JP6917182B2 - Conductive members, electrochemical reaction units, and electrochemical reaction cell stacks - Google Patents

Conductive members, electrochemical reaction units, and electrochemical reaction cell stacks Download PDF

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Description

本明細書によって開示される技術は、導電性部材に関する。 The techniques disclosed herein relate to conductive members.

水素と酸素との電気化学反応を利用して発電を行う燃料電池の1つとして、固体酸化物形の燃料電池(以下、「SOFC」という)が知られている。SOFCの構成単位である燃料電池発電単位(以下、「発電単位」という)は、燃料電池単セル(以下、「単セル」という)と、導電性の集電部材とを備える。単セルは、電解質層と、電解質層を挟んで所定の方向(以下、「第1の方向」という)に互いに対向する空気極および燃料極とを含む。集電部材は、単セルを構成する空気極または燃料極に電気的に接続される。 A solid oxide fuel cell (hereinafter referred to as "SOFC") is known as one of the fuel cells that generate electricity by utilizing an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. The fuel cell power generation unit (hereinafter, referred to as “power generation unit”), which is a constituent unit of the SOFC, includes a fuel cell single cell (hereinafter, referred to as “single cell”) and a conductive current collecting member. The single cell includes an electrolyte layer and an air electrode and a fuel electrode that face each other in a predetermined direction (hereinafter, referred to as “first direction”) across the electrolyte layer. The current collector member is electrically connected to an air electrode or a fuel electrode constituting a single cell.

集電部材は、FeとCrとを含有する金属(例えば、フェライト系ステンレス)により形成された金属部材を備える。集電部材を構成する金属部材に含まれるCrが空気中の酸素と反応すると、金属部材の表面に、Cr酸化物(例えば、Cr(クロミア))を含む酸化被膜層が形成される。Cr酸化物を含む酸化被膜層は酸素透過性が低いため、金属部材にとってより好ましくないFeの酸化を抑制する。一方、Cr酸化物を含む酸化被膜層は高い電気抵抗を有するため、該酸化被膜層がさらに成長すると、集電部材の電気抵抗が上昇して発電単位の性能が低下するおそれがある。 The current collecting member includes a metal member formed of a metal containing Fe and Cr (for example, ferritic stainless steel). When Cr contained in the metal member constituting the current collecting member reacts with oxygen in the air, an oxide film layer containing Cr oxide (for example, Cr 2 O 3 (chromia)) is formed on the surface of the metal member. .. Since the oxide film layer containing Cr oxide has low oxygen permeability, it suppresses the oxidation of Fe, which is more unfavorable for metal members. On the other hand, since the oxide film layer containing Cr oxide has a high electric resistance, if the oxide film layer further grows, the electric resistance of the current collecting member may increase and the performance of the power generation unit may deteriorate.

また、集電部材を構成する金属部材に含まれるCrが蒸散して単セルの電極に付着すると、電極における反応速度が低下する「Cr被毒」と呼ばれる現象が発生し、単セル(発電単位)の性能が低下するおそれがある。 Further, when Cr contained in the metal member constituting the current collecting member evaporates and adheres to the electrode of the single cell, a phenomenon called "Cr poisoning" in which the reaction rate at the electrode decreases occurs, and the single cell (power generation unit) ) Performance may deteriorate.

これらのような発電単位の性能低下を抑制するために、集電部材を構成する金属部材の表面上(より詳細には、金属部材の表面上に存在する酸化被膜層の表面上)に、Co酸化物(例えば、MnCo)を含む被覆層が形成された構成が知られている(例えば、特許文献1参照)。このような構成の集電部材では、被覆層が酸素の透過を抑制するため、酸化被膜層のさらなる成長が抑制され、その結果、集電部材の電気抵抗の上昇(すなわち、発電単位の性能低下)を抑制することができる。また、このような構成の集電部材では、被覆層が金属部材からのCrの蒸散を抑制するため、単セルのCr被毒の発生が抑制され、その結果、発電単位の性能低下を抑制することができる。 In order to suppress the deterioration of the performance of the power generation unit such as these, Co It is known that a coating layer containing an oxide (for example, MnCo 2 O 4 ) is formed (see, for example, Patent Document 1). In the current collector member having such a configuration, since the coating layer suppresses the permeation of oxygen, further growth of the oxide film layer is suppressed, and as a result, the electric resistance of the current collector member is increased (that is, the performance of the power generation unit is deteriorated). ) Can be suppressed. Further, in the current collecting member having such a configuration, since the coating layer suppresses the evaporation of Cr from the metal member, the generation of Cr poisoning of a single cell is suppressed, and as a result, the performance deterioration of the power generation unit is suppressed. be able to.

特開2011−99159号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-99159

しかし、上記従来の構成のように、集電部材を構成する金属部材の表面上にCo酸化物を含む被覆層を形成するだけでは、酸化被膜層のさらなる成長を十分に抑制することができず、集電部材の電気抵抗の上昇(すなわち、発電単位の性能低下)を十分に抑制することができない、という課題がある。 However, it is not possible to sufficiently suppress further growth of the oxide film layer only by forming a coating layer containing Co oxide on the surface of the metal member constituting the current collector member as in the above-mentioned conventional configuration. There is a problem that the increase in the electric resistance of the current collector member (that is, the decrease in the performance of the power generation unit) cannot be sufficiently suppressed.

なお、このような課題は、水の電気分解反応を利用して水素の生成を行う固体酸化物形の電解セル(以下、「SOEC」ともいう)の構成単位である電解セル単位を構成する集電部材にも共通の課題である。なお、本明細書では、燃料電池発電単位と電解セル単位とをまとめて電気化学反応単位と呼ぶ。また、このような課題は、SOFCやSOECに限らず、他のタイプの電気化学反応単位にも共通の課題である。さらに、このような課題は、電気化学反応単位を構成する集電部材に限らず、FeとCrとを含有する金属部材と、金属部材の表面上に配置されたCr酸化物を含む酸化被膜層と、酸化被膜層の表面上に配置されたCo酸化物を含む被覆層とを備える導電性部材一般に共通の課題である。 It should be noted that such a problem is a collection of electrolytic cell units, which are constituent units of solid oxide-type electrolytic cells (hereinafter, also referred to as “SOEC”) that generate hydrogen by utilizing the electrolysis reaction of water. This is a common issue for electrical components. In this specification, the fuel cell power generation unit and the electrolytic cell unit are collectively referred to as an electrochemical reaction unit. Moreover, such a problem is common not only to SOFC and SOEC but also to other types of electrochemical reaction units. Further, such a problem is not limited to the current collecting member constituting the electrochemical reaction unit, but also a metal member containing Fe and Cr and an oxide film layer containing a Cr oxide arranged on the surface of the metal member. This is a common problem in general for conductive members including a coating layer containing Co oxide arranged on the surface of the oxide coating layer.

本明細書では、上述した課題を解決することが可能な技術を開示する。 This specification discloses a technique capable of solving the above-mentioned problems.

本明細書に開示される技術は、例えば、以下の形態として実現することが可能である。 The techniques disclosed herein can be realized, for example, in the following forms.

(1)本明細書に開示される導電性部材は、導電性部材であって、FeとCrとを含有する基部と、FeとCrとCoとを含有し、Co濃度が、1.0wt%以上であり、かつ、前記基部のCo濃度より高い合金相と、を有する金属部材と、前記金属部材における前記合金相により構成された表面上に配置され、Cr酸化物を含み、Cr濃度が前記金属部材のCr濃度より高い酸化被膜層と、前記酸化被膜層における前記金属部材に対向する表面とは反対側の表面上に配置され、Co酸化物を含む被覆層と、を備える。本導電性部材によれば、金属部材が、比較的高濃度でCoを含有する合金相を有するため、金属部材がそのような合金相を有さない構成と比較して、金属部材からのCr拡散を抑制することができる。そのため、本導電性部材によれば、金属部材からのCr拡散を原因とする酸化被膜層のさらなる成長を効果的に抑制することができ、導電性部材の電気抵抗の上昇を効果的に抑制することができる。 (1) The conductive member disclosed in the present specification is a conductive member, which contains a base containing Fe and Cr and Fe, Cr and Co, and has a Co concentration of 1.0 wt%. It is arranged on the surface composed of the metal member having the above and the alloy phase having a Co concentration higher than that of the base and the alloy phase in the metal member, and contains Cr oxide, and the Cr concentration is said. It includes an oxide film layer having a Cr concentration higher than that of the metal member, and a coating layer arranged on the surface of the oxide film layer opposite to the surface facing the metal member and containing Co oxide. According to the present conductive member, since the metal member has an alloy phase containing Co in a relatively high concentration, Cr from the metal member is compared with a configuration in which the metal member does not have such an alloy phase. Diffusion can be suppressed. Therefore, according to the present conductive member, further growth of the oxide film layer caused by Cr diffusion from the metal member can be effectively suppressed, and an increase in electrical resistance of the conductive member can be effectively suppressed. be able to.

(2)上記導電性部材において、前記合金相においてSEM−EDSにより各元素の強度を特定したとき、Coの強度はCrの強度より低い構成としてもよい。合金相におけるCoの強度が高いほど、Cr濃度は減少する傾向にある。また、Cr濃度が過度に低く、Co濃度が過度に高くなると、CoによるCr拡散抑制効果が強くなり、金属部材内への酸素拡散量に対するCr供給量が過少となり、金属部材において内部酸化が発生するおそれがある。本導電性部材によれば、合金相におけるCoの強度がCrの強度より低いため、合金相においてCr濃度が過度に低く、Co濃度が過度に高くなることを抑制することができ、金属部材における内部酸化の発生を抑制することができる。 (2) In the conductive member, when the strength of each element is specified by SEM-EDS in the alloy phase, the strength of Co may be lower than the strength of Cr. The higher the strength of Co in the alloy phase, the lower the Cr concentration tends to be. Further, when the Cr concentration is excessively low and the Co concentration is excessively high, the effect of suppressing Cr diffusion by Co becomes strong, the amount of Cr supplied relative to the amount of oxygen diffusion into the metal member becomes too small, and internal oxidation occurs in the metal member. There is a risk of According to this conductive member, since the strength of Co in the alloy phase is lower than the strength of Cr, it is possible to prevent the Cr concentration from being excessively low and the Co concentration from being excessively high in the alloy phase, and it is possible to prevent the metal member from becoming excessively high. The occurrence of internal oxidation can be suppressed.

(3)上記導電性部材において、前記合金相における一の部分のCo濃度は、前記合金相における前記一の部分より前記基部から離れた部分のCo濃度より低い構成としてもよい。本導電性部材によれば、合金相における基部に近接した部分のCo濃度が過大となることを抑制することができ、合金相と基部との間の熱膨張率の差が過大となることを抑制することができ、その結果、温度変化時における合金相と基部との界面の歪みに起因する不具合(例えば、酸化被膜層や被覆層の剥離)の発生を抑制することができる。 (3) In the conductive member, the Co concentration of one portion in the alloy phase may be lower than the Co concentration of the portion away from the base portion than the one portion in the alloy phase. According to this conductive member, it is possible to prevent the Co concentration in the portion of the alloy phase close to the base from becoming excessive, and the difference in the coefficient of thermal expansion between the alloy phase and the base becomes excessive. As a result, it is possible to suppress the occurrence of defects (for example, peeling of the oxide film layer and the coating layer) caused by the distortion of the interface between the alloy phase and the base when the temperature changes.

(4)上記導電性部材において、前記被覆層に含まれる前記Co酸化物は、CrとMnとFeとNiとCuとZnとの少なくとも1つの元素を含有する構成としてもよい。本導電性部材によれば、被覆層によって、酸化被膜層の成長を効果的に抑制することができると共に、金属部材からのCrの蒸散を効果的に抑制することができる。 (4) In the conductive member, the Co oxide contained in the coating layer may contain at least one element of Cr, Mn, Fe, Ni, Cu and Zn. According to the present conductive member, the coating layer can effectively suppress the growth of the oxide film layer and effectively suppress the evaporation of Cr from the metal member.

(5)上記導電性部材において、前記導電性部材は、固体酸化物形の電気化学反応単位の集電部材である構成としてもよい。本導電性部材によれば、導電性部材の電気抵抗の上昇を効果的に抑制することができ、固体酸化物形の電気化学反応単位の性能低下を抑制することができる。 (5) In the conductive member, the conductive member may be a solid oxide type electrochemical reaction unit current collecting member. According to the present conductive member, an increase in the electric resistance of the conductive member can be effectively suppressed, and a decrease in the performance of the solid oxide-type electrochemical reaction unit can be suppressed.

