JP7294522B2 - 燃料電池および燃料電池の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、燃料電池および燃料電池の製造方法に関する。
ＪＰ２００６－２３６９８９Ａには、固体電解質層と、固体電解質層の一方の面に形成された燃料電極層と、他方の面に形成された空気電極層と、各電極層を支持する金属からなる支持基板とを有する単電池セルを、フェライト系ステンレス鋼で構成されるインターコネクタを介して複数積層した燃料電池が開示されている。
上記文献のように、インターコネクタを介してその両側に金属支持基板を有する単電池セルを繰り返し積層する場合には、積層する際の工法、つまりインターコネクタと金属支持基板との接合方法に制約が生じる。この接合方法に関し上記文献には、金属粉ペーストを用いた焼結、ロウ付け、または溶接でもよい旨の記載がある。しかし、インターコネクタの一方の面をこれと対向する金属支持基板に溶接したら、他方の面をこれと対向する金属支持基板と溶接することは不可能である。これは、インターコネクタの他方の面と金属支持板との接触部に溶接機がアクセスできないからである。
すなわち、上記文献に記載の燃料電池には、実施可能な接合方法と接合部の電気抵抗の低減という観点から改善の余地がある。
そこで本発明は、電気抵抗の低減等が可能であって、かつ実施可能な接合方法が用いられる燃料電池およびその製造方法を提供することを目的とする。
本発明のある態様によれば、固体電解質板、固体電解質板の一方の面に配置されるアノード電極、及び固体電解質板の他方の面に配置されるカソード電極を有する発電セルが、アノード電極とカソード電極とを電気的に接続するインターコネクタを介して厚み方向に複数積層された燃料電池が提供される。この燃料電池においては、アノード電極及びカソード電極は金属で構成される支持層を有し、アノード電極又はカソード電極のいずれか一方の支持層とインターコネクタとが溶接により接合され、他方の支持層とインターコネクタとが接合部材を用いた拡散接合またはロウ付けにより金属接合されている。
本発明の別のある態様によれば、固体電解質板、固体電解質板の一方の面に配置されるアノード電極、及び固体電解質板の他方の面に配置されるカソード電極を有し、かつアノード電極及びカソード電極が金属で構成される支持層を有する発電セルを、アノード電極とカソード電極とを電気的に接続するインターコネクタを介して厚み方向に複数積層する燃料電池の製造方法が提供される。この製造方法においては、カソード電極の支持層とインターコネクタとを溶接することで発電ユニットを形成し、一方の発電ユニットのインターコネクタと、他方の発電ユニットのアノード電極の支持層とを接合部材を用いた拡散接合またはロウ付けにより金属接合する。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
［第１実施形態］
図１は、本実施形態にかかる固体酸化物燃料電池（以下、単に「燃料電池」ともいう）の発電モジュールを構成する発電ユニット１の分解斜視図である。
図１は、本実施形態にかかる固体酸化物燃料電池（以下、単に「燃料電池」ともいう）の発電モジュールを構成する発電ユニット１の分解斜視図である。
発電ユニット１は、発電セル２と、発電セル２の外縁部を支持するセルフレーム３と、発電セル２のアクティブエリア２Ａ及びセルフレーム３に溶接されるインターコネクタ４と、からなる。なお、本実施形態では溶接方法としてレーザ溶接を用いるが、これに限られるわけではない。
発電セル２は、固体電解質板の一方の面にアノード電極を、他方の面にカソード電極を形成した膜電極接合体２Ｃと、カソード電極を支持するカソード支持層２Ｂと、アノード電極を支持するアノード支持層２Ｄと、からなる。カソード支持層２Ｂ及びアノード支持層２Ｄはいずれも金属、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４は、アルミニウムを含有するフェライト系ステンレス（以下、ＡＬ含有ＦＳＳともいう）で構成され、発電セル２のアクティブエリア２Ａと対向する部位は、断面形状が波状になるように加工されている。以下、この波状の部分を波状部４Ａと称する。
