WO2015147072A1 - 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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一成 杉原
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京セラ株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a cell stack device, a module, and a module housing device.
  • solid oxide fuel cells may be used as cells capable of obtaining power using fuel gas (hydrogen-containing gas) and oxygen-containing gas (air) as next-generation energy.
  • fuel cells solid oxide fuel cells
  • a cell stack device in which a plurality of such devices are electrically arranged.
  • Various fuel cell modules in which a cell stack device is housed in a storage container and fuel cell devices in which a fuel cell module is housed in an outer case have been proposed (see, for example, Patent Document 1).
  • a plurality of fuel cells having a flat plate-like support having a pair of main surfaces are electrically connected in series via a conductive member, and the fuel cell and the conductive member Is connected by a conductive bonding material (see, for example, Patent Document 2).
  • the perovskite type composite is aimed at suppressing cracking by suppressing firing shrinkage and maintaining high power generation performance for a long period of time.
  • a porous current collecting layer containing conductive particles made of oxide and a fibrous body made of alumina is known (for example, see Patent Document 3).
  • an object of the present invention is to provide a cell stack device, a module, and a module housing device with improved performance.
  • the cell stack device of the present invention includes a plurality of columnar cells and a conductive member disposed between the cells and connected to the adjacent cells by a conductive bonding material.
  • the material includes conductive particles and an insulating fibrous body, and the long axis direction of the fibrous body is oriented in a predetermined direction at a portion where the conductive member and the cell face each other. It is characterized by.
  • the module of the present invention is characterized in that the cell stack device described above is accommodated in a storage container.
  • the module housing apparatus of the present invention is characterized in that the above-described module and an auxiliary device for operating the module are housed in an exterior case.
  • the cell stack device of the present invention can be an electrolytic cell stack device with improved performance.
  • the module of the present invention can be a module with improved performance.
  • the module storage device of the present invention can be a module storage device with improved performance.
  • FIG. 2 shows an excerpt of the conductive member shown in FIG. 1, wherein (a) is a perspective view and (b) is a cross-sectional view taken along line BB.
  • FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing a state in which a pair of cells are joined by a joining material via a conductive member, and shows a joined state between first and second cell facing portions of the conductive member and a fuel cell.
  • FIG. 1A and 1B show a cell stack device of the present embodiment, in which FIG. 1A is a side view schematically showing the cell stack device, and FIG. 1B is an enlarged cross-sectional view showing a part of FIG.
  • FIG. 1A is a side view schematically showing the cell stack device
  • FIG. 1B is an enlarged cross-sectional view showing a part of FIG.
  • the same components are described using the same reference numerals.
  • the cell stack device shown in FIG. 1 is a fuel cell stack device in which a plurality of fuel cells which are one type of cells are arranged.
  • a fuel cell is used as a cell and may be simply referred to as a cell.
  • a cell stack device 1 shown in FIG. 1 has a gas flow path 14 inside, and a fuel that is an inner electrode layer on one flat surface of a support 13 having a flat cross section having a pair of opposed flat surfaces.
  • the electrode layer 9, the solid electrolyte layer 10, and the air electrode layer 11, which is the outer electrode layer, are sequentially laminated, and the interconnector 12 is formed on the other flat surface where the fuel electrode layer 9 is not formed.
  • the fuel cells 3 are electrically connected in series by being disposed between the adjacent fuel cells 3 via the conductive member 4.
  • a conductive bonding material 15 described later is provided on the outer surface of the interconnector 12 and the outer surface of the air electrode layer 11, and the conductive member 4 is connected to the air electrode layer 11 and the interconnector 12 via the bonding material 15.
  • each fuel cell 3 constituting the cell stack 2 is fixed to the manifold 7 for supplying the reaction gas to the fuel cell 3 through the gas flow path 14 by a bonding material such as a glass seal material.
  • a bonding material such as a glass seal material.
  • the elastically deformable conductive member 5 whose lower end is fixed to the manifold 7 so as to sandwich the cell stack 2 from both ends in the arrangement direction of the fuel cells 3 (X direction shown in FIG. 1) via the conductive member 4. It has.
  • the current generated by the power generation of the cell stack 2 (fuel cell 3) is drawn out in a shape extending outward along the arrangement direction of the fuel cells 3.
  • a current extraction part 6 is provided.
  • the temperature of the fuel cell 3 is configured by burning the fuel gas (excess fuel gas) discharged from the gas flow path 14 on the upper end side of the fuel cell 3. Can be raised. Thereby, the start-up of the cell stack apparatus 1 can be accelerated.
  • the fuel electrode layer 9 generally known materials can be used, and porous conductive ceramics, for example, ZrO 2 in which a rare earth element oxide is dissolved (referred to as stabilized zirconia, partially stable). And Ni and / or NiO.
  • the solid electrolyte layer 10 has a function as an electrolyte that bridges electrons between the electrodes, and at the same time, has to have a gas barrier property in order to prevent leakage between the fuel gas and the oxygen-containing gas. It is formed from ZrO 2 in which 3 to 15 mol% of a rare earth element oxide is dissolved. In addition, as long as it has the said characteristic, you may form using another material etc.
  • the air electrode layer 11 is not particularly limited as long as it is generally used.
  • the air electrode layer 11 can be formed of a conductive ceramic made of a so-called ABO 3 type perovskite oxide.
  • the air electrode layer 11 is required to have gas permeability and preferably has an open porosity of 20% or more, particularly 30 to 50%.
  • the interconnector 12 can be formed from conductive ceramics, it is required to have reduction resistance and oxidation resistance because it is in contact with a fuel gas (hydrogen-containing gas) and an oxygen-containing gas (air, etc.). Therefore, a lanthanum chromite-based perovskite oxide (LaCrO 3 -based oxide) is preferably used.
  • the interconnector 12 must be dense to prevent leakage of the fuel gas flowing through the plurality of gas flow paths 14 formed in the support 13 and the oxygen-containing gas flowing outside the support 13, It is preferable to have a relative density of 93% or more, particularly 95% or more.
  • the support 13 is required to be gas permeable in order to allow the fuel gas to permeate to the fuel electrode layer 9 and to be conductive in order to collect current via the interconnector 12. Therefore, it is necessary to employ as the support 13 a material that satisfies such a requirement, and for example, conductive ceramics or cermets can be used.
  • a material that satisfies such a requirement for example, conductive ceramics or cermets can be used.
  • an iron group metal component and a specific rare earth oxide Y 2 O 3 , Yb 2 It is preferable to form the support 13 from O 3 or the like.
  • the support 13 preferably has an open porosity of 30% or more, particularly 35 to 50% in order to provide the required gas permeability, and its conductivity is 300 S / cm or more, particularly It is preferable that it is 440 S / cm or more.
  • the solid electrolyte layer 10 and the air electrode layer 11 are firmly joined between the solid electrolyte layer 10 and the air electrode layer 11, and the components of the solid electrolyte layer 10 and the air electrode are An intermediate layer can also be provided for the purpose of suppressing the formation of a reaction layer having a high electrical resistance by reacting with the components of the layer 11.
  • the intermediate layer can be formed with a composition containing Ce (cerium) and other rare earth elements, for example, (1): (CeO 2 ) 1-x (REO 1.5 ) x
  • RE is at least one of Sm, Y, Yb, and Gd
  • x is a number that satisfies 0 ⁇ x ⁇ 0.3. It is preferable to have the composition represented by these. Further, from the viewpoint of reducing electric resistance, it is preferable to use Sm or Gd as RE, and for example, it is preferably made of CeO 2 in which 10 to 20 mol% of SmO 1.5 or GdO 1.5 is dissolved. .
  • the solid electrolyte layer 10 and the air electrode layer 11 are firmly bonded, and the components of the solid electrolyte layer 10 and the components of the air electrode layer 11 react to form a reaction layer having high electrical resistance.
  • the intermediate layer may be formed of two layers.
  • an adhesion layer may be provided between the interconnector 12 and the support 13 in order to reduce the difference in thermal expansion coefficient between the interconnector 12 and the support 13. .
  • the adhesion layer can have a composition similar to that of the fuel electrode layer 9, and is formed of, for example, ZrO 2 in which a rare earth element oxide such as Y 2 O 3 is dissolved and Ni and / or NiO. Can do. Note that the volume ratio of ZrO 2 in which the rare earth element oxide is dissolved and Ni and / or NiO is preferably in the range of 40:60 to 60:40.
  • FIG. 2 shows an excerpt of the conductive member 4 shown in FIG. 1, where (a) is a perspective view, (b) is a cross-sectional view taken along the line BB, and FIG. 3 is a pair of fuel cells.
  • FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a state in which cells are joined with a joining material via a conductive member, and showing a joined state between first and second cell facing portions of the conductive member and a fuel cell.
  • the conductive member 4 shown in FIG. 2 includes a plurality of plate-like first cell facing portions 4a1 joined to one adjacent fuel cell 3 and both sides of the first cell facing portion 4a1 so as to be separated from the fuel cells.
  • the extended plate-like first separation portion 4a2 the plurality of plate-like second cell facing portions 4b1 joined to the other adjacent fuel cell 3, and the second cell facing portion 4b1 so as to be separated from the fuel cells.
  • a plate-like second spacing portion 4b2 extending from both sides of the plate.
  • first connecting portion 4c that connects one ends of the plurality of first spacing portions 4a2 and the plurality of second spacing portions 4b2, and the other ends of the plurality of first spacing portions 4a2 and the plurality of second spacing portions 4b2.
  • the second connecting portion 4d to be connected is a set of units, and a plurality of sets of these units are connected in the longitudinal direction of the fuel cell 3 by a conductive connecting piece 4e.
  • the first cell facing portion 4 a 1 and the second cell facing portion 4 b 1 are portions that are bonded to the fuel cell 3 via the bonding material 15.
  • the first cell facing portion 4 a 1 faces the interconnector 12 provided in the plurality of fuel cells 3, and the second cell facing portion 4 b 1 faces the air electrode layer 11.
  • the interconnector 12 is formed to protrude outward from both sides of the first cell facing portion 4a1, and the air electrode layer 11 is formed to protrude outward from both sides of the second cell facing portion 4b1.
  • the length of the conductive member 4 along the longitudinal direction of the fuel cell 3 is such that the current generated by the power generation unit of the fuel cell 3 flows efficiently in the longitudinal direction of the air electrode layer 11 in the fuel cell 3. It is preferable to be equal to or longer than the length.
  • the conductive member 4 needs to have heat resistance and conductivity, and can be made of metal or alloy.
  • the conductive member 4 since it is exposed to a high-temperature oxidizing atmosphere, it can be manufactured from an alloy containing Cr at a rate of 4 to 30%, and is made of an Fe—Cr alloy, an Ni—Cr alloy, or the like. Can be made.
  • an oxidation resistant coating may be applied to the surface of the conductive member 4. Thereby, deterioration of the conductive member 4 can be reduced. It is preferable to apply the oxidation resistant coating to the entire surface of the conductive member 4. Thereby, it can suppress that the surface of the electrically-conductive member 4 is exposed to high temperature oxidation atmosphere.
  • the conductive member 4 shown in FIG. 2 is formed by pressing a single rectangular plate member to form a plurality of slits extending in the longitudinal direction of the plate member in the longitudinal direction of the plate member, and the first cell facing portion 4a1.
  • the first cell separation portion 4a2, the second cell facing portion 4b1, and the second cell separation portion 4b2 can be produced by alternately projecting the portions between the slits.
  • the bonding material 15 of the first embodiment for connecting the conductive member 4, the air electrode layer 11 of the fuel cell 3 and the interconnector 12 will be described.
  • the bonding material 15 in the present embodiment includes conductive particles and an insulating fibrous body.
  • the conductive particles include particles made of a transition metal perovskite oxide.
  • a material having higher electron conductivity than the material constituting the interconnector for example, LaSrCoFeO 3 -based oxide, LaMnO 3 -based oxide, LaFeO 3 -based oxide in which Mn, Fe, Co, etc. exist at the B site P-type semiconductor ceramics made of at least one of a material, LaCoO 3 -based oxide, and the like can be used.
