JP7004870B1 - セルスタック装置、モジュールおよびモジュール収容装置 - Google Patents

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Abstract

セルスタック装置は、複数のセルと、金属部材と、被覆層と、接合材とを備える。複数のセルは、素子部を有し、第１セルを含む。金属部材は、クロムを含有する。被覆層は、金属部材を覆う。接合材は、第１セルと被覆層との間に位置する。セルスタック装置は、（１）～（３）のうちいずれかを満たす。（１）被覆層は、異なる位置に異なる厚みまたは異なる表面粗さを有する少なくとも２つの部位を有する。（２）被覆層の表面粗さは、金属部材の表面粗さと異なる。（３）金属部材と被覆層との界面にＭｎ，Ｔｉ，ＣａおよびＡｌのうち少なくとも１つの元素が位置し、界面のＭｎ，Ｔｉ，ＣａおよびＡｌのうち少なくとも１つの含有率は、金属部材または被覆層のＭｎ，Ｔｉ，ＣａおよびＡｌ含有率と異なる。

Description

本開示は、セルスタック装置、モジュールおよびモジュール収容装置に関する。
近年、次世代エネルギーとして、燃料電池セルを複数有する燃料電池セルスタック装置が種々提案されている。燃料電池セルは、水素含有ガス等の燃料ガスと空気等の酸素含有ガスとを用いて電力を得ることができるセルの１種である。
特開２０１５－１６２３５７号公報
実施形態の一態様に係るセルスタック装置は、複数のセルと、金属部材と、被覆層と、接合材とを備える。複数のセルは、素子部を有し、第１セルを含む。金属部材は、クロムを含有する。被覆層は、金属部材を覆う。接合材は、第１セルと前記被覆層との間に位置する。セルスタック装置は、次の（１）～（３）のうちいずれかを満たす。
（１）前記被覆層は、異なる位置に異なる厚みまたは異なる表面粗さを有する少なくとも２つの部位を有する。
（２）前記被覆層の表面粗さは、前記金属部材の表面粗さと異なる。
（３）前記金属部材と前記被覆層との界面にＭｎ，Ｔｉ，ＣａおよびＡｌのうち少なくとも１つの元素が位置し、前記界面のＭｎ，Ｔｉ，ＣａおよびＡｌののうち少なくとも１つの含有率は、前記金属部材または前記被覆層のＭｎ，Ｔｉ，ＣａおよびＡｌ含有率と異なる。
また、本開示のモジュールは、上記に記載のセルスタック装置と、セルスタック装置を収納する収納容器とを備える。
また、本開示のモジュール収容装置は、上記に記載のモジュールと、モジュールの運転を行うための補機と、モジュールおよび補機を収容する外装ケースとを備える。
図１Ａは、実施形態に係るセルの一例を示す横断面図である。 図１Ｂは、実施形態に係るセルの一例を空気極側からみた側面図である。 図１Ｃは、実施形態に係るセルの一例をインターコネクタ側からみた側面図である。 図２Ａは、実施形態に係るセルスタック装置の一例を示す斜視図である。 図２Ｂは、図２Ａに示すＸ－Ｘ線の断面図である。 図２Ｃは、実施形態に係るセルスタック装置の一例を示す上面図である。 図３Ａは、図２Ｃに示すＹ－Ｙ線の断面図である。 図３Ｂは、図３Ａに示すセルスタックの要部を模式的に示す拡大断面図である。 図４は、図２Ｃに示すＺ－Ｚ線の断面図である。 図５Ａは、金属部材の別の例を示す斜視図である。 図５Ｂは、金属部材の別の例を示す斜視図である。 図５Ｃは、金属部材の別の例とセルとの接合部を拡大した断面図である。 図６Ａは、実施形態の変形例１に係る金属部材とセルとの接合部を拡大した断面図である。 図６Ｂは、実施形態の変形例２に係る金属部材とセルとの接合部を拡大した断面図である。 図６Ｃは、実施形態の変形例３に係る金属部材とセルとの接合部を拡大した断面図である。 図６Ｄは、実施形態の変形例４に係る金属部材を示す断面図である。 図６Ｅは、実施形態の変形例５に係る金属部材を示す断面図である。 図７Ａは、実施形態の変形例６に係る金属部材の別の例とセルとの接合部を拡大した断面図である。 図７Ｂは、実施形態の変形例７に係る金属部材の別の例とセルとの接合部を拡大した断面図である。 図８Ａは、実施形態の変形例８に係る端部集電部材を示す正面図である。 図８Ｂは、実施形態の変形例９に係る端部集電部材を示す断面図である。 図８Ｃは、実施形態の変形例１０に係る端部集電部材と金属部材との接合部を拡大した断面図である。 図８Ｄは、実施形態の変形例１１に係る端部集電部材と金属部材との接合部を拡大した断面図である。 図９は、実施形態に係るモジュールの一例を示す外観斜視図である。 図１０は、実施形態に係るモジュール収容装置の一例を概略的に示す分解斜視図である。 図１１Ａは、実施形態の変形例１２に係る平板型セルを示す斜視図である。 図１１Ｂは、図１１Ａに示す平板型セルの部分断面図である。 図１１Ｃは、図１１Ｂに示す領域Ａの拡大図である。
以下、添付図面を参照して、本願の開示するセルスタック装置、モジュールおよびモジュール収容装置の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの開示が限定されるものではない。
また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合があることに留意する必要がある。さらに、図面の相互間においても、互いの寸法の関係、比率などが異なる部分が含まれている場合がある。
＜セルの構成＞
まず、図１Ａ～図１Ｃを参照しながら、実施形態に係るセルスタック装置を構成するセルとして、固体酸化物形の燃料電池セルの例を用いて説明する。
図１Ａは、実施形態に係るセル１の一例を示す横断面図であり、図１Ｂは、実施形態に係るセル１の一例を空気極５側からみた側面図であり、図１Ｃは、実施形態に係るセル１の一例をインターコネクタ６側からみた側面図である。なお、図１Ａ～図１Ｃは、セル１の各構成の一部を拡大して示している。
図１Ａ～図１Ｃに示す例において、セル１は中空平板型で、細長い板状である。図１Ｂに示すように、セル１の全体を側面から見た形状は、たとえば、長さ方向Ｌの辺の長さが５ｃｍ～５０ｃｍで、この長さ方向Ｌに直交する幅方向Ｗの長さが１ｃｍ～１０ｃｍの長方形である。このセル１の全体の厚み方向Ｔの厚さは、たとえば１ｍｍ～５ｍｍである。
図１Ａに示すように、セル１は、導電性の支持基板２と、素子部と、インターコネクタ６とを備えている。支持基板２は、一対の対向する平坦面ｎ１、ｎ２、およびかかる平坦面ｎ１、ｎ２を接続する一対の円弧状の側面ｍを有する柱状である。
素子部は、支持基板２の平坦面ｎ１上に設けられている。かかる素子部は、燃料極３と、固体電解質層４と、空気極５とを有している。また、図１Ａに示す例では、セル１の平坦面ｎ２上にインターコネクタ６が設けられている。
また、図１Ｂに示すように、空気極５はセル１の上端および下端まで延びていない。セル１の下端部では、固体電解質層４のみが表面に露出している。また、図１Ｃに示すように、インターコネクタ６がセル１の上端および下端まで延びていてもよい。セル１の下端部では、インターコネクタ６および固体電解質層４が表面に露出している。なお、図１Ａに示すように、セル１の一対の円弧状の側面ｍにおける表面では、固体電解質層４が露出している。インターコネクタ６は、セル１の下端まで延びていなくてもよい。
以下、セル１を構成する各構成部材について説明する。
支持基板２は、ガスが流れるガス流路２ａを内部に有している。図１Ａに示す支持基板２の例は、６つのガス流路２ａを有している。支持基板２は、ガス透過性を有し、ガス流路２ａに流れる燃料ガスを燃料極３まで透過させる。支持基板２は導電性を有していてもよい。導電性を有する支持基板２は、素子部で生じた電気をインターコネクタ６に集電する。
支持基板２の材料は、たとえば、鉄族金属成分および無機酸化物を含む。たとえば、鉄族金属成分はＮｉ（ニッケル）および／またはＮｉＯであってもよい。無機酸化物は、たとえば特定の希土類元素酸化物であってもよい。
燃料極３の材料には、一般的に公知のものを使用することができる。燃料極３は、多孔質の導電性セラミックス、たとえば酸化カルシウム、酸化マグネシウム、または希土類元素酸化物が固溶しているＺｒＯ２と、Ｎｉおよび／またはＮｉＯを含むセラミックスなどを用いてもよい。この希土類元素酸化物としては、たとえば、Ｙ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３などが用いられる。酸化カルシウム、酸化マグネシウム、または希土類元素酸化物が固溶しているＺｒＯ２を安定化ジルコニアと称する場合もある。安定化ジルコニアは、部分安定化ジルコニアも含む。
固体電解質層４は、電解質であり、燃料極３と空気極５との間のイオンの橋渡しをする。同時に、固体電解質層４は、ガス遮断性を有し、燃料ガスと酸素含有ガスとのリークを生じにくくする。
