(57)【要約】【課題】生産性向上および低コスト化を図ることができるのはもちろんのこと、気密性、耐久性、および、熱サイクル性の向上を図ることができる固体酸化物型燃料電池およびその製造方法を提供する。【解決手段】燃料電池のスタック１０４は、部材同士の間をシールして外部へのガス漏出を防止するガスシール部を有している。具体的には、発電セル１０２と金属セルカバー１２１との間、金属セパレータ１２２と金属セルカバー１２１との間、金属セパレータ１２２と絶縁体マニホールド１４２との間、および、金属セルカバー１２１と絶縁体マニホールド１４２との間には、大気接合用ろう材１３１〜１３４からなるガスシール部が形成されている。ガスシール部は、大気ろう付法を用いたろう付工程で接合される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
部材同士の間をシールして外部へのガス漏出を防止するガスシール部を有し、
前記ガスシール部は、大気接合用ろう材からなることを特徴とする固体酸化物型燃料電池。
【請求項２】
発電セルと、前記発電セルを狭持する金属セパレータおよび金属セルカバーと、前記金属セパレータと前記金属セルカバーとの端部同士の間に設けられる絶縁体マニホールドとを前記部材として備え、
前記発電セルと前記金属セルカバーとの間、前記金属セパレータと前記金属セルカバーとの間、前記金属セパレータと前記絶縁体マニホールドとの間、および、前記金属セルカバーと前記絶縁体マニホールドとの間には前記ガスシール部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物型燃料電池。
【請求項３】
請求項１または２に記載の固体酸化物型燃料電池の製造方法において、
前記部材同士は、大気ろう付法を用いたろう付工程で接合され、
前記ろう付工程のうちの少なくとも２以上を同時に行うことを特徴とする固体酸化物型燃料電池の製造方法。
【請求項４】
前記ろう付工程は、大気雰囲気中、８００℃以上９７０℃以下の温度で行うことを特徴とする請求項３に記載の固体酸化物型燃料電池の製造方法。
【請求項５】
前記ろう付工程で用いられる大気接合用ろう材は、主成分としてＡｇを含み、添加元素としてＧｅ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｓｂ、Ｂｉ、および、それら元素の酸化物のうちの少なくとも一種を含むことを特徴とする請求項３または４に記載の固体酸化物型燃料電池の製造方法。
【請求項６】
前記大気ろう付法では、燃料電池の起動運転に用いる加熱手段を使用することを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の固体酸化物型燃料電池の製造方法。
【請求項７】
前記絶縁体マニホールドとして、主成分としてマグネシアを含み、添加元素としてアルミナおよびイットリアを含むセラミックス材料を用いることを特徴とする請求項３〜６のいずれかに記載の固体酸化物型燃料電池の製造方法。
【請求項８】
前記絶縁体マニホールドとして、マグネシアを７０wt％以上８０wt％以下、アルミナを１５wt％以上２５wt％以下、イットリアを０wt％超８wt％以下含有するセラミックス材料を用いることを特徴とする請求項３〜７のいずれかに記載の固体酸化物型燃料電池の製造方法。
【請求項９】
複数の単セルを積層してスタックを組み立て、第１部材と第２部材との間で前記スタックを狭持する場合、
前記第１部材および第２部材の少なくとも一方の部材と前記スタックとの間にセラミックス製の弾性部材を用いることを特徴とする請求項３〜８のいずれかに記載の固体酸化物型燃料電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、部材同士の間をシールして外部へのガス漏出を防止するガスシール部を有する固体酸化物型燃料電池の作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体酸化物型燃料電池（SOFC:Solid Oxide Fuel Cell、以下、燃料電池）は、８００℃〜１０００℃程度で作動して高発電効率を実現する燃料電池である。燃料電池は、発電を行うセル（以下、発電セル）と、ガス供給および電気的接続を行うセパレータとから構成される単セル（単電池）を備えている。
