(57)【要約】【課題】コーティング膜の剥離を抑制可能なセルスタックを提供する。【解決手段】集電部材３０１は、クロムを含有する合金材料によって構成される基材３０２と、基材３０２を覆うコーティング膜３０３とを有する。基材３０２は、第１燃料電池セル３００ａと対向する主面Ｓ１と、主面Ｓ１に連なる側面Ｓ２と、側面Ｓ２に形成される凹部３０２ｂと、凹部３０２ｂ内に配置され、コーティング膜３０３に接続されるアンカー部３０２ｃとを含む。アンカー部３０２ｃは、側面Ｓ２に形成された開口３０２ｄを起点として、第１燃料電池セル３００ａから離れる方向に延びる。【選択図】図１１
2019216077.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気化学セルと、
前記電気化学セルと電気的に接続される集電部材と、
を備え、
前記集電部材は、
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コーティング膜と、
を有し、
前記基材は、
前記電気化学セルと対向する主面と、
前記主面に連なる側面と、
前記側面に形成される第１凹部と、
前記第１凹部内に配置され、前記コーティング膜に接続される第１アンカー部と、
を含み、
前記第１アンカー部は、前記側面に形成された開口を起点として、前記電気化学セルから離れる方向に延びる、
セルスタック。
【請求項２】
前記側面は、前記主面から離れた第１領域と、前記主面及び前記第１領域に連なる第２領域とを含み、
前記第１凹部は、前記側面のうち前記第２領域に形成される、
請求項１に記載のセルスタック。
【請求項３】
前記第１アンカー部の実長さは、１５μｍ以上である、
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アンカー部の幅は、０．５μｍ以上である、
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５】
前記第１アンカー部は、クロムよりも平衡酸素圧の低い元素を含む酸化物を含有する、
請求項１乃至４のいずれかに記載のセルスタック。
【請求項６】
前記側面に垂直な断面において、前記側面に対する前記第１アンカー部の角度は、６０度以下である、
請求項１乃至５のいずれかに記載のセルスタック。
【請求項７】
前記基材は、
前記第１凹部を含む複数の第１凹部と、
前記第１アンカー部を含み、前記側面に形成された開口を起点として前記電気化学セルから離れる方向にそれぞれ延びる複数の第１アンカー部とを含む、
請求項１乃至６のいずれかに記載のセルスタック。
【請求項８】
前記側面に垂直な断面において、前記複数の第１アンカー部のそれぞれは、略平行である、
請求項７に記載のセルスタック。
【請求項９】
前記基材は、
前記第１領域に形成される第２凹部と、
前記第１凹部内に配置され、前記コーティング膜に接続される第２アンカー部と、
を有する、
請求項２に記載のセルスタック。
【請求項１０】
前記第２アンカー部の実長さは、前記第１アンカー部の実長さよりも短い、
請求項９に記載のセルスタック。
【請求項１１】
前記第２アンカー部の幅は、前記第１アンカー部の幅よりも狭い、
請求項９又は１０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ものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、２つの燃料電池セルを電気的に接続する集電部材を備えるセルスタックが知られている（特許文献１参照）。特許文献１の集電部材は、ステンレス鋼によって構成される基材と、基材からＣｒ（クロム）が揮発することを抑制するために基材を覆うコーティング膜とを有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１３／１７２４５１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の集電部材では、燃料電池セルに押しつける向きの外力が集電部材にかかった場合に、コーティング膜が基材から剥離してしまうおそれがある。
【０００５】
本発明は、上述の状況に鑑みてなされたものであり、コーティング膜の剥離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】
【０００６】
本発明に係るセルスタックは、電気化学セルと、電気化学セルと電気的に接続される集電部材とを備える。集電部材は、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コーティング膜とを有する。基材は、電気化学セルと対向する主面と、主面に連なる側面と、側面に形成される凹部と、凹部内に配置され、コーティング膜に接続されるアンカー部とを含む。アンカー部は、側面に形成された開口を起点として、電気化学セルから離れる方向に延びる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、コーティング膜の剥離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】
【０００８】
【図１】セルスタック装置の斜視図。
【図２】セルスタック装置の断面図。
【図３】燃料マニホールドの斜視図。
【図４】燃料電池セルの斜視図。
【図５】燃料電池セルの断面図。
【図６】図２の部分拡大図。
【図７】集電部材の斜視図。
【図８】図７のＡ−Ａ断面図。
【図９】図８の領域Ｒ１の拡大図。
【図１０】図９の領域Ｒ２の拡大図。
【図１１】図１０の部分拡大図
【図１２】集電部材の製造方法の説明図
【図１３】集電部材の製造方法の説明図
【図１４】集電部材の製造方法の説明図
【図１５】集電部材の製造方法の説明図
【図１６】集電部材の製造方法の説明図
【図１７】変形例３の構成を説明するための断面図
【図１８】変形例１１に係るコーティング膜の構成を示す断面図
【図１９】変形例１２に係るコーティング膜の構成を示す断面図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明に係る集電部材を用いたセルスタック装置の実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１は、セルスタック装置１００の斜視図である。図２は、セルスタック装置１００の断面図である。
【００１０】
図１及び図２に示すように、セルスタック装置１００は、燃料マニホールド２００と、複数の燃料電池セル３００とを備える。
【００１１】
［燃料マニホールド］
図３は、燃料マニホールド２００の斜視図である。
【００１２】
図３に示すように、燃料マニホールド２００は、燃料ガス（例えば、水素など）を各燃料電池セル３００に分配するように構成されている。燃料マニホールド２００は、中空状であり、内部空間を有している。燃料マニホールド２００の内部空間には、導入管２０１を介して燃料ガスが供給される。燃料マニホールド２００は、互いに間隔をあけて並ぶ複数の挿入孔２０２を有している。各挿入孔２０２は、燃料マニホールド２００の天板２０３に形成されている。各挿入孔２０２は、燃料マニホールド２００の内部空間と外部に連通する。
【００１３】
［燃料電池セル］
図２に示すように、各燃料電池セル３００は、燃料マニホールド２００から延びている。詳細には、各燃料電池セル３００は、燃料マニホールド２００の天板２０３から上方（ｘ軸方向）に延びている。すなわち、各燃料電池セル３００の長手方向（ｘ軸方向）は、上方に延びている。各燃料電池セル３００の長手方向（ｘ軸方向）の長さは、１００〜３００ｍｍ程度とすることができる。
【００１４】