固体電解質層４の材料は、たとえば、３モル％～１５モル％の希土類元素酸化物が固溶したＺｒＯ２であってもよい。この希土類元素酸化物としては、たとえば、Ｙ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３などが用いられる。なお、上記特性を有する限りにおいては、固体電解質層４の材料に他の材料などを用いてもよい。
空気極５の材料は、一般的に空気極に用いられるものであれば特に制限はない。空気極５の材料は、たとえば、いわゆるＡＢＯ３型のペロブスカイト型酸化物などの導電性セラミックスであってもよい。
空気極５の材料は、たとえば、ＡサイトにＳｒとＬａが共存する複合酸化物であってもよい。このような複合酸化物の例としては、ＬａｘＳｒ１－ｘＣｏｙＦｅ１－ｙＯ３、ＬａｘＳｒ１－ｘＭｎＯ３、ＬａｘＳｒ１－ｘＦｅＯ３、ＬａｘＳｒ１－ｘＣｏＯ３などが挙げられる。なお、ｘは０＜ｘ＜１、ｙは０＜ｙ＜１である。
また、空気極５は、ガス透過性を有している。空気極５の開気孔率は、たとえば２０％以上、特に３０％～５０％の範囲であってもよい。
インターコネクタ６の材料には、ランタンクロマイト系のペロブスカイト型酸化物（ＬａＣｒＯ３系酸化物）、ランタンストロンチウムチタン系のペロブスカイト型酸化物（ＬａＳｒＴｉＯ３系酸化物）などを用いてもよい。これらの材料は、導電性を有し、かつ水素含有ガスなどの燃料ガスおよび空気などの酸素含有ガスと接触しても還元も酸化もされない。
また、インターコネクタ６は、緻密質であり、支持基板２の内部に位置するガス流路２ａを流通する燃料ガス、および支持基板２の外側を流通する酸素含有ガスのリークを生じにくくする。インターコネクタ６は、９３％以上、特に９５％以上の相対密度を有していてもよい。
＜セルスタック装置の構成＞
次に、上述したセル１を用いた本実施形態に係るセルスタック装置１０について、図２Ａ～図２Ｃを参照しながら説明する。図２Ａは、実施形態に係るセルスタック装置１０の一例を示す斜視図であり、図２Ｂは、図２Ａに示すＡ－Ａ線の断面図であり、図２Ｃは、実施形態に係るセルスタック装置１０の一例を示す上面図である。
図２Ａに示すように、セルスタック装置１０は、セル１の厚み方向Ｔ（図１Ａ参照）に配列（積層）された複数のセル１を有するセルスタック１１と、固定部材１２とを備える。なお、セルスタック１１は、セル１を１つ以上有していればよい。第１セルとしてのセル１を１つだけ有する場合も、便宜的にセルスタック１１、セルスタック装置１０と呼ぶ。
固定部材１２は、接合材１３と、支持部材１４とを有する。支持部材１４は、セル１を支持する。接合材１３は、セル１と支持部材１４とを接合する。また、支持部材１４は、支持体１５と、ガスタンク１６とを有する。支持部材１４である支持体１５およびガスタンク１６は、金属製であり導電性を有している。
図２Ｂに示すように、支持体１５は、複数のセル１の下端部が挿入される挿入孔１５ａを有している。複数のセル１の下端部と挿入孔１５ａの内壁とは、接合材１３で接合されている。
ガスタンク１６は、挿入孔１５ａを通じて複数のセル１に反応ガスを供給する開口部と、かかる開口部の周囲に位置する凹溝１６ａとを有する。支持体１５の外周の端部は、ガスタンク１６の凹溝１６ａに充填された固定材２１によって、ガスタンク１６に固定されている。
図２Ａに示す例では、支持部材１４である支持体１５とガスタンク１６とで形成される内部空間２２に燃料ガスが貯留される。ガスタンク１６にはガス流通管２０が接続されている。燃料ガスは、このガス流通管２０を通してガスタンク１６に供給され、ガスタンク１６からセル１の内部のガス流路２ａ（図１Ａ参照）に供給される。ガスタンク１６に供給される燃料ガスは、後述する改質器１０２（図９参照）で生成される。
水素リッチな燃料ガスは、原燃料を水蒸気改質などすることによって生成することができる。水蒸気改質により燃料ガスを生成する場合には、燃料ガスは水蒸気を含む。
図２Ａに示す例は、複数のセル１を有するセルスタック１１が２列のセルスタック１１、２つの支持体１５、およびガスタンク１６を備えている。２列のセルスタック１１は、複数のセル１をそれぞれ有する。各セルスタック１１は、各支持体１５に固定されている。ガスタンク１６は上面に２つの貫通孔を有している。各貫通孔には、各支持体１５が配置されている。内部空間２２は、１つのガスタンク１６と、２つの支持体１５とで形成される。
挿入孔１５ａの形状は、たとえば、上面視で長円形状である。挿入孔１５ａは、たとえば、セル１の配列方向すなわち厚み方向Ｔの長さが、セルスタック１１の両端に位置する２つの端部集電部材１７の間の距離よりも大きい。挿入孔１５ａの幅は、たとえば、セル１の幅方向Ｗ（図１Ａ参照）の長さよりも大きい。なお、挿入孔１５ａの形状は、セル１の配列方向に長い略矩形状であってもよい。
図２Ｂに示すように、挿入孔１５ａの内壁とセル１の下端部との接合部には、接合材１３が充填され、固化されている。これにより、挿入孔１５ａの内壁と複数個のセル１の下端部とがそれぞれ接合・固定され、また、セル１の下端部同士が接合・固定されている。各セル１のガス流路２ａは、下端部で支持部材１４の内部空間２２と連通している。
接合材１３および固定材２１は、ガラスなどの導電性が低いものを用いることができる。接合材１３および固定材２１の具体的な材料としては、非晶質ガラスなどを用いてもよく、特に結晶化ガラスなどを用いてもよい。
結晶化ガラスとしては、たとえば、ＳｉＯ２－ＣａＯ系、ＭｇＯ－Ｂ２Ｏ３系、Ｌａ２Ｏ３－Ｂ２Ｏ３－ＭｇＯ系、Ｌａ２Ｏ３－Ｂ２Ｏ３－ＺｎＯ系、ＳｉＯ２－ＣａＯ－ＺｎＯ系などの材料のいずれかを用いてもよく、特にＳｉＯ２－ＭｇＯ系の材料を用いてもよい。
また、図２Ｂに示すように、複数のセル１のうち隣接するセル１の間には、導電部材１８が介在している。導電部材１８は、隣接する一方のセル１の燃料極３と他方のセル１の空気極５とを電気的に直列に接続する。より具体的には、隣接する一方のセル１の燃料極３と電気的に接続されたインターコネクタ６と、他方のセル１の空気極５とを接続している。
また、図２Ｂに示すように、複数のセル１の配列方向における最も外側に位置するセル１に、端部集電部材１７が電気的に接続されている。端部集電部材１７は、セルスタック１１の外側に突出する導電部１９に接続されている。導電部１９は、セル１の発電により生じた電気を集電して外部に引き出す。なお、図２Ａでは、端部集電部材１７の図示を省略している。
また、図２Ｃに示すように、セルスタック装置１０は、２つのセルスタック１１Ａ、１１Ｂが直列に接続され、一つの電池として機能する。そのため、セルスタック装置１０の導電部１９は、正極端子１９Ａと、負極端子１９Ｂと、接続端子１９Ｃとに区別される。
正極端子１９Ａは、セルスタック１１が発電した電力を外部に出力する場合の正極であり、セルスタック１１Ａにおける正極側の端部集電部材１７に電気的に接続される。負極端子１９Ｂは、セルスタック１１が発電した電力を外部に出力する場合の負極であり、セルスタック１１Ｂにおける負極側の端部集電部材１７に電気的に接続される。
接続端子１９Ｃは、セルスタック１１Ａにおける負極側の端部集電部材１７と、セルスタック１１Ｂにおける正極側の端部集電部材１７とを電気的に接続する。
＜支持体とセルとの接合＞
つづいて、支持体１５とセル１との接合について、図３Ａ、図３Ｂを参照しながら説明する。図３Ａは、図２Ｃに示すＹ－Ｙ線の断面図である。図３Ｂは、図３Ａに示すセルスタックの要部を模式的に示す拡大断面図である。図３Ｂでは、支持体１５を構成する基材１５１の表面を平面状に単純化して図示している。
図３Ａ、図３Ｂに示すように、支持体１５は、接合材１３を介してセル１と接合されている。
支持体１５は、基材１５１と、被覆層１５２とを有している。基材１５１は、導電性および耐熱性を有する。基材１５１は、クロムを含有する。基材１５１は、たとえば、ステンレス鋼である。基材１５１は、金属部材の一例である。基材１５１は、たとえば、金属酸化物を含有してもよい。
被覆層１５２は、基材１５１を被覆する。被覆層１５２は、基材１５１の第１面１５１ａおよび第２面１５１ｂに接するように位置している。
被覆層１５２は、接合材１３に面する第１面１５２ａと、酸化雰囲気（外部空間２３）に露出する第２面１５２ｂとを有している。第１面１５２ａは、第１外面または第３外面の一例である。第２面１５２ｂは、第２外面または第４外面の一例である。
被覆層１５２の材料は、たとえば、無機酸化物である。無機酸化物は、たとえば、酸化アルミニウム（アルミナ）、酸化マグネシウム（マグネシア）、酸化シリコン（シリカ）、酸化ジルコニウム（ジルコニア）、酸化クロム（クロミア）、酸化チタン（チタニア）およびこれらの複合酸化物などであってもよい。ジルコニアは、安定化ジルコニアでもよい。複合酸化物は、たとえばフォルステライトおよびコージェライトなどから選択してもよい。被覆層１５２の材料は、導電率の低い材料でもよく、絶縁性の材料でもよい。被覆層１５２の材料が導電率の低い材料、または絶縁性の材料であることで、高い耐電圧および高い絶縁抵抗を有するセルスタック装置１０とすることができる。
