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DE102014118358A1 - Single cell with attached separator and fuel cell stack, and method for making a single cell with attached separator - Google Patents

Single cell with attached separator and fuel cell stack, and method for making a single cell with attached separator Download PDF

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DE102014118358A1
DE102014118358A1 DE102014118358.4A DE102014118358A DE102014118358A1 DE 102014118358 A1 DE102014118358 A1 DE 102014118358A1 DE 102014118358 A DE102014118358 A DE 102014118358A DE 102014118358 A1 DE102014118358 A1 DE 102014118358A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
single cell
separator
brazing material
metal
attached
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102014118358.4A
Other languages
German (de)
Inventor
c/o NGK Spark Plug Co. Ltd. Sato Yoshiaki
c/o NGK Spark Plug Co. Ltd. Kuribayashi Makoto
c/o NGK Spark Plug Co. Ltd. Sumi Hiroshi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Morimura SOFC Technology Co Ltd
Original Assignee
NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NGK Spark Plug Co Ltd filed Critical NGK Spark Plug Co Ltd
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Abstract

Aufgabe: Bereitstellen einer Einzelzelle mit angebrachtem Separator und eines Brennstoffzellenstapels, bei denen es nicht zu dem Auftreten eines Zellenrisses, der sich aus einer lokalen Bildung von Hartlötmaterialpfützen ergibt, kommt, und eines Verfahrens zur Herstellung der Einzelzelle mit angebrachtem Separator. Mittel zur Lösung: Eine Einzelzelle mit angebrachtem Separator (53) umfasst als Verbindungsabschnitt (51), der einen Separator (41) aus Metall und eine Einzelzelle (27) durch Hartlöten verbindet, einen äußeren Verbindungsabschnitt (51b), der von dem Außenumfang der Einzelzelle (27) nach außen gerichtet vorspringt. Bei der Herstellung der Einzelzelle mit angebrachtem Separator (53) fließt im Verlauf des Verbindens durch Hartlöten überschüssiges Hartlötmaterial, das aus dem Bereich zwischen dem Separator (41) aus Metall und der Einzelzelle (27) hervortritt, des Hartlötmaterials, das durch das Erhitzen geschmolzen wurde, entlang einer im Voraus angeordneten unterseitigen Hartlötmaterialschicht (55) aus. Somit ist es unwahrscheinlich, dass das Hartlötmaterial, das im Verlauf des Verbindens durch Hartlöten hervortritt, lokal stehen bleibt und eine Hartlötmaterialpfütze bildet.Task: To provide a single cell with attached separator and a fuel cell stack, which does not lead to the occurrence of a cell crack resulting from a local formation of braze puddles, and a method for producing the single cell with attached separator. Means for solving: A single cell with attached separator (53) as a connecting portion (51) connecting a metal separator (41) and a single cell (27) by brazing, an outer connecting portion (51b) extending from the outer periphery of the single cell (27) projecting outwardly. In the production of the single cell with attached separator (53), in the course of brazing, excess brazing material emerging from the region between the metal separator (41) and the single cell (27) flows of the brazing material which has been melted by the heating , along a pre-arranged lower-side brazing material layer (55). Thus, it is unlikely that the brazing material that emerges during brazing bonding will remain local and form a braze puddle.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einzelzelle mit angebrachtem Separator einer Brennstoffzelle, die eine Festelektrolytschicht mit einer Anodenschicht und einer Kathodenschicht, und einen aus Metall bestehenden Separator umfasst; einen Brennstoffzellenstapel, der mehrere der Einzelzellen umfasst; und ein Verfahren zur Herstellung der Einzelzelle mit angebrachtem Separator.The present invention relates to a single cell with attached separator of a fuel cell comprising a solid electrolyte layer having an anode layer and a cathode layer, and a separator made of metal; a fuel cell stack comprising a plurality of the single cells; and a method of manufacturing the single cell with attached separator.

Allgemeiner Stand der TechnikGeneral state of the art

Eine Festoxidbrennstoffzelle (nachstehend auch als "SOFC (solid oxide fuel cell)" bezeichnet), die einen Festelektrolyt (ein Festoxid) verwendet, ist herkömmlich bekannt. Es wurde ein Brennstoffzellenstapel hergestellt, in dem eine große Anzahl von SOFCs gestapelt ist, wobei jede SOFC zum Beispiel an jeweiligen Seiten einer plattenartigen Festelektrolytschicht eine Anodenschicht und eine Kathodenschicht aufweist.A solid oxide fuel cell (hereinafter also referred to as "SOFC (solid oxide fuel cell)") using a solid electrolyte (a solid oxide) is conventionally known. A fuel cell stack in which a large number of SOFCs are stacked, each SOFC having, for example, an anode layer and a cathode layer on respective sides of a plate-like solid electrolyte layer, has been manufactured.

Die SOFC erzeugt auf die folgende Weise Strom: ein Brennstoffgas wird zu der Anodenschicht geliefert, und Luft wird zu der Kathodenschicht geliefert, wodurch Wasserstoff, der in dem Brennstoffgas enthalten ist, und Sauerstoff, der in der Luft enthalten ist, durch die Festelektrolytschicht chemisch miteinander reagieren und dadurch Strom erzeugen.The SOFC generates electricity in the following manner: a fuel gas is supplied to the anode layer, and air is supplied to the cathode layer, whereby hydrogen contained in the fuel gas and oxygen contained in the air are chemically mixed with each other through the solid electrolyte layer react and thereby generate electricity.

Um einen Fließkanal des Brennstoffgases (Brennstoffgasfließkanal) und einen Fließkanal der Luft (Luftfließkanal) voneinander zu trennen, verwendet die oben genannte SOFC einen plattenartigen Separator, der aus Metall wie etwa Edelstahl besteht (d.h., einen Separator aus Metall). Genauer ist eine Technik bekannt, um eine Einzelzelle mit angebrachtem Separator zu bilden, wobei eine Einzelzelle und ein Separator aus Metall vereinigt werden, indem die Einzelzelle, die in der Draufsicht eine viereckige Form aufweist, und der Separator aus Metall, der einem viereckigen Rahmen gleicht und die Einzelzelle umfänglich umgibt, durch Hartlöten verbunden werden.In order to separate a flow channel of the fuel gas (fuel gas flow channel) and a flow channel of the air (air flow channel), the above-mentioned SOFC uses a plate-like separator made of metal such as stainless steel (i.e., a metal separator). More specifically, a technique is known to form a single cell with a separator attached, uniting a single cell and a metal separator, by making the single cell, which has a quadrangular shape in plan view, and the metal separator, which is similar to a square frame and the single cell circumferentially surrounds, be connected by brazing.

Insbesondere offenbart das nachstehend genannte Patentdokument 1 die folgende Technik: wie in 16(a) gezeigt wird ein Hartlötmaterial P3, das aus einem Hartlötmetall besteht, an einer Anodenschicht P1 an der Oberfläche einer Festelektrolytschicht P2 entlang des Umfangs der Festelektrolytschicht P2 angeordnet; wird ein ähnliches Hartlötmaterial P3 an der Oberfläche eines Separators P4 aus Metall angeordnet; und werden die beiden Hartlötmaterialien P3 in der Atmosphäre auf eine solche Weise verbunden, dass das Auftreten einer Verschlechterung der Eigenschaften der Einzelzelle vermieden wird.Specifically, Patent Document 1 below discloses the following technique: as in 16 (a) a brazing material P3 made of a brazing metal is disposed on an anode layer P1 on the surface of a solid electrolyte layer P2 along the circumference of the solid electrolyte layer P2; a similar brazing material P3 is placed on the surface of a metal separator P4; and the two brazing materials P3 are bonded in the atmosphere in such a manner as to avoid the occurrence of deterioration of the properties of the single cell.

Außerdem offenbart das nachstehend genannte Patentdokument 2 die folgende Technik: ein Separator P5 aus Metall, der aus Al-haltigem Edelstahl gebildet ist, und eine Festelektrolytschicht P6 einer Einzelzelle werden wie in 16(c) gezeigt mittels eines Hartlötmaterials P7 verbunden.In addition, the below-mentioned Patent Document 2 discloses the following technique: a metal-made separator P5 formed of Al-containing stainless steel and a single-cell solid electrolyte layer P6 are formed as shown in FIG 16 (c) shown connected by means of a brazing material P7.

Dokumente des Stands der TechnikDocuments of the prior art

PatentdokumentePatent documents

  • Patentdokument 1: Japanische Patentoffenlegungsschrift (kokai) Nr.2010-207863 Patent Document 1: Japanese Patent Laid-Open (kokai) No. 2010-207863
  • Patentdokument 2: Japanische Patentschrift Nr. 3466960 Patent Document 2: Japanese Patent Publication No. 3466960

Kurzdarstellung der ErfindungBrief description of the invention

Problem, das die Erfindung lösen sollProblem that the invention is intended to solve

Doch die oben angeführten herkömmlichen Techniken umfassen die folgenden Probleme, deren Lösung somit noch aussteht.However, the above-mentioned conventional techniques include the following problems, the solution of which is still pending.

