JP7452082B2

JP7452082B2 - solid oxide fuel cell

Info

Publication number: JP7452082B2
Application number: JP2020028319A
Authority: JP
Inventors: 倫人岸; 桂太入月; 学杉野; 基柳沼
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2019-07-02
Filing date: 2020-02-21
Publication date: 2024-03-19
Anticipated expiration: 2040-02-21
Also published as: JP2021009835A

Description

本発明は、固体酸化物形燃料電池に関する。 The present invention relates to solid oxide fuel cells.

従来から、サポート層を有するサポートセルが固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ：ＳｏｌｉｄＯｘｉｄｅＦｕｅｌＣｅｌｌ。以下、単に「ＳＯＦＣ」という。）に適用されている。サポート層は、セラミックスまたは金属により構成され、ガス透過性を有する。金属より構成されたサポート層を有するメタルサポートセル（ＭＳＣ：Ｍｅｔａｌ－ＳｕｐｐｏｒｔｅｄＣｅｌｌ）は、機械的強度、急速起動性等に優れている。 BACKGROUND ART Support cells having a support layer have conventionally been applied to solid oxide fuel cells (SOFC) (hereinafter simply referred to as "SOFC"). The support layer is made of ceramic or metal and has gas permeability. A metal-supported cell (MSC) having a support layer made of metal has excellent mechanical strength, rapid start-up properties, and the like.

薄いセラミックスから形成された電解質層は、製造時や運転時にかかる応力によって破損しやすいという問題がある。また、ＳＯＦＣでは、電極層の燃料極（アノード層）と酸化剤極（カソード層）とのそれぞれにアノードガスとカソードガスとを分配する必要があり、これらのガスが混合しないようなシール性が求められる。 Electrolyte layers formed from thin ceramics have a problem in that they are easily damaged by stress applied during manufacturing and operation. In addition, in SOFC, it is necessary to distribute anode gas and cathode gas to each of the fuel electrode (anode layer) and oxidizer electrode (cathode layer) of the electrode layer, and sealing properties that prevent these gases from mixing are required. Desired.

ＳＯＦＣにおけるメタルサポートセルアッセンブリーは、メタルサポートセルと、メタルサポートセルの周囲を囲曉して保持するセルフレームと、を有する。例えば、下記特許文献１には、メタルサポートセルのサポート層とセルフレームの端部とを接合したメタルサポートセルアッセンブリーが開示されている。サポート層とセルフレームとは、半田、ろう付け、あるいはガラスシールによって接合される。特許文献１のメタルサポートセルアッセンブリーは、メタルサポートセルの電解質層とセルフレームとは接触していない。 A metal support cell assembly in a SOFC includes a metal support cell and a cell frame that surrounds and holds the metal support cell. For example, Patent Document 1 below discloses a metal support cell assembly in which a support layer of a metal support cell and an end of a cell frame are joined. The support layer and cell frame are joined by soldering, brazing, or glass sealing. In the metal support cell assembly of Patent Document 1, the electrolyte layer of the metal support cell and the cell frame are not in contact with each other.

米国特許第８２８７６７３号明細書US Patent No. 8287673

特許文献１に記載されたメタルサポートセルアッセンブリーは、セルフレームの端部にサポート層が接合されている。このため、接合強度が不十分になると接合部分に剥離が生じる可能性があり、ガスリークを招く虞がある。 In the metal support cell assembly described in Patent Document 1, a support layer is joined to an end of a cell frame. Therefore, if the bonding strength becomes insufficient, peeling may occur at the bonded portion, which may lead to gas leakage.

そこで、本発明の目的は、サポートセルとセルフレームとの間の接合強度を向上させることが可能な固体酸化物形燃料電池を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a solid oxide fuel cell that can improve the bonding strength between a support cell and a cell frame.

上記目的を達成するための本発明は、ガス透過性を有する一対のサポート層を電解質層を挟んで配置したサンドイッチ構造のサポートセルを有する固体酸化物形燃料電池である。固体酸化物形燃料電池は、一対の前記サポート層の長さを違えることによって前記電解質層を露出させた個所にセルフレームとの第１接合層を形成するとともに、前記セルフレームの端部と長さが短い側の前記サポート層の端部とを含浸接合する第２接合層を形成してなり、前記第２接合層は、前記電解質層の成分を含んでなる。 To achieve the above object, the present invention is a solid oxide fuel cell having a support cell having a sandwich structure in which a pair of support layers having gas permeability are arranged with an electrolyte layer sandwiched therebetween. In the solid oxide fuel cell, a first bonding layer with the cell frame is formed at a portion where the electrolyte layer is exposed by making the lengths of the pair of support layers different, and a first bonding layer with the cell frame is formed at a portion where the electrolyte layer is exposed. A second bonding layer is formed to impregnate and bond the end portion of the support layer on the shorter side by impregnation, and the second bonding layer contains a component of the electrolyte layer.

本発明によれば、第１接合層によってセルフレームとサポートセルの電解質層とを接合し、第２接合層によってセルフレームの端部とサポートセルのサポート層の端部とを含浸接合するため、セルフレームとサポートセルとの間の接合面積が増え、セルフレームとサポートセルとの間の接合強度を向上させることが可能な固体酸化物形燃料電池を提供できる。 According to the present invention, the cell frame and the electrolyte layer of the support cell are joined by the first joining layer, and the end of the cell frame and the end of the support layer of the support cell are impregnated and joined by the second joining layer. A solid oxide fuel cell can be provided in which the bonding area between the cell frame and the support cell is increased and the bonding strength between the cell frame and the support cell can be improved.

本発明の実施形態に係る燃料電池スタックを示す分解斜視図である。FIG. 1 is an exploded perspective view showing a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention. 図１に示すセルユニットの分解斜視図である。FIG. 2 is an exploded perspective view of the cell unit shown in FIG. 1. FIG. 図２に示すサポートセルアッセンブリーを示す分解斜視図である。3 is an exploded perspective view showing the support cell assembly shown in FIG. 2. FIG. 図２のＡ－Ａ線に沿うサポートセルアッセンブリーを示す部分断面図である。FIG. 3 is a partial cross-sectional view showing the support cell assembly taken along line AA in FIG. 2; 図４Ａの二点鎖線４Ｂによって囲まれた部分を拡大して示す断面図である。FIG. 4B is an enlarged cross-sectional view of a portion surrounded by a two-dot chain line 4B in FIG. 4A. 図４Ａに示すサポートセルを示す断面図である。FIG. 4B is a cross-sectional view of the support cell shown in FIG. 4A. 変形例１のサポートセルアッセンブリーを示す、図４Ａに相当する部分断面図である。4A is a partial cross-sectional view showing a support cell assembly of Modification 1; FIG. 図６Ａの二点鎖線６Ｂによって囲まれた部分を拡大して示す断面図である。FIG. 6A is an enlarged cross-sectional view showing a portion surrounded by a two-dot chain line 6B in FIG. 6A. 変形例２のサポートセルアッセンブリーを示す、図４Ａに相当する部分断面図である。FIG. 4B is a partial cross-sectional view corresponding to FIG. 4A, showing a support cell assembly of Modification 2. FIG. 図７Ａの二点鎖線７Ｂによって囲まれた部分を拡大して示す断面図である。FIG. 7B is an enlarged cross-sectional view of a portion surrounded by a two-dot chain line 7B in FIG. 7A. 変形例３のサポートセルアッセンブリーを示す、図４Ａに相当する部分断面図である。4A is a partial cross-sectional view showing a support cell assembly of Modification 3. FIG. 図８Ａの二点鎖線８Ｂによって囲まれた部分を拡大して示す断面図である。FIG. 8B is an enlarged cross-sectional view of a portion surrounded by a two-dot chain line 8B in FIG. 8A. 変形例４のサポートセルアッセンブリーを示す部分断面図である。FIG. 7 is a partial cross-sectional view showing a support cell assembly of Modification 4. FIG. 図９Ａの二点鎖線９Ｂによって囲まれた部分を拡大して示す断面図である。FIG. 9B is an enlarged cross-sectional view of a portion surrounded by a two-dot chain line 9B in FIG. 9A. 変形例４のアノード側サポート層を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing an anode side support layer of Modification Example 4. 変形例４のアノード側サポート層の形成手法例を示す断面図である。7 is a cross-sectional view showing an example of a method for forming an anode-side support layer of Modification 4. FIG. 変形例４のアノード側サポート層の形成手法例を示す断面図である。7 is a cross-sectional view showing an example of a method for forming an anode-side support layer of Modification 4. FIG. ろう材の種類と溶融温度範囲を模式的に示す図である。FIG. 3 is a diagram schematically showing types of brazing filler metals and melting temperature ranges. 変形例５における第１接合層、セルフレーム、および電解質層が接合された部分を拡大して示す断面図である。FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view showing a portion where the first bonding layer, cell frame, and electrolyte layer are bonded in Modification Example 5; 変形例６のサポートセルアッセンブリーを示す部分断面図である。FIG. 7 is a partial cross-sectional view showing a support cell assembly according to modification 6; 絶縁層を形成するときの状態を示す部分断面図である。FIG. 3 is a partial cross-sectional view showing a state when forming an insulating layer. 変形例７のサポートセルアッセンブリーを示す部分断面図である。FIG. 7 is a partial cross-sectional view showing a support cell assembly of Modification Example 7. 変形例８のサポートセルアッセンブリーを示す部分断面図である。FIG. 7 is a partial cross-sectional view showing a support cell assembly of Modification 8. 変形例９のサポートセルアッセンブリーを示す部分断面図である。FIG. 9 is a partial cross-sectional view showing a support cell assembly of Modification 9. 変形例１０のサポートセルアッセンブリーを示す部分断面図である。FIG. 7 is a partial cross-sectional view showing a support cell assembly of Modification 10.

以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、以下の説明は特許請求の範囲に記載される技術的範囲や用語の意義を限定するものではない。また、図面の寸法比率は説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the attached drawings. Note that the following explanation does not limit the technical scope or meaning of terms described in the claims. Further, the dimensional ratios in the drawings are exaggerated for convenience of explanation and may differ from the actual ratios.

図１～図５を参照して、本発明の実施形態に係る固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）について説明する。 A solid oxide fuel cell (SOFC) according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 5.

以下の説明の便宜のため、ＸＹＺ直交座標系を図中に示す。Ｘ軸およびＹ軸は水平方向、Ｚ軸は上下方向にそれぞれ平行な軸を示す。 For convenience of the following explanation, an XYZ orthogonal coordinate system is shown in the figure. The X-axis and the Y-axis are parallel to the horizontal direction, and the Z-axis is parallel to the vertical direction.

図１は、本実施形態に係る燃料電池スタック１を示す分解斜視図である。燃料電池スタック１は、複数のセルユニット１Ｕを上下方向に積層して構成される。以下、図中にＺ軸で示す燃料電池スタック１の上下方向を「積層方向」とも称する。また、セルユニット１Ｕを構成する各層の面方向は、ＸＹ面方向に相当する。 FIG. 1 is an exploded perspective view showing a fuel cell stack 1 according to this embodiment. The fuel cell stack 1 is configured by vertically stacking a plurality of cell units 1U. Hereinafter, the vertical direction of the fuel cell stack 1 indicated by the Z axis in the figure will also be referred to as the "stacking direction." Further, the plane direction of each layer constituting the cell unit 1U corresponds to the XY plane direction.