特にアルミナおよびフォルステライトは、基材１５１との熱膨張係数の差が小さく、温度差によって生じる熱応力が小さくなる。したがって、被覆層１５２を基材１５１に強固に接合することができ、被覆層１５２が基材１５１から剥離しにくくなる。
被覆層１５２は、接合材１３と基材１５１との間に位置することにより、たとえば熱膨張率の相違に起因して接合材１３と基材１５１との間で生じる応力を緩和し、接合材１３におけるクラック発生を低減する。
ところで、被覆層１５２のうち、接合材１３が位置しない第２面１５２ｂは、外部空間２３に露出している。かかる外部空間２３は、セル１の空気極５（図１参照）が露出する空間であり、酸素含有ガス（空気など）で満たされる。すなわち、外部空間２３は、酸化雰囲気である。
また、上記したように、基材１５１は、クロム（Ｃｒ）を含有している。たとえば、基材１５１に含まれるクロム（Ｃｒ）が酸化雰囲気（外部空間２３）に脱離すると、空気極５の性能が低下するおそれがある。
そこで、実施形態では、酸化雰囲気（外部空間２３）に面する被覆層１５２の厚みを大きくすることができる。実施形態では、図３Ｂに示すように、第２面１５２ｂが位置する被覆層１５２の厚みｔ２は、第１面１５２ａが位置する被覆層１５２の厚みｔ１よりも大きい。
これにより、たとえば高温動作時に基材１５１に含まれるクロムが酸化雰囲気（外部空間２３）に脱離しにくくすることができる。したがって、実施形態によれば、空気極５の耐久性を高めることができることから、セルスタック装置１０の耐久性を高めることができる。
一方で、被覆層１５２は、接合材１３と接合されており、動作環境によっては接合材１３から被覆層１５２が剥離することによって支持体１５と接合材１３との間に生じた隙間から燃料ガスがリークし、セルスタック装置１０の耐久性が低下する可能性がある。
そこで、実施形態では、被覆層１５２の表面粗さを、基材１５１の表面粗さよりも大きくすることができる。具体的には、たとえば、被覆層１５２の第１面１５２ａの表面粗さを、基材１５１の第１面１５１ａの表面粗さよりも大きくしてもよい。
これにより、被覆層１５２と接合材１３との密着性を高めることができる。このため、たとえば接合材１３から支持体１５が剥離しにくくなり、燃料ガスのリークを生じにくくすることができる。したがって、実施形態によれば、支持体１５の耐久性を高めることができることから、セルスタック装置１０の耐久性を高めることができる。
なお、被覆層１５２の第２面１５２ｂの表面粗さは、第１面１５２ａの表面粗さと同じであってもよく、異なってもよい。また、基材１５１の第２面１５１ｂの表面粗さは、第１面１５１ａの表面粗さと同じであってもよく、異なってもよい。
また、実施形態では、被覆層１５２の気孔率を調整することにより、被覆層１５２と基材１５１との接合強度を高めてもよい。第２面１５２ｂと基材１５１との間に位置する被覆層１５２の厚さは、第１面１５２ａと基材１５１との間に位置する被覆層１５２の厚さより大きいため、第２面１５２ｂに位置する被覆層１５２には大きな応力が生じやすく、第１面１５２ａに位置する被覆層１５２よりも基材１５１から剥離し易い。具体的には、たとえば、第２面１５２ｂと基材１５１（の第２面１５１ｂ）との間に位置する被覆層１５２は、第１面１５２ａと基材１５１（の第１面１５１ａ）との間に位置する被覆層１５２よりも気孔率を大きくすることができる。
これにより、第２面１５２ｂに面する被覆層１５２における応力緩和を高めることができることから、被覆層１５２と基材１５１との接合強度を高めることができる。このため、たとえば支持体１５から被覆層１５２が剥離しにくくなり、基材１５１に含まれるクロムを酸化雰囲気（外部空間２３）に脱離しにくくすることができる。したがって、実施形態によれば、空気極５の耐久性を高めることができることから、セルスタック装置１０の耐久性を高めることができる。
さらに、実施形態では、基材１５１と被覆層１５２との界面に位置する金属元素の含有率を調整することにより、被覆層１５２と接合材１３との接合強度を高めてもよい。具体的には、たとえば、基材１５１と被覆層１５２との界面に相当する第１面１５１ａおよび第２面１５１ｂには、Ｍｎ，Ｔｉ，ＣａおよびＡｌのうち、少なくとも１つの元素が位置している。また、被覆層１５２がＭｎ，Ｔｉ，ＣａおよびＡｌのいずれかを主成分として含まない場合、第１面１５１ａおよび第２面１５１ｂに位置するＭｎ，Ｔｉ，ＣａおよびＡｌの含有率は、基材１５１および被覆層１５２に位置するＭｎ，Ｔｉ，ＣａおよびＡｌの含有率よりも大きくてもよい。これらの金属元素は、基材１５１と被覆層１５２との間で相互拡散していてもよい。
これにより、基材１５１と被覆層１５２との密着性を高めることができる。このため、たとえば基材１５１と被覆層１５２とが剥離しにくくなり、燃料ガスのリークを生じにくくすることができる。したがって、実施形態によれば、支持体１５の耐久性を高めることができることから、セルスタック装置１０の耐久性を高めることができる。
なお、基材１５１と被覆層１５２との界面に位置する上述した金属元素は、単体、合金、金属酸化物または複合酸化物として位置することができる。また、かかる金属元素は、基材１５１側または被覆層１５２側のいずれに位置してもよく、基材１５１および被覆層１５２を跨ぐように位置してもよい。
特に、Ｍｎは基材１５１の凸部、または被覆層１５２の凹部または気孔内に位置していてもよい。Ｔｉは、基材１５１の凹部または被覆層１５２の気孔内に位置していてもよい。Ｃａは、基材１５１の凸部、または被覆層１５２の凹部または気孔内に位置していてもよい。Ａｌは、基材１５１の凸部、または被覆層１５２の凹部または気孔内に位置していてもよい。
＜支持体と端部集電部材との接合＞
次に、支持体１５と端部集電部材１７との接合について、図４を参照しながら説明する。図４は、図２Ｃに示すＺ－Ｚ線の断面図である。
図４に示すように、端部集電部材１７は、接合材１３を介して支持体１５と接合されている。
端部集電部材１７は、母材１７１と、被覆材１７２とを有している。被覆材１７２で端部集電部材１７の表面を覆うことにより、たとえば高温動作時に母材１７１に含まれるクロム（Ｃｒ）を酸化雰囲気（外部空間２３）に脱離しにくくすることができることから、端部集電部材１７の耐久性を高めることができる。
母材１７１は、たとえば、クロム（Ｃｒ）を含有する導電材料である。母材１７１は、たとえば、ステンレス鋼であってもよい。
被覆材１７２の材料は、たとえば、無機酸化物であってもよい。被覆材１７２は、マンガン（Ｍｎ）を含有する導電性酸化物（たとえば、Ｍｎ１．５ＣＯ１．５Ｏ４、ＺｎＭｎＣｏＯ４など）であってもよい。被覆材１７２は、たとえば、電着塗装などによって母材１７１の表面に位置させることができる。
被覆材１７２は、母材１７１を被覆する。被覆材１７２は、母材１７１の面１７１ａおよび面１７１ｂを覆うように位置している。被覆材１７２は、接合材１３に面する面１７２ａと、酸化雰囲気（外部空間２３）に露出する面１７２ｂとを有している。
被覆材１７２は、接合材１３と母材１７１との間に位置することにより、たとえば熱膨張率の相違に起因して接合材１３と母材１７１との間で生じる応力を緩和し、接合材１３におけるクラック発生を低減する。
また、母材１７１は、面１７１ａに隣り合い、接合材１３に面する面１７１ｃを有している。すなわち、被覆材１７２の一端（下端部）１７２ｅは、接合材１３に面しており、内部空間２２には面していない。
実施形態では、接合材１３に面する被覆材１７２の表面粗さを、接合材１３に面しない被覆材１７２の表面粗さよりも大きくすることができる。具体的には、たとえば、被覆材１７２の面１７２ａの表面粗さを、面１７２ｂの表面粗さよりも大きくしてもよい。
これにより、被覆材１７２と接合材１３との密着性を高めることができる。このため、たとえば接合材１３から端部集電部材１７が剥離しにくくなり、燃料ガスのリークを生じにくくすることができる。したがって、実施形態によれば、端部集電部材１７の耐久性を高めることができることから、セルスタック装置１０の耐久性を高めることができる。
また、実施形態では、接合材１３に面する母材１７１の表面粗さを、接合材１３に面する被覆材１７２の表面粗さよりも大きくすることができる。具体的には、たとえば、母材１７１の面１７１ｃの表面粗さを、面１７２ａの表面粗さよりも大きくしてもよい。
これにより、端部集電部材１７と接合材１３との密着性を高めることができる。このため、たとえば接合材１３から端部集電部材１７が剥離しにくくなり、燃料ガスのリークを生じにくくすることができる。したがって、実施形態によれば、端部集電部材１７の耐久性を高めることができることから、セルスタック装置１０の耐久性を高めることができる。