Insbesondere bleibt in dem Fall der Technik, die in dem Patentdokument 1 beschrieben ist, das Hartlötmaterial P3, das im Verlauf des Verbindens durch Hartlöten hervortritt, wie in 16(b) gezeigt in einigen Fällen lokal stehen und bildet es eine Hartlötmetallpfütze P8, und kommt es bei einem Schritt des Zusammenbaus eines Brennstoffzellenstapels zu einer Beanspruchungskonzentration in einem Klumpen, der von der Hartlötmetallpfütze P8 stammt, wodurch ein Zellenriss (d.h., ein Reißen einer Einzelzelle) verursacht wird.In particular, in the case of the technique described in Patent Document 1, the brazing material P3 which emerges by brazing in the course of joining remains as in FIG 16 (b) in some cases, it locally stands and forms a brazing metal puddle P8, and at a step of assembling a fuel cell stack, a stress concentration occurs in a lump originating from the brazing metal puddle P8, causing cell rupture (ie, rupture of a single cell) ,

Außerdem wird in dem Fall der Technik, die in dem Patentdokument 2 beschrieben ist, an einem Abschnitt der Oberfläche des Separators P5 aus Metall, der im Verlauf des Hartlötens mit der Atmosphäre in Kontakt gelangt, ein Aluminiumoxidfilm gebildet, dessen Benetzbarkeit in Bezug auf das Hartlötmaterial P7 schlecht ist; in manchen Fällen wird das Hartlötmaterial P7 wie in 16(c) an der Oberfläche des Separators P5 aus Metall abgestoßen. In addition, in the case of the technique described in Patent Document 2, an aluminum oxide film whose wettability with respect to the brazing material is formed at a portion of the surface of the separator P5 made of metal, which comes in contact with the atmosphere in the course of brazing P7 is bad; In some cases, the brazing material P7 will be as in 16 (c) repelled on the surface of the separator P5 made of metal.

Als Ergebnis breitet sich wie in 16(d) gezeigt in manchen Fällen überschüssiges Hartlötmaterial P7 lokal aus und bildet es Hartlötmaterialpfützen P9.As a result, it spreads like in 16 (d) In some cases, excess P7 braze locally exhibits and forms P9 braze puddles.

Wenn es zu einer lokalen Bildung derartiger Hartlötmaterialpfützen P9 kommt, besteht die Gefahr, dass ein Zellenriss auftritt, der zum Beispiel von einem spitzenartigen Vorsprung des Hartlötmaterials P7 als Ergebnis einer lokalen Beanspruchungskonzentration in dem Vorsprung ausgeht.When there is a local formation of such braze puddles P9, there is a risk that a cell cracking occurs, for example, from a tip-like projection of the brazing material P7 as a result of a local stress concentration in the projection.

Die vorliegende Erfindung wurde erdacht, um die obigen Probleme zu lösen, und eine Aufgabe der Erfindung ist, eine Einzelzelle mit angebrachtem Separator und einen Brennstoffzellenstapel, bei denen es nicht zu dem Auftreten eines Zellenrisses, der sich aus einer lokalen Bildung von Hartlötmaterialpfützen ergibt, kommt, und ein Verfahren zur Herstellung der Einzelzelle mit angebrachtem Separator bereitzustellen.The present invention has been conceived to solve the above problems, and an object of the invention is to provide a single cell with attached separator and a fuel cell stack in which there is no occurrence of cell crack resulting from local formation of braze puddles , and to provide a method of manufacturing the single cell with attached separator.

Mittel zur Lösung des ProblemsMeans of solving the problem

  • (1) Eine Einzelzelle mit angebrachtem Separator einer Brennstoffzelle nach einem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung umfasst eine plattenartige Einzelzelle, die eine Festelektrolytschicht, eine an einer Seite der Festelektrolytschicht bereitgestellte Anodenschicht, und eine an der anderen Seite der Festelektrolytschicht bereitgestellte Kathodenschicht umfasst; und einen rahmenartigen Separator aus Metall, der mittels eines Hartlötmaterials auf eine solche Weise mit einem Außenrandbereich der Einzelzelle verbunden ist, dass er einen Umfang der Einzelzelle umgibt. Die Einzelzelle mit angebrachtem Separator umfasst ferner als Verbindungsabschnitt wenigstens eines aus einem inneren Verbindungsabschnitt, der aus dem Hartlötmaterial gebildet ist und in einer Draufsicht gesehen von einem Innenumfang eines Öffnungsbereichs des Separators aus Metall entlang einer Oberfläche der Einzelzelle nach innen gerichtet hervortritt, und einem äußeren Verbindungsabschnitt, der aus dem Hartlötmaterial gebildet ist und in einer Draufsicht gesehen von einem Außenumfang der Einzelzelle entlang einer Oberfläche des Separators aus Metall nach außen gerichtet hervortritt. Der Verbindungsabschnitt verläuft fortlaufend bzw. durchgehend entlang wenigstens eines aus dem Innenumfang des Separators aus Metall und dem Außenumfang der Einzelzelle und umgibt diesen.(1) A single cell with attached separator of a fuel cell according to a first aspect of the present invention comprises a plate-like single cell comprising a solid electrolyte layer, an anode layer provided on one side of the solid electrolyte layer, and a cathode layer provided on the other side of the solid electrolyte layer; and a metal frame-like separator which is bonded to an outer peripheral portion of the single cell by means of a brazing material in such a manner as to surround a periphery of the single cell. The single cell with attached separator further includes, as a connecting portion, at least one of an inner connecting portion formed of the brazing material and protruding inwardly from an inner periphery of an opening portion of the metal separator along a surface of the single cell and an outer connecting portion formed from the brazing material and protruding outwardly from an outer periphery of the single cell along a surface of the separator made of metal viewed from a plan view. The connecting portion extends continuously along at least one of the inner periphery of the metal separator and the outer periphery of the single cell and surrounds it.

Die Einzelzelle mit angebrachtem Separator des ersten Gesichtspunkts ist so ausgeführt, dass der Separator aus Metall und die Einzelzelle mittels des Hartlötmaterials verbunden sind. Außerdem umfasst die Einzelzelle mit angebrachtem Separator ferner als Verbindungsabschnitt wenigstens eines aus dem inneren Verbindungsabschnitt, der aus dem Hartlötmaterial gebildet ist, von dem Öffnungsbereich des Separators aus Metall nach innen gerichtet hervortritt, und fortlaufend oder durchgehend entlang des Innenumfangs des Separators aus Metall verläuft und diesen umgibt, und dem äußeren Verbindungsabschnitt, der aus dem Hartlötmaterial gebildet ist, von dem Außenumfang der Einzelzelle nach außen gerichtet hervortritt, und fortlaufend entlang des Außenumfangs der Einzelzelle verläuft und diesen umgibt.The single cell with attached separator of the first aspect is designed so that the separator made of metal and the single cell are connected by means of the brazing material. In addition, the single cell with attached separator further comprises, as a connecting portion, at least one of the inner connecting portion formed of the brazing material protruding inward from the opening portion of the metal separator and extending continuously along the inner circumference of the separator made of metal surrounds, and the outer connecting portion, which is formed from the brazing material, emerges outwardly directed from the outer periphery of the single cell, and continuously extends along the outer periphery of the single cell and surrounds it.

Bei der Herstellung der Einzelzelle mit angebrachtem Separator, die einen derartigen Aufbau aufweist, fließt im Verlauf des Verbindens durch Hartlöten überschüssiges Hartlötmaterial, das aus dem Bereich zwischen dem Separator aus Metall und der Einzelzelle hervortritt, des Hartlötmaterials, das durch das Erhitzen geschmolzen wurde, zu einem Umfangsbereich aus; dabei fließt das überschüssige Hartlötmaterial entlang eines Bereichs des inneren Verbindungsabschnitts oder des äußeren Verbindungsabschnitts, in dem das Hartlötmaterial vorhanden ist, aus. Dies liegt an dem folgenden Grund: da die Hartlötmaterial-Hartlötmaterial-Affinität höher ist, fließt das Hartlötmaterial aus und breitet es sich entlang des inneren Verbindungsabschnitt oder des äußeren Verbindungsabschnitts, in dem das gleiche Hartlötmaterial vorhanden ist, aus.In the production of the single cell with attached separator having such structure, in the course of joining by brazing, excess brazing material emerging from the region between the metal separator and the single cell flows to the brazing material which has been melted by the heating a peripheral region; At this time, the excess brazing material flows out along a portion of the inner joint portion or the outer joint portion where the brazing material is present. This is due to the following reason: since the brazing material brazing material affinity is higher, the brazing material flows out and spreads along the inner joint portion or the outer joint portion where the same brazing material is present.

Somit ist es bei der Einzelzelle mit angebrachtem Separator des ersten Gesichtspunkts unwahrscheinlich, dass das Hartlötmaterial, das im Verlauf des Verbindens durch Hartlöten hervortritt, lokal stehen bleibt und eine Hartlötmaterialpfütze bildet. Daher wird die spürbare Wirkung erbracht, dass es unwahrscheinlich ist, dass es im Prozess des Zusammenbaus eines Brennstoffzellenstapels, der andernfalls infolge einer Beanspruchungskonzentration in einem von der Hartlötmaterialpfütze stammenden Klumpen einen Zellenriss erleiden könnte, zu einem Zellenriss kommt.Thus, in the single cell with the separator of the first aspect attached, it is unlikely that the brazing material that comes out by brazing in the course of joining will remain locally and form a braze puddle. Therefore, the noticeable effect is made that it is unlikely that a cell rupture occurs in the process of assembling a fuel cell stack that might otherwise be ruptured due to stress concentration in a clot originating from the braze puddle.

Der innere Verbindungsabschnitt und der äußere Verbindungsabschnitt sind Bereiche, in denen das Hartlötmaterial als Ergebnis der Aufbringung des Hartlötmaterials vor dem Verbinden durch das Hartlöten vorhanden ist; und überschüssiges Hartlötmaterial, dem im Verlauf des Hartlötens begegnet wird, kann zu den Bereichen ausfließen und sich dort ausbreiten. The inner connecting portion and the outer connecting portion are regions where the brazing material is present as a result of the brazing material being applied before brazing; and excess brazing material encountered in the course of brazing may flow out to the regions and spread there.

