(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属または合金からなる板状の集電基体と、該板状の集電基体の全体を被覆する耐酸化性の被覆膜とを有するとともに、該被覆膜は、前記集電基体の一対の対向主面を被覆する主面側被覆膜と、前記集電基体の側面を被覆する側面側被覆膜とを有しており、
前記側面側被覆膜は、前記主面側被覆膜よりも多孔質であることを特徴とする燃料電池用集電部材。
【請求項２】
金属または合金からなる板状の集電基体と、該板状の集電基体の全体を被覆する耐酸化性の被覆膜とを有するとともに、該被覆膜は、前記集電基体の一対の対向主面を被覆する主面側被覆膜と、前記集電基体の側面を被覆する側面側被覆膜とを有しており、
前記被覆膜はセラミック粒子のみから成り、
前記側面側被覆膜を構成するセラミック粒子の平均粒径は、前記主面側被覆膜を構成するセラミック粒子の平均粒径よりも大きいことを特徴とする燃料電池用集電部材。
【請求項３】
金属または合金からなる板状の集電基体と、該板状の集電基体の全体を被覆する耐酸化性の被覆膜とを有するとともに、該被覆膜は、前記集電基体の一対の対向主面を被覆する主面側被覆膜と、前記集電基体の側面を被覆する側面側被覆膜とを有しており、
前記側面側被覆膜の硬度は、前記主面側被覆膜の硬度よりも小さいことを特徴とする燃料電池用集電部材。
【請求項４】
金属または合金からなる板状の集電基体と、該板状の集電基体の全体を被覆する耐酸化性の被覆膜とを有するとともに、該被覆膜は、前記集電基体の一対の対向主面を被覆する主面側被覆膜と、前記集電基体の側面を被覆する側面側被覆膜とを有しており、
前記側面側被覆膜のヤング率は、前記主面側被覆膜のヤング率よりも小さいことを特徴とする燃料電池用集電部材。
【請求項５】
複数の燃料電池セルと、該複数の燃料電池セル間に配置された請求項１乃至４のうちいずれか記載の燃料電池用集電部材とを具備するとともに、前記燃料電池セルと前記燃料電池用集電部材とが導電性接合材で接合されており、
前記集電基体の一対の対向主面のうち前記燃料電池セルに接合されたセル対向主面は、該セル対向主面と反対側の主面よりも温度が高いことを特徴とする燃料電池セル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被覆膜付部材および集電部材ならびに燃料電池セル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、次世代エネルギーとして、燃料ガス（水素含有ガス）と酸素含有ガス（空気等）とを用いて６００℃〜１０００℃の高温下で発電する複数の燃料電池セルを、集電部材を介して電気的に直列に接続してなる燃料電池セル装置が知られている。そして、対向する燃料電池セル間に板状の集電部材を配置し、該板状の集電部材と燃料電池セルとを導電性接合材を用いて接合することが知られており（例えば、特許文献１参照）、集電部材は、板状の集電基体の表面に耐酸化性の被覆膜を形成して構成されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
この集電部材では、燃料電池セルに対向しているセル対向主面を有しており、該集電部材のセル対向主面と燃料電池セルとの間に導電性接合材が介在し、燃料電池セルと集電部材が電気的に接続されている。また、燃料電池セル間は、空気等の温度の低い酸素含有ガスが流れる構造とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３３９９０４号公報