また、面１７２ａの表面粗さを面１７１ｃの表面粗さよりも小さくすることにより、たとえば高温動作時に母材１７１に含まれるクロムが被覆材１７２を介して酸化雰囲気（外部空間２３）に脱離しにくくすることができる。したがって、実施形態によれば、端部集電部材１７の耐久性を高めることができることから、セルスタック装置１０の耐久性を高めることができる。
さらに、実施形態では、面１７１ｃの面積を面１７２ａの面積よりも小さくしてもよい。具体的には、たとえば、面１７１ｃの面積Ｓ２を、面１７２ａの面積Ｓ１よりも小さくしてもよい。
これにより、たとえば高温動作時に母材１７１に含まれるクロムが被覆材１７２を介して酸化雰囲気（外部空間２３）に脱離しにくくしつつ、接合材１３から端部集電部材１７が剥離しにくくなることで燃料ガスのリークを生じにくくすることができる。したがって、実施形態によれば、端部集電部材１７の耐久性を高めることができることから、セルスタック装置１０の耐久性を高めることができる。
なお、母材１７１の面１７１ｂの表面粗さは、面１７１ａの表面粗さよりも小さくすることができる。たとえば、面１７１ｂの表面粗さを面１７１ａの表面粗さよりも小さくすると、たとえば高温動作時に母材１７１に含まれるクロムが被覆材１７２の面１７１ｂを介して酸化雰囲気（外部空間２３）に脱離しにくくすることができる。なお、面１７１ａ，１７１ｂの表面粗さは、同じであってもよい。
さらに、母材１７１が、被覆材１７２および接合材１３に面するように位置する酸化物層１７３を有してもよい。酸化物層１７３は、たとえば、酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）で構成される自然酸化膜であってもよい。
酸化物層１７３は、たとえば還元雰囲気下でも構成元素が還元反応を起こすことはほとんどない。酸化物層１７３を有することにより、たとえば還元雰囲気（内部空間２２）に露出する面から母材１７１の構成元素が脱離しにくくすることができる。したがって、実施形態によれば、端部集電部材１７の耐久性を高めることができることから、セルスタック装置１０の耐久性を高めることができる。
一方、支持体１５は、図２Ｃに示すように、上面視で長円形状の挿入孔１５ａを埋める接合材１３の周囲を囲むように位置している。支持体１５の挿入孔１５ａは、第１方向としてのセル１の配列方向すなわち厚み方向Ｔ（図１Ａ参照）に沿って直線状に延びる直線状部（第１部分１５Ａ）と、第１方向から屈曲する屈曲部（第２部分１５Ｂ）とを有している。セル１は、支持体１５の第１部分１５Ａと向かい合うように位置しており、端部集電部材１７は、支持体１５の第２部分１５Ｂと向かい合うように位置している。
実施形態では、支持体１５の第２部分１５Ｂに位置する被覆層１５２の厚みが、第１部分１５Ａに位置する被覆層１５２の厚みよりも大きくてもよい。具体的には、第１面１５２ａが位置する被覆層１５２の厚みｔ１（図３Ｂ参照）は、第２部分１５Ｂの方が第１部分１５Ａよりも大きい。
上面視で屈曲している支持体１５の第２部分１５Ｂでは、第１部分１５Ａと比較して各部材の熱膨張差による応力が集中しやすい。このように、支持体１５、特に挿入孔１５ａの上面視した形状に応じて、第１面１５２ａが位置する被覆層１５２の厚みを異ならせることにより、たとえば第２部分１５Ｂにおける応力の集中を緩和することができる。したがって、実施形態によれば、支持体１５の耐久性を高めることができることから、セルスタック装置１０の耐久性を高めることができる。
なお、実施形態では、内面１５１ｅは、還元雰囲気（内部空間２２）に露出しているとして説明したが、これに限られず、たとえば、内面１５１ｅを覆うように位置する被覆層を有してもよい。
＜各種変形例＞
つづいて、実施形態の各種変形例に係る支持体１５について、図５Ａ～図７Ｂを参照しながら説明する。図５Ａ、図５Ｂは、金属部材の別の例を示す斜視図である。
図５Ａに示すような平板状の支持体１５を用いる場合には、たとえばガスタンク１６（図２Ａ参照）を平板状である支持体１５の下面または側面に接合することによって内部空間２２（図４Ｃ参照）が形成される。また、図５Ｂに示す支持体１５は、複数の挿入孔１５ａを有している。この場合、支持体１５の複数の挿入孔１５ａのそれぞれにセル１が１つずつ挿入されていてもよいし、支持体１５の複数の挿入孔１５ａのそれぞれにセル１が複数個ずつ挿入されていてもよい。
図５Ｃは、金属部材の別の例とセルとの接合部を拡大した断面図である。図５Ｃに示すように、支持体１５は平板状を有している。支持体１５は、接合材１３を介してセル１と接合されている。
支持体１５は、基材１５１と、被覆層１５２とを有している。基材１５１は、第１面１５１ａと、第２面１５１ｂと、内面１５１ｅとを有している。第１面１５１ａおよび第２面１５１ｂは、被覆層１５２に面している。内面１５１ｅは、還元雰囲気（内部空間２２）に面している。
被覆層１５２は、基材１５１を被覆する。被覆層１５２は、基材１５１の第１面１５１ａと接合材１３との間に位置している。また、被覆層１５２は、基材１５１の第２面１５１ｂと酸化雰囲気（外部空間２３）との間に位置している。被覆層１５２は、第１面１５２ａと第２面１５２ｂとを有している。第１面１５１ａは、接合材１３に面している。第２面１５１ｂは、酸化雰囲気（外部空間２３）に面している。
また、接合材１３は、セル１と支持体１５とを接合する。接合材１３は、セル１の固体電解質層４（図１Ａ参照）と支持体１５の被覆層１５２との間に位置し、セル１と被覆層１５２の第１外面としての第１面１５２ａとを接合する。
実施形態に係る支持体１５では、酸化雰囲気（外部空間２３）に露出する被覆層１５２の第２面１５２ｂが位置する被覆層１５２の厚みｔ２は、接合材１３に面する第１面１５２ａが位置する被覆層１５２の厚みｔ１よりも大きい。
これにより、たとえば高温動作時に基材１５１に含まれるクロムが酸化雰囲気（外部空間２３）に脱離しにくくすることができる。したがって、実施形態によれば、空気極５の耐久性を高めることができることから、セルスタック装置１０の耐久性を高めることができる。
一方で、被覆層１５２は、接合材１３と接合されており、動作環境によっては接合材１３から被覆層１５２が剥離することによって支持体１５と接合材１３との間に生じた隙間から燃料ガスのリークが生じ、セルスタック装置１０の耐久性が低下する可能性がある。
そこで、実施形態では、被覆層１５２の表面粗さを、基材１５１の表面粗さよりも大きくすることができる。具体的には、たとえば、被覆層１５２の第１面１５２ａの表面粗さを、基材１５１の第１面１５１ａおよび第２面１５１ｂの表面粗さよりも大きくしてもよい。
これにより、被覆層１５２と接合材１３との密着性を高めることができる。このため、たとえば接合材１３から支持体１５が剥離しにくくなり、燃料ガスのリークを生じにくくすることができる。したがって、実施形態によれば、支持体１５の耐久性を高めることができることから、セルスタック装置１０の耐久性を高めることができる。
なお、基材１５１の第２面１５１ｂの表面粗さは、第１面１５１ａの表面粗さと同じであってもよく、異なってもよい。また、被覆層１５２の第２面１５２ｂの表面粗さは、第１面１５２ａの表面粗さと同じであってもよく、異なってもよい。例えば、第２面１５２ｂは、第１面１５２ａよりも表面粗さを小さくしてもよい。これにより、たとえば高温動作時に基材１５１に含まれるクロム（Ｃｒ）が被覆層１５２の第２面１５２ｂを介して酸化雰囲気（外部空間２３）に脱離しにくくすることができる。したがって、支持体１５の耐久性を高めることができることから、セルスタック装置１０の耐久性を高めることができる。
また、実施形態では、被覆層１５２の気孔率を調整することにより、被覆層１５２と接合材１３との接合強度を高めてもよい。具体的には、たとえば、第２面１５２ｂと基材１５１の第２面１５１ｂとの間に位置する被覆層１５２は、第１面１５２ａと基材１５１の第１面１５１ａとの間に位置する被覆層１５２よりも気孔率を大きくすることができる。
これにより、第２面１５２ｂに面する被覆層１５２における応力緩和を高めることができることから、被覆層１５２と接合材１３との接合強度を高めることができる。このため、接合材１３から支持体１５が剥離しにくくなり、燃料ガスのリークを生じにくくすることができる。したがって、実施形態によれば、支持体１５の耐久性を高めることができることから、セルスタック装置１０の耐久性を高めることができる。
さらに、実施形態では、基材１５１と被覆層１５２との界面に位置する金属元素の含有率を調整することにより、被覆層１５２と接合材１３との接合強度を高めてもよい。具体的には、たとえば、基材１５１と被覆層１５２との界面に相当する第１面１５１ａおよび第２面１５１ｂには、Ｍｎ，Ｔｉ，ＣａおよびＡｌのうち、少なくとも１つの元素が位置している。また、第１面１５１ａおよび第２面１５１ｂに位置するＭｎ，Ｔｉ，ＣａおよびＡｌの含有率は、基材１５１および被覆層１５２に位置するＭｎ，Ｔｉ，ＣａおよびＡｌの含有率よりも大きくてもよい。
