(57)【要約】      （修正有）【課題】Ｃｒ拡散防止効果の向上と燃料電池セル間の電気的接続信頼性を向上できる燃料電池用集電部材、セルスタック、及び燃料電池を提供する。【解決手段】複数の燃料電池セル間を、集電部材２０を介装して電気的に接続してなるセルスタックであって、集電部材２０が、Ｃｒを含有する集電基材２０１の表面を、Ｚｎを含有するＣｒ拡散防止層２０２ａと、燃料電池セルの酸素極層を構成する成分の少なくとも一部を含有するペロブスカイト構造の複合酸化物、及び亜鉛の酸化物を含有する被覆層２０２ｂとにより順に被覆してなり、燃料電池セルの酸素極層に集電部材２０１の被覆層２０２ｂが接合されている。【選択図】図２
2007273358.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃｒを含有する耐熱性合金部材の表面を、Ｚｎを含有するＣｒ拡散防止層と、ＬａとＦｅ又はＭｎとを含有するペロブスカイト構造の複合酸化物、及び亜鉛の酸化物を含有する被覆層とにより順に被覆してなることを特徴とする燃料電池用集電部材。
【請求項２】
複数の燃料電池セル間を、集電部材を介装して電気的に接続してなるセルスタックであって、前記集電部材が、Ｃｒを含有する耐熱性合金部材の表面を、Ｚｎを含有するＣｒ拡散防止層と、前記燃料電池セルの酸素極層を構成する成分の少なくとも一部を含有するペロブスカイト構造の複合酸化物、及び亜鉛の酸化物を含有する被覆層とにより順に被覆してなり、前記燃料電池セルの酸素極層に前記集電部材の被覆層が接合されていることを特徴とするセルスタック。
【請求項３】
前記Ｃｒ拡散防止層と前記被覆層との間に、Ｚｎを含有する導電層を有することを特徴とする請求項２記載のセルスタック。
【請求項４】
前記導電層及び前記被覆層が、Ｆｅを含有することを特徴とする請求項３記載のセルスタック。
【請求項５】
前記燃料電池セルの酸素極層及び前記集電部材の被覆層が、ＬａとＦｅ又はＭｎとを含有するペロブスカイト構造の複合酸化物を含有することを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載のセルスタック。
【請求項６】
請求項２乃至５のいずれかに記載のセルスタックが収納容器内に収納されてなることを特徴とする燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｃｒを含有する合金の表面を表面層により被覆してなる燃料電池用集電部材、セルスタック、及び燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
次世代エネルギーとして、近年、例えば、燃料電池セルのスタックを収納容器内に収容した燃料電池が種々提案されている。固体電解質形燃料電池は、複数の燃料電池セルを電気的に接続したセルスタックを収納容器内に収容して構成され、燃料電池セルの燃料極側に燃料ガス（水素）を流し、空気極（酸素極ともいう。）側に空気（酸素）を流して６００〜９００℃の高温で発電する。燃料電池セル間を電気的に接続するためには、従来からフェルト状や板状の集電部材が用いられている。
【０００３】
このような集電部材としては、導電率の高い合金が採用され、さらに高温下で使用されることから、耐熱合金が望ましく採用され、このような導電率の高い耐熱合金として、Ｃｒを１０〜３０質量％含有する合金が一般的に用いられる。しかしながら、Ｃｒを含有する合金からなる集電部材を燃料電池セル間に介装し、複数の燃料電池セルを電気的に接続した場合、燃料電池を長期間発電させると、集電部材中のＣｒが集電部材の外部に拡散してしまい、拡散したＣｒは空気極と固体電解質との界面に達し、活性を劣化させてしまう。この現象は、いわゆるＣｒ被毒といわれ、燃料電池セルの発電能力の低下を招くこととなる。
【０００４】
