[go: up one dir, main page]

JP7324983B2 - INTERCONNECTOR MEMBER AND METHOD FOR MANUFACTURING INTERCONNECTOR MEMBER - Google Patents

INTERCONNECTOR MEMBER AND METHOD FOR MANUFACTURING INTERCONNECTOR MEMBER Download PDF

Info

Publication number
JP7324983B2
JP7324983B2 JP2019227819A JP2019227819A JP7324983B2 JP 7324983 B2 JP7324983 B2 JP 7324983B2 JP 2019227819 A JP2019227819 A JP 2019227819A JP 2019227819 A JP2019227819 A JP 2019227819A JP 7324983 B2 JP7324983 B2 JP 7324983B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
interconnector
coating layer
layer
metal member
oxide
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
JP2019227819A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2021096963A (en
Inventor
朋来 村田
智雄 田中
修 吉本
功 佐伯
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.)
NATIONAL UNIVERSITY CORPORATION MURORAN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
Niterra Co Ltd
Original Assignee
NATIONAL UNIVERSITY CORPORATION MURORAN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
NGK Spark Plug Co 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 NATIONAL UNIVERSITY CORPORATION MURORAN INSTITUTE OF TECHNOLOGY, NGK Spark Plug Co Ltd filed Critical NATIONAL UNIVERSITY CORPORATION MURORAN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
Priority to JP2019227819A priority Critical patent/JP7324983B2/en
Publication of JP2021096963A publication Critical patent/JP2021096963A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7324983B2 publication Critical patent/JP7324983B2/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
    • 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
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Description

本明細書によって開示される技術は、インターコネクタ部材に関する。 The technology disclosed by this specification relates to an interconnector member.

水素と酸素との電気化学反応を利用して発電を行う燃料電池の1つとして、固体酸化物形の燃料電池(以下、「SOFC」という。)が知られている。SOFCの構成単位である燃料電池発電単位(以下、「発電単位」という。)は、燃料電池単セル(以下、「単セル」という。)と、インターコネクタ部材とを備える。単セルは、電解質層と、電解質層を挟んで所定の方向(以下、「第1の方向」という。)に互いに対向する空気極および燃料極とを含む。インターコネクタ部材は、単セルを構成する空気極または燃料極に電気的に接続される。 A solid oxide fuel cell (hereinafter referred to as "SOFC") is known as one of fuel cells that generate electricity using an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. A fuel cell power generation unit (hereinafter referred to as a "power generation unit"), which is a structural unit of an SOFC, includes a fuel cell single cell (hereinafter referred to as a "single cell") and an interconnector member. A single cell includes an electrolyte layer, and an air electrode and a fuel electrode facing each other in a predetermined direction (hereinafter referred to as "first direction") with the electrolyte layer interposed therebetween. The interconnector member is electrically connected to the air electrode or fuel electrode that constitutes the single cell.

インターコネクタ部材は、FeとCrとを含有する金属(例えば、フェライト系ステンレス)により形成された金属部材を備える。インターコネクタ部材を構成する金属部材に含まれるCrが空気中の酸素と反応すると、金属部材の表面に、Cr酸化物(例えば、Cr(クロミア))を含有する酸化被膜層が形成される。Cr酸化物を含有する酸化被膜層は酸素透過性が低いため、金属部材にとってより好ましくないFeの酸化を抑制する。一方、Cr酸化物を含む酸化被膜層は高い電気抵抗を有するため、該酸化被膜層がさらに成長すると、インターコネクタ部材の電気抵抗が上昇して発電単位の性能が低下するおそれがある。 The interconnector member includes a metal member made of a metal containing Fe and Cr (for example, ferritic stainless steel). When Cr contained in the metal member constituting the interconnect member reacts with oxygen in the air, an oxide film layer containing Cr oxide (for example, Cr 2 O 3 (chromia)) is formed on the surface of the metal member. be. Since the oxide film layer containing Cr oxide has low oxygen permeability, it suppresses the oxidation of Fe, which is more undesirable for metal members. On the other hand, since the oxide film layer containing Cr oxide has high electrical resistance, further growth of the oxide film layer may increase the electrical resistance of the interconnector member and degrade the performance of the power generation unit.

また、インターコネクタ部材を構成する金属部材に含まれるCrが蒸散して単セルの電極に付着すると、電極における反応速度が低下する「Cr被毒」と呼ばれる現象が発生し、単セル(発電単位)の性能が低下するおそれがある。 In addition, when the Cr contained in the metal member that constitutes the interconnect member evaporates and adheres to the electrode of the single cell, a phenomenon called "Cr poisoning" occurs, in which the reaction rate at the electrode decreases. ) performance may be degraded.

これらのような発電単位の性能低下を抑制するために、インターコネクタ部材を構成する金属部材の表面上(より詳細には、金属部材の表面上に配置された酸化被膜層における金属部材とは反対側の表面上)に、MnとCoとを含有するスピネル型の酸化物(例えば、MnCo)を含有する被膜層(以下、「Mn-Co被膜層」という。)が形成された構成が知られている(例えば、特許文献1参照)。このような構成のインターコネクタ部材では、Mn-Co被膜層が酸素の透過を抑制するため、酸化被膜層のさらなる成長が抑制され、その結果、インターコネクタ部材の電気抵抗の上昇(すなわち、発電単位の性能低下)を抑制することができる。また、このような構成のインターコネクタ部材では、Mn-Co被膜層が金属部材からのCrの蒸散を抑制するため、単セルのCr被毒の発生が抑制され、その結果、発電単位の性能低下を抑制することができる。 In order to suppress the performance degradation of power generation units such as these, on the surface of the metal member that constitutes the interconnector member (more specifically, on the oxide film layer disposed on the surface of the metal member, A structure in which a coating layer containing a spinel-type oxide containing Mn and Co (for example, MnCo 2 O 4 ) (hereinafter referred to as “Mn—Co coating layer”) is formed on the surface of the is known (see, for example, Patent Document 1). In the interconnect member having such a configuration, the Mn—Co coating layer suppresses permeation of oxygen, so further growth of the oxide coating layer is suppressed. performance deterioration) can be suppressed. In addition, in the interconnect member having such a configuration, the Mn—Co coating layer suppresses the transpiration of Cr from the metal member, thereby suppressing the occurrence of Cr poisoning of the single cell, and as a result, the performance of the power generation unit is lowered. can be suppressed.

特開2011-99159号公報JP 2011-99159 A

本発明者は、上述した従来のインターコネクタ部材においては、(例えば、製造後に初めて)インターコネクタ部材に電流を流し始めてから所定時間(以下、「初期」という。)、電気抵抗が特に増大し、これにより、このインターコネクタ部材においては、効率良く電流を流すことができない、という新たな課題を発見した。 The present inventors have found that in the above-described conventional interconnector member, the electrical resistance particularly increases for a predetermined time (hereinafter referred to as "initial period") after the current is started to flow through the interconnector member (for example, for the first time after manufacturing), As a result, in this interconnector member, a new problem was discovered that the current could not flow efficiently.

なお、このような課題は、水の電気分解反応を利用して水素の生成を行う固体酸化物形の電解セル(以下、「SOEC」ともいう。)の構成単位である電解セル単位を構成するインターコネクタ部材にも共通の課題である。なお、本明細書では、燃料電池発電単位と電解セル単位とをまとめて電気化学反応単位と呼ぶ。また、このような課題は、SOFCやSOECに限らず、他のタイプの電気化学反応単位にも共通の課題である。 In addition, such a problem constitutes an electrolytic cell unit which is a structural unit of a solid oxide type electrolytic cell (hereinafter also referred to as "SOEC") that generates hydrogen using the electrolysis reaction of water. This is also a common problem with interconnect members. In this specification, the fuel cell power generation unit and the electrolysis cell unit are collectively referred to as an electrochemical reaction unit. Moreover, such problems are not limited to SOFCs and SOECs, but are common to other types of electrochemical reaction units.

本明細書では、上述した課題を解決することが可能な技術を開示する。 This specification discloses a technology capable of solving the above-described problems.

本明細書に開示される技術は、例えば、以下の形態として実現することが可能である。 The technology disclosed in this specification can be implemented, for example, in the following forms.

(1)本明細書に開示されるインターコネクタ部材は、FeとCrとを含有する金属部材と、前記金属部材の表面上に配置され、Cr酸化物を含有する第1の被膜層と、前記第1の被膜層における前記金属部材とは反対側の表面上に配置され、MnとCoとを含有するスピネル型の酸化物を含有する第2の被膜層と、を備えるインターコネクタ部材であって、前記第2の被膜層は、NiとCuとZnとCoとの少なくとも1種類である特定元素を含有し、前記第2の被膜層に含有される前記特定元素の濃度(atm%)は、前記第1の被膜層から離れるほど低い。本インターコネクタ部材では、前記第2の被膜層に含有される前記特定元素の存在により、初期((例えば、製造後に初めて)インターコネクタ部材に電流を流し始めてから所定時間)の電気抵抗の増大が抑制される。そのため、本インターコネクタ部材によれば、効率的に電流を流すことができる。また、本インターコネクタ部材では、前記第2の被膜層に含有される前記特定元素の濃度(atm%)が前記第1の被膜層から離れるほど低いことにより、前記第2の被膜層に含有される前記特定元素の量を比較的少なくすることができ、これにより、前記第2の被膜層が元来有する酸素透過防止性能の低下が抑制される。これにより、前記金属部材の酸化の進行に伴う電気抵抗の増大が抑制される。そのため、本インターコネクタ部材によれば、より効率的に電流を流すことができる。 (1) The interconnect member disclosed in the present specification includes a metal member containing Fe and Cr, a first coating layer containing Cr oxide disposed on the surface of the metal member, and the a second coating layer disposed on the surface of the first coating layer opposite to the metal member and containing a spinel-type oxide containing Mn and Co, wherein , the second coating layer contains a specific element that is at least one of Ni, Cu, Zn and Co, and the concentration (atm%) of the specific element contained in the second coating layer is The further away from the first coating layer, the lower. In the present interconnect member, due to the presence of the specific element contained in the second coating layer, the initial (for example, for the first time after manufacturing) electric resistance increases for a predetermined time after the start of current flow through the interconnect member. Suppressed. Therefore, according to this interconnector member, an electric current can flow efficiently. In addition, in the present interconnect member, the concentration (atm %) of the specific element contained in the second coating layer decreases as the distance from the first coating layer increases, so that the second coating layer contains It is possible to relatively reduce the amount of the specific element contained in the second coating layer, thereby suppressing deterioration of the oxygen permeation prevention performance originally possessed by the second coating layer. This suppresses an increase in electrical resistance due to progress of oxidation of the metal member. Therefore, according to this interconnector member, the current can flow more efficiently.

(2)上記インターコネクタ部材において、前記第2の被膜層における前記第1の被膜層からの距離が1μmまでの領域における前記特定元素の濃度は、0.5atm%以上である構成としてもよい。本インターコネクタ部材では、このように前記第2の被膜層の内の前記第1の被膜層から十分近い領域における前記特定元素の濃度が十分高いことにより、より効果的に、前記特定元素の存在により、初期の電気抵抗の増大が抑制される。従って、本インターコネクタ部材によれば、より効率的に電流を流すことができる。 (2) In the above interconnect member, the concentration of the specific element in a region of the second coating layer up to 1 μm from the first coating layer may be 0.5 atm % or more. In this interconnect member, since the concentration of the specific element in the region of the second coating layer sufficiently close to the first coating layer is sufficiently high, the presence of the specific element can be more effectively detected. Thus, an increase in initial electrical resistance is suppressed. Therefore, according to this interconnector member, the current can flow more efficiently.

(3)上記インターコネクタ部材において、前記金属部材は、前記第2の被膜層に含有される前記特定元素と同一の元素を含有し、前記金属部材に含有される前記特定元素の濃度(atm%)は、前記第1の被膜層から離れるほど低い構成としてもよい。本インターコネクタ部材によれば、前記金属部材に含有される前記特定元素の存在により、初期の電気抵抗の増大が抑制される。そのため、本インターコネクタ部材によれば、より効率的に電流を流すことができる。また、本インターコネクタ部材では、前記金属部材に含有される前記特定元素の濃度(atm%)が前記第1の被膜層から離れるほど低いことにより、前記第1の被膜層と前記金属部材との間にクラックが生じることに起因する電気抵抗の増大が抑制される。そのため、本インターコネクタ部材によれば、より効率的に電流を流すことができる。 (3) In the above interconnect member, the metal member contains the same element as the specific element contained in the second coating layer, and the concentration of the specific element contained in the metal member (atm% ) may be configured to be lower the further away from the first coating layer. According to this interconnect member, the presence of the specific element contained in the metal member suppresses an increase in initial electrical resistance. Therefore, according to this interconnector member, the current can flow more efficiently. In addition, in the present interconnect member, the concentration (atm%) of the specific element contained in the metal member decreases as the distance from the first coating layer increases, so that the first coating layer and the metal member An increase in electrical resistance due to cracks occurring between them is suppressed. Therefore, according to this interconnector member, the current can flow more efficiently.

(4)上記インターコネクタ部材の製造方法において、金属部材を準備する第1の工程と、前記金属部材に、メッキにより前記特定元素を含有する特定元素メッキ層を形成する第2の工程と、前記特定元素メッキ層に、泳動電析によりMn酸化物層を形成する第3の工程と、前記Mn酸化物層に、メッキによりCoを含有するCoメッキ層を形成する第4の工程と、前記第1の工程、前記第2の工程、前記第3の工程、および前記第4の工程を経た前記金属部材を焼成することにより、前記金属部材に前記第1の被膜層および前記第2の被膜層を形成する第5の工程とを備える構成としてもよい。本インターコネクタ部材の製造方法によれば、前記第2の被膜層は、前記特定元素を含有し、前記第2の被膜層に含有される前記特定元素の濃度(atm%)は、前記第1の被膜層から離れるほど低い構成とされた上記インターコネクタ部材を容易に製造することができる。また、本インターコネクタ部材の製造方法においては、泳動電析により前記Mn酸化物層を形成した後(前記第3の工程)、前記Mn酸化物層に生じた隙間にCoメッキ層を形成するため(前記第4の工程)、前記第2の被膜層と前記第1の被膜層との密着性が良好なものとなり、これにより前記第2の被膜層の(前記第1の被膜層からの)剥離が抑制される。 (4) In the method for manufacturing an interconnector member, a first step of preparing a metal member; a second step of forming a specific element plating layer containing the specific element on the metal member by plating; a third step of forming a Mn oxide layer on the specific element plating layer by migration electrodeposition; a fourth step of forming a Co plating layer containing Co on the Mn oxide layer by plating; By firing the metal member that has undergone the first step, the second step, the third step, and the fourth step, the first coating layer and the second coating layer are formed on the metal member. It is good also as a structure provided with the 5th process of forming. According to the present interconnect member manufacturing method, the second coating layer contains the specific element, and the concentration (atm%) of the specific element contained in the second coating layer is the same as the first It is possible to easily manufacture the above-mentioned interconnector member, which is configured so that the distance from the film layer is lower. Further, in the method for manufacturing an interconnector member, after the Mn oxide layer is formed by migration electrodeposition (the third step), a Co plating layer is formed in the gaps generated in the Mn oxide layer. (Fourth step), the adhesion between the second coating layer and the first coating layer becomes good, so that the second coating layer (from the first coating layer) Peeling is suppressed.

(5)上記インターコネクタ部材の製造方法において、前記第3の工程において、前記金属部材を浸す溶剤として、ケトン類の溶剤を用いる構成としてもよい。本インターコネクタ部材の製造方法によれば、前記第3の工程において、より効率的に、前記特定元素メッキ層に前記Mn酸化物層を形成することができる。 (5) In the method for manufacturing an interconnector member, in the third step, a ketone solvent may be used as the solvent for soaking the metal member. According to this method for manufacturing an interconnector member, the Mn oxide layer can be formed on the specific element plated layer more efficiently in the third step.

なお、本明細書に開示される技術は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、インターコネクタ部材、インターコネクタ部材と電気化学反応単セル(燃料電池単セルまたは電解単セル)とを備える電気化学反応単位(燃料電池発電単位または電解セル単位)、複数の電気化学反応単位を備える電気化学反応セルスタック(燃料電池スタックまたは電解セルスタック)、それらの製造方法等の形態で実現することが可能である。 The technology disclosed in this specification can be realized in various forms. an electrochemical reaction unit (fuel cell power generation unit or electrolysis cell unit), an electrochemical reaction cell stack (fuel cell stack or electrolysis cell stack) comprising a plurality of electrochemical reaction units, a manufacturing method thereof, etc. Is possible.