（セルユニット１Ｕ）
図２は、セルユニット１Ｕの分解斜視図である。図２に示すように、セルユニット１Ｕは、サポートセルアッセンブリー１Ａ、ガスの流路を区画形成する流路部１２１を備えるセパレータ１２０、および集電補助層１３０を積層して構成される。なお、サポートセルアッセンブリー１Ａと集電補助層１３０との間に両者を導通接触させる接点材を配置してもよいし、集電補助層１３０を省く構造としてもよい。 (Cell unit 1U)
FIG. 2 is an exploded perspective view of the cell unit 1U. As shown in FIG. 2, the cell unit 1U is configured by laminating a support cell assembly 1A, a separator 120 including a flow path portion 121 that defines a gas flow path, and a current collection auxiliary layer 130. Note that a contact material may be disposed between the support cell assembly 1A and the current collection auxiliary layer 130 to bring them into conductive contact, or a structure may be adopted in which the current collection auxiliary layer 130 is omitted.

図３は、サポートセルアッセンブリー１Ａの分解斜視図である。図４Ａは、図２のＡ－Ａ線に沿うサポートセルアッセンブリー１Ａを示す部分断面図であり、図４Ｂは、図４Ａの二点鎖線４Ｂによって囲まれた部分を拡大して示す断面図である。図５は、図４Ａに示すサポートセル１０を示す断面図である。図３、図４Ａ、図４Ｂ、および図５に示すように、サポートセルアッセンブリー１Ａは、サポートセル１０と、サポートセル１０の周囲を囲曉して保持するセルフレーム７０と、を有する。 FIG. 3 is an exploded perspective view of the support cell assembly 1A. FIG. 4A is a partial sectional view showing the support cell assembly 1A taken along the line AA in FIG. 2, and FIG. 4B is an enlarged sectional view showing the portion surrounded by the two-dot chain line 4B in FIG. 4A. . FIG. 5 is a cross-sectional view of the support cell 10 shown in FIG. 4A. As shown in FIGS. 3, 4A, 4B, and 5, the support cell assembly 1A includes a support cell 10 and a cell frame 70 that surrounds and holds the support cell 10.

（サポートセル１０）
図４Ａ、図４Ｂ、および図５に示すように、サポートセル１０は、ガス透過性を有する一対のサポート層（アノード側サポート層６１およびカソード側サポート層６２）が電解質層４０を挟んで配置されたサンドイッチ構造を有する。サポートセル１０は、アノード側サポート層６１、アノード層３０、電解質層４０、カソード層５０、およびカソード側サポート層６２を積層して構成される。アノード側サポート層６１およびカソード側サポート層６２は、Ｘ方向およびＹ方向に沿う長さを違えている。図５に示すように、図示例では、アノード側サポート層６１の長さＬａは、カソード側サポート層６２の長さＬｃに比べて短い。一対のサポート層の長さを違えることによって、電解質層４０が露出した構造となる。以下、アノード層３０およびカソード層５０を総称して電極層３０、５０と称することもある。 (Support cell 10)
As shown in FIGS. 4A, 4B, and 5, the support cell 10 includes a pair of gas-permeable support layers (anode-side support layer 61 and cathode-side support layer 62) arranged with an electrolyte layer 40 in between. It has a sandwich structure. The support cell 10 is configured by laminating an anode side support layer 61, an anode layer 30, an electrolyte layer 40, a cathode layer 50, and a cathode side support layer 62. The anode side support layer 61 and the cathode side support layer 62 have different lengths along the X direction and the Y direction. As shown in FIG. 5, in the illustrated example, the length La of the anode side support layer 61 is shorter than the length Lc of the cathode side support layer 62. By making the lengths of the pair of support layers different, a structure is created in which the electrolyte layer 40 is exposed. Hereinafter, the anode layer 30 and the cathode layer 50 may be collectively referred to as electrode layers 30 and 50.

電極層３０、５０および電解質層４０は、電解質電極接合体２０を構成する。電解質層４０は、カソード層５０を介してカソード側サポート層６２に固着されている。アノード側サポート層６１は、アノード層３０に固着されている。サンドイッチ構造のサポートセル１０は、一対のサポート層（アノード側サポート層６１およびカソード側サポート層６２）が電解質電極接合体２０を支持する。サポートセル１０は、電解質支持型セルや電極支持型セルに比べて機械的強度、急速起動性等に優れるためＳＯＦＣに好適に使用することができる。 Electrode layers 30 and 50 and electrolyte layer 40 constitute electrolyte electrode assembly 20. The electrolyte layer 40 is fixed to the cathode side support layer 62 via the cathode layer 50. The anode side support layer 61 is fixed to the anode layer 30. In the support cell 10 having a sandwich structure, a pair of support layers (an anode support layer 61 and a cathode support layer 62) support the electrolyte electrode assembly 20. The support cell 10 has superior mechanical strength, rapid start-up properties, etc. compared to electrolyte-supported cells and electrode-supported cells, and therefore can be suitably used in SOFCs.

サポートセル１０は、電解質層４０を露出させた個所に形成されたセルフレーム７０との第１接合層８１を有する。サポートセル１０はさらに、セルフレーム７０の端部７１とアノード側サポート層６１（長さが短い側のサポート層）の端部６３とを含浸接合する第２接合層８２を有する。セルフレーム７０および電解質層４０は、緻密でありガス遮蔽性を有する。このため、セルフレーム７０および電解質層４０を接合することによって、ガスのシール機能を確保できる。 The support cell 10 has a first bonding layer 81 with the cell frame 70 formed at a portion where the electrolyte layer 40 is exposed. The support cell 10 further includes a second joining layer 82 that impregnates and joins the end 71 of the cell frame 70 and the end 63 of the anode support layer 61 (the support layer on the shorter side). The cell frame 70 and the electrolyte layer 40 are dense and have gas shielding properties. Therefore, by joining the cell frame 70 and the electrolyte layer 40, the gas sealing function can be ensured.

（電解質電極接合体２０）
図３および図４に示すように、電解質電極接合体２０は、電解質層４０の一方の面にカソード層５０、他方の面にアノード層３０を積層して構成される。 (Electrolyte electrode assembly 20)
As shown in FIGS. 3 and 4, the electrolyte electrode assembly 20 is constructed by laminating a cathode layer 50 on one surface of an electrolyte layer 40 and an anode layer 30 on the other surface.

（カソード層５０）
カソード層５０は、酸化剤極であって、カソードガス（例えば空気に含まれる酸素）と電子を反応させて、酸素分子を酸化物イオンに変換する。カソード層５０は、酸化雰囲気に耐性を有し、カソードガスを透過させるガス透過性および電気（電子およびイオン）伝導度が高い。さらに、カソード層５０は、酸素分子を酸素イオンに変換する触媒機能を有する。 (Cathode layer 50)
The cathode layer 50 is an oxidant electrode that reacts with cathode gas (for example, oxygen contained in air) and electrons to convert oxygen molecules into oxide ions. The cathode layer 50 is resistant to oxidizing atmospheres and has high gas permeability and electrical (electronic and ionic) conductivity to allow cathode gas to pass through. Furthermore, the cathode layer 50 has a catalytic function of converting oxygen molecules into oxygen ions.

カソード層５０の形成材料は、例えば、ランタン、ストロンチウム、マンガン、コバルト等からなる酸化物が挙げられる。 Examples of the material for forming the cathode layer 50 include oxides of lanthanum, strontium, manganese, cobalt, and the like.

（電解質層４０）
電解質層４０は、アノードガスとカソードガスを分離する機能を有する。電解質層４０は、カソード層５０からアノード層３０に向かって酸化物イオンを通過させつつ、ガスと電子を通過させない。酸素イオンが発電の伝導体である場合には、電解質層４０は、酸素イオンの伝導性が高い材料から形成されることが好ましい。 (Electrolyte layer 40)
The electrolyte layer 40 has a function of separating anode gas and cathode gas. The electrolyte layer 40 allows oxide ions to pass from the cathode layer 50 toward the anode layer 30 while preventing gas and electrons from passing therethrough. When oxygen ions are the conductor for power generation, the electrolyte layer 40 is preferably formed of a material with high oxygen ion conductivity.

電解質層４０は、アノードガスやカソードガスを遮蔽し、高いイオン伝導性を発現するために、緻密に構成される。電解質層４０の緻密度は、ガス遮蔽性を有する限りにおいて特に限定されないが、９０％以上あることが好ましく、９６％以上であることがより好ましく、９８％以上であることが特に好ましい。 The electrolyte layer 40 is densely constructed to shield anode gas and cathode gas and exhibit high ionic conductivity. The density of the electrolyte layer 40 is not particularly limited as long as it has gas shielding properties, but it is preferably 90% or more, more preferably 96% or more, and particularly preferably 98% or more.

電解質層４０の形成材料は、特に限定されないが、例えば、希土類酸化物（例えば、Ｙ_２Ｏ_３、Ｓｃ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３、Ｓｍ_２Ｏ_３、Ｙｂ_２Ｏ_３、Ｎｄ_２Ｏ_３等から選択される１種または２種以上）をドープした安定化ジルコニア、セリア系固溶体、ペロブスカイト型酸化物（例えば、ＳｒＣｅＯ_３、ＢａＣｅＯ_３、ＣａＺｒＯ_３、ＳｒＺｒＯ_３等）等の固体酸化物セラミックスなどが挙げられる。 The material for forming the electrolyte layer 40 is not particularly limited, but includes, for example, rare earth oxides (e.g., Y ₂ O ₃ , Sc ₂ O ₃ , Gd ₂ O ₃ , Sm ₂ O ₃ , Yb ₂ O ₃ , Nd ₂ O ₃ solid oxide ceramics such as stabilized zirconia doped with one or more selected from the following, ceria-based solid solutions, perovskite-type oxides (e.g., SrCeO ₃ , BaCeO ₃ , CaZrO ₃ , SrZrO ₃ , etc.), etc. can be mentioned.

（アノード層３０）
アノード層３０は、燃料極であって、アノードガス（例えば水素）と酸化物イオンを反応させて、アノードガスの酸化物を生成するとともに電子を取り出す。アノード層３０は、還元雰囲気に耐性を有し、アノードガスを透過させるガス透過性および電気（電子およびイオン）伝導度が高い。さらに、アノード層３０は、アノードガスを酸化物イオンと反応させる触媒機能を有する。アノード層３０の形成材料としては、例えば、ＮｉやＦｅ等の金属や、該金属と上記電解質層４０の形成材料として挙げたセラミックスとのサーメットなどが挙げられる。 (Anode layer 30)
The anode layer 30 is a fuel electrode, and reacts an anode gas (for example, hydrogen) with oxide ions to generate an oxide of the anode gas and extract electrons. The anode layer 30 is resistant to a reducing atmosphere and has high gas permeability and electrical (electronic and ionic) conductivity to allow the anode gas to pass therethrough. Furthermore, the anode layer 30 has a catalytic function that causes the anode gas to react with oxide ions. Examples of the material for forming the anode layer 30 include metals such as Ni and Fe, and cermets made of the metal and the ceramics mentioned above as the material for forming the electrolyte layer 40.

アノード層３０は、複数の空孔が形成された多孔体である。アノード層３０内の空孔には、触媒が含浸される。アノード層３０の触媒としては、例えば、ＮｉやＣｕ等の金属触媒を用いることができる。 The anode layer 30 is a porous body in which a plurality of pores are formed. The pores in the anode layer 30 are impregnated with a catalyst. As the catalyst for the anode layer 30, for example, a metal catalyst such as Ni or Cu can be used.

