JP6541854B2

JP6541854B2 - セルスタック

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Publication number: JP6541854B2
Application number: JP2018184686A
Authority: JP
Inventors: 中村　俊之; 俊之中村; 裕己田中; 誠大森
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2017-11-15
Filing date: 2018-09-28
Publication date: 2019-07-10
Anticipated expiration: 2038-09-28
Also published as: JP2019091684A

Description

本発明は、セルスタックに関するものである。

従来、互いに対向する２つの燃料電池セルを電気的に接続する電気接続部材を備えるセルスタックが知られている（特許文献１参照）。

特許文献１では、Ｃｒを含む合金からなる電気接続部材を燃料電池セルに導電性接合材で接合するとともに、電気接続部材のうち燃料電池セルに近接する部分を燃料電池セル側に向けて凸形状とする手法が提案されている。特許文献１の手法によれば、電気接続部材と燃料電池セルとの間の導電性接合材から気泡を排除できるとされている。

特開２０１６−１２９１５７号公報

ところで、電気接続部材から燃料電池セルへの、或いは、燃料電池セルから電気接続部材への電流の流れを効率化することによって、電気接続部材と燃料電池セルとの電気的接続性を向上させたいという要請がある。

このような要請は、燃料電池セルだけでなく、各種電気素子（例えば、酸素センサーに代表されるセンサーデバイス、固体酸化物形電解セルスタックなど）と電気接続部材との電気的接続についても同様である。

本発明は、上述した状況に鑑みてなされたものであり、電気接続部材と電気素子との電気的接続性を向上可能な電気素子構造体を提供することを目的とする。

本発明に係る電気素子構造体は、第１電気素子と電気接続部材とを備える。電気接続部材は、第１導電性接合材を介して第１電気素子の第１外表面に接合される。電気接続部材は、Ｃｒを含む合金によって構成される基材と、基材を覆う酸化クロム膜とを有する。第１外表面に垂直な断面において、電気接続部材は、第１外表面に対して角度を有する第１面と、第１外表面に対して角度を有する第２面と、第１面と第２面とによって形成される第１角部とを含む。第１角部は、第１面及び第２面それぞれよりも第１外表面に近接している。

本発明によれば、電気接続部材と電気素子との電気的接続性を向上可能な電気素子構造体を提供することができる。

セルスタック装置の斜視図。セルスタック装置の断面図。燃料マニホールドの斜視図。燃料電池セルの斜視図。燃料電池セルの断面図。燃料電池セルの基端側の断面図。電気接続部材の斜視図。電気接続部材と第１燃料電池セルとの接合状態を示す断面図。電気接続部材と第２燃料電池セルとの接合状態を示す断面図。電気接続部材の角部の構成を示す断面図。電気接続部材の角部の構成を示す断面図。電気接続部材の角部の構成を示す断面図。

以下、本発明に係る電気接続部材を用いたセルスタックの実施形態について図面を参照しつつ説明する。

図１及び図２に示すように、セルスタック装置１００は、燃料マニホールド２００と、複数の燃料電池セル３００とを備える。

［燃料マニホールド］
図３に示すように、燃料マニホールド２００は、燃料ガス（例えば、水素など）を各燃料電池セル３００に分配するように構成されている。燃料マニホールド２００は、中空状であり、内部空間を有している。燃料マニホールド２００の内部空間には、導入管２０１を介して燃料ガスが供給される。燃料マニホールド２００は、互いに間隔をあけて並ぶ複数の挿入孔２０２を有している。各挿入孔２０２は、燃料マニホールド２００の天板２０３に形成される。各挿入孔２０２は、燃料マニホールド２００の内部空間と外部に連通する。

［燃料電池セル］
図２に示すように、各燃料電池セル３００は、燃料マニホールド２００から延びている。詳細には、各燃料電池セル３００は、燃料マニホールド２００の天板２０３から上方（ｘ軸方向）に延びている。すなわち、各燃料電池セル３００の長手方向（ｘ軸方向）は、上方に延びている。各燃料電池セル３００の長手方向（ｘ軸方向）の長さは、１００〜３００ｍｍ程度とすることができる。

各燃料電池セル３００の基端部は、燃料マニホールド２００の挿入孔２０２に挿入されている。各燃料電池セル３００は、接合材１０１によって挿入孔２０２に固定されている。燃料電池セル３００は、挿入孔２０２に挿入された状態で、接合材１０１によって燃料マニホールド２００に固定されている。接合材１０１は、燃料電池セル３００と挿入孔２０２の隙間に充填される。接合材１０１としては、例えば、結晶化ガラス、非晶質ガラス、ろう材、及びセラミックスなどが挙げられる。結晶化ガラスとは、全体積に対する「結晶相が占める体積」の割合（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」の割合が４０％未満のガラスである。このような結晶化ガラスとしては、例えば、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３系、ＳｉＯ_２−ＣａＯ系、又はＳｉＯ_２−ＭｇＯ系が挙げられる。

各燃料電池セル３００は、長手方向（ｘ軸方向）及び幅方向（ｙ軸方向）に広がる板状に形成されている。各燃料電池セル３００は、配列方向（ｚ軸方向）に間隔をあけて配列されている。隣り合う２つの燃料電池セル３００の間隔は、１〜５ｍｍ程度とすることができる。隣り合う２つの燃料電池セル３００は、電気接続部材３０１によって電気的に接続されている。複数の燃料電池セル３００が電気接続部材３０１で接続されることによって、「電気素子構造体」の一例である“セルスタック”が形成されている。電気接続部材３０１の構成については後述する。