  • the bonding material 15 of the present embodiment includes an insulating fibrous body.
  • Conductive particles may sinter during manufacturing or during power generation, and firing shrinkage may occur, but by including an insulating fibrous body, firing shrinkage due to sintering between conductive particles is suppressed, resulting in As a result, the occurrence of cracks can be suppressed.
  • an insulating fibrous body one having a smaller thermal expansion coefficient than that of conductive particles is preferable for the purpose of suppressing the generation of cracks.
  • oxides of Al, Ti, and Si is preferable. It can be one.
  • Such a fibrous body has an average diameter (corresponding to a long diameter described later) of 3 ⁇ m or more, preferably 5 to 15 ⁇ m from the viewpoint of suppressing firing shrinkage between the conductive particles and suppressing generation of cracks.
  • the average aspect ratio (major axis / minor axis) is 3 or more, preferably 5 to 15.
  • the average diameter and average aspect ratio of the fibrous body were determined by dissolving the transition metal perovskite oxide contained in the bonding material 15 with hydrochloric acid or the like and removing the remaining fibrous body with a scanning electron microscope (SEM). Thus, for example, for 100 fibrous bodies, the diameter and aspect ratio can be obtained and averaged.
  • the bonding material 15 preferably contains 70 to 95% by weight of conductive particles and 5 to 30% by weight of fibrous bodies.
  • the fibrous body described above is insulative, the conductivity of the bonding material 15 itself may be reduced. Therefore, in the present embodiment, for example, in the configuration of the cell stack apparatus 1 shown in FIG. 3, bonding is performed at a portion where the conductive member 4 and the fuel cell 3 face each other (portion indicated by a broken line A in FIG. 3).
  • the fibrous body contained in the material 15 is oriented in the direction in which the major axis direction is perpendicular to the fuel cell 3. The “direction perpendicular to the fuel cell 3” corresponds to the “predetermined direction”.
  • the current generated by the fuel cell 3 flows in the left-right direction in FIG.
  • the current generated by the fuel cell 3 flows so as to avoid the surface of the fibrous body, but the major axis direction is perpendicular to the fuel cell 3 as in this embodiment.
  • the current path between the fuel cells 3 can be shortened, and the conductivity can be improved.
  • FIG. 4 is an electron microscope (SEM) photograph of a joining material in which a broken line portion of the joining material 15 joining the fuel cell 3 and the conductive member 4 shown in FIG. 3 is a photograph corresponding to a cross section (in other words, a cross section perpendicular to the short direction of the fuel cell) cut along the arrangement direction of the cells 3 (X direction shown in FIG. 3), and FIG. It is a photograph corresponding to a cross section cut in parallel with (in other words, a cross section perpendicular to the thickness direction of the bonding material).
  • SEM electron microscope
  • FIG. 4 what is shown in dark gray is the fibrous body 16, and in FIG. 4A, the fibrous body 16 is oriented in the left-right direction, which is the direction perpendicular to the fuel cell 3. Yes. Thereby, it can suppress that the flow of the electric current between the fuel cell 3 and the electrically-conductive member 4 is inhibited, and can improve electroconductivity.
  • the fibrous body 16 is oriented in a direction perpendicular to the fuel cell 3 in the cross section perpendicular to the short direction of the fuel cell 3.
  • the angle between the extension line in the axial direction and the fuel battery cell 3 is in the range of 45 to 135 degrees, and the following is agreed.
  • the bonding material 15 is the fibrous body 16 of the fibrous body 16 in a cross section perpendicular to the short direction of the fuel battery cell 3. Is preferably 50% or more, and more preferably 90% or more. Thereby, an electric current flows efficiently between the fuel battery cell 3 and the electrically-conductive member 4, and electroconductivity can be improved.
  • the fibrous body 16 In determining the ratio of the fibrous body 16 oriented in the direction perpendicular to the fuel cell 3, first, it was cut in parallel with the fuel cell 3 as shown in FIG. In the photograph corresponding to the cross section, ten fibrous bodies having an aspect ratio (major axis / minor axis) of 1.5 or less are arbitrarily selected, and the average value of the major axis is obtained. On the other hand, in the photograph corresponding to the cross section perpendicular to the short direction of the fuel cell 3 as shown in FIG. When the length of the major axis is shorter than the average major axis obtained in FIG. 4B, the fibrous body 16 is not oriented in the direction perpendicular to the fuel cell 3. .
  • the length of the major axis calculated based on FIG. 4A is longer than the average major axis in FIG. 4B, the extension of the major axis and the end of the photograph (the left or right end of the photograph are And the angle of 45 to 135 degrees is calculated as the direction in which the fibrous body 16 in the present embodiment is perpendicular to the fuel cell 3. Orientated. Then, in the cross-sectional photograph of FIG. 4A, the number counted that the fibrous body 16 is oriented in the direction perpendicular to the fuel cell 3 is the total number of the fibrous bodies 16 in the cross-sectional photograph. It is possible to obtain the ratio in which the fibrous body 16 is oriented in the direction perpendicular to the fuel cell 3.
  • the fibrous body 16 has a ratio of the major axis to the minor axis. Is preferably 1.7 or less.
  • the shape of the fibrous body 16 approaches a prism or a cylinder, and the distance that the current avoids in the major axis direction in the cross section of the fibrous body 16 can be shortened, and the conductivity can be improved.
  • the bonding material 15 described above is prepared by first using conductive particles and fibrous powders, such as a barrel mill, a rotating mill, a vibration mill, a bead mill, a sand mill, an agitator mill, etc., paraffin wax, polyvinyl alcohol (PVA), polyethylene. It is wet-mixed with an organic binder such as glycol (PEG) and pulverized to prepare a slurry.
  • conductive particles and fibrous powders such as a barrel mill, a rotating mill, a vibration mill, a bead mill, a sand mill, an agitator mill, etc.
  • paraffin wax polyvinyl alcohol (PVA)
  • PVA polyvinyl alcohol
  • PEG polyvinyl alcohol
  • This slurry is applied to the surface of the fuel cell 3 or the conductive member 4 in a state where the fuel cell 3 or the conductive member 4 is laid using a dispenser having a large number of injection holes, or a sheet in which the fibrous body 16 is oriented in the thickness direction.
  • the bonding material of the present embodiment can be obtained by manufacturing, attaching this sheet, and performing heat treatment.
  • FIG. 5 is a schematic diagram of a side surface of the fuel cell showing a warped state.
  • the air electrode layer 11 is provided on one main surface side of the support 13 and the interconnector 12 is provided on the other main surface side.
  • the hydrogen-containing gas fuel gas
  • the amount of reduction expansion of the interconnector 12 becomes large, and as shown in FIG.
  • the interconnector 12 and the air electrode layer 11 also tend to be deformed in accordance with the warp of the support 13 as shown in FIG.
  • a crack occurs in the bonding material 15 between the conductive member 4 and the air electrode layer 11.
  • a crack is generated in the bonding material 15 between the conductive member 4 and the interconnector 12, and as a result, the fuel cell 3 and the conductive member 4 may be peeled off.
  • the long axis direction of the fibrous body 16 is oriented in the longitudinal direction of the fuel cell 3 in the bonding material 15 that connects the fuel cell 3 and the conductive member 4.
  • the “longitudinal direction of the fuel cell 3” corresponds to the “predetermined direction”.
  • the orientation direction of the fibrous body 16 in the bonding material 15 on the air electrode layer 11 side is substantially the same as the compression direction generated on the air electrode layer 11 side. Therefore, since the fibrous body 16 is less likely to be deformed due to compressive stress, deformation of the support 13 on the air electrode layer 11 side can be suppressed.
  • transformation by the side of the air electrode layer 11 is suppressed, the deformation
  • FIG. 6 is a schematic view for explaining a cross section of the bonding material shown in FIG.
  • the cross section indicated by the AA line is a cross section cut in parallel with the fuel cell 3 (in other words, a cross section perpendicular to the thickness direction of the bonding material).
  • the cross section indicated by the line BB is a cross section (in other words, a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the fuel cell) cut along the arrangement direction of the fuel cells 3 (X direction shown in FIG. 6).
  • the cross section indicated by line CC is a cross section cut along the arrangement direction of fuel cells 3 (X direction shown in FIG. 6) (in other words, a cross section perpendicular to the short direction of the fuel cells).
  • FIG. 7 is a view schematically showing a cross section taken along line AA of the bonding material according to the second embodiment.
  • the major axis direction of the fibrous body 16 is oriented in the longitudinal direction of the fuel cell 3.
  • the fact that the long axis direction of the fibrous body 16 is oriented in the longitudinal direction of the fuel cell 3 means that a cross section perpendicular to the thickness direction of the bonding material 15 (cross section indicated by line AA).
  • the angle between the extended line in the major axis direction of the fibrous body 16 and the longitudinal direction of the fuel cell 3 is in the range of ⁇ 40 to 40 degrees, and the following is the agreement.
  • the ratio of the long axis direction of the fibrous body 16 to the longitudinal direction of the fuel cell 3 is 50% or more. More preferably.
  • the aspect ratio (major axis / minor axis) Is arbitrarily selected 10 fibrous bodies having a diameter of 1.5 or less, and the average value of the major axis is obtained.
  • the length of each major axis is obtained.
  • the major axis direction of the fibrous body 16 is not oriented in the longitudinal direction of the fuel cell 3.
  • the angle at which the extended line of the major axis and the longitudinal direction of the fuel cell 3 intersect each other is ⁇ 40 to 40 degrees, and the long axis direction of the fibrous body 16 in the present embodiment is oriented in the longitudinal direction of the fuel cell 3.
  • the number of the fibrous bodies 16 counted as those in which the long axis direction of the fibrous bodies 16 is oriented in the longitudinal direction of the fuel cell 3 is shown in FIG.
  • the ratio of the long axis direction of the fibrous body 16 to the longitudinal direction of the fuel cell 3 can be obtained.
  • FIG. 8 is a diagram schematically showing a cross section taken along line CC of the bonding material according to the second embodiment.
  • the cell stack device 1 is in a high temperature environment when used. Therefore, a shear stress is generated on the joint surface between the air electrode layer 11 and the conductive member 4 in a direction parallel to the joint surface due to a difference in thermal expansion between the two members.
  • the fibrous body 16 of the bonding material 15 between the two members is excessively oriented in a specific direction, the shear stress in the specific direction becomes too strong, and the gap between the conductive member 4 and the air electrode layer 11 is increased. Cracks are likely to occur in the bonding material 15. Similarly, cracks are likely to occur in the bonding material 15 between the interconnector 12 and the conductive member 4 as well.
  • the long axis direction of the fibrous body 16 is the fuel cell in the cross section perpendicular to the short direction of the fuel cell 3 of the bonding material 15 (cross section shown by the CC line). It is more preferable that the proportion of the cells 3 oriented in the longitudinal direction is 30% or less.
  • the angle at which the extended line of the major axis intersects the longitudinal direction of the fuel cell 3 And the angle is ⁇ 25 to 25 degrees, and the long axis direction of the fibrous body 16 in this embodiment is oriented in the longitudinal direction of the fuel cell 3.
  • the fibrous bodies 16 are not oriented in a specific direction, and are arranged so that the long axes of the fibrous bodies 16 extend randomly.
  • the shear stress due to the difference in thermal expansion can be dispersed in a plurality of directions on the joint surface between the air electrode layer 11 and the conductive member 4 and the joint surface between the interconnector 12 and the conductive member 4. Therefore, the shear stress can be relaxed. Therefore, it is possible to further suppress the occurrence of cracks in the bonding material 15 between the conductive member 4 and the air electrode layer 11 or in the bonding material 15 between the conductive member 4 and the interconnector 12.
  • the bonding material 15 described above is prepared by first using conductive particles and fibrous powders, such as a barrel mill, a rotating mill, a vibration mill, a bead mill, a sand mill, an agitator mill, etc., paraffin wax, polyvinyl alcohol (PVA), polyethylene. It is wet-mixed with an organic binder such as glycol (PEG) and pulverized to prepare a slurry.
  • conductive particles and fibrous powders such as a barrel mill, a rotating mill, a vibration mill, a bead mill, a sand mill, an agitator mill, etc.
