(57)【要約】【課題】ガラスシール部にクラックが発生することを抑制可能なセルスタックを提供する。【解決手段】セルスタック２は、複数の燃料電池セル５と、複数のセパレータ３０と、シール部材１１０とを備える。複数の燃料電池セル５は、インターコネクタ４０を介して互いに積層される。各セパレータ３０は、各燃料電池セル５に接続され、燃料ガスと酸化剤ガスとを分離する。シール部材１１０は、セパレータ３０及びインターコネクタ４０の隙間を封止する。インターコネクタ４０は、Ｃｒを含有する金属材料によって構成される。シール部材１１０は、結晶化ガラスによって構成されるガラスシール部１１１と、インターコネクタ４０とガラスシール部１１１との間に配置され、結晶化ガラスによって構成される中間層１１２とを含む。中間層１１２における低平衡酸素圧元素の含有率は、ガラスシール部１１１における低平衡酸素圧元素の含有率よりも高い。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガス及び酸化剤ガスによって発電するセルスタックであって、
インターコネクタを介して互いに積層される複数の燃料電池セルと、
前記複数の燃料電池セルそれぞれに接続され、前記燃料ガスと前記酸化剤ガスとを分離するための複数のセパレータと、
前記セルスタックを構成する第１部材及び第２部材の隙間を封止するシール部材と、
を備え、
前記第１部材は、Ｃｒを含有する金属材料によって構成され、
前記シール部材は、結晶化ガラスによって構成されるガラスシール部と、前記第１部材と前記ガラスシール部との間に配置され、結晶化ガラスによって構成される中間層とを含み、
前記中間層におけるクロムより平衡酸素圧の低い低平衡酸素圧元素の含有率は、前記ガラスシール部における前記低平衡酸素圧元素の含有率よりも高い、
セルスタック。
【請求項２】
前記シール部材は、枠状である、
請求項１に記載のセルスタック。
【請求項３】
前記シール部材は、前記セルスタックの内部と外部とを隔離する、
請求項１又は２に記載のセルスタック。
【請求項４】
前記第１部材は、前記インターコネクタであり、
前記第２部材は、前記セパレータである、
請求項３に記載のセルスタック。
【請求項５】
前記第１部材は、前記セパレータであり、
前記第２部材は、前記インターコネクタである、
請求項３に記載のセルスタック。
【請求項６】
前記シール部材は、前記燃料極と前記空気極との間を隔離する、
請求項１乃至３のいずれかに記載のセルスタック。
【請求項７】
前記第１部材は、前記セパレータであり、
前記第２部材は、前記燃料電池セルである、
請求項６に記載のセルスタック。
【請求項８】
前記中間層における前記低平衡酸素圧元素の含有率は、前記ガラスシール部における前記低平衡酸素圧元素の含有率の１．１倍以上である、
請求項１乃至７のいずれかに記載のセルスタック。
【請求項９】
前記低平衡酸素圧元素の平衡酸素圧は、シリコンの平衡酸素圧よりも低い、
請求項１乃至８のいずれかに記載のセルスタック。
【請求項１０】
前記中間層及び前記ガラスシール部のそれぞれは、前記低平衡酸素圧元素としてＣａを含む、
請求項１乃至９のいずれかに記載のセルスタック。
【請求項１１】
前記中間層及び前記ガラスシール部のそれぞれは、前記低平衡酸素圧元素としてＭｇを含む、
請求項１乃至１０のいずれかに記載のセルスタック。
【請求項１２】
前記低平衡酸素圧元素は、前記中間層及び前記ガラスシール部が共通して含んでいる元素のうち最も平衡酸素圧の低い元素である、
請求項１乃至１１のいずれかに記載のセルスタック。
【請求項１３】
前記中間層の厚みは、０．５μｍ以上２０μｍ以下である、
請求項１乃至１２のいずれかに記載のセルスタック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セルスタックに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、インターコネクタを介して互いに積層される複数の燃料電池セルと、各燃料電池セルに接続され、燃料ガスと酸化剤ガスとを分離するための複数のセパレータとを備える平板形のセルスタックが知られている（例えば特許文献１）。
【０００３】
このようなセルスタックでは、セルスタックを構成する２つの部材の隙間を封止するためにガラスシール部が用いられている。例えば、特許文献１に記載のセルスタックでは、セパレータと燃料電池セルとの隙間を封止するために、結晶化ガラスによって構成されるガラスシール部が用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−０４９３２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ガラスシール部が接触する部材がＣｒを含有する金属材料によって構成されている場合、酸化剤ガスに含まれる酸素がガラスシール部を透過して当該部材に到達すると、ガラスシール部にクラックが生じるおそれがある。
【０００６】
具体的には、酸素がガラスシール部を透過して部材に到達すると、当該部材の表面に酸化クロム被膜が形成されることによって、或いは、当該部材の表面に形成された酸化クロム被膜が厚膜化することによってガラスシール部に応力が生じる結果、ガラスシール部にクラックが発生してしまう。
【０００７】
本発明は、ガラスシール部にクラックが発生することを抑制可能なセルスタックを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るセルスタックは、燃料ガス及び酸化剤ガスによって発電するセルスタックであり、複数の燃料電池セルと、複数のセパレータと、シール部材とを備える。複数の燃料電池セルは、インターコネクタを介して互いに積層される。複数のセパレータは、複数の燃料電池セルそれぞれに接続され、燃料ガスと酸化剤ガスとを分離する。シール部材は、セルスタックを構成する第１部材及び第２部材の隙間を封止する。第１部材は、Ｃｒを含有する金属材料によって構成される。シール部材は、結晶化ガラスによって構成されるガラスシール部と、第１部材とガラスシール部との間に配置され、結晶化ガラスによって構成される中間層とを含む。中間層におけるクロムより平衡酸素圧の低い低平衡酸素圧元素の含有率は、ガラスシール部における低平衡酸素圧元素の含有率よりも高い。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ガラスシール部にクラックが発生することを抑制可能なセルスタックを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態に係るセルスタックの全体斜視図である。
【図２】第１実施形態に係る燃料電池の全体斜視図である。
【図３】第１実施形態に係るマニホールドの全体斜視図である。
【図４】第１実施形態に係る燃料電池及びマニホールドの断面図である。
【図５】セルスタックの斜視図。
【図６】セルスタックの断面図。
【図７】セルスタックの拡大断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
