(57)【要約】【課題】合金部材の強度をより向上可能な電気化学セルを提供する。【解決手段】セル１は、合金部材４と、合金部材４の表面４Ｓ上に配置される素子部１０とを備える。素子部１０は、合金部材４によって支持される第１電極層５と、電解質層７と、第２電極層９とを有する。合金部材４は、クロムを含有する合金材料によって構成される基材４１と、基材４１の少なくとも一部を覆う酸化クロム膜４２とを有する。酸化クロム膜４２は、基材の第１主面Ｓａ上に形成される第１部分４２ａを含む。第１部分４２ａは、表面４Ｓの平面視において、素子部１０の外周の少なくとも一部に沿って延びる延在部ａ１と、延在部ａ１の内側に配置される内側部ａ２とを含む。延在部ａ１の厚みＴＨａ１は、内側部ａ２の厚みＴＨａ２より厚い。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
合金部材と、
前記合金部材の表面上に配置される素子部と、
を備え、
前記素子部は、
前記合金部材によって支持される第１電極層と、
第２電極層と、
前記第１電極層と第２電極層との間に配置される電解質層と、
を有し、
前記合金部材は、
クロムを含有する合金材料によって構成される基材と、
前記基材の少なくとも一部を覆う酸化クロム膜と、
を有し、
前記酸化クロム膜は、前記基材の第１主面上に形成される第１部分を含み、
前記第１部分は、前記合金部材の表面の平面視において、前記素子部の外周の少なくとも一部に沿って延びる延在部と、前記延在部の内側に配置される内側部とを含み、
前記延在部の厚みは、前記内側部の厚みより厚い、
電気化学セル。
【請求項２】
前記延在部は、前記合金部材の表面の平面視において、環状に形成される、
請求項１に記載の電気化学セル。
【請求項３】
前記延在部の一部は、前記基材と前記素子部との間に配置される、
請求項１又は２に記載の電気化学セル。
【請求項４】
前記合金部材は、前記酸化クロム膜の表面の少なくとも一部を覆う被覆膜を有する、
請求項１乃至３のいずれかに記載の電気化学セル。
【請求項５】
前記酸化クロム膜は、前記基材の第２主面上に形成される第２部分を含み、
前記第２部分の厚みは、前記延在部の厚みより薄い、
請求項１乃４のいずれかに記載の電気化学セル。
【請求項６】
前記延在部の厚みに対する前記内側部の厚みの比は、０．１以上０．９３以下である、
請求項１乃至５のいずれかに記載の電気化学セル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気化学セルに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、合金部材と、合金部材上に配置される素子部とを備える電気化学セルが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の合金部材は、Ｃｒ（クロム）を含有する合金材料によって構成される基材と、基材の表面を覆う酸化クロム膜とを有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１８／１８１９２６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
酸化クロム膜は、基材からＣｒが揮発することを抑制する機能だけでなく、合金部材の強度を向上させる機能も有している。
【０００５】
本発明は、合金部材の強度をより向上可能な電気化学セル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】
【０００６】
