[go: up one dir, main page]

JP6188181B1 - Alloy member, cell stack and cell stack apparatus - Google Patents

Alloy member, cell stack and cell stack apparatus Download PDF

Info

Publication number
JP6188181B1
JP6188181B1 JP2017085583A JP2017085583A JP6188181B1 JP 6188181 B1 JP6188181 B1 JP 6188181B1 JP 2017085583 A JP2017085583 A JP 2017085583A JP 2017085583 A JP2017085583 A JP 2017085583A JP 6188181 B1 JP6188181 B1 JP 6188181B1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
cell stack
anchor
recess
alloy member
fuel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2017085583A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2018119203A (en
Inventor
俊之 中村
俊之 中村
裕己 田中
裕己 田中
誠 大森
誠 大森
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NGK Insulators Ltd
Original Assignee
NGK Insulators Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NGK Insulators Ltd filed Critical NGK Insulators Ltd
Application granted granted Critical
Publication of JP6188181B1 publication Critical patent/JP6188181B1/en
Publication of JP2018119203A publication Critical patent/JP2018119203A/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Laminated Bodies (AREA)
  • Chemically Coating (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

【課題】被覆膜の剥離を抑制可能な合金部材、セルスタック及びセルスタック装置を提供する。
【解決手段】マニホールド200の天板201は、基材210と、アンカー部213と、酸化クロム膜211と、被覆膜212とを備える。基材210は、表面210aに凹部210bを有し、クロムを含有する合金材料によって構成される。アンカー部213は、凹部210b内に配置され、Crよりも平衡酸素圧の低い元素の酸化物を含有する。酸化クロム膜211は、表面210aを覆い、アンカー部213に接続される。被覆膜212は、酸化クロム膜211を覆う。
【選択図】図7
An alloy member, a cell stack, and a cell stack apparatus capable of suppressing peeling of a coating film are provided.
A top plate 201 of a manifold 200 includes a base 210, an anchor portion 213, a chromium oxide film 211, and a coating film 212. The substrate 210 has a recess 210b on the surface 210a and is made of an alloy material containing chromium. The anchor portion 213 is disposed in the recess 210b and contains an oxide of an element having a lower equilibrium oxygen pressure than Cr. The chromium oxide film 211 covers the surface 210 a and is connected to the anchor portion 213. The coating film 212 covers the chromium oxide film 211.
[Selection] Figure 7

Description

本発明は、合金部材、セルスタック及びセルスタック装置に関する。   The present invention relates to an alloy member, a cell stack, and a cell stack apparatus.

従来、複数の燃料電池セルが集電部材によって電気的に接続されたセルスタックと、各燃料電池セルを支持するマニホールドとを備えたセルスタック装置が知られている(特許文献1及び2参照)。集電部材及びマニホールドには、合金部材が用いられる。   2. Description of the Related Art Conventionally, a cell stack device is known that includes a cell stack in which a plurality of fuel cells are electrically connected by a current collecting member, and a manifold that supports each fuel cell (see Patent Documents 1 and 2). . An alloy member is used for the current collecting member and the manifold.

特許文献1のマニホールドでは、ステンレス鋼によって構成される基材からCr(クロム)が揮発することを抑制するために、基材の表面を覆う被覆膜が設けられている。   In the manifold of Patent Document 1, a coating film that covers the surface of the base material is provided in order to suppress the volatilization of Cr (chromium) from the base material made of stainless steel.

特許文献2の集電部材では、Fe−Cr系合金やNi−Cr系合金などによって構成される基材からCrが揮発することを抑制するために、基材の表面を覆う被覆膜が設けられている。   The current collecting member of Patent Document 2 is provided with a coating film that covers the surface of the base material in order to suppress the volatilization of Cr from the base material composed of an Fe—Cr alloy or Ni—Cr alloy. It has been.

また、特許文献2では、基材と被覆膜の間に形成される酸化クロム膜の一部が、基材表面の凹部に入り込むことによって、被覆膜が基材から剥離することを抑制できるとされている。   Moreover, in patent document 2, when a part of chromium oxide film | membrane formed between a base material and a coating film enters into the recessed part of the base material surface, it can suppress that a coating film peels from a base material. It is said that.

特開2015−035418号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2015-035418 国際公開第2013/172451号International Publication No. 2013/172451

しかしながら、特許文献2の集電部材では、セルスタック装置の運転中、凹部に埋設された酸化クロムを取り囲む基材の酸化が進行することによって、酸化クロムが大きく成長してしまう。   However, in the current collecting member disclosed in Patent Document 2, during the operation of the cell stack apparatus, the oxidation of the base material surrounding the chromium oxide embedded in the concave portion proceeds, so that the chromium oxide grows greatly.

その結果、運転開始前には先細り形状であった酸化クロムが、運転中には丸みを帯びた形状になりアンカー効果が低下してしまうため、基材から被覆膜が剥離するおそれがある。   As a result, the chromium oxide having a tapered shape before the start of operation becomes a rounded shape during the operation and the anchor effect is lowered, so that the coating film may be peeled off from the base material.

本発明は、上述の状況に鑑みてなされたものであり、被覆膜の剥離を抑制可能な合金部材、セルスタック及びセルスタック装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to provide an alloy member, a cell stack, and a cell stack device that can suppress peeling of a coating film.

本発明に係る合金部材は、表面に凹部を有し、クロムを含有する合金材料によって構成される基材と、凹部内に配置され、クロムよりも平衡酸素圧の低い元素の酸化物を含有するアンカー部と、基材の表面を覆い、アンカー部に接続される酸化クロム膜と、酸化クロム膜の少なくとも一部を覆う被覆膜とを備える。   The alloy member according to the present invention includes a base material having a recess on the surface and made of an alloy material containing chromium, and an oxide of an element disposed in the recess and having an equilibrium oxygen pressure lower than that of chromium. An anchor part, a chromium oxide film that covers the surface of the base material and is connected to the anchor part, and a coating film that covers at least a part of the chromium oxide film are provided.

本発明によれば、被覆膜の剥離を抑制可能な合金部材、セルスタック及びセルスタック装置を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the alloy member, cell stack, and cell stack apparatus which can suppress peeling of a coating film can be provided.

セルスタック装置の斜視図Perspective view of cell stack device マニホールドの斜視図Manifold perspective view セルスタック装置の断面図Cross section of cell stack device 燃料電池セルの斜視図Perspective view of fuel cell 図4のQ−Q断面図QQ sectional view of FIG. 図2のP−P断面図PP sectional view of FIG. 図6の領域Aの拡大図Enlarged view of region A in FIG. マニホールドの製造方法の説明図Explanatory drawing of manufacturing method of manifold マニホールドの製造方法の説明図Explanatory drawing of manufacturing method of manifold マニホールドの製造方法の説明図Explanatory drawing of manufacturing method of manifold マニホールドの製造方法の説明図Explanatory drawing of manufacturing method of manifold マニホールドの製造方法の説明図Explanatory drawing of manufacturing method of manifold アンカー部の変形例を示す拡大図Enlarged view showing a modification of the anchor アンカー部の変形例を示す拡大図Enlarged view showing a modification of the anchor

本実施形態に係るセルスタック装置の実施形態について図面を参照しつつ説明する。   An embodiment of a cell stack device according to the present embodiment will be described with reference to the drawings.

[セルスタック装置100]
図1は、セルスタック装置100の斜視図である。セルスタック装置100は、マニホールド200と、セルスタック250とを備える。
[Cell stack device 100]
FIG. 1 is a perspective view of the cell stack apparatus 100. The cell stack apparatus 100 includes a manifold 200 and a cell stack 250.

[マニホールド200]
図2は、マニホールド200の斜視図である。マニホールド200は、「合金部材」の一例である。
[Manifold 200]
FIG. 2 is a perspective view of the manifold 200. The manifold 200 is an example of an “alloy member”.

マニホールド200は、燃料ガス(例えば、水素など)を各燃料電池セル300に分配するように構成されている。マニホールド200は、中空状であり、内部空間を有している。マニホールド200の内部空間には、導入管204を介して燃料ガスが供給される。   The manifold 200 is configured to distribute fuel gas (for example, hydrogen) to each fuel cell 300. The manifold 200 is hollow and has an internal space. Fuel gas is supplied to the internal space of the manifold 200 through the introduction pipe 204.

マニホールド200は、天板201と、容器202とを有する。天板201は、平板状に形成される。容器202は、コップ状に形成される。天板201は、容器202の上方開口を塞ぐように配置される。   The manifold 200 includes a top plate 201 and a container 202. The top plate 201 is formed in a flat plate shape. The container 202 is formed in a cup shape. The top plate 201 is disposed so as to close the upper opening of the container 202.