なお、本明細書に開示される技術は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、導電性部材、導電性部材と電気化学反応単セル(燃料電池単セルまたは電解単セル)とを備える電気化学反応単位(燃料電池発電単位または電解セル単位)、複数の電気化学反応単位を備える電気化学反応セルスタック(燃料電池スタックまたは電解セルスタック)、それらの製造方法等の形態で実現することが可能である。 The technique disclosed in the present specification can be realized in various forms, for example, a conductive member, a conductive member and an electrochemical reaction single cell (fuel cell single cell or electrolytic single cell). It is realized in the form of an electrochemical reaction unit (fuel cell power generation unit or electrolytic cell unit) including, an electrochemical reaction cell stack (fuel cell stack or electrolytic cell stack) including a plurality of electrochemical reaction units, and a method for manufacturing them. It is possible.

実施形態における燃料電池スタック100の外観構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the appearance structure of the fuel cell stack 100 in embodiment. 図1のII−IIの位置における燃料電池スタック100のXZ断面構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the XZ cross-sectional structure of the fuel cell stack 100 at the position of II-II of FIG. 図1のIII−IIIの位置における燃料電池スタック100のYZ断面構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the YZ cross-sectional structure of the fuel cell stack 100 at the position of III-III of FIG. 図2に示す断面と同一の位置における互いに隣接する2つの発電単位102のXZ断面構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the XZ cross section configuration of two power generation units 102 adjacent to each other at the same position as the cross section shown in FIG. 図3に示す断面と同一の位置における互いに隣接する2つの発電単位102のYZ断面構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the YZ cross section configuration of two power generation units 102 adjacent to each other at the same position as the cross section shown in FIG. 図4のVI−VIの位置における発電単位102のXY断面構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the XY cross-sectional structure of the power generation unit 102 at the position of VI-VI of FIG. 図4のVII−VIIの位置における発電単位102のXY断面構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the XY cross-sectional structure of the power generation unit 102 at the position of VII-VII of FIG. 本実施形態における集電部材200の詳細構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the detailed structure of the current collector member 200 in this embodiment. 本実施形態における集電部材200を対象としたSEM−EDSによる各元素の強度の特定結果の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the specific result of the intensity of each element by SEM-EDS for the current collector member 200 in this embodiment. 本実施形態における集電部材200の製造方法の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the manufacturing method of the current collector member 200 in this embodiment. 本実施形態における集電部材200の製造方法の一例を概略的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically an example of the manufacturing method of the current collector member 200 in this embodiment. 性能評価結果を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the performance evaluation result. 各サンプルの金属部材190におけるCo濃度を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the Co concentration in the metal member 190 of each sample. 比較例の集電部材200Xの製造方法の一例を概略的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically an example of the manufacturing method of the current collector member 200X of a comparative example.

A.実施形態:
A−1.構成:
(燃料電池スタック100の構成)
図1は、実施形態における燃料電池スタック100の外観構成を示す斜視図であり、図2は、図1(および後述する図6,7)のII−IIの位置における燃料電池スタック100のXZ断面構成を示す説明図であり、図3は、図1(および後述する図6,7)のIII−IIIの位置における燃料電池スタック100のYZ断面構成を示す説明図である。各図には、方向を特定するための互いに直交するXYZ軸が示されている。本明細書では、便宜的に、Z軸正方向を上方向と呼び、Z軸負方向を下方向と呼ぶものとするが、燃料電池スタック100は実際にはそのような向きとは異なる向きで設置されてもよい。図4以降についても同様である。
A. Embodiment:
A-1. Constitution:
(Structure of fuel cell stack 100)
FIG. 1 is a perspective view showing an external configuration of the fuel cell stack 100 in the embodiment, and FIG. 2 is an XZ cross section of the fuel cell stack 100 at the position II-II in FIG. 1 (and FIGS. 6 and 7 described later). It is explanatory drawing which shows the structure, and FIG. 3 is the explanatory view which shows the YZ cross section structure of the fuel cell stack 100 at the position of III-III of FIG. Each figure shows XYZ axes that are orthogonal to each other to identify the direction. In the present specification, for convenience, the Z-axis positive direction is referred to as an upward direction, and the Z-axis negative direction is referred to as a downward direction, but the fuel cell stack 100 is actually in a direction different from such an orientation. It may be installed. The same applies to FIGS. 4 and later.

燃料電池スタック100は、複数の(本実施形態では7つの)燃料電池発電単位(以下、単に「発電単位」という)102と、一対のエンドプレート104,106とを備える。7つの発電単位102は、所定の配列方向(本実施形態では上下方向)に並べて配置されている。一対のエンドプレート104,106は、7つの発電単位102から構成される集合体を上下から挟むように配置されている。なお、上記配列方向(上下方向)は、特許請求の範囲における第1の方向に相当する。 The fuel cell stack 100 includes a plurality of (seven in this embodiment) fuel cell power generation units (hereinafter, simply referred to as “power generation units”) 102, and a pair of end plates 104 and 106. The seven power generation units 102 are arranged side by side in a predetermined arrangement direction (vertical direction in the present embodiment). The pair of end plates 104 and 106 are arranged so as to sandwich an aggregate composed of seven power generation units 102 from above and below. The arrangement direction (vertical direction) corresponds to the first direction in the claims.

燃料電池スタック100を構成する各層(発電単位102、エンドプレート104,106)のZ方向回りの周縁部には、上下方向に貫通する複数の(本実施形態では8つの)孔が形成されており、各層に形成され互いに対応する孔同士が上下方向に連通して、一方のエンドプレート104から他方のエンドプレート106にわたって上下方向に延びる連通孔108を構成している。以下の説明では、連通孔108を構成するために燃料電池スタック100の各層に形成された孔も、連通孔108と呼ぶ場合がある。 A plurality of holes (eight in this embodiment) penetrating in the vertical direction are formed on the peripheral edge of each layer (power generation unit 102, end plates 104, 106) constituting the fuel cell stack 100 in the Z direction. , The holes formed in each layer and corresponding to each other communicate with each other in the vertical direction to form a communication hole 108 extending in the vertical direction from one end plate 104 to the other end plate 106. In the following description, the holes formed in each layer of the fuel cell stack 100 to form the communication holes 108 may also be referred to as the communication holes 108.

各連通孔108には上下方向に延びるボルト22が挿通されており、ボルト22とボルト22の両側に嵌められたナット24とによって、燃料電池スタック100は締結されている。なお、図2および図3に示すように、ボルト22の一方の側(上側)に嵌められたナット24と燃料電池スタック100の上端を構成するエンドプレート104の上側表面との間、および、ボルト22の他方の側(下側)に嵌められたナット24と燃料電池スタック100の下端を構成するエンドプレート106の下側表面との間には、絶縁シート26が介在している。ただし、後述のガス通路部材27が設けられた箇所では、ナット24とエンドプレート106の表面との間に、ガス通路部材27とガス通路部材27の上側および下側のそれぞれに配置された絶縁シート26とが介在している。絶縁シート26は、例えばマイカシートや、セラミック繊維シート、セラミック圧粉シート、ガラスシート、ガラスセラミック複合剤等により構成される。 A bolt 22 extending in the vertical direction is inserted into each communication hole 108, and the fuel cell stack 100 is fastened by the bolt 22 and the nuts 24 fitted on both sides of the bolt 22. As shown in FIGS. 2 and 3, between the nut 24 fitted on one side (upper side) of the bolt 22 and the upper surface of the end plate 104 forming the upper end of the fuel cell stack 100, and the bolt. An insulating sheet 26 is interposed between the nut 24 fitted on the other side (lower side) of the 22 and the lower surface of the end plate 106 forming the lower end of the fuel cell stack 100. However, in the place where the gas passage member 27 described later is provided, the insulating sheets arranged on the upper side and the lower side of the gas passage member 27 and the gas passage member 27 between the nut 24 and the surface of the end plate 106, respectively. 26 is intervening. The insulating sheet 26 is made of, for example, a mica sheet, a ceramic fiber sheet, a ceramic dust sheet, a glass sheet, a glass-ceramic composite agent, or the like.

各ボルト22の軸部の外径は各連通孔108の内径より小さい。そのため、各ボルト22の軸部の外周面と各連通孔108の内周面との間には、空間が確保されている。図1および図2に示すように、燃料電池スタック100のZ方向回りの外周における1つの辺(Y軸に平行な2つの辺の内のX軸正方向側の辺)の中点付近に位置するボルト22(ボルト22A)と、そのボルト22Aが挿通された連通孔108とにより形成された空間は、燃料電池スタック100の外部から酸化剤ガスOGが導入され、その酸化剤ガスOGを各発電単位102に供給するガス流路である酸化剤ガス導入マニホールド161として機能し、該辺の反対側の辺(Y軸に平行な2つの辺の内のX軸負方向側の辺)の中点付近に位置するボルト22(ボルト22B)と、そのボルト22Bが挿通された連通孔108とにより形成された空間は、各発電単位102の空気室166から排出されたガスである酸化剤オフガスOOGを燃料電池スタック100の外部へと排出する酸化剤ガス排出マニホールド162として機能する。なお、本実施形態では、酸化剤ガスOGとして、例えば空気が使用される。 The outer diameter of the shaft portion of each bolt 22 is smaller than the inner diameter of each communication hole 108. Therefore, a space is secured between the outer peripheral surface of the shaft portion of each bolt 22 and the inner peripheral surface of each communication hole 108. As shown in FIGS. 1 and 2, the position is near the midpoint of one side (the side on the positive side of the X axis among the two sides parallel to the Y axis) on the outer circumference of the fuel cell stack 100 around the Z direction. In the space formed by the bolt 22 (bolt 22A) and the communication hole 108 through which the bolt 22A is inserted, the oxidant gas OG is introduced from the outside of the fuel cell stack 100, and the oxidant gas OG is generated for each power generation. It functions as an oxidizer gas introduction manifold 161 that is a gas flow path supplied to the unit 102, and is the midpoint of the side opposite to the side (the side on the negative side of the X axis among the two sides parallel to the Y axis). The space formed by the bolt 22 (bolt 22B) located in the vicinity and the communication hole 108 through which the bolt 22B is inserted provides the oxidant off-gas OOG, which is the gas discharged from the air chamber 166 of each power generation unit 102. It functions as an oxidizer gas discharge manifold 162 that discharges to the outside of the fuel cell stack 100. In this embodiment, for example, air is used as the oxidant gas OG.

また、図1および図3に示すように、燃料電池スタック100のZ方向回りの外周における1つの辺(X軸に平行な2つの辺の内のY軸正方向側の辺)の中点付近に位置するボルト22(ボルト22D)と、そのボルト22Dが挿通された連通孔108とにより形成された空間は、燃料電池スタック100の外部から燃料ガスFGが導入され、その燃料ガスFGを各発電単位102に供給する燃料ガス導入マニホールド171として機能し、該辺の反対側の辺(X軸に平行な2つの辺の内のY軸負方向側の辺)の中点付近に位置するボルト22(ボルト22E)と、そのボルト22Eが挿通された連通孔108とにより形成された空間は、各発電単位102の燃料室176から排出されたガスである燃料オフガスFOGを燃料電池スタック100の外部へと排出する燃料ガス排出マニホールド172として機能する。なお、本実施形態では、燃料ガスFGとして、例えば都市ガスを改質した水素リッチなガスが使用される。 Further, as shown in FIGS. 1 and 3, the vicinity of the midpoint of one side (the side on the positive side of the Y axis among the two sides parallel to the X axis) on the outer circumference of the fuel cell stack 100 around the Z direction. In the space formed by the bolt 22 (bolt 22D) located in the above and the communication hole 108 through which the bolt 22D is inserted, the fuel gas FG is introduced from the outside of the fuel cell stack 100, and the fuel gas FG is generated by each power generation. A bolt 22 that functions as a fuel gas introduction manifold 171 to be supplied to the unit 102 and is located near the midpoint of the opposite side (the side on the negative side of the Y axis of the two sides parallel to the X axis). The space formed by (bolt 22E) and the communication hole 108 through which the bolt 22E is inserted sends the fuel off-gas FOG, which is the gas discharged from the fuel chamber 176 of each power generation unit 102, to the outside of the fuel cell stack 100. It functions as a fuel gas discharge manifold 172 to be discharged. In the present embodiment, for example, a hydrogen-rich gas obtained by reforming city gas is used as the fuel gas FG.