インターコネクタ４は、波状部４Ａの山部が発電セル２に溶接され、外縁部がセルフレーム３に溶接される。波状部４Ａと発電セル２との溶接部は図１中の溶接ライン５に示す通りである。外縁部とセルフレーム３との溶接部は図１中の外周溶接ライン６に示す通りすべての溶接ライン５を取り囲む。
図２は、２つの発電ユニット１が積層された部分の分解斜視図である。
２つの発電ユニット１は、一方の発電ユニット１のインターコネクタ４が他方の発電ユニット１の発電セル２に溶接以外の方法、例えば金属製の接合部材７を用いた拡散接合またはロウ付けにより金属接合されることで積層される。つまり、インターコネクタ４はこれに隣接するアノード電極とカソード電極とを電気的に接続する機能を有する。さらに多くの発電ユニット１を積層する場合もこれと同様に、発電ユニット１同士を拡散接合等により金属接合する。発電ユニット１同士の接合方法として溶接を用いないのは、発電ユニット１同士を接触させた状態ではインターコネクタ４と発電セル２との接触部に溶接機がアクセスできないからである。
図３Ａは、図２のIII－III線に沿った断面を模式的に示した図である。なお、図３Ａでは簡単のため波状部４Ａの山谷の数を図１、２に比べて少なくしている。また、ここではインターコネクタ４が発電セル２のカソード支持層２Ｂ及びセルフレーム３に溶接されたものを発電ユニット１とする。
インターコネクタ４の山部はカソード支持層２Ｂに溶接される。これにより、インターコネクタ４の一方の面とカソード支持層２Ｂとで囲まれた空間が形成される。この空間を第１反応ガス流路としてのカソード流路８とする。一方、インターコネクタ４の谷部は他の発電ユニット１のアノード支持層２Ｄに接合部材７を用いた拡散接合またはロウ付け等により金属接合される。これにより、インターコネクタ４の他方の面とアノード支持層２Ｄとで囲まれた空間が形成される。この空間を第２反応ガス流路としてのアノード流路９とする。つまり、インターコネクタ４はカソード流路８とアノード流路９とを区画する仕切り板としての機能も果たす。
上記の構成により、図中下方の発電ユニット１のアノード電極からインターコネクタ４を介して図中上方の発電ユニット１のカソード電極へ電流が流れる。
図３Ｂは、図２のIII－III線に沿った断面の他の例を模式的に示した図である。図３Ａとの相違点は、膜電極接合体２Ｃに対するカソード支持層２Ｂとアノード支持層２Ｄの位置と、インターコネクタ４の谷部がカソード支持層２Ｂに溶接されている点である。これらの相違点に伴い、図３Ａの外周溶接ライン６に相当する部分は溶接ではなく、接合部材７を用いた拡散接合またはロウ付け等による金属接合となる。また、アノード流路９とカソード流路８の位置も図３Ａと反対になる。
次に、上記のような構成にすることによる作用効果について説明する。
インターコネクタ４を介して発電セル２を積層する構成に関し、インターコネクタ４と発電セル２との間の電気抵抗をいかに低減するかという課題がある。これに関し本実施形態では、一方の発電セル２との接合には溶接を用い、他方の発電セル２との接合には溶接以外の方法、例えば接合部材７を用いた拡散接合やロウ付け等を用いる。
溶接は基材同士が溶融することによる接合なので、発電セル２の支持層とインターコネクタ４とが直接的に導通することとなる。このため、接合部材７を用いた接合に比べて電気抵抗を大幅に低減できる。また、上記の通り直接的に導通するので、燃料電池の経時的変化によりインターコネクタ４の表面に酸化物層が形成されたとしても、導通を確保できる。さらに、金属粉ペースト等を用いた接合では、接合部の電気抵抗が温度感度を持つので燃料電池の運転条件によって電気抵抗が変動してしまうが、溶接による接合ではこのような温度感度の問題が生じない。