燃料電池セル３００は、複数の発電素子部１０と、支持基板２０とを備える。

［支持基板］
図４に示すように、支持基板２０は、支持基板２０の長手方向（ｘ軸方向）に沿って延びる複数のガス流路２１を内部に有している。各ガス流路２１は、支持基板２０の基端側から先端側に向かって延びている。各ガス流路２１は、互いに実質的に平行に延びている。なお、基端側とは、ガス流路のガス供給側を意味する。具体的には、基端側とは、燃料マニホールド２００に燃料電池セル３００を取り付けた場合に、燃料電池セル３００のうち燃料マニホールド２００に近い側を意味する。また、先端側とは、ガス流路のガス供給側とは反対側を意味する。具体的には、先端側とは、燃料電池セル３００を燃料マニホールド２００に取り付けた場合に、燃料電池セル３００のうち燃料マニホールド２００から遠い側を意味する。例えば、図２に示す例では、下側が基端側であり、上側が先端側となる。

図５に示すように、支持基板２０は、複数の第１凹部２２を有する。本実施形態において、各第１凹部２２は、支持基板２０の両主面に形成されているが、一方の主面にだけ形成されていてもよい。各第１凹部２２は支持基板２０の長手方向において互いに間隔をあけて配置されている。

支持基板２０は、電子伝導性を有さない多孔質の材料によって構成される。支持基板２０は、例えば、ＣＳＺ（カルシア安定化ジルコニア）から構成され得る。或いは、支持基板２０は、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）とから構成されてもよいし、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹ_２Ｏ_３（イットリア）とから構成されてもよいし、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）とＭｇＡｌ_２Ｏ_４（マグネシアアルミナスピネル）とから構成されてもよい。支持基板２０の気孔率は、例えば、２０〜６０％程度である。

［発電素子部］
各発電素子部１０は、支持基板２０に支持されている。本実施形態において、各発電素子部１０は、支持基板２０の両主面に形成されているが、一方の主面にだけ形成されていてもよい。各発電素子部１０は、支持基板２０の長手方向において、互いに間隔をあけて配置されている。すなわち、本実施形態に係る燃料電池セル３００は、いわゆる横縞型の燃料電池である。長手方向に隣り合う発電素子部１０は、インターコネクタ３１によって互いに電気的に接続されている。

発電素子部１０は、燃料極４、電解質５、及び空気極６を有している。また、発電素子部１０は、反応防止膜７をさらに有している。

［燃料極］
燃料極４は、電子伝導性を有する多孔質の材料から構成される焼成体である。燃料極４は、燃料極集電部４１と燃料極活性部４２とを有する。

燃料極集電部４１は、第１凹部２２内に配置されている。詳細には、燃料極集電部４１は、第１凹部２２内に充填されており、第１凹部２２と同様の外形を有する。燃料極集電部４１は、第２凹部４１１及び第３凹部４１２を有している。第２凹部４１１内には、燃料極活性部４２が配置されている。また、第３凹部４１２には、インターコネクタ３１が配置されている。

燃料極集電部４１は、電子伝導性を有する。燃料極集電部４１は、燃料極活性部４２よりも高い電子伝導性を有していることが好ましい。燃料極集電部４１は、酸素イオン伝導性を有していてもよいし、有していなくてもよい。

燃料極集電部４１は、例えば、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）とから構成され得る。或いは、燃料極集電部４１は、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹ_２Ｏ_３（イットリア）とから構成されてもよいし、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＣＳＺ（カルシア安定化ジルコニア）とから構成されてもよい。燃料極集電部４１の厚さ、及び第１凹部２２の深さは、５０〜５００μｍ程度である。

燃料極活性部４２は、酸素イオン伝導性を有するとともに、電子伝導性を有する。燃料極活性部４２は、燃料極集電部４１よりも酸素イオン伝導性を有する物質の含有率が大きい。詳細には、燃料極活性部４２における、気孔部分を除いた全体積に対する酸素イオン伝導性を有する物質の体積割合は、燃料極集電部４１における、気孔部分を除いた全体積に対する酸素イオン伝導性を有する物質の体積割合よりも大きい。

燃料極活性部４２は、例えば、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）とから構成され得る。或いは、燃料極活性部４２は、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＧＤＣ（ガドリニウムドープセリア）とから構成されてもよい。燃料極活性部４２の厚さは、５〜３０μｍである。

［電解質］
電解質５は、燃料極４上を覆うように配置されている。詳細には、電解質５は、あるインターコネクタ３１から隣のインターコネクタ３１まで長手方向に延びている。すなわち、支持基板２０の長手方向（ｘ軸方向）において、電解質５とインターコネクタ３１とが交互に連続して配置されている。電解質５は、支持基板２０の第１主面２３ａ及び第２主面２３ｂを覆うように構成されている。

電解質５は、イオン伝導性を有し且つ電子伝導性を有さない緻密な材料から構成される焼成体である。電解質５は、例えば、ＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）から構成され得る。或いは、電解質５は、ＬＳＧＭ（ランタンガレート）から構成されてもよい。電解質５の厚さは、例えば、３〜５０μｍ程度である。

［反応防止膜］
反応防止膜７は、緻密な材料から構成される焼成体である。反応防止膜７は、電解質５と空気極活性部６１との間に配置されている。反応防止膜７は、電解質５内のＹＳＺと空気極６内のＳｒとが反応して電解質５と空気極６との界面に電気抵抗が大きい反応層が形成される現象の発生を抑制するために設けられている。

反応防止膜７は、希土類元素を含むセリアを含んだ材料から構成されている。反応防止膜７は、例えば、ＧＤＣ＝（Ｃｅ，Ｇｄ）Ｏ_２（ガドリニウムドープセリア）から構成され得る。反応防止膜７の厚さは、例えば、３〜５０μｍ程度である。

［空気極］
空気極６は、電子伝導性を有する多孔質の材料から構成される焼成体である。空気極６は、電解質５を基準にして、燃料極４と反対側に配置されている。空気極６は、空気極活性部６１と空気極集電部６２とを有している。