（サポート層（アノード側サポート層６１およびカソード側サポート層６２））
図３、図４Ａ、図４Ｂ、および図５に示すように、サンドイッチ構造のサポートセル１０は、アノード側サポート層６１が電解質電極接合体２０をアノード層３０の側から支持し、カソード側サポート層６２が電解質電極接合体２０をカソード層５０の側から支持する。アノード側サポート層６１およびカソード側サポート層６２が電解質電極接合体２０をサンドイッチ構造で支持することによって、電解質電極接合体２０の機械的強度を向上させて破損を抑制することができる。 (Support layer (anode side support layer 61 and cathode side support layer 62))
As shown in FIGS. 3, 4A, 4B, and 5, in the support cell 10 having a sandwich structure, the anode-side support layer 61 supports the electrolyte electrode assembly 20 from the anode layer 30 side, and the cathode-side support layer 61 supports the electrolyte electrode assembly 20 from the anode layer 30 side. 62 supports the electrolyte electrode assembly 20 from the cathode layer 50 side. By supporting the electrolyte electrode assembly 20 in a sandwich structure by the anode side support layer 61 and the cathode side support layer 62, the mechanical strength of the electrolyte electrode assembly 20 can be improved and damage can be suppressed.

サポート層は、セラミックスまたは金属により構成できる。要求される強度などに応じて、サポート層の材質の選択の自由度が増す。サポートセル１０は、一対のサポート層をともにセラミックスにより構成する形態、一対のサポート層をともに金属により構成する形態、または、一方のサポート層をセラミックスにより構成し、他方のサポート層を金属により構成する形態を有することができる。実施形態のサポートセル１０は、アノード側サポート層６１がセラミックスにより構成され、カソード側サポート層６２が金属により構成されている。 The support layer can be made of ceramics or metal. The degree of freedom in selecting the material of the support layer increases depending on the required strength. The support cell 10 may have a pair of support layers both made of ceramic, a pair of support layers both made of metal, or one support layer made of ceramic and the other support layer made of metal. It can have a form. In the support cell 10 of the embodiment, the anode side support layer 61 is made of ceramics, and the cathode side support layer 62 is made of metal.

金属により構成されたサポート層（「金属サポート層」ともいう）は、ガス透過性および電子伝導性を有する多孔質の金属から形成される。金属サポート層を形成する材料としては、高酸化性および高耐熱性を備える金属材料であれば特に限定されないが、例えば、フェライト系ステンレス鋼が挙げられる。フェライト系ステンレス鋼としては、ＳＵＳ４１０、ＳＵＳ４２０、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ４４０等のＳＵＳ４００系が挙げられる。特に、Ｃｒｏｆｅｒ（登録商標）２２合金（ＴｈｙｓｓｅｎＫｒｕｐｐ・ＶＤＭ社製）、ＺＭＧ（登録商標）２３２Ｇ１０（日立金属株式会社製）、ＩＴＭ（Ｐｌａｎｓｅｅ社製）、ＳａｎｅｒｇｙＨＴ（Ｓａｎｄｖｉｋ社製）などが好適に用いられる。 The support layer made of metal (also referred to as "metal support layer") is made of a porous metal that has gas permeability and electron conductivity. The material forming the metal support layer is not particularly limited as long as it has high oxidation properties and high heat resistance, and examples include ferritic stainless steel. Examples of the ferritic stainless steel include SUS400 series such as SUS410, SUS420, SUS430, and SUS440. In particular, Crofer (registered trademark) 22 alloy (manufactured by ThyssenKrupp VDM), ZMG (registered trademark) 232G10 (manufactured by Hitachi Metals, Ltd.), ITM (manufactured by Plansee), SanergyHT (manufactured by Sandvik), etc. are preferably used. .

なお、金属サポート層は、上記の材料から形成する場合に限られず、例えば、微小な通孔を有するエキスパンドメタルから形成することができる。 Note that the metal support layer is not limited to being formed from the above-mentioned materials, and may be formed from, for example, expanded metal having minute holes.

（セルフレーム７０）
セルフレーム７０は、図３、図４Ａ、および図４Ｂに示すように、サポートセル１０を周囲から保持するものである。図３に示すように、セルフレーム７０は、開口部７０Ｈを有する。セルフレーム７０の開口部７０Ｈに、サポートセル１０が配置される。図４Ａおよび図４Ｂに示すように、サポートセル１０の電解質層４０は、セルフレーム７０の下面に第１接合層８１によって面接合される。セルフレーム７０の開口部７０Ｈの内縁（セルフレーム７０の端部７１）は、アノード側サポート層６１の端部６３に第２接合層８２によって含浸接合される。 (Cell frame 70)
The cell frame 70 holds the support cell 10 from the periphery, as shown in FIGS. 3, 4A, and 4B. As shown in FIG. 3, the cell frame 70 has an opening 70H. The support cell 10 is arranged in the opening 70H of the cell frame 70. As shown in FIGS. 4A and 4B, the electrolyte layer 40 of the support cell 10 is surface-bonded to the lower surface of the cell frame 70 by a first bonding layer 81. The inner edge of the opening 70H of the cell frame 70 (the end 71 of the cell frame 70) is impregnated and bonded to the end 63 of the anode side support layer 61 by the second bonding layer 82.

セルフレーム７０は、ガスを透過させない緻密な金属材料、例えば、ステンレスから形成される。セルフレーム７０の緻密度は、ガス遮蔽性を有する限りにおいて特に限定されないが、９０％以上あることが好ましく、９６％以上であることがより好ましく、９８％以上であることが特に好ましい。セルフレーム７０の表面は、絶縁処理が施されている。 The cell frame 70 is made of a dense metal material that does not allow gas to pass through, such as stainless steel. The density of the cell frame 70 is not particularly limited as long as it has gas shielding properties, but it is preferably 90% or more, more preferably 96% or more, and particularly preferably 98% or more. The surface of the cell frame 70 is subjected to insulation treatment.

セルフレーム７０は、図３に示すように、アノードガスが流通するアノードガス流入口７０ａおよびアノードガス流出口７０ｂと、カソードガスが流通するカソードガス流入口７０ｃおよびカソードガス流出口７０ｄと、を有している。 As shown in FIG. 3, the cell frame 70 has an anode gas inlet 70a and an anode gas outlet 70b through which the anode gas flows, and a cathode gas inlet 70c and a cathode gas outlet 70d through which the cathode gas flows. are doing.

（セパレータ１２０）
図２に示すように、セパレータ１２０の流路部１２１は、凹凸形状が一方向（Ｙ方向）に延在するように略直線状に形成されている。したがって、流路部１２１に沿って流れるガスの流れ方向は、Ｙ方向となる。 (Separator 120)
As shown in FIG. 2, the flow path portion 121 of the separator 120 is formed into a substantially straight line so that the uneven shape extends in one direction (Y direction). Therefore, the flow direction of the gas flowing along the flow path section 121 is the Y direction.

図２に示すように、セパレータ１２０は、アノードガスが流通するアノードガス流入口１２５ａおよびアノードガス流出口１２５ｂと、カソードガスが流通するカソードガス流入口１２５ｃおよびカソードガス流出口１２５ｄと、を有している。 As shown in FIG. 2, the separator 120 has an anode gas inlet 125a and an anode gas outlet 125b through which the anode gas flows, and a cathode gas inlet 125c and a cathode gas outlet 125d through which the cathode gas flows. ing.

（集電補助層１３０）
集電補助層１３０は、ガスを通す空間を形成しつつ面圧を均等にして、サポートセル１０とセパレータ１２０との電気的な接触を補助する。集電補助層１３０は、例えば、金網状のエキスパンドメタル等によって形成することができる。 (Current collection auxiliary layer 130)
The current collection auxiliary layer 130 forms a space through which gas can pass, equalizes the surface pressure, and assists in electrical contact between the support cell 10 and the separator 120. The current collection auxiliary layer 130 can be formed of, for example, expanded metal in the shape of a wire mesh.

（第１接合層８１）
第１接合層８１は、サポートセル１０の電解質層４０をセルフレーム７０の図において下面に面接合する。第１接合層８１は、電解質層４０の成分と、セルフレーム７０の成分とを含んでいる。電解質層４０の成分は、例えば、ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）である。セルフレーム７０の成分は、例えば、ステンレスである。電解質層４０の成分とセルフレーム７０の成分との比は、例えば、電解質層４０の成分：セルフレーム７０の成分＝４０：６０である。なお、この比率は、第１接合層８１の構造を限定することを意図するものではなく、電解質層４０の成分よりもセルフレーム７０の成分の割合を大きくすることを表したものである。第１接合層８１の材料は、シール材あるいは接着剤に、電解質層４０の成分およびセルフレーム７０の成分を混合したものを使用できる。 (First bonding layer 81)
The first bonding layer 81 surface-bonds the electrolyte layer 40 of the support cell 10 to the lower surface of the cell frame 70 in the drawing. The first bonding layer 81 contains components of the electrolyte layer 40 and the cell frame 70. The component of the electrolyte layer 40 is, for example, YSZ (yttria stabilized zirconia). The cell frame 70 is made of, for example, stainless steel. The ratio of the components of the electrolyte layer 40 and the components of the cell frame 70 is, for example, 40:60 (components of the electrolyte layer 40:components of the cell frame 70). Note that this ratio is not intended to limit the structure of the first bonding layer 81, but represents that the proportion of the components of the cell frame 70 is larger than that of the electrolyte layer 40. The material for the first bonding layer 81 can be a mixture of a sealant or an adhesive with the components of the electrolyte layer 40 and the cell frame 70.

（第２接合層８２）
第２接合層８２は、セルフレーム７０の開口部７０Ｈの内縁をアノード側サポート層６１の端部６３に含浸接合する。第２接合層８２は、アノード側サポート層６１に含浸してセルフレーム７０の端部７１とアノード側サポート層６１の端部６３とを接合する。第２接合層８２は、ガラスシールから形成される。第２接合層８２の材料は、アノード側サポート層６１に含浸可能な硝子ペーストを使用できる。 (Second bonding layer 82)
The second bonding layer 82 impregnates the inner edge of the opening 70H of the cell frame 70 to the end 63 of the anode side support layer 61. The second bonding layer 82 is impregnated into the anode-side support layer 61 to bond the end portion 71 of the cell frame 70 and the end portion 63 of the anode-side support layer 61 . The second bonding layer 82 is formed from a glass seal. As the material of the second bonding layer 82, a glass paste that can be impregnated into the anode side support layer 61 can be used.

［サポートセル１０とセルフレーム７０との接合］
仮に、サポートセル１０の外周をセルフレーム７０に溶接接合した場合、溶接時の熱エネルギーによって電解質層４０が破損する可能性がある。また、溶接は、点や線で接合するため接合部の深さや幅（一般的に約０．１ｍｍ程度）が非常に小さく、接合強度が不十分になる可能性がある。このため、溶接部が破断してセルフレーム７０からサポートセル１０が外れ、ガスシール機能が失われる可能性がある。また、組み付け後のサポートセル１０の外周部がセパレータ１２０などの周辺部品に拘束された状態において、運転時の温度変化によって周辺部品が膨張収縮することによって、電解質層４０が応力を受けて破損する可能性がある。 [Joining of support cell 10 and cell frame 70]
If the outer periphery of the support cell 10 is welded to the cell frame 70, the electrolyte layer 40 may be damaged by thermal energy during welding. Furthermore, since welding involves joining at points or lines, the depth and width of the joint (generally about 0.1 mm) are very small, and there is a possibility that the joint strength will be insufficient. For this reason, there is a possibility that the welded portion will break, the support cell 10 will come off from the cell frame 70, and the gas sealing function will be lost. Furthermore, in a state in which the outer peripheral portion of the support cell 10 after assembly is restrained by peripheral parts such as the separator 120, the electrolyte layer 40 is damaged due to stress as the peripheral parts expand and contract due to temperature changes during operation. there is a possibility.

