WO2020137058A1 - 燃料電池のセルスタック - Google Patents

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WO2020137058A1
WO2020137058A1 PCT/JP2019/037970 JP2019037970W WO2020137058A1 WO 2020137058 A1 WO2020137058 A1 WO 2020137058A1 JP 2019037970 W JP2019037970 W JP 2019037970W WO 2020137058 A1 WO2020137058 A1 WO 2020137058A1
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rod
manifold
interface region
region
shaped crystal
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French (fr)
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玄太 寺澤
聖斗 福森
裕己 田中
崇 龍
誠 大森
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NGK Insulators Ltd
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NGK Insulators Ltd
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    • B32B15/04—Layered products comprising a layer of metal comprising metal as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material
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    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/2484—Details of groupings of fuel cells characterised by external manifolds
    • H01M8/2485—Arrangements for sealing external manifolds; Arrangements for mounting external manifolds around a stack
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to a fuel cell stack.
  • a conventional fuel cell stack includes fuel cells, a manifold made of metal, and a glass portion made of crystallized glass (see Patent Document 1).
  • the manifold has a through hole into which the fuel cell is inserted.
  • the glass portion joins the fuel cell and the manifold.
  • the glass portion divides an internal space (for example, a space to which the fuel gas is supplied) and an external space (for example, a space to which the air is supplied) of the manifold from each other to prevent mixing of the fuel gas and the air.
  • the present invention aims to provide a bonded body capable of suppressing the occurrence of cracks in the glass part.
  • the joined body according to the present invention includes a first member to be joined and a glass portion to be joined to the surface of the first member to be joined.
  • the glass portion includes an interface region within 5 ⁇ m from the surface of the first member to be joined and an internal region exceeding 5 ⁇ m from the surface of the first member to be joined.
  • Each of the interface region and the internal region includes rod-shaped crystal grains having an aspect ratio of 3 or more in a sectional view.
  • the average orientation angle of the rod-shaped crystal grains included in the interface region is 60 degrees or more and 120 degrees or less.
  • the standard deviation of the orientation angle of the rod-shaped crystal grains contained in the inner region is larger than the standard deviation of the orientation angle of the rod-shaped crystal grains contained in the interface region.
  • FIG. 1 is an overall perspective view of the cell stack 1.
  • FIG. 2 is an overall perspective view of the fuel cell 100.
  • FIG. 3 is an overall perspective view of the manifold 200.
  • FIG. 4 is a partially enlarged cross-sectional view of the fuel cell 100 and the manifold 200.
  • the cell stack 1 is a structure used for a solid oxide fuel cell (SOFC; Solid Oxide Fuel Cell).
  • SOFC Solid Oxide Fuel Cell
  • an x, y, z coordinate system is set.
  • the cell stack 1 includes a plurality of fuel cells 100, a manifold 200, and a glass part 300.
  • the manifold 200 and the glass part 300 constitute the “bonded body” according to the present invention.
  • the “bonded body” according to the present invention may include the fuel cell 100.
  • each fuel cell unit 100 is provided in a manifold 200.
  • the fuel cells 100 are arranged at intervals.
  • the base end portion 10 a of the fuel cell 100 on the side into which the fuel gas flows in the x-axis direction (longitudinal direction) is joined to the manifold 200 via the glass portion 300.
  • the fuel battery cell 100 is an example embodiment that corresponds to the “second member to be joined” according to the present invention.
  • the tip portion 10b of the fuel cell 100 on the side where the fuel gas is discharged in the x-axis direction is a free end.
  • the fuel cell 100 is formed in a substantially flat plate shape.
  • the longitudinal direction, the lateral direction, and the thickness direction of the fuel cell 100 correspond to the x-axis direction, the y-axis direction, and the z-axis direction, respectively.
  • the length L1 of the fuel cell 100 in the x-axis direction is not particularly limited, but can be set within the range of 50 mm or more and 500 mm or less.
  • the length L2 of the fuel cell 100 in the y-axis direction is not particularly limited, but can be set within the range of 10 mm or more and 100 mm or less.
  • the length L3 of the fuel cell 100 in the z-axis direction is not particularly limited, but can be set within the range of 1 mm or more and 5 mm or less.
  • Each fuel cell unit 100 has a plurality of power generation element parts A, a support substrate 10, and a sealing film 20.
  • Each power generation element section A has a fuel electrode, a solid electrolyte membrane, and an air electrode.
  • Each power generation element portion A is a laminated fired body in which a fuel electrode, a solid electrolyte membrane, and an air electrode are laminated in this order.
  • the fuel electrode is composed of, for example, NiO (nickel oxide) and YSZ (8YSZ; yttria-stabilized zirconia).
  • the solid electrolyte membrane is made of, for example, YSZ (8YSZ; yttria-stabilized zirconia).
  • the plurality of power generating element units A are provided on the support substrate 10.
  • the plurality of power generating element units A are electrically connected in series.
  • the number of power generation element units A is not particularly limited.
  • the supporting substrate 10 is a fired body made of a porous material having no electronic conductivity.
  • the support substrate 10 is composed of, for example, CSZ (calcia-stabilized zirconia).
  • the support substrate 10 supports the power generating element unit A. Specifically, a plurality of power generation element portions A are provided on both main surfaces of the support substrate 10 at predetermined intervals in the x-axis direction.
  • a plurality of fuel gas flow paths 11 are formed inside the support substrate 10. Each fuel gas channel 11 extends in the x-axis direction. Each fuel gas channel 11 penetrates the support substrate 10. Each fuel gas channel 11 is formed at a predetermined interval in the y-axis direction (width direction).
  • the seal film 20 covers the outer surface of the support substrate 10.
  • the sealing film 20 can be made of a dense material. Examples of the dense material include YSZ, ScSZ, glass, spinel oxide and the like.
  • the seal film 20 may be made of the same material as the solid electrolyte film of each power generating element section A. In this case, the seal film 20 may be formed integrally with the solid electrolyte film of each power generating element portion A.
  • the manifold 200 is an example embodiment that corresponds to the “first member to be joined” and the “metal member” according to the present invention.
  • the manifold 200 is a hollow body for supplying a fuel gas to each of the plurality of fuel cells 100. As shown in FIGS. 3 and 4, the manifold 200 has a substantially rectangular parallelepiped shape.
  • the height direction, the lateral direction, and the longitudinal direction correspond to the x-axis direction, the y-axis direction, and the z-axis direction.
  • the manifold 200 has a base 210 and a support plate 220.