これにより、基材１５１と被覆層１５２との密着性を高めることができる。このため、たとえば基材１５１と被覆層１５２とが剥離しにくくなり、燃料ガスのリークを生じにくくすることができる。したがって、実施形態によれば、支持体１５の耐久性を高めることができることから、セルスタック装置１０の耐久性を高めることができる。
なお、基材１５１と被覆層１５２との界面に位置する上述した金属元素は、単体、合金または金属酸化物として位置することができる。また、かかる金属元素は、基材１５１側または被覆層１５２側のいずれに位置してもよく、基材１５１および被覆層１５２を跨ぐように位置してもよい。
また、図５Ｂに示す支持体１５の挿入孔１５ａは、セル１の幅方向Ｗ（図１Ａ参照）に延びる第１部分１５Ａと、第１方向から屈曲する第２部分１５Ｂと、セル１の配列方向すなわち厚み方向Ｔ（図１Ａ参照）に延びる第３部分１５Ｃを有している。
実施形態では、支持体１５の第２部分１５Ｂに位置する被覆層１５２の厚みが、第１部分１５Ａおよび第３部分１５Ｃに位置する被覆層１５２の厚みよりも大きくてもよい。具体的には、第１面１５２ａが位置する被覆層１５２の厚みｔ１（図５Ｃ参照）は、第２部分１５Ｂの方が第１部分１５Ａおよび第３部分１５Ｃよりも大きい。
上面視で屈曲している支持体１５の第２部分１５Ｂでは、第１部分１５Ａおよび第３部分１５Ｃと比較して各部材の熱膨張差による応力が集中しやすい。このように、支持体１５、特に挿入孔１５ａの上面視した形状に応じて被覆層１５２の厚みを異ならせることにより、たとえば第２部分１５Ｂに応じて、第１面１５２ａにおける応力の集中を緩和することができる。したがって、実施形態によれば、支持体１５の耐久性を高めることができることから、セルスタック装置１０の耐久性を高めることができる。
図６Ａ～図６Ｅは、実施形態の変形例１～５に係る金属部材とセルとの接合部を拡大した断面図である。図７Ａ、図７Ｂは、実施形態の変形例６、７に係る金属部材の別の例とセルとの接合部を拡大した断面図である。
図６Ａ、図７Ａに示すように、支持体１５の被覆層１５２は、第１面１５２ａと第２面１５２ｂとの間に位置する中間面１５２ｃをさらに有してもよい。
中間面１５２ｃは、被覆層１５２に面している。中間面１５１ｃは、たとえば、第１面１５２ａよりも表面粗さが小さくてもよい。中間面１５２ｃは、第１面１５２ａよりも酸化雰囲気に近い部位に位置している。接合材１３に面する被覆層１５２のうち、酸化雰囲気から離れた部位に位置する第１面１５２ａよりも中間面１５２ｃの表面粗さを小さくすることにより、たとえば、高温動作時に基材１５１に含まれるクロム（Ｃｒ）が被覆層１５２を介して酸化雰囲気（外部空間２３）に脱離しにくくすることができる。したがって、実施形態によれば、支持体１５の耐久性を高めることができることから、セルスタック装置１０の耐久性を高めることができる。なお、中間面１５２ｃに位置する被覆層１５２の表面粗さは、たとえば第２面１５２ｂの表面粗さと同じであってもよい。また、中間面１５２ｃが、たとえば第１面１５２ａおよび第２面１５２ｂの中間の表面粗さを有していてもよい。
また、中間面１５２ｃが位置する被覆層１５２は、たとえば、第１面１５２ａが位置する被覆層１５２よりも厚みが大きくてもよい。中間面１５２ｃは、第１面１５２ａよりも酸化雰囲気に近い部位に位置している。接合材１３に面する被覆層１５２のうち、酸化雰囲気から離れた部位に位置する第１面１５２ａよりも中間面１５２ｃの厚みを大きくすることにより、たとえば、高温動作時に基材１５１に含まれるクロム（Ｃｒ）が被覆層１５２を介して酸化雰囲気（外部空間２３）に脱離しにくくすることができる。したがって、実施形態によれば、支持体１５の耐久性を高めることができることから、セルスタック装置１０の耐久性を高めることができる。なお、中間面１５２ｃに位置する被覆層１５２の厚みは、たとえば第２面１５２ｂの厚みｔ２（図３Ｂ参照）と同じであってもよい。また、中間面１５２ｃが、たとえば厚みｔ１，ｔ２の中間の厚みを有していてもよい。
一方、図６Ｂ、図７Ｂに示すように、支持体１５の被覆層１５２は、第１面１５２ａと第２面１５２ｂとの間に位置する中間面１５２ｄをさらに有してもよい。
中間面１５２ｄは、酸化雰囲気（外部空間２３）に露出している。中間面１５２ｄは、たとえば、第２面１５２ｂよりも表面粗さが大きい。このように中間面１５２ｄを有する場合であっても、たとえば高温動作時に基材１５１に含まれるクロム（Ｃｒ）が酸化雰囲気（外部空間２３）に脱離しにくくすることができる。したがって、実施形態によれば、支持体１５の耐久性を高めることができることから、セルスタック装置１０の耐久性を高めることができる。なお、中間面１５２ｄの表面粗さは、たとえば第１面１５２ａの表面粗さと同じであってもよい。また、中間面１５２ｄが、たとえば第１面１５２ａと第２面１５２ｂとの中間の表面粗さを有していてもよい。
また、図６Ａ、図６Ｂ、図７Ａ、図７Ｂに示す各変形例では、中間面１５２ｃ，１５２ｄの一方のみを有する例について示したが、中間面１５２ｃ，１５２ｄの両方を有してもよい。
また、図６Ｃに示すように、被覆層１５２のうち、酸化雰囲気（外部空間２３）に露出する第２面１５２ｂが、被覆層１５２の厚みの異なる面１５２ｂ１，１５２ｂ２を有してもよい。
面１５２ｂ２は、面１５２ｂ１よりもセル１の素子部から離れて位置している。素子部に近い面１５２ｂ１では、素子部から離れた面１５２ｂ２よりも高温になりやすく、基材１５１に含まれるクロム（Ｃｒ）が酸化雰囲気（外部空間２３）に脱離しやすくなる。そこで、面１５２ｂ１が位置する被覆層１５２の厚みを、素子部から離れた面１５２ｂ２が位置する被覆層１５２の厚みよりも大きくすることができる。
面１５２ｂ１が位置する被覆層１５２の厚みを、面１５２ｂ２が位置する被覆層１５２の厚みよりも大きくすることにより、たとえば高温動作時に基材１５１に含まれるクロム（Ｃｒ）を酸化雰囲気（外部空間２３）に脱離しにくくすることができる。したがって、実施形態によれば、支持体１５の耐久性を高めることができることから、セルスタック装置１０の耐久性を高めることができる。
また、素子部に近い面１５２ｂ１の表面粗さを、素子部から離れた面１５２ｂ２の表面粗さよりも大きくしてもよい。面１５２ｂ１の表面粗さを大きくすることにより、素子部の近傍に位置する酸素含有ガス（空気）の流れを変化させて、酸素含有ガス（空気）の滞留時間を長くすることができる。したがって、実施形態によれば、空気極５による酸素の取り込みを促すことができることから、セルスタック装置１０の反応効率を高めることができる。
なお、図６Ｃに示した例では、面１５２ｂ１，１５２ｂ２の境界を支持体１５の上端部分に位置させたが、これに限られない。たとえば、図２Ｃに示すようにセルスタック装置１０を上面視したときに視認できる上面を面１５２ｂ１とし、面１５２ｂ１の側方に位置する側面を面１５２ｂ２としてもよい。また、高温動作時における到達温度が所定値以上となる部分を面１５２ｂ１とし、その他の部分を面１５２ｂ２としてもよい。さらに、酸素含有ガス（空気）の流路（不図示）に面する部分を面１５２ｂ１とし、その他の部分を面１５２ｂ２としてもよい。
また、図６Ｄに示すように、支持体１５の被覆層１５２は、第１面１５２ａと第２面１５２ｂとの間に位置する接続面１５２ｆをさらに有してもよい。接続面１５２ｆは、被覆層１５２の厚みを徐々に異ならせることで第１面１５２ａと第２面１５２ｂとを連続的に接続している。このように被覆層１５２が接続面１５２ｆを有することにより、支持体１５の耐久性を高めることができることから、セルスタック装置１０の耐久性を高めることができる。
なお、接続面１５２ｆは、第１面１５２ａとともに接合材１３に面していてもよい。また、接続面１５２ｆは、第２面１５２ｂとともに酸化雰囲気（外部空間２３）に露出していてもよい。さらに、接続面１５２ｆは、接合材１３に面する部分と、酸化雰囲気（外部空間２３）に露出する部分とを有していてもよい。
また、図６Ｅに示すように、被覆層１５２の厚さは、一定であってもよい。かかる場合であっても、第１面１５２ａおよび第２面１５２ｂの表面粗さを上記したように異ならせることにより、支持体１５の耐久性を高めることができることから、セルスタック装置１０の耐久性を高めることができる。また、第１面１５２ａおよび第２面１５２ｂがそれぞれ位置する部分Ｐ１，Ｐ２における被覆層１５２の気孔率を上記したように異ならせることにより、支持体１５の耐久性を高めることができることから、セルスタック装置１０の耐久性を高めることができる。
また、図６Ｅに示すように、第１面１５２ａおよび第２面１５２ｂの間に位置する面１５２ｇが、第１面１５２ａおよび第２面１５２ｂの中間の表面粗さを有してもよい。また、面１５２ｇが位置する被覆層１５２の部分Ｐ３における気孔率が、部分Ｐ１，Ｐ２の中間の気孔率を有してもよい。このように面１５２ｇを位置させることにより、支持体１５の耐久性を高めることができることから、セルスタック装置１０の耐久性を高めることができる。