空気極活性部６１は、反応防止膜７上に配置されている。空気極活性部６１は、酸素イオン伝導性を有するとともに、電子伝導性を有する。空気極活性部６１は、空気極集電部６２よりも酸素イオン伝導性を有する物質の含有率が大きい。詳細には、空気極活性部６１おける、気孔部分を除いた全体積に対する酸素イオン伝導性を有する物質の体積割合は、空気極集電部６２における、気孔部分を除いた全体積に対する酸素イオン伝導性を有する物質の体積割合よりも大きい。

空気極活性部６１は、例えば、ＬＳＣＦ＝（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ_３（ランタンストロンチウムコバルトフェライト）から構成され得る。或いは、空気極活性部６１は、ＬＳＦ＝（Ｌａ，Ｓｒ）ＦｅＯ_３（ランタンストロンチウムフェライト）、ＬＮＦ＝Ｌａ（Ｎｉ，Ｆｅ）Ｏ_３（ランタンニッケルフェライト）、又は、ＬＳＣ＝（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ_３（ランタンストロンチウムコバルタイト）等から構成されてもよい。空気極活性部６１は、異なる材料によって構成される内側層と外側層との２層構造であってもよい。空気極活性部６１の厚さは、例えば、１０〜１００μｍである。

空気極集電部６２は、空気極活性部６１上に配置されている。また、空気極集電部６２は、空気極活性部６１から、隣の発電素子部に向かって延びている。燃料極集電部４１と空気極集電部６２とは、発電領域から互いに反対側に延びている。発電領域とは、燃料極活性部４２と電解質５と空気極活性部６１とが重複する領域である。

空気極集電部６２は、電子伝導性を有する多孔質の材料から構成される焼成体である。空気極集電部６２は、空気極活性部６１よりも高い電子伝導性を有していることが好ましい。空気極集電部６２は、酸素イオン伝導性を有していてもよいし、有していなくてもよい。

空気極集電部６２は、例えば、ＬＳＣＦ＝（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ_３（ランタンストロンチウムコバルトフェライト）から構成され得る。或いは、空気極集電部６２は、ＬＳＣ＝（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ_３（ランタンストロンチウムコバルタイト）から構成されてもよい。或いは、空気極集電部６２は、Ａｇ（銀）、Ａｇ−Ｐｄ（銀パラジウム合金）から構成されてもよい。空気極集電部６２の厚さは、例えば、５０〜５００μｍ程度である。

［インターコネクタ］
インターコネクタ３１は、支持基板２０の長手方向（ｘ軸方向）に隣り合う発電素子部１０を電気的に接続するように構成されている。詳細には、一方の発電素子部１０の空気極集電部６２は、他方の発電素子部１０に向かって延びている。また、他方の発電素子部１０の燃料極集電部４１は、一方の発電素子部１０に向かって延びている。そして、インターコネクタ３１は、一方の発電素子部１０の空気極集電部６２と、他方の発電素子部１０の燃料極集電部４１とを電気的に接続している。インターコネクタ３１は、燃料極集電部４１の第３凹部４１２内に配置されている。詳細には、インターコネクタ３１は、第３凹部４１２内に埋設されている。

インターコネクタ３１は、電子伝導性を有する緻密な材料から構成される焼成体である。インターコネクタ３１は、例えば、ＬａＣｒＯ_３（ランタンクロマイト）から構成され得る。或いは、インターコネクタ３１は、（Ｓｒ，Ｌａ）ＴｉＯ_３（ストロンチウムチタネート）から構成されてもよい。インターコネクタ３１の厚さは、例えば、１０〜１００μｍである。

［電気接続部材］
図６に示すように、隣接する２つの燃料電池セル３００（第１燃料電池セル３００ａ及び第２燃料電池セル３００ｂ）は、電気接続部材３０１によって電気的に接続される。本実施形態において、第１燃料電池セル３００ａは、「第１電気素子」の一例であり、第２燃料電池セル３００ｂは、「第２電気素子」の一例である。電気接続部材３０１は、いわゆる集電部材である。

電気接続部材３０１は、第１燃料電池セル３００ａと第２燃料電池セル３００ｂの間に配置される。電気接続部材３０１は、支持基板２０の両主面に配置された複数の発電素子部１０のうち、最も基端側に配置された基端側発電素子部１０ａよりも基端側に配置されている。

電気接続部材３０１は、導電性接合材１０２を介して、第１燃料電池セル３００ａ及び第２燃料電池セル３００ｂそれぞれの基端側に接合される。詳細には、電気接続部材３０１は、第１導電性接合材１０２ａを介して、第１燃料電池セル３００ａの基端側発電素子部１０ａから延びる空気極集電部６２に接合される。また、電気接続部材３０１は、第２導電性接合材１０２ｂを介して、第２燃料電池セル３００ｂの基端側発電素子部１０ａから延びる空気極集電部６２に接合される。

導電性接合材１０２としては、導電性セラミックス等を用いることができる。導電性セラミックスとしては、上述した空気極６に用いることのできる材料のほか、（Ｍｎ，Ｃｏ）_３Ｏ_４、（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ_３などが挙げられる。導電性接合材１０２は、単一の材料によって構成されていてもよいし、２種以上の材料によって構成されていてもよい。

図６に示すように、電気接続部材３０１は、側面視（すなわち、幅方向（ｙ軸方向）から見た場合）において、Ｖ字状に形成されている。電気接続部材３０１は、第１先端部３０１ａに向かうほど第１燃料電池セル３００ａに近づき、第２先端部３０１ｂに向かうほど第２燃料電池セル３００ｂに近づく。電気接続部材３０１は、第１先端部３０１ａに向かうほど第１導電性接合材１０２ａに深く埋設され、第２先端部３０１ｂに向かうほど第２導電性接合材１０２ｂに深く埋設されている。

ここで、図７は、電気接続部材３０１の斜視図である。図７では、電気接続部材３０１が第１燃料電池セル３００ａに接合された状態が示されている。図７では、第２燃料電池セル３００ｂが省略されているが、実際には第１燃料電池セル３００ａと対向するように第２燃料電池セル３００ｂが配置されている。

