JP7194155B2

JP7194155B2 - Electrochemical reaction cell stack

Info

Publication number: JP7194155B2
Application number: JP2020175839A
Authority: JP
Inventors: 暁石田
Original assignee: Morimura SOFC Technology Co Ltd
Current assignee: Morimura SOFC Technology Co Ltd
Priority date: 2020-10-20
Filing date: 2020-10-20
Publication date: 2022-12-21
Anticipated expiration: 2040-10-20
Also published as: JP2022067233A

Description

本明細書によって開示される技術は、電気化学反応セルスタックに関する。 The technology disclosed by this specification relates to an electrochemical reaction cell stack.

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種類の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は、一般に、燃料電池発電単位（以下、「発電単位」という。）が所定の方向（以下、「第１の方向」という。）に複数並べて配置された積層体（以下、「発電ブロック」という。）を備える燃料電池スタックの形態で利用される。発電単位は、燃料電池単セル（以下、単に「単セル」という。）を備える。単セルは、電解質層と、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。 A solid oxide fuel cell (hereinafter referred to as "SOFC") is known as one type of fuel cell that generates power using an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. SOFCs are generally stacks (hereinafter referred to as "power generation blocks") in which a plurality of fuel cell power generation units (hereinafter referred to as "power generation units") are arranged side by side in a predetermined direction (hereinafter referred to as "first direction"). ) is used in the form of a fuel cell stack. The power generation unit includes a single fuel cell (hereinafter simply referred to as "single cell"). A single cell includes an electrolyte layer, and an air electrode and a fuel electrode facing each other in a first direction with the electrolyte layer interposed therebetween.

上記構成の発電単位は、更に、セパレータと、フレーム部材（例えば、周辺部材）とを備える。フレーム部材には、燃料極（または空気極）に面するガス室を構成するガス室用孔が形成されている。セパレータには、第１の方向に貫通する貫通孔が形成されている。セパレータは、第１の方向視で貫通孔を取り囲む部分である貫通孔周囲部が、単セルの周縁部と、ロウ材を含むロウ付け部を介して接合されることにより、燃料極（または空気室）に面するガス室を画定する。ロウ付け部は、例えば、ＡｇとＡｌ_２Ｏ_３とを含有している。また、ロウ付け部は、例えば、第１の方向視において、単セルの外周より外側に張り出した部分と、セパレータの貫通孔の内周より内側に張り出した部分とを有している（例えば、特許文献１参照）。 The power generation unit having the above configuration further includes a separator and a frame member (for example, a peripheral member). The frame member is formed with a gas chamber hole that constitutes a gas chamber facing the fuel electrode (or air electrode). The separator has a through-hole penetrating in the first direction. The separator has a fuel electrode (or an air delimiting the gas chamber facing the chamber). The brazing part contains Ag and _Al2O3 _, for example. In addition, the brazing portion has, for example, a portion projecting outward from the outer periphery of the unit cell and a portion projecting inward from the inner periphery of the through-hole of the separator when viewed in the first direction (for example, See Patent Document 1).

特開２０１５－１３５８０７号公報JP 2015-135807 A

燃料電池スタックは、比較的高温（例えば、７００℃から１０００℃）で発電が行われる。一方、ロウ付け部に含まれるＡｇの融点は、比較的低い。このため、燃料電池スタックの運転中において、ロウ付け部に含まれるＡｇがガス室へと蒸散して、燃料極や空気極を汚染するおそれがある（燃料極または空気極の被毒）。このように燃料極や空気極の被毒が発生すると、発電単位の性能が低下し、ひいては、燃料電池スタックの性能が低下するおそれがある。 Fuel cell stacks generate power at relatively high temperatures (eg, 700° C. to 1000° C.). On the other hand, the melting point of Ag contained in the brazed portion is relatively low. Therefore, during operation of the fuel cell stack, Ag contained in the brazed portion may evaporate into the gas chamber and contaminate the fuel electrode or the air electrode (poisoning of the fuel electrode or the air electrode). When the fuel electrode and the air electrode are poisoned in this manner, the performance of the power generation unit may be degraded, and the performance of the fuel cell stack may be degraded.

なお、このような課題は、Ａｇ以外の金属を含有するロウ付け部を備える燃料電池スタックにも共通の課題である。また、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」という。）の構成単位である電解単セルを複数備える電解セルスタックにも共通の課題である。なお、本明細書では、燃料電池単セルと電解単セルとをまとめて電気化学反応単セルと呼び、燃料電池スタックと電解セルスタックとをまとめて電気化学反応セルスタックと呼ぶ。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セルスタックにも共通の課題である。 Such problems are common to fuel cell stacks having brazed portions containing metals other than Ag. In addition, such a problem is solved by an electrolytic cell having a plurality of electrolytic single cells, which are constituent units of a solid oxide type electrolytic cell (hereinafter referred to as "SOEC") that generates hydrogen using the electrolysis reaction of water. This is also a common issue for cell stacks. In this specification, the fuel cell single cell and the electrolysis single cell are collectively referred to as an electrochemical reaction single cell, and the fuel cell stack and the electrolysis cell stack are collectively referred to as an electrochemical reaction cell stack. Moreover, such a problem is not limited to SOFCs and SOECs, but is common to other types of electrochemical reaction cell stacks.

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。 This specification discloses a technology capable of solving the above-described problems.

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。 The technology disclosed in this specification can be implemented, for example, in the following forms.

（１）本明細書に開示される電気化学反応セルスタックは、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、前記燃料極と前記空気極との一方である特定電極に面するガス室と、前記第１の方向に貫通する貫通孔が形成され、前記第１の方向視で前記貫通孔を取り囲む部分である貫通孔周囲部が前記電気化学反応単セルの周縁部と接合され、前記ガス室を画定するセパレータと、前記セパレータの前記貫通孔周囲部と、前記電気化学反応単セルの前記周縁部とを接合するロウ付け部であって、金属と金属酸化物とを含有するロウ付け部と、を備える電気化学反応セルスタックにおいて、前記ロウ付け部は、前記第１の方向視において、前記電気化学反応単セルと前記セパレータとの重複部分に重ならない部分であって、前記ガス室に露出する部分である露出部分と、前記露出部分よりも内側に位置する内側部分と、を有し、前記露出部分と前記内側部分とは、共通の金属酸化物を含有し、前記露出部分における前記共通の金属酸化物の量は、前記内側部分における前記共通の金属酸化物の量と比較して、多い。本電気化学反応セルスタックでは、ロウ付け部における露出部分と、内側部分とは、共通の金属酸化物（以下、「特定金属酸化物」という）を含有している。また、露出部分における特定金属酸化物の量は、内側部分における特定金属酸化物の量と比較して多い。特定金属酸化物の融点は、金属の融点と比較して、比較的高い。このように、ガス室に露出する露出部分に、融点が比較的高い特定金属酸化物を配置することにより、電気化学反応セルスタックの運転中において、内側部分に含有される融点の比較的低い金属が、ガス室へと蒸散することを抑制することができる。従って、本電気化学反応セルスタックによれば、ロウ付け部に含まれる金属が燃料極や空気極を被毒することを抑制し、ひいては、電気化学反応セルスタックの性能が低下することを抑制することができる。 (1) The electrochemical reaction cell stack disclosed in the present specification is an electrochemical reaction single cell including an electrolyte layer, and an air electrode and a fuel electrode facing each other in a first direction with the electrolyte layer interposed therebetween. , a gas chamber facing a specific electrode, which is one of the fuel electrode and the air electrode, and a through hole penetrating in the first direction is formed, and a portion surrounding the through hole when viewed in the first direction A through-hole peripheral portion is joined to the peripheral edge portion of the electrochemical reaction unit cell to form a separator defining the gas chamber, the through-hole peripheral portion of the separator, and the peripheral edge portion of the electrochemical reaction single cell. In an electrochemical reaction cell stack including a brazing portion to be joined, the brazing portion containing a metal and a metal oxide, the brazing portion is, when viewed from the first direction, the electrochemical reaction An exposed portion, which is a portion that does not overlap the overlapping portion of the unit cell and the separator and is exposed to the gas chamber, and an inner portion that is located inside the exposed portion, wherein the exposed portion and the inner portion contain a common metal oxide, and the amount of the common metal oxide in the exposed portion is greater than the amount of the common metal oxide in the inner portion. In this electrochemical reaction cell stack, the exposed portion of the brazed portion and the inner portion contain a common metal oxide (hereinafter referred to as "specific metal oxide"). Also, the amount of the specific metal oxide in the exposed portion is greater than the amount of the specific metal oxide in the inner portion. The melting point of specific metal oxides is relatively high compared to the melting point of metals. By arranging the specific metal oxide having a relatively high melting point in the exposed portion exposed to the gas chamber in this way, during the operation of the electrochemical reaction cell stack, the metal having a relatively low melting point contained in the inner portion can be removed. can be suppressed from transpiration into the gas chamber. Therefore, according to the present electrochemical reaction cell stack, it is possible to prevent the metal contained in the brazed portion from poisoning the fuel electrode and the air electrode, thereby preventing the deterioration of the performance of the electrochemical reaction cell stack. be able to.