  • paraffin wax polyvinyl alcohol (PVA)
  • PVA polyvinyl alcohol
  • PEG polyvinyl alcohol
  • This slurry is applied to the surface of the fuel cell 3 or the conductive member 4 while using the dispenser in which a large number of injection holes are formed. At that time, slurry is injected while moving the dispenser in the longitudinal direction of the fuel cell 3. By this step, the major axis direction of the fibrous body 16 is oriented in the longitudinal direction of the fuel cell 3.
  • the orientation ratio is determined by appropriately adjusting the movement speed of the dispenser, the angle of the dispenser, and the diameter of the discharge port of the dispenser.
  • the long axis direction of the fibrous body 16 is oriented in the short direction of the fuel battery cell 3 in the bonding material 15 that connects the fuel battery cell 3 and the conductive member 4.
  • the orientation direction of the fibrous body 16 in the bonding material 15 on the interconnector 12 side is substantially the same as the direction of compression deformation (short direction of the fuel cell 3) occurring on the interconnector 12 side. Become. Therefore, since the fibrous body 16 is less likely to be deformed due to compressive stress, deformation in the short direction of the fuel cell 3 on the interconnector 12 side can be suppressed. Thereby, the tensile deformation in the longitudinal direction of the fuel cell 3 in the interconnector 12 can be suppressed incidentally.
  • the occurrence of cracks in the bonding material 15 between the conductive member 4 and the interconnector 12 can be suppressed.
  • the compressive deformation in the longitudinal direction of the fuel cell 3 on the air electrode layer 11 side can be suppressed. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of cracks in the bonding material 15 between the conductive member 4 and the air electrode layer 11. Therefore, the generation of cracks in the bonding material 15 can be suppressed.
  • FIG. 9 is a view schematically showing a cross section taken along line AA of the bonding material according to the third embodiment.
  • the long axis direction of the fibrous body 16 is oriented in the short direction of the fuel cell 3.
  • the “short direction of the fuel cell 3” corresponds to the “predetermined direction”.
  • the fact that the long axis direction of the fibrous body 16 is oriented in the short direction of the fuel cell 3 means that a cross section perpendicular to the thickness direction of the bonding material 15 (cross section indicated by line AA). ),
  • the angle at which the extended line in the major axis direction of the fibrous body 16 and the short direction of the fuel cell 3 intersect is in the range of ⁇ 40 to 40 degrees, and the following is the agreement.
  • the ratio in which the long axis direction of the fibrous body 16 is oriented in the short direction of the fuel cell 3 is 50% or more. It is more preferable that thereby, since the compressive deformation of the fuel cell 3 in the short direction of the interconnector 12 can be further suppressed, the bonding material 15 between the conductive member 4 and the air electrode layer 11 or the conductive member 4 and the interconnector 12 is In the bonding material 15 between, it can suppress that a crack generate
  • the aspect ratio (major axis / minor axis) is taken in the section indicated by the line CC. ) Is arbitrarily selected from 10 fibrous bodies having a value of 1.5 or less, and the average value of the major axis is obtained. On the other hand, in the cross section indicated by the line AA as shown in FIG. 9, the length of each major axis is obtained. When the length of the major axis is shorter than the average major axis obtained in the cross section indicated by the line CC, the major axis direction of the fibrous body 16 is oriented in the lateral direction of the fuel cell 3. Make it not exist.
  • the angle at which the extended axis of the major axis intersects the short direction of the fuel cell 3 The angle is ⁇ 40 to 40 degrees, and the long axis direction of the fibrous body 16 in this embodiment is oriented in the short direction of the fuel cell 3.
  • the number of the fibrous bodies 16 counted as those in which the long axis direction of the fibrous bodies 16 is oriented in the short direction of the fuel cell 3 is shown in FIG. By dividing by the number of the bodies 16, it is possible to obtain a ratio in which the long axis direction of the fibrous body 16 is oriented in the short direction of the fuel cell 3.
  • FIG. 10 is a diagram schematically showing a cross section taken along line BB of the bonding material according to the third embodiment.
  • the cell stack device 1 is in a high temperature environment when used. Therefore, a shear stress is generated on the joint surface between the air electrode layer 11 and the conductive member 4 in a direction parallel to the joint surface due to a difference in thermal expansion between the two members.
  • the fibrous body of the bonding material 15 between the two members is excessively oriented in a specific direction, the shear stress in the specific direction becomes too strong, and the bonding between the conductive member 4 and the air electrode layer 11 is performed. Cracks are likely to occur in the material 15. Similarly, cracks are likely to occur in the bonding material 15 between the interconnector 12 and the conductive member 4 as well.
  • the long axis direction of the fibrous body 16 is the fuel cell. It is more preferable that the ratio of orientation in the lateral direction of 3 is 30% or less.
  • the angle at which the extension of the major axis and the longitudinal direction of the fuel cell 3 intersect And the angle is ⁇ 25 to 25 degrees, and the long axis direction of the fibrous body 16 in the present embodiment is oriented in the short direction of the fuel cell 3.
  • each fibrous body is not oriented in a specific direction, and is arranged so that the long axis of the fibrous body extends at random.
  • the shear stress due to the difference in thermal expansion can be dispersed in a plurality of directions on the joint surface between the air electrode layer 11 and the conductive member 4 and the joint surface between the interconnector 12 and the conductive member 4. Therefore, the shear stress can be relaxed. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of cracks in the bonding material 15 between the conductive member 4 and the air electrode layer 11 or in the bonding material 15 between the conductive member 4 and the interconnector 12.
  • the bonding material 15 described above is prepared by first using conductive particles and fibrous powders, such as a barrel mill, a rotating mill, a vibration mill, a bead mill, a sand mill, an agitator mill, etc., paraffin wax, polyvinyl alcohol (PVA), polyethylene. It is wet-mixed with an organic binder such as glycol (PEG) and pulverized to prepare a slurry.
  • conductive particles and fibrous powders such as a barrel mill, a rotating mill, a vibration mill, a bead mill, a sand mill, an agitator mill, etc.
  • paraffin wax polyvinyl alcohol (PVA)
  • PVA polyvinyl alcohol
  • PEG polyvinyl alcohol
  • This slurry is applied to the surface of the fuel cell 3 or the conductive member 4 while using the dispenser in which a large number of injection holes are formed. At that time, slurry is injected while moving the dispenser in the short direction of the fuel cell 3. By this step, the long axis direction of the fibrous body 16 is oriented in the short direction of the fuel cell 3.
  • the orientation ratio is determined by appropriately adjusting the movement speed of the dispenser, the angle of the dispenser, and the diameter of the discharge port of the dispenser.
  • FIG. 11 is an external perspective view showing an example of a fuel cell module (hereinafter sometimes referred to as a module) including the cell stack device 1 of the present embodiment.
  • a fuel cell module hereinafter sometimes referred to as a module
  • the cell stack device 1 of the present embodiment is stored inside the storage container 18.
  • a reformer 19 for generating fuel gas to be supplied to the fuel cell 3 is disposed above the cell stack device 1.
  • 11 shows the case where the cell stack device 1 shown in FIG. 1 includes two cell stacks 2, the number can be changed as appropriate. For example, only one cell stack 2 is provided. You may have. Further, the cell stack apparatus 1 may include the reformer 19.
  • the reformer 19 preferably has a structure capable of performing steam reforming, which is an efficient reforming reaction.
  • the reformer 19 has a vaporizer 20 for vaporizing water, and reforms raw fuel into fuel gas. And a reforming unit 21 in which a reforming catalyst (not shown) is disposed.
  • the fuel gas generated by the reformer 19 is supplied to the manifold 7 via the fuel gas distribution pipe 22 (corresponding to the fuel gas supply pipe 8 shown in FIG. 1), and the inside of the fuel cell 3 is supplied from the manifold 7. Is supplied to the fuel gas flow path provided in the.
  • FIG. 11 shows a state in which a part (front and rear surfaces) of the storage container 18 is removed and the cell stack device 1 stored inside is taken out rearward.
  • the cell stack device 1 can be slid and stored in the storage container 18.
  • an oxygen-containing gas is arranged between the cell stacks 2 juxtaposed on the manifold 7, so that the oxygen-containing gas flows from the lower end portion toward the upper end portion of the fuel cell 3.
  • a contained gas introduction member is disposed.
  • the fuel gas and the oxygen-containing gas that have not been used for power generation discharged from the fuel gas flow path in the fuel cell 3 are transferred to the upper end of the fuel cell 3 and the reformer 19. It is possible to raise and maintain the temperature of the fuel cell 3 by burning between the two.
  • the reformer 19 disposed above the fuel cell 3 (cell stack 2) can be warmed, and the reformer 19 can efficiently perform the reforming reaction.
  • the temperature in the module 17 becomes about 500 to 1000 ° C. with the combustion and power generation of the fuel cell 3.
  • FIG. 12 is an exploded perspective view showing an example of the fuel cell device of the present embodiment in which the module 17 shown in FIG. 11 and an auxiliary machine (not shown) for operating the module 17 are housed in the outer case.
  • FIG. 12 a part of the configuration is omitted.
  • the fuel cell device 38 shown in FIG. 12 divides the interior of the exterior case composed of the support columns 39 and the exterior plate 40 into upper and lower portions by a partition plate 41, and the upper side thereof serves as a module storage chamber 42 for storing the above-described module 17.
  • the lower side is configured as an auxiliary equipment storage chamber 43 for storing auxiliary equipment for operating the module 17.
  • the auxiliary machine stored in the auxiliary machine storage chamber 43 is omitted.
  • the partition plate 41 is provided with an air circulation port 44 for flowing the air in the auxiliary machine storage chamber 43 to the module storage chamber 42 side, and a part of the exterior plate 40 constituting the module storage chamber 42 An exhaust port 45 for exhausting the air in the module storage chamber 42 is provided.
  • the module 17 having improved performance is stored in the module storage chamber 42, and the auxiliary machine for operating the module 17 is stored in the auxiliary device storage chamber 43.
  • the fuel cell device 38 with improved performance can be obtained.
  • a fuel battery cell in which the air electrode layer 11, the solid electrolyte layer 10, and the fuel electrode layer 9 are disposed on the support 13 may be used.
  • the fuel electrode layer 9, the solid electrolyte layer 10, and the air electrode layer 11 are laminated on the support 13, but the fuel electrode layer 9 itself is used as a support without using the support 13.
  • the fuel electrode layer 9 may be provided with a solid electrolyte layer 10 and an air electrode layer 11.
  • hydrogen is generated by electrolyzing water vapor (water) by applying water vapor and voltage to the electrolysis cell.
  • SOEC electrolysis cell
  • O 2 oxygen and oxygen
  • the hollow plate type solid oxide fuel cell has been described, but a so-called horizontal stripe fuel cell may be used.
  • various intermediate layers may be formed between the members in accordance with the function.
  • the electrical conductivity of these test pieces was measured at about 800 ° C. based on the direct current four-terminal method.
  • the results are shown in FIG.
  • the long axis direction of the fibrous body is a direction perpendicular to the fuel cell
  • the measurement of the electrical conductivity is performed between the one end and the other end in the long side direction of the rectangular parallelepiped test piece.
  • Measure by the terminal method when the long axis direction of the fibrous body is a direction parallel to the fuel cell, the measurement of the conductivity is performed between the one end and the other end in the short side direction of the rectangular parallelepiped test piece. Measure by the terminal method.
  • the fibrous body has a long axis direction as compared with a test piece in which the long axis direction of the fibrous body is oriented in the vertical direction (corresponding to a direction parallel to the fuel cell). Is higher than the conductivity of the test piece oriented in the lateral direction (corresponding to a direction perpendicular to the fuel cell).
  • At the part where the conductive member and the fuel cell face each other at least a part of the fibrous body is in a direction in which the long axis direction is perpendicular to the fuel cell. It was confirmed that the conductivity was improved by the orientation.
  • a plurality of test pieces having the ratio of the major axis to the minor axis of the fibrous body as shown in Table 2 using the same material as in Example 1 were sample No. 7 to 10 were produced.