本発明に係る電気化学セルは、合金部材と、合金部材の表面上に配置される素子部とを備える。素子部は、合金部材によって支持される第１電極層と、第２電極層と、第１電極層と第２電極層との間に配置される電解質層とを有する。合金部材は、クロムを含有する合金材料によって構成される基材と、基材の少なくとも一部を覆う酸化クロム膜とを有する。酸化クロム膜は、基材の第１主面上に形成される第１部分を含む。第１部分は、合金部材の表面の平面視において、素子部の外周の少なくとも一部に沿って延びる延在部と、延在部の内側に配置される内側部とを含む。延在部の厚みは、内側部の厚みより厚い。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、合金部材の強度をより向上可能な電気化学セルを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態に係る燃料電池セルの構成を示す断面図
【図２】図１の領域Ｘａの拡大図
【図３】実施形態に係る合金部材の平面図
【図４】他の実施形態に係る燃料電池セルの構成を示す断面図
【図５】図４の部分拡大図
【図６】他の実施形態に係る合金部材の平面図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（燃料電池セル１の構成）
燃料電池セル１は、本発明に係る「電気化学セル」の一例である。「電気化学セル」とは、燃料電池セルのほか、水蒸気から水素と酸素を生成するための電解セルをも含む概念である。以下の説明では、燃料電池セルを「セル」と略称する。
【００１０】
図１は、実施形態に係るセル１の構成を示す断面図である。セル１は、流路部材３、合金部材４、第１電極層５、中間層６、電解質層７、反応防止層８、及び第２電極層９を有する。本実施形態において、第１電極層５、中間層６、電解質層７、反応防止層８、及び第２電極層９は、合金部材４の表面４Ｓ上に配置される「素子部１０」を構成する。
【００１１】
［流路部材３］
流路部材３は、Ｕ字状に形成される。流路部材３は、合金部材４の裏面４Ｔに接合される。流路部材３と合金部材４との間には、流路３Ｓが形成される。流路３Ｓは、図示しないマニホールドに繋がる。本実施形態では、マニホールドから流路３Ｓに燃料ガス（例えば、水素ガス）が供給される。
【００１２】
流路部材３は、例えば、合金材料によって構成することができる。流路部材３は、合金部材４と同様の構成を有していてもよい。
【００１３】
［合金部材４］
合金部材４は、第１電極層５、中間層６、電解質層７、反応防止層８、及び第２電極層９を支持する支持体である。本実施形態において、合金部材４は、板状に形成されているが、これに限られない。合金部材４は、例えば、筒状、或いは、箱状など他の形状であってもよい。
【００１４】
合金部材４のうち第１電極層５に接合される領域には、複数の貫通孔４ｐが形成されている。流路３Ｓを流れる燃料ガスは、各貫通孔４ｐを介して、第１電極層５に供給される。各貫通孔４ｐは、機械加工（例えば、パンチング加工）、レーザ加工、或いは、化学加工（例えば、エッチング加工）などによって形成することができる。或いは、合金部材４は、ガス透過性を有する多孔質金属によって構成されていてもよい。この場合、多孔質金属に形成された孔が貫通孔４ｐとして機能するため、貫通孔４ｐを形成するための加工を施す必要がない。
【００１５】
合金部材４は、板状に形成される。合金部材４は、平板状であってもよいし、曲板状であってもよい。合金部材４は、セル１の強度を保つことができればよく、その厚みは特に制限されないが、例えば０．１ｍｍ〜２．０ｍｍとすることができる。合金部材４の詳細な構成については後述する。
【００１６】
［第１電極層５］
第１電極層５は、合金部材４によって支持される。第１電極層５は、電解質層７の合金部材４側に配置される。第１電極層５は、合金部材４の表面４Ｓ上に設けられる。第１電極層５は、合金部材４のうち複数の貫通孔４ｐが設けられた領域を覆うように設けられる。図１において、第１電極層５は、合金部材４の表面上に配置されており、各貫通孔４ｐに入り込んでいないが、第１電極層５の少なくとも一部は、各貫通孔４ｐに入り込んでいてもよい。
【００１７】
第１電極層５は、多孔質であることが好ましい。第１電極層５の気孔率は特に制限されないが、例えば２０％〜７０％とすることができる。第１電極層５の厚みは特に制限されないが、例えば１μｍ〜１００μｍとすることができる。