（２）上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記セパレータは、前記セパレータの表面のうちの前記ロウ付け部に接する部分である周辺部分の少なくとも一部分が、前記共通の金属酸化物で形成されている構成としてもよい。換言すれば、本電気化学反応セルスタックでは、セパレータの周辺部分の上記一部分がロウ付け部に含まれる特定金属酸化物と同じ金属酸化物で形成されている。これにより、セパレータの周辺部分の上記一部分とロウ付け部との接着性が向上し、ロウ付け部によるシール性を向上させることができる。 (2) In the above electrochemical reaction cell stack, at least a portion of a peripheral portion, which is a portion of the surface of the separator that is in contact with the brazing portion, of the separator is made of the common metal oxide. may be In other words, in this electrochemical reaction cell stack, the part of the peripheral part of the separator is made of the same metal oxide as the specific metal oxide contained in the brazing part. As a result, the adhesiveness between the peripheral portion of the separator and the brazed portion is improved, and the sealing performance of the brazed portion can be improved.

（３）上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記金属は、Ａｇであり、前記共通の金属酸化物は、アルミナである構成としてもよい。ロウ付け部に含有される特定金属酸化物を、比較的融点の高いアルミナとすることにより、電気化学反応セルスタックの運転中において、ロウ付け部中の金属が、ガス室へと蒸散することをより効率的に抑制することができる。また、Ａｇを含有するロウ材（Ａｇロウ）は、大気雰囲気でもロウ付け温度で酸化しにくい。すなわち、ロウ付け部に含有される金属をＡｇとすることにより、電気化学反応単セルとセパレータとを大気雰囲気で接合することができ、工程の効率が向上する。 (3) In the above electrochemical reaction cell stack, the metal may be Ag, and the common metal oxide may be alumina. By using alumina, which has a relatively high melting point, as the specific metal oxide contained in the brazing portion, the metal in the brazing portion is prevented from transpiration into the gas chamber during operation of the electrochemical reaction cell stack. It can be suppressed more efficiently. Also, a brazing material containing Ag (Ag brazing material) is difficult to oxidize at a brazing temperature even in an air atmosphere. That is, by using Ag as the metal contained in the brazing portion, the electrochemical reaction single cell and the separator can be joined in an air atmosphere, and the efficiency of the process is improved.

（４）上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記特定電極は、前記燃料極であり、前記セパレータの貫通孔周囲部は、前記セパレータにおける前記電気化学反応単セルに対向する表面において、前記電気化学反応単セルの周縁部と接合されており、前記露出部分は、前記第１の方向視において、前記電気化学反応単セルの外側に位置している構成としてもよい。本電気化学反応セルスタックによれば、電気化学反応セルスタックの運転中において、ロウ付け部に含有される金属が、燃料室へと蒸散して、燃料極を被毒することを抑制し、ひいては、電気化学反応セルスタックの性能が低下することを抑制することができる。 (4) In the above electrochemical reaction cell stack, the specific electrode is the fuel electrode, and the through-hole peripheral portion of the separator is the surface of the separator facing the electrochemical reaction unit cell. It may be joined to the periphery of the single cell, and the exposed portion may be positioned outside the electrochemical reaction single cell when viewed in the first direction. According to the present electrochemical reaction cell stack, during operation of the electrochemical reaction cell stack, the metal contained in the brazed portion is prevented from transpiration into the fuel chamber and poisoning the fuel electrode. , the deterioration of the performance of the electrochemical reaction cell stack can be suppressed.

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、複数の電気化学反応単セル（燃料電池単セルまたは電解単セル）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）、その製造方法等の形態で実現することが可能である。 It should be noted that the technology disclosed in this specification can be implemented in various forms. (fuel cell stack or electrolysis cell stack), its manufacturing method, or the like.

本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。1 is a perspective view showing an external configuration of a fuel cell stack 100 according to this embodiment; FIG. 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。FIG. 2 is an explanatory view showing the XZ cross-sectional configuration of the fuel cell stack 100 at the position II-II in FIG. 1; 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。FIG. 2 is an explanatory view showing the YZ cross-sectional configuration of the fuel cell stack 100 at the position III-III in FIG. 1; 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。FIG. 3 is an explanatory diagram showing an XZ cross-sectional configuration of two power generation units 102 adjacent to each other at the same position as the cross section shown in FIG. 2 ; 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。FIG. 4 is an explanatory diagram showing the YZ cross-sectional configuration of two power generation units 102 adjacent to each other at the same position as the cross section shown in FIG. 3 ; 接合部１２４の詳細構成を示す説明図である。3 is an explanatory diagram showing a detailed configuration of a joint portion 124; FIG.

Ａ．実施形態：
Ａ－１．構成：
（燃料電池スタック１００の構成）
図１は、本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。また、本明細書では、Ｚ軸に直交する方向を、面方向と呼ぶ。 A. Embodiment:
A-1. composition:
(Configuration of fuel cell stack 100)
FIG. 1 is a perspective view showing the external configuration of the fuel cell stack 100 in this embodiment, and FIG. 2 is an explanatory diagram showing the XZ cross-sectional configuration of the fuel cell stack 100 at the position II-II in FIG. FIG. 3 is an explanatory diagram showing the YZ cross-sectional configuration of the fuel cell stack 100 at the position III-III in FIG. Each figure shows mutually orthogonal XYZ axes for specifying directions. In this specification, for the sake of convenience, the positive Z-axis direction is referred to as the upward direction, and the negative Z-axis direction is referred to as the downward direction. may be installed. The same applies to FIG. 4 and subsequent figures. Also, in this specification, the direction orthogonal to the Z-axis is referred to as the planar direction.

燃料電池スタック１００は、複数の（本実施形態では７つの）発電単位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。 The fuel cell stack 100 includes a plurality of (seven in this embodiment) power generation units 102 and a pair of end plates 104 and 106 . The seven power generation units 102 are arranged side by side in a predetermined arrangement direction (vertical direction in this embodiment). A pair of end plates 104 and 106 are arranged so as to sandwich an aggregate composed of seven power generation units 102 from above and below.

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軸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。 A plurality of holes (eight in the present embodiment) penetrating in the vertical direction are formed in the peripheral edge portion around the Z-axis direction of each layer (the power generation unit 102, the end plates 104 and 106) constituting the fuel cell stack 100. Corresponding holes formed in each layer vertically communicate with each other to form communicating holes 108 extending vertically from one end plate 104 to the other end plate 106 . In the following description, the holes formed in each layer of the fuel cell stack 100 to form the communication holes 108 may also be referred to as the communication holes 108 .

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。 A bolt 22 extending in the vertical direction is inserted through each communication hole 108 , and the fuel cell stack 100 is fastened by the bolt 22 and nuts 24 fitted on both sides of the bolt 22 . 2 and 3, between the nut 24 fitted on one side (upper side) of the bolt 22 and the upper surface of the end plate 104 constituting the upper end of the fuel cell stack 100, and between the bolt An insulating sheet 26 is interposed between the nut 24 fitted to the other side (lower side) of the fuel cell stack 22 and the lower surface of the end plate 106 forming the lower end of the fuel cell stack 100 . However, at a location where a gas passage member 27, which will be described later, is provided, between the nut 24 and the surface of the end plate 106, the insulating sheets disposed above and below the gas passage member 27 and the gas passage member 27, respectively. 26 intervenes. The insulating sheet 26 is composed of, for example, a mica sheet, a ceramic fiber sheet, a ceramic powder sheet, a glass sheet, a glass-ceramic composite, or the like.