Insbesondere bedeutet der Ausdruck "verläuft fortlaufend entlang des Umfangs" vorzugsweise "verläuft fortlaufend entlang des gesamten Umfangs"; der Verbindungsabschnitt kann jedoch so gebildet werden, dass er sich über eine Länge von 20 mm oder mehr entlang des Umfangs erstreckt.In particular, the term "continuous along the circumference" preferably means "continuous along the entire circumference"; however, the connection portion may be formed to extend along the circumference over a length of 20 mm or more.

Übrigens bezeichnet der Ausdruck "in einer Draufsicht gesehen" eine Ansicht aus der gleichen Richtung wie der Plattendickenrichtung einer plattenartigen Einzelzelle (daher aus der gleichen Richtung wie einer Stapelrichtung, die später beschrieben werden wird) (das Gleiche gilt auch für die folgende Beschreibung).

  • (2) Eine Einzelzelle mit angebrachtem Separator nach einem zweiten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung kann so ausgeführt sein, dass der innere Verbindungsabschnitt oder der äußere Verbindungsabschnitt einen Ausschnitt aufweist, und der Ausschnitt entlang des Umfangs eine Länge von 10 mm oder weniger aufweist.
Incidentally, the term "viewed in a plan view" means a view from the same direction as the plate thickness direction of a plate-like single cell (hence from the same direction as a stacking direction which will be described later) (the same applies to the following description).
  • (2) A single cell with attached separator according to a second aspect of the present invention may be configured such that the inner connecting portion or the outer connecting portion has a cutout, and the cutout along the circumference has a length of 10 mm or less.

Bei der Einzelzelle mit angebrachtem Separator des zweiten Gesichtspunkts ist trotz des Umstands, dass der innere Verbindungsabschnitt oder der äußere Verbindungsabschnitt einen Ausschnitt aufweist, in dem kein Hartlötmaterial vorhanden ist, die Länge des Ausschnitts so klein wie 10 mm oder weniger; daher ist es unwahrscheinlich, dass die oben erwähnte Hartlötmaterialpfütze gebildet wird. Daher ist das Auftreten eines Zellenrisses unwahrscheinlich.In the single cell with the separator of the second aspect attached, in spite of the fact that the inner connecting portion or the outer connecting portion has a cutout in which no brazing material is present, the length of the cutout is as small as 10 mm or less; therefore, the above-mentioned brazing material puddle is unlikely to be formed. Therefore, the occurrence of a cell crack is unlikely.

Im Besonderen ist bevorzugt, dass kein Ausschnitt vorhanden ist, da die Wahrscheinlichkeit der Bildung einer Hartlötmaterialpfütze dann am geringsten ist.

  • (3) Eine Einzelzelle mit angebrachtem Separator nach einem dritten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung kann so ausgeführt sein, dass an der Oberfläche des Separators aus Metall ein Al-Oxidfilm, der Ti enthält, gebildet ist; jener Teil der Oberfläche des Al-Oxidfilms, der mit dem Hartlötmaterial in Kontakt steht, von einer Phase, die Ti enthält, getrennt ist, und der andere Teil die Phase, die Ti enthält, aufweist; und eine Grenzfläche zwischen der Festelektrolytschicht und dem Hartlötmaterial eine Ti-Reaktionsphase aufweist.
In particular, it is preferred that there be no cut-out since the likelihood of forming a braze puddle is then least.
  • (3) A single cell with attached separator according to a third aspect of the present invention may be configured such that an Al oxide film containing Ti is formed on the surface of the metal separator; that part of the surface of the Al oxide film in contact with the brazing material is separated from a phase containing Ti, and the other part has the phase containing Ti; and an interface between the solid electrolyte layer and the brazing material has a Ti reaction phase.

Bei der Einzelzelle mit angebrachtem Separator des dritten Gesichtspunkts ist der Al-Oxidfilm, der Ti enthält, an der Oberfläche des Separators aus Metall gebildet. Daher erbringt der Al-Oxidfilm die Wirkung einer hohen Beständigkeit gegenüber einer Oxidation (d.h., es ist unwahrscheinlich, dass das Basismetall oxidiert wird); und da die Oberfläche des Al-Oxidfilms Ti enthält, weist die Oberfläche eine hohe Benetzbarkeit in Bezug auf das Hartlötmaterial auf.In the single cell with the third aspect separator attached, the Al oxide film containing Ti is formed on the surface of the separator made of metal. Therefore, the Al oxide film has the effect of high resistance to oxidation (that is, it is unlikely that the base metal is oxidized); and since the surface of the Al oxide film contains Ti, the surface has a high wettability with respect to the brazing material.

Da außerdem bei der Einzelzelle mit angebrachtem Separator des dritten Gesichtspunkts in der Oberfläche des Al-Oxidfilms, die mit dem Hartlötmaterial in Kontakt steht, kein Ti vorhanden ist, tritt selbst bei der Einwirkung einer reduzierenden Atmosphäre (z.B. einer Wasserstoffatmosphäre) keine Veränderung des Grenzflächenzustands auf, die sich andernfalls aus einer Reduktionsreaktion von Ti ergeben könnte.In addition, since Ti is not present in the single cell with the third aspect separator attached in the surface of the Al oxide film in contact with the brazing material, no change in the interface state occurs even under the action of a reducing atmosphere (eg, a hydrogen atmosphere) which might otherwise result from a reduction reaction of Ti.

Da weiterhin die Ti-Reaktionsphase in der Grenzfläche zwischen der Festelektrolytschicht und dem Hartlötmaterial vorhanden ist, übt eine Veränderung des Ti, die sich aus einer Oxidation oder einer Reduktion ergibt, falls eine solche auftreten sollte, eine geringere Wirkung aus. Außerdem kann dank des Eindringens von Bestandteilen des Hartlötmaterials in die Festelektrolytschicht eine hohe Verbindungsstärke bewahrt werden.Further, since the Ti reaction phase is present in the interface between the solid electrolyte layer and the brazing material, a change in Ti resulting from oxidation or reduction, if any, will be less effective. In addition, thanks to the penetration of constituents of the brazing material into the solid electrolyte layer, a high bonding strength can be preserved.

Der Al-Oxidfilm ist zum Beispiel ein Oxidfilm, der aus Aluminiumoxid (engl. alumina) gebildet ist. Eine Phase, die Ti enthält, ist zum Beispiel ein Ti-Oxid, das als Ergebnis einer Diffusion von einer Metallplatte an der Außenseite des Al-Oxidfilms vorhanden ist.The Al oxide film is, for example, an oxide film formed of alumina. A phase containing Ti is, for example, a Ti oxide existing as a result of diffusion from a metal plate on the outside of the Al oxide film.

Die Ti-Reaktionsphase ist eine Kristallphase, die sich aus der Reaktion zwischen Ti und dem Festelektrolyt ergibt; insbesondere, zum Beispiel, eine Verbundoxidphase, die durch eine Reaktion zwischen Ti und einem Element, das zur Bildung des Festelektrolyts verwendet wird, wie etwa Sr, Ca, Y, Sc, Gd, oder Sm gebildet ist.The Ti reaction phase is a crystal phase resulting from the reaction between Ti and the solid electrolyte; Specifically, for example, a composite oxide phase formed by a reaction between Ti and an element used to form the solid electrolyte, such as Sr, Ca, Y, Sc, Gd, or Sm.

Vorzugsweise nimmt die Ti-Reaktionsphase nicht die Form einer Schicht an, da eine Veränderung des Ti, die sich aus einer Oxidation oder Reduktion ergibt, falls eine solche auftreten sollte, eine geringere Wirkung aufweist und dadurch die Verbindungsstärke hoch ist.

  • (4) Eine Einzelzelle mit angebrachtem Separator nach einem vierten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung kann so ausgeführt sein, dass der Separator aus Metall Al und Ti enthält.
Preferably, the Ti reaction phase does not take the form of a layer, since a change in Ti resulting from oxidation or reduction, if any, would be less effective and thereby the bonding strength would be high.
  • (4) A single cell with attached separator according to a fourth aspect of the present invention may be configured so that the metal separator contains Al and Ti.

Da der Separator aus Metall bei der Einzelzelle mit angebrachtem Separator des vierten Gesichtspunkts Al und Ti enthält, wird der Separator aus Metall zum Beispiel durch das Erhitzen in der Atmosphäre zu einer Ti-Versorgungsquelle, wodurch die Bildung des oben genannten Al-Oxidfilms, der Ti enthält, erleichtert wird.

  • (5) Eine Einzelzelle mit angebrachtem Separator nach einem fünften Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung kann so ausgeführt sein, dass das Hartlötmaterial wenigstens eines aus Ag, Au, Pd, und Pt enthält.
Since the metal separator in the single cell with attached separator of the fourth aspect includes Al and Ti, the metal separator becomes a Ti supply source, for example, by the heating in the atmosphere, whereby the formation of the above-mentioned Al oxide film, Ti contains, is facilitated.
  • (5) A single cell with attached separator according to a fifth aspect of the present invention may be configured so that the brazing material contains at least one of Ag, Au, Pd, and Pt.

Die Einzelzelle mit angebrachtem Separator des fünften Gesichtspunkts verwendet ein Hartlötmaterial, das Ag, Au, Pd, oder Pt enthält (z.B. ein Hartlötmaterial, das eines dieser Metalle als Hauptbestandteil enthält); daher ist es selbst dann, wenn das Hartlöten zum Beispiel in der Atmosphäre durchgeführt wird, unwahrscheinlich, dass es zu einer Oxidationskorrosion kommt.The single cell with attached separator of the fifth aspect uses a brazing material containing Ag, Au, Pd, or Pt (e.g., a brazing material containing one of these metals as a main component); therefore, even if brazing is performed in the atmosphere, for example, it is unlikely that oxidation corrosion will occur.

