(57)【要約】【課題】集電性能において優れた耐久性を発現し得る固体電解質形燃料電池用インターコネクタ、これを用いた固体電解質形燃料電池及び固体電解質形燃料電池の製造方法を提供すること。【解決手段】固体電解質形燃料電池用インターコネクタは、金属製インターコネクタ本体と、固体電解質形燃料電池の空気極側に配置される、該金属製インターコネクタ本体の表面の少なくとも一部に配設された集電層とを有する。該集電層は、ペロブスカイト型酸化物とビスマス酸化物とを少なくとも含む。  固体電解質形燃料電池は、上記固体電解質形燃料電池用インターコネクタと、該固体電解質形燃料電池用インターコネクタの集電層と電気的に接続された固体電解質形燃料電池の空気極とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製インターコネクタ本体と、
固体電解質形燃料電池の空気極側に配置される、上記金属製インターコネクタ本体の表面上の少なくとも一部に配設された集電層と、を有し、
上記集電層が、ペロブスカイト型酸化物とビスマス酸化物とを少なくとも含む、ことを特徴とする固体電解質形燃料電池用インターコネクタ。
【請求項２】
上記集電層が、ペロブスカイト型酸化物とビスマス酸化物含有ガラスとを少なくとも含む、ことを特徴とする請求項１に記載の固体電解質形燃料電池用インターコネクタ。
【請求項３】
上記ビスマス酸化物含有ガラスの含有量が、上記ペロブスカイト型酸化物及び上記ビスマス酸化物含有ガラスの全量を基準として、５〜１０質量％である、ことを特徴とする請求項２に記載の固体電解質形燃料電池用インターコネクタ。
【請求項４】
上記集電層が、ペロブスカイト型酸化物とビスマス酸化物とアルカリ土類金属酸化物とを少なくとも含む、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つの項に記載の固体電解質形燃料電池用インターコネクタ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つの項に記載の固体電解質形燃料電池用インターコネクタと、
上記固体電解質形燃料電池用インターコネクタの集電層と電気的に接続された固体電解質形燃料電池の空気極と、
を備えていることを特徴とする固体電解質形燃料電池。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか１つの項に記載の固体電解質形燃料電池用インターコネクタの集電層と固体電解質形燃料電池の空気極とを焼成によって接合する工程を含む、ことを特徴とする固体電解質形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、固体電解質形燃料電池用インターコネクタに関する。更に詳細には、本発明は、ペロブスカイト型酸化物とビスマス酸化物とを含む集電層を有する固体電解質形燃料電池用インターコネクタ、これを用いた固体電解質形燃料電池及び固体電解質形燃料電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、空気極とインターコネクタとの間の良好な電気的接続（集電）を得るために、空気極とインターコネクタと間に集電層を設けることが知られている。また、集電層としては、空気極と同種のペロブスカイト型酸化物層を用いることが知られている。具体的には、ペロブスカイト型酸化物粉末を含むペースト材をインターコネクタや空気極に塗布し、焼成することによって、空気極とインターコネクタとを接合する。しかし、得られる集電層は接合が難しく、更に集電層自体の電気伝導率が必ずしも高くないため、集電性能が十分なものであるとは言えないという問題点があった。
【０００３】
このような問題点に対して、集電性能を向上させるものとして、銀又は銀合金とペロブスカイト型酸化物とを少なくとも含む集電層を有するインターコネクタが開示されている（特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−５０６３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に記載のインターコネクタにおいては、銀又は銀合金を用いているため、集電性能における耐久性が十分なものではないという問題点があった。
【０００６】