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軸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。 The outer diameter of the shaft portion of each bolt 22 is smaller than the inner diameter of each communication hole 108 . Therefore, a space is secured between the outer peripheral surface of the shaft portion of each bolt 22 and the inner peripheral surface of each communication hole 108 . As shown in FIGS. 1 and 2, one side of the outer circumference of the fuel cell stack 100 around the Z-axis direction (the side on the positive side of the X-axis among the two sides parallel to the Y-axis) is near the midpoint. The space formed by the bolt 22 (bolt 22A) positioned thereon and the communication hole 108 through which the bolt 22A is inserted receives the oxidant gas OG from the outside of the fuel cell stack 100, and the oxidant gas OG is introduced into each space. Functioning as an oxidant gas introduction manifold 161 which is a gas flow path for supplying to the power generation unit 102, the side opposite to the side (the side on the negative side of the X axis among the two sides parallel to the Y axis) The space formed by the bolt 22 (bolt 22B) located near the point and the communication hole 108 through which the bolt 22B is inserted is the oxidant offgas OOG which is the gas discharged from the air chamber 166 of each power generation unit 102. to the outside of the fuel cell stack 100 as an oxidizing gas discharge manifold 162 . In this embodiment, for example, air is used as the oxidant gas OG.

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軸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。 Also, as shown in FIGS. 1 and 3, the midpoint of one side (the side on the Y-axis positive side of the two sides parallel to the X-axis) on the outer circumference of the fuel cell stack 100 around the Z-axis direction Fuel gas FG is introduced from the outside of the fuel cell stack 100 into the space formed by the bolt 22 (bolt 22D) located nearby and the communication hole 108 through which the bolt 22D is inserted. A bolt that functions as the fuel gas introduction manifold 171 that supplies the power generation unit 102 and is located near the midpoint of the side opposite to the side (the side on the Y-axis negative direction side of the two sides parallel to the X-axis) 22 (bolt 22E) and the communication hole 108 through which the bolt 22E is inserted allows the fuel offgas FOG, which is the gas discharged from the fuel chamber 176 of each power generation unit 102, to flow outside the fuel cell stack 100. It functions as a fuel gas discharge manifold 172 that discharges to the In this embodiment, hydrogen-rich gas obtained by reforming city gas, for example, is used as the fuel gas FG.

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。 Four gas passage members 27 are provided in the fuel cell stack 100 . Each gas passage member 27 has a hollow tubular body portion 28 and a hollow tubular branch portion 29 branched from a side surface of the main body portion 28 . A hole in the branch portion 29 communicates with a hole in the main body portion 28 . A gas pipe (not shown) is connected to the branch portion 29 of each gas passage member 27 . Further, as shown in FIG. 2, the hole of the body portion 28 of the gas passage member 27 arranged at the position of the bolt 22A forming the oxidant gas introduction manifold 161 communicates with the oxidant gas introduction manifold 161. A hole in the body portion 28 of the gas passage member 27 arranged at the position of the bolt 22B forming the oxidant gas discharge manifold 162 communicates with the oxidant gas discharge manifold 162 . Further, as shown in FIG. 3, the hole of the body portion 28 of the gas passage member 27 arranged at the position of the bolt 22D forming the fuel gas introduction manifold 171 communicates with the fuel gas introduction manifold 171, and the fuel gas A hole in the body portion 28 of the gas passage member 27 arranged at the position of the bolt 22E forming the discharge manifold 172 communicates with the fuel gas discharge manifold 172 .

（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。 (Configuration of end plates 104, 106)
The pair of end plates 104 and 106 are substantially rectangular plate-shaped conductive members, and are made of, for example, stainless steel. One end plate 104 is arranged above the uppermost power generating unit 102 and the other end plate 106 is arranged below the lowermost power generating unit 102 . A pair of end plates 104 and 106 sandwich a plurality of power generation units 102 in a pressed state. The upper end plate 104 functions as the positive side output terminal of the fuel cell stack 100 , and the lower end plate 106 functions as the negative side output terminal of the fuel cell stack 100 .

（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。 (Configuration of power generation unit 102)
4 is an explanatory diagram showing the XZ cross-sectional configuration of two power generation units 102 adjacent to each other at the same position as the cross section shown in FIG. 2, and FIG. FIG. 3 is an explanatory diagram showing a YZ cross-sectional configuration of two power generation units 102;

図４および図５に示すように、発電単位１０２は、燃料電池単セル（以下、単に「単セル」という。）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軸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。 As shown in FIGS. 4 and 5, the power generation unit 102 includes a fuel cell single cell (hereinafter simply referred to as "single cell") 110, a separator 120, an air electrode side frame 130, and an air electrode side current collector. 134 , an anode-side frame 140 , an anode-side current collector 144 , and a pair of interconnectors 150 forming the top layer and the bottom layer of the power generation unit 102 . The separator 120, the air electrode side frame 130, the fuel electrode side frame 140, and the interconnector 150 are provided with holes corresponding to the communication holes 108 through which the bolts 22 are inserted.

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）。 The interconnector 150 is a substantially rectangular plate-shaped conductive member, and is made of, for example, ferritic stainless steel. The interconnector 150 ensures electrical continuity between the power generating units 102 and prevents mixing of reaction gases between the power generating units 102 . In this embodiment, when two power generation units 102 are arranged adjacently, one interconnector 150 is shared by the two adjacent power generation units 102 . That is, the upper interconnector 150 in a certain power generation unit 102 is the same member as the lower interconnector 150 in another power generation unit 102 adjacent to the upper side of the power generation unit 102 . In addition, since the fuel cell stack 100 has a pair of end plates 104 and 106, the power generation unit 102 located at the top in the fuel cell stack 100 does not have the upper interconnector 150, and is located at the bottom. The generating unit 102 does not have a lower interconnector 150 (see Figures 2 and 3).

単セル１１０は、空気極（カソード)１１４と、燃料極（アノード）１１６と、空気極１１４と燃料極１１６との間に配置された電解質層１１２とを備える。本実施形態では、燃料極１１６の厚さ（上下方向のサイズ）が空気極１１４や電解質層１１２の厚さより厚く、燃料極１１６が単セル１１０を構成する他の層を支持している。すなわち、本実施形態の単セル１１０は、燃料極支持型の単セルである。 The single cell 110 comprises a cathode (cathode) 114 , an anode (anode) 116 , and an electrolyte layer 112 disposed between the cathode 114 and the anode 116 . In this embodiment, the thickness (size in the vertical direction) of the fuel electrode 116 is thicker than the thickness of the air electrode 114 and the electrolyte layer 112 , and the fuel electrode 116 supports the other layers constituting the unit cell 110 . That is, the single cell 110 of this embodiment is a fuel electrode-supported single cell.

電解質層１１２は、Ｚ軸方向視で略矩形の平板形状部材であり、固体酸化物（例えば、ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア））を含むように構成されている。すなわち、本実施形態の単セル１１０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。空気極１１４は、Ｚ軸方向視で電解質層１１２より小さい略矩形の平板形状部材であり、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））を含むように構成されている。燃料極１１６は、Ｚ軸方向視で電解質層１１２と略同じ大きさの略矩形の平板形状部材であり、例えば、Ｎｉ（ニッケル）、Ｎｉとセラミック粒子からなるサーメット、Ｎｉ基合金等により形成されている。燃料極１１６は、特許請求の範囲における特定電極に相当する。 The electrolyte layer 112 is a substantially rectangular plate-shaped member when viewed in the Z-axis direction, and is configured to contain a solid oxide (for example, YSZ (yttria-stabilized zirconia)). That is, the single cell 110 of this embodiment is a solid oxide fuel cell (SOFC) using a solid oxide as an electrolyte. The air electrode 114 is a substantially rectangular plate-shaped member smaller than the electrolyte layer 112 when viewed in the Z-axis direction, and is configured to contain, for example, a perovskite oxide (for example, LSCF (lanthanum strontium cobalt iron oxide)). . The fuel electrode 116 is a substantially rectangular plate-shaped member having substantially the same size as the electrolyte layer 112 when viewed in the Z-axis direction, and is formed of, for example, Ni (nickel), a cermet made of Ni and ceramic particles, a Ni-based alloy, or the like. ing. The fuel electrode 116 corresponds to a specific electrode in the claims.