【特許文献２】特開２００７−１９４０２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の集電部材は、燃料電池セルと対向するセル対向主面と、このセル対向主面と反対側の主面（一対の対向主面）を有しており、導電性接合材で燃料電池セルに接合された集電部材のセル対向主面では、発電時に燃料電池セルからの熱が伝導し、高い温度となるものの、集電部材のセル対向主面と反対側の主面では、温度が低い、例えば空気等の酸素含有ガスが接触するため、集電部材のセル対向主面と、このセル対向主面と反対側に位置する主面との間で温度差が生じ、セル対向主面と、該セル対向主面と反対側に位置する主面との間に形成される側面、言い換えれば、集電部材の厚みを規定する側面に、温度差に基づく熱応力が生じ、集電基体の表面に形成された耐酸化性の被覆膜にクラックが発生するおそれがあった。
【０００６】
本発明は、被覆膜におけるクラックの発生を抑制できる被覆膜付部材および集電部材ならびに燃料電池セル装置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】
【０００８】
また、本発明の燃料電池用集電部材は、金属または合金からなる板状の集電基体と、該板状の集電基体の全体を被覆する耐酸化性の被覆膜とを有するとともに、該被覆膜は、前記集電基体の一対の対向主面を被覆する主面側被覆膜と、前記集電基体の側面を被覆する側面側被覆膜とを有しており、前記側面側被覆膜は、前記主面側被覆膜よりも多孔質であることを特徴とする。
また、本発明の燃料電池用集電部材は、金属または合金からなる板状の集電基体と、該板状の集電基体の全体を被覆する耐酸化性の被覆膜とを有するとともに、該被覆膜は、前記集電基体の一対の対向主面を被覆する主面側被覆膜と、前記集電基体の側面を被覆する側面側被覆膜とを有しており、前記被覆膜はセラミック粒子のみから成り、前記側面側被覆膜を構成するセラミック粒子の平均粒径は、前記主面側被覆膜を構成するセラミック粒子の平均粒径よりも大きいことを特徴とする。
また、本発明の燃料電池用集電部材は、金属または合金からなる板状の集電基体と、該板状の集電基体の全体を被覆する耐酸化性の被覆膜とを有するとともに、該被覆膜は、前記集電基体の一対の対向主面を被覆する主面側被覆膜と、前記集電基体の側面を被覆する側面側被覆膜とを有しており、前記側面側被覆膜の硬度は、前記主面側被覆膜の硬度よりも小さいことを特徴とする。
また、本発明の燃料電池用集電部材は、金属または合金からなる板状の集電基体と、該板状の集電基体の全体を被覆する耐酸化性の被覆膜とを有するとともに、該被覆膜は、前記集電基体の一対の対向主面を被覆する主面側被覆膜と、前記集電基体の側面を被覆する側面側被覆膜とを有しており、前記側面側被覆膜のヤング率は、前記主面側被覆膜のヤング率よりも小さいことを特徴とする。
【０００９】
さらに、本発明の燃料電池セル装置は、複数の燃料電池セルと、該複数の燃料電池セル間に配置された上記の燃料電池用集電部材とを具備するとともに、前記燃料電池セルと前記燃料電池用集電部材とが導電性接合材で接合されており、前記集電基体の一対の対向主面のうち前記燃料電池セルに接合されたセル対向主面は、該セル対向主面と反対側の主面よりも温度が高いことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、被覆膜付部材の一方の対向主面から加熱され、被覆膜付部材の他方の対向主面から冷却され、被覆膜付部材に熱応力が生じたとしても、側面側被覆膜は主面側被覆膜とは膜質が異なり、応力緩和膜とすることにより、燃料電池用集電部材等の被覆膜付部材の側面側被覆膜におけるクラックの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態である燃料電池セル装置を示すもので、（ａ）は燃料電池セル装置を概略的に示す側面図、（ｂ）は（ａ）の一部を拡大して示す横断面図である。
【図２】図１に示す燃料電池セルを詳細に示すもので、（ａ）は横断面図、（ｂ）は側面図である。
【図３】図１に示す集電部材を抜粋して示すもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図４】集電部材を示すもので、（ａ）は主面に沿った断面図であり、図３（ｂ）のＤ−Ｄ線に沿った断面図、（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ線に沿った断面図、（ｃ）は（ａ）のＦ−Ｆ線に沿った断面図である。
