JP6752386B1 - Electrochemical cell - Google Patents

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Abstract

【課題】合金部材と素子部との電気的接続性を向上可能な電気化学セルを提供する。【解決手段】セル1は、合金部材4と、合金部材4上に配置される素子部10とを備える。素子部10は、合金部材4によって支持される第1電極層5と、電解質層7と、第2電極層9とを有する。合金部材4は、クロムを含有する合金材料によって構成される基材41と、基材41の少なくとも一部を覆う酸化クロム膜42とを有する。酸化クロム膜42は、基材41の第1主面Sa上に形成される第1部分42aを含む。第1部分42aは、素子部10のうち少なくとも第1電極層51と基材41との間に介挿される介挿部a1と、素子部10と基材41との間に介挿されない非介挿部a2とを含む。介挿部a1の厚みTHa1は、非介挿部a2の厚みTHa2より薄い。【選択図】図2PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrochemical cell capable of improving electrical connectivity between an alloy member and an element portion. SOLUTION: A cell 1 includes an alloy member 4 and an element portion 10 arranged on the alloy member 4. The element portion 10 has a first electrode layer 5 supported by the alloy member 4, an electrolyte layer 7, and a second electrode layer 9. The alloy member 4 has a base material 41 made of an alloy material containing chromium, and a chromium oxide film 42 that covers at least a part of the base material 41. The chromium oxide film 42 contains a first portion 42a formed on the first main surface Sa of the base material 41. The first portion 42a is inserted between at least the first electrode layer 51 and the base material 41 of the element part 10, and is not inserted between the element part 10 and the base material 41. Includes insert a2. The thickness THa1 of the insertion portion a1 is thinner than the thickness THa2 of the non-insertion portion a2. [Selection diagram] Fig. 2

Description

本発明は、電気化学セルに関する。 The present invention relates to an electrochemical cell.

従来、合金部材と、合金部材上に配置される素子部とを備える電気化学セルが知られている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に記載の合金部材は、Cr(クロム)を含有する合金材料によって構成される基材と、基材の表面を覆う酸化クロム膜とを有する。 Conventionally, an electrochemical cell including an alloy member and an element portion arranged on the alloy member is known (see, for example, Patent Document 1). The alloy member described in Patent Document 1 has a base material made of an alloy material containing Cr (chromium) and a chromium oxide film covering the surface of the base material.

国際公開第2018/181926号International Publication No. 2018/181926

酸化クロム膜は、基材からCrが揮発することを抑制する機能だけでなく、合金部材の強度を向上させる機能も有している。そのため、Crの揮発抑制と合金部材の強度向上のためには、酸化クロム膜を厚くすることが好ましいが、酸化クロム膜を厚くすると、合金部材と素子部との電気的接続性が低くなってしまう。 The chromium oxide film not only has a function of suppressing the volatilization of Cr from the base material, but also has a function of improving the strength of the alloy member. Therefore, in order to suppress the volatilization of Cr and improve the strength of the alloy member, it is preferable to make the chromium oxide film thicker. However, if the chromium oxide film is thickened, the electrical connectivity between the alloy member and the element portion becomes low. It ends up.

本発明は、合金部材と素子部との電気的接続性を向上可能な電気化学セルを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an electrochemical cell capable of improving the electrical connectivity between an alloy member and an element portion.

本発明に係る電気化学セルは、合金部材と、合金部材上に配置される素子部とを備える。素子部は、合金部材によって支持される第1電極層と、第2電極層と、第1電極層と第2電極層との間に配置される電解質層とを有する。合金部材は、クロムを含有する合金材料によって構成される基材と、基材の少なくとも一部を覆う酸化クロム膜とを有する。酸化クロム膜は、基材の第1主面上に形成される第1部分を含む。第1部分は、素子部のうち少なくとも第1電極層と基材との間に介挿される介挿部と、素子部と基材との間に介挿されない非介挿部とを含む。介挿部の厚みは、非介挿部の厚みより薄い。 The electrochemical cell according to the present invention includes an alloy member and an element portion arranged on the alloy member. The element portion has a first electrode layer supported by an alloy member, a second electrode layer, and an electrolyte layer arranged between the first electrode layer and the second electrode layer. The alloy member has a base material made of an alloy material containing chromium and a chromium oxide film covering at least a part of the base material. The chromium oxide film contains a first portion formed on the first main surface of the substrate. The first portion includes at least an intervening portion inserted between the first electrode layer and the base material and a non-interposing portion not inserted between the element portion and the base material. The thickness of the inserted portion is thinner than the thickness of the non-interinserted portion.

本発明によれば、合金部材と素子部との電気的接続性を向上可能な電気化学セルを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an electrochemical cell capable of improving the electrical connectivity between the alloy member and the element portion.

実施形態に係る燃料電池セルの構成を示す断面図Sectional drawing which shows the structure of the fuel cell which concerns on embodiment 図1の領域Xaの拡大図Enlarged view of region Xa in FIG. 他の実施形態に係る燃料電池セルの構成を示す断面図Sectional drawing which shows the structure of the fuel cell which concerns on other embodiment 図3の部分拡大図Partially enlarged view of FIG.

(燃料電池セル1の構成)
燃料電池セル1は、本発明に係る「電気化学セル」の一例である。「電気化学セル」とは、燃料電池セルのほか、水蒸気から水素と酸素を生成するための電解セルをも含む概念である。以下の説明では、燃料電池セルを「セル」と略称する。
(Structure of fuel cell 1)
The fuel cell 1 is an example of the "electrochemical cell" according to the present invention. The "electrochemical cell" is a concept that includes not only a fuel cell but also an electrolytic cell for producing hydrogen and oxygen from water vapor. In the following description, the fuel cell is abbreviated as "cell".

図1は、実施形態に係るセル1の構成を示す断面図である。セル1は、流路部材3、合金部材4、第1電極層5、中間層6、電解質層7、反応防止層8、及び第2電極層9を有する。本実施形態において、第1電極層5、中間層6、電解質層7、反応防止層8、及び第2電極層9は、合金部材4の表面4S上に配置される「素子部10」を構成する。 FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of the cell 1 according to the embodiment. The cell 1 has a flow path member 3, an alloy member 4, a first electrode layer 5, an intermediate layer 6, an electrolyte layer 7, a reaction prevention layer 8, and a second electrode layer 9. In the present embodiment, the first electrode layer 5, the intermediate layer 6, the electrolyte layer 7, the reaction prevention layer 8, and the second electrode layer 9 constitute an "element unit 10" arranged on the surface 4S of the alloy member 4. To do.

[流路部材3]
流路部材3は、U字状に形成される。流路部材3は、合金部材4の裏面4Tに接合される。流路部材3と合金部材4との間には、流路3Sが形成される。流路3Sは、図示しないマニホールドに繋がる。本実施形態では、マニホールドから流路3Sに燃料ガス(例えば、水素ガス)が供給される。
[Flow path member 3]
The flow path member 3 is formed in a U shape. The flow path member 3 is joined to the back surface 4T of the alloy member 4. A flow path 3S is formed between the flow path member 3 and the alloy member 4. The flow path 3S is connected to a manifold (not shown). In the present embodiment, fuel gas (for example, hydrogen gas) is supplied from the manifold to the flow path 3S.