電気抵抗の低減という観点からは、インターコネクタ４と他方の発電セル２との接合にも溶接を用いたいところであるが、インターコネクタ４の一方の面に発電セル２が溶接された状態では、他方の面と他の発電セル２との接触部に溶接機がアクセルできないので溶接することはできない。そこで、接合部材７を用いた拡散接合またはロウ付けによる金属接合を用いる。これらの接合方法によれば、接合部の界面に拡散層が形成されるので、接合部の強度を確保できる。その結果、燃料電池の発電中に温度や負荷の変動があっても接合状態（つまり導通状態）を維持し易くなる。換言すると、発電中に接合状態が変化して電気抵抗が増大するという事態が生じにくい。なお、金属接合は非金属製の接合部材を用いた接合や単に接触させる構成に比べて電気抵抗を低減できる。
また、インターコネクタ４をＦＳＳで構成する場合には、インターコネクタ４の腐食をいかに抑制するかという課題もある。
燃料電池は運転中に高温になり、インターコネクタ４のカソード流路８を形成する面（カソード側の面ともいう）は空気に晒される。このため、インターコネクタ４のカソード側の面は空気中の酸素による酸化が生じ易い。一方、インターコネクタ４のアノード流路を形成する面（アノード側の面ともいう）は燃料ガスとしての水素に晒されるので、水蒸気による酸化が生じ易い。これらの酸化によりインターコネクタ４の腐食が進む。
また水素は、ＦＳＳで構成されるインターコネクタ４の内部に拡散する性質がある。そして拡散した水素がインターコネクタ４内をアノード側界面からカソード側界面へ移動すると、カソード流路８を流れる空気と結合することで水が生成され、この水によって腐食が生じる（これをＤｕａｌ腐食という）。Ｄｕａｌ腐食は、プレス成型等によって薄く形成されたインターコネクタ４の場合には特に生じ易い。
その他にも、耐腐食のためにＦＳＳに含まれるクロムが高温条件下で蒸散してしまうことによる腐食も生じ得る。
上記の腐食を抑制する方策として、表面にアルミナ層を設けたＦＳＳでインターコネクタ４を形成することが考えられる。これは、アルミナ層を設けることで酸化や水素の拡散等を抑制しようというものである。しかし、表面にアルミナ層を設けたＦＳＳは、溶接することができない。
これに対し本実施形態では、ＡＬ含有ＦＳＳでインターコネクタ４を形成する。ＡＬ含有ＦＳＳは初期状態では表面にアルミナがほぼ存在しないので溶接可能である。そして、発電ユニット１の積層作業中や燃料電池の運転中にアノード側の面にアルミナ層が形成される。これにより、インターコネクタ４内への水素の拡散を防ぎ、水素がインターコネクタ４のカソード側表層へ移動することに起因する腐食を抑制できる。さらに、ＡＬ含有ＦＳＳを用いることにより、接合面における酸化物の形成が抑制されるので、耐久性を確保できる。なお、初期状態のＡＬ含有ＦＳＳの表面にはアルミナがほぼ存在しないと説明したが、ＡＬ含有ＦＳＳの表面のアルミナ層の厚みが５０ｎｍ以下程度であれば、「ほぼ存在しない」といえる。
次に、接合部材７について説明する。
接合部材７は上述した通り金属製である。そして、ニッケルまたは銅のうち少なくとも一方を含むことが望ましい。その理由は以下の通りである。
本実施形態では接合部材７はアノード支持層２Ｄとインターコネクタ４との接合に用いられるので、アノード流路９を流れる燃料ガス（水素）に晒される。しかし、ニッケル及び銅は水素雰囲気においてアルミ酸化物を形成しにくいという特性を有する。したがって、ニッケルまたは銅を含む接合部材７であれば、アノード支持層２Ｄとインターコネクタ４に含まれるアルミニウム及び酸素によるアルミ酸化物の生成を抑制できる。その結果、燃料電池の運転中を含めて、電気抵抗の増加を抑制できる。
また、接合部材７の接合前（つまり、接合作業時）の粒径は小さい方が望ましい。これは以下の理由による。
接合部材７を用いて発電ユニット１同士を接合して燃料電池スタックを形成する場合には、複数の発電ユニット１を接合部材７を介して積層した仮組状態の燃料電池スタックを電気炉等に入れて昇温し、接合部材７を溶解させる。また、金属は温度が高くなるほど酸化が促進されるという特性がある。一方、接合部材７は粒径が小さいほど低温で溶解する特性がある。したがって、接合部材７の粒径が小さいほど燃料電池スタックを形成する際の温度を低くすることができ、金属部品の酸化を抑制できる。