Beispiele für ein verwendbares Hartlötmaterial umfassen Gemische aus Ag und Oxid, wie etwa Ag-CuO, Ag-Cr2O3, Ag-Al2O3, und Ag-SiO2, und Legierungen aus Ag und einem anderen Metall, wie etwa Ag-Ge-Cr, Ag-Al, und Ag-In.

  • (6) Eine Brennstoffzelle nach einem sechsten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung umfasst mehrere Einzelzellen mit angebrachtem Separator nach einem aus dem ersten bis fünften Gesichtspunkt.
Examples of a usable brazing material include mixtures of Ag and oxide such as Ag-CuO, Ag-Cr 2 O 3 , Ag-Al 2 O 3 , and Ag-SiO 2 , and alloys of Ag and another metal such as Ag -Ge-Cr, Ag-Al, and Ag-In.
  • (6) A fuel cell according to a sixth aspect of the present invention comprises a plurality of single cells with attached separators according to any one of the first to fifth aspects.

Da der Brennstoffzellenstapel des sechsten Gesichtspunkts die oben genannten Einzelzellen mit angebrachtem Separator verwendet, ist es unwahrscheinlich dass es zu einem Zellenriss kommt, wodurch die Wirkung eines hohen Herstellungsertrags erbracht wird.

  • (7) Ein Verfahren zur Herstellung einer Einzelzelle mit angebrachtem Separator nach einem siebenten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Einzelzelle mit angebrachtem Separator nach einem aus dem ersten bis fünften Gesichtspunkt, und ist derart ausgeführt, dass ein Hartlötmaterial auf eine solche Weise an einer Oberfläche wenigstens eines aus der Einzelzelle und dem Separator aus Metall angeordnet wird, dass es in einer Draufsicht gesehen von einem Innenumfang des Öffnungsbereichs des Separators aus Metall entlang einer Oberfläche der Einzelzelle nach innen gerichtet hervortritt, oder dass es in einer Draufsicht gesehen von einem Außenumfang der Einzelzelle entlang einer Oberfläche des Separators aus Metall nach außen gerichtet hervortritt, und zum Hartlöten eine Wärmebehandlung in der Atmosphäre durchgeführt wird.
Since the fuel cell stack of the sixth aspect uses the above-mentioned single cells with the separator attached, it is unlikely that cell rupture will occur, thereby providing the effect of high manufacturing yield.
  • (7) A method for manufacturing a single cell with attached separator according to a seventh aspect of the present invention is a method of manufacturing a single cell with attached separator according to any one of the first to fifth aspects, and is performed such that a brazing material in such a manner is disposed on a surface of at least one of the single cell and the separator of metal so as to protrude inward from an inner circumference of the opening portion of the metal separator along a surface of the single cell or seen from a top view in FIG Outwardly of the single cell along a surface of the separator of metal outwardly emerges, and for brazing, a heat treatment in the atmosphere is performed.

Nach dem Verfahren zur Herstellung einer Einzelzelle mit angebrachtem Separator des siebenten Gesichtspunkts wird das Hartlötmaterial bei einer Einzelzelle einer Brennstoffzelle auf eine solche Weise angeordnet, dass es in einer Draufsicht gesehen von dem Innenumfang des Öffnungsbereichs des Separators aus Metall entlang der Oberfläche der Einzelzelle nach innen gerichtet hervortritt, worauf das Hartlöten erfolgt. Alternativ wird das Hartlötmaterial bei dem Separator aus Metall auf eine solche Weise angeordnet, dass es in einer Draufsicht gesehen von dem Außenumfang der Einzelzelle entlang der Oberfläche des Separators nach außen gerichtet hervortritt, worauf das Hartlöten folgt.According to the method of manufacturing a single cell with the separator of the seventh aspect attached, the brazing material is arranged in a single cell of a fuel cell in such a manner as to face inward from the inner periphery of the opening portion of the metal separator along the surface of the single cell when viewed in a plan view stands out, whereupon the brazing takes place. Alternatively, the brazing material is disposed in the metal separator in such a manner as to protrude outwardly from the outer periphery of the single cell along the surface of the separator in a plan view, followed by brazing.

Somit fließt überschüssiges Hartlötmaterial, dem im Verlauf des Hartlötens begegnet wird, sanft aus und breitet es sich entlang des Hartlötmaterials, das vorher auf eine solche Weise angeordnet wurde, dass es nach innen oder außen gerichtet hervortritt, aus; daher ist es im Gegensatz zu der gängigen Praxis unwahrscheinlich, dass eine Hartlötmaterialpfütze gebildet wird. Als Ergebnis ist es unwahrscheinlich dass es zu einem Zellenriss kommt.

  • (8) Ein Verfahren zur Herstellung einer Einzelzelle mit angebrachtem Separator nach einem achten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung kann so gestaltet sein, dass ein Material, das Al und Ti enthält, verwendet wird, um den Separator aus Metall zu bilden, und der Separator aus Metall vor dem Hartlöten einer Hitzebehandlung bei einer Temperatur von 700 °C (vorzugsweise 900 °C) bis 1200 °C in der Atmosphäre unterzogen wird.
Thus, excess brazing material encountered in the course of brazing flows smoothly and spreads out along the brazing material previously arranged in such a manner as to project inwardly or outwardly; therefore unlike current practice, it is unlikely that a braze puddle will be formed. As a result, it is unlikely that there will be a cell rupture.
  • (8) A method for manufacturing a single cell with attached separator according to an eighth aspect of the present invention may be configured such that a material containing Al and Ti is used to form the separator made of metal, and the separator is made of metal is subjected to heat treatment at a temperature of 700 ° C (preferably 900 ° C) to 1200 ° C in the atmosphere before brazing.

Da nach dem Verfahren zur Herstellung einer Einzelzelle mit angebrachtem Separator des achten Gesichtspunkts der Separator aus Metall, der Al und Ti enthält, vor der Durchführung des Hartlötens bei einer bestimmten Temperatur in der Atmosphäre hitzebehandelt wird, kann ein Al-Oxidfilm, der Ti enthält, leicht an der Oberfläche des Separators aus Metall gebildet werden.According to the method of manufacturing a single cell with a separator of the eighth aspect, since the separator of metal containing Al and Ti is heat-treated at a certain temperature in the atmosphere before performing brazing, an Al oxide film containing Ti may be heat-treated. easily formed on the surface of the separator made of metal.

Da die Einzelzelle mit angebrachtem Separator einer Brennstoffzelle unter Verwendung des Separators aus Metall mit dem Al-Oxidfilm hergestellt wird, kann der Al-Oxidfilm daher wie oben erwähnt die Beständigkeit gegenüber einer Oxidation verbessern, und erbringt das Nichtvorhandensein von Ti in dem Verbindungsabschnitt die Wirkung, dass es selbst bei Einwirkung einer reduzierenden Atmosphäre unwahrscheinlich ist, dass es zu einer Grenzflächentrennung kommt.Therefore, since the single cell with attached separator of a fuel cell is manufactured by using the metal separator with the Al oxide film, the Al oxide film can maintain the durability as mentioned above to oxidation, and the absence of Ti in the joining portion has the effect of being unlikely to cause interfacial separation even under the action of a reducing atmosphere.

Ein vorstellbarer Grund für das Nichtvorhandensein von Ti an der Oberfläche des Al-Oxidfilms, die mit dem Hartlötmaterial in Kontakt steht (d.h., an dem Verbindungsabschnitt), ist insbesondere der Übergang (die Diffusion) des Ti zu dem Hartlötmaterial als Resultat des Erhitzens beim Hartlöten.A conceivable reason for the absence of Ti on the surface of the Al oxide film in contact with the brazing material (ie, at the joint portion) is particularly the transition (diffusion) of the Ti to the brazing material as a result of heating in brazing ,

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings

1 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Brennstoffzellenstapel nach Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt. 1 FIG. 15 is a perspective view showing a fuel cell stack according to Embodiment 1 of the present invention. FIG.

2 ist eine erklärende Schnittansicht, die den Brennstoffzellenstapel von Ausführungsform 1 zeigt, wobei der Brennstoffzellenstapel in der Stapelrichtung geschnitten ist. 2 FIG. 10 is an explanatory sectional view showing the fuel cell stack of Embodiment 1 with the fuel cell stack cut in the stacking direction. FIG.

3 ist eine erklärende Schnittansicht, die eine Einzelzelle bei Ausführungsform 1 zeigt, wobei die Einzelzelle in der Stapelrichtung geschnitten ist. 3 Fig. 10 is an explanatory sectional view showing a single cell in Embodiment 1, wherein the single cell is cut in the stacking direction.

4 ist eine teilweise geschnittene Draufsicht auf eine Einzelzelle mit angebrachtem Separator von Ausführungsform 1. 4 is a partially cutaway plan view of a single cell with attached separator of Embodiment 1.

5 ist eine Unteransicht der Einzelzelle mit angebrachtem Separator von Ausführungsform 1. 5 FIG. 10 is a bottom view of the single cell with attached separator of Embodiment 1. FIG.

6 ist eine erklärende Ansicht, die einen Verbindungsabschnitt und seine Umgebung der Einzelzelle mit angebrachtem Separator von Ausführungsform 1 in einem vergrößerten Maßstab zeigt, wobei die Einzelzelle in der Stapelrichtung geschnitten ist. 6 FIG. 10 is an explanatory view showing a connection portion and its vicinity of the single cell with attached separator of Embodiment 1 on an enlarged scale, wherein the single cell is cut in the stacking direction. FIG.