【０００３】
発電セルは、固体酸化物電解質（以下、電解質）の両側に燃料極および空気極が設けられた酸化物三層構造を有している。セパレータの構成材料としては、合金を含む金属（たとえばフェライト系ステンレス鋼）が用いられている。セパレータは、発電セルへのガス供給のための構成部品としてマニホールドを有し、燃料極側マニホールドからは燃料ガスが燃料極へ供給され、空気極側マニホールドからは空気が空気極へ供給される。
【０００４】
単セルでは、燃料極への燃料ガスの供給および空気極への空気の供給を行うと、電気化学反応が起こるが、この場合、得られる電圧が低いことから、実用的な電圧を得るために単セルを複数枚積層させてスタックを作製している。
【０００５】
燃料電池の単セルおよびスタックでは、作動温度が８００℃〜１０００℃程度であるから、そこに供給される燃料ガス、空気、燃料オフガス、および、空気オフガスは、全て気体であり、それらガスの外部への漏出防止のために、各部位間にガスシール部が設けられている。ガスシール部の気密性が不十分である場合、ガスの漏出が生じ、発電性能の劣化や電池の破壊を招くため、ガスシール部には高気密性が要求される。また、起動停止による熱サイクルが生じるため、ガスシール部には良好な耐熱サイクル性も要求される。
【０００６】
単セルでは、発電セルとセパレータとの間にガスシール部が設けられ、そこに用いられるシール材としては、たとえばペースト状のガラスシール材が開示されている（たとえば特許文献１，２）。また、発電セルとセパレータとの間で金属箔をろう付して接合する技術が開示されている（たとえば特許文献３）。スタックでは、単セル間にガスシール部が設けられ、そこに用いられるシール材としては、単セルと同様、ペースト状のガラスシール材が用いられている。この場合、シール材に要求される特性としては、単セルの場合の上記特性に加えて、電気的短絡防止のための電気的絶縁性が挙げられる。
【０００７】
スタックの作製工程は、ガスシール部に用いられるシール材の種類により概ね決定されている。シール材としては、活性金属ろう材を用いる手法およびガラスシール材のみを用いる手法が提案されている。活性金属ろう材を用いる手法では、ガラスシール材を併用している。
【０００８】
活性金属ろう材を用いる手法では、図３に示す工程が行われる。図３は、活性金属ろう材を用いて接合する活性金属ろう付法の製造工程を表す側断面図である。活性金属ろう付法では、まず図３（Ａ）に示すように、燃料極２１１と電解質２１２の共焼結体２０１（燃料極−電解質共焼結体２０１）を得た後、還元雰囲気中、８００〜１２００℃で燃料極−電解質共焼結体２０１を加熱することにより、燃料極２１１を還元する。
【０００９】
続いて、図３（Ｂ）に示すように、燃料極−電解質共焼結体２０１上面の外周部に活性金属ろう材２３１を塗布する。次に、図３（Ｃ）に示すように、活性金属ろう材２３１上に金属セルカバー２２１の端部を配置した後、真空または不活性雰囲気中、７８０〜１２００℃で加熱し、燃料極−電解質共焼結体２０１と金属セルカバー２２１をろう付により接合する。この場合、活性金属ろう材２３１はガスシール部を構成する。次に、図３（Ｄ）に示すように、燃料極−電解質共焼結体２０１上面の中央部に空気極２１３を塗布し、大気雰囲気中、１０００〜１２００℃で加熱することにより、燃料極−電解質共焼結体２０１上で空気極２１３を燒結する。これにより、金属セルカバー２２１が接合された発電セル２０２が作製される。
【００１０】
次いで、図３（Ｅ）に示すように、金属セルカバー２２１下面の外周部にガラスシール材２３２を塗布するとともに、中央部が凹状をなす金属セパレータ２２２の上面に、金属セルカバー２２１が接合された発電セル２０２を配置する。この場合、金属セパレータ２２２と発電セル２０２との間に集電材２４１を介在させる。発電セル２０２が金属セルカバー２２１および金属セパレータ２２２に狭持される形態をなす単セル２０３が得られる。
【００１１】