  • the base 210 is made of a metal material (for example, stainless steel or the like).
  • the base 210 has a bottom and a side wall surrounding the bottom. The bottom and the side wall form an opening that opens upward.
  • the support plate 220 is made of a metal material (for example, stainless steel).
  • the support plate 220 is disposed on the base 210. Specifically, the support plate 220 is arranged at the tip of the side wall of the base 210 and closes the opening of the base 210. In this way, the support plate 220 closes the opening of the base 210 to form the internal space S1 in the manifold 200 (see FIG. 4 ). Fuel gas is introduced into the internal space S1.
  • the fuel gas is introduced from the outside into the internal space S1 via the introduction pipe 230.
  • the introduction pipe 230 is made of a metal material (for example, stainless steel).
  • the introduction pipe 230 is joined to the support plate 220 of the manifold 200.
  • the manifold 200 supports each fuel cell 100 as shown in FIGS. 3 and 4.
  • the manifold 200 has a support plate 220 and a plurality of through holes 221.
  • Each through hole 221 is formed in the support plate 220 so as to connect the outside (external space) of the manifold 200 and the internal space S1. More specifically, as shown in FIG. 4, each through hole 221 penetrates the support plate 220 in the x-axis direction (height direction).
  • the through-holes 221 are formed at predetermined intervals in the z-axis direction (longitudinal direction), and are also formed at predetermined intervals in the y-axis direction (transverse direction). It
  • each fuel cell 100 is arranged in each through hole 221. Specifically, the base end portion 10a of each fuel battery cell 100 is inserted into each through hole 221 so that the fuel gas flow path 11 of each fuel battery cell 100 communicates with the internal space S1.
  • the glass part 300 is made of, for example, crystallized glass.
  • crystallized glass for example, SiO 2 —B 2 O 3 system, SiO 2 —CaO system, MgO—B 2 O 3 system, or SiO 2 —MgO system is used.
  • the crystallized glass is most preferably SiO 2 —MgO type.
  • the crystallized glass used here has a ratio (crystallinity) of "volume occupied by crystal phase” to the total volume of 60% or more, and "volume occupied by amorphous phase and impurities" relative to the total volume. It is a glass with a ratio of less than 40%.
  • the glass portion 300 functions as a sealing material that prevents the fuel gas in the internal space S1 of the manifold 200 from mixing with the air in the external space of the manifold 200.
  • the glass part 300 is arranged between the manifold 200 and each fuel cell 100, and joins the manifold 200 and each fuel cell 100.
  • the glass part 300 seals the gap between the manifold 200 and the fuel cell 100. Thereby, the glass part 300 partitions the internal space S1 and the external space.
  • the glass part 300 is filled in the gap G between each through hole 221 of the manifold 200 and each fuel cell 100.
  • the cell stack 1 further includes current collecting members 400 and 500.
  • the current collecting member 400 is provided between the adjacent fuel cells 100.
  • the current collecting member 400 is provided between adjacent fuel battery cells 100 in order to electrically connect the fuel electrode of one fuel battery cell 100 and the air electrode of the other fuel battery cell 100 in series. It is provided in.
  • the current collecting member 400 is made of, for example, a metal mesh or the like.
  • the current collecting member 500 is provided in each fuel cell 100. Specifically, the current collecting member 500 is provided in each fuel cell 100 in order to electrically connect the front side and the back side of each fuel cell 100 in series.
  • FIG. 5 is a backscattered electron image obtained by observing the cross section of the bonded body with a scanning electron microscope (SEM).
  • the manifold 200 has a surface 200S.
  • FIG. 5 shows a cross section substantially perpendicular to the surface 200S.
  • the surface 200S is formed to be substantially flat, but minute irregularities may be formed, or the surface 200S may be curved or bent as a whole or locally.
  • the glass part 300 is joined to the surface 200S of the manifold 200.
  • the glass part 300 includes an interface region 300a and an internal region 300b in a cross section perpendicular to the surface 200S of the manifold 200.
  • the interface region 300a is a region within 5 ⁇ m from the surface 200S of the manifold 200.
  • the internal region 300b is a region over 5 ⁇ m from the surface 200S of the manifold 200.
  • the range of the internal region 300b may not be specified in particular, but as described later, in order to calculate the characteristics of the crystal grains contained in the internal region 300b, in this embodiment, the surface 200S of the manifold 200 is more than 5 ⁇ m and 100 ⁇ m. The following range is defined as the internal area 300b.
  • the boundary between the interface region 300a and the internal region 300b is drawn in a substantially straight line shape, but is actually defined by a line parallel to the surface 200S of the manifold 200.
  • Each of the interface region 300a and the internal region 300b is composed of a plurality of crystal grains.
  • the crystal particles displayed in white, the crystal particles displayed in gray, and the crystal particles displayed in black are mixed, but the display colors are different as described above. This is because there is a minute mass difference for each crystal particle.
  • each of the interface region 300a and the inner region 300b contains a plurality of rod-shaped crystal grains.
  • the rod-shaped crystal particles mean crystal particles having an aspect ratio of 3 or more.
  • the rod-shaped crystal grains contained in each of the interface region 300a and the internal region 300b are specified by the following method.
  • a SEM manufactured by ZEISS, model ULTRA55
  • a backscattered electron detector is used to acquire a backscattered electron image obtained by enlarging the cross section of the interface region 300a perpendicular to the front surface 200S of the manifold 200 by 5000 times.
  • the brightest displayed particle that is, the particle displayed at the highest brightness
  • an electron diffraction pattern of the brightest displayed particle is acquired by a scanning transmission electron microscope (STEM), and it is confirmed that the brightest displayed particle is a crystalline particle.
  • the aspect ratio is obtained by dividing the maximum Feret diameter of the crystal particle by the minimum Feret diameter, and the rod-shaped crystal particles having an aspect ratio of 3 or more are specified.
  • the maximum Feret diameter is the maximum distance between two parallel straight lines when a crystal grain is sandwiched by two parallel straight lines on the backscattered electron image.
  • the minimum Feret diameter is the minimum distance between two parallel straight lines when a crystal grain is sandwiched by two parallel straight lines on the backscattered electron image.
  • the average orientation angle of the rod-shaped crystal grains included in the interface region 300a is 60 degrees or more and 120 degrees or less. Therefore, the rod-shaped crystal grains included in the interface region 300a can be erected on the surface 200S of the manifold 200. Therefore, due to thermal expansion and thermal contraction of the manifold 200, cracks are likely to occur in the interface region 300a in the direction along the surface 200S, but rod-shaped crystal particles are erected on the surface 200S of the manifold 200. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of cracks along the surface 200S.