流路部材3は、例えば、合金材料によって構成することができる。流路部材3は、合金部材4と同様の構成を有していてもよい。 The flow path member 3 can be made of, for example, an alloy material. The flow path member 3 may have the same structure as the alloy member 4.

[合金部材4]
合金部材4は、第1電極層5、中間層6、電解質層7、反応防止層8、及び第2電極層9を支持する支持体である。本実施形態において、合金部材4は、板状に形成されているが、これに限られない。合金部材4は、例えば、筒状、或いは、箱状など他の形状であってもよい。
[Alloy member 4]
The alloy member 4 is a support that supports the first electrode layer 5, the intermediate layer 6, the electrolyte layer 7, the reaction prevention layer 8, and the second electrode layer 9. In the present embodiment, the alloy member 4 is formed in a plate shape, but the present invention is not limited to this. The alloy member 4 may have other shapes such as a tubular shape or a box shape.

合金部材4のうち第1電極層5に接合される領域には、複数の貫通孔4pが形成されている。流路3Sを流れる燃料ガスは、各貫通孔4pを介して、第1電極層5に供給される。各貫通孔4pは、機械加工(例えば、パンチング加工)、レーザ加工、或いは、化学加工(例えば、エッチング加工)などによって形成することができる。或いは、合金部材4は、ガス透過性を有する多孔質金属によって構成されていてもよい。この場合、多孔質金属に形成された孔が貫通孔4pとして機能するため、貫通孔4pを形成するための加工を施す必要がない。 A plurality of through holes 4p are formed in the region of the alloy member 4 to be joined to the first electrode layer 5. The fuel gas flowing through the flow path 3S is supplied to the first electrode layer 5 through the through holes 4p. Each through hole 4p can be formed by machining (for example, punching), laser processing, or chemical processing (for example, etching). Alternatively, the alloy member 4 may be made of a porous metal having gas permeability. In this case, since the holes formed in the porous metal function as the through holes 4p, it is not necessary to perform processing for forming the through holes 4p.

合金部材4は、板状に形成される。合金部材4は、平板状であってもよいし、曲板状であってもよい。合金部材4は、セル1の強度を保つことができればよく、その厚みは特に制限されないが、例えば0.1mm〜2.0mmとすることができる。合金部材4の詳細な構成については後述する。 The alloy member 4 is formed in a plate shape. The alloy member 4 may have a flat plate shape or a curved plate shape. The thickness of the alloy member 4 is not particularly limited as long as the strength of the cell 1 can be maintained, but can be, for example, 0.1 mm to 2.0 mm. The detailed configuration of the alloy member 4 will be described later.

[第1電極層5]
第1電極層5は、合金部材4によって支持される。第1電極層5は、電解質層7の合金部材4側に配置される。第1電極層5は、合金部材4の表面4S上に設けられる。第1電極層5は、合金部材4のうち複数の貫通孔4pが設けられた領域を覆うように設けられる。図1において、第1電極層5は、合金部材4の表面上に配置されており、各貫通孔4pに入り込んでいないが、第1電極層5の少なくとも一部は、各貫通孔4pに入り込んでいてもよい。
[First electrode layer 5]
The first electrode layer 5 is supported by the alloy member 4. The first electrode layer 5 is arranged on the alloy member 4 side of the electrolyte layer 7. The first electrode layer 5 is provided on the surface 4S of the alloy member 4. The first electrode layer 5 is provided so as to cover a region of the alloy member 4 in which a plurality of through holes 4p are provided. In FIG. 1, the first electrode layer 5 is arranged on the surface of the alloy member 4 and does not enter each through hole 4p, but at least a part of the first electrode layer 5 enters each through hole 4p. You may be.

第1電極層5は、多孔質であることが好ましい。第1電極層5の気孔率は特に制限されないが、例えば20%〜70%とすることができる。第1電極層5の厚みは特に制限されないが、例えば1μm〜100μmとすることができる。 The first electrode layer 5 is preferably porous. The porosity of the first electrode layer 5 is not particularly limited, but can be, for example, 20% to 70%. The thickness of the first electrode layer 5 is not particularly limited, but may be, for example, 1 μm to 100 μm.

本実施形態において、第1電極層5には燃料ガス(例えば、水素ガス)が供給され、第1電極層5は、アノード(燃料極)として機能する。第1電極層5は、NiO−GDC(ガドリニウムドープセリア)、Ni−GDC、NiO−YSZ(イットリア安定化ジルコニア))、Ni−YSZ、CuO−CeO、Cu−CeOなどの複合材料によって構成することができる。 In the present embodiment, a fuel gas (for example, hydrogen gas) is supplied to the first electrode layer 5, and the first electrode layer 5 functions as an anode (fuel electrode). The first electrode layer 5 is composed of a composite material such as NiO-GDC (gadolinium-doped ceria), Ni-GDC, NiO-YSZ (yttria-stabilized zirconia), Ni-YSZ, CuO-CeO 2 , and Cu-CeO 2. can do.

第1電極層5の形成方法は特に制限されず、焼成法、スプレーコーティング法(溶射法、エアロゾルデポジション法、エアロゾルガスデポジッション法、パウダージェットデポジッション法、パーティクルジェットデポジション法、コールドスプレー法など)、PVD法(スパッタリング法、パルスレーザーデポジション法など)、CVD法などにより形成することができる。 The method for forming the first electrode layer 5 is not particularly limited, and is a firing method, a spray coating method (spattering method, aerosol deposition method, aerosol gas deposition method, powder jet deposit method, particle jet deposition method, cold spray method). Etc.), PVD method (sputtering method, pulse laser deposition method, etc.), CVD method, etc.

[中間層6]
中間層6は、第1電極層5上に配置される。中間層6は、第1電極層5と電解質層7との間に介挿される。中間層6の厚みは特に制限されないが、例えば1μm〜100μmとすることができる。
[Middle layer 6]
The intermediate layer 6 is arranged on the first electrode layer 5. The intermediate layer 6 is interposed between the first electrode layer 5 and the electrolyte layer 7. The thickness of the intermediate layer 6 is not particularly limited, but can be, for example, 1 μm to 100 μm.

中間層6は、酸化物イオン(酸素イオン)伝導性を有することが好ましい。中間層6は、電子伝導性を有することがより好ましい。中間層6は、YSZ、GDC、SSZ(スカンジウム安定化ジルコニア)、SDC(サマリウムドープセリア)などによって構成することができる。中間層6の形成方法は特に制限されず、焼成法、スプレーコーティング法、PVD法、CVD法などにより形成することができる。 The intermediate layer 6 preferably has oxide ion (oxygen ion) conductivity. It is more preferable that the intermediate layer 6 has electron conductivity. The intermediate layer 6 can be composed of YSZ, GDC, SSZ (scandium-stabilized zirconia), SDC (samarium-doped ceria), or the like. The method for forming the intermediate layer 6 is not particularly limited, and the intermediate layer 6 can be formed by a firing method, a spray coating method, a PVD method, a CVD method, or the like.

[電解質層7]
電解質層7は、第1電極層5と第2電極層9との間に配置される。本実施形態では、セル1が中間層6及び反応防止層8を有しているため、電解質層7は、中間層6と反応防止層8との間に介挿されている。
[Electrolyte layer 7]
The electrolyte layer 7 is arranged between the first electrode layer 5 and the second electrode layer 9. In the present embodiment, since the cell 1 has the intermediate layer 6 and the reaction prevention layer 8, the electrolyte layer 7 is interposed between the intermediate layer 6 and the reaction prevention layer 8.