１．第１実施形態
［セルスタックの構成］
第１実施形態に係るセルスタック１の構成について、図面を参照しながら説明する。図１は、セルスタック１の全体斜視図である。図２は、燃料電池セル１００の全体斜視図である。図３は、マニホールド２００の全体斜視図である。図４は、燃料電池セル１００及びマニホールド２００の部分拡大断面図である。
【００１２】
セルスタック１は、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ；Ｓｏｌｉｄ  Ｏｘｉｄｅ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ）に用いられる構造体である。なお、本実施形態では、図１に示すように、ｘ，ｙ，ｚ座標系が設定されている。
【００１３】
セルスタック１は、複数の燃料電池セル１００と、マニホールド２００と、ガラスシール部３００と、中間層３５０とを備える。マニホールド２００とガラスシール部３００と中間層３５０は、本発明に係る「接合体」を構成する。
【００１４】
［燃料電池セル］
図１に示すように、各燃料電池セル１００は、マニホールド２００に設けられる。燃料電池セル１００は、互いに間隔を隔てて並べられる。図２及び図４に示すように、燃料電池セル１００のｘ軸方向（長手方向）において燃料ガスが流入する側の基端部１０ａは、ガラスシール部３００によってマニホールド２００に接合される。燃料電池セル１００のｘ軸方向において燃料ガスが排出される側の先端部１０ｂは、自由端となっている。
【００１５】
図２に示すように、燃料電池セル１００は、実質的に平板状に形成される。燃料電池セル１００の長手方向、短手方向及び厚み方向は、それぞれｘ軸方向、ｙ軸方向及びｚ軸方向に対応する。
【００１６】
燃料電池セル１００のｘ軸方向の長さＬ１は特に制限されないが、５０ｍｍ以上５００ｍｍ以下の範囲内に設定することができる。燃料電池セル１００のｙ軸方向の長さＬ２は特に制限されないが、１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下の範囲内に設定することができる。燃料電池セル１００のｚ軸方向の長さＬ３は特に制限されないが、１ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲内に設定することができる。
【００１７】
各燃料電池セル１００は、複数の発電素子部Ａと、支持基板１０と、緻密膜２０とを有する。
【００１８】
各発電素子部Ａは、燃料極、固体電解質膜及び空気極を有する。各発電素子部Ａは、燃料極、固体電解質膜及び空気極の順に積層された積層焼成体である。ここでは、燃料極は、例えば、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹＳＺ（８ＹＳＺ；イットリア安定化ジルコニア）とから構成される。固体電解質膜は、例えば、ＹＳＺ（８ＹＳＺ；イットリア安定化ジルコニア）から構成される。空気極は、例えば、ＬＳＣＦ＝（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ３（ランタンストロンチウムコバルトフェライト）から構成される。
【００１９】
複数の発電素子部Ａは、支持基板１０上に設けられる。複数の発電素子部Ａは、電気的に直列に接続される。発電素子部Ａの個数は特に制限されない。
【００２０】
支持基板１０は、電子伝導性を有さない多孔質の材料から構成された焼成体である。支持基板１０は、例えば、ＣＳＺ（カルシア安定化ジルコニア）で構成される。
【００２１】
支持基板１０は、発電素子部Ａを支持する。具体的には、支持基板１０の両主面には、複数の発電素子部Ａが、ｘ軸方向に所定の間隔を隔てて設けられている。
【００２２】
支持基板１０の内部には、複数の燃料ガス流路１０Ｃが形成されている。各燃料ガス流路１０Ｃは、ｘ軸方向に延びている。各燃料ガス流路１０Ｃは、支持基板１０を貫通する。各燃料ガス流路１０Ｃは、ｙ軸方向（幅方向）に所定の間隔を隔てて形成される。
【００２３】
緻密膜２０は、支持基板１０の外表面を覆う。緻密膜２０は、緻密質材料によって構成することができる。緻密質材料としては、例えば、ＹＳＺ、ＳｃＳＺ、ガラス、スピネル酸化物などが挙げられる。緻密膜２０は、各発電素子部Ａの固体電解質膜と同じ材料によって構成されていてもよい。この場合、緻密膜２０は、各発電素子部Ａの固体電解質膜と一体的に形成されていてもよい。
【００２４】
［マニホールド］
マニホールド２００は、本発明に係る「金属部材」の一例である。マニホールド２００は、複数の燃料電池セル１００それぞれに燃料ガスを供給するための中空体である。図３及び図４に示すように、マニホールド２００は、実質的に直方体状である。マニホールド２００では、高さ方向、短手方向及び長手方向が、ｘ軸方向、ｙ軸方向及びｚ軸方向に対応する。
【００２５】
図３及び図４に示すように、マニホールド２００は、基部２１０と、支持板２２０とを有する。
【００２６】
基部２１０は、底部と、底部を取り囲む側壁とを有する。底部と側壁とによって、上方に向けて開口する開口部が形成される。基部２１０は、Ｃｒを含有する金属材料によって構成される。このような金属材料としては、Ｆｅ−Ｃｒ系合金鋼（ステンレス鋼など）やＮｉ−Ｃｒ系合金鋼などを用いることができる。
【００２７】
基部２１０の表面には、Ｃｒ２Ｏ３（酸化クロム）によって構成される酸化クロム被膜が形成されていてもよい。酸化クロム被膜は、基部２１０の表面の少なくとも一部を覆っていてもよいし、基部２１０の表面の略全面を覆っていてもよい。酸化クロム被膜の表面には、基部２１０からＣｒが揮発することを抑制するための被覆膜が形成されていてもよい。被覆膜は、Ｍｎ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｕ等の遷移金属などを含むスピネル型複合酸化物、ＬａおよびＳｒを含有するペロブスカイト形複合酸化物、結晶化ガラス、アルミナ、シリカ及びジルコニアなどのセラミックス材料によって構成することができる。被覆膜は、酸化クロム被膜の表面の少なくとも一部を覆っていてもよいし、酸化クロム被膜の表面の略全面を覆っていてもよい。特に、被覆膜は、酸化クロム被膜のうち空気と接触する領域を覆っていることが好ましい。
【００２８】
支持板２２０は、Ｃｒを含有する金属材料（例えば、ステンレス鋼など）によって構成される。支持板２２０は、基部２１０上に配置される。具体的には、支持板２２０は、基部２１０の側壁の先端部に配置され、基部２１０の開口部を塞ぐ。このように、支持板２２０が基部２１０の開口部を塞ぐことによって、マニホールド２００には、内部空間Ｓ１が形成される（図４を参照）。この内部空間Ｓ１には、燃料ガスが導入される。
【００２９】
燃料ガスは、導入管２３０を介して、外部から内部空間Ｓ１に導入される。導入管２３０は、Ｃｒを含有する金属材料（例えば、ステンレス鋼など）によって構成される。導入管２３０は、マニホールド２００の支持板２２０に接合される。
【００３０】