天板201は、接合材103(図2では不図示、図6参照)によって容器202に接合される。接合材103としては、例えば、結晶化ガラス、非晶質ガラス、ろう材、及びセラミックスなどが挙げられる。本実施形態において、結晶化ガラスとは、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、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。このような結晶化ガラスとしては、例えば、SiO−B系、SiO−CaO系、又はSiO−MgO系が挙げられる。 The top plate 201 is joined to the container 202 by a joining material 103 (not shown in FIG. 2, refer to FIG. 6). Examples of the bonding material 103 include crystallized glass, amorphous glass, brazing material, and ceramics. In the present embodiment, the crystallized glass has a ratio (crystallinity) of “the volume occupied by the crystalline phase” to the total volume of 60% or more, and the “volume occupied by the amorphous phase and impurities” with respect to the total volume. It is a glass with a proportion of less than 40%. Examples of such crystallized glass include SiO 2 —B 2 O 3 system, SiO 2 —CaO system, and SiO 2 —MgO system.

天板201には、複数の挿入孔203が形成されている。各挿入孔203は、燃料電池セル300の配列方向(z軸方向)に並べられる。各挿入孔203は、互いに間隔をあけて配置される。各挿入孔203は、マニホールド200の内部空間と外部に連通する。   A plurality of insertion holes 203 are formed in the top plate 201. Each insertion hole 203 is arranged in the arrangement direction (z-axis direction) of the fuel cells 300. The insertion holes 203 are arranged at intervals from each other. Each insertion hole 203 communicates with the internal space of the manifold 200 and the outside.

マニホールド200の詳細な構成については後述する。   The detailed configuration of the manifold 200 will be described later.

[セルスタック250]
図3は、セルスタック装置100の断面図である。セルスタック250は、複数の燃料電池セル300と、複数の集電部材301とを有する。
[Cell stack 250]
FIG. 3 is a cross-sectional view of the cell stack apparatus 100. The cell stack 250 includes a plurality of fuel battery cells 300 and a plurality of current collecting members 301.

各燃料電池セル300は、マニホールド200から延びている。詳細には、各燃料電池セル300は、マニホールド200の天板201から上方(x軸方向)に延びている。すなわち、各燃料電池セル300の長手方向(x軸方向)は、上方に延びている。各燃料電池セル300の長手方向(x軸方向)の長さは、100〜300mm程度とすることができるが、これに限られるものではない。   Each fuel cell 300 extends from the manifold 200. Specifically, each fuel cell 300 extends upward (in the x-axis direction) from the top plate 201 of the manifold 200. That is, the longitudinal direction (x-axis direction) of each fuel cell 300 extends upward. The length of each fuel cell 300 in the longitudinal direction (x-axis direction) can be about 100 to 300 mm, but is not limited thereto.

各燃料電池セル300の基端部は、マニホールド200の挿入孔203に挿入されている。各燃料電池セル300は、接合材101によって挿入孔203に固定されている。燃料電池セル300は、挿入孔203に挿入された状態で、接合材101によってマニホールド200に固定されている。接合材101は、燃料電池セル300と挿入孔203の隙間に充填される。接合材101としては、例えば、結晶化ガラス、非晶質ガラス、ろう材、及びセラミックスなどが挙げられる。   The base end portion of each fuel cell 300 is inserted into the insertion hole 203 of the manifold 200. Each fuel cell 300 is fixed to the insertion hole 203 by a bonding material 101. The fuel cell 300 is fixed to the manifold 200 with the bonding material 101 in a state of being inserted into the insertion hole 203. The bonding material 101 is filled in the gap between the fuel battery cell 300 and the insertion hole 203. Examples of the bonding material 101 include crystallized glass, amorphous glass, brazing material, and ceramics.

各燃料電池セル300は、長手方向(x軸方向)及び幅方向(y軸方向)に広がる板状に形成されている。各燃料電池セル300は、配列方向(z軸方向)に間隔をあけて配列されている。隣り合う2つの燃料電池セル300の間隔は特に制限されないが、1〜5mm程度とすることができる。   Each fuel cell 300 is formed in a plate shape extending in the longitudinal direction (x-axis direction) and the width direction (y-axis direction). The fuel cells 300 are arranged at intervals in the arrangement direction (z-axis direction). The interval between two adjacent fuel cells 300 is not particularly limited, but can be about 1 to 5 mm.

各燃料電池セル300は、内部にガス流路11を有している。セルスタック装置100の運転中、マニホールド200から各ガス流路11に燃料ガス(水素など)が供給されるとともに、各燃料電池セル300の外周に酸化剤ガス(空気など)が供給される。   Each fuel cell 300 has a gas flow path 11 therein. During operation of the cell stack apparatus 100, fuel gas (such as hydrogen) is supplied from the manifold 200 to each gas flow path 11, and oxidant gas (such as air) is supplied to the outer periphery of each fuel cell 300.

隣接する2つの燃料電池セル300は、集電部材301によって電気的に接続されている。集電部材301は、接合材102を介して、隣接する2つの燃料電池セル300それぞれの基端側に接合される。接合材102は、例えば、(Mn,Co)、(La,Sr)MnO、及び(La,Sr)(Co,Fe)Oなどから選ばれる少なくとも1種である。 Two adjacent fuel cells 300 are electrically connected by a current collecting member 301. The current collecting member 301 is joined to the base end side of each of the two adjacent fuel cells 300 via the joining material 102. The bonding material 102 is at least one selected from, for example, (Mn, Co) 3 O 4 , (La, Sr) MnO 3 , and (La, Sr) (Co, Fe) O 3 .

[燃料電池セル300]
図4は、燃料電池セル300の斜視図である。図5は、図4のQ−Q断面図である。
[Fuel battery cell 300]
FIG. 4 is a perspective view of the fuel battery cell 300. FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line QQ in FIG.

燃料電池セル300は、支持基板10と、複数の発電素子部20と有する。   The fuel battery cell 300 includes a support substrate 10 and a plurality of power generation element units 20.

(支持基板10)
支持基板10は、支持基板10の長手方向(x軸方向)に沿って延びる複数のガス流路11を内部に有している。各ガス流路11は、支持基板10の基端側から先端側に向かって延びている。各ガス流路11は、互いに実質的に平行に延びている。
(Supporting substrate 10)
The support substrate 10 includes a plurality of gas flow paths 11 extending along the longitudinal direction (x-axis direction) of the support substrate 10. Each gas flow path 11 extends from the proximal end side of the support substrate 10 toward the distal end side. Each gas flow path 11 extends substantially parallel to each other.

図5に示すように、支持基板10は、複数の第1凹部12を有する。本実施形態において、各第1凹部12は、支持基板10の両主面に形成されているが、一方の主面にだけ形成されていてもよい。各第1凹部12は支持基板10の長手方向において互いに間隔をあけて配置されている。   As shown in FIG. 5, the support substrate 10 has a plurality of first recesses 12. In the present embodiment, each first recess 12 is formed on both main surfaces of the support substrate 10, but may be formed only on one main surface. The first recesses 12 are arranged at intervals in the longitudinal direction of the support substrate 10.

支持基板10は、電子伝導性を有さない多孔質の材料によって構成される。支持基板10は、例えば、CSZ(カルシア安定化ジルコニア)から構成され得る。或いは、支持基板10は、NiO(酸化ニッケル)とYSZ(8YSZ)(イットリア安定化ジルコニア)とから構成されてもよいし、NiO(酸化ニッケル)とY(イットリア)とから構成されてもよいし、MgO(酸化マグネシウム)とMgAl(マグネシアアルミナスピネル)とから構成されてもよい。支持基板10の気孔率は、例えば、20〜60%程度である。 The support substrate 10 is made of a porous material that does not have electronic conductivity. The support substrate 10 can be made of, for example, CSZ (calcia stabilized zirconia). Alternatively, the support substrate 10 may be made of NiO (nickel oxide) and YSZ (8YSZ) (yttria stabilized zirconia), or made of NiO (nickel oxide) and Y 2 O 3 (yttria). Alternatively, MgO (magnesium oxide) and MgAl 2 O 4 (magnesia alumina spinel) may be used. The porosity of the support substrate 10 is, for example, about 20 to 60%.