  • the ratio in which the fibrous body is oriented in the long side direction of the test piece is the sample No. 7 is 93%, sample no. 8 is 90%, sample no. 9 is 76%, sample no. 10 made 50%.
  • the ratio of the major axis to the minor axis was calculated by taking an SEM photograph corresponding to a cross section perpendicular to the long side direction of the test piece as shown in FIG.
  • the ratio of the major axis to the minor axis of each sample described in Table 2 was the average value of the fibrous body 16 present in a cross-sectional photograph of a 500 ⁇ m square region arbitrarily shot.
  • sample No. 11-14 specimens using the same manufacturing method as in Example 1, the sample No. Prepare 11-14 specimens. Moreover, the material of the fibrous body of each sample was as shown in Table 3. Sample No. No. 11 was a test piece not containing a fibrous body.
  • Example 3 For each test piece, the same firing as in Example 1 was performed at the time of manufacture, and then whether or not a minute crack was generated was visually observed. The results are shown in Table 3. In addition, this test was performed on the bonding material alone, and the presence or absence of cracks in the bonding material alone was visually observed.
  • the material of the fibrous body is an oxide of Al, Si, and Ti, it was confirmed that firing shrinkage between the conductive particles can be suppressed and occurrence of cracks can be suppressed.
  • a fiber composed of 88.5% by mass of La 0.6 Sr 0.4 Co 0.2 Fe 0.8 O 3 powder having an average particle diameter of 5 ⁇ m and an aluminum oxide having an average diameter of 3 ⁇ m and an average aspect ratio of 5 11.5% by mass of the powdered powder was mixed, and an organic binder and a solvent were mixed to prepare a slurry.
  • this slurry was applied to the surface of the fuel cell of the example shown in FIG. 1 using a dispenser in which many injection ports were formed.
  • the movement direction of the dispenser was the longitudinal direction of the fuel cell.
  • the conductive member was placed on the surface of the slurry, dried in the atmosphere, and then heated at 1000 ° C. to join the conductive member to the fuel cell.
  • sample no. A joined body of a conductive member and a fuel battery cell according to 15 to 19 was produced.
  • a test (start / stop test) was performed in the fuel cell 3 using these assemblies, in which the fuel gas was supplied from the inlet of the gas flow path to the outlet, and the supply of the fuel gas was stopped after a certain period of time.
  • the start / stop test was performed 50 times with the first joined body, the SEM photograph was observed, and if a crack was generated, the test was terminated and the crack was generated. If not, the start-stop test was performed 100 times with the second joined body, and the same observation was performed. In this way, the same test and observation were sequentially performed 150 times and 200 times.
  • Sample No. Examples shown in Samples 16 to 18 are sample Nos. Compared with the example shown in 15, the number of start / stop tests until a crack was observed was significantly increased. Therefore, in the cross section perpendicular to the thickness direction of the bonding material (AA cross section), when the ratio of the long axis direction of the fibrous body to the longitudinal direction of the fuel cell is 50% or more, the bonding It was confirmed that the generation of cracks in the material could be further suppressed.
  • sample No. Using the same production method as in Nos. 15 to 18, sample no. A joined body of a conductive member and a fuel battery cell according to 20 to 22 was produced.
  • a fiber composed of 88.5% by mass of La 0.6 Sr 0.4 Co 0.2 Fe 0.8 O 3 powder having an average particle diameter of 5 ⁇ m and an aluminum oxide having an average diameter of 3 ⁇ m and an average aspect ratio of 5 11.5% by mass of the powdered powder was mixed, and an organic binder and a solvent were mixed to prepare a slurry.
  • this slurry was applied to the surface of the fuel cell of the example shown in FIG. 1 using a dispenser in which many injection ports were formed.
  • the moving direction of the dispenser was the short direction of the fuel cell.
  • the conductive member was placed on the surface of the slurry, dried in the atmosphere, and then heated at 1000 ° C. to join the conductive member to the fuel cell.
  • sample No. A joined body of the conductive member and the fuel cell according to 23 to 27 was produced.
  • Sample No. Examples shown in 24-26 are sample Nos. Compared with the example shown in FIG. 23, the number of start / stop tests until a crack was observed was significantly increased. Therefore, in a cross section perpendicular to the thickness direction of the bonding material (AA cross section), when the ratio of the long axis direction of the fibrous body to the short direction of the fuel cell is 50% or more, It has been confirmed that the occurrence of cracks in the bonding material can be further suppressed.
  • sample No. Samples Nos. 23 to 26 were prepared using the same production method. A joined body of a conductive member and a fuel battery cell according to 28 to 30 was produced.
  • sample No. Examples shown in 29 and 30 are sample Nos.
  • the number of start / stop tests until a crack is observed is greatly increased. Therefore, the ratio of the long axis direction of the fibrous body to the short direction of the fuel cell 3 is 30 in the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the fuel cell of the bonding material (cross section shown by the line BB). It was confirmed that when the amount was not more than%, it was possible to further suppress the occurrence of cracks in the bonding material.
  • cell stack device 3 fuel cell 4: conductive member 15: bonding material 16: fibrous body 17: fuel cell module 38: fuel cell device

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Abstract

　【課題】　導電性の向上したセルスタック装置、モジュールおよびモジュール収容装置を提供する。　【解決手段】　本発明の電解セルスタック装置は、複数個の柱状のセル３と、セル３の間に配置され、導電性の接合材１５にて隣り合うセル３に接続された導電部材４と、を備えており、接合材１５は、導電性粒子と絶縁性の繊維状体１６とを含んでなり、導電部材４とセル３とが対向する部位において、繊維状体１６の長軸方向が所定の方向に配向している。

Description

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
　本発明は、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、燃料ガス（水素含有ガス）と酸素含有ガス（空気）とを用いて電力を得ることができるセルとして固体酸化物形燃料電池セル（以下、燃料電池セルと略す場合がある）を電気的に複数個配列してなるセルスタック装置が知られている。また、セルスタック装置を収納容器内に収納してなる燃料電池モジュールや、燃料電池モジュールを外装ケース内に収納してなる燃料電池装置が種々提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
　このようなセルスタック装置では、一対の主面を有する平板状の支持体を有する燃料電池セルの複数個を、導電部材を介して電気的に直列に接続してなり、燃料電池セルと導電部材とは、導電性接合材にて接続されている（例えば、特許文献２参照。）。
　さらに、隣接する燃料電池セルを電気的に接続する多孔質集電層として、焼成収縮を抑制することでクラックの発生を抑制し、高い発電性能を長期間維持することを目的として、ペロブスカイト型複合酸化物からなる導電性粒子と、アルミナからなる繊維状体とを含有する多孔質集電層が知られている（例えば、特許文献３参照。）。
特開２００７－５９３７７号公報 特開２０１３－１２３９９号公報 特開２０１０－２５７７４４号公報
　ところで、特許文献３に記載された多孔質集電層においては、クラックの発生を抑制できる点で優れたものではあったが、アルミナが絶縁性であることから、導電性の点で改善の余地があった。また、特許文献２においては、その製造工程等において燃料電池セルに反りを生じる場合があり、それに伴って導電性接合材にクラックが発生し、ひいてはセルと導電部材が剥がれるおそれがあった。
　それゆえ、本発明は、性能が向上したセルスタック装置、モジュールおよびモジュール収容装置を提供することを目的とする。
　本発明のセルスタック装置は、複数個の柱状のセルと、該セルの間に配置され、導電性の接合材にて隣り合う前記セルに接続された導電部材と、を備えており、前記接合材は、導電性粒子と絶縁性の繊維状体とを含んでなり、前記導電部材と前記セルとが対向する部位において、前記繊維状体の長軸方向が所定の方向に配向していることを特徴とする。
　本発明のモジュールは、収納容器内に、上述のセルスタック装置を収容してなることを特徴とする。
　本発明のモジュール収容装置は、外装ケース内に、上述のモジュールと、該モジュールの運転を行なうための補機とを収納してなることを特徴とする。
　本発明のセルスタック装置は、性能の向上した電解セルスタック装置とすることができる。
　また、本発明のモジュールは、性能の向上したモジュールとすることができる。
　さらに、本発明のモジュール収容装置は、性能の向上したモジュール収容装置とすることができる。
本実施形態のセルスタック装置を示し、（ａ）はセルスタック装置を概略的に示す側面図、（ｂ）は（ａ）の一部を拡大して示す横断面図である。 図１に示す導電部材を抜粋して示すもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）はＢ－Ｂ線に沿った断面図である。 一対のセルを、導電部材を介して接合材で接合した状態を示すもので、導電部材の第１、第２セル対面部と燃料電池セルとの接合状態を示す縦断面図である。 図３に示す破線部分に相当する第１の実施形態に係る接合材を模式的に作製した部材の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真であり、（ａ）は燃料電池セルの配列方向に沿って切断した断面に相当する写真であり、（ｂ）は燃料電池セルと平行に切断した断面に相当する写真である。 セルの反りの状態を示す、セル側面の模式図である。 図３に示す接合材の断面を説明するための模式図である。 第２の実施形態に係る接合材のＡ－Ａ線で示す断面を模式的に示す図である。 第２の実施形態に係る接合材のＣ－Ｃ線で示す断面を模式的に示す図である。 第３の実施形態に係る接合材のＡ－Ａ線で示す断面を模式的に示す図である。 第３の実施形態に係る接合材のＢ－Ｂ線で示す断面を模式的に示す図である。 本実施形態のモジュールの一例を示す斜視図である。 本実施形態の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。 直流４端子法に基づく試験片の導電率を測定した結果を示すグラフである。
　以下、図面を用いて本実施形態のセルスタック装置について説明する。図１は、本実施形態のセルスタック装置を示し、（ａ）はセルスタック装置を概略的に示す側面図、（ｂ）は（ａ）の一部を拡大して示す横断面図である。なお、以降の図において同一の構成については同一の符号を用いて説明する。
　なお、図１に示すセルスタック装置は、セルの１種である燃料電池セルを複数個配列してなる燃料電池セルスタック装置である。なお、以下の説明において、セルとして燃料電池セルを用いて説明し、単にセルという場合がある。
　図１に示すセルスタック装置１は、内部にガス流路１４を有して、一対の対向する平坦面をもつ断面が扁平状の支持体１３の一方の平坦面上に内側電極層である燃料極層９と、固体電解質層１０と、外側電極層である空気極層１１とを順次積層してなるとともに、他方の平坦面のうちの燃料極層９が形成されていない部位にインターコネクタ１２を積層してなる柱状の燃料電池セル３の複数個を備えるセルスタック２を有している。
　そして、隣接する燃料電池セル３間に導電部材４を介して配置することで、燃料電池セル３同士が電気的に直列に接続される。なお、インターコネクタ１２の外面および空気極層１１の外面には、後述する導電性の接合材１５が設けられており、導電部材４を、接合材１５を介して空気極層１１およびインターコネクタ１２に接続させることより、両者の接触がオーム接触となって電位降下を少なくし、導電性能の低下を有効に抑制することができる。
　そして、セルスタック２を構成する各燃料電池セル３の下端が、ガス流路１４を介して燃料電池セル３に反応ガスを供給するためのマニホールド７にガラスシール材等の接合材により固定されている。なお、図１に示すセルスタック装置１においては、ガス流路１４にマニホールド７より反応ガスとして水素含有ガス（燃料ガス）を供給する場合の例を示しており、マニホールド７の側面に、燃料ガスをマニホールド７内に供給するための燃料ガス供給管８が接続されている。
　また、燃料電池セル３の配列方向（図１に示すＸ方向）の両端から導電部材４を介してセルスタック２を挟持するように、マニホールド７に下端が固定された弾性変形可能な導電部材５を具備している。ここで、図１に示す端部導電部材５においては、燃料電池セル３の配列方向に沿って外側に向けて延びた形状で、セルスタック２（燃料電池セル３）の発電により生じる電流を引出すための電流引出し部６が設けられている。
　ちなみに、上記セルスタック装置１においては、ガス流路１４より排出される燃料ガス（余剰の燃料ガス）を燃料電池セル３の上端部側で燃焼させるように構成することにより燃料電池セル３の温度を上昇させることができる。それにより、セルスタック装置１の起動を早めることができる。
　以下に、図１において示す燃料電池セル３を構成する各部材について説明する。
　例えば、燃料極層９は、一般的に公知のものを使用することができ、多孔質の導電性セラミックス、例えば希土類元素酸化物が固溶しているＺｒＯ２（安定化ジルコニアと称し、部分安定化も含むものとする。）とＮｉおよび／またはＮｉＯとから形成することができる。
　固体電解質層１０は、電極間の電子の橋渡しをする電解質としての機能を有していると同時に、燃料ガスと酸素含有ガスとのリークを防止するためにガス遮断性を有することが必要とされ、３～１５モル％の希土類元素酸化物が固溶したＺｒＯ２から形成される。なお、上記特性を有する限りにおいては、他の材料等を用いて形成してもよい。
　空気極層１１は、一般的に用いられるものであれば特に制限はなく、例えば、いわゆるＡＢＯ３型のペロブスカイト型酸化物からなる導電性セラミックスから形成することができる。空気極層１１はガス透過性を有していることが必要であり、開気孔率が２０％以上、特に３０～５０％の範囲にあることが好ましい。
　インターコネクタ１２は、導電性セラミックスから形成することができるが、燃料ガス（水素含有ガス）および酸素含有ガス（空気等）と接触するため、耐還元性及び耐酸化性を有することが必要であり、それゆえ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）が好適に使用される。インターコネクタ１２は支持体１３に形成された複数のガス流路１４を流通する燃料ガス、および支持体１３の外側を流通する酸素含有ガスのリークを防止するために緻密質でなければならず、９３％以上、特に９５％以上の相対密度を有していることが好ましい。
　支持体１３としては、燃料ガスを燃料極層９まで透過するためにガス透過性であること、さらには、インターコネクタ１２を介して集電するために導電性であることが要求される。したがって、支持体１３としては、かかる要求を満足するものを材質として採用する必要があり、例えば導電性セラミックスやサーメット等を用いることができる。燃料電池セル３を作製するにあたり、燃料極層９または固体電解質層１０との同時焼成により支持体１３を作製する場合においては、鉄属金属成分と特定希土類酸化物（Ｙ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３等）とから支持体１３を形成することが好ましい。また、支持体１３は、所要ガス透過性を備えるために開気孔率が３０％以上、特に３５～５０％の範囲にあるのが好適であり、そしてまたその導電率は３００Ｓ／ｃｍ以上、特に４４０Ｓ／ｃｍ以上であるのが好ましい。
　なお、図示はしていないが、固体電解質層１０と空気極層１１との間に、固体電解質層１０と空気極層１１との接合を強固とするとともに、固体電解質層１０の成分と空気極層１１の成分とが反応して電気抵抗の高い反応層が形成されることを抑制する目的で中間層を備えることもできる。
　ここで、中間層としては、Ｃｅ（セリウム）と他の希土類元素とを含有する組成にて形成することができ、例えば、
（１）：（ＣｅＯ２）１－ｘ（ＲＥＯ１．５）ｘ
式中、ＲＥはＳｍ、Ｙ、Ｙｂ、Ｇｄの少なくとも１種であり、ｘは０＜ｘ≦０．３を満足する数。
で表される組成を有していることが好ましい。さらには、電気抵抗を低減するという点から、ＲＥとしてＳｍやＧｄを用いることが好ましく、例えば１０～２０モル％のＳｍＯ１．５またはＧｄＯ１．５が固溶したＣｅＯ２からなることが好ましい。
　また、固体電解質層１０と空気極層１１とを強固に接合するとともに、固体電解質層１０の成分と空気極層１１の成分とが反応して電気抵抗の高い反応層が形成されることをさらに抑制することを目的として、中間層を２層から形成することもできる。
　また、図示はしていないが、インターコネクタ１２と支持体１３との間に、インターコネクタ１２と支持体１３との間の熱膨張係数差を軽減する等のために密着層を設けることもできる。
　密着層としては、燃料極層９と類似した組成とすることができ、例えば、Ｙ２Ｏ３などの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とから形成することができる。なお、希土類元素酸化物が固溶したＺｒＯ２と、Ｎｉおよび／またはＮｉＯとは、体積比で４０：６０～６０：４０の範囲とすることが好ましい。
　図２は、図１に示す導電部材４を抜粋して示すもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）はＢ－Ｂ線に沿った断面図であり、図３は、一対の燃料電池セルを、導電部材を介して接合材で接合した状態を示すもので、導電部材の第１、第２セル対面部と燃料電池セルとの接合状態を示す縦断面図である。
　図２に示す導電部材４は、隣接する一方の燃料電池セル３と接合される複数の板状の第１セル対面部４ａ１と、燃料電池セルから離れるように第１セル対面部４ａ１の両側から延びた板状の第１離間部４ａ２と、隣接する他方の燃料電池セル３と接合される複数の板状の第２セル対面部４ｂ１と、燃料電池セルから離れるように第２セル対面部４ｂ１の両側から延びた板状の第２離間部４ｂ２とを有している。
　さらに、複数の第１離間部４ａ２および複数の第２離間部４ｂ２の一端同士を連結する第１連結部４ｃと、複数の第１離間部４ａ２および複数の第２離間部４ｂ２の他端同士を連結する第２連結部４ｄとを一組のユニットとし、これらのユニットの複数組が、燃料電池セル３の長手方向に導電性連結片４ｅにより連結されて構成されている。第１セル対面部４ａ１および第２セル対面部４ｂ１は、図３に示すように、接合材１５を介して燃料電池セル３に接合される部位である。
　それゆえ、複数の燃料電池セル３に設けられたインターコネクタ１２に第１セル対面部４ａ１が対面し、空気極層１１に第２セル対面部４ｂ１が対面する。そして、インターコネクタ１２は、第１セル対面部４ａ１の両側から外側にはみ出して形成され、空気極層１１は、第２セル対面部４ｂ１の両側から外側にはみ出して形成されている。
　なお導電部材４の燃料電池セル３の長手方向に沿った長さは、燃料電池セル３の発電部で発電された電流を効率よく流すにあたり、燃料電池セル３における空気極層１１の長手方向における長さと同等以上とすることがよい。
　ここで、導電部材４は、耐熱性および導電性を有する必要があり、金属または合金により作製することができる。特には、導電部材４は、高温の酸化雰囲気に曝されることから４～３０％の割合でＣｒを含有する合金から作製することができ、Ｆｅ－Ｃｒの合金やＮｉ－Ｃｒの合金等により作製できる。
　また、導電部材４は、セルスタック装置１の作動時に高温の酸化雰囲気に曝されることから、導電部材４の表面に、耐酸化性のコーティングを施してもよい。それにより、導電部材４の劣化を低減することができる。耐酸化性のコーディングを施す部位としては、導電部材４の全表面に施すことが好ましい。それにより、導電部材４の表面が高温の酸化雰囲気に曝されることを抑えることができる。
　なお図２に示す導電部材４は、一枚の矩形状をした板部材にプレス加工を施して板部材の幅方向に延びるスリットを板部材の長手方向に複数形成し、第１セル対面部４ａ１、第１セル離間部４ａ２および第２セル対面部４ｂ１、第２セル離間部４ｂ２となるスリット間の部位を交互に突出させることにより作製することができる。
　以下に、導電部材４と、燃料電池セル３の空気極層１１とインターコネクタ１２とを接続するための、第１の実施形態の接合材１５について説明する。
　本実施形態における接合材１５は、導電性粒子と絶縁性の繊維状体とを含んでなる。導電性粒子としては、遷移金属ペロブスカイト型酸化物からなる粒子を例示することができる。具体的には、インターコネクタを構成する材料よりも電子伝導性が大きいもの、例えば、ＢサイトにＭｎ、Ｆｅ、Ｃｏなどが存在するＬａＳｒＣｏＦｅＯ３系酸化物、ＬａＭｎＯ３系酸化物、ＬａＦｅＯ３系酸化物、ＬａＣｏＯ３系酸化物などの少なくとも一種からなるＰ型半導体セラミックスを使用することができる。
　ところで、接合材を上述の遷移金属ペロブスカイト型酸化物からなる粒子で形成した場合に、この接合材にクラックが生じる可能性がある。それゆえ、このクラックの発生を抑制する目的で、本実施形態の接合材１５は、絶縁性の繊維状体を含む。
　製造時や発電中に導電性粒子同士が焼結し、焼成収縮が生じる場合があるが、絶縁性の繊維状体を含むことで、導電性粒子同士の焼結による焼成収縮が抑制され、結果として、クラックの発生を抑制することができる。このような絶縁性の繊維状体としては、よりクラックの発生を抑制する目的で、導電性粒子よりも熱膨張係数の小さいものが好ましく、例えば、Ａｌ、Ｔｉ、Ｓｉの酸化物のうち少なくとも１つとすることができる。
　このような繊維状体としては、導電性粒子同士の焼成収縮を抑制し、クラックの発生を抑制する観点から、平均直径（後述する長径に相当する）が３μｍ以上、好ましくは５～１５μｍであり、平均アスペクト比（長径／短径）が３以上、好ましくは５～１５のものを用いることができる。なお、繊維状体の平均直径、平均アスペクト比は、接合材１５に含まれる遷移金属ペロブスカイト型酸化物を塩酸等で溶解して除去し、残った繊維状体を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で、例えば１００個の繊維状体について、直径、アスペクト比を求め、これらを平均することで求めることができる。
　なお、接合材１５において、導電性粒子は７０～９５質量％、繊維状体は５～３０質量％含有していることが好ましい。
　しかしながら、上述の繊維状体は絶縁性であるがゆえに、接合材１５自身の導電性が低下する場合があった。それゆえ、本実施形態においては、例えば図３に示すセルスタック装置１の構成において、導電部材４と燃料電池セル３とが対向する部位（図３において破線Ａにて示した部位）において、接合材１５に含まれる繊維状体が、長軸方向が燃料電池セル３に対して垂直な方向に配向している。この「燃料電池セル３に対して垂直な方向」が「所定の方向」に相当する。
　図３に示すセルスタック装置１においては、燃料電池セル３で発電された電流が、図３における左右方向に流れることとなる。この場合に、燃料電池セル３で発電された電流は、繊維状体の表面を回避するように流れることとなるが、本実施形態のように、長軸方向が燃料電池セル３に対して垂直な方向に配向していることで、燃料電池セル３間の電流経路を短くすることができ、導電性を向上することができる。
　図４は、図３に示す燃料電池セル３と導電部材４とを接合する接合材１５の破線部分を模式的に作製した接合材の電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真であり、（ａ）は燃料電池セル３の配列方向（図３で示すＸ方向）に沿って切断した断面（言い換えれば、燃料電池セルの短手方向と垂直な断面）に相当する写真であり、（ｂ）は燃料電池セル３と平行に切断した断面（言い換えれば、接合材の厚み方向に垂直な断面）に相当する写真である。
　図４において、濃い灰色で示されたものが繊維状体１６であり、図４（ａ）において、繊維状体１６が、燃料電池セル３に対して垂直な方向である左右方向に配向している。それによって、燃料電池セル３と導電部材４との間における電流の流れが阻害されることを抑制でき、導電性を向上することができる。
　なお、本実施形態において、繊維状体１６が燃料電池セル３に対して垂直な方向に配向しているとは、燃料電池セル３の短手方向と垂直な断面において、繊維状体１６の長軸方向の延長線と燃料電池セル３との交わる角度が、４５～１３５度の範囲を言うものとし、以下同意である。
　ここで、燃料電池セル３と導電部材４との導電性を向上するにあたり、接合材１５は、燃料電池セル３の短手方向と垂直な断面において、繊維状体１６のうち、繊維状体１６が燃料電池セル３に対して垂直な方向に配向している割合が５０％以上であることが好ましく、さらには９０％以上であることがより好ましい。それにより、燃料電池セル３と導電部材４との間で、電流が効率よく流れることとなり、導電性を向上することができる。
　なお、上記の繊維状体１６が燃料電池セル３に対して垂直な方向に配向している割合を求めるにあたっては、まず、図４（ｂ）に示すような燃料電池セル３と平行に切断した断面に相当する写真において、アスペクト比（長径／短径）が１．５以下である繊維状体を任意で１０個選択して、その長径の平均値を求める。一方、図４（ａ）に示すような、燃料電池セル３の短手方向と垂直な断面に相当する写真において、それぞれの長軸の長さを求める。この長軸の長さが、図４（ｂ）において求めた平均長径よりも短い場合には、その繊維状体１６は、燃料電池セル３に対して垂直な方向に配向していないものとする。一方、図４（ａ）に基づいて算出した長軸の長さが、図４（ｂ）における平均長径よりも長いものについて、その長軸の延長線と写真の端（写真の左端又は右端をいう。燃料電池セルの面に相当する。）とが交わる角度を算出し、その角度が４５～１３５度のものを、本実施形態における繊維状体１６が燃料電池セル３に対して垂直な方向に配向しているものする。そして、図４（ａ）の断面写真において、この繊維状体１６が燃料電池セル３に対して垂直な方向に配向しているものとカウントされた個数を、断面写真における繊維状体１６の全部の個数で割ることで、繊維状体１６が燃料電池セル３に対して垂直な方向に配向している割合を求めることができる。
　さらに、燃料電池セル３で発電された電流は、繊維状体１６の表面を回避するように流れることから、回避のために流れる距離は短い方が好ましい。それゆえ、図４（ｂ）に示す燃料電池セル３と平行に切断した断面（接合材１５の厚み方向に垂直な断面）に相当する写真において、繊維状体１６が、短径に対する長径の比率が１．７以下であることが好ましい。それにより、繊維状体１６の形状が角柱もしくは円柱に近づくこととなり、電流が繊維状体１６の断面における長径方向に回避する距離を短くでき、導電性を向上することができる。なお、短径に対する長径の比率を求めるためには、図４（ｂ）に示す燃料電池セル３と平行に切断した断面（接合材１５の厚み方向に垂直な断面）に相当する写真において、例えば、縦５０μｍ×横５０μｍの任意の正方形領域を設定して、その領域内に存在する全ての繊維状体１６の短径に対する長径の比率を求め、それらの平均値を算出すればよい。
　ちなみに、上述した接合材１５は、まず、導電性粒子および繊維状体の粉末を、バレルミル、回転ミル、振動ミル、ビーズミル、サンドミル、アジテーターミル等を用い、パラフィンワックス、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）等の有機バインダーとともに湿式混合し、粉砕してスラリーを作製する。
　このスラリーを、射出孔が多数形成されたディスペンサーを用いて、燃料電池セル３もしくは導電部材４を寝かせた状態で、その表面に塗布する、もしくは、繊維状体１６が厚み方向に配向したシートを作製し、このシートを貼り付けて熱処理することで、本実施形態の接合材とすることができる。
　次に、第２の実施形態の接合材１５について説明する。図５は、燃料電池セルの反りの状態を示す、セル側面の模式図である。
　上述の燃料電池セル３では、支持体１３の一方の主面側に空気極層１１が設けられ、他方の主面側にインターコネクタ１２が設けられているので、例えば、支持体１３のガス流路１４に水素含有ガス（燃料ガス）を供給した際に、インターコネクタ１２の還元膨張量が大きくなり、図５に示すように、支持体１３は一方の主面が凹状となり他方の主面が凸状となるように反る傾向があった。これに伴って、インターコネクタ１２および空気極層１１も、図５に示すように、支持体１３の反りに合わせて変形する傾向があった。これに伴い、導電部材４と空気極層１１との間の接合材１５にクラックが発生する可能性があった。また、同様に、導電部材４とインターコネクタ１２との間の接合材１５にクラックが発生し、ひいては燃料電池セル３と導電部材４とが剥離するおそれがあった。
　それゆえ、本実施形態においては、燃料電池セル３と導電部材４とを接続する接合材１５において、繊維状体１６の長軸方向が燃料電池セル３の長手方向に配向している。この「燃料電池セル３の長手方向」が「所定の方向」に相当する。この場合には、空気極層１１側の接合材１５中の繊維状体１６の配向方向が、空気極層１１側で発生する圧縮方向とほぼ同じ向きになる。よって、この繊維状体１６は圧縮応力による変形が生じにくくなるので、支持体１３の空気極層１１側の変形を抑制することができる。また、空気極層１１側での変形が抑制されるので、付随的にインターコネクタ１２側の変形も抑制されることとなる。従って、導電部材４と空気極層１１との間の接合材１５、または導電部材４とインターコネクタ１２との間の接合材１５において、クラックが発生することを抑制できる。従って、接合材１５におけるクラックの発生を抑制させることができる。
　図６は、図３に示す接合材の断面を説明するための模式図である。Ａ－Ａ線で示す断面は、燃料電池セル３と平行に切断した断面（言い換えれば、接合材の厚み方向に垂直な断面）である。Ｂ－Ｂ線で示す断面は、燃料電池セル３の配列方向（図６で示すＸ方向）に沿って切断した断面（言い換えれば、燃料電池セルの長手方向と垂直な断面）である。Ｃ－Ｃ線で示す断面は、燃料電池セル３の配列方向（図６で示すＸ方向）に沿って切断した断面（言い換えれば、燃料電池セルの短手方向と垂直な断面）である。
　図７は、第２の実施形態に係る接合材のＡ－Ａ線で示す断面を模式的に示す図である。
　図７において、繊維状体１６の長軸方向が燃料電池セル３の長手方向に配向している。それによって、前述したように、接合材１５にクラックが発生することを抑制できる。
　なお、本実施形態において、繊維状体１６の長軸方向が燃料電池セル３の長手方向に配向しているとは、接合材１５の厚み方向に垂直な断面（Ａ－Ａ線で示す断面）において、繊維状体１６の長軸方向の延長線と燃料電池セル３の長手方向との交わる角度が、－４０～４０度の範囲にあることを言うものとし、以下同意である。
　また、接合材１５の厚み方向に垂直な断面（Ａ－Ａ線で示す断面）において、繊維状体１６の長軸方向が燃料電池セル３の長手方向に配向している割合が５０％以上であることがより好ましい。それにより、空気極層１１側の圧縮変形をさらに抑制し、また、これに付随してインターコネクタ１２側の引張変形も抑制できる。従って、導電部材４と空気極層１１との間の接合材１５、または導電部材４とインターコネクタ１２との間の接合材１５において、クラックが発生することをさらに抑制できる。
　なお、上記の繊維状体１６の長軸方向が燃料電池セル３の長手方向に配向している割合を求めるにあたっては、まず、Ｂ－Ｂ線で示す断面において、アスペクト比（長径／短径）が１．５以下である繊維状体を任意で１０個選択して、その長径の平均値を求める。一方、図７に示すような、Ａ－Ａ線で示す断面において、それぞれの長軸の長さを求める。この長軸の長さが、Ｂ－Ｂ線で示す断面おいて求めた平均長径よりも短い場合には、その繊維状体１６の長軸方向が燃料電池セル３の長手方向に配向していないものとする。一方、図７に基づいて算出した長軸の長さがＢ－Ｂ線で示す断面における平均長径よりも長いものについて、その長軸の延長線と燃料電池セル３の長手方向とが交わる角度を算出し、その角度が－４０～４０度のものを、本実施形態における繊維状体１６の長軸方向が燃料電池セル３の長手方向に配向しているものする。そして、図７に示す断面において、この繊維状体１６の長軸方向が燃料電池セル３の長手方向に配向しているものとカウントされた繊維状体１６の個数を、図７における繊維状体１６の全部の個数で割ることで、繊維状体１６の長軸方向が燃料電池セル３の長手方向に配向している割合を求めることができる。
　また、本測定は、接合材１５の厚み方向に垂直な断面（Ａ－Ａ線で示す断面）において、例えば縦５０μｍ×横５０μｍの任意の正方形領域を設定して、前述の割合を求めればよい。
　図８は、第２の実施形態に係る接合材のＣ－Ｃ線で示す断面を模式的に示す図である。
　セルスタック装置１は、使用時に高温環境下となる。よって、空気極層１１と導電部材４の接合面には、両部材の熱膨張差により、接合面に平行な方向にせん断応力が生じることとなる。ここで、両部材間の接合材１５の繊維状体１６が特定の方向に配向し過ぎると、特定の方向でのせん断応力が強くなり過ぎて、導電部材４と空気極層１１との間の接合材１５にクラックが発生しやすくなる。また、インターコネクタ１２と導電部材４との間の接合材１５においても同様にクラックが発生しやすくなる。
　それゆえ、図８に示す例のように、接合材１５の燃料電池セル３の短手方向と垂直な断面（Ｃ－Ｃ線で示す断面）において、繊維状体１６の長軸方向が燃料電池セル３の長手方向に配向している割合が３０％以下であることがより好ましい。ここで、図８に基づいて算出した長軸の長さがＢ－Ｂ線で示す断面における平均長径よりも長いものについて、その長軸の延長線と燃料電池セル３の長手方向とが交わる角度を算出し、その角度が－２５～２５度のものを、本実施形態における繊維状体１６の長軸方向が燃料電池セル３の長手方向に配向しているものする。この構成により、各繊維状体１６が特定の方向に配向せずに繊維状体１６の長軸がランダムに伸びるように配置されることとなる。このランダムな配置により、空気極層１１と導電部材４の接合面、およびインターコネクタ１２と導電部材４の接合面において、熱膨張差によるせん断応力を複数の方向に分散させることができる。従って、せん断応力を緩和できる。よって、導電部材４と空気極層１１との間の接合材１５、または導電部材４とインターコネクタ１２との間の接合材１５において、クラックが発生することをさらに抑制できる。
　ちなみに、上述した接合材１５は、まず、導電性粒子および繊維状体の粉末を、バレルミル、回転ミル、振動ミル、ビーズミル、サンドミル、アジテーターミル等を用い、パラフィンワックス、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）等の有機バインダーとともに湿式混合し、粉砕してスラリーを作製する。
　このスラリーを、射出孔が多数形成されたディスペンサーを用いて、燃料電池セル３もしくは導電部材４を寝かせた状態で、その表面に塗布する。その際、ディスペンサーを燃料電池セル３の長手方向に移動させながらスラリーを射出する。本工程によって、繊維状体１６の長軸方向が燃料電池セル３の長手方向に配向する。
　また、配向の割合は、ディスペンサーの移動速度、ディスペンサーの角度、ディスペンサーの吐出口の径を適宜調節することによって決定される。
　以上の方法以外にも、繊維状体１６が所望の方向に配向したシートを作製し、このシートを貼り付けて熱処理することで、本実施形態の接合材とすることができる。
　次に、第３の実施形態の接合材１５について説明する。
　本実施形態においては、燃料電池セル３と導電部材４とを接続する接合材１５において、繊維状体１６の長軸方向が燃料電池セル３の短手方向に配向している。この場合には、インターコネクタ１２側の接合材１５中の繊維状体１６の配向方向が、インターコネクタ１２側で発生する圧縮変形の方向（燃料電池セル３の短手方向）とほぼ同じ向きになる。よって、この繊維状体１６は圧縮応力による変形が生じにくくなるので、インターコネクタ１２側の燃料電池セル３の短手方向の変形を抑制することができる。これによって、付随的にインターコネクタ１２における燃料電池セル３の長手方向の引張変形を抑制することができる。従って、導電部材４とインターコネクタ１２との間の接合材１５において、クラックが発生することを抑制できる。また、インターコネクタ１２側における燃料電池セル３の長手方向の変形を緩和することにより、空気極層１１側における燃料電池セル３の長手方向の圧縮変形を抑制できることとなる。従って、導電部材４と空気極層１１との間の接合材１５において、クラックが発生することを抑制できる。従って、接合材１５におけるクラックの発生を抑制させることができる。
　図９は、第３の実施形態に係る接合材のＡ－Ａ線で示す断面を模式的に示す図である。
　図９において、繊維状体１６の長軸方向が燃料電池セル３の短手方向に配向している。この「燃料電池セル３の短手方向」が「所定の方向」に相当する。それによって、前述したように、接合材１５にクラックが発生することを抑制できる。
　なお、本実施形態において、繊維状体１６の長軸方向が燃料電池セル３の短手方向に配向しているとは、接合材１５の厚み方向に垂直な断面（Ａ－Ａ線で示す断面）において、繊維状体１６の長軸方向の延長線と燃料電池セル３の短手方向との交わる角度が、－４０～４０度の範囲にあることを言うものとし、以下同意である。
　また、接合材１５の厚み方向に垂直な断面（Ａ－Ａ線で示す断面）において、繊維状体１６の長軸方向が燃料電池セル３の短手方向に配向している割合が５０％以上であることがより好ましい。それにより、インターコネクタ１２における燃料電池セル３の短手方向の圧縮変形をさらに抑制できるので、導電部材４と空気極層１１との間の接合材１５、または導電部材４とインターコネクタ１２との間の接合材１５において、クラックが発生することを抑制できる。
　なお、上記の繊維状体１６の長軸方向が燃料電池セル３の短手方向に配向している割合を求めるにあたっては、まず、Ｃ－Ｃ線で示す断面において、アスペクト比（長径／短径）が１．５以下である繊維状体を任意で１０個選択して、その長径の平均値を求める。一方、図９に示すような、Ａ－Ａ線で示す断面において、それぞれの長軸の長さを求める。この長軸の長さが、Ｃ－Ｃ線で示す断面おいて求めた平均長径よりも短い場合には、その繊維状体１６の長軸方向が燃料電池セル３の短手方向に配向していないものとする。一方、図９に基づいて算出した長軸の長さがＣ－Ｃ線で示す断面における平均長径よりも長いものについて、その長軸の延長線と燃料電池セル３の短手方向とが交わる角度を算出し、その角度が－４０～４０度のものを、本実施形態における繊維状体１６の長軸方向が燃料電池セル３の短手方向に配向しているものする。そして、図９に示す断面において、この繊維状体１６の長軸方向が燃料電池セル３の短手方向に配向しているものとカウントされた繊維状体１６の個数を、図９における繊維状体１６の個数で割ることで、繊維状体１６の長軸方向が燃料電池セル３の短手方向に配向している割合を求めることができる。
　また、本測定は、接合材１５の厚み方向に垂直な断面（Ａ－Ａ線で示す断面）において、例えば縦５０μｍ×横５０μｍの任意の正方形領域を設定して、前述の割合を求めればよい。
　図１０は、第３の実施形態に係る接合材のＢ－Ｂ線で示す断面を模式的に示す図である。
　セルスタック装置１は、使用時に高温環境下となる。よって、空気極層１１と導電部材４の接合面には、両部材の熱膨張差により、接合面に平行な方向にせん断応力が生じることとなる。ここで、両部材間の接合材１５の繊維状体が特定の方向に配向し過ぎると、特定の方向でのせん断応力が強くなり過ぎて、導電部材４と空気極層１１との間の接合材１５にクラックが発生しやすくなる。また、インターコネクタ１２と導電部材４との間の接合材１５においても同様にクラックが発生しやすくなる。
　それゆえ、図１０に示す例のように、接合材１５の燃料電池セル３の長手方向と垂直な断面（Ｂ－Ｂ線で示す断面）において、繊維状体１６の長軸方向が燃料電池セル３の短手方向に配向している割合が３０％以下であることがより好ましい。ここで、図１０に基づいて算出した長軸の長さがＣ－Ｃ線で示す断面における平均長径よりも長いものについて、その長軸の延長線と燃料電池セル３の長手方向とが交わる角度を算出し、その角度が－２５～２５度のものを、本実施形態における繊維状体１６の長軸方向が燃料電池セル３の短手方向に配向しているものする。それにより、各繊維状体が特定の方向に配向せずに繊維状体の長軸がランダムに伸びるように配置されることとなる。このランダムな配置により、空気極層１１と導電部材４の接合面、およびインターコネクタ１２と導電部材４の接合面において、熱膨張差によるせん断応力を複数の方向に分散させることができる。従って、せん断応力を緩和できる。よって、導電部材４と空気極層１１との間の接合材１５、または導電部材４とインターコネクタ１２との間の接合材１５において、クラックが発生することを抑制できる。
　ちなみに、上述した接合材１５は、まず、導電性粒子および繊維状体の粉末を、バレルミル、回転ミル、振動ミル、ビーズミル、サンドミル、アジテーターミル等を用い、パラフィンワックス、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）等の有機バインダーとともに湿式混合し、粉砕してスラリーを作製する。
　このスラリーを、射出孔が多数形成されたディスペンサーを用いて、燃料電池セル３もしくは導電部材４を寝かせた状態で、その表面に塗布する。その際、ディスペンサーを燃料電池セル３の短手方向に移動させながらスラリーを射出する。本工程によって、繊維状体１６の長軸方向が燃料電池セル３の短手方向に配向する。
　また、配向の割合は、ディスペンサーの移動速度、ディスペンサーの角度、ディスペンサーの吐出口の径を適宜調節することによって決定される。
　以上の方法以外にも、繊維状体１６が所望の方向に配向したシートを作製し、このシートを貼り付けて熱処理することで、本実施形態の接合材とすることができる。
　図１１は、本実施形態のセルスタック装置１を備えてなる燃料電池モジュール（以下、モジュールという場合がある。）の一例を示す外観斜視図である。
　図１１に示すモジュール１７においては、収納容器１８の内部に、本実施形態のセルスタック装置１が収納されている。なお、セルスタック装置１の上方には、燃料電池セル３に供給する燃料ガスを生成するための改質器１９が配置されている。なお、図１１においては、図１に示すセルスタック装置１が２つのセルスタック２を備えている場合を示しているが、適宜その個数は変更することができ、例えばセルスタック２を１つだけ備えていてもよい。また、セルスタック装置１を、改質器１９を含むものとすることもできる。
　また、図１１に示す改質器１９においては、原燃料供給管２３を介して供給される天然ガスや灯油等の原燃料を改質して燃料ガスを生成する。なお、改質器１９は、効率のよい改質反応である水蒸気改質を行うことができる構造とすることが好ましく、水を気化させるための気化部２０と、原燃料を燃料ガスに改質するための改質触媒（図示せず）が配置された改質部２１とを備えている。そして、改質器１９で生成された燃料ガスは、燃料ガス流通管２２（図１に示す燃料ガス供給管８に相当）を介してマニホールド７に供給され、マニホールド７より燃料電池セル３の内部に設けられた燃料ガス流路に供給される。
　また図１１においては、収納容器１８の一部（前後面）を取り外し、内部に収納されるセルスタック装置１を後方に取り出した状態を示している。ここで、図１１に示したモジュール１７においては、セルスタック装置１を、収納容器１８内にスライドして収納することが可能である。
　なお、収納容器１８の内部には、マニホールド７に並置されたセルスタック２の間に配置され、酸素含有ガスが燃料電池セル３の側方を下端部から上端部に向けて流れるように、酸素含有ガス導入部材が配置されている。
　また、上述の構成のモジュール１７においては、燃料電池セル３における燃料ガス流路より排出される発電に使用されなかった燃料ガスと酸素含有ガスとを燃料電池セル３の上端と改質器１９との間で燃焼させることにより、燃料電池セル３の温度を上昇・維持させることができる。あわせて、燃料電池セル３（セルスタック２）の上方に配置された改質器１９を温めることができ、改質器１９で効率よく改質反応を行なうことができる。なお、通常発電時においては、上記燃焼や燃料電池セル３の発電に伴い、モジュール１７内の温度は５００～１０００℃程度となる。
　図１２は、外装ケース内に図１１で示したモジュール１７と、モジュール１７を動作させるための補機（図示せず）とを収納してなる本実施形態の燃料電池装置の一例を示す分解斜視図である。なお、図１２においては一部構成を省略して示している。
　図１２に示す燃料電池装置３８は、支柱３９と外装板４０から構成される外装ケース内を仕切板４１により上下に区画し、その上方側を上述したモジュール１７を収納するモジュール収納室４２とし、下方側をモジュール１７を動作させるための補機を収納する補機収納室４３として構成されている。なお、補機収納室４３に収納する補機を省略して示している。
　また、仕切板４１には、補機収納室４３の空気をモジュール収納室４２側に流すための空気流通口４４が設けられており、モジュール収納室４２を構成する外装板４０の一部に、モジュール収納室４２内の空気を排気するための排気口４５が設けられている。
　このような燃料電池装置３８においては、上述したように、性能の向上したモジュール１７をモジュール収納室４２に収納し、モジュール１７を動作させるための補機を補機収納室４３に収納して構成されることにより、性能の向上した燃料電池装置３８とすることができる。
　以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明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。
　例えば、支持体１３上に空気極層１１、固体電解質層１０、燃料極層９を配置した燃料電池セルであっても良い。さらに、例えば、上記形態では、支持体１３上に燃料極層９、固体電解質層１０、空気極層１１を積層したが、支持体１３を用いることなく、燃料極層９自体を支持体とし、この燃料極層９に、固体電解質層１０、空気極層１１を設けても良い。
　さらに、上記形態では燃料電池セル３、セルスタック装置１、モジュール１７ならびに燃料電池装置３８について説明したが、電解セルに水蒸気と電圧とを付与して水蒸気（水）を電気分解することにより、水素と酸素（Ｏ２）を生成する電解セル（ＳＯＥＣ）およびこの電解セルを備える電解セルスタック装置および電解モジュールならびに電解装置にも適用することができる。
　また、例えば、上記実施形態では、中空平板型の固体酸化物形燃料電池セルについて説明したが、いわゆる横縞型燃料電池セルであっても良い。さらに、各部材間に機能に合わせて各種中間層を形成しても良い。
平均粒径が５μｍのＬａ０．６Ｓｒ０．４Ｃｏ０．２Ｆｅ０．８Ｏ３の粉末を８８．５質量％と、平均直径が３μｍで平均アスペクト比が２０の酸化アルミニウムからなる繊維状体の粉末１１．５質量％を混合し、有機バインダーと溶媒を混合して、スラリーを作製した。
　続いて、このスラリーを用いて、あらかじめ作製した枠内に流し込み、乾燥した後、１０００℃で２時間焼成して、直方体状の試験片を作製した。
　なお、スラリーを枠に流し込むにあたって、ディスペンサーを直方体の枠に対して長辺方向に動かすことで、繊維状体を長軸方向が直方体の枠の長辺方向に配向している試験片を作製できる。ちなみに、この試験片を、長辺方向を燃料電池セルと垂直となるようにして貼り付けることで、繊維状体の長軸方向が燃料電池セルに対して垂直な方向となる。一方、この試験片の長辺方向が燃料電池セルの長さ方向に沿うように燃料電池セル３に貼り付けることで、繊維状体の長軸方向が燃料電池セルに対して平行な方向となる。なお、繊維状体の配向状態については、それぞれの試験片の一部を切断し、その断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真にて確認した。
　続いて、これらの試験片に対し、直流４端子法に基づき、試験片の導電率を８００℃程度で測定した。結果を図１３に示す。なお、繊維状体の長軸方向が燃料電池セルに対して垂直な方向である場合の導電率の測定は、直方体状の試験片における長辺方向の一端部および他端部の間で直流４端子法での測定を行う。また、繊維状体の長軸方向が燃料電池セルに対して平行な方向である場合の導電率の測定は、直方体状の試験片における短辺方向の一端部および他端部の間で直流４端子法での測定を行う。
　図１３に示すように、繊維状体の長軸方向が縦方向（燃料電池セルに対して平行な方向に相当）に配向している試験片に比較して、繊維状体が、長軸方向が横方向（燃料電池セルに対して垂直な方向に相当）に配向している試験片の導電率よりも高いことが確認できた。
　それゆえ、燃料電池セルと導電部材との接合において、導電部材と燃料電池セルとが対向する部位において、繊維状体の少なくとも一部を、長軸方向が燃料電池セルに対して垂直な方向に配向させることで、導電性が向上することが確認できた。
次に、実施例１と同様の材料によって、試験片の長辺方向に配向している割合（配向の割合）を表１に示すような値とした複数の試験片を試料Ｎｏ．１～６として作成した。各試料の配向の割合は、前述した個数比で算出した。
　そして、各試料の８００℃程度における導電率を測定した。その結果を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１より、繊維状体の試験片の長辺方向への配向度が９０％以上である試料Ｎｏ．１、２は、導電率が１８Ｓ／ｃｍより大きかった。従って、燃料電池セルに対して垂直な方向への配向度が９０％以上である場合には導電率を向上させることができることを確認できた。
次に、実施例１と同様の材料によって、繊維状体の短径に対する長径の比率を表２に示すような値とした複数の試験片を試料Ｎｏ．７～１０として作製した。繊維状体が試験片の長辺方向に配向している割合は、試料Ｎｏ．７が９３％、試料Ｎｏ．８が９０％、試料Ｎｏ．９が７６％、試料Ｎｏ．１０が５０％とした。また、短径に対する長径の比率は、図４（ｂ）のような、試験片の長辺方向に垂直な断面に相当するＳＥＭ写真を撮影して算出した。表２に記載した各試料の短径に対する長径の比率は、任意に撮影した５００μｍの正方形領域の断面写真中に存在する繊維状体１６の平均値とした。
　そして、各試料の８００℃程度における導電率を測定した。その結果を表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表２より、繊維状体の短径に対する長径の比率が１．７以下である試料Ｎｏ．７、８は、導電率が１８Ｓ／ｃｍより大きかった。従って、短径に対する長径の比率が１．７以下である場合には導電率を向上させることができることを確認できた。
次に、実施例１と同様の製造方法によって、試料Ｎｏ．１１～１４の試験片を作製し、。また、各試料の繊維状体の材料は表３に示す通りとした。なお、試料Ｎｏ．１１では繊維状体を含まない試験片とした。
　各試験片について、製造時に実施例１と同様の焼成を行った後、微小なクラックが生じているか否かを目視で観察した。その結果を表３に示す。なお、本試験は接合材単体で行い、接合材単体でクラック発生の有無を目視で観察した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　表３の結果より、繊維状体を入れなかった試料Ｎｏ．１１の試験片では、焼成後に微小なクラックが生じていた。一方、繊維状体の材料がＡｌ、Ｓｉ、Ｔｉの酸化物である試料Ｎｏ．１２～１４の試験片では、クラックが生じていなかった。
　よって、繊維状体の材料がＡｌ、Ｓｉ、Ｔｉの酸化物である場合には、導電性粒子同士の焼成収縮を抑制し、クラックの発生を抑制することができることを確認できた。
平均粒径が５μｍのＬａ０．６Ｓｒ０．４Ｃｏ０．２Ｆｅ０．８Ｏ３の粉末を８８．５質量％と、平均直径が３μｍで平均アスペクト比が５の酸化アルミニウムからなる繊維状体の粉末１１．５質量％を混合し、有機バインダーと溶媒を混合して、スラリーを作製した。
　続いて、射出口が多数形成されたディスペンサーを用いて、このスラリーを、図１に示す例の燃料電池セルを寝かせた状態で、その表面に塗布した。なお、ディスペンサーの移動方向は燃料電池セルの長手方向とした。
　このスラリーの表面に導電部材を載置して、大気中で乾燥させた後、１０００℃で加熱することによって導電部材を燃料電池セルに接合させた。
　以上のようにして試料Ｎｏ．１５～１９による導電部材と燃料電池セルとの接合体を作製した。
　次に、これらの接合体による燃料電池セル３において、ガス流路の入口から出口に燃料ガスを供給し、一定時間後に燃料ガスの供給を停止する試験（起動停止試験）を行った。
　その後、導電部材と燃料電池セルとの間の接合材におけるクラックの有無を観察した。本観察は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて行った。その結果を表４に示す。表４に示すように、各所定回数（５０回、１００回、１５０回、２００回）の起動停止試験後に、クラックの有無を観察した。クラックが有る場合は○で示し、無い場合は×で示した。なおＳＥＭ写真での観察は、図６におけるＣ－Ｃ断面とした。
　各試料Ｎｏの試験においては、まず１つ目の接合体によって５０回の起動停止試験を行い、ＳＥＭ写真を観察し、クラックが発生していれば、そこで試験を終了し、クラックが発生していなければ、２つ目の接合体によって１００回の起動停止試験を行って、同様の観察を行うものとした。このようにして、１５０回、２００回と順次同様の試験・観察を行うものとした。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　表４の結果より、試料Ｎｏ．１５～１８においては、少なくとも１００回の起動停止試験を行っても、接合材１５にクラックが発生しなかった。一方、試料Ｎｏ．１９においては、５０回の起動停止試験を行うと接合材にクラックが発生した。
　この表４の結果より、試料Ｎｏ．１５～１８に示すように、接合材の繊維状体の長軸方向が燃料電池セル３の長手方向に配向している場合には、試料Ｎｏ．１９に示すように、燃料電池セルの長手方向に配向していない場合と比較して、接合材にクラックが発生することを抑制することが確認できた。
　また、試料Ｎｏ．１６～１８に示す例は、試料Ｎｏ．１５に示す例と比較して、クラックが観察されるまでの起動停止試験の回数が大幅に増加した。従って、接合材の厚み方向に垂直な断面（Ａ－Ａ断面）において、繊維状体の長軸方向が燃料電池セルの長手方向に配向している割合が５０％以上である場合には、接合材にクラックが発生することをさらに抑制できることが確認できた。
次に、試料Ｎｏ．１５～１８と同様の作製方法を用い、試料Ｎｏ．２０～２２による導電部材と燃料電池セルとの接合体を作製した。
　その後、これらの接合体による燃料電池セルにおいて、上記と同様の起動停止試験を行った。そして、上記と同様に、導電部材と燃料電池セルとの間の接合材におけるクラックの有無を観察した。その結果を表５に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
　表５の結果より、試料Ｎｏ．２１、２２に示す例は、試料Ｎｏ．２０に示す例と比較して、クラックが観察されるまでの起動停止試験の回数が大幅に増加している。従って、接合材の燃料電池セルの短手方向と垂直な断面（Ｃ－Ｃ線で示す断面）において、繊維状体の長軸方向が燃料電池セルの長手方向に配向している割合が３０％以下である場合には、接合材にクラックが発生することをさらに抑制することができることが確認できた。
平均粒径が５μｍのＬａ０．６Ｓｒ０．４Ｃｏ０．２Ｆｅ０．８Ｏ３の粉末を８８．５質量％と、平均直径が３μｍで平均アスペクト比が５の酸化アルミニウムからなる繊維状体の粉末１１．５質量％を混合し、有機バインダーと溶媒を混合して、スラリーを作製した。
　続いて、射出口が多数形成されたディスペンサーを用いて、このスラリーを、図１に示す例の燃料電池セルを寝かせた状態で、その表面に塗布した。なお、ディスペンサーの移動方向は燃料電池セルの短手方向とした。
　このスラリーの表面に導電部材を載置して、大気中で乾燥させた後、１０００℃で加熱することによって導電部材を燃料電池セルに接合させた。
　以上のようにして、試料Ｎｏ．２３～２７による導電部材と燃料電池セルとの接合体を作製した。
　その後、これらの接合体による燃料電池セルにおいて、実施例５と同様の起動停止試験を行った。そして、上記と同様に、導電部材と燃料電池セルとの間の接合材１５におけるクラックの有無を観察した。その結果を表６に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
　表６の結果より、試料Ｎｏ．２３～２６においては、少なくとも１００回の起動停止試験を行っても、接合材１５にクラックが発生しなかった。一方、試料Ｎｏ．２７においては、５０回の起動停止試験を行うと接合材にクラックが発生した。
　この表６の結果より、試料Ｎｏ．２３～２６に示すように、接合材の繊維状体の長軸方向が燃料電池セルの短手方向に配向している場合には、Ｎｏ．２７に示すように、燃料電池セルの短手方向に配向していない場合と比較して、接合材にクラックが発生することを抑制することが確認できた。
　また、試料Ｎｏ．２４～２６に示す例は、試料Ｎｏ．２３に示す例と比較して、クラックが観察されるまでの起動停止試験の回数が大幅に増加した。従って、接合材の厚み方向に垂直な断面（Ａ－Ａ断面）において、繊維状体の長軸方向が燃料電池セルの短手方向に配向している割合が５０％以上である場合には、接合材にクラックが発生することをさらに抑制できることが確認できた。
次に、試料Ｎｏ．２３～２６と同様の作製方法を用い、試料Ｎｏ．２８～３０による導電部材と燃料電池セルとの接合体を作製した。
　その後、これらの接合体による燃料電池セル３において、上記と同様の起動停止試験を行った。そして、上記と同様に、導電部材４と燃料電池セルとの間の接合材におけるクラックの有無を観察した。その結果を表７に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
　表７の結果より、試料Ｎｏ．２９、３０に示す例は、試料Ｎｏ．２８に示す例と比較して、クラックが観察されるまでの起動停止試験の回数が大幅に増加している。従って、接合材の燃料電池セルの長手方向と垂直な断面（Ｂ－Ｂ線で示す断面）において、繊維状体の長軸方向が燃料電池セル３の短手方向に配向している割合が３０％以下である場合には、接合材にクラックが発生することをさらに抑制することができることが確認できた。
１：セルスタック装置
３：燃料電池セル
４：導電部材
１５：接合材
１６：繊維状体
１７：燃料電池モジュール
３８：燃料電池装置

Claims (13)

  1. 　複数個の柱状のセルと、
    　該セルの間に配置され、導電性の接合材にて隣り合う前記セルに接続された導電部材と、を備えており、
    　前記接合材は、導電性粒子と絶縁性の繊維状体とを含んでなり、
    　前記導電部材と前記セルとが対向する部位において、前記繊維状体の長軸方向が所定の方向に配向していることを特徴とするセルスタック装置。
  2. 　前記繊維状体の長軸方向が、前記セルに対して垂直な方向に配向していることを特徴とする請求項１に記載のセルスタック装置。
  3. 　前記絶縁性の繊維状体の長軸方向が前記セルに対して垂直な方向に配向している割合が、９０％以上であることを特徴とする請求項２に記載のセルスタック装置。
  4. 　前記接合材の厚み方向に垂直な断面において、前記絶縁性の繊維状体が、短径に対する長径の比率が１．７以下であることを特徴とする請求項３に記載のセルスタック装置。
  5. 　前記繊維状体の長軸方向が前記セルの長手方向に配向していることを特徴とする請求項１に記載のセルスタック装置。
  6. 　前記接合材の厚み方向に垂直な断面において、前記繊維状体の長軸方向が前記セルの長手方向に配向している割合が５０％以上であることを特徴とする請求項５に記載のセルスタック装置。
  7. 　前記接合材の前記セルの前記短手方向と垂直な断面において、前記繊維状体の長軸方向が前記セルの長手方向に配向している割合が３０％以下であることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載のセルスタック装置。
  8. 　前記繊維状体の長軸方向が前記セルの短手方向に配向していることを特徴とする請求項１に記載のセルスタック装置。
  9. 　前記接合材の厚み方向に垂直な断面において、前記繊維状体の長軸方向が前記セルの短手方向に配向している割合が５０％以上であることを特徴とする請求項８に記載のセルスタック装置。
  10. 　前記接合材の前記セルの前記長手方向と垂直な断面において、前記繊維状体の長軸方向が前記セルの短手方向に配向している割合が３０％以下であることを特徴とする請求項８又は請求項９に記載のセルスタック装置。
  11. 　前記導電性粒子が、Ｌａを含有するペロブスカイト型酸化物であり、前記絶縁性の繊維状体が、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉの酸化物のうち少なくとも１つであることを特徴とする請求項１乃至請求項１０のうちいずれかに記載のセルスタック装置。
  12. 　収納容器内に、請求項１乃至請求項１１のうちいずれかに記載のセルスタック装置を収容してなることを特徴とするモジュール。
  13. 　外装ケース内に、請求項１２に記載のモジュールと、該モジュールの運転を行なうための補機とを収納してなることを特徴とするモジュール収容装置。
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