各燃料電池セル３００の基端部は、燃料マニホールド２００の挿入孔２０２に挿入されている。各燃料電池セル３００は、接合材１０１によって挿入孔２０２に固定されている。燃料電池セル３００は、挿入孔２０２に挿入された状態で、接合材１０１によって燃料マニホールド２００に固定されている。接合材１０１は、燃料電池セル３００と挿入孔２０２の隙間に充填される。接合材１０１としては、例えば、結晶化ガラス、非晶質ガラス、ろう材、及びセラミックスなどが挙げられる。結晶化ガラスとは、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、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。このような結晶化ガラスとしては、例えば、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系、ＳｉＯ２−ＣａＯ系、又はＳｉＯ２−ＭｇＯ系が挙げられる。
【００１５】
各燃料電池セル３００は、長手方向（ｘ軸方向）及び幅方向（ｙ軸方向）に広がる板状に形成されている。各燃料電池セル３００は、配列方向（ｚ軸方向）に間隔をあけて配列されている。隣り合う２つの燃料電池セル３００の間隔は特に制限されないが、１〜５ｍｍ程度とすることができる。隣り合う２つの燃料電池セル３００は、集電部材３０１によって電気的に接続されている。複数の燃料電池セル３００が集電部材３０１で接続されることによってセルスタックが形成されている。集電部材３０１の構成については後述する。
【００１６】
燃料電池セル３００は、複数の発電素子部１０と、支持基板２０とを備える。
【００１７】
［支持基板］
図４は、燃料電池セル３００の斜視図である。図５は、燃料電池セル３００の断面図である。
【００１８】
図４に示すように、支持基板２０は、支持基板２０の長手方向（ｘ軸方向）に沿って延びる複数のガス流路２１を内部に有している。各ガス流路２１は、支持基板２０の基端側から先端側に向かって延びている。各ガス流路２１は、互いに実質的に平行に延びている。なお、基端側とは、ガス流路のガス供給側を意味する。具体的には、燃料マニホールド２００に燃料電池セル３００を取り付けた場合において、その燃料マニホールド２００に近い側を意味する。また、先端側とは、ガス流路のガス供給側とは反対側を意味する。具体的には、燃料電池セル３００を燃料マニホールド２００に取り付けた場合において、その燃料マニホールド２００から遠い側を意味する。例えば、図２に示す例では、下側が基端側であり、上側が先端側となる。
【００１９】
図５に示すように、支持基板２０は、複数の第１凹部２２を有する。本実施形態において、各第１凹部２２は、支持基板２０の両主面に形成されているが、一方の主面にだけ形成されていてもよい。各第１凹部２２は支持基板２０の長手方向において互いに間隔をあけて配置されている。
【００２０】
支持基板２０は、電子伝導性を有さない多孔質の材料によって構成される。支持基板２０は、例えば、ＣＳＺ（カルシア安定化ジルコニア）から構成され得る。或いは、支持基板２０は、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）とから構成されてもよいし、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹ２Ｏ３（イットリア）とから構成されてもよいし、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）とＭｇＡｌ２Ｏ４（マグネシアアルミナスピネル）とから構成されてもよい。支持基板２０の気孔率は、例えば、２０〜６０％程度である。
【００２１】
［発電素子部］
各発電素子部１０は、支持基板２０に支持されている。本実施形態において、各発電素子部１０は、支持基板２０の両主面に形成されているが、一方の主面にだけ形成されていてもよい。各発電素子部１０は、支持基板２０の長手方向において、互いに間隔をあけて配置されている。すなわち、本実施形態に係る燃料電池セル３００は、いわゆる横縞型の燃料電池である。長手方向に隣り合う発電素子部１０は、インターコネクタ３１によって互いに電気的に接続されている。
【００２２】
発電素子部１０は、燃料極４、電解質５、及び空気極６を有している。また、発電素子部１０は、反応防止膜７をさらに有している。
【００２３】
［燃料極］
燃料極４は、電子伝導性を有する多孔質の材料から構成される焼成体である。燃料極４は、燃料極集電部４１と燃料極活性部４２とを有する。
【００２４】
燃料極集電部４１は、第１凹部２２内に配置されている。詳細には、燃料極集電部４１は、第１凹部２２内に充填されており、第１凹部２２と同様の外形を有する。燃料極集電部４１は、第２凹部４１１及び第３凹部４１２を有している。第２凹部４１１内には、燃料極活性部４２が配置されている。また、第３凹部４１２には、インターコネクタ３１が配置されている。
【００２５】
燃料極集電部４１は、電子伝導性を有する。燃料極集電部４１は、燃料極活性部４２よりも高い電子伝導性を有していることが好ましい。燃料極集電部４１は、酸素イオン伝導性を有していてもよいし、有していなくてもよい。
【００２６】
燃料極集電部４１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）とから構成され得る。或いは、燃料極集電部４１は、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹ２Ｏ３（イットリア）とから構成されてもよいし、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＣＳＺ（カルシア安定化ジルコニア）とから構成されてもよい。燃料極集電部４１の厚さ、及び第１凹部２２の深さは、５０〜５００μｍ程度である。
【００２７】
燃料極活性部４２は、酸素イオン伝導性を有するとともに、電子伝導性を有する。燃料極活性部４２は、燃料極集電部４１よりも酸素イオン伝導性を有する物質の含有率が大きい。詳細には、燃料極活性部４２における、気孔部分を除いた全体積に対する酸素イオン伝導性を有する物質の体積割合は、燃料極集電部４１における、気孔部分を除いた全体積に対する酸素イオン伝導性を有する物質の体積割合よりも大きい。
【００２８】
燃料極活性部４２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）とから構成され得る。或いは、燃料極活性部４２は、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＧＤＣ（ガドリニウムドープセリア）とから構成されてもよい。燃料極活性部４２の厚さは、５〜３０μｍである。
【００２９】
［電解質］
電解質５は、燃料極４上を覆うように配置されている。詳細には、電解質５は、あるインターコネクタ３１から隣のインターコネクタ３１まで長手方向に延びている。すなわち、支持基板２０の長手方向（ｘ軸方向）において、電解質５とインターコネクタ３１とが交互に連続して配置されている。電解質５は、支持基板２０の第１主面２３ａ及び第２主面２３ｂを覆うように構成されている。
【００３０】
電解質５は、イオン伝導性を有し且つ電子伝導性を有さない緻密な材料から構成される焼成体である。電解質５は、例えば、ＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）から構成され得る。或いは、電解質５は、ＬＳＧＭ（ランタンガレート）から構成されてもよい。電解質５の厚さは、例えば、３〜５０μｍ程度である。
【００３１】
［反応防止膜］
反応防止膜７は、緻密な材料から構成される焼成体である。反応防止膜７は、電解質５と空気極活性部６１との間に配置されている。反応防止膜７は、電解質５内のＹＳＺと空気極６内のＳｒとが反応して電解質５と空気極６との界面に電気抵抗が大きい反応層が形成される現象の発生を抑制するために設けられている。