7(a) ist eine erklärende Ansicht, die eine unterseitige Hartlötmaterialschicht zeigt, welche auf die Unterseite eines Separators aus Metall aufgebracht ist, und (b) ist eine erklärende Ansicht, die eine oberseitige Hartlötmaterialschicht zeigt, welche auf die Oberseite der Einzelzelle aufgebracht ist. 7 (a) Fig. 10 is an explanatory view showing a lower-side brazing material layer applied to the lower surface of a metal separator, and (b) is an explanatory view showing an upper-side brazing material layer applied to the upper side of the single cell.

8 ist eine erklärende Ansicht, die ein Verfahren zur Herstellung der Einzelzelle mit angebrachtem Separator von Ausführungsform 1 zeigt. 8th FIG. 10 is an explanatory view showing a method of manufacturing the single cell with attached separator of Embodiment 1. FIG.

9 ist eine erklärende Ansicht, die die Hartlöttätigkeit bei dem Verfahren zur Herstellung der Einzelzelle mit angebrachtem Separator von Ausführungsform 1 zeigt. 9 FIG. 10 is an explanatory view showing the brazing operation in the process of manufacturing the single cell with the separator of Embodiment 1 attached. FIG.

10 ist eine erklärende Ansicht, die einen Verbindungsabschnitt und seine Umgebung der Einzelzelle mit angebrachtem Separator von Ausführungsform 1 in einem vergrößerten Maßstab schematisch zeigt, wobei die Einzelzelle in der Stapelrichtung geschnitten ist. 10 Fig. 10 is an explanatory view schematically showing a connection portion and its vicinity of the single cell with attached separator of Embodiment 1 on an enlarged scale, wherein the single cell is cut in the stacking direction.

11 ist eine Unteransicht einer Einzelzelle mit angebrachtem Separator nach Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung. 11 is a bottom view of a single cell with attached separator according to Embodiment 2 of the present invention.

12 ist eine erklärende Ansicht, die ein Verfahren zur Herstellung einer Einzelzelle mit angebrachtem Separator nach Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei die Elemente in der Stapelrichtung geschnitten sind. 12 Fig. 10 is an explanatory view showing a method of manufacturing a single cell with attached separator according to Embodiment 3 of the present invention, wherein the elements are cut in the stacking direction.

13 ist eine erklärende Ansicht, die ein Verfahren zur Herstellung einer Einzelzelle mit angebrachtem Separator nach Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei die Elemente in der Stapelrichtung geschnitten sind. 13 Fig. 10 is an explanatory view showing a method of manufacturing a single cell with attached separator according to Embodiment 4 of the present invention, wherein the elements are cut in the stacking direction.

14 ist eine erklärende Ansicht, die ein Verfahren zur Herstellung einer Einzelzelle mit angebrachtem Separator nach Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei die Elemente in der Stapelrichtung geschnitten sind. 14 Fig. 10 is an explanatory view showing a method of manufacturing a single cell with attached separator according to Embodiment 5 of the present invention, wherein the elements are cut in the stacking direction.

15 ist ein Satz von erklärenden Ansichten, die Versuchsbeispiele zeigen, wobei (a) die untere Seite eines Probenstücks einer Einzelzelle mit angebrachtem Separator zeigt, deren Verbindungsabschnitt keinen Ausschnitt aufweist, und (b) die untere Seite eines Probenstücks einer Einzelzelle mit angebrachtem Separator zeigt, deren Verbindungsabschnitt Ausschnitte aufweist. 15 Fig. 13 is a set of explanatory views showing experimental examples, in which (a) shows the lower side of a sample of a single cell with a separator attached, its connecting portion has no cutout, and (b) shows the lower side of a sample of a single cell with attached separator whose connecting portion has cutouts.

16 ist ein Satz von erklärenden Ansichten, die herkömmliche Techniken zeigen. 16 is a set of explanatory views showing conventional techniques.

Weisen zur Ausführung der ErfindungWays of carrying out the invention

Als nächstes werden Weisen (Ausführungsformen) zur Ausführung der vorliegenden Erfindung beschrieben werden; insbesondere Ausführungsformen einer Einzelzelle mit angebrachtem Separator, eines Brennstoffzellenstapels, der die Einzelzellen mit angebrachtem Separator aufweist, und eines Verfahrens zur Herstellung der Einzelzelle mit angebrachtem Separator. In der folgenden Beschreibung der Ausführungsformen wird beispielhaft eine Festoxidbrennstoffzelle beschrieben werden.Next, ways (embodiments) for carrying out the present invention will be described; In particular, embodiments of a single cell with attached separator, a fuel cell stack having the individual cells with attached separator, and a method for producing the single cell with attached separator. In the following description of the embodiments, a solid oxide fuel cell will be exemplified.

Ausführungsform 1Embodiment 1

  • a) Zuerst wird ein Festoxidbrennstoffzellenstapel mit FestoxidEinzelzellen der vorliegenden Ausführungsform 1 beschrieben werden. In der folgenden Beschreibung ist der Ausdruck "Festoxid" weggelassen.a) First, a solid oxide fuel cell stack with solid oxide single cells of the present embodiment 1 will be described. In the following description, the term "solid oxide" is omitted.

Wie in 1 und 2 gezeigt ist ein Brennstoffzellenstapel 1 der vorliegenden Ausführungsform 1 eine Vorrichtung zur Erzeugung von Strom aus zugeführtem Brennstoffgas (z.B. Wasserstoff: F) und zugeführtem Oxidationsmittelgas (z.B. Luft (genauer, der Sauerstoff in der Luft): O). In der folgenden Beschreibung wird die senkrechte Richtung von 1 und 2 als die senkrechte Richtung des Brennstoffzellenstapels 1 bezeichnet.As in 1 and 2 shown is a fuel cell stack 1 In the present embodiment 1, a device for generating electricity from supplied fuel gas (eg, hydrogen: F) and supplied oxidant gas (eg, air (more specifically, the oxygen in the air): O). In the following description, the vertical direction of 1 and 2 as the vertical direction of the fuel cell stack 1 designated.

Der Brennstoffzellenstapel 1 ist so ausgeführt, dass Endplatten 3 und 5, die in der senkrechten Richtung von 1 und 2 angeordnet sind, und Brennstoffzellen 7, die in Schichten zwischen den Endplatten 3 und 5 angeordnet sind, gestapelt sind. Die Endplatten 3 und 5 und die Brennstoffzellen 7 weisen mehrere (z.B. 10) Durchgangsöffnungen 9 auf, die in der Stapelrichtung (der senkrechten Richtung in 1 und 2) hindurch verlaufen; und Schrauben 11, die in den jeweiligen Durchgangsöffnungen 9 angeordnet sind, und Muttern 13, die mit den Schrauben 11 in Eingriff gebracht sind, vereinigen die Endplatten 3 und 5 und die Brennstoffzellen 7 fest.The fuel cell stack 1 is designed so that end plates 3 and 5 which are in the vertical direction of 1 and 2 are arranged, and fuel cells 7 placed in layers between the end plates 3 and 5 are arranged, stacked. The end plates 3 and 5 and the fuel cells 7 have several (eg 10) through openings 9 in the stacking direction (the vertical direction in 1 and 2 ) pass through; and screws 11 in the respective through holes 9 are arranged, and nuts 13 with the screws 11 are engaged, unite the end plates 3 and 5 and the fuel cells 7 firmly.

In der folgenden Beschreibung wird zur Erleichterung der Beschreibung beispielhaft ein Stapel aus vier Brennstoffzellen 7 beschrieben werden.In the following description, for convenience of description, a stack of four fuel cells will be exemplified 7 to be discribed.

Die Endplatten 3 und 5 sind Halteplatten, um die gestapelten Brennstoffzellen 7 zu pressen und zu halten, und dienen auch als Ausgangsklemmen für den elektrischen Strom von den Brennstoffzellen 7. Nun handelt es sich bei der Brennstoffzelle 7 um eine Stromerzeugungseinheit, die durch den Erhalt von zugeführtem Brennstoffgas und Oxidationsmittelgas Strom erzeugt, wie nachstehend beschrieben werden wird.

  • b) Als nächstes wird der Aufbau der Brennstoffzelle 7 ausführlich beschrieben werden.
The end plates 3 and 5 are holding plates to the stacked fuel cells 7 to press and hold, and also serve as output terminals for the electric power from the fuel cells 7 , Now it is the fuel cell 7 around a power generation unit that generates power by obtaining supplied fuel gas and oxidant gas, as will be described below.
  • b) Next, the structure of the fuel cell 7 be described in detail.

Wie in 3 gezeigt weist die Brennstoffzelle 7 den Aufbau eines sogenannten Anodenstützfilmtyps auf.As in 3 shown points the fuel cell 7 the construction of a so-called Anodenstützfilmtyps on.

Die Brennstoffzelle 7 umfasst eine Dünnfilm-Festelektrolytschicht 21, eine Anodenschicht (Anode) 23, die an einer Seite (in 3 der unteren Seite; nachstehend als die untere Seite bezeichnet) gebildet ist, und eine Dünnfilm-Kathodenschicht (Kathode) 25, die an der anderen Seite (in 3 der oberen Seite; nachstehend als die obere Seite bezeichnet) gebildet ist. In der folgenden Beschreibung wird ein zu einer Einheit geschichtetes Element aus der Festelektrolytschicht 21, der Anodenschicht 23, und der Kathodenschicht 25 als Einzelzelle 27 bezeichnet. Auf Seiten der Kathodenschicht 25 der Einzelzelle 27 ist ein Luftflusskanal 29 bereitgestellt, und auf Seiten der Anodenschicht 23 der Einzelzelle 27 ist ein Brennstoffflusskanal 31 bereitgestellt.The fuel cell 7 includes a thin film solid electrolyte layer 21 , an anode layer (anode) 23 on one side (in 3 the lower side; hereinafter referred to as the lower side), and a thin-film cathode layer (cathode) 25 on the other side (in 3 the upper side; hereinafter referred to as the upper side) is formed. In the following description, a unit-layered element made of the solid electrolyte layer will be described 21 , the anode layer 23 , and the cathode layer 25 as a single cell 27 designated. On the side of the cathode layer 25 the single cell 27 is an airflow channel 29 provided, and on the side of the anode layer 23 the single cell 27 is a fuel flow channel 31 provided.