次いで、図３（Ｆ）に示すように、単セル２０３の金属セルカバー２２１上面の外周部にガラスシール材２３３を塗布し、ガラスシール材２３３により絶縁体マニホールド２４２を貼り付ける。続いて、絶縁体マニホールド２４２の上面にガラスシール材２３４を塗布し、ガラスシール材２３４により単セル２０４を配置する。このような工程を繰り返すことにより所定の枚数が積層された燃料電池のスタック２０４が得られる。
【００１２】
次いで、大気雰囲気中、ガラス軟化点まで昇温させてスタック２０４を加熱することにより、ガラスシール材２３２〜２３４により部材同士が接着される。この場合、ガラスシール材２３２〜２３４はガスシール部を構成する。続いて、大気雰囲気中、８００〜９００℃でスタック２０４を加熱することにより、電池として起動することが可能となる。この場合、空気極１１３が酸化物で構成されているため、熱処理雰囲気は大気雰囲気に限られる。
【００１３】
シール材としてガラスシール材のみを用いる手法では、図４に示す工程が行われる。まず、図４（Ａ）に示すように、電解質３１２の両側に燃料極３１１および空気極３１３が設けられた発電セル３０２を準備する。次いで、図４（Ｂ）に示すように、凹状をなす金属セパレータ３２２の中央部に発電セル３０３を配置し、金属セパレータ３２２の外周部上面および発電セル３０２の外周部上面にガラスシール材３３２，３３１を塗布する。この場合、金属セパレータ３２２と発電セル３０３との間に集電材３４１を介在させる。次いで、図４（Ｃ）に示すように、ガラスシール材３３２，３３１により金属セルカバー３２１を貼り付ける。これにより、発電セル３０２が金属セルカバー３２１および金属セパレータ３２２に狭持された形態をなす単セル３０３が得られる。
【００１４】
続いて、図４（Ｄ），４（Ｅ）に示すように、活性金属ろう材を用いる手法（図３（Ｆ），３（Ｇ）に示す工程）と同様、絶縁体マニホールド３４２を間にして単セル３０３同士をガラスシール材３３３，３４３により貼り付けることにより、燃料電池のスタック２０４が得られる。次いで、大気雰囲気中、ガラス軟化点まで昇温させてスタック２０４を加熱することにより、ガラスシール材により部材同士が接着される。次いで、大気雰囲気中、８００〜９００℃でスタック３０４を加熱することにより、電池として起動することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００４−３１９２８６号公報
【特許文献２】特開２００５−３２７５５５号公報
【特許文献３】特開平１０−３２１２４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、シール材として活性金属ろう材２３１を用いる手法では、電池の起動用の熱処理以外に少なくとも３回の熱処理を行う必要があるため、生産性が低く、低コスト化が困難である。特に、Ｔｉなどの活性金属を用いた接合では、真空および不活性雰囲気での加熱処理が必須となり、製造コストが増大し、多くの時間を要する。
【００１７】
また、単セル２０３を積層するスタックの作製で用いるガラスシール材２３２〜２３４は、燃料電池のシール材としては強度が不十分であり、軟化点以下の温度では脆い特性を有している。そのため、作動温度から降温する際にクラックあるいは剥離が生じやすい。ガラスシール材２３２〜２３４は一度破損した場合、ガスの気密性が失われ、再度作動温度まで昇温すると、同等の性能を得ることができないため、熱サイクル性が損なわれる。また、ガラスシール材２３２〜２３４の成分が電極反応を阻害する虞や、ガラスシール材とセパレータの金属成分が反応して劣化の原因になる虞などがある。このようにガラスシール材を用いると、気密性、耐久性、および、起動・運転・停止に伴う熱サイクル性が低くなる。
【００１８】
一方、シール材としてガラスシール材３３１〜３３４のみを用いる手法では、電池の起動用の熱処理以外に必要な熱処理が１回であるから、スタックの作製工程の簡略化が可能であり、その結果、生産性が向上し、低コスト化を図ることができる。しかしながら、ガラスシール材３３１〜３３４を用いると、上記のガラスシール材２３２〜２３４の場合と同様、気密性、耐久性、および、起動・運転・停止に伴う熱サイクル性が低下する。