【００３２】
反応防止膜７は、希土類元素を含むセリアを含んだ材料から構成されている。反応防止膜７は、例えば、ＧＤＣ＝（Ｃｅ，Ｇｄ）Ｏ２（ガドリニウムドープセリア）から構成され得る。反応防止膜７の厚さは、例えば、３〜５０μｍ程度である。
【００３３】
［空気極］
空気極６は、電子伝導性を有する多孔質の材料から構成される焼成体である。空気極６は、電解質５を基準にして、燃料極４と反対側に配置されている。空気極６は、空気極活性部６１と空気極集電部６２とを有している。
【００３４】
空気極活性部６１は、反応防止膜７上に配置されている。空気極活性部６１は、酸素イオン伝導性を有するとともに、電子伝導性を有する。空気極活性部６１は、空気極集電部６２よりも酸素イオン伝導性を有する物質の含有率が大きい。詳細には、空気極活性部６１おける、気孔部分を除いた全体積に対する酸素イオン伝導性を有する物質の体積割合は、空気極集電部６２における、気孔部分を除いた全体積に対する酸素イオン伝導性を有する物質の体積割合よりも大きい。
【００３５】
空気極活性部６１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）から構成され得る。或いは、空気極活性部６１は、ＬＳＦ＝（Ｌａ，Ｓｒ）ＦｅＯ３（ランタンストロンチウムフェライト）、ＬＮＦ＝Ｌａ（Ｎｉ，Ｆｅ）Ｏ３（ランタンニッケルフェライト）、又は、ＬＳＣ＝（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ３（ランタンストロンチウムコバルタイト）等から構成されてもよい。空気極活性部６１は、ＬＳＣＦから構成される第１層（内側層）とＬＳＣから構成される第２層（外側層）との２層によって構成されてもよい。空気極活性部６１の厚さは、例えば、１０〜１００μｍである。
【００３６】
空気極集電部６２は、空気極活性部６１上に配置されている。また、空気極集電部６２は、空気極活性部６１から、隣の発電素子部に向かって延びている。燃料極集電部４１と空気極集電部６２とは、発電領域から互いに反対側に延びている。発電領域とは、燃料極活性部４２と電解質５と空気極活性部６１とが重複する領域である。
【００３７】
空気極集電部６２は、電子伝導性を有する多孔質の材料から構成される焼成体である。空気極集電部６２は、空気極活性部６１よりも高い電子伝導性を有していることが好ましい。空気極集電部６２は、酸素イオン伝導性を有していてもよいし、有していなくてもよい。
【００３８】
空気極集電部６２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）から構成され得る。或いは、空気極集電部６２は、ＬＳＣ＝（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ３（ランタンストロンチウムコバルタイト）から構成されてもよい。或いは、空気極集電部６２は、Ａｇ（銀）、Ａｇ−Ｐｄ（銀パラジウム合金）から構成されてもよい。空気極集電部６２の厚さは、例えば、５０〜５００μｍ程度である。
【００３９】
［インターコネクタ］
インターコネクタ３１は、支持基板２０の長手方向（ｘ軸方向）に隣り合う発電素子部１０を電気的に接続するように構成されている。詳細には、一方の発電素子部１０の空気極集電部６２は、他方の発電素子部１０に向かって延びている。また、他方の発電素子部１０の燃料極集電部４１は、一方の発電素子部１０に向かって延びている。そして、インターコネクタ３１は、一方の発電素子部１０の空気極集電部６２と、他方の発電素子部１０の燃料極集電部４１とを電気的に接続している。インターコネクタ３１は、燃料極集電部４１の第３凹部４１２内に配置されている。詳細には、インターコネクタ３１は、第３凹部４１２内に埋設されている。
【００４０】
インターコネクタ３１は、電子伝導性を有する緻密な材料から構成される焼成体である。インターコネクタ３１は、例えば、ＬａＣｒＯ３（ランタンクロマイト）から構成され得る。或いは、インターコネクタ３１は、（Ｓｒ，Ｌａ）ＴｉＯ３（ストロンチウムチタネート）から構成されてもよい。インターコネクタ３１の厚さは、例えば、１０〜１００μｍである。
【００４１】
［集電部材］
図６は、図２の部分拡大図である。図６では、セルスタック装置１００のうち各燃料電池セル３００の基端部付近が図示されている。
【００４２】
図６に示すように、隣接する２つの燃料電池セル３００（第１燃料電池セル３００ａ及び第２燃料電池セル３００ｂ）は、集電部材３０１によって電気的に接続される。
【００４３】
集電部材３０１は、第１燃料電池セル３００ａと第２燃料電池セル３００ｂの間に配置される。集電部材３０１は、支持基板２０の両主面に配置された複数の発電素子部１０のうち、最も基端側に配置された基端側発電素子部１０ａよりも基端側に配置されている。
【００４４】
集電部材３０１は、第１燃料電池セル３００ａ及び第２燃料電池セル３００ｂそれぞれの基端側に接合される。詳細には、集電部材３０１は、導電性接合材１０２を介して、第１燃料電池セル３００ａの基端側発電素子部１０ａから延びる電気的接続部１１０と、第２燃料電池セル３００ｂの基端側発電素子部１０ａから延びる空気極集電部６２とに接合される。
【００４５】
導電性接合材１０２としては、周知の導電性セラミックス等を用いることができる。例えば、導電性接合材１０２は、（Ｍｎ，Ｃｏ）３Ｏ４、（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ３、及び（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ３などから選ばれる少なくとも１種によって構成することができる。
【００４６】
ここで、図７は、集電部材３０１の斜視図であり、図８は、図７のＡ−Ａ断面図である。図７では、集電部材３０１が第１燃料電池セル３００ａに接合された状態が示されている。図７では、第２燃料電池セル３００ｂが省略されているが、実際には第１燃料電池セル３００ａと対向するように第２燃料電池セル３００ｂが配置されている。
【００４７】
集電部材３０１は、第１接合部ａ１、第２接合部ａ２、第１連結部ｂ１、及び第２連結部ｂ２を有する。
【００４８】
第１接合部ａ１は、第１燃料電池セル３００ａに接合される。詳細には、第１接合部ａ１は、導電性接合材１０２によって、第１燃料電池セル３００ａの基端側発電素子部１０ａ（図６参照）から延びる電気的接続部１１０に接合される。なお、電気的接続部１１０は、第１接続部１１１と第２接続部１１２を有している。第１接続部１１１は、上述したインターコネクタ３１と同様の構成及び材質とすることができる。また、第２接続部１１２は、上述した空気極集電部６２と同様の材料から構成することができる。第２接続部１１２は、第１接続部１１１と電気的に接続されており、下方へと延びている。図８に示すように、第１接合部ａ１は、第１燃料電池セル３００ａの外表面Ｔａと対向する主面Ｓａを有する。
【００４９】
第１接合部ａ１は、平板状に形成される。ｚ軸方向における第１接合部ａ１の厚みは特に制限されないが、例えば０．１〜２．０ｍｍとすることができる。本実施形態において、第１接合部ａ１は、幅方向に延びる矩形に形成されているが、第１接合部ａ１の形状に特に制限はなく、三角以上の多角形、円形、楕円形、或いは、これら以外の複雑形状であってもよい。
【００５０】
第１接合部ａ１には、複数の第１貫通孔ｃ１が形成される。図８に示すように、各第１貫通孔ｃ１は、主面Ｓａに連なる内壁面Ｓｃを有する。各第１貫通孔ｃ１には、導電性接合材１０２が充填されている。これによって、第１燃料電池セル３００ａに対する第１接合部ａ１の接合力を向上させることができる。導電性接合材１０２は、各第１貫通孔ｃ１から外側に突出していてもよく、さらに第１接合部ａ１の外表面上に広がっていてもよい。
