(57)【要約】【課題】Ｃｒ飛散抑制効果の高いＳＯＦＣを提供することができ、長期使用に際して耐久性の高いＳＯＦＣを提供すること。【解決手段】Ｃｒを含有する合金と空気極とを接合してなる固体酸化物形燃料電池であって、合金がＭｎ含有率０．３％以上１．０％以下のＳＵＳを基材としてなり、基材表面にスピネル型酸化物を主材とする保護膜を形成してある。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃｒを含有する合金と空気極とを接合してなる固体酸化物形燃料電池であって、
前記合金がＭｎ含有率０．３％以上１．０％以下のＳＵＳを基材としてなり、前記基材表面にスピネル型酸化物を主材とする保護膜を形成してある固体酸化物形燃料電池。
【請求項２】
前記合金がＣｒを１６％以上３０％以下含有する請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項３】
前記保護膜が、Ｍｎ，Ｃｏ，Ｚｎ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｖ，Ｙ，Ｗ，ランタノイドから選ばれる２種以上の金属を含むスピネル型酸化物を主材とする請求項１または２に記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項４】
前記保護膜が、ＮｉＣｏ2Ｏ4、（ＺｎxＣｏ1-x）Ｃｏ2Ｏ4（０．４５≦ｘ≦１．００）、ＴｉＣｏ2Ｏ4、ＺｎＦｅ2Ｏ4、ＦｅＣｏ2Ｏ4、ＣｏＦｅ2Ｏ4、ＭｇＣｏ2Ｏ4、Ｃｏ3Ｏ4およびこれらの２種以上の混合物からなる群から選択される少なくとも一種のスピネル型酸化物を主材とするものである請求項１または２に記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項５】
前記保護膜が、ＺｎＣｏ2Ｏ4からなるスピネル型酸化物を主材とする請求項４記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項６】
前記保護膜が厚さ１μｍ以上５０μｍ以下である請求項１〜５のいずれか１項に記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項７】
前記保護膜が厚さ１μｍ以上２０μｍ以下の緻密層を備える請求項１〜６のいずれか１項に記載の固体酸化物形燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｃｒを含有する合金と空気極とを接合してなる固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明が対象としている固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）は、酸素イオンを伝導する固体電解質の両側に燃料ガスおよび空気中の酸素をそれぞれ酸化、還元する機能を有する電極を取り付けたものである。電解質の材料としては一般的にはイットリアをドープしたジルコニアが用いられており、７００℃から１０００℃の高温で、燃料ガス中の水素、一酸化炭素、炭化水素と酸化材ガス中の酸素を電気化学反応させて発電が行われる。ＳＯＦＣは、他の燃料電池システムやガスエンジン等に比べて、特に高発電効率での発電が可能なことから、有望な発電技術として開発が行われている。
【０００３】
近年の開発の進展に伴い、ＳＯＦＣの作動温度が下がってきている。
従来の作動温度は１０００℃程度であり、耐熱性の観点からランタンクロマイト（ＬａＣｒＯ3）に代表される金属酸化物が使用されていたが、最近は作動温度が７００℃〜８００℃まで下がっており、合金が使用できるようになってきた。合金使用により、コストダウン、ロバスト性の向上が期待できる。
【０００４】
かかるＳＯＦＣは、電解質膜の一方面側に空気極を接合するとともに、同電解質膜の他方面側に燃料極を接合してなる単セルを、空気極または燃料極に対して電子の授受を行う一対の電子電導性の合金により挟み込んだ構造を有する。