本実施形態における燃料電池スタック100の外観構成を示す斜視図である。1 is a perspective view showing an external configuration of a fuel cell stack 100 according to this embodiment; FIG. 図1のII-IIの位置における燃料電池スタック100のXZ断面構成を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory view showing the XZ cross-sectional configuration of the fuel cell stack 100 at the position II-II in FIG. 1; 図1のIII-IIIの位置における燃料電池スタック100のYZ断面構成を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory view showing the YZ cross-sectional configuration of the fuel cell stack 100 at the position III-III in FIG. 1; 図2に示す断面と同一の位置における互いに隣接する2つの発電単位102のXZ断面構成を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing the XZ cross-sectional configuration of two power generation units 102 adjacent to each other at the same position as the cross section shown in FIG. 2 ; 図3に示す断面と同一の位置における互いに隣接する2つの発電単位102のYZ断面構成を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing the YZ cross-sectional configuration of two power generation units 102 adjacent to each other at the same position as the cross section shown in FIG. 3 ; 図4のVI-VIの位置における発電単位102のXY断面構成を示す説明図である。FIG. 5 is an explanatory view showing the XY cross-sectional configuration of the power generation unit 102 at the position VI-VI in FIG. 4; 図4のVII-VIIの位置における発電単位102のXY断面構成を示す説明図である。FIG. 5 is an explanatory view showing the XY cross-sectional configuration of the power generation unit 102 at the position of VII-VII in FIG. 4; 本実施形態におけるインターコネクタ複合体200詳細構成を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing the detailed configuration of an interconnector composite 200 in this embodiment; 本実施形態におけるインターコネクタ複合体200の製造方法の一例を示すフローチャートである。4 is a flow chart showing an example of a method for manufacturing an interconnector composite 200 according to this embodiment. 本実施形態におけるインターコネクタ複合体200の製造方法の一例の一部を概略的に示す説明図である。It is an explanatory view showing roughly a part of an example of a manufacturing method of interconnector complex 200 in this embodiment. 本実施形態におけるインターコネクタ複合体200の製造方法の一例の一部を概略的に示す説明図である。It is an explanatory view showing roughly a part of an example of a manufacturing method of interconnector complex 200 in this embodiment. 本実施形態における性能評価結果を示す説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram showing performance evaluation results in this embodiment; 本実施形態における性能評価における電気抵抗の測定結果(サンプルS1とサンプルS3のみ)を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing measurement results of electrical resistance (only samples S1 and S3) in performance evaluation in the present embodiment; 特定元素としてCuを用いた変形例における性能評価結果を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the performance evaluation result in the modification using Cu as a specific element.

A.実施形態:
A-1.燃料電池スタック100の構成:
(燃料電池スタック100の構成)
図1は、本実施形態における燃料電池スタック100の外観構成を示す斜視図であり、図2は、図1(および後述する図6,7)のII-IIの位置における燃料電池スタック100のXZ断面構成を示す説明図であり、図3は、図1(および後述する図6,7)のIII-IIIの位置における燃料電池スタック100のYZ断面構成を示す説明図である。各図には、方向を特定するための互いに直交するXYZ軸が示されている。本明細書では、便宜的に、Z軸正方向を上方向と呼び、Z軸負方向を下方向と呼ぶものとするが、燃料電池スタック100は実際にはそのような向きとは異なる向きで設置されてもよい。図4以降についても同様である。
A. Embodiment:
A-1. Configuration of fuel cell stack 100:
(Configuration of fuel cell stack 100)
FIG. 1 is a perspective view showing the external configuration of a fuel cell stack 100 in this embodiment, and FIG. 2 is an XZ view of the fuel cell stack 100 at the position II-II in FIG. 1 (and FIGS. 6 and 7 to be described later). FIG. 3 is an explanatory view showing the cross-sectional structure, and FIG. 3 is an explanatory view showing the YZ cross-sectional structure of the fuel cell stack 100 at the position III-III in FIG. 1 (and FIGS. 6 and 7 described later). Each figure shows mutually orthogonal XYZ axes for specifying directions. In this specification, for the sake of convenience, the positive Z-axis direction is referred to as the upward direction, and the negative Z-axis direction is referred to as the downward direction. may be installed. The same applies to FIG. 4 and subsequent figures.

燃料電池スタック100は、複数の(本実施形態では7つの)燃料電池発電単位(以下、単に「発電単位」という。)102と、一対のエンドプレート104,106とを備える。7つの発電単位102は、所定の配列方向(本実施形態では上下方向)に並べて配置されている。一対のエンドプレート104,106は、7つの発電単位102から構成される集合体を上下から挟むように配置されている。 The fuel cell stack 100 includes a plurality of (seven in this embodiment) fuel cell power generation units (hereinafter simply referred to as “power generation units”) 102 and a pair of end plates 104 and 106 . The seven power generation units 102 are arranged side by side in a predetermined arrangement direction (vertical direction in this embodiment). A pair of end plates 104 and 106 are arranged so as to sandwich an aggregate composed of seven power generation units 102 from above and below.

燃料電池スタック100を構成する各層(発電単位102、エンドプレート104,106)のZ軸方向回りの周縁部には、上下方向に貫通する複数の(本実施形態では8つの)孔が形成されており、各層に形成され互いに対応する孔同士が上下方向に連通して、一方のエンドプレート104から他方のエンドプレート106にわたって上下方向に延びる連通孔108を構成している。以下の説明では、連通孔108を構成するために燃料電池スタック100の各層に形成された孔も、連通孔108と呼ぶ場合がある。 A plurality of holes (eight in the present embodiment) penetrating in the vertical direction are formed in the peripheral edge portion around the Z-axis direction of each layer (the power generation unit 102, the end plates 104 and 106) constituting the fuel cell stack 100. Corresponding holes formed in each layer vertically communicate with each other to form communicating holes 108 extending vertically from one end plate 104 to the other end plate 106 . In the following description, the holes formed in each layer of the fuel cell stack 100 to form the communication holes 108 may also be referred to as the communication holes 108 .

各連通孔108には上下方向に延びるボルト22が挿通されており、ボルト22とボルト22の両側に嵌められたナット24とによって、燃料電池スタック100は締結されている。なお、図2および図3に示すように、ボルト22の一方の側(上側)に嵌められたナット24と燃料電池スタック100の上端を構成するエンドプレート104の上側表面との間、および、ボルト22の他方の側(下側)に嵌められたナット24と燃料電池スタック100の下端を構成するエンドプレート106の下側表面との間には、絶縁シート26が介在している。ただし、後述のガス通路部材27が設けられた箇所では、ナット24とエンドプレート106の表面との間に、ガス通路部材27とガス通路部材27の上側および下側のそれぞれに配置された絶縁シート26とが介在している。絶縁シート26は、例えばマイカシートや、セラミック繊維シート、セラミック圧粉シート、ガラスシート、ガラスセラミック複合剤等により構成される。 A bolt 22 extending in the vertical direction is inserted through each communication hole 108 , and the fuel cell stack 100 is fastened by the bolt 22 and nuts 24 fitted on both sides of the bolt 22 . 2 and 3, between the nut 24 fitted on one side (upper side) of the bolt 22 and the upper surface of the end plate 104 constituting the upper end of the fuel cell stack 100, and between the bolt An insulating sheet 26 is interposed between the nut 24 fitted to the other side (lower side) of the fuel cell stack 22 and the lower surface of the end plate 106 forming the lower end of the fuel cell stack 100 . However, at a location where a gas passage member 27, which will be described later, is provided, between the nut 24 and the surface of the end plate 106, the insulating sheets disposed above and below the gas passage member 27 and the gas passage member 27, respectively. 26 intervenes. The insulating sheet 26 is composed of, for example, a mica sheet, a ceramic fiber sheet, a ceramic powder sheet, a glass sheet, a glass-ceramic composite, or the like.

各ボルト22の軸部の外径は各連通孔108の内径より小さい。そのため、各ボルト22の軸部の外周面と各連通孔108の内周面との間には、空間が確保されている。図1および図2に示すように、燃料電池スタック100のZ軸方向回りの外周における1つの辺(Y軸に平行な2つの辺の内のX軸正方向側の辺)の中点付近に位置するボルト22(ボルト22A)と、そのボルト22Aが挿通された連通孔108とにより形成された空間は、燃料電池スタック100の外部から酸化剤ガスOGが導入され、その酸化剤ガスOGを各発電単位102に供給するガス流路である酸化剤ガス導入マニホールド161として機能し、該辺の反対側の辺(Y軸に平行な2つの辺の内のX軸負方向側の辺)の中点付近に位置するボルト22(ボルト22B)と、そのボルト22Bが挿通された連通孔108とにより形成された空間は、各発電単位102の空気室166から排出されたガスである酸化剤オフガスOOGを燃料電池スタック100の外部へと排出する酸化剤ガス排出マニホールド162として機能する。なお、本実施形態では、酸化剤ガスOGとして、例えば空気が使用される。 The outer diameter of the shaft portion of each bolt 22 is smaller than the inner diameter of each communication hole 108 . Therefore, a space is secured between the outer peripheral surface of the shaft portion of each bolt 22 and the inner peripheral surface of each communication hole 108 . As shown in FIGS. 1 and 2, one side of the outer circumference of the fuel cell stack 100 around the Z-axis direction (the side on the positive side of the X-axis among the two sides parallel to the Y-axis) is near the midpoint. The space formed by the bolt 22 (bolt 22A) positioned thereon and the communication hole 108 through which the bolt 22A is inserted receives the oxidant gas OG from the outside of the fuel cell stack 100, and the oxidant gas OG is introduced into each space. Functioning as an oxidant gas introduction manifold 161 which is a gas flow path for supplying to the power generation unit 102, the side opposite to the side (the side on the negative side of the X axis among the two sides parallel to the Y axis) The space formed by the bolt 22 (bolt 22B) located near the point and the communication hole 108 through which the bolt 22B is inserted is the oxidant offgas OOG which is the gas discharged from the air chamber 166 of each power generation unit 102. to the outside of the fuel cell stack 100 as an oxidizing gas discharge manifold 162 . In this embodiment, for example, air is used as the oxidant gas OG.

また、図1および図3に示すように、燃料電池スタック100のZ軸方向回りの外周における1つの辺(X軸に平行な2つの辺の内のY軸正方向側の辺)の中点付近に位置するボルト22(ボルト22D)と、そのボルト22Dが挿通された連通孔108とにより形成された空間は、燃料電池スタック100の外部から燃料ガスFGが導入され、その燃料ガスFGを各発電単位102に供給する燃料ガス導入マニホールド171として機能し、該辺の反対側の辺(X軸に平行な2つの辺の内のY軸負方向側の辺)の中点付近に位置するボルト22(ボルト22E)と、そのボルト22Eが挿通された連通孔108とにより形成された空間は、各発電単位102の燃料室176から排出されたガスである燃料オフガスFOGを燃料電池スタック100の外部へと排出する燃料ガス排出マニホールド172として機能する。なお、本実施形態では、燃料ガスFGとして、例えば都市ガスを改質した水素リッチなガスが使用される。 In addition, as shown in FIGS. 1 and 3, the midpoint of one side (the side on the Y-axis positive side of the two sides parallel to the X-axis) on the outer circumference of the fuel cell stack 100 around the Z-axis direction Fuel gas FG is introduced from the outside of the fuel cell stack 100 into the space formed by the bolt 22 (bolt 22D) located nearby and the communication hole 108 through which the bolt 22D is inserted. A bolt that functions as the fuel gas introduction manifold 171 that supplies the power generation unit 102 and is located near the midpoint of the side opposite to the side (the side on the Y-axis negative direction side of the two sides parallel to the X-axis) 22 (bolt 22E) and the communication hole 108 through which the bolt 22E is inserted allows the fuel offgas FOG, which is the gas discharged from the fuel chamber 176 of each power generation unit 102, to flow outside the fuel cell stack 100. It functions as a fuel gas discharge manifold 172 that discharges to the In this embodiment, hydrogen-rich gas obtained by reforming city gas, for example, is used as the fuel gas FG.

燃料電池スタック100には、4つのガス通路部材27が設けられている。各ガス通路部材27は、中空筒状の本体部28と、本体部28の側面から分岐した中空筒状の分岐部29とを有している。分岐部29の孔は本体部28の孔と連通している。各ガス通路部材27の分岐部29には、ガス配管(図示せず)が接続される。また、図2に示すように、酸化剤ガス導入マニホールド161を形成するボルト22Aの位置に配置されたガス通路部材27の本体部28の孔は、酸化剤ガス導入マニホールド161に連通しており、酸化剤ガス排出マニホールド162を形成するボルト22Bの位置に配置されたガス通路部材27の本体部28の孔は、酸化剤ガス排出マニホールド162に連通している。また、図3に示すように、燃料ガス導入マニホールド171を形成するボルト22Dの位置に配置されたガス通路部材27の本体部28の孔は、燃料ガス導入マニホールド171に連通しており、燃料ガス排出マニホールド172を形成するボルト22Eの位置に配置されたガス通路部材27の本体部28の孔は、燃料ガス排出マニホールド172に連通している。 Four gas passage members 27 are provided in the fuel cell stack 100 . Each gas passage member 27 has a hollow tubular body portion 28 and a hollow tubular branch portion 29 branched from a side surface of the main body portion 28 . A hole in the branch portion 29 communicates with a hole in the main body portion 28 . A gas pipe (not shown) is connected to the branch portion 29 of each gas passage member 27 . Further, as shown in FIG. 2, the hole of the body portion 28 of the gas passage member 27 arranged at the position of the bolt 22A forming the oxidant gas introduction manifold 161 communicates with the oxidant gas introduction manifold 161. A hole in the body portion 28 of the gas passage member 27 arranged at the position of the bolt 22B forming the oxidant gas discharge manifold 162 communicates with the oxidant gas discharge manifold 162 . Further, as shown in FIG. 3, the hole of the body portion 28 of the gas passage member 27 arranged at the position of the bolt 22D forming the fuel gas introduction manifold 171 communicates with the fuel gas introduction manifold 171, and the fuel gas A hole in the body portion 28 of the gas passage member 27 arranged at the position of the bolt 22E forming the discharge manifold 172 communicates with the fuel gas discharge manifold 172 .

(エンドプレート104,106の構成)
一対のエンドプレート104,106は、略矩形の平板形状の導電性部材であり、例えばステンレスにより形成されている。一方のエンドプレート104は、最も上に位置する発電単位102の上側に配置され、他方のエンドプレート106は、最も下に位置する発電単位102の下側に配置されている。一対のエンドプレート104,106によって複数の発電単位102が押圧された状態で挟持されている。上側のエンドプレート104は、燃料電池スタック100のプラス側の出力端子として機能し、下側のエンドプレート106は、燃料電池スタック100のマイナス側の出力端子として機能する。
(Configuration of end plates 104, 106)
The pair of end plates 104 and 106 are substantially rectangular plate-shaped conductive members, and are made of, for example, stainless steel. One end plate 104 is arranged above the uppermost power generating unit 102 and the other end plate 106 is arranged below the lowermost power generating unit 102 . A pair of end plates 104 and 106 hold a plurality of power generation units 102 in a pressed state. The upper end plate 104 functions as the positive side output terminal of the fuel cell stack 100 , and the lower end plate 106 functions as the negative side output terminal of the fuel cell stack 100 .

(発電単位102の構成)
図4は、図2に示す断面と同一の位置における互いに隣接する2つの発電単位102のXZ断面構成を示す説明図であり、図5は、図3に示す断面と同一の位置における互いに隣接する2つの発電単位102のYZ断面構成を示す説明図である。図5の上部には、発電単位102の一部分のYZ断面構成が拡大して示されている。また、図6は、図4のVI-VIの位置における発電単位102のXY断面構成を示す説明図であり、図7は、図4のVII-VIIの位置における発電単位102のXY断面構成を示す説明図である。
(Configuration of power generation unit 102)
4 is an explanatory diagram showing the XZ cross-sectional configuration of two power generation units 102 adjacent to each other at the same position as the cross section shown in FIG. 2, and FIG. FIG. 3 is an explanatory diagram showing a YZ cross-sectional configuration of two power generation units 102; In the upper portion of FIG. 5, the YZ cross-sectional configuration of a portion of the power generation unit 102 is shown enlarged. 6 is an explanatory diagram showing the XY cross-sectional configuration of the power generation unit 102 at the position VI-VI in FIG. 4, and FIG. 7 is the XY cross-sectional configuration of the power generation unit 102 at the position VII-VII in FIG. It is an explanatory diagram showing.

図4および図5に示すように、発電単位102は、単セル110と、セパレータ120と、空気極側フレーム130と、空気極側集電体134と、燃料極側フレーム140と、燃料極側集電体144と、発電単位102の最上層および最下層を構成する一対のインターコネクタ150とを備えている。セパレータ120、空気極側フレーム130、燃料極側フレーム140、インターコネクタ150におけるZ軸方向回りの周縁部には、上述したボルト22が挿通される連通孔108に対応する孔が形成されている。 As shown in FIGS. 4 and 5, the power generation unit 102 includes a single cell 110, a separator 120, an air electrode side frame 130, an air electrode side current collector 134, an anode side frame 140, an anode side It has a current collector 144 and a pair of interconnectors 150 forming the top layer and the bottom layer of the power generation unit 102 . The separator 120, the air electrode side frame 130, the fuel electrode side frame 140, and the interconnector 150 are provided with holes corresponding to the communication holes 108 through which the bolts 22 are inserted.