(発電素子部20)
各発電素子部20は、支持基板10に支持されている。本実施形態において、各発電素子部20は、支持基板10の両主面に形成されているが、一方の主面にだけ形成されていてもよい。各発電素子部20は、支持基板10の長手方向において、互いに間隔をあけて配置されている。すなわち、本実施形態に係る燃料電池セル300は、いわゆる横縞型の燃料電池セルである。長手方向に隣り合う発電素子部20は、インターコネクタ31によって互いに電気的に接続されている。
(Power generation element part 20)
Each power generation element unit 20 is supported by the support substrate 10. In the present embodiment, each power generating element unit 20 is formed on both main surfaces of the support substrate 10, but may be formed only on one main surface. The power generating element units 20 are arranged at intervals in the longitudinal direction of the support substrate 10. That is, the fuel cell 300 according to the present embodiment is a so-called horizontal stripe type fuel cell. The power generating element portions 20 adjacent in the longitudinal direction are electrically connected to each other by an interconnector 31.

発電素子部20は、燃料極4、電解質5、空気極6及び反応防止膜7を有する。   The power generation element unit 20 includes a fuel electrode 4, an electrolyte 5, an air electrode 6, and a reaction preventing film 7.

燃料極4は、電子伝導性を有する多孔質の材料から構成される焼成体である。燃料極4は、燃料極集電部41と燃料極活性部42とを有する。   The fuel electrode 4 is a fired body made of a porous material having electron conductivity. The fuel electrode 4 includes a fuel electrode current collector 41 and a fuel electrode active part 42.

燃料極集電部41は、第1凹部12内に配置されている。詳細には、燃料極集電部41は、第1凹部12内に充填されており、第1凹部12と同様の外形を有する。燃料極集電部41は、第2凹部411及び第3凹部412を有している。第2凹部411内には、燃料極活性部42が配置されている。また、第3凹部412には、インターコネクタ31が配置されている。   The fuel electrode current collector 41 is disposed in the first recess 12. Specifically, the fuel electrode current collector 41 is filled in the first recess 12 and has the same outer shape as the first recess 12. The fuel electrode current collector 41 has a second recess 411 and a third recess 412. A fuel electrode active portion 42 is disposed in the second recess 411. Further, the interconnector 31 is disposed in the third recess 412.

燃料極集電部41は、電子伝導性を有する。燃料極集電部41は、燃料極活性部42よりも高い電子伝導性を有していることが好ましい。燃料極集電部41は、酸素イオン伝導性を有していてもよいし、有していなくてもよい。   The fuel electrode current collector 41 has electronic conductivity. The fuel electrode current collector 41 preferably has higher electron conductivity than the fuel electrode active part 42. The fuel electrode current collector 41 may or may not have oxygen ion conductivity.

燃料極集電部41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)とから構成され得る。或いは、燃料極集電部41は、NiO(酸化ニッケル)とY(イットリア)とから構成されてもよいし、NiO(酸化ニッケル)とCSZ(カルシア安定化ジルコニア)とから構成されてもよい。燃料極集電部41の厚さ、及び第1凹部12の深さは、50〜500μm程度である。 The fuel electrode current collector 41 can be composed of, for example, NiO (nickel oxide) and YSZ (8YSZ) (yttria stabilized zirconia). Alternatively, the fuel electrode current collector 41 may be composed of NiO (nickel oxide) and Y 2 O 3 (yttria), or composed of NiO (nickel oxide) and CSZ (calcia stabilized zirconia). Also good. The thickness of the fuel electrode current collector 41 and the depth of the first recess 12 are about 50 to 500 μm.

燃料極活性部42は、酸素イオン伝導性を有するとともに、電子伝導性を有する。燃料極活性部42は、燃料極集電部41よりも酸素イオン伝導性を有する物質の含有率が大きい。詳細には、燃料極活性部42における、気孔部分を除いた全体積に対する酸素イオン伝導性を有する物質の体積割合は、燃料極集電部41における、気孔部分を除いた全体積に対する酸素イオン伝導性を有する物質の体積割合よりも大きい。   The fuel electrode active portion 42 has oxygen ion conductivity and electronic conductivity. The anode active part 42 has a higher content of oxygen ion conductive material than the anode current collector 41. Specifically, the volume ratio of the substance having oxygen ion conductivity with respect to the total volume excluding the pore portion in the fuel electrode active portion 42 is determined by the oxygen ion conduction in the total volume excluding the pore portion in the fuel electrode current collector 41. It is larger than the volume ratio of the substance having the property.

燃料極活性部42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)とから構成され得る。或いは、燃料極活性部42は、NiO(酸化ニッケル)とGDC(ガドリニウムドープセリア)とから構成されてもよい。燃料極活性部42の厚さは、5〜30μmである。   The fuel electrode active part 42 may be composed of, for example, NiO (nickel oxide) and YSZ (8YSZ) (yttria stabilized zirconia). Alternatively, the fuel electrode active part 42 may be composed of NiO (nickel oxide) and GDC (gadolinium-doped ceria). The thickness of the fuel electrode active part 42 is 5 to 30 μm.

電解質5は、燃料極4上を覆うように配置されている。詳細には、電解質5は、あるインターコネクタ31から隣のインターコネクタ31まで長手方向に延びている。すなわち、支持基板10の長手方向(x軸方向)において、電解質5とインターコネクタ31とが交互に連続して配置されている。電解質5は、支持基板10の両主面を覆うように構成されている。   The electrolyte 5 is disposed so as to cover the fuel electrode 4. Specifically, the electrolyte 5 extends in the longitudinal direction from one interconnector 31 to the adjacent interconnector 31. That is, the electrolyte 5 and the interconnector 31 are alternately and continuously arranged in the longitudinal direction (x-axis direction) of the support substrate 10. The electrolyte 5 is configured to cover both main surfaces of the support substrate 10.

電解質5は、イオン伝導性を有し且つ電子伝導性を有さない緻密な材料から構成される焼成体である。電解質5は、例えば、YSZ(8YSZ)(イットリア安定化ジルコニア)から構成され得る。或いは、電解質5は、LSGM(ランタンガレート)から構成されてもよい。電解質5の厚さは、例えば、3〜50μm程度である。   The electrolyte 5 is a fired body made of a dense material that has ionic conductivity and no electronic conductivity. The electrolyte 5 can be made of, for example, YSZ (8YSZ) (yttria stabilized zirconia). Or the electrolyte 5 may be comprised from LSGM (lanthanum gallate). The thickness of the electrolyte 5 is, for example, about 3 to 50 μm.

空気極6は、電子伝導性を有する多孔質の材料から構成される焼成体である。空気極6は、電解質5を基準にして、燃料極4と反対側に配置されている。空気極6は、空気極活性部61と空気極集電部62とを有している。   The air electrode 6 is a fired body composed of a porous material having electron conductivity. The air electrode 6 is disposed on the opposite side of the fuel electrode 4 with respect to the electrolyte 5. The air electrode 6 includes an air electrode active part 61 and an air electrode current collector 62.

空気極活性部61は、反応防止膜7上に配置されている。空気極活性部61は、酸素イオン伝導性を有するとともに、電子伝導性を有する。空気極活性部61は、空気極集電部62よりも酸素イオン伝導性を有する物質の含有率が大きい。詳細には、空気極活性部61おける、気孔部分を除いた全体積に対する酸素イオン伝導性を有する物質の体積割合は、空気極集電部62における、気孔部分を除いた全体積に対する酸素イオン伝導性を有する物質の体積割合よりも大きい。   The air electrode active part 61 is disposed on the reaction preventing film 7. The air electrode active part 61 has oxygen ion conductivity and electron conductivity. The air electrode active part 61 has a higher content of a substance having oxygen ion conductivity than the air electrode current collecting part 62. Specifically, the volume ratio of the substance having oxygen ion conductivity with respect to the total volume excluding the pore portion in the air electrode active portion 61 is determined by the oxygen ion conductivity in the air electrode current collector 62 with respect to the total volume excluding the pore portion. It is larger than the volume ratio of the substance having the property.

空気極活性部61は、例えば、LSCF=(La,Sr)(Co,Fe)O(ランタンストロンチウムコバルトフェライト)から構成され得る。或いは、空気極活性部61は、LSF=(La,Sr)FeO(ランタンストロンチウムフェライト)、LNF=La(Ni,Fe)O(ランタンニッケルフェライト)、又は、LSC=(La,Sr)CoO(ランタンストロンチウムコバルタイト)等から構成されてもよい。空気極活性部61は、LSCFから構成される第1層(内側層)とLSCから構成される第2層(外側層)との2層によって構成されてもよい。空気極活性部61の厚さは、例えば、10〜100μmである。 The air electrode active part 61 can be composed of, for example, LSCF = (La, Sr) (Co, Fe) O 3 (lanthanum strontium cobalt ferrite). Alternatively, the air electrode active part 61 may have LSF = (La, Sr) FeO 3 (lanthanum strontium ferrite), LNF = La (Ni, Fe) O 3 (lanthanum nickel ferrite), or LSC = (La, Sr) CoO. 3 (lanthanum strontium cobaltite) or the like. The air electrode active part 61 may be configured by two layers of a first layer (inner layer) composed of LSCF and a second layer (outer layer) composed of LSC. The thickness of the air electrode active part 61 is, for example, 10 to 100 μm.