これに対して、本実施形態のサポートセル１０は、露出させた電解質層４０とセルフレーム７０の下面とが第１接合層８１によって接合され、セルフレーム７０の端部７１とアノード側サポート層６１の端部６３とが第２接合層８２によって含浸接合されている。第１接合層８１は、電解質層４０およびセルフレーム７０を平坦な面同士で接合するため、点や線で接合する溶接接合に比べて接合面積が増加する。アノード側サポート層６１の端部６３は、第２接合層８２の成分が含浸した領域６４を有する。第２接合層８２の成分が含浸したアンカー効果によって、第２接合層８２とアノード側サポート層６１との接合強度が高まる。その結果、セルフレーム７０とアノード側サポート層６１との間の接合強度が高まる。このように、サポートセル１０とセルフレーム７０とを複数個所において接合しているため、接合面積が増える。これにより、燃料電池スタック１の組み付け時および運転時の昇温時に接合部に掛かる力が分散するため十分な接合強度を確保できる。したがって、サポートセル１０とセルフレーム７０との間の接合強度を向上させることが可能なＳＯＦＣを提供できる。また、第１接合層８１は、アノード層３０とカソード層５０との間を連続的な１つの層によってシールする。このため、シールの信頼性も向上する。 In contrast, in the support cell 10 of the present embodiment, the exposed electrolyte layer 40 and the lower surface of the cell frame 70 are joined by the first bonding layer 81, and the end portion 71 of the cell frame 70 and the anode side support layer 61 are bonded to each other by the first bonding layer 81. are impregnated and bonded to the end portion 63 by the second bonding layer 82. Since the first bonding layer 81 bonds the electrolyte layer 40 and the cell frame 70 to each other on flat surfaces, the bonding area is increased compared to welding bonding in which points or lines are bonded. The end portion 63 of the anode side support layer 61 has a region 64 impregnated with the components of the second bonding layer 82 . Due to the anchor effect impregnated with the components of the second bonding layer 82, the bonding strength between the second bonding layer 82 and the anode side support layer 61 is increased. As a result, the bonding strength between the cell frame 70 and the anode side support layer 61 increases. In this way, since the support cell 10 and the cell frame 70 are joined at a plurality of locations, the joining area increases. As a result, the force applied to the joint portions during assembly of the fuel cell stack 1 and when the temperature rises during operation is dispersed, so that sufficient joint strength can be ensured. Therefore, it is possible to provide a SOFC that can improve the bonding strength between the support cell 10 and the cell frame 70. Further, the first bonding layer 81 seals between the anode layer 30 and the cathode layer 50 with one continuous layer. Therefore, the reliability of the seal is also improved.

第１接合層８１は、電解質層４０の成分とセルフレーム７０の成分とを含んでいる。このため、第１接合層８１は、セルフレーム７０の成分によってセルフレーム７０と強固に接合され、電解質層４０の成分によって電解質層４０と強固に接合される。その結果、セルフレーム７０と電解質層４０との間の接合強度が高まる。したがって、サポートセル１０とセルフレーム７０との間の接合強度をより十分に確保できる。 The first bonding layer 81 includes the components of the electrolyte layer 40 and the components of the cell frame 70. Therefore, the first bonding layer 81 is firmly bonded to the cell frame 70 by the components of the cell frame 70, and is firmly bonded to the electrolyte layer 40 by the components of the electrolyte layer 40. As a result, the bonding strength between the cell frame 70 and the electrolyte layer 40 increases. Therefore, the bonding strength between the support cell 10 and the cell frame 70 can be more fully ensured.

図４Ｂにおいて、白抜き矢印９１は第１接合層８１の電解質層４０の成分と電解質層４０との接合を示し、白抜き矢印９２は第１接合層８１のセルフレーム７０の成分とセルフレーム７０との接合を示している。白抜き矢印９３は第２接合層８２とセルフレーム７０の端部７１との接合を示し、白抜き矢印９４は第２接合層８２とアノード側サポート層６１の端部６３との含浸接合を示している。 In FIG. 4B, a white arrow 91 indicates a bond between a component of the electrolyte layer 40 of the first bonding layer 81 and the electrolyte layer 40, and a white arrow 92 indicates a bond between the component of the cell frame 70 of the first bonding layer 81 and the cell frame 70. It shows the junction with. A white arrow 93 indicates a bond between the second bonding layer 82 and the end portion 71 of the cell frame 70, and a white arrow 94 indicates an impregnated bond between the second bonding layer 82 and the end portion 63 of the anode side support layer 61. ing.

（変形例１）
図６Ａは、変形例１のサポートセルアッセンブリー１Ｂを示す、図４Ａに相当する部分断面図であり、図６Ｂは、図６Ａの二点鎖線６Ｂによって囲まれた部分を拡大して示す断面図である。なお、実施形態と共通する部材については、図面に同一の符号を付し、説明を一部省略する。 (Modification 1)
6A is a partial cross-sectional view corresponding to FIG. 4A, showing a support cell assembly 1B of Modification 1, and FIG. 6B is a cross-sectional view showing an enlarged portion surrounded by a chain double-dashed line 6B in FIG. 6A. be. Note that members common to those in the embodiment are designated by the same reference numerals in the drawings, and some explanations are omitted.

変形例１のサポートセル１１は、一対のサポート層（アノード側サポート層６５およびカソード側サポート層６２）がともに金属により構成されている点において、実施形態のサポートセル１０と相違する。 The support cell 11 of Modification 1 differs from the support cell 10 of the embodiment in that the pair of support layers (anode-side support layer 65 and cathode-side support layer 62) are both made of metal.

変形例１のサポートセル１１は、実施形態のサポートセル１０と同様に、露出させた電解質層４０とセルフレーム７０の下面とが第１接合層８１によって接合され、セルフレーム７０の端部７１とアノード側サポート層６５の端部６３とが第２接合層８２によって含浸接合されている。アノード側サポート層６５の端部６３は、第２接合層８２の成分が含浸した領域６６を有する。サポートセル１１とセルフレーム７０とを複数個所において接合しているため、接合面積が増える。したがって、サポートセル１１とセルフレーム７０との間の接合強度を向上させることが可能なＳＯＦＣを提供できる。 Similar to the support cell 10 of the embodiment, in the support cell 11 of Modification 1, the exposed electrolyte layer 40 and the lower surface of the cell frame 70 are joined by the first bonding layer 81, and the end portion 71 of the cell frame 70 and The end portion 63 of the anode side support layer 65 is impregnated and bonded to the second bonding layer 82 . The end portion 63 of the anode side support layer 65 has a region 66 impregnated with the components of the second bonding layer 82 . Since the support cell 11 and the cell frame 70 are joined at multiple locations, the joining area increases. Therefore, it is possible to provide a SOFC that can improve the bonding strength between the support cell 11 and the cell frame 70.

変形例１ではさらに、一対のサポート層（アノード側サポート層６５およびカソード側サポート層６２）は、ともに金属により構成されている。サンドイッチ構造のサポートセル１１の両側に金属サポート層が存在することによって、サポートセル１１とセルフレーム７０との間の接合強度をより十分に確保できる。 Furthermore, in Modification 1, the pair of support layers (anode-side support layer 65 and cathode-side support layer 62) are both made of metal. By having metal support layers on both sides of the support cell 11 having a sandwich structure, the bonding strength between the support cell 11 and the cell frame 70 can be more fully ensured.

図６Ｂにおいて、変形例１の白抜き矢印９５は第２接合層８２とアノード側サポート層６５の端部６３との含浸接合を示している。 In FIG. 6B, a white arrow 95 in Modification 1 indicates the impregnation bonding between the second bonding layer 82 and the end portion 63 of the anode side support layer 65.

（変形例２）
図７Ａは、変形例２のサポートセルアッセンブリー１Ｃを示す、図４Ａに相当する部分断面図であり、図７Ｂは、図７Ａの二点鎖線７Ｂによって囲まれた部分を拡大して示す断面図である。なお、実施形態および変形例１と共通する部材については、図面に同一の符号を付し、説明を一部省略する。 (Modification 2)
FIG. 7A is a partial sectional view corresponding to FIG. 4A, showing a support cell assembly 1C of Modification 2, and FIG. 7B is an enlarged sectional view showing a portion surrounded by a chain double-dashed line 7B in FIG. 7A. be. Note that members common to the embodiment and Modification 1 are designated by the same reference numerals in the drawings, and some explanations are omitted.

変形例２は、第１接合層８３の電解質層４０の成分がセルフレーム７０の成分よりも多い点において、実施形態および変形例１と相違する。 Modification 2 differs from the embodiment and Modification 1 in that the electrolyte layer 40 of the first bonding layer 83 contains more components than the cell frame 70 .

第１接合層８３は、電解質層４０の成分と、セルフレーム７０の成分とを含んでいる。
変形例２の電解質層４０の成分とセルフレーム７０の成分との比は、例えば、電解質層４０の成分：セルフレーム７０の成分＝６０：４０である。なお、この比率は、第１接合層８３の構造を限定することを意図するものではなく、変形例１の場合と異なり、セルフレーム７０の成分よりも電解質層４０の成分の割合を大きくすることを表したものである。 The first bonding layer 83 includes components of the electrolyte layer 40 and components of the cell frame 70.
The ratio of the components of the electrolyte layer 40 and the components of the cell frame 70 in Modification 2 is, for example, 60:40 (components of the electrolyte layer 40:components of the cell frame 70). Note that this ratio is not intended to limit the structure of the first bonding layer 83, and unlike the case of modification 1, the ratio of the components of the electrolyte layer 40 is made larger than the components of the cell frame 70. It represents.

変形例２のサポートセル１１は、実施形態のサポートセル１０と同様に、露出させた電解質層４０とセルフレーム７０の下面とが第１接合層８３によって接合され、セルフレーム７０の端部７１とアノード側サポート層６５の端部６３とが第２接合層８２によって含浸接合されている。アノード側サポート層６５の端部６３は、第２接合層８２の成分が含浸した領域６６を有する。サポートセル１１とセルフレーム７０とを複数個所において接合しているため、接合面積が増える。したがって、サポートセル１１とセルフレーム７０との間の接合強度を向上させることが可能なＳＯＦＣを提供できる。 Similar to the support cell 10 of the embodiment, in the support cell 11 of the second modification, the exposed electrolyte layer 40 and the lower surface of the cell frame 70 are joined by the first bonding layer 83, and the end portion 71 of the cell frame 70 and The end portion 63 of the anode side support layer 65 is impregnated and bonded to the second bonding layer 82 . The end portion 63 of the anode side support layer 65 has a region 66 impregnated with the components of the second bonding layer 82 . Since the support cell 11 and the cell frame 70 are joined at multiple locations, the joining area increases. Therefore, it is possible to provide a SOFC that can improve the bonding strength between the support cell 11 and the cell frame 70.