インターコネクタ150は、略矩形の平板形状の導電性部材であり、例えばフェライト系ステンレスにより形成されている。インターコネクタ150は、発電単位102間の電気的導通を確保すると共に、発電単位102間での反応ガスの混合を防止する。なお、本実施形態では、2つの発電単位102が隣接して配置されている場合、1つのインターコネクタ150は、隣接する2つの発電単位102に共有されている。すなわち、ある発電単位102における上側のインターコネクタ150は、その発電単位102の上側に隣接する他の発電単位102における下側のインターコネクタ150と同一部材である。また、燃料電池スタック100は一対のエンドプレート104,106を備えているため、燃料電池スタック100において最も上に位置する発電単位102は上側のインターコネクタ150を備えておらず、最も下に位置する発電単位102は下側のインターコネクタ150を備えていない(図2および図3参照)。 The interconnector 150 is a substantially rectangular plate-shaped conductive member, and is made of, for example, ferritic stainless steel. The interconnector 150 ensures electrical continuity between the power generating units 102 and prevents mixing of reaction gases between the power generating units 102 . In this embodiment, when two power generation units 102 are arranged adjacently, one interconnector 150 is shared by the two adjacent power generation units 102 . That is, the upper interconnector 150 in a certain power generation unit 102 is the same member as the lower interconnector 150 in another power generation unit 102 adjacent to the upper side of the power generation unit 102 . In addition, since the fuel cell stack 100 has a pair of end plates 104 and 106, the power generation unit 102 located at the top in the fuel cell stack 100 does not have the upper interconnector 150, and is located at the bottom. The generating unit 102 does not have a lower interconnector 150 (see Figures 2 and 3).

単セル110は、電解質層112と、電解質層112の上下方向(第1の方向)の一方側(下側)に配置された燃料極(アノード)116と、電解質層112の上下方向の他方側(上側)に配置された空気極(カソード)114と、電解質層112と空気極114との間に配置された中間層180とを備える。なお、本実施形態の単セル110は、燃料極116で単セル110を構成する他の層(電解質層112、空気極114、中間層180)を支持する燃料極支持形の単セルである。 The single cell 110 includes an electrolyte layer 112, a fuel electrode (anode) 116 disposed on one side (lower side) of the electrolyte layer 112 in the vertical direction (first direction), and a fuel electrode (anode) 116 disposed on the other side of the electrolyte layer 112 in the vertical direction. It comprises an air electrode (cathode) 114 located on the (upper side) and an intermediate layer 180 located between the electrolyte layer 112 and the air electrode 114 . The single cell 110 of this embodiment is a fuel electrode supporting type single cell in which the fuel electrode 116 supports the other layers (the electrolyte layer 112, the air electrode 114, and the intermediate layer 180) constituting the single cell 110. FIG.

電解質層112は、Z軸方向視で略矩形の平板形状部材であり、緻密な層である。電解質層112は、例えば、YSZ(イットリア安定化ジルコニア)、ScSZ(スカンジア安定化ジルコニア)、SDC(サマリウムドープセリア)、GDC(ガドリニウムドープセリア)、ペロブスカイト型酸化物等の固体酸化物により形成されている。すなわち、本実施形態の単セル110(発電単位102)は、電解質として固体酸化物を用いる固体酸化物形燃料電池(SOFC)である。 The electrolyte layer 112 is a substantially rectangular plate-shaped member when viewed in the Z-axis direction, and is a dense layer. The electrolyte layer 112 is formed of a solid oxide such as YSZ (yttria-stabilized zirconia), ScSZ (scandia-stabilized zirconia), SDC (samarium-doped ceria), GDC (gadolinium-doped ceria), perovskite-type oxide, or the like. there is That is, the single cell 110 (power generation unit 102) of this embodiment is a solid oxide fuel cell (SOFC) using a solid oxide as an electrolyte.

空気極114は、Z軸方向視で電解質層112より小さい略矩形の平板形状部材であり、多孔質な層である。空気極114は、例えば、ペロブスカイト型酸化物(例えばLSCF(ランタンストロンチウムコバルト鉄酸化物)、LSM(ランタンストロンチウムマンガン酸化物)、LNF(ランタンニッケル鉄)により形成されている。 The air electrode 114 is a substantially rectangular plate-shaped member smaller than the electrolyte layer 112 when viewed in the Z-axis direction, and is a porous layer. The air electrode 114 is made of, for example, a perovskite oxide (eg, LSCF (lanthanum strontium cobalt iron oxide), LSM (lanthanum strontium manganese oxide), LNF (lanthanum nickel iron)).

燃料極116は、Z軸方向視で電解質層112と略同一の大きさの略矩形の平板形状部材であり、多孔質な層である。燃料極116は、例えば、Niと酸化物イオン伝導性セラミックス粒子(例えば、YSZ)とからなるサーメットにより形成されている。 The fuel electrode 116 is a substantially rectangular plate-shaped member having substantially the same size as the electrolyte layer 112 when viewed in the Z-axis direction, and is a porous layer. The fuel electrode 116 is made of, for example, a cermet made of Ni and oxide ion conductive ceramic particles (eg, YSZ).

中間層180は、略矩形の平板形状部材であり、GDC(ガドリニウムドープセリア)を含むように形成されている。中間層180は、空気極114から拡散した元素(例えば、Sr)が電解質層112に含まれる元素(例えば、Zr)と反応して高抵抗な物質(例えば、SrZrO)が生成されることを抑制する。 The intermediate layer 180 is a substantially rectangular plate-shaped member, and is formed so as to contain GDC (gadolinium-doped ceria). The intermediate layer 180 is formed so that an element (eg, Sr) diffused from the air electrode 114 reacts with an element (eg, Zr) contained in the electrolyte layer 112 to generate a high resistance substance (eg, SrZrO 3 ). Suppress.

セパレータ120は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の孔121が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、金属により形成されている。セパレータ120における孔121の周囲部分は、電解質層112における空気極114の側の表面の周縁部に対向している。セパレータ120は、その対向した部分に配置されたロウ材(例えばAgロウ)により形成された接合部124により、電解質層112(単セル110)と接合されている。セパレータ120により、空気極114に面する空気室166と燃料極116に面する燃料室176とが区画され、単セル110の周縁部における一方の電極側から他方の電極側へのガスのリークが抑制される。 The separator 120 is a frame-like member in which a substantially rectangular hole 121 penetrating in the vertical direction is formed near the center, and is made of metal, for example. The peripheral portion of the separator 120 around the hole 121 faces the peripheral portion of the surface of the electrolyte layer 112 on the air electrode 114 side. The separator 120 is joined to the electrolyte layer 112 (single cell 110) by a joining portion 124 formed of brazing material (for example, Ag brazing) arranged at the opposing portion. The air chamber 166 facing the air electrode 114 and the fuel chamber 176 facing the fuel electrode 116 are separated by the separator 120 to prevent gas leakage from one electrode side to the other electrode side in the peripheral portion of the unit cell 110 . Suppressed.

図4~6に示すように、空気極側フレーム130は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の孔131が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、マイカ等の絶縁体により形成されている。空気極側フレーム130の孔131は、空気極114に面する空気室166を構成する。空気極側フレーム130は、セパレータ120における電解質層112に対向する側とは反対側の表面の周縁部と、インターコネクタ150における空気極114に対向する側の表面の周縁部とに接触している。また、空気極側フレーム130によって、発電単位102に含まれる一対のインターコネクタ150間が電気的に絶縁される。また、空気極側フレーム130には、酸化剤ガス導入マニホールド161と空気室166とを連通する酸化剤ガス供給連通孔132と、空気室166と酸化剤ガス排出マニホールド162とを連通する酸化剤ガス排出連通孔133とが形成されている。 As shown in FIGS. 4 to 6, the cathode-side frame 130 is a frame-shaped member having a substantially rectangular hole 131 extending vertically through the vicinity of the center thereof, and is made of an insulator such as mica. ing. A hole 131 in the cathode-side frame 130 constitutes an air chamber 166 facing the cathode 114 . The air electrode-side frame 130 is in contact with the peripheral edge portion of the surface of the separator 120 opposite to the side facing the electrolyte layer 112 and the peripheral edge portion of the surface of the interconnector 150 facing the air electrode 114 . . Also, the pair of interconnectors 150 included in the power generation unit 102 are electrically insulated by the air electrode side frame 130 . The air electrode side frame 130 also has an oxidizing gas supply communication hole 132 that communicates between the oxidizing gas introduction manifold 161 and the air chamber 166, and an oxidizing gas supply communication hole that communicates between the air chamber 166 and the oxidizing gas discharge manifold 162. A discharge communication hole 133 is formed.

図4,5,7に示すように、燃料極側フレーム140は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の孔141が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、金属により形成されている。燃料極側フレーム140の孔141は、燃料極116に面する燃料室176を構成する。燃料極側フレーム140は、セパレータ120における電解質層112に対向する側の表面の周縁部と、インターコネクタ150における燃料極116に対向する側の表面の周縁部とに接触している。また、燃料極側フレーム140には、燃料ガス導入マニホールド171と燃料室176とを連通する燃料ガス供給連通孔142と、燃料室176と燃料ガス排出マニホールド172とを連通する燃料ガス排出連通孔143とが形成されている。 As shown in FIGS. 4, 5, and 7, the fuel electrode side frame 140 is a frame-shaped member having a substantially rectangular hole 141 extending vertically through the vicinity of the center thereof, and is made of metal, for example. . A hole 141 in the anode-side frame 140 constitutes a fuel chamber 176 facing the anode 116 . The fuel electrode-side frame 140 is in contact with the periphery of the surface of the separator 120 facing the electrolyte layer 112 and the periphery of the surface of the interconnector 150 facing the fuel electrode 116 . The fuel electrode side frame 140 also has a fuel gas supply communication hole 142 that communicates the fuel gas introduction manifold 171 and the fuel chamber 176, and a fuel gas discharge communication hole 143 that communicates the fuel chamber 176 and the fuel gas discharge manifold 172. and are formed.

図4,5,7に示すように、燃料極側集電体144は、燃料室176内に配置されている。燃料極側集電体144は、インターコネクタ対向部146と、電極対向部145と、電極対向部145とインターコネクタ対向部146とをつなぐ連接部147とを備えており、例えば、ニッケルやニッケル合金、ステンレス等により形成されている。電極対向部145は、燃料極116における電解質層112に対向する側とは反対側の表面に接触しており、インターコネクタ対向部146は、インターコネクタ150における燃料極116に対向する側の表面に接触している。ただし、上述したように、燃料電池スタック100において最も下に位置する発電単位102は下側のインターコネクタ150を備えていないため、当該発電単位102におけるインターコネクタ対向部146は、下側のエンドプレート106に接触している。燃料極側集電体144は、このような構成であるため、燃料極116とインターコネクタ150(またはエンドプレート106)とを電気的に接続する。なお、電極対向部145とインターコネクタ対向部146との間には、例えばマイカにより形成されたスペーサー149が配置されている。そのため、燃料極側集電体144が温度サイクルや反応ガス圧力変動による発電単位102の変形に追随し、燃料極側集電体144を介した燃料極116とインターコネクタ150(またはエンドプレート106)との電気的接続が良好に維持される。 As shown in FIGS. 4, 5 and 7, the fuel electrode side current collector 144 is arranged within the fuel chamber 176 . The fuel electrode-side current collector 144 includes an interconnector-facing portion 146, an electrode-facing portion 145, and a connecting portion 147 that connects the electrode-facing portion 145 and the interconnector-facing portion 146. For example, nickel or a nickel alloy is used. , stainless steel or the like. The electrode facing portion 145 is in contact with the surface of the fuel electrode 116 opposite to the side facing the electrolyte layer 112 , and the interconnector facing portion 146 is in contact with the surface of the interconnector 150 facing the fuel electrode 116 . in contact. However, as described above, since the lowest power generation unit 102 in the fuel cell stack 100 does not have the lower interconnector 150, the interconnector facing portion 146 of the power generation unit 102 is the lower end plate. 106 is in contact. Fuel electrode-side current collector 144 having such a configuration electrically connects fuel electrode 116 and interconnector 150 (or end plate 106). A spacer 149 made of mica, for example, is arranged between the electrode facing portion 145 and the interconnector facing portion 146 . Therefore, the fuel electrode side current collector 144 follows the deformation of the power generation unit 102 due to temperature cycles and reaction gas pressure fluctuations, and the fuel electrode 116 and the interconnector 150 (or the end plate 106) through the fuel electrode side current collector 144. good electrical connection with

図4~6に示すように、空気極側集電体134は、空気室166内に配置されている。空気極側集電体134は、複数の略四角柱状の集電体要素から構成されており、例えばフェライト系ステンレスにより形成されている。空気極側集電体134は、インターコネクタ150から空気極114の側(本実施形態では、Z軸負方向)に突出する凸状に形成されている。空気極側集電体134は、空気極114における電解質層112に対向する側とは反対側の表面と、インターコネクタ150における空気極114に対向する側の表面とに接している。ただし、上述したように、燃料電池スタック100において最も上に位置する発電単位102は上側のインターコネクタ150を備えていないため、当該発電単位102における空気極側集電体134は、上側のエンドプレート104に接触している。空気極側集電体134は、このような構成であるため、空気極114とインターコネクタ150(またはエンドプレート104)とを電気的に接続する。 As shown in FIGS. 4 to 6, the cathode-side current collector 134 is arranged within the air chamber 166 . The air electrode-side current collector 134 is composed of a plurality of substantially quadrangular prism-shaped current collector elements, and is made of, for example, ferritic stainless steel. The air electrode-side current collector 134 is formed in a convex shape protruding from the interconnector 150 toward the air electrode 114 (in the negative direction of the Z-axis in this embodiment). The air electrode-side current collector 134 is in contact with the surface of the air electrode 114 opposite to the side facing the electrolyte layer 112 and the surface of the interconnector 150 facing the air electrode 114 . However, as described above, the uppermost power generation unit 102 in the fuel cell stack 100 does not have the upper interconnector 150, so the air electrode side current collector 134 in the power generation unit 102 is the upper end plate 104 is in contact. Since the air electrode side current collector 134 has such a configuration, it electrically connects the air electrode 114 and the interconnector 150 (or the end plate 104).

なお、図4および図5に示すように、本実施形態では、空気極側集電体134とインターコネクタ150とは一体の部材として形成されている。すなわち、該一体の部材(以下、「金属部材190」と呼ぶ。)の内、上下方向(Z軸方向)に直交する平板形状の部分がインターコネクタ150として機能し、該平板形状の部分から空気極114に向けて突出するように形成された複数の集電体要素が空気極側集電体134として機能する。 As shown in FIGS. 4 and 5, in this embodiment, the air electrode side current collector 134 and the interconnector 150 are formed as an integral member. That is, of the integral member (hereinafter referred to as "metal member 190"), a flat plate-shaped portion perpendicular to the vertical direction (Z-axis direction) functions as an interconnector 150, and air is discharged from the flat plate-shaped portion. A plurality of current collector elements formed to protrude toward the pole 114 function as the air electrode side current collector 134 .

図5に示すように、金属部材190の表面上に、Cr酸化物(例えば、Cr(クロミア))を含有する酸化被膜層194が形成されている。また、図4および図5に示すように、金属部材190の表面(より詳細には、金属部材190の表面上に配置された酸化被膜層194における金属部材190とは反対側の表面)は、導電性のMn-Co被膜層196によって覆われている。なお、酸化被膜層194は、特許請求の範囲における第1の被膜層に相当し、Mn-Co被膜層196は、特許請求の範囲における第2の被膜層に相当する。 As shown in FIG. 5, an oxide film layer 194 containing Cr oxide (for example, Cr 2 O 3 (chromia)) is formed on the surface of the metal member 190 . Further, as shown in FIGS. 4 and 5, the surface of the metal member 190 (more specifically, the surface of the oxide film layer 194 disposed on the surface of the metal member 190 opposite to the metal member 190) is It is covered by a conductive Mn—Co coating layer 196 . The oxide film layer 194 corresponds to the first film layer in the claims, and the Mn--Co film layer 196 corresponds to the second film layer in the claims.

図4および図5に示すように、空気極114と空気極側集電体134とは、導電性の接合部138により接合されている。接合部138は、例えば、スピネル型結晶構造を有する酸化物(例えば、Mn1.5Co1.5やMnCo、ZnCo、ZnMn、ZnMnCoO、CuMn)により形成されている。接合部138により、空気極114と空気極側集電体134とが電気的に接続される。先に、空気極側集電体134は空気極114の表面と接していると説明したが、正確には、空気極側集電体134と空気極114との間には接合部138が介在している。 As shown in FIGS. 4 and 5 , the air electrode 114 and the air electrode side current collector 134 are joined by a conductive joint 138 . The junction 138 is made of, for example, an oxide having a spinel crystal structure ( eg, Mn1.5Co1.5O4 , MnCo2O4 , ZnCo2O4 , ZnMn2O4 , ZnMnCoO4 , CuMn2O 4 ). The air electrode 114 and the air electrode side current collector 134 are electrically connected to each other by the joint portion 138 . Although the cathode-side current collector 134 was previously described as being in contact with the surface of the air electrode 114 , more precisely, a joint 138 is interposed between the cathode-side current collector 134 and the air electrode 114 . are doing.