  • the average orientation angle of the rod-shaped crystal grains included in the interface region 300a is more preferably 70 degrees or more and 110 degrees or less. Thereby, it is possible to further suppress the occurrence of cracks along the surface 200S.
  • the average orientation angle of the rod-shaped crystal grains contained in the inner region 300b is not particularly limited.
  • rod-shaped crystal grains may be randomly arranged in the internal region 300b as compared with the interface region 300a, and the average orientation angle of rod-shaped crystal grains included in the internal region 300b is the rod-shaped crystal grains included in the interface region 300a. It may be larger or smaller than the average orientation angle of the crystal grains, or may be the same.
  • the average orientation angle of rod-shaped crystal grains contained in the interface region 300a is measured by the following method. First, after the rod-shaped crystal particles are specified in the interface region 300a by the above-described method, 30 rod-shaped crystal particles are randomly selected from the interface region 300a. Next, with respect to each of the selected 30 rod-shaped crystal grains, the angle formed by the direction parallel to the two straight lines defining the minimum Feret diameter with respect to the straight line approximating the surface 200S by the least squares method is measured as the orientation angle. To do. At this time, the orientation angle is uniformly measured on one side (for example, the angle on the left side in FIG. 5) in the direction parallel to the two straight lines defining the minimum Feret diameter. Then, the average orientation angle of the rod-shaped crystal grains included in the interface region 300a is calculated by arithmetically averaging the orientation angles of the 30 rod-shaped crystal grains.
  • the average orientation angle of the rod-shaped crystal grains contained in the inner region 300b is measured by the same method as the average orientation angle of the rod-shaped crystal grains contained in the interface region 300a described above.
  • the standard deviation of the orientation angles of the plurality of rod-shaped crystal particles included in the inner region 300b is larger than the standard deviation of the orientation angles of the plurality of rod-shaped crystal particles included in the interface region 300a. That is, rod-shaped crystal grains are randomly arranged in the inner region 300b as compared with the interface region 300a. Therefore, even if a crack is generated in the interface region 300a due to thermal expansion and thermal contraction of the manifold 200 during operation of the cell stack 1, it is possible to suppress the crack from propagating to the external space. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of cracks penetrating the glass part 300 and the deterioration of the sealing property.
  • the standard deviation of the orientation angle of the rod-shaped crystal particles contained in the interface region 300a is obtained by calculating the standard deviation of the orientation angles of the 30 rod-shaped crystal particles selected to calculate the average orientation angle of the rod-shaped crystal particles.
  • the standard deviation of the orientation angle of the rod-shaped crystal grains contained in the inner region 300b is measured by the same method as the standard deviation of the orientation angle of the rod-shaped crystal grains contained in the interface region 300a.
  • the standard deviation value of the orientation angle of the rod-shaped crystal grains contained in the interface region 300a is not particularly limited, but may be 30 or less, for example.
  • the standard deviation value of the orientation angle of the rod-shaped crystal grains contained in the interface region 300a is preferably 15 or less. Thereby, the orientation angles of the rod-shaped crystal grains in the interface region 300a are aligned and the strength in the direction along the surface 200S is improved, so that cracks can be further suppressed from occurring along the surface 200S. Since it is preferable that the orientation angles of the rod-shaped crystal grains included in the interface region 300a are uniform, the lower limit of the standard deviation of the orientation angle of the rod-shaped crystal grains included in the interface region 300a is not limited, but may be 5 or more, for example. it can.
  • the value of the standard deviation of the orientation angle of the rod-shaped crystal grains contained in the internal region 300b is not particularly limited, but can be 40 or more, for example.
  • the standard deviation value of the orientation angle of the rod-shaped crystal grains contained in the inner region 300b is preferably 50 or more. Thereby, the crack generated in the interface region 300a can be further suppressed from propagating in the inner region 300b. Since it is preferable that the orientation angle of the rod-shaped crystal particles included in the inner region 300b is more random, the upper limit value of the standard deviation of the orientation angle of the rod-shaped crystal particles included in the inner region 300b is not limited, but may be, for example, 60 or less. it can.
  • the average grain size of the crystal grains contained in the interface region 300a is smaller than the average grain size of the crystal grains contained in the inner region 300b.
  • the strength of the interface region 300a of the glass part 300 can be improved. Therefore, even when thermal stress due to thermal expansion and thermal contraction of the manifold is concentrated on the interface region 300a during the operation of the cell stack 1, it is possible to prevent the interface region 300a from being cracked. Further, it is not necessary to use an excessively fine seed crystal in order to form the inner region 300b, and it is possible to prevent crystallization from starting too early in the firing step of the inner region 300b.
  • the average particle size of the crystal particles contained in the interface region 300a is preferably 0.8 times or less, more preferably 0.6 times or less, the average particle size of the crystal particles contained in the inner region 300b, and 0.4 or less. It is particularly preferable that the amount is not more than twice. This can further suppress the occurrence of cracks in the interface region 300a.
  • the average grain size of the crystal grains contained in the interface region 300a is not particularly limited, but can be 0.2 ⁇ m or more and 2.5 ⁇ m or less.
  • the average particle size of the crystal particles contained in the inner region 300b is not particularly limited, but can be 3 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less.
  • the average grain size of the crystal grains contained in the interface region 300a is measured by the following method. First, a FE-SEM (model ULTRA55 manufactured by ZEISS) using a backscattered electron detector is used to acquire a backscattered electron image obtained by enlarging the cross section of the interface region 300a perpendicular to the front surface 200S of the manifold 200 by 5000 times. Next, on the backscattered electron image, the brightest displayed particle (that is, the particle displayed at the highest brightness) is specified. Next, an electron diffraction pattern of the brightest displayed particle is acquired by a scanning transmission electron microscope (STEM), and it is confirmed that the brightest displayed particle is a crystalline particle.
  • STEM scanning transmission electron microscope
  • the diameter of a circle having the same cross-sectional area as each crystal grain (hereinafter, referred to as “circle equivalent diameter") is calculated. ..
  • an arithmetic average value of the equivalent circle diameters of the respective crystal grains (hereinafter referred to as “average equivalent circle diameter”) is calculated, and this average circle equivalent diameter is taken as the average grain size of the crystal grains included in the interface region 300a. ..
  • the crystal particles overlapping the boundary between the interface region 300a and the internal region 300b are excluded from the measurement target of the average particle size.