【００１９】
したがって、本発明は、生産性向上および低コスト化を図ることができるのはもちろんのこと、気密性、耐久性、および、熱サイクル性の向上を図ることができる固体酸化物型燃料電池およびその製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の固体酸化物型燃料電池は、部材同士の間をシールして外部へのガス漏出を防止するガスシール部を有し、ガスシール部は、大気接合用ろう材からなることを特徴としている。
【００２１】
本発明の固体酸化物型燃料電池は、次のような製造方法により製造される。すなわち、本発明の固体酸化物型燃料電池の製造方法は、上記固体酸化物型燃料電池の製造方法であって、部材同士は大気ろう付法を用いたろう付工程で接合され、ろう付工程のうちの少なくとも２以上を同時に行うことを特徴としている。
【００２２】
本発明の固体酸化物型燃料電池は、種々の構成を用いることができる。本発明の固体酸化物型燃料電池は、発電セルと、発電セルを狭持する金属セパレータおよび金属セルカバーと、金属セパレータと金属セルカバーとの端部同士の間に設けられる絶縁体マニホールドとを部材として備え、発電セルと金属セルカバーとの間、金属セパレータと金属セルカバーとの間、金属セパレータと絶縁体マニホールドとの間、および、金属セルカバーと絶縁体マニホールドとの間にはガスシール部を設けることができる。
【００２３】
本発明の固体酸化物型燃料電池の製造方法では、大気ろう付法を用いたろう付工程でガスシール部における部材同士を接合するので、熱処理が少なくとも３回必要な活性金属ろう付法とは異なり、必要な熱処理が１回であるから、生産性向上および低コスト化を図ることができる。また、Ｔｉなどの活性金属を用いる活性金属ろう付法とは異なり、熱処理雰囲気を大気雰囲気に設定することができるから、真空あるいは不活性雰囲気に設定することが不要となり、その結果、製造時間の短縮化を図ることができるとともに、低コスト化をさらに図ることができる。さらに、大気接合用ろう材を用いた場合、大気雰囲気中で、金属同士の接合、セラミックス同士の接合、および、金属とセラミックスの接合をフラックスなしで簡便に行うことができるとともに、それら接合界面は、高温水素/酸素雰囲気でも良好に保持されるから、ガスシール部の気密性、耐久性、および、熱サイクル性の向上を図ることができる。なお、大気接合用ろう材は、少なくとも一つのガスシール部に用いることができ、全てのガスシール部に用いると、上記効果を効果的に得ることができるので、好適である。
【００２４】
本発明の固体酸化物型燃料電池の製造方法は種々の構成を用いることができる。ろう付工程は、大気雰囲気中、８００℃以上９７０℃以下の温度で行うことができる。また、ろう付工程で用いられる大気接合用ろう材は、主成分としてＡｇを含み、添加元素としてＧｅ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｓｂ、Ｂｉ、および、それら元素の酸化物のうちの少なくとも一種を含むことができる。さらに、大気ろう付法では、燃料電池の起動運転に用いる加熱手段を使用することができる。この態様では、燃料電池の起動運転に通常使用されている加熱手段を利用することができるので、大気接合用ろう材の接合用の加熱手段を別途用意する必要がなく、かつ熱処理工程を別途行う必要がないから、製造時間の短縮化をさらに図ることができるとともに、低コスト化をさらに図ることができる。
【００２５】
絶縁体マニホールドとしては、主成分としてマグネシアを含み、添加元素としてアルミナおよびイットリアを含むセラミックス材料を用いることができる。絶縁体マニホールドは、マグネシアが７０wt％以上８０wt％以下、アルミナが１５wt％以上２５wt％以下、イットリア０wt％超８wt％以下から構成されるセラミックス材料を用いることができる。この態様では、接合相手の金属セルカバーおよび金属セパレータにフェライト形ステンレス鋼を用いる場合、絶縁体マニホールドの熱膨張係数は、接合相手の上記フェライト形ステンレス鋼と同等の熱膨張係数（１０．０×１０−６〜１４．０×１０−６℃−１）に調整することができるから、絶縁体マニホールドと金属セパレータの接合および絶縁体マニホールドと金属セルカバーの接合が良好となる。