図４および図５に示すように、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貫通孔１２１が形成されたフレーム状の部材である。本実施形態において、セパレータ１２０は、Ａｌ_２Ｏ_３（アルミナ）で形成されている。セパレータ１２０の板厚は、比較的薄く、例えば０．０５ｍｍ以上、０．２ｍｍ以下程度である。セパレータ１２０における貫通孔１２１を取り囲む部分（以下、「貫通孔周囲部」という。）は、単セル１１０（電解質層１１２）の周縁部における上側の表面に対向している。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、単セル１１０（電解質層１１２）と接合されている。すなわち、セパレータ１２０は、燃料室１７６を画定している。このように、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（クロスリーク）が抑制される。燃料室１７６は、特許請求の範囲におけるガス室に相当する。 As shown in FIGS. 4 and 5, the separator 120 is a frame-like member having a substantially rectangular through-hole 121 extending vertically through the vicinity of the center thereof. In this embodiment, the separator 120 is made of Al ₂ O ₃ (alumina). The plate thickness of the separator 120 is relatively thin, for example, about 0.05 mm or more and 0.2 mm or less. A portion of the separator 120 surrounding the through-hole 121 (hereinafter referred to as a “through-hole surrounding portion”) faces the upper surface of the peripheral portion of the single cell 110 (electrolyte layer 112). The separator 120 is joined to the unit cell 110 (electrolyte layer 112) by a joining portion 124 formed of a brazing material (for example, Ag brazing) arranged at the opposing portion. That is, separator 120 defines fuel chamber 176 . In this way, the air chamber 166 facing the air electrode 114 and the fuel chamber 176 facing the fuel electrode 116 are partitioned by the separator 120, and the air flow from one electrode side to the other electrode side in the peripheral portion of the unit cell 110 is separated. Gas leak (cross leak) is suppressed. The fuel chamber 176 corresponds to the gas chamber in the claims.

本実施形態では、単セル１１０とセパレータ１２０とを接合する接合部１２４は、Ａｇを含有するロウ材により形成されている。接合部１２４を構成するロウ材としては、例えば、Ａｇと金属酸化物との混合体（例えば、Ａｇ－Ａｌ_２Ｏ_３（ＡｇとＡｌ_２Ｏ_３（アルミナ）との混合体）、Ａｇ－ＣｕＯ、Ａｇ－ＴｉＯ_２、Ａｇ－Ｃｒ_２Ｏ_３、Ａｇ－ＳｉＯ_２等）を用いることができる。接合部１２４におけるＡｇ濃度は、９０ｗｔ％以上、９８ｗｔ％以下であることが好ましい。Ａｇを含有するロウ材（Ａｇロウ）は大気雰囲気でもロウ付け温度で酸化し難いため、接合部１２４としてＡｇロウを用いると、単セル１１０とセパレータ１２０とを大気雰囲気で接合することができ、工程の効率上好ましい。接合部１２４は、特許請求の範囲におけるロウ付け部に相当する。また、Ａｇは、特許請求の範囲における金属に相当する。接合部１２４の構成については、後にさらに詳述する。 In this embodiment, the joint 124 that joins the unit cell 110 and the separator 120 is made of brazing material containing Ag. As the brazing material forming the joint 124, for example, a mixture of Ag and a metal oxide (for example, Ag—Al ₂ O ₃ (a mixture of Ag and Al ₂ O ₃ (alumina)), Ag—CuO , Ag--TiO ₂ , Ag--Cr ₂ O ₃ , Ag--SiO ₂ etc.) can be used. The Ag concentration in the junction 124 is preferably 90 wt % or more and 98 wt % or less. Brazing material containing Ag (Ag brazing material) is difficult to oxidize at a brazing temperature even in an air atmosphere. This is preferable in terms of process efficiency. The joint portion 124 corresponds to a brazed portion in the claims. Also, Ag corresponds to a metal in the claims. The configuration of the joint 124 will be further detailed later.

また、本実施形態では、接合部１２４は、セパレータ１２０の貫通孔１２１の全周にわたって配置されている。図４および図５に示すように、接合部１２４は、燃料極１１６に供給されるガス（燃料ガスＦＧ）の流路に面しており、より具体的には燃料室１７６に面している。本実施形態では、面方向（Ｚ軸に直交する方向）の位置に関し、接合部１２４における外周側（燃料室１７６に面する側）の端部の位置が、単セル１１０（電解質層１１２）の端部の位置より外周側に位置している。すなわち、接合部１２４が、単セル１１０（電解質層１１２）とセパレータ１２０との間の空間から外周側に突出している。換言すれば、接合部１２４は、Ｚ軸方向視において、単セル１１０とセパレータ１２０との重複部分ＯＰと、重複部分ＯＰに重ならない部分ＮＰ（以下、「非重複部分ＮＰ」という）とを有している（図４の部分拡大図参照）。接合部１２４のＺ軸方向視での幅（重複部分ＯＰと非重複部分ＮＰとの合計長さ）は、例えば３ｍｍ～１２ｍｍであることが好ましく、接合部１２４の厚さ（Ｚ軸方向のサイズ）は、例えば１０μｍ～１００μｍであることが好ましい。また、接合部１２４の非重複部分ＮＰの長さは、例えば１ｍｍ～４ｍｍであることが好ましい。 In addition, in this embodiment, the joint portion 124 is arranged over the entire circumference of the through-hole 121 of the separator 120 . As shown in FIGS. 4 and 5, the joint 124 faces the flow path of the gas (fuel gas FG) supplied to the fuel electrode 116, and more specifically faces the fuel chamber 176. . In this embodiment, with respect to the position in the plane direction (the direction orthogonal to the Z-axis), the position of the end of the joint 124 on the outer peripheral side (the side facing the fuel chamber 176) is the position of the unit cell 110 (electrolyte layer 112). It is located on the outer peripheral side from the position of the end. That is, the joint portion 124 protrudes from the space between the single cell 110 (electrolyte layer 112) and the separator 120 to the outer peripheral side. In other words, the joint portion 124 has an overlapping portion OP between the unit cell 110 and the separator 120 and a portion NP that does not overlap with the overlapping portion OP (hereinafter referred to as “non-overlapping portion NP”) when viewed in the Z-axis direction. (See the enlarged partial view of FIG. 4). The width of the joint 124 as viewed in the Z-axis direction (the total length of the overlapping portion OP and the non-overlapping portion NP) is preferably, for example, 3 mm to 12 mm, and the thickness of the joint 124 (size in the Z-axis direction ) is preferably, for example, 10 μm to 100 μm. Also, the length of the non-overlapping portion NP of the joint portion 124 is preferably 1 mm to 4 mm, for example.

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。 The air electrode side frame 130 is a frame-shaped member having a substantially rectangular hole 131 penetrating vertically in the vicinity of the center thereof, and is made of an insulator such as mica, for example. A hole 131 in the cathode-side frame 130 constitutes an air chamber 166 facing the cathode 114 . The air electrode-side frame 130 is in contact with the peripheral edge portion of the surface of the separator 120 opposite to the side facing the electrolyte layer 112 and the peripheral edge portion of the surface of the interconnector 150 facing the air electrode 114 . . Also, the pair of interconnectors 150 included in the power generation unit 102 are electrically insulated by the air electrode side frame 130 . Further, the air electrode side frame 130 has an oxidizing gas supply communication hole 132 that communicates the oxidizing gas introduction manifold 161 and the air chamber 166, and an oxidizing gas supply communication hole 132 that communicates the air chamber 166 and the oxidizing gas discharge manifold 162. A discharge communication hole 133 is formed.

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。 The fuel electrode-side frame 140 is a frame-shaped member having a substantially rectangular hole 141 vertically penetrating near the center thereof, and is made of metal, for example. A hole 141 in the anode-side frame 140 constitutes a fuel chamber 176 facing the anode 116 . The fuel electrode-side frame 140 is in contact with the periphery of the surface of the separator 120 facing the electrolyte layer 112 and the periphery of the surface of the interconnector 150 facing the fuel electrode 116 . The fuel electrode side frame 140 also has a fuel gas supply communication hole 142 that communicates the fuel gas introduction manifold 171 and the fuel chamber 176, and a fuel gas discharge communication hole 143 that communicates the fuel chamber 176 and the fuel gas discharge manifold 172. and are formed.