  • fine crystal particles having an equivalent circle diameter of 0.03 ⁇ m or less are excluded from the measurement target of the average particle size.
  • the average particle size of the crystal particles contained in the internal region 300b is measured by the same method as the average particle size of the crystal particles contained in the interface region 300a described above.
  • the interface region bonding material containing a rod-shaped seed crystal containing at least one element (or oxide) of Ba, Ca, Mg, Al, La, Ti, Cr, Zr, Ce, and B is used as the manifold 200.
  • a region to be joined with the glass portion 300 is applied by screen printing.
  • rod-shaped seed crystals are arranged so as to stand on the surface of the manifold 200.
  • the size of the opening of the plate making used for screen printing it is possible to adjust the average orientation angle of the rod-shaped crystal grains and the standard deviation of the orientation angle in the interface region 300a described later.
  • the smaller the opening for plate making is the larger the average orientation angle of the rod-shaped crystal particles can be.
  • the smaller the opening of the plate making is, the smaller the standard deviation of the orientation angle of the rod-shaped crystal particles can be made.
  • the applied bonding material for the interfacial region is dried to form a molded body of the interfacial region 300a in the glass part 300.
  • the plurality of fuel cells 100 are arranged in a stack and fixed to a predetermined jig, and the base end portion 10a of each fuel cell 100 is inserted into each through hole 221 of the manifold 200.
  • a bonding material for an internal region containing a rod-shaped seed crystal containing at least one element (or oxide) of Ba, Ca, Mg, Al, La, Ti, Cr, Zr, Ce, B is used as a fuel.
  • the gap G between the battery cell 100 and the manifold 200 is filled with a dispenser.
  • the rod-shaped seed crystal contained in the bonding material for the interface region can be arranged in random directions.
  • heat treatment (750 to 900° C., 1 to 10 hours) is applied to the molded body of the glass part 300.
  • the rod-shaped seed crystal arranged so as to stand on the surface of the manifold 200 grows in the direction away from the surface of the manifold 200 to become rod-shaped crystal particles. Therefore, in the interface region 300a, rod-shaped crystal grains having an average orientation angle of 60 degrees or more and 120 degrees or less are formed.
  • the rod-shaped seed crystals arranged in random directions grow and become rod-shaped crystal particles. Therefore, rod-shaped crystal grains with random orientation angles grow in the inner region 300b.
  • the standard deviation of the orientation angles of the rod-shaped crystal grains included in the inner region 300b is larger than the standard deviation of the orientation angles of the rod-shaped crystal grains included in the interface region 300a.
  • the aspect ratio of the rod-shaped crystal grains in each of the interface region 300a and the internal region 300b can be increased as the keeping time of the heat treatment is lengthened.
  • the joined body according to the present invention is applied to a cell stack including a fuel cell, but the joined body according to the present invention is an electrochemical cell such as an electrolysis cell that produces hydrogen and oxygen from water vapor. It can be applied to a cell stack including cells.