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、集電性能において優れた耐久性を発現し得る固体電解質形燃料電池用インターコネクタ、これを用いた固体電解質形燃料電池及び固体電解質形燃料電池の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた。その結果、金属製インターコネクタ本体と、固体電解質形燃料電池の空気極側に配置される、該金属製インターコネクタ本体の表面上の少なくとも一部に配設された所定の集電層とを有する構成とすることなどにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、本発明の固体電解質形燃料電池用インターコネクタは、金属製インターコネクタ本体と、固体電解質形燃料電池の空気極側に配置される、該金属製インターコネクタ本体の表面の少なくとも一部に配設された集電層とを有し、該集電層が、ペロブスカイト型酸化物とビスマス酸化物とを少なくとも含むことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の固体電解質形燃料電池は、上記本発明の固体電解質形燃料電池用インターコネクタと、該固体電解質形燃料電池用インターコネクタの集電層と電気的に接続された固体電解質形燃料電池の空気極とを備えていることを特徴とする。
【００１０】
更に、本発明の固体電解質形燃料電池の製造方法は、上記本発明の固体電解質形燃料電池用インターコネクタの集電層と固体電解質形燃料電池の空気極とを焼成によって接合する工程を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、金属製インターコネクタ本体と、固体電解質形燃料電池の空気極側に配置される、該金属製インターコネクタ本体の表面上の少なくとも一部に配設された集電層とを有し、該集電層が、ペロブスカイト型酸化物とビスマス酸化物とを少なくとも含む構成とすることなどとしたため、集電性能において優れた耐久性を発現し得る固体電解質形燃料電池用インターコネクタ、これを用いた固体電解質形燃料電池及び固体電解質形燃料電池の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の固体電解質形燃料電池用インターコネクタ、固体電解質形燃料電池及び固体電解質形燃料電池の製造方法について詳細に説明する。
【００１３】
まず、本発明の一実施形態に係る固体電解質形燃料電池用インターコネクタについて図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１４】
［第１実施形態］
図１（ａ）は、第１実施形態に係る固体電解質形燃料電池用インターコネクタの概略的な構造を示す断面図である。同図に示すように、第１実施形態の固体電解質形燃料電池用インターコネクタ１０は、略矩形の溝（凹部）１２ａを有する金属製インターコネクタ本体１２と、インターコネクタ本体１２の表面上に配設された集電層１４とを有する。そして、集電層１４は、二点鎖線で示す固体電解質形燃料電池の空気極層２６側に配置されている。なお、集電層１４は、ペロブスカイト型酸化物とビスマス酸化物とを少なくとも含むものである。
【００１５】
また、図１（ａ）においては、固体電解質形燃料電池の空気極層２６側のインターコネクタ本体１２の表面上の全面に集電層１４が配設されている場合を示したが、本発明においては、これに限定されるものではない。すなわち、図示しないが、例えばインターコネクタ本体１２の凸部１２ｂにおける空気極層と接触し得る表面上のみに集電層を配設するようにしても良い。
【００１６】
集電層がペロブスカイト型酸化物とビスマス酸化物とを少なくとも含むものであることによって、集電層が銀や銀合金を必須成分として含む場合には、不可避であった銀の移動（マイグレーション）による銀の消失や局所的な凝集を抑制ないし防止することができる。これにより、集電性能の低下を抑制ないし防止することが可能となり、集電性能において優れた耐久性を発揮することができる。
また、ビスマス酸化物は、導電性酸化物の中でも、５００℃以上の高温酸化雰囲気下でより安定であり、かつ、高い電気伝導性を有するものである。ビスマス酸化物自体や後述するビスマス酸化物含有ガラスはペロブスカイト型酸化物と混ぜ合わせることが可能であり、これによって、集電層自体の電気伝導率を高めることができるため、集電性能やその耐久性を向上させることができる。また、ペロブスカイト型酸化物とビスマス酸化物を含む集電層は、それを介した空気極とインターコネクタ本体との密着性を向上させることができ、更に、集電性能やその耐久性を向上させることができる。
【００１７】
更に、ペロブスカイト型酸化物とビスマス酸化物とを少なくとも含む集電層が配設されているものであることによって、所望の金属製インターコネクタをそのまま適用することができるという副次的効果を得ることができる。