Außerdem umfasst die Brennstoffzelle 7 zusätzlich zu der Einzelzelle 27 ein Paar aus einem oberen und einem unteren Interkonnektor (Verbinder) 33 und 35, einen Kathodenrahmen 37 und einen Isolierrahmen 39, der eine Plattenrahmenform aufweist und auf Seiten der Kathodenschicht 25 angeordnet ist, einen metallenen Separator 41 (Separator 41 aus Metall), der eine Platenrahmenform aufweist, mit der oberen Fläche eines äußeren Umfangsrandbereichs der Brennstoffzelle 7 verbunden ist, und dazu geeignet ist, den Luftflusskanal 29 und den Brennstoffflusskanal 31 voneinander zu trennen, und einen Anodenrahmen 43, der eine Plattenrahmenform aufweist und auf Seiten der Anodenschicht 23 angeordnet ist, und ist sie so gestaltet, dass diese Elemente zu einer Einheit gestapelt sind.In addition, the fuel cell includes 7 in addition to the single cell 27 a pair of upper and lower interconnects (connectors) 33 and 35 , a cathode frame 37 and an insulating frame 39 which has a plate frame shape and sides of the cathode layer 25 is arranged, a metal separator 41 (Separator 41 made of metal) having a plate frame shape with the upper surface of an outer peripheral edge portion of the fuel cell 7 is connected, and is adapted to the air flow channel 29 and the fuel flow channel 31 to separate from each other, and an anode frame 43 which has a plate frame shape and sides of the anode layer 23 is arranged, and is designed so that these elements are stacked into a unit.

In einer Draufsicht gesehen sind die Durchgangsöffnungen 9, in die die jeweiligen Schrauben 11 eingesetzt werden sollen, in der Brennstoffzelle 7 an einem äußeren Umfangsbereich, der die Form eines viereckigen Rahmens annimmt, gebildet. Seen in a plan view, the through holes 9 into which the respective screws 11 to be used in the fuel cell 7 at an outer peripheral portion assuming the shape of a quadrangular frame.

Nachstehend werden die Aufbauelemente der Brennstoffzelle 7 beschrieben werden.The following are the constituent elements of the fuel cell 7 to be discribed.

Materialien, die zur Bildung der Anodenschicht 25 verwendet werden können, umfassen Oxide vom Perovskit-Typ (z.B. LSCF (Lanthanstrontiumkobaltferrit) und LSM (Lanthanstrontiummanganoxid)).Materials used to form the anode layer 25 can be used include perovskite type oxides (eg, LSCF (lanthanum strontium cobalt ferrite) and LSM (lanthanum strontium manganese oxide)).

Materialien, die zur Bildung der Festelektrolytschicht 21 verwendet werden können, umfassen YSZ (yttriumstabilisiertes Zirkoniumoxid), ScSZ (scandiumstabilisiertes Zirkoniumoxid), SDC (samariumdotiertes Ceroxid), GDC (gadoliniumdotiertes Ceroxid), und Oxide vom Perovskit-Typ.Materials used to form the solid electrolyte layer 21 include YSZ (yttrium stabilized zirconia), ScSZ (scandium stabilized zirconia), SDC (samarium doped ceria), GDC (gadolinium doped ceria), and perovskite type oxides.

Zur Bildung der Anodenschicht 23 ist Metall bevorzugt, und Materialien, die verwendet werden können, um die Anodenschicht 23 zu bilden, umfassen Ni, ein Cermet aus Ni und Keramik, und Legierungen auf Ni-Basis.To form the anode layer 23 For example, metal is preferred, and materials that may be used are the anode layer 23 include Ni, a cermet of Ni and ceramics, and Ni-based alloys.

Die Interkonnektoren (Verbinder) 33 und 35 sind elektrisch leitende plattenartige Elemente (die aus Metall, zum Beispiel Edelstahl, gebildet sind), die die elektrische Verbindung zwischen den Einzelzellen 27 sicherstellen und ein Mischen der Gase zwischen den Einzelzellen 27 verhindern können.The interconnectors (connectors) 33 and 35 are electrically conductive plate-like elements (which are made of metal, for example stainless steel), which are the electrical connection between the individual cells 27 ensure and mix the gases between the individual cells 27 can prevent.

Ein anodenseitiger Stromkollektor 45 in Kontakt mit der Anodenschicht 23 ist einstückig an der oberen Seite eines jeden der Interkonnektoren 33 und 35 gebildet, und ein kathodenseitiger Stromkollektor 47 in Kontakt mit der Kathodenschicht 25 ist einstückig an der unteren Seite eines jeden der Interkonnektoren 33 und 35 gebildet.An anode-side current collector 45 in contact with the anode layer 23 is integral to the upper side of each of the interconnects 33 and 35 formed, and a cathode-side current collector 47 in contact with the cathode layer 25 is integral to the bottom side of each of the interconnects 33 and 35 educated.

Der Kathodenrahmen 37 ist ein viereckiges Rahmenelement, das aus Metall besteht und einen Öffnungsbereich 37a aufweist, der in einem Mittelbereich gebildet ist und als der Luftflusskanal 29 verwendet wird. Beispielsweise kann Edelstahl verwendet werden, um den Kathodenrahmen 37 zu bilden.The cathode frame 37 is a square frame element made of metal and an opening area 37a which is formed in a central region and as the air flow channel 29 is used. For example, stainless steel can be used around the cathode frame 37 to build.

Der Isolierrahmen 39 ist ein viereckiges Rahmenelement, um die Interkonnektoren 33 und 35 elektrisch voneinander zu isolieren, und weist einen Öffnungsbereich 39a auf, der in einem Mittelbereich gebildet ist und als der Luftflusskanal 29 verwendet wird. Materialien, die verwendet werden können, um den Isolierrahmen 39 zu bilden, umfassen Keramik wie etwa Aluminiumoxid, Glimmer, und Vermiculit.The insulating frame 39 is a quadrangular frame element around the interconnects 33 and 35 electrically isolate from each other, and has an opening area 39a which is formed in a central area and as the air flow channel 29 is used. Materials that can be used to protect the insulating frame 39 include ceramics such as alumina, mica, and vermiculite.

Der Separator 41 aus Metall (metallenen Separator), der später ausführlich beschrieben werden wird, ist ein viereckiges Rahmenelement, das einen Öffnungsbereich 41a aufweist und aus einer wärmebeständigen dünnen Platte (mit einer Dicke von z.B. 0,1 mm) aus Metall gebildet ist.The separator 41 metal (metal separator), which will be described later in detail, is a quadrangular frame member having an opening portion 41a and formed of a heat-resistant thin plate (with a thickness of, for example, 0.1 mm) made of metal.

Der Separator 41 aus Metall ist durch einen Verbindungsabschnitt 51 mit einem äußeren Umfangsrandbereich der Festelektrolytschicht 21 der Einzelzelle 27 verbunden und trennt den Luftflusskanal 29 und den Brennstoffflusskanal 31 voneinander, um ein Mischen des Oxidationsmittelgases und des Brennstoffgases zu vermeiden. Insbesondere wird die Einzelzelle 27, mit der der Separator 41 aus Metall verbunden ist, als Einzelzelle mit angebrachtem Separator 53 bezeichnet.The separator 41 made of metal is through a connecting section 51 with an outer peripheral edge portion of the solid electrolyte layer 21 the single cell 27 connected and separates the air flow channel 29 and the fuel flow channel 31 from each other to avoid mixing of the oxidant gas and the fuel gas. In particular, the single cell becomes 27 with which the separator 41 made of metal, as a single cell with attached separator 53 designated.

Der Anodenrahmen 43 ist ein elektrisch isolierendes viereckiges Rahmenelement und weist einen Öffnungsbereich 43a auf, der in einem Mittelbereich gebildet ist und als der Brennstoffflusskanal 31 verwendet wird. Materialien, die verwendet werden können, um den Anodenrahmen 43 zu bilden, sind jenen, die verwendet werden können, um zum Beispiel den Isolierrahmen 39 zu bilden, ähnlich.

  • c) Als nächstes wird die Einzelzelle mit angebrachtem Separator 53, die ein wesentliches Element der vorliegenden Ausführungsform darstellt, ausführlich beschrieben werden.
The anode frame 43 is an electrically insulating square frame member and has an opening portion 43a which is formed in a central area and as the fuel flow channel 31 is used. Materials that can be used to form the anode frame 43 are those that can be used, for example, the insulating frame 39 to form, similar.
  • c) Next, the single cell with attached separator 53 , which is an essential element of the present embodiment, will be described in detail.

Wie in 4 und 5 gezeigt ist der Separator 41 aus Metall ein Rahmenelement der Einzelzelle mit angebrachtem Separator 53, und weist er eine (in der Draufsicht gesehene) Außenabmessung von 180 mm × 180 mm auf, und weist ein Rahmenbereich des Separators 41 aus Metall eine Breite von 30 mm auf, während die Einzelzelle 27 eine (in der Draufsicht gesehene) Außenabmessung von 120 mm × 120 mm aufweist.As in 4 and 5 the separator is shown 41 made of metal a frame element of the single cell with attached separator 53 , and it has an outer dimension of 180 mm × 180 mm (seen in plan view), and has a frame portion of the separator 41 made of metal a width of 30 mm, while the single cell 27 has an outer dimension of 120 mm × 120 mm (seen in plan view).