このようなＣｒ被毒を防止するため、従来、Ｃｒを含有する合金の表面をＭｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉで被覆することが行われている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特表平１１−５０１７６４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に記載されているようにＣｒ含有合金の表面をＭｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉで被覆した場合、Ｃｒ含有合金中のＣｒが外部に拡散することをある程度抑制することができるものの、未だＣｒの拡散が多いという問題があった。
又、燃料電池セル間に集電部材が配置され、集電部材と燃料電池セルの部材とが接合され、電気的な接続を実現するが、集電部材を、Ｃｒを含有する合金の表面にＭｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ等の被覆層を設けて構成した場合、合金の表面の被覆層と、該被覆層が接合する燃料電池セルの部材との熱膨張率の差により、集電部材と燃料電池セル間が剥離し、燃料電池セルの電気的接続ができなくなる虞があった。
【０００６】
以上の現状に鑑み、本発明の目的は、Ｃｒ拡散防止効果の向上と燃料電池セル間の電気的接続信頼性を向上できる燃料電池用集電部材、セルスタック、及び燃料電池を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決すべく、本発明は以下の構成を提供する。
請求項１に係る燃料電池用集電部材は、Ｃｒを含有する耐熱性合金部材の表面を、Ｚｎを含有するＣｒ拡散防止層と、ＬａとＦｅ又はＭｎとを含有するペロブスカイト構造の複合酸化物、及び亜鉛の酸化物を含有する被覆層とにより順に被覆してなることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に係るセルスタックは、複数の燃料電池セル間を、集電部材を介装して電気的に接続してなるセルスタックであって、前記集電部材が、Ｃｒを含有する耐熱性合金部材の表面を、Ｚｎを含有するＣｒ拡散防止層と、前記燃料電池セルの酸素極層を構成する成分の少なくとも一部を含有するペロブスカイト構造の複合酸化物、及び亜鉛の酸化物を含有する被覆層とにより順に被覆してなり、前記燃料電池セルの酸素極層に前記集電部材の被覆層が接合されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項３に係る発明は、請求項２のセルスタックにおいて、前記Ｃｒ拡散防止層と前記被覆層との間に、Ｚｎを含有する導電層を有することを特徴とする。
【００１０】
請求項４に係る発明は、請求項３のセルスタックにおいて、前記導電層及び前記被覆層が、Ｆｅを含有することを特徴とする。
【００１１】
請求項５に係る発明は、請求項２乃至４のいずれかに記載のセルスタックにおいて、前記燃料電池セルの酸素極層及び前記集電部材の被覆層が、ＬａとＦｅ又はＭｎとを含有するペロブスカイト構造の複合酸化物を含有することを特徴とする。
【００１２】
請求項６に係る燃料電池は、請求項２乃至５のいずれかに記載のセルスタックが収納容器内に収納されてなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に係る発明によれば、Ｚｎを含有するＣｒ拡散防止層上に、ＬａとＦｅ又はＭｎとを含有するペロブスカイト構造の複合酸化物、及び亜鉛の酸化物を含有する被覆層を設けたため、Ｃｒ拡散防止効果の向上が図れると共に、後述するように、燃料電池セル間の集電部材により電気的に接続する際の接続信頼性を向上可能な燃料電池用集電部材を実現することができる。