第１接合層８３は、電解質層４０の成分とセルフレーム７０の成分とを含んでいる。このため、第１接合層８３は、セルフレーム７０の成分によってセルフレーム７０と強固に接合され、電解質層４０の成分によって電解質層４０と強固に接合される。変形例２では、第１接合層８３は、電解質層４０の成分がセルフレーム７０の成分よりも多い。第１接合層８３と電解質層４０との接合は、第１接合層８３とセルフレーム７０との接合に比べると接合し難い。第１接合層８３の電解質層４０の成分をセルフレーム７０の成分よりも多くすることによって、第１接合層８３と電解質層４０との間の接合が十分なものとなる。その結果、セルフレーム７０と電解質層４０との間の接合強度が高まる。したがって、サポートセル１１とセルフレーム７０との間の接合強度をより十分に確保できる。 The first bonding layer 83 includes components of the electrolyte layer 40 and the cell frame 70 . Therefore, the first bonding layer 83 is firmly bonded to the cell frame 70 by the components of the cell frame 70, and is firmly bonded to the electrolyte layer 40 by the components of the electrolyte layer 40. In the second modification, the first bonding layer 83 contains more components of the electrolyte layer 40 than the components of the cell frame 70 . The first bonding layer 83 and the electrolyte layer 40 are more difficult to bond than the first bonding layer 83 and the cell frame 70. By making the components of the electrolyte layer 40 of the first bonding layer 83 larger than the components of the cell frame 70, the bond between the first bonding layer 83 and the electrolyte layer 40 becomes sufficient. As a result, the bonding strength between the cell frame 70 and the electrolyte layer 40 increases. Therefore, the bonding strength between the support cell 11 and the cell frame 70 can be more fully ensured.

図７Ｂにおいて、白抜き矢印９１は第１接合層８３の電解質層４０の成分と電解質層４０との接合を示し、白抜き矢印９２は第１接合層８３のセルフレーム７０の成分とセルフレーム７０との接合を示している。白抜き矢印９３は第２接合層８２とセルフレーム７０の端部７１との接合を示し、白抜き矢印９５は第２接合層８２とアノード側サポート層６５の端部６３との含浸接合を示している。 In FIG. 7B, a white arrow 91 indicates a bond between a component of the electrolyte layer 40 of the first bonding layer 83 and the electrolyte layer 40, and a white arrow 92 indicates a bond between the component of the cell frame 70 of the first bonding layer 83 and the cell frame 70. It shows the junction with. A white arrow 93 indicates a bond between the second bonding layer 82 and the end portion 71 of the cell frame 70, and a white arrow 95 indicates an impregnated bond between the second bonding layer 82 and the end portion 63 of the anode side support layer 65. ing.

（変形例３）
図８Ａは、変形例３のサポートセルアッセンブリー１Ｄを示す、図４Ａに相当する部分断面図であり、図８Ｂは、図８Ａの二点鎖線８Ｂによって囲まれた部分を拡大して示す断面図である。なお、実施形態および変形例２と共通する部材については、図面に同一の符号を付し、説明を一部省略する。 (Modification 3)
FIG. 8A is a partial cross-sectional view corresponding to FIG. 4A, showing a support cell assembly 1D of modification 3, and FIG. 8B is a cross-sectional view showing an enlarged portion surrounded by a chain double-dashed line 8B in FIG. 8A. be. Note that members common to the embodiment and the second modification are denoted by the same reference numerals in the drawings, and some explanations are omitted.

変形例３は、第２接合層８４が電解質層４０の成分を含み、セルフレーム７０の表面にも配置されている点において、変形例２と相違する。 Modification 3 differs from Modification 2 in that the second bonding layer 84 includes a component of the electrolyte layer 40 and is also arranged on the surface of the cell frame 70.

第１接合層８３は、変形例２と同様に、電解質層４０の成分と、セルフレーム７０の成分とを含んでいる。電解質層４０の成分とセルフレーム７０の成分との比は、例えば、電解質層４０の成分：セルフレーム７０の成分＝６０：４０である。なお、この比率は、第１接合層８３の構造を限定することを意図するものではなく、セルフレーム７０の成分よりも電解質層４０の成分の割合を大きくすることを表したものである。 The first bonding layer 83 includes the components of the electrolyte layer 40 and the cell frame 70 as in the second modification. The ratio of the components of the electrolyte layer 40 and the components of the cell frame 70 is, for example, 60:40 (components of the electrolyte layer 40:components of the cell frame 70). Note that this ratio is not intended to limit the structure of the first bonding layer 83, but represents that the ratio of the components of the electrolyte layer 40 is larger than that of the cell frame 70.

変形例３の第２接合層８４は、例えば、ガラスシールから形成されるが、電解質層４０の成分を含んでいる。電解質層４０の成分は、例えば、ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）である。ガラスシールの成分と電解質層４０の成分との比は、例えば、ガラスシールの成分：電解質層４０の成分＝８０：２０である。なお、この比率は、第２接合層８４の構造を限定することを意図するものではなく、電解質層４０の成分を含んでいることを表したものである。 The second bonding layer 84 of Modification 3 is formed of, for example, a glass seal, and contains the components of the electrolyte layer 40. The component of the electrolyte layer 40 is, for example, YSZ (yttria stabilized zirconia). The ratio of the components of the glass seal to the components of the electrolyte layer 40 is, for example, 80:20. Note that this ratio is not intended to limit the structure of the second bonding layer 84, but represents that it includes the components of the electrolyte layer 40.

変形例３の第２接合層８４はさらに、セルフレーム７０の表面に向けて伸びて配置される形状を有する。 The second bonding layer 84 of Modification 3 further has a shape extending toward the surface of the cell frame 70.

変形例３のサポートセル１１は、実施形態のサポートセル１０と同様に、露出させた電解質層４０とセルフレーム７０の下面とが第１接合層８３によって接合され、セルフレーム７０の端部７１とアノード側サポート層６５の端部６３とが第２接合層８４によって含浸接合されている。アノード側サポート層６５の端部６３は、第２接合層８４の成分が含浸した領域６７を有する。サポートセル１１とセルフレーム７０とを複数個所において接合しているため、接合面積が増える。したがって、サポートセル１１とセルフレーム７０との間の接合強度を向上させることが可能なＳＯＦＣを提供できる。 Similar to the support cell 10 of the embodiment, in the support cell 11 of Modification 3, the exposed electrolyte layer 40 and the lower surface of the cell frame 70 are joined by the first bonding layer 83, and the end portion 71 of the cell frame 70 and The end portion 63 of the anode side support layer 65 is impregnated and bonded to the second bonding layer 84 . The end portion 63 of the anode side support layer 65 has a region 67 impregnated with the components of the second bonding layer 84 . Since the support cell 11 and the cell frame 70 are joined at multiple locations, the joining area increases. Therefore, it is possible to provide a SOFC that can improve the bonding strength between the support cell 11 and the cell frame 70.

変形例３では、第２接合層８４は、電解質層４０の成分を含んでいる。このため、第２接合層８４は、電解質層４０の成分によって、同じく電解質層４０の成分を含んでいる第１接合層８３と強固に接合される。第２接合層８４はさらに、セルフレーム７０の表面にも配置されている。このため、サポートセル１１とセルフレーム７０との接合箇所がさらに増え、接合面積がさらに増える。したがって、サポートセル１１とセルフレーム７０との間の接合強度をより一層向上させることが可能なＳＯＦＣを提供できる。 In Modification 3, the second bonding layer 84 contains the components of the electrolyte layer 40. Therefore, the second bonding layer 84 is firmly bonded to the first bonding layer 83, which also contains the components of the electrolyte layer 40, by the components of the electrolyte layer 40. The second bonding layer 84 is further placed on the surface of the cell frame 70. Therefore, the number of joints between the support cell 11 and the cell frame 70 further increases, and the joint area further increases. Therefore, it is possible to provide an SOFC that can further improve the bonding strength between the support cell 11 and the cell frame 70.

図８Ｂにおいて、白抜き矢印９１は第１接合層８３の電解質層４０の成分と電解質層４０との接合を示し、白抜き矢印９２は第１接合層８３のセルフレーム７０の成分とセルフレーム７０との接合を示している。白抜き矢印９３は第２接合層８４とセルフレーム７０の端部７１との接合を示し、白抜き矢印９６は第２接合層８４とアノード側サポート層６５の端部６３との含浸接合を示している。白抜き矢印９７は第２接合層８４とセルフレーム７０の上面との接合を示している。白抜き矢印９８は第１接合層８３の電解質層４０の成分と第２接合層８４の電解質層４０の成分との接合を示している。 In FIG. 8B, a white arrow 91 indicates a bond between a component of the electrolyte layer 40 of the first bonding layer 83 and the electrolyte layer 40, and a white arrow 92 indicates a bond between the component of the cell frame 70 of the first bonding layer 83 and the cell frame 70. It shows the junction with. A white arrow 93 indicates a bond between the second bonding layer 84 and the end 71 of the cell frame 70, and a white arrow 96 indicates an impregnated bond between the second bonding layer 84 and the end 63 of the anode side support layer 65. ing. A white arrow 97 indicates a bond between the second bonding layer 84 and the upper surface of the cell frame 70. A white arrow 98 indicates a bond between a component of the electrolyte layer 40 of the first bonding layer 83 and a component of the electrolyte layer 40 of the second bonding layer 84 .

（変形例４）
図９Ａは、変形例４のサポートセルアッセンブリー１Ｅを示す、図４Ａに相当する部分断面図であり、図９Ｂは、図９Ａの二点鎖線９Ｂによって囲まれた部分を拡大して示す断面図である。図１０Ａは、変形例４のアノード側サポート層６８を示す断面図である。なお、実施形態と共通する部材については、図面に同一の符号を付し、説明を一部省略する。 (Modification 4)
9A is a partial sectional view corresponding to FIG. 4A, showing a support cell assembly 1E of Modification 4, and FIG. 9B is an enlarged sectional view showing a portion surrounded by a chain double-dashed line 9B in FIG. 9A. be. FIG. 10A is a cross-sectional view showing the anode side support layer 68 of Modification Example 4. Note that members common to those in the embodiment are designated by the same reference numerals in the drawings, and some explanations are omitted.

変形例４のサポートセルアッセンブリー１Ｅは、アノード側サポート層６８の端部とカソード側サポート層６２の端部との間の絶縁性を高めた点、アノード側サポート層６８とセルフレーム７０との間の接合強度を高めた点、およびセルフレーム７０とカソード側サポート層６２との間の絶縁性を高めた点において、実施形態のサポートセルアッセンブリー１Ａと相違する。 The support cell assembly 1E of Modified Example 4 has improved insulation between the end of the anode support layer 68 and the end of the cathode support layer 62, and between the anode support layer 68 and the cell frame 70. The support cell assembly 1A is different from the support cell assembly 1A of the embodiment in that the bonding strength is increased, and the insulation between the cell frame 70 and the cathode side support layer 62 is increased.

変形例４のアノード側サポート層６８は、図において上部外周に段差部６８ａを有する。段差部６８ａは、セルフレーム７０を支持する支持面６８ｂと、支持面６８ｂの内方端部から図において上方に立ち上がる縦壁６８ｃとによって形成される。変形例４のサポートセル１２は、アノード側サポート層６８がセラミックスにより構成されている。 The anode side support layer 68 of Modification 4 has a stepped portion 68a on the upper outer periphery in the figure. The stepped portion 68a is formed by a support surface 68b that supports the cell frame 70, and a vertical wall 68c rising upward in the figure from the inner end of the support surface 68b. In the support cell 12 of Modification 4, the anode side support layer 68 is made of ceramics.

