the number of fuel cells 100 included in each row can be changed as appropriate.

マニホールド200は、複数の燃料電池100を支持する。マニホールド200は、中空状に形成される。マニホールド200は、燃料導入通路300からマニホールド200の内部に導入される燃料ガスを各燃料電池100に供給する。燃料導入通路300は、マニホールド200に立設される。燃料導入通路300は、マニホールド200に溶接されていてもよい。   The manifold 200 supports a plurality of fuel cells 100. The manifold 200 is formed in a hollow shape. The manifold 200 supplies the fuel gas introduced into the manifold 200 from the fuel introduction passage 300 to each fuel cell 100. The fuel introduction passage 300 is erected on the manifold 200. The fuel introduction passage 300 may be welded to the manifold 200.

燃料電池スタック1を稼働する場合、高温(例えば、600〜800℃)の燃料ガス(水素など)が燃料導入通路300、マニホールド200及び各燃料電池100の内部を順次通過して各燃料電池100の他端部から放出されるとともに、酸素含有ガス(空気など)が燃料電池100どうしの隙間を通過する。   When the fuel cell stack 1 is operated, high-temperature (for example, 600 to 800 ° C.) fuel gas (hydrogen or the like) sequentially passes through the fuel introduction passage 300, the manifold 200, and the inside of each fuel cell 100, so While being released from the other end, an oxygen-containing gas (such as air) passes through the gap between the fuel cells 100.

1.燃料電池100の構成
燃料電池100の構成について図面を参照しながら説明する。図2は、燃料電池100の構成を示す斜視図である。図3は、図2のP−P断面図である。
1. Configuration of Fuel Cell 100 The configuration of the fuel cell 100 will be described with reference to the drawings. FIG. 2 is a perspective view showing the configuration of the fuel cell 100. 3 is a cross-sectional view taken along the line PP in FIG.

燃料電池100は、支持基板10、燃料極20、インターコネクタ30、固体電解質層40、反応防止膜50、空気極60及び空気極集電膜70を備える。燃料極20、固体電解質膜40、反応防止膜50及び空気極60によって発電素子部Aが構成されている。本実施形態に係る燃料電池100は、図2に示すように、4つの発電素子部Aが長手方向に所定間隔で配置された、いわゆる横縞型燃料電池である。支持基板10の両主面上には、発電素子部Aが4つずつ配置されているが、各発電素子部Aの構成は同じであるため、以下においては1つの発電素子部Aの構成について主に説明する。   The fuel cell 100 includes a support substrate 10, a fuel electrode 20, an interconnector 30, a solid electrolyte layer 40, a reaction preventing film 50, an air electrode 60, and an air electrode current collecting film 70. The fuel electrode 20, the solid electrolyte membrane 40, the reaction preventing membrane 50, and the air electrode 60 constitute the power generating element portion A. As shown in FIG. 2, the fuel cell 100 according to the present embodiment is a so-called horizontal stripe fuel cell in which four power generation element portions A are arranged at predetermined intervals in the longitudinal direction. Four power generation element portions A are arranged on both main surfaces of the support substrate 10. However, since the configuration of each power generation element portion A is the same, in the following, the configuration of one power generation element portion A will be described. Mainly explained.

支持基板10は、平板状に形成される。支持基板10は、長手方向に延びる複数の燃料ガス流路11を内部に有する。マニホールド200から供給される燃料ガスは、複数の燃料ガス流路11それぞれを通過する。   The support substrate 10 is formed in a flat plate shape. The support substrate 10 has a plurality of fuel gas passages 11 extending in the longitudinal direction. The fuel gas supplied from the manifold 200 passes through each of the plurality of fuel gas flow paths 11.

支持基板10は、電子伝導性を有さない多孔質材料によって構成される。電子伝導性を有さない多孔質材料としては、CSZ(カルシア安定化ジルコニア)、8YSZ(イットリア安定化ジルコニア)、10YSZ、Y(イットリア)、MgO(酸化マグネシウム)、又は、MgAl(マグネシアアルミナスピネル)とMgOの混合物などを用いることができる。 The support substrate 10 is made of a porous material that does not have electronic conductivity. Examples of the porous material that does not have electron conductivity include CSZ (calcia stabilized zirconia), 8YSZ (yttria stabilized zirconia), 10YSZ, Y 2 O 3 (yttria), MgO (magnesium oxide), or MgAl 2 O. 4 (magnesia alumina spinel) and a mixture of MgO can be used.

支持基板10は、燃料ガスの改質反応を促す触媒(炭化水素系のガスの改質触媒)として機能し得る遷移金属を含有していてもよい。このような遷移金属としてはNiが好適である。支持基板10は、NiをNiO(酸化ニッケル)の形態で含有していてもよい。   The support substrate 10 may contain a transition metal that can function as a catalyst for promoting a reforming reaction of a fuel gas (a hydrocarbon-based gas reforming catalyst). Ni is suitable as such a transition metal. The support substrate 10 may contain Ni in the form of NiO (nickel oxide).

燃料極20は、支持基板10の主面に形成された凹部12内に配置される。燃料極20は、燃料極集電部21と燃料極活性部22を有する。燃料極集電部21は、電子伝導性を有する物質を含む。燃料極集電部21は、例えば、NiO−YSZ、NiO−Y、NiO−CSZなどによって構成することができる。燃料極集電部21の厚みは50〜500μmとすることができる。燃料極活性部22は、燃料極集電部21の凹部21a内に配置される。燃料極活性部22は、例えば、NiO−YSZ、NiO−GDC(ガドリニウムドープセリア)などによって構成することができる。燃料極活性部22の厚みは5〜30μmとすることができる。 The fuel electrode 20 is disposed in a recess 12 formed on the main surface of the support substrate 10. The fuel electrode 20 has a fuel electrode current collector 21 and a fuel electrode active part 22. The fuel electrode current collector 21 includes a substance having electronic conductivity. The fuel electrode current collector 21 can be composed of, for example, NiO—YSZ, NiO—Y 2 O 3 , NiO—CSZ, or the like. The thickness of the fuel electrode current collector 21 can be 50 to 500 μm. The anode active part 22 is disposed in the recess 21 a of the anode current collector 21. The fuel electrode active part 22 can be composed of, for example, NiO-YSZ, NiO-GDC (gadolinium-doped ceria) or the like. The thickness of the fuel electrode active part 22 can be 5 to 30 μm.

インターコネクタ30は、燃料極集電部21の凹部21b内に配置される。インターコネクタ30は、燃料極20と面一で形成される。インターコネクタ30は、電子伝導性を有する緻密材料によって構成することができる。インターコネクタ30は、例えば、LaCrO(ランタンクロマイト)や(Sr,La)TiO(ストロンチウムチタネート)などによって構成することができる。インターコネクタ30の厚みは、10〜100μmとすることができる。 The interconnector 30 is disposed in the recess 21 b of the fuel electrode current collector 21. The interconnector 30 is formed flush with the fuel electrode 20. The interconnector 30 can be made of a dense material having electronic conductivity. The interconnector 30 can be made of, for example, LaCrO 3 (lanthanum chromite), (Sr, La) TiO 3 (strontium titanate), or the like. The thickness of the interconnector 30 can be 10 to 100 μm.