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。なお、燃料極側集電体１４４は、燃料極１１６における燃料極側集電体１４４に対向する表面の全領域の内、合計１０～５０％の面積の領域に接していることが好ましい。 The fuel electrode side current collector 144 is arranged in the fuel chamber 176 . The fuel electrode-side current collector 144 includes an interconnector-facing portion 146, an electrode-facing portion 145, and a connecting portion 147 that connects the electrode-facing portion 145 and the interconnector-facing portion 146. For example, nickel or a nickel alloy is used. , stainless steel or the like. The electrode facing portion 145 is in contact with the surface of the fuel electrode 116 opposite to the side facing the electrolyte layer 112 , and the interconnector facing portion 146 is in contact with the surface of the interconnector 150 facing the fuel electrode 116 . in contact. However, as described above, since the lowest power generation unit 102 in the fuel cell stack 100 does not have the lower interconnector 150, the interconnector facing portion 146 of the power generation unit 102 is the lower end plate. 106 is in contact. Fuel electrode-side current collector 144 having such a configuration electrically connects fuel electrode 116 and interconnector 150 (or end plate 106). A spacer 149 made of mica, for example, is arranged between the electrode facing portion 145 and the interconnector facing portion 146 . Therefore, the fuel electrode side current collector 144 follows the deformation of the power generation unit 102 due to temperature cycles and reaction gas pressure fluctuations, and the fuel electrode 116 and the interconnector 150 (or the end plate 106) through the fuel electrode side current collector 144. good electrical connection with It is preferable that the fuel electrode side current collector 144 is in contact with a total area of 10 to 50% of the total area of the surface of the fuel electrode 116 facing the fuel electrode side current collector 144 .

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。なお、空気極側集電体１３４とインターコネクタ１５０とが一体の部材として構成されていてもよい。また、空気極側集電体１３４が導電性のコートによって覆われていてもよく、また、空気極１１４と空気極側集電体１３４との間に両者を接合する導電性の接合層が介在していてもよい。 The air electrode side current collector 134 is arranged in the air chamber 166 . The air electrode-side current collector 134 is composed of a plurality of substantially quadrangular prism-shaped current collector elements 135, and is made of, for example, ferritic stainless steel. The air electrode-side current collector 134 is in contact with the surface of the air electrode 114 opposite to the side facing the electrolyte layer 112 and the surface of the interconnector 150 facing the air electrode 114 . However, as described above, the uppermost power generation unit 102 in the fuel cell stack 100 does not have the upper interconnector 150, so the air electrode side current collector 134 in the power generation unit 102 is the upper end plate 104 is in contact. Since the air electrode side current collector 134 has such a configuration, it electrically connects the air electrode 114 and the interconnector 150 (or the end plate 104). The cathode-side current collector 134 and the interconnector 150 may be configured as an integral member. In addition, the air electrode side current collector 134 may be covered with a conductive coating, and a conductive bonding layer is interposed between the air electrode 114 and the air electrode side current collector 134 to bond the two. You may have

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。 A-2. Operation of fuel cell stack 100:
As shown in FIGS. 2 and 4, the oxidant gas OG is supplied through a gas pipe (not shown) connected to the branch portion 29 of the gas passage member 27 provided at the position of the oxidant gas introduction manifold 161. Then, the oxidizing gas OG is supplied to the oxidizing gas introduction manifold 161 through the branch portion 29 of the gas passage member 27 and the hole of the main body portion 28 , and the oxidizing gas OG is supplied from the oxidizing gas introduction manifold 161 to each power generation unit 102 . The agent gas is supplied to the air chamber 166 through the agent gas supply communication hole 132 . 3 and 5, the fuel gas FG is supplied through a gas pipe (not shown) connected to the branch portion 29 of the gas passage member 27 provided at the position of the fuel gas introduction manifold 171. Then, the fuel gas FG is supplied to the fuel gas introduction manifold 171 via the branch portion 29 of the gas passage member 27 and the hole of the main body portion 28, and the fuel gas supply communication of each power generation unit 102 from the fuel gas introduction manifold 171. It is supplied to fuel chamber 176 through hole 142 .

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は空気極側集電体１３４を介して一方のインターコネクタ１５０に電気的に接続され、燃料極１１６は燃料極側集電体１４４を介して他方のインターコネクタ１５０に電気的に接続されている。また、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。 When the oxidant gas OG is supplied to the air chamber 166 of each power generation unit 102 and the fuel gas FG is supplied to the fuel chamber 176, electric power is generated in the single cell 110 by the electrochemical reaction of the oxidant gas OG and the fuel gas FG. will be This power generation reaction is an exothermic reaction. In each power generation unit 102, the air electrode 114 of the single cell 110 is electrically connected to one interconnector 150 through the air electrode side current collector 134, and the fuel electrode 116 is electrically connected through the fuel electrode side current collector 144. It is electrically connected to the other interconnector 150 . Also, the plurality of power generation units 102 included in the fuel cell stack 100 are electrically connected in series. Therefore, the electrical energy generated in each power generation unit 102 is taken out from the end plates 104 and 106 that function as output terminals of the fuel cell stack 100 . Since the SOFC generates power at a relatively high temperature (for example, 700° C. to 1000° C.), the fuel cell stack 100 is heated by the heater ( (not shown).

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。 As shown in FIGS. 2 and 4, the oxidant offgas OOG discharged from the air chamber 166 of each power generation unit 102 is discharged to the oxidant gas discharge manifold 162 through the oxidant gas discharge communication hole 133 and further oxidized. The fuel cell stack 100 is supplied to the fuel cell stack 100 via a gas pipe (not shown) connected to the branch portion 29 through the holes of the main body portion 28 and the branch portion 29 of the gas passage member 27 provided at the position of the agent gas discharge manifold 162 . is discharged to the outside of the Further, as shown in FIGS. 3 and 5, the fuel offgas FOG discharged from the fuel chamber 176 of each power generation unit 102 is discharged to the fuel gas discharge manifold 172 through the fuel gas discharge communication hole 143. Through the holes in the body portion 28 and the branch portion 29 of the gas passage member 27 provided at the position of the exhaust manifold 172, the gas is supplied to the outside of the fuel cell stack 100 via a gas pipe (not shown) connected to the branch portion 29. Ejected.

Ａ－３．接合部１２４の詳細構成：
次に、接合部１２４の構成について、図６を参照して、さらに詳細に説明する。図６は、接合部１２４の詳細構成を示す説明図である。図６には、接合部１２４（より詳しくは、非重複部分ＮＰ）の一部分（図４のＸ１部）のＸＺ断面構成が拡大して示されている。上述したように、本実施形態における接合部１２４は、Ａｇと金属酸化物（本実施形態では、Ａｌ_２Ｏ_３）とを含んでいる。図６には、接合部１２４に含まれるＡｇの粒子（以下、「Ａｇ粒子」という）ＰＡ１と、金属酸化物（Ａｌ_２Ｏ_３）の粒子（以下、「金属酸化物粒子」という）ＰＡ２とが、模式的に示されている。 A-3. Detailed configuration of joint 124:
Next, the configuration of joint 124 will be described in more detail with reference to FIG. FIG. 6 is an explanatory diagram showing the detailed configuration of the joint 124. As shown in FIG. FIG. 6 shows an enlarged XZ cross-sectional configuration of a portion (X1 portion in FIG. 4) of the joint portion 124 (more specifically, the non-overlapping portion NP). As described above, the joint 124 in this embodiment contains Ag and a metal oxide (Al ₂ O ₃ in this embodiment). FIG. 6 shows Ag particles (hereinafter referred to as “Ag particles”) PA1 and metal oxide (Al ₂ O ₃ ) particles (hereinafter referred to as “metal oxide particles”) PA2 included in the joint 124. is schematically shown.

図６に示すように、接合部１２４の非重複部分ＮＰは、燃料室１７６に露出する露出部分３１０と、露出部分３１０よりも内側に位置する内側部分３２０と、を有している。本実施形態において、露出部分３１０は、Ｚ軸方向視において、単セル１１０の外側に位置している。図４の部分拡大図に示すように、露出部分３１０は、非重複部分ＮＰの側面Ｓ１２４ｓと、下面Ｓ１２４ｕとから構成されている。 As shown in FIG. 6 , the non-overlapping portion NP of joint 124 has an exposed portion 310 exposed to fuel chamber 176 and an inner portion 320 located inside exposed portion 310 . In this embodiment, the exposed portion 310 is positioned outside the single cell 110 as viewed in the Z-axis direction. As shown in the partial enlarged view of FIG. 4, the exposed portion 310 is composed of a side surface S124s of the non-overlapping portion NP and a lower surface S124u.