  • the fuel battery cell 100 is a so-called horizontal stripe type fuel battery cell in which the plurality of power generating element portions A are arranged in the length direction of the support substrate 10.
  • the configuration of 100 is not limited to this.
  • the fuel cell 100 can take various forms such as a vertical stripe type, a flat plate type, and a cylindrical type.
  • the “joined body” includes the manifold 200 as the “first member to be joined” joined to the glass part 300, but the invention is not limited to this.
  • the “first member to be joined” may be a member other than the manifold 200.
  • the “joined body” includes the fuel cell 100 as the “second joined member” joined to the glass part 300, but the invention is not limited to this.
  • the “second member to be joined” may be a member other than the fuel cell 100.
  • the configuration of the interface region of the glass part 300 with the fuel cell 100 may be the same as the interface region 300a or the internal region 300b. Good.
  • the base end portion 10a of each fuel cell 100 is inserted into each through hole 221 of the manifold 200, but it may be arranged outside each through hole 221.
  • the base end portion 10a of each fuel cell 100 is fixed to the manifold 200 via the glass seal portion 300 at a position apart from each through hole 221.

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Abstract

接合体は、マニホールド（２００）とガラス部（３００）とを備える。ガラス部（３００）は、マニホールド（２００）の表面（２００Ｓ）から５μｍ以内の界面領域（３００ａ）と、マニホールド（２００）の表面（２００Ｓ）から５μｍ超の内部領域（３００ｂ）とを含む。界面領域（３００ａ）及び内部領域内部領域（３００ｂ）それぞれは、断面視において、３以上のアスペクト比を有する棒状結晶粒子を含む。界面領域（３００ａ）に含まれる棒状結晶粒子の平均配向角度は、６０度以上１２０度以下である。内部領域（３００ｂ）に含まれる棒状結晶粒子の配向角度の標準偏差は、界面領域（３００ａ）に含まれる棒状結晶粒子の配向角度の標準偏差より大きい。

Description

燃料電池のセルスタック
　本発明は、燃料電池のセルスタックに関する。
　従来の燃料電池のセルスタックは、燃料電池セルと、金属によって構成されるマニホールドと、結晶化ガラスによって構成されるガラス部とを備える（特許文献１を参照）。
　マニホールドは、燃料電池セルが挿入される貫通孔を有する。ガラス部は、燃料電池セルとマニホールドとを接合する。ガラス部は、マニホールドの内部空間（例えば、燃料ガスが供給される空間）と外部空間（例えば、空気が供給される空間）とを区画することによって、燃料ガスと空気との混合を防止する。
特開２００５－１００６８７号公報
　セルスタックでは、稼働時に、マニホールドの熱膨張及び熱収縮に伴う熱応力がガラス部に発生するため、ガラス部のうちマニホールドとの界面付近にクラックが発生しやすい。このクラックが、熱応力によってさらに成長すると、マニホールドの内部空間と外部空間とを繋ぐ通路が形成されて、燃料ガスと空気とが混合してしまうおそれがある。
　本発明は、ガラス部にクラックが発生することを抑制可能な接合体の提供を目的とする。
　本発明に係る接合体は、第１被接合部材と、第１被接合部材の表面に接合されるガラス部とを備える。ガラス部は、第１被接合部材の表面から５μｍ以内の界面領域と、第１被接合部材の表面から５μｍ超の内部領域とを含む。界面領域及び内部領域それぞれは、断面視において、３以上のアスペクト比を有する棒状結晶粒子を含む。界面領域に含まれる棒状結晶粒子の平均配向角度は、６０度以上１２０度以下である。内部領域に含まれる棒状結晶粒子の配向角度の標準偏差は、界面領域に含まれる棒状結晶粒子の配向角度の標準偏差より大きい。
　本発明によれば、ガラス部にクラックが発生することを抑制可能な接合体を提供することができる。
本発明の実施形態に係るセルスタックの全体斜視図である。 燃料電池の全体斜視図である。 マニホールドの全体斜視図である。 燃料電池及びマニホールドの部分拡大断面図である。 接合体の断面を走査型電子顕微鏡で観察した反射電子像である。
　＜セルスタックの構成＞
　本実施形態に係るセルスタック１の構成について、図面を参照しながら説明する。図１は、セルスタック１の全体斜視図である。図２は、燃料電池セル１００の全体斜視図である。図３は、マニホールド２００の全体斜視図である。図４は、燃料電池セル１００及びマニホールド２００の部分拡大断面図である。
　セルスタック１は、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ；Ｓｏｌｉｄ　Ｏｘｉｄｅ　Ｆｕｅｌ　Ｃｅｌｌ）に用いられる構造体である。なお、本実施形態では、図１に示すように、ｘ，ｙ，ｚ座標系が設定されている。
　セルスタック１は、複数の燃料電池セル１００と、マニホールド２００と、ガラス部３００とを備える。マニホールド２００とガラス部３００は、本発明に係る「接合体」を構成する。本発明に係る「接合体」は、燃料電池セル１００を含んでいてもよい。
　　＜燃料電池セル＞
　図１に示すように、各燃料電池セル１００は、マニホールド２００に設けられる。燃料電池セル１００は、互いに間隔を隔てて並べられる。図２及び図４に示すように、燃料電池セル１００のｘ軸方向（長手方向）において燃料ガスが流入する側の基端部１０ａは、ガラス部３００を介してマニホールド２００に接合される。燃料電池セル１００は、本発明に係る「第２被接合部材」の一例である。燃料電池セル１００のｘ軸方向において燃料ガスが排出される側の先端部１０ｂは、自由端となっている。
　図２に示すように、燃料電池セル１００は、実質的に平板状に形成される。燃料電池セル１００の長手方向、短手方向及び厚み方向は、それぞれｘ軸方向、ｙ軸方向及びｚ軸方向に対応する。