【００５１】
本実施形態において、各第１貫通孔ｃ１は、幅方向に沿って延びる矩形状に形成されているが、各第１貫通孔ｃ１の形状に特に制限はなく、円形、楕円形、三角以上の多角形、又は、これら以外の複雑形状であってもよい。また、本実施形態では、３個の第１貫通孔ｃ１が設けられているが、第１貫通孔ｃ１の個数及び位置は適宜変更可能である。
【００５２】
第２接合部ａ２は、第１接合部ａ１と電気的に接続される。第２接合部ａ２は、第２燃料電池セル３００ｂに接合される。詳細には、第２接合部ａ２は、導電性接合材１０２によって、第２燃料電池セル３００ｂの基端側発電素子部１０ａ（図６参照）から延びる空気極集電部６２に接合される。第２接合部ａ２は、配列方向において第１接合部ａ１と対向する。
【００５３】
第２接合部ａ２は、平板状に形成される。ｚ軸方向における第２接合部ａ２の厚みは特に制限されないが、例えば０．１〜２．０ｍｍとすることができる。本実施形態において、第２接合部ａ２は、第１接合部ａ１と同様の形状を有しているが、第１接合部ａ１と異なる形状であってもよい。第２接合部ａ２の形状に特に制限はなく、三角以上の多角形、円形、楕円形、或いは、これら以外の複雑形状であってもよい。
【００５４】
第２接合部ａ２には、複数の第２貫通孔ｃ２が形成される。各第２貫通孔ｃ２には、導電性接合材１０２が充填されている。これによって、第２燃料電池セル３００ｂに対する第２接合部ａ２の接合力を向上させることができる。導電性接合材１０２は、各第２貫通孔ｃ２から外側に突出していてもよく、さらに第２接合部ａ２の外表面上に広がっていてもよい。
【００５５】
本実施形態において、各第２貫通孔ｃ２は、幅方向に沿って延びる矩形状に形成されているが、各第２貫通孔ｃ２の形状に特に制限はなく、円形、楕円形、三角以上の多角形、又は、これら以外の複雑形状であってもよい。また、本実施形態では、３個の第２貫通孔ｃ２が設けられているが、第２貫通孔ｃ２の個数及び位置は適宜変更可能である。
【００５６】
第１及び第２連結部ｂ１，ｂ２は、それぞれ第１接合部ａ１と第２接合部ａ２とに連結される。本実施形態において、第１及び第２連結部ｂ１，ｂ２は、それぞれ湾曲しているが、これに限られない。第１及び第２連結部ｂ１，ｂ２は、それぞれ平板状であってもよいし、少なくとも１箇所で屈曲する形状であってもよい。
【００５７】
また、本実施形態では、第１及び第２連結部ｂ１，ｂ２が、集電部材３０１の両端部に配置されているが、第１及び第２連結部ｂ１，ｂ２の位置は特に制限されない。
【００５８】
［集電部材の内部構成］
次に、集電部材３０１（具体的には、第１接合部ａ１）の詳細な構成について、図面を参照しながら説明する。図９は、図８の領域Ｒ１の拡大図である。
【００５９】
集電部材３０１は、基材３０２と、コーティング膜３０３とを有する。コーティング膜３０３は、酸化クロム膜３０３ａと被覆膜３０３ｂとを含む。
【００６０】
基材３０２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）及びＮｉ−Ｃｒ系合金鋼などを用いることができる。基材３０２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。
【００６１】
基材３０２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３０２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３０２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３０２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。
【００６２】
基材３０２は、第１燃料電池セル３００ａ（「燃料電池セル」の一例）と対向する主面Ｓ１と、主面Ｓ１に連なる側面Ｓ２とを有する。主面Ｓ１は、第１接合部ａ１の主面Ｓａに沿って形成される。側面Ｓ２は、第１接合部ａ１に形成された第１貫通孔ｃ１の内壁面Ｓｃに沿って形成される。第１接合部ａ１の主面Ｓａ及び第１貫通孔ｃ１の内壁面Ｓｃは、それぞれコーティング膜３０３の外表面である。側面Ｓ２は、主面Ｓ１に対して傾斜していてよいし、主面Ｓ１に対して略垂直であってもよい。略垂直とは、物理的に厳密な意味で垂直な場合だけでなく、１５°以内の傾きで連なる場合を含むことを意味する。主面Ｓ１は、ｘ−ｙ平面に沿って広がる。側面Ｓ２は、ｙ−ｚ平面に沿って広がる。主面Ｓ１及び側面Ｓ２は、それぞれ略平面であってもよい。略平面とは、物理的に厳密な意味で平面の場合だけでなく、微小な凹凸が存在する場合や、全体的或いは部分的に微小な歪みがある場合を含むことを意味する。
【００６３】
基材３０２は、基材本体３０２ａと、複数の凹部３０２ｂ（「第１凹部」の一例）と、複数のアンカー部３０２ｃ（「第１アンカー部」の一例）とを有する。基材本体３０２ａは、基材３０２の本体部分である。各凹部３０２ｂは、側面Ｓ２に形成される。各アンカー部３０２ｃは、各凹部３０２ｂ内に配置され、コーティング膜３０３に接続される。各凹部３０２ｂと各アンカー部３０２ｃとの構成については後述する。
【００６４】
コーティング膜３０３は、基材３０２の少なくとも一部を覆い、各アンカー部３０２ｃに接続される。本実施形態において、コーティング膜３０３は、酸化クロム膜３０３ａと被覆膜３０３ｂとを含む。
【００６５】
酸化クロム膜３０３ａは、基材３０２上に形成される。酸化クロム膜３０３ａは、基材３０２を被覆する。酸化クロム膜３０３ａは、基材３０２の一部を被覆していてもよいし、基材３０２の全体を被覆していてもよい。
【００６６】
酸化クロム膜３０３ａは、酸化クロムによって構成される。酸化クロム膜３０３ａの厚みは特に制限されないが、例えば０．５〜１０μｍとすることができる。
【００６７】
被覆膜３０３ｂは、酸化クロム膜３０３ａ上に形成される。被覆膜３０３ｂは、基材３０２を被覆する。具体的には、被覆膜３０３ｂは、基材３０２上に形成された酸化クロム膜３０３ａを被覆している。被覆膜３０３ｂは、基材３０２の一部を被覆していてもよいし、基材３０２の全体を被覆していてもよい。被覆膜３０３ｂは、基材３０２のうちセルスタック装置１００の作動中に酸化剤ガスと接触する領域を被覆していることが好ましい。
【００６８】
被覆膜３０３ｂは、基材３０２からのＣｒの揮発を抑えることによって、各燃料電池セル３００の空気極６におけるＣｒ被毒を抑制する。被覆膜３０３ｂを構成する材料としては、セラミックス材料を用いることができる。セラミックス材料の具体的な種類は、適用箇所に応じて適宜選択することができる。本実施形態では、集電部材３０１に導電性が求められるため、セラミックス材料としては、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などを用いることができる。ただし、被覆膜３０３ｂは、Ｃｒの揮発を抑制できればよく、その構成材料はセラミックス材料に限られない。被覆膜３０３ｂの厚みは特に制限されないが、例えば１〜２００μｍとすることができる。
【００６９】
［凹部及びアンカー部の構成］
次に、基材３０２が有する各凹部３０２ｂ（「凹部」の一例）と各アンカー部３０２ｃ（「アンカー部」の一例）との構成について、図面を参照しながら説明する。図１０は、図９の領域Ｒ２の拡大図である。図１０は、基材３０２の側面Ｓ２に垂直な断面に相当する。
【００７０】
凹部３０２ｂは、基材３０２の側面Ｓ２に形成される。凹部３０２ｂは、側面Ｓ２に形成される開口３０２ｄから基材本体３０２ａの内部に向かって延びる。図１０に示すように、凹部３０２ｂは、開口３０２ｄを起点として、第１燃料電池セル３００ａから離れる方向に延びる。
【００７１】