電気接続部材３０１は、矩形状の金属板（例えば、ステンレス板）を折り曲げ加工することによって形成される。電気接続部材３０１は、幅方向（ｙ軸方向）に沿って配置される。電気接続部材３０１は、第１燃料電池セル３００ａと第２燃料電池セル３００ｂとの隙間内に配置されており、当該隙間の外側には突出していない。

電気接続部材３０１は、第１接合部ａ１、第２接合部ａ２、第１連結部ｂ１、第２連結部ｂ２、及び第３連結部ｂ３を有する。

第１接合部ａ１は、第１燃料電池セル３００ａに接合される。詳細には、第１接合部ａ１は、第１導電性接合材１０２ａによって、第１燃料電池セル３００ａに接合される。第１接合部ａ１は、配列方向（ｚ軸方向）において、第２接合部ａ２と対向する。

第１接合部ａ１は、平板状に形成される。本実施形態において、第１接合部ａ１は、幅方向に延びるように配置されている。第１接合部ａ１は、第１燃料電池セル３００ａの表面に対して傾斜している。第１接合部ａ１の第１燃料電池セル３００ａの表面に対する角度は適宜設定することができる。第１接合部ａ１は、矩形状に形成されているが、長円形、楕円形、三角形、五角以上の多角形、又は、これら以外の複雑な形状に形成されていてもよい。

第１接合部ａ１には、複数の第１貫通孔ｃ１が形成されている。各第１貫通孔ｃ１には、第１導電性接合材１０２ａが充填されている。これによって、第１燃料電池セル３００ａに対する第１接合部ａ１の接合力を向上させることができる。第１導電性接合材１０２ａは、各第１貫通孔ｃ１の外側にはみ出していてもよく、さらに第１接合部ａ１の外表面上に広がっていてもよい。本実施形態において、各第１貫通孔ｃ１は、幅方向に沿って延びる矩形状に形成されているが、円形、楕円形、三角形、正方形、五角以上の多角形、又は、これら以外の複雑な形状に形成されていてもよい。また、本実施形態では、３個の第１貫通孔ｃ１が設けられているが、第１貫通孔ｃ１の個数は適宜変更可能である。

第２接合部ａ２は、第２燃料電池セル３００ｂに接合される。詳細には、第２接合部ａ２は、第２導電性接合材１０２ｂ（図６参照）によって、第２燃料電池セル３００ｂに接合される。第２接合部ａ２は、配列方向において第１接合部ａ１と対向する。

第２接合部ａ２は、平板状に形成される。本実施形態において、第２接合部ａ２は、幅方向に延びるように配置されている。第２接合部ａ２は、第２燃料電池セル３００ｂの表面に対して傾斜している。第２接合部ａ２の第２燃料電池セル３００ｂの表面に対する角度は適宜設定することができる。第２接合部ａ２は、矩形状に形成されているが、長円形、楕円形、三角形、五角以上の多角形、又は、これら以外の複雑な形状に形成されていてもよい。本実施形態において、幅方向における第２接合部ａ２の長さは、幅方向における第１接合部ａ１の長さと同等である。長手方向における第２接合部ａ２の幅は、長手方向おける第１接合部ａ１の幅と同等である。ただし、第２接合部ａ２の形状は、第１接合部ａ１の形状と異なっていてもよい。

第２接合部ａ２には、複数の第２貫通孔ｃ２が形成されている。図７では図示されていないが、各第２貫通孔ｃ２には、第２導電性接合材１０２ｂ（図６参照）が充填される。これによって、第２燃料電池セル３００ｂに対する第２接合部ａ２の接合力を向上させることができる。第２導電性接合材１０２ｂは、各第２貫通孔ｃ２の外側にはみ出していてもよく、さらに第２接合部ａ２の外表面上に広がっていてもよい。本実施形態において、各第２貫通孔ｃ２は、幅方向に沿って延びる矩形状に形成されているが、円形、楕円形、三角形、正方形、五角以上の多角形、又は、これら以外の複雑な形状に形成されていてもよい。また、３個の第２貫通孔ｃ２が設けられているが、第２貫通孔ｃ２の個数は適宜変更可能である。第２貫通孔ｃ２の形状は、第１貫通孔ｃ１と同じであってもよいし、異なっていてもよい。

第１連結部ｂ１は、幅方向における第１接合部ａ１の一端部Ｐ１と、幅方向における第２接合部ａ２の一端部Ｑ１とに連結される。第１接合部ａ１の一端部Ｐ１と第２接合部ａ２の一端部Ｑ１は、配列方向において互いに対向している。

第１連結部ｂ１は、湾曲板状に形成される。すなわち、第１連結部ｂ１は、全体的に滑らかに湾曲するように形成されている。これによって、電気接続部材３０１の可撓性を向上させることができるため、電気接続部材３０１からの押圧力によって、第１燃料電池セル３００ａと第２燃料電池セル３００ｂにクラックが発生することを抑制できる。第１連結部ｂ１の一端部Ｒ１は、第１接合部ａ１の一端部Ｐ１と滑らかに連なる。第１連結部ｂ１の他端部Ｒ２は、第２接合部ａ２の一端部Ｑ１と滑らかに連なる。

第１連結部ｂ１は、長手方向において、第１接合部ａ１と第２接合部ａ２との隙間の外側に配置される。本実施形態において、第１連結部ｂ１は、第１接合部ａ１と第２接合部ａ２の基端側に配置され、かつ、基端側に向かって凸状に形成されている。このように、第１連結部ｂ１は、幅方向において、第１接合部ａ１と第２接合部ａ２の外側に突出していないため、第１連結部ｂ１が周辺部材と干渉することを抑制できる。なお、第１連結部ｂ１は、第１接合部ａ１と第２接合部ａ２の先端側に配置され、かつ、先端側に向かって凸状に形成されていてもよい。