【図５】一対の燃料電池セルを集電部材で接合した状態を示す横断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。
【図６】（ａ）は一対の燃料電池セル間の集電部材を導電性接合材で接合した状態を示す縦断面図であり、（ｂ）は（ａ）の一部を抜き出して示す拡大図である。
【図７】図１に示す燃料電池セル装置を収納容器に収納してなる燃料電池モジュールを分解して示す外観斜視図である。
【図８】図７に示す燃料電池モジュールを外装ケースに収納してなる燃料電池装置を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施形態である燃料電池セル装置１について図１、２を用いて説明する。この燃料電池セル装置１は、一対の対向する主面をもち全体的に見て柱状の導電性支持体７の一方の主面上に、内側電極層である燃料極層８と、固体電解質層９と、外側電極層である空気極層１０とをこの順に積層してなる発電部を備える燃料電池セル３を有している。導電性支持体７の内部にはガス流路１２を有している。
【００１３】
そして、燃料電池セル３は、導電性支持体７の他方の主面のうち固体電解質層９が形成されていない部位にインターコネクタ１１を積層してなる柱状（中空平板状）であり、これらの燃料電池セル３の複数個を１列に配列し、隣接する燃料電池セル３間に集電部材４を配置することで、燃料電池セル３同士を電気的に直列に接続してなるセルスタック２を備えている。
【００１４】
燃料電池セル３と集電部材４とは詳しくは後述するが、導電性接合材１３を介して接合されており、それにより、複数個の燃料電池セル３を集電部材４を介して電気的および機械的に接合して、セルスタック２を形成している。
【００１５】
また、インターコネクタ１１の外面にはＰ型半導体層（図示せず）を設けることもでき
る。集電部材４を、Ｐ型半導体層を介してインターコネクタ１１に接続させることより、両者の接触がオーム接触となって電位降下を少なくすることができる。このＰ型半導体層は、空気極層１０の外面にも設けてもよい。
【００１６】
すなわち、導電性支持体７は、図２に示されている形状から理解されるように、互いに平行な一対の平坦面ｎと、一対の平坦面ｎをそれぞれ接続する弧状面（側面）ｍとで構成されている。平坦面ｎの両面は互いにほぼ平行に形成されており、一方の平坦面ｎ（下面）と両側の弧状面ｍを覆うように多孔質な燃料極層８が設けられており、さらに、この燃料極層８を覆うように、緻密質な固体電解質層９が積層されている。また、固体電解質層９の上には、多孔質な空気極層１０が積層されている。固体電解質層９と空気極層１０との間には、図示しなかったが、反応防止層が形成されている。
【００１７】
燃料極層８、固体電解質層９および空気極層１０により発電部が構成されており、この発電部が導電性支持体７に設けられている。導電性支持体７は、内部に燃料ガスを流通させるためのガス流路１２を有するとともに、固体電解質層９とインターコネクタ１１とで気密に囲まれている。
【００１８】
燃料極層８および固体電解質層９は、両端の弧状面ｍを経由して他方の平坦面ｎ（上面）まで形成されており、固体電解質層９の両端部にインターコネクタ１１の両端部が接合され、固体電解質層９とインターコネクタ１１で導電性支持体７を取り囲み、内部を流通する燃料ガスが外部に漏出しないように構成されている。
【００１９】
そして、セルスタック２を構成する各燃料電池セル３の下端部が、ガスタンク６に、ガラス等のシール材（図示せず）により固定されており、ガスタンク６内の燃料ガスが、燃料電池セル３の内部に設けられたガス流路１２を介して固体電解質層９に燃料ガスを供給するように構成されている。
【００２０】