空気極集電部62は、空気極活性部61上に配置されている。また、空気極集電部62は、空気極活性部61から、隣の発電素子部に向かって延びている。燃料極集電部41と空気極集電部62とは、発電領域から互いに反対側に延びている。発電領域とは、燃料極活性部42と電解質5と空気極活性部61とが重複する領域である。   The air electrode current collector 62 is disposed on the air electrode active part 61. The air electrode current collector 62 extends from the air electrode active part 61 toward the adjacent power generation element part. The fuel electrode current collector 41 and the air electrode current collector 62 extend from the power generation region to opposite sides. The power generation region is a region where the fuel electrode active part 42, the electrolyte 5, and the air electrode active part 61 overlap.

空気極集電部62は、電子伝導性を有する多孔質の材料から構成される焼成体である。空気極集電部62は、空気極活性部61よりも高い電子伝導性を有していることが好ましい。空気極集電部62は、酸素イオン伝導性を有していてもよいし、有していなくてもよい。   The air electrode current collector 62 is a fired body made of a porous material having electronic conductivity. The air electrode current collector 62 preferably has higher electron conductivity than the air electrode active part 61. The air electrode current collector 62 may or may not have oxygen ion conductivity.

空気極集電部62は、例えば、LSCF=(La,Sr)(Co,Fe)O(ランタンストロンチウムコバルトフェライト)から構成され得る。或いは、空気極集電部62は、LSC=(La,Sr)CoO(ランタンストロンチウムコバルタイト)から構成されてもよい。或いは、空気極集電部62は、Ag(銀)、Ag−Pd(銀パラジウム合金)から構成されてもよい。空気極集電部62の厚さは、例えば、50〜500μm程度である。 The air electrode current collector 62 can be made of, for example, LSCF = (La, Sr) (Co, Fe) O 3 (lanthanum strontium cobalt ferrite). Alternatively, the air electrode current collector 62 may be made of LSC = (La, Sr) CoO 3 (lanthanum strontium cobaltite). Or the air electrode current collection part 62 may be comprised from Ag (silver) and Ag-Pd (silver palladium alloy). The thickness of the air electrode current collector 62 is, for example, about 50 to 500 μm.

反応防止膜7は、緻密な材料から構成される焼成体である。反応防止膜7は、電解質5と空気極活性部61との間に配置されている。反応防止膜7は、電解質5内のYSZと空気極6内のSrとが反応して電解質5と空気極6との界面に電気抵抗が大きい反応層が形成される現象の発生を抑制するために設けられている。   The reaction preventing film 7 is a fired body composed of a dense material. The reaction preventing film 7 is disposed between the electrolyte 5 and the air electrode active part 61. The reaction preventing film 7 suppresses occurrence of a phenomenon in which YSZ in the electrolyte 5 and Sr in the air electrode 6 react to form a reaction layer having a large electric resistance at the interface between the electrolyte 5 and the air electrode 6. Is provided.

反応防止膜7は、希土類元素を含むセリアを含んだ材料から構成されている。反応防止膜7は、例えば、GDC=(Ce,Gd)O(ガドリニウムドープセリア)から構成され得る。反応防止膜7の厚さは、例えば、3〜50μm程度である。 The reaction preventing film 7 is made of a material containing ceria containing a rare earth element. The reaction preventing film 7 can be made of, for example, GDC = (Ce, Gd) O 2 (gadolinium-doped ceria). The thickness of the reaction preventing film 7 is, for example, about 3 to 50 μm.

インターコネクタ31は、支持基板10の長手方向(x軸方向)に隣り合う発電素子部20を電気的に接続するように構成されている。詳細には、一方の発電素子部20の空気極集電部62は、他方の発電素子部20に向かって延びている。また、他方の発電素子部20の燃料極集電部41は、一方の発電素子部20に向かって延びている。そして、インターコネクタ31は、一方の発電素子部20の空気極集電部62と、他方の発電素子部20の燃料極集電部41とを電気的に接続している。インターコネクタ31は、燃料極集電部41の第3凹部412内に配置されている。詳細には、インターコネクタ31は、第3凹部412内に埋設されている。   The interconnector 31 is configured to electrically connect the power generating element portions 20 adjacent in the longitudinal direction (x-axis direction) of the support substrate 10. Specifically, the air electrode current collector 62 of one power generation element unit 20 extends toward the other power generation element unit 20. Further, the fuel electrode current collector 41 of the other power generation element unit 20 extends toward the one power generation element unit 20. The interconnector 31 electrically connects the air electrode current collector 62 of one power generating element unit 20 and the fuel electrode current collector 41 of the other power generating element unit 20. The interconnector 31 is disposed in the third recess 412 of the fuel electrode current collector 41. Specifically, the interconnector 31 is embedded in the third recess 412.

インターコネクタ31は、電子伝導性を有する緻密な材料から構成される焼成体である。インターコネクタ31は、例えば、LaCrO(ランタンクロマイト)から構成され得る。或いは、インターコネクタ31は、(Sr,La)TiO(ストロンチウムチタネート)から構成されてもよい。インターコネクタ31の厚さは、例えば、10〜100μmである。 The interconnector 31 is a fired body composed of a dense material having electronic conductivity. The interconnector 31 can be made of, for example, LaCrO 3 (lanthanum chromite). Alternatively, the interconnector 31 may be made of (Sr, La) TiO 3 (strontium titanate). The thickness of the interconnector 31 is, for example, 10 to 100 μm.

[マニホールド200の詳細構成]
次に、マニホールド200の詳細構成について、図面を参照しながら説明する。図6は、図2のP−P断面図である。図7は、図6の領域Aの拡大図である。
[Detailed configuration of manifold 200]
Next, a detailed configuration of the manifold 200 will be described with reference to the drawings. 6 is a cross-sectional view taken along the line PP in FIG. FIG. 7 is an enlarged view of region A in FIG.

天板201と容器202は、接合材103によって接合されている。天板201と容器202の間には、燃料ガスが供給される内部空間S1が形成されている。   The top plate 201 and the container 202 are joined by the joining material 103. Between the top plate 201 and the container 202, an internal space S1 to which fuel gas is supplied is formed.

天板201は、基材210と、酸化クロム膜211と、被覆膜212と、アンカー部213とを有する。容器202は、基材220と、酸化クロム膜221と、被覆膜222と、アンカー部223とを有する。   The top plate 201 includes a base 210, a chromium oxide film 211, a coating film 212, and an anchor part 213. The container 202 includes a base material 220, a chromium oxide film 221, a coating film 222, and an anchor part 223.

天板201及び基材210は、それぞれ「合金部材」の一例である。基材210及び基材220は、それぞれ「基材」の一例である。酸化クロム膜211及び酸化クロム膜221は、それぞれ「酸化クロム膜」の一例である。被覆膜212及び被覆膜222は、それぞれ「被覆膜」の一例である。アンカー部213及びアンカー部223は、それぞれ「アンカー部」の一例である。   The top plate 201 and the base material 210 are examples of “alloy members”, respectively. Each of the base material 210 and the base material 220 is an example of a “base material”. Each of the chromium oxide film 211 and the chromium oxide film 221 is an example of a “chromium oxide film”. Each of the coating film 212 and the coating film 222 is an example of a “coating film”. The anchor part 213 and the anchor part 223 are examples of “anchor part”, respectively.

容器202の構成は、天板201の構成と同様であるため、以下においては、図7を参照しながら、天板201の構成について説明する。   Since the configuration of the container 202 is the same as the configuration of the top plate 201, the configuration of the top plate 201 will be described below with reference to FIG.

基材210は、板状に形成される。基材210は、平板状であってもよいし、曲板状であってもよい。基材210の厚みは特に制限されないが、例えば0.5〜4.0mmとすることができる。   The substrate 210 is formed in a plate shape. The substrate 210 may have a flat plate shape or a curved plate shape. Although the thickness in particular of the base material 210 is not restrict | limited, For example, it can be set as 0.5-4.0 mm.