以下の説明では、金属部材190(インターコネクタ150と空気極側集電体134との一体部材)と、金属部材190の表面上に形成された酸化被膜層194と、酸化被膜層194における金属部材190に対向する表面とは反対側の表面上に形成されたMn-Co被膜層196とを、まとめてインターコネクタ複合体200と呼ぶ。インターコネクタ複合体200は、接合部138を介して空気極114に電気的に接続されており、また、燃料極側集電体144を介して燃料極116に電気的に接続されている。インターコネクタ複合体200の構成については、後に詳述する。なお、インターコネクタ複合体200は、特許請求の範囲におけるインターコネクタ部材に相当する。 In the following description, the metal member 190 (integrated member of the interconnector 150 and the air electrode side current collector 134), the oxide film layer 194 formed on the surface of the metal member 190, and the metal member in the oxide film layer 194 The Mn—Co coating layer 196 formed on the surface opposite to the surface facing 190 is collectively referred to as interconnector composite 200 . The interconnector complex 200 is electrically connected to the air electrode 114 via the junction 138 and electrically connected to the anode 116 via the anode-side current collector 144 . The configuration of the interconnector complex 200 will be detailed later. The interconnector composite 200 corresponds to an interconnector member in the claims.

A-2.燃料電池スタック100の動作:
図2および図4に示すように、酸化剤ガス導入マニホールド161の位置に設けられたガス通路部材27の分岐部29に接続されたガス配管(図示せず)を介して酸化剤ガスOGが供給されると、酸化剤ガスOGは、ガス通路部材27の分岐部29および本体部28の孔を介して酸化剤ガス導入マニホールド161に供給され、酸化剤ガス導入マニホールド161から各発電単位102の酸化剤ガス供給連通孔132を介して、空気室166に供給される。また、図3および図5に示すように、燃料ガス導入マニホールド171の位置に設けられたガス通路部材27の分岐部29に接続されたガス配管(図示せず)を介して燃料ガスFGが供給されると、燃料ガスFGは、ガス通路部材27の分岐部29および本体部28の孔を介して燃料ガス導入マニホールド171に供給され、燃料ガス導入マニホールド171から各発電単位102の燃料ガス供給連通孔142を介して、燃料室176に供給される。
A-2. Operation of fuel cell stack 100:
As shown in FIGS. 2 and 4, the oxidant gas OG is supplied through a gas pipe (not shown) connected to the branch portion 29 of the gas passage member 27 provided at the position of the oxidant gas introduction manifold 161. Then, the oxidizing gas OG is supplied to the oxidizing gas introduction manifold 161 through the branch portion 29 of the gas passage member 27 and the hole of the main body portion 28 , and the oxidizing gas OG is supplied from the oxidizing gas introduction manifold 161 to each power generation unit 102 . The agent gas is supplied to the air chamber 166 through the agent gas supply communication hole 132 . 3 and 5, the fuel gas FG is supplied through a gas pipe (not shown) connected to the branch portion 29 of the gas passage member 27 provided at the position of the fuel gas introduction manifold 171. Then, the fuel gas FG is supplied to the fuel gas introduction manifold 171 via the branch portion 29 of the gas passage member 27 and the hole of the main body portion 28, and the fuel gas supply communication of each power generation unit 102 from the fuel gas introduction manifold 171. It is supplied to fuel chamber 176 through hole 142 .

各発電単位102の空気室166に酸化剤ガスOGが供給され、燃料室176に燃料ガスFGが供給されると、単セル110において酸化剤ガスOGおよび燃料ガスFGの電気化学反応による発電が行われる。この発電反応は発熱反応である。各発電単位102において、単セル110の空気極114は接合部138を介してインターコネクタ複合体200(金属部材190、酸化被膜層194、Mn-Co被膜層196の集合体)に電気的に接続され、燃料極116は燃料極側集電体144を介してインターコネクタ複合体200に電気的に接続されている。すなわち、燃料電池スタック100に含まれる複数の発電単位102は、電気的に直列に接続されている。そのため、燃料電池スタック100の出力端子として機能するエンドプレート104,106から、各発電単位102において生成された電気エネルギーが取り出される。なお、SOFCは、比較的高温(例えば700℃から1000℃)で発電が行われることから、起動後、発電により発生する熱で高温が維持できる状態になるまで、燃料電池スタック100が加熱器(図示せず)により加熱されてもよい。 When the oxidant gas OG is supplied to the air chamber 166 of each power generation unit 102 and the fuel gas FG is supplied to the fuel chamber 176, electric power is generated in the single cell 110 by the electrochemical reaction of the oxidant gas OG and the fuel gas FG. will be This power generation reaction is an exothermic reaction. In each power generation unit 102, the air electrode 114 of the single cell 110 is electrically connected to the interconnector composite 200 (the assembly of the metal member 190, the oxide layer 194, and the Mn--Co layer 196) through the junction 138. , and the fuel electrode 116 is electrically connected to the interconnector composite 200 via the fuel electrode side current collector 144 . That is, the plurality of power generation units 102 included in the fuel cell stack 100 are electrically connected in series. Therefore, the electrical energy generated in each power generation unit 102 is taken out from the end plates 104 and 106 that function as output terminals of the fuel cell stack 100 . Since the SOFC generates power at a relatively high temperature (for example, 700° C. to 1000° C.), the fuel cell stack 100 is heated by the heater ( (not shown).

各発電単位102の空気室166から排出された酸化剤オフガスOOGは、図2および図4に示すように、酸化剤ガス排出連通孔133を介して酸化剤ガス排出マニホールド162に排出され、さらに酸化剤ガス排出マニホールド162の位置に設けられたガス通路部材27の本体部28および分岐部29の孔を経て、当該分岐部29に接続されたガス配管(図示せず)を介して燃料電池スタック100の外部に排出される。また、各発電単位102の燃料室176から排出された燃料オフガスFOGは、図3および図5に示すように、燃料ガス排出連通孔143を介して燃料ガス排出マニホールド172に排出され、さらに燃料ガス排出マニホールド172の位置に設けられたガス通路部材27の本体部28および分岐部29の孔を経て、当該分岐部29に接続されたガス配管(図示しない)を介して燃料電池スタック100の外部に排出される。 As shown in FIGS. 2 and 4, the oxidant offgas OOG discharged from the air chamber 166 of each power generation unit 102 is discharged to the oxidant gas discharge manifold 162 through the oxidant gas discharge communication hole 133 and further oxidized. The fuel cell stack 100 is supplied to the fuel cell stack 100 via a gas pipe (not shown) connected to the branch portion 29 through the holes of the main body portion 28 and the branch portion 29 of the gas passage member 27 provided at the position of the agent gas discharge manifold 162 . discharged to the outside of the Further, as shown in FIGS. 3 and 5, the fuel offgas FOG discharged from the fuel chamber 176 of each power generation unit 102 is discharged to the fuel gas discharge manifold 172 through the fuel gas discharge communication hole 143. Through the holes in the body portion 28 and the branch portion 29 of the gas passage member 27 provided at the position of the exhaust manifold 172, the gas is supplied to the outside of the fuel cell stack 100 via a gas pipe (not shown) connected to the branch portion 29. Ejected.

A-3.インターコネクタ複合体200の詳細構成:
図8は、本実施形態におけるインターコネクタ複合体200の詳細構成を示す説明図である。図8には、図5のX1部(空気極側集電体134の周辺部分)の断面構成が拡大して示されている。図8の右上側には、金属部材190における(Z軸方向での)酸化被膜層194からの距離(μm)と、Niの濃度(atm%)との関係を示すグラフが示されている。図8の右下側には、Mn-Co被膜層196における(Z軸方向での)酸化被膜層194からの距離(μm)と、Niの濃度(atm%)との関係を示すグラフが示されている。なお、図8に示されている各グラフの勾配は、互いに同様となっているが、実際には、互いに若干異なる場合がある。上述したように、インターコネクタ複合体200は、金属部材190(空気極側集電体134とインターコネクタ150との一体部材)と、金属部材190の表面上に配置された酸化被膜層194と、酸化被膜層194における金属部材190とは反対側の表面上に配置されたMn-Co被膜層196とを備える。
A-3. Detailed configuration of interconnector complex 200:
FIG. 8 is an explanatory diagram showing the detailed configuration of the interconnector composite 200 in this embodiment. FIG. 8 shows an enlarged cross-sectional configuration of the X1 portion (peripheral portion of the cathode-side current collector 134) in FIG. The upper right side of FIG. 8 shows a graph showing the relationship between the distance (μm) from the oxide film layer 194 (in the Z-axis direction) in the metal member 190 and the Ni concentration (atm %). The lower right side of FIG. 8 shows a graph showing the relationship between the distance (μm) from the oxide film layer 194 (in the Z-axis direction) in the Mn—Co film layer 196 and the Ni concentration (atm %). It is Although the slopes of the respective graphs shown in FIG. 8 are similar to each other, they may actually differ slightly from each other. As described above, the interconnector composite 200 includes the metal member 190 (an integral member of the air electrode side current collector 134 and the interconnector 150), the oxide layer 194 disposed on the surface of the metal member 190, and a Mn—Co coating layer 196 disposed on the surface of the oxide coating layer 194 opposite the metal member 190 .

図8に示すように、金属部材190は、Feを主成分として含有すると共に、Crを含有している。なお、本明細書において、主成分とは、最も濃度の高い成分を意味する。金属部材190は、さらに、Niを含有している。図8の右上側のグラフに示されるように、金属部材190における酸化被膜層194からの距離が2μmまでの領域におけるNiの濃度は、0.5atm%以上である。従って、金属部材190における酸化被膜層194からの距離が1μmまでの領域におけるNiの濃度は、0.5atm%以上である。なお、金属部材190における酸化被膜層194からの距離が2μmまでの領域におけるNiの濃度は、0.5atm%未満であってもよい。金属部材190に含有されるNiの濃度は、酸化被膜層194から離れるほど低くなっている。この「Niの濃度は、低くなっている」とは、酸化被膜層194からの距離が任意の長さ(例えば、6μm)以下である領域(以下、「特定領域」という。)において、酸化被膜層194に近い側から2μmごとに順に領域(以下、「単位特定領域」という。)を区切ったときに、各単位特定領域のNiの濃度(atm%)が、当該単位特定領域よりも酸化被膜層194に近い側に隣接する単位特定領域のNiの濃度よりも0.1atm%以上(より好ましくは、0.2atm%以上、より好ましくは、0.3atm%以上)低くなっている、ことを意味する。従って、金属部材190のうち、特定領域外の領域(例えば、酸化被膜層194から10μmよりも長い距離を離れている領域)においては、例えば、Niの濃度(の低下)が収束している部分がある場合もある。 As shown in FIG. 8, the metal member 190 contains Fe as a main component and also contains Cr. In addition, in this specification, the main component means the component with the highest concentration. Metal member 190 further contains Ni. As shown in the graph on the upper right side of FIG. 8, the concentration of Ni in the region up to 2 μm from the oxide film layer 194 in the metal member 190 is 0.5 atm % or more. Therefore, the concentration of Ni in the region of the metal member 190 up to 1 μm from the oxide film layer 194 is 0.5 atm % or more. Note that the concentration of Ni in a region of the metal member 190 up to 2 μm from the oxide film layer 194 may be less than 0.5 atm %. The concentration of Ni contained in the metal member 190 decreases with increasing distance from the oxide film layer 194 . This “the concentration of Ni is low” means that the oxide film When the regions (hereinafter referred to as “unit specific regions”) are divided in order every 2 μm from the side close to the layer 194, the Ni concentration (atm%) in each unit specific region is higher than that of the oxide film in the unit specific region. that the concentration of Ni in the unit specific region adjacent to the layer 194 is 0.1 atm% or more (more preferably 0.2 atm% or more, more preferably 0.3 atm% or more) lower means. Therefore, in the metal member 190, in a region outside the specific region (for example, a region separated from the oxide film layer 194 by a distance longer than 10 μm), for example, a portion where the Ni concentration (decrease) converges Sometimes there is

酸化被膜層194は、Cr酸化物(例えば、Cr(クロミア))を含有している。酸化被膜層194のCr濃度は、金属部材190のCr濃度より高くなっている。酸化被膜層194の厚さは、例えば0.5μm以上であることが好ましい。酸化被膜層194は、酸素透過性が低いため、金属部材190にとってより好ましくないFeの酸化を抑制する。すなわち、酸化被膜層194は、耐酸化性の被膜として機能する。一方、酸化被膜層194は、比較的高い電気抵抗を有するため、例えば燃料電池スタック100の使用に伴い、酸化被膜層194がさらに成長することは好ましくない。 The oxide layer 194 contains Cr oxide (for example, Cr 2 O 3 (chromia)). The Cr concentration of the oxide film layer 194 is higher than the Cr concentration of the metal member 190 . The thickness of the oxide layer 194 is preferably 0.5 μm or more, for example. Since the oxide film layer 194 has low oxygen permeability, it suppresses oxidation of Fe, which is undesirable for the metal member 190 . That is, the oxide film layer 194 functions as an oxidation-resistant film. On the other hand, since the oxide layer 194 has a relatively high electrical resistance, it is undesirable for the oxide layer 194 to grow further as the fuel cell stack 100 is used, for example.

Mn-Co被膜層196は、スピネル型結晶構造を有し、MnとCoとを含有するスピネル型の酸化物(例えば、MnCo)を含有する導電性の層である。Mn-Co被膜層196は、さらに、Niを含有している。Mn-Co被膜層196の厚さは、例えば6μm以上(より好ましくは、8~20μm)であることが好ましい。Mn-Co被膜層196は、酸素の透過を抑制するため、電気抵抗の高い酸化被膜層194の成長を抑制することができ、その結果、インターコネクタ複合体200の電気抵抗の上昇(ひいては、発電単位102の性能低下)を抑制することができる。また、Mn-Co被膜層196は、金属部材190からのCrの蒸散を抑制するため、単セル110の電極(例えば空気極114)のCr被毒の発生を抑制することができ、その結果、発電単位102の性能低下を抑制することができる。 The Mn—Co coating layer 196 is a conductive layer that has a spinel crystal structure and contains a spinel-type oxide containing Mn and Co (eg, MnCo 2 O 4 ). The Mn--Co coating layer 196 also contains Ni. The thickness of the Mn--Co coating layer 196 is preferably, for example, 6 μm or more (more preferably 8 to 20 μm). Since the Mn—Co coating layer 196 suppresses permeation of oxygen, it can suppress the growth of the oxide coating layer 194 with high electrical resistance, and as a result, the electrical resistance of the interconnector composite 200 increases (and thus the power generation performance degradation of the unit 102) can be suppressed. In addition, since the Mn—Co coating layer 196 suppresses evaporation of Cr from the metal member 190, it is possible to suppress the occurrence of Cr poisoning of the electrode (for example, the air electrode 114) of the single cell 110. As a result, Performance degradation of the power generation unit 102 can be suppressed.

図8の右下側のグラフに示されるように、Mn-Co被膜層196における酸化被膜層194からの距離が2μmまでの領域におけるNiの濃度は、0.5atm%以上である。従って、Mn-Co被膜層196における酸化被膜層194からの距離が1μmまでの領域におけるNiの濃度は、0.5atm%以上である。Mn-Co被膜層196に含有されるNiの濃度は、酸化被膜層194から離れるほど低くなっている。この「Niの濃度は、低くなっている」の意味は、上述した金属部材190の場合における「Niの濃度は、低くなっている」の意味と同様である。 As shown in the lower right graph of FIG. 8, the concentration of Ni in the region of the Mn—Co coating layer 196 up to 2 μm from the oxide coating layer 194 is 0.5 atm % or more. Therefore, the concentration of Ni in the region of the Mn—Co coating layer 196 up to 1 μm from the oxide coating layer 194 is 0.5 atm % or more. The concentration of Ni contained in the Mn—Co coating layer 196 decreases as the distance from the oxide coating layer 194 increases. The meaning of "the concentration of Ni is low" is the same as the meaning of "the concentration of Ni is low" in the case of the metal member 190 described above.

Mn-Co被膜層196におけるMnの濃度(atm%)とCoの濃度(atm%)との比は、1:1~2である。Mn-Co被膜層196におけるMnの濃度とCoの濃度との比が、このような値に設定されているのは、当該比がこのような値から外れた構成においては、金属部材190や酸化被膜層194との熱膨張係数の差が大きくなり、ひいてはMn-Co被膜層196が(酸化被膜層194から)剥離しやすくなるためである。 The ratio of the Mn concentration (atm %) to the Co concentration (atm %) in the Mn—Co coating layer 196 is 1:1-2. The reason why the ratio of the concentration of Mn to the concentration of Co in the Mn—Co coating layer 196 is set to such a value is that in a configuration in which the ratio deviates from such a value, the metal member 190 and oxidation This is because the difference in coefficient of thermal expansion with the coating layer 194 is increased, and the Mn--Co coating layer 196 is easily peeled off (from the oxide coating layer 194).

なお、図8の右上側のグラフおよび右下側のグラフでは、酸化被膜層194からの距離が2μmまでの領域におけるNiの濃度が0.5atm%より大きいことが示されているが、当該領域(Mn-Co被膜層196および金属部材190の少なくとも一方における酸化被膜層194からの距離が2μmまでの領域)におけるNiの濃度が0.5atm%である構成であってもよい。 Note that the upper right graph and the lower right graph of FIG. 8 show that the concentration of Ni in a region up to 2 μm from the oxide film layer 194 is greater than 0.5 atm %, but this region The Ni concentration in (a region of at least one of the Mn—Co coating layer 196 and the metal member 190 up to 2 μm from the oxide coating layer 194) may be 0.5 atm %.