【００１４】
請求項２に係る発明によれば、集電部材が、Ｃｒを含有する耐熱性合金部材の表面を、Ｚｎを含有するＣｒ拡散防止層と、燃料電池セルの酸素極層を構成する成分の少なくとも一部を含有するペロブスカイト構造の複合酸化物、及び亜鉛の酸化物を含有する被覆層とにより順に被覆したため、Ｃｒ拡散防止層により耐熱性合金部材中のＣｒが外部に拡散することを防止することができ、燃料電池セルのいわゆるＣｒ被毒を防止することが可能なセルスタックを実現することができる。また、燃料電池セル間に集電部材を配置し、集電部材と燃料電池セルの酸素極層とを接合しても、被覆層が酸素極層を構成する成分の少なくとも一部を含有するペロブスカイト構造の複合酸化物と、Ｃｒ拡散防止層、導電層を構成する亜鉛の酸化物とを含有するため、被覆層が酸素極層と耐熱合金部材との中間の熱膨張係数を有することができるため、燃料電池セルの酸素極層と耐熱合金部材との熱膨張率の差を縮小することができ、酸素極層と耐熱性合金部材との剥離を抑制することができ、燃料電池セル間の電気的接続信頼性を向上できる。
【００１５】
請求項３に係る発明によれば、上記請求項２の効果に加えて、Ｃｒ拡散防止層と被覆層との間に、Ｚｎを含有する導電層を有するため、導電性の向上が可能な燃料電池用集電部材を実現することができる。
【００１６】
請求項４に係る発明によれば、上記請求項３の効果に加えて、導電層及び被覆層が、＋３価以上のイオンとなる金属元素、例えばＦｅを含有するため、酸化亜鉛中にＦｅが固溶し、ｎ型の不純物半導体となり導電性が付与され、集電部材の導電性が向上し、燃料電池セル間のエネルギーロスを小さくすることができる。
【００１７】
請求項５に係る発明によれば、上記請求項２乃至４の効果に加えて、燃料電池セルの酸素極層及び集電部材の被覆層が、ＬａとＦｅ又はＭｎとを含有するペロブスカイト構造の複合酸化物を含有するため、例えば、ＬａＦｅＯ３系、ＬａＭｎＯ３系からなる酸素極層を用いることができ、酸素極層の性能を良好とすることができる。
【００１８】
請求項６に係る発明によれば、請求項２乃至５のいずれかに記載のセルスタックが収納容器内に収納されているため、上記請求項２乃至５の効果を有する燃料電池を実現することができる。これにより、電圧低下の少ない長期信頼性に優れた燃料電池を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、実施例を示した図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明による燃料電池用集電部材の一実施例を示す斜視図であり、図２及び図３は図１に示す燃料電池用集電部材２０の表面層２０２の被覆状態を示す説明図である。図２は図１に示すＡ−Ａ線断面図であり、図３は図１に示すＢ−Ｂ線断面図である。燃料電池用集電部材２０は、図１に示すように、例えば耐熱性合金の板を櫛刃状に加工し、隣り合う刃を交互に反対側に折り曲げて構成されている。
【００２０】
この燃料電池用集電部材２０は、Ｃｒを含有する合金からなる耐熱性合金部材（以下、集電基材という。）２０１の表面に、Ｚｎを含む材料からなる表面層２０２が設けられて構成される。ここで、表面層２０２は、Ｃｒ拡散防止層２０２ａと被覆層２０２ｂとがこの順に集電基材２０１の表面に積層されるように構成される。また、本発明の燃料電池用集電部材は、図１に示すような形状のものに限定されるものではなく、例えば、円筒状、メッシュ状のものであってもよい。
【００２１】
集電基材２０１としては、導電性及び耐熱性の高いＣｒを１０〜３０質量％含有する合金、例えばＦｅ−Ｃｒ系合金、Ｎｉ−Ｃｒ系合金等が用いられる。また、Ｃｒ拡散防止層２０２ａは、スピネル構造、コランダム構造、ウルツ鉱構造及び岩塩構造のうち少なくとも一種、またはこれらと類似の構造を持つ金属酸化物である。特に、Ｃｒ拡散防止層は、Ｚｎ−Ｍｎ系スピネルからなるもので、Ｆｅ、Ｃｒ等の元素が含有してもよい。Ｚｎ−Ｍｎ系スピネル、例えば、（Ｚｎ，Ｍｎ）Ｍｎ２Ｏ４からなる、ＺｎとＭｎを含む金属酸化物は、Ｃｒを固溶しにくいために、Ｃｒの拡散を抑制する効果を有している。