固体電解質膜40は、燃料極20とインターコネクタ30の一部を覆う。燃料極20がインターコネクタ30と固体電解質膜40に覆われることによって、燃料ガスと空気との混合が防止される。固体電解質膜40は、酸素イオン伝導性を有しかつ電子伝導性を有さない緻密材料によって構成することができる。固体電解質膜40は、例えば、YSZやLSGM(ランタンガレート)などによって構成することができる。固体電解質膜40の厚みは、3〜50μmとすることができる。   The solid electrolyte membrane 40 covers a part of the fuel electrode 20 and the interconnector 30. Since the fuel electrode 20 is covered with the interconnector 30 and the solid electrolyte membrane 40, mixing of fuel gas and air is prevented. The solid electrolyte membrane 40 can be made of a dense material that has oxygen ion conductivity and does not have electron conductivity. The solid electrolyte membrane 40 can be composed of, for example, YSZ or LSGM (lanthanum gallate). The thickness of the solid electrolyte membrane 40 can be 3-50 micrometers.

反応防止膜50は、固体電解質膜40と空気極60の間に配置される。反応防止膜50は、固体電解質膜40が含有するYSZと空気極60が含有するSrとが反応して電気抵抗層が形成されることを抑制する。反応防止膜50は、例えば、GDC(ガドリニウムドープセリア)などによって構成することができる。反応防止膜50の厚みは、3〜50μmとすることができる。   The reaction preventing film 50 is disposed between the solid electrolyte film 40 and the air electrode 60. The reaction preventing film 50 suppresses the formation of an electric resistance layer by reacting YSZ contained in the solid electrolyte film 40 and Sr contained in the air electrode 60. The reaction preventing film 50 can be made of, for example, GDC (gadolinium doped ceria). The thickness of the reaction preventing film 50 can be 3 to 50 μm.

空気極60は、反応防止膜50上に配置される。空気極60は、電子伝導性を有する多孔質材料によって構成される。空気極60は、例えば、LSCF(ランタンストロンチウムコバルトフェライト)、LSF(ランタンストロンチウムフェライト)、LNF(ランタンニッケルフェライト)、LSC(ランタンストロンチウムコバルタイト)などによって構成することができる。空気極60は、LSCFによって構成される下層とLSCによって構成される上層の二層構造であってもよい。空気極60の厚みは、10〜100μmとすることができる。   The air electrode 60 is disposed on the reaction preventing film 50. The air electrode 60 is made of a porous material having electronic conductivity. The air electrode 60 can be composed of, for example, LSCF (lanthanum strontium cobalt ferrite), LSF (lanthanum strontium ferrite), LNF (lanthanum nickel ferrite), LSC (lanthanum strontium cobaltite), or the like. The air electrode 60 may have a two-layer structure of a lower layer made of LSCF and an upper layer made of LSC. The thickness of the air electrode 60 can be 10-100 micrometers.

空気極集電膜70は、固体電解質膜40と空気極60を覆う。空気極集電膜70の端部は、隣接する他の発電素子部Aのインターコネクタ30に接続される。これにより隣接する発電素子部Aどうしが電気的に直列に接続される。   The air electrode current collector film 70 covers the solid electrolyte film 40 and the air electrode 60. The end portion of the air electrode current collecting film 70 is connected to the interconnector 30 of another adjacent power generation element portion A. Thereby, the adjacent power generation element parts A are electrically connected in series.

以上の構成を有する燃料電池100の製造方法は、特開2015−035418号公報に開示されている。本実施形態では、燃料電池100の構成及び製造方法について特開2015−035418号公報の内容を援用する。   A manufacturing method of the fuel cell 100 having the above configuration is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2015-035418. In the present embodiment, the content of Japanese Patent Application Laid-Open No. 2015-035418 is used for the configuration and manufacturing method of the fuel cell 100.

2.マニホールド200の構成
マニホールド200の構成について図面を参照しながら説明する。図4は、マニホールド200の構成を示す斜視図である。図5は、図4のQ−Q断面図である。
2. Configuration of Manifold 200 The configuration of the manifold 200 will be described with reference to the drawings. FIG. 4 is a perspective view showing the configuration of the manifold 200. FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line QQ in FIG.

マニホールド200は、平板状の中空体である。マニホールド200は、図4に示すように、第1主面210S、第2主面210T及び側面210Uを有する。第1主面210Sには、複数の挿入孔201と接続孔202が形成されている。各挿入孔201は、マニホールド200の内部空間に繋がる。各挿入孔201には、各燃料電池100の一端部が挿入される。接続孔202は、マニホールド200の内部空間に繋がる。接続孔202には、燃料導入通路300の一端部が接続される。第2主面210Tは、第1主面210Sの反対側に設けられる。側面210Uは、第1主面210Sと第2主面210Tそれぞれの外縁に連なる。   The manifold 200 is a flat hollow body. The manifold 200 has a first main surface 210S, a second main surface 210T, and a side surface 210U, as shown in FIG. A plurality of insertion holes 201 and connection holes 202 are formed in the first main surface 210S. Each insertion hole 201 is connected to the internal space of the manifold 200. One end of each fuel cell 100 is inserted into each insertion hole 201. The connection hole 202 is connected to the internal space of the manifold 200. One end of the fuel introduction passage 300 is connected to the connection hole 202. The second main surface 210T is provided on the opposite side of the first main surface 210S. The side surface 210U is continuous with the outer edges of the first main surface 210S and the second main surface 210T.

マニホールド200は、図5に示すように、マニホールド本体210(金属部材の一例)、コーティング層220、第1中間層230及び第2中間層240によって構成される。   As illustrated in FIG. 5, the manifold 200 includes a manifold body 210 (an example of a metal member), a coating layer 220, a first intermediate layer 230, and a second intermediate layer 240.

マニホールド本体210は、板状に形成される。マニホールド本体210は、鉄とクロムを含有する金属材料によって構成される。このような金属材料としては、ステンレス鋼などが好適である。マニホールド本体210の熱膨張係数は、燃料電池100の熱膨張係数と近似していることが好ましい。   The manifold body 210 is formed in a plate shape. The manifold body 210 is made of a metal material containing iron and chromium. As such a metal material, stainless steel or the like is suitable. It is preferable that the thermal expansion coefficient of the manifold main body 210 approximate the thermal expansion coefficient of the fuel cell 100.

マニホールド本体210は、鉄とクロムのほかTi(チタン)やAl(アルミニウム)を含有していてもよい。   The manifold body 210 may contain Ti (titanium) or Al (aluminum) in addition to iron and chromium.

本実施形態において、マニホールド本体210はアルミニウムを含有する第2中間層240と接触しているため、マニホールド本体210もアルミニウムを含有していることが好ましい。これにより、マニホールド本体210と第2中間層240の密着性をより向上させることができる。マニホールド本体210は、アルミニウムを酸化アルミニウム(アルミナ)として含有していてもよい。マニホールド本体210におけるアルミニウムの平均濃度は、0.01at.%以上6.5at.%以下とすることができる。   In this embodiment, since the manifold body 210 is in contact with the second intermediate layer 240 containing aluminum, it is preferable that the manifold body 210 also contains aluminum. Thereby, the adhesiveness of the manifold main body 210 and the 2nd intermediate | middle layer 240 can be improved more. The manifold body 210 may contain aluminum as aluminum oxide (alumina). The average concentration of aluminum in the manifold body 210 is 0.01 at. % Or more and 6.5 at. % Or less.