Der Separator 41 aus Metall und die Einzelzelle 27 sind so angeordnet, dass ihre Flächenzentren, die die Schwerpunkte ihrer in der Draufsicht gesehenen Formen sind, miteinander übereinstimmen, und so angeordnet, dass ihre jeweiligen Seiten parallel zueinander verlaufen, und sind durch den Verbindungsabschnitt 51 miteinander verbunden.The separator 41 made of metal and the single cell 27 are arranged so that their surface centers, which are the centers of their shapes seen in plan, coincide with each other, and so on arranged so that their respective sides are parallel to each other, and are through the connecting portion 51 connected with each other.

Der Separator 41 aus Metall ist eine dünne Metallplatte, die einen später beschriebenen Oberflächenaufbau 42 (siehe 10) aufweist und eine Dicke von 0,02 mm bis 5 mm aufweist und Fe als Hauptbestandteil, Al, und Ti enthält. In anderen Figuren als 8 und 10 wurde auf die Darstellung des Oberflächenaufbaus 42 verzichtet.The separator 41 made of metal is a thin metal plate, the surface structure described later 42 (please refer 10 ) and has a thickness of 0.02 mm to 5 mm and contains Fe as the main component, Al, and Ti. In other figures than 8th and 10 was based on the representation of the surface structure 42 waived.

Ein Material, das verwendet werden kann, um die Metallplatte zu bilden, ist zum Beispiel 18Cr-Al-Ti-Edelstahl. Insbesondere kann ein Al-Gehalt von 2 Masse-% bis 10 Masse-% angewendet werden, und kann ein Ti-Gehalt von 0,05 Masse-% bis 1 Masse-% angewendet werden.A material that can be used to form the metal plate is, for example, 18Cr-Al-Ti stainless steel. In particular, an Al content of 2 mass% to 10 mass% can be applied, and a Ti content of 0.05 mass% to 1 mass% can be used.

Der Verbindungsabschnitt 51 ist aus einem Hartlötmaterial, das ein Bindemittel ist, gebildet; nimmt die Form eines viereckigen Rahmens an; ist an der Unterseite (in 4 der Rückseite) des Separators 41 aus Metall an dem inneren Umfangsrandbereich entlang des Öffnungsbereichs 41a bereitgestellt; und weist eine Außenabmessung (in einer Draufsicht gesehen) von 120 mm × 120 mm, eine Breite von 4 mm, und eine Dicke von 10 µm bis 80 µm auf.The connecting section 51 is formed of a brazing material which is a binder; takes the form of a square frame; is at the bottom (in 4 the back) of the separator 41 metal on the inner peripheral edge portion along the opening portion 41a provided; and has an outer dimension (seen in a plan view) of 120 mm × 120 mm, a width of 4 mm, and a thickness of 10 μm to 80 μm.

Genauer besteht der Verbindungsabschnitt 51 wie in 6 gezeigt aus einem mittleren Verbindungsabschnitt 51a, der die Form eines 3 mm breiten viereckigen Rahmens annimmt und zwischen den Separator 41 aus Metall und die Festelektrolytschicht 21 eingefügt ist, und einem äußeren Verbindungsabschnitt 51b, der die Form eines 1 mm breiten viereckigen Rahmens annimmt und von dem mittleren Verbindungsabschnitt 51a nach außen (in 6 nach links) gerichtet hervortritt.More specifically, the connection section exists 51 as in 6 shown from a middle connecting portion 51a which takes the form of a 3 mm wide square frame and between the separator 41 made of metal and the solid electrolyte layer 21 is inserted, and an outer connection portion 51b which takes the form of a 1 mm wide square frame and from the middle connecting portion 51a to the outside (in 6 to the left).

Übrigens kann zwischen dem Innenumfang des Verbindungsabschnitts 51 und dem Innenumfang des Öffnungsbereichs 41a ein geringer Spalt (z.B. etwa 0,05 mm bis 1,5 mm) vorhanden sein.Incidentally, between the inner periphery of the connecting portion 51 and the inner periphery of the opening portion 41a a small gap (eg, about 0.05 mm to 1.5 mm) may be present.

Somit ist der mittlere Verbindungsabschnitt 51a auf eine solche Weise an der Oberseite der Festelektrolytschicht 21 der Einzelzelle 27 bereitgestellt, dass der mittlere Verbindungsabschnitt 51a entlang eines äußeren Umfangsrandbereichs der Festelektrolytschicht 21 verläuft.Thus, the middle connection portion 51a in such a manner at the top of the solid electrolyte layer 21 the single cell 27 provided that the middle connecting portion 51a along an outer peripheral edge portion of the solid electrolyte layer 21 runs.

Übrigens kann für den Verbindungsabschnitt 51 eine Breite von 2 mm bis 6 mm angewendet werden; genauer kann für den mittleren Verbindungsabschnitt 51a eine Breite von 1,5 bis 5,5 mm angewendet werden, und kann für den äußeren Verbindungsabschnitt 51b eine Breite von 0,2 mm bis 2,0 mm angewendet werden. Außerdem kann für den Verbindungsabschnitt 51 eine Dicke von 10 µm bis 100 µm angewendet werden.By the way, for the connecting section 51 a width of 2 mm to 6 mm can be applied; more precisely, for the middle connecting section 51a a width of 1.5 to 5.5 mm, and can be applied to the outer joint section 51b a width of 0.2 mm to 2.0 mm are applied. In addition, for the connection section 51 a thickness of 10 microns to 100 microns are applied.

Verschiedene Hartlötmaterialien, die wenigstens eines aus Ag, Au, Pd, und Pt enthalten, können angewendet werden, um den Verbindungsabschnitt 51 zu bilden, da es unwahrscheinlich ist, dass diese Hartlötmaterialien im Verlauf des Hartlötens in der Atmosphäre eine Oxidationskorrosion erleiden werden.Various brazing materials containing at least one of Ag, Au, Pd, and Pt may be applied to the joint portion 51 since these brazing materials are unlikely to undergo oxidation corrosion during brazing in the atmosphere.

Ein Hartlötmaterial, das als Hauptbestandteil zum Beispiel Ag enthält, ist zum Beispiel ein Gemisch aus Ag und einem Oxid, wie etwa Ag-Ag2O3, Ag-CuO, Ag-Cr2O3, oder Ag-SiO2. Außerdem kann eine Legierung aus Ag und einem anderen Metall, wie etwa Ag-Ge-Cr oder Ag-Al verwendet werden.

  • d) Als nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung der Einzelzelle mit angebrachtem Separator 53 einer Brennstoffzelle beschrieben werden.
For example, a brazing material containing Ag as a main component is a mixture of Ag and an oxide such as Ag-Ag 2 O 3 , Ag-CuO, Ag-Cr 2 O 3 , or Ag-SiO 2 . In addition, an alloy of Ag and another metal such as Ag-Ge-Cr or Ag-Al may be used.
  • d) Next, a method of manufacturing the single cell with attached separator 53 a fuel cell will be described.

Zuerst wird, wie wohlbekannt ist, eine grüne Platte der Festelektrolytschicht 21 an der Oberfläche einer Seite einer grünen Platte der Anodenschicht 23 fixiert, um einen Schichtkörper zu bilden, und wird der Schichtkörper gebrannt. Anschließend wird ein Material für die Kathodenschicht 25 auf die Oberfläche der Festelektrolytschicht 21 des gebrannten Schichtkörpers gedruckt, worauf ein Brennen folgt, um die Einzelzelle 27 zu bilden.First, as is well known, a green plate of the solid electrolyte layer 21 on the surface of one side of a green plate of the anode layer 23 fixed to form a laminated body, and the laminated body is fired. Subsequently, a material for the cathode layer 25 on the surface of the solid electrolyte layer 21 of the fired laminated body, followed by firing to the single cell 27 to build.

Inzwischen wird der Separator 41 aus Metall durch Stanzen aus, zum Beispiel, einem Metallblech, das Fe als Hauptbestandteil, Al, und Ti enthält und eine Dicke von 0,02 mm bis 0,5 mm aufweist, hergestellt.Meanwhile, the separator will 41 made of metal by punching, for example, a metal sheet containing Fe as a main component, Al, and Ti and having a thickness of 0.02 mm to 0.5 mm.

Dann wird der Separator 41 aus Metall 1 Stunde bis 8 Stunden (z.B. 5 Stunden) lang bei einer Temperatur von 700 °C bis 1200 °C (z.B. 1000 °C) in der Atmosphäre erhitzt, worauf eine natürliche Abkühlung folgt. Durch diesen Vorgang wird an der Oberfläche des Separators 41 aus Metall ein Al-Oxidfilm 59, der Ti enthält (insbesondere ein Aluminiumoxidfilm, der Ti enthält), gebildet (siehe 8). Insbesondere ist Ti an der Oberfläche des Al-Oxidfilms vorhanden.Then the separator 41 from metal for 1 hour to 8 hours (eg 5 hours) at a temperature of 700 ° C to 1200 ° C (eg 1000 ° C) heated in the atmosphere, followed by a natural cooling. Through this process, on the surface of the separator 41 made of metal an Al oxide film 59 containing Ti (specifically, an aluminum oxide film containing Ti) formed (see 8th ). In particular, Ti is present on the surface of the Al oxide film.