第１接合層８５は、アノード側サポート層６８の支持面６８ｂに支持されたセルフレーム７０と露出した電解質層４０との間に配置されている。第１接合層８５は、ガラスシールから形成される。これによって、アノード層３０の端部が封止され、ガスシール性が担保される。セルフレーム７０の下面と、電解質層４０の上面との間のＺ軸方向（積層方向）に沿う寸法は、実施形態のサポートセルアッセンブリー１Ａにおける寸法よりも大きい。これによって、アノード側サポート層６８の端部とカソード側サポート層６２の端部とが接触しないだけの十分な絶縁距離が確保される。したがって、第１接合層８５は、ガスシール性を担保しつつ、アノード側サポート層６８の端部とカソード側サポート層６２の端部との間の絶縁性を高めることができる。 The first bonding layer 85 is arranged between the cell frame 70 supported by the support surface 68b of the anode side support layer 68 and the exposed electrolyte layer 40. The first bonding layer 85 is formed from a glass seal. This seals the ends of the anode layer 30 and ensures gas sealing. The dimension along the Z-axis direction (stacking direction) between the lower surface of the cell frame 70 and the upper surface of the electrolyte layer 40 is larger than the dimension in the support cell assembly 1A of the embodiment. This ensures a sufficient insulation distance to prevent the ends of the anode-side support layer 68 and the cathode-side support layer 62 from coming into contact with each other. Therefore, the first bonding layer 85 can improve the insulation between the end of the anode support layer 68 and the end of the cathode support layer 62 while ensuring gas sealing performance.

第２接合層８６は、セルフレーム７０とアノード側サポート層６８との間に配置されている。第２接合層８６はさらに、変形例３の第２接合層８４と同様に、セルフレーム７０の表面に向けて伸びて配置される形状を有する。セルフレーム７０の端部７１は、アノード側サポート層６８の支持面６８ｂと第２接合層８６とによって囲まれる。第２接合層８６の材料は、ろう材またはガラスを使用できる。変形例４では、第２接合層８６の材料は、ろう材を使用する。ろう材の主元素は、例えば、アルミニウム、銅、銀、またはニッケルである。セルフレーム７０は、第２接合層８６によってアノード側サポート層６８にろう付けされる。アノード側サポート層６８は、支持面６８ｂおよび縦壁６８ｃにかけて、第２接合層８６の成分が含浸した領域６９を有する。ＳＯＦＣの運転時、特に起動時には、アノード側とカソード側との間に差圧（カソード側が高い圧力側）が生じる。サポートセル１２は、このような運転時の差圧に対する十分な機械的な強度を有する必要がある。セルフレーム７０とアノード側サポート層６８とをろう付けすることによって、運転時の差圧に対する十分な機械的な強度を担保する補強構造を提供できる。したがって、第２接合層８６は、アノード側サポート層６８とセルフレーム７０との間の接合強度を高めることができる。 The second bonding layer 86 is arranged between the cell frame 70 and the anode side support layer 68. The second bonding layer 86 further has a shape extending toward the surface of the cell frame 70 similarly to the second bonding layer 84 of the third modification. The end portion 71 of the cell frame 70 is surrounded by the support surface 68b of the anode side support layer 68 and the second bonding layer 86. As the material of the second bonding layer 86, a brazing material or glass can be used. In the fourth modification, the material of the second bonding layer 86 is a brazing material. The main element of the brazing filler metal is, for example, aluminum, copper, silver, or nickel. The cell frame 70 is brazed to the anode side support layer 68 by a second bonding layer 86 . The anode side support layer 68 has a region 69 impregnated with the components of the second bonding layer 86 over the support surface 68b and the vertical wall 68c. During operation of the SOFC, especially at startup, a pressure difference occurs between the anode side and the cathode side (the pressure side is higher on the cathode side). The support cell 12 needs to have sufficient mechanical strength against such differential pressure during operation. By brazing the cell frame 70 and the anode side support layer 68, it is possible to provide a reinforcing structure that ensures sufficient mechanical strength against differential pressure during operation. Therefore, the second bonding layer 86 can increase the bonding strength between the anode side support layer 68 and the cell frame 70.

サポートセルアッセンブリー１Ｅは、少なくとも、カソード側サポート層６２、カソード層５０、および電解質層４０の側面をまたいで覆うように、セルフレーム７０との間の短絡を防止する絶縁層１４０が配置されている。図示例では、絶縁層１４０は第１接合層８５の側面にも配置されている。絶縁層１４０は、例えば、アルミナ、ジルコニア、あるいはシリカのいずれかを主材料とし、コーティングによって形成される。絶縁層１４０は、セルフレーム７０とカソード側サポート層６２との間の絶縁性を高めることができる。 In the support cell assembly 1E, an insulating layer 140 for preventing short circuit with the cell frame 70 is arranged to cover at least the side surfaces of the cathode side support layer 62, the cathode layer 50, and the electrolyte layer 40. . In the illustrated example, the insulating layer 140 is also disposed on the side surface of the first bonding layer 85. The insulating layer 140 is mainly made of, for example, alumina, zirconia, or silica, and is formed by coating. The insulating layer 140 can improve the insulation between the cell frame 70 and the cathode-side support layer 62.

変形例４のサポートセル１２は、実施形態のサポートセル１０と同様に、露出させた電解質層４０とセルフレーム７０の下面とが第１接合層８５によって接合され、セルフレーム７０とアノード側サポート層６８とが第２接合層８６によって含浸接合されている。アノード側サポート層６８は、第２接合層８６の成分が含浸した領域６９を有する。サポートセル１２とセルフレーム７０とを複数個所において接合しているため、接合面積が増える。したがって、サポートセル１２とセルフレーム７０との間の接合強度を向上させることが可能なＳＯＦＣを提供できる。 Similar to the support cell 10 of the embodiment, in the support cell 12 of Modification 4, the exposed electrolyte layer 40 and the lower surface of the cell frame 70 are joined by the first bonding layer 85, and the cell frame 70 and the anode side support layer 68 are impregnated and bonded by a second bonding layer 86. The anode side support layer 68 has a region 69 impregnated with the components of the second bonding layer 86 . Since the support cell 12 and the cell frame 70 are joined at multiple locations, the joining area increases. Therefore, it is possible to provide a SOFC that can improve the bonding strength between the support cell 12 and the cell frame 70.

第１接合層８５は、ガスシール性を担保しつつ、アノード側サポート層６８の端部とカソード側サポート層６２の端部との間の絶縁性を高めることができる。また、第２接合層８６は、アノード側サポート層６８とセルフレーム７０との間の接合強度を高めることができる。さらに、絶縁層１４０は、セルフレーム７０とカソード側サポート層６２との間の絶縁性を高めることができる。 The first bonding layer 85 can improve insulation between the end of the anode support layer 68 and the end of the cathode support layer 62 while ensuring gas sealing performance. Further, the second bonding layer 86 can increase the bonding strength between the anode side support layer 68 and the cell frame 70. Furthermore, the insulating layer 140 can improve the insulation between the cell frame 70 and the cathode support layer 62.

図１０Ｂおよび図１０Ｃは、変形例４のアノード側サポート層６８の形成手法例を示す断面図である。 FIGS. 10B and 10C are cross-sectional views showing an example of a method for forming the anode-side support layer 68 of Modification 4. FIG.

図１０Ａに示したように、アノード側サポート層６８の段差部６８ａは、セルフレーム７０を支持する支持面６８ｂと、支持面６８ｂの内方端部に連続する縦壁６８ｃとを有する。段差部６８ａを形成することによって、アノード側サポート層６８に対するセルフレーム７０の位置合わせが容易になる。 As shown in FIG. 10A, the stepped portion 68a of the anode-side support layer 68 has a support surface 68b that supports the cell frame 70, and a vertical wall 68c continuous to the inner end of the support surface 68b. Forming the stepped portion 68a facilitates alignment of the cell frame 70 with respect to the anode side support layer 68.

図１０Ｂに示される形成手法にあっては、まず、大小サイズ違いのサポート層基板６８ｄ、６８ｅを貼り合わせる。その後、共焼成することによって両サポート層基板６８ｄ、６８ｅを接合し、段差部６８ａを有するアノード側サポート層６８を形成する。サポート層基板６８ｄ、６８ｅのそれぞれの気孔率は同じでもよいし、異ならせることもできる。 In the formation method shown in FIG. 10B, first, support layer substrates 68d and 68e of different sizes are bonded together. Thereafter, both support layer substrates 68d and 68e are bonded together by co-firing to form an anode-side support layer 68 having a stepped portion 68a. The porosity of the support layer substrates 68d and 68e may be the same or different.

図１０Ｃに示される形成手法にあっては、まず、レーザ装置６８ｆを用いたレーザ・エッチングによって、焼成前のサポート層基板６８ｇの上部外周６８ｈ（図において破線によって示される）を削落する。その後、焼成することによって、段差部６８ａを有するアノード側サポート層６８を形成する。 In the formation method shown in FIG. 10C, first, an upper outer periphery 68h (indicated by a broken line in the figure) of the unfired support layer substrate 68g is removed by laser etching using a laser device 68f. Thereafter, by firing, an anode side support layer 68 having a stepped portion 68a is formed.

その他の形成手法として、図示省略するが以下のものがある。化学的なエッチングによって、焼成前のサポート層基板の上部外周を削落し、その後、焼成することによって、段差部６８ａを有するアノード側サポート層６８を形成できる。また、３Ｄプリントによって焼成前のサポート層基板を成膜し、その後、焼成することによって、段差部６８ａを有するアノード側サポート層６８を形成できる。さらにまた、インクジェットプリンティングによって焼成前のサポート層基板を成膜し、その後、焼成することによって、段差部６８ａを有するアノード側サポート層６８を形成できる。 Other forming methods include the following, although not shown. The anode side support layer 68 having the stepped portion 68a can be formed by cutting off the upper outer periphery of the support layer substrate before firing by chemical etching and then firing it. Moreover, the anode side support layer 68 having the stepped portion 68a can be formed by forming a support layer substrate before firing by 3D printing and then firing it. Furthermore, the anode-side support layer 68 having the step portion 68a can be formed by forming a support layer substrate before firing by inkjet printing and then firing it.

図１１は、ろう材の種類と溶融温度範囲を模式的に示す図である。ろう材として、マグネシウムろうｂｍ１、アルミニウムろうｂｍ２、銀ろうｂｍ３、りん銅ろうｂｍ４、銅・黄銅ろうｂｍ５、ニッケルろうｂｍ６、金ろうｂｍ７、パラジウムろうｂｍ８が例示される。 FIG. 11 is a diagram schematically showing types of brazing filler metals and melting temperature ranges. Examples of the brazing material include magnesium solder BM1, aluminum solder BM2, silver solder BM3, phosphorous solder BM4, copper/brass solder BM5, nickel solder BM6, gold solder BM7, and palladium solder BM8.