なお、本実施形態では、インターコネクタ複合体200(における空気極114に対向する表面201)における、空気極側集電体134が形成されている部分のみならず、空気極側集電体134が形成されていない部分も含めた全体において、金属部材190およびMn-Co被膜層196におけるNiの濃度は、上述したような濃度(分布)となっている。 In the present embodiment, not only the portion of the interconnector composite 200 (the surface 201 facing the air electrode 114) where the air electrode side current collector 134 is formed, but also the air electrode side current collector 134 is The concentration (distribution) of Ni in the metal member 190 and the Mn—Co coating layer 196 is the concentration (distribution) described above throughout the entirety including the portions where it is not formed.

A-4.インターコネクタ複合体200の製造方法:
次に、インターコネクタ複合体200の製造方法について説明する。図9は、本実施形態におけるインターコネクタ複合体200の製造方法の一例を示すフローチャートである。また、図10および図11は、本実施形態におけるインターコネクタ複合体200の製造方法の一例を概略的に示す説明図である。
A-4. Method for manufacturing interconnector composite 200:
Next, a method for manufacturing the interconnector composite 200 will be described. FIG. 9 is a flow chart showing an example of a method for manufacturing the interconnector composite 200 according to this embodiment. 10 and 11 are explanatory diagrams schematically showing an example of a method for manufacturing the interconnector composite 200 according to this embodiment.

はじめに、金属部材190を準備する(S110)。なお、金属部材190の表面の洗浄のために、アセトンを用いた脱脂処理を行ってもよい。S110の工程は、特許請求の範囲における第1の工程に相当する。 First, the metal member 190 is prepared (S110). In order to clean the surface of the metal member 190, a degreasing treatment using acetone may be performed. The step of S110 corresponds to the first step in the claims.

次に、金属部材190に、メッキによりNiを含有するNiメッキ層151を形成する(S120、図10のA)。なお、S120の工程は、特許請求の範囲における第2の工程に相当する。 Next, a Ni plating layer 151 containing Ni is formed on the metal member 190 by plating (S120, A in FIG. 10). The step of S120 corresponds to the second step in the scope of claims.

次に、Niメッキ層151に、泳動電析によりMn酸化物層152を形成する(S130、図10のB)。より具体的には、まず、電解槽Ec1を準備する。電解槽Ec1内に、ケトン類の溶剤(例えば、アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、シクロヘキサノン)を含む溶液Es1を入れる。次に、電解槽Ec1内の溶液Es1に、Mn酸化物(例えば、MnO)の粉末を入れる。また、電解槽Ec1内の溶液Es1に、I(ヨウ素)を、入れる(例えば0.6g/L濃度でIを分散させる)。これにより、ケト・エノール互変異性が生じ、プロトン(水素イオン)が生成され、生成されたプロトンはMn酸化物に吸着し、帯電した状態となる。溶液Es1中に、金属部材190と、例えばC(炭素)で形成された電極E1とを入れ、電源P1を用いて、金属部材190と電極E1との間に電圧を印可する(本実施形態では、金属部材190は負極となり、電極E1は正極となる)。これにより、溶液Es1中に電界を生じさせることにより、プロトンが付着したMn酸化物は、Niメッキ層151の側に引き寄せられ、Niメッキ層151に付着する。Niメッキ層151に付着したプロトンは電子を受け取ることによりH(水素)となり、このHがNiメッキ層151から脱離し、Niメッキ層151に、Mn酸化物が残る。これにより、多孔質のMn酸化物層152が形成される。なお、S130の工程は、特許請求の範囲における第3の工程に相当する。 Next, a Mn oxide layer 152 is formed on the Ni plated layer 151 by migration electrodeposition (S130, B in FIG. 10). More specifically, first, the electrolytic cell Ec1 is prepared. A solution Es1 containing a ketone solvent (eg, acetone, methyl ethyl ketone, diethyl ketone, cyclohexanone) is placed in the electrolytic cell Ec1. Next, powder of Mn oxide (for example, MnO) is added to the solution Es1 in the electrolytic cell Ec1. Also, I 2 (iodine) is added to the solution Es1 in the electrolytic cell Ec1 (for example, I 2 is dispersed at a concentration of 0.6 g/L). As a result, keto-enol tautomerism occurs, protons (hydrogen ions) are generated, and the generated protons are adsorbed to the Mn oxide and become charged. A metal member 190 and an electrode E1 made of, for example, C (carbon) are placed in a solution Es1, and a voltage is applied between the metal member 190 and the electrode E1 using a power source P1 (in this embodiment, , the metal member 190 becomes the negative electrode, and the electrode E1 becomes the positive electrode). As a result, an electric field is generated in the solution Es1, and the proton-attached Mn oxide is attracted to the Ni plating layer 151 side and adheres to the Ni plating layer 151. FIG. Protons adhering to the Ni plating layer 151 receive electrons and become H 2 (hydrogen). Thereby, a porous Mn oxide layer 152 is formed. The step of S130 corresponds to the third step in the claims.

次に、Mn酸化物層152に、メッキ(メッキ処理)によりCoを含有するCoメッキ層153を形成する(S140、図11のC,D)。より具体的には、まず、図11のCに示すように、電解槽Ec2内に、Coイオンを含む溶液Es2を準備する。次に、溶液Es2中に、金属部材190と、例えばCoで形成された電極E2とを入れ、電源P2を用いて、金属部材190と電極E2との間に電圧を印可する(本実施形態では、金属部材190は負極となり、電極E2は正極となる)。これにより、溶液Es2中に電界を生じさせる。これにより、Coイオンは、Mn酸化物層152の側に引き寄せられ、(Mn酸化物層152に形成された気孔を埋めるように)Mn酸化物層152に付着する。これにより、Coメッキ層153が形成される(図11のD)。なお、S140の工程は、特許請求の範囲における第4の工程に相当する。なお、図11のDにおいて、符号「152,153」が示す部分のうち、ドット状のハッチングが付されている部分は、Mn酸化物層152に形成された気孔を埋めるCoメッキ層153が比較的少ない(従って、気孔率が比較的高い)部分であり、これに対して、斜線状のハッチングが付されている部分は、Mn酸化物層152に形成された気孔を埋めるCoメッキ層153が比較的多い(従って、気孔率が比較的低い)部分である。 Next, a Co plating layer 153 containing Co is formed on the Mn oxide layer 152 by plating (plating treatment) (S140, C and D in FIG. 11). More specifically, first, as shown in FIG. 11C, a solution Es2 containing Co ions is prepared in an electrolytic cell Ec2. Next, the metal member 190 and the electrode E2 made of Co, for example, are placed in the solution Es2, and a voltage is applied between the metal member 190 and the electrode E2 using the power supply P2 (in this embodiment, , the metal member 190 becomes a negative electrode, and the electrode E2 becomes a positive electrode). This creates an electric field in the solution Es2. As a result, the Co ions are attracted to the side of the Mn oxide layer 152 and adhere to the Mn oxide layer 152 (so as to fill the pores formed in the Mn oxide layer 152). As a result, a Co plated layer 153 is formed (D in FIG. 11). The step of S140 corresponds to the fourth step in the scope of claims. In FIG. 11D, of the parts indicated by reference numerals "152, 153", the parts hatched with dots are the Co plating layer 153 filling the pores formed in the Mn oxide layer 152 for comparison. This is a portion with a relatively low porosity (therefore, the porosity is relatively high). It is a relatively large portion (and thus relatively low porosity).

次に、S110の工程、S120の工程、S130の工程、およびS140の工程を経た金属部材190(より厳密には、表面に、Niメッキ層151、Mn酸化物層152、およびCoメッキ層153が形成された金属部材190)を焼成することにより、金属部材190に酸化被膜層194およびMn-Co被膜層196を形成する(S150)。より具体的には、例えば1000℃以下の所定の温度で所定の時間、熱処理を行う。当該熱処理を行うことにより、金属部材190に含まれるCrが金属部材190の表面へ拡散し、大気中の酸素と反応する。これにより、金属部材190の表面に、Cr酸化物(例えば、Cr(クロミア))を含む酸化被膜層194が形成される。また、当該熱処理を行うことにより、Coメッキ層153に含まれるCoおよび他の元素(Mn)が相互拡散しつつ、大気中の酸素と反応する。これにより、酸化被膜層194の表面上に、Co酸化物(例えば、MnCo)を含むMn-Co被膜層196が形成される。この際、Mn-Co被膜層196に含有されるNiの濃度は、上述したように酸化被膜層194から離れるほど低くなっている。以上説明した製造方法により、上述した構成のインターコネクタ複合体200が製造される。なお、S150の工程は、特許請求の範囲における第5の工程に相当する。 Next, the metal member 190 (more strictly, the Ni plated layer 151, the Mn oxide layer 152, and the Co plated layer 153 are formed on the surface) through the steps of S110, S120, S130, and S140. By firing the formed metal member 190), an oxide film layer 194 and a Mn—Co film layer 196 are formed on the metal member 190 (S150). More specifically, heat treatment is performed at a predetermined temperature of, for example, 1000° C. or less for a predetermined time. By performing the heat treatment, Cr contained in the metal member 190 diffuses to the surface of the metal member 190 and reacts with oxygen in the atmosphere. As a result, an oxide film layer 194 containing Cr oxide (for example, Cr 2 O 3 (chromia)) is formed on the surface of the metal member 190 . Further, by performing the heat treatment, Co and other elements (Mn) contained in the Co plating layer 153 interdiffuse and react with oxygen in the atmosphere. As a result, a Mn—Co coating layer 196 containing Co oxide (eg, MnCo 2 O 4 ) is formed on the surface of the oxide coating layer 194 . At this time, the concentration of Ni contained in the Mn--Co coating layer 196 decreases with increasing distance from the oxide coating layer 194 as described above. The interconnector composite 200 having the configuration described above is manufactured by the manufacturing method described above. The step of S150 corresponds to the fifth step in the claims.

A-5.本実施形態の効果:
以上説明したように、本実施形態におけるインターコネクタ複合体200は、FeとCrとを含有する金属部材190と、金属部材190の表面上に配置され、Cr酸化物を含有する酸化被膜層194と、酸化被膜層194における金属部材190とは反対側の表面上に配置され、MnとCoとを含有するスピネル型の酸化物を含有するMn-Co被膜層196とを備えている。Mn-Co被膜層196は、Niを含有している。Mn-Co被膜層196に含有されるNiの濃度(atm%)は、酸化被膜層194から離れるほど低い。
A-5. Effect of this embodiment:
As described above, the interconnector composite 200 in the present embodiment includes the metal member 190 containing Fe and Cr, and the oxide film layer 194 containing Cr oxide disposed on the surface of the metal member 190. , and a Mn--Co coating layer 196 disposed on the surface of the oxide coating layer 194 opposite to the metal member 190 and containing a spinel-type oxide containing Mn and Co. The Mn--Co coating layer 196 contains Ni. The concentration (atm %) of Ni contained in the Mn—Co coating layer 196 decreases with increasing distance from the oxide coating layer 194 .

Mn-Co被膜層196がNiを含有していない構成においては、(例えば、製造後に初めて)インターコネクタ複合体200に電流を流し始めてから所定時間(以下、「初期」という。)、電気抵抗が特に増大し、そのため、効率良く電流を流すことができない。このような課題が生じる理由は、必ずしも明らかではないが、以下のように推測される。Mn-Co被膜層196がNiを含有していない構成においては、インターコネクタ部材に電流を流すと、Cr酸化物を含有する酸化被膜層194中に、CrとMnとが反応することにより層(以下、「Cr-Mn反応層」という。)が形成される。このインターコネクタ部材においては、当該Cr-Mn反応層の存在により、初期において電気抵抗が特に増大する。 In the configuration in which the Mn—Co coating layer 196 does not contain Ni, the electrical resistance is reduced for a predetermined time (hereinafter referred to as “initial stage”) after the current is started to flow through the interconnector composite 200 (for example, for the first time after manufacturing). In particular, it increases, and as a result, the current cannot flow efficiently. The reason why such a problem arises is not necessarily clear, but is presumed as follows. In the structure in which the Mn—Co coating layer 196 does not contain Ni, when a current is passed through the interconnector member, a layer ( hereinafter referred to as "Cr--Mn reaction layer") is formed. In this interconnect member, the presence of the Cr--Mn reaction layer particularly increases the electrical resistance in the initial stage.

このような課題に対し、本願発明者は、本実施形態のようにMn-Co被膜層196がNiを含有する構成においては、インターコネクタ複合体200の初期における電気抵抗の増大を抑制することができることを新たに見出した。上記構成により当該効果が得られる理由は、必ずしも明らかではないが、以下のように推測される。 In response to such a problem, the inventors of the present application have found that in the configuration in which the Mn—Co coating layer 196 contains Ni as in the present embodiment, the increase in electrical resistance in the initial stage of the interconnector composite 200 can be suppressed. I discovered something new. Although the reason why the effect is obtained by the above configuration is not necessarily clear, it is presumed as follows.

本実施形態のインターコネクタ複合体200では、上述の通り、Mn-Co被膜層196は、Niを含有している。Mn-Co被膜層196に含有されるNiの電気抵抗は、Mn-Co被膜層196に含有されるCrやMnの電気抵抗よりも低い。また、Mn-Co被膜層196に含有されるNiが、金属部材190に含有されるCrと反応することにより、Niが存在しない構成に比べて、形成されるCr-Mn反応層の量が少なくなる。そのため、Mn-Co被膜層196に含有されるNiの存在により、Cr-Mn反応層の存在に起因する初期の電気抵抗の増大が抑制される。そのため、本実施形態のインターコネクタ複合体200によれば、Mn-Co被膜層196がNiを含有していない構成に比べて、効率的に電流を流すことができる。 In the interconnector composite 200 of this embodiment, as described above, the Mn—Co coating layer 196 contains Ni. The electric resistance of Ni contained in the Mn--Co coating layer 196 is lower than that of Cr and Mn contained in the Mn--Co coating layer 196. FIG. In addition, Ni contained in the Mn--Co coating layer 196 reacts with Cr contained in the metal member 190, so that the amount of the Cr--Mn reaction layer formed is smaller than in the case where Ni does not exist. Become. Therefore, the presence of Ni contained in the Mn--Co coating layer 196 suppresses the initial increase in electrical resistance due to the presence of the Cr--Mn reaction layer. Therefore, according to the interconnector composite 200 of the present embodiment, current can flow more efficiently than in a configuration in which the Mn—Co coating layer 196 does not contain Ni.

ここで、Mn-Co被膜層196に含有されるNiの量が多くなるほど、Mn-Co被膜層196が元来有する酸素透過防止性能の低下に起因して電気抵抗が増大する。例えば、Mn-Co被膜層196に含有されるNiの濃度(atm%)の分布が均一である構成においては、Mn-Co被膜層196に含有されるNiの量が多いことにより、金属部材190の酸化が相対的に進行しやすくなることに起因して電気抵抗が増大しやすい。 Here, as the amount of Ni contained in the Mn--Co coating layer 196 increases, the electrical resistance increases due to the decrease in the oxygen permeation prevention performance that the Mn--Co coating layer 196 originally has. For example, in a configuration in which the concentration (atm %) of Ni contained in the Mn—Co coating layer 196 is uniform, the amount of Ni contained in the Mn—Co coating layer 196 is large, so that the metal member 190 The electrical resistance tends to increase due to the fact that the oxidation of the metal tends to progress relatively easily.

これに対し、本実施形態のインターコネクタ複合体200では、上述した通り、Mn-Co被膜層196に含有されるNiの濃度(atm%)が酸化被膜層194から離れるほど低い。そのため、本実施形態のインターコネクタ複合体200においては、酸化被膜層194から長い距離を離れている領域(言い換えれば、上述した初期の電気抵抗の増大を抑制する効果にあまり寄与しない領域)におけるNiの濃度は、比較的低く、そのため、Mn-Co被膜層196全体におけるNiの濃度は、比較的低い。そのため、本実施形態のインターコネクタ複合体200においては、Mn-Co被膜層196に含有されるNiの量を比較的少なくすることができ、これにより、Mn-Co被膜層196が元来有する酸素透過防止性能の低下が抑制される。これにより、金属部材190の酸化の進行に伴う電気抵抗の増大が抑制される。そのため、本実施形態のインターコネクタ複合体200によれば、より効率的に電流を流すことができる。 In contrast, in the interconnector composite 200 of the present embodiment, as described above, the Ni concentration (atm %) contained in the Mn—Co coating layer 196 decreases with distance from the oxide coating layer 194 . Therefore, in the interconnector composite 200 of the present embodiment, Ni is relatively low, so the concentration of Ni in the entire Mn—Co coating layer 196 is relatively low. Therefore, in the interconnector composite 200 of the present embodiment, the amount of Ni contained in the Mn--Co coating layer 196 can be relatively small, thereby reducing the amount of oxygen originally contained in the Mn--Co coating layer 196. A decrease in permeation prevention performance is suppressed. This suppresses an increase in electrical resistance that accompanies the progress of oxidation of the metal member 190 . Therefore, according to the interconnector composite 200 of the present embodiment, current can flow more efficiently.