そして、このようなＳＯＦＣでは、例えば７００〜１０００℃程度の作動温度で作動し、空気極側から燃料極側への電解質膜を介した酸化物イオンの移動に伴って、一対の電極の間に起電力が発生し、その起電力を外部に取り出し利用することができる。ＳＯＦＣは、他の燃料電池システムやガスエンジン等に比べて、特に高発電効率での発電が可能なことから、有望な発電技術として開発が行われている。
【０００５】
このようなＳＯＦＣで利用される前記合金としては、接合される金属酸化物の熱膨張率との整合性から、フェライト系ステンレス鋼が用いられることが多いが、耐熱性により優れたオーステナイト系ステンレス鋼であるＦｅ−Ｃｒ−Ｎｉ合金や、ニッケル基合金であるＮｉ−Ｃｒ合金などが用いられることもある。また、このような合金の耐熱性は、この合金の表面に形成されるクロミア（Ｃｒ2Ｏ3）の緻密な被膜（酸化物皮膜）に由来する。
【０００６】
これらの合金等は、ほぼ例外なくＣｒを含んでおり、作動環境である高温大気雰囲気で表面にＣｒ2Ｏ3やＭｎＣｒ2Ｏ4の酸化物被膜を形成する。この酸化物被膜は経時的に膜厚が増大するとともに、作動環境である高温大気雰囲気で６価クロムの化合物として蒸発し、空気極を被毒させて劣化を引き起こすことが知られている（Ｃｒ被毒と呼ばれる）。
すなわち、Ｃｒを含有する合金と空気極とを接合してなるＳＯＦＣでは、作動時等において合金等が高温にさらされることで、その合金等に含まれるＣｒが空気極側に飛散して、空気極のＣｒ被毒が発生するという問題がある。
このような空気極のＣｒ被毒は、空気極における酸化物イオンの生成のための酸素の還元反応を阻害し、空気極の電気抵抗を増加させ、さらには合金等のＣｒ濃度を減少させることにより合金等自体の耐熱性の低下などの問題を引き起こし、結果、ＳＯＦＣの性能低下を招く場合がある。
そこで、合金の表面（酸化物被膜表面）に耐熱性に優れた金属酸化物材料からなる保護膜を設けて劣化を抑制する試みがなされている（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００７】
また、ＳＯＦＣは、その製造工程において、合金等と空気極および燃料極との間の接触抵抗をできるだけ小さくするなどの目的で、それらを積層した状態で、作動温度よりも高い１０００℃〜１２５０℃程度の焼成温度で焼成する熱処理を行う場合がある（例えば、特許文献２を参照。）。ＳＯＦＣの製造時において、合金等と空気極とを接合した状態で熱処理を行う場合には、作動温度よりも高い温度条件にさらされることにより、Ｃｒ（ＶＩ）の酸化物が生成され、蒸発して空気極と反応して、Ｃｒ化合物が生成され、空気極のＣｒ被毒が発生する場合がある。
【０００８】
また、この焼成処理において、製造時における初期のＣｒ被毒の発生を抑制した場合でも、後の作動時において、空気極に供給される空気が存在する酸化雰囲気で高温にさらされることにより、Ｃｒ（ＶＩ）への酸化が進行して、経時的なＣｒ被毒が発生する場合がある。
【０００９】
また、上記合金として好適な鋼材としてＭｎ含有量の少ないＳＵＳ鋼を用いることによって、前記合金自体の耐酸化性を高くすることが提案されている（例えば、特許文献３を参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２００９／１３１１８０号パンフレット
【特許文献２】特開２００４−２５９６４３号公報
【特許文献３】特開２００６−０５７１５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
合金の表面に金属酸化物材料からなる保護膜を設けた場合、上述のように、保護膜によるＣｒ被毒を抑制できることは、実験的にも明らかになってきているが、このＣｒ被毒の抑制効果は、必ずしも金属酸化物材料の膜厚に依存して大きくなるものではなく、場合によっては、充分な被毒抑制効果が得られるとは限らないことが明らかになってきた。
【００１２】