本実施形態において、電解質層7は、第1電極層5全体を覆うように形成されており、電解質層7の外縁は、合金部材4に接合されている。これにより、第1電極層5に供給される燃料ガスと第2電極層9に供給される酸化剤ガスとの混合を抑制できるため、合金部材4と電解質層7との間を別途封止する必要がない。 In the present embodiment, the electrolyte layer 7 is formed so as to cover the entire first electrode layer 5, and the outer edge of the electrolyte layer 7 is joined to the alloy member 4. As a result, mixing of the fuel gas supplied to the first electrode layer 5 and the oxidant gas supplied to the second electrode layer 9 can be suppressed, so that the alloy member 4 and the electrolyte layer 7 are separately sealed. There is no need.

電解質層7は、酸化物イオン伝導性を有する。電解質層7は、酸化剤ガスと燃料ガスとの混合を抑制できる程度のガスバリア性を有する。電解質層7は、複層構造であってもよいが、少なくとも1つの層が緻密層であることが好ましい。緻密層の気孔率は、10%以下が好ましく、5%以下がより好ましく、2%以下が更に好ましい。電解質層7の厚みは特に制限されないが、例えば1μm〜10μmとすることができる。 The electrolyte layer 7 has oxide ion conductivity. The electrolyte layer 7 has a gas barrier property that can suppress the mixing of the oxidant gas and the fuel gas. The electrolyte layer 7 may have a multi-layer structure, but it is preferable that at least one layer is a dense layer. The porosity of the dense layer is preferably 10% or less, more preferably 5% or less, still more preferably 2% or less. The thickness of the electrolyte layer 7 is not particularly limited, but can be, for example, 1 μm to 10 μm.

電解質層7は、YSZ、GDC、SSZ、SDC、LSGMなどによって構成することができる。電解質層7の形成方法は特に制限されず、焼成法、スプレーコーティング法、PVD法、CVD法などにより形成することができる。 The electrolyte layer 7 can be composed of YSZ, GDC, SSZ, SDC, LSGM and the like. The method for forming the electrolyte layer 7 is not particularly limited, and the electrolyte layer 7 can be formed by a firing method, a spray coating method, a PVD method, a CVD method, or the like.

[反応防止層8]
反応防止層8は、電解質層7上に配置される。反応防止層8は、電解質層7と第2電極層9との間に介挿される。反応防止層8の厚みは特に制限されないが、例えば1μm〜100μmとすることができる。反応防止層8は、第2電極層9の構成材料と電解質層7の構成材料とが反応して高抵抗層が形成されることを抑制する。
[Reaction prevention layer 8]
The reaction prevention layer 8 is arranged on the electrolyte layer 7. The reaction prevention layer 8 is interposed between the electrolyte layer 7 and the second electrode layer 9. The thickness of the reaction prevention layer 8 is not particularly limited, but can be, for example, 1 μm to 100 μm. The reaction prevention layer 8 suppresses the reaction between the constituent material of the second electrode layer 9 and the constituent material of the electrolyte layer 7 to form a high resistance layer.

反応防止層8は、GDC、SDCなどのセリア系材料によって構成することができる。反応防止層8の形成方法は特に制限されず、焼成法、スプレーコーティング法、PVD法、CVD法などにより形成することができる。 The reaction prevention layer 8 can be made of a ceria-based material such as GDC or SDC. The method for forming the reaction prevention layer 8 is not particularly limited, and the reaction prevention layer 8 can be formed by a firing method, a spray coating method, a PVD method, a CVD method, or the like.

[第2電極層9]
第2電極層9は、電解質層7を基準として、第1電極層5の反対側に配置される。本実施形態では、セル1が反応防止層8を有しているため、第2電極層9は、反応防止層8上に配置される。
[Second electrode layer 9]
The second electrode layer 9 is arranged on the opposite side of the first electrode layer 5 with reference to the electrolyte layer 7. In the present embodiment, since the cell 1 has the reaction prevention layer 8, the second electrode layer 9 is arranged on the reaction prevention layer 8.

第2電極層9は、多孔質であることが好ましい。第2電極層9の気孔率は特に制限されないが、例えば20%〜70%とすることができる。第2電極層9の厚みは特に制限されないが、例えば1μm〜100μmとすることができる。 The second electrode layer 9 is preferably porous. The porosity of the second electrode layer 9 is not particularly limited, but can be, for example, 20% to 70%. The thickness of the second electrode layer 9 is not particularly limited, but can be, for example, 1 μm to 100 μm.

本実施形態において、第2電極層9には酸化剤ガス(例えば、空気)が供給され、第2電極層9は、カソード(空気極)として機能する。第2電極層9は、LSCF、LSF、LSC、LNF、LSMなどによって構成することができる。特に、第2電極層9は、La、Sr、Sm、Mn、CoおよびFeからなる群から選ばれる2種類以上の元素を含有するペロブスカイト型酸化物を含んでいることが好ましい。 In the present embodiment, an oxidizing agent gas (for example, air) is supplied to the second electrode layer 9, and the second electrode layer 9 functions as a cathode (air electrode). The second electrode layer 9 can be composed of LSCF, LSF, LSC, LNF, LSM and the like. In particular, the second electrode layer 9 preferably contains a perovskite-type oxide containing two or more kinds of elements selected from the group consisting of La, Sr, Sm, Mn, Co and Fe.

第2電極層9の形成方法は特に制限されず、焼成法、スプレーコーティング法、PVD法、CVD法などにより形成することができる。第2電極層9の形成方法は特に制限されず、焼成法、スプレーコーティング法、PVD法、CVD法などにより形成することができる。 The method for forming the second electrode layer 9 is not particularly limited, and the second electrode layer 9 can be formed by a firing method, a spray coating method, a PVD method, a CVD method, or the like. The method for forming the second electrode layer 9 is not particularly limited, and the second electrode layer 9 can be formed by a firing method, a spray coating method, a PVD method, a CVD method, or the like.

[セル1の動作]
まず、流路3Sから各貫通孔4pを介して第1電極層5に燃料ガスを供給し、かつ、第2電極層9に酸化剤ガスを供給しながら、セル1を作動温度(例えば、600℃〜850℃)まで加熱する。すると、第2電極層9においてO(酸素)がe(電子)と反応してO2−(酸素イオン)が生成される。生成されたO2−は、電解質層7を通って第1電極層5に移動する。第1電極層5に移動したO2−は、燃料ガスに含まれるH(水素)と反応して、HO(水)とeとが生成される。このような反応によって、第1電極層5と第2電極層9との間に起電力が発生する。
[Operation of cell 1]
First, while supplying fuel gas from the flow path 3S to the first electrode layer 5 through the through holes 4p and supplying the oxidant gas to the second electrode layer 9, the cell 1 is operated at an operating temperature (for example, 600). (° C. to 850 ° C.). Then, in the second electrode layer 9, O 2 (oxygen) reacts with e (electrons) to generate O 2- (oxygen ions). The generated O 2- moves to the first electrode layer 5 through the electrolyte layer 7. O 2- that has moved to the first electrode layer 5 reacts with H 2 (hydrogen) contained in the fuel gas to generate H 2 O (water) and e . By such a reaction, an electromotive force is generated between the first electrode layer 5 and the second electrode layer 9.