　燃料電池セル１００のｘ軸方向の長さＬ１は特に制限されないが、５０ｍｍ以上５００ｍｍ以下の範囲内に設定することができる。燃料電池セル１００のｙ軸方向の長さＬ２は特に制限されないが、１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下の範囲内に設定することができる。燃料電池セル１００のｚ軸方向の長さＬ３は特に制限されないが、１ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲内に設定することができる。
　各燃料電池セル１００は、複数の発電素子部Ａと、支持基板１０と、シール膜２０とを有する。
　各発電素子部Ａは、燃料極、固体電解質膜及び空気極を有する。各発電素子部Ａは、燃料極、固体電解質膜及び空気極の順に積層された積層焼成体である。ここでは、燃料極は、例えば、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹＳＺ（８ＹＳＺ；イットリア安定化ジルコニア）とから構成される。固体電解質膜は、例えば、ＹＳＺ（８ＹＳＺ；イットリア安定化ジルコニア）から構成される。空気極は、例えば、ＬＳＣＦ＝（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ３（ランタンストロンチウムコバルトフェライト）から構成される。
　複数の発電素子部Ａは、支持基板１０に設けられる。複数の発電素子部Ａは、電気的に直列に接続される。発電素子部Ａの個数は特に制限されない。
　支持基板１０は、電子伝導性を有さない多孔質の材料から構成された焼成体である。支持基板１０は、例えば、ＣＳＺ（カルシア安定化ジルコニア）で構成される。
　支持基板１０は、発電素子部Ａを支持する。具体的には、支持基板１０の両主面には、複数の発電素子部Ａが、ｘ軸方向に所定の間隔を隔てて設けられている。
　支持基板１０の内部には、複数の燃料ガス流路１１が形成されている。各燃料ガス流路１１は、ｘ軸方向に延びている。各燃料ガス流路１１は、支持基板１０を貫通する。各燃料ガス流路１１は、ｙ軸方向（幅方向）に所定の間隔を隔てて形成される。
　シール膜２０は、支持基板１０の外表面を覆う。シール膜２０は、緻密質材料によって構成することができる。緻密質材料としては、例えば、ＹＳＺ、ＳｃＳＺ、ガラス、スピネル酸化物などが挙げられる。シール膜２０は、各発電素子部Ａの固体電解質膜と同じ材料によって構成されていてもよい。この場合、シール膜２０は、各発電素子部Ａの固体電解質膜と一体的に形成されていてもよい。
　　＜マニホールド＞
　マニホールド２００は、本発明に係る「第１被接合部材」及び「金属部材」の一例である。マニホールド２００は、複数の燃料電池セル１００それぞれに燃料ガスを供給するための中空体である。図３及び図４に示すように、マニホールド２００は、実質的に直方体状である。マニホールド２００では、高さ方向、短手方向及び長手方向が、ｘ軸方向、ｙ軸方向及びｚ軸方向に対応する。
　図３及び図４に示すように、マニホールド２００は、基部２１０と、支持板２２０とを有する。基部２１０は、金属材料（例えば、ステンレス鋼など）によって構成される。基部２１０は、底部と、底部を取り囲む側壁とを有している。底部と側壁とによって、上方に向けて開口する開口部が形成される。
　支持板２２０は、金属材料（例えば、ステンレス鋼など）によって構成される。支持板２２０は、基部２１０上に配置される。具体的には、支持板２２０は、基部２１０の側壁の先端部に配置され、基部２１０の開口部を塞ぐ。このように、支持板２２０が基部２１０の開口部を塞ぐことによって、マニホールド２００には、内部空間Ｓ１が形成される（図４を参照）。この内部空間Ｓ１には、燃料ガスが導入される。
　燃料ガスは、導入管２３０を介して、外部から内部空間Ｓ１に導入される。導入管２３０は、金属材料（例えば、ステンレス鋼など）によって構成される。導入管２３０は、マニホールド２００の支持板２２０に接合される。
　マニホールド２００は、図３及び図４に示すように、各燃料電池セル１００を支持する。具体的には、マニホールド２００の支持板２２０、複数の貫通孔２２１を有している。各貫通孔２２１は、マニホールド２００の外側（外部空間）と内部空間Ｓ１とを連通するように、支持板２２０に形成されている。より具体的には、図４に示すように、各貫通孔２２１は、支持板２２０をｘ軸方向（高さ方向）に貫通している。図３に示すように、各貫通孔２２１は、ｚ軸方向（長手方向）に所定の間隔を隔てて形成されるとともに、ｙ軸方向（短手方向）にも所定の間隔を隔てて形成される。
　図４に示すように、各貫通孔２２１には、各燃料電池セル１００が配置される。詳細には、各燃料電池セル１００の燃料ガス流路１１が内部空間Ｓ１に連通するように、各貫通孔２２１には、各燃料電池セル１００の基端部１０ａが挿入される。
　　＜ガラス部＞
　ガラス部３００は、例えば、結晶化ガラスで構成される。結晶化ガラスとしては、例えば、ＳｉＯ２－Ｂ２Ｏ３系、ＳｉＯ２－ＣａＯ系、ＭｇＯ－Ｂ２Ｏ３系、又はＳｉＯ２－ＭｇＯ系のものが用いられる。なお、結晶化ガラスとしては、ＳｉＯ２－ＭｇＯ系のものが最も好ましい。
　ここで用いられる結晶化ガラスは、全体積に対する「結晶相が占める体積」の割合（結晶化度）が６０％以上であり、かつ、全体積に対する「非晶質相及び不純物が占める体積」の割合が４０％未満のガラスである。
　ガラス部３００は、マニホールド２００の内部空間Ｓ１の燃料ガスと、マニホールド２００の外部空間の空気との混合を防止するシール材として機能する。具体的には、図４に示すように、ガラス部３００は、マニホールド２００と各燃料電池セル１００との間に配置され、マニホールド２００と各燃料電池セル１００とを接合する。ガラス部３００は、マニホールド２００と燃料電池セル１００との隙間をシールする。これにより、ガラス部３００は、内部空間Ｓ１と外部空間とを区画する。
　図４に示すように、ガラス部３００は、マニホールド２００の各貫通孔２２１と各燃料電池セル１００との隙間Ｇに充填される。
　　＜その他の構造＞
　図４に示すように、セルスタック１は、集電部材４００，５００をさらに有する。集電部材４００は、隣接する燃料電池セル１００の間に設けられる。詳細には、集電部材４００は、一方の燃料電池セル１００の燃料極と、他方の燃料電池セル１００の空気極とを電気的に直列に接続するために、隣接する燃料電池セル１００の間に設けられる。集電部材４００は、例えば、金属メッシュ等によって構成される。
　集電部材５００は、各燃料電池セル１００に設けられる。詳細には、集電部材５００は、各燃料電池セル１００の表側と裏側とを電気的に直列に接続するために、各燃料電池セル１００に設けられている。
　＜接合体の構成＞
　次に、マニホールド２００とガラス部３００とによって構成される「接合体」の構成について、図面を参照しながら説明する。図５は、接合体の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した反射電子像である。
　マニホールド２００は、表面２００Ｓを有する。図５には、表面２００Ｓに対して実質的に垂直な断面が図示されている。本実施形態において、表面２００Ｓは、略平坦に形成されているが、微少な凹凸が形成されていてもよいし、全体的又は局所的に湾曲又は屈曲していてもよい。
　ガラス部３００は、マニホールド２００の表面２００Ｓに接合される。ガラス部３００は、マニホールド２００の表面２００Ｓに垂直な断面において、界面領域３００ａと内部領域３００ｂとを含む。