上述のように、接合部１２４の非重複部分ＮＰは、Ａｇと金属酸化物（より具体的には、Ａｌ_２Ｏ_３）とを含んでいる。換言すれば、露出部分３１０と内側部分３２０とは、ともに、Ａｌ_２Ｏ_３を含有している。また、本実施形態の接合部１２４では、露出部分３１０に含まれるＡｌ_２Ｏ_３の量は、内側部分３２０に含まれるＡｌ_２Ｏ_３の量と比較して多い。より具体的には、例えば、単位体積当たりのＡｌ_２Ｏ_３の含有率は、露出部分３１０において２０ｗｔ％以上、１００ｗｔ％以下であり、内側部分３２０において２ｗｔ％以上、１０ｗｔ％以下である。また、Ｚ軸方向における厚みは、例えば、露出部分３１０において１μｍ以上、２０μｍ以下であり、内側部分３２０において１０μｍ以上、１００μｍ以下である。また、上述のように、本実施形態のセパレータ１２０は、Ａｌ_２Ｏ_３で形成されている。すなわち、セパレータ１２０は、接合部１２４に含まれる金属酸化物と同じ金属酸化物で形成されている。なお、本実施形態では、燃料電池スタック１００が備えるすべてのセパレータ１２０および接合部１２４において、上述のような構成が採用されている。 As described above, the non-overlapping portion NP of junction 124 includes Ag and metal oxide (more specifically, Al ₂ O ₃ ). In other words, both exposed portion 310 and inner portion 320 contain Al ₂ O ₃ . Also, in the joint portion 124 of the present embodiment, the amount of Al ₂ O ₃ contained in the exposed portion 310 is greater than the amount of Al ₂ O ₃ contained in the inner portion 320 . More specifically, for example, the content of Al ₂ O ₃ per unit volume is 20 wt % or more and 100 wt % or less in the exposed portion 310 and 2 wt % or more and 10 wt % or less in the inner portion 320 . Also, the thickness in the Z-axis direction is, for example, 1 μm or more and 20 μm or less at the exposed portion 310 and 10 μm or more and 100 μm or less at the inner portion 320 . Further, as described above, the separator 120 of this embodiment is made of Al ₂ O ₃ . That is, the separator 120 is made of the same metal oxide as the metal oxide contained in the joint portion 124 . In the present embodiment, all the separators 120 and the joints 124 included in the fuel cell stack 100 employ the configuration described above.

Ａ－４．セパレータ１２０を備える単セル１１０の製造方法：
本実施形態におけるセパレータ１２０を備える単セル１１０の製造方法は、例えば以下の通りである。 A-4. Method for manufacturing single cell 110 with separator 120:
A method for manufacturing the single cell 110 including the separator 120 in this embodiment is, for example, as follows.

まず、周知の方法により、貫通孔１２１が形成されたセパレータ１２０と、単セル１１０とを作製する。一方、接合部１２４を構成するためのペースト状のＡｇロウ材（例えば、３ｗｔ％のＡｌ_２Ｏ_３を含むＡｇロウ材）およびペースト状のＡｌ_２Ｏ_３を準備する。 First, a separator 120 having a through-hole 121 and a single cell 110 are produced by a well-known method. On the other hand, paste-like Ag brazing material (for example, Ag brazing material containing 3 wt % of Al ₂ O ₃ ) and paste-like Al ₂ O ₃ for forming the joint portion 124 are prepared.

次に、セパレータ１２０の表面のうち、単セル１１０（電解質層１１２）の周縁部における上側の表面に対向する表面（以下、「セパレータ１２０の下面」ともいう）において、接合部１２４（重複部分ＯＰおよび非重複部分ＮＰ）が形成される部分に上記Ａｇロウ材をスクリーン印刷する。 Next, of the surfaces of the separator 120, on the surface facing the upper surface of the peripheral portion of the unit cell 110 (electrolyte layer 112) (hereinafter also referred to as the “lower surface of the separator 120”), the joint 124 (overlapping portion OP and the non-overlapping portion NP) are formed by screen-printing the Ag brazing material.

次に、単セル１１０（電解質層１１２）の周縁部を、セパレータ１２０の下面におけるＡｇロウ材が印刷された部分へと配置する。このとき、非重複部分ＮＰが形成されるよう位置合わせして、単セル１１０（電解質層１１２）をセパレータ１２０へと配置する。 Next, the peripheral portion of the unit cell 110 (electrolyte layer 112) is placed on the portion of the lower surface of the separator 120 where the Ag brazing material is printed. At this time, the single cell 110 (electrolyte layer 112) is arranged on the separator 120 in alignment so that the non-overlapping portion NP is formed.

次に、非重複部分ＮＰが形成される部分において、上記Ａｇロウ材の表面にペースト状のＡｌ_２Ｏ_３を塗布する。ペースト状のＡｌ_２Ｏ_３の塗布は、例えば、スクリーン印刷により行うことができる。その後、所定の温度（例えば、１０００℃）に加熱して、ロウ付けを行う。以上により、セパレータ１２０を備える単セル１１０を製造することができる。 Next, paste-like Al ₂ O ₃ is applied to the surface of the Ag brazing material in the portion where the non-overlapping portion NP is to be formed. Application of paste-like Al ₂ O ₃ can be performed by, for example, screen printing. After that, it is heated to a predetermined temperature (for example, 1000° C.) for brazing. As described above, the single cell 110 including the separator 120 can be manufactured.

Ａ－５．本実施形態の効果：
以上説明したように、本実施形態の燃料電池スタック１００は、電解質層１１２と、空気極１１４と、燃料極１１６とを含む単セル１１０と、燃料極１１６に面する燃料室１７６と、貫通孔１２１が形成されたセパレータ１２０とを備えている。セパレータ１２０の貫通孔周囲部は、単セル１１０の周縁部と接合され、燃料室１７６を画定している。また、燃料電池スタック１００は、セパレータ１２０の貫通孔周囲部と、単セル１１０の周縁部とを接合する接合部１２４を有している。接合部１２４は、金属と金属酸化物とを含有している。本実施形態の燃料電池スタック１００では、接合部１２４は、非重複部分ＮＰにおいて、露出部分３１０と、内側部分３２０とを有している。露出部分３１０と、内側部分３２０とは、ともに、共通の金属酸化物（より具体的には、Ａｌ_２Ｏ_３）を含有しており、露出部分３１０におけるＡｌ_２Ｏ_３の量は、内側部分３２０におけるＡｌ_２Ｏ_３の量と比較して多い。Ａｌ_２Ｏ_３の融点は、金属（より具体的には、Ａｇ）の融点と比較して、比較的高い。このように、燃料室１７６に露出する露出部分３１０に、融点が比較的高いＡｌ_２Ｏ_３を配置することにより、燃料電池スタック１００の運転中において、内側部分３２０に含有される融点の比較的低いＡｇが、燃料室１７６へと蒸散することを抑制することができる。従って、本実施形態の燃料電池スタック１００によれば、接合部１２４に含まれるＡｇが燃料極１１６を被毒することを抑制し、ひいては、燃料電池スタック１００の性能が低下することを抑制することができる。 A-5. Effect of this embodiment:
As described above, the fuel cell stack 100 of this embodiment includes the single cell 110 including the electrolyte layer 112, the air electrode 114, and the fuel electrode 116, the fuel chamber 176 facing the fuel electrode 116, the through hole and a separator 120 on which 121 is formed. The periphery of the through hole of the separator 120 is joined to the periphery of the unit cell 110 to define the fuel chamber 176 . Further, the fuel cell stack 100 has a joint portion 124 that joins the periphery of the through hole of the separator 120 and the periphery of the unit cell 110 . The junction 124 contains metal and metal oxide. In the fuel cell stack 100 of this embodiment, the junction 124 has an exposed portion 310 and an inner portion 320 at the non-overlapping portion NP. Exposed portion 310 and inner portion 320 both contain a common metal oxide (more specifically Al ₂ O ₃ ), and the amount of Al ₂ O ₃ in exposed portion 310 is It is large compared to the amount of Al ₂ O ₃ in 320. The melting point of Al ₂ O ₃ is relatively high compared to the melting point of metals (more specifically Ag). By disposing Al ₂ O ₃ having a relatively high melting point in the exposed portion 310 exposed to the fuel chamber 176 in this manner, the melting point contained in the inner portion 320 is relatively low during operation of the fuel cell stack 100 . Low Ag can suppress transpiration to the fuel chamber 176 . Therefore, according to the fuel cell stack 100 of the present embodiment, poisoning of the fuel electrode 116 by Ag contained in the joint portion 124 is suppressed, and thus deterioration of the performance of the fuel cell stack 100 is suppressed. can be done.