第２連結部ｂ２は、幅方向において、第１連結部ｂ１の反対側に配置される。第２連結部ｂ２を設けることによって、各連結部を流れる電流の密度を低減できるため、第１燃料電池セル３００ａと第２燃料電池セル３００ｂの間における電力損失を低減する事ができる。

第２連結部ｂ２は、幅方向における第１接合部ａ１の他端部Ｐ２と、幅方向における第２接合部ａ２の他端部Ｑ２とに連結される。第１接合部ａ１の他端部Ｐ２と第２接合部ａ２の他端部Ｑ２は、配列方向において互いに対向している。

第２連結部ｂ２は、湾曲板状に形成される。すなわち、第２連結部ｂ２は、全体的に滑らかに湾曲するように形成されている。これによって、電気接続部材３０１の可撓性を向上させることができるため、電気接続部材３０１からの押圧力によって、第１燃料電池セル３００ａと第２燃料電池セル３００ｂにクラックが発生することを抑制できる。第２連結部ｂ２の一端部Ｓ１は、第１接合部ａ１の他端部Ｐ２と滑らかに連なる。第２連結部ｂ２の他端部Ｓ２は、第２接合部ａ２の他端部Ｑ２と滑らかに連なる。

第２連結部ｂ２は、長手方向において、第１接合部ａ１と第２接合部ａ２との隙間の外側に配置される。本実施形態において、第２連結部ｂ２は、第１接合部ａ１と第２接合部ａ２の基端側に配置され、かつ、基端側に向かって凸状に形成されている。このように、第２連結部ｂ２は、幅方向において、第１接合部ａ１と第２接合部ａ２の外側に突出していないため、第２連結部ｂ２が周辺部材と干渉することを抑制できる。なお、第２連結部ｂ２は、第１接合部ａ１と第２接合部ａ２の先端側に配置され、かつ、先端側に向かって凸状に形成されていてもよい。

第３連結部ｂ３は、幅方向において、第１連結部ｂ１と第２連結部ｂ２との間に配置される。第１及び第２連結部ｂ１，ｂ２に加えて第３連結部ｂ３を設けることによって、各連結部を流れる電流の密度を低減できるため、第１燃料電池セル３００ａと第２燃料電池セル３００ｂの間における電力損失を低減する事ができる。

第３連結部ｂ３は、幅方向における第１接合部ａ１の中央部と、幅方向における第２接合部ａ２の中央部とに連結される。

第３連結部ｂ３は、湾曲板状に形成される。すなわち、第３連結部ｂ３は、全体的に滑らかに湾曲するように形成されている。これによって、電気接続部材３０１の可撓性を向上させることができるため、電気接続部材３０１からの押圧力によって、第１燃料電池セル３００ａと第２燃料電池セル３００ｂにクラックが発生することを抑制できる。第３連結部ｂ３の一端部Ｔ１は、第１接合部ａ１の中央部と滑らかに連なる。第３連結部ｂ３の他端部Ｔ２は、第２接合部ａ２の中央部と滑らかに連なる。

第３連結部ｂ３は、長手方向において、第１接合部ａ１と第２接合部ａ２との隙間の外側に配置される。本実施形態において、第３連結部ｂ３は、第１接合部ａ１と第２接合部ａ２の基端側に配置され、かつ、基端側に向かって凸状に形成されている。このように、第３連結部ｂ３は、幅方向において、第１接合部ａ１と第２接合部ａ２の外側に突出していないため、第３連結部ｂ３が周辺部材と干渉することを抑制できる。なお、第３連結部ｂ３は、第１接合部ａ１と第２接合部ａ２の先端側に配置され、かつ、先端側に向かって凸状に形成されていてもよい。

［電気接続部材３０１と第１燃料電池セル３００ａとの接合状態］
図８は、電気接続部材３０１と第１燃料電池セル３００ａとの接合状態を示す断面図である。図８には、第１燃料電池セル３００ａの第１外表面Ｗ１に垂直な断面が図示されている。

電気接続部材３０１は、第１導電性接合剤１０２ａを介して、第１燃料電池セル３００ａの第１外表面Ｗ１に接合される。電気接続部材３０１は、基材３０１Ｘと酸化クロム膜３０１Ｙとを有する。

基材３０１Ｘは、板状に形成される。基材３０１Ｘの厚みは特に制限されないが、例えば０．１〜４．０ｍｍとすることができる。

基材３０１Ｘは、Ｃｒ（クロム）を含有する合金によって構成される。このような合金としては、Ｆｅ−Ｃｒ系合金鋼（ステンレス鋼など）やＮｉ−Ｃｒ系合金鋼などを用いることができる。基材３０１ＸにおけるＣｒの含有割合は特に制限されないが、例えば４〜３０質量％とすることができる。

基材３０１Ｘは、Ｔｉ（チタン）やＡｌ（アルミニウム）を含有していてもよい。基材３０１ＸにおけるＴｉの含有割合は特に制限されないが、例えば０．０１〜１．０ａｔ．％とすることができる。基材３０１ＸにおけるＡｌの含有割合は特に制限されないが、例えば０．０１〜０．４ａｔ．％とすることができる。基材３０１Ｘは、ＴｉをＴｉＯ_２（チタニア）として含有していてもよいし、ＡｌをＡｌ_２Ｏ_３（アルミナ）として含有していてもよい。

酸化クロム膜３０１Ｙは、基材３０１Ｘ上に形成される。酸化クロム膜３０１Ｙは、基材３０１Ｘを覆う。酸化クロム膜３０１Ｙは、基材３０１Ｘの表面全体を覆っていることが好ましいが、基材３０１Ｘの表面を部分的に覆っていなくてもよい。酸化クロム膜３０１Ｙの厚みは特に制限されないが、例えば１μｍ〜２０μｍとすることができる。