【００１８】
本実施形態において、第１電極層５には燃料ガス（例えば、水素ガス）が供給され、第１電極層５は、アノード（燃料極）として機能する。第１電極層５は、ＮｉＯ−ＧＤＣ（ガドリニウムドープセリア）、Ｎｉ−ＧＤＣ、ＮｉＯ−ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア））、Ｎｉ−ＹＳＺ、ＣｕＯ−ＣｅＯ２、Ｃｕ−ＣｅＯ２などの複合材料によって構成することができる。
【００１９】
第１電極層５の形成方法は特に制限されず、焼成法、スプレーコーティング法（溶射法、エアロゾルデポジション法、エアロゾルガスデポジッション法、パウダージェットデポジッション法、パーティクルジェットデポジション法、コールドスプレー法など）、ＰＶＤ法（スパッタリング法、パルスレーザーデポジション法など）、ＣＶＤ法などにより形成することができる。
【００２０】
［中間層６］
中間層６は、第１電極層５上に配置される。中間層６は、第１電極層５と電解質層７との間に介挿される。中間層６の厚みは特に制限されないが、例えば１μｍ〜１００μｍとすることができる。
【００２１】
中間層６は、酸化物イオン（酸素イオン）伝導性を有することが好ましい。中間層６は、電子伝導性を有することがより好ましい。中間層６は、ＹＳＺ、ＧＤＣ、ＳＳＺ（スカンジウム安定化ジルコニア）、ＳＤＣ（サマリウムドープセリア）などによって構成することができる。中間層６の形成方法は特に制限されず、焼成法、スプレーコーティング法、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法などにより形成することができる。
【００２２】
［電解質層７］
電解質層７は、第１電極層５と第２電極層９との間に配置される。本実施形態では、セル１が中間層６及び反応防止層８を有しているため、電解質層７は、中間層６と反応防止層８との間に介挿されている。
【００２３】
本実施形態において、電解質層７は、第１電極層５全体を覆うように形成されており、電解質層７の外縁は、合金部材４に接合されている。これにより、第１電極層５に供給される燃料ガスと第２電極層９に供給される酸化剤ガスとの混合を抑制できるため、合金部材４と電解質層７との間を別途封止する必要がない。
【００２４】
電解質層７は、酸化物イオン伝導性を有する。電解質層７は、酸化剤ガスと燃料ガスとの混合を抑制できる程度のガスバリア性を有する。電解質層７は、複層構造であってもよいが、少なくとも１つの層が緻密層であることが好ましい。緻密層の気孔率は、１０％以下が好ましく、５％以下がより好ましく、２％以下が更に好ましい。電解質層７の厚みは特に制限されないが、例えば１μｍ〜１０μｍとすることができる。
【００２５】
電解質層７は、ＹＳＺ、ＧＤＣ、ＳＳＺ、ＳＤＣ、ＬＳＧＭなどによって構成することができる。電解質層７の形成方法は特に制限されず、焼成法、スプレーコーティング法、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法などにより形成することができる。
【００２６】
［反応防止層８］
反応防止層８は、電解質層７上に配置される。反応防止層８は、電解質層７と第２電極層９との間に介挿される。反応防止層８の厚みは特に制限されないが、例えば１μｍ〜１００μｍとすることができる。反応防止層８は、第２電極層９の構成材料と電解質層７の構成材料とが反応して高抵抗層が形成されることを抑制する。
【００２７】
反応防止層８は、ＧＤＣ、ＳＤＣなどのセリア系材料によって構成することができる。反応防止層８の形成方法は特に制限されず、焼成法、スプレーコーティング法、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法などにより形成することができる。
【００２８】
［第２電極層９］
第２電極層９は、電解質層７を基準として、第１電極層５の反対側に配置される。本実施形態では、セル１が反応防止層８を有しているため、第２電極層９は、反応防止層８上に配置される。
【００２９】
第２電極層９は、多孔質であることが好ましい。第２電極層９の気孔率は特に制限されないが、例えば２０％〜７０％とすることができる。第２電極層９の厚みは特に制限されないが、例えば１μｍ〜１００μｍとすることができる。
【００３０】
本実施形態において、第２電極層９には酸化剤ガス（例えば、空気）が供給され、第２電極層９は、カソード（空気極）として機能する。第２電極層９は、ＬＳＣＦ、ＬＳＦ、ＬＳＣ、ＬＮＦ、ＬＳＭなどによって構成することができる。特に、第２電極層９は、Ｌａ、Ｓｒ、Ｓｍ、Ｍｎ、ＣｏおよびＦｅからなる群から選ばれる２種類以上の元素を含有するペロブスカイト型酸化物を含んでいることが好ましい。
【００３１】
第２電極層９の形成方法は特に制限されず、焼成法、スプレーコーティング法、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法などにより形成することができる。第２電極層９の形成方法は特に制限されず、焼成法、スプレーコーティング法、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法などにより形成することができる。
【００３２】
［セル１の動作］
まず、流路３Ｓから各貫通孔４ｐを介して第１電極層５に燃料ガスを供給し、かつ、第２電極層９に酸化剤ガスを供給しながら、セル１を作動温度（例えば、６００℃〜８５０℃）まで加熱する。すると、第２電極層９においてＯ２（酸素）がｅ−（電子）と反応してＯ２−（酸素イオン）が生成される。生成されたＯ２−は、電解質層７を通って第１電極層５に移動する。第１電極層５に移動したＯ２−は、燃料ガスに含まれるＨ２（水素）と反応して、Ｈ２Ｏ（水）とｅ−とが生成される。このような反応によって、第１電極層５と第２電極層９との間に起電力が発生する。
【００３３】
（合金部材４の詳細な構成）
図２は、図１に示した領域Ｘａを拡大して示す断面図である。図３は、合金部材４の表面４Ｓの平面図である。
【００３４】
図２に示すように、合金部材４は、基材４１及び酸化クロム膜４２を有する。
【００３５】
基材４１は、Ｃｒ（クロム）を含有する合金材料によって構成される。このような金属材料としては、Ｆｅ−Ｃｒ系合金鋼（ステンレス鋼など）やＮｉ−Ｃｒ系合金鋼などを用いることができる。基材４１におけるＣｒの含有率は特に制限されないが、４〜３０質量％とすることができる。
【００３６】
基材４１は、Ｔｉ（チタン）やＡｌ（アルミニウム）を含有していてもよい。基材４１におけるＴｉの含有率は特に制限されないが、０．０１〜１．０ａｔ．％とすることができる。基材４１におけるＡｌの含有率は特に制限されないが、０．０１〜０．４ａｔ．％とすることができる。基材４１は、ＴｉをＴｉＯ２（チタニア）として含有していてもよいし、ＡｌをＡｌ２Ｏ３（アルミナ）として含有していてもよい。
【００３７】
基材４１は、第１主面Ｓａ、第２主面Ｓｂ、外周面Ｓｃ、及び各貫通孔４ｐの内周面Ｓｄを有する。第１主面Ｓａ、第２主面Ｓｂ、外周面Ｓｃ、及び内周面Ｓｄは、基材４１の表面である。第１主面Ｓａ、第２主面Ｓｂ、及び外周面Ｓｃは、基材４１の外表面であり、内周面Ｓｄは、基材４１の内表面である。
【００３８】
基材４１の第１主面Ｓａは、合金部材４の表面４Ｓ側に設けられる。基材４１の第２主面Ｓｂは、合金部材４の裏面４Ｔ側に設けられる。基材４１の第２主面Ｓｂは、基材４１の第１主面Ｓａの反対側に設けられる。外周面Ｓｃは、第１主面Ｓａ及び第２主面Ｓｂそれぞれの外縁に連なる。外周面Ｓｃは、環状に形成される。各内周面Ｓｄは、第１主面Ｓａ及び第２主面Ｓｂそれぞれに連なる。各内周面Ｓｄは、筒状に形成される。
【００３９】
酸化クロム膜４２は、基材４１の表面上に形成される。酸化クロム膜４２は、基材４１の少なくとも一部を覆う。酸化クロム膜４２は、基材４１の少なくとも一部を覆っていればよいが、基材４１全体を覆っていてもよい。
【００４０】
酸化クロム膜４２は、酸化クロムを主成分として含有する。本実施形態において、組成物Ｘが物質Ｙを「主成分として含む」とは、組成物Ｘ全体のうち、物質Ｙが７０重量％以上を占めることを意味する。
【００４１】
酸化クロム膜４２は、基材４１からＣｒが揮発することを抑制する機能と、合金部材４の強度を確保する機能とを有する。
【００４２】
本実施形態において、酸化クロム膜４２は、第１部分４２ａ、第２部分４２ｂ、第３部分４２ｃ、及び複数の第４部分４２ｄを有する。第１部分４２ａは、基材４１の第１主面Ｓａ上に形成される。第２部分４２ｂは、基材４１の第２主面Ｓｂ上に形成される。第３部分４２ｃは、基材４１の外周面Ｓｃ上に形成される。各第４部分４２ｄは、基材４１の各内周面Ｓｄ上に形成される。第１乃至第４部分４２ａ〜４２ｄは、互いに一体的に連なっていてもよい。
【００４３】
酸化クロム膜４２の第１部分４２ａは、延在部ａ１と、内側部ａ２とを含む。
【００４４】
図３に示すように、延在部ａ１は、合金部材４の表面４Ｓの平面視において、素子部１０の外周の少なくとも一部に沿って延びる。本実施形態において、延在部ａ１は連続した環状に形成されているが、断続的に形成されていてもよい。例えば、延在部ａ１は、コの字状に形成されていてもよいし、破線状に形成されていてもよい。
【００４５】
図３に示すように、内側部ａ２は、表面４Ｓの平面視において、延在部ａ１の内側に配置される。内側部ａ２は、延在部ａ１と一体的に形成されていてもよい。延在部ａ１が素子部１０の外周に沿って断続的に配置される場合、内側部ａ２の一部は、延在部ａ１の間に突出していてもよい。
【００４６】
図２に示すように、延在部ａ１の厚みＴＨａ１は、内側部ａ２の厚みＴＨａ２より厚い。これにより、合金部材４の強度をより向上させることができるとともに、Ｃｒの揮発をより抑制することができる。この効果は、上述のとおり、延在部ａ１を連続した環状に形成することによってより向上する。また、内側部ａ２の厚みＴＨａ２を薄くすることができるため、素子部１０（特に、第１電極層５）と合金部材４との電気的接続性を向上させることができる。
【００４７】
延在部ａ１の厚みＴＨａ１は、ＦＥ−ＳＥＭ（電界放出形走査電子顕微鏡）を用いて、合金部材４の表面４Ｓに垂直な断面を観察した場合において、酸化クロム膜４２の第１部分４２ａのうち表面４Ｓの外縁から素子部１０までの部分の最大厚みを測定することによって得られる。
【００４８】
延在部ａ１の厚みＴＨａ１は特に制限されないが、０．２μｍ以上１０μｍ以下が好ましい。これにより、合金部材４のうち外周部分の強度を確保できるため、合金部材４が変形することによって合金部材４と素子部１０との間に剥離が生じることを抑制できる。延在部ａ１の厚みＴＨａ１は、０．２μｍ以上が好ましく、０．３μｍ以上がより好ましく、０．４μｍ以上が特に好ましい。
【００４９】
内側部ａ２の厚みＴＨａ２は、ＦＥ−ＳＥＭを用いて、合金部材４の表面４Ｓに垂直な断面を観察した場合において、酸化クロム膜４２の第１部分４２ａのうち第１電極層と接触する部分の最大厚みを測定することによって得られる。
【００５０】
内側部ａ２の厚みＴＨａ２は特に制限されないが、０．１μｍ以上７μｍ以下が好ましい。これにより、合金部材４のうち素子部１０と接する部分の可撓性を確保できるため、熱応力によって合金部材４と素子部１０との間に剥離が生じることを抑制できる。内側部ａ２の厚みＴＨａ２は、７μｍ以下が好ましく、５μｍ以下がより好ましく、３μｍ以下が特に好ましい。
【００５１】
ここで、延在部ａ１の厚みＴＨａ１に対する内側部ａ２の厚みＴＨａ２の比（ＴＨａ２／ＴＨａ１）は、０．１以上０．９３以下であることが好ましい。これにより、合金部材４の可撓性と強度とのバランスを良好にすることができるため、合金部材４と素子部１０との間に剥離が生じることを効率的に抑制できる。
【００５２】
なお、図２に示すように、本実施形態に係る延在部ａ１の一部は、基材４１と素子部１０との間に介挿されているが、これに限られない。表面４Ｓに平行な面方向における延在部ａ１の幅は適宜変更可能であり、延在部ａ１は、素子部１０から露出していてもよいし、基材４１と中間層６との間に介挿されていてもよい。ただし、本実施形態のように、延在部ａ１を基材４１と素子部１０との間に介挿させることによって、合金部材４の強度を更に向上させることができる。
【００５３】
また、図２に示すように、本実施形態に係る内側部ａ２は、素子部１０のうち第１電極層５、中間層６及び電解質層７に接続されているが、これらのうち少なくとも第１電極層５の一部に接続されていればよい。例えば、内側部ａ２が第１電極層５のみに接続されている場合、延在部ａ１が中間層６及び電解質層７に接続される。
【００５４】
第２部分４２ｂの厚みＴＨｂは、延在部ａ１の厚みＴＨａ１より薄くてもよいが、延在部ａ１の厚みＴＨａ１より薄いことが好ましい。これにより、合金部材４に適度な強度を付与して、合金部材４の応力緩和機能を向上させることができる。具体的には、まず、第２部分４２ｂを設けることによって、合金部材４が過度に変形しやすくなることを抑えることができる。従って、合金部材４の貫通孔４ｐが閉塞したり、或いは、セル１に接続される他の部材（例えば、図示しないセパレーターや集電部材など）とセル１との接合箇所に剥離などが生じたりすることを抑制できる。また、第２部分４２ｂの厚みＴＨｂを延在部ａ１の厚みＴＨａ１より薄くすることによって、合金部材４全体が過度に硬くなることを抑えて変形性を確保できる。従って、昇降温時に素子部１０の内部に熱応力が発生することを抑制できるため、素子部１０に剥離やクラックが生じることを抑制できる。第２部分４２ｂの厚みＴＨｂは特に制限されないが、例えば、０．１μｍ以上７μｍ以下とすることができる。第２部分４２ｂの厚みＴＨｂは、７μｍ以下が好ましく、５μｍ以下がより好ましく、３μｍ以下が特に好ましい。
【００５５】
第３部分４２ｃの厚みＴＨｃは、延在部ａ１の厚みＴＨａ１より厚くてもよいが、延在部ａ１の厚みＴＨａ１より薄いことが好ましい。これにより、合金部材４に適度な強度を付与して、合金部材４の応力緩和機能を向上させることができる。第３部分４２ｃの厚みＴＨｃは特に制限されないが、例えば、０．１μｍ以上７μｍ以下とすることができる。第３部分４２ｃの厚みＴＨｃは、７μｍ以下が好ましく、５μｍ以下がより好ましく、３μｍ以下が特に好ましい。
【００５６】
第４部分４２ｄの厚みＴＨｄは、延在部ａ１の厚みＴＨａ１より厚くてもよいが、延在部ａ１の厚みＴＨａ１より薄いことが好ましい。これにより、合金部材４に適度な強度を付与して、合金部材４の応力緩和機能を向上させることができる。第４部分４２ｄの厚みＴＨｄは特に制限されないが、例えば、０．１μｍ以上７μｍ以下とすることができる。第４部分４２ｄの厚みＴＨｄは、７μｍ以下が好ましく、５μｍ以下がより好ましく、３μｍ以下が特に好ましい。
【００５７】
（合金部材４の作製方法）
合金部材４を作製するには、クロムめっき法、酸化クロムペースト塗布などの各種方法を用いることができる。
【００５８】
例えば、クロムめっき法を用いた合金部材４の作製方法は、以下の通りである。
【００５９】
まず、基材４１の表面のうち延在部ａ１を形成する領域以外の領域（すなわち、第１主面Ｓａのうち内側部ａ２を形成する領域、第２主面Ｓｂ、外周面Ｓｃ、及び内周面Ｓｄ）をマスキングする。
【００６０】
次に、基材４１の表面のうち延在部ａ１を形成する領域にクロムめっき処理を行うことによって、延在部ａ１を形成する領域にクロムめっき膜を形成する。
【００６１】
次に、基材４１の表面に施したマスキングを除去する。
【００６２】
次に、基材４１の表面全体にクロムめっき処理を行うことによって、基材４１の表面のうち延在部ａ１を形成する領域以外の領域にクロムめっき膜を形成するとともに、延在部ａ１を形成する領域に形成したクロムめっき膜を厚膜化する。
【００６３】
次に、クロムめっき膜が形成された基材４１を大気雰囲気で熱処理（例えば、５５０℃〜８５０℃、３時間〜１００時間）することによって、酸化クロム膜４２によって被覆された基材４１が完成する。
【００６４】
（他の実施形態）
本発明は以上の実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない範囲で種々の変形又は変更が可能である。
【００６５】
上記実施形態において、合金部材４は、基材４１及び酸化クロム膜４２を有することとしたが、酸化クロム膜４２上に形成された被覆膜を有していてもよい。被覆膜を構成する材料としては、セラミックス材料及び金属材料などを用いることができる。セラミックス材料としては、例えば、ＬａおよびＳｒを含有するペロブスカイト形複合酸化物、Ｍｎ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｕ等の遷移金属から構成されるスピネル型複合酸化物、ガラス材料などを用いることができる。金属材料としては、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｕなどを用いることができる。なお、合金部材４の表面のうち流路部材３及び第１電極層５それぞれが接続されない領域には導電性が必要とされないため、当該領域は、絶縁性材料で構成される被覆膜によって被覆されていてもよい。
【００６６】
上記実施形態において、素子部１０は、中間層６及び反応防止層８を含むこととしたが、少なくとも中間層６及び反応防止層８の一方を含んでいなくてよい。
【００６７】
上記実施形態において、第１電極層５はアノードとして機能し、第２電極層９はカソードとして機能することとしたが、第１電極層５がカソードとして機能し、第２電極層９がアノードとして機能してもよい。この場合、第１電極層５と第２電極層９の構成材料を入れ替えるとともに、第１電極層５の外表面に燃料ガスを流すとともに、流路３Ｓに酸化剤ガスを流せばよい。
【００６８】
上記実施形態において、酸化クロム膜４２は、第１部分４２ａ、第２部分４２ｂ、第３部分４２ｃ、及び複数の第４部分４２ｄを有することとしたが、少なくとも第１部分４２ａを有していればよく、第２部分４２ｂ、第３部分４２ｃ、及び複数の第４部分４２ｄのうち少なくとも１つを有していなくてもよい。
【００６９】
上記実施形態において、燃料電池セル１は、第２電極層９に供給される酸化剤ガスを流すために特定の流路を備えないこととしたが、図４に示すように、酸化剤ガスが流れる流路２０Ｓを形成する流路部材２０を備えていてもよい。流路部材２０は、ガラス材などの接合材２１を介して、合金部材４の表面４Ｓに接合される。この場合、図５に示すように、合金部材４が有する酸化クロム膜４２の第１部分４２ａのうち延在部ａ１は、接合材２１が接合される接合領域ａ３において薄くなっていることが好ましい。これによって接合界面の接合強度を向上させることができる。接合領域ａ３の厚みＴＨａ３は特に制限されないが、例えば、０．１μｍ以上７μｍ以下とすることができる。なお、このように延在部ａ１が部分的に薄膜化されている場合であっても、図６に示すように、延在部ａ１は、素子部１０の外周に沿って延びることに変わりはない。また、延在部ａ１が部分的に薄膜化されている場合であっても、延在部ａ１の厚みＴＨａ１は、表面４Ｓの外縁から素子部１０までの部分の最大厚みである。
【実施例】
【００７０】
以下、本発明の実施例について説明する。本実施例では、延在部ａ１の厚みＴＨａ１に対する内側部ａ２の厚みＴＨａ２の比（ＴＨａ２／ＴＨａ１）が、合金部材４と素子部１０との剥離に与える影響について検証する。
（実施例１〜１３及び比較例１〜３）
以下のように、実施例１〜１３及び比較例１〜３に係る燃料電池セル１を作製した。
まず、厚さ０．５ｍｍのステンレス鋼製の基材４１を準備して、基材４１の表面のうち延在部ａ１を形成する領域以外をマスキングした。
【００７１】