変形例４では、第１接合層８５がガラスシールからなり、第２接合層８６がろう材からなる。第１接合層８５のガラスおよび第２接合層８６のろう材は、処理温度が同等となる材料が選択される。処理温度は、図中に破線によって示される運転温度よりも高い温度領域である。ガラスシールの処理温度と、ろう付けの処理温度とを合わせることによって、ガラスシールおよびろう付けを１回の工程によって同時に行うことができる。したがって、ガラスシール工程とろう付け工程とを別個に実施する場合に比べて、工程の短縮を図ることができる。また、ガラスシールおよびろう付けを同じ処理温度において実施することによって、サポートセルアッセンブリー１Ｅの構成部品は、熱膨張差に起因した悪影響を受けることが少なくなる。 In modification 4, the first bonding layer 85 is made of a glass seal, and the second bonding layer 86 is made of a brazing material. The glass of the first bonding layer 85 and the brazing material of the second bonding layer 86 are selected from materials that have the same processing temperature. The processing temperature is a temperature range higher than the operating temperature indicated by the broken line in the figure. By matching the glass seal processing temperature and the brazing processing temperature, glass sealing and brazing can be performed simultaneously in one process. Therefore, compared to the case where the glass sealing process and the brazing process are performed separately, the process can be shortened. Additionally, by performing glass sealing and brazing at the same processing temperature, the components of support cell assembly 1E are less adversely affected by differential thermal expansion.

図９Ｂにおいて、白抜き矢印１５１は第１接合層８５と電解質層４０との接合を示し、白抜き矢印１５２は第１接合層８５とセルフレーム７０との接合を示している。白抜き矢印１５３は第２接合層８６とセルフレーム７０の端部７１との接合を示し、白抜き矢印１５４は第２接合層８６とアノード側サポート層６８の縦壁６８ｃとの含浸接合を示し、白抜き矢印１５５は第２接合層８６とアノード側サポート層６８の支持面６８ｂとの含浸接合を示している。白抜き矢印１５６は第２接合層８６とセルフレーム７０の上面との接合を示している。 In FIG. 9B, a white arrow 151 indicates a bond between the first bonding layer 85 and the electrolyte layer 40, and a white arrow 152 indicates a bond between the first bonding layer 85 and the cell frame 70. A white arrow 153 indicates a bond between the second bonding layer 86 and the end portion 71 of the cell frame 70, and a white arrow 154 indicates an impregnated bond between the second bonding layer 86 and the vertical wall 68c of the anode side support layer 68. , a white arrow 155 indicates an impregnated bond between the second bonding layer 86 and the support surface 68b of the anode side support layer 68. A white arrow 156 indicates a bond between the second bonding layer 86 and the upper surface of the cell frame 70.

なお、アノード側サポート層６８は、セルフレーム７０を支持する支持面を備えている限りにおいて、段違い構造に限定されない。 Note that the anode side support layer 68 is not limited to a stepped structure as long as it has a support surface that supports the cell frame 70.

（変形例５）
図１２は、変形例５における第１接合層８７、セルフレーム７０、および電解質層４０が接合された部分を拡大して示す断面図である。変形例４と共通する部材については、同一の符号を使用する。 (Modification 5)
FIG. 12 is an enlarged cross-sectional view showing a portion where the first bonding layer 87, the cell frame 70, and the electrolyte layer 40 are bonded in Modification 5. The same reference numerals are used for members common to Modification 4.

変形例５は、第１接合層８７がガラスに加えて電解質層４０の成分とセルフレーム７０の成分とを含み、さらに電解質層４０の成分とセルフレーム７０の成分との割合がＺ軸方向（積層方向）に傾斜している点において、変形例４と相違する。 In Modified Example 5, the first bonding layer 87 includes a component of the electrolyte layer 40 and a component of the cell frame 70 in addition to glass, and the ratio of the component of the electrolyte layer 40 and the component of the cell frame 70 is such that the ratio of the component of the electrolyte layer 40 and the component of the cell frame 70 is It differs from Modification Example 4 in that it is inclined in the stacking direction).

電解質層４０の成分は、例えば、ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）である。セルフレーム７０の成分は、例えば、ステンレスである。実施形態の第１接合層８１および変形例２の第１接合層８３は、電解質層４０の成分とセルフレーム７０の成分との割合はＺ軸方向（積層方向）に均一である。変形例５の第１接合層８７は、例えば、セルフレーム７０の成分が多い第１層８７ａと、電解質層４０の成分とセルフレーム７０の成分との割合がほぼ等しい第２層８７ｂと、電解質層４０の成分が多い第３層８７ｃと、を有する。第１接合層８７における第１層８７ａ、第２層８７ｂ、および第３層８７ｃのそれぞれの材料は、シール材あるいは接着剤に、電解質層４０の成分およびセルフレーム７０の成分を混合したものを使用できる。第１接合層８７は、セルフレーム７０と電解質層４０との間に、ステンレスリッチな第１層８７ａがセルフレーム７０に接触し、ＹＳＺリッチな第３層８７ｃが電解質層４０に接触した状態に配置される。このようにして、第１接合層８７は、電解質層４０の成分とセルフレーム７０の成分との割合がＺ軸方向（積層方向）に傾斜する。なお、第１接合層８７の層分けは３層に限定されるものではなく、２層または４層以上にできる。 The component of the electrolyte layer 40 is, for example, YSZ (yttria stabilized zirconia). The cell frame 70 is made of, for example, stainless steel. In the first bonding layer 81 of the embodiment and the first bonding layer 83 of Modification 2, the ratio of the components of the electrolyte layer 40 and the components of the cell frame 70 is uniform in the Z-axis direction (layering direction). The first bonding layer 87 of Modification 5 includes, for example, a first layer 87a containing many components of the cell frame 70, a second layer 87b in which the proportions of the components of the electrolyte layer 40 and the components of the cell frame 70 are approximately equal, and and a third layer 87c containing many components of layer 40. The material of each of the first layer 87a, second layer 87b, and third layer 87c in the first bonding layer 87 is a mixture of the components of the electrolyte layer 40 and the cell frame 70 in a sealant or adhesive. Can be used. The first bonding layer 87 is formed between the cell frame 70 and the electrolyte layer 40, with a stainless-rich first layer 87a in contact with the cell frame 70 and a YSZ-rich third layer 87c in contact with the electrolyte layer 40. Placed. In this way, in the first bonding layer 87, the ratio of the components of the electrolyte layer 40 and the components of the cell frame 70 is inclined in the Z-axis direction (layering direction). Note that the layer division of the first bonding layer 87 is not limited to three layers, but can be two layers or four or more layers.

第１接合層８７は、第１層８７ａの組成をセルフレーム７０の組成に近くでき、第３層８７ｃの組成を電解質層４０の組成に近くできる。このため、第１接合層８７は、第１層８７ａがセルフレーム７０と強固に接合され、第３層８７ｃが電解質層４０と強固に接合される。これによって、セルフレーム７０と第１接合層８７との間、および電解質層４０と第１接合層８７との間の密着性が向上する。したがって、サポートセル１２とセルフレーム７０との間の接合強度をより十分に確保できる。 In the first bonding layer 87, the composition of the first layer 87a can be made close to that of the cell frame 70, and the composition of the third layer 87c can be made close to the composition of the electrolyte layer 40. Therefore, in the first bonding layer 87, the first layer 87a is firmly bonded to the cell frame 70, and the third layer 87c is firmly bonded to the electrolyte layer 40. This improves the adhesion between the cell frame 70 and the first bonding layer 87 and between the electrolyte layer 40 and the first bonding layer 87. Therefore, the bonding strength between the support cell 12 and the cell frame 70 can be more fully ensured.

図１２において、白抜き矢印１５７は第３層８７ｃの電解質層４０の成分と電解質層４０との接合を示し、白抜き矢印１５８は第１層８７ａのセルフレーム７０の成分とセルフレーム７０との接合を示している。 In FIG. 12, a white arrow 157 indicates a bond between a component of the electrolyte layer 40 of the third layer 87c and the electrolyte layer 40, and a white arrow 158 indicates a bond between a component of the cell frame 70 of the first layer 87a and the cell frame 70. It shows the joining.

（変形例６）
図１３Ａは、変形例６のサポートセルアッセンブリー１Ｆを示す、図４Ａに相当する部分断面図であり、図１３Ｂは、絶縁層１４０を形成するときの状態を示す部分断面図である。なお、変形例４と共通する部材については、図面に同一の符号を付し、説明を一部省略する。 (Modification 6)
FIG. 13A is a partial cross-sectional view corresponding to FIG. 4A, showing a support cell assembly 1F of Modification Example 6, and FIG. 13B is a partial cross-sectional view showing a state when forming the insulating layer 140. Note that the same reference numerals are given to the same members in the drawings as in Modification 4, and some explanations are omitted.

変形例６は、セルフレーム７２の形状を改変した点において、変形例４と相違する。 Modification 6 differs from Modification 4 in that the shape of cell frame 72 is modified.

図１３Ａおよび図１３Ｂに示すように、変形例６のセルフレーム７２は、カソード側サポート層６２、カソード層５０、電解質層４０、および第１接合層８５の側面に向かい合う壁部７３を有するように折り曲げられている。図１３Ｂに示すように、カソード側サポート層６２等の側面と壁部７３との間に、空間部７４が形成される。 As shown in FIGS. 13A and 13B, the cell frame 72 of Modification 6 has a wall portion 73 facing the side surfaces of the cathode side support layer 62, the cathode layer 50, the electrolyte layer 40, and the first bonding layer 85. It is bent. As shown in FIG. 13B, a space 74 is formed between the side surface of the cathode side support layer 62 and the like and the wall 73.

絶縁層１４０を形成するときには、図１３Ｂに示すように、サポートセル１２およびセルフレーム７０は、空間部７４の開口７４ａが上方を向くように配置される。絶縁層１４０を形成する絶縁材を空間部７４に配置し、絶縁層１４０を形成する。絶縁材を空間部７４を満たすように充填することによって、いずれのサポートセル１２においても充填量を均一にできる。空間部７４はさらに、絶縁材を保持する機能をも発揮する。これによって、カソード側サポート層６２、カソード層５０、および電解質層４０の側面をまたいで覆うように絶縁層１４０を確実に形成することができる。したがって、セルフレーム７０とカソード側サポート層６２との間の絶縁性を一層高めることができる。 When forming the insulating layer 140, the support cell 12 and the cell frame 70 are arranged so that the opening 74a of the space 74 faces upward, as shown in FIG. 13B. An insulating material forming the insulating layer 140 is placed in the space 74 to form the insulating layer 140. By filling the space 74 with the insulating material, the filling amount can be made uniform in all support cells 12. The space 74 also functions to hold the insulating material. Thereby, the insulating layer 140 can be reliably formed to cover the side surfaces of the cathode side support layer 62, the cathode layer 50, and the electrolyte layer 40. Therefore, the insulation between the cell frame 70 and the cathode-side support layer 62 can be further improved.

（変形例７）
図１４は、変形例７のサポートセルアッセンブリー１Ｇを示す、図４Ａに相当する部分断面図である。なお、変形例４と共通する部材については、図面に同一の符号を付し、説明を一部省略する。 (Modification 7)
FIG. 14 is a partial cross-sectional view corresponding to FIG. 4A, showing a support cell assembly 1G of modification 7. Note that the same reference numerals are given to the same members in the drawings as in Modification 4, and some explanations are omitted.

変形例７は、セルフレーム７０に第１接合層８５の形成材料との濡れ性を向上させた構造を有する点において、変形例４と相違する。 Modification 7 differs from Modification 4 in that the cell frame 70 has a structure that improves wettability with the material forming the first bonding layer 85.

第１接合層８５は、ガラスシールから形成される。図１４に示すように、変形例７のセルフレーム７０は、第１接合層８５に向かい合う面のうち少なくとも第１接合層８５が接する範囲に、酸化物層７５が形成されている。酸化物層７５は、例えば、Ｃｒ_２Ｏ_３などから形成される。 The first bonding layer 85 is formed from a glass seal. As shown in FIG. 14, in the cell frame 70 of Modification Example 7, an oxide layer 75 is formed on at least a range of the surface facing the first bonding layer 85 that is in contact with the first bonding layer 85. The oxide layer 75 is made of, for example, Cr ₂ O ₃ .