図８Ａは、実施形態の変形例８に係る端部集電部材を示す正面図である。図８Ｂは、実施形態の変形例９に係る端部集電部材を示す断面図である。
図８Ａに示すように、上面から見たときに視認できる端部集電部材１７の上端１７ａは、角部１７ａ１にアールが施されてもよい。
また、図８Ｂに示すように、端部集電部材１７の下端１７ｂは、セル１の配列する方向に対して傾斜した端面１７ｆを有することにより、端部１７ｅの幅が端部集電部材１７の厚みよりも小さくなるように位置している。このため、固化前の接合材１３に対し、端部集電部材１７を円滑に挿入することができる。
図８Ｃ、図８Ｄは、実施形態の変形例１０、１１に係る端部集電部材と金属部材との接合部を拡大した断面図である。
図８Ｃに示すように、被覆材１７２は、端部集電部材１７の被覆材１７２の一端（下端部）１７２ｅに位置し、母材１７１の面１７１ａ（面１７１ｃ）と被覆材１７２の面１７２ａとを接続する面１７２ｆを有してもよい。
また、図８Ｄに示すように、被覆材１７２は、端部集電部材１７の被覆材１７２の一端（下端部）１７２ｅ側に位置し、面１７２ａから離れる方向に突出し、接合材１３に面する突出部１７２ｇを有してもよい。
このように被覆材１７２が面１７２ｆまたは突出部１７２ｇを有することにより、被覆材１７２と接合材１３との接触面積が増大する。これにより、端部集電部材１７の耐久性を高めることができることから、セルスタック装置１０の耐久性を高めることができる。なお、図８Ｃおよび図８Ｄでは、被覆材１７２が面１７２ｆまたは突出部１７２ｇを有するとして図示したが、被覆材１７２が面１７２ｆおよび突出部１７２ｇを有してもよい。
＜評価方法＞
ここで、上記した支持体１５および端部集電部材１７の各面および後述する各面の厚みは、各面に垂直な断面の画像解析により算出する。まず、支持体１５および接合材１３、あるいは端部集電部材１７および接合材１３を切り出して、樹脂に埋め込み、面粗さを計測する面に垂直な断面を研磨砥粒、ラッピングフィルム（♯８０００程度）等を用いて研磨し、鏡面状態の断面を得る。得られた断面を、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）、光学式顕微鏡等を用いて撮影し、得られた画像を画像解析することで各面の厚みをそれぞれ測定することができる。
また、上記した支持体１５および端部集電部材１７の各面および後述する各面の表面粗さの大小は、ＪＩＳ Ｂ０６３３；２００１に規定された算術平均粗さＲａに基づいて判定することができる。算術平均粗さＲａは、各面の厚みと同様にして、各面に垂直な断面の画像解析により算出することができる。
また、被覆層１５２の各部分における気孔率は、例えば、被覆層１５２の各部分の断面をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で観察した画像を画像解析し、画像全体の面積に対する気孔の合計面積の割合として算出することができる。
また、支持体１５の各部分におけるＭｎ，Ｔｉ，ＣａおよびＡｌの含有率は、たとえばセル１から支持体１５の各部分を切りとり、または削りとり、ＩＣＰ発光分光分析等の元素分析により確認できる。また、支持体１５の断面を、電子プローブマイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）、波長分散型Ｘ線分光（ＷＤＳ）またはエネルギー分散型Ｘ線分光（ＥＤＳ）などで元素分析することにより、算出することができる。
（被覆層の厚み）
上記したように算出された被覆層１５２の厚みは、たとえば、支持体１５の全体を平均して２μｍ～４００μｍとすることができる。
（各面の表面粗さ）
上記したように算出された各面の表面粗さ（算術平均粗さＲａ）は、たとえば、０．１μｍ～３０μｍであってもよい。第１面１５２ａおよび第２面１５２ｂのうち、一方の表面粗さ（算術平均粗さＲａ）が、たとえば、０．１μｍ～３０μｍであってもよい。さらに、後述する各面についても、上記した各面と同程度の表面粗さ（算術平均粗さＲａ）とすることができる。
（被覆層の気孔率）
上記したように算出された被覆層１５２および後述する被覆層の気孔率は、たとえば、支持体１５の全体を平均して１０面積％～４０面積％とすることができる。
なお、被覆層１５２は、たとえば開口幅が１０μｍ以下のクラックを有してもよい。また、かかるクラックの内部には、接合材１３が位置してもよい。クラックの内部に接合材１３が位置することにより、たとえば、支持体１５の耐久性を高めることができることから、セルスタック装置１０の耐久性を高めることができる。
（Ｍｎ，Ｔｉ，ＣａおよびＡｌの含有率）
上記したように算出された支持体１５および後述する支持部材におけるＭｎ，Ｔｉ，ＣａおよびＡｌの含有率は、たとえば、支持体１５の全体を平均して０．０１質量％～１０質量％とすることができる。また、基材１５１および被覆層１５２の界面、基材１５１、被覆層１５２におけるＭｎ，Ｔｉ，ＣａおよびＡｌの含有率はそれぞれ、たとえば、０．１質量％～３０質量％（界面）、０．０１質量％～１０質量％（基材１５１）、０．０１質量％～１０質量％（被覆層１５２）とすることができる。
（製法）
実施形態に係る被覆層１５２は、たとえば、溶射法、蒸着法、電着法、スパッタリング法などの方法で位置させることができる。また、たとえば基材１５１表面に被覆材料を塗装し、その後焼成させて被覆層１５２としてもよい。
また、被覆層１５２の第１面１５２ａおよび第２面１５２ｂは、たとえば、第１面１５２ａおよび第２面１５２ｂに対応する基材１５１の第１面１５１ａおよび第２面１５１ｂの表面粗さの相違に基づいて形成することができる。また、第２面１５２ｂに相当する部分の厚さを第１面１５２ａに相当する部分の厚さよりも大きくすることで形成してもよい。また、たとえば被覆層１５２表面のうち、第２面１５２ｂに相当する部分に研磨処理を行うことで第２面１５２ｂを形成し、残りの部分を第１面１５２ａとしてもよい。さらに、上記した被覆層１５２の形成時における各種条件を変更することで第１面１５２ａおよび第２面１５２ｂをそれぞれ形成してもよい。さらに、その他の面についても、上記した第１面１５２ａおよび第２面１５２ｂの製法および公知の手法を適宜組み合わせて形成することができる。
＜モジュール＞
次に、上述したセルスタック装置１０を用いた本開示の実施形態に係るモジュール１００について、図９を用いて説明する。図９は、実施形態に係るモジュールを示す外観斜視図であり、収納容器１０１の一部である前面および後面を取り外し、内部に収納される燃料電池のセルスタック装置１０を後方に取り出した状態を示している。
図９に示すように、モジュール１００は、収納容器１０１、および収納容器１０１内に収納されたセルスタック装置１０を備えている。また、セルスタック装置１０の上方には、改質器１０２が配置されている。
かかる改質器１０２は、天然ガスや灯油などの原燃料を改質して燃料ガスを生成し、セル１に供給する。原燃料は、原燃料供給管１０３を通じて改質器１０２に供給される。なお、改質器１０２は、水を気化させる気化部１０２ａと、改質部１０２ｂとを備えていてもよい。改質部１０２ｂは、図示しない改質触媒を備えており、原燃料を燃料ガスに改質する。このような改質器１０２は、効率の高い改質反応である水蒸気改質を行うことができる。
そして、改質器１０２で生成された燃料ガスは、ガス流通管２０、ガスタンク１６、および支持部材１４を通じて、セル１のガス流路２ａ（図１Ａ参照）に供給される。
また、上述の構成のモジュール１００では、ガスの燃焼およびセル１の発電に伴い、通常発電時におけるモジュール１００内の温度が５００℃～１０００℃程度となる。
このようなモジュール１００においては、上述したように、電池性能の低下を低減するセルスタック装置１０を収納して構成されることにより、電池性能の低下を低減するモジュール１００とすることができる。
＜モジュール収容装置＞
図１０は、実施形態に係るモジュール収容装置の一例を示す分解斜視図である。実施形態に係るモジュール収容装置１１０は、外装ケース１１１と、図１１で示したモジュール１００と、図示しない補機と、を備えている。補器は、モジュール１００の運転を行う。モジュール１００および補器は、外装ケース１１１内に収容されている。なお、図１０においては一部構成を省略して示している。
図１０に示すモジュール収容装置１１０の外装ケース１１１は、支柱１１２と外装板１１３とを有する。仕切板１１４は、外装ケース１１１内を上下に区画している。外装ケース１１１内の仕切板１１４より上側の空間は、モジュール１００を収容するモジュール収容室１１５であり、外装ケース１１１内の仕切板１１４より下側の空間は、モジュール１００を運転する補機を収容する補機収容室１１６である。なお、図１０では、補機収容室１１６に収容する補機を省略して示している。