図４は、接合部材７がニッケルを含む場合の燃料電池スタックを形成する際の温度（接合温度ともいう）と接合強度との関係を調べた実験結果を示す図である。図中の丸は接合部材７が箔状の場合、三角はナノ粒子（粒径：７０－１００ｎｍ）の場合、四角はナノ粒子（粒径：１５０ｎｍ）の場合について示している。
接合強度が高いということはインターコネクタ４とアノード支持層２Ｄとがしっかりと接合されているということである。すなわち、接合強度が高いほどインターコネクタ４とアノード支持層２Ｄとの接合部の電気抵抗が低いと考えられる。そこで、燃料電池の性能を満足し得る電気抵抗が得られる接合強度の閾値を閾値Ｓ１とする。
接合温度が高いほど接合強度は高くなる。しかし、金属部品は高温ほど酸化し易いという特性がある。つまり、接合温度が過剰に高いと、接合強度は高くなるものの、接合作業時に金属部品の酸化が促進されてしまう。一方、燃料電池を運転する際の温度には目標値（目標運転温度ともいう）があり、目標運転温度は例えば６００－６５０℃程度である。すなわち、接合温度が目標運転温度より高い場合には、燃料電池が完成した後の運転中には到達しない高温での接合作業によって酸化が促進されることとなる。そこで、目標運転温度の上限を接合温度の閾値Ｔ１とする。
上記の接合強度の閾値Ｓ１と接合温度の閾値Ｔ１とを勘案して実験結果について検討すると、箔の場合は接合温度が閾値Ｔ１以下では接合強度が閾値Ｓ１に達していない。これに対しナノ粒子の場合は接合温度が閾値Ｔ１以下でも接合強度が閾値Ｓ１に達している。したがって、接合部材７の接合前における粒径は１５０ｎｍ以下であることが望ましい。
次に、溶接による接合部について説明する。
図５は接合部の拡大図である。溶接ライン５はインターコネクタ４とカソード支持層２Ｂとが溶融することで形成される。この溶接ライン５の厚み方向の先端から膜電極接合体２Ｃまで（つまりカソード電極まで）の距離をクリアランスＬとする。
図６は溶接のための入力エネルギとクリアランスＬとの関係を示す図である。入力エネルギが大きいほど溶融する領域が拡がり、図６に示す通りクリアランスＬは小さくなる。クリアランスＬが小さいほど、接合強度は高くなるが、溶接作業時にカソード電極に伝達される熱量が多くなる。例えば図６のＤのように、溶接ライン５がカソード電極まで到達してしまうと、カソード電極が熱により劣化してしまう。また、クリアランスＬが十分でない場合にも、カソード電極が熱により劣化するおそれがある。一方、図６のＡのようにクリアランスＬが過剰に大きいと、接合強度が不十分である。これらを勘案し、クリアランスＬが、カソード電極が熱劣化せずかつ十分な接合強度が得られる範囲（図６のＥ）に収まるように入力エネルギを制御する。なお、範囲Ｅの下限は、例えば５０μｍ程度であり、上限はカソード支持層の厚みにより変動する。
以上のように本実施形態では、固体電解質板、固体電解質板の一方の面に配置されるアノード電極、及び固体電解質板の他方の面に配置されるカソード電極を有する発電セル２が、カソード電極とアノード電極とを電気的に接続するインターコネクタ４を介して厚み方向に複数積層された燃料電池が提供される。アノード電極及びカソード電極は金属で構成される支持層２Ｂ、２Ｄを有し、アノード電極の支持層２Ｄ又はカソード電極の支持層２Ｂのいずれか一方とインターコネクタ４とが溶接されている。また、アノード電極の支持層２Ｄ又はカソード電極の支持層２Ｂのいずれか他方は、インターコネクタ４と溶接以外の方法で接合されている。これによれば、複数の発電ユニット１を接合して積層することが可能であり、かつ、溶接による接合部を設けることで電気抵抗を低減できる。