また、本実施形態のインターコネクタ複合体200では、Mn-Co被膜層196における酸化被膜層194からの距離が1μmまでの領域におけるNiの濃度は、0.5atm%以上である。本実施形態のインターコネクタ複合体200では、このように酸化被膜層194から十分近い領域におけるNiの濃度が十分高いことにより、より効果的に、Niの存在により、Cr-Mn反応層の存在に起因する初期の電気抵抗の増大が抑制される。従って、本実施形態のインターコネクタ複合体200によれば、より効率的に電流を流すことができる。 Further, in the interconnector composite 200 of the present embodiment, the concentration of Ni in the region of the Mn—Co coating layer 196 up to 1 μm from the oxide coating layer 194 is 0.5 atm % or more. In the interconnector composite 200 of the present embodiment, since the concentration of Ni in the region sufficiently close to the oxide film layer 194 is sufficiently high, the presence of Ni effectively suppresses the existence of the Cr—Mn reaction layer. The increase in the initial electrical resistance caused by this is suppressed. Therefore, according to the interconnector composite 200 of the present embodiment, the current can flow more efficiently.

本実施形態のインターコネクタ複合体200では、金属部材190は、Mn-Co被膜層196に含有されるNiと同一の元素であるNiを含有している。金属部材190に含有されるNiの濃度(atm%)は、酸化被膜層194から離れるほど低い。 In the interconnector composite 200 of this embodiment, the metal member 190 contains Ni, which is the same element as Ni contained in the Mn—Co coating layer 196 . The Ni concentration (atm %) contained in the metal member 190 decreases as the distance from the oxide film layer 194 increases.

本実施形態のインターコネクタ複合体200では、上述の通り、金属部材190は、Mn-Co被膜層196に含有されるNiと同一の元素であるNiを含有している。金属部材190に含有されるNiの電気抵抗は、Mn-Co被膜層196に含有されるCrやMnの電気抵抗よりも低い。また、金属部材190に含有されるNiがCrと反応することにより、Niが存在しない構成に比べて、形成されるCr-Mn反応層の量が少なくなる。そのため、金属部材190に含有されるNiの存在により、初期の電気抵抗の増大が抑制される。従って、本実施形態のインターコネクタ複合体200によれば、より効率的に電流を流すことができる。 In the interconnector composite 200 of this embodiment, the metal member 190 contains Ni, which is the same element as Ni contained in the Mn—Co coating layer 196, as described above. The electrical resistance of Ni contained in the metal member 190 is lower than the electrical resistance of Cr and Mn contained in the Mn—Co coating layer 196 . In addition, since the Ni contained in the metal member 190 reacts with Cr, the amount of the Cr--Mn reaction layer formed is reduced as compared with the structure in which Ni does not exist. Therefore, the presence of Ni contained in the metal member 190 suppresses an increase in initial electrical resistance. Therefore, according to the interconnector composite 200 of the present embodiment, the current can flow more efficiently.

また、本実施形態のインターコネクタ複合体200においては、上述の通り、金属部材190に含有されるNiの濃度(atm%)は、酸化被膜層194から離れるほど低い。当該濃度の分布が均一である構成においては、上述した理由から、金属部材190に含有されるNiの存在により上記効果(初期の電気抵抗の増大を抑制すること)を奏する。しかしながら、一方で、金属部材190に含有されるNiの量が多くなるほど、金属部材190の熱膨張率が増大し、酸化被膜層194と金属部材190との間に生じる熱膨張差に起因したクラックが生じることで、電気抵抗が増大するという一面もある。これに対し、本実施形態のインターコネクタ複合体200では、金属部材190に含有されるNiの濃度(atm%)は、酸化被膜層194から離れるほど低い。そのため、本実施形態のインターコネクタ複合体200においては、酸化被膜層194から長い距離を離れている領域(言い換えれば、上述した初期の電気抵抗の増大を抑制する効果にあまり寄与しない領域)におけるNiの濃度は、比較的低く、そのため、金属部材190全体におけるNiの濃度は、比較的低い。そのため、本実施形態のインターコネクタ複合体200においては、金属部材190に含有されるNiの量を比較的少なくすることができ、これにより、金属部材190の熱膨張率を低い値に抑えることができる。そのため、Mn-Co被膜層196が元来有する酸素透過防止性能の低下が抑制される。これにより、酸化被膜層194と金属部材190との間にクラックが生じることに起因する電気抵抗の増大が抑制される。そのため、本実施形態のインターコネクタ複合体200によれば、より効率的に電流を流すことができる。 In addition, in the interconnector composite 200 of the present embodiment, as described above, the concentration (atm %) of Ni contained in the metal member 190 decreases with increasing distance from the oxide film layer 194 . In the configuration in which the concentration distribution is uniform, the presence of Ni contained in the metal member 190 produces the above effect (suppressing an increase in initial electrical resistance) for the reasons described above. However, on the other hand, as the amount of Ni contained in the metal member 190 increases, the coefficient of thermal expansion of the metal member 190 increases, and cracks caused by the difference in thermal expansion between the oxide film layer 194 and the metal member 190 occur. There is also an aspect that the electrical resistance increases due to the occurrence of In contrast, in the interconnector composite 200 of the present embodiment, the concentration (atm %) of Ni contained in the metal member 190 decreases as the distance from the oxide film layer 194 increases. Therefore, in the interconnector composite 200 of the present embodiment, Ni is relatively low, so the concentration of Ni in the entire metal member 190 is relatively low. Therefore, in the interconnector composite 200 of the present embodiment, the amount of Ni contained in the metal member 190 can be relatively reduced, thereby suppressing the coefficient of thermal expansion of the metal member 190 to a low value. can. Therefore, deterioration of the original oxygen permeation prevention performance of the Mn—Co coating layer 196 is suppressed. This suppresses an increase in electrical resistance due to cracks occurring between the oxide film layer 194 and the metal member 190 . Therefore, according to the interconnector composite 200 of the present embodiment, current can flow more efficiently.

また、本実施形態のインターコネクタ複合体200の製造方法は、金属部材190を準備する工程(S110)と、金属部材190に、メッキによりNiを含有するNiメッキ層151を形成する工程(S120)と、Niメッキ層151に、泳動電析によりMn酸化物層152を形成する工程(S130)と、Mn酸化物層152に、メッキによりCoを含有するCoメッキ層153を形成する工程(S140)と、S110の工程、S120の工程、S130の工程、およびS140の工程を経た金属部材190を焼成することにより、金属部材190に酸化被膜層194およびMn-Co被膜層196を形成する工程(S150)とを備える。本実施形態のインターコネクタ複合体200の製造方法によれば、Mn-Co被膜層196は、Niを含有し、Mn-Co被膜層196に含有されるNiの濃度(atm%)は、酸化被膜層194から離れるほど低い構成とされたインターコネクタ複合体200を容易に製造することができる。また、本実施形態のインターコネクタ複合体200の製造方法においては、泳動電析によりMn酸化物層152を形成した後(S130)、Mn酸化物層152に生じた隙間にCoメッキ層153を形成するため(S140)、Mn-Co被膜層196とMn酸化物層152との密着性が良好なものとなり、これによりMn-Co被膜層196の(酸化被膜層194からの)剥離が抑制される。 Further, the method for manufacturing the interconnector composite 200 of the present embodiment includes a step of preparing the metal member 190 (S110) and a step of forming the Ni plating layer 151 containing Ni on the metal member 190 by plating (S120). a step of forming a Mn oxide layer 152 on the Ni plating layer 151 by migration electrodeposition (S130); and a step of forming a Co plating layer 153 containing Co on the Mn oxide layer 152 by plating (S140). and a step of forming oxide film layer 194 and Mn—Co film layer 196 on metal member 190 by firing metal member 190 that has undergone steps S110, S120, S130, and S140 (S150 ). According to the method for manufacturing the interconnector composite 200 of the present embodiment, the Mn—Co coating layer 196 contains Ni, and the concentration (atm%) of Ni contained in the Mn—Co coating layer 196 is the oxide film Interconnector composites 200 can be readily manufactured that are configured lower away from layer 194 . Further, in the method for manufacturing the interconnector composite 200 of the present embodiment, after the Mn oxide layer 152 is formed by migration electrodeposition (S130), the Co plating layer 153 is formed in the gaps generated in the Mn oxide layer 152. Therefore, (S140), the adhesion between the Mn—Co coating layer 196 and the Mn oxide layer 152 is improved, thereby suppressing the peeling of the Mn—Co coating layer 196 (from the oxide coating layer 194). .

また、本実施形態のインターコネクタ複合体200の製造方法では、S130の工程において、金属部材190を浸す溶剤として、ケトン類の溶剤を用いる。そのため、本実施形態のインターコネクタ複合体200の製造方法によれば、S130の工程において、より効率的に、Niメッキ層151にMn酸化物層152を形成することができる。 Further, in the method for manufacturing the interconnector composite 200 of the present embodiment, a ketone solvent is used as the solvent for soaking the metal member 190 in the step of S130. Therefore, according to the method for manufacturing the interconnector composite 200 of the present embodiment, the Mn oxide layer 152 can be formed on the Ni plating layer 151 more efficiently in the step of S130.

なお、Mn-Co被膜層196や金属部材190に含有されるNiの存在により初期の電気抵抗の増大を抑制することと、Mn-Co被膜層196や金属部材190に含有されるNiが酸化することに起因する電気抵抗の増大を抑制することとの両観点から、Mn-Co被膜層196や金属部材190に含有されるNiの濃度(atm%)は、酸化被膜層194における、ある程度近い位置において、特に多く配置されていることが好ましく、ある程度遠い位置において、特に少なく配置されていることが好ましい。具体的には、酸化被膜層194からの距離が2.0μm以内の領域におけるNiの濃度が0.5atm%以上(より好ましくは、0.8atm%以上)であり、酸化被膜層194からの距離が6.0μm以上の領域におけるNiの濃度が2.0μm以内の領域における濃度の90%以下(より好ましくは、80%以下)であることが、より好ましい。また、Mn-Co被膜層196や金属部材190に含有されるNiの濃度(atm%)が高すぎると、当該Niの存在により、Mn-Co被膜層196の(酸化被膜層194からの)剥離が生じやすくなる。この観点から、Mn-Co被膜層196や金属部材190に含有されるNiの濃度(atm%)は、例えば5atm%以下であることが好ましい。 The presence of Ni contained in the Mn--Co coating layer 196 and the metal member 190 suppresses an increase in initial electrical resistance, and Ni contained in the Mn--Co coating layer 196 and the metal member 190 is oxidized. From the viewpoint of both suppressing an increase in electrical resistance caused by , it is preferable that there are a particularly large number of them arranged, and it is preferable that a particularly small number of them are arranged at some distant position. Specifically, the concentration of Ni in a region within 2.0 μm from the oxide film layer 194 is 0.5 atm % or more (more preferably 0.8 atm % or more), and the distance from the oxide film layer 194 is It is more preferable that the concentration of Ni in the region of 6.0 μm or more is 90% or less (more preferably 80% or less) of the concentration in the region of 2.0 μm or less. Also, if the concentration (atm%) of Ni contained in the Mn—Co coating layer 196 and the metal member 190 is too high, the presence of the Ni causes the Mn—Co coating layer 196 to peel off (from the oxide coating layer 194). becomes more likely to occur. From this point of view, the concentration (atm %) of Ni contained in the Mn—Co coating layer 196 and the metal member 190 is preferably 5 atm % or less, for example.

A-6.性能評価:
インターコネクタ複合体200のサンプルを作製し、該サンプルを用いて性能評価を行った。図12は、本実施形態における性能評価結果を示す説明図である。なお、図12の「Niの濃度勾配」とは、Mn-Co被膜層196におけるNiの濃度(atm%)が酸化被膜層194から離れるほど低くなっていることを意味し、「近傍におけるNi濃度」とは、Mn-Co被膜層196における酸化被膜層194からの距離が2.0μmまでの領域におけるNiの濃度を意味する。
A-6. Performance evaluation:
A sample of the interconnector composite 200 was produced, and the performance was evaluated using the sample. FIG. 12 is an explanatory diagram showing performance evaluation results in this embodiment. The "Ni concentration gradient" in FIG. 12 means that the Ni concentration (atm %) in the Mn--Co coating layer 196 decreases as the distance from the oxide coating layer 194 increases. ” means the concentration of Ni in the region of the Mn—Co coating layer 196 up to 2.0 μm from the oxide coating layer 194 .

A-6-1.各サンプルについて:
図12に示すように、本性能評価には、4つのサンプル(サンプルS1、S2、S3、S4)を用いた。
A-6-1. For each sample:
As shown in FIG. 12, four samples (samples S1, S2, S3, and S4) were used for this performance evaluation.

サンプルS1およびサンプルS2は、上述した本実施形態のインターコネクタ複合体200のサンプルである。サンプルS1においては、Mn-Co被膜層196における酸化被膜層194からの距離が2μmまでの領域におけるNiの濃度が0.5atm%以上(より具体的には、0.8atm%)であるのに対し、サンプルS2においては、サンプルS1に対して、当該領域におけるNiの濃度が0.5atm%未満(より具体的には、0.4atm%)である点のみ異なっている。サンプルS1およびサンプルS2において、Mn-Co被膜層196に含有されるNiの濃度(atm%)および金属部材190に含有されるNiの濃度(atm%)は、酸化被膜層194から離れるほど低くなっている。より具体的には、本性能評価では、サンプルS1およびサンプルS2として、酸化被膜層194からの距離が6μm以内である特定領域において、酸化被膜層194に近い側から2μmごとに順に単位特定領域を区切ったときに、各単位特定領域のNiの濃度(atm%)が、当該単位特定領域よりも酸化被膜層194に近い側に隣接する単位特定領域のNiの濃度よりも0.1atm%以上低くなっているものを用いた。 Sample S1 and sample S2 are samples of the interconnector complex 200 of the present embodiment described above. In sample S1, the concentration of Ni in the region of the Mn—Co coating layer 196 up to 2 μm from the oxide coating layer 194 is 0.5 atm% or more (more specifically, 0.8 atm%). On the other hand, sample S2 differs from sample S1 only in that the concentration of Ni in the region is less than 0.5 atm % (more specifically, 0.4 atm %). In samples S1 and S2, the concentration (atm%) of Ni contained in the Mn—Co film layer 196 and the concentration (atm%) of Ni contained in the metal member 190 decreased with increasing distance from the oxide film layer 194. ing. More specifically, in this performance evaluation, the unit specific regions were sequentially divided by 2 μm from the side closer to the oxide film layer 194 in the specific regions whose distance from the oxide film layer 194 was within 6 μm for the samples S1 and S2. When divided, the Ni concentration (atm%) of each unit specific region is lower than the Ni concentration of the unit specific region adjacent to the unit specific region on the side closer to the oxide film layer 194 by 0.1 atm% or more. I used what I had.

サンプルS3およびサンプルS4は、比較例のインターコネクタ複合体のサンプルである。サンプルS3のインターコネクタ複合体は、Mn-Co被膜層196がNiを含有していない構成とされた点がサンプルS1およびサンプルS2(本実施形態)のインターコネクタ複合体200と異なる。サンプルS4のインターコネクタ複合体は、Mn-Co被膜層196および金属部材190がNiを含有しているが、Mn-Co被膜層196に含有されるNiの濃度(atm%)および金属部材190に含有されるNiの濃度(atm%)は、均一である(つまり、酸化被膜層194から離れるほど低くなっていない)点がサンプルS1およびサンプルS2(本実施形態)のインターコネクタ複合体200と異なる。なお、Mn-Co被膜層196における酸化被膜層194からの距離が2μmまでの領域におけるNiの濃度と、金属部材190における酸化被膜層194からの距離が2μmまでの領域におけるNiの濃度とは、いずれも0.5atm%以上(より具体的には、0.8atm%)である。 Sample S3 and sample S4 are samples of interconnector composites of comparative examples. The interconnector composite of sample S3 differs from the interconnector composites 200 of samples S1 and S2 (this embodiment) in that the Mn—Co coating layer 196 does not contain Ni. In the interconnector composite of sample S4, the Mn—Co coating layer 196 and the metal member 190 contain Ni, but the Ni concentration (atm%) contained in the Mn—Co coating layer 196 and the metal member 190 The Ni concentration (atm %) contained therein is uniform (that is, it does not decrease with increasing distance from the oxide film layer 194), which is different from the interconnector composites 200 of samples S1 and S2 (this embodiment). . Note that the concentration of Ni in the region of the Mn—Co coating layer 196 up to 2 μm away from the oxide coating layer 194 and the concentration of Ni in the region up to 2 μm away from the oxide coating layer 194 of the metal member 190 are Both are 0.5 atm % or more (more specifically, 0.8 atm %).