図１に示す燃料電池セル装置１においては、燃料電池セル３のガス流路１２の内部を燃料ガスとして水素含有ガスが流れるとともに、燃料電池セル３の間に配置された集電部材４の内側を酸素含有ガス（空気）が流れる構成となる。それにより、燃料極層８にガスタンク６から燃料ガスが供給され、空気極層１０に集電部材４の内側を通じて酸素含有ガスが供給されることで、燃料電池セル３の発電が行なわれる。以下の説明においては、外側電極層を空気極層１０、内側電極層を燃料極層８として説明する。
【００２１】
燃料電池セル装置１は、燃料電池セル３の配列方向ｘの両端から、セルスタック２を挟持するように、ガスタンク６に下端部が固定された弾性変形可能な導電部材５を具備している。ここで、図１に示す導電部材５は、セルスタック２の端部に位置するように設けられた平板部５ａと、燃料電池セル３の配列方向ｘに沿って外側に向けて延びた形状で、セルスタック２（燃料電池セル３）の発電により生じる電流を引出すための電流引出部５ｂとを有している。
【００２２】
以下に、図１において示す燃料電池セル３を構成する各部材について説明する。燃料極層８は、一般的に公知のものを使用することができ、多孔質の導電性セラミックス、例えば希土類元素が固溶しているＺｒＯ２（安定化ジルコニアと称する）とＮｉおよび／またはＮｉＯとから形成することができる。
【００２３】
固体電解質層９は、電極間の電子の橋渡しをする電解質としての機能を有していると同時に、燃料ガスと酸素含有ガスとのリークを防止するためにガス遮断性を有することが必要とされ、３〜１５モル％の希土類元素が固溶したＺｒＯ２等の固体酸化物から形成される。なお、上記特性を有する限りにおいては、他の材料等を用いて形成してもよい。
【００２４】
空気極層１０は、一般的に用いられるものであれば特に制限はなく、例えば、いわゆるＡＢＯ３型のペロブスカイト型酸化物からなる導電性セラミックスから形成することができる。空気極層１０はガス透過性を有していることが必要であり、開気孔率が２０％以上、特に３０〜５０％の範囲とすることができる。
【００２５】
インターコネクタ１１は、導電性セラミックスから形成することができるが、燃料ガス（水素含有ガス）および酸素含有ガス（空気等）と接触するため、耐還元性及び耐酸化性を有することが必要であり、それゆえランタンクロマイト（ＬａＣｒＯ３）を使用することができる。なお、ランタンクロマイト（ＬａＣｒＯ３）以外の材料を用いることもできる。インターコネクタ１１は、導電性支持体７に形成された複数のガス流路１２を流通する燃料ガス、および導電性支持体７の外側（集電部材４の内側）を流通する酸素含有ガスのリークを防止するために緻密質でなければならず、９３％以上、特に９５％以上の相対密度であることが好ましい。
【００２６】
導電性支持体７としては、燃料ガスを燃料極層８まで透過するためにガス透過性であること、さらには、インターコネクタ１１を介して集電するために導電性であることが必要とされる。したがって、導電性支持体７としては、かかる要求を満足するものを用いる必要があり、例えば導電性セラミックスやサーメット等を用いることができる。
【００２７】
なお、燃料電池セル３を作製するにあたり、燃料極層８または固体電解質層９との同時焼成により導電性支持体７を作製する場合においては、鉄属金属成分と特定希土類酸化物とから導電性支持体７を形成することができる。また、導電性支持体７は、所要ガス透過性を備えるために開気孔率が３０％以上、特に３５〜５０％の範囲にあるのが好適であり、そしてまたその導電率は５０Ｓ／ｃｍ以上、さらには３００Ｓ／ｃｍ以上、４４０Ｓ／ｃｍ以上にしてもよい。
【００２８】
さらに、Ｐ型半導体層（図示せず）としては、遷移金属ペロブスカイト型酸化物からなる層を例示することができる。具体的には、インターコネクタ１１を構成するランタンクロマイトよりも電子伝導性が大きいもの、例えば、ＢサイトにＭｎ、Ｆｅ、Ｃｏなどが存在するランタンマンガナイト（ＬａＳｒＭｎＯ３）、ランタンフェライト（ＬａＳｒＦｅＯ３）、ランタンコバルタイト（ＬａＳｒＣｏＯ３）などの少なくとも一種からなるＰ型半導体セラミックスを使用することができる。このようなＰ型半導体層の厚みは、一般に、３０〜１００μｍの範囲とすることが好ましい。