基材210は、Cr(クロム)を含有する合金材料によって構成される。このような金属材料としては、Fe−Cr系合金鋼(ステンレス鋼など)やNi−Cr系合金鋼などを用いることができる。基材210におけるCrの含有割合は特に制限されないが、4〜30質量%とすることができる。   The substrate 210 is made of an alloy material containing Cr (chromium). As such a metal material, Fe—Cr alloy steel (such as stainless steel) or Ni—Cr alloy steel can be used. Although the content rate of Cr in the base material 210 is not particularly limited, it can be 4 to 30% by mass.

基材210は、表面210aと凹部210bとを有する。表面210aは、基材210の外側の表面である。凹部210bは、表面210aに形成される。凹部210bは、穴状であってもよいし、溝状であってもよい。   The substrate 210 has a surface 210a and a recess 210b. The surface 210 a is an outer surface of the base material 210. The recess 210b is formed on the surface 210a. The recess 210b may have a hole shape or a groove shape.

凹部210bの個数は特に制限されないが、表面210aに広く分布していることが好ましい。また、凹部210bどうしの間隔は特に制限されないが、均等な間隔で配置されていることが特に好ましい。これによって、後述するアンカー部213によるアンカー効果を、酸化クロム膜211全体に対して均等に発揮させることができるため、基材210から被覆膜212が剥離することを特に抑制できる。   The number of the recesses 210b is not particularly limited, but is preferably widely distributed on the surface 210a. Moreover, although the space | interval of the recessed parts 210b is not restrict | limited in particular, It is especially preferable that it arrange | positions at equal intervals. As a result, the anchor effect by the anchor portion 213 described later can be evenly exerted on the entire chromium oxide film 211, so that it is possible to particularly suppress the peeling of the coating film 212 from the substrate 210.

また、基材210の厚み方向における凹部210bの深さLは、厚み方向に垂直な面方向における凹部210bの幅Wより大きいことが好ましい。これによって、後述するアンカー部213の食い込み深さを大きくしたり、或いは、アンカー部213の断面形状を鋭利にしたりできるため、アンカー部213によるアンカー効果をより向上させることができる。   Moreover, it is preferable that the depth L of the recessed part 210b in the thickness direction of the base material 210 is larger than the width W of the recessed part 210b in the surface direction perpendicular to the thickness direction. As a result, the biting depth of the anchor portion 213, which will be described later, can be increased, or the cross-sectional shape of the anchor portion 213 can be sharpened, so that the anchor effect by the anchor portion 213 can be further improved.

凹部210bの深さLは特に制限されないが、0.5〜15μmとすることができ、1.0〜12μmが好ましく、1.5〜10μmがより好ましい。凹部210bの幅Wは特に制限されないが、0.1〜3.5μmとすることができ、0.15〜3.0μmが好ましく、0.2〜2.5μmがより好ましい。また、凹部210bの深さLに対する幅Wの比(W/L)は特に制限されないが、0.5以下が好ましく、0.3以下がより好ましい。   The depth L of the recess 210b is not particularly limited, but can be 0.5 to 15 μm, preferably 1.0 to 12 μm, and more preferably 1.5 to 10 μm. The width W of the recess 210b is not particularly limited, but can be 0.1 to 3.5 μm, preferably 0.15 to 3.0 μm, and more preferably 0.2 to 2.5 μm. The ratio of the width W to the depth L of the recess 210b (W / L) is not particularly limited, but is preferably 0.5 or less, and more preferably 0.3 or less.

凹部210bの断面形状は特に制限されるものではなく、例えば、楔形、半円形、矩形、及びその他の複雑形状であってもよい。図7では、断面形状が楔形の凹部210bが図示されており、凹部210bの最深部が鋭角的であるが、これに限られるものではない。凹部210bの最深部は、鈍角状であってもよいし、丸みを帯びていてもよい。また、凹部210bは、基材210の内部に向かって真っ直ぐに延びていなくてもよく、例えば、厚み方向に対して斜めに形成されていてもよいし、部分的に曲がっていてもよい。   The cross-sectional shape of the recess 210b is not particularly limited, and may be, for example, a wedge shape, a semicircular shape, a rectangular shape, or other complex shapes. In FIG. 7, the concave portion 210b having a wedge-shaped cross section is illustrated, and the deepest portion of the concave portion 210b has an acute angle, but is not limited thereto. The deepest part of the recess 210b may be obtuse or rounded. Moreover, the recessed part 210b does not need to extend straight toward the inside of the base material 210, for example, may be formed diagonally with respect to the thickness direction, and may be partially bent.

基材210は、Ti(チタン)やAl(アルミニウム)を含有していてもよい。基材210におけるTiの含有割合は特に制限されないが、0.01〜1.0at.%とすることができる。基材210におけるAlの含有割合は特に制限されないが、0.01〜0.4at.%とすることができる。基材210は、TiをTiO(チタニア)として含有していてもよいし、AlをAl(アルミナ)として含有していてもよい。 The substrate 210 may contain Ti (titanium) or Al (aluminum). The Ti content in the substrate 210 is not particularly limited, but is 0.01 to 1.0 at. %. The content ratio of Al in the substrate 210 is not particularly limited, but is 0.01 to 0.4 at. %. The base material 210 may contain Ti as TiO 2 (titania), or may contain Al as Al 2 O 3 (alumina).

酸化クロム膜211は、アンカー部213に接続される。酸化クロム膜211は、基材210の表面210aとアンカー部213の表面213aとを覆うように配置される。酸化クロム膜211は、基材210の表面210aの少なくとも一部を覆っていればよいが、表面210aの略全面を覆っていてもよい。酸化クロム膜211は、アンカー部213の表面213aの少なくとも一部を覆っていればよいが、表面213aの略全面を覆っていることが好ましい。酸化クロム膜211は、基材210の凹部210bの開口を塞ぐように形成される。酸化クロム膜211の厚みは、0.5〜10μmとすることができる。   The chromium oxide film 211 is connected to the anchor part 213. The chromium oxide film 211 is disposed so as to cover the surface 210a of the base 210 and the surface 213a of the anchor portion 213. The chromium oxide film 211 only needs to cover at least part of the surface 210a of the base 210, but may cover substantially the entire surface 210a. The chromium oxide film 211 only needs to cover at least part of the surface 213a of the anchor portion 213, but preferably covers substantially the entire surface 213a. The chromium oxide film 211 is formed so as to close the opening of the recess 210b of the base 210. The thickness of the chromium oxide film 211 can be set to 0.5 to 10 μm.

被覆膜212は、酸化クロム膜211の少なくとも一部を覆う。詳細には、被覆膜212は、酸化クロム膜211のうちセルスタック装置100の運転中に酸化剤ガスと接触する領域の少なくとも一部を覆う。被覆膜212は、酸化クロム膜211のうち酸化剤ガスと接触する領域の全面を覆っていることが好ましい。被覆膜212の厚みは特に制限されないが、例えば3〜200μmとすることができる。   The coating film 212 covers at least a part of the chromium oxide film 211. Specifically, the coating film 212 covers at least a part of a region of the chromium oxide film 211 that comes into contact with the oxidant gas during the operation of the cell stack apparatus 100. The coating film 212 preferably covers the entire surface of the chromium oxide film 211 in contact with the oxidant gas. The thickness of the coating film 212 is not particularly limited, but can be, for example, 3 to 200 μm.

被覆膜212は、基材210の表面210aからCrが揮発することを抑制する。これにより、各燃料電池セル300の電極(本実施形態では、空気極6)がCr被毒によって劣化することを抑制することができる。   The coating film 212 suppresses the volatilization of Cr from the surface 210 a of the substrate 210. Thereby, it can suppress that the electrode (this embodiment air electrode 6) of each fuel cell 300 deteriorates by Cr poisoning.

被覆膜212を構成する材料としては、セラミックス材料を用いることができる。セラミックス材料の具体的な種類は、適用箇所に応じて適宜好適選択することができる。本実施形態では、被覆膜212が絶縁性を求められるマニホールド200に適用されているため、セラミックス材料として、例えばアルミナ、シリカ、ジルコニア、及び結晶化ガラスなどを用いることができる。また、被覆膜212を導電性が求められる集電部材などに適用する場合には、セラミックス材料として、LaおよびSrを含有するペロブスカイト形複合酸化物、及びMn,Co,Ni,Fe,Cu等の遷移金属から構成されるスピネル型複合酸化物などを用いることができる。ただし、被覆膜212は、Crの揮発を抑制できればよく、被覆膜212の構成材料は上記セラミックス材料に限られるものではない。   As a material constituting the coating film 212, a ceramic material can be used. The specific type of ceramic material can be suitably selected according to the application location. In this embodiment, since the coating film 212 is applied to the manifold 200 that is required to have insulating properties, for example, alumina, silica, zirconia, crystallized glass, or the like can be used as the ceramic material. Further, when the coating film 212 is applied to a current collecting member that requires electrical conductivity, a ceramic material such as a perovskite complex oxide containing La and Sr, and Mn, Co, Ni, Fe, Cu, etc. Spinel complex oxides composed of these transition metals can be used. However, the coating film 212 only needs to suppress the volatilization of Cr, and the constituent material of the coating film 212 is not limited to the ceramic material.