そこで、本発明は、Ｃｒを含有する合金を用いてＳＯＦＣを製造する場合に、より確実にＣｒ被毒の抑制効果を期待することができるＳＯＦＣ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】
【００１３】
本発明者らは、前記保護膜によるＣｒ被毒抑制効果は、前記保護膜そのものが化学的にＣｒと反応して捕捉するＣｒ飛散防止効果に加え、前記基材と保護膜との界面において、前記保護膜が緻密な層を形成して物理的にＣｒの飛散を遮るＣｒ飛散防止効果が有効に働いていることを新たに見出し、鋭意研究の結果、特定の基材と特定の保護膜との組み合わせにおいて、前記物理的なＣｒ飛散防止効果を高めることができることを明らかにすることにより本発明を完成するに至った。
【００１４】
〔構成１〕
上記目的を達成するための本発明のＳＯＦＣの特徴構成は、
Ｃｒを含有する合金と空気極とを接合してなる固体酸化物形燃料電池であって、
前記合金がＭｎ含有率０．３％以上１．０％以下のＳＵＳを基材としてなり、前記基材表面にスピネル型酸化物を主材とする保護膜を形成してある点にある。
なお、本願では、金属の含有率を質量％で表示している。
【００１５】
〔作用効果１〕
本発明者らの研究によると、基材上に前記保護膜を形成した際に、前記保護膜は基材に含まれるＭｎと相互作用して本来の保護膜材料が形成する多孔質な被覆層よりもきわめて緻密で、基材に対する密着性の高い被覆層（以下緻密層と称する）を形成する。これにより、基材表面から蒸散しようとするＣｒは、緻密層に遮断されて飛散しにくくなる。そこで、前記基材にＭｎ含有率の高いＳＵＳ鋼を用い、保護膜としてスピネル型酸化物を主材とするものを用いる組み合わせにより、前記緻密層を形成させることができるのである。
【００１６】
なお、前記保護膜が存在しない場合には基材の酸化物層（クロミア）表面に基材中のマンガンが拡散して、最表面にＣｒを含むＣｒ2Ｏ3やＭｎＣｒ2Ｏ4スピネルを形成するためＣｒが外部に飛散し易いのに対して、前記保護膜が存在する場合には、構成元素のＭｎが前記保護膜中に拡散しＣｒを含まない緻密層を形成することで、安定して保護膜を形成させるとともにＣｒの飛散を抑えることができる。前記基材の合金をＭｎ含有率０．３％以上とすることによって、Ｍｎを確実に拡散させ緻密層を形成させることでＣｒの飛散を防止することができるが、Ｍｎ含有率の高い基材は、耐酸化力が低いと考えられている点から、１％以下とすることが好ましい。
【００１７】
〔構成２〕
また、前記合金がＣｒを１６％以上３０％以下含有することが好ましい。
【００１８】
〔作用効果２〕
前記基材のＣｒ含有量が多いと、基材から拡散するＣｒ量も増加することから、Ｃｒ含有量は３０％以下とすることが好ましく、合金自体に高い耐腐食性、および、保護膜に対する高い密着性を付与するために１６％以上とすることが好ましい。
なお、このような割合でＣｒおよびＭｎを含有する基材によると、Ｃｒに比べてＭｎが優先的に拡散する。すると、保護膜としてスピネル型酸化物を形成する材料を採用した場合に、ＣｒではなくＭｎが保護膜内に拡散することで、Ｃｒを含まない緻密層を形成するため、より一層Ｃｒの拡散を抑制する効果を生起するものと考えられる。なお、さらに好ましい範囲としては、１６％以上２５％以下、さらに一層好ましい範囲としては、１８％以上２２％以下が挙げられる。
【００１９】
〔構成３〜５〕
なお、前記保護膜が、Ｍｎ，Ｃｏ，Ｚｎ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｖ，Ｙ，Ｗ，ランタノイドから選ばれる２種以上の金属を含むスピネル型酸化物を主材とすることが好ましい。
具体的には、前記保護膜が、ＮｉＣｏ2Ｏ4、（ＺｎxＣｏ1-x）Ｃｏ2Ｏ4（０．４５≦ｘ≦１．００）、ＴｉＣｏ2Ｏ4、ＺｎＦｅ2Ｏ4、ＦｅＣｏ2Ｏ4、ＣｏＦｅ2Ｏ4、ＭｇＣｏ2Ｏ4、Ｃｏ3Ｏ4およびこれらの２種以上の混合物からなる群から選択される少なくとも一種のスピネル型酸化物を主材とするものであることが好ましく、