燃料電池スタック100には、4つのガス通路部材27が設けられている。各ガス通路部材27は、中空筒状の本体部28と、本体部28の側面から分岐した中空筒状の分岐部29とを有している。分岐部29の孔は本体部28の孔と連通している。各ガス通路部材27の分岐部29には、ガス配管(図示せず)が接続される。また、図2に示すように、酸化剤ガス導入マニホールド161を形成するボルト22Aの位置に配置されたガス通路部材27の本体部28の孔は、酸化剤ガス導入マニホールド161に連通しており、酸化剤ガス排出マニホールド162を形成するボルト22Bの位置に配置されたガス通路部材27の本体部28の孔は、酸化剤ガス排出マニホールド162に連通している。また、図3に示すように、燃料ガス導入マニホールド171を形成するボルト22Dの位置に配置されたガス通路部材27の本体部28の孔は、燃料ガス導入マニホールド171に連通しており、燃料ガス排出マニホールド172を形成するボルト22Eの位置に配置されたガス通路部材27の本体部28の孔は、燃料ガス排出マニホールド172に連通している。 The fuel cell stack 100 is provided with four gas passage members 27. Each gas passage member 27 has a hollow tubular main body 28 and a hollow tubular branch 29 branched from the side surface of the main body 28. The hole of the branch portion 29 communicates with the hole of the main body portion 28. A gas pipe (not shown) is connected to the branch portion 29 of each gas passage member 27. Further, as shown in FIG. 2, the hole of the main body 28 of the gas passage member 27 arranged at the position of the bolt 22A forming the oxidant gas introduction manifold 161 communicates with the oxidant gas introduction manifold 161. The hole of the main body 28 of the gas passage member 27 arranged at the position of the bolt 22B forming the oxidant gas discharge manifold 162 communicates with the oxidant gas discharge manifold 162. Further, as shown in FIG. 3, the hole of the main body 28 of the gas passage member 27 arranged at the position of the bolt 22D forming the fuel gas introduction manifold 171 communicates with the fuel gas introduction manifold 171 and fuel gas. The hole of the main body 28 of the gas passage member 27 arranged at the position of the bolt 22E forming the discharge manifold 172 communicates with the fuel gas discharge manifold 172.

(エンドプレート104,106の構成)
一対のエンドプレート104,106は、略矩形の平板形状の導電性部材であり、例えばステンレスにより形成されている。一方のエンドプレート104は、最も上に位置する発電単位102の上側に配置され、他方のエンドプレート106は、最も下に位置する発電単位102の下側に配置されている。一対のエンドプレート104,106によって複数の発電単位102が押圧された状態で挟持されている。上側のエンドプレート104は、燃料電池スタック100のプラス側の出力端子として機能し、下側のエンドプレート106は、燃料電池スタック100のマイナス側の出力端子として機能する。
(Structure of end plates 104 and 106)
The pair of end plates 104 and 106 are substantially rectangular flat plate-shaped conductive members, and are made of, for example, stainless steel. One end plate 104 is arranged above the power generation unit 102 located at the top, and the other end plate 106 is arranged below the power generation unit 102 located at the bottom. A plurality of power generation units 102 are sandwiched by a pair of end plates 104 and 106 in a pressed state. The upper end plate 104 functions as a positive output terminal of the fuel cell stack 100, and the lower end plate 106 functions as a negative output terminal of the fuel cell stack 100.

(発電単位102の構成)
図4は、図2に示す断面と同一の位置における互いに隣接する2つの発電単位102のXZ断面構成を示す説明図であり、図5は、図3に示す断面と同一の位置における互いに隣接する2つの発電単位102のYZ断面構成を示す説明図である。図5の上部には、発電単位102の一部分のYZ断面構成が拡大して示されている。また、図6は、図4のVI−VIの位置における発電単位102のXY断面構成を示す説明図であり、図7は、図4のVII−VIIの位置における発電単位102のXY断面構成を示す説明図である。
(Structure of power generation unit 102)
FIG. 4 is an explanatory view showing an XZ cross-sectional configuration of two power generation units 102 adjacent to each other at the same position as the cross section shown in FIG. 2, and FIG. 5 is an explanatory view showing the XZ cross-sectional configuration of the two power generation units 102 adjacent to each other at the same position as the cross section shown in FIG. It is explanatory drawing which shows the YZ cross-sectional structure of two power generation units 102. In the upper part of FIG. 5, the YZ cross-sectional structure of a part of the power generation unit 102 is enlarged and shown. Further, FIG. 6 is an explanatory view showing the XY cross-sectional configuration of the power generation unit 102 at the position of VI-VI in FIG. 4, and FIG. 7 is an explanatory view showing the XY cross-sectional configuration of the power generation unit 102 at the position of VII-VII in FIG. It is explanatory drawing which shows.

図4および図5に示すように、発電単位102は、単セル110と、セパレータ120と、空気極側フレーム130と、空気極側集電体134と、燃料極側フレーム140と、燃料極側集電体144と、発電単位102の最上層および最下層を構成する一対のインターコネクタ150とを備えている。セパレータ120、空気極側フレーム130、燃料極側フレーム140、インターコネクタ150におけるZ方向回りの周縁部には、上述したボルト22が挿通される連通孔108に対応する孔が形成されている。 As shown in FIGS. 4 and 5, the power generation unit 102 includes a single cell 110, a separator 120, an air pole side frame 130, an air pole side current collector 134, a fuel pole side frame 140, and a fuel pole side. It includes a current collector 144 and a pair of interconnectors 150 that form the uppermost layer and the lowermost layer of the power generation unit 102. Holes corresponding to the communication holes 108 through which the above-mentioned bolts 22 are inserted are formed in the peripheral portions of the separator 120, the air pole side frame 130, the fuel pole side frame 140, and the interconnector 150 in the Z direction.

インターコネクタ150は、略矩形の平板形状の導電性部材であり、例えばフェライト系ステンレスにより形成されている。インターコネクタ150は、発電単位102間の電気的導通を確保すると共に、発電単位102間での反応ガスの混合を防止する。なお、本実施形態では、2つの発電単位102が隣接して配置されている場合、1つのインターコネクタ150は、隣接する2つの発電単位102に共有されている。すなわち、ある発電単位102における上側のインターコネクタ150は、その発電単位102の上側に隣接する他の発電単位102における下側のインターコネクタ150と同一部材である。また、燃料電池スタック100は一対のエンドプレート104,106を備えているため、燃料電池スタック100において最も上に位置する発電単位102は上側のインターコネクタ150を備えておらず、最も下に位置する発電単位102は下側のインターコネクタ150を備えていない(図2および図3参照)。 The interconnector 150 is a substantially rectangular flat plate-shaped conductive member, and is made of, for example, ferritic stainless steel. The interconnector 150 ensures electrical continuity between the power generation units 102 and prevents mixing of reaction gases between the power generation units 102. In the present embodiment, when two power generation units 102 are arranged adjacent to each other, one interconnector 150 is shared by two adjacent power generation units 102. That is, the upper interconnector 150 in a certain power generation unit 102 is the same member as the lower interconnector 150 in another power generation unit 102 adjacent to the upper side of the power generation unit 102. Further, since the fuel cell stack 100 includes a pair of end plates 104 and 106, the power generation unit 102 located at the top of the fuel cell stack 100 does not have the upper interconnector 150 and is located at the bottom. The power generation unit 102 does not include the lower interconnector 150 (see FIGS. 2 and 3).

単セル110は、電解質層112と、電解質層112の上下方向(第1の方向)の一方側(下側)に配置された燃料極(アノード)116と、電解質層112の上下方向の他方側(上側)に配置された空気極(カソード)114と、電解質層112と空気極114との間に配置された中間層180とを備える。なお、本実施形態の単セル110は、燃料極116で単セル110を構成する他の層(電解質層112、空気極114、中間層180)を支持する燃料極支持形の単セルである。 The single cell 110 has an electrolyte layer 112, a fuel electrode (anode) 116 arranged on one side (lower side) of the electrolyte layer 112 in the vertical direction (first direction), and the other side of the electrolyte layer 112 in the vertical direction. It includes an air electrode (cathode) 114 arranged on the (upper side) and an intermediate layer 180 arranged between the electrolyte layer 112 and the air electrode 114. The single cell 110 of the present embodiment is a fuel pole support type single cell that supports other layers (electrolyte layer 112, air pole 114, intermediate layer 180) constituting the single cell 110 with the fuel pole 116.

電解質層112は、Z方向視で略矩形の平板形状部材であり、緻密な層である。電解質層112は、例えば、YSZ(イットリア安定化ジルコニア)、ScSZ(スカンジア安定化ジルコニア)、SDC(サマリウムドープセリア)、GDC(ガドリニウムドープセリア)、ペロブスカイト型酸化物等の固体酸化物により形成されている。すなわち、本実施形態の単セル110(発電単位102)は、電解質として固体酸化物を用いる固体酸化物形燃料電池(SOFC)である。 The electrolyte layer 112 is a flat plate-shaped member that is substantially rectangular in the Z direction, and is a dense layer. The electrolyte layer 112 is formed of, for example, a solid oxide such as YSZ (yttria-stabilized zirconia), ScSZ (scandia-stabilized zirconia), SDC (samarium-doped ceria), GDC (gadrinium-doped ceria), and perovskite-type oxide. There is. That is, the single cell 110 (power generation unit 102) of the present embodiment is a solid oxide fuel cell (SOFC) that uses a solid oxide as an electrolyte.

空気極114は、Z方向視で電解質層112より小さい略矩形の平板形状部材であり、多孔質な層である。空気極114は、例えば、ペロブスカイト型酸化物(例えばLSCF(ランタンストロンチウムコバルト鉄酸化物)、LSM(ランタンストロンチウムマンガン酸化物)、LNF(ランタンニッケル鉄))により形成されている。 The air electrode 114 is a substantially rectangular flat plate-shaped member smaller than the electrolyte layer 112 in the Z direction, and is a porous layer. The air electrode 114 is formed of, for example, a perovskite type oxide (for example, LSCF (lanternstrontium cobalt iron oxide), LSM (lanternstrontium manganese oxide), LNF (lantern nickel iron)).

燃料極116は、Z方向視で電解質層112と略同一の大きさの略矩形の平板形状部材であり、多孔質な層である。燃料極116は、例えば、Niと酸化物イオン伝導性セラミックス粒子(例えば、YSZ)とからなるサーメットにより形成されている。 The fuel electrode 116 is a substantially rectangular flat plate-shaped member having substantially the same size as the electrolyte layer 112 in the Z direction, and is a porous layer. The fuel electrode 116 is formed of, for example, a cermet composed of Ni and oxide ion conductive ceramic particles (for example, YSZ).

中間層180は、略矩形の平板形状部材であり、GDC(ガドリニウムドープセリア)を含むように形成されている。中間層180は、空気極114から拡散した元素(例えば、Sr)が電解質層112に含まれる元素(例えば、Zr)と反応して高抵抗な物質(例えば、SrZrO)が生成されることを抑制する。 The intermediate layer 180 is a substantially rectangular flat plate-shaped member, and is formed so as to include GDC (gadolinium-doped ceria). In the intermediate layer 180, an element (for example, Sr) diffused from the air electrode 114 reacts with an element (for example, Zr) contained in the electrolyte layer 112 to generate a highly resistant substance (for example, SrZrO 3 ). Suppress.

セパレータ120は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の孔121が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、金属により形成されている。セパレータ120における孔121の周囲部分は、電解質層112における空気極114の側の表面の周縁部に対向している。セパレータ120は、その対向した部分に配置されたロウ材(例えばAgロウ)により形成された接合部124により、電解質層112(単セル110)と接合されている。セパレータ120により、空気極114に面する空気室166と燃料極116に面する燃料室176とが区画され、単セル110の周縁部における一方の電極側から他方の電極側へのガスのリークが抑制される。 The separator 120 is a frame-shaped member in which a substantially rectangular hole 121 penetrating in the vertical direction is formed near the center, and is formed of, for example, metal. The peripheral portion of the hole 121 in the separator 120 faces the peripheral edge of the surface of the electrolyte layer 112 on the side of the air electrode 114. The separator 120 is bonded to the electrolyte layer 112 (single cell 110) by a bonding portion 124 formed of a brazing material (for example, Ag wax) arranged at the opposite portion thereof. The separator 120 partitions the air chamber 166 facing the air electrode 114 and the fuel chamber 176 facing the fuel electrode 116, and a gas leak from one electrode side to the other electrode side at the peripheral edge of the single cell 110. It is suppressed.