【００２９】
導電性接合材１３は、燃料電池セル３と集電部材４とを接合するために設けられており、導電性セラミックス等を用いて形成することができる。導電性セラミックスとしては、空気極層１０を形成するものと同様のものを用いることができ、空気極層１０と同じ成分により形成すると、空気極層１０と導電性接合材１３との接合強度が高くなるため空気極層１０と同じ成分により形成することが好ましい。
【００３０】
具体的には、ＬａＳｒＣｏＦｅＯ３、ＬａＳｒＭｎＯ３、ＬａＳｒＣｏＯ３等を用いることができる。これらの単一の材料を用いて作製してもよく、２種以上組み合わせて導電性接合材１３を作製してもよい。
【００３１】
また、導電性接合材１３は、空気極層１０とは、粒径の異なる異種材料により構成してもよく、粒径の同じ異種材料により構成してもよい。さらに、粒径の異なる同材料により構成してもよく、粒径の同じ同材料により構成してもよい。異なる粒径を用いた場合には微粒の粒径を０．１〜１．０μｍ、粗粒の粒径を１．０〜１０．０μｍとすることが好ましい。また同じ粒径で導電性接合材１３を構成する場合は、粒径が０．１〜１０μｍとす
ることが好ましい。
【００３２】
このように、異なる粒径の材料を用いて導電性接合材１３を作製することにより、粒径の大きな粗粒が導電性接合材１３の強度を向上させるとともに、粒径の小さな微粒が導電性接合材１３の焼結性を向上させることができる。
【００３３】
次に、集電部材４について図３〜５を用いて説明する。集電部材４は、隣接する一方の燃料電池セル３と接合される複数の板状の第１セル対面部４ａ１と、燃料電池セルから離れるように第１セル対面部４ａ１の両側から延びた板状の第１離間部４ａ２と、隣接する他方の燃料電池セル３と接合される複数の板状の第２セル対面部４ｂ１と、燃料電池セルから離れるように第２セル対面部４ｂ１の両側から延びた板状の第２離間部４ｂ２とを有している。
【００３４】
さらに、複数の第１離間部４ａ２および複数の第２離間部４ｂ２の一端同士を連結する第１連結部４ｃと、複数の第１離間部４ａ２および複数の第２離間部４ｂ２の他端同士を連結する第２連結部４ｄとを加えて一組のユニットとし、これらのユニットの複数組が、燃料電池セル３の長手方向に導電性連結片４ｅにより連結されて構成されている。第１セル対面部４ａ１および第２セル対面部４ｂ１は、図５（ａ）に示すように、燃料電池セル３に導電性接合材１３で接合されており、これらの部位が燃料電池セル３の発電電力を出入する部分となっている。
【００３５】
集電部材４は、第１セル対面部４ａ１および第２セル対面部４ｂ１が、第１、第２連結部４ｃ、４ｄに対して、一対の燃料電池セル方向に交互に突出するように折り曲げられており、第１セル対面部４ａ１と第２セル対面部４ｂ１との間には、例えば空気等の酸素含有ガスが通過する空間Ｓが、燃料電池セル３の長さ方向、言い換えれば燃料ガスの流れ方向に形成されている。
【００３６】
そして、集電部材４は、図３、４に示すように、金属または合金からなる板状の集電基体１５と、該板状の集電基体１５の全体を被覆する耐酸化性のセラミックスからなる被覆膜１７とを有するとともに、該被覆膜１７は、集電基体１５の一対の対向主面を被覆する主面側被覆膜１７ａと、集電基体１５の側面を被覆する側面側被覆膜１７ｂとを有しており、側面側被覆膜１７ｂは主面側被覆膜１７ａとは膜質が異なり、応力緩和膜とされている。
【００３７】
すなわち、集電基体１５の主面部分には主面側被覆膜１７ａが、集電基体１５の厚みを規定する側面部分には側面側被覆膜１７ｂが形成されており、図３のような集電部材４では、集電基体１５が露出した部分がなく、全体が耐酸化性の被覆膜１７で被覆されている。
【００３８】
集電基体１５の厚みは、１０〜１００μｍ、主面側被覆膜１７ａは０．１〜１００μｍ、側面側被覆膜１７ｂは０．１〜１００μｍとされている。なお、図面では、集電部材４の厚みを誇張して記載し、セルの長さを短縮して記載した。