アンカー部３０２ｃは、凹部３０２ｂ内に配置される。アンカー部３０２ｃは、凹部３０２ｂの開口３０２ｄ付近においてコーティング膜３０３に接続される。本実施形態では、各アンカー部３０２ｃと被覆膜３０３ｂとの間に酸化クロム膜３０３ａが介挿されているため、各アンカー部３０２ｃは酸化クロム膜３０３ａに接続される。ただし、各アンカー部３０２ｃと被覆膜３０３ｂとの間に酸化クロム膜３０３ａが介挿されていない場合、各アンカー部３０２ｃは被覆膜３０３ｂに接続される。
【００７２】
アンカー部３０２ｃは、凹部３０２ｂの開口３０２ｄを起点として、第１燃料電池セル３００ａから離れる方向に延びる。このように、アンカー部３０２ｃが凹部３０２ｂに係止されることによって、コーティング膜３０３にアンカー効果が生じる。そのため、基材３０２に対するコーティング膜３０３の密着力が向上するため、コーティング膜３０３が基材３０２から剥離することを抑制できる。特に、アンカー部３０２ｃが第１燃料電池セル３００ａから離れる方向に向かって斜めに延びているため、第１燃料電池セル３００ａに押しつけられる向きの外力が集電部材３０１にかかったとしても、コーティング膜３０３が剥離することを効果的に抑制できる。また、アンカー部３０２ｃが第１燃料電池セル３００ａから離れる方向に向かって斜めに延びているため、アンカー部３０２ｃによって電流経路が妨げられて基材３０２が発熱して劣化することを抑制できる。
【００７３】
アンカー部３０２ｃは、凹部３０２ｂの全体に充填されていてもよいし、凹部３０２ｂの一部に配置されていてもよい。従って、凹部３０２ｂ内には、気孔が存在していなくてもよいし、部分的に気孔が存在していてもよい。
【００７４】
ここで、図１１は、図１０の部分拡大図である。
【００７５】
本実施形態に係る基材３０２は、側面Ｓ２に垂直な断面において、３つの凹部３０２ｂ（「複数の第１凹部」の一例）と３つのアンカー部３０２ｃ（「複数の第１アンカー部」の一例）とを有している。２つの凹部３０２ｂは、直線状の楔形に形成されており、互いに略平行に延びている。残り１つの凹部３０２ｂは、全体的に湾曲した形状に形成されている。
【００７６】
ここで、側面Ｓ２は、第１領域Ｓ２１と、第２領域Ｓ２２とを含む。第１領域Ｓ２１は、主面Ｓ１から離れている。第２領域Ｓ２２は、主面Ｓ１と第１領域Ｓ２１とに連なる。すなわち、第１領域Ｓ２１は、側面Ｓ２のうち第１燃料電池セル３００ａから離れた領域であり、第２領域Ｓ２２は、側面Ｓ２のうち第１燃料電池セル３００ａに近い領域である。第１領域Ｓ２１は、特に限定されるものではないが、例えば、側面Ｓ２のうち、１０〜９０％程度の範囲を占めている。第２領域Ｓ２２は、特に限定されるものではないが、例えば、側面Ｓ２のうち、１０〜９０％程度の範囲を占めている。第１領域Ｓ２１と第２領域Ｓ２２との境界は、第１主面Ｓ１と側面Ｓ２との境界に対して略平行な方向（すなわち、ｙ軸方向）に沿った線で規定される。
【００７７】
本実施形態において、各凹部３０２ｂは、側面Ｓ２のうち第２領域Ｓ２２に形成される。従って、アンカー部３０２ｃは、基材本体３０２ａのうち第１燃料電池セル３００ａに比較的近い位置に配置される。このように、第１燃料電池セル３００ａの熱膨張の影響から高い応力が発生してコーティング膜３０３に剥離が生じやすい第２領域Ｓ２２にアンカー部３０２ｃが位置しているため、コーティング膜３０３の剥離を効率的に抑制することができる。
【００７８】
アンカー部３０２ｃは、Ｃｒ（クロム）よりも平衡酸素圧の低い元素（以下、「低平衡酸素圧元素」という。）の酸化物を含有することが好ましい。すなわち、アンカー部３０２ｃは、Ｃｒよりも酸素との親和力が大きくて酸化しやすい低平衡酸素圧元素の酸化物を含有することが好ましい。これにより、セルスタック１００の運転中、被覆膜３０３ｂを透過してくる酸素をアンカー部３０２ｃに優先的に取り込むことができるため、アンカー部３０２ｃを取り囲む基材本体３０２ａが酸化してアンカー部３０２ｃが肥大化することを抑制できる。その結果、アンカー部３０２ｃの形状を保つことでアンカー効果を長期間に亘って維持できるため、コーティング膜３０３の剥離を長期間に亘って抑制できる。
【００７９】
低平衡酸素圧元素としては、Ａｌ（アルミニウム）、Ｔｉ（チタン）、Ｃａ（カルシウム）、Ｓｉ（シリコン）、Ｍｎ（マンガン）などが挙げられ、その酸化物としては、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＣａＯ、ＳｉＯ２、ＭｎＯ、ＭｎＣｒ２Ｏ４などが挙げられるが、これに限られるものではない。
【００８０】
アンカー部３０２ｃ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０．０１以上が好ましい。これにより、アンカー部３０２ｃを取り囲む基材本体３０２ａの酸化をさらに抑制できるため、基材３０２に対する酸化クロム膜３０３ａの密着力をさらに長期間維持させることができる。アンカー部３０２ｃにおけるＣｒよりも平衡酸素圧の低い元素の含有率は、カチオン比で０．０５以上がより好ましく、０．１０以上が特に好ましい。
【００８１】
アンカー部３０２ｃにおける低平衡酸素圧元素の含有率は、以下のように得られる。まず、基材３０２の断面をＦＥ−ＳＥＭ（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  −  Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：電界放射型走査型電子顕微鏡）によって１０００−２００００倍に拡大した画像から無作為に選出した２０個のアンカー部３０２ｃについて、ＥＤＳ（エネルギー分散型Ｘ線分光器）を用いて、アンカー部３０２ｃの実長さＬ１を１１等分する１０点における低平衡酸素圧元素の含有率をカチオン比で測定する。次に、２０個のアンカー部３０２ｃごとに１０点で測定された含有率から最大値を選択する。次に、２０個のアンカー部３０２ｃごとに選択された最大値を算術平均する。この算術平均によって得られた値が、アンカー部３０２ｃにおける低平衡酸素圧元素の含有率である。一断面において２０個のアンカー部３０２ｃを観察できない場合には、複数断面から２０個のアンカー部３０２ｃを選択すればよい。なお、アンカー部３０２ｃの実長さＬ１とは、図１１に示すように、基材３０２の側面Ｓ２に平行な方向（ｚ軸方向）における、アンカー部３０２ｃのうち凹部３０２ｂに埋設された部分の中点を連ねた線の長さである。
【００８２】
アンカー部３０２ｃは、低平衡酸素圧元素の酸化物を１種だけ含有していてもよいし、２種以上含有していてもよい。例えば、アンカー部３０２ｃは、低平衡酸素圧元素の酸化物として、Ａｌ２Ｏ３のみを含有していてもよいし、Ａｌ２Ｏ３とＴｉＯ２の混合体を含有していてもよい。
【００８３】
なお、アンカー部３０２ｃは、酸化クロムを含有していてもよい。ただし、アンカー部３０２ｃにおけるクロムの含有率は、カチオン比で０．９５以下が好ましく、０．９０以下がより好ましい。
【００８４】
アンカー部３０２ｃの実長さＬ１は特に制限されないが、１５μｍ以上が好ましい。これにより、アンカー部３０２ｃによって十分なアンカー効果を生むことができる。アンカー部３０２ｃの実長さＬ１は、２０μｍ以上がより好ましく、３０μｍ以上が特に好ましい。
【００８５】
アンカー部３０２ｃの垂直深さＤ１は特に制限されないが、１５μｍ以上が好ましい。これにより、アンカー部３０２ｃによって十分なアンカー効果を生むことができる。アンカー部３０２ｃの垂直深さＤ１とは、図１１に示すように、基材３０２の側面Ｓ２に垂直な方向（ｘ軸方向）における、アンカー部３０２ｃのうち凹部３０２ｂに埋設された部分の深さである。アンカー部３０２ｃの垂直深さＤ１は、１７μｍ以上がより好ましく、２０μｍ以上が特に好ましい。
【００８６】