本実施形態では、カソード電極の支持層２Ｂとインターコネクタ４とが溶接により接合され、アノード電極の支持層２Ｄとインターコネクタ４とが溶接以外の方法により金属接合されている。これにより、カソード電極とインターコネクタ４との間の電気抵抗を低減できる。また、溶接による接合部（溶接ライン５）は、燃料電池の経時的変化によりインターコネクタ４の表面に酸化物層が形成されたとしても、導通を確保できる。
本実施形態のインターコネクタ４はＡＬ含有ＦＳＳで構成されている。ＡＬ含有ＦＳＳは初期状態では表面にアルミナがほぼ存在しないので溶接可能である。そして、発電ユニット１の積層作業中や燃料電池の運転中にアノード側の面にアルミナ層が形成されることで、インターコネクタ４内への水素の拡散を防ぎ、水素の拡散に起因する腐食を抑制できる。さらに、ＡＬ含有ＦＳＳを用いることにより、接合面における酸化物の形成が抑制されるので、耐久性を確保できる。
本実施形態では、溶接以外の方法として、接合部材７を用いた拡散接合またはロウ付けを用いる。これにより、接合部の強度が確保されるので、燃料電池の発電中における温度や負荷の変動があっても、接合状態を維持できる。つまり、導通状態を確保できる。
本実施形態では、接合前における接合部材７の粒径の上限が、カソード支持層２Ｂが酸化しない温度において接合したときに所定の接合強度が得られる大きさに制限されている。これにより、接合作業時の温度を抑えることができるので、金属部品の酸化を抑制できる。
本実施形態では、アノード支持層２Ｄとインターコネクタ４とが金属製の接合部材７を用いて接合されており、この接合部材７はニッケルまたは銅の少なくとも一方を含む。ニッケル及び銅は水素雰囲気においてアルミ酸化物を形成しにくいという特性を有するので、本実施形態によれば、アノード支持層２Ｄとインターコネクタ４に含まれるアルミニウム及び酸素によるアルミ酸化物の生成を抑制できる。その結果、燃料電池の運転中を含めて、電気抵抗の増加を抑制できる。
［変形例］
ここで、本実施形態の変形例について説明する。本変形例も本発明の範囲に属する。
ここで、本実施形態の変形例について説明する。本変形例も本発明の範囲に属する。
本実施形態では、アノード支持層２Ｄとインターコネクタ４とを拡散接合またはロウ付けにより接合する場合について説明したが、本変形例ではこれらをいわゆる通電接合により接合する。通電接合とは、金属部品に電気を流すことで生じる抵抗発熱を利用して金属を接合する技術である。
図７は本変形例にかかる発電ユニット１の分解斜視図である。図８は、２つの発電ユニット１が積層された部分の分解斜視図である。図７及び図８と図１及び図２との実質的な相違点は、発電セル２の一方の端部に通電タブ１０が溶接される点である。図７、図８の符号１１は、発電セル２に通電タブ１０を溶接したときの溶接ラインである。また、図８の符号１２は通電接合により接合したときの接合部（通電接合部ともいう）を示している。なお、通電接合部１２の数や隣り合う通電接合部１２同士の間隔については実際の製品とは異なる。隣り合う通電接合部１２同士の間隔については後述する。
本変形例では、通電タブ１０から、インターコネクタ４の通電タブ１０を溶接した端部とは反対側の端部まで通電する。これにより、接合前で電気抵抗の大きいインターコネクタ４とアノード支持層２Ｄとの接触部分が加熱されて、インターコネクタ４とアノード支持層２Ｄとが接合される。ロウ付け等の場合には、上述した通り複数の発電ユニット１を積層した仮組状態の燃料電池スタックを電気炉等に入れて昇温するので、燃料電池スタック全体が昇温されることになる。換言すると、接合に関与しない部分も昇温され、これにより金属部品が酸化し易くなる。これに対し通電接合の場合には、接合部を選択的に加熱することができる。したがって、通電接合によれば、燃料電池スタックの形成作業時における金属部品の酸化を抑制しつつ、インターコネクタ４とアノード支持層２Ｄとを金属接合して電気抵抗の低減を図ることができる。
図９Ａは、本変形例におけるインターコネクタ４とアノード支持層２Ｄとの接合部の断面図である。図９Ｂは図９Ａの領域Ａの拡大図であり、図９Ｃは図９Ａの領域Ｂの拡大図である。なお、領域Ａとは反対側の端部も図９Ｂと同様である。