酸化物層７５を形成することによって、第１接合層８５の形成材料であるガラスとの濡れ性が向上する。このため、第１接合層８５は、セルフレーム７０の酸化物層７５と強固に接合される。これによって、セルフレーム７０と第１接合層８５との間の密着性が向上する。したがって、サポートセル１２とセルフレーム７０との間の接合強度をより十分に確保できる。 By forming the oxide layer 75, wettability with glass, which is the material for forming the first bonding layer 85, is improved. Therefore, the first bonding layer 85 is firmly bonded to the oxide layer 75 of the cell frame 70. This improves the adhesion between the cell frame 70 and the first bonding layer 85. Therefore, the bonding strength between the support cell 12 and the cell frame 70 can be more fully ensured.

（変形例８）
図１５は、変形例８のサポートセルアッセンブリー１Ｈを示す、図４Ａに相当する部分断面図である。なお、変形例４と共通する部材については、図面に同一の符号を付し、説明を一部省略する。 (Modification 8)
FIG. 15 is a partial cross-sectional view corresponding to FIG. 4A, showing a support cell assembly 1H of modification 8. Note that the same reference numerals are given to the same members in the drawings as in Modification 4, and some explanations are omitted.

変形例８は、絶縁層１４１の剥離を抑えた構造を有する点において、変形例４と相違する。 Modification 8 differs from Modification 4 in that it has a structure in which peeling of the insulating layer 141 is suppressed.

図１５に示すように、変形例８の絶縁層１４１は、カソード側サポート層６２、カソード層５０、および電解質層４０の側面をまたいで覆う第１層１４１ａと、第１層１４１ａのＸＹ方向外側に第１層１４１ａを覆うように形成された第２層１４１ｂと、を有する。図示例では、第１層１４１ａは第１接合層８５の側面にも配置されている。第２層１４１ｂはセルフレーム７０の図中下面に接触する。外側の第２層１４１ｂを形成する絶縁材は、内側の第１層１４１ａを形成する絶縁材を覆うように塗布される。第１層１４１ａを形成する絶縁材は、絶縁効果の大きい絶縁材を使用する。第１層１４１ａを形成する絶縁材は、例えば、アルミナである。第２層１４１ｂを形成する絶縁材は、第１層１４１ａを形成する絶縁材の線膨張よりも大きく、セルフレーム７０の線膨張と同等の線膨張の絶縁材を使用する。第２層１４１ｂを形成する絶縁材は、例えば、ジルコニアである。 As shown in FIG. 15, the insulating layer 141 of Modification Example 8 includes a first layer 141a that covers the cathode side support layer 62, the cathode layer 50, and the side surfaces of the electrolyte layer 40, and an outer side of the first layer 141a in the XY direction. and a second layer 141b formed to cover the first layer 141a. In the illustrated example, the first layer 141a is also arranged on the side surface of the first bonding layer 85. The second layer 141b contacts the lower surface of the cell frame 70 in the figure. The insulating material forming the outer second layer 141b is applied so as to cover the insulating material forming the inner first layer 141a. As the insulating material forming the first layer 141a, an insulating material with a high insulation effect is used. The insulating material forming the first layer 141a is, for example, alumina. The insulating material forming the second layer 141b is an insulating material whose linear expansion is larger than that of the insulating material forming the first layer 141a and whose linear expansion is equivalent to that of the cell frame 70. The insulating material forming the second layer 141b is, for example, zirconia.

第１層１４１ａをこの第１層１４１ａよりも線膨張が大きい第２層１４１ｂによって覆うことによって、外側の第２層１４１ｂが熱変形に対して追従して変形して、内側の第１層１４１ａを保持し続ける。これによって、第１層１４１ａがカソード側サポート層６２、カソード層５０、および電解質層４０の側面から剥離し難くなり、第１層１４１ａとカソード側サポート層６２等の側面との間の密着性が向上する。したがって、セルフレーム７０とカソード側サポート層６２との間の絶縁性を十分に高めることができる。 By covering the first layer 141a with the second layer 141b having a larger linear expansion than the first layer 141a, the outer second layer 141b deforms to follow thermal deformation, and the inner first layer 141a deforms. continue to hold. This makes it difficult for the first layer 141a to peel off from the side surfaces of the cathode support layer 62, the cathode layer 50, and the electrolyte layer 40, and the adhesion between the first layer 141a and the side surfaces of the cathode support layer 62 and the like is reduced. improves. Therefore, the insulation between the cell frame 70 and the cathode support layer 62 can be sufficiently improved.

（変形例９）
図１６は、変形例９のサポートセルアッセンブリー１Ｉを示す、図４Ａに相当する部分断面図である。なお、変形例４と共通する部材については、図面に同一の符号を付し、説明を一部省略する。 (Modification 9)
FIG. 16 is a partial cross-sectional view corresponding to FIG. 4A, showing a support cell assembly 1I of modification 9. Note that the same reference numerals are given to the same members in the drawings as in Modification 4, and some explanations are omitted.

変形例９は、絶縁層１４２とカソード側サポート層１６２との密着性を向上させた構造を有する点において、変形例４と相違する。 Modification 9 differs from Modification 4 in that it has a structure in which the adhesion between the insulating layer 142 and the cathode support layer 162 is improved.

図１６に示すように、変形例８のカソード側サポート層１６２は、ＸＹ方向の中央部分の気孔率に比べて、ＸＹ方向の外側の端部１６２ａの気孔率が大きく形成されている。カソード側サポート層１６２の端部１６２ａは、絶縁層１４２を形成する絶縁材が含浸した領域１６３を有する。 As shown in FIG. 16, the cathode-side support layer 162 of Modification Example 8 has a larger porosity at the outer end portion 162a in the XY directions than the porosity at the center portion in the XY directions. The end portion 162a of the cathode side support layer 162 has a region 163 impregnated with an insulating material forming the insulating layer 142.

絶縁層１４２を形成する絶縁材をカソード側サポート層１６２の端部１６２ａに含浸させることによって、アンカー効果によって、絶縁層１４２とカソード側サポート層１６２との接合強度が高まる。これによって、絶縁層１４２がカソード側サポート層１６２、カソード層５０、および電解質層４０の側面から剥離し難くなり、絶縁層１４２とカソード側サポート層１６２等の側面との間の密着性が向上する。したがって、セルフレーム７０とカソード側サポート層１６２との間の絶縁性を十分に高めることができる。 By impregnating the end portion 162a of the cathode-side support layer 162 with the insulating material forming the insulating layer 142, the bonding strength between the insulating layer 142 and the cathode-side support layer 162 is increased due to the anchor effect. This makes it difficult for the insulating layer 142 to peel off from the side surfaces of the cathode support layer 162, the cathode layer 50, and the electrolyte layer 40, and improves the adhesion between the insulating layer 142 and the side surfaces of the cathode support layer 162, etc. . Therefore, the insulation between the cell frame 70 and the cathode support layer 162 can be sufficiently improved.

（変形例１０）
図１７は、変形例１０のサポートセルアッセンブリー１Ｊを示す、図４Ａに相当する部分断面図である。なお、変形例４と共通する部材については、図面に同一の符号を付し、説明を一部省略する。 (Modification 10)
FIG. 17 is a partial cross-sectional view corresponding to FIG. 4A, showing a support cell assembly 1J of modification 10. Note that the same reference numerals are given to the same members in the drawings as in Modification 4, and some explanations are omitted.

変形例１０は、絶縁層の構造を改変した点において、変形例４と相違する。 Modification 10 differs from Modification 4 in that the structure of the insulating layer is modified.

図１７に示すように、セルフレーム７０は、電解質層４０と対峙する側の表面に、カソード側サポート層６２との間の短絡を防止する絶縁被膜１４３が形成されている。絶縁被膜１４３は、セルフレーム７０の上記表面のうち、少なくとも、カソード側サポート層６２、カソード層５０、および電解質層４０の側面に接触するおそれのある範囲に形成される。絶縁被膜１４３は、例えば、アルミナコーティングから形成される。 As shown in FIG. 17, the cell frame 70 has an insulating coating 143 formed on the surface facing the electrolyte layer 40 to prevent short circuits with the cathode support layer 62. The insulating coating 143 is formed on the above-mentioned surface of the cell frame 70 in a range where it is likely to come into contact with at least the side surfaces of the cathode side support layer 62, the cathode layer 50, and the electrolyte layer 40. Insulating coating 143 is formed from, for example, an alumina coating.

セルフレーム７０に絶縁被膜１４３を形成することによって、セルフレーム７０とカソード側サポート層６２との接触による短絡を防ぎ、両者間の絶縁性を高めることができる。 By forming the insulating coating 143 on the cell frame 70, it is possible to prevent a short circuit due to contact between the cell frame 70 and the cathode side support layer 62, and improve the insulation between them.

１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆ、１Ｇ、１Ｈ、１Ｉ、１Ｊサポートセルアッセンブリー、
１０、１１、１２サポートセル、
２０電解質電極接合体、
３０アノード層、
４０電解質層、
５０カソード層、
６１、６５、６８アノード側サポート層（長さが短い側のサポート層）、
６２、１６２カソード側サポート層、
６１、６２アノード側サポート層およびカソード側サポート層（一対のサポート層）、
６３サポート層の端部、
６４、６６、６７、６９、１６３含浸した領域、
６８ａ段差部、
６８ｂ支持面、
６８ｃ縦壁、
７０、７２セルフレーム、
７１セルフレームの端部、
７３壁部、
７４空間部、
７４ａ開口、
７５酸化物層、
８１、８３、８５、８７第１接合層、
８２、８４、８６第２接合層、
１４０、１４１、１４２絶縁層、
１４３絶縁被膜。 1A, 1B, 1C, 1D, 1E, 1F, 1G, 1H, 1I, 1J Support cell assembly,
10, 11, 12 Support cell,
20 electrolyte electrode assembly,
30 anode layer,
40 electrolyte layer,
50 cathode layer,
61, 65, 68 Anode side support layer (support layer on the shorter side),
62, 162 cathode side support layer,
61, 62 Anode side support layer and cathode side support layer (pair of support layers),
63 End of support layer,
64, 66, 67, 69, 163 impregnated area,
68a step part,
68b support surface,
68c vertical wall,
70, 72 cell frame,
71 End of cell frame,
73 wall,
74 Space part,
74a opening,
75 oxide layer,
81, 83, 85, 87 first bonding layer,
82, 84, 86 second bonding layer,
140, 141, 142 insulating layer,
143 Insulating coating.

Claims

A solid oxide fuel cell having a support cell having a sandwich structure in which a pair of support layers having gas permeability are arranged with an electrolyte layer sandwiched therebetween,
A first bonding layer with the cell frame is formed at a portion where the electrolyte layer is exposed by making the lengths of the pair of support layers different, and the support layer is formed at the end of the cell frame and on the shorter side. forming a second bonding layer impregnating and bonding the ends of the
A solid oxide fuel cell , wherein the second bonding layer contains components of the electrolyte layer .

The solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein the first bonding layer includes a component of the electrolyte layer and a component of the cell frame.

The solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein the support layer is made of ceramic or metal.

The solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein the pair of support layers are both made of metal.

The solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein the electrolyte layer of the first bonding layer contains more components than the cell frame.

The solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein the second bonding layer is also disposed on the surface of the cell frame.