図4〜6に示すように、空気極側フレーム130は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の孔131が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、マイカ等の絶縁体により形成されている。空気極側フレーム130の孔131は、空気極114に面する空気室166を構成する。空気極側フレーム130は、セパレータ120における電解質層112に対向する側とは反対側の表面の周縁部と、インターコネクタ150における空気極114に対向する側の表面の周縁部とに接触している。また、空気極側フレーム130によって、発電単位102に含まれる一対のインターコネクタ150間が電気的に絶縁される。また、空気極側フレーム130には、酸化剤ガス導入マニホールド161と空気室166とを連通する酸化剤ガス供給連通孔132と、空気室166と酸化剤ガス排出マニホールド162とを連通する酸化剤ガス排出連通孔133とが形成されている。 As shown in FIGS. 4 to 6, the air electrode side frame 130 is a frame-shaped member in which a substantially rectangular hole 131 penetrating in the vertical direction is formed near the center, and is formed of, for example, an insulator such as mica. ing. The hole 131 of the air electrode side frame 130 constitutes an air chamber 166 facing the air electrode 114. The air electrode side frame 130 is in contact with the peripheral edge of the surface of the separator 120 opposite to the side facing the electrolyte layer 112 and the peripheral edge of the surface of the interconnector 150 facing the air electrode 114. .. Further, the air electrode side frame 130 electrically insulates between the pair of interconnectors 150 included in the power generation unit 102. Further, in the air electrode side frame 130, the oxidant gas supply communication hole 132 that communicates the oxidant gas introduction manifold 161 and the air chamber 166, and the oxidant gas that communicates the air chamber 166 and the oxidant gas discharge manifold 162. A discharge communication hole 133 is formed.

図4,5,7に示すように、燃料極側フレーム140は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の孔141が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、金属により形成されている。燃料極側フレーム140の孔141は、燃料極116に面する燃料室176を構成する。燃料極側フレーム140は、セパレータ120における電解質層112に対向する側の表面の周縁部と、インターコネクタ150における燃料極116に対向する側の表面の周縁部とに接触している。また、燃料極側フレーム140には、燃料ガス導入マニホールド171と燃料室176とを連通する燃料ガス供給連通孔142と、燃料室176と燃料ガス排出マニホールド172とを連通する燃料ガス排出連通孔143とが形成されている。 As shown in FIGS. 4, 5 and 7, the fuel pole side frame 140 is a frame-shaped member in which a substantially rectangular hole 141 penetrating in the vertical direction is formed near the center, and is formed of, for example, metal. .. Hole 141 of the fuel electrode side frame 140 constitutes a fuel chamber 176 facing the fuel electrode 116. The fuel electrode side frame 140 is in contact with the peripheral edge of the surface of the separator 120 facing the electrolyte layer 112 and the peripheral edge of the surface of the interconnector 150 facing the fuel electrode 116. Further, in the fuel electrode side frame 140, a fuel gas supply communication hole 142 that communicates the fuel gas introduction manifold 171 and the fuel chamber 176, and a fuel gas discharge communication hole 143 that communicates the fuel chamber 176 and the fuel gas discharge manifold 172. And are formed.

図4,5,7に示すように、燃料極側集電体144は、燃料室176内に配置されている。燃料極側集電体144は、インターコネクタ対向部146と、電極対向部145と、電極対向部145とインターコネクタ対向部146とをつなぐ連接部147とを備えており、例えば、ニッケルやニッケル合金、ステンレス等により形成されている。電極対向部145は、燃料極116における電解質層112に対向する側とは反対側の表面に接触しており、インターコネクタ対向部146は、インターコネクタ150における燃料極116に対向する側の表面に接触している。ただし、上述したように、燃料電池スタック100において最も下に位置する発電単位102は下側のインターコネクタ150を備えていないため、当該発電単位102におけるインターコネクタ対向部146は、下側のエンドプレート106に接触している。燃料極側集電体144は、このような構成であるため、燃料極116とインターコネクタ150(またはエンドプレート106)とを電気的に接続する。なお、電極対向部145とインターコネクタ対向部146との間には、例えばマイカにより形成されたスペーサー149が配置されている。そのため、燃料極側集電体144が温度サイクルや反応ガス圧力変動による発電単位102の変形に追随し、燃料極側集電体144を介した燃料極116とインターコネクタ150(またはエンドプレート106)との電気的接続が良好に維持される。 As shown in FIGS. 4, 5 and 7, the fuel electrode side current collector 144 is arranged in the fuel chamber 176. The fuel electrode side current collector 144 includes an interconnector facing portion 146, an electrode facing portion 145, and a connecting portion 147 connecting the electrode facing portion 145 and the interconnector facing portion 146. For example, nickel or nickel alloy. , Stainless steel, etc. The electrode facing portion 145 is in contact with the surface of the fuel pole 116 opposite to the side facing the electrolyte layer 112, and the interconnector facing portion 146 is on the surface of the interconnector 150 facing the fuel pole 116. Are in contact. However, as described above, since the power generation unit 102 located at the bottom of the fuel cell stack 100 does not have the lower interconnector 150, the interconnector facing portion 146 in the power generation unit 102 is the lower end plate. It is in contact with 106. Since the fuel pole side current collector 144 has such a configuration, the fuel pole 116 and the interconnector 150 (or the end plate 106) are electrically connected to each other. A spacer 149 formed of, for example, mica is arranged between the electrode facing portion 145 and the interconnector facing portion 146. Therefore, the fuel electrode side current collector 144 follows the deformation of the power generation unit 102 due to the temperature cycle and the reaction gas pressure fluctuation, and the fuel electrode 116 and the interconnector 150 (or the end plate 106) via the fuel electrode side current collector 144 follow. Good electrical connection with is maintained.

図4〜6に示すように、空気極側集電体134は、空気室166内に配置されている。空気極側集電体134は、複数の略四角柱状の集電体要素135から構成されており、例えばフェライト系ステンレスにより形成されている。空気極側集電体134は、空気極114における電解質層112に対向する側とは反対側の表面と、インターコネクタ150における空気極114に対向する側の表面とに接触している。ただし、上述したように、燃料電池スタック100において最も上に位置する発電単位102は上側のインターコネクタ150を備えていないため、当該発電単位102における空気極側集電体134は、上側のエンドプレート104に接触している。空気極側集電体134は、このような構成であるため、空気極114とインターコネクタ150(またはエンドプレート104)とを電気的に接続する。 As shown in FIGS. 4 to 6, the air electrode side current collector 134 is arranged in the air chamber 166. The air electrode side current collector 134 is composed of a plurality of substantially square columnar current collector elements 135, and is formed of, for example, ferritic stainless steel. The air pole side current collector 134 is in contact with the surface of the air pole 114 on the side opposite to the side facing the electrolyte layer 112 and the surface of the interconnector 150 on the side facing the air pole 114. However, as described above, since the power generation unit 102 located at the top of the fuel cell stack 100 does not have the upper interconnector 150, the air electrode side current collector 134 in the power generation unit 102 has an upper end plate. It is in contact with 104. Since the air electrode side current collector 134 has such a configuration, the air electrode 114 and the interconnector 150 (or the end plate 104) are electrically connected.

なお、図4および図5に示すように、本実施形態では、空気極側集電体134(集電体要素135)とインターコネクタ150とは一体の部材として形成されている。すなわち、該一体の部材(以下、「金属部材190」と呼ぶ)の内、上下方向(Z軸方向)に直交する平板形状の部分がインターコネクタ150として機能し、該平板形状の部分から空気極114に向けて突出するように形成された複数の集電体要素135が空気極側集電体134として機能する。 As shown in FIGS. 4 and 5, in the present embodiment, the air electrode side current collector 134 (current collector element 135) and the interconnector 150 are formed as an integral member. That is, in the integrated member (hereinafter referred to as "metal member 190"), the flat plate-shaped portion orthogonal to the vertical direction (Z-axis direction) functions as the interconnector 150, and the air electrode is formed from the flat plate-shaped portion. A plurality of current collector elements 135 formed so as to project toward 114 function as an air electrode side current collector 134.

図5に示すように、金属部材190の表面上には、Cr酸化物(例えば、Cr(クロミア))を含む酸化被膜層194が形成されている。また、図4および図5に示すように、金属部材190の表面(より詳細には、金属部材190の表面上に形成された酸化被膜層194の表面)は、導電性の被覆層196によって覆われている。以下の説明では、特記しない限り、金属部材190(空気極側集電体134とインターコネクタ150との一体部材)は「被覆層196に覆われた金属部材190」を意味する。 As shown in FIG. 5, an oxide film layer 194 containing a Cr oxide (for example, Cr 2 O 3 (chromia)) is formed on the surface of the metal member 190. Further, as shown in FIGS. 4 and 5, the surface of the metal member 190 (more specifically, the surface of the oxide film layer 194 formed on the surface of the metal member 190) is covered with the conductive coating layer 196. It has been passed. In the following description, unless otherwise specified, the metal member 190 (an integral member of the air electrode side current collector 134 and the interconnector 150) means "a metal member 190 covered with a coating layer 196".

図4および図5に示すように、空気極114と空気極側集電体134(集電体要素135)とは、導電性の接合層138により接合されている。接合層138は、例えば、スピネル型結晶構造を有する酸化物(例えば、Mn1.5Co1.5やMnCo、ZnCo、ZnMn、ZnMnCoO、CuMn)により形成されている。接合層138により、空気極114と空気極側集電体134とが電気的に接続される。先に、空気極側集電体134は空気極114の表面と接触していると説明したが、正確には、空気極側集電体134と空気極114との間には接合層138が介在している。 As shown in FIGS. 4 and 5, the air electrode 114 and the air electrode side current collector 134 (current collector element 135) are bonded by a conductive bonding layer 138. The bonding layer 138 is, for example, an oxide having a spinel-type crystal structure (for example, Mn 1.5 Co 1.5 O 4 or Mn Co 2 O 4 , ZnCo 2 O 4 , ZnMn 2 O 4 , ZnMn CoO 4 , CuMn 2 O). It is formed by 4). The bonding layer 138 electrically connects the air electrode 114 and the air electrode side current collector 134. Earlier, it was explained that the air electrode side current collector 134 is in contact with the surface of the air electrode 114, but to be precise, a bonding layer 138 is formed between the air electrode side current collector 134 and the air electrode 114. It is intervening.

以下の説明では、金属部材190(インターコネクタ150と空気極側集電体134との一体部材)と、金属部材190の表面上に形成された酸化被膜層194と、酸化被膜層194における金属部材190に対向する表面とは反対側の表面上に形成された被覆層196とを、まとめて集電部材200と呼ぶ。集電部材200は、接合層138を介して空気極114に電気的に接続されており、また、燃料極側集電体144を介して燃料極116に電気的に接続されている。集電部材200の構成については、後に詳述する。集電部材200は、特許請求の範囲における導電性部材に相当する。 In the following description, the metal member 190 (an integral member of the interconnector 150 and the current collector 134 on the air electrode side), the oxide film layer 194 formed on the surface of the metal member 190, and the metal member in the oxide film layer 194. The coating layer 196 formed on the surface opposite to the surface facing 190 is collectively referred to as a current collector member 200. The current collector member 200 is electrically connected to the air electrode 114 via the junction layer 138, and is electrically connected to the fuel electrode 116 via the fuel electrode side current collector 144. The configuration of the current collector member 200 will be described in detail later. The current collecting member 200 corresponds to a conductive member within the scope of claims.

A−2.燃料電池スタック100の動作:
図2および図4に示すように、酸化剤ガス導入マニホールド161の位置に設けられたガス通路部材27の分岐部29に接続されたガス配管(図示せず)を介して酸化剤ガスOGが供給されると、酸化剤ガスOGは、ガス通路部材27の分岐部29および本体部28の孔を介して酸化剤ガス導入マニホールド161に供給され、酸化剤ガス導入マニホールド161から各発電単位102の酸化剤ガス供給連通孔132を介して、空気室166に供給される。また、図3および図5に示すように、燃料ガス導入マニホールド171の位置に設けられたガス通路部材27の分岐部29に接続されたガス配管(図示せず)を介して燃料ガスFGが供給されると、燃料ガスFGは、ガス通路部材27の分岐部29および本体部28の孔を介して燃料ガス導入マニホールド171に供給され、燃料ガス導入マニホールド171から各発電単位102の燃料ガス供給連通孔142を介して、燃料室176に供給される。
A-2. Operation of fuel cell stack 100:
As shown in FIGS. 2 and 4, the oxidant gas OG is supplied via a gas pipe (not shown) connected to the branch portion 29 of the gas passage member 27 provided at the position of the oxidant gas introduction manifold 161. Then, the oxidant gas OG is supplied to the oxidant gas introduction manifold 161 through the holes of the branch portion 29 and the main body portion 28 of the gas passage member 27, and the oxidant gas introduction manifold 161 oxidizes each power generation unit 102. It is supplied to the air chamber 166 through the agent gas supply communication hole 132. Further, as shown in FIGS. 3 and 5, the fuel gas FG is supplied via a gas pipe (not shown) connected to the branch portion 29 of the gas passage member 27 provided at the position of the fuel gas introduction manifold 171. Then, the fuel gas FG is supplied to the fuel gas introduction manifold 171 through the holes of the branch portion 29 and the main body portion 28 of the gas passage member 27, and the fuel gas supply communication of each power generation unit 102 is performed from the fuel gas introduction manifold 171. It is supplied to the fuel chamber 176 through the hole 142.