Ｃｒ拡散防止層２０２ａと被覆層２０２ｂとの界面に亜鉛を含有する導電層が設けられているのでもよい。この導電層はＺｎＯを含有するものであり、純粋なＺｎＯは絶縁体であるが、Ｚｎ１＋δＯは陽イオン過剰型のｎ型半導体となり、価数の高い不純物元素を添加することによっても、ｎ型の不純物半導体となる。ここで、ＺｎＯ中のＺｎは、＋２価のイオンとなっているため、＋３価以上のイオンとなる金属元素を固溶させることによって導電性が付与される。＋３価以上のイオンとなる金属元素としては、特にＡｌ、Ｆｅが望ましい。Ａｌ、Ｆｅを固溶させた酸化亜鉛からなる導電層は、大気中、発電温度近傍５５０℃〜９００℃で、１Ｓ・ｃｍ−１以上の導電率を有することが好ましい。
被覆層２０２ｂは、燃料電池セルの酸素極層を構成する成分の少なくとも一部を含有するペロブスカイト構造の複合酸化物、及び亜鉛の酸化物を含有するもので、具体的にはＬａとＦｅ又はＭｎとを含有するペロブスカイト構造の複合酸化物、及び亜鉛の酸化物を含有する。さらに具体的には、酸素極層の形成等に用いられるペロブスカイト構造、例えば、ＬａＦｅＯ３系、ＬａＭｎＯ３系と、ＺｎＯから構成することができる。
このような被覆層２０２ｂは、酸素極層に用いられるＬａＦｅＯ３系、ＬａＭｎＯ３系と、Ｃｒ拡散防止層２０２ａ、導電層に用いられるＺｎＯを含有するため、被覆層２０２ｂが酸素極層と集電基材のＣｒ拡散防止層２０２ａ、導電層との中間の熱膨張係数を有することになり、燃料電池セルと集電部材との接合信頼性を向上でき、電圧低下の少ない長期信頼性に優れた燃料電池を得ることができる。
【００２２】
集電基材２０１中のＣｒは気化し外部に拡散してしまうので、Ｃｒ拡散防止層２０２ａは、集電基材２０１の少なくとも表面全面を覆うように、緻密に設けることが好ましい。
Ｃｒ拡散防止層２０２ａは２μｍ以下、特には１μｍ以下であれば、ある程度絶縁性であっても集電部材２０としての導電性に影響を与えることがない。
本発明のＣｒ拡散防止層２０２ａは、ディッピングによる場合は、Ｚｎ又はＺｎＯを含有するペースト中に集電基材２０１を浸漬し、熱処理により、或いは発電時の加熱により形成することができる。
即ち、Ｃｒ拡散防止層がＺｎ−Ｍｎ系スピネルからなる場合には、例えば、Ｍｎを含有する集電基材２０１を用いて、これを、例えば、Ｚｎ又はＺｎＯとＦｅ２Ｏ３又はＡｌ２Ｏ３とを含有するペースト中に浸漬し、熱処理することにより、集電基材２０１表面にＺｎ−Ｍｎ系スピネルからなるＣｒ拡散防止層２０２ａが形成され、このＣｒ拡散防止層２０２ａ表面にＺｎＯ中にＦｅ又はＡｌを含有する導電層を形成することができる。
また、Ｍｎを含有しない集電基材２０１を用いる場合、これを、例えば、Ｚｎ又はＺｎＯと、Ｆｅ２Ｏ３又はＡｌ２Ｏ３と、Ｍｎを含有するペースト中に浸漬し、熱処理することにより、Ｚｎ−Ｍｎ系スピネルからなるＣｒ拡散防止層２０２ａが形成され、ＺｎＯ中にＦｅ又はＡｌを含有する導電層を形成することもできる。
さらに、集電基材２０１にＺｎ−Ｍｎ系スピネルからなるＣｒ拡散防止層を形成した後、Ｃｒ拡散防止層２０２ａが形成された集電基材２０１を、例えば、Ｚｎ又はＺｎＯと、Ｆｅ２Ｏ３又はＡｌ２Ｏ３とを含有するペースト中に浸漬し、熱処理することにより、Ｚｎ−Ｍｎ系スピネルからなるＣｒ拡散防止層２０２ａ上に、ＺｎＯ中にＦｅ又はＡｌを含有する導電層を形成することもできる。
導電層の表面に被覆層２０２ｂを形成する場合には、酸素極層の形成等に用いられるペロブスカイト構造、ＬａＦｅＯ３系、ＬａＭｎＯ３系と、ＺｎＯとを含有するペースト中に浸漬し、熱処理することにより形成することができる。