【００２６】
複数の単セルを積層してスタックを組み立て、第１部材と第２部材との間でスタックを狭持する場合、第１部材および第２部材の少なくとも一方の部材とスタックとの間にセラミックス製の弾性部材を用いることができる。この態様では、電気的絶縁を確保することができるのはもちろんのこと、耐へたり性の向上を図ることができるとともに、片荷重による問題を解消することができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の固体酸化物型燃料電池あるいはその製造方法によれば、必要な熱処理が１回であり、しかも、熱処理雰囲気を真空あるいは不活性雰囲気に設定することが不要となるから、製造の容易化および製造時間の短縮化を図ることができるとともに、低コスト化を図ることができる。また、ガスシール部の気密性、耐久性、および、熱サイクル性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】（Ａ）〜（Ｅ）は、本発明の一実施形態に係る固体酸化物型燃料電池の製造方法の各工程を表す側断面図である。
【図２】図１に続く固体酸化物型燃料電池の製造方法の工程を表す側断面図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｇ）は、従来の固体酸化物型燃料電池の製造方法の各工程を表す側断面図である。
【図４】（Ａ）〜（Ｅ）は、従来の固体酸化物型燃料電池の製造方法の各工程を表す側断面図である。
【図５】発電セル（セル）と金属セルカバー間のガスシール部（大気接合用ろう材層）の断面構成を表し、（Ａ）が全体断面二次電子像(×４０)、（Ｂ）が拡大断面二次電子像(×５００)である。
【図６】金属セパレータと金属セルカバーとの間のガスシール部（大気接合用ろう材層）の断面構成を表し、（Ａ）が全体断面二次電子像(×４０)、（Ｂ）が拡大断面二次電子像(×５００)である。
【図７】金属セパレータと絶縁体マニホールドとの間のガスシール部（大気接合用ろう材層）の断面構成を表し、（Ａ）が全体断面二次電子像(×４０)、（Ｂ）が拡大断面二次電子像(×５００)である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。図１（Ａ）〜（Ｅ）は、本発明の一実施形態に係る固体酸化物型燃料電池の製造方法の各工程を表す側断面図である。図２は、図１に続く固体酸化物型燃料電池の製造方法の工程を表す側断面図である。
【００３０】
符号１０２は発電セル（図１（Ａ））、符号１０３は単セル（図１（Ｃ））、符号１０４はスタック（（図１（Ｅ）））を示している。本実施形態の固体酸化物型燃料電池（以下、燃料電池）では、金属セルカバー１２１上面中央部の凹部に発電セル１０２が配置され、発電セル１０２が金属セルカバー１２１および金属セパレータ１２２に狭持される形態をなしている。このような構成を有する複数の単セル１０４が絶縁体マニホールド１４２を間にして積層されることによりスタック１０４が構成されている。
【００３１】
スタック１０４では、発電セル１０２と金属セルカバー１２１との間、金属セルカバー１２１と金属セパレータ１２２との間、金属セパレータ１２２と絶縁体マニホールド１４２との間、および、金属セルカバー１２１と絶縁体マニホールド１４２との間には、大気接合用ろう材１３１〜１３４からなるガスシール部が形成されている。
【００３２】
本実施形態の固体酸化物型燃料電池（以下、燃料電池）の製造方法は、発電セルの準備工程（図１（Ａ））、大気接合用ろう材の塗布工程、スタックの組立工程（図１（Ｂ）〜１（Ｅ）、図２）、および、大気雰囲気中熱処理工程からなる。
【００３３】
まず、発電セルの準備工程において、図１（Ａ）に示すように、固体酸化物電解質１１２（以下、電解質）の両側に燃料極１１１および空気極１１３を有する発電セル１０２を準備する。次いで、大気接合用ろう材の塗布工程において、ガスシール部形成予定部に大気接合用ろう材１３１〜１３４を塗布する。具体的には、発電セル１０２の電解質１１２における空気極１１３側の一面の外周部に大気接合用ろう材１３１を塗布し、金属セパレータ１２２上面の外周部に大気接合用ろう材１３２を塗布し、絶縁体マニホールド１４２の上面に大気接合用ろう材１３３を塗布し、金属セルカバー１２１上面の外周部に大気接合用ろう材１３４を塗布する。