支持板２２０の表面には、Ｃｒ２Ｏ３によって構成される酸化クロム被膜が形成されていてもよい。酸化クロム被膜は、支持板２２０の表面の少なくとも一部を覆っていてもよいし、支持板２２０の表面の略全面を覆っていてもよい。酸化クロム被膜の表面には、支持板２２０からＣｒが揮発することを抑制するための被覆膜が形成されていてもよい。被覆膜は、Ｍｎ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｕ等の遷移金属などを含むスピネル型複合酸化物、ＬａおよびＳｒを含有するペロブスカイト形複合酸化物、結晶化ガラス、アルミナ、シリカ及びジルコニアなどのセラミックス材料によって構成することができる。被覆膜は、酸化クロム被膜の表面の少なくとも一部を覆っていてもよいし、酸化クロム被膜の表面の略全面を覆っていてもよい。特に、被覆膜は、酸化クロム被膜のうち空気と接触する領域を覆っていることが好ましい。
【００３１】
マニホールド２００は、図３及び図４に示すように、各燃料電池セル１００を支持する。具体的には、マニホールド２００は、支持板２２０に形成された複数の貫通孔２２１を有している。各貫通孔２２１は、マニホールド２００の外側（外部空間）と内部空間Ｓ１とを連通するように、支持板２２０に形成されている。図４に示すように、各貫通孔２２１は、支持板２２０をｘ軸方向（高さ方向）に貫通している。図３に示すように、各貫通孔２２１は、ｚ軸方向（長手方向）に所定の間隔を隔てて形成されるとともに、ｙ軸方向（短手方向）にも所定の間隔を隔てて形成される。
【００３２】
各貫通孔２２１には、各燃料電池セル１００が配置される。詳細には、各燃料電池セル１００の燃料ガス流路１０Ｃが内部空間Ｓ１に連通するように、各貫通孔２２１には、各燃料電池セル１００の基端部１０ａが挿入される。
【００３３】
［ガラスシール部］
ガラスシール部３００は、マニホールド２００の内部空間Ｓ１の燃料ガスと、マニホールド２００の外部空間の空気との混合を防止するシール材として機能する。具体的には、図４に示すように、ガラスシール部３００は、マニホールド２００と各燃料電池セル１００との間に配置され、マニホールド２００と各燃料電池セル１００とを接合する。これにより、ガラスシール部３００は、内部空間Ｓ１と外部空間とを区画する。
【００３４】
ガラスシール部３００は、マニホールド２００の各貫通孔２２１と各燃料電池セル１００との隙間Ｇに充填される。ガラスシール部３００の少なくとも一部は、中間層３５０を介して、マニホールド２００に間接的に接合される。ガラスシール部３００の一部は、中間層３５０を介さず、マニホールド２００に直接的に接合されていてもよい。ガラスシール部３００は、燃料電池セル１００に直接的に接合される。
【００３５】
ガラスシール部３００は、結晶化ガラスによって構成される。結晶化ガラスとしては、例えば、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系、ＳｉＯ２−ＣａＯ系、ＭｇＯ−Ｂ２Ｏ３系、又はＳｉＯ２−ＭｇＯ系のものが用いられる。なお、結晶化ガラスとしては、ＳｉＯ２−ＭｇＯ系のものが最も好ましい。
【００３６】
ガラスシール部３００を構成する結晶化ガラスは、全体積に対する「結晶相が占める体積」の割合（結晶化度）が６０％以上であり、かつ、全体積に対する「非晶質相及び不純物が占める体積」の割合が４０％未満のガラスである。
【００３７】
［中間層］
中間層３５０は、マニホールド２００とガラスシール部３００との間に配置される。中間層３５０は、マニホールド２００及びガラスシール部３００のそれぞれと直接的に接合される。中間層３５０は、ガラスシール部３００と実質的に一体であってもよい。中間層３５０は、マニホールド２００とガラスシール部３００との間の一部にのみ介挿されていてもよいし、マニホールド２００とガラスシール部３００との全面に介挿されていてもよい。
【００３８】
中間層３５０は、結晶化ガラスによって構成される。結晶化ガラスとしては、例えば、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系、ＳｉＯ２−ＣａＯ系、ＭｇＯ−Ｂ２Ｏ３系、又はＳｉＯ２−ＭｇＯ系のものが用いられる。結晶化ガラスとしては、ＳｉＯ２−ＭｇＯ系が特に好適である。
【００３９】
中間層３５０を構成する結晶化ガラスは、全体積に対する「結晶相が占める体積」の割合（結晶化度）が６０％以上であり、かつ、全体積に対する「非晶質相及び不純物が占める体積」の割合が４０％未満のガラスである。
【００４０】
中間層３５０の厚みは特に制限されないが、０．５μｍ以上２０μｍ以下とすることができる。中間層３５０の厚みは、１μｍ以上が好ましく、２μｍ以上がより好ましい。
【００４１】
［その他の構造］
図４に示すように、セルスタック１は、集電部材４００，５００をさらに有する。集電部材４００は、隣接する燃料電池セル１００の間に設けられる。詳細には、集電部材４００は、一方の燃料電池セル１００の燃料極と、他方の燃料電池セル１００の空気極とを電気的に直列に接続するために、隣接する燃料電池セル１００の間に設けられる。集電部材４００は、例えば、金属メッシュ等によって構成される。
【００４２】
集電部材５００は、各燃料電池セル１００に設けられる。詳細には、集電部材５００は、各燃料電池セル１００の表側と裏側とを電気的に直列に接続するために、各燃料電池セル１００に設けられている。
【００４３】
［ガラスシール部及び中間層における低平衡酸素圧元素の含有率］
ガラスシール部３００及び中間層３５０のそれぞれは、Ｃｒ（クロム）より平衡酸素圧の低い元素（以下、「低平衡酸素圧元素」という。）を含有する。
【００４４】
低平衡酸素圧元素としては、Ｃａ（カルシウム）、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｓｉ（シリコン）Ｂ（ホウ素）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｂａ（バリウム）などが挙げられる。これらのうちＣａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｂａの平衡酸素圧は、Ｓｉの平衡酸素圧よりも低いため、低平衡酸素圧元素として好ましい。７５０℃においてＳｉの平衡酸素圧はＣｒの平衡酸素圧よりも１０−３以上低いため、ＳｉはＣｒよりも酸素を取り込みやすい特性を有する。さらに、Ｃａ、Ｍｇ、Ａｌ、ＢａのうちＣａ及びＭｇは、特に平衡酸素圧が低いためより好適である。低平衡酸素圧元素は、結晶化ガラスの結晶中において酸化物の形態で存在していてもよい。
【００４５】
中間層３５０における特定の低平衡酸素圧元素の含有率は、ガラスシール部３００における当該特定の低平衡酸素圧元素の含有率よりも高い。これにより、ガラスシール部３００を透過してくる酸素を優先的に中間層３５０に取り込むことができるため、マニホールド２００に含まれるＣｒとガラスシール部３００を透過してくる酸素とが反応することを抑制できる。従って、マニホールド２００の表面に酸化クロム被膜が形成されることによって、或いは、マニホールド２００の酸化が進行して酸化クロム被膜が厚膜化することによって、ガラスシール部３００に応力が発生することを抑制できる。その結果、ガラスシール部３００にクラックが発生することを抑制できる。