また、マニホールド200が第2中間層240を備えていない場合、マニホールド本体210はチタンを含有する第1中間層230と接触することになるため、マニホールド本体210はチタンを含有していることが好ましい。これにより、マニホールド本体210と第1中間層230の密着性をより向上させることができる。マニホールド本体210は、チタンを酸化チタン(チタニア)として含有していてもよい。マニホールド本体210におけるチタンの平均濃度は、0.01at.%以上1.0at.%以下とすることができる。   Further, when the manifold 200 does not include the second intermediate layer 240, the manifold main body 210 comes into contact with the first intermediate layer 230 containing titanium. Therefore, the manifold main body 210 preferably contains titanium. . Thereby, the adhesiveness of the manifold main body 210 and the 1st intermediate | middle layer 230 can be improved more. The manifold body 210 may contain titanium as titanium oxide (titania). The average titanium concentration in the manifold body 210 is 0.01 at. % Or more and 1.0 at. % Or less.

コーティング層220は、マニホールド本体210の外表面のうち少なくとも一部を覆う。コーティング層220は、マニホールド本体210の外表面のうち酸素含有ガスと接触する可能性のある領域全面を覆っていることが好ましい。本実施形態では、マニホールド本体210のうち第1主面210S、第2主面210T及び側面210Uが酸素含有ガスと接触するため、コーティング層220は各面の全面を覆っている。   The coating layer 220 covers at least a part of the outer surface of the manifold body 210. The coating layer 220 preferably covers the entire area of the outer surface of the manifold body 210 that may come into contact with the oxygen-containing gas. In the present embodiment, since the first main surface 210S, the second main surface 210T, and the side surface 210U of the manifold body 210 are in contact with the oxygen-containing gas, the coating layer 220 covers the entire surface.

コーティング層220は、絶縁性のセラミックス材料を主成分として含有する。このようなセラミックス材料としては、結晶化ガラス、アルミナ、シリカ及びジルコニアなどが挙げられ、特に結晶化ガラスが好適である。結晶化ガラスとしては、例えば、SiO−B系ガラス、SiO−CaO系ガラス、SiO−BaO系ガラス、MgO−B系ガラスを用いることができ、特にSiO−MgO系ガラスが好ましい。コーティング層220は、酸化チタンを含有していてもよい。 The coating layer 220 contains an insulating ceramic material as a main component. Examples of such a ceramic material include crystallized glass, alumina, silica, zirconia, and the like, and crystallized glass is particularly preferable. The crystallized glass, for example, can be used SiO 2 -B 2 O 3 based glass, SiO 2 -CaO-based glass, SiO 2 -BaO-based glass, the MgO-B 2 O 3 based glass, in particular SiO 2 - MgO-based glass is preferred. The coating layer 220 may contain titanium oxide.

本実施形態において、「所定成分Xを主成分として含有する」とは、各層又は各領域において原子数%基準で所定成分Xの含有量が最も多いことを意味する。   In the present embodiment, “contains the predetermined component X as a main component” means that the content of the predetermined component X is the highest on the basis of the atomic number% in each layer or each region.

また、本実施形態において、「結晶化ガラス」とは、全体積に対する結晶相が占める体積割合(すなわち、結晶化度)が60%以上であり、全体積に対する非晶質相及び不純物が占める体積割合が40%未満のガラス(セラミックス)を意味する。結晶化ガラスの結晶化度は、結晶化後のガラス組織や組成分布から結晶相領域の体積割合を算出することで得られる。結晶化後のガラス組織や組成分布は、例えば、XRD(X線回折装置)などを用いて結晶相を同定し、SEM(走査電子顕微鏡)及びEDS(エネルギー分散型X線分光器)、又は、SEM及びEPMA(電子プローブマイクロアナライザ)などによって観察することができる。   In the present embodiment, the “crystallized glass” means that the volume ratio of the crystal phase to the total volume (that is, the crystallinity) is 60% or more, and the volume occupied by the amorphous phase and impurities with respect to the total volume It means glass (ceramics) with a ratio of less than 40%. The degree of crystallinity of crystallized glass can be obtained by calculating the volume ratio of the crystal phase region from the glass structure and composition distribution after crystallization. The glass structure and composition distribution after crystallization are identified by using, for example, an XRD (X-ray diffractometer) to identify a crystal phase, SEM (scanning electron microscope) and EDS (energy dispersive X-ray spectrometer), or It can be observed by SEM and EPMA (Electron Probe Microanalyzer).

コーティング層220は、緻密質であることが好ましい。コーティング層220における気孔率は、10%未満であることが好ましい。コーティング層220の内部に存在する気孔の平均径は、0.1〜10μmとすることができる。コーティング層220の厚みは、5μm以上200μm以下とすることができる。   The coating layer 220 is preferably dense. The porosity in the coating layer 220 is preferably less than 10%. The average diameter of the pores present in the coating layer 220 can be 0.1 to 10 μm. The thickness of the coating layer 220 can be 5 μm or more and 200 μm or less.

本実施形態において、各層又は各領域が含有する「所定元素の平均濃度」とは、原子濃度プロファイルによるライン分析、つまりEDSによる特性X線強度の比較によって得られる平均濃度を意味する。具体的には、マニホールド本体210の第1主面210Sに垂直な断面において、第1主面210Sに垂直な厚み方向に沿って各層又は各領域をEDSでライン分析することによって得られる所定元素の濃度分布データに基づいて平均濃度を算出することができる。   In the present embodiment, the “average concentration of a predetermined element” contained in each layer or region means an average concentration obtained by line analysis based on an atomic concentration profile, that is, comparison of characteristic X-ray intensities by EDS. Specifically, in a cross section perpendicular to the first main surface 210S of the manifold main body 210, each layer or each region along the thickness direction perpendicular to the first main surface 210S is subjected to line analysis by EDS. The average density can be calculated based on the density distribution data.

第1中間層230は、マニホールド本体210とコーティング層220の間に配置される。本実施形態では、マニホールド200が第2中間層240を有しているため、第1中間層230は、第2中間層240とコーティング層220に挟まれている。第1中間層230の厚みは特に制限されないが、0.5μm以上25μm以下とすることができる。   The first intermediate layer 230 is disposed between the manifold body 210 and the coating layer 220. In the present embodiment, since the manifold 200 includes the second intermediate layer 240, the first intermediate layer 230 is sandwiched between the second intermediate layer 240 and the coating layer 220. The thickness of the first intermediate layer 230 is not particularly limited, but may be 0.5 μm or more and 25 μm or less.

第1中間層230は、絶縁性のセラミックス材料を主成分として含有する。このようなセラミックス材料としては、コーティング層220と同様の材料を用いることができる。第1中間層230のセラミックス材料は、コーティング層220のセラミックス材料と異種であってもよいが同種であることが好ましい。   The first intermediate layer 230 contains an insulating ceramic material as a main component. As such a ceramic material, the same material as the coating layer 220 can be used. The ceramic material of the first intermediate layer 230 may be different from the ceramic material of the coating layer 220, but is preferably the same type.