　界面領域３００ａは、マニホールド２００の表面２００Ｓから５μｍ以内の領域である。内部領域３００ｂは、マニホールド２００の表面２００Ｓから５μｍ超の領域である。内部領域３００ｂの範囲は特に規定しなくてもよいが、後述するように、内部領域３００ｂに含まれる結晶粒子の特性を算出する都合上、本実施形態では、マニホールド２００の表面２００Ｓから５μｍ超１００μｍ以下の範囲を内部領域３００ｂとして規定する。
　なお、図５において、界面領域３００ａと内部領域３００ｂとの境界は、略直線状に描かれているが、実際にはマニホールド２００の表面２００Ｓに平行な線によって規定される。
　界面領域３００ａ及び内部領域３００ｂのそれぞれは、複数の結晶粒子によって構成される。図５の反射電子像では、白色で表示される結晶粒子と、灰色で表示される結晶粒子と、黒色で表示される結晶粒子とが混在しているが、このように表示色が異なるのは、結晶粒子ごとに微小な質量差が存在するからである。
　図５に示すように、界面領域３００ａ及び内部領域３００ｂそれぞれには、複数の棒状結晶粒子が含まれている。本明細書において、棒状結晶粒子とは、３以上のアスペクト比を有する結晶粒子を意味する。
　界面領域３００ａ及び内部領域３００ｂそれぞれに含まれる棒状結晶粒子は、以下の手法によって特定される。まず、反射電子検出器を用いたＳＥＭ（ＺＥＩＳＳ社製、型式ＵＬＴＲＡ５５）によって、マニホールド２００の表面２００Ｓに対して垂直な界面領域３００ａの断面を５０００倍で拡大した反射電子像を取得する。次に、反射電子像上において、最も明るく表示される粒子（すなわち、最高輝度で表示される粒子）を特定する。次に、最も明るく表示される粒子の電子回折パターンを走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）で取得して、最も明るく表示される粒子が結晶粒子であることを確認する。次に、最も明るく表示される結晶粒子それぞれについて、結晶粒子の最大フェレー径を最小フェレー径で除すことでアスペクト比を求め、アスペクト比が３以上の棒状結晶粒子を特定する。最大フェレー径は、反射電子像上において、結晶粒子を平行な２本の直線で挟んだ場合における当該２本の直線間の最大距離である。最小フェレー径は、反射電子像上において、結晶粒子を平行な２本の直線で挟んだ場合における当該２本の直線間の最小距離である。
　界面領域３００ａに含まれる棒状結晶粒子の平均配向角度は、６０度以上１２０度以下である。これにより、界面領域３００ａに含まれる棒状結晶粒子を、マニホールド２００の表面２００Ｓに対して立設させることができる。従って、マニホールド２００の熱膨張及び熱収縮に伴って、界面領域３００ａには表面２００Ｓに沿った方向にクラックが発生しやすいが、棒状結晶粒子がマニホールド２００の表面２００Ｓに対して立設されているため、表面２００Ｓに沿ってクラックが発生することを抑制できる。
　界面領域３００ａに含まれる棒状結晶粒子の平均配向角度は、７０度以上１１０度以下であることがより好ましい。これにより、表面２００Ｓに沿ってクラックが発生することをより抑制できる。
　一方、内部領域３００ｂに含まれる棒状結晶粒子の平均配向角度は、特に制限されない。後述するように、内部領域３００ｂでは界面領域３００ａに比べて棒状結晶粒子がランダムに配置されていればよく、内部領域３００ｂに含まれる棒状結晶粒子の平均配向角度は、界面領域３００ａに含まれる棒状結晶粒子の平均配向角度より大きくても小さくてもよいし、或いは同じであってもよい。
　界面領域３００ａに含まれる棒状結晶粒子の平均配向角度は、以下の手法で測定される。まず、上述した手法により、界面領域３００ａにおいて棒状結晶粒子を特定した後、界面領域３００ａから３０個の棒状結晶粒子を無作為に選出する。次に、選出した３０個の棒状結晶粒子それぞれについて、最小フェレー径を規定する２本の直線に平行な方向が、表面２００Ｓを最小二乗法で近似した直線に対して成す角度を配向角度として測定する。この際、最小フェレー径を規定する２本の直線に平行な方向の一方側（例えば、図５では左側の角度）に統一して配向角度を測定する。そして、３０個の棒状結晶粒子それぞれの配向角度を算術平均することによって、界面領域３００ａに含まれる棒状結晶粒子の平均配向角度を算出する。
　内部領域３００ｂに含まれる棒状結晶粒子の平均配向角度は、上述した界面領域３００ａに含まれる棒状結晶粒子の平均配向角度と同じ手法で測定される。
　内部領域３００ｂに含まれる複数の棒状結晶粒子の配向角度の標準偏差は、界面領域３００ａに含まれる複数の棒状結晶粒子の配向角度の標準偏差より大きい。すなわち、内部領域３００ｂでは界面領域３００ａに比べて棒状結晶粒子がランダムに配置されている。そのため、セルスタック１の稼働時に、マニホールド２００の熱膨張及び熱収縮に伴って界面領域３００ａにクラックが発生したとしても、当該クラックが外部空間にまで進展することを抑制できる。従って、ガラス部３００を貫通するクラックが発生してシール性が低下することを抑制できる。
　界面領域３００ａに含まれる棒状結晶粒子の配向角度の標準偏差は、棒状結晶粒子の平均配向角度を算出するために選出した３０個の棒状結晶粒子それぞれの配向角度の標準偏差を算出することによって得られる。
　内部領域３００ｂに含まれる棒状結晶粒子の配向角度の標準偏差は、上述した界面領域３００ａに含まれる棒状結晶粒子の配向角度の標準偏差と同じ手法で測定される。
　界面領域３００ａに含まれる棒状結晶粒子の配向角度の標準偏差の値は特に制限されないが、例えば３０以下とすることができる。界面領域３００ａに含まれる棒状結晶粒子の配向角度の標準偏差の値は、１５以下であることが好ましい。これにより、界面領域３００ａにおける各棒状結晶粒子の配向角度が揃って、表面２００Ｓに沿った方向の強度が向上するため、表面２００Ｓに沿ってクラックが発生することをより抑制できる。界面領域３００ａに含まれる棒状結晶粒子の配向角度が揃っているほど好ましいため、界面領域３００ａに含まれる棒状結晶粒子の配向角度の標準偏差の下限値は制限されないが、例えば５以上とすることができる。
　内部領域３００ｂに含まれる棒状結晶粒子の配向角度の標準偏差の値は特に制限されないが、例えば４０以上とすることができる。内部領域３００ｂに含まれる棒状結晶粒子の配向角度の標準偏差の値は、５０以上であることが好ましい。これにより、界面領域３００ａに発生したクラックが内部領域３００ｂ内に進展することをより抑制できる。内部領域３００ｂに含まれる棒状結晶粒子の配向角度はランダムであるほど好ましいため、内部領域３００ｂに含まれる棒状結晶粒子の配向角度の標準偏差の上限値は制限されないが、例えば６０以下とすることができる。
　また、図５に示すように、界面領域３００ａに含まれる結晶粒子の平均粒径は、内部領域３００ｂに含まれる結晶粒子の平均粒径より小さいことが好ましい。これにより、ガラス部３００のうち界面領域３００ａの強度を向上させることができる。そのため、セルスタック１の稼働時に、マニホールドの熱膨張及び熱収縮による熱応力が界面領域３００ａに集中しても、界面領域３００ａにクラックが発生することを抑制できる。また、内部領域３００ｂを形成するために過剰に微細な種結晶を用いる必要がなく、内部領域３００ｂを焼成工程において結晶化の開始が早くなりすぎることを抑制できる。そのため、内部領域３００ｂの流れ性が低下して流動が阻害されるのを防ぐことができるので、内部領域３００ｂの形状を容易に制御することができる。その結果、内部領域３００ｂのシール性を向上させることができる。以上より、ガラス部３００におけるクラック抑制とシール性向上とを両立させることができる。
　界面領域３００ａに含まれる結晶粒子の平均粒径は、内部領域３００ｂに含まれる結晶粒子の平均粒径の０．８倍以下であることが好ましく、０．６倍以下がより好ましく、０．４倍以下が特に好ましい。これによって、界面領域３００ａにクラックが発生することをより抑制できる。