A-6-2.評価方法および評価結果:
大気雰囲気で、900℃、2000時間の条件で、上記の各サンプル(サンプルS1、S2、S3、S4)に対して一定の電流(例えば、0.5A/cm)を流し、電気抵抗(接触抵抗)(Ωcm)を測定した。(製造後に初めて)電流を流し始めてから90時間(本評価において、上記の「初期」に相当する時間として設定した時間)の間における電気抵抗(以下、「初期抵抗」ともいう。)と、電流を流し始めてから1500時間(本評価において、Niが酸化することに起因する電気抵抗の増大がある程度以上となる時間として設定した時間)の間における電気抵抗(以下、「長期抵抗」ともいう。)とに基づいて評価した。初期抵抗については、電流を流し始めてから90時間の間における電気抵抗の上昇値(電流を流し始めたときの電気抵抗と、90時間後の電気抵抗との差)が小さいほど、高い評価であると判定し、同様に、長期抵抗については、電流を流し始めてから1500時間の間における電気抵抗の上昇値(電流を流し始めたときの電気抵抗と、1500時間後の電気抵抗との差)が小さいほど、高い評価であると判定した。具体的には、初期抵抗については、1.0Ωcm以下であれば「◎」、初期抵抗の上昇値が1.0Ωcmより大きく、かつ2.0Ωcm以下であれば「○」、初期抵抗の上昇値が2.0Ωcmより大きく、かつ3.0Ωcm以下であれば「△」、3.0Ωcmより大きければ「×」と判定した。長期抵抗については、4.0Ωcm以下であれば「○」、4.0Ωcmより大きければ「×」と判定した。そして、初期抵抗についての評価と長期抵抗についての評価とが共に「×」でない場合は「合格」と判定し、初期抵抗についての評価と長期抵抗についての評価との少なくとも一方が「×」である場合は「不合格」と判定した。なお、本性能評価において、初期抵抗についての測定時間を「90時間」とし、長期抵抗についての測定時間を「1500時間」としているのはあくまで一例であり、初期抵抗についての適切な測定時間や、長期抵抗についての適切な測定時間は、インターコネクタ複合体200を使用する環境温度等によって変化する。
A-6-2. Evaluation method and evaluation results:
Under the conditions of 900° C. and 2000 hours in an air atmosphere, a constant current (for example, 0.5 A/cm 2 ) is passed through each of the above samples (samples S1, S2, S3, and S4), and the electrical resistance (contact resistance) (Ωcm 2 ) was measured. Electric resistance (hereinafter also referred to as “initial resistance”) during 90 hours (in this evaluation, the time set as the time corresponding to the above “initial”) from the start of current flow (for the first time after manufacturing), and the current Electrical resistance (hereinafter also referred to as “long-term resistance”) for 1500 hours after the start of flowing (in this evaluation, the time set as the time when the increase in electrical resistance due to oxidation of Ni reaches a certain level). was evaluated based on Regarding the initial resistance, the smaller the increase in electrical resistance (the difference between the electrical resistance when the current started to flow and the electrical resistance after 90 hours) during 90 hours after the start of current flow, the higher the evaluation. Similarly, for the long-term resistance, the increase in electrical resistance during 1500 hours after the start of current flow (the difference between the electrical resistance when the current started to flow and the electrical resistance after 1500 hours) was It was determined that the smaller the value, the higher the evaluation. Specifically, if the initial resistance is 1.0 Ωcm 2 or less, "⊚", if the increase in initial resistance is greater than 1.0 Ωcm 2 and 2.0 Ωcm 2 or less, "○" If the increase value of was larger than 2.0 Ωcm 2 and 3.0 Ωcm 2 or less, it was judged as "Δ", and if it was larger than 3.0 Ωcm 2 , it was judged as "X". Regarding the long-term resistance, if it was 4.0 Ωcm 2 or less, it was judged as “◯”, and if it was greater than 4.0 Ωcm 2 , it was judged as “X”. Then, if both the evaluation of the initial resistance and the evaluation of the long-term resistance are not "x", it is determined to be "passed", and at least one of the evaluation of the initial resistance and the evaluation of the long-term resistance is "x". was judged to be “failed”. In this performance evaluation, the measurement time for the initial resistance is set to "90 hours" and the measurement time for the long-term resistance is set to "1500 hours", which is just an example, and an appropriate measurement time for the initial resistance, Appropriate measurement time for long-term resistance varies depending on environmental temperature, etc. in which interconnector composite 200 is used.

図13は、本実施形態における性能評価における電気抵抗の測定結果(サンプルS1とサンプルS3のみ)を示す説明図である。 FIG. 13 is an explanatory diagram showing measurement results of electrical resistance (only samples S1 and S3) in performance evaluation in this embodiment.

図13に示すように、サンプルS3のインターコネクタ複合体では、インターコネクタ複合体に電流を流し始めてから約90時間(上記の「初期」に相当)の間、電気抵抗は増大し、その後、時間の経過とともに一旦緩やかに低下した後、再度増大した。インターコネクタ複合体に電流を流し始めてから90時間における電気抵抗の上昇値は、3.0Ωcmよりも大きかった。従って、サンプルS3のインターコネクタ複合体における初期抵抗についての評価は、「×」であった。インターコネクタ複合体に電流を流し始めてから1500時間における電気抵抗の上昇値は、4.0Ωcm以下であった。従って、サンプルS3のインターコネクタ複合体における長期抵抗についての評価は、「○」であった。これらの結果から、サンプルS3のインターコネクタ複合体の評価結果は、「不合格」とされた。 As shown in FIG. 13, in the interconnector complex of sample S3, the electrical resistance increased for about 90 hours (corresponding to the above-mentioned "initial stage") after the current started to flow through the interconnector complex, and then After gradually decreasing with the passage of time, it increased again. The increase in electrical resistance was greater than 3.0 Ωcm 2 90 hours after the start of current flow through the interconnector composite. Therefore, the evaluation of the initial resistance in the interconnector complex of sample S3 was "x". The increase in electrical resistance was 4.0 Ωcm 2 or less after 1500 hours from when the current started to flow through the interconnector composite. Therefore, the long-term resistance of the interconnector composite of sample S3 was evaluated as "good". Based on these results, the evaluation result of the interconnector composite of sample S3 was set as "failed".

なお、約90時間の間、電気抵抗が特に増大した理由は、上述したように、Cr酸化物を含有する酸化被膜層194中に形成されたCr-Mn反応層(CrとMnとが反応することにより層)の存在によるものと推測される。また、電気抵抗が一旦緩やかに低下した理由は、必ずしも明らかではないが、Cr-Mn反応層が分解することにより、Cr-Mn反応層の量が減少したこと等に起因すると推測される。また、電気抵抗が再度増大した理由は、Mn-Co被膜層196や金属部材190に含有されるNiが過多であることに起因し、金属部材190の酸化が促進したことによるものと推測される。 The reason why the electrical resistance increased particularly for about 90 hours is, as described above, the Cr—Mn reaction layer formed in the oxide film layer 194 containing Cr oxide (Cr and Mn react with each other). It is presumed that this is due to the existence of the layer). Further, the reason why the electric resistance once gradually decreased is not necessarily clear, but it is presumed that the amount of the Cr--Mn reaction layer decreased due to the decomposition of the Cr--Mn reaction layer. In addition, the reason why the electrical resistance increased again is presumed to be that the excessive amount of Ni contained in the Mn—Co coating layer 196 and the metal member 190 accelerated the oxidation of the metal member 190. .

また、サンプルS4のインターコネクタ複合体では、初期抵抗の上昇値が1.0Ωcm以下であった。従って、サンプルS4のインターコネクタ複合体における初期抵抗についての評価は、「◎」であった。インターコネクタ複合体に電流を流し始めてから1500時間における電気抵抗の上昇値は、4.0Ωcmよりも大きかった。従って、サンプルS4のインターコネクタ複合体における長期抵抗についての評価は、「×」であった。これらの結果から、サンプルS4のインターコネクタ複合体の評価結果は、「不合格」とされた。 In the interconnector composite of sample S4, the increase in initial resistance was 1.0 Ωcm 2 or less. Therefore, the evaluation of the initial resistance of the interconnector composite of sample S4 was "⊚". The increase in electrical resistance at 1500 hours after the start of current flow through the interconnector complex was greater than 4.0 Ωcm 2 . Therefore, the evaluation for long-term resistance in the interconnector composite of sample S4 was "x". Based on these results, the evaluation result of the interconnector composite of sample S4 was "failed".

これに対し、図13に示すように、サンプルS1のインターコネクタ複合体200では、インターコネクタ複合体200に電流を流し始めてから約90時間(上記の「初期」に相当)の間、増大したが、電流を流し始めてから90時間における電気抵抗の上昇値は、1.0Ωcm以下であった。従って、サンプルS1のインターコネクタ複合体200における初期抵抗についての評価は、「◎」であった。インターコネクタ複合体200に電流を流し始めてから1500時間における電気抵抗の上昇値は、4.0Ωcm以下であった。従って、サンプルS1のインターコネクタ複合体200における初期抵抗についての評価は、「○」であった。これらの結果から、サンプルS1のインターコネクタ複合体200の評価結果は、「合格」とされた。 On the other hand, as shown in FIG. 13 , in the interconnector composite 200 of sample S1, the current increased for about 90 hours (corresponding to the above “initial stage”) after the current started to flow through the interconnector composite 200 . 90 hours after the start of current flow, the increase in electrical resistance was 1.0 Ωcm 2 or less. Therefore, the evaluation of the initial resistance in the interconnector composite 200 of sample S1 was "⊚". The increase in electrical resistance was 4.0 Ωcm 2 or less after 1500 hours from the start of current flow through the interconnector composite 200 . Therefore, the evaluation of the initial resistance of the interconnector composite 200 of sample S1 was "good". Based on these results, the evaluation result of the interconnector composite 200 of sample S1 was "passed".

また、サンプルS2のインターコネクタ複合体200では、概ねサンプルS1のインターコネクタ複合体200と同様の評価結果であったが、電流を流し始めてから90時間における電気抵抗の上昇値は、1.0Ωcmより大きく、かつ2.0Ωcm以下であった。従って、サンプルS1のインターコネクタ複合体200における初期抵抗についての評価は、「○」であった。インターコネクタ複合体200に電流を流し始めてから1500時間における電気抵抗の上昇値は、4.0Ωcm以下であった。従って、サンプルS1のインターコネクタ複合体200における初期抵抗についての評価は、「○」であった。これらの結果から、サンプルS2のインターコネクタ複合体200の評価結果は、「合格」とされた。 In addition, the interconnector composite 200 of the sample S2 had roughly the same evaluation results as the interconnector composite 200 of the sample S1, but the electrical resistance increased by 1.0 Ωcm 2 after 90 hours from the start of the current flow. larger and less than or equal to 2.0 Ωcm 2 . Therefore, the evaluation of the initial resistance of the interconnector composite 200 of sample S1 was "good". The increase in electrical resistance was 4.0 Ωcm 2 or less after 1500 hours from the start of current flow through the interconnector composite 200 . Therefore, the evaluation of the initial resistance of the interconnector composite 200 of sample S1 was "good". Based on these results, the evaluation result of the interconnector composite 200 of sample S2 was "passed".

B.変形例:
本明細書で開示される技術は、上述の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態に変形することができ、例えば次のような変形も可能である。
B. Variant:
The technology disclosed in this specification is not limited to the above-described embodiments, and can be modified in various forms without departing from the scope of the invention. For example, the following modifications are possible.

上記実施形態における単セル110、発電単位102または燃料電池スタック100の構成は、あくまで一例であり、種々変形可能である。 The configurations of the single cell 110, the power generating unit 102, or the fuel cell stack 100 in the above embodiment are merely examples, and can be modified in various ways.

例えば、上記実施形態では、Mn-Co被膜層196は、Niを含有しており、Mn-Co被膜層196に含有されるNiの濃度(atm%)は、酸化被膜層194から離れるほど低いとしているが、Mn-Co被膜層196は、NiとCuとZnとCoとの少なくとも1種類の元素(以下、「特定元素」という。)を含有しており、Mn-Co被膜層196に含有される特定元素の濃度(atm%)は、酸化被膜層194から離れるほど低いとしている、としてもよい。この構成を実現するには、基本的には、上述した実施形態における「Ni」を「特定元素」と読み替えればよい。この構成においても、上記実施形態の場合と同様の理由から、Mn-Co被膜層196に含有される特定元素の存在により、初期の電気抵抗の増大が抑制される。従って、本実施形態のインターコネクタ複合体200によれば、Mn-Co被膜層196が特定元素を含有していない構成に比べて、効率的に電流を流すことができる。また、上記変形例における構成において、金属部材190は、Mn-Co被膜層196に含有される特定元素と同一の元素を含有しており、金属部材190に含有される特定元素の濃度(atm%)は、酸化被膜層194から離れるほど低い、としてもよい。この構成においても、上記実施形態の場合と同様の理由から、金属部材190に含有される特定元素の存在により、初期の電気抵抗の増大が抑制される。従って、このインターコネクタ複合体200によれば、より効率的に電流を流すことができる。なお、図14は、特定元素としてCuを用いた変形例における性能評価結果を示す説明図である。図14に示されるように、この変形例においても、特定元素としてNiを用いた上記実施形態における評価結果と同様の評価結果となった。特定元素としてNiまたはCuを用いた上記実施形態における評価結果から、特定元素としてZnまたはCoを用いた構成においても、上述した理由と同様の理由から、特定元素の存在により初期の電気抵抗の増大が抑制されることが推測される。なお、Mn-Co被膜層196における特定元素(Coは除く)の含有量や、金属部材190における特定元素の含有量は、5atm%以下であることが好ましく、2atm%以下であることがより好ましい。なお、Mn-Co被膜層196における特定元素の含有量は、例えば、以下のように特定することができる。まず、Mn-Co被膜層196を削ることにより、Mn-Co被膜層196の粉末を取得する。この粉末をICP-AES装置で分析することにより、Mn-Co被膜層196における特定元素の含有量を特定することができる。金属部材190における特定元素の含有量も、同様の方法により特定することができる。 For example, in the above embodiment, the Mn—Co coating layer 196 contains Ni, and the concentration (atm%) of Ni contained in the Mn—Co coating layer 196 is assumed to decrease as the distance from the oxide coating layer 194 increases. However, the Mn—Co coating layer 196 contains at least one type of element selected from Ni, Cu, Zn, and Co (hereinafter referred to as “specific element”). The concentration (atm %) of the specific element in the oxide film layer 194 may decrease as the distance from the oxide film layer 194 increases. In order to realize this configuration, basically, "Ni" in the above-described embodiment should be read as "specific element". Also in this configuration, for the same reason as in the above embodiment, the presence of the specific element contained in the Mn—Co coating layer 196 suppresses the initial increase in electrical resistance. Therefore, according to the interconnector composite 200 of the present embodiment, current can flow more efficiently than in a configuration in which the Mn—Co coating layer 196 does not contain the specific element. In addition, in the configuration of the modification, the metal member 190 contains the same element as the specific element contained in the Mn—Co coating layer 196, and the concentration of the specific element contained in the metal member 190 (atm% ) may be lower away from the oxide layer 194 . Also in this configuration, for the same reason as in the above embodiment, the presence of the specific element contained in the metal member 190 suppresses the initial increase in electrical resistance. Therefore, according to this interconnector complex 200, current can flow more efficiently. 14A and 14B are explanatory diagrams showing performance evaluation results in a modification using Cu as the specific element. As shown in FIG. 14, also in this modified example, evaluation results similar to those in the above-described embodiment using Ni as the specific element were obtained. From the evaluation results in the above embodiment using Ni or Cu as the specific element, even in the configuration using Zn or Co as the specific element, for the same reason as described above, the presence of the specific element increases the initial electrical resistance. is presumed to be suppressed. The content of the specific element (excluding Co) in the Mn—Co coating layer 196 and the content of the specific element in the metal member 190 are preferably 5 atm % or less, more preferably 2 atm % or less. . The content of the specific element in the Mn--Co coating layer 196 can be specified as follows, for example. First, powder of the Mn—Co coating layer 196 is obtained by scraping the Mn—Co coating layer 196 . By analyzing this powder with an ICP-AES device, the content of the specific element in the Mn--Co coating layer 196 can be specified. The content of the specific element in metal member 190 can also be specified by a similar method.

また、上記実施形態では、インターコネクタ複合体200(における空気極114に対向する表面)の全体において、Mn-Co被膜層196における酸化被膜層194からの距離が2μmまでの領域における特定元素の濃度は、0.5atm%以上である構成とされているが、インターコネクタ複合体200(における空気極114に対向する表面)のうち、一部のみ(例えば、空気極側集電体134の周辺部分を含む一部のみ)において、Mn-Co被膜層196における酸化被膜層194からの距離が2μmまでの領域における特定元素の濃度は、0.5atm%以上である構成とされてもよい。また、上記実施形態では、インターコネクタ複合体200(における空気極114に対向する表面)の全体において、Mn-Co被膜層196に含有される特定元素の濃度は、酸化被膜層194から離れるほど低くなっている構成とされているが、インターコネクタ複合体200(における空気極114に対向する表面)のうち、一部のみ(例えば、空気極側集電体134の周辺部分を含む一部のみ)において、Mn-Co被膜層196に含有される特定元素の濃度は、酸化被膜層194から離れるほど低くなっている構成とされてもよい。 Further, in the above embodiment, in the entire interconnector composite 200 (the surface facing the air electrode 114), the concentration of the specific element in the region up to 2 μm from the oxide film layer 194 in the Mn—Co film layer 196 is configured to be 0.5 atm % or more, but only a portion (for example, the peripheral portion of the air electrode side current collector 134) of the interconnector composite 200 (the surface facing the air electrode 114) ), the concentration of the specific element in the region up to 2 μm from the oxide film layer 194 in the Mn—Co film layer 196 may be 0.5 atm % or more. Further, in the above embodiment, the concentration of the specific element contained in the Mn—Co coating layer 196 in the entire interconnector composite 200 (the surface facing the air electrode 114 in) decreases as the distance from the oxide coating layer 194 increases. However, only a portion of (the surface facing the air electrode 114 in) the interconnector composite 200 (for example, only a portion including the peripheral portion of the air electrode side current collector 134) , the concentration of the specific element contained in the Mn—Co coating layer 196 may be configured to decrease with increasing distance from the oxide coating layer 194 .