第1中間層230は、酸化チタンを含有する。第1中間層230におけるチタンの平均濃度は、0.5at.%以上25.0at.%以下である。第1中間層230におけるチタンの平均濃度は、コーティング層220におけるチタンの平均濃度よりも高く、後述する第2中間層240におけるチタンの平均濃度よりも高い。   The first intermediate layer 230 contains titanium oxide. The average concentration of titanium in the first intermediate layer 230 is 0.5 at. % Or more 25.0 at. % Or less. The average concentration of titanium in the first intermediate layer 230 is higher than the average concentration of titanium in the coating layer 220 and higher than the average concentration of titanium in the second intermediate layer 240 described later.

チタンの平均濃度は、EDSを用いたライン分析によって測定される。チタンの平均濃度は、厚み方向において均等に10箇所のチタン濃度を測定し、それらの測定値を算術平均することによって得られる。   The average concentration of titanium is measured by line analysis using EDS. The average titanium concentration is obtained by measuring the titanium concentration at 10 locations uniformly in the thickness direction and arithmetically averaging the measured values.

第1中間層230が含有する酸化チタンは、コーティング層220の主成分であるセラミックス材料に比べて、マニホールド本体210との密着性が高い。また、酸化チタンは、酸素に対する親和性が高く安定した酸化物であるため、セラミックス材料によって構成されるコーティング層220との密着性も高い。従って、マニホールド200が第2中間層240を備えていない場合であっても、コーティング層220とマニホールド本体210の間に第1中間層230を介挿させることによって、コーティング層220がマニホールド本体210から剥離することを抑制できる。   Titanium oxide contained in the first intermediate layer 230 has higher adhesion to the manifold body 210 than the ceramic material that is the main component of the coating layer 220. In addition, since titanium oxide is a stable oxide with a high affinity for oxygen, it has high adhesion to the coating layer 220 made of a ceramic material. Therefore, even when the manifold 200 does not include the second intermediate layer 240, the coating layer 220 is removed from the manifold body 210 by inserting the first intermediate layer 230 between the coating layer 220 and the manifold body 210. It can suppress peeling.

本実施形態において、第1中間層230とコーティング層220との間の界面P1は、チタンの平均濃度が0.5at.%となるラインによって定義される。第1中間層230と第2中間層240との間の界面P2は、アルミニウムとチタンの濃度比が1.0となるラインによって定義される。   In the present embodiment, the interface P1 between the first intermediate layer 230 and the coating layer 220 has an average titanium concentration of 0.5 at. It is defined by the line that is%. The interface P2 between the first intermediate layer 230 and the second intermediate layer 240 is defined by a line where the concentration ratio of aluminum and titanium is 1.0.

第1中間層230は、酸化アルミニウムを含有していてもよい。第1中間層230におけるアルミニウムの平均濃度は、後述する第2中間層240におけるアルミニウムの平均濃度よりも低いことが好ましい。第1中間層230におけるアルミニウムの平均濃度は、0.1at.%以上20.0at.%以下とすることができる。   The first intermediate layer 230 may contain aluminum oxide. The average concentration of aluminum in the first intermediate layer 230 is preferably lower than the average concentration of aluminum in the second intermediate layer 240 described later. The average concentration of aluminum in the first intermediate layer 230 is 0.1 at. % Or more 20.0 at. % Or less.

本実施形態において、第1中間層230は酸化アルミニウムを含有する第2中間層240と接触しているため、第1中間層230に酸化アルミニウムを含有させることによって、第1中間層230と第2中間層240の密着性をより向上させることができる。   In the present embodiment, since the first intermediate layer 230 is in contact with the second intermediate layer 240 containing aluminum oxide, the first intermediate layer 230 and the second intermediate layer 230 are added to the first intermediate layer 230 by containing aluminum oxide. The adhesion of the intermediate layer 240 can be further improved.

第2中間層240は、マニホールド本体210と第1中間層230の間に配置される。第2中間層240の厚みは特に制限されないが、0.5μm以上20μm以下とすることができる。第2中間層240は、絶縁性のセラミックス材料を主成分として含有する。このようなセラミックス材料としては、コーティング層220や第1中間層230と同様の材料を用いることができる。第2中間層240のセラミックス材料は、コーティング層220や第1中間層230のセラミックス材料と異種であってもよいが同種であることが好ましい。   The second intermediate layer 240 is disposed between the manifold body 210 and the first intermediate layer 230. The thickness of the second intermediate layer 240 is not particularly limited, but can be 0.5 μm or more and 20 μm or less. The second intermediate layer 240 contains an insulating ceramic material as a main component. As such a ceramic material, the same material as that of the coating layer 220 and the first intermediate layer 230 can be used. The ceramic material of the second intermediate layer 240 may be different from the ceramic material of the coating layer 220 and the first intermediate layer 230, but is preferably the same type.

第2中間層240は、酸化アルミニウムを含有する。第2中間層240におけるアルミニウムの平均濃度は、0.5at.%以上35.0at.%以下とすることができる。これによって、密着性を高めることができる。第2中間層240におけるアルミニウムの平均濃度は、第1中間層230におけるアルミニウムの平均濃度よりも高い。   The second intermediate layer 240 contains aluminum oxide. The average concentration of aluminum in the second intermediate layer 240 is 0.5 at. % Or more 35.0 at. % Or less. Thereby, adhesiveness can be improved. The average aluminum concentration in the second intermediate layer 240 is higher than the average aluminum concentration in the first intermediate layer 230.

アルミニウムの平均濃度は、EDSを用いたライン分析によって測定される。アルミニウムの平均濃度は、厚み方向において均等に10箇所のアルミニウム濃度を測定し、それらの測定値を算術平均することによって得られる。   The average concentration of aluminum is measured by line analysis using EDS. The average concentration of aluminum is obtained by measuring the aluminum concentration at 10 locations equally in the thickness direction and arithmetically averaging the measured values.

第2中間層240が含有する酸化アルミニウムは、コーティング層220の主成分であるセラミックス材料に比べて、マニホールド本体210との密着性が高い。また、酸化アルミニウムは、酸素に対する親和性が高く安定した酸化物であるため、セラミックス材料を主成分とする第1中間層230との密着性も高い。従って、本実施形態のように、マニホールド本体210と第1中間層230の間に第2中間層240を介挿させることによって、コーティング層220がマニホールド本体210から剥離することをより抑制できる。   The aluminum oxide contained in the second intermediate layer 240 has higher adhesion to the manifold body 210 than the ceramic material that is the main component of the coating layer 220. In addition, since aluminum oxide is a stable oxide with high affinity for oxygen, it has high adhesion to the first intermediate layer 230 containing a ceramic material as a main component. Therefore, it is possible to further suppress the coating layer 220 from being peeled off from the manifold body 210 by inserting the second intermediate layer 240 between the manifold body 210 and the first intermediate layer 230 as in the present embodiment.