【００２３】
尚、Ｃｒ拡散防止層２０２ａの表面に被覆層２０２ｂを形成する場合には、Ｚｎ−Ｍｎ系スピネルを含有するペースト中に集電基材２０１を浸漬し、熱処理してＣｒ拡散防止層２０２ａを形成した後、酸素極層の形成等に用いられるペロブスカイト構造、ＬａＦｅＯ３系、ＬａＭｎＯ３系と、ＺｎＯとを含有するペースト中に浸漬し、熱処理することにより形成することができる。
Ｃｒ拡散防止層２０２ａは、ディッピング（Ｃｒ拡散防止層用の亜鉛を含有する液中に集電基材を浸漬する浸漬塗布法）に加え、メッキ、蒸着等の方法を用いて形成されるが、コスト的にはディッピングが望ましい。
【００２４】
導電層の厚みは、集電基材２０１の耐用時間にもよるが、ディッピングの場合、１〜１００μｍが好ましく、５〜５０μｍがより好ましい。厚さを５μｍ以上とすることにより、エアーの巻き込みなどによる空隙発生を防止できる。又、厚さを５０μｍ以下とすることにより、集電基材２０１との熱膨張差による内部応力を最小限に抑制できると共に、導電性の低下を抑制し、形成を容易にすることができる。
【００２５】
図４は本発明による燃料電池セルの斜視図であり、図５は燃料電池セルを集電部材により電気的に接続してなるセルスタックを、図１の集電部材のＢ−Ｂ線断面に平行な断面の図である。本発明によるセルスタックは、図５に示すように、燃料電池用集電部材２０が、図４に示す燃料電池セル１間に配置されて複数の燃料電池セル１を電気的に接続する構成を有する。
【００２６】
燃料電池セル１は、図４に示すように、平板状の支持基板１０と、平板状の支持基板１０の周囲に設けられた燃料極層２、固体電解質層３、酸素極層４、インターコネクタ５、及び酸素極材料層１４とを備え、支持基板１０は、さらに内部に、燃料電池セル１の積層方向に交わる方向（セル長さ方向）に伸びた複数の燃料ガス通路１６を有するように構成される。
【００２７】
支持基板１０は、例えば、多孔質かつ導電性の材料からなり、図４に示すように横断面が平坦部と平坦部の両端の弧状部とからなっている。平坦部の対向する面の一方とその両端の弧状部を覆うように多孔質の燃料極層２が設けられており、この燃料極層２を覆うように、緻密質な固体電解質層３が積層されており、さらに、この固体電解質層３の上には、燃料極層２に対向するように、多孔質の導電性セラミックからなる酸素極層４が積層されている。また、支持基板１０の電極層２、４が設けられた面に対向する面には、緻密なインターコネクタ５が形成されている。このインターコネクタ５の表面には、酸素極材料からなる酸素極材料層１４が形成されている。ここで、酸素極材料は、例えばペロブスカイト構造のＬａ（Ｆｅ，Ｍｎ）Ｏ３、（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ３等の酸化物からなる。ただし、この酸素極材料層１４については、必ずしも形成する必要はない。図４に示すように、燃料極層２及び固体電解質層３は、インターコネクタ５の両サイドまで延び、支持基板１０の表面が外部に露出しないように構成されている。
【００２８】
このような構造の燃料電池セル１は、燃料極層２の酸素極層４と対面している部分が燃料極として作動して発電する。即ち、酸素極層４の外側に空気等の酸素含有ガスを流し、且つ支持基板１０内のガス通路１６に燃料ガス（水素）を流し、所定の作動温度まで加熱することにより、酸素極層４で下記の式（１）の電極反応が生じ、また燃料極層２の燃料極となる部分では例えば下記の式（２）の電極反応が生じることによって発電する。
酸素極：  １／２Ｏ２＋２ｅ−  →  Ｏ２−  （固体電解質）        （１）
燃料極：  Ｏ２−  （固体電解質）＋  Ｈ２  →  Ｈ２Ｏ＋２ｅ−    （２）
かかる電極反応によって発生した電流は、支持基板１０に取り付けられているインターコネクタ５を介して集電される。