(合金部材4の詳細な構成)
図2は、図1に示した領域Xaを拡大して示す断面図である。
(Detailed configuration of alloy member 4)
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing the region Xa shown in FIG.

図2に示すように、合金部材4は、基材41及び酸化クロム膜42を有する。 As shown in FIG. 2, the alloy member 4 has a base material 41 and a chromium oxide film 42.

基材41は、Cr(クロム)を含有する合金材料によって構成される。このような金属材料としては、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41におけるCrの含有率は特に制限されないが、4〜30質量%とすることができる。 The base material 41 is made of an alloy material containing Cr (chromium). As such a metal material, Fe—Cr based alloy steel (stainless steel or the like), Ni—Cr based alloy steel, or the like can be used. The content of Cr in the base material 41 is not particularly limited, but may be 4 to 30% by mass.

基材41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41におけるTiの含有率は特に制限されないが、0.01〜1.0at.%とすることができる。基材41におけるAlの含有率は特に制限されないが、0.01〜0.4at.%とすることができる。基材41は、TiをTiO(チタニア)として含有していてもよいし、AlをAl(アルミナ)として含有していてもよい。 The base material 41 may contain Ti (titanium) or Al (aluminum). The content of Ti in the base material 41 is not particularly limited, but 0.01 to 1.0 at. Can be%. The content of Al in the base material 41 is not particularly limited, but 0.01 to 0.4 at. Can be%. The base material 41 may contain Ti as TiO 2 (titania) or Al as Al 2 O 3 (alumina).

基材41は、第1主面Sa、第2主面Sb、外周面Sc、及び各貫通孔4pの内周面Sdを有する。第1主面Sa、第2主面Sb、外周面Sc、及び内周面Sdは、基材41の表面である。第1主面Sa、第2主面Sb、及び外周面Scは、基材41の外表面であり、内周面Sdは、基材41の内表面である。 The base material 41 has a first main surface Sa, a second main surface Sb, an outer peripheral surface Sc, and an inner peripheral surface Sd of each through hole 4p. The first main surface Sa, the second main surface Sb, the outer peripheral surface Sc, and the inner peripheral surface Sd are the surfaces of the base material 41. The first main surface Sa, the second main surface Sb, and the outer peripheral surface Sc are the outer surface of the base material 41, and the inner peripheral surface Sd is the inner surface of the base material 41.

基材41の第1主面Saは、合金部材4の表面4S側に設けられる。基材41の第2主面Sbは、合金部材4の裏面4T側に設けられる。基材41の第2主面Sbは、基材41の第1主面Saの反対側に設けられる。外周面Scは、第1主面Sa及び第2主面Sbそれぞれの外縁に連なる。外周面Scは、環状に形成される。各内周面Sdは、第1主面Sa及び第2主面Sbそれぞれに連なる。各内周面Sdは、筒状に形成される。 The first main surface Sa of the base material 41 is provided on the surface 4S side of the alloy member 4. The second main surface Sb of the base material 41 is provided on the back surface 4T side of the alloy member 4. The second main surface Sb of the base material 41 is provided on the opposite side of the first main surface Sa of the base material 41. The outer peripheral surface Sc is connected to the outer edges of the first main surface Sa and the second main surface Sb, respectively. The outer peripheral surface Sc is formed in an annular shape. Each inner peripheral surface Sd is connected to each of the first main surface Sa and the second main surface Sb. Each inner peripheral surface Sd is formed in a tubular shape.

酸化クロム膜42は、基材41上に形成される。酸化クロム膜42は、基材41の少なくとも一部を覆う。酸化クロム膜42は、基材41の少なくとも一部を覆っていればよいが、基材41全体を覆っていてもよい。 The chromium oxide film 42 is formed on the base material 41. The chromium oxide film 42 covers at least a part of the base material 41. The chromium oxide film 42 may cover at least a part of the base material 41, but may cover the entire base material 41.

酸化クロム膜42は、酸化クロムを主成分として含有する。本実施形態において、組成物Xが物質Yを「主成分として含む」とは、組成物X全体のうち、物質Yが70重量%以上を占めることを意味する。 The chromium oxide film 42 contains chromium oxide as a main component. In the present embodiment, the phrase "the composition X contains the substance Y as a main component" means that the substance Y accounts for 70% by weight or more of the entire composition X.

酸化クロム膜42は、基材41からCrが揮発することを抑制する機能と、合金部材4の強度を向上させる機能とを有する。 The chromium oxide film 42 has a function of suppressing the volatilization of Cr from the base material 41 and a function of improving the strength of the alloy member 4.

本実施形態において、酸化クロム膜42は、第1部分42a、第2部分42b、第3部分42c、及び複数の第4部分42dを有する。第1部分42aは、基材41の第1主面Sa上に形成される。第2部分42bは、基材41の第2主面Sb上に形成される。第3部分42cは、基材41の外周面Sc上に形成される。各第4部分42dは、基材41の各内周面Sd上に形成される。第1乃至第4部分42a〜42dは、互いに一体的に連なっていてもよい。 In the present embodiment, the chromium oxide film 42 has a first portion 42a, a second portion 42b, a third portion 42c, and a plurality of fourth portions 42d. The first portion 42a is formed on the first main surface Sa of the base material 41. The second portion 42b is formed on the second main surface Sb of the base material 41. The third portion 42c is formed on the outer peripheral surface Sc of the base material 41. Each fourth portion 42d is formed on each inner peripheral surface Sd of the base material 41. The first to fourth portions 42a to 42d may be integrally connected to each other.

酸化クロム膜42の第1部分42aは、介挿部a1と、非介挿部a2とを含む。 The first portion 42a of the chromium oxide film 42 includes an interstitial portion a1 and a non-interstitial portion a2.

介挿部a1は、素子部10と基材41との間に介挿される。介挿部a1は、素子部10のうち少なくとも第1電極層5によって被覆される。介挿部a1は、素子部10のうち少なくとも第1電極層5と電気的かつ機械的に接続される。本実施形態において、介挿部a1は、素子部10のうち第1電極層5、中間層6、及び電解質層7それぞれと基材41との間に介挿されているが、少なくとも第1電極層5と基材41との間に介挿されていればよい。 The insertion portion a1 is inserted between the element portion 10 and the base material 41. The insertion portion a1 is covered with at least the first electrode layer 5 of the element portion 10. The insertion portion a1 is electrically and mechanically connected to at least the first electrode layer 5 of the element portion 10. In the present embodiment, the insertion portion a1 is interposed between the first electrode layer 5, the intermediate layer 6, and the electrolyte layer 7 of the element portion 10 and the base material 41, but at least the first electrode. It may be inserted between the layer 5 and the base material 41.

非介挿部a2は、基材41と素子部10との間に介挿されない。非介挿部a2は、素子部10から露出している。ただし、本実施形態において、非介挿部a2は、介挿部a1との段差(内側面)において素子部10の電解質層7と接触している。 The non-insertion portion a2 is not inserted between the base material 41 and the element portion 10. The non-interlaced portion a2 is exposed from the element portion 10. However, in the present embodiment, the non-insertion portion a2 is in contact with the electrolyte layer 7 of the element portion 10 at a step (inner side surface) with the insertion portion a1.