【００４６】
ここで、ガラスシール部３００及び中間層３５０のそれぞれは、低平衡酸素圧元素を１種だけ含有していてもよいし、複数種の低平衡酸素圧元素を含有していてもよい。
【００４７】
ガラスシール部３００及び中間層３５０の少なくとも一方が複数種の低平衡酸素圧元素を含有する場合、両者が共通して含んでいる特定の低平衡酸素圧元素についての含有率を比較した場合に、中間層３５０における含有率がガラスシール部３００における含有率よりも高ければよい。従って、例えば、ガラスシール部３００及び中間層３５０のそれぞれが低平衡酸素圧元素としてＣａ、Ｍｇ、Ｂａ及びＡｌを含有している場合、中間層３５０におけるＭｇの含有率がガラスシール部３００におけるＭｇの含有率よりも高ければ、中間層３５０におけるＣａの含有率はガラスシール部３００におけるＣａの含有率よりも低くてもよい。このように、含有率を比較する対象である特定の低平衡酸素圧元素は、ガラスシール部３００及び中間層３５０が共通して含んでいる低平衡酸素圧元素の中から任意に選択すればよい。
【００４８】
ただし、平衡酸素圧が低いほど酸素を優先的に取り込みやすいため、ガラスシール部３００及び中間層３５０の少なくとも一方が複数種の低平衡酸素圧元素を含有する場合、両者が共通して含んでいる元素のうち平衡酸素圧が最も低い元素の含有率を比較した場合に、中間層３５０における含有率がガラスシール部３００における含有率よりも高いことが好ましい。例えば、ガラスシール部３００及び中間層３５０それぞれが、Ｃａ、Ｍｇ、Ｂａ及びＡｌを含んでいる場合、７５０℃における平衡酸素圧についてＳｉ＞Ａｌ＞Ｂａ＞Ｍｇ＞Ｃａという関係が成立することが知られているので、中間層３５０におけるＣａの含有率がガラスシール部３００におけるＣａの含有率よりも高いことが好ましい。また、ガラスシール部３００がＭｇ、Ｂａ及びＡｌを含み、かつ、中間層３５０がＣａ、Ｍｇ、Ｂａ及びＡｌを含んでいる場合、中間層３５０におけるＭｇの含有率がガラスシール部３００におけるＭｇの含有率よりも高いことが好ましい。
【００４９】
中間層３５０における特定の低平衡酸素圧元素の含有率は、ガラスシール部３００における特定の低平衡酸素圧元素の含有率の１．１倍以上であることが好ましく、１．２倍以上であることがより好ましく、１．３倍以上であることが特に好ましい。これにより、ガラスシール部３００にクラックが発生することをより抑制できる。
【００５０】
中間層３５０における特定の低平衡酸素圧元素の含有率は特に制限されないが、全構成元素のうち酸素を除く元素の総和に対する各元素のモル比をカチオン比と定義した場合、カチオン比で０.０５以上０．９以下とすることができる。中間層３５０における特定の低平衡酸素圧元素の含有率は、カチオン比で０．１以上が好ましく、０．２以上がより好ましい。これにより、ガラスシール部３００にクラックが発生することを効率的に抑制できる。
【００５１】
ガラスシール部３００における特定の低平衡酸素圧元素の含有率は特に制限されないが、全構成元素のうち酸素を除く元素の総和に対する各元素のモル比をカチオン比と定義した場合、カチオン比で０．０４以上０．５以下とすることができる。
【００５２】
ガラスシール部３００における特定の低平衡酸素圧元素の含有率は、支持板２２０の表面に垂直な断面において、ＥＤＳ（Ｏｘｆｏｒｄ−ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製、型式Ｘ−ＭａｘＮ）を用いて、支持板２２０の表面から２５μｍ超離れた領域から無作為に選択した１０点において特定の低平衡酸素圧元素の含有率をカチオン比で測定し、１０個の測定値を算術平均することによって求められる。
【００５３】
中間層３５０における特定の低平衡酸素圧元素の含有率は、以下のように求められる。まず、支持板２２０の表面に垂直な断面において、支持板２２０の表面に垂直な３本のラインを無作為に設定し、ＥＤＳ（Ｏｘｆｏｒｄ−ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製、型式Ｘ−ＭａｘＮ）を用いて特定の低平衡酸素圧元素の含有率をライン分析する。次に、ライン分析結果を参照して、特定の低平衡酸素圧元素の含有率がガラスシール部３００より高い領域を中間層３５０と見なし、中間層３５０と見なした領域の各ライン上における厚みを算術平均することによって中間層３５０の厚みを求める。次に、支持板２２０の表面に垂直な断面において、ＥＤＳ（Ｏｘｆｏｒｄ−ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製、型式Ｘ−ＭａｘＮ）を用いて、中間層３５０から無作為に選択した１０点における特定の低平衡酸素圧元素の含有率をカチオン比で測定する。そして、１０個の測定値を算術平均することによって、中間層３５０における特定の低平衡酸素圧元素の含有率が求められる。
【００５４】
［セルスタックの組立て］
まず、マニホールド２００の支持板２２０に形成された各貫通孔２２１の内側面および上面の周囲に、ガラス成分の供給源となる化合物を含むペーストを塗布することによって、中間層３５０の成形体を形成する。この際、中間層３５０用のペーストには、後述するガラスシール部３００用のペーストに比べて、低平衡酸素圧元素を多く含有させる。
【００５５】
次に、複数の燃料電池セル１００をスタック状に整列した状態で所定の治具に固定し、各燃料電池セル１００の基端部１０ａを各貫通孔２２１に挿入する。
【００５６】
次に、ガラス成分の供給源となる化合物を含むペーストを、燃料電池セル１００の基端部１０ａの周囲に環状に塗布することによって、ガラスシール部３００の成形体を形成する。なお、ペーストは、燃料電池セル１００とマニホールド２００との隙間Ｇに充填してもよい。
【００５７】
次に、ガラスシール部３００及び中間層３５０それぞれの成形体に熱処理（７５０〜８５０℃、１〜１０時間）を施す。この熱処理によって成形体の内部で結晶化が進み、ガラスシール部３００及び中間層３５０が形成される。
【００５８】
２．第２実施形態
［セルスタックの構成］
第２実施形態に係るセルスタック２の構成について、図面を参照しながら説明する。
【００５９】
図５及び図６に示すように、セルスタック２は、複数の燃料電池セル５と、締結部材２１〜２８と、複数のセパレータ３０と、複数のインターコネクタ４０と、複数の集電体５０と、複数のシール部材１１０と、複数のシール部材１２０とを備える。
【００６０】
セルスタック２は、燃料ガス及び酸化剤ガスによって発電する。セルスタック２は、インターコネクタ４０を介して複数の燃料電池セル５が積層された構造を有する。すなわち、セルスタック２は、いわゆる平板形のセルスタック構造である。
【００６１】
締結部材２１〜２８は、複数の燃料電池セル５を締結する。締結部材の４本には、積層方向（ｚ軸）に沿って酸化剤ガスまたは燃料ガスが流れる流路が形成されている。本実施形態において、締結部材２３は燃料ガス供給管として用いられ、締結部材２７は燃料ガス排出管として用いられ、締結部材２５は酸化剤ガス供給管として用いられ、締結部材２１は酸化剤ガス排出管として用いられる。