また、接合部１２４に含有される金属酸化物を、比較的融点の高いアルミナとすることにより、燃料電池スタック１００の運転中において、接合部１２４中のＡｇが、燃料室１７６へと蒸散することをより効率的に抑制することができる。また、Ａｇを含有するロウ材（Ａｇロウ）は、大気雰囲気でもロウ付け温度で酸化しにくい。すなわち、接合部１２４に含有される金属をＡｇとすることにより、単セル１１０とセパレータ１２０とを大気雰囲気で接合することができ、工程の効率が向上する。 In addition, by using alumina with a relatively high melting point as the metal oxide contained in the joint 124, Ag in the joint 124 transpires into the fuel chamber 176 during operation of the fuel cell stack 100. can be suppressed more efficiently. Also, a brazing material containing Ag (Ag brazing material) is difficult to oxidize at a brazing temperature even in an air atmosphere. That is, by using Ag as the metal contained in the bonding portion 124, the single cell 110 and the separator 120 can be bonded in an air atmosphere, and the efficiency of the process is improved.

本実施形態の燃料電池スタック１００において、セパレータ１２０は、Ａｌ_２Ｏ_３で形成されている。換言すれば、燃料電池スタック１００では、セパレータ１２０が、接合部１２４に含有されている金属酸化物と同じ金属酸化物で形成されている。これにより、セパレータ１２０と接合部１２４との接着性が向上し、接合部１２４によるシール性を向上させることができる。 In the fuel cell stack 100 of this embodiment _, the separator 120 is made of _Al2O3 . In other words, in the fuel cell stack 100 , the separator 120 is made of the same metal oxide as the metal oxide contained in the joints 124 . Thereby, the adhesiveness between the separator 120 and the joint portion 124 is improved, and the sealing property of the joint portion 124 can be improved.

Ａ－６．接合部１２４におけるＡｌ_２Ｏ_３の含有率の特定方法：
接合部１２４におけるＡｌ_２Ｏ_３の含有率の特定方法は、以下の通りである。接合部１２４の露出部分３１０および内側部分３２０におけるＡｇ／Ａｌを測定する。この測定は、例えば、ＳＥＭ－ＥＤＳ分析により行うことができる。具体的には、露出部分３１０については、その表面部分を、内側部分３２０については、例えば、燃料電池スタック１００のＸＺ断面において、Ｚ軸方向における接合部１２４の中央部分を、測定することとすることができる。Ａｌ_２Ｏ_３の含有率は、上記分析結果で得られたＡｇ重量とＡｌ_２Ｏ_３重量との合計に占めるＡｌ_２Ｏ_３重量を計算することにより特定することができる。 A-6. Method for determining the content of Al ₂ O ₃ in the joint 124:
A method for specifying the content of Al ₂ O ₃ in the joint 124 is as follows. The Ag/Al in exposed portion 310 and inner portion 320 of joint 124 are measured. This measurement can be performed, for example, by SEM-EDS analysis. Specifically, for the exposed portion 310, the surface portion is measured, and for the inner portion 320, for example, in the XZ cross section of the fuel cell stack 100, the central portion of the joint 124 in the Z-axis direction is measured. be able to. The content of Al ₂ O ₃ can be specified by calculating the weight of Al ₂ O ₃ in the total weight of Ag and Al ₂ O ₃ obtained from the above analytical results.

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。 B. Variant:
The technology disclosed in this specification is not limited to the above-described embodiments, and can be modified in various forms without departing from the scope of the invention. For example, the following modifications are possible.

上記実施形態における燃料電池スタック１００の構成や燃料電池スタック１００を構成する各部分の構成は、あくまで一例であり、種々変形可能である。上記実施形態では、燃料電池スタック１００が備えるすべてのセパレータ１２０および接合部１２４において、上記構成が採用されているとしたが、これに限定されず、燃料電池スタック１００が備える少なくとも一のセパレータ１２０および接合部１２４において、上記構成が採用された構成であってもよい。 The configuration of the fuel cell stack 100 and the configuration of each part that constitutes the fuel cell stack 100 in the above-described embodiment are merely examples, and various modifications are possible. In the above-described embodiment, all the separators 120 and the joints 124 included in the fuel cell stack 100 adopt the above-described configuration. The joint portion 124 may have a configuration in which the above configuration is adopted.

また、上記実施形態における各部材を形成する材料は、あくまで例示であり、各部材が他の材料により形成されてもよい。例えば、上記実施形態では、接合部１２４に含有される金属として、Ａｇを採用しているが、Ａｕ，Ｐｔ，Ｃｕ，Ｎｉ等の他の金属を利用可能である。また、上記実施形態では、接合部１２４に含有される金属酸化物として、Ａｌ_２Ｏ_３を採用しているが、ＳｉＯ_２,ＴｉＯ_２,Ｃｒ_２Ｏ_３，ＭｇＯ，ＭｎＯ_２，ＣａＯ，Ｙ_２Ｏ_３等の他の金属酸化物を利用可能である。また、例えば、上記実施形態では、燃料極１１６に含まれる酸化物イオン伝導性セラミックスとして、ＹＳＺを採用しているが、ＳｃＳＺ（スカンジア安定化ジルコニア）やＧＤＣ（ガドリニウムドープセリア）等の他の酸化物イオン伝導性セラミックスを利用可能である。 Further, the materials forming each member in the above-described embodiment are merely examples, and each member may be formed of other materials. For example, in the above-described embodiment, Ag is used as the metal contained in the joint 124, but other metals such as Au, Pt, Cu, and Ni can be used. In addition, in the above embodiment, Al ₂ O ₃ is used as the metal oxide contained in the joint 124, but SiO ₂ , TiO ₂ , Cr ₂ O ₃ , MgO, MnO ₂ , CaO and Y ₂ are also used. Other metal oxides such as O3 _are available. Further, for example, in the above embodiment, YSZ is used as the oxide ion conductive ceramics contained in the fuel electrode 116, but other oxides such as ScSZ (scandia-stabilized zirconia) and GDC (gadolinium-doped ceria) are used. Material ion-conducting ceramics are available.

また、上記実施形態におけるセパレータ１２０は、Ａｌ_２Ｏ_３（アルミナ）で形成されているが、これに限定されず、フェライト系ステンレス等の金属からなる基材の表面にアルミナ被膜が形成されている構成であってもよい。また、このような構成において、アルミナ被膜は、少なくとも接合部１２４と接する部分に形成されていればよく、セパレータ１２０の全面または部分的に形成されうる。また、セパレータ１２０の形成材料は、アルミナに限定されず、他の金属酸化物であってもよいが、接合部１２４との接着性の向上の観点から、接合部１２４に含まれる金属酸化物と共通の金属酸化物であることが好ましい。 In addition, the separator 120 in the above embodiment is made of Al ₂ O ₃ (alumina), but is not limited to this, and an alumina coating is formed on the surface of a base material made of a metal such as ferritic stainless steel. It may be a configuration. Moreover, in such a configuration, the alumina coating may be formed at least on the portion in contact with the joint portion 124 , and may be formed on the entire surface or part of the separator 120 . Further, the material for forming the separator 120 is not limited to alumina, and may be other metal oxides. Common metal oxides are preferred.

また、上記実施形態において、接合部１２４の非重複部分ＮＰは、燃料室１７６に面して位置しており、露出部分３１０は、燃料室１７６に露出しているが、このような形態に限定されない。すなわち、接合部１２４の非重複部分が空気室１６６に面して位置し、露出部分が空気室１６６に露出する構成であってもよい。このような構成において、露出部分は、Ｚ軸方向視において、単セル１１０の内側に位置することとなる。このような構成においては、接合部１２４に含まれるＡｇが空気極１１４を被毒することを抑制し、ひいては、燃料電池スタックの性能が低下することを抑制することができる。 In the above embodiment, the non-overlapping portion NP of the joint 124 faces the fuel chamber 176, and the exposed portion 310 is exposed to the fuel chamber 176. not. That is, the non-overlapping portion of the joint portion 124 may face the air chamber 166 and the exposed portion may be exposed to the air chamber 166 . In such a configuration, the exposed portion is located inside the single cell 110 when viewed in the Z-axis direction. In such a configuration, poisoning of the air electrode 114 by Ag contained in the junction 124 can be suppressed, and thus deterioration of the performance of the fuel cell stack can be suppressed.