本実施形態において、第2中間層240とマニホールド本体210との間の界面P3は、アルミニウムの平均濃度が0.5at.%となるラインによって定義される。   In the present embodiment, the interface P3 between the second intermediate layer 240 and the manifold body 210 has an average aluminum concentration of 0.5 at. It is defined by the line that is%.

第2中間層240は、酸化チタンを含有していてもよい。第2中間層240におけるチタンの平均濃度は、第1中間層230におけるチタンの平均濃度よりも低いことが好ましい。第2中間層240におけるチタンの平均濃度は、0.1at.%以上20.0at.%以下とすることができる。   The second intermediate layer 240 may contain titanium oxide. The average titanium concentration in the second intermediate layer 240 is preferably lower than the average titanium concentration in the first intermediate layer 230. The average concentration of titanium in the second intermediate layer 240 is 0.1 at. % Or more 20.0 at. % Or less.

本実施形態において、第2中間層240は酸化チタンを含有する第1中間層230と接触しているため、第2中間層240にも酸化チタンを含有させることによって、第1中間層230と第2中間層240の密着性をより向上させることができる。   In the present embodiment, since the second intermediate layer 240 is in contact with the first intermediate layer 230 containing titanium oxide, the first intermediate layer 230 and the second intermediate layer 240 are also added to the second intermediate layer 240 by containing titanium oxide. The adhesion of the two intermediate layers 240 can be further improved.

(燃料電池スタック1の製造方法)
燃料電池スタック1の製造方法について説明する。
(Manufacturing method of fuel cell stack 1)
A method for manufacturing the fuel cell stack 1 will be described.

まず、所定数の燃料電池100とマニホールド本体210を準備する。   First, a predetermined number of fuel cells 100 and a manifold body 210 are prepared.

次に、アルミニウムを添加した絶縁性のセラミックス材料と各種コーティング材料(例えば、非晶質ガラスなど)、エチルセルロースなどのバインダー及びイソプロピルアルコールなどの分散媒を混合することによって、第2中間層240用のペーストを作製する。   Next, an insulating ceramic material to which aluminum is added, various coating materials (for example, amorphous glass), a binder such as ethyl cellulose, and a dispersion medium such as isopropyl alcohol are mixed to form the second intermediate layer 240. Make a paste.

次に、印刷法やディッピング法などによって、第2中間層240用のペーストをマニホールド本体210の外表面を覆うように塗布する。   Next, a paste for the second intermediate layer 240 is applied so as to cover the outer surface of the manifold body 210 by a printing method, a dipping method, or the like.

次に、チタンを添加した絶縁性のセラミックス材料と各種コーティング材料(例えば、非晶質ガラスなど)、エチルセルロースなどのバインダー及びイソプロピルアルコールなどの分散媒を混合することによって、第1中間層230用のペーストを作製する。   Next, an insulating ceramic material to which titanium is added, various coating materials (for example, amorphous glass), a binder such as ethyl cellulose, and a dispersion medium such as isopropyl alcohol are mixed to form the first intermediate layer 230. Make a paste.

次に、印刷法やディッピング法などによって、第1中間層230用のペーストを第2中間層240用のペースト上に塗布する。   Next, the paste for the first intermediate layer 230 is applied on the paste for the second intermediate layer 240 by a printing method, a dipping method, or the like.

次に、絶縁性のセラミックス材料と各種コーティング材料(例えば、非晶質ガラスなど)、エチルセルロースなどのバインダー及びイソプロピルアルコールなどの分散媒を混合することによって、コーティング層220用のペーストを作製する。   Next, a paste for the coating layer 220 is prepared by mixing an insulating ceramic material and various coating materials (for example, amorphous glass), a binder such as ethyl cellulose, and a dispersion medium such as isopropyl alcohol.

次に、印刷法やディッピング法などによって、コーティング層220用のペーストを第1中間層230用のペースト上に塗布する。   Next, the paste for the coating layer 220 is applied on the paste for the first intermediate layer 230 by a printing method, a dipping method, or the like.

次に、所定の治具を用いて、複数の燃料電池100それぞれの一端部をマニホールド本体210の複数の挿入孔201それぞれに挿入する。   Next, one end of each of the plurality of fuel cells 100 is inserted into each of the plurality of insertion holes 201 of the manifold body 210 using a predetermined jig.

次に、非晶質材料(例えば、非晶質ガラスなど)のペーストを各挿入孔201と各燃料電池100との隙間に充填する。   Next, a gap between each insertion hole 201 and each fuel cell 100 is filled with a paste of an amorphous material (for example, amorphous glass).

次に、塗布又は充填された各ペーストに熱処理(800℃〜1050℃、1時間〜10時間)を施す。セラミックス材料が非晶質材料である場合には、熱処理によって非晶質材料の温度が結晶化温度まで到達して内部で結晶相が生成されて結晶化が進行すると、非晶質材料が固化及びセラミックス化して結晶化ガラスとなる。   Next, heat treatment (800 ° C. to 1050 ° C., 1 hour to 10 hours) is applied to each paste that has been applied or filled. In the case where the ceramic material is an amorphous material, when the temperature of the amorphous material reaches the crystallization temperature by heat treatment and a crystal phase is generated inside and the crystallization proceeds, the amorphous material is solidified and It becomes ceramic and becomes crystallized glass.

(他の実施形態)
本発明は以上の実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない範囲で種々の変形又は変更が可能である。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications or changes can be made without departing from the scope of the present invention.

マニホールド200は、複数の燃料電池100を挿入するための複数の挿入孔201を有することとしたが、複数の燃料電池100すべてを挿入するための1つの挿入孔201を有していてもよい。   The manifold 200 has the plurality of insertion holes 201 for inserting the plurality of fuel cells 100, but may have one insertion hole 201 for inserting all of the plurality of fuel cells 100.

マニホールド200の各挿入孔201には、1枚の燃料電池100を挿入することとしたが、2枚以上の燃料電池100を挿入してもよい。   Although one fuel cell 100 is inserted into each insertion hole 201 of the manifold 200, two or more fuel cells 100 may be inserted.

マニホールド200の挿入孔201に燃料電池100を挿入することとしたが、燃料電池100を挿入孔201の近くに配置して挿入孔201と燃料電池100の隙間を接合材で埋めてもよい。   Although the fuel cell 100 is inserted into the insertion hole 201 of the manifold 200, the fuel cell 100 may be disposed near the insertion hole 201 and the gap between the insertion hole 201 and the fuel cell 100 may be filled with a bonding material.

マニホールド200は平板状に形成されることとしたが、マニホールド200の外形は特に制限されない。   Although the manifold 200 is formed in a flat plate shape, the outer shape of the manifold 200 is not particularly limited.

マニホールド本体210とコーティング層220との間の全領域に第1中間層230が連続的に介挿されることとしたが、第1中間層230は断続的又は部分的に介挿されていてもよい。この場合であっても、マニホールド本体210からコーティング層220が剥離することを抑制できる。   Although the first intermediate layer 230 is continuously inserted in the entire region between the manifold body 210 and the coating layer 220, the first intermediate layer 230 may be intermittently or partially inserted. . Even in this case, peeling of the coating layer 220 from the manifold body 210 can be suppressed.

マニホールド本体210と第1中間層230との間には第2中間層240が介挿されることとしたが、第2中間層240は介挿されていなくてもよい。この場合であっても、上述のとおり、酸化チタンを含有する第1中間層230はコーティング層220及びマニホールド本体210それぞれと密着性が高いため、マニホールド本体210からコーティング層220が剥離することを抑制できる。   Although the second intermediate layer 240 is interposed between the manifold body 210 and the first intermediate layer 230, the second intermediate layer 240 may not be interposed. Even in this case, as described above, the first intermediate layer 230 containing titanium oxide has high adhesion to the coating layer 220 and the manifold main body 210, so that the coating layer 220 is prevented from peeling off from the manifold main body 210. it can.

コーティング層220はマニホールド本体210の外表面の少なくとも一部を覆うこととしたが、マニホールド本体210の内表面も覆っていてもよい。この場合、内表面を覆うコーティング層220とマニホールド本体210との間には第1中間層230や第2中間層240が介挿されていてもよい。   The coating layer 220 covers at least a part of the outer surface of the manifold body 210, but may also cover the inner surface of the manifold body 210. In this case, the first intermediate layer 230 and the second intermediate layer 240 may be interposed between the coating layer 220 covering the inner surface and the manifold body 210.

上記実施形態では、本発明に係る「積層体」を燃料電池スタック用のマニホールドに適用した場合について説明したが、これに限られるものではない。本発明に係る「積層体」は、鉄とクロムを含有する金属部材と、金属部材の外表面を覆うコーティング層と、酸化チタンを含有する第1中間層とを少なくとも備える。このような「積層体」は、高温環境下で使用される電気化学デバイスの構成部材(例えば、ガス配管や継ぎ手など)に適用することができる。電気化学デバイスには、燃料電池のほか、蓄電池、光触媒、及び電気化学センサーなどの電気化学セルを備えるデバイスが含まれる。   In the above embodiment, the case where the “laminate” according to the present invention is applied to a manifold for a fuel cell stack has been described, but the present invention is not limited to this. The “laminate” according to the present invention includes at least a metal member containing iron and chromium, a coating layer covering an outer surface of the metal member, and a first intermediate layer containing titanium oxide. Such a “laminated body” can be applied to components (for example, gas pipes and joints) of electrochemical devices used in a high temperature environment. Electrochemical devices include devices comprising electrochemical cells such as storage cells, photocatalysts, and electrochemical sensors in addition to fuel cells.

以下において本発明に係る積層体の実施例について説明するが、本発明は以下に説明する実施例に限定されるものではない。   Examples of the laminate according to the present invention will be described below, but the present invention is not limited to the examples described below.

(実施例1〜20の作製)
以下のようにして実施例1〜20を作製した。
(Production of Examples 1 to 20)
Examples 1 to 20 were produced as follows.

まず、鉄とクロムを含有するステンレス(SUS430またはSUS436L)製のマニホールド本体を準備した。SUS430はチタンを実質的に含有しておらず、SUS436Lはチタンを含有している。   First, a manifold body made of stainless steel (SUS430 or SUS436L) containing iron and chromium was prepared. SUS430 does not substantially contain titanium, and SUS436L contains titanium.

次に、チタンを添加した表1のセラミック材料と各種コーティング材料(SiO−CaO系ガラス及びSiO−MgO系ガラス)、エチルセルロースなどのバインダー及びイソプロピルアルコールなどの分散媒を混合することによって、第1中間層用のペーストを作製した。この際、表1に示すように、第1中間層におけるチタンの平均濃度がサンプルごとに異なるようにチタンの添加量を調整した。 Next, the ceramic material of Table 1 to which titanium was added and various coating materials (SiO 2 —CaO glass and SiO 2 —MgO glass), a binder such as ethyl cellulose, and a dispersion medium such as isopropyl alcohol were mixed. A paste for one intermediate layer was prepared. At this time, as shown in Table 1, the amount of titanium added was adjusted so that the average concentration of titanium in the first intermediate layer was different for each sample.

次に、印刷法によって、第1中間層用のペーストをマニホールド本体の外表面を覆うように塗布した。   Next, the paste for the first intermediate layer was applied by a printing method so as to cover the outer surface of the manifold body.

次に、表1のセラミック材料と各種コーティング材料(SiO−CaO系ガラス及びSiO−MgO系ガラス)、エチルセルロースなどのバインダー及びイソプロピルアルコールなどの分散媒を混合することによって、コーティング層用のペーストを作製した。 Next, a paste for a coating layer is prepared by mixing the ceramic material of Table 1 with various coating materials (SiO 2 —CaO glass and SiO 2 —MgO glass), a binder such as ethyl cellulose, and a dispersion medium such as isopropyl alcohol. Was made.

次に、印刷法によって、第1中間層用のペーストを覆うようにコーティング層用のペーストを塗布した。   Next, the coating layer paste was applied by a printing method so as to cover the first intermediate layer paste.

次に、塗布した各ペーストに熱処理(850℃、2時間)を施した。   Next, each applied paste was subjected to heat treatment (850 ° C., 2 hours).

(実施例21〜36の作製)
以下のようにして実施例21〜36を作製した。
(Production of Examples 21 to 36)
Examples 21 to 36 were produced as follows.

まず、鉄とクロムを含有するステンレス(SUS436L)製のマニホールド本体を準備した。   First, a stainless steel (SUS436L) manifold body containing iron and chromium was prepared.

次に、アルミニウムを添加した表1のセラミック材料と各種コーティング材料、エチルセルロースなどのバインダー及びイソプロピルアルコールなどの分散媒を混合することによって、第2中間層用のペーストを作製した。この際、表1に示すように、第2中間層におけるアルミニウムの平均濃度がサンプルごとに異なるようにアルミニウムの添加量を調整した。   Next, a paste for the second intermediate layer was prepared by mixing the ceramic material of Table 1 to which aluminum was added, various coating materials, a binder such as ethyl cellulose, and a dispersion medium such as isopropyl alcohol. At this time, as shown in Table 1, the amount of aluminum added was adjusted so that the average concentration of aluminum in the second intermediate layer was different for each sample.

次に、印刷法によって、第2中間層用のペーストをマニホールド本体の外表面を覆うように塗布した。   Next, the paste for the second intermediate layer was applied by a printing method so as to cover the outer surface of the manifold body.

次に、チタンを添加した表1のセラミック材料と各種コーティング材料、エチルセルロースなどのバインダー及びイソプロピルアルコールなどの分散媒を混合することによって、第1中間層用のペーストを作製した。この際、表1に示すように、第1中間層におけるチタンの平均濃度がサンプルごとに異なるようにチタンの添加量を調整した。   Next, a paste for the first intermediate layer was prepared by mixing the ceramic material of Table 1 to which titanium was added, various coating materials, a binder such as ethyl cellulose, and a dispersion medium such as isopropyl alcohol. At this time, as shown in Table 1, the amount of titanium added was adjusted so that the average concentration of titanium in the first intermediate layer was different for each sample.

次に、印刷法によって、第2中間層用のペーストを覆うように第1中間層用のペーストを塗布した。   Next, the first intermediate layer paste was applied by a printing method so as to cover the second intermediate layer paste.