介挿部a1の厚みTHa1は、非介挿部a2の厚みTHa2より薄い。このように、介挿部a1の厚みTHa1を薄くすることによって、素子部10(特に、第1電極層5)と合金部材4との電気的接続性を向上させることができる。また、非介挿部a2の厚みTHa2を厚くすることができるため、Crの揮発抑制と合金部材4の強度確保とを両立させることができる。 The thickness THa1 of the insertion portion a1 is thinner than the thickness THa2 of the non-insertion portion a2. By reducing the thickness THa1 of the insertion portion a1 in this way, the electrical connectivity between the element portion 10 (particularly, the first electrode layer 5) and the alloy member 4 can be improved. Further, since the thickness THa2 of the non-interlaced portion a2 can be increased, it is possible to suppress the volatilization of Cr and secure the strength of the alloy member 4 at the same time.

介挿部a1の厚みTHa1とは、FE−SEM(電界放出形走査電子顕微鏡)を用いて、合金部材4の表面4Sに垂直な断面を観察した場合において、酸化クロム膜42の第1部分42aのうち第1電極層5と基材41との間に介挿された部分の最大厚みを測定することによって得られる。 The thickness THa1 of the insertion portion a1 is the first portion 42a of the chromium oxide film 42 when the cross section perpendicular to the surface 4S of the alloy member 4 is observed using an FE-SEM (field emission scanning electron microscope). Of these, it is obtained by measuring the maximum thickness of the portion inserted between the first electrode layer 5 and the base material 41.

介挿部a1の厚みTHa1は特に制限されないが、0.1μm以上7μm以下が好ましい。これにより、合金部材4のうち素子部10と接する部分の可撓性を確保できるため、熱応力によって合金部材4と素子部10との間に剥離が生じることを抑制できる。介挿部a1の厚みTHa1は、7μm以下が好ましく、5μm以下がより好ましく、3μm以下が特に好ましい。 The thickness THa1 of the insertion portion a1 is not particularly limited, but is preferably 0.1 μm or more and 7 μm or less. As a result, the flexibility of the portion of the alloy member 4 in contact with the element portion 10 can be ensured, so that it is possible to suppress the occurrence of peeling between the alloy member 4 and the element portion 10 due to thermal stress. The thickness THa1 of the insertion portion a1 is preferably 7 μm or less, more preferably 5 μm or less, and particularly preferably 3 μm or less.

非介挿部a2の厚みTHa2は、FE−SEMを用いて、合金部材4の表面4Sに垂直な断面を観察した場合において、酸化クロム膜42の第1部分42aのうち素子部10と基材41との間に介挿されていない部分の最大厚みを測定することによって得られる。 The thickness THa2 of the non-interlaced portion a2 is the element portion 10 and the base material of the first portion 42a of the chromium oxide film 42 when the cross section perpendicular to the surface 4S of the alloy member 4 is observed using FE-SEM. It is obtained by measuring the maximum thickness of the portion that is not inserted between the 41 and the 41.

非介挿部a2の厚みTHa2は特に制限されないが、0.2μm以上10μm以下が好ましい。これにより、合金部材4のうち外周部分の強度を確保できるため、合金部材4が変形することによって合金部材4と素子部10との間に剥離が生じることを抑制できる。非介挿部a2の厚みTHa2は、0.2μm以上が好ましく、0.3μm以上がより好ましく、0.4μm以上が特に好ましい。 The thickness THa2 of the non-insertion portion a2 is not particularly limited, but is preferably 0.2 μm or more and 10 μm or less. As a result, the strength of the outer peripheral portion of the alloy member 4 can be ensured, so that it is possible to prevent the alloy member 4 from being separated from the element portion 10 due to the deformation of the alloy member 4. The thickness THa2 of the non-inserted portion a2 is preferably 0.2 μm or more, more preferably 0.3 μm or more, and particularly preferably 0.4 μm or more.

ここで、非介挿部a2の厚みTHa2に対する介挿部a1の厚みTHa1の比(THa1/THa2)は、0.1以上0.93以下であることが好ましい。これにより、合金部材4の可撓性と強度とのバランスを良好にすることができるため、合金部材4と素子部10との間に剥離が生じることを効率的に抑制できる。 Here, the ratio (THa1 / THa2) of the thickness THa1 of the insertion portion a1 to the thickness THa2 of the non-insertion portion a2 is preferably 0.1 or more and 0.93 or less. As a result, the balance between the flexibility and the strength of the alloy member 4 can be improved, so that the occurrence of peeling between the alloy member 4 and the element portion 10 can be efficiently suppressed.

第2部分42bの厚みTHbは、非介挿部a2の厚みTHa2より厚くてもよいが、非介挿部a2の厚みTHa2より薄いことが好ましい。これにより、合金部材4に適度な強度を付与して、合金部材4の応力緩和機能を向上させることができる。具体的には、まず、第2部分42bを設けることによって、合金部材4が過度に変形しやすくなることを抑えることができる。従って、合金部材4の貫通孔4pが閉塞したり、或いは、セル1に接続される他の部材(例えば、図示しないセパレーターや集電部材など)とセル1との接合箇所に剥離などが生じたりすることを抑制できる。また、第2部分42bの厚みTHbを非介挿部a2の厚みTHa2より薄くすることによって、合金部材4全体が過度に硬くなることを抑えて変形性を確保できる。従って、昇降温時に素子部10の内部に熱応力が発生することを抑制できるため、素子部10に剥離やクラックが生じることを抑制できる。第2部分42bの厚みTHbは特に制限されないが、例えば、0.1μm以上7μm以下とすることができる。第2部分42bの厚みTHbは、7μm以下が好ましく、5μm以下がより好ましく、3μm以下が特に好ましい。 The thickness THb of the second portion 42b may be thicker than the thickness THa2 of the non-insertion portion a2, but is preferably thinner than the thickness THa2 of the non-intersection portion a2. As a result, it is possible to impart appropriate strength to the alloy member 4 and improve the stress relaxation function of the alloy member 4. Specifically, first, by providing the second portion 42b, it is possible to prevent the alloy member 4 from being excessively deformed. Therefore, the through hole 4p of the alloy member 4 may be closed, or the joint portion between the cell 1 and another member (for example, a separator or a current collector member not shown) connected to the cell 1 may be peeled off. Can be suppressed. Further, by making the thickness THb of the second portion 42b thinner than the thickness TH2 of the non-interlaced portion a2, it is possible to prevent the entire alloy member 4 from becoming excessively hard and secure the deformability. Therefore, since it is possible to suppress the generation of thermal stress inside the element portion 10 when the temperature is raised and lowered, it is possible to suppress the occurrence of peeling and cracking in the element portion 10. The thickness THb of the second portion 42b is not particularly limited, but can be, for example, 0.1 μm or more and 7 μm or less. The thickness THb of the second portion 42b is preferably 7 μm or less, more preferably 5 μm or less, and particularly preferably 3 μm or less.