また、上記実施形態におけるセパレータ１２０を備える単セル１１０の製造方法は、あくまで一例であり、種々変更可能である。 Moreover, the manufacturing method of the single cell 110 including the separator 120 in the above embodiment is merely an example, and various modifications are possible.

また、上記実施形態では、電気化学反応単位として、クロスフロータイプの発電単位１０２を例示したが、これに限らず、酸化剤ガスの主たる流れ方向と燃料ガスの主たる流れ方向とが略反対方向（互いに対向する方向）であるカウンタフロータイプの構成や、酸化剤ガスの主たる流れ方向と燃料ガスの主たる流れ方向とが同じ方向であるコフロータイプの構成でもよい。 In the above-described embodiment, the cross-flow type power generation unit 102 was exemplified as the electrochemical reaction unit, but the present invention is not limited to this. A counter-flow type configuration in which the main flow direction of the oxidant gas and the main flow direction of the fuel gas are the same.

また、上記実施形態では、燃料電池スタック１００は複数の平板形の単セル１１０が積層された構成であるが、本発明は、他の構成、例えば国際公開第２０１２／１６５４０９号に記載されているように、複数の略円筒形の燃料電池単セルが直列に接続された構成にも同様に適用可能である。 In the above embodiment, the fuel cell stack 100 has a configuration in which a plurality of flat unit cells 110 are stacked, but the present invention has other configurations, such as those described in International Publication No. 2012/165409. Similarly, a configuration in which a plurality of substantially cylindrical single fuel cells are connected in series can also be applied.

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単セルや、複数の電解単セル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、各電解単セル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スタックにおいても、セパレータ１２０と単セル１１０とを接合する接合部１２４を有し、接合部１２４のうち、燃料室１７６（空気室１６６）に露出する部分である非重複部分ＮＰに、上記構成を採用すれば、接合部１２４に含まれるＡｇが燃料極１１６（空気極１１４）を被毒することを抑制し、ひいては、燃料電池スタック１００の性能が低下することを抑制することができる。 Further, in the above embodiments, SOFCs that generate electricity by utilizing the electrochemical reaction between the hydrogen contained in the fuel gas and the oxygen contained in the oxidant gas are used. It is also applicable to an electrolytic single cell, which is a structural unit of a solid oxide electrolysis cell (SOEC) that utilizes hydrogen to generate hydrogen, and an electrolytic cell stack comprising a plurality of electrolytic single cells. The configuration of the electrolysis cell stack is known, for example, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2016-81813, so it will not be described in detail here, but it is roughly the same as the fuel cell stack 100 in the above-described embodiment. is the configuration. That is, the fuel cell stack 100 in the above-described embodiment can be read as an electrolytic cell stack, the power generation unit 102 can be read as an electrolytic cell unit, and the single cell 110 can be read as an electrolytic single cell. However, during the operation of the electrolysis cell stack, a voltage is applied between the two electrodes so that the air electrode 114 is positive (anode) and the fuel electrode 116 is negative (cathode). Water vapor is supplied as a source gas. As a result, an electrolysis reaction of water occurs in each electrolytic single cell, hydrogen gas is generated in the fuel chamber 176, and the hydrogen is taken out of the electrolytic cell stack through the communication hole . The electrolysis cell stack having such a configuration also has a joint portion 124 that joins the separator 120 and the unit cell 110, and the portion of the joint portion 124 that is exposed to the fuel chamber 176 (air chamber 166) is a non-overlapping portion. If the above configuration is adopted for the partial NP, poisoning of the fuel electrode 116 (air electrode 114) by Ag contained in the joint 124 is suppressed, and thus deterioration of the performance of the fuel cell stack 100 is suppressed. can do.

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。 Also, in the above embodiments, a solid oxide fuel cell (SOFC) was described as an example, but the present invention is also applicable to other types of fuel cells (or electrolysis cells) such as a molten carbonate fuel cell (MCFC). Applicable.

２２：ボルト２２Ａ：ボルト２２Ｂ：ボルト２２Ｄ：ボルト２２Ｅ：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：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：貫通孔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３１０：露出部分３２０：内側部分ＦＧ：燃料ガスＦＯＧ：燃料オフガスＮＰ：非重複部分ＯＧ：酸化剤ガスＯＯＧ：酸化剤オフガスＯＰ：重複部分Ｓ１２４ｓ：側面Ｓ１２４ｕ：下面 22: Bolt 22A: Bolt 22B: Bolt 22D: Bolt 22E: Bolt 24: Nut 26: Insulating sheet 27: Gas passage member 28: Body portion 29: Branch portion 100: Fuel cell stack 102: Power generation unit 104: End plate 106: End plate 108: Communication hole 110: Single cell 112: Electrolyte layer 114: Air electrode 116: Fuel electrode 120: Separator 121: Through hole 124: Joint 130: Air electrode side frame 131: Hole 132: Oxidant gas supply communication hole 133: Oxidant gas discharge passage 134: Air electrode side current collector 135: Current collector element 140: Fuel electrode side frame 141: Hole 142: Fuel gas supply passage 143: Fuel gas discharge passage 144: Fuel electrode side Current collector 145: Electrode facing portion 146: Interconnector facing portion 147: Connecting portion 149: Spacer 150: Interconnector 161: Oxidant gas introduction manifold 162: Oxidant gas discharge manifold 166: Air chamber 171: Fuel gas introduction manifold 172 : fuel gas discharge manifold 176: fuel chamber 310: exposed portion 320: inner portion FG: fuel gas FOG: fuel off-gas NP: non-overlapping portion OG: oxidant gas OOG: oxidant off-gas OP: overlapping portion S124s: side surface S124u: bottom surface

Claims

an electrochemical reaction unit cell including an electrolyte layer, and an air electrode and a fuel electrode facing each other in a first direction with the electrolyte layer interposed therebetween;
a gas chamber facing a specific electrode, which is one of the fuel electrode and the air electrode;
A through hole penetrating in the first direction is formed, and a peripheral portion of the through hole, which is a portion surrounding the through hole when viewed in the first direction, is joined to a peripheral edge portion of the electrochemical reaction unit cell, and the gas chamber a separator that defines
a brazing portion for joining the peripheral portion of the through hole of the separator and the peripheral portion of the electrochemical reaction unit cell, the brazing portion containing a metal and a metal oxide;
In an electrochemical reaction cell stack comprising:
The brazed portion includes an exposed portion which is a portion which does not overlap an overlapping portion of the electrochemical reaction unit cell and the separator when viewed in the first direction and which is exposed to the gas chamber, and the exposed portion. an inner portion located inside the portion;
the exposed portion and the inner portion contain a common metal oxide;
the amount of the common metal oxide in the exposed portion is greater than the amount of the common metal oxide in the inner portion ;
said metal is selected from the group consisting of Ag, Au, Pt, Cu, and Ni;
wherein said common metal oxide is a metal oxide selected from the group consisting of _Al2O3 _, SiO2 , Cr2O3 _, _MgO , CaO, and Y2O3 and having _a _higher melting point _than said metal;
An electrochemical reaction cell stack characterized by:

In the electrochemical reaction cell stack according to claim 1,
At least a portion of a peripheral portion of the separator surface, which is a portion in contact with the brazed portion, is formed of the common metal oxide,
An electrochemical reaction cell stack characterized by:

In the electrochemical reaction cell stack according to claim 1 or claim 2,
the metal is Ag,
wherein the common metal oxide is alumina;
An electrochemical reaction cell stack characterized by:

In the electrochemical reaction cell stack according to any one of claims 1 to 3,
The specific electrode is the fuel electrode,
A peripheral portion of the through hole of the separator is joined to a peripheral portion of the electrochemical reaction unit cell on a surface of the separator facing the electrochemical reaction unit cell,
The exposed portion is positioned outside the electrochemical reaction unit cell when viewed in the first direction,
An electrochemical reaction cell stack characterized by: