(57)【要約】【課題】導電性部材の電気抵抗の上昇を効果的に抑制する。【解決手段】導電性部材は、金属部材と、酸化被膜層と、被覆層とを備える。金属部材は、ＦｅとＣｒとを含有する基部と、ＦｅとＣｒとＣｏとを含有し、Ｃｏ濃度が、１．０ｗｔ％以上であり、かつ、基部のＣｏ濃度より高い合金相とを有する。酸化被膜層は、金属部材における合金相により構成された表面上に配置され、Ｃｒ酸化物を含む。酸化被膜層のＣｒ濃度は、金属部材のＣｒ濃度より高い。被覆層は、酸化被膜層における金属部材に対向する表面とは反対側の表面上に配置され、Ｃｏ酸化物を含む。【選択図】図８
2018181745.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性部材であって、
ＦｅとＣｒとを含有する基部と、
ＦｅとＣｒとＣｏとを含有し、Ｃｏ濃度が、１．０ｗｔ％以上であり、かつ、前記基部のＣｏ濃度より高い合金相と、
を有する金属部材と、
前記金属部材における前記合金相により構成された表面上に配置され、Ｃｒ酸化物を含み、Ｃｒ濃度が前記金属部材のＣｒ濃度より高い酸化被膜層と、
前記酸化被膜層における前記金属部材に対向する表面とは反対側の表面上に配置され、Ｃｏ酸化物を含む被覆層と、
を備えることを特徴とする、導電性部材。
【請求項２】
請求項１に記載の導電性部材において、
前記合金相においてＳＥＭ−ＥＤＳにより各元素の強度を特定したとき、Ｃｏの強度はＣｒの強度より低いことを特徴とする、導電性部材。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の導電性部材において、
前記合金相における一の部分のＣｏ濃度は、前記合金相における前記一の部分より前記基部から離れた部分のＣｏ濃度より低いことを特徴とする、導電性部材。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の導電性部材において、
前記被覆層に含まれる前記Ｃｏ酸化物は、ＣｒとＭｎとＦｅとＮｉとＣｕとＺｎとの少なくとも１つの元素を含有することを特徴とする、導電性部材。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の導電性部材において、
前記導電性部材は、固体酸化物形の電気化学反応単位の集電部材であることを特徴とする、導電性部材。
【請求項６】
電気化学反応単位であって、
固体酸化物を含む電解質層と前記電解質層を挟んで第１の方向に互いに対向する空気極および燃料極とを含む電気化学反応単セルと、
前記電気化学反応単セルに対して前記第１の方向の一方側に配置され、前記空気極または前記燃料極に電気的に接続された集電部材として機能する請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の導電性部材と、
を備えることを特徴とする、電気化学反応単位。
【請求項７】
請求項６に記載の電気化学反応単位において、
前記電気化学反応単位は、燃料電池発電単位であることを特徴とする、電気化学反応単位。
【請求項８】
前記第１の方向に並べて配置された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において、
前記複数の電気化学反応単位の少なくとも１つは、請求項６または請求項７に記載の電気化学反応単位であることを特徴とする、電気化学反応セルスタック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書によって開示される技術は、導電性部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、導電性の集電部材とを備える。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。集電部材は、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。
【０００３】
集電部材は、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。集電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、Ｃｒ２Ｏ３（クロミア））を含む酸化被膜層が形成される。Ｃｒ酸化物を含む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、集電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。
【０００４】
また、集電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。
【０００５】
これらのような発電単位の性能低下を抑制するために、集電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存在する酸化被膜層の表面上）に、Ｃｏ酸化物（例えば、ＭｎＣｏ２Ｏ４）を含む被覆層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）。このような構成の集電部材では、被覆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、集電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、このような構成の集電部材では、被覆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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−９９１５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記従来の構成のように、集電部材を構成する金属部材の表面上にＣｏ酸化物を含む被覆層を形成するだけでは、酸化被膜層のさらなる成長を十分に抑制することができず、集電部材の電気抵抗の上昇（すなわち、発電単位の性能低下）を十分に抑制することができない、という課題がある。
【０００８】
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集電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。さらに、このような課題は、電気化学反応単位を構成する集電部材に限らず、ＦｅとＣｒとを含有する金属部材と、金属部材の表面上に配置されたＣｒ酸化物を含む酸化被膜層と、酸化被膜層の表面上に配置されたＣｏ酸化物を含む被覆層とを備える導電性部材一般に共通の課題である。
【０００９】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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。
【００１１】
（１）本明細書に開示される導電性部材は、導電性部材であって、ＦｅとＣｒとを含有する基部と、ＦｅとＣｒとＣｏとを含有し、Ｃｏ濃度が、１．０ｗｔ％以上であり、かつ、前記基部のＣｏ濃度より高い合金相と、を有する金属部材と、前記金属部材における前記合金相により構成された表面上に配置され、Ｃｒ酸化物を含み、Ｃｒ濃度が前記金属部材のＣｒ濃度より高い酸化被膜層と、前記酸化被膜層における前記金属部材に対向する表面とは反対側の表面上に配置され、Ｃｏ酸化物を含む被覆層と、を備える。本導電性部材によれば、金属部材が、比較的高濃度でＣｏを含有する合金相を有するため、金属部材がそのような合金相を有さない構成と比較して、金属部材からのＣｒ拡散を抑制することができる。そのため、本導電性部材によれば、金属部材からのＣｒ拡散を原因とする酸化被膜層のさらなる成長を効果的に抑制することができ、導電性部材の電気抵抗の上昇を効果的に抑制することができる。
【００１２】
（２）上記導電性部材において、前記合金相においてＳＥＭ−ＥＤＳにより各元素の強度を特定したとき、Ｃｏの強度はＣｒの強度より低い構成としてもよい。合金相におけるＣｏの強度が高いほど、Ｃｒ濃度は減少する傾向にある。また、Ｃｒ濃度が過度に低く、Ｃｏ濃度が過度に高くなると、ＣｏによるＣｒ拡散抑制効果が強くなり、金属部材内への酸素拡散量に対するＣｒ供給量が過少となり、金属部材において内部酸化が発生するおそれがある。本導電性部材によれば、合金相におけるＣｏの強度がＣｒの強度より低いため、合金相においてＣｒ濃度が過度に低く、Ｃｏ濃度が過度に高くなることを抑制することができ、金属部材における内部酸化の発生を抑制することができる。
【００１３】
（３）上記導電性部材において、前記合金相における一の部分のＣｏ濃度は、前記合金相における前記一の部分より前記基部から離れた部分のＣｏ濃度より低い構成としてもよい。本導電性部材によれば、合金相における基部に近接した部分のＣｏ濃度が過大となることを抑制することができ、合金相と基部との間の熱膨張率の差が過大となることを抑制することができ、その結果、温度変化時における合金相と基部との界面の歪みに起因する不具合（例えば、酸化被膜層や被覆層の剥離）の発生を抑制することができる。
【００１４】
（４）上記導電性部材において、前記被覆層に含まれる前記Ｃｏ酸化物は、ＣｒとＭｎとＦｅとＮｉとＣｕとＺｎとの少なくとも１つの元素を含有する構成としてもよい。本導電性部材によれば、被覆層によって、酸化被膜層の成長を効果的に抑制することができると共に、金属部材からのＣｒの蒸散を効果的に抑制することができる。
【００１５】
（５）上記導電性部材において、前記導電性部材は、固体酸化物形の電気化学反応単位の集電部材である構成としてもよい。本導電性部材によれば、導電性部材の電気抵抗の上昇を効果的に抑制することができ、固体酸化物形の電気化学反応単位の性能低下を抑制することができる。
【００１６】
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、導電性部材、導電性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。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】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６】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。
【図７】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。
【図８】本実施形態における集電部材２００の詳細構成を示す説明図である。
【図９】本実施形態における集電部材２００を対象としたＳＥＭ−ＥＤＳによる各元素の強度の特定結果の一例を示す説明図である。
【図１０】本実施形態における集電部材２００の製造方法の一例を示すフローチャートである。
【図１１】本実施形態における集電部材２００の製造方法の一例を概略的に示す説明図である。
【図１２】性能評価結果を示す説明図である。
【図１３】各サンプルの金属部材１９０におけるＣｏ濃度を示す説明図である。
【図１４】比較例の集電部材２００Ｘの製造方法の一例を概略的に示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
Ａ．実施形態：
Ａ−１．構成：
（燃料電池スタック１００の構成）
図１は、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。
【００１９】
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。なお、上記配列方向（上下方向）は、特許請求の範囲における第１の方向に相当する。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
（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。
【００２６】
（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。
【００２７】
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。
【００２８】
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）。
【００２９】
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。
【００３０】
電解質層１１２は、Ｚ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。
【００３１】
空気極１１４は、Ｚ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。
【００３２】
燃料極１１６は、Ｚ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。
【００３３】
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、ＳｒＺｒＯ３）が生成されることを抑制する。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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１３５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、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。
【００３９】
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（集電体要素１３５）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１３５が空気極側集電体１３４として機能する。
【００４０】
図５に示すように、金属部材１９０の表面上には、Ｃｒ酸化物（例えば、Ｃｒ２Ｏ３（クロミア））を含む酸化被膜層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の表面上に形成された酸化被膜層１９４の表面）は、導電性の被覆層１９６によって覆われている。以下の説明では、特記しない限り、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）は「被覆層１９６に覆われた金属部材１９０」を意味する。
【００４１】
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（集電体要素１３５）とは、導電性の接合層１３８により接合されている。接合層１３８は、例えば、スピネル型結晶構造を有する酸化物（例えば、Ｍｎ１．５Ｃｏ１．５Ｏ４やＭｎＣｏ２Ｏ４、ＺｎＣｏ２Ｏ４、ＺｎＭｎ２Ｏ４、ＺｎＭｎＣｏＯ４、ＣｕＭｎ２Ｏ４）により形成されている。接合層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の表面と接触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との間には接合層１３８が介在している。
【００４２】
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被覆層１９６とを、まとめて集電部材２００と呼ぶ。集電部材２００は、接合層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。集電部材２００の構成については、後に詳述する。集電部材２００は、特許請求の範囲における導電性部材に相当する。
【００４３】
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。
【００４４】
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は接合層１３８を介して集電部材２００（金属部材１９０、酸化被膜層１９４、被覆層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を介して集電部材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。
【００４５】
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。
【００４６】
Ａ−３．集電部材２００の詳細構成：
図８は、本実施形態における集電部材２００の詳細構成を示す説明図である。図８には、図５のＸ１部の断面構成が拡大して示されている。上述したように、集電部材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に対向する表面とは反対側の表面上に配置された被覆層１９６とを備える。
【００４７】
図８に示すように、金属部材１９０は、基部１９１と、金属部材１９０における酸化被膜層１９４に対向する表面を構成する合金相１９２とを備えている。本実施形態では、金属部材１９０の基部１９１は、Ｆｅを主成分として含有すると共に、１６ｗｔ％以上の濃度でＣｒを含有する。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。また、基部１９１はＣｏを含有していてもよいが、その場合でも、基部１９１におけるＣｏ濃度は１ｗｔ％未満である。
【００４８】
また、金属部材１９０の合金相１９２は、Ｆｅを主成分として含有すると共に、１６ｗｔ％以上の濃度でＣｒを含有し、さらに、１ｗｔ％以上の濃度でＣｏを含有する。なお、本実施形態では、金属部材１９０の合金相１９２のＣｏ濃度には、基部１９１に近いほど低く、基部１９１から離れるほど高くなるように、連続的または段階的な勾配が存在している。すなわち、合金相１９２における一の部分のＣｏ濃度は、合金相１９２における上記一の部分より基部１９１から離れた部分のＣｏ濃度より低い。また、上述したように、基部１９１はＣｏを含有していてもよいが、その場合でも、合金相１９２のＣｏ濃度は、基部１９１のＣｏ濃度より高い。
【００４９】
酸化被膜層１９４は、Ｃｒ酸化物（例えば、Ｃｒ２Ｏ３（クロミア））を含んでいる。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。
【００５０】
被覆層１９６は、Ｃｏ酸化物を含む導電性の層である。本実施形態では、被覆層１９６は、スピネル型結晶構造を有し、ＣｒとＭｎとＦｅとＮｉとＣｕとＺｎとの少なくとも１つの元素を含有するＣｏ酸化物（例えば、ＣｒＣｏ２Ｏ４、ＭｎＣｏ２Ｏ４、ＦｅＣｏ２Ｏ４、ＮｉＣｏ２Ｏ４、ＣｕＣｏ２Ｏ４、ＺｎＣｏ２Ｏ４、ＺｎＭｎＣｏＯ４等）により形成されている。被覆層１９６の厚さは、例えば５μｍ以上であることが好ましい。被覆層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、集電部材２００の電気抵抗の上昇（すなわち、発電単位１０２の性能低下）を抑制することができる。また、被覆層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。
【００５１】
図９は、本実施形態における集電部材２００を対象としたＳＥＭ−ＥＤＳによる各元素の強度の特定結果の一例を示す説明図である。図９には、集電部材２００の断面のＺ軸に平行なライン上における各元素（Ｆｅ，Ｃｒ，Ｃｏ，Ｍｎ）の相対強度が示されている。図９に示すように、本実施形態の集電部材２００では、金属部材１９０の基部１９１において、Ｃｏの強度はＣｒの強度より低くなっている。
【００５２】
Ａ−４．集電部材２００の製造方法：
次に、集電部材２００の製造方法について説明する。図１０は、本実施形態における集電部材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１１は、本実施形態における集電部材２００の製造方法の一例を概略的に示す説明図である。
【００５３】
はじめに、金属基材２１０を準備する（Ｓ１１０、図１１のＡ）。金属基材２１０は、例えばフェライト系ステンレスであり、Ｆｅを主成分として含有すると共に、１６ｗｔ％以上の濃度でＣｒを含有している。
【００５４】
次に、金属基材２１０の表面に、緻密なＣｏ含有層２２０を形成する（Ｓ１２０、図１１のＢ）。Ｃｏ含有層２２０は、後に形成される被覆層１９６の構成に応じて種々の元素を含んでいる。本実施形態では、Ｃｏ含有層２２０は、後に形成される被覆層１９６がＭｎを含有することとなるように、Ｍｎを含有している。また、本実施形態では、Ｃｏ含有層２２０に、Ｃｏが主として金属や合金の形態で含有され、かつ、Ｃｏ含有層２２０は、緻密に形成されている。このようなＣｏ含有層２２０の形成は、例えば、メッキ（電解メッキ等）やスパッタリングによって実現することができる。
【００５５】
次に、金属基材２１０とＣｏ含有層２２０との積層体に対して、所定の温度で所定の時間、熱処理を行う（Ｓ１３０、図１１のＣ）。熱処理を行うことにより、Ｃｏ含有層２２０に含まれるＣｏが金属基材２１０内に拡散する。これにより、金属基材２１０におけるＣｏ含有層２２０に近い部分が、ＦｅおよびＣｒに加えてＣｏを一定以上の濃度（具体的には１ｗｔ％以上の濃度）で含有する合金相１９２となる（図１１のＤ）。なお、金属基材２１０におけるそれ以外の部分は、ＦｅおよびＣｒを含有するがＣｏ濃度は１ｗｔ％未満である基部１９１となる。
【００５６】
また、Ｓ１３０の熱処理を行うことにより、金属基材２１０に含まれるＣｒが拡散して大気中の酸素と反応する。これにより、金属部材１９０の表面上に、Ｃｒ酸化物（例えば、Ｃｒ２Ｏ３（クロミア））を含む酸化被膜層１９４が形成される（図１１のＤ）。
【００５７】
また、Ｓ１３０の熱処理を行うことにより、Ｃｏ含有層２２０に含まれるＣｏおよび他の元素（Ｍｎ）が拡散して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、ＭｎＣｏ２Ｏ４）を含む被覆層１９６が形成される（図１１のＤ）。以上説明した製造方法により、上述した構成の集電部材２００が製造される。
【００５８】
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集電部材２００は、基部１９１と合金相１９２とを有する金属部材１９０と、金属部材１９０における合金相１９２により構成された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に対向する表面とは反対側の表面上に配置された被覆層１９６とを備える。金属部材１９０の基部１９１は、ＦｅとＣｒとを含有する。また、金属部材１９０の合金相１９２は、ＦｅとＣｒとＣｏとを含有する。合金相１９２のＣｏ濃度は、１．０ｗｔ％以上であり、かつ、基部１９１のＣｏ濃度より高い。酸化被膜層１９４は、Ｃｒ酸化物を含み、Ｃｒ濃度が金属部材１９０のＣｒ濃度より高い。被覆層１９６は、Ｃｏ酸化物を含んでいる。このように、本実施形態における集電部材２００では、被覆層１９６が酸素透過を抑制することによって、電気抵抗の高い酸化被膜層１９４の成長が抑制されるため、集電部材２００の電気抵抗の上昇（すなわち、発電単位１０２の性能低下）を抑制することができる。また、本実施形態における集電部材２００では、被覆層１９６が金属部材１９０からのＣｒの蒸散を抑制することによって、単セル１１０の電極（例えば空気極１１４）のＣｒ被毒の発生が抑制され、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。さらに、本実施形態における集電部材２００では、金属部材１９０が、比較的高濃度でＣｏを含有する合金相１９２を有するため、金属部材１９０がそのような合金相１９２を有さない構成と比較して、金属部材１９０からのＣｒ拡散を抑制することができる。そのため、本実施形態の集電部材２００によれば、金属部材１９０からのＣｒ拡散を原因とする酸化被膜層１９４のさらなる成長を効果的に抑制することができ、集電部材２００の電気抵抗の上昇を効果的に抑制することができ、その結果、発電単位１０２の性能低下を効果的に抑制することができる。
【００５９】
なお、集電部材２００を構成する金属部材１９０として、全体的に比較的高濃度で（具体的には１ｗｔ％以上の濃度で）Ｃｏを含有する金属材料（例えば、オーステナイト系ステンレス）を用いることによっても、同様に、金属部材１９０からのＣｒ拡散を原因とする酸化被膜層１９４のさらなる成長を抑制することができると考えられる。しかしながら、全体的に比較的高濃度でＣｏを含有する金属材料は、比較的高価であることが多く、かつ、その熱膨張係数が、発電単位１０２を構成する他の部材の熱膨張係数と大きく異なる場合があるため、そのような金属材料の使用が好ましくないことも多い。本実施形態の集電部材２００によれば、全体的に比較的高濃度でＣｏを含有する金属材料を用いずとも、金属部材１９０からのＣｒ拡散を原因とする酸化被膜層１９４のさらなる成長を効果的に抑制することができるため、非常に有用であると言える。
【００６０】
また、本実施形態における集電部材２００では、金属部材１９０の合金相１９２においてＳＥＭ−ＥＤＳにより各元素の強度を特定したとき、Ｃｏの強度はＣｒの強度より低くなっている。すなわち、合金相１９２におけるＣｏの強度とＣｒの強度との合計に対するＣｏの強度の比率は、５０％以下である。合金相１９２におけるＣｏの強度が高いほど、Ｃｒ濃度は減少する傾向にある。Ｃｏの強度がＣｒの強度と略同一である構成では、Ｃｒ濃度は約１８ｗｔ％であり、Ｃｏ濃度は約２０ｗｔ％である。このような構成では、ＣｏによるＣｒ拡散抑制効果が強くなり、金属部材１９０内への酸素拡散量に対するＣｒ供給量が過少となり、金属部材１９０において内部酸化が発生するおそれがある。本実施形態における集電部材２００では、合金相１９２におけるＣｏの強度がＣｒの強度より低いため、合金相１９２においてＣｒ濃度が過度に低く、Ｃｏ濃度が過度に高くなることを抑制することができ、金属部材１９０における内部酸化の発生を抑制することができる。なお、金属部材１９０における内部酸化の発生を抑制する観点から、合金相１９２におけるＣｏの強度とＣｒの強度との合計に対するＣｏの強度の比率は、４０％以下がさらに好ましく、３０％以下が一層好ましい。
【００６１】
また、本実施形態における集電部材２００では、合金相１９２における一の部分のＣｏ濃度は、合金相１９２における上記一の部分より基部１９１から離れた部分のＣｏ濃度より低い。そのため、本実施形態の集電部材２００によれば、合金相１９２における基部１９１に近接した部分のＣｏ濃度が過大となることを抑制することができ、合金相１９２と基部１９１との間の熱膨張率の差が過大となることを抑制することができ、その結果、温度変化時における合金相１９２と基部１９１との界面の歪みに起因する不具合（例えば、酸化被膜層１９４や被覆層１９６の剥離）の発生を抑制することができる。
【００６２】
Ａ−６．性能評価：
集電部材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、性能評価結果を示す説明図である。
【００６３】
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、２つのサンプル（サンプルＳ１およびＳ２）を用いた。サンプルＳ１は、上述した本実施形態の集電部材２００のサンプルである。サンプルＳ１の作製の際には（図１０および図１１参照）、金属基材２１０として、Ｆｅを主成分として含有すると共に２０ｗｔの濃度でＣｒを含有するフェライト系ステンレスを使用した。また、ＣｏとＭｎとを含有するＣｏ含有層２２０を、電解メッキにより形成した。また、熱処理条件は、９５０℃、２時間とした。このような製造方法により作製されたサンプルＳ１の集電部材２００の表面（すなわち、被覆層１９６）をＸＲＤにより分析したところ、結晶構造はＭｎＣｏ２Ｏ４であることが確認された。また、サンプルＳ１の集電部材２００の断面をＳＥＭ−ＥＤＳで観察したところ、金属部材１９０における合金相１９２（すなわち、Ｃｏ濃度が１ｗｔ％以上の部分）の厚さは４０μｍであり、酸化被膜層１９４の厚さは１．０μｍであった。なお、図１２には記載されていないが、被覆層１９６の厚さは１０μｍであった。また、図１３に示すように、サンプルＳ１の集電部材２００を構成する合金相１９２（金属部材１９０の表面から４０μｍまでの部分）におけるＣｏ濃度には、金属部材１９０の表面に近いほど（すなわち、基部１９１から離れるほど）高く、金属部材１９０の表面から離れるほど（すなわち、基部１９１に近いほど）低くなるような濃度勾配が存在していることを確認した。
【００６４】
一方、サンプルＳ２は、比較例の集電部材２００Ｘのサンプルである。比較例の集電部材２００Ｘは、その製造方法が、本実施形態の集電部材２００と異なる。図１４は、比較例の集電部材２００Ｘの製造方法の一例を概略的に示す説明図である。比較例の集電部材２００Ｘの製造方法では、はじめに、本実施形態と同様に、金属基材２１０（具体的には、Ｆｅを主成分として含有すると共に２０ｗｔの濃度でＣｒを含有するフェライト系ステンレス）を準備する（図１４のＡ）。次に、金属基材２１０の表面に、Ｃｏ含有層２２０を形成する（図１４のＢ）。このとき、Ｃｏ含有層２２０は、メッキやスパッタリング以外の方法（例えば、溶射）により形成される。その結果、形成されたＣｏ含有層２２０では、ＣｏやＭｎが主として酸化物の形態で含有された状態となる。
【００６５】
次に、金属基材２１０とＣｏ含有層２２０との積層体に対して、本実施形態と同様の条件で熱処理を行う（図１４のＣ）。この熱処理により、本実施形態と同様に、金属基材２１０に含まれるＣｒが大気中の酸素と反応して、金属部材１９０の表面上にＣｒ酸化物（例えば、Ｃｒ２Ｏ３（クロミア））を含む酸化被膜層１９４が形成され、また、Ｃｏ含有層２２０に含まれるＣｏおよび他の元素（Ｍｎ）が大気中の酸素と反応して、酸化被膜層１９４の表面上にＣｏ酸化物（例えば、ＭｎＣｏ２Ｏ４）を含む被覆層１９６が形成される（図１４のＤ）。一方、Ｃｏ含有層２２０にはＣｏが主として酸化物の形態で含有されているため、熱処理に伴いＣｏ含有層２２０から金属基材２１０内へ拡散するＣｏの量は、本実施形態と比較して非常に少なくなる。そのため、金属部材１９０において、Ｃｏを一定以上の濃度（具体的には１ｗｔ％以上の濃度）で含有する部分（本実施形態における合金相１９２）が形成されず、金属部材１９０全体が基部１９１となる。
【００６６】
このような製造方法により作製されたサンプルＳ２の集電部材２００Ｘの表面（すなわち、被覆層１９６）をＸＲＤにより分析したところ、結晶構造はＭｎＣｏ２Ｏ４であることが確認された。また、サンプルＳ２の集電部材２００Ｘの断面をＳＥＭ−ＥＤＳで観察したところ、金属部材１９０にはＣｏ濃度が１ｗｔ％以上の部分は存在しなかった。また、酸化被膜層１９４の厚さは１．０μｍであり、被覆層１９６の厚さは１０μｍであった。
【００６７】
Ａ−６−２．評価方法および評価結果：
本性能評価では、サンプルＳ１およびサンプルＳ２の集電部材２００（２００Ｘ）に対して、大気雰囲気で、９００℃、１０００時間の条件で酸化処理を行い、その後、各サンプルの断面をＳＥＭ−ＥＤＳで観察し、酸化被膜層１９４の厚さを測定した。
【００６８】
図１２に示すように、サンプルＳ１の集電部材２００では、酸化処理後の酸化被膜層１９４の厚さは３．８μｍであり、初期状態からの酸化被膜層１９４の厚さの増加量は２．８μｍであった。サンプルＳ１の集電部材２００では、金属部材１９０が、Ｃｏを一定以上の濃度（具体的には１ｗｔ％以上の濃度）で含有する合金相１９２を有するため、金属部材１９０からのＣｒの拡散が抑制され、酸化被膜層１９４のさらなる成長を効果的に抑制することができたものと考えられる。
【００６９】
一方、サンプルＳ２の集電部材２００Ｘでは、酸化処理後の酸化被膜層１９４の厚さは４．２μｍであり、初期状態からの酸化被膜層１９４の熱さの増加量は３．２μｍであった。サンプルＳ２の集電部材２００Ｘでは、金属部材１９０が、Ｃｏを一定以上の濃度（具体的には１ｗｔ％以上の濃度）で含有する部分（合金相１９２）を有さないため、金属部材１９０からのＣｒの拡散が抑制されず、酸化被膜層１９４のさらなる成長を効果的に抑制することができなかったものと考えられる。
【００７０】
以上説明した性能評価により、金属部材１９０が、比較的高濃度でＣｏを含有する合金相１９２を有すると、合金相１９２の存在によって金属部材１９０からのＣｒ拡散を抑制することができ、酸化被膜層１９４のさらなる成長を効果的に抑制することができることが確認された。
【００７１】
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。
【００７２】
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。例えば、上記実施形態では、集電部材２００を構成する金属部材１９０の合金相１９２は、Ｃｏ濃度が１．０ｗｔ％以上の部分であるとしているが、合金相１９２は、Ｃｏ濃度が１．５ｗｔ％以上の部分であるとしてもよいし、Ｃｏ濃度が２．０ｗｔ％以上の部分であるとしてもよいし、Ｃｏ濃度が２．５ｗｔ％以上の部分であるとしてもよいし、Ｃｏ濃度が３．０ｗｔ％以上の部分であるとしてもよい。
【００７３】
また、上記実施形態では、集電部材２００を構成する金属部材１９０の合金相１９２においてＳＥＭ−ＥＤＳにより各元素の強度を特定したとき、Ｃｏの強度はＣｒの強度より低いとしているが、必ずしもそのような構成である必要はない。また、上記実施形態では、集電部材２００を構成する金属部材１９０の合金相１９２における一の部分のＣｏ濃度は、合金相１９２における上記一の部分より基部１９１から離れた部分のＣｏ濃度より低いとしているが、必ずしもそのような構成である必要はない。
【００７４】
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（集電体要素１３５）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と被覆層１９６とから構成される集電部材にも適用可能である。
【００７５】
また、上記実施形態では、空気極側集電体１３４（集電体要素１３５）が接合層１３８を介して空気極１１４に接しているが、空気極側集電体１３４が接合層１３８を介さずに空気極１１４に接しているとしてもよい。
【００７６】
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、上述した構成の集電部材２００を採用することにより、金属部材１９０からのＣｒ拡散を原因とする酸化被膜層１９４のさらなる成長を効果的に抑制することができ、集電部材２００の電気抵抗の上昇を効果的に抑制することができ、その結果、電解セル単位の性能低下を効果的に抑制することができる。
【００７７】
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。また、本発明は、電気化学反応単位を構成する集電部材に限らず、ＦｅとＣｒとを含有する金属部材と、金属部材の表面上に配置されたＣｒ酸化物を含む酸化被膜層と、酸化被膜層の表面上に配置されたＣｏ酸化物を含む被覆層とを備える導電性部材一般に適用可能である。
【符号の説明】
【００７８】
２２：ボルト  ２４：ナット  ２６：絶縁シート  ２７：ガス通路部材  ２８：本体部  ２９：分岐部  １００：燃料電池スタック  １０２：燃料電池発電単位  １０４：エンドプレート  １０６：エンドプレート  １０８：連通孔  １１０：単セル  １１２：電解質層  １１４：空気極  １１６：燃料極  １２０：セパレータ  １２１：孔  １２４：接合部  １３０：空気極側フレーム  １３１：孔  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  １３５：集電体要素  １３８：接合層  １４０：燃料極側フレーム  １４１：孔  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  １４５：電極対向部  １４６：インターコネクタ対向部  １４７：連接部  １４９：スペーサー  １５０：インターコネクタ  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  １９１：基部  １９２：合金相  １９４：酸化被膜層  １９６：被覆層  ２００：集電部材  ２１０：金属基材  ２２０：Ｃｏ含有層
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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