【００３４】
大気接合用ろう材の材質は、主成分としてＡｇを含み、添加元素としてＧｅ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｓｂ、Ｂｉ、および、それら元素の酸化物のうちの少なくとも一種を含むものである。大気接合用ろう材の形態は、特に限定されるものではなく、ペーストや、箔、ワイヤー、スラリー、ゾル、粉末などが挙げられる。大気接合用ろう材の塗布方法は、特に限定されるものではなく、ディスペンス塗布やスクリーン印刷などが挙げられる。集電材は、Ｎｉ、Ａｇ、あるいは、それら金属を含む合金の多孔質体が好適であり、その形状としては、細線形状や、メッシュ形状、格子形状、マット形状、発泡金属体形状が挙げられる。
【００３５】
続いて、スタックの組立工程において、図１（Ｂ）に示すように、凹状をなす金属セパレータ１２２上面の中央部に、集電材１４１を間にして発電セル１０２を配置する。この場合、集電材１４１を配置する代わりに、上記大気接合用ろう材を用い、集電層として塗布してもよい。
【００３６】
次いで、図１（Ｃ）に示すように、発電セル１０２上面の外周部および金属セパレータ１２２上面の外周部に塗布された大気接合用ろう材１３１，１３２上に、金属セルカバー１２１を配置する。 これにより、発電セル１０２が金属セルカバー１２１および金属セパレータ１２２に狭持された形態をなす単セル１０３が得られる。次いで、図１（Ｄ）に示すように、金属セルカバー１２１の大気接合用ろう材１３４上に、大気接合用ろう材１３３が上面に塗布された絶縁体マニホールド１４２を配置する。
【００３７】
絶縁体マニホールド１４２は、単セル１０３間の短絡を防止する電気絶縁部材である。絶縁体マニホールド１４２としては、ＭｇＯ系セラミックス材料を用いる。具体的には、絶縁体マニホールド１４２としては、主成分としてマグネシアを含み、添加元素としてアルミナおよびイットリアを含むセラミックス材料を用いる。より具体的には、絶縁体マニホールドは、マグネシアを７０wt％以上８０wt％以下、アルミナを１５wt％以上２５wt％以下、イットリアを０wt％超８wt％以下含有するセラミックス材料を用いる。この態様では、接合相手の金属セルカバー１２１および金属セパレータ１２２にフェライト形ステンレス鋼を用いる場合、絶縁体マニホールド１４２の熱膨張係数は、接合相手の上記フェライト形ステンレス鋼と同等の熱膨張係数（１０．０×１０−６〜１４．０×１０−６℃−１）に調整することができるから、絶縁体マニホールドと金属セパレータの接合および絶縁体マニホールドと金属セルカバーの接合が良好となる。
【００３８】
続いて、図１（Ｅ）に示すように、絶縁体マニホールド１４２上に単セル１０３を積層する。この場合、下側の単セル１０３の空気極１１３と上側の単セル１０３の金属セパレータ１２２との間に集電材１４２を配置する。これにより、燃料電池のスタック１０４が得られる。本実施形態では、スタック１０４を２個の単セル１０３から構成した例を示したが、図１（Ｂ）〜１（Ｅ）に示す工程を繰り返すことにより所定の枚数が積層された燃料電池スタックが得られる。
【００３９】
次に、図２に示すように、板材である第１部材１５１および第２部材１５２によりスタック１０４を狭持し、ボルト１５３により部材同士を締結する。この場合、たとえば第１部材１５１と上側の単セル１０３の金属セルカバー１２１との間にセラミックス製の弾性部材１５４（たとえば巻ばね）を配置する。この態様では、電気的絶縁を確保することができるのはもちろんのこと、耐へたり性の向上を図ることができるとともに、片荷重による問題を解消することができる。
【００４０】