【００２９】
このような複数の燃料電池セルの間には、図５に示すように、本発明による燃料電池用集電部材２０が介装されて電気的に接続され、これによりセルスタックが構成されている。即ち、燃料電池用集電部材２０が、一方の燃料電池セル１の酸素極層４に多孔質の導電性セラミックからなる導電性接合材２５により接合されると共に、隣設する他方の燃料電池セル１の酸素極材料層１４に導電性接合材２５により接合され、これにより、複数の燃料電池セル１が電気的に直列に接続され、セルスタックが構成されている。導電性接合材２５としては、通常、酸素極材料、又は酸素極材料とＣｒ拡散防止層２０２ａの材料を含有する材料が用いられる。尚、酸素極材料層１４を形成しない場合にはインターコネクタに接合される。
ここで、各部材の熱膨張率について説明すると、７５０℃において、燃料電池セルの酸素極材料として一般に用いられるＬａＦｅＯ３系の熱膨張率は１５〜１７×１０−６／℃、ＬａＭｎＯ３系は１０〜１１×１０−６／℃であり、インターコネクタとして用いられるＬａＣｒＯ３系は１４×１０−６／℃程度であり、集電部材２０については、集電基材２０１は１１×１０−６／℃程度、Ｚｎ−Ｍｎ系スピネルからなるＣｒ拡散防止層２０２ａ、ＺｎＯ中にＦｅ又はＡｌを含有する導電層は６〜８×１０−６／℃である。
従って、燃料電池セルと集電部材を接合した場合には、その界面に熱膨張差に基づく応力が発生するが、被覆層２０２ｂが、酸素極層の形成等に用いられるペロブスカイト構造、ＬａＦｅＯ３系、ＬａＭｎＯ３系と、ＺｎＯとを含有するため、その比率を変化させることにより、酸素極層と集電基材２０１との中間の所望の熱膨張率を有することができ、燃料電池セルと集電部材の接合信頼性を向上することができる。
【００３０】
このようなセルスタックは、図示しないが燃料ガスが供給されるマニホールド内に配置され、マニホールド内に供給された燃料ガスが燃料電池セル１のガス通路１６内を通過していくことになる。
【００３１】
燃料電池は、上記のセルスタックを収納容器内に収容し、この収納容器に、都市ガス等の燃料ガスを供給する燃料ガス導入管及び空気を供給するための空気導入管を配設することにより構成される。
【００３２】
尚、上記形態では、被覆層２０２ｂを有する集電部材を燃料電池セル間に配置し、導電性接合材２５で接合した形態について説明したが、本発明では、集電基材には予め被覆層を形成しないで、被覆層材料を接合材として用いることもできる。即ち、集電基材にはＣｒ拡散防止層、導電層を順次積層して集電部材を構成し、この集電部材を燃料電池セル間に配置し、導電性接合材として、上記形態で用いた被覆層の材料（酸素極層の形成等に用いられるペロブスカイト構造の、ＬａＦｅＯ３系、ＬａＭｎＯ３系と、ＺｎＯとを含有）を用いることができる。
【実施例】
【００３３】
まず、平均粒径０．６μｍのＺｎＯ粉末に平均粒径０．５μｍのＦｅ２Ｏ３粉末をＦｅ換算で２ｍｏｌ％、平均粒径０．４μｍのＭｎ２Ｏ３粉末をＭｎ換算で１ｍｏｌ％の割合で調合した混合粉と、溶剤（ミネラルスピリッツ）、バインダー、及び分散剤とを調合し、Ｃｒ拡散防止層２０２ａ、導電層の形成に用いるディッピング液を作製した。
【００３４】
次に、厚さ０．４ｍｍ、幅２０ｍｍ、及び長さ１２０ｍｍのＦｅ−Ｃｒ系耐熱性合金板（Ｆｅ７５質量％含有、残部Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｉ含有）からなる集電基材を、ディッピング液との濡れ性を高めるべく大気中７５０℃で熱処理し、ディッピング液中に浸漬して集電基材全面に塗布し、そして乾燥させた。さらに、温度１００℃で１時間、引き続いて温度５００℃で２時間脱バインダー処理し、温度１０５０℃で２時間、炉内で焼付を行い、Ｆｅを含有するＺｎＯからなる厚さ１０μｍの導電層を形成し、該導電層と集電基材表面との間にＺｎ−Ｍｎ系スピネルからなる厚み約１μｍのＣｒ拡散防止層２０２ａを形成した。