【００３９】
このような集電部材４は、図３のような形状の集電基体１５を作製した後、集電基体１５が露出した部分に、耐酸化性の被覆膜１７を被覆することで、酸化しやすい集電基体１５の表面全面を、耐酸化性の被覆膜１７で被覆することができる。
【００４０】
集電部材４は、耐熱性および導電性を有する必要があり、金属または合金により作製されている。特には、集電部材４は、高温の酸化雰囲気に曝されることから４〜３０％の割合でＣｒを含有する合金から作製することができ、Ｆｅ−Ｃｒの合金やＮｉ−Ｃｒの合金
等により作製できる。
【００４１】
耐酸化性の被覆膜１７は、例えば、Ｃｒ拡散防止層とされており、例えば、Ｚｎと、Ｃｒ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｓｒ等とを含むスピネル型酸化物を含有している。Ｃｒ拡散防止層としては、例えば、Ｍｎを主として含有するスピネル型酸化物、Ｔｉを主として含有するスピネル型酸化物であっても良い。
【００４２】
そして、図５、６に示すように、燃料電池セル３と集電部材４の第１、第２セル対面部４ａ１、４ｂ１とが導電性接合材１３で接合されている。
【００４３】
言い換えると、複数の燃料電池セル３が一対の平坦部を有し、一方の平坦部に、インターコネクタ１１を有しており、該インターコネクタ１１に第１セル対面部４ａ１が対面し、また、他方の燃料電池セル３の他方の平坦部に設けられた空気極層１０に第２セル対面部４ｂ１が対面し、これらが導電性接合材１３で接合されている。
【００４４】
さらに言い換えると、固体電解質層９が形成されていない導電性支持体７の面、および固体電解質層９の両端部に、インターコネクタ１１が接合されており、インターコネクタ１１と、第１セル対面部４ａ１との間が導電性支持体７で接合されている。また、他方の燃料電池セル３の空気極層１０と、集電部材４の第２セル対面部４ｂ１との間が導電性支持体７で接合されている。第１セル対面部４ａ１と第２セル対面部４ｂ１との間に形成されている空間Ｓを、図６の矢印で示すように、空気が上方に流れることになる。
【００４５】
固体酸化物形燃料電池においては、燃料電池セル３間を電気的に接続するために、集電部材４としては耐熱性を有する金属または合金で構成する必要があり、しかも６００〜８５０℃程度の高い温度で発電するため、集電基体１５が酸化しないように、耐酸化性の被覆膜１７で、表面を被覆する必要がある。このような耐酸化性の被覆膜１７では、一部にクラックが発生すると、そのクラック部分から、酸化が生じ、例えば、Ｃｒが酸化クロムとなって拡散していくおそれがあるため、被覆膜１７におけるクラックを防止する必要がある。
【００４６】
燃料電池セル３は、発電時に生じるジュール熱により高温となり、このジュール熱が空気極層１０と第２セル対面部４ｂ１との間の導電性接合材１３、およびインターコネクタ１１と第１セル対面部４ａ１との間の導電性接合材１３を介して、集電部材４側に伝導する。一方で、第１セル対面部４ａ１と第２セル対面部４ｂ１との間に形成されている空間Ｓを、温度の低い空気が上方に流れることになるため、集電部材４の第１セル対面部４ａ１、第２セル対面部４ｂ１では、燃料電池セル３側から加熱され、集電部材４の空間Ｓ側から空気により冷却され、第１セル対面部４ａ１、第２セル対面部４ｂ１の側面側被覆膜１７ｂには高い熱応力が生じ、側面側被覆膜１７ｂにクラックが入るおそれがある。
【００４７】
従来は、集電基体１５の全体、すなわち、主面側被覆膜、側面側被覆膜とが同じ膜質とされていたが、本実施形態では、側面側被覆膜１７ｂは主面側被覆膜１７ａとは膜質を異ならせ、応力緩和膜としている。
【００４８】