【００６２】
［燃料電池セル］
図６に示すように、燃料電池セル５は、固体電解質１１と、空気極１２と、燃料極１３とを有する。燃料電池セル５は、平面視（ｚ軸方向視）において、矩形状である。なお、燃料電池セル５としては、固体酸化物形燃料電池を用いることができる。
【００６３】
固体電解質１１は、平板状であり、主面が積層方向（ｚ軸方向）を向いている。空気極１２は、固体電解質１１の一方の主面に配置されている。燃料極１３は、固体電解質１１の他方の主面に配置されている。固体電解質１１は、空気極１２と燃料極１３との間に配置される。本実施形態では、固体電解質１１の上面に空気極１２が配置され、固体電解質１１の下面に燃料極１３が配置されている。
【００６４】
燃料電池セル５の厚さ（ｚ軸方向の寸法）は全体に渡って実質的に均一である。例えば、燃料電池セル５の厚さは、１００〜２１００μｍ程度である。本実施形態では、燃料極１３は、固体電解質１１及び空気極１２の各々よりも厚く構成されている。このため、燃料極１３は、固体電解質１１及び空気極１２を支持するように構成されている。
【００６５】
具体的には、燃料極１３の厚さは５０〜２０００μｍとすることができ、固体電解質１１の厚さは１〜５０μｍとすることができ、空気極１２の厚さは５０〜２００μｍとすることができる。
【００６６】
固体電解質１１は、例えば、ＹＳＺを含む緻密質材料で構成される。空気極１２は、例えば、ＬＳＭ（Ｌａ（Ｓｒ）ＭｎＯ３：ランタンストロンチウムマンガナイト）、ＬＳＣＦ（（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ３：ランタンストロンチウムコバルトフェライト）などを含む多孔質材料で構成される。燃料極１３は、例えば、ＮｉとＹＳＺとを含む多孔質材料で構成される。固体電解質１１の気孔率は０〜１０％程度とすることができ、空気極１２の気孔率は１５〜５５％程度とすることができ、燃料極１３の気孔率は１５〜５５％程度とすることができる。固体電解質１１の熱膨張率は、９〜１１ｐｐｍ/Ｋであり、空気極１２の熱膨張率は１１〜１７ｐｐｍ/Ｋであり、燃料極１３の熱膨張率は、１１〜１４ｐｐｍ/Ｋとすることができる。
【００６７】
［セパレータ］
セパレータ３０は、燃料電池セル５に接続される。詳細には、セパレータ３０は、シール部材１１０を介して、燃料電池セル５の固体電解質１１の周縁部と接続されている。セパレータ３０は、燃料ガスが流れる空間と酸化剤ガスが流れる空間とを区画する。このため、セパレータ３０は、酸化剤ガスと燃料ガスとを分離して、両者の混合を防止する機能を有している。セパレータ３０は、枠状である。
【００６８】
セパレータ３０は、Ｃｒを含有する金属材料によって構成される。このような金属材料としては、Ｆｅ−Ｃｒ系合金鋼（ステンレス鋼など）やＮｉ−Ｃｒ系合金鋼などを用いることができる。セパレータ３０の表面の少なくとも一部は、酸化クロム被膜によって覆われていてもよい。
【００６９】
セパレータ３０の厚みは、例えば１０〜１０００μｍとすることができる。セパレータの熱膨張率は、例えば１１〜１８ｐｐｍ/Ｋ程度とすることができる。
【００７０】
［インターコネクタ］
インターコネクタ４０は、燃料電池セル５間の導通を確保する。また、インターコネクタ４０は、燃料電池セル５間でのガスの混合を防止する。インターコネクタ４０は、板状であり、ｘ軸方向及びｙ軸方向に延びる。
【００７１】
インターコネクタ４０は、Ｃｒを含有する金属材料によって構成される。このような金属材料としては、Ｆｅ−Ｃｒ系合金鋼（ステンレス鋼など）やＮｉ−Ｃｒ系合金鋼などを用いることができる。インターコネクタ４０の表面の少なくとも一部は、酸化クロム被膜によって覆われていてもよい。
【００７２】
なお、図６に示すように、最上層及び最下層には、インターコネクタ４０の代わりに、保持板４１が配置されてもよい。
【００７３】
［集電体］
集電体５０は、燃料電池セル５の空気極１２及び燃料極１３それぞれとインターコネクタ４０との間の導通を確保する。集電体５０は、例えば、インターコネクタ４０から空気極１２に向けて突出する複数の突出部である。また集電体５０は、例えば、インターコネクタ４０から燃料極１３に向けて突出する複数の突出部である。各突出部は、互いに間隔をあけて配置されている。各突出部の間は、ガス流路を構成する。例えば、集電体５０は、ｙ軸方向に間隔をあけて配置され、ｘ軸方向に延びている。集電体は、例えば、金属で構成される。
【００７４】
［シール部材］
シール部材１１０及びシール部材１２０それぞれは、セルスタック２を構成する第１部材及び第２部材の隙間を封止するシール部材の一例である。ただし、第１部材は、Ｃｒを含有する金属材料によって構成されるものとする。
【００７５】
シール部材１１０は、セパレータ３０及びインターコネクタ４０の隙間を封止する。これにより、セルスタック２の内部と外部とが隔離される。シール部材１１０に関して、セパレータ３０を第１部材とすればインターコネクタ４０が第２部材であり、インターコネクタ４０を第１部材とすればセパレータ３０が第２部材である。
【００７６】
本実施形態において、シール部材１１０は、セパレータ３０及びインターコネクタ４０を接合する接合部材としても機能する。
【００７７】
シール部材１２０は、セパレータ３０及び燃料電池セル５の隙間を封止する。これにより、燃料ガスが流れる空間と酸化剤ガスが流れる空間とが区画される。シール部材１２０に関しては、セパレータ３０が第１部材であり、燃料電池セル５が第２部材である。
【００７８】
本実施形態において、シール部材１２０は、セパレータ３０及び燃料電池セル５を接合する接合部材としても機能する。
【００７９】
シール部材１１０及びシール部材１２０それぞれは、枠状である。すなわち、シール部材１１０及びシール部材１２０それぞれは、連続した一体の環状である。
【００８０】
ここで、図７は、セルスタック２の拡大断面図である。図７では、シール部材１１０及びシール部材１２０それぞれの構成が図示されている。
【００８１】
（シール部材１１０）
シール部材１１０は、ガラスシール部１１１、中間層１１２及び中間層１１３を含む。
【００８２】
ガラスシール部１１１は、中間層１１２及び中間層１１３の間に配置される。ガラスシール部１１１は、結晶化ガラスによって構成される。結晶化ガラスとしては、例えば、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系、ＳｉＯ２−ＣａＯ系、ＭｇＯ−Ｂ２Ｏ３系、又はＳｉＯ２−ＭｇＯ系のものが用いられる。ガラスシール部１１１を構成する結晶化ガラスとしては、ＳｉＯ２−ＭｇＯ系のものが最も好ましい。
【００８３】
ガラスシール部１１１を構成する結晶化ガラスは、全体積に対する「結晶相が占める体積」の割合（結晶化度）が６０％以上であり、かつ、全体積に対する「非晶質相及び不純物が占める体積」の割合が４０％未満のガラスである。
【００８４】