Als nächstes wird wie in 7(a) gezeigt eine unterseitige Hartlötmaterialschicht 55, die die Form eines viereckigen Rahmens annimmt, unter Verwendung eines pastösen Ag-Hartlötmaterials (z.B. eines Ag-Hartlötmaterials, das Al2O3 in einer Menge von 8 Vol.-% enthält) durch Siebdrucken an der Unterseite (der nah gelegenen Seite in 7(a)) des Separators 41 aus Metall an dem inneren Umfangsrandbereichs entlang des Öffnungsbereichs 41a gebildet. Die unterseitige Hartlötmaterialschicht 55 weist eine Außenabmessung (in einer Draufsicht gesehen) von 122 mm × 122 mm, eine Breite von 2 mm bis 6 mm (z.B. 5 mm), und eine Dicke von 10 µm bis 100 µm (z.B. 30 µm) auf. Next, as in 7 (a) shown a bottom braze material layer 55 , which takes the form of a square frame, by using a pasty Ag brazing material (eg, an Ag brazing material containing Al 2 O 3 in an amount of 8% by volume) by screen printing on the lower side (the near side in FIG 7 (a) ) of the separator 41 metal at the inner peripheral edge portion along the opening portion 41a educated. The bottom braze material layer 55 has an outer dimension (seen in a plan view) of 122 mm × 122 mm, a width of 2 mm to 6 mm (eg 5 mm), and a thickness of 10 .mu.m to 100 .mu.m (eg 30 .mu.m).

Übrigens kann zwischen dem Innenumfang der unterseitigen Hartlötmaterialschicht 55 und dem Innenumfang des Öffnungsbereichs 41a ein geringer Spalt (z.B. etwa 0,05 mm bis 1,5 mm) vorhanden sein.Incidentally, between the inner periphery of the lower-side brazing material layer 55 and the inner periphery of the opening portion 41a a small gap (eg, about 0.05 mm to 1.5 mm) may be present.

Außerdem wird wie in 7(b) gezeigt eine oberseitige Hartlötmaterialschicht 57, die die Form eines viereckigen Rahmens annimmt, unter Verwendung des gleichen Ag-Hartlötmaterials wie oben durch Siebdrucken an der Oberseite (der nah gelegenen Seite in 7(b)) der Festelektrolytschicht 21 an einem äußeren Umfangsrandbereich gebildet. Die oberseitige Hartlötmaterialschicht 57 weist eine Außenabmessung (in einer Draufsicht gesehen) von 120 mm × 120 mm, eine Breite von 1,5 mm bis 5,5 mm (z.B. 4 mm), und eine Dicke von 10 µm bis 100 µm (z.B. 30 µm) auf.Also, as in 7 (b) shown a top-side braze material layer 57 , which takes the form of a square frame, using the same Ag brazing material as above by screen printing at the top (the near side in FIG 7 (b) ) of the solid electrolyte layer 21 formed on an outer peripheral edge region. The top-side braze material layer 57 has an outer dimension (seen in a plan view) of 120 mm × 120 mm, a width of 1.5 mm to 5.5 mm (eg 4 mm), and a thickness of 10 .mu.m to 100 .mu.m (eg 30 .mu.m).

Übrigens kann zwischen dem Außenumfang der oberseitigen Hartlötmaterialschicht 57 und dem Außenumfang der Einzelzelle 27 ein geringer Spalt (z.B. etwa 0,05 mm bis 1,5 mm) vorhanden sein.Incidentally, between the outer periphery of the upper-side brazing material layer 57 and the outer periphery of the single cell 27 a small gap (eg, about 0.05 mm to 1.5 mm) may be present.

Als nächstes wird wie in der oberen Zeichnung in 8 gezeigt eine derartige Positionierung zwischen dem Separator 41 aus Metall, worauf die unterseitige Hartlötmaterialschicht 55 gebildet ist, und der Einzelzelle 27, worauf die oberseitige Hartlötmaterialschicht 57 gebildet ist, durchgeführt, dass die Innenumfänge der Hartlötmaterialschichten 55 und 57 miteinander übereinstimmen; dann werden die Hartlötmaterialschichten 55 und 57 miteinander in Kontakt gebracht.Next, as in the top drawing in 8th show such positioning between the separator 41 made of metal, whereupon the bottom braze material layer 55 is formed, and the single cell 27 , whereupon the top-side braze material layer 57 is formed, performed that the inner peripheries of the brazing material layers 55 and 57 agree with each other; then the brazing material layers become 55 and 57 brought into contact with each other.

Übrigens wird wie oben erwähnt vor dem Hartlöten der Al-Oxidfilm 59 mit Ti an der Oberfläche an der gesamten Oberfläche des Separators 41 aus Metall gebildet.Incidentally, as mentioned above, before brazing, the Al oxide film becomes 59 with Ti at the surface on the entire surface of the separator 41 made of metal.

Wie nachstehend erwähnt wird die Temperatur durch Erhitzen auf eine bestimmte Hartlöttemperatur erhöht, um das Hartlöten durchzuführen.As mentioned below, the temperature is raised by heating to a certain brazing temperature to perform the brazing.

Im Besonderen wird wie in 9 gezeigt ein wärmebeständiges Puffermaterial 63, das die Form eines viereckigen Rahmens annimmt und zum Beispiel aus Aluminiumoxidfilz besteht, auf einem Tisch 61, der zum Beispiel aus Aluminiumoxid besteht, angeordnet, und werden der Separator 41 aus Metall und die Einzelzelle 27 mit einer dazwischen gehaltenen Hartlötmaterialschicht 58, die aus den Hartlötmaterialschichten 55 und 57 besteht, auf dem wärmebeständigen Puffermaterial 63 angeordnet, wobei der Separator 41 aus Metall unten angeordnet wird.In particular, as in 9 shown a heat-resistant buffer material 63 , which takes the form of a square frame and consists of, for example, alumina felt, on a table 61 For example, which is made of alumina, for example, and become the separator 41 made of metal and the single cell 27 with a brazing material layer held therebetween 58 made from the brazing material layers 55 and 57 exists on the heat-resistant buffer material 63 arranged, the separator 41 made of metal below.

Darüber hinaus wird ein ähnliches wärmebeständiges Puffermaterial 65 auf der Einzelzelle 27 angeordnet, und wird ein Gewicht 67 auf dem wärmebeständigen Puffermaterial 65 angeordnet, um eine Last von 20 g/cm2 bis 500 g/cm2 (2 kPa bis 50 kPa) (z.B. 300 g/cm2) auszuüben.In addition, a similar heat-resistant buffer material 65 on the single cell 27 arranged, and becomes a weight 67 on the heat-resistant buffer material 65 arranged to exert a load of 20 g / cm 2 to 500 g / cm 2 (2 kPa to 50 kPa) (eg 300 g / cm 2 ).

Dann wird das Hartlöten wie folgt durchgeführt. Es wird ein Erhitzen bei 800 °C bis 1200 °C (z.B. 1000 °C) für 0,1 Stunde bis 8,0 Stunden (z.B. 1 Stunde) vorgenommen, um das Hartlötmaterial zu schmelzen, worauf ein Abkühlen zur Verfestigung folgt.Then, brazing is performed as follows. Heating is performed at 800 ° C to 1200 ° C (e.g., 1000 ° C) for 0.1 hour to 8.0 hours (e.g., 1 hour) to melt the brazing material, followed by cooling to solidify.

Durch diesen Vorgang fließt wie in der unteren Zeichnung von 8 gezeigt im Verlauf des Hartlötens unnötiges (d.h., überschüssiges) Hartlötmaterial zu der oberseitigen Hartlötmaterialschicht 55, wodurch die Dicke des Verbindungsabschnitts 51 10 µm bis 100 µm (z.B. 30 µm) erreicht.By this process flows as in the lower drawing of 8th shown in the course of brazing unnecessary (ie, excess) brazing material to the top brazing material layer 55 , whereby the thickness of the connecting portion 51 10 μm to 100 μm (eg 30 μm).

Bei der so hergestellten Einzelzelle mit angebrachtem Separator 53 ist an der Oberfläche des Separators 41 aus Metall der Al-Oxidfilm 59 gebildet, und ist an der Oberfläche des Al-Oxidfilms 59 Ti vorahnden; doch ist in jenem Teil des Al-Oxidfilms 59, der mit dem Verbindungsabschnitt 51 in Kontakt steht, kein Ti vorhanden (oder beträgt der Ti-Gehalt 0,05 Masse-% oder weniger).In the case of the individual cell thus produced with attached separator 53 is on the surface of the separator 41 made of metal the Al oxide film 59 is formed, and is on the surface of the Al oxide film 59 To anticipate Ti; but is in that part of the Al oxide film 59 that with the connecting section 51 in contact, no Ti is present (or the Ti content is 0.05 mass% or less).

Ein vorstellbarer Grund dafür ist der Übergang von Ti zu der Hartlötmaterialschicht 58, die Ag als Hauptbestandteil enthält (d.h., zu der Verbindung 51).One conceivable reason for this is the transition from Ti to the brazing material layer 58 containing Ag as the main constituent (ie, to the compound 51 ).

Genauer verfügt der Separator 41 aus Metall wie in 10 schematisch gezeigt über einen Substratabschnitt 40, der Fe als Hauptbestandteil enthält und auch Al und Ti enthält, und den Oberflächenaufbau 42, der den Substratabschnitt 40 umfänglich umgibt. Der Oberflächenaufbau 42 besteht von innen her aus einer Oxidschicht 42a, die Al und Ti enthält, einem Al-Oxidfilm 42b, und einer Phase 42c, die Ti enthält. More specifically, the separator has 41 made of metal as in 10 shown schematically over a substrate section 40 containing Fe as the main component and also containing Al and Ti, and the