各発電単位102の空気室166に酸化剤ガスOGが供給され、燃料室176に燃料ガスFGが供給されると、単セル110において酸化剤ガスOGおよび燃料ガスFGの電気化学反応による発電が行われる。この発電反応は発熱反応である。各発電単位102において、単セル110の空気極114は接合層138を介して集電部材200(金属部材190、酸化被膜層194、被覆層196の集合体)に電気的に接続され、燃料極116は燃料極側集電体144を介して集電部材200に電気的に接続されている。すなわち、燃料電池スタック100に含まれる複数の発電単位102は、電気的に直列に接続されている。そのため、燃料電池スタック100の出力端子として機能するエンドプレート104,106から、各発電単位102において生成された電気エネルギーが取り出される。なお、SOFCは、比較的高温(例えば700℃から1000℃)で発電が行われることから、起動後、発電により発生する熱で高温が維持できる状態になるまで、燃料電池スタック100が加熱器(図示せず)により加熱されてもよい。 When the oxidant gas OG is supplied to the air chamber 166 of each power generation unit 102 and the fuel gas FG is supplied to the fuel chamber 176, power is generated by the electrochemical reaction of the oxidant gas OG and the fuel gas FG in the single cell 110. Will be. This power generation reaction is an exothermic reaction. In each power generation unit 102, the air electrode 114 of the single cell 110 is electrically connected to the current collecting member 200 (aggregate of the metal member 190, the oxide film layer 194, and the coating layer 196) via the bonding layer 138, and is a fuel electrode. The 116 is electrically connected to the current collector member 200 via the fuel electrode side current collector 144. That is, the plurality of power generation units 102 included in the fuel cell stack 100 are electrically connected in series. Therefore, the electric energy generated in each power generation unit 102 is taken out from the end plates 104 and 106 that function as the output terminals of the fuel cell stack 100. Since the SOFC generates electricity at a relatively high temperature (for example, 700 ° C. to 1000 ° C.), the fuel cell stack 100 is a heater (for example, after the start-up, until the high temperature can be maintained by the heat generated by the power generation. It may be heated by (not shown).

各発電単位102の空気室166から排出された酸化剤オフガスOOGは、図2および図4に示すように、酸化剤ガス排出連通孔133を介して酸化剤ガス排出マニホールド162に排出され、さらに酸化剤ガス排出マニホールド162の位置に設けられたガス通路部材27の本体部28および分岐部29の孔を経て、当該分岐部29に接続されたガス配管(図示せず)を介して燃料電池スタック100の外部に排出される。また、各発電単位102の燃料室176から排出された燃料オフガスFOGは、図3および図5に示すように、燃料ガス排出連通孔143を介して燃料ガス排出マニホールド172に排出され、さらに燃料ガス排出マニホールド172の位置に設けられたガス通路部材27の本体部28および分岐部29の孔を経て、当該分岐部29に接続されたガス配管(図示しない)を介して燃料電池スタック100の外部に排出される。 As shown in FIGS. 2 and 4, the oxidant off-gas OOG discharged from the air chamber 166 of each power generation unit 102 is discharged to the oxidant gas discharge manifold 162 through the oxidant gas discharge communication hole 133, and further oxidized. The fuel cell stack 100 is passed through the holes of the main body 28 and the branch 29 of the gas passage member 27 provided at the position of the agent gas discharge manifold 162, and the gas pipe (not shown) connected to the branch 29. It is discharged to the outside of. Further, as shown in FIGS. 3 and 5, the fuel off-gas FOG discharged from the fuel chamber 176 of each power generation unit 102 is discharged to the fuel gas discharge manifold 172 through the fuel gas discharge communication hole 143, and further, the fuel gas. To the outside of the fuel cell stack 100 via the holes of the main body 28 and the branch 29 of the gas passage member 27 provided at the position of the discharge manifold 172, and via a gas pipe (not shown) connected to the branch 29. It is discharged.

A−3.集電部材200の詳細構成:
図8は、本実施形態における集電部材200の詳細構成を示す説明図である。図8には、図5のX1部の断面構成が拡大して示されている。上述したように、集電部材200は、金属部材190(空気極側集電体134とインターコネクタ150との一体部材)と、金属部材190の表面上に配置された酸化被膜層194と、酸化被膜層194における金属部材190に対向する表面とは反対側の表面上に配置された被覆層196とを備える。
A-3. Detailed configuration of the current collector member 200:
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a detailed configuration of the current collector member 200 according to the present embodiment. FIG. 8 shows an enlarged cross-sectional structure of the X1 portion of FIG. As described above, the current collector 200 includes a metal member 190 (an integral member of the air electrode side current collector 134 and the interconnector 150), an oxide film layer 194 arranged on the surface of the metal member 190, and oxidation. The coating layer 194 includes a coating layer 196 arranged on a surface opposite to the surface facing the metal member 190.

図8に示すように、金属部材190は、基部191と、金属部材190における酸化被膜層194に対向する表面を構成する合金相192とを備えている。本実施形態では、金属部材190の基部191は、Feを主成分として含有すると共に、16wt%以上の濃度でCrを含有する。なお、本明細書において、主成分とは、最も濃度の高い成分を意味する。また、基部191はCoを含有していてもよいが、その場合でも、基部191におけるCo濃度は1wt%未満である。 As shown in FIG. 8, the metal member 190 includes a base portion 191 and an alloy phase 192 forming a surface of the metal member 190 facing the oxide film layer 194. In the present embodiment, the base 191 of the metal member 190 contains Fe as a main component and Cr at a concentration of 16 wt% or more. In the present specification, the main component means the component having the highest concentration. Further, the base portion 191 may contain Co, but even in that case, the Co concentration in the base portion 191 is less than 1 wt%.

また、金属部材190の合金相192は、Feを主成分として含有すると共に、16wt%以上の濃度でCrを含有し、さらに、1wt%以上の濃度でCoを含有する。なお、本実施形態では、金属部材190の合金相192のCo濃度には、基部191に近いほど低く、基部191から離れるほど高くなるように、連続的または段階的な勾配が存在している。すなわち、合金相192における一の部分のCo濃度は、合金相192における上記一の部分より基部191から離れた部分のCo濃度より低い。また、上述したように、基部191はCoを含有していてもよいが、その場合でも、合金相192のCo濃度は、基部191のCo濃度より高い。 Further, the alloy phase 192 of the metal member 190 contains Fe as a main component, Cr at a concentration of 16 wt% or more, and Co at a concentration of 1 wt% or more. In the present embodiment, the Co concentration of the alloy phase 192 of the metal member 190 has a continuous or stepwise gradient so as to be lower as it is closer to the base 191 and higher as it is farther from the base 191. That is, the Co concentration of one portion of the alloy phase 192 is lower than the Co concentration of the portion of the alloy phase 192 that is farther from the base 191 than the above-mentioned one portion. Further, as described above, the base portion 191 may contain Co, but even in that case, the Co concentration of the alloy phase 192 is higher than the Co concentration of the base portion 191.

酸化被膜層194は、Cr酸化物(例えば、Cr(クロミア))を含んでいる。酸化被膜層194のCr濃度は、金属部材190のCr濃度より高くなっている。酸化被膜層194の厚さは、例えば0.5μm以上であることが好ましい。酸化被膜層194は、酸素透過性が低いため、金属部材190にとってより好ましくないFeの酸化を抑制する。すなわち、酸化被膜層194は、耐酸化性の被膜として機能する。一方、酸化被膜層194は、比較的高い電気抵抗を有するため、例えば燃料電池スタック100の使用に伴い、酸化被膜層194がさらに成長することは好ましくない。 The oxide film layer 194 contains Cr oxide (for example, Cr 2 O 3 (chromia)). The Cr concentration of the oxide film layer 194 is higher than the Cr concentration of the metal member 190. The thickness of the oxide film layer 194 is preferably 0.5 μm or more, for example. Since the oxide film layer 194 has low oxygen permeability, it suppresses the oxidation of Fe, which is more unfavorable for the metal member 190. That is, the oxide film layer 194 functions as an oxidation resistant film. On the other hand, since the oxide film layer 194 has a relatively high electric resistance, it is not preferable that the oxide film layer 194 further grows with the use of, for example, the fuel cell stack 100.

被覆層196は、Co酸化物を含む導電性の層である。本実施形態では、被覆層196は、スピネル型結晶構造を有し、CrとMnとFeとNiとCuとZnとの少なくとも1つの元素を含有するCo酸化物(例えば、CrCo、MnCo、FeCo、NiCo、CuCo、ZnCo、ZnMnCoO等)により形成されている。被覆層196の厚さは、例えば5μm以上であることが好ましい。被覆層196は、酸素の透過を抑制するため、電気抵抗の高い酸化被膜層194の成長を抑制することができ、その結果、集電部材200の電気抵抗の上昇(すなわち、発電単位102の性能低下)を抑制することができる。また、被覆層196は、金属部材190からのCrの蒸散を抑制するため、単セル110の電極(例えば空気極114)のCr被毒の発生を抑制することができ、その結果、発電単位102の性能低下を抑制することができる。 The coating layer 196 is a conductive layer containing a Co oxide. In the present embodiment, the coating layer 196 has a spinel-type crystal structure and contains Co oxides containing at least one element of Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, and Zn (for example, CrCo 2 O 4 , MnCo). 2 O 4, is formed by FeCo 2 O 4, NiCo 2 O 4, CuCo 2 O 4, ZnCo 2 O 4, ZnMnCoO 4 , etc.). The thickness of the coating layer 196 is preferably 5 μm or more, for example. Since the coating layer 196 suppresses the permeation of oxygen, the growth of the oxide film layer 194 having a high electric resistance can be suppressed, and as a result, the electric resistance of the current collecting member 200 increases (that is, the performance of the power generation unit 102). (Decrease) can be suppressed. Further, since the coating layer 196 suppresses the evaporation of Cr from the metal member 190, it is possible to suppress the generation of Cr poisoning of the electrode (for example, the air electrode 114) of the single cell 110, and as a result, the power generation unit 102. Performance degradation can be suppressed.

図9は、本実施形態における集電部材200を対象としたSEM−EDSによる各元素の強度の特定結果の一例を示す説明図である。図9には、集電部材200の断面のZ軸に平行なライン上における各元素(Fe,Cr,Co,Mn)の相対強度が示されている。図9に示すように、本実施形態の集電部材200では、金属部材190の基部191において、Coの強度はCrの強度より低くなっている。 FIG. 9 is an explanatory diagram showing an example of a specific result of the intensity of each element by SEM-EDS for the current collector 200 in the present embodiment. FIG. 9 shows the relative intensities of each element (Fe, Cr, Co, Mn) on a line parallel to the Z axis of the cross section of the current collector member 200. As shown in FIG. 9, in the current collector 200 of the present embodiment, the strength of Co is lower than the strength of Cr at the base 191 of the metal member 190.

A−4.集電部材200の製造方法:
次に、集電部材200の製造方法について説明する。図10は、本実施形態における集電部材200の製造方法の一例を示すフローチャートである。また、図11は、本実施形態における集電部材200の製造方法の一例を概略的に示す説明図である。
A-4. Manufacturing method of current collector member 200:
Next, a method of manufacturing the current collector member 200 will be described. FIG. 10 is a flowchart showing an example of a method of manufacturing the current collector 200 according to the present embodiment. Further, FIG. 11 is an explanatory diagram schematically showing an example of a method of manufacturing the current collector member 200 according to the present embodiment.

はじめに、金属基材210を準備する(S110、図11のA)。金属基材210は、例えばフェライト系ステンレスであり、Feを主成分として含有すると共に、16wt%以上の濃度でCrを含有している。 First, the metal base material 210 is prepared (S110, A in FIG. 11). The metal base material 210 is, for example, ferritic stainless steel, which contains Fe as a main component and Cr at a concentration of 16 wt% or more.

