JP2021096963A - インターコネクタ部材、および、インターコネクタ部材の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
A−1.燃料電池スタック100の構成:
(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(および後述する図6,7)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(および後述する図6,7)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。
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。
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。図5の上部には、発電単位102の一部分のYZ断面構成が拡大して示されている。また、図6は、図4のVI−VIの位置における発電単位102のXY断面構成を示す説明図であり、図7は、図4のVII−VIIの位置における発電単位102のXY断面構成を示す説明図である。
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。
図8は、本実施形態におけるインターコネクタ複合体200の詳細構成を示す説明図である。図8には、図5のX1部(空気極側集電体134の周辺部分)の断面構成が拡大して示されている。図8の右上側には、金属部材190における(Z軸方向での)酸化被膜層194からの距離(μm)と、Niの濃度(atm%)との関係を示すグラフが示されている。図8の右下側には、Mn−Co被膜層196における(Z軸方向での)酸化被膜層194からの距離(μm)と、Niの濃度(atm%)との関係を示すグラフが示されている。なお、図8に示されている各グラフの勾配は、互いに同様となっているが、実際には、互いに若干異なる場合がある。上述したように、インターコネクタ複合体200は、金属部材190(空気極側集電体134とインターコネクタ150との一体部材)と、金属部材190の表面上に配置された酸化被膜層194と、酸化被膜層194における金属部材190とは反対側の表面上に配置されたMn−Co被膜層196とを備える。
次に、インターコネクタ複合体200の製造方法について説明する。図9は、本実施形態におけるインターコネクタ複合体200の製造方法の一例を示すフローチャートである。また、図10および図11は、本実施形態におけるインターコネクタ複合体200の製造方法の一例を概略的に示す説明図である。
以上説明したように、本実施形態におけるインターコネクタ複合体200は、FeとCrとを含有する金属部材190と、金属部材190の表面上に配置され、Cr酸化物を含有する酸化被膜層194と、酸化被膜層194における金属部材190とは反対側の表面上に配置され、MnとCoとを含有するスピネル型の酸化物を含有するMn−Co被膜層196とを備えている。Mn−Co被膜層196は、Niを含有している。Mn−Co被膜層196に含有されるNiの濃度(atm%)は、酸化被膜層194から離れるほど低い。
インターコネクタ複合体200のサンプルを作製し、該サンプルを用いて性能評価を行った。図12は、本実施形態における性能評価結果を示す説明図である。なお、図12の「Niの濃度勾配」とは、Mn−Co被膜層196におけるNiの濃度(atm%)が酸化被膜層194から離れるほど低くなっていることを意味し、「近傍におけるNi濃度」とは、Mn−Co被膜層196における酸化被膜層194からの距離が2.0μmまでの領域におけるNiの濃度を意味する。
図12に示すように、本性能評価には、4つのサンプル(サンプルS1、S2、S3、S4)を用いた。
大気雰囲気で、900℃、2000時間の条件で、上記の各サンプル(サンプルS1、S2、S3、S4)に対して一定の電流(例えば、0.5A/cm2)を流し、電気抵抗(接触抵抗)(Ωcm2)を測定した。(製造後に初めて)電流を流し始めてから90時間(本評価において、上記の「初期」に相当する時間として設定した時間)の間における電気抵抗(以下、「初期抵抗」ともいう。)と、電流を流し始めてから1500時間(本評価において、Niが酸化することに起因する電気抵抗の増大がある程度以上となる時間として設定した時間)の間における電気抵抗(以下、「長期抵抗」ともいう。)とに基づいて評価した。初期抵抗については、電流を流し始めてから90時間の間における電気抵抗の上昇値(電流を流し始めたときの電気抵抗と、90時間後の電気抵抗との差)が小さいほど、高い評価であると判定し、同様に、長期抵抗については、電流を流し始めてから1500時間の間における電気抵抗の上昇値(電流を流し始めたときの電気抵抗と、1500時間後の電気抵抗との差)が小さいほど、高い評価であると判定した。具体的には、初期抵抗については、1.0Ωcm2以下であれば「◎」、初期抵抗の上昇値が1.0Ωcm2より大きく、かつ2.0Ωcm2以下であれば「○」、初期抵抗の上昇値が2.0Ωcm2より大きく、かつ3.0Ωcm2以下であれば「△」、3.0Ωcm2より大きければ「×」と判定した。長期抵抗については、4.0Ωcm2以下であれば「○」、4.0Ωcm2より大きければ「×」と判定した。そして、初期抵抗についての評価と長期抵抗についての評価とが共に「×」でない場合は「合格」と判定し、初期抵抗についての評価と長期抵抗についての評価との少なくとも一方が「×」である場合は「不合格」と判定した。なお、本性能評価において、初期抵抗についての測定時間を「90時間」とし、長期抵抗についての測定時間を「1500時間」としているのはあくまで一例であり、初期抵抗についての適切な測定時間や、長期抵抗についての適切な測定時間は、インターコネクタ複合体200を使用する環境温度等によって変化する。
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。
Claims (5)
- FeとCrとを含有する金属部材と、
前記金属部材の表面上に配置され、Cr酸化物を含有する第1の被膜層と、
前記第1の被膜層における前記金属部材とは反対側の表面上に配置され、MnとCoとを含有するスピネル型の酸化物を含有する第2の被膜層と、を備えるインターコネクタ部材であって、
前記第2の被膜層は、NiとCuとZnとCoとの少なくとも1種類である特定元素を含有し、
前記第2の被膜層に含有される前記特定元素の濃度(atm%)は、前記第1の被膜層から離れるほど低い、
ことを特徴とするインターコネクタ部材。 - 請求項1に記載のインターコネクタ部材であって、
前記第2の被膜層における前記第1の被膜層からの距離が1μmまでの領域における前記特定元素の濃度は、0.5atm%以上である、
ことを特徴とするインターコネクタ部材。 - 請求項1または請求項2に記載のインターコネクタ部材であって、
前記金属部材は、前記第2の被膜層に含有される前記特定元素と同一の元素を含有し、
前記金属部材に含有される前記特定元素の濃度(atm%)は、前記第1の被膜層から離れるほど低い、
ことを特徴とするインターコネクタ部材。 - 請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載のインターコネクタ部材の製造方法であって、
金属部材を準備する第1の工程と、
前記金属部材に、メッキにより前記特定元素を含有する特定元素メッキ層を形成する第2の工程と、
前記特定元素メッキ層に、泳動電析によりMn酸化物層を形成する第3の工程と、
前記Mn酸化物層に、メッキによりCoを含有するCoメッキ層を形成する第4の工程と、
前記第1の工程、前記第2の工程、前記第3の工程、および前記第4の工程を経た前記金属部材を焼成することにより、前記金属部材に前記第1の被膜層および前記第2の被膜層を形成する第5の工程と、を備える、
ことを特徴とするインターコネクタ部材の製造方法。 - 請求項4に記載のインターコネクタ部材の製造方法であって、
前記第3の工程において、前記金属部材を浸す溶剤として、ケトン類の溶剤を用いる、
ことを特徴とするインターコネクタ部材の製造方法。
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