本変形例では、複数の通電接合部１２が通電接合部１２の幅方向に平行に並ぶ。そして、幅方向の両端にある通電接合部１２の幅方向の寸法（図９ＢのＷ１）より、幅方向の中央にある通電接合部１２の幅方向の寸法（図９ＣのＷ２）の方が大きい。換言すると、幅方向の中央にある通電接合部１２の方が、幅方向の両端にある通電接合部１２より電気抵抗が小さい。
燃料電池の運転中は、幅方向の中央部の方が端部に比べて温度が高く、発電電流密度も大きくなる。したがって、本変形例によれば、発電電流密度が大きい部位ほど通電接合部１２の電気抵抗が小さい構成になるので、発電ユニット１の全体に均一に電流が流れることとなり、燃料電池全体としての電気抵抗を低減できる。
以上のように本変形例における溶接以外の方法は、インターコネクタ４とアノード支持層２Ｄとに通電することによりインターコネクタ４とアノード支持層２Ｄとの接触部を接合する通電接合である。これによれば、発電ユニット１全体を昇温することなく接合することができるので、金属部品の酸化を抑制しつつ、金属接合による電気抵抗の低減効果が得られる。
本変形例では、複数の溶接以外の方法による接合部（通電接合部１２）が通電接合部１２の幅方向に平行に並び、幅方向の両端にある通電接合部１２より幅方向の中央にある通電接合部１２の方が、幅方向寸法が大きい。これにより、発電電流密度が大きい部位ほど通電接合部１２の電気抵抗が小さい構成になり、燃料電池全体としての電気抵抗を低減できる。
［第２実施形態］
図１０は、第１実施形態の図３と同様に、２つの発電ユニット１が積層された部分の断面を示す断面図である。図３との相違点は、インターコネクタ４がアノード支持層２Ｄ及びセルフレーム３に溶接された発電ユニット１同士が、接合部材７を介して接合される点である。これにより、インターコネクタ４の一方の面とアノード支持層２Ｄとで囲まれた空間が第１反応ガス流路としてのアノード流路９、インターコネクタ４の他方の面とカソード支持層２Ｂとで囲まれた空間が第２反応ガス流路としてのカソード流路８となる。
図１０は、第１実施形態の図３と同様に、２つの発電ユニット１が積層された部分の断面を示す断面図である。図３との相違点は、インターコネクタ４がアノード支持層２Ｄ及びセルフレーム３に溶接された発電ユニット１同士が、接合部材７を介して接合される点である。これにより、インターコネクタ４の一方の面とアノード支持層２Ｄとで囲まれた空間が第１反応ガス流路としてのアノード流路９、インターコネクタ４の他方の面とカソード支持層２Ｂとで囲まれた空間が第２反応ガス流路としてのカソード流路８となる。
上記の構成によれば、インターコネクタ４とアノード電極との間の電気抵抗が大幅に低減される。換言すると、アノード側の集電抵抗を大幅に低減することができる。
また、燃料電池を正常に運転するためには、アノード流路９からカソード流路８や外部への水素の漏れを防ぐ必要がある。本実施形態によれば、インターコネクタ４をアノード支持層２Ｄに溶接すると同時に、セルフレーム３にも溶接する。そして、セルフレーム３との溶接ラインは、図１の外周溶接ライン６と同様に全てのアノード流路９を取り囲む。すなわち、発電ユニット１を作成する段階で、アノード流路９のシールも終了する。
また、本実施形態では、接合部材７はカソード流路８を流れる酸素に晒される。このため、接合部材７は経時的に酸化することとなる。そこで本実施形態では、酸化物になっても導通性が確保され、かつ隣接するインターコネクタ４中のアルミニウムとアルミン酸塩として接合し易い特性を有する元素（例えばクロム、マンガン）を含む接合部材７を用いる。なお、上述した特性を有するものであれば、クロム、マンガン以外の元素であっても構わない。
以上のように本実施形態では、発電セル２の外縁を支持するセルフレーム３を備え、インターコネクタ４がアノード電極の支持層（アノード支持層２Ｄ）及びセルフレーム３と溶接により接合され、カソード電極の支持層（カソード支持層２Ｂ）とインターコネクタ４とが溶接以外の方法により金属接合されている。これにより、アノード側の集電抵抗を低減できる。また、発電ユニット１を作成する段階で、アノード流路９のシールが終了する。