具体的には、側面側被覆膜１７ｂは主面側被覆膜１７ａよりも多孔質としている。側面側被覆膜１７ｂが主面側被覆膜１７ａよりも多孔質であるため、集電部材４の第１セル対面部４ａ１、第２セル対面部４ｂ１が、燃料電池セル３側から加熱され、集電部材４の空間Ｓ側から空気により冷却され、集電部材４が変形しても、多孔質である側面側被覆膜１７ｂが変形し、第１セル対面部４ａ１、第２セル対面部４ｂ１の側面側被覆膜１７ｂにおける熱応力を抑制することができ、側面側被覆膜１７ｂにおけるクラック発生を抑制することができる。
【００４９】
側面側被覆膜１７ｂが主面側被覆膜１７ａよりも多孔質か否かは、集電部材４の表面及び断面写真を撮り、側面側被覆膜１７ｂと主面側被覆膜１７ａとの気孔径、気孔含有率を比較することにより、確認することができる。側面側被覆膜１７ｂを主面側被覆膜１７ａよりも多孔質とするためには、例えば、側面側被覆膜１７ｂを、主面側被覆膜１７ａとは別個に形成する。例えば、以下のような手法で形成することができる。例えば、スパッタ法により形成する場合には、主面側被覆膜１７ａをスパッタ法で形成した後、主面側被覆膜１７ａにマスクし、側面側被覆膜１７ｂのみを多孔質に形成する。また、例えば、集電基体１５の側面部に被覆膜形成を抑制する防着板を設置することにより側面側被覆膜１７ｂを多孔質にすることができる。また出力、雰囲気ガス流量の調整によっても多孔質にすることができる。ディップ法の場合には、側面側被覆膜１７ｂを、主面側被覆膜１７ａとは別個に形成することにより、側面側被覆膜１７ｂを主面側被覆膜１７ａとは膜質を異ならせ、多孔質とすることができる。
【００５０】
例えば、主面側被覆膜１７ａの気孔率は０〜１．０％、側面側被覆膜１７ｂは１．０〜５．０％とされている。
【００５１】
また、側面側被覆膜１７ｂを構成するセラミック粒子の平均粒径を、主面側被覆膜１７ａを構成するセラミック粒子の平均粒径よりも大きくすることによっても、第１セル対面部４ａ１、第２セル対面部４ｂ１の側面側被覆膜１７ｂにおける熱応力を抑制することができ、側面側被覆膜１７ｂにおけるクラック発生を抑制することができる。セラミック粒子の平均粒径は、集電部材４の表面及び断面写真から求めることができる。この場合も、上記と同様の方法にて作製することができる。
【００５２】
さらに、側面側被覆膜１７ｂの硬度を、主面側被覆膜１７ａの硬度よりも小さくすること、側面側被覆膜１７ｂのヤング率を、主面側被覆膜１７ａのヤング率よりも小さくすることによっても、第１セル対面部４ａ１、第２セル対面部４ｂ１の側面側被覆膜１７ｂにおける熱応力を抑制することができ、側面側被覆膜１７ｂにおけるクラック発生を抑制することができる。側面側被覆膜１７ｂ、主面側被覆膜１７ａの硬度、ヤング率は、ナノインデンテンター法（荷重−変位曲線から算出）により、求めることができる。
【００５３】
ここで、集電部材４の作製方法について説明する。一枚の矩形状をした板状の集電基体１５にプレス加工を施して集電基体１５の幅方向に延びるスリットを集電基体１５の長手方向に複数形成する。そして、第１セル対面部４ａ１および第２セル対面部４ｂ１となるスリット間の部位を交互に突出させることにより、図３に示すような集電基体１５を作製することができる。この後、上記したように、例えば、側面側被覆膜１７ｂ、主面側被覆膜１７ａを別個に作製することにより、側面側被覆膜１７ｂを主面側被覆膜１７ａとは膜質を異ならせることができる。
【００５４】
次に、燃料電池セル装置１を収納容器２１内に収納してなる燃料電池モジュール２０について図７を用いて説明する。
【００５５】
図７に示す燃料電池モジュール２０は、燃料電池セル３にて使用する燃料ガスを得るために、天然ガスや灯油等の原燃料を改質して燃料ガスを生成するための改質器２２をセルスタック２の上方に配置している。そして、改質器２２で生成された燃料ガスは、ガス流通管２３を介してガスタンク６に供給され、ガスタンク６を介して燃料電池セル３の内部に設けられたガス流路１２に供給される。
【００５６】
なお、図７においては、収納容器２１の一部（前後面）を取り外し、内部に収納されている燃料電池セル装置１および改質器２２を後方に取り出した状態を示している。ここで
、図７に示した燃料電池モジュール２０においては、燃料電池セル装置１を、収納容器２１内にスライドして収納することが可能である。