また、仕切板１１４は、補機収容室１１６の空気をモジュール収容室１１５側に流すための空気流通口１１７を有している。モジュール収容室１１５を構成する外装板１１３は、モジュール収容室１１５内の空気を排気するための排気口１１８を有している。
このようなモジュール収容装置１１０においては、上述したように、電池性能の低下を低減するモジュール１００をモジュール収容室１１５に備えていることにより、電池性能の低下を低減するモジュール収容装置１１０とすることができる。
＜その他の変形例＞
つづいて、実施形態のその他の変形例に係るセルスタック装置について、図１１Ａ～図１１Ｃを参照しながら説明する。
上述の実施形態では、支持基板の表面に燃料極、固体電解質層および空気極を含む素子部が１つのみ設けられたいわゆる「縦縞型」を例示したが、支持基板の表面の互いに離れた複数個所にて素子部がそれぞれ設けられ、隣り合う素子部の間が電気的に接続されたいわゆる「横縞型」のセルを積層した横縞型セルスタック装置に適用することができる。
また、本実施形態では、中空平板型の支持基板を用いた場合を例示したが、円筒型の支持基板を用いたセルスタック装置に適用することもできる。また、後述するように、いわゆる「平板型」のセルを厚み方向に積層した平板型セルスタック装置に適用することもできる。
また、上記実施形態では、支持基板上に燃料極が設けられ、空気極がセルの表面に配置された例を示したが、これとは逆の配置、すなわち支持基板上に空気極が設けられ、燃料極がセルの表面に配置されたセルスタック装置に適用することもできる。
また、上記実施形態では、「セル」、「セルスタック装置」、「モジュール」および「モジュール収容装置」の一例として燃料電池セル、燃料電池セルスタック装置、燃料電池モジュールおよび燃料電池装置を示したが、他の例としてはそれぞれ、電解セル、電解セルスタック装置、電解モジュールおよび電解装置であってもよい。
図１１Ａは、実施形態の変形例１２に係る平板型セルを示す斜視図である。図１１Ｂは、図１１Ａに示す平板型セルの部分断面図である。図１１Ｃは、図１１Ｂに示す領域Ａの拡大図である。
図１１Ａに示すように、セルスタック装置は、燃料極３、固体電解質層４および空気極５が積層されたセル１Ａを有している。また、図１１Ｂに示すように、セル１Ａは、固体電解質層４が、燃料極３および空気極５に挟まれた素子部９０を有している。複数の平板型セルを積層させたセルスタック装置は、たとえば複数のセル１Ａが有する各素子部９０が、互いに隣り合う金属層である導電部材９１，９２により電気的に接続されている。導電部材９１，９２は、隣接するセル１Ａの素子部９０同士を電気的に接続するとともに、燃料極３または空気極５にガスを供給するガス流路を有している。
図１１Ｂに示すように、平板型セルスタックは燃料ガスの流路９８と酸素含有ガスの流路９７とを気密に封止する封止材を有している。封止材はセルの固定部材９６であり、接合材９３およびフレームである支持部材９４，９５を有する。接合材９３は、ガラスであってもよいし、銀ロウなどの金属材料であってもよい。
支持部材９４は、燃料ガスの流路９８と酸素含有ガスの流路９７とを区画するいわゆるセパレータであってもよい。支持部材９４，９５の材料は、例えば導電性の金属であってもよいし、絶縁性のセラミックスであってもよい。接合材９３が、絶縁性の例えばガラスであった場合、支持部材９４，９５は両方が金属であってもよいし、いずれか一方が絶縁性の材料であってもよい。接合材９３が、導電性の金属であった場合、支持部材９４，９５は両方またはいずれか一方が絶縁性の材料であってもよい。支持部材９４，９５が金属であった場合、支持部材９４，９５は導電部材９２と一体化していてもよい。
接合材９３、支持部材９４，９５のうちいずれか１つは絶縁性であり、平板型セルを挟む２つの導電部材９１，９２を互いに電気的に絶縁している。
本変形例に係る平板型セルは、図１１Ｃに示すように、支持部材９４と接合材９３とを備える。支持部材９４は、基材９４１と、被覆層９４２とを有する。基材９４１は、第１面９４１ａおよび第２面９４１ｂを有し、クロムを含有する。被覆層９４２は、基材９４１の第１面９４１ａおよび第２面９４１ｂを覆う。接合材９３は、素子部９０の固体電解質層４と被覆層９４２の第１面９４２ａとの間に位置する。
そして、被覆層９４２の第２面９４２ｂは、酸化雰囲気（流路９７）に露出する。第２面９４２ｂが位置する被覆層９４２の厚みは、第１面９４２ａが位置するよりも被覆層９４２の厚みよりも大きい。これにより、高温動作時に基材９４１に含まれるクロム（Ｃｒ）が酸化雰囲気（流路９７）に脱離しにくくすることができる。したがって、実施形態によれば、支持部材９４の耐久性を高めることができることから、セルスタック装置の耐久性を高めることができる。
また、第１面９４２ａの表面粗さは、第２面９４２ｂの表面粗さよりも大きくてもよい。これにより、被覆層９４２が接合材９３から剥離しにくく、あるいは接合材９３が破断して燃料ガスのリークが生じにくくすることができる。したがって、実施形態によれば、支持部材９４の耐久性を高めることができる。
さらに、第２面９４２ｂが位置する被覆層９４２の気孔率は、第１面９４２ａが位置するよりも被覆層９４２の気孔率よりも大きくてもよい。これにより、高温動作時に基材９４１に含まれるクロム（Ｃｒ）が被覆層９４２を介して酸化雰囲気（流路９７）に脱離しにくくすることができる。したがって、実施形態によれば、支持部材９４の耐久性を高めることができることから、セルスタック装置の耐久性を高めることができる。
なお、図１１Ｃに示した例では、被覆層９４２は還元雰囲気（流路９８）に面する基材９４１の面９４１ｅを覆うように位置させているが、これに限らず、面９４１ｅを還元雰囲気（流路９８）に露出させてもよい。
以上、本開示について詳細に説明したが、本開示は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、改良等が可能である。
以上のように、実施形態に係るセルスタック装置１０は、複数のセル１と、金属部材（基材１５１）と、被覆層１５２と、接合材１３とを備える。複数のセル１は、素子部を有し、第１セルを含む。金属部材（基材１５１）は、クロムを含有する。被覆層１５２は、金属部材（基材１５１）を覆う。接合材１３は、第１セルと被覆層１５２との間に位置する。セルスタック装置１０は、（１）～（３）のうちいずれかを満たす。（１）被覆層１５２は、異なる位置に異なる厚みまたは異なる表面粗さを有する少なくとも２つの部位を有する。（２）被覆層１５２の表面粗さは、金属部材の表面粗さと異なる。（３）金属部材と被覆層との界面にＭｎ，Ｔｉ，ＣａおよびＡｌのうち少なくとも１つの元素が位置し、界面のＭｎ，Ｔｉ，ＣａおよびＡｌのうち少なくとも１つの含有率は、金属部材または被覆層のＭｎ，Ｔｉ，ＣａおよびＡｌ含有率と異なる。これにより、セルスタック装置１０の耐久性を高めることができる。
また、実施形態に係るモジュール１００は、上記に記載のセルスタック装置１０と、セルスタック装置１０を収納する収納容器１０１とを備える。これにより、電池性能の低下を低減するモジュール１００とすることができる。
また、実施形態に係るモジュール収容装置１１０は、上記に記載のモジュール１００と、モジュール１００の運転を行うための補機と、モジュール１００および補機を収容する外装ケースとを備える。これにより、電池性能の低下を低減するモジュール収容装置１１０とすることができる。
今回開示された実施形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。実に、上記した実施形態は多様な形態で具現され得る。また、上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
１ セル
１０ セルスタック装置
１１ セルスタック
１２ 固定部材
１３ 接合材
１４ 支持部材
１５ 支持体
１６ ガスタンク
１７ 端部集電部材
１８ 導電部材
２３ 外部空間
１００ モジュール
１１０ モジュール収容装置

Claims (12)

  1. 素子部を有し、第１セルを含む複数のセルと、
    クロムを含有する金属部材と、
    前記金属部材を覆う被覆層と、
    前記第１セルと前記被覆層との間に位置する接合材と
    を備え、
    （１）前記被覆層は、酸化雰囲気に露出する第２外面と前記酸化雰囲気から離れて位置する第１外面とを有し、
    前記第２外面が位置する前記被覆層の厚みは、前記第１外面が位置する前記被覆層の厚みよりも大きい、または、前記第２外面の表面粗さは、前記第１外面の表面粗さよりも小さい
    セルスタック装置。