さらに具体的には、前記保護膜が、ＺｎＣｏ2Ｏ4からなるスピネル型酸化物を主材とするものであることが好ましい。
【００２０】
なお、本願で「材料Ｘを主材とする」という場合、構成材料としての材料Ｘが主たる原料の一つとしていることをいい、必要に応じて添加剤を添加していてもよく、その材料のもつ特性が現れていれば、配合割合に特に制限はなく、材料Ｘ単独では、必ずしも、混合物中で最も多い材料である必要はなく、好ましくは５０％以上が材料Ｘから構成されることが好ましいが、それ以下であってもよい。
【００２１】
〔作用効果３〜５〕
一般に、これらのスピネル型酸化物はＭｎを取り込んで、さらにスピネル型の酸化物構造を成長させやすいため、基材から拡散するＭｎを捕捉して、緻密な層を形成するのに好ましい。また、これらのスピネル型酸化物は、空気極に対して密に接合することができる点からも、保護膜を形成する材料として好適である。
【００２２】
このような場合に用いられる保護膜として、Ｍｎ，Ｃｏ，Ｚｎ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｖ，Ｙ，Ｗ，ランタノイドから選ばれる２種以上の金属を含むスピネル型酸化物が知られており、ＮｉＣｏ2Ｏ4、（ＺｎxＣｏ1-x）Ｃｏ2Ｏ4（０．４５≦ｘ≦１．００）、ＴｉＣｏ2Ｏ4、ＺｎＦｅ2Ｏ4、ＦｅＣｏ2Ｏ4、ＣｏＦｅ2Ｏ4、ＭｇＣｏ2Ｏ4、Ｃｏ3Ｏ4およびこれらの２種以上の混合物からなる群から選択される少なくとも１種のスピネル型酸化物が有利に用いられ、基材、空気極等との熱膨張率の不一致が小さい点で有利である。
【００２３】
つまり、本構成のＳＯＦＣによれば、最も好適にはＺｎＣｏ2Ｏ4からなるスピネル型酸化物を含む保護膜が採用されるため、基材と空気極等との熱膨張率の不一致が非常に小さく、熱膨張率のミスマッチにより発生するセル間接続部材用の基材と保護膜、保護膜とセルとの接合部分の剥離、クラックの形成を抑制でき、それに伴う電気抵抗の増大等を抑制できる。
【００２４】
特に、ＺｎＣｏ2Ｏ4からなるスピネル型酸化物は、熱膨張率１０．０ｘ１０-6／℃、（３０〜８００℃）であり、フェライト系ステンレス鋼が１１．７ｘ１０-6／℃、（３０〜８００℃）であるのに対して、本構成のスピネル系酸化物を含む保護膜は、合金や空気極が熱膨張しても合金等から容易に剥がれ落ちにくく、耐久性に優れた保護膜であるといえる。
【００２５】
なお、本願で「２種以上の金属を含む」とは、ＡＢＯ4型のスピネル構造を構成する金属材料としてのＡ，Ｂとして含有されていることを言い、他の付加的成分としてスピネル構造を構成しない形で含まれるものは除いて考えるものとする。
【００２６】
〔構成６，７〕
前記保護膜が厚さ１μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましく、
前記保護膜が厚さ１μｍ以上２０μｍ以下の緻密層を備えることが好ましい。
【００２７】
〔作用効果６，７〕
前記保護膜の厚みは、薄すぎるとＣｒ飛散抑制効果が期待されないので１μｍ以上であることが好ましく、厚すぎると熱応力に伴いクラックを生じたり、耐剥離強度が低下し易いので、５０μｍ以下とすることが好ましい。現実的には保護膜の製造条件により、前記保護膜に形成される緻密層の厚さが１μｍ以上２０μｍ以下となるように設けると、充分なＣｒ飛散抑制効果が得られるので好ましい。
【発明の効果】
【００２８】
したがって、Ｃｒ飛散抑制効果の高いＳＯＦＣを提供することができ、長期使用に際して耐久性の高いＳＯＦＣを提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】ＳＯＦＣ用セルの詳細断面構成を示す図
【図２】インターコネクタに形成された保護膜を示す図
【図３】試験片（ａ）〜（ｃ）の表面に形成したスピネル型酸化物からなる保護膜のＳＥＭ写真
【図４】熱処理後の保護膜のＳＥＭ写真
【図５】基材のＭｎ含有量と、緻密層の厚さとの関係を示す図