中間層１１２は、インターコネクタ４０及びガラスシール部１１１の間に配置される。中間層１１２は、インターコネクタ４０及びガラスシール部１１１それぞれに直接接続される。中間層１１２は、ガラスシール部１１１と実質的に一体であってもよい。中間層１１２は、インターコネクタ４０及びガラスシール部１１１の間の全面に介挿されていることが好ましいが、インターコネクタ４０及びガラスシール部１１１の間の一部のみに介挿されていてもよい。
【００８５】
中間層１１２は、結晶化ガラスによって構成される。結晶化ガラスとしては、例えば、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系、ＳｉＯ２−ＣａＯ系、ＭｇＯ−Ｂ２Ｏ３系、又はＳｉＯ２−ＭｇＯ系のものが用いられる。中間層１１２を構成する結晶化ガラスとしては、ＳｉＯ２−ＭｇＯ系が特に好適である。
【００８６】
中間層１１２を構成する結晶化ガラスは、全体積に対する「結晶相が占める体積」の割合（結晶化度）が６０％以上であり、かつ、全体積に対する「非晶質相及び不純物が占める体積」の割合が４０％未満のガラスである。
【００８７】
中間層１１２の厚みは、０．５μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。中間層１１２の厚みを０．５μｍ以上とすることによって、後述するガラスシール部１１１のクラック抑制効果を十分に発揮することができる。中間層１１２の厚みを２０μｍ以下とすることによって、ガラスシール部１１１と中間層１１２の熱膨張差に起因する応力の発生を抑制できシール不良を抑制することができる。
【００８８】
中間層１１３は、セパレータ３０及びガラスシール部１１１の間に配置される。中間層１１３は、セパレータ３０及びガラスシール部１１１それぞれに直接接続される。中間層１１３は、ガラスシール部１１１と実質的に一体であってもよい。中間層１１３は、セパレータ３０及びガラスシール部１１１の間の全面に介挿されていることが好ましいが、セパレータ３０及びガラスシール部１１１の間の一部のみに介挿されていてもよい。
【００８９】
中間層１１３は、結晶化ガラスによって構成される。結晶化ガラスとしては、例えば、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系、ＳｉＯ２−ＣａＯ系、ＭｇＯ−Ｂ２Ｏ３系、又はＳｉＯ２−ＭｇＯ系のものが用いられる。中間層１１３を構成する結晶化ガラスとしては、ＳｉＯ２−ＭｇＯ系が特に好適である。
【００９０】
中間層１１３を構成する結晶化ガラスは、全体積に対する「結晶相が占める体積」の割合（結晶化度）が６０％以上であり、かつ、全体積に対する「非晶質相及び不純物が占める体積」の割合が４０％未満のガラスである。
【００９１】
中間層１１３の厚みは、０．５μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。中間層１１３の厚みを０．５μｍ以上とすることによって、後述するガラスシール部１１１のクラック抑制効果を十分に発揮することができる。中間層１１３の厚みを２０μｍ以下とすることによって、ガラスシール部１１１と中間層１１３の熱膨張差に起因する応力の発生を抑制できシール不良を抑制することができる。
【００９２】
ガラスシール部１１１、中間層１１２及び中間層１１３それぞれは、Ｃｒ（クロム）より平衡酸素圧の低い元素（以下、「低平衡酸素圧元素」という。）を含有する。
【００９３】
中間層１１２における低平衡酸素圧元素の含有率は、ガラスシール部１１１における低平衡酸素圧元素の含有率よりも高い。これにより、インターコネクタ４０に向かってガラスシール部１１１を透過してくる酸素を中間層１１２に優先的に取り込むことができるため、インターコネクタ４０に含まれるＣｒとガラスシール部１１１を透過してくる酸素とが反応することを抑制できる。従って、インターコネクタ４０の表面に酸化クロム被膜が形成されることによって、或いは、インターコネクタ４０の酸化が進行して酸化クロム被膜が厚膜化することによって、ガラスシール部１１１に応力が発生することを抑制できる。その結果、ガラスシール部１１１にクラックが発生することを抑制できる。
【００９４】
中間層１１３における低平衡酸素圧元素の含有率は、ガラスシール部１１１における低平衡酸素圧元素の含有率よりも高い。これにより、セパレータ３０に向かってガラスシール部１１１を透過してくる酸素を中間層１１３に優先的に取り込むことができるため、セパレータ３０に含まれるＣｒとガラスシール部１１１を透過してくる酸素とが反応することを抑制できる。従って、セパレータ３０の表面に酸化クロム被膜が形成されることによって、或いは、セパレータ３０の酸化が進行して酸化クロム被膜が厚膜化することによって、ガラスシール部１１１に応力が発生することを抑制できる。その結果、ガラスシール部１１１にクラックが発生することを抑制できる。
【００９５】
低平衡酸素圧元素としては、Ｃａ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｂ、Ａｌ、Ｂａなどが挙げられる。これらのうちＣａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｂａの平衡酸素圧は、Ｃｒより平衡酸素圧が１０−３以上低いＳｉの平衡酸素圧より低いため、Ｃｒに比べて格段に酸素を取り込みやすく好ましい。さらに、Ｃａ、Ｍｇ、Ａｌ、ＢａのうちＣａ及びＭｇの平衡酸素圧は特に低いため、特に酸素を取り込みやすく好ましい。
【００９６】
ガラスシール部１１１、中間層１１２及び中間層１１３それぞれにおいて、低平衡酸素圧元素は、結晶化ガラスの結晶中において酸化物の形態で存在していてもよい。
【００９７】
ガラスシール部１１１、中間層１１２及び中間層１１３それぞれは、低平衡酸素圧元素を１種のみ含有していてもよいし、複数種の低平衡酸素圧元素を含有していてもよい。
【００９８】
なお、ガラスシール部１１１及び中間層１１２の少なくとも一方が複数種の低平衡酸素圧元素を含有する場合、両者に共通する低平衡酸素圧元素についての含有率を比較した場合に、中間層１１２における含有率がガラスシール部１１１における含有率よりも高ければよい。この場合、平衡酸素圧が低いほど酸素を取り込みやすいため、両者に共通する低平衡酸素圧元素のうち平衡酸素圧が最も低い元素の含有率を比較することが好ましい。
【００９９】
また、ガラスシール部１１１及び中間層１１３の少なくとも一方が複数種の低平衡酸素圧元素を含有する場合、両者に共通する低平衡酸素圧元素についての含有率を比較した場合に、中間層１１３における含有率がガラスシール部１１１における含有率よりも高ければよい。この場合、両者に共通する低平衡酸素圧元素のうち平衡酸素圧が最も低い元素の含有率を比較することが好ましい。
【０１００】
中間層１１２及び中間層１１３における低平衡酸素圧元素の含有率は、ガラスシール部１１１における低平衡酸素圧元素の含有率の１．１倍以上が好ましく、１．２倍以上がより好ましく、１．３倍以上が特に好ましい。これにより、ガラスシール部１１１にクラックが発生することをより抑制できる。
【０１０１】