酸化クロム膜３０１Ｙは、酸化クロム（Ｃｒ_２Ｏ_３）を主成分として含む。具体的には、酸化クロム膜３０１Ｙは、酸化クロムを５０ｗｔ％以上含む。酸化クロム膜３０１Ｙは、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｓｉなどを不純物として含有していてもよい。酸化クロム膜３０１Ｙは、ＲＦ（radio-frequency）マグネトロンスパッタ装置を用いてＣｒターゲットをＡｒスパッタリングし、反応ガス（例えば、酸素）との反応により酸化物を成膜することによって形成することができる。

図８に示すように、電気接続部材３０１は、第１燃料電池セル３００ａの第１外表面Ｗ１に垂直な断面において、第１面Ｙ１、第２面Ｙ２及び第１角部Ｙ３を含む。

第１面Ｙ１は、電気接続部材３０１のうち第１接合部ａ１の主面である。第１面Ｙ１は、第１燃料電池セル３００ａの第１外表面Ｗ１と対向する。第１面Ｙ１は、第１燃料電池セル３００ａの第１外表面Ｗ１に対して角度を有する。すなわち、第１面Ｙ１は、第１外表面Ｗ１と平行ではなく、第１外表面Ｗ１に対して傾斜している。第１面Ｙ１は、第１角部Ｙ３側に向かうほど第１外表面Ｗ１に近づく。第１外表面Ｗ１に対する第１面Ｙ１の角度θ１は特に制限されないが、例えば０．５度〜４５度とすることができる。なお、図８に示す例では、第１面Ｙ１が平坦に形成されているが、実際には微小な凹凸が形成されていてもよい。

第１面Ｙ１において、酸化クロム膜３０１Ｙは、基材３０１Ｘを覆っていることが好ましい。第１面Ｙ１に形成された酸化クロム膜３０１Ｙの厚みは、第１角部Ｙ３に近づくほど厚く形成されていてもよい。

第２面Ｙ２は、電気接続部材３０１のうち第１接合部ａ１の側面である。第２面Ｙ２は、第１面Ｙ１に連なる。第２面Ｙ２は、第１燃料電池セル３００ａの第１外表面Ｗ１に対して角度を有する。すなわち、第２面Ｙ２は、第１外表面Ｗ１と平行ではなく、第１外表面Ｗ１に対して傾斜している。第２面Ｙ２は、第１角部Ｙ３側に向かうほど第１外表面Ｗ１に近づく。第１外表面Ｗ１に対する第２面Ｙ２の角度θ２は特に制限されないが、例えば４５度〜１３５度とすることができる。

また、第２面Ｙ２は、第１面Ｙ１に対して角度を有する。すなわち、第２面Ｙ２は、第１面Ｙ１と平行ではなく、第１面Ｙ１に対して傾斜している。第１面Ｙ１に対する第２面Ｙ２の角度θ３は特に制限されないが、例えば３０度〜１３５度とすることができる。なお、図８に示す例では、第２面Ｙ２が平坦に形成されているが、実際には微小な凹凸が形成されていてもよい。

第２面Ｙ２において、酸化クロム膜３０１Ｙは、基材３０１Ｘを覆っていることが好ましい。第２面Ｙ２に形成された酸化クロム膜３０１Ｙの厚みは、第１角部Ｙ３に近づくほど厚く形成されていてもよい。

第１角部Ｙ３は、第１面Ｙ１と第２面Ｙ２とによって形成される。本明細書において、「第１面Ｙ１と第２面Ｙ２とによって形成される」とは、“第１面Ｙ１と第２面Ｙ２とによって規定される”、“第１面Ｙ１と第２面Ｙ２とによって区画される”、及び“第１面Ｙ１と第２面Ｙ２との間に設けられる”のうち少なくとも１つを意味する。

本実施形態において、第１角部Ｙ３は、第１面Ｙ１と第２面Ｙ２とによって規定されている。具体的には、第１角部Ｙ３は、第１面Ｙ１と第２面Ｙ２とが屈曲するように連なる境界である。従って、図８において、第１角部Ｙ３は、第１面Ｙ１と第２面Ｙ２との交点によって示されている。

第１角部Ｙ３において、酸化クロム膜３０１Ｙは、基材３０１Ｘを覆っていることが好ましい。第１角部Ｙ３に形成された酸化クロム膜３０１Ｙは、第１角部Ｙ３周辺において他の部分よりも厚く形成されていてもよい。

第１角部Ｙ３は、第１面Ｙ１及び第２面Ｙ２それぞれよりも第１燃料電池セル３００ａの第１外表面Ｗ１に近接している。第１角部Ｙ３は、電気接続部材３０１の第１先端部３０１ａに設けられる。本実施形態において、第１角部Ｙ３は、電気接続部材３０１のうち、第１燃料電池セル３００ａの第１外表面Ｗ１に最も近接する部位である。第１角部Ｙ３から第１外表面Ｗ１までの直線距離Ｄ１は特に制限されないが、０．５〜２０００μｍとすることができる。

第１燃料電池セル３００ａから電気接続部材３０１に流れる電流は、電気接続部材３０１のうち第１燃料電池セル３００ａの第１外表面Ｗ１に近接する第１角部Ｙ３に集中する。第１角部Ｙ３に電流が集中すると、第１角部Ｙ３の温度が上昇するため、第１角部Ｙ３に形成された酸化クロム膜３０１Ｙの温度が上昇して、酸化クロム膜３０１Ｙの電気抵抗が低下する。その結果、第１燃料電池セル３００ａから電気接続部材３０１へスムーズに電流を流すことができるため、第１燃料電池セル３００ａと電気接続部材３０１との電気的接続性を向上させることができる。