【図６】試験片（ｂ）、（ｃ）のＣｒ飛散抑制効果を示す図
【図７】試験片（ｄ）表面に形成したスピネル型酸化物からなる保護膜の熱処理後のＳＥＭ写真
【図８】試験片（ｄ）のＣｒ飛散抑制効果を示す図
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下に、本発明のＳＯＦＣを説明する。なお、以下に好適な実施の形態を記すが、これら実施の形態はそれぞれ、本発明をより具体的に例示するために記載されたものであって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々変更が可能であり、本発明は、以下の記載に限定されるものではない。
【００３１】
＜固体酸化物形燃料電池＞
本発明にかかるＳＯＦＣ用インターコネクタおよびその製造方法の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
図１に示すＳＯＦＣ用セルＣは、酸化物イオン電導性の固体酸化物の緻密体からなる電解質膜３０の一方面側に、酸化物イオンおよび電子電導性の多孔体からなる空気極３１を接合するとともに、同電解質膜３０の他方面側に電子電導性の多孔体からなる燃料極３２を接合してなる単セル３を備える。
さらに、ＳＯＦＣ用セルＣは、この単セル３を、空気極３１または燃料極３２に対して電子の授受を行うとともに空気および水素を供給するための溝２が形成された合金からなるインターコネクタ１により、適宜外周縁部においてガスシール体を挟持した状態で挟み込んだ構造を有する。そして、空気極３１側の上記溝２が、空気極３１とインターコネクタ１とが密着配置されることで、空気極３１に空気を供給するための空気流路２ａとして機能し、一方、燃料極３２側の上記溝２が、燃料極３２とインターコネクタ１とが密着配置されることで、燃料極３２に水素を供給するための燃料流路２ｂとして機能する。
【００３２】
なお、上記ＳＯＦＣ用セルＣを構成する各要素で利用される一般的な材料について説明を加えると、例えば、上記空気極３１の材料としては、ＬａＭＯ3（例えばＭ＝Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ）中のＬａの一部をアルカリ土類金属ＡＥ（ＡＥ＝Ｓｒ，Ｃａ）で置換した（Ｌａ，ＡＥ）ＭＯ3のペロブスカイト型酸化物を利用することができ、上記燃料極３２の材料としては、Ｎｉとイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）とのサーメットを利用することができ、さらに、電解質膜３０の材料としては、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）を利用することができる。
【００３３】
さらに、これまで説明してきたＳＯＦＣ用セルＣでは、インターコネクタ１の材料としては、フェライト系ステンレス鋼であるＦｅ−Ｃｒ合金や、オーステナイト系ステンレス鋼であるＦｅ−Ｃｒ−Ｎｉ合金や、ニッケル基合金であるＮｉ−Ｃｒ合金などのように、Ｃｒを１６％以上３０％以下、好ましくは１６％以上２５％以下、さらに好ましくは１８％以上２２％以下含有する合金が利用されている。なかでも、本発明において好適にはステンレス鋼ＺＭＧ２３２Ｌ（後述のＳＵＳ−Ａ材）が利用されている。
【００３４】
そして、複数のＳＯＦＣ用セルＣが積層配置された状態で、複数のボルトおよびナットにより積層方向に押圧力を与えて挟持され、セルスタックとなる。
このセルスタックにおいて、積層方向の両端部に配置されたインターコネクタ１は、燃料流路２ｂまたは空気流路２ａの一方のみが形成されるものであればよく、その他の中間に配置されたインターコネクタ１は、一方の面に燃料流路２ｂが形成され他方の面に空気流路２ａが形成されるものを利用することができる。なお、かかる積層構造のセルスタックでは、上記インターコネクタ１をセパレータと呼ぶ場合がある。