つまり、固体電解質形燃料電池の空気極側は高温酸化雰囲気であるため、例えばインターコネクタとして金属製のものを用いる場合には、耐熱性を有するクロムを含むステンレス鋼からなるインターコネクタを適用することが望ましい。しかしながら、集電層が銀や銀合金を必須成分として含むものである場合には、銀相中にステンレス鋼中のクロムが溶け出し、銀相中をクロムが移動し、空気極の表面や内部にクロムが析出して、クロムと空気極材料に含まれる成分（例えばストロンチウムなど。）とが反応して、空気極の性能が劣化することがあり、耐熱性を有するクロムを含むステンレス鋼をそのままインターコネクタとして適用することは困難であった。一方で、本発明における集電層は、銀や銀合金を必須成分として含むものではないため、上述した空気極の性能の劣化を抑制ないし防止することができる。つまり、金属製インターコネクタ本体の組成を決定するに当たって、例えば上述した空気極の性能の劣化を考慮せずに行うことができるため、金属製インターコネクタ本体の組成における設計自由度が高まるという利点がある。また、空気極の組成を決定するに当たっても、例えば上述した空気極の性能の劣化を考慮せずに行うことができるため、空気極の組成における設計自由度が高まるという利点がある。
【００１８】
ここで、ペロブスカイト型酸化物としては、一般式ＡＢＯ３のペロブスカイト型結晶構造を有する酸化物を挙げることができる。なお、Ａ金属、Ｂ金属は、他の金属と置換可能である。その中でも、Ａ金属がランタン（Ｌａ）、Ｂ金属が遷移金属Ｍ（コバルト（Ｃｏ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ））の酸化物ＬａＭＯ３は、高い電気伝導率を有するという観点から、好適に用いることができる。このうち、Ｌａの一部をアルカリ土類金属ＡＥ（ストロンチウム（Ｓｒ）、カルシウム（Ｃａ））に置換した（Ｌａ、ＡＥ）ＭＯ３（ＡＥ＝｛Ｓｒ、Ｃａ｝、Ｍ＝｛Ｃｏ、Ｍｎ、Ｆｅ｝）は、電気伝導率や熱膨張率などの性質を種々調整可能であるという観点から、好適に用いることができる。より具体的には、ランタン・ストロンチウム・マンガン酸化物（ＬＳＭ（Ｌａ１−ｘＳｒｘＭｎＯ３）（０＜ｘ＜１（以下同じ。）））、ランタン・カルシウム・マンガン酸化物（ＬＣＭ（Ｌａ１−ｘＣａｘＭｎＯ３））、ランタン・ストロンチウム・コバルト酸化物（ＬＳＣ（Ｌａ１−ｘＳｒｘＣｏＯ３））、サマリウム・ストロンチウム・コバルト酸化物（ＳＳＣ（Ｓｍ１−ｘＳｒｘＣｏＯ３））などのペロブスカイト型酸化物を挙げることができる。
【００１９】
集電層としては、上述したペロブスカイト型酸化物とビスマス酸化物とを少なくとも含むものであれば、特に限定されるものではない。例えば、集電層において、ペロブスカイト型酸化物とビスマス酸化物とはそれぞれ均一に分散した状態で含まれていてもよく、それぞれ不均一に偏った状態で含まれていてもよい。偏った状態で含まれている場合の具体例としては、ペロブスカイト型酸化物やビスマス酸化物の含有割合が例えば集電層の厚み方向や平面方向に傾斜構造を有する場合を挙げることができる。
【００２０】
また、例えばビスマス酸化物はビスマス酸化物を含有するガラス（ビスマス酸化物含有ガラス）として含まれていても良い。
ここで、「ビスマス酸化物含有ガラス」とは、ビスマス酸化物を主成分として含有している物質をいう。
【００２１】
具体的には、例えば、ビスマス酸化物の他にケイ素酸化物やアルミニウム酸化物、ホウ素酸化物などを含むビスマス酸化物含有ガラスを好適に用いることができる。このようなビスマス酸化物含有ガラスは軟化点を下げることができ、空気極とインターコネクタ本体との密着性を向上させることができ、より集電性能を向上させることができる。
また、通常、従来の緻密な集電層を構成するペロブスカイト型酸化物などのセラミックスの熱膨張率は、金属の熱膨張率と著しい差を有するが、このようなビスマス酸化物含有ガラスを含む集電層は、その組成を調整することにより、その熱膨張率を金属の熱膨張率とほぼ一致させることができる。これによって、クラックの発生を抑制ないし防止することができる。
なお、このような組成のビスマス酸化物含有ガラスを含む集電層は、比較的容易に形成することができる。また、ビスマス酸化物含有ガラスは、緻密な集電層を構成するセラミックスと比較して安価な材料であり、低コスト化という観点からも、好適に用いることができる。
【００２２】
上記集電層においては、特に限定されるものではないが、例えば上述したペロブスカイト型酸化物とビスマス酸化物含有ガラスとの全量を基準として、ビスマス酸化物含有ガラスの含有量が５〜１０質量％であることが好ましい。ビスマス酸化物含有ガラスの含有量が５〜１０質量％の範囲内である場合には、集電性能において、優れた耐久性を発揮することができるとともに、より優れた発電性能を発揮することができる。
【００２３】
上記固体電解質形燃料電池は、集電層において、上述したペロブスカイト型酸化物とビスマス酸化物とに加え、アルカリ土類金属酸化物を含ませても良い。
このような集電層は、例えばクロムを含む金属製セパレータ本体を用いた場合に、本体からのクロムやクロム酸化物の揮発（蒸発）を抑制するだけでなく、集電層に含まれるアルカリ土類金属酸化物がクロムやクロム酸化物を捕捉することができるため、クロムやクロム酸化物などを原因とする発電要素の発電性能の劣化を抑制ないし防止し得るものとなる。
【００２４】
アルカリ土類金属酸化物の一例であるバリウム酸化物は、クロム酸バリウムとなってクロムなどを捕捉する。また、ストロンチウム酸化物は、クロム酸ストロンチウムとなってクロムなどを捕捉する。
【００２５】
上記アルカリ土類金属酸化物としては、例えばベリリウム酸化物やマグネシウム酸化物、カルシウム酸化物、ストロンチウム酸化物、バリウム酸化物などを挙げることができる。これらはいずれか一種類を含んでいればよく、二種類以上が含まれていてもよい。
【００２６】
なお、上記集電層においても、特に限定されるものではないが、ビスマス酸化物とアルカリ土類金属酸化物とは、ビスマス酸化物含有ガラスとして含まれていても良い。また、上記集電層においても、例えば上述したペロブスカイト型酸化物とビスマス酸化物含有ガラスとの全量を基準として、ビスマス酸化物含有ガラスの含有量が５〜１０質量％であることが好ましい。ビスマス酸化物含有ガラスの含有量が５〜１０質量％の範囲内である場合には、集電性能において、優れた耐久性を発揮することができるとともに、より優れた発電性能を発揮することができる。
なお、ビスマス酸化物含有ガラスの含有量は、例えばＥＰＭＡ分析、蛍光Ｘ線分析、ＩＣＰ分光分析を用いた成分分析により、定量することができる。
【００２７】
また、上記集電層において、ペロブスカイト型酸化物の平均粒径は、０．５〜５μｍであることが好ましく、ビスマス酸化物やビスマス酸化物ガラスの平均粒径は、０．５〜５μｍであることが好ましい。このような範囲の平均粒径であると、集電性能やその耐久性を向上させることができるとともに、集電層を生産性良く形成することができる。但し、上記の範囲を外れる平均粒径ペロブスカイト型酸化物等を用いても、もちろんよい。
ここで、「平均粒径」とは、動的光散乱法により得られる平均粒径（メディアン粒径、Ｄ５０）をいう。
【００２８】
また、金属製インターコネクタ本体としては、固体電解質形燃料電池の動作温度に対する耐熱性を有するものとして、例えばクロム（Ｃｒ）を含むステンレス鋼を好適に適用することができ、その中でもフェライト系ステンレス鋼をより好適に適用することができるが、これに限定されるものではない。すなわち、例えばクロムを含むニッケル基合金など種々の耐熱性合金を適用することができる。
クロムを含むステンレス鋼においては、例えば、クロム（Ｃｒ）を１５〜３０質量％の割合で含むものを好適に用いることができる。クロムの含有量が上記範囲内であると耐熱性や耐酸化性、加工性に優れるという観点から好ましい。また、低コスト化という観点からも、好適に用いることができる。
【００２９】
［第２実施形態］
図１（ｂ）は、第２実施形態に係る固体電解質形燃料電池用インターコネクタの概略的な構造を示す断面図である。また、第１実施形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。
同図に示すように、第２実施形態の固体電解質形燃料電池用インターコネクタは、インターコネクタ本体の形状が、上述した第１実施形態の固体電解質形燃料電池用インターコネクタと相違している。
すなわち、本実施形態の固体電解質形燃料電池用インターコネクタ１０’においては、略矩形の溝を有するインターコネクタ本体ではなく、平板にメッシュ体を溶接して作製されるインターコネクタ本体１２’が適用されている。
【００３０】
ここで、上述した第１実施形態の固体電解質形燃料電池用インターコネクタの製造方法の一例について説明する。
まず、インターコネクタ本体を用意する。一方、上述したペロブスカイト型酸化物の粉末とビスマス酸化物やビスマス酸化物含有ガラスの粉末とをバインダや溶剤などと混練して、集電層スラリを用意する。
次いで、得られた集電層スラリをインターコネクタ本体の固体電解質形燃料電池の空気極側の表面上の全面にスプレー塗布し、６０〜１２０℃で０．５〜１時間乾燥することにより、固体電解質形燃料電池用インターコネクタを得ることができる。
なお、この状態はインターコネクタ上に集電層を形成した状態であり、最終的には集電層を形成したインターコネクタと空気極を合わせた後、更に７００〜９００℃で０．５〜１時間焼成することにより、良好な集電を得ることができる。
【００３１】
また、上述した第１実施形態の固体電解質形燃料電池用インターコネクタの製造方法のその他の例としては、集電層の形成方法として、例えばスクリーン印刷法や、溶射法、電気泳動法、めっき法など各種の方法を利用する方法を挙げることができる。
【００３２】
また、上述した第２実施形態の固体電解質形燃料電池用インターコネクタの製造方法についても上述した第１実施形態の固体電解質形燃料電池用インターコネクタの製造方法と同様の方法を採用することができる。
なお、金属平板とメッシュ体とは電気的に接続し得れば、集電層を形成した後に接合してもよく、接合した後に集電層を形成してもよい。
【００３３】
次に、本発明の一実施形態に係る固体電解質形燃料電池について図面を参照しながら詳細に説明する。
図２（ａ）及び（ｂ）は、第１実施形態及び第２実施形態に係る固体電解質形燃料電池の概略的な構造を示す断面図である。また、上述した第１実施形態及び第２実施形態に係る固体電解質形燃料電池用インターコネクタにおいて説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。
同図に示すように、第１実施形態及び第２実施形態の固体電解質形燃料電池は、それぞれ上述した第１実施形態及び第２実施形態の固体電解質形燃料電池用インターコネクタ１０、１０’に加えて、固体電解質形燃料電池用インターコネクタ１０、１０’の集電層１４と電気的に接続された固体電解質形燃料電池の空気極層２６を備えている。
更に詳しく言えば、本実施形態においては、上述した本発明の一実施形態に係る固体電解質形燃料電池用インターコネクタ１０、１０’と固体電解質形燃料電池の発電要素２０とを備え、固体電解質形燃料電池用インターコネクタ１０、１０’の集電層１４と固体電解質形燃料電池の発電要素２０の空気極層２６とが電気的に接続している。
なお、固体電解質形燃料電池の発電要素２０は、燃料極基板２２、固体電解質層２４及び空気極層２６から構成されている。
また、図示しないが、固体電解質形燃料電池は、発電要素をインターコネクタを介して多段に積層して、外部に電力を取り出す構造を有している。
【００３４】
したがって、固体電解質形燃料電池用インターコネクタの集電性能における耐久性を優れたものとすることによって、長期間に亘って発電された電力を損失なく取り出すことができる。
【００３５】
ここで、固体電解質形燃料電池の発電要素については、特に限定されるものではないが、燃料極の材料として、例えばニッケル（Ｎｉ）−８ｍｏｌ％イットリア安定化ジルコニア（８ＹＳＺ）を用いることができる。また、固体電解質の材料として、例えば８ＹＳＺを用いることができる。更に、空気極の材料として、例えばランタン・ストロンチウム・マンガン酸化物（ＬＳＭ）やランタン・カルシウム・マンガン酸化物（ＬＣＭ）、ランタン・ストロンチウム・コバルト酸化物（ＬＳＣ）、ランタン・カルシウム・コバルト酸化物（ＬＣＣ）、サマリウム・ストロンチウム・コバルト酸化物（ＳＳＣ）、ランタン・ストロンチウム・マンガン・コバルト酸化物（ＬＳＭＣ）、ランタン・ストロンチウム・マンガン・鉄酸化物（ＬＳＭＦ）などを用いることができる。
【００３６】
次に、本発明の一実施形態に係る固体電解質形燃料電池の製造方法について詳細に説明する。
本実施形態の固体電解質形燃料電池の製造方法は、上述した本発明の一実施形態に係る固体電解質形燃料電池の製造方法であって、上述した本発明の一実施形態に係る固体電解質形燃料電池用インターコネクタの集電層と固体電解質形燃料電池の空気極とを焼成によって接合する工程を含む製造方法である。
【００３７】
上述した本実施形態の固体電解質形燃料電池用インターコネクタの製造方法の一例について説明する。
具体的には、上述した本発明の一実施形態に係る固体電解質形燃料電池用インターコネクタの集電層と固体電解質形燃料電池の空気極とを対向する所定の位置に配置し、荷重を掛けながら、大気中、８５０〜９００℃で０．５〜１時間加熱し、焼結させることにより、電気的に接続して、固体電解質形燃料電池を得ることができる。
なお、多段に積層する場合には、インターコネクタの集電層と固体電解質形燃料電池の空気極とを対向する所定の位置に順次配置して接合処理を施してもよく、インターコネクタの集電層と固体電解質形燃料電池の空気極とを対向する所定の位置に多段配置して接合処理を施してもよい。
【実施例】
【００３８】
以下、本発明を実施例及び比較例により更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。具体的には、以下の各例に記載したような操作を行い、図１に示したような固体電解質形燃料電池用インターコネクタ及び図２に示したような固体電解質形燃料電池を作製し、更に図３に示したような評価用ユニットを作製し、その性能を評価した。
【００３９】
なお、以下の実施例及び比較例において、各種粉末の平均粒径は、動的光散乱法を実行する動的光散乱式粒径分布測定装置（株式会社堀場製作所製、ＬＢ−５５０）を用いて測定した。
【００４０】
（実施例１）
まず、ペロブスカイト型酸化物の一例である平均粒径３μｍのランタン・ストロンチウム・マンガン酸化物（ＬＳＭ）粉末と、ビスマス酸化物含有ガラスの一例である平均粒径１０μｍのビスマス酸化物含有ガラス（ビスマス酸化物（Ｂｉ２Ｏ３）：ケイ素酸化物（ＳｉＯ２）：アルミニウム酸化物（Ａｌ２Ｏ３）：ホウ素酸化物（Ｂ２Ｏ３）＝７０質量部：１０質量部：５質量部：１５質量部）粉末と、バインダとしてのエチルセルロースと、溶剤としての酢酸ブチルカルビトールとを混練して、集電層スラリを調製した。
このとき、ペロブスカイト型酸化物及びビスマス酸化物含有ガラスの全量を基準として、ビスマス酸化物含有ガラスの含有量を１０質量％とした。なお、ビスマス酸化物含有ガラスの含有量については、ＩＣＰ分光分析を用いた成分分析により、確認のために定量も行った（以下同じ。）。
次に、得られた集電層スラリを、略矩形の溝を有する金属製インターコネクタ（Ｆｅ−２２質量％Ｃｒフェライト系ステンレス鋼）の表面にスプレー噴霧し、８０℃で３０分間乾燥し、集電層を形成して、本例の固体電解質形燃料電池用インターコネクタを得た。
【００４１】
一方、固体電解質形燃料電池の単セルとしては、厚み８００μｍのニッケル−イットリア安定化ジルコニア（Ｎｉ−８ＹＳＺ（８ｍｏｌ％イットリア安定化ジルコニア））の燃料極基板上に、厚み３０μｍの８ＹＳＺの電解質層と厚み３０μｍのＬＳＭの空気極層とを順次形成したものを用意した。
【００４２】
本例の固体電解質形燃料電池用インターコネクタの集電層と固体電解質形燃料電池の発電要素の空気極層とを対向する位置に配置し、荷重を掛けながら、大気中、８５０℃で１時間加熱し、焼結させることにより、接合して、本例の固体電解質形燃料電池を得た。
【００４３】
（比較例１）
まず、ペロブスカイト型酸化物の一例である平均粒径３μｍのランタン・ストロンチウム・マンガン酸化物（ＬＳＭ）粉末と、銀合金（Ａｇ−４ｍｏｌ％Ｃｕ）粉末と、バインダとしてのエチルセルロースと、溶剤としての酢酸ブチルカルビトールとを混練して、集電層スラリを調製した。
このとき、ペロブスカイト型酸化物及び銀合金の全量を基準として、銀合金の含有量を１０質量％とした。
次に、得られた集電層スラリを、実施例１と同様の金属製インターコネクタの表面にスプレー噴霧し、６０℃で３０分間乾燥し、集電層を形成して、本例の固体電解質形燃料電池用インターコネクタを得た。
【００４４】
（比較例２）
ペロブスカイト型酸化物の一例である平均粒径３μｍのランタン・ストロンチウム・マンガン酸化物（ＬＳＭ）粉末と、バインダとしてのエチルセルロースと、溶剤としての酢酸ブチルカルビトールとを混練して、集電層スラリを調製した。
次に、得られた集電層スラリを、実施例１と同様の金属製インターコネクタの表面にスプレー噴霧し、８０℃で３０分間乾燥し、集電層を形成して、本例の固体電解質形燃料電池用インターコネクタを得た。
【００４５】
（比較例３）
比較のために、実施例１で用いた金属製インターコネクタを９００℃で３０分間加熱したものを、本例の固体電解質形燃料電池用インターコネクタとした。
【００４６】
［性能評価］
（初期における集電性能の評価）
実施例１、比較例１、比較例２及び比較例３の固体電解質形燃料電池用インターコネクタを用いて、初期における集電性能の評価を行った。
具体的には、まず、ペロブスカイト型酸化物の一例である平均粒径３μｍのランタン・ストロンチウム・マンガン酸化物（ＬＳＭ）粉末と、バインダとしてのエチルセルロースと、溶剤としての酢酸ブチルカルビトールとを混練して、空気極層スラリを調製した。次に、得られた空気極層スラリを、金属製平板（Ｆｅ−２２質量％Ｃｒフェライト系ステンレス鋼）の表面にスクリーン印刷により塗布し、焼成して、金属製平板５０に空気極層２６を形成して、評価用空気極層を作製した（図３（ａ）参照。）。更に、実施例１の固体電解質形燃料電池用インターコネクタの集電層と得られた評価用空気極層とを対向する位置に配置し、荷重を掛けながら、大気中、８５０℃で１時間加熱し、焼結させることにより、接合して、図３（ａ）に示す実施例１の評価用ユニットを作製した。また、比較例１〜３の固体電解質形燃料電池用インターコネクタについても同様の操作を繰り返して、各例の評価用ユニットを作製した。しかる後、各例の評価用ユニットについて、大気中、５５０〜８００℃の環境下での、各例の評価用ユニットにおける金属製インターコネクタと金属製平板との間の抵抗を４端子法で測定した。得られた結果を図４に示す。
【００４７】
図４より、本発明の範囲に属する実施例１の固体電解質燃料電池用インターコネクタは、本発明外の比較例１の固体電解質燃料電池用インターコネクタに比べると、抵抗は高いものの、比較例２や比較例３の固体電解質燃料電池用インターコネクタに比べると、抵抗が低くなっていることが分かる。
【００４８】
（集電性能における耐久性の評価）
実施例１及び比較例１の固体電解質形燃料電池用インターコネクタを用いて、耐久性の評価を行った。
具体的には、まず、上述した初期における集電性能の評価における評価用ユニット作製手順と同様の操作を繰り返して、各例の評価用ユニットを作製した。しかる後、各例の評価用ユニットを、大気中、７５０℃の環境下に布置したときの、各例の評価用ユニットにおける金属製インターコネクタと金属製平板との間の抵抗を４端子法で測定した。得られた結果を図５に示す。
【００４９】
図５より、本発明の範囲に属する実施例１の固体電解質形燃料電池用インターコネクタは、本発明外の比較例１の固体電解質形燃料電池用インタコネクタに比べて、抵抗が増加する経時変化が殆どなく、集電性能において優れた耐久性を有することが分かる。
また、７５０℃における集電抵抗が１０ｍΩｃｍ２以下であり、集電性能が十分なものであるとも言える。
【００５０】
（実施例２）
実施例１の集電層スラリの調製において、ペロブスカイト型酸化物及びビスマス酸化物含有ガラスの全量を基準として、ビスマス酸化物含有ガラスの含有量を５質量％としたこと以外は、実施例１と同様の操作を繰り返して、本例の固体電解質形燃料電池用インターコネクタを得た。
【００５１】
更に、実施例１の固体電解質形燃料電池用インターコネクタに代えて、本例の固体電解質形燃料電池用インターコネクタを用いたこと以外は、実施例１と同様の操作を繰り返して、本例の固体電解質形燃料電池を得た。
【００５２】
（実施例３）
実施例１の集電層スラリの調製において、ペロブスカイト型酸化物及びビスマス酸化物含有ガラスの全量を基準として、ビスマス酸化物含有ガラスの含有量を２０質量％としたこと以外は、実施例１と同様の操作を繰り返して、本例の固体電解質形燃料電池用インターコネクタを得た。
【００５３】
更に、実施例１の固体電解質形燃料電池用インターコネクタに代えて、本例の固体電解質形燃料電池用インターコネクタを用いたこと以外は、実施例１と同様の操作を繰り返して、本例の固体電解質形燃料電池を得た。
【００５４】
実施例１〜３の固体電解質形燃料電池用インターコネクタを用いて、集電性能の評価を行った。
具体的には、まず、上述した初期における集電性能の評価における評価用ユニット作製手順と同様の操作を繰り返して、各例の評価用ユニットを作製した。しかる後、各例の評価用ユニットについて、大気中、５５０〜７５０℃の環境下で、各例の評価用ユニットにおける金属製インターコネクタと金属製平板との間の抵抗を４端子法で測定した。得られた結果を図６に示す。
【００５５】
図６より、本発明の範囲に属する実施例１〜３においては、ビスマス酸化物含有ガラスの含有量が増加するにしたがって、抵抗が小さくなる傾向があることが分かる。
ペロブスカイト型酸化物及びビスマス酸化物含有ガラスの全量を基準として、ビスマス酸化物含有ガラスの含有量が２０質量％である実施例３は、抵抗が小さくなるという観点においては、良好であるが、ペロブスカイト型酸化物及びビスマス酸化物含有ガラスの全量を基準として、ビスマス酸化物含有ガラスの含有量が２０質量％であると、詳細な理由は明らかではないが、空気極層が緻密化する現象が確認された。従って、ビスマス酸化物の含有量が５〜１０質量％であると、発電性能の劣化につながる空気極の緻密化を確実に回避することができるため好ましい。
【００５６】
（実施例４）
実施例１の集電層スラリの調製において、ビスマス酸化物含有ガラスの一例である平均粒径１０μｍのビスマス酸化物含有ガラス（ビスマス酸化物（Ｂｉ２Ｏ３）：ケイ素酸化物（ＳｉＯ２）：アルミニウム酸化物（Ａｌ２Ｏ３）：ホウ素酸化物（Ｂ２Ｏ３）＝７０質量部：１０質量部：５質量部：１５質量部）粉末に代えて、平均粒径１０μｍのビスマス酸化物・バリウム酸化物含有ガラス（ビスマス酸化物（Ｂｉ２Ｏ３）：バリウム酸化物（ＢａＯ）：ケイ素酸化物（ＳｉＯ２）：アルミニウム酸化物（Ａｌ２Ｏ３）：ホウ素酸化物（Ｂ２Ｏ３）＝６５質量部：１０質量部：５質量部：５質量部：５質量部）粉末を用いたこと以外は、実施例１と同様の操作を繰り返して、本例の固体電解質形燃料電池用インターコネクタを得た。
【００５７】
更に、実施例１の固体電解質形燃料電池用インターコネクタに代えて、本例の固体電解質形燃料電池用インターコネクタを用いたこと以外は、実施例１と同様の操作を繰り返して、本例の固体電解質形燃料電池を得た。
【００５８】
実施例４の固体電解質形燃料電池用インターコネクタを用いて、集電性能の評価を行った。
具体的には、上述した初期における集電性能の評価における評価用ユニット作製手順と同様の操作を繰り返して、実施例４の評価用ユニットを作製した。しかる後、評価用ユニットについて、大気中、５５０〜７５０℃の環境下で、実施例４の評価用ユニットにおける金属製インターコネクタと金属製平板との間の抵抗を４端子法で測定した。得られた結果を実施例１の結果と共に、図７に示す。
【００５９】