【００３５】
次に、平均粒径０．６μｍのＺｎＯ粉末と平均粒径０．５μｍのＬａ０．６Ｓｒ０．４Ｃｏ０．４Ｆｅ０．６Ｏ３（ＬＳＣＦ）粉末とを表１の割合になるように調合し、溶媒（ＩＰＡ）と直径１５ｍｍのＺｒＯ２ボールと共にポリポットに入れ、回転ミルにて１２時間混合した。得られた混合液を温度１３０℃で乾燥し、混合粉を１７０メッシュパスさせる。さらに、メッシュパス後の調合粉末と、アクリル系バインダーと、溶剤（ミネラルスピリッツ）と、分散剤（ＤＢＰ）とをポリポットに入れ、回転ミルにて１２時間混合した。混合液を温度１３０℃で乾燥し、この混合粉を用いて被覆層用のディッピング液を作製した。
【００３６】
次いで、Ｃｒ拡散防止層２０２ａ、導電層が形成された集電基材２０１を被覆層用のディッピング液にディッピングし、温度１３０℃で３０分、引き続いて温度５００℃で２時間脱バインダー処理を行い、温度１０５０℃で２時間、炉内で焼付を行い、導電層の表面に厚さ１５μｍの被覆層２０２ｂを形成し、テストピース（試料）を作製した。表１は、ＺｎＯとＬＳＣＦとの各重量組成比率における膨張率と導電率を示す。表１から、ＬＳＣＦの重量組成比率の増加に伴い、熱膨張率と導電率が増加することがわかる。また、ＺｎＯとＬＳＣＦとの重量組成比率を最適化することにより、ＬＳＣＦからなる酸素極層の熱膨張率１５〜１７×１０−６／℃と、集電基材の熱膨張率６〜８×１０−６／℃との間の熱膨張率を有することができ、燃料電池用集電部材と燃料電池セルとを接合する場合に、ヒートサイクルによる剥がれや電圧低下等を抑制し信頼性を向上することが可能となる。
【表１】
2007273358.tif 000003
【００３７】
ＺｎＯとＬＳＣＦとの重量組成率が５０：５０のテストピースの断面を、波長分散型ＥＰＭＡ（Electron Probe Micro-Analysis）を行って確認した。ＥＰＭＡ用の分析装置には日本電子製のＪＸＡ−８１００を用い、測定条件を、加速電圧１５ｋＶ、プローブ電流１．０×１０−７Ａ、及び分析エリア５０μｍ×５０μｍとした。また、分光結晶には、ＬｉＦを用いた。テストピースの断面の分析結果を図６に示す。図６の右上の図はＣｒの分布を示す図であり、ＬＳＣＦにはＣｒの拡散がないことが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明による燃料電池用集電部材の一例を示す斜視図である。
【図２】図１に示すＡ−Ａ線に沿った燃料電池用集電部材の断面図である。
【図３】図１に示すＢ−Ｂ線に沿った燃料電池用集電部材の断面図である。
【図４】本発明による燃料電池セルの断面斜視図である。
【図５】本発明による燃料電池セルスタックの説明図である。
【図６】燃料電池用集電部材の表面層近傍のＥＰＭＡ分析結果を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  燃料電池セル
２  燃料極層
３  固体電解質層
４  酸素極層
５  インターコネクタ
１０  支持基板
１４  酸素極材料層
１６  ガス通路
２０  集電部材
２５  導電性接着剤
２０１  集電基材
２０２  表面層
２０２ａ  Ｃｒ拡散防止層
２０２ｂ  被覆層
【図１】
2007273358.tif 000004
【図２】
2007273358.tif 000005
【図３】
2007273358.tif 000006
【図４】
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【図５】
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【図６】
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