このようなセルスタックの構造を有するＳＯＦＣを一般的に平板型ＳＯＦＣと呼ぶ。本実施形態では、一例として平板型ＳＯＦＣについて説明するが、本願発明は、その他の構造のＳＯＦＣについても適用可能である。
【００３５】
そして、このようなＳＯＦＣ用セルＣを備えたＳＯＦＣの作動時には、図１（ｂ）に示すように、空気極３１に対して隣接するインターコネクタ１に形成された空気流路２ａを介して空気を供給するとともに、燃料極３２に対して隣接するインターコネクタ１に形成された燃料流路２ｂを介して水素を供給し、例えば８００℃程度の作動温度で作動する。すると、空気極３１においてＯ2が電子ｅ-と反応してＯ2-が生成され、そのＯ2-が電解質膜３０を通って燃料極３２に移動し、燃料極３２において供給されたＨ2がそのＯ2-と反応してＨ2Ｏとｅ-とが生成されることで、一対のインターコネクタ１の間に起電力Ｅが発生し、その起電力Ｅを外部に取り出し利用することができる。
【００３６】
＜インターコネクタ＞
前記インターコネクタ１は、図１、図３に示すように、インターコネクタ用基材１１の表面に保護膜１２を設けて構成してある。そして、前記各セル３の間に空気流路２ａ、燃料流路２ｂを形成しつつ接続可能にする溝板状に形成してある。
【００３７】
前記保護膜１２は、Ｍｎ，Ｃｏ，Ｚｎ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｖ，Ｙ，Ｗ，ランタノイドから選ばれる２種以上の金属を含むスピネル型酸化物を主材とするものが好適に採用され、下記実施の形態では、ＣｏxＭｎ3-xＯ4（０≦ｘ≦３、具体的にはｘ＝１．５）からなるスピネル型酸化物が好適に使用できる。
【００３８】
ここで用いられるスピネル系酸化物は、Ｍｎと反応して、多孔質の被膜から緻密な被膜に変換されるものと考えられる。このようにして形成される緻密な保護膜１２は、多孔質の被膜に比べ、Ｃｒの蒸散を遮断する機能が高いため、よりＣｒの蒸散防止効果が高いものと考えられる。
【００３９】
前記保護膜１２は、導電性セラミックス材料を含有する塗膜形成用材料を、前記インターコネクタ１にディップコートすることにより保護膜１２を厚膜として形成してある。
【００４０】
次に、上記インターコネクタ１に本発明の保護膜１２を形成してあるＳＯＦＣの実施の形態および比較例について、以下に詳細に説明する。
【００４１】
（実施の形態）
下記のステンレス鋼材からなるインターコネクタ用基材１１表面にスピネル型酸化物被膜よりなる保護膜１２を設けた試験片を作成し、前記試験片を９５０℃で、１４５時間加熱する熱処理を行った。前記保護膜１２は、各試験片とも膜厚が約６μｍになる条件でスラリーコートし、前記保護膜１２の表面に、接着層１５を接着して熱処理の試験を行った。各試験片について、前記保護膜１２に占める緻密層１２ａの厚さをＳＥＭにより測定し、熱処理による緻密層１２ａの変化を調べた。なお、図３〜８中でＳＯＦＣ用の各インターコネクタ１の試験片に対応する記号（ａ）〜（ｄ）は、下記インターコネクタ１を構成するステンレス鋼材料（ａ）〜（ｄ）に対応したものからなる。
【００４２】
（ａ）ＳＵＳ−Ａ材  Ｃｒ：２２％、Ｍｎ：０．４％、Ｃ：０．０２％、Ｓｉ：０．０８％
（ｂ）ＳＵＳ−Ｂ材  Ｃｒ：２１％、Ｍｎ：０．２％、Ｃ：０．０１％、Ｓｉ：０．１％（ｃ）ＳＵＳ−Ｃ材  Ｃｒ：１８％、Ｍｎ：１．０％、Ｃ：０．０１％、Ｓｉ：０．２９％
（ｄ）ＳＵＳ−Ｄ材  Ｃｒ：２２％、Ｍｎ：０．３％、Ｃ：０．０１％、Ｓｉ：０．１％
【００４３】
図３に、上記試験片（ａ）〜（ｃ）の熱処理前の保護膜１２の状態を示す。図より、いずれの試験片についても、インターコネクタ１の表面に保護膜１２を設けると、前記インターコネクタ用記基材１１の表面には基材１１ａの酸化物被膜（クロミア）１１ｂが生じるとともに、前記保護膜１２は、基材１１ａとの接触面側に緻密な緻密層１２ａを形成する。また、基材１１ａとは反対側表面に、多孔質の多孔層１２ｂを形成した２層状に形成されていることがわかる。
【００４４】