第3部分42cの厚みTHcは、非介挿部a2の厚みTHa2より厚くてもよいが、非介挿部a2の厚みTHa2より薄いことが好ましい。これにより、合金部材4に適度な強度を付与して、合金部材4の応力緩和機能を向上させることができる。第3部分42cの厚みTHcは特に制限されないが、例えば、0.1μm以上7μm以下とすることができる。第3部分42cの厚みTHcは、7μm以下が好ましく、5μm以下がより好ましく、3μm以下が特に好ましい。 The thickness THc of the third portion 42c may be thicker than the thickness THa2 of the non-insertion portion a2, but is preferably thinner than the thickness THa2 of the non-intersection portion a2. As a result, it is possible to impart appropriate strength to the alloy member 4 and improve the stress relaxation function of the alloy member 4. The thickness THc of the third portion 42c is not particularly limited, but can be, for example, 0.1 μm or more and 7 μm or less. The thickness THc of the third portion 42c is preferably 7 μm or less, more preferably 5 μm or less, and particularly preferably 3 μm or less.

第4部分42dの厚みTHdは、非介挿部a2の厚みTHa2より厚くてもよいが、非介挿部a2の厚みTHa2より薄いことが好ましい。これにより、合金部材4に適度な強度を付与して、合金部材4の応力緩和機能を向上させることができる。第4部分42dの厚みTHdは特に制限されないが、例えば、0.1μm以上7μm以下とすることができる。第4部分42dの厚みTHdは、7μm以下が好ましく、5μm以下がより好ましく、3μm以下が特に好ましい。 The thickness THd of the fourth portion 42d may be thicker than the thickness THa2 of the non-insertion portion a2, but is preferably thinner than the thickness THa2 of the non-intersection portion a2. As a result, it is possible to impart appropriate strength to the alloy member 4 and improve the stress relaxation function of the alloy member 4. The thickness THd of the fourth portion 42d is not particularly limited, but can be, for example, 0.1 μm or more and 7 μm or less. The thickness THd of the fourth portion 42d is preferably 7 μm or less, more preferably 5 μm or less, and particularly preferably 3 μm or less.

(合金部材4の作製方法)
合金部材4を作製するには、クロムめっき法、PVD法、酸化クロムペースト塗布などの各種方法を用いることができる。
(Method for manufacturing alloy member 4)
In order to produce the alloy member 4, various methods such as a chrome plating method, a PVD method, and a chrome oxide paste coating can be used.

例えば、クロムめっき法を用いた合金部材4の作製方法は、以下の通りである。 For example, a method for producing the alloy member 4 using the chrome plating method is as follows.

まず、基材41の表面のうち非介挿部a2を形成する領域以外の領域(すなわち、第1主面Saのうち介挿部a1を形成する領域、第2主面Sb、外周面Sc、及び内周面Sd)をマスキングする。 First, a region of the surface of the base material 41 other than the region forming the non-interfering portion a2 (that is, a region of the first main surface Sa on which the interposing portion a1 is formed, the second main surface Sb, the outer peripheral surface Sc, And the inner peripheral surface Sd) is masked.

次に、基材41の表面のうち非介挿部a2を形成する領域にクロムめっき処理を行うことによって、非介挿部a2を形成する領域にクロムめっき膜を形成する。 Next, a chrome plating film is formed on the region of the surface of the base material 41 on which the non-insertion portion a2 is formed by performing a chrome plating treatment on the region of the base material 41 on which the non-intertrusion portion a2 is formed.

次に、基材41の表面に施したマスキングを除去する。 Next, the masking applied to the surface of the base material 41 is removed.

次に、基材41の表面全体にクロムめっき処理を行うことによって、基材41の表面のうち非介挿部a2を形成する領域以外の領域にクロムめっき膜を形成するとともに、非介挿部a2を形成する領域に形成したクロムめっき膜を厚膜化する。 Next, by performing a chrome plating treatment on the entire surface of the base material 41, a chrome plating film is formed on the surface of the base material 41 other than the region where the non-insertion portion a2 is formed, and the non-intertrusion portion is formed. The chrome-plated film formed in the region where a2 is formed is thickened.

次に、クロムめっき膜が形成された基材41を大気雰囲気で熱処理(例えば、550℃〜850℃、3時間〜100時間)することによって、酸化クロム膜42によって被覆された基材41が完成する。 Next, the base material 41 on which the chromium plating film is formed is heat-treated in an air atmosphere (for example, 550 ° C. to 850 ° C., 3 hours to 100 hours) to complete the base material 41 coated with the chromium oxide film 42. To do.

(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 embodiments, and various modifications or modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

上記実施形態において、合金部材4は、基材41及び酸化クロム膜42を有することとしたが、酸化クロム膜42上に形成された被覆膜を有していてもよい。被覆膜を構成する材料としては、セラミックス材料及び金属材料などを用いることができる。セラミックス材料としては、例えば、LaおよびSrを含有するペロブスカイト形複合酸化物、Mn,Co,Ni,Fe,Cu等の遷移金属から構成されるスピネル型複合酸化物、ガラス材料などを用いることができる。金属材料としては、Ni、Co、Fe、Cuなどを用いることができる。なお、合金部材4の表面のうち流路部材3及び第1電極層5それぞれが接続されない領域には導電性が必要とされないため、当該領域は、絶縁性材料で構成される被覆膜によって被覆されていてもよい。 In the above embodiment, the alloy member 4 has the base material 41 and the chromium oxide film 42, but may have a coating film formed on the chromium oxide film 42. As the material constituting the coating film, a ceramic material, a metal material, or the like can be used. As the ceramic material, for example, a perovskite-type composite oxide containing La and Sr, a spinel-type composite oxide composed of transition metals such as Mn, Co, Ni, Fe, and Cu, and a glass material can be used. .. As the metal material, Ni, Co, Fe, Cu and the like can be used. Since conductivity is not required in the region of the surface of the alloy member 4 where the flow path member 3 and the first electrode layer 5 are not connected to each other, the region is covered with a coating film made of an insulating material. It may have been done.

上記実施形態において、素子部10は、中間層6及び反応防止層8を含むこととしたが、少なくとも中間層6及び反応防止層8の一方を含んでいなくてよい。 In the above embodiment, the element unit 10 includes the intermediate layer 6 and the reaction prevention layer 8, but does not have to include at least one of the intermediate layer 6 and the reaction prevention layer 8.

上記実施形態において、第1電極層5はアノードとして機能し、第2電極層9はカソードとして機能することとしたが、第1電極層5がカソードとして機能し、第2電極層9がアノードとして機能してもよい。この場合、第1電極層5と第2電極層9の構成材料を入れ替えるとともに、第1電極層5の外表面に燃料ガスを流すとともに、流路3Sに酸化剤ガスを流せばよい。 In the above embodiment, the first electrode layer 5 functions as an anode and the second electrode layer 9 functions as a cathode, but the first electrode layer 5 functions as a cathode and the second electrode layer 9 functions as an anode. It may work. In this case, the constituent materials of the first electrode layer 5 and the second electrode layer 9 may be exchanged, the fuel gas may flow through the outer surface of the first electrode layer 5, and the oxidant gas may flow through the flow path 3S.