次に、表1のセラミック材料と各種コーティング材料、エチルセルロースなどのバインダー及びイソプロピルアルコールなどの分散媒を混合することによって、コーティング層用のペーストを作製した。   Next, a paste for a coating layer was prepared by mixing the ceramic material of Table 1 with various coating materials, a binder such as ethyl cellulose, and a dispersion medium such as isopropyl alcohol.

次に、印刷法によって、第1中間層用のペーストを覆うようにコーティング層用のペーストを塗布した。   Next, the coating layer paste was applied by a printing method so as to cover the first intermediate layer paste.

次に、塗布した各ペーストに熱処理(850℃、2時間)を施した。   Next, each applied paste was subjected to heat treatment (850 ° C., 2 hours).

(比較例1〜4の作製)
以下のようにして比較例1〜4を作製した。
(Production of Comparative Examples 1 to 4)
Comparative Examples 1 to 4 were produced as follows.

まず、鉄とクロムを含有するステンレス(SUS436L)製のマニホールド本体を準備した。   First, a stainless steel (SUS436L) manifold body containing iron and chromium was prepared.

次に、表1のセラミック材料と各種コーティング材料、エチルセルロースなどのバインダー及びイソプロピルアルコールなどの分散媒を混合することによって、コーティング層用のペーストを作製した。   Next, a paste for a coating layer was prepared by mixing the ceramic material of Table 1 with various coating materials, a binder such as ethyl cellulose, and a dispersion medium such as isopropyl alcohol.

次に、印刷法によって、コーティング層用のペーストをマニホールド本体の外表面を覆うように塗布した。   Next, the paste for the coating layer was applied by a printing method so as to cover the outer surface of the manifold body.

次に、塗布したコーティング層用のペーストに熱処理(850℃、2時間)を施した。   Next, the applied paste for the coating layer was subjected to heat treatment (850 ° C., 2 hours).

(第1中間層及び第2中間層における元素の濃度分析)
実施例1〜36を厚み方向に平行に切断し、厚み方向に沿ってEDSでライン分析することによって、厚み方向におけるチタン及びアルミニウムそれぞれの濃度分布データを取得した。そして、濃度分布データに基づいて第1中間層におけるチタンの平均濃度と第2中間層におけるアルミニウムの平均濃度を算出した。算出結果を表1に示す。
(Concentration analysis of elements in the first intermediate layer and the second intermediate layer)
Examples 1 to 36 were cut in parallel to the thickness direction, and line analysis was performed by EDS along the thickness direction to obtain concentration distribution data of titanium and aluminum in the thickness direction. Based on the concentration distribution data, the average concentration of titanium in the first intermediate layer and the average concentration of aluminum in the second intermediate layer were calculated. The calculation results are shown in Table 1.

(熱耐久性試験)
実際の使用環境を模して、実施例1〜36及び比較例1〜4それぞれに熱耐久性試験を実施した。具体的には、コーティングを施したマニホールドを用いて、大気中において、850℃×30minと100℃×30minの温度に加熱・冷却を繰り返す熱処理を20回繰り返した。その後、上記マニホールドを850℃に加熱された炉中に1000時間保持した後、更に850℃×30minと100℃×30minの温度に加熱・冷却を繰り返す熱処理を20回繰り返した。表1では、上記熱処理後のコーティング層に剥離が見られなかったものを「◎(優)」と評価し、微小剥離(200μm以下の剥離)が見られたものを「○(良)」と評価し、200μm超の剥離が生じたものを「×(不可)」と評価した。ここで、剥離部分の大きさは、剥離によって生じた気孔の円相当径で定義した。
(Thermal durability test)
A thermal durability test was carried out on each of Examples 1 to 36 and Comparative Examples 1 to 4 simulating an actual use environment. Specifically, using the coated manifold, heat treatment in which heating and cooling were repeated at temperatures of 850 ° C. × 30 min and 100 ° C. × 30 min in the atmosphere was repeated 20 times. Thereafter, the manifold was held in a furnace heated to 850 ° C. for 1000 hours, and then heat treatment was repeated 20 times, repeating heating and cooling to temperatures of 850 ° C. × 30 min and 100 ° C. × 30 min. In Table 1, the case where no peeling was observed in the coating layer after the heat treatment was evaluated as “「 (excellent) ”, and the case where micro-peeling (peeling of 200 μm or less) was observed was designated as“ Good ” Evaluation was made and the case where peeling exceeding 200 μm occurred was evaluated as “× (impossible)”. Here, the size of the peeled portion was defined by the equivalent circle diameter of the pores generated by the peeling.

表1に示すように、酸化チタンを含有する第1中間層を設けた実施例1〜20と、酸化チタンを含有する第1中間層及び酸化アルミニウムを含有する第2中間層を設けた実施例21〜36では、比較例1〜4に比べて、コーティング層がマニホールド本体から剥離することを抑制できた。これは、第1中間層及び第2中間層がコーティング層及びマニホールド本体それぞれに対して高い密着性を有するためである。   As shown in Table 1, Examples 1 to 20 provided with a first intermediate layer containing titanium oxide, and Examples provided with a first intermediate layer containing titanium oxide and a second intermediate layer containing aluminum oxide In 21-36, it was able to suppress that a coating layer peeled from the manifold main body compared with Comparative Examples 1-4. This is because the first intermediate layer and the second intermediate layer have high adhesion to the coating layer and the manifold body, respectively.

また、チタンを含有するマニホールド本体を用いた実施例5〜36では、コーティング層の剥離をより抑制できることが確認できた。これは、第1中間層が含有するチタンをマニホールド本体にも含有させることによって、第1中間層とマニホールド本体の密着性をより向上させることができたためである。   Moreover, in Examples 5-36 using the manifold main body containing titanium, it has confirmed that peeling of a coating layer could be suppressed more. This is because the adhesiveness between the first intermediate layer and the manifold body can be further improved by incorporating titanium contained in the first intermediate layer into the manifold body.

また、第1中間層におけるチタンの平均濃度を0.5at.%以上25.0at.%以下とした実施例5〜16では、チタンの平均濃度を0.5at.%未満又は25.0at.%超とした実施例17〜20に比べて、コーティング層の剥離をより抑制できた。   The average concentration of titanium in the first intermediate layer is 0.5 at. % Or more 25.0 at. % In Examples 5 to 16, the average concentration of titanium was 0.5 at. % Or 25.0 at. Compared with Examples 17-20 which exceeded%, the peeling of the coating layer could be suppressed more.

また、第2中間層におけるアルミニウムの平均濃度を0.5at.%以上35.0at.%以下とした実施例21〜32では、チタンの平均濃度を0.5at.%未満又は35.0at.%超とした実施例33〜36に比べて、コーティング層の剥離をより抑制できた。   The average concentration of aluminum in the second intermediate layer is 0.5 at. % Or more 35.0 at. % In Examples 21 to 32 in which the average concentration of titanium was 0.5 at. % Or 35.0 at. Compared with Examples 33 to 36 with more than%, the peeling of the coating layer could be further suppressed.