アンカー部３０２ｃの幅Ｗ１は特に制限されないが、０．５μｍ以上が好ましい。これにより、アンカー部３０２ｃによって十分なアンカー効果を生むことができる。アンカー部３０２ｃの幅Ｗ１とは、図１１に示すように、実長さＬ１を５等分する４箇所において、アンカー部３０２ｃの最短の幅を測定し、得られた４つの幅Ｗａ，Ｗｂ，Ｗｃ，Ｗｄを算術平均した値である。アンカー部３０２ｃの幅Ｗ１は、０．７μｍ以上がより好ましく、１．０μｍ以上が特に好ましい。
【００８７】
側面Ｓ２に対するアンカー部３０２ｃの角度θ１は特に制限されないが、６０度以下が好ましい。これにより、アンカー部３０２ｃによって十分なアンカー効果を生むことができる。アンカー部３０２ｃの角度θ１とは、図１１に示すように、開口３０２ｄの中心点とアンカー部３０２ｃの最深点とを結ぶ直線と側面Ｓ２とが成す角度である。アンカー部３０２ｃの角度θ１は、５０度以下がより好ましく、４０度以下が特に好ましい。
【００８８】
なお、基材３０２は、凹部３０２ｂ及びアンカー部３０２ｃを少なくとも１つずつ有していればよく、その数は適宜変更可能である。また、基材３０２が、複数の凹部３０２ｂ及び複数のアンカー部３０２ｃを有する場合、各アンカー部３０２ｃは互いに平行な方向に延びていてもよいし、異なる方向に延びていてもよい。また、各アンカー部３０２ｃの断面形状及びサイズは、互いに同じであってもよいし、異なっていてもよい。なお、図１１では、直線状の楔形に形成されたアンカー部３０２ｃと湾曲状の楔形に形成されたアンカー部３０２ｃとを図示したが、アンカー部３０２ｃの断面形状はこれに限られない。アンカー部３０２ｃの断面形状は、全体的或いは部分的に湾曲又は屈曲していてもよいし、楔形以外の形状（錐台形、矩形、他の複雑形など）であってもよい。
【００８９】
［集電部材の製造方法］
集電部材３０１の製造方法について、図面を参照しながら説明する。
【００９０】
まず、図１２に示すように、基材３０２の側面Ｓ２のうち第２領域Ｓ２２に所望数の凹部３０２ｂを形成する。凹部３０２ｂは、例えばサンドブラストを斜めに吹き付けることによって形成することができる。この際、研磨剤の粒径を調整したり、或いは、ローラーで側面Ｓ２を均したりすることによって、凹部３０２ｂの実長さＬ１及び幅Ｗ１を調整することができる。
【００９１】
次に、図１３に示すように、基材３０２の側面Ｓ２上に低平衡酸素圧元素の酸化物を含むペーストを塗布することによって、凹部３０２ｂの内部にペーストを充填する。ペーストは、低平衡酸素圧元素の酸化物粉末にエチルセルロースとテルピネオールを添加することによって調製される。
【００９２】
次に、図１４に示すように、例えばスキージを用いて、側面Ｓ２上に残った余分なペーストを除去する。
【００９３】
次に、図１５に示すように、基材３０２を大気雰囲気で熱処理（８００〜９００℃、５〜２０時間）することによって、凹部３０２ｂに充填されたペーストを固化してアンカー部３０２ｃを形成するとともに、基材３０２を覆う酸化クロム膜３０３ａを形成する。
【００９４】
次に、図１６に示すように、酸化クロム膜３０３ａ上にセラミックス材料のペーストを塗布した後に熱処理（８００〜９００℃、１〜５時間）することによって、被覆膜３０３ｂを形成する。
【００９５】
（実施形態の変形例）
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。
【００９６】
［変形例１］
上記実施形態では、本発明に係る集電部材３０１を横縞型の燃料電池セルに適用した場合について説明したが、いわゆる縦縞型の燃料電池セルにも適用することができる。縦縞型の燃料電池セルは、導電性の支持基板と、支持基板の一主面上に配置される発電部（燃料極、固体電解質層及び空気極）と、支持基板の他主面上に配置されるインターコネクタとを備える。また、本発明に係る電気化学セル用金属部材は、燃料電池のほか、固体酸化物型の電解セルを含む固体酸化物型の電気化学セルにも適用可能である。
【００９７】
［変形例２］
上記実施形態では、図７を参照しながら集電部材３０１の構成について説明したが、集電部材３０１の具体的な構成は適宜変更可能である。例えば、集電部材３０１は、３以上の接合部を有していてもよいし、接合部には貫通孔が形成されていなくてもよい。
【００９８】
［変形例３］
上記実施形態では、基材３０２の側面Ｓ２のうち第１領域Ｓ２１には凹部が形成されないこととしたが、側面Ｓ２の第１領域Ｓ２１にも凹部が形成されていてもよい。
【００９９】
例えば、図１７に示すように、基材３０２は、基材本体３０２ａと、複数の第１凹部３０２ｅと、複数の第１アンカー部３０２ｆと、複数の第２凹部３０２ｇと、複数の第２アンカー部３０２ｈとを有していてもよい。
【０１００】
各第１凹部３０２ｅは、上記実施形態に係る凹部３０２ｂと同じ構成であり、各第１アンカー部３０２ｆは、上記実施形態に係るアンカー部３０２ｃと同じ構成である。
【０１０１】
各第２凹部３０２ｇは、側面Ｓ２のうち第１領域Ｓ２１に形成される。各第２凹部３０２ｇは、側面Ｓ２のうち第１領域Ｓ２１に形成された開口３０２ｋから基材本体３０２ａの内部に向かって延びる。図１７において、各第２凹部３０２ｇは、側面Ｓ２に略垂直な方向に延びているが、各第２凹部３０２ｇが延びる方向は特に制限されない。
【０１０２】
各第２アンカー部３０２ｈは、第２凹部３０２ｇ内に配置される。第２アンカー部３０２ｈは、凹部３０２ｇの開口３０２ｋ付近においてコーティング膜３０３に接続される。このような第２アンカー部３０２ｈを設けることによって、基材３０２に対するコーティング膜３０３の密着力を更に向上させることができるため、コーティング膜３０３が基材３０２から剥離することを更に抑制できる。
【０１０３】
第１アンカー部３０２ｆ及び第２アンカー部３０２ｈそれぞれの数は特に制限されない。従って、基材３０２は、側面Ｓ２に垂直な断面において、第２凹部３０２ｇを１つだけ有していてもよい。
【０１０４】
第２アンカー部３０２ｈの実長さは、第１アンカー部３０２ｆの実長さＬ１よりも短いことが好ましい。これによって、アンカー効果によるコーティング膜３０３の剥離防止効果を向上できるだけでなく、アンカー部による電流の妨げを低減することができる。第２アンカー部３０２ｈの実長さは、上記実施形態にて説明したアンカー部３０２ｃの実長さＬ１と同じ手法で測定される。
【０１０５】
また、第２アンカー部３０２ｈの垂直深さは、第１アンカー部３０２ｆの垂直深さＤ１よりも短いことが好ましい。これによって、集電部材３０１と第１燃料電池セル３００ａとの間における電流の流れが、第２アンカー部３０２ｈによって阻害されることを抑制できる。第２アンカー部３０２ｈの垂直深さは、上記実施形態にて説明したアンカー部３０２ｃの垂直深さＤ１と同じ手法で測定される。
【０１０６】
また、第２アンカー部３０２ｈの幅は、第１アンカー部３０２ｆの幅Ｗ１よりも狭いことが好ましい。これによって、第２アンカー部３０２ｈが側面Ｓ２において電流の流れを妨げることを低減できる。第２アンカー部３０２ｈの幅は、上記実施形態にて説明したアンカー部３０２ｃの幅Ｗ１と同じ手法で測定される。
【０１０７】
［変形例４］
上記実施形態では、各凹部３０２ｂは、側面Ｓ２のうち第２領域Ｓ２２のみに形成されることとしたが、これに限られない。各凹部３０２ｂは、側面Ｓ２のうち第１領域Ｓ２１のみに形成されていてもよいし、第１領域Ｓ２１と第２領域Ｓ２２の両方に形成されていてもよい。
【０１０８】
［変形例５］
集電部材３０１は、基材３０２及び酸化クロム膜３０３ａによって構成される本体部を有する。本体部は、第１燃料電池セル３００ａ側を向く第１主面と、第１主面と反対側の第２主面と、第１主面及び第２主面に連なる側面とを有する。側面は、第１燃料電池セル３００ａ側の第１領域と、第１燃料電池セル３００ａと反対側の第２領域とを含む。第１領域は、側面のうち１０〜９０％程度の範囲を占める。第２領域は、側面のうち１０〜９０％程度の範囲を占める。