上記実施形態において、酸化クロム膜42の第1部分42aのうち介挿部a1は、素子部10のうち第1電極層5、中間層6、及び電解質層7それぞれと基材41との間に介挿されることとしたが、少なくとも第1電極層5と基材41との間に介挿されていればよい。例えば、素子部10が中間層6を含まない場合、介挿部a1は素子部10のうち第1電極層5及び電解質層7それぞれと基材41との間に介挿されることになる。また、中間層6及び電解質層7が合金部材4と接触しない場合、介挿部a1は素子部10のうち第1電極層5のみと基材41との間に介挿されることになる。ただし、介挿部a1は、第1電極層5と基材41との間だけでなく、電解質層7と基材41との間にも介挿されていることが好ましい。これにより、素子部10と合金部材4との電気的接続性を更に向上させることができる。 In the above embodiment, the insertion portion a1 of the first portion 42a of the chromium oxide film 42 is located between the first electrode layer 5, the intermediate layer 6, and the electrolyte layer 7 of the element portion 10 and the base material 41. Although it is decided to be inserted, it is sufficient that it is inserted at least between the first electrode layer 5 and the base material 41. For example, when the element portion 10 does not include the intermediate layer 6, the interposition portion a1 is intervened between the first electrode layer 5 and the electrolyte layer 7 of the element portion 10 and the base material 41. Further, when the intermediate layer 6 and the electrolyte layer 7 do not come into contact with the alloy member 4, the interposition portion a1 is intervened between only the first electrode layer 5 of the element portion 10 and the base material 41. However, it is preferable that the insertion portion a1 is inserted not only between the first electrode layer 5 and the base material 41 but also between the electrolyte layer 7 and the base material 41. As a result, the electrical connectivity between the element portion 10 and the alloy member 4 can be further improved.

上記実施形態において、酸化クロム膜42は、第1部分42a、第2部分42b、第3部分42c、及び複数の第4部分42dを有することとしたが、少なくとも第1部分42aを有していればよく、第2部分42b、第3部分42c、及び複数の第4部分42dのうち少なくとも1つを有していなくてもよい。 In the above embodiment, the chromium oxide film 42 has a first portion 42a, a second portion 42b, a third portion 42c, and a plurality of fourth portions 42d, but may have at least the first portion 42a. It suffices to have at least one of the second portion 42b, the third portion 42c, and the plurality of fourth portions 42d.

上記実施形態において、燃料電池セル1は、第2電極層9に供給される酸化剤ガスを流すために特定の流路を備えないこととしたが、図3に示すように、酸化剤ガスが流れる流路20Sを形成する流路部材20を備えていてもよい。流路部材20は、ガラス材などの接合材21を介して、合金部材4の表面4Sに接合される。この場合、図4に示すように、合金部材4が有する酸化クロム膜42の第1部分42aのうち非介挿部a2は、接合材21が接合される接合領域a3において薄くなっていることが好ましい。これによって、接合界面の接合強度を向上させることができる。接合領域a3の厚みTHa3は特に制限されないが、例えば、0.1μm以上7μm以下とすることができる。なお、このように非介挿部a2が部分的に薄膜化されている場合であっても、非介挿部a2の厚みTHa2は、第1部分42aのうち素子部10と基材41との間に介挿されていない部分の最大厚みである。 In the above embodiment, the fuel cell 1 is not provided with a specific flow path for flowing the oxidant gas supplied to the second electrode layer 9, but as shown in FIG. 3, the oxidant gas is used. A flow path member 20 that forms the flow path 20S may be provided. The flow path member 20 is joined to the surface 4S of the alloy member 4 via a joining material 21 such as a glass material. In this case, as shown in FIG. 4, the non-interlaced portion a2 of the first portion 42a of the chromium oxide film 42 included in the alloy member 4 is thinned in the bonding region a3 to which the bonding material 21 is bonded. preferable. Thereby, the bonding strength at the bonding interface can be improved. The thickness THa3 of the joint region a3 is not particularly limited, but can be, for example, 0.1 μm or more and 7 μm or less. Even when the non-interstitial portion a2 is partially thinned in this way, the thickness THa2 of the non-interstitial portion a2 is such that the element portion 10 and the base material 41 of the first portion 42a are formed. This is the maximum thickness of the part that is not inserted between them.

以下、本発明の実施例について説明する。本実施例では、非介挿部a2の厚みTHa2に対する介挿部a1の厚みTHa1の比(THa1/THa2)が、合金部材4と素子部10との剥離に与える影響について検証する。
(実施例1〜13及び比較例1〜3)
以下のように、実施例1〜13及び比較例1〜3に係る燃料電池セル1を作製した。
まず、厚さ0.5mmのステンレス鋼製の基材41を準備して、基材41の表面のうち非介挿部a2を形成する領域以外をマスキングした。
Hereinafter, examples of the present invention will be described. In this embodiment, the influence of the ratio (THa1 / THa2) of the thickness THa1 of the insertion portion a1 to the thickness THa2 of the non-insertion portion a2 on the separation between the alloy member 4 and the element portion 10 is verified.
(Examples 1 to 13 and Comparative Examples 1 to 3)
The fuel cell 1 according to Examples 1 to 13 and Comparative Examples 1 to 3 was produced as follows.
First, a stainless steel base material 41 having a thickness of 0.5 mm was prepared, and masking was performed on the surface of the base material 41 other than the region where the non-insertion portion a2 was formed.

次に、基材41の表面のうち非介挿部a2を形成する領域にクロムめっき処理を施すことによってクロムめっき膜を形成した。この際、クロムめっき処理時間を調整することによって、表1に示すように、非介挿部a2の厚みTHa2を調整した。 Next, a chrome plating film was formed by subjecting a chrome plating treatment to a region of the surface of the base material 41 on which the non-insertion portion a2 was formed. At this time, as shown in Table 1, the thickness THa2 of the non-insertion portion a2 was adjusted by adjusting the chrome plating treatment time.

次に、基材41の表面に施したマスキングを除去した後、基材41の表面全体にクロムめっき処理を行うことによって、非介挿部a2を形成する領域以外にクロムめっき膜を形成するとともに、非介挿部a2を形成する領域に形成したクロムめっき膜を厚膜化した。この際、クロムめっき処理時間を調整することによって、表1に示すように、介挿部a1の厚みTHa1及び非介挿部a2の厚みTHa2を調整した。 Next, after removing the masking applied to the surface of the base material 41, the entire surface of the base material 41 is subjected to a chrome plating treatment to form a chrome plating film other than the region where the non-interlaced portion a2 is formed. , The chrome-plated film formed in the region forming the non-interlaced portion a2 was thickened. At this time, by adjusting the chrome plating treatment time, as shown in Table 1, the thickness THa1 of the insertion portion a1 and the thickness THa2 of the non-insertion portion a2 were adjusted.

次に、クロムめっき膜が形成された基材41を大気雰囲気で熱処理(550℃、1時間)することによって合金部材4を完成させた。 Next, the alloy member 4 was completed by heat-treating the base material 41 on which the chromium-plated film was formed in an air atmosphere (550 ° C., 1 hour).

次に、図1に示した構成を有する燃料電池セル1を準備し、導電性接合材としてのNiペーストを用いて、合金部材4の介挿部a1に燃料電池セル1を接合し、窒素雰囲気において800℃で1時間焼成することにより焼結させた。以上により、実施例1〜13及び比較例1〜3に係る燃料電池セル1が完成した。 Next, the fuel cell 1 having the configuration shown in FIG. 1 is prepared, and the fuel cell 1 is bonded to the insertion portion a1 of the alloy member 4 by using Ni paste as the conductive bonding material to create a nitrogen atmosphere. It was sintered by firing at 800 ° C. for 1 hour. As described above, the fuel cell 1 according to Examples 1 to 13 and Comparative Examples 1 to 3 was completed.