本実施形態では、カソード支持層２Ｂとインターコネクタ４とが金属製の接合部材７を用いて接合されており、接合部材７は、コバルトまたはマンガンの少なくとも一方を含む。これにより、カソード支持層２Ｂとインターコネクタ４とをしっかりと接合でき、かつ、接合部材７が経時的に酸化しても、導通性を確保できる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
Claims (10)
- 固体電解質板、前記固体電解質板の一方の面に配置されるアノード電極、及び前記固体電解質板の他方の面に配置されるカソード電極を有する発電セルが、前記アノード電極と前記カソード電極とを電気的に接続するインターコネクタを介して厚み方向に複数積層された燃料電池において、
前記アノード電極及び前記カソード電極は金属で構成される支持層を有し、
前記アノード電極又は前記カソード電極のいずれか一方の前記支持層と前記インターコネクタとが溶接により接合され、他方の前記支持層と前記インターコネクタとが接合部材を用いた拡散接合またはロウ付けにより金属接合されている、燃料電池。 - 請求項１に記載の燃料電池において、
前記カソード電極の前記支持層と前記インターコネクタとが溶接により接合され、前記アノード電極の前記支持層と前記インターコネクタとが接合部材を用いた拡散接合またはロウ付けにより金属接合されている、燃料電池。 - 請求項１に記載の燃料電池において、
前記発電セルの外縁を支持するセルフレームを備え、
前記インターコネクタが前記アノード電極の前記支持層及び前記セルフレームと溶接により接合され、
前記カソード電極の前記支持層と前記インターコネクタとが接合部材を用いた拡散接合またはロウ付けにより金属接合されている、燃料電池。 - 請求項１から３のいずれか一項に記載の燃料電池において、
前記インターコネクタはアルミニウムを含有するフェライト系ステンレスで構成されている、燃料電池。 - 請求項４に記載の燃料電池において、
接合前における前記接合部材の粒径の上限が、前記支持層が酸化しない温度において接合したときに所定の接合強度が得られる大きさに制限されている、燃料電池。 - 請求項２または３に記載の燃料電池において、
前記溶接以外の方法は、前記インターコネクタと前記支持層とに通電することにより前記インターコネクタと前記支持層との接触部を接合する通電接合である、燃料電池。 - 請求項６に記載の燃料電池において、
複数の前記溶接以外の方法による接合部が当該接合部の幅方向に平行に並び、
前記幅方向の両端にある前記接合部より前記幅方向の中央にある前記接合部の方が、前記接合部の幅方向寸法が大きい、燃料電池。 - 請求項２に記載の燃料電池において、
前記アノード電極の前記支持層と前記インターコネクタとが金属製の接合部材を用いて接合されており、
前記接合部材は、ニッケルまたは銅の少なくとも一方を含む、燃料電池。 - 請求項３に記載の燃料電池において、
前記カソード電極の前記支持層と前記インターコネクタとが金属製の接合部材を用いて接合されており、
前記接合部材は、コバルトまたはマンガンの少なくとも一方を含む、燃料電池。 - 固体電解質板、前記固体電解質板の一方の面に配置されるアノード電極、及び前記固体電解質板の他方の面に配置されるカソード電極を有し、かつ前記アノード電極及び前記カソード電極が金属で構成される支持層を有する発電セルを、前記アノード電極と前記カソード電極とを電気的に接続するインターコネクタを介して厚み方向に複数積層する燃料電池の製造方法において、
前記カソード電極の前記支持層と前記インターコネクタとを溶接することで発電ユニットを形成し、
一方の前記発電ユニットの前記インターコネクタと、他方の前記発電ユニットの前記アノード電極の前記支持層とを接合部材を用いた拡散接合またはロウ付けにより金属接合する、燃料電池の製造方法。
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