次に、金属基材210の表面に、緻密なCo含有層220を形成する(S120、図11のB)。Co含有層220は、後に形成される被覆層196の構成に応じて種々の元素を含んでいる。本実施形態では、Co含有層220は、後に形成される被覆層196がMnを含有することとなるように、Mnを含有している。また、本実施形態では、Co含有層220に、Coが主として金属や合金の形態で含有され、かつ、Co含有層220は、緻密に形成されている。このようなCo含有層220の形成は、例えば、メッキ(電解メッキ等)やスパッタリングによって実現することができる。 Next, a dense Co-containing layer 220 is formed on the surface of the metal base material 210 (S120, B in FIG. 11). The Co-containing layer 220 contains various elements depending on the composition of the coating layer 196 formed later. In the present embodiment, the Co-containing layer 220 contains Mn so that the coating layer 196 formed later contains Mn. Further, in the present embodiment, Co is mainly contained in the Co-containing layer 220 in the form of a metal or an alloy, and the Co-containing layer 220 is densely formed. Such formation of the Co-containing layer 220 can be realized by, for example, plating (electroplating or the like) or sputtering.

次に、金属基材210とCo含有層220との積層体に対して、所定の温度で所定の時間、熱処理を行う(S130、図11のC)。熱処理を行うことにより、Co含有層220に含まれるCoが金属基材210内に拡散する。これにより、金属基材210におけるCo含有層220に近い部分が、FeおよびCrに加えてCoを一定以上の濃度(具体的には1wt%以上の濃度)で含有する合金相192となる(図11のD)。なお、金属基材210におけるそれ以外の部分は、FeおよびCrを含有するがCo濃度は1wt%未満である基部191となる。 Next, the laminate of the metal base material 210 and the Co-containing layer 220 is heat-treated at a predetermined temperature for a predetermined time (S130, C in FIG. 11). By performing the heat treatment, Co contained in the Co-containing layer 220 diffuses into the metal base material 210. As a result, the portion of the metal base material 210 close to the Co-containing layer 220 becomes an alloy phase 192 containing Co in addition to Fe and Cr at a concentration of a certain level or higher (specifically, a concentration of 1 wt% or higher) (FIG. 11 D). The other portion of the metal base material 210 is the base portion 191 containing Fe and Cr but having a Co concentration of less than 1 wt%.

また、S130の熱処理を行うことにより、金属基材210に含まれるCrが拡散して大気中の酸素と反応する。これにより、金属部材190の表面上に、Cr酸化物(例えば、Cr(クロミア))を含む酸化被膜層194が形成される(図11のD)。 Further, by performing the heat treatment of S130, Cr contained in the metal base material 210 diffuses and reacts with oxygen in the atmosphere. As a result, an oxide film layer 194 containing a Cr oxide (for example, Cr 2 O 3 (chromia)) is formed on the surface of the metal member 190 (D in FIG. 11).

また、S130の熱処理を行うことにより、Co含有層220に含まれるCoおよび他の元素(Mn)が拡散して大気中の酸素と反応する。これにより、酸化被膜層194の表面上に、Co酸化物(例えば、MnCo)を含む被覆層196が形成される(図11のD)。以上説明した製造方法により、上述した構成の集電部材200が製造される。 Further, by performing the heat treatment of S130, Co and other elements (Mn) contained in the Co-containing layer 220 diffuse and react with oxygen in the atmosphere. As a result, a coating layer 196 containing a Co oxide (for example, MnCo 2 O 4 ) is formed on the surface of the oxide coating layer 194 (D in FIG. 11). The current collector 200 having the above-described configuration is manufactured by the manufacturing method described above.

A−5.本実施形態の効果:
以上説明したように、本実施形態における集電部材200は、基部191と合金相192とを有する金属部材190と、金属部材190における合金相192により構成された表面上に配置された酸化被膜層194と、酸化被膜層194における金属部材190に対向する表面とは反対側の表面上に配置された被覆層196とを備える。金属部材190の基部191は、FeとCrとを含有する。また、金属部材190の合金相192は、FeとCrとCoとを含有する。合金相192のCo濃度は、1.0wt%以上であり、かつ、基部191のCo濃度より高い。酸化被膜層194は、Cr酸化物を含み、Cr濃度が金属部材190のCr濃度より高い。被覆層196は、Co酸化物を含んでいる。このように、本実施形態における集電部材200では、被覆層196が酸素透過を抑制することによって、電気抵抗の高い酸化被膜層194の成長が抑制されるため、集電部材200の電気抵抗の上昇(すなわち、発電単位102の性能低下)を抑制することができる。また、本実施形態における集電部材200では、被覆層196が金属部材190からのCrの蒸散を抑制することによって、単セル110の電極(例えば空気極114)のCr被毒の発生が抑制され、その結果、発電単位102の性能低下を抑制することができる。さらに、本実施形態における集電部材200では、金属部材190が、比較的高濃度でCoを含有する合金相192を有するため、金属部材190がそのような合金相192を有さない構成と比較して、金属部材190からのCr拡散を抑制することができる。そのため、本実施形態の集電部材200によれば、金属部材190からのCr拡散を原因とする酸化被膜層194のさらなる成長を効果的に抑制することができ、集電部材200の電気抵抗の上昇を効果的に抑制することができ、その結果、発電単位102の性能低下を効果的に抑制することができる。
A-5. Effect of this embodiment:
As described above, the current collecting member 200 in the present embodiment has an oxide film layer arranged on a surface composed of a metal member 190 having a base portion 191 and an alloy phase 192 and an alloy phase 192 in the metal member 190. 194 and a coating layer 196 arranged on a surface of the oxide film layer 194 opposite to the surface facing the metal member 190 are provided. The base 191 of the metal member 190 contains Fe and Cr. Further, the alloy phase 192 of the metal member 190 contains Fe, Cr, and Co. The Co concentration of the alloy phase 192 is 1.0 wt% or more and higher than the Co concentration of the base 191. The oxide film layer 194 contains Cr oxide, and the Cr concentration is higher than the Cr concentration of the metal member 190. The coating layer 196 contains a Co oxide. As described above, in the current collector 200 of the present embodiment, the coating layer 196 suppresses oxygen permeation, thereby suppressing the growth of the oxide film layer 194 having high electrical resistance. Therefore, the electrical resistance of the current collector 200 is reduced. The increase (that is, the decrease in the performance of the power generation unit 102) can be suppressed. Further, in the current collector 200 of the present embodiment, the coating layer 196 suppresses the evaporation of Cr from the metal member 190, thereby suppressing the generation of Cr poisoning of the electrode (for example, the air electrode 114) of the single cell 110. As a result, the performance deterioration of the power generation unit 102 can be suppressed. Further, in the current collecting member 200 of the present embodiment, since the metal member 190 has an alloy phase 192 containing Co in a relatively high concentration, the metal member 190 is compared with a configuration in which the metal member 190 does not have such an alloy phase 192. Therefore, Cr diffusion from the metal member 190 can be suppressed. Therefore, according to the current collector 200 of the present embodiment, further growth of the oxide film layer 194 caused by Cr diffusion from the metal member 190 can be effectively suppressed, and the electric resistance of the current collector 200 can be reduced. The increase can be effectively suppressed, and as a result, the performance deterioration of the power generation unit 102 can be effectively suppressed.

なお、集電部材200を構成する金属部材190として、全体的に比較的高濃度で(具体的には1wt%以上の濃度で)Coを含有する金属材料(例えば、オーステナイト系ステンレス)を用いることによっても、同様に、金属部材190からのCr拡散を原因とする酸化被膜層194のさらなる成長を抑制することができると考えられる。しかしながら、全体的に比較的高濃度でCoを含有する金属材料は、比較的高価であることが多く、かつ、その熱膨張係数が、発電単位102を構成する他の部材の熱膨張係数と大きく異なる場合があるため、そのような金属材料の使用が好ましくないことも多い。本実施形態の集電部材200によれば、全体的に比較的高濃度でCoを含有する金属材料を用いずとも、金属部材190からのCr拡散を原因とする酸化被膜層194のさらなる成長を効果的に抑制することができるため、非常に有用であると言える。 As the metal member 190 constituting the current collecting member 200, a metal material (for example, austenitic stainless steel) containing Co at a relatively high concentration (specifically, at a concentration of 1 wt% or more) is used. Similarly, it is considered that further growth of the oxide film layer 194 caused by Cr diffusion from the metal member 190 can be suppressed. However, a metal material containing Co in a relatively high concentration as a whole is often relatively expensive, and its coefficient of thermal expansion is large with the coefficient of thermal expansion of other members constituting the power generation unit 102. The use of such metallic materials is often undesirable because they may differ. According to the current collector 200 of the present embodiment, the oxide film layer 194 due to Cr diffusion from the metal member 190 can be further grown without using a metal material containing Co in a relatively high concentration as a whole. It can be said that it is very useful because it can be effectively suppressed.

また、本実施形態における集電部材200では、金属部材190の合金相192においてSEM−EDSにより各元素の強度を特定したとき、Coの強度はCrの強度より低くなっている。すなわち、合金相192におけるCoの強度とCrの強度との合計に対するCoの強度の比率は、50%以下である。合金相192におけるCoの強度が高いほど、Cr濃度は減少する傾向にある。Coの強度がCrの強度と略同一である構成では、Cr濃度は約18wt%であり、Co濃度は約20wt%である。このような構成では、CoによるCr拡散抑制効果が強くなり、金属部材190内への酸素拡散量に対するCr供給量が過少となり、金属部材190において内部酸化が発生するおそれがある。本実施形態における集電部材200では、合金相192におけるCoの強度がCrの強度より低いため、合金相192においてCr濃度が過度に低く、Co濃度が過度に高くなることを抑制することができ、金属部材190における内部酸化の発生を抑制することができる。なお、金属部材190における内部酸化の発生を抑制する観点から、合金相192におけるCoの強度とCrの強度との合計に対するCoの強度の比率は、40%以下がさらに好ましく、30%以下が一層好ましい。 Further, in the current collector 200 of the present embodiment, when the strength of each element is specified by SEM-EDS in the alloy phase 192 of the metal member 190, the strength of Co is lower than the strength of Cr. That is, the ratio of the strength of Co to the sum of the strength of Co and the strength of Cr in the alloy phase 192 is 50% or less. The higher the strength of Co in the alloy phase 192, the lower the Cr concentration tends to be. In a configuration in which the strength of Co is substantially the same as the strength of Cr, the Cr concentration is about 18 wt% and the Co concentration is about 20 wt%. In such a configuration, the effect of suppressing Cr diffusion by Co becomes stronger, the amount of Cr supplied relative to the amount of oxygen diffusion into the metal member 190 becomes excessive, and internal oxidation may occur in the metal member 190. In the current collecting member 200 of the present embodiment, since the strength of Co in the alloy phase 192 is lower than the strength of Cr, it is possible to prevent the Cr concentration from being excessively low and the Co concentration from being excessively high in the alloy phase 192. , Occurrence of internal oxidation in the metal member 190 can be suppressed. From the viewpoint of suppressing the occurrence of internal oxidation in the metal member 190, the ratio of the strength of Co to the total of the strength of Co and the strength of Cr in the alloy phase 192 is more preferably 40% or less, further preferably 30% or less. preferable.

また、本実施形態における集電部材200では、合金相192における一の部分のCo濃度は、合金相192における上記一の部分より基部191から離れた部分のCo濃度より低い。そのため、本実施形態の集電部材200によれば、合金相192における基部191に近接した部分のCo濃度が過大となることを抑制することができ、合金相192と基部191との間の熱膨張率の差が過大となることを抑制することができ、その結果、温度変化時における合金相192と基部191との界面の歪みに起因する不具合(例えば、酸化被膜層194や被覆層196の剥離)の発生を抑制することができる。 Further, in the current collector 200 of the present embodiment, the Co concentration of one portion of the alloy phase 192 is lower than the Co concentration of the portion of the alloy phase 192 that is farther from the base portion 191 than the above-mentioned one portion. Therefore, according to the current collecting member 200 of the present embodiment, it is possible to prevent the Co concentration of the portion of the alloy phase 192 close to the base 191 from becoming excessive, and the heat between the alloy phase 192 and the base 191 can be suppressed. It is possible to prevent the difference in expansion coefficient from becoming excessive, and as a result, defects caused by distortion of the interface between the alloy phase 192 and the base 191 when the temperature changes (for example, the oxide film layer 194 and the coating layer 196). The occurrence of peeling) can be suppressed.

A−6.性能評価:
集電部材200のサンプルを作製し、該サンプルを用いて性能評価を行った。図12は、性能評価結果を示す説明図である。
A-6. Performance evaluation:
A sample of the current collector member 200 was prepared, and the performance was evaluated using the sample. FIG. 12 is an explanatory diagram showing the performance evaluation result.