ここで、前記保護膜１２について観察すると、基材１１ａとなるステンレス鋼のＭｎ含有率にかかわらず、前記酸化物被膜１１ｂの膜厚は大きく相違しないが、前記Ｍｎ含有率の高い基材１１ａを備えた集電部材に形成された保護膜１２ほど、保護膜１２に占める緻密層１２ａの膜厚が厚くなっていることがわかった。（初期膜厚（ｃ）＞（ａ）＞（ｂ））
【００４５】
次に、上記試験片（ａ）〜（ｃ）を熱処理したところ、保護膜１２の状態は図４のようになった。いずれの試験片についても、試験後に緻密層１２ａの厚さが増加していることがわかる。すなわち、前記保護膜１２は、ＳＯＦＣの使用に伴い、緻密になり、Ｃｒ飛散抑制効果が高くなることが期待される。しかし、特に使用初めにおけるＣｒ飛散抑制効果は、保護膜１２を形成した初期の緻密層１２ａの厚さが大きく影響することが予想され、この点から、保護膜１２を形成した初期に緻密層１２ａが厚く形成されるＭｎ含有率の高い基材１１ａにスピネル型酸化物からなる保護膜１２を形成することにより、Ｃｒ飛散を効果的に抑制することができると考えられる。また、試験片（ｄ）についても、保護膜を形成するとともに同様に熱処理を行ったところ、図７のようになり、初期に緻密層１２ａが厚く形成されていることがわかり、Ｃｒ飛散を効果的に抑制することができると考えられる。このＣｒ飛散抑制効果については後述する。（熱処理後膜厚（ｃ）＞（ａ）＞（ｄ）＞（ｂ））
【００４６】
上記保護膜１２における緻密層１２ａの厚さを基材１１ａのＭｎ含有率に対してプロットすると、図５のようになり、Ｍｎ含有率の高い基材１１ａを備えたインターコネクタ１（ｃ），（ａ），（ｄ）を用いた場合には、Ｍｎ含有率の低い基材１１ａを備えたインターコネクタ１（ｂ）に比べて、保護膜１２形成初期においても厚い緻密層１２ａを備えた保護膜１２を形成することができる。
【００４７】
このような緻密層１２ａの厚さの違いによるＣｒ飛散抑制効果への影響を調べたところ、図６、８のようになった。図より、緻密層１２ａの薄い保護膜１２（インターコネクタ１（ｂ）（図６））では、部分的に、Ｃｒの飛散が十分に抑制されていない部分が観測されるのに対して、緻密層１２ａの厚い保護膜１２（インターコネクタ１（ｃ）（図６）、（ｄ）（図８））では、Ｃｒの飛散がきわめて少なく抑制されていることがわかる。（Ｃｒ飛散抑制効果（ｃ）＞（ａ）＞（ｄ）＞（ｂ））したがって、スピネル型の酸化物からなる保護膜１２を設ける場合、基材のＭｎ含有率は０．３％以上とすることが好ましいことがわかり、Ｍｎ含有のスピネル型酸化物は、耐酸化力が低いと考えられている点から、１％以下とすることが好ましいことがわかった。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明によると、合金基材からのＣｒ飛散を、より確実に抑制することができるので、空気極に対するＣｒ被毒を効果的に抑制し、長期にわたって安定した性能を発揮することができるＳＯＦＣを提供するのに役立てることができる。
【符号の説明】
【００４９】
１        ：インターコネクタ
２        ：溝
２ａ      ：空気流路
２ｂ      ：燃料流路
３        ：単セル
１１      ：インターコネクタ用基材
１１ａ    ：基材
１１ｂ    ：酸化物被膜
１２      ：保護膜
１２ａ    ：緻密層
１２ｂ    ：多孔層
１５      ：接着層
３０      ：電解質膜
３１      ：空気極
３２      ：燃料極
【図１】
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【図２】
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【図５】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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