図７より、本発明の範囲に属する実施例４においては、バリウム酸化物を加えているが、実施例１と同程度の優れた集電性能を有することが分かる。
また、クロムを含むステンレス製インターコネクタ中に含まれるクロムは、高温酸化雰囲気においては、蒸発（揮発）し、空気極に付着して起こる空気極の劣化に伴い、発電性能が低下することが知られているが、アルカリ土類金属酸化物の一例であるバリウム酸化物を加えることによって、そのクロムとの親和性の強さを利用して、発電性能を維持することができる。
【００６０】
（実施例５）
実施例１の固体電解質形燃料電池用インターコネクタの作製において、略矩形の溝を有する金属製インターコネクタ（Ｆｅ−２２質量％Ｃｒフェライト系ステンレス鋼）に代えて、金属製平板（Ｆｅ−２２質量％Ｃｒフェライト系ステンレス鋼）に、線径φが０．１ｍｍであり、メッシュサイズ＃５０である金属製メッシュ体（Ｆｅ−２２質量％Ｃｒフェライト系ステンレス鋼）を溶接したものを用いたこと以外は、実施例１と同様の操作を繰り返して、本例の固体電解質形燃料電池用インターコネクタを得た。
なお、メッシュサイズとは、１インチ平方当たりの目の数を意味する。
【００６１】
更に、実施例１の固体電解質形燃料電池用インターコネクタに代えて、本例の固体電解質形燃料電池用インターコネクタを用いたこと以外は、実施例１と同様の操作を繰り返して、本例の固体電解質形燃料電池を得た。
【００６２】
実施例５の固体電解質形燃料電池用インターコネクタを用いて、集電性能の評価を行った。
具体的には、上述した初期における集電性能の評価における評価用ユニット作製手順と同様の操作を繰り返して、図３（ｂ）に示す実施例５の評価用ユニットを作製した。しかる後、評価用ユニットについて、大気中、５５０〜７５０℃の環境下で、実施例５の評価用ユニットにおける金属製インターコネクタと金属製平板との間の抵抗を４端子法で測定した。得られた結果を図８に示す。
【００６３】
図８より、インターコネクタ本体の形態が異なっても、ほぼ同等の抵抗を示すことが分かる。
【００６４】
以上、本発明を若干の実施形態及び実施例によって説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。
【００６５】
例えば、上述した各実施形態及び実施例においては、固体電解質形燃料電池の発電要素として燃料極基板を用いた燃料極支持型を用いる場合を例に挙げて説明したが、固体電解質形燃料電池の発電要素として空気極支持型、電解質支持型及び多孔質金属支持型のいずれを採用する場合についても、本発明を適用することができる。
【００６６】
また、上述した各実施形態及び実施例においては、固体電解質形燃料電池の発電要素として酸化物イオン伝導性を有する固体電解質を用いる場合を例に挙げて説明したが、固体電解質形燃料電池の発電要素としてプロトン伝導性を有する固体電解質、例えば固体酸を用いる場合についても、本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】第１実施形態及び第２実施形態に係る固体電解質形燃料電池用インターコネクタの概略的な構造を示す断面図（ａ）及び（ｂ）である。
【図２】第１実施形態及び第２実施形態に係る固体電解質形燃料電池の概略的な構造を示す断面図（ａ）及び（ｂ）である。
【図３】実施例１及び実施例５で用いた評価用ユニットの概略的な構造を示す断面図（ａ）及び（ｂ）である。
【図４】各例における温度と集電抵抗との関係を示すグラフである。
【図５】各例における耐久時間と集電抵抗との関係を示すグラフである。
【図６】各例における温度と集電抵抗との関係を示すグラフである。
【図７】各例における温度と集電抵抗との関係を示すグラフである。
【図８】実施例５における温度と集電抵抗との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６８】
１０、１０’  固体電解質形燃料電池用インターコネクタ
１２、１２’  金属製インターコネクタ本体
１２ａ        凹部
１２ｂ        凸部
１４          集電層
２０          固体電解質形燃料電池の発電要素
２２          燃料極基板
２４          固体電解質層
２６          空気極層
５０          金属製平板
【図１】
2010157387.tif 000003
【図２】
2010157387.tif 000004
【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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【図８】
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