A−6−1.各サンプルについて:
図12に示すように、本性能評価には、2つのサンプル(サンプルS1およびS2)を用いた。サンプルS1は、上述した本実施形態の集電部材200のサンプルである。サンプルS1の作製の際には(図10および図11参照)、金属基材210として、Feを主成分として含有すると共に20wtの濃度でCrを含有するフェライト系ステンレスを使用した。また、CoとMnとを含有するCo含有層220を、電解メッキにより形成した。また、熱処理条件は、950℃、2時間とした。このような製造方法により作製されたサンプルS1の集電部材200の表面(すなわち、被覆層196)をXRDにより分析したところ、結晶構造はMnCoであることが確認された。また、サンプルS1の集電部材200の断面をSEM−EDSで観察したところ、金属部材190における合金相192(すなわち、Co濃度が1wt%以上の部分)の厚さは40μmであり、酸化被膜層194の厚さは1.0μmであった。なお、図12には記載されていないが、被覆層196の厚さは10μmであった。また、図13に示すように、サンプルS1の集電部材200を構成する合金相192(金属部材190の表面から40μmまでの部分)におけるCo濃度には、金属部材190の表面に近いほど(すなわち、基部191から離れるほど)高く、金属部材190の表面から離れるほど(すなわち、基部191に近いほど)低くなるような濃度勾配が存在していることを確認した。
A-6-1. For each sample:
As shown in FIG. 12, two samples (samples S1 and S2) were used for this performance evaluation. Sample S1 is a sample of the current collector member 200 of the present embodiment described above. When preparing the sample S1 (see FIGS. 10 and 11), a ferrite stainless steel containing Fe as a main component and Cr at a concentration of 20 wt was used as the metal base material 210. Further, the Co-containing layer 220 containing Co and Mn was formed by electrolytic plating. The heat treatment conditions were 950 ° C. for 2 hours. When the surface (that is, the coating layer 196) of the current collector 200 of the sample S1 produced by such a production method was analyzed by XRD, it was confirmed that the crystal structure was MnCo 2 O 4. Further, when the cross section of the current collector member 200 of the sample S1 was observed by SEM-EDS, the thickness of the alloy phase 192 (that is, the portion where the Co concentration was 1 wt% or more) in the metal member 190 was 40 μm, and the oxide film layer. The thickness of 194 was 1.0 μm. Although not shown in FIG. 12, the thickness of the coating layer 196 was 10 μm. Further, as shown in FIG. 13, the Co concentration in the alloy phase 192 (the portion from the surface of the metal member 190 to 40 μm) constituting the current collecting member 200 of the sample S1 is closer to the surface of the metal member 190 (that is, that is). It was confirmed that there is a concentration gradient that is higher as the distance from the base 191 is higher and lower as the distance from the surface of the metal member 190 (that is, closer to the base 191).

一方、サンプルS2は、比較例の集電部材200Xのサンプルである。比較例の集電部材200Xは、その製造方法が、本実施形態の集電部材200と異なる。図14は、比較例の集電部材200Xの製造方法の一例を概略的に示す説明図である。比較例の集電部材200Xの製造方法では、はじめに、本実施形態と同様に、金属基材210(具体的には、Feを主成分として含有すると共に20wtの濃度でCrを含有するフェライト系ステンレス)を準備する(図14のA)。次に、金属基材210の表面に、Co含有層220を形成する(図14のB)。このとき、Co含有層220は、メッキやスパッタリング以外の方法(例えば、溶射)により形成される。その結果、形成されたCo含有層220では、CoやMnが主として酸化物の形態で含有された状態となる。 On the other hand, sample S2 is a sample of the current collector member 200X of the comparative example. The current collecting member 200X of the comparative example is different from the current collecting member 200 of the present embodiment in its manufacturing method. FIG. 14 is an explanatory diagram schematically showing an example of a method of manufacturing the current collector member 200X of the comparative example. In the method for manufacturing the current collector member 200X of the comparative example, first, as in the present embodiment, the metal base material 210 (specifically, a ferrite stainless steel containing Fe as a main component and Cr at a concentration of 20 wt). ) Is prepared (A in FIG. 14). Next, a Co-containing layer 220 is formed on the surface of the metal base material 210 (B in FIG. 14). At this time, the Co-containing layer 220 is formed by a method other than plating or sputtering (for example, thermal spraying). As a result, the formed Co-containing layer 220 is in a state in which Co and Mn are mainly contained in the form of oxides.

次に、金属基材210とCo含有層220との積層体に対して、本実施形態と同様の条件で熱処理を行う(図14のC)。この熱処理により、本実施形態と同様に、金属基材210に含まれるCrが大気中の酸素と反応して、金属部材190の表面上にCr酸化物(例えば、Cr(クロミア))を含む酸化被膜層194が形成され、また、Co含有層220に含まれるCoおよび他の元素(Mn)が大気中の酸素と反応して、酸化被膜層194の表面上にCo酸化物(例えば、MnCo)を含む被覆層196が形成される(図14のD)。一方、Co含有層220にはCoが主として酸化物の形態で含有されているため、熱処理に伴いCo含有層220から金属基材210内へ拡散するCoの量は、本実施形態と比較して非常に少なくなる。そのため、金属部材190において、Coを一定以上の濃度(具体的には1wt%以上の濃度)で含有する部分(本実施形態における合金相192)が形成されず、金属部材190全体が基部191となる。 Next, the laminate of the metal base material 210 and the Co-containing layer 220 is heat-treated under the same conditions as in the present embodiment (C in FIG. 14). By this heat treatment, Cr contained in the metal base material 210 reacts with oxygen in the atmosphere and Cr oxide (for example, Cr 2 O 3 (chromia)) is formed on the surface of the metal member 190 as in the present embodiment. The oxide film layer 194 containing the oxide film layer 194 is formed, and Co and other elements (Mn) contained in the Co-containing layer 220 react with oxygen in the atmosphere to form a Co oxide (for example, Co. , MnCo 2 O 4 ) is formed (D in FIG. 14). On the other hand, since Co is mainly contained in the Co-containing layer 220 in the form of an oxide, the amount of Co diffused from the Co-containing layer 220 into the metal substrate 210 during the heat treatment is higher than that in the present embodiment. Very few. Therefore, in the metal member 190, a portion (specifically, an alloy phase 192 in the present embodiment) containing Co at a concentration equal to or higher than a certain level (specifically, a concentration of 1 wt% or higher) is not formed, and the entire metal member 190 is formed with the base portion 191. Become.

このような製造方法により作製されたサンプルS2の集電部材200Xの表面(すなわち、被覆層196)をXRDにより分析したところ、結晶構造はMnCoであることが確認された。また、サンプルS2の集電部材200Xの断面をSEM−EDSで観察したところ、金属部材190にはCo濃度が1wt%以上の部分は存在しなかった。また、酸化被膜層194の厚さは1.0μmであり、被覆層196の厚さは10μmであった。 When the surface (that is, the coating layer 196) of the current collector member 200X of the sample S2 produced by such a production method was analyzed by XRD, it was confirmed that the crystal structure was MnCo 2 O 4. Further, when the cross section of the current collector member 200X of the sample S2 was observed by SEM-EDS, the metal member 190 did not have a portion having a Co concentration of 1 wt% or more. The thickness of the oxide film layer 194 was 1.0 μm, and the thickness of the coating layer 196 was 10 μm.

A−6−2.評価方法および評価結果:
本性能評価では、サンプルS1およびサンプルS2の集電部材200(200X)に対して、大気雰囲気で、900℃、1000時間の条件で酸化処理を行い、その後、各サンプルの断面をSEM−EDSで観察し、酸化被膜層194の厚さを測定した。
A-6-2. Evaluation method and evaluation result:
In this performance evaluation, the current collector 200 (200X) of the sample S1 and the sample S2 is oxidized in an atmospheric atmosphere at 900 ° C. for 1000 hours, and then the cross section of each sample is subjected to SEM-EDS. The thickness of the oxide film layer 194 was measured by observing.

図12に示すように、サンプルS1の集電部材200では、酸化処理後の酸化被膜層194の厚さは3.8μmであり、初期状態からの酸化被膜層194の厚さの増加量は2.8μmであった。サンプルS1の集電部材200では、金属部材190が、Coを一定以上の濃度(具体的には1wt%以上の濃度)で含有する合金相192を有するため、金属部材190からのCrの拡散が抑制され、酸化被膜層194のさらなる成長を効果的に抑制することができたものと考えられる。 As shown in FIG. 12, in the current collector 200 of sample S1, the thickness of the oxide film layer 194 after the oxidation treatment is 3.8 μm, and the amount of increase in the thickness of the oxide film layer 194 from the initial state is 2. It was 0.8 μm. In the current collecting member 200 of the sample S1, since the metal member 190 has an alloy phase 192 containing Co at a certain concentration or more (specifically, a concentration of 1 wt% or more), the diffusion of Cr from the metal member 190 is prevented. It is considered that the suppression was achieved and the further growth of the oxide film layer 194 could be effectively suppressed.

一方、サンプルS2の集電部材200Xでは、酸化処理後の酸化被膜層194の厚さは4.2μmであり、初期状態からの酸化被膜層194の熱さの増加量は3.2μmであった。サンプルS2の集電部材200Xでは、金属部材190が、Coを一定以上の濃度(具体的には1wt%以上の濃度)で含有する部分(合金相192)を有さないため、金属部材190からのCrの拡散が抑制されず、酸化被膜層194のさらなる成長を効果的に抑制することができなかったものと考えられる。 On the other hand, in the current collector member 200X of sample S2, the thickness of the oxide film layer 194 after the oxidation treatment was 4.2 μm, and the amount of increase in heat of the oxide film layer 194 from the initial state was 3.2 μm. In the current collecting member 200X of the sample S2, since the metal member 190 does not have a portion (alloy phase 192) containing Co at a certain concentration or more (specifically, a concentration of 1 wt% or more), the metal member 190 starts from the metal member 190. It is probable that the diffusion of Cr was not suppressed and the further growth of the oxide film layer 194 could not be effectively suppressed.

以上説明した性能評価により、金属部材190が、比較的高濃度でCoを含有する合金相192を有すると、合金相192の存在によって金属部材190からのCr拡散を抑制することができ、酸化被膜層194のさらなる成長を効果的に抑制することができることが確認された。 According to the performance evaluation described above, when the metal member 190 has the alloy phase 192 containing Co at a relatively high concentration, Cr diffusion from the metal member 190 can be suppressed by the presence of the alloy phase 192, and the oxide film It was confirmed that further growth of layer 194 can be effectively suppressed.

B.変形例:
本明細書で開示される技術は、上述の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態に変形することができ、例えば次のような変形も可能である。
B. Modification example:
The technique disclosed in the present specification is not limited to the above-described embodiment, and can be transformed into various forms without departing from the gist thereof, and for example, the following modifications are also possible.

上記実施形態における単セル110、発電単位102または燃料電池スタック100の構成は、あくまで一例であり、種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、集電部材200を構成する金属部材190の合金相192は、Co濃度が1.0wt%以上の部分であるとしているが、合金相192は、Co濃度が1.5wt%以上の部分であるとしてもよいし、Co濃度が2.0wt%以上の部分であるとしてもよいし、Co濃度が2.5wt%以上の部分であるとしてもよいし、Co濃度が3.0wt%以上の部分であるとしてもよい。 The configuration of the single cell 110, the power generation unit 102, or the fuel cell stack 100 in the above embodiment is merely an example and can be variously modified. For example, in the above embodiment, the alloy phase 192 of the metal member 190 constituting the current collecting member 200 has a Co concentration of 1.0 wt% or more, but the alloy phase 192 has a Co concentration of 1.5 wt%. It may be a portion of% or more, a portion having a Co concentration of 2.0 wt% or more, a portion having a Co concentration of 2.5 wt% or more, and a Co concentration of 3. It may be a portion of 0 wt% or more.

また、上記実施形態では、集電部材200を構成する金属部材190の合金相192においてSEM−EDSにより各元素の強度を特定したとき、Coの強度はCrの強度より低いとしているが、必ずしもそのような構成である必要はない。また、上記実施形態では、集電部材200を構成する金属部材190の合金相192における一の部分のCo濃度は、合金相192における上記一の部分より基部191から離れた部分のCo濃度より低いとしているが、必ずしもそのような構成である必要はない。 Further, in the above embodiment, when the strength of each element is specified by SEM-EDS in the alloy phase 192 of the metal member 190 constituting the current collector member 200, the strength of Co is lower than the strength of Cr, but that is not always the case. It does not have to be such a configuration. Further, in the above embodiment, the Co concentration of one portion of the metal member 190 constituting the current collecting member 200 in the alloy phase 192 is lower than the Co concentration of the portion of the alloy phase 192 that is farther from the base portion 191 than the above one portion. However, it does not necessarily have to be such a configuration.