アンカー部213は、基材210の凹部210b内に配置される。アンカー部213は、凹部210bの開口部付近において被覆膜212に接続される。アンカー部213が凹部210bに係止されることによってアンカー効果が生まれて、被覆膜212の基材210に対する密着力を向上させることができる。その結果、被覆膜212が基材210から剥離することを抑制できる。   The anchor portion 213 is disposed in the recess 210 b of the base material 210. Anchor portion 213 is connected to coating film 212 in the vicinity of the opening of recess 210b. By anchoring the anchor portion 213 to the recess 210b, an anchor effect is produced, and the adhesion of the coating film 212 to the base material 210 can be improved. As a result, peeling of the coating film 212 from the base material 210 can be suppressed.

アンカー部213は、凹部210bの内表面の少なくとも一部と接触していればよいが、凹部210bの内表面の略全面と接触していることが好ましい。   The anchor portion 213 may be in contact with at least a part of the inner surface of the recess 210b, but is preferably in contact with substantially the entire inner surface of the recess 210b.

アンカー部213は、Cr(クロム)よりも平衡酸素圧の低い元素の酸化物(以下、「低平衡酸素圧酸化物」という。)を含有する。すなわち、アンカー部213は、Crよりも酸素との親和力が大きく酸化しやすい元素の酸化物を含有する。そのため、セルスタック装置100の運転中、被覆膜212を透過してくる酸素をアンカー部213に優先的に取り込むことによって、アンカー部213を取り囲む基材210が酸化することを抑制できる。これにより、アンカー部213の深さが幅よりも大きい形態を維持することができるため、アンカー部213によるアンカー効果を長期間に亘って得ることができる。その結果、被覆膜212が基材210から剥離することを長期間に亘って抑制することができる。   The anchor portion 213 contains an oxide of an element having an equilibrium oxygen pressure lower than that of Cr (chromium) (hereinafter referred to as “low equilibrium oxygen pressure oxide”). That is, the anchor portion 213 contains an oxide of an element that has a greater affinity with oxygen than Cr and is easily oxidized. Therefore, during operation of the cell stack apparatus 100, it is possible to suppress the base material 210 surrounding the anchor part 213 from being oxidized by preferentially taking in oxygen passing through the coating film 212 into the anchor part 213. Thereby, since the depth of the anchor part 213 can be maintained larger than the width, the anchor effect by the anchor part 213 can be obtained over a long period of time. As a result, peeling of the coating film 212 from the base material 210 can be suppressed over a long period of time.

Crよりも平衡酸素圧の低い元素としては、Al(アルミニウム)、Ti(チタン)、Ca(カルシウム)、Si(シリコン)、Mn(マンガン)などが挙げられるが、これに限られるものではない。低平衡酸素圧酸化物としては、Al、TiO、CaO、SiO、MnO、MnCrなどが挙げられるが、これに限られるものではない。 Examples of elements having a lower equilibrium oxygen pressure than Cr include Al (aluminum), Ti (titanium), Ca (calcium), Si (silicon), and Mn (manganese), but are not limited thereto. Examples of the low equilibrium oxygen pressure oxide include, but are not limited to, Al 2 O 3 , TiO 2 , CaO, SiO 2 , MnO, MnCr 2 O 4 and the like.

アンカー部213は、低平衡酸素圧酸化物を主成分として含有していることが好ましい。アンカー部213における低平衡酸素圧酸化物の含有割合は、60mol%以上が好ましく、70mol%以上がより好ましく、80mol%以上が特に好ましい。これにより、アンカー部以外の部分と比較して、酸素との親和力の差をより大きくすることでアンカー部213を取り囲む基材210の酸化進行をさらに抑制できるため、アンカー形状を長期に渡って維持することができる。   The anchor part 213 preferably contains a low equilibrium oxygen pressure oxide as a main component. 60 mol% or more is preferable, as for the content rate of the low equilibrium oxygen pressure oxide in the anchor part 213, 70 mol% or more is more preferable, and 80 mol% or more is especially preferable. Thereby, since the progress of oxidation of the base material 210 surrounding the anchor portion 213 can be further suppressed by increasing the difference in affinity with oxygen compared to the portion other than the anchor portion, the anchor shape is maintained over a long period of time. can do.

アンカー部213は、1種の低平衡酸素圧酸化物を含有していてもよいし、2種以上の低平衡酸素圧酸化物を含有していてもよい。例えば、アンカー部213は、Alによって構成されていてもよいし、AlとTiOの混合体によって構成されていてもよい。 The anchor part 213 may contain one type of low equilibrium oxygen pressure oxide, or may contain two or more types of low equilibrium oxygen pressure oxide. For example, the anchor portion 213 may be constituted by Al 2 O 3, it may be constituted by a mixture of Al 2 O 3 and TiO 2.

なお、アンカー部213は、酸化クロムを含有していないことが好ましい。具体的には、アンカー部213における酸化クロムの含有割合は、30mol%以下が好ましく、20mol%以下がより好ましい。   In addition, it is preferable that the anchor part 213 does not contain chromium oxide. Specifically, the content ratio of chromium oxide in the anchor portion 213 is preferably 30 mol% or less, and more preferably 20 mol% or less.

アンカー部213の個数は特に制限されないが、基材表面の断面観察で10mm長さあたり100個以上観察されることが好ましく、10mm長さあたり200個以上観察されることがより好ましい。これによって、アンカー部213によるアンカー効果を十分大きくすることができるため、被覆膜212が基材210から剥離することをより抑制できる。   The number of anchor portions 213 is not particularly limited, but it is preferable to observe 100 or more per 10 mm length by cross-sectional observation of the substrate surface, and more preferably 200 or more per 10 mm length. As a result, the anchor effect by the anchor portion 213 can be sufficiently increased, so that the coating film 212 can be further prevented from being peeled off from the substrate 210.

[マニホールド200の製造方法]
マニホールド200の製造方法について、図面を参照しながら説明する。なお、容器202の製造方法は、天板201の製造方法と同様であるため、以下においては、天板201の製造方法について説明する。
[Manufacturing method of manifold 200]
A method for manufacturing the manifold 200 will be described with reference to the drawings. In addition, since the manufacturing method of the container 202 is the same as the manufacturing method of the top plate 201, the manufacturing method of the top plate 201 is demonstrated below.

まず、図8に示すように、基材210の表面210aに凹部210bを形成する。例えばサンドブラストを用いることによって、楔状の凹部210bを効率的に形成することができる。この際、研磨剤の粒径を調整したり、又は、適宜ローラーで表面を均したりすることによって、凹部210bの深さL及び幅Wを調整することができる。   First, as shown in FIG. 8, a recess 210 b is formed on the surface 210 a of the substrate 210. For example, by using sandblast, the wedge-shaped recess 210b can be efficiently formed. At this time, the depth L and the width W of the concave portion 210b can be adjusted by adjusting the particle size of the abrasive or by appropriately leveling the surface with a roller.

次に、図9に示すように、基材210の表面210a上に低平衡酸素圧酸化物ペーストを塗布する。これにより凹部210bの内部に低平衡酸素圧酸化物ペーストを充填する。なお、低平衡酸素圧酸化物ペーストは、低平衡酸素圧酸化物粉末にエチルセルロースとテルピネオールを添加することによって調製できる。   Next, as shown in FIG. 9, a low equilibrium oxygen pressure oxide paste is applied onto the surface 210 a of the substrate 210. This fills the recess 210b with the low equilibrium oxygen pressure oxide paste. The low equilibrium oxygen pressure oxide paste can be prepared by adding ethyl cellulose and terpineol to the low equilibrium oxygen pressure oxide powder.

次に、図10に示すように、凹部210bの内部に充填された低平衡酸素圧酸化物ペーストはそのままに、表面210a上に塗布された余分な低平衡酸素圧酸化物ペーストを除去する。例えばスキージを用いることによって、余分な低平衡酸素圧酸化物ペーストを除去することができる。   Next, as shown in FIG. 10, the excess low equilibrium oxygen pressure oxide paste applied on the surface 210a is removed while leaving the low equilibrium oxygen pressure oxide paste filled in the recess 210b. For example, by using a squeegee, excess low equilibrium oxygen pressure oxide paste can be removed.