また、第１角部Ｙ３を形成する第１面Ｙ１及び第２面Ｙ２のそれぞれが第１外表面Ｗ１に対して角度を有しているため、第１角部Ｙ３を第１導電性接合材１０２ａに挿入した際に、第１導電性接合材１０２ａ中の気泡を第１角部Ｙ３周辺から排除することができる。その結果、第１燃料電池セル３００ａと電気接続部材３０１との電気的接続性を更に向上させることができる。

［電気接続部材３０１と第２燃料電池セル３００ｂとの接合状態］
図９は、電気接続部材３０１と第２燃料電池セル３００ｂとの接合状態を示す断面図である。図９には、第２燃料電池セル３００ｂの第２外表面Ｗ２に垂直な断面が図示されている。

電気接続部材３０１は、第２導電性接合剤１０２ｂを介して、第２燃料電池セル３００ｂの第２外表面Ｗ２に接合される。電気接続部材３０１は、基材３０１Ｘと酸化クロム膜３０１Ｙとを有する。基材３０１Ｘと酸化クロム膜３０１Ｙの構成は上述したとおりである。

図９に示すように、電気接続部材３０１は、第２燃料電池セル３００ｂの第２外表面Ｗ２に垂直な断面において、第３面Ｙ４、第４面Ｙ５及び第２角部Ｙ６を含む。

第３面Ｙ４は、電気接続部材３０１のうち第２接合部ａ２の主面である。第３面Ｙ４は、第２燃料電池セル３００ｂの第２外表面Ｗ２と対向する。第３面Ｙ４は、第２燃料電池セル３００ｂの第２外表面Ｗ２に対して角度を有する。すなわち、第３面Ｙ４は、第２外表面Ｗ２と平行ではなく、第２外表面Ｗ２に対して傾斜している。第３面Ｙ４は、第２角部Ｙ６側に向かうほど第２外表面Ｗ２に近づく。第２外表面Ｗ２に対する第３面Ｙ４の角度θ４は特に制限されないが、例えば０．５度〜４５度とすることができる。なお、図９に示す例では、第３面Ｙ４が平坦に形成されているが、実際には微小な凹凸が形成されていてもよい。

第３面Ｙ４において、酸化クロム膜３０１Ｙは、基材３０１Ｘを覆っていることが好ましい。第３面Ｙ４に形成された酸化クロム膜３０１Ｙの厚みは、第２角部Ｙ６に近づくほど厚く形成されていてもよい。

第４面Ｙ５は、電気接続部材３０１のうち第２接合部ａ２の側面である。第４面Ｙ５は、第３面Ｙ４に連なる。第４面Ｙ５は、第２燃料電池セル３００ｂの第２外表面Ｗ２に対して角度を有する。すなわち、第４面Ｙ５は、第２外表面Ｗ２と平行ではなく、第２外表面Ｗ２に対して傾斜している。第４面Ｙ５は、第２角部Ｙ６側に向かうほど第２外表面Ｗ２に近づく。第２外表面Ｗ２に対する第４面Ｙ５の角度θ５は特に制限されないが、例えば４５度〜１３５度とすることができる。

また、第４面Ｙ５は、第３面Ｙ４に対して角度を有する。すなわち、第４面Ｙ５は、第３面Ｙ４と平行ではなく、第３面Ｙ４に対して傾斜している。第３面Ｙ４に対する第４面Ｙ５の角度θ６は特に制限されないが、例えば３０度〜１３５度とすることができる。なお、図９に示す例では、第４面Ｙ５が平坦に形成されているが、実際には微小な凹凸が形成されていてもよい。

第４面Ｙ５において、酸化クロム膜３０１Ｙは、基材３０１Ｘを覆っていることが好ましい。第４面Ｙ５に形成された酸化クロム膜３０１Ｙの厚みは、第２角部Ｙ６に近づくほど厚く形成されていてもよい。

第２角部Ｙ６は、第３面Ｙ４と第４面Ｙ５とによって形成される。本実施形態において、「第３面Ｙ４と第４面Ｙ５とによって形成される」とは、“第３面Ｙ４と第４面Ｙ５とによって規定される”、“第３面Ｙ４と第４面Ｙ５とによって区画される”、及び“第３面Ｙ４と第４面Ｙ５との間に設けられる”のうち少なくとも１つを意味する。

本実施形態において、第２角部Ｙ６は、第３面Ｙ４と第４面Ｙ５とによって規定されている。具体的には、第２角部Ｙ６は、第３面Ｙ４と第４面Ｙ５とが屈曲するように連なる境界である。従って、図９において、第２角部Ｙ６は、第３面Ｙ４と第４面Ｙ５との交点によって示されている。

第２角部Ｙ６において、酸化クロム膜３０１Ｙは、基材３０１Ｘを覆っていることが好ましい。第２角部Ｙ６に形成された酸化クロム膜３０１Ｙは、第２角部Ｙ６周辺において他の部分よりも厚く形成されていてもよい。

第２角部Ｙ６は、第３面Ｙ４及び第４面Ｙ５それぞれよりも第２燃料電池セル３００ｂの第２外表面Ｗ２に近接している。第２角部Ｙ６は、電気接続部材３０１の第２先端部３０１ｂに設けられる。本実施形態において、第２角部Ｙ６は、電気接続部材３０１のうち、第２燃料電池セル３００ｂの第２外表面Ｗ２に最も近接する部位である。第２角部Ｙ６から第２外表面Ｗ２までの直線距離Ｄ２は特に制限されないが、０．５〜２０００μｍとすることができる。

電気接続部材３０１から第２燃料電池セル３００ｂに流れる電流は、電気接続部材３０１のうち第２燃料電池セル３００ｂの第２外表面Ｗ２に近接する第２角部Ｙ６に集中する。第２角部Ｙ６に電流が集中すると、第２角部Ｙ６の温度が上昇するため、第２角部Ｙ６に形成された酸化クロム膜３０１Ｙの温度が上昇して、酸化クロム膜３０１Ｙの電気抵抗が低下する。その結果、電気接続部材３０１から第２燃料電池セル３００ｂへスムーズに電流を流すことができるため、第２燃料電池セル３００ｂと電気接続部材３０１との電気的接続性を向上させることができる。