次いで、大気雰囲気中熱処理工程において、燃料電池のスタック１０４を大気炉に投入し、大気雰囲気中、８００〜９７０℃、所定時間（たとえば５分〜６０分間）加熱する。これにより、ガスシール部の大気接合用ろう材１３１〜１３４が溶融し、ガスシール部で良好な気密性を得ることができる。このような熱処理では、大気炉の代わりに、燃料電池の起動・運転を行う加熱手段を用いることができる。この場合、たとえば燃料電池の運転温度が８００℃、大気接合用ろう材１３１〜１３４の接合温度が９７０℃であるときには、まず大気雰囲気中で、大気接合用ろう材１３１〜１３４の接合温度である９７０℃まで昇温させ、この状態を５分〜６０分間保持した後、燃料電池の運転温度である８００℃まで降温させ、電池として起動することができる。
【００４１】
以上のような製造方法により製造された燃料電池の実験例のガスシール部の全体断面二次電子像を図５〜７に示す。実験例では、大気接合用ろう材の形態としては、本出願人が提案している特願２００９−０５６８０５号に記載のペーストを用い、大気接合用ろう材の塗布方法としてはスクリーン印刷法を用いた。
【００４２】
図５は、発電セル（セル）と金属セルカバー間のガスシール部（大気接合用ろう材層）の断面構成を表し、図６は、金属セパレータと金属セルカバーとの間のガスシール部（大気接合用ろう材層）の断面構成を表し、図７は、金属セパレータと絶縁体マニホールドとの間のガスシール部（大気接合用ろう材層）の断面構成を表している。図５〜７では、（Ａ）が全体断面二次電子像(×４０)、（Ｂ）が拡大断面二次電子像(×５００)である。図５〜７から判るように、各ガスシール部では、相手部材への密着性が高い大気接合用ろう材層が形成されていることを確認した。これにより、ガスシール部において大気ろう付法を用いて部材同士を接合することにより、ガスシール部の気密性の向上を図ることができることを確認した。
【００４３】
以上のように本実施形態では、大気ろう付法を用いたろう付工程でガスシール部を接合するので、熱処理が少なくとも３回必要な活性金属ろう付法とは異なり、必要な熱処理が１回であるから、生産性向上および低コスト化を図ることができる。また、Ｔｉなどの活性金属を用いる活性金属ろう付法とは異なり、熱処理雰囲気を大気雰囲気に設定することができるから、真空あるいは不活性雰囲気に設定することが不要となり、その結果、製造時間の短縮化を図ることができるとともに、低コスト化をさらに図ることができる。さらに、大気接合用ろう材１３１〜１３４を用いた場合、大気雰囲気中で、金属同士の接合、セラミックス同士の接合、および、金属とセラミックスの接合をフラックスなしで簡便に行うことができるとともに、それら接合界面は、高温水素/酸素雰囲気でも良好に保持されるから、ガスシール部の気密性、耐久性、および、熱サイクル性の向上を図ることができる。
【００４４】
特に、燃料電池の起動運転に通常使用されている加熱手段を利用することができるので、大気接合用ろう材１３１〜１３４の接合用の加熱手段を別途用意する必要がなく、かつ熱処理工程を別途行う必要がないから、製造時間の短縮化を図ることができるとともに、低コスト化をさらに図ることができる。
【００４５】
以上、上記実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。たとえば、本実施形態の燃料電池の製造方法は、本発明の固体酸化物型燃料電池の製造方法の一例であって、本発明の範囲内で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。たとえば上記実施形態では、大気接合用ろう材の塗布工程において、各ガスシール部形成予定部に大気接合用ろう材を塗布したが、各部材の設置時に適宜大気接合用ろう材を塗布してもよい。また、大気雰囲気中熱処理工程において、全てのガスシール部における部材同士を同時に接合したが、少なくとも２以上のガスシール部における部材同士を同時に接合してもよい。
【符号の説明】
【００４６】
１０２…発電セル、１０３…単セル、１０４…スタック、１２１…金属セルカバー、１２２…金属セパレータ、１３１〜１３４…大気接合用ろう材（ガスシール部）、１４２…絶縁体マニホールド、１５４…弾性部材
【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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