【０１０９】
ここで、第２領域における表面粗さは、第１領域における表面粗さよりも大きくすることができる。この構成によれば、集電部材３０１の側面のうち、第１領域よりも第２領域の方に重点的に被覆膜３０３ｂが形成されやすくなる。この結果、第２領域は確実に被覆膜３０３ｂによって覆われるため、第１燃料電池セル３００ａの外側面に酸化剤ガスが供給されても、第２領域における酸化を抑制することができる。
【０１１０】
本変形例において、第２領域における被覆膜３０３ｂの厚さは、第１領域における被覆膜３０３ｂの厚さよりも厚いことが好ましい。このように構成することで、酸化剤ガスに晒され易い領域で、さらに酸化を抑制することができる。また、第１領域における被覆膜３０３ｂの厚さは、第２領域における被覆膜３０３ｂの厚さよりも厚いことが好ましい。このように構成することで、基材本体部３０２ａがクロムを含む金属の場合に、第１燃料電池セル３００ａに近い側の領域において本体部からのクロムの揮発をより抑制することによって、第１燃料電池セル３００ａにおけるクロム被毒をより抑制することができる。また、第２領域における表面粗さは、第１及び第２主面における表面粗さよりも大きいことが好ましい。
【０１１１】
［変形例６］
集電部材３０１は、基材３０２及び酸化クロム膜３０３ａによって構成される本体部を有する。本体部は、第１燃料電池セル３００ａ側を向く第１主面と、第１主面と反対側の第２主面と、第１主面及び第２主面に連なる側面とを有する。側面は、第１燃料電池セル３００ａ側の第１領域と、第１燃料電池セル３００ａと反対側の第２領域とを含む。第１領域は、側面のうち１０〜９０％程度の範囲を占める。第２領域は、側面のうち１０〜９０％程度の範囲を占める。
【０１１２】
ここで、第１領域における表面粗さは、第２領域における表面粗さよりも大きくすることができる。この構成によれば、集電部材３０１の側面のうち、第１領域における表面粗さが第２領域における表面粗さよりも大きいため、第１領域において被覆膜３０３ｂの剥離を抑制することができる。また、第２領域の表面粗さが第１領域の表面粗さよりも小さいため、第１燃料電池セル３００ａの外側面に酸化剤ガスを流したときに酸化され易い第２領域の表面積を小さくして酸化を抑制できる。
【０１１３】
本変形例において、第１領域における被覆膜３０３ｂの厚さは、第２領域における被覆膜３０３ｂの厚さよりも厚いことが好ましい。このように構成することで、基材本体部３０２ａがクロムを含む金属の場合に、本体部からのクロムの揮発をより抑制することによって、第１燃料電池セル３００ａにおけるクロム被毒をより抑制することができる。また、第２領域における被覆膜３０３ｂの厚さは、第１領域における被覆膜３０３ｂの厚さよりも厚いことが好ましい。このように構成することで、酸化剤ガスに晒され易い領域で、さらに酸化を抑制することができる。また、第１領域における表面粗さは、第１及び第２主面における表面粗さよりも大きいことが好ましい。
【０１１４】
［変形例７］
集電部材３０１は、基材３０２及び酸化クロム膜３０３ａによって構成される本体部を有する。本体部は、第１燃料電池セル３００ａ側を向く第１主面と、第１主面と反対側の第２主面と、第１主面及び第２主面に連なる一対の側面とを有する。
【０１１５】
ここで、第２主面の面積は、第１主面の面積よりも小さくすることができる。この構成によれば、集電部材３０１の一対の主面のうち、酸化剤ガスに晒される側にある第２主面は、第１主面よりも面積が小さくなっている。このため、従来のように第１主面と同じ面積の第２主面を有する集電部材３０１に比べて、第２主面をより確実に被覆膜３０３ｂで覆うことができる。また、第１主面は第２主面よりも面積が大きいため、集電部材３０１と第１燃料電池セル３００ａとの接合面積が大きくなり、電気抵抗を小さくすることができる。
【０１１６】
本変形例において、第１主面に垂直な断面において、一対の側面は、第２主面に向かって互いに近付くように傾斜することが好ましい。この構成によれば、一対の側面は、傾斜していない場合に比べて被覆膜３０３ｂとの接合面積が大きくなるため、被覆膜３０３ｂとの接合強度を向上させることができる。また、第２主面と少なくとも一方の側面とがなす角度は、鈍角であることが好ましい。第２主面と側面との境界部である角部は、第１燃料電池セル３００ａの外側面に流れる酸化剤ガスに露出され易い位置に配置される。この第２主面と側面との角部の角度を鈍角とすることによって、この角部への被覆膜３０３ｂの形成を容易にし、より確実に被覆膜３０３ｂを形成することができる。
【０１１７】
［変形例８］
集電部材３０１は、基材３０２及び酸化クロム膜３０３ａによって構成される本体部を有する。本体部は、第１燃料電池セル３００ａ側を向く第１主面と、第１主面と反対側の第２主面と、第１主面及び第２主面に連なる側面とを有する。
【０１１８】
ここで、本体部は、第１主面と側面とがなす角部から第１主面が向く方向に突出する突起部と、第２主面と側面とを連結する湾曲面とをさらに有していてもよい。この構成によれば、本体部は第１燃料電池セル３００ａ側に突出する突起部を有しているため、本体部と被覆膜３０３ｂとの密着性を向上させることができる。この結果、被覆膜３０３ｂが剥離することを抑制することができる。また、突起部とは反対側の角部は、湾曲面によって形成されているため、被覆膜３０３ｂの形成が容易となり、被覆膜３０３ｂをより確実に形成することができる。
【０１１９】
［変形例９］
集電部材３０１は、基材３０２及び酸化クロム膜３０３ａによって構成される本体部を有する。本体部は、第１燃料電池セル３００ａ側を向く第１主面と、第１主面と反対側の第２主面と、第１主面及び第２主面に連なる側面とを有する。
【０１２０】
ここで、本体部は、第２主面と側面とがなす角部から第２主面が向く方向に突出する突起部と、第１主面と側面とを連結する湾曲面とをさらに有していてもよい。この構成によれば、第１燃料電池セル３００ａ側において、湾曲面によって第１主面と側面とを連結しているため、第１主面と側面とが直接連結されて角部を構成する従来の本体部に比べて、電流が集中することを抑制することができる。この結果、この部分における酸化を抑制することができる。また、第２主面と側面とがなす角部から第２主面が向く方向に突起部が突出しているため、この突起部が優先的に酸化されて他の部分の酸化を抑制することができる。
【０１２１】
［変形例１０］
集電部材３０１は、基材３０２及び酸化クロム膜３０３ａによって構成される本体部を有する。本体部は、第１燃料電池セル３００ａ側を向く第１主面と、第１主面と反対側の第２主面と、第１主面及び第２主面に連なる側面とを有する。側面は、第１燃料電池セル３００ａ側の第１領域と、第１燃料電池セル３００ａと反対側の第２領域とを含む。第１領域は、側面のうち１０〜９０％程度の範囲を占める。第２領域は、側面のうち１０〜９０％程度の範囲を占める。
【０１２２】
ここで、側面は、第１領域と第２領域との間に形成される段差部を有していてもよい。この構成によれば、段差部が被覆膜３０３ｂとの密着性を向上させることができるため、本体部からの被覆膜３０３ｂの剥離を抑制することができる。
【０１２３】
本変形例において、段差部は、第２主面が向く方向を向いていることが好ましい。この場合、第１主面に垂直な断面において、本体部の一対の側面は、第２主面に向かって互いに近付くように傾斜することが好ましい。段差部が向く方向と第２主面が向く方向とがなす角度が４５度以内であれば、段差部は第２主面が向く方向を向いていると言える。また、段差部は、第１主面が向く方向を向いている。この場合、第１主面に垂直な断面において、本体部の一対の側面は、第１主面に向かって互いに近付くように傾斜することが好ましい。段差部が向く方向と第１主面が向く方向とがなす角度が４５度以内であれば、段差部は第１主面が向く方向を向いていると言える。