また、第２角部Ｙ６を形成する第３面Ｙ４及び第４面Ｙ５のそれぞれが第２外表面Ｗ２に対して角度を有しているため、第２角部Ｙ６を第２導電性接合材１０２ｂに挿入した際に、第２導電性接合材１０２ｂ中の気泡を第２角部Ｙ６周辺から排除することができる。その結果、第２燃料電池セル３００ｂと電気接続部材３０１との電気的接続性を更に向上させることができる。

［変形例］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

（変形例１）
上記実施形態では、本発明に係る電気接続部材３０１を横縞型の燃料電池セルに適用した場合について説明したが、電気接続部材３０１は、いわゆる縦縞型の燃料電池セルなどにも適用することができる。縦縞型の燃料電池セルは、導電性の支持基板と、支持基板の一主面上に配置される発電部（燃料極、固体電解質層及び空気極）と、支持基板の他主面上に配置されるインターコネクタとを備える。

（変形例２）
上記実施形態では、本発明に係る電気接続部材３０１を燃料電池セルに適用した場合について説明したが、電気接続部材３０１は、燃料電池セル以外の各種電気素子（例えば、固体酸化物形電解セルスタック、酸素センサー、ＮＯｘセンサーなど）にも適用可能である。

（変形例３）
上記実施形態において、電気接続部材３０１は、第１角部Ｙ３及び第２角部Ｙ６を有することとしたが、第１角部Ｙ３及び第２角部Ｙ６の一方のみを有していてもよい。

（変形例４）
上記実施形態において、電気接続部材３０１は、側面視においてＶ字状に形成されることとしたが、これに限られるものではない。電気接続部材３０１の形状は、第１角部Ｙ３及び第２角部Ｙ６の少なくとも一方を有している限り、適宜変更可能である。

（変形例５）
上記実施形態において、電気接続部材３０１は、幅方向に沿って配置されることとしたが、電気接続部材３０１は、長手方向に沿って配置されていてもよいし、幅方向及び長手方向に対して傾斜した方向に沿って配置されていてもよい。

（変形例６）
上記実施形態において、電気接続部材３０１は、第１乃至第３連結部ｂ１〜ｂ３を有することとしたが、連結部の個数は適宜変更可能である。

（変形例７）
上記実施形態において、電気接続部材３０１の第１及び第２接合部ａ１，ａ２には貫通孔が形成されることとしたが、貫通孔は形成されていなくてもよい。

（変形例８）
上記実施形態において、第１角部Ｙ３は、第１面Ｙ１と第２面Ｙ２とによって規定されており、図８に示すように、第１面Ｙ１と第２面Ｙ２との交点によって示されることとしたが、これに限られない。第１角部Ｙ３は、第１面Ｙ１と第２面Ｙ２とによって区画された領域であってもよい。例えば、図１０に示すように、第１角部Ｙ３は、第１面Ｙ１と第２面Ｙ２とに連なる滑らかな湾曲面によって示されてもよいし、図１１に示すように、第１角部Ｙ３は、第１面Ｙ１と第２面Ｙ２とを直線的に繋ぐ平面によって示されてもよい。また、第１角部Ｙ３は、第１面Ｙ１と第２面Ｙ２との間に設けられた部位であってもよい。例えば、図１２に示すように、第１角部Ｙ３は、１以上の突起部ａ３によって構成されており、第１面Ｙ１と第２面Ｙ２とに連なる複数の面によって示されてもよい。ただし、第１角部Ｙ３の構成は、図８及び図１０〜１２に示す構成に限られない。また、図示しないが、第１角部Ｙ３と同様、第２角部Ｙ６についても、図９に示す構成には限られない。

１００セルスタック
１０２接合材
１０２ａ第１導電性接合材
１０２ｂ第２導電性接合材
２００燃料マニホールド
３００燃料電池セル
３００ａ第１燃料電池セル
Ｗ１第１外表面
３００ｂ第２燃料電池セル
Ｗ２第２外表面
３０１電気接続部材
３０１ａ第１先端部
３０１ｂ第２先端部
３０１Ｘ基材
３０１Ｙ酸化クロム膜
Ｙ１第１面
Ｙ２第２面
Ｙ３第１角部
Ｙ４第３面
Ｙ５第４面
Ｙ６第２角部

Claims

第１電気素子と、
前記第１電気素子と対向する第２電気素子と、
第１導電性接合材を介して前記第１電気素子の第１外表面に接合される第１先端部と、第２導電性接合材を介して前記第２電気素子の第２外表面に接合される第２先端部とを有し、Ｖ字状に形成された電気接続部材と、
を備え、
前記電気接続部材は、Ｃｒを含む合金によって構成される基材と、前記基材を覆う酸化クロム膜とを有し、
前記第１外表面に垂直な断面において、前記電気接続部材の前記第１先端部は、前記第１外表面に対して角度を有する第１面と、前記第１外表面に対して角度を有する第２面と、前記第１面と前記第２面とによって形成される第１角部とを含み、
前記第１角部は、前記第１面及び前記第２面それぞれよりも前記第１外表面に近接している、
電気素子構造体。
前記第２外表面に垂直な断面において、前記電気接続部材の前記第２先端部は、前記第２外表面に対して角度を有する第３面と、前記第２外表面に対して角度を有する第４面と、前記第３面と前記第４面とによって形成される第２角部とを有し、
前記第２角部は、前記第３面及び前記第４面それぞれよりも前記第２外表面に近接している、
請求項１に記載の電気素子構造体。
前記第１電気素子及び前記第２電気素子は、それぞれ燃料電池セルである、
請求項１又は２に記載の電気素子構造体。