次に、図11に示すように、基材210を大気雰囲気で熱処理(800〜900℃、5〜20時間)することによって、凹部210bに充填された低平衡酸素圧酸化物ペーストを覆う酸化クロム膜211を形成するとともに、アンカー部213を形成する。   Next, as shown in FIG. 11, chromium oxide covering the low equilibrium oxygen pressure oxide paste filled in the recesses 210 b by heat-treating the base material 210 in an air atmosphere (800 to 900 ° C., 5 to 20 hours). The film 211 is formed and the anchor portion 213 is formed.

次に、図12に示すように、酸化クロム膜211上に絶縁性のセラミックス材料ペーストを塗布して、熱処理(800〜900℃、1〜5時間)することによって、被覆膜212を形成する。   Next, as shown in FIG. 12, an insulating ceramic material paste is applied on the chromium oxide film 211, and heat treatment (800 to 900 ° C., 1 to 5 hours) is performed to form a coating film 212. .

(他の実施形態)
本発明は以上の実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない範囲で種々の変形又は変更が可能である。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications or changes can be made without departing from the scope of the present invention.

上記実施形態では、本発明に係る合金部材をマニホールド200に適用することとしたが、これに限られるものではない。本発明に係る合金部材は、セルスタック装置100及びセルスタック250の一部を構成する部材として用いることができる。例えば、本発明に係る合金部材は、隣接する2つの燃料電池セル300を電気的に接続する集電部材301などにも好適に用いることができる。   In the above embodiment, the alloy member according to the present invention is applied to the manifold 200, but the present invention is not limited to this. The alloy member according to the present invention can be used as a member constituting part of the cell stack device 100 and the cell stack 250. For example, the alloy member according to the present invention can be suitably used for a current collecting member 301 that electrically connects two adjacent fuel cells 300.

ここで、合金部材のアンカー部213が、低平衡酸素圧酸化物としてMnを含む酸化物を含有する場合、このMnを含む酸化物の電気抵抗率は、酸化クロム(Cr)の電気抵抗率よりも低い。そのため、アンカー部213が酸化クロムによって構成される場合に比べて、合金部材内の電流の流れがアンカー部213によって阻害されることを抑制できる。従って、特定の箇所に電流が集中して合金部材(基材210)が局所的に発熱することを抑制できるため、合金部材の劣化が抑制される。このように、アンカー部213がMnを含む酸化物を含有する場合には、上記実施形態で説明した被覆膜212の剥離抑制効果に加えて、合金部材の劣化抑制効果も期待できる。 Here, when the anchor part 213 of the alloy member contains an oxide containing Mn as a low equilibrium oxygen pressure oxide, the electrical resistivity of the oxide containing Mn is the electric power of chromium oxide (Cr 2 O 3 ). Lower than resistivity. Therefore, compared with the case where the anchor part 213 is comprised with chromium oxide, it can suppress that the flow of the electric current in an alloy member is inhibited by the anchor part 213. Accordingly, it is possible to prevent the current from concentrating at a specific location and locally generating heat in the alloy member (base material 210), so that deterioration of the alloy member is suppressed. Thus, when the anchor part 213 contains the oxide containing Mn, in addition to the peeling suppression effect of the coating film 212 demonstrated in the said embodiment, the deterioration suppression effect of an alloy member can also be anticipated.

上記実施形態では、図7に示したように、アンカー部213の表面213aは、基材210の表面210aと略面一であることとしたが、これに限られるものではない。例えば、図13に示すように、アンカー部213は、凹部210bのうち最深部のみに配置されていてもよい。この場合、酸化クロム膜211は、凹部210bの内部に入り込んでいればよい。また、図14に示すように、アンカー部213は、凹部210bの開口部の外部に突出していてもよい。この場合、酸化クロム膜211は、アンカー部213のうち凹部210bから突出した部分を覆うように配置されていればよい。   In the above embodiment, as shown in FIG. 7, the surface 213 a of the anchor portion 213 is substantially flush with the surface 210 a of the base member 210, but is not limited thereto. For example, as shown in FIG. 13, the anchor part 213 may be arrange | positioned only in the deepest part among the recessed parts 210b. In this case, the chromium oxide film 211 has only to enter the recess 210b. Moreover, as shown in FIG. 14, the anchor part 213 may protrude outside the opening part of the recessed part 210b. In this case, the chromium oxide film 211 may be disposed so as to cover a portion of the anchor portion 213 protruding from the recess 210b.

上記実施形態において、セルスタック250は、横縞型の燃料電池を有することとしたが、いわゆる縦縞型の燃料電池を有していてもよい。縦縞型の燃料電池は、導電性の支持基板と、支持基板の一主面上に配置される発電部(燃料極、固体電解質層及び空気極)と、支持基板の他主面上に配置されるインターコネクタとを備える。   In the above-described embodiment, the cell stack 250 has a horizontal stripe type fuel cell, but may have a so-called vertical stripe type fuel cell. The vertically striped fuel cell is disposed on a conductive support substrate, a power generation unit (a fuel electrode, a solid electrolyte layer, and an air electrode) disposed on one main surface of the support substrate, and on the other main surface of the support substrate. Interconnector.

上記実施形態では、凹部210b内にアンカー部213が配置されることとしたが、基材210が複数の凹部210bを有する場合、アンカー部213が配置されていない凹部210bが存在していてもよい。   In the above embodiment, the anchor portion 213 is disposed in the recess 210b. However, when the base 210 has a plurality of recesses 210b, there may be a recess 210b in which the anchor portion 213 is not disposed. .

上記実施形態では、アンカー部213が酸化クロム膜211に接続されることとしたが、複数のアンカー部213が存在する場合、酸化クロム膜211に接続されていないアンカー部212が存在していてもよい。   In the above embodiment, the anchor portion 213 is connected to the chromium oxide film 211. However, when there are a plurality of anchor portions 213, the anchor portion 212 that is not connected to the chromium oxide film 211 is present. Good.

100 セルスタック装置
200 マニホールド
201 天板
210 基材
211 酸化クロム膜
212 被覆膜
213 アンカー部
250 セルスタック
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Cell stack apparatus 200 Manifold 201 Top plate 210 Base material 211 Chromium oxide film 212 Coating film 213 Anchor part 250 Cell stack

Claims (7)

表面に凹部を有し、クロムを含有する合金材料によって構成される基材と、
前記凹部内に配置され、クロムよりも平衡酸素圧の低い元素の酸化物を含有するアンカー部と、
前記表面を覆い、前記アンカー部に接続される酸化クロム膜と、
前記酸化クロム膜の少なくとも一部を覆う被覆膜と、
を備える合金部材。
A base material having a concave portion on the surface and made of an alloy material containing chromium;
An anchor portion disposed in the recess and containing an oxide of an element having a lower equilibrium oxygen pressure than chromium;
A chromium oxide film covering the surface and connected to the anchor portion;
A coating film covering at least a part of the chromium oxide film;
An alloy member comprising:
前記凹部の深さは、前記凹部の幅よりも大きい、
請求項1に記載の合金部材。
The depth of the recess is larger than the width of the recess,
The alloy member according to claim 1.
前記アンカー部の少なくとも一部は、アルミナによって構成される、
請求項1又は2に記載の合金部材。
At least a part of the anchor part is made of alumina.
The alloy member according to claim 1 or 2.
前記アンカー部の少なくとも一部は、チタニアによって構成される、
請求項1乃至3のいずれかに記載の合金部材。
At least a part of the anchor portion is composed of titania.
The alloy member according to any one of claims 1 to 3.
前記アンカー部の少なくとも一部は、酸化マンガンによって構成される、
請求項1乃至4のいずれかに記載の合金部材。
At least a part of the anchor part is composed of manganese oxide,
The alloy member according to any one of claims 1 to 4.
2つの燃料電池セルと、
請求項1乃至5のいずれかに記載の合金部材と、
を備え、
前記合金部材は、前記2つの燃料電池セルを電気的に接続する集電部材である、
セルスタック。
Two fuel cells,
An alloy member according to any one of claims 1 to 5,
With
The alloy member is a current collecting member that electrically connects the two fuel cells.
Cell stack.
燃料電池セルと、
請求項1乃至5のいずれかに記載の合金部材と、
を備え、
前記合金部材は、前記燃料電池セルの基端部を支持するマニホールドである、
セルスタック装置。
A fuel cell;
An alloy member according to any one of claims 1 to 5,
With
The alloy member is a manifold that supports a base end portion of the fuel battery cell.
Cell stack device.
JP2017085583A 2017-01-20 2017-04-24 Alloy member, cell stack and cell stack apparatus Active JP6188181B1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017008328 2017-01-20
JP2017008328 2017-01-20