次に、基材４１の表面のうち延在部ａ１を形成する領域にクロムめっき処理を施すことによってクロムめっき膜を形成した。この際、クロムめっき処理時間を調整することによって、表１に示すように、延在部ａ１の厚みＴＨａ１を調整した。
【００７２】
次に、基材４１の表面に施したマスキングを除去した後、基材４１の表面全体にクロムめっき処理を行うことによって、延在部ａ１を形成する領域以外にクロムめっき膜を形成するとともに、延在部ａ１を形成する領域に形成したクロムめっき膜を厚膜化した。この際、クロムめっき処理時間を調整することによって、表１に示すように、延在部ａ１の厚みＴＨａ１及び内側部ａ２の厚みＴＨａ２を調整した。
【００７３】
次に、クロムめっき膜が形成された基材４１を大気雰囲気で熱処理（５５０℃、１時間）することによって合金部材４を完成させた。
【００７４】
次に、図１に示した構成を有する燃料電池セル１を準備し、導電性接合材としてのＮｉペーストを用いて、合金部材４の内側部ａ２に燃料電池セル１を接合し、窒素雰囲気において８００℃で１時間焼成することにより焼結させた。以上により、実施例１〜１３及び比較例１〜３に係る燃料電池セル１が完成した。
【００７５】
（熱サイクル試験）
実施例１〜１３及び比較例１〜３に係る燃料電池セル１を加熱炉に入れ、室温〜５５０℃まで昇温速度２００℃／ｈで昇温させる工程と、５５０℃〜室温まで降温速度２００℃／ｈで降温させる工程とを５０回繰り返した。
【００７６】
次に、超音波探傷器（日立パワーソリューションズ社製、型式ＦｉｎｅＳＡＴ ＦＳ１００III）を用いて燃料電池セル１の検査超音波探傷試験を実施し、合金部材４と素子部１０との間における剥離の有無を確認した。確認結果を表１に示す。具体的には、Ｃスキャン法により合金部材４と素子部１０の界面近傍の深さ位置の反射エコーを画像化した。次に、Ｃスキャン画像の輝度の明るい領域について、合金部材４の厚み方向に沿った断面をＦＥ−ＳＥＭで観察して剥離の有無を確認した。表１では、合金部材４と素子部１０との間に剥離が確認されなかったものを〇と評価し、合金部材４と素子部１０との間に剥離が確認されたものを×と評価した。
【００７７】
次に、合金部材４の厚み方向に沿った断面をＦＥ−ＳＥＭで観察し、延在部ａ１の厚みＴＨａ１と内側部ａ２の厚みＴＨａ２とを測定した。
【００７８】
【表１】
2020149971.tif 000003
【００７９】
表１に示すように、延在部ａ１の厚みＴＨａ１に対する内側部ａ２の厚みＴＨａ２の比（ＴＨａ２／ＴＨａ１）を０．１以上０．９３以下とした実施例１〜１３では、合金部材４と素子部１０との間に剥離が生じることを抑制できた。このような結果が得られたのは、合金部材４の可撓性と強度とのバランスを良好にすることができたためである。
【符号の説明】
【００８０】
１          セル
３          流路部材
４          合金部材
４Ｓ        表面
４Ｔ        裏面
４ｐ        貫通孔
４１        基材
Ｓａ        第１主面
Ｓｂ        第２主面
Ｓｃ        外周面
Ｓｄ        内周面
４２        酸化クロム膜
４２ａ      第１部分
ａ１        延在部
ａ２        内側部
４２ｂ      第２部分
４２ｃ      第３部分
４２ｄ      第４部分
５          第１電極層
６          中間層
７          電解質層
８          反応防止層
９          第２電極層
【図１】
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【図２】
2020149971.tif 000005
【図３】
2020149971.tif 000006
【図４】
2020149971.tif 000007
【図５】
2020149971.tif 000008
【図６】
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