1 燃料電池スタック
100 燃料電池
200 マニホールド
210 マニホールド本体
201 挿入孔
220 コーティング層
230 第1中間層
240 第2中間層
300 燃料導入通路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell stack 100 Fuel cell 200 Manifold 210 Manifold main body 201 Insertion hole 220 Coating layer 230 1st intermediate | middle layer 240 2nd intermediate | middle layer 300 Fuel introduction channel | path

Claims (6)

鉄、クロム及びチタンを含有するステンレスによって構成される金属部材と、
前記金属部材の表面の少なくとも一部を覆い、SiO、MgO,BaO、及びCaOから選択される絶縁性のセラミックス材料を主成分として含有するコーティング層と、
前記金属部材と前記コーティング層との間に配置され、TiO を含有するとともに、TiO、CaO、SiO、MgO及びBaOから選択される絶縁性のセラミックス材料を主成分とする第1中間層と、
を備え、
前記第1中間層は、前記コーティング層及び前記金属部材のそれぞれに隣接しており、
前記第1中間層におけるチタンの平均濃度は、前記コーティング層におけるチタンの平均濃度よりも高く、
前記第1中間層におけるチタンの平均濃度は、0.5at.%以上25.0at.%以下である、
積層体。
A metal member composed of stainless steel containing iron, chromium and titanium;
A coating layer covering at least a part of the surface of the metal member and containing an insulating ceramic material selected from SiO 2 , MgO, BaO, and CaO as a main component;
A first intermediate layer that is disposed between the metal member and the coating layer , contains TiO 2, and contains an insulating ceramic material selected from TiO 2 , CaO, SiO 2 , MgO, and BaO as a main component. When,
With
The first intermediate layer is adjacent to each of the coating layer and the metal member;
The average concentration of titanium in the first intermediate layer is higher than the average concentration of titanium in the coating layer,
The average concentration of titanium in the first intermediate layer is 0.5 at. % Or more 25.0 at. % Or less,
Laminated body.
鉄、クロム及びチタンを含有するステンレスによって構成される金属部材、
前記金属部材の表面の少なくとも一部を覆い、SiO、MgO,BaO、及びCaOから選択される絶縁性のセラミックス材料を主成分として含有するコーティング層と、
前記金属部材と前記コーティング層との間に配置され、TiO を含有するとともに、TiO、CaO、SiO、MgO及びBaOから選択される絶縁性のセラミックス材料を主成分とする第1中間層と、
前記第1中間層と前記金属部材との間に配置され、SiO、Al、MgO、BaO及びCaOから選択される絶縁性のセラミックス材料を主成分とする第2中間層と、
を備え、
前記第1中間層は、前記コーティング層に隣接し、
前記第2中間層は、前記第1中間層及び前記金属部材のそれぞれに隣接し、
前記第1中間層におけるチタンの平均濃度は、前記コーティング層におけるチタンの平均濃度よりも高く、
前記第2中間層におけるアルミニウムの平均濃度は、前記第1中間層におけるアルミニウムの平均濃度よりも高く、
前記第1中間層におけるチタンの平均濃度は、0.2at.%以上29.1at.%以下であり、
前記第2中間層におけるアルミニウムの平均濃度は、0.2at.%以上38.2at.%以下である、
積層体。
A metal member composed of stainless steel containing iron, chromium and titanium,
A coating layer covering at least a part of the surface of the metal member and containing an insulating ceramic material selected from SiO 2 , MgO, BaO, and CaO as a main component;
A first intermediate layer that is disposed between the metal member and the coating layer , contains TiO 2, and contains an insulating ceramic material selected from TiO 2 , CaO, SiO 2 , MgO, and BaO as a main component. When,
A second intermediate layer, which is disposed between the first intermediate layer and the metal member and mainly comprises an insulating ceramic material selected from SiO 2 , Al 2 O 3 , MgO, BaO and CaO;
With
The first intermediate layer is adjacent to the coating layer;
The second intermediate layer is adjacent to each of the first intermediate layer and the metal member;
The average concentration of titanium in the first intermediate layer is higher than the average concentration of titanium in the coating layer,
The average concentration of aluminum in the second intermediate layer is higher than the average concentration of aluminum in the first intermediate layer,
The average concentration of titanium in the first intermediate layer is 0.2 at. % Or more 29.1 at. % Or less,
The average concentration of aluminum in the second intermediate layer is 0.2 at. % Or more 38.2 at. % Or less,
Laminated body.
鉄、クロム及びチタンを含有するステンレスによって構成される金属部材、
前記金属部材の表面の少なくとも一部を覆い、SiO、MgO,BaO、及びCaOから選択される絶縁性のセラミックス材料を主成分として含有するコーティング層と、
前記金属部材と前記コーティング層との間に配置され、TiO を含有するとともに、TiO、CaO、SiO、MgO及びBaOから選択される絶縁性のセラミックス材料を主成分とする第1中間層と、
前記第1中間層と前記金属部材との間に配置され、SiO、Al、MgO、BaO及びCaOから選択される絶縁性のセラミックス材料を主成分とする第2中間層と、
を備え、
前記第1中間層は、前記コーティング層に隣接し、
前記第2中間層は、前記第1中間層及び前記金属部材のそれぞれに隣接し、
前記第1中間層におけるチタンの平均濃度は、前記コーティング層及び前記第2中間層それぞれにおけるチタンの平均濃度よりも高く、
前記第1中間層におけるチタンの平均濃度は、0.2at.%以上29.1at.%以下であり、
前記第2中間層におけるアルミニウムの平均濃度は、0.2at.%以上38.2at.%以下である、
積層体。
A metal member composed of stainless steel containing iron, chromium and titanium,
A coating layer covering at least a part of the surface of the metal member and containing an insulating ceramic material selected from SiO 2 , MgO, BaO, and CaO as a main component;
A first intermediate layer that is disposed between the metal member and the coating layer , contains TiO 2, and contains an insulating ceramic material selected from TiO 2 , CaO, SiO 2 , MgO, and BaO as a main component. When,
A second intermediate layer, which is disposed between the first intermediate layer and the metal member and mainly comprises an insulating ceramic material selected from SiO 2 , Al 2 O 3 , MgO, BaO and CaO;
With
The first intermediate layer is adjacent to the coating layer;
The second intermediate layer is adjacent to each of the first intermediate layer and the metal member;
The average concentration of titanium in the first intermediate layer is higher than the average concentration of titanium in each of the coating layer and the second intermediate layer,
The average concentration of titanium in the first intermediate layer is 0.2 at. % Or more 29.1 at. % Or less,
The average concentration of aluminum in the second intermediate layer is 0.2 at. % Or more 38.2 at. % Or less,
Laminated body.
前記第2中間層におけるアルミニウムの平均濃度は、0.5at.%以上35.0at.%以下である、
請求項2又は3に記載の積層体。
The average concentration of aluminum in the second intermediate layer is 0.5 at. % Or more 35.0 at. % Or less,
The laminate according to claim 2 or 3.
前記金属部材は、チタンを含有する、
請求項1乃至4のいずれかに記載の積層体。
The metal member contains titanium;
The laminated body in any one of Claims 1 thru | or 4.
電気化学セルと、
請求項1乃至5のいずれかに記載の積層体と、
を備える電気化学デバイス。
An electrochemical cell;
A laminate according to any one of claims 1 to 5,
An electrochemical device comprising:
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