  2. 前記第２外面が位置する前記被覆層の厚みは、酸素を含有するガスの流路に面する部分の方が、前記流路から離れて位置する部分よりも大きい
    請求項１に記載のセルスタック装置。
  3. 前記第２外面が位置する前記被覆層の厚みは、前記素子部に近い部分の方が、前記素子部から離れた部分よりも大きい
    請求項１に記載のセルスタック装置。
  4. 前記第２外面と前記金属部材との間に位置する前記被覆層は、前記第１外面と前記金属部材との間に位置する前記被覆層よりも気孔率が大きい
    請求項１～３のいずれか１つに記載のセルスタック装置。
  5. 素子部を有し、第１セルを含む複数のセルと、
    クロムを含有する金属部材と、
    前記金属部材を覆う被覆層と、
    前記第１セルと前記被覆層との間に位置する接合材と
    を備え、
    （２）前記被覆層は、酸化雰囲気に露出する第２外面と前記酸化雰囲気から離れて位置する第１外面とを有し、前記被覆層は、前記金属部材の第１面および第２面に接するように位置し、
    前記被覆層の前記第１外面の表面粗さは、前記金属部材の前記第１面および／または前記第２面の表面粗さよりも大きい
    セルスタック装置。
  6. 素子部を有し、第１セルを含む複数のセルと、
    クロムを含有する金属部材と、
    前記金属部材を覆う被覆層と、
    前記第１セルと前記被覆層との間に位置する接合材と
    を備え、
    （３）前記金属部材と前記被覆層との界面にＭｎ，Ｔｉ，ＣａおよびＡｌのうち少なくとも１つの元素が位置し、前記界面におけるＭｎ，Ｔｉ，ＣａおよびＡｌの含有率は、前記金属部材または前記被覆層におけるＭｎ，Ｔｉ，ＣａおよびＡｌの含有率よりも大きい
    セルスタック装置。
  7. 前記金属部材は、上面および側面を有し、
    前記上面を覆う前記被覆層の厚みは、前記側面を覆う前記被覆層の厚みよりも大きい
    請求項１～６のいずれか１つに記載のセルスタック装置。
  8. 前記金属部材は、前記第１セルを固定する孔を有し、該孔の縁は直線状部と、前記直線状部から屈曲する屈曲部とを有し、前記屈曲部を覆う前記被覆層の厚みは、前記直線状部を覆う前記被覆層の厚みよりも大きい
    請求項１～７のいずれか１つに記載のセルスタック装置。
  9. 前記被覆層は、酸化雰囲気に露出する第４外面と前記酸化雰囲気から離れて位置する第３外面とを有し、
    前記接合材は、前記第１セルと前記第３外面との間に位置し、
    前記第４外面の表面粗さは、酸素を含有するガスの流路に面する部分の方が、前記流路から離れて位置する部分よりも大きい
    請求項１～８のいずれか１つに記載のセルスタック装置。
  10. 前記被覆層は、酸化雰囲気に露出する第４外面と前記酸化雰囲気から離れて位置する第３外面とを有し、
    前記接合材は、前記第１セルと前記第３外面との間に位置し、
    前記第４外面の表面粗さは、前記第１セルに近い部分の方が、前記第１セルから離れた部分よりも大きい
    請求項１～９のいずれか１つに記載のセルスタック装置。
  11. 請求項１～１０のいずれか１つに記載のセルスタック装置と、
    前記セルスタック装置を収納する収納容器と
    を備えるモジュール。
  12. 請求項１１に記載のモジュールと、
    前記モジュールの運転を行うための補機と、
    前記モジュールおよび前記補機を収容する外装ケースと
    を備えるモジュール収容装置。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102732266B1 (ko) * 2020-10-15 2024-11-19 코오롱인더스트리 주식회사 우수한 성능과 높은 내구성의 두 가지 요구들을 모두 만족시킬 수 있는 막-전극 어셈블리 및 그것을 포함하는 연료전지
US20250192215A1 (en) * 2022-03-18 2025-06-12 Kyocera Corporation Electrochemical cell, electrochemical cell device, module, and module housing device
WO2025104822A1 (ja) * 2023-11-14 2025-05-22 日本碍子株式会社 電気化学セル及びセパレータ付き電気化学セル
WO2026071253A1 (ja) * 2024-09-30 2026-04-02 京セラ株式会社 金属部材、電気化学セル装置、モジュールおよびモジュール収容装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011150994A (ja) * 2009-12-24 2011-08-04 Kyocera Corp セルスタック装置および燃料電池モジュールならびに燃料電池装置
JP2018106885A (ja) * 2016-12-26 2018-07-05 京セラ株式会社 セルスタック装置、モジュールおよびモジュール収容装置
JP6627016B1 (ja) * 2018-05-25 2019-12-25 京セラ株式会社 セルスタック装置、モジュール及びモジュール収容装置

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1235288A4 (en) * 1999-09-17 2006-12-06 Matsushita Electric Industrial Co Ltd Polymer Electrolyte Fuel Cell
JP2008226654A (ja) * 2007-03-13 2008-09-25 Kyocera Corp 燃料電池セルおよび燃料電池セルスタック、ならびに燃料電池
JP2008077936A (ja) * 2006-09-20 2008-04-03 Toshiba Corp 燃料電池
JP5266930B2 (ja) 2008-07-25 2013-08-21 日産自動車株式会社 固体酸化物形燃料電池スタック及びその製造方法
JP5230812B2 (ja) 2010-02-25 2013-07-10 京セラ株式会社 複合体、集電部材、ガスタンクおよび燃料電池セル装置
JP5717559B2 (ja) 2011-06-29 2015-05-13 京セラ株式会社 被覆膜付部材および集電部材ならびに燃料電池セル装置
WO2015093523A1 (ja) * 2013-12-20 2015-06-25 日本特殊陶業株式会社 金属板付単セル及び燃料電池スタック並びに金属板付単セルの製造方法
JP6175385B2 (ja) 2014-02-27 2017-08-02 京セラ株式会社 セルスタック装置、燃料電池モジュールおよび燃料電池装置
JP6742104B2 (ja) * 2016-02-05 2020-08-19 大阪瓦斯株式会社 セル間接続部材の製造方法、および固体酸化物形燃料電池用セルの製造方法
JP2018055913A (ja) 2016-09-28 2018-04-05 Toto株式会社 集電部材および固体酸化物形燃料電池セルユニット
JP6853063B2 (ja) 2017-02-24 2021-03-31 京セラ株式会社 セルスタック装置、モジュールおよびモジュール収容装置
JP6419382B1 (ja) * 2017-08-16 2018-11-07 日本碍子株式会社 セルスタック装置
JP6507290B1 (ja) 2018-06-12 2019-04-24 日本碍子株式会社 電気化学セル用金属部材、及びこれを用いた電気化学セル組立体
JP6484380B1 (ja) 2018-06-12 2019-03-13 日本碍子株式会社 セルスタック
JP6554588B1 (ja) 2018-06-12 2019-07-31 日本碍子株式会社 電気化学セル用金属部材、及びこれを用いた電気化学セル組立体
JP6653406B1 (ja) 2018-09-07 2020-02-26 日本碍子株式会社 合金部材、セルスタック及びセルスタック装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011150994A (ja) * 2009-12-24 2011-08-04 Kyocera Corp セルスタック装置および燃料電池モジュールならびに燃料電池装置
JP2018106885A (ja) * 2016-12-26 2018-07-05 京セラ株式会社 セルスタック装置、モジュールおよびモジュール収容装置
JP6627016B1 (ja) * 2018-05-25 2019-12-25 京セラ株式会社 セルスタック装置、モジュール及びモジュール収容装置

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