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP6188181B1 true JP6188181B1 (en) 2017-08-30
JP2018119203A JP2018119203A (en) 2018-08-02

Family

ID=59720307

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017085583A Active JP6188181B1 (en) 2017-01-20 2017-04-24 Alloy member, cell stack and cell stack apparatus

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6188181B1 (en)

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018120855A (en) * 2017-01-20 2018-08-02 日本碍子株式会社 Alloy member, cell stack, and cell stack device
JP2018120856A (en) * 2017-01-20 2018-08-02 日本碍子株式会社 Alloy member, cell stack, and cell stack device
JP2018186078A (en) * 2017-04-24 2018-11-22 日本碍子株式会社 Alloy member, cell stack, and cell stack device
JP2019079628A (en) * 2017-10-20 2019-05-23 日産自動車株式会社 Stainless steel member for fuel cell, and fuel cell including stainless steel member
JP2019106357A (en) * 2017-12-08 2019-06-27 日本碍子株式会社 Electrochemical cell and electrochemical device
JP2019216076A (en) * 2018-06-12 2019-12-19 日本碍子株式会社 Cell stack
WO2019239641A1 (en) * 2018-06-12 2019-12-19 日本碍子株式会社 Electrochemical cell
JP2019216079A (en) * 2018-06-12 2019-12-19 日本碍子株式会社 Metal member for electrochemical cell, and electrochemical cell assembly using the same
WO2020050246A1 (en) * 2018-09-07 2020-03-12 日本碍子株式会社 Alloy member, cell stack, and cell stack device
WO2020050251A1 (en) * 2018-09-07 2020-03-12 日本碍子株式会社 Alloy member, cell stack, and cell stack device
JP2020064802A (en) * 2018-10-18 2020-04-23 日本碍子株式会社 Alloy member
JP2020066758A (en) * 2018-10-22 2020-04-30 日本碍子株式会社 Alloy member, cell stack and cell stack device
JP2020136175A (en) * 2019-02-22 2020-08-31 日本碍子株式会社 Cell stack and electrochemical cell
CN112602216A (en) * 2018-09-07 2021-04-02 日本碍子株式会社 Alloy parts
CN115066772A (en) * 2020-11-26 2022-09-16 京瓷株式会社 Conductive member, battery cell, battery stack device, module, and module housing device

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6684341B1 (en) * 2018-12-27 2020-04-22 日本碍子株式会社 Zygote

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5110816B2 (en) * 2006-07-27 2012-12-26 京セラ株式会社 Current collecting member for fuel cell, fuel cell stack, and fuel cell
WO2010087298A1 (en) * 2009-01-28 2010-08-05 京セラ株式会社 Heat-resistant alloy, alloy member for fuel cell, fuel cell stack device, fuel cell module, and fuel cell device
CN104321917B (en) * 2012-05-17 2017-05-31 京瓷株式会社 Conductive parts, battery packs and electrochemical components, electrochemical devices
JP2015106445A (en) * 2013-11-28 2015-06-08 東京瓦斯株式会社 Fuel cell module, fuel cell power generation system, gas flow path member

Cited By (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018120856A (en) * 2017-01-20 2018-08-02 日本碍子株式会社 Alloy member, cell stack, and cell stack device
JP2018120855A (en) * 2017-01-20 2018-08-02 日本碍子株式会社 Alloy member, cell stack, and cell stack device
JP2018186078A (en) * 2017-04-24 2018-11-22 日本碍子株式会社 Alloy member, cell stack, and cell stack device
JP2019079628A (en) * 2017-10-20 2019-05-23 日産自動車株式会社 Stainless steel member for fuel cell, and fuel cell including stainless steel member
JP2019106357A (en) * 2017-12-08 2019-06-27 日本碍子株式会社 Electrochemical cell and electrochemical device
CN112219301A (en) * 2018-06-12 2021-01-12 日本碍子株式会社 Cell stacks and electrochemical cells
JP2019216076A (en) * 2018-06-12 2019-12-19 日本碍子株式会社 Cell stack
WO2019239641A1 (en) * 2018-06-12 2019-12-19 日本碍子株式会社 Electrochemical cell
WO2019239639A1 (en) * 2018-06-12 2019-12-19 日本碍子株式会社 Cell stack and electrochemical cell
JP2019216079A (en) * 2018-06-12 2019-12-19 日本碍子株式会社 Metal member for electrochemical cell, and electrochemical cell assembly using the same
CN112219301B (en) * 2018-06-12 2024-06-11 日本碍子株式会社 Battery stack and electrochemical cell
US11349127B2 (en) 2018-06-12 2022-05-31 Ngk Insulators, Ltd. Cell stack and electrochemical cell
US11081705B2 (en) 2018-09-07 2021-08-03 Ngk Insulators, Ltd. Alloy member
WO2020050251A1 (en) * 2018-09-07 2020-03-12 日本碍子株式会社 Alloy member, cell stack, and cell stack device
WO2020050246A1 (en) * 2018-09-07 2020-03-12 日本碍子株式会社 Alloy member, cell stack, and cell stack device
US11916262B2 (en) 2018-09-07 2024-02-27 Ngk Insulators, Ltd. Alloy member, cell stack, and cell stack device
CN112602216A (en) * 2018-09-07 2021-04-02 日本碍子株式会社 Alloy parts
CN112602217A (en) * 2018-09-07 2021-04-02 日本碍子株式会社 Alloy member, cell stack, and cell stack device
JP2020043046A (en) * 2018-09-07 2020-03-19 日本碍子株式会社 Alloy member, cell stack and cell stack device
US11695126B2 (en) 2018-09-07 2023-07-04 Ngk Insulators, Ltd. Alloy member, cell stack, and cell stack device
US11522202B2 (en) 2018-09-07 2022-12-06 Ngk Insulators, Ltd. Alloy member, cell stack, and cell stack device
JP2020064802A (en) * 2018-10-18 2020-04-23 日本碍子株式会社 Alloy member
JP2020066758A (en) * 2018-10-22 2020-04-30 日本碍子株式会社 Alloy member, cell stack and cell stack device
JP2020136175A (en) * 2019-02-22 2020-08-31 日本碍子株式会社 Cell stack and electrochemical cell
CN115066772A (en) * 2020-11-26 2022-09-16 京瓷株式会社 Conductive member, battery cell, battery stack device, module, and module housing device
CN115066772B (en) * 2020-11-26 2024-05-28 京瓷株式会社 Conductive member, battery cell, battery stack device, module, and module receiving device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2018119203A (en) 2018-08-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6188181B1 (en) Alloy member, cell stack and cell stack apparatus
JP6343728B1 (en) Alloy member, cell stack and cell stack apparatus
JP6343729B1 (en) Alloy member, cell stack and cell stack apparatus
JP5162724B1 (en) Bonding material and fuel cell stack structure using the bonding material
JP6435431B2 (en) Alloy member, cell stack and cell stack apparatus
JP6559372B1 (en) Alloy member, cell stack and cell stack apparatus
US11916262B2 (en) Alloy member, cell stack, and cell stack device
JP6484382B1 (en) Alloy member, cell stack and cell stack apparatus
JP6484380B1 (en) Cell stack
JP6527990B1 (en) Alloy member, cell stack and cell stack device
JP6653406B1 (en) Alloy member, cell stack and cell stack device
JP6671433B2 (en) Alloy member, cell stack and cell stack device
JP6518823B1 (en) Alloy member, cell stack and cell stack device
JP6637939B2 (en) Fuel cell and cell stack device
JP6257721B1 (en) Fuel cell
JP6559301B1 (en) Alloy member, cell stack and cell stack apparatus
JP6484381B1 (en) Cell stack
JP6638104B2 (en) Alloy member, cell stack and cell stack device
JP6527988B1 (en) Alloy member, cell stack and cell stack device
JP2019215980A (en) Metal member for electrochemical cell, cell stack, and cell stack device
JP6482716B1 (en) Metal member for electrochemical cell and electrochemical cell assembly using the same
JP6527989B1 (en) Alloy member, cell stack and cell stack device
JP6507290B1 (en) Metal member for electrochemical cell, and electrochemical cell assembly using the same
JP2019215982A (en) Metal member for electrochemical cell, and electrochemical cell assembly using the same
JP2019215978A (en) Metal member for electrochemical cell, cell stack, and cell stack device

Legal Events

Date Code Title Description
TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20170530

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20170615

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20170728

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6188181

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150