また、上記実施形態では、S130の工程において、泳動電析により、Mn酸化物層152を形成するとしているが、その他の手法(例えば、スピンコート法、スプレーコート法、溶射法)により、Mn酸化物層152を形成するとしてもよい。 In the above embodiment, the Mn oxide layer 152 is formed by migration electrodeposition in the step of S130. A material layer 152 may be formed.

また、上記実施形態では、S130の工程において、金属部材190を浸す溶剤として、ケトン類の溶剤を用いるとしているが、その他の溶剤(例えば、エタノールに塩酸を入れた溶剤)を用いるとしてもよい。 In the above embodiment, a ketone solvent is used as the solvent for immersing the metal member 190 in the step of S130, but other solvents (for example, a solvent in which hydrochloric acid is added to ethanol) may be used.

また、上記実施形態では、インターコネクタ150と空気極側集電体134とが一体部材(金属部材190)であるとしているが、インターコネクタ150と空気極側集電体134とが別部材であってもよい。その場合において、本発明は、インターコネクタ150または空気極側集電体134と、酸化被膜層194とMn-Co被膜層196とから構成されるインターコネクタ部材にも適用可能である。 Further, in the above embodiment, the interconnector 150 and the air electrode side current collector 134 are integral members (metal member 190), but the interconnector 150 and the air electrode side current collector 134 are separate members. may In that case, the present invention can also be applied to an interconnector member composed of the interconnector 150 or the cathode-side current collector 134 , the oxide film layer 194 and the Mn—Co film layer 196 .

また、上記実施形態では、空気極側集電体134が接合部138を介して空気極114に接しているが、空気極側集電体134が接合部138を介さずに空気極114に接しているとしてもよい。 Further, in the above embodiment, the air electrode-side current collector 134 is in contact with the air electrode 114 through the joint 138 , but the air electrode-side current collector 134 is in contact with the air electrode 114 without the joint 138 . It may be

また、上記実施形態では、燃料ガスに含まれる水素と酸化剤ガスに含まれる酸素との電気化学反応を利用して発電を行うSOFCを対象としているが、本発明は、水の電気分解反応を利用して水素の生成を行う固体酸化物形電解セル(SOEC)の構成単位である電解セル単位や、複数の電解セル単位を備える電解セルスタックにも同様に適用可能である。なお、電解セルスタックの構成は、例えば特開2016-81813号公報に記載されているように公知であるためここでは詳述しないが、概略的には上述した実施形態における燃料電池スタック100と同様の構成である。すなわち、上述した実施形態における燃料電池スタック100を電解セルスタックと読み替え、発電単位102を電解セル単位と読み替え、単セル110を電解単セルと読み替えればよい。ただし、電解セルスタックの運転の際には、空気極114がプラス(陽極)で燃料極116がマイナス(陰極)となるように両電極間に電圧が印加されると共に、連通孔108を介して原料ガスとしての水蒸気が供給される。これにより、各電解セル単位において水の電気分解反応が起こり、燃料室176で水素ガスが発生し、連通孔108を介して電解セルスタックの外部に水素が取り出される。このような構成の電解セル単位および電解セルスタックにおいても、上述した構成のインターコネクタ複合体200を採用することにより、初期の電気抵抗の増大が抑制される。従って、本実施形態のインターコネクタ複合体200によれば、より効率的に電流を流すことができる。 Further, in the above embodiments, SOFCs that generate electricity by utilizing the electrochemical reaction between the hydrogen contained in the fuel gas and the oxygen contained in the oxidant gas are used. It is also applicable to an electrolytic cell unit, which is a constituent unit of a solid oxide electrolysis cell (SOEC) that utilizes hydrogen to generate hydrogen, and an electrolytic cell stack comprising a plurality of electrolytic cell units. The configuration of the electrolysis cell stack is known, for example, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2016-81813, so it will not be described in detail here, but it is roughly the same as the fuel cell stack 100 in the above-described embodiment. is the configuration. That is, the fuel cell stack 100 in the above-described embodiment can be read as an electrolytic cell stack, the power generation unit 102 can be read as an electrolytic cell unit, and the single cell 110 can be read as an electrolytic single cell. However, during the operation of the electrolysis cell stack, a voltage is applied between the two electrodes so that the air electrode 114 is positive (anode) and the fuel electrode 116 is negative (cathode). Water vapor is supplied as a source gas. As a result, an electrolysis reaction of water occurs in each electrolysis cell unit, hydrogen gas is generated in the fuel chamber 176 , and the hydrogen is taken out of the electrolysis cell stack through the communication hole 108 . Even in the electrolytic cell unit and the electrolytic cell stack having such a configuration, an increase in initial electrical resistance is suppressed by adopting the interconnector composite 200 having the configuration described above. Therefore, according to the interconnector composite 200 of the present embodiment, the current can flow more efficiently.

また、上記実施形態では、固体酸化物形燃料電池(SOFC)を例に説明したが、本発明は、溶融炭酸塩形燃料電池(MCFC)といった他のタイプの燃料電池(または電解セル)にも適用可能である。 Also, in the above embodiments, a solid oxide fuel cell (SOFC) was described as an example, but the present invention is also applicable to other types of fuel cells (or electrolysis cells) such as a molten carbonate fuel cell (MCFC). Applicable.

22:ボルト 24:ナット 26:絶縁シート 27:ガス通路部材 100:燃料電池スタック 102:発電単位 104:エンドプレート 106:エンドプレート 110:単セル 112:電解質層 114:空気極 116:燃料極 120:セパレータ 124:接合部 130:空気極側フレーム 132:酸化剤ガス供給連通孔 133:酸化剤ガス排出連通孔 134:空気極側集電体 138:接合部 140:燃料極側フレーム 142:燃料ガス供給連通孔 143:燃料ガス排出連通孔 144:燃料極側集電体 149:スペーサー 150:インターコネクタ 151:Niメッキ層 152:Mn酸化物層 153:Coメッキ層 161:酸化剤ガス導入マニホールド 162:酸化剤ガス排出マニホールド 166:空気室 171:燃料ガス導入マニホールド 172:燃料ガス排出マニホールド 176:燃料室 180:中間層 190:金属部材 194:酸化被膜層 196:Mn-Co被膜層 200:インターコネクタ複合体 E1:電極 E2:電極 Ec1:電解槽 Ec2:電解槽 FG:燃料ガス FOG:燃料オフガス OG:酸化剤ガス OOG:酸化剤オフガス P1:電源 P2:電源 Es1:溶液 Es2:溶液 22: Bolt 24: Nut 26: Insulating sheet 27: Gas passage member 100: Fuel cell stack 102: Power generation unit 104: End plate 106: End plate 110: Single cell 112: Electrolyte layer 114: Air electrode 116: Fuel electrode 120: Separator 124: Joint 130: Air electrode side frame 132: Oxidant gas supply passage 133: Oxidant gas discharge passage 134: Air electrode side current collector 138: Joint 140: Fuel electrode side frame 142: Fuel gas supply Communication hole 143: Fuel gas discharge communication hole 144: Fuel electrode side current collector 149: Spacer 150: Interconnector 151: Ni plating layer 152: Mn oxide layer 153: Co plating layer 161: Oxidant gas introduction manifold 162: Oxidation Agent gas discharge manifold 166: Air chamber 171: Fuel gas introduction manifold 172: Fuel gas discharge manifold 176: Fuel chamber 180: Intermediate layer 190: Metal member 194: Oxide layer 196: Mn-Co layer 200: Interconnector composite E1: Electrode E2: Electrode Ec1: Electrolyzer Ec2: Electrolyzer FG: Fuel gas FOG: Fuel off-gas OG: Oxidant gas OOG: Oxidant off-gas P1: Power source P2: Power source Es1: Solution Es2: Solution

Claims (5)

FeとCrとを含有する金属部材と、
前記金属部材の表面上に配置され、Cr酸化物を含有する第1の被膜層と、
前記第1の被膜層における前記金属部材とは反対側の表面上に配置され、MnとCoとを含有するスピネル型の酸化物を含有する第2の被膜層と、を備えるインターコネクタ部材であって、
前記第2の被膜層は、NiとCuとZnとCoとの少なくとも1種類である特定元素を含有し、
前記第2の被膜層に含有される前記特定元素の濃度(atm%)は、前記第1の被膜層から離れるほど低い、
ことを特徴とするインターコネクタ部材。
a metal member containing Fe and Cr;
a first coating layer disposed on the surface of the metal member and containing Cr oxide;
a second coating layer disposed on the surface of the first coating layer opposite to the metal member and containing a spinel-type oxide containing Mn and Co. hand,
The second coating layer contains at least one specific element selected from Ni, Cu, Zn and Co,
The concentration (atm%) of the specific element contained in the second coating layer is lower as the distance from the first coating layer increases,
An interconnector member characterized by:
請求項1に記載のインターコネクタ部材であって、
前記第2の被膜層における前記第1の被膜層からの距離が1μmまでの領域における前記特定元素の濃度は、0.5atm%以上である、
ことを特徴とするインターコネクタ部材。
The interconnect member according to claim 1,
The concentration of the specific element in a region of the second coating layer up to 1 μm away from the first coating layer is 0.5 atm% or more.
An interconnector member characterized by:
請求項1または請求項2に記載のインターコネクタ部材であって、
前記金属部材は、前記第2の被膜層に含有される前記特定元素と同一の元素を含有し、
前記金属部材に含有される前記特定元素の濃度(atm%)は、前記第1の被膜層から離れるほど低い、
ことを特徴とするインターコネクタ部材。
The interconnect member according to claim 1 or claim 2,
The metal member contains the same element as the specific element contained in the second coating layer,
The concentration (atm%) of the specific element contained in the metal member decreases as the distance from the first coating layer increases.
An interconnector member characterized by:
請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載のインターコネクタ部材の製造方法であって、
金属部材を準備する第1の工程と、
前記金属部材に、メッキにより前記特定元素を含有する特定元素メッキ層を形成する第2の工程と、
前記特定元素メッキ層に、泳動電析によりMn酸化物層を形成する第3の工程と、
前記Mn酸化物層に、メッキによりCoを含有するCoメッキ層を形成する第4の工程と、
前記第1の工程、前記第2の工程、前記第3の工程、および前記第4の工程を経た前記金属部材を焼成することにより、前記金属部材に前記第1の被膜層および前記第2の被膜層を形成する第5の工程と、を備える、
ことを特徴とするインターコネクタ部材の製造方法。
A method for manufacturing an interconnector member according to any one of claims 1 to 3,
A first step of preparing a metal member;
a second step of forming a specific element plating layer containing the specific element on the metal member by plating;
a third step of forming a Mn oxide layer on the specific element plating layer by migration electrodeposition;
a fourth step of forming a Co plating layer containing Co on the Mn oxide layer by plating;
By firing the metal member that has undergone the first step, the second step, the third step, and the fourth step, the first coating layer and the second coating layer are formed on the metal member. a fifth step of forming a coating layer;
A method of manufacturing an interconnector member characterized by:
請求項4に記載のインターコネクタ部材の製造方法であって、
前記第3の工程において、前記金属部材を浸す溶剤として、ケトン類の溶剤を用いる、
ことを特徴とするインターコネクタ部材の製造方法。
A method for manufacturing an interconnector member according to claim 4,
In the third step, a ketone solvent is used as a solvent for soaking the metal member,
A method of manufacturing an interconnector member characterized by:
JP2019227819A 2019-12-18 2019-12-18 INTERCONNECTOR MEMBER AND METHOD FOR MANUFACTURING INTERCONNECTOR MEMBER Active JP7324983B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019227819A JP7324983B2 (en) 2019-12-18 2019-12-18 INTERCONNECTOR MEMBER AND METHOD FOR MANUFACTURING INTERCONNECTOR MEMBER

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019227819A JP7324983B2 (en) 2019-12-18 2019-12-18 INTERCONNECTOR MEMBER AND METHOD FOR MANUFACTURING INTERCONNECTOR MEMBER

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2021096963A JP2021096963A (en) 2021-06-24
JP7324983B2 true JP7324983B2 (en) 2023-08-14

Family

ID=76431900

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019227819A Active JP7324983B2 (en) 2019-12-18 2019-12-18 INTERCONNECTOR MEMBER AND METHOD FOR MANUFACTURING INTERCONNECTOR MEMBER

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7324983B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116590648A (en) * 2022-02-07 2023-08-15 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 A kind of preparation method of metal connector coating of solid oxide fuel cell

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010535290A (en) 2007-08-02 2010-11-18 トラスティーズ オブ ボストン ユニバーシティ Protective oxide coating for SOFC interconnector
JP2011099159A (en) 2009-11-09 2011-05-19 Ngk Insulators Ltd Coating body
JP2014509440A (en) 2011-02-15 2014-04-17 プランゼー エスエー Layer structure forming ceramic layer structure between interconnector and cathode of high temperature fuel cell and use thereof
JP2017027864A (en) 2015-07-24 2017-02-02 日本碍子株式会社 Current collecting member and fuel cell
JP2018010871A (en) 2016-07-05 2018-01-18 大阪瓦斯株式会社 Method for manufacturing inter-cell connection member
JP2018055913A (en) 2016-09-28 2018-04-05 Toto株式会社 Collector member and solid oxide fuel battery cell unit
JP2018181745A (en) 2017-04-20 2018-11-15 日本特殊陶業株式会社 Conductive member, electrochemical reaction unit, and electrochemical reaction cell stack

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010535290A (en) 2007-08-02 2010-11-18 トラスティーズ オブ ボストン ユニバーシティ Protective oxide coating for SOFC interconnector
JP2011099159A (en) 2009-11-09 2011-05-19 Ngk Insulators Ltd Coating body
JP2014509440A (en) 2011-02-15 2014-04-17 プランゼー エスエー Layer structure forming ceramic layer structure between interconnector and cathode of high temperature fuel cell and use thereof
JP2017027864A (en) 2015-07-24 2017-02-02 日本碍子株式会社 Current collecting member and fuel cell
JP2018010871A (en) 2016-07-05 2018-01-18 大阪瓦斯株式会社 Method for manufacturing inter-cell connection member
JP2018055913A (en) 2016-09-28 2018-04-05 Toto株式会社 Collector member and solid oxide fuel battery cell unit
JP2018181745A (en) 2017-04-20 2018-11-15 日本特殊陶業株式会社 Conductive member, electrochemical reaction unit, and electrochemical reaction cell stack

Also Published As

Publication number Publication date
JP2021096963A (en) 2021-06-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10665870B2 (en) Electrochemical reaction unit and fuel cell stack
KR101926293B1 (en) Electrochemical reaction unit and fuel cell stack
JP6445182B2 (en) Interconnector-electrochemical reaction single cell composite, electrochemical reaction cell stack, and interconnector-electrochemical reaction single cell composite manufacturing method
JP2018206693A (en) Conductive member, electrochemical reaction unit, and electrochemical reaction cell stack
JP7236966B2 (en) Electrochemical reaction cell stack
JP7324983B2 (en) INTERCONNECTOR MEMBER AND METHOD FOR MANUFACTURING INTERCONNECTOR MEMBER
JP6773472B2 (en) Electrochemical reaction unit and electrochemical reaction cell stack
JP2022188971A (en) Electrochemical reaction single cell and electrochemical reaction cell stack
JP2018137206A (en) Electrochemical reaction unit and electrochemical reaction cell stack
JP7390648B2 (en) Interconnector member and method for manufacturing interconnector member
JP6917182B2 (en) Conductive members, electrochemical reaction units, and electrochemical reaction cell stacks
JP6268209B2 (en) Fuel cell power generation unit and fuel cell stack
JP6959039B2 (en) Method for manufacturing electrochemical reaction unit, electrochemical reaction cell stack, and electrochemical reaction unit
JP7187382B2 (en) Electrochemical reaction unit and electrochemical reaction cell stack
JP2018137204A (en) Electrochemical reaction unit and electrochemical reaction cell stack
JP6821613B2 (en) Conductive members, electrochemical reaction units and electrochemical reaction cell stack
JP2025097557A (en) Electrochemical reaction cell component and electrochemical reaction cell stack
JP2018147714A (en) Electrochemical reaction single cell and electrochemical reaction cell stack
JP6878257B2 (en) Current collector-electrochemical reaction single cell complex and electrochemical reaction cell stack
JP2018181568A (en) Current collector-electrochemical reaction single cell complex and battery chemical reaction cell stack
JP6475082B2 (en) Bonding material precursor and electrochemical reaction cell stack
JP6734707B2 (en) Current collecting member-electrochemical reaction single cell composite and electrochemical reaction cell stack
JP2018174041A (en) Electrochemical reaction unit and electrochemical reaction cell stack
JP2018137205A (en) Electrochemical reaction unit and electrochemical reaction cell stack
JP2017224524A (en) Current collecting member-electrochemical reaction single cell composite and electrochemical reaction cell stack

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20221122

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20230614

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: 20230627

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230711

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7324983

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150