【００５７】
また収納容器２１の内部に設けられた酸素含有ガス導入部材２４は、図７においてはガスタンク６に並置されたセルスタック２の間に配置されるとともに、酸素含有ガスが、燃料ガスの流れに合わせて、燃料電池セル３の側方を下端部側から上端部側に向かって流れるように、燃料電池セル３の下端部側に酸素含有ガスを供給するように構成されている。そして、燃料電池セル３のガス流路より排出される発電に使用されなかった余剰の燃料ガス（燃料オフガス）を燃料電池セル３の上方で燃焼させることにより、セルスタック２の温度を効果的に上昇させることができ、燃料電池セル装置１の起動を早めることができる。また、燃料電池セル３の上方にて、燃料電池セル３のガス流路から排出される発電に使用されなかった燃料ガスを燃焼させることにより、セルスタック２の上方に配置された改質器２２を温めることができる。それにより、改質器２２で効率よく改質反応を行うことができる。
【００５８】
次に、燃料電池モジュール２０と、燃料電池モジュール２０を作動させるための補機（図示せず）とを外装ケースに収納してなる燃料電池装置２５について図８を用いて説明する。
【００５９】
図８に示す燃料電池装置２５は、支柱２６と外装板２７から構成される外装ケース内を仕切板２８により上下に区画し、その上方側を上述した燃料電池モジュール２０を収納するモジュール収納室２９とし、下方側を燃料電池モジュール２０を作動させるための補機を収納する補機収納室３０として構成されている。なお、補機収納室３０に収納する補機を省略している。
【００６０】
また、仕切板２８には、補機収納室３０の空気をモジュール収納室２９側に流すための空気流通口３１が設けられており、モジュール収納室２９を構成する外装板２７の一部に、モジュール収納室２９内の空気を排気するための排気口３２が設けられている。
【００６１】
以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、改良等が可能である。
【００６２】
例えば、上述した燃料電池セル装置１においては、燃料電池セル３のガス流路１２に燃料ガスを供給し、燃料電池セル３の外側に酸素含有ガスを供給する例を示したが、ガス流路１２に酸素含有ガスを供給し、燃料電池セル３の外側に燃料ガスを供給する構成としてもかまわない。その場合においては、内側電極層を空気極層１０とし、外側電極層を燃料極層８とする構成の燃料電池セル３とすればよい。その際は、導電性接合材１３の成分を燃料極層８と同様の組成にすることにより、外側電極層としての燃料極層８と導電性接合材１３との接合強度を向上させることができる。
【００６３】
また、上記形態では、被覆膜付部材として、燃料電池用集電部材に適用した形態について説明したが、その他のエンジン、炉、ボイラー等高温の熱が発生する装置の構成部材等に被覆膜付部材を用いることもできる。
【００６４】
さらに、上記形態では、集電部材４を、一方の燃料電池セル３のインターコネクタ１１と、他方の燃料電池セル３の空気極層１０とに接合した燃料電池セル装置について説明したが、例えば、集電部材４で、一方の燃料電池セルの空気極と、他方の燃料電池セルの空気極層とを接合した燃料電池セル装置であっても良い。
【００６５】
また、上記形態では、中空平板型の燃料電池セルを用いたが、円筒型、平板型の燃料電池セルを用いても良い。
【符号の説明】
【００６６】
１：燃料電池セル装置
２：セルスタック
３：燃料電池セル
４：集電部材
４ａ１：第１セル対面部
４ｂ１：第２セル対面部
６：ガスタンク
１３：導電性接合材
１５：集電基体
１７：被覆膜
１７ａ：主面側被覆膜
１７ｂ：側面側被覆膜
２０：燃料電池モジュール
２５：燃料電池装置
Ｓ：空間
【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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