中間層１１２及び中間層１１３における低平衡酸素圧元素の含有率は特に制限されないが、全構成元素のうち酸素を除く元素の総和に対する各元素のモル比をカチオン比と定義した場合、カチオン比で０.０５以上０．９以下とすることができる。中間層１１２及び中間層１１３における低平衡酸素圧元素の含有率は、カチオン比で０．１以上が好ましく、０．２以上がより好ましい。これにより、ガラスシール部１１１にクラックが発生することをより抑制できる。
【０１０２】
ガラスシール部１１１における低平衡酸素圧元素の含有率は特に制限されないが、全構成元素のうち酸素を除く元素の総和に対する各元素のモル比をカチオン比と定義した場合、カチオン比で０．０４以上０．５以下とすることができる。
【０１０３】
ガラスシール部１１１における低平衡酸素圧元素の含有率は、ＥＤＳ（Ｏｘｆｏｒｄ−ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製、型式Ｘ−ＭａｘＮ）を用いて、セパレータ３０及びインターコネクタ４０それぞれの表面から２５μｍ超離れた領域から無作為に選択した１０点において低平衡酸素圧元素の含有率をカチオン比で測定し、１０個の測定値を算術平均することによって求められる。
【０１０４】
中間層１１２における特定の低平衡酸素圧元素の含有率は、以下のように求められる。まず、インターコネクタ４０の表面に垂直なシール部材１１０の断面において、インターコネクタ４０の表面に垂直な３本のラインを無作為に設定し、ＥＤＳ（Ｏｘｆｏｒｄ−ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製、型式Ｘ−ＭａｘＮ）を用いて特定の低平衡酸素圧元素の含有率をライン分析する。次に、ライン分析結果を参照して、特定の低平衡酸素圧元素の含有率がガラスシール部１１１より高い領域を中間層１１２と見なし、中間層１１２と見なした領域の各ライン上における厚みを算術平均することによって中間層１１２の厚みを求める。次に、インターコネクタ４０の表面に垂直な断面において、ＥＤＳ（Ｏｘｆｏｒｄ−ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製、型式Ｘ−ＭａｘＮ）を用いて、中間層１１２から無作為に選択した１０点における特定の低平衡酸素圧元素の含有率をカチオン比で測定する。そして、１０個の測定値を算術平均することによって、中間層１１２における特定の低平衡酸素圧元素の含有率が求められる。
【０１０５】
中間層１１３における特定の低平衡酸素圧元素の含有率は、以下のように求められる。まず、セパレータ３０の表面に垂直なシール部材１１０の断面において、セパレータ３０の表面に垂直な３本のラインを無作為に設定し、ＥＤＳ（Ｏｘｆｏｒｄ−ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製、型式Ｘ−ＭａｘＮ）を用いて特定の低平衡酸素圧元素の含有率をライン分析する。次に、ライン分析結果を参照して、特定の低平衡酸素圧元素の含有率がガラスシール部１１１より高い領域を中間層１１３と見なし、中間層１１３と見なした領域の各ライン上における厚みを算術平均することによって中間層１１３の厚みを求める。次に、セパレータ３０の表面に垂直な断面において、ＥＤＳ（Ｏｘｆｏｒｄ−ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製、型式Ｘ−ＭａｘＮ）を用いて、中間層１１３から無作為に選択した１０点における特定の低平衡酸素圧元素の含有率をカチオン比で測定する。そして、１０個の測定値を算術平均することによって、中間層１１３における特定の低平衡酸素圧元素の含有率が求められる。
【０１０６】
（シール部材１２０）
シール部材１２０は、ガラスシール部１２１及び中間層１２２を含む。
【０１０７】
ガラスシール部１２１は、中間層１２２及び燃料電池セル５の間に配置される。ガラスシール部１２１は、結晶化ガラスによって構成される。結晶化ガラスとしては、例えば、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系、ＳｉＯ２−ＣａＯ系、ＭｇＯ−Ｂ２Ｏ３系、又はＳｉＯ２−ＭｇＯ系のものが用いられる。ガラスシール部１２１を構成する結晶化ガラスとしては、ＳｉＯ２−ＭｇＯ系のものが最も好ましい。
【０１０８】
ガラスシール部１２１を構成する結晶化ガラスは、全体積に対する「結晶相が占める体積」の割合（結晶化度）が６０％以上であり、かつ、全体積に対する「非晶質相及び不純物が占める体積」の割合が４０％未満のガラスである。
【０１０９】
中間層１２２は、セパレータ３０及びガラスシール部１２１の間に配置される。中間層１２２は、セパレータ３０及びガラスシール部１２１それぞれに直接接続される。中間層１２２は、ガラスシール部１２１と実質的に一体であってもよい。中間層１２２は、セパレータ３０及びガラスシール部１２１の間の全面に介挿されていることが好ましいが、セパレータ３０及びガラスシール部１２１の間の一部のみに介挿されていてもよい。
【０１１０】
中間層１２２は、結晶化ガラスによって構成される。結晶化ガラスとしては、例えば、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系、ＳｉＯ２−ＣａＯ系、ＭｇＯ−Ｂ２Ｏ３系、又はＳｉＯ２−ＭｇＯ系のものが用いられる。中間層１２２を構成する結晶化ガラスとしては、ＳｉＯ２−ＭｇＯ系が特に好適である。
【０１１１】
中間層１２２を構成する結晶化ガラスは、全体積に対する「結晶相が占める体積」の割合（結晶化度）が６０％以上であり、かつ、全体積に対する「非晶質相及び不純物が占める体積」の割合が４０％未満のガラスである。
【０１１２】
中間層１２２の厚みは、０．５μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。中間層１２２の厚みを０．５μｍ以上とすることによって、後述するガラスシール部１２１のクラック抑制効果を十分に発揮することができる。中間層１２２の厚みを２０μｍ以下とすることによって、ガラスシール部１２１と中間層１２２の熱膨張差に起因する応力の発生を抑制できシール不良を抑制することができる。
【０１１３】
ガラスシール部１２１及び中間層１２２それぞれは、Ｃｒより平衡酸素圧の低い低平衡酸素圧元素を含有する。
【０１１４】
中間層１２２における低平衡酸素圧元素の含有率は、ガラスシール部１２１における低平衡酸素圧元素の含有率よりも高い。これにより、セパレータ３０に向かってガラスシール部１２１を透過してくる酸素を中間層１２２に優先的に取り込むことができるため、セパレータ３０に含まれるＣｒとガラスシール部１２１を透過してくる酸素とが反応することを抑制できる。従って、セパレータ３０の表面に酸化クロム被膜が形成されることによって、或いは、セパレータ３０の酸化が進行して酸化クロム被膜が厚膜化することによって、ガラスシール部１２１に応力が発生することを抑制できる。その結果、ガラスシール部１２１にクラックが発生することを抑制できる。
【０１１５】