【０１２４】
本変形例において、側面と直交する方向に沿って側面を見た場合において、第１領域の第２主面側の端部と、第２領域の第１主面側の端部とが互いに重複するように段差部が構成されることが好ましい。この構成によれば、段差部と被覆膜３０３ｂとの密着性がより向上するため、本体部からの被覆膜３０３ｂの剥離をより確実に抑制することができる。
【０１２５】
［変形例１１］
上記実施形態において、コーティング膜３０３は、酸化クロム膜３０３ａと被覆膜３０３ｂとを含むこととしたが、少なくとも被覆膜３０３ｂを含んでいればよい。例えば、図１８に示すように、コーティング膜３０３は、実質的に被覆膜３０３ｂのみを含んでいてもよい。各アンカー部３０２ｃの実長さＬ１、垂直深さＤ１及び接合幅Ｗ１は、上記実施形態にて説明したとおりである。図１８に示す構成であっても、第１燃料電池セル３００ａから離れる方向に各アンカー部３０２ｃを延ばすことによって、第１燃料電池セル３００ａに押しつけられる向きの外力が集電部材３０１にかかったとしても、コーティング膜３０３が剥離することを抑制できる。なお、被覆膜３０３ｂのみを含むコーティング膜３０３は、埋設部用のペーストを凹部３０２ｂに埋設した後、被覆膜用のペーストを塗布して熱処理することで形成できる。
【０１２６】
［変形例１２］
上記実施形態において、各アンカー部３０２ｃは、コーティング膜３０３のうち酸化クロム膜３０３ａに接続されることとしたが、図１９に示すように、各アンカー部３０２ｃは、コーティング膜３０３のうち被覆膜３０３ｂに接続されていてもよい。この場合、各アンカー部３０２ｃの一部は、基材３０２の凹部３０２ｂの外に突出し、各アンカー部３０２ｃの残りの部分が、基材３０２の凹部３０２ｂに埋設される。基材３０２に対してアンカー効果を発揮するのは、各アンカー部３０２ｃのうち凹部３０２ｂに埋設された部分である。そのため、各アンカー部３０２ｃの実長さＬ１、垂直深さＤ１及び接合幅Ｗ１は、各アンカー部３０２ｃのうち凹部３０２ｂに埋設された部分のみを測定対象として算出する。図１９に示す構成であっても、第１燃料電池セル３００ａから離れる方向に各アンカー部３０２ｃを延ばすことによって、第１燃料電池セル３００ａに押しつけられる向きの外力が集電部材３０１にかかったとしても、コーティング膜３０３が剥離することを抑制できる。なお、コーティング膜３０３のうち被覆膜３０３ｂに各アンカー部３０２ｃを接続させるには、アンカー部用のペーストを凹部３０２ｂに埋設した後、基材３０２上に被覆膜用のペーストを塗布して熱処理することによって、被覆膜３０３ｂを形成しながら、さらに熱処理することによって、基材３０２と被覆膜３０３ｂとの間に酸化クロム膜３０３ａを析出させればよい。
【符号の説明】
【０１２７】
１００      セルスタック
１０２      導電性接合材
２００      燃料マニホールド
３００      燃料電池セル
３００ａ    第１燃料電池セル
３００ｂ    第２燃料電池セル
３０１      集電部材
３０２      基材
３０２ａ    基材本体部
３０２ｂ    凹部
３０２ｃ    アンカー部
３０２ｄ    開口
３０２ｅ    第１凹部
３０２ｆ    第１アンカー部
３０２ｇ    第２凹部
３０２ｈ    第２アンカー部
３０２ｋ    開口
Ｓ１        主面
Ｓ２        側面
３０３      コーティング膜
３０３ａ    酸化クロム膜
３０３ｂ    被覆膜
【図１】
2019216077.tif 000003
【図２】
2019216077.tif 000004
【図３】
2019216077.tif 000005
【図４】
2019216077.tif 000006
【図５】
2019216077.tif 000007
【図６】
2019216077.tif 000008
【図７】
2019216077.tif 000009
【図８】
2019216077.tif 000010
【図９】
2019216077.tif 000011
【図１０】
2019216077.tif 000012
【図１１】
2019216077.tif 000013
【図１２】
2019216077.tif 000014
【図１３】
2019216077.tif 000015
【図１４】
2019216077.tif 000016
【図１５】
2019216077.tif 000017
【図１６】
2019216077.tif 000018
【図１７】
2019216077.tif 000019
【図１８】
2019216077.tif 000020
【図１９】
2019216077.tif 000021
【手続補正書】
【提出日】平成31年1月9日(2019.1.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気化学セルと、
前記電気化学セルと電気的に接続される集電部材と、
を備え、
前記集電部材は、
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コーティング膜と、
を有し、
前記基材は、
前記電気化学セルと対向する主面と、
前記主面に連なる側面と、
前記側面に形成される第１凹部と、
前記第１凹部内に配置され、前記コーティング膜に接続される第１アンカー部と、
を含み、
前記第１アンカー部は、前記側面に形成された開口を起点として、前記電気化学セルから離れる方向に延び、
前記第１アンカー部は、クロムよりも平衡酸素圧の低い元素を含む酸化物を含有する、
セルスタック。
【請求項２】
電気化学セルと、
前記電気化学セルと電気的に接続される集電部材と、
を備え、
前記集電部材は、
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コーティング膜と、
を有し、
前記基材は、
前記電気化学セルと対向する主面と、
前記主面に連なる側面と、
前記側面に形成される第１凹部と、
前記第１凹部内に配置され、前記コーティング膜に接続される第１アンカー部と、
を含み、
前記第１アンカー部は、前記側面に形成された開口を起点として、前記電気化学セルから離れる方向に延び、
前記側面に垂直な断面において、前記側面に対する前記第１アンカー部の角度は、６０度以下である、
セルスタック。
【請求項３】
前記側面は、前記主面から離れた第１領域と、前記主面及び前記第１領域に連なる第２領域とを含み、
前記第１凹部は、前記側面のうち前記第２領域に形成される、
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アンカー部の実長さは、１５μｍ以上である、
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５】
前記第１アンカー部の幅は、０．５μｍ以上である、
請求項１乃至４のいずれかに記載のセルスタック。
【請求項６】
前記基材は、
前記第１凹部を含む複数の第１凹部と、
前記第１アンカー部を含み、前記側面に形成された開口を起点として前記電気化学セルから離れる方向にそれぞれ延びる複数の第１アンカー部とを含む、
請求項１乃至５のいずれかに記載のセルスタック。
【請求項７】
前記側面に垂直な断面において、前記複数の第１アンカー部のそれぞれは、平行である、
請求項６に記載のセルスタック。
【請求項８】
前記基材は、
前記第１領域に形成される第２凹部と、
前記第２凹部内に配置され、前記コーティング膜に接続される第２アンカー部と、
を有する、
請求項３に記載のセルスタック。
【請求項９】
前記第２アンカー部の実長さは、前記第１アンカー部の実長さよりも短い、
請求項８に記載のセルスタック。
【請求項１０】
前記第２アンカー部の幅は、前記第１アンカー部の幅よりも狭い、
請求項８又は９に記載のセルスタック。