(熱サイクル試験)
実施例1〜13及び比較例1〜3に係る燃料電池セル1を加熱炉に入れ、室温〜550℃まで昇温速度200℃/hで昇温させる工程と、550℃〜室温まで降温速度200℃/hで降温させる工程とを50回繰り返した。
(Thermodynamic cycle test)
A step of putting the fuel cell 1 according to Examples 1 to 13 and Comparative Examples 1 to 3 into a heating furnace and raising the temperature from room temperature to 550 ° C. at a heating rate of 200 ° C./h, and a step of raising the temperature from 550 ° C. to room temperature with a temperature lowering rate of 200. The step of lowering the temperature at ° C./h was repeated 50 times.

次に、超音波探傷器(日立パワーソリューションズ社製、型式FineSAT FS100III)を用いて燃料電池セル1の検査超音波探傷試験および断面観察を実施し、合金部材4と素子部10との間における剥離の有無を確認した。具体的には、Cスキャン法により合金部材4と素子部10の界面近傍の深さ位置の反射エコーを画像化した。次に、Cスキャン画像の輝度の明るい領域について、合金部材4の厚み方向に沿った断面をFE−SEMで観察して剥離の有無を確認した。確認結果を表1に示す。表1では、合金部材4と素子部10との間に剥離が確認されなかったものを〇と評価し、合金部材4と素子部10との間に剥離が確認されたものを×と評価した。 Next, an ultrasonic flaw detection test and a cross-sectional observation of the fuel cell 1 were carried out using an ultrasonic flaw detector (manufactured by Hitachi Power Solutions, model FineSAT FS100III), and peeling between the alloy member 4 and the element portion 10 was performed. Was confirmed. Specifically, the reflected echo at the depth position near the interface between the alloy member 4 and the element portion 10 was imaged by the C scan method. Next, in the bright region of the C scan image, the cross section of the alloy member 4 along the thickness direction was observed by FE-SEM to confirm the presence or absence of peeling. The confirmation results are shown in Table 1. In Table 1, those in which no peeling was confirmed between the alloy member 4 and the element portion 10 were evaluated as 〇, and those in which peeling was confirmed between the alloy member 4 and the element portion 10 were evaluated as ×. ..

次に、合金部材4の厚み方向に沿った断面をFE−SEMで観察し、介挿部a1の厚みTHa1と非介挿部a2の厚みTHa2とを測定した。 Next, the cross section of the alloy member 4 along the thickness direction was observed by FE-SEM, and the thickness THa1 of the interstitial portion a1 and the thickness THa2 of the non-interstitial portion a2 were measured.

Figure 0006752386
Figure 0006752386

表1に示すように、非介挿部a2の厚みTHa2に対する介挿部a1の厚みTHa1の比(THa1/THa2)を0.1以上0.93以下とした実施例1〜13では、合金部材4と素子部10との間に剥離が生じることを抑制できた。このような結果が得られたのは、合金部材4の可撓性と強度とのバランスを良好にすることができたためである。 As shown in Table 1, in Examples 1 to 13 in which the ratio (THa1 / THa2) of the thickness TH1 of the insertion portion a1 to the thickness THa2 of the non-insertion portion a2 was 0.1 or more and 0.93 or less, the alloy member. It was possible to suppress the occurrence of peeling between 4 and the element portion 10. Such a result was obtained because the balance between the flexibility and the strength of the alloy member 4 could be improved.

1 セル
3 流路部材
4 合金部材
4S 表面
4T 裏面
4p 貫通孔
41 基材
Sa 第1主面
Sb 第2主面
Sc 外周面
Sd 内周面
42 酸化クロム膜
42a 第1部分
a1 介挿部
a2 非介挿部
42b 第2部分
42c 第3部分
42d 第4部分
5 第1電極層
6 中間層
7 電解質層
8 反応防止層
9 第2電極層
1 Cell 3 Flow path member 4 Alloy member 4S Front surface 4T Back surface 4p Through hole 41 Base material Sa 1st main surface Sb 2nd main surface Sc Outer surface Sd Inner peripheral surface 42 Chromium oxide film 42a 1st part a1 Insertion part a2 Non Insertion part 42b 2nd part 42c 3rd part 42d 4th part 5 1st electrode layer 6 Intermediate layer 7 Electrolyte layer 8 Reaction prevention layer 9 2nd electrode layer

Claims (5)

合金部材と、
前記合金部材上に配置される素子部と、
を備え、
前記素子部は、
前記合金部材によって支持される第1電極層と、
第2電極層と、
前記第1電極層と第2電極層との間に配置される電解質層と、
を有し、
前記合金部材は、
クロムを含有する合金材料によって構成される基材と、
前記基材の少なくとも一部を覆う酸化クロム膜と、
を有し、
前記酸化クロム膜は、前記基材の第1主面上に形成される第1部分を含み、
前記第1部分は、前記素子部のうち少なくとも前記第1電極層と前記基材との間に介挿される介挿部と、前記素子部と前記基材との間に介挿されない非介挿部とを含み、
前記介挿部の厚みは、前記非介挿部の厚みより薄い、
電気化学セル。
With alloy members
The element unit arranged on the alloy member and
With
The element part is
The first electrode layer supported by the alloy member and
The second electrode layer and
An electrolyte layer arranged between the first electrode layer and the second electrode layer,
Have,
The alloy member
A base material composed of an alloy material containing chromium and
A chromium oxide film covering at least a part of the base material and
Have,
The chromium oxide film comprises a first portion formed on a first main surface of the substrate.
The first portion is an interposition portion that is interposed between at least the first electrode layer and the base material of the element portion, and a non-interposition portion that is not intervened between the element portion and the base material. Including part
The thickness of the insertion portion is thinner than the thickness of the non-intertrusion portion.
Electrochemical cell.
前記介挿部は、前記素子部のうち前記第1電極層及び前記電解質層それぞれと前記基材との間に介挿される、
請求項1に記載の電気化学セル。
The interposition portion is intervened between the first electrode layer and the electrolyte layer of the element portion and the base material.
The electrochemical cell according to claim 1.
前記合金部材は、前記酸化クロム膜の表面の少なくとも一部を覆う被覆膜を有する、
請求項1又は2に記載の電気化学セル。
The alloy member has a coating film that covers at least a part of the surface of the chromium oxide film.
The electrochemical cell according to claim 1 or 2.
前記酸化クロム膜は、前記基材の第2主面上に形成される第2部分を含み、
前記第2部分の厚みは、前記非介挿部の厚みより薄い、
請求項1乃至3のいずれかに記載の電気化学セル。
The chromium oxide film comprises a second portion formed on the second main surface of the substrate.
The thickness of the second portion is thinner than the thickness of the non-inserted portion.
The electrochemical cell according to any one of claims 1 to 3.
前記非介挿部の厚みに対する前記介挿部の厚みの比は、0.1以上0.93以下である、
請求項1乃至4のいずれかに記載の電気化学セル。
The ratio of the thickness of the inserted portion to the thickness of the non-inserted portion is 0.1 or more and 0.93 or less.
The electrochemical cell according to any one of claims 1 to 4.
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