また、上記実施形態では、インターコネクタ150と空気極側集電体134(集電体要素135)とが一体部材(金属部材190)であるとしているが、インターコネクタ150と空気極側集電体134とが別部材であってもよい。その場合において、本発明は、インターコネクタ150または空気極側集電体134と、酸化被膜層194と被覆層196とから構成される集電部材にも適用可能である。 Further, in the above embodiment, the interconnector 150 and the air electrode side current collector 134 (current collector element 135) are integrated members (metal member 190), but the interconnector 150 and the air electrode side current collector 134 may be a separate member. In that case, the present invention can also be applied to a current collector member composed of an interconnector 150 or an air electrode side current collector 134, an oxide coating layer 194, and a coating layer 196.

また、上記実施形態では、空気極側集電体134(集電体要素135)が接合層138を介して空気極114に接しているが、空気極側集電体134が接合層138を介さずに空気極114に接しているとしてもよい。 Further, in the above embodiment, the air electrode side current collector 134 (current collector element 135) is in contact with the air electrode 114 via the junction layer 138, but the air electrode side current collector 134 is interposed via the junction layer 138. It may be in contact with the air electrode 114 without being in contact with the air electrode 114.

また、上記実施形態では、燃料ガスに含まれる水素と酸化剤ガスに含まれる酸素との電気化学反応を利用して発電を行うSOFCを対象としているが、本発明は、水の電気分解反応を利用して水素の生成を行う固体酸化物形電解セル(SOEC)の構成単位である電解セル単位や、複数の電解セル単位を備える電解セルスタックにも同様に適用可能である。なお、電解セルスタックの構成は、例えば特開2016−81813号公報に記載されているように公知であるためここでは詳述しないが、概略的には上述した実施形態における燃料電池スタック100と同様の構成である。すなわち、上述した実施形態における燃料電池スタック100を電解セルスタックと読み替え、発電単位102を電解セル単位と読み替え、単セル110を電解単セルと読み替えればよい。ただし、電解セルスタックの運転の際には、空気極114がプラス(陽極)で燃料極116がマイナス(陰極)となるように両電極間に電圧が印加されると共に、連通孔108を介して原料ガスとしての水蒸気が供給される。これにより、各電解セル単位において水の電気分解反応が起こり、燃料室176で水素ガスが発生し、連通孔108を介して電解セルスタックの外部に水素が取り出される。このような構成の電解セル単位および電解セルスタックにおいても、上述した構成の集電部材200を採用することにより、金属部材190からのCr拡散を原因とする酸化被膜層194のさらなる成長を効果的に抑制することができ、集電部材200の電気抵抗の上昇を効果的に抑制することができ、その結果、電解セル単位の性能低下を効果的に抑制することができる。 Further, in the above embodiment, the SOFC that generates power by utilizing the electrochemical reaction between hydrogen contained in the fuel gas and oxygen contained in the oxidizing agent gas is targeted, but the present invention comprises an electrolysis reaction of water. It is also applicable to an electrolytic cell unit, which is a constituent unit of a solid oxide fuel cell (SOEC) that uses it to generate hydrogen, and an electrolytic cell stack having a plurality of electrolytic cell units. The configuration of the electrolytic cell stack is not described in detail here because it is known as described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2016-81813, but is generally the same as the fuel cell stack 100 in the above-described embodiment. It is the composition of. That is, the fuel cell stack 100 in the above-described embodiment may be read as an electrolytic cell stack, the power generation unit 102 may be read as an electrolytic cell unit, and the single cell 110 may be read as an electrolytic cell. However, during the operation of the electrolytic cell stack, a voltage is applied between both electrodes so that the air electrode 114 is positive (anode) and the fuel electrode 116 is negative (cathode), and the voltage is applied through the communication hole 108. Water vapor as a raw material gas is supplied. As a result, an electrolysis reaction of water occurs in each electrolytic cell unit, hydrogen gas is generated in the fuel chamber 176, and hydrogen is taken out to the outside of the electrolytic cell stack through the communication hole 108. Even in the electrolytic cell unit and the electrolytic cell stack having such a configuration, by adopting the current collecting member 200 having the above-described configuration, further growth of the oxide film layer 194 caused by Cr diffusion from the metal member 190 is effective. It is possible to effectively suppress an increase in the electric resistance of the current collecting member 200, and as a result, it is possible to effectively suppress a decrease in the performance of each electrolytic cell.

また、上記実施形態では、固体酸化物形燃料電池(SOFC)を例に説明したが、本発明は、溶融炭酸塩形燃料電池(MCFC)といった他のタイプの燃料電池(または電解セル)にも適用可能である。また、本発明は、電気化学反応単位を構成する集電部材に限らず、FeとCrとを含有する金属部材と、金属部材の表面上に配置されたCr酸化物を含む酸化被膜層と、酸化被膜層の表面上に配置されたCo酸化物を含む被覆層とを備える導電性部材一般に適用可能である。 Further, in the above embodiment, the solid oxide fuel cell (SOFC) has been described as an example, but the present invention also applies to other types of fuel cells (or electrolytic cells) such as a molten carbonate fuel cell (MCFC). Applicable. Further, the present invention is not limited to the current collecting member constituting the electrochemical reaction unit, but also includes a metal member containing Fe and Cr, an oxide film layer containing a Cr oxide arranged on the surface of the metal member, and the like. It is generally applicable to conductive members including a coating layer containing Co oxide arranged on the surface of the oxide film layer.

22:ボルト 24:ナット 26:絶縁シート 27:ガス通路部材 28:本体部 29:分岐部 100:燃料電池スタック 102:燃料電池発電単位 104:エンドプレート 106:エンドプレート 108:連通孔 110:単セル 112:電解質層 114:空気極 116:燃料極 120:セパレータ 121:孔 124:接合部 130:空気極側フレーム 131:孔 132:酸化剤ガス供給連通孔 133:酸化剤ガス排出連通孔 134:空気極側集電体 135:集電体要素 138:接合層 140:燃料極側フレーム 141:孔 142:燃料ガス供給連通孔 143:燃料ガス排出連通孔 144:燃料極側集電体 145:電極対向部 146:インターコネクタ対向部 147:連接部 149:スペーサー 150:インターコネクタ 161:酸化剤ガス導入マニホールド 162:酸化剤ガス排出マニホールド 166:空気室 171:燃料ガス導入マニホールド 172:燃料ガス排出マニホールド 176:燃料室 180:中間層 190:金属部材 191:基部 192:合金相 194:酸化被膜層 196:被覆層 200:集電部材 210:金属基材 220:Co含有層 22: Bolt 24: Nut 26: Insulation sheet 27: Gas passage member 28: Main body 29: Branch 100: Fuel cell stack 102: Fuel cell power generation unit 104: End plate 106: End plate 108: Communication hole 110: Single cell 112: Electrolyte layer 114: Air pole 116: Fuel pole 120: Separator 121: Hole 124: Joint 130: Air pole side frame 131: Hole 132: Oxidizing gas supply communication hole 133: Oxidizing gas discharge communication hole 134: Air Polar side current collector 135: Current collector element 138: Junction layer 140: Fuel pole side frame 141: Hole 142: Fuel gas supply communication hole 143: Fuel gas discharge communication hole 144: Fuel pole side current collector 145: Opposite electrode Part 146: Interconnector facing part 147: Connecting part 149: Spacer 150: Interconnector 161: Oxidizing gas introduction manifold 162: Oxidizing gas discharge manifold 166: Air chamber 171: Fuel gas introduction manifold 172: Fuel gas discharge manifold 176: Fuel chamber 180: Intermediate layer 190: Metal member 191: Base 192: Alloy phase 194: Oxide film layer 196: Coating layer 200: Current collector 210: Metal substrate 220: Co-containing layer

Claims (7)

電気化学反応単位の集電部材として用いられる導電性部材であって、
Feを最も濃度の高い成分である主成分として含有すると共に、16wt%以上の濃度でCrを含有する基部と、
Feを最も濃度の高い成分である主成分として含有すると共に、16wt%以上の濃度でCrを含有し、さらに、1.0wt%以上の濃度でCoを含有し、かつ、Co濃度が前記基部のCo濃度より高い合金相と、
を有する金属部材と、
前記金属部材における前記合金相により構成された表面上に配置され、Cr酸化物により形成され、Cr濃度が前記金属部材のCr濃度より高く、厚みが0.5μm以上、3.8μm以下である酸化被膜層と、
前記酸化被膜層における前記金属部材に対向する表面とは反対側の表面上に配置され、CrとMnとFeとNiとCuとZnとの少なくとも1つの元素を含有するスピネル型結晶構造を有するCo酸化物により形成され、厚みが5μm以上、10μm以下である被覆層と、
を備えることを特徴とする、導電性部材。
A conductive member used as a current collector for an electrochemical reaction unit.
Fe is contained as a main component which is the highest concentration component, and a base containing Cr at a concentration of 16 wt% or more and a base.
Fe is contained as a main component which is the highest concentration component, Cr is contained at a concentration of 16 wt% or more, Co is contained at a concentration of 1.0 wt% or more, and the Co concentration is that of the base. An alloy phase higher than the Co concentration and
With metal members
Oxidation that is arranged on the surface of the metal member composed of the alloy phase, formed of Cr oxide, has a Cr concentration higher than the Cr concentration of the metal member, and has a thickness of 0.5 μm or more and 3.8 μm or less. With the coating layer,
Co which is arranged on the surface of the oxide film layer opposite to the surface facing the metal member and has a spinel-type crystal structure containing at least one element of Cr, Mn, Fe, Ni, Cu and Zn. A coating layer formed of oxide and having a thickness of 5 μm or more and 10 μm or less,
A conductive member comprising.
請求項1に記載の導電性部材において、
前記合金相においてSEM−EDSにより各元素の強度を特定したとき、Coの強度はCrの強度より低いことを特徴とする、導電性部材。
In the conductive member according to claim 1,
A conductive member, characterized in that the strength of Co is lower than the strength of Cr when the strength of each element is specified by SEM-EDS in the alloy phase.
請求項1または請求項2に記載の導電性部材において、
前記合金相におけるCo濃度は、前記基部から離れるほど高いことを特徴とする、導電性部材。
In the conductive member according to claim 1 or 2.
A conductive member, characterized in that the Co concentration in the alloy phase increases as the distance from the base portion increases.
請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の導電性部材において、
前記導電性部材は、固体酸化物形の電気化学反応単位の集電部材であることを特徴とする、導電性部材。
The conductive member according to any one of claims 1 to 3.
The conductive member is a solid oxide type electrochemical reaction unit current collecting member.
電気化学反応単位であって、
固体酸化物を含む電解質層と前記電解質層を挟んで第1の方向に互いに対向する空気極および燃料極とを含む電気化学反応単セルと、
前記電気化学反応単セルに対して前記第1の方向の一方側に配置され、前記空気極または前記燃料極に電気的に接続された集電部材として機能する請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の導電性部材と、
を備えることを特徴とする、電気化学反応単位。
It is an electrochemical reaction unit
An electrochemical reaction single cell containing an electrolyte layer containing a solid oxide and an air electrode and a fuel electrode facing each other in the first direction across the electrolyte layer.
The first to the third aspects of the electrochemical reaction single cell, which are arranged on one side in the first direction and function as a current collecting member electrically connected to the air electrode or the fuel electrode. The conductive member according to any one of the above,
An electrochemical reaction unit characterized by comprising.
請求項5に記載の電気化学反応単位において、
前記電気化学反応単位は、燃料電池発電単位であることを特徴とする、電気化学反応単位。
In the electrochemical reaction unit according to claim 5,
The electrochemical reaction unit is an electrochemical reaction unit, which is a fuel cell power generation unit.
前記第1の方向に並べて配置された複数の電気化学反応単位を備える電気化学反応セルスタックにおいて、
前記複数の電気化学反応単位の少なくとも1つは、請求項5または請求項6に記載の電気化学反応単位であることを特徴とする、電気化学反応セルスタック。
In an electrochemical reaction cell stack having a plurality of electrochemical reaction units arranged side by side in the first direction.
An electrochemical reaction cell stack, wherein at least one of the plurality of electrochemical reaction units is the electrochemical reaction unit according to claim 5 or 6.
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