　界面領域３００ａに含まれる結晶粒子の平均粒径は特に制限されないが、０．２μｍ以上２．５μｍ以下とすることができる。内部領域３００ｂに含まれる結晶粒子の平均粒径は特に制限されないが、３μｍ以上２０μｍ以下とすることができる。
　界面領域３００ａに含まれる結晶粒子の平均粒径は、以下の手法で測定される。まず、反射電子検出器を用いたＦＥ－ＳＥＭ（ＺＥＩＳＳ社製、型式ＵＬＴＲＡ５５）によって、マニホールド２００の表面２００Ｓに対して垂直な界面領域３００ａの断面を５０００倍で拡大した反射電子像を取得する。次に、反射電子像上において、最も明るく表示される粒子（すなわち、最高輝度で表示される粒子）を特定する。次に、最も明るく表示される粒子の電子回折パターンを走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）で取得して、最も明るく表示される粒子が結晶粒子であることを確認する。次に、最も明るく表示される結晶粒子を界面領域３００ａから無作為に３０個選択して、各結晶粒子と同じ断面積を有する円の直径（以下、「円相当径」という。）を算出する。次に、各結晶粒子の円相当径の算術平均値（以下、「平均円相当径」という。）を算出し、この平均円相当径を界面領域３００ａに含まれる結晶粒子の平均粒径とする。ただし、結晶粒子の平均粒径を測定する際、界面領域３００ａと内部領域３００ｂとの境界に重なっている結晶粒子は、平均粒径の測定対象から除外するものとする。また、結晶粒子の平均粒径を測定する際、円相当径が０．０３μｍ以下の微細な結晶粒子は、平均粒径の測定対象から除外する。
　内部領域３００ｂに含まれる結晶粒子の平均粒径は、上述した界面領域３００ａに含まれる結晶粒子の平均粒径と同じ手法で測定される。
　＜セルスタックの組立て＞
　まず、Ｂａ、Ｃａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｌａ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｃｅ、Ｂの少なくとも１種類の元素（又は酸化物）を含有する棒状の種結晶を含む界面領域用接合材を、マニホールド２００のうちガラス部３００と接合する領域にスクリーン印刷で塗布する。これにより、マニホールド２００の表面に対して立設するように棒状の種結晶が配列される。この際、スクリーン印刷に用いる製版のオープニングの大きさを調整することによって、後述する界面領域３００ａにおける棒状結晶粒子の平均配向角度と配向角度の標準偏差とを調整することができる。例えば、製版のオープニングを小さくするほど、棒状結晶粒子の平均配向角度を大きくすることができる。また、製版のオープニングを小さくするほど、棒状結晶粒子の配向角度の標準偏差を小さくすることができる
　次に、塗布した界面領域用接合材を乾燥させることによって、ガラス部３００のうち界面領域３００ａの成形体を形成する。
　次に、複数の燃料電池セル１００をスタック状に整列した状態で所定の治具に固定し、各燃料電池セル１００の基端部１０ａをマニホールド２００の各貫通孔２２１に挿入する。
　次に、Ｂａ、Ｃａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｌａ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｃｅ、Ｂの少なくとも１種類の元素（又は酸化物）を含有する棒状の種結晶を含む内部領域用接合材を、燃料電池セル１００とマニホールド２００との隙間Ｇにディスペンサで充填する。これにより、界面領域用接合材に含まれる棒状の種結晶をランダムな向きに配置させることができる。
　次に、ガラス部３００の成形体に熱処理（７５０～９００℃、１～１０時間）を施す。この熱処理によって、界面領域３００ａでは、マニホールド２００の表面に対して立設するように配列された棒状の種結晶が、マニホールド２００の表面から離れる方向に向かって成長して棒状結晶粒子となる。そのため、界面領域３００ａでは、平均配向角度が６０度以上１２０度以下に揃った棒状結晶粒子が形成される。一方、内部領域３００ｂでは、ランダムな向きに配置された棒状の種結晶それぞれが成長して棒状結晶粒子となる。そのため、内部領域３００ｂでは、配向角度がランダムな棒状結晶粒子が成長する。その結果、内部領域３００ｂに含まれる複数の棒状結晶粒子の配向角度の標準偏差は、界面領域３００ａに含まれる複数の棒状結晶粒子の配向角度の標準偏差より大きくなる。なお、界面領域３００ａ及び内部領域３００ｂそれぞれにおける棒状結晶粒子のアスペクト比は、熱処理のキープ時間を長くするほど大きくすることができる。
　＜他の実施形態＞
　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
　（Ａ）上記実施形態では、燃料電池セルを備えるセルスタックにおいて、本発明に係る接合体を適用したが、本発明に係る接合体は、水蒸気から水素と酸素を生成する電解セルなどの電気化学セルを備えるセルスタックに適用することができる。
　（Ｂ）上記実施形態において、燃料電池セル１００は、複数の発電素子部Ａが支持基板１０の長さ方向に配列された、いわゆる横縞型の燃料電池セルであることとしたが、燃料電池セル１００の構成はこれに限定されない。燃料電池セル１００は、例えば、縦縞型、平板型、円筒型など種々の形態を取りうる。
　（Ｃ）上記実施形態において、本発明に係る「接合体」は、ガラス部３００に接合される「第１被接合部材」としてのマニホールド２００を含むこととしたが、これに限られない。「第１被接合部材」は、マニホールド２００以外の部材であってもよい。
　（Ｄ）上記実施形態において、本発明に係る「接合体」は、ガラス部３００に接合される「第２被接合部材」として燃料電池セル１００を含むこととしたが、これに限られない。「第２被接合部材」は、燃料電池セル１００以外の部材であってもよい。
　（Ｅ）上記実施形態では特に触れていないが、ガラス部３００のうち燃料電池セル１００との界面領域の構成は、界面領域３００ａと同様であってもよいし、内部領域３００ｂと同様であってもよい。
　（Ｆ）上記実施形態では、各燃料電池セル１００の基端部１０ａは、マニホールド２００の各貫通孔２２１に挿入されることとしたが、各貫通孔２２１の外側に配置されていてもよい。この場合、各燃料電池セル１００の基端部１０ａは、各貫通孔２２１から離れた位置において、ガラスシール部３００を介してマニホールド２００に固定される。
　１　セルスタック
　１００　燃料電池セル
　２００　マニホールド
　２２１　貫通孔
　３００　ガラス部
　３００ａ　界面領域
　３００ｂ　内部領域
　１０　支持基板
　１１　燃料ガス流路
　Ａ　発電素子部

Claims (3)

  1. 　第１被接合部材と、
    　前記第１被接合部材の表面に接合されるガラス部と、
    を備え、
    　前記ガラス部は、前記第１被接合部材の表面から５μｍ以内の界面領域と、前記第１被接合部材の表面から５μｍ超の内部領域とを含み、
    　前記界面領域及び前記内部領域それぞれは、断面視において、３以上のアスペクト比を有する棒状結晶粒子を含み、
    　前記界面領域に含まれる棒状結晶粒子の平均配向角度は、６０度以上１２０度以下であり、
    　前記内部領域に含まれる棒状結晶粒子の配向角度の標準偏差は、前記界面領域に含まれる棒状結晶粒子の配向角度の標準偏差より大きい、
    接合体。
  2. 　前記第１被接合部材は、金属部材である、
    請求項１に記載の接合体。
  3. 　前記ガラス部を介して前記第１被接合部材に接合される第２被接合部材を備え、
    　前記ガラス部は、前記第１被接合部材と前記第２被接合部材との隙間をシールする、
    請求項１又は２に記載の接合体。
     
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