低平衡酸素圧元素としては、Ｃａ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｂ、Ａｌ、Ｂａなどが挙げられる。これらのうちＣａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｂａの平衡酸素圧は、Ｃｒより平衡酸素圧が１０−３以上低いＳｉの平衡酸素圧より低いため、Ｃｒに比べて格段に酸素を取り込みやすく好ましい。さらに、Ｃａ、Ｍｇ、Ａｌ、ＢａのうちＣａ及びＭｇの平衡酸素圧は特に低いため、特に酸素を取り込みやすく好ましい。
【０１１６】
ガラスシール部１２１及び中間層１２２それぞれにおいて、低平衡酸素圧元素は、結晶化ガラスの結晶中において酸化物の形態で存在していてもよい。
【０１１７】
ガラスシール部１２１及び中間層１２２それぞれは、低平衡酸素圧元素を１種のみ含有していてもよいし、複数種の低平衡酸素圧元素を含有していてもよい。
【０１１８】
なお、ガラスシール部１２１及び中間層１２２の少なくとも一方が複数種の低平衡酸素圧元素を含有する場合、両者に共通する低平衡酸素圧元素についての含有率を比較した場合に、中間層１２２における含有率がガラスシール部１２１における含有率よりも高ければよい。この場合、平衡酸素圧が低いほど酸素を取り込みやすいため、両者に共通する低平衡酸素圧元素のうち平衡酸素圧が最も低い元素の含有率を比較することが好ましい。
【０１１９】
中間層１２２における低平衡酸素圧元素の含有率は、ガラスシール部１２１における低平衡酸素圧元素の含有率の１．１倍以上が好ましく、１．２倍以上がより好ましく、１．３倍以上が特に好ましい。これにより、ガラスシール部１２１にクラックが発生することをより抑制できる。
【０１２０】
中間層１２２における低平衡酸素圧元素の含有率は特に制限されないが、全構成元素のうち酸素を除く元素の総和に対する各元素のモル比をカチオン比と定義した場合、カチオン比で０.０５以上０．９以下とすることができる。中間層１２２における低平衡酸素圧元素の含有率は、カチオン比で０．１以上が好ましく、０．２以上がより好ましい。これにより、ガラスシール部１２１にクラックが発生することをより抑制できる。
【０１２１】
ガラスシール部１２１における低平衡酸素圧元素の含有率は特に制限されないが、全構成元素のうち酸素を除く元素の総和に対する各元素のモル比をカチオン比と定義した場合、カチオン比で０．０４以上０．５以下とすることができる。
【０１２２】
ガラスシール部１２１における低平衡酸素圧元素の含有率は、ＥＤＳ（Ｏｘｆｏｒｄ−ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製、型式Ｘ−ＭａｘＮ）を用いて、セパレータ３０の表面から２５μｍ超離れた領域から無作為に選択した１０点において低平衡酸素圧元素の含有率をカチオン比で測定し、１０個の測定値を算術平均することによって求められる。
【０１２３】
中間層１２２における特定の低平衡酸素圧元素の含有率は、以下のように求められる。まず、セパレータ３０の表面に垂直なシール部材１２０の断面において、セパレータ３０の表面に垂直な３本のラインを無作為に設定し、ＥＤＳ（Ｏｘｆｏｒｄ−ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製、型式Ｘ−ＭａｘＮ）を用いて特定の低平衡酸素圧元素の含有率をライン分析する。次に、ライン分析結果を参照して、特定の低平衡酸素圧元素の含有率がガラスシール部１２１より高い領域を中間層１２２と見なし、中間層１２２と見なした領域の各ライン上における厚みを算術平均することによって中間層１２２の厚みを求める。次に、セパレータ３０の表面に垂直な断面において、ＥＤＳ（Ｏｘｆｏｒｄ−ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製、型式Ｘ−ＭａｘＮ）を用いて、中間層１２２から無作為に選択した１０点における特定の低平衡酸素圧元素の含有率をカチオン比で測定する。そして、１０個の測定値を算術平均することによって、中間層１２２における特定の低平衡酸素圧元素の含有率が求められる。
【０１２４】
［変形例］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
【０１２５】
（変形例１）
上記第１実施形態では、燃料電池セル１００及びマニホールド２００の隙間を封止するシール部材（ガラスシール部３００及び中間層３５０）について説明した。また、上記第２実施形態では、セパレータ３０及びインターコネクタ４０の隙間を封止するシール部材１１０と、セパレータ３０及び燃料電池セル５の隙間を封止するシール部材１２０とについて説明した。
【０１２６】
しかしながら、本発明に係るシール部材は、マニホールド２００、セパレータ３０及びインターコネクタ４０に制限されず、セルスタックを構成する２つの部材のうち一方がＣｒを含有する金属材料によって構成されている限り有用である。
【０１２７】
（変形例２）
上記第１実施形態に係るセルスタックは横縞形の燃料電池セルを備え、上記第２実施形態に係るセルスタックは平板形の燃料電池セルを備えることとしたが、セルスタックが備える燃料電池セルは、横縞形、縦縞形、平板形、円筒形のいずれでもよい。また、セルスタックは、燃料電池セルに代えて、水蒸気から水素と酸素を生成する電解セルを備えていてもよい。
【０１２８】
（変形例３）
上記第２実施形態では、シール部材１１０が中間層１１２及び中間層１１３を含むこととしたが、中間層１１２及び中間層１１３の一方のみを含んでいてもよい。シール部材１１０が中間層１１２のみを含む場合、インターコネクタ４０が第１部材であり、セパレータ３０が第２部材である。シール部材１１０が中間層１１３のみを含む場合、セパレータ３０が第１部材であり、インターコネクタ４０が第２部材である。
【０１２９】
（変形例４）
上記第２実施形態において、セパレータ３０の表面は、酸化クロム被膜によって覆われていてもよいこととしたが、これに限られない。セパレータ３０の表面は、酸化アルミニウム被膜によって覆われていてもよい。この場合、セパレータ３０の表面に酸化クロム被膜が形成されたり、或いは、セパレータ３０の表面に形成された酸化クロム被膜が厚膜化したりするおそれがないため、シール部材１１０は中間層１１３を含まなくてよいし、シール部材１２０は中間層１２２を含まなくてよい。
【符号の説明】
【０１３０】
１      セルスタック
１０    支持基板
１１    燃料ガス流路
１００  燃料電池セル
２００  マニホールド
２２１  貫通孔
３００  ガラスシール部
３５０  中間層
Ａ  発電素子部
２      セルスタック
５      燃料電池セル
３０    セパレータ
４０    インターコネクタ
１１０  シール部材
１１１  ガラスシール部
１１２  中間層
１１３  中間層
１２０  シール部材
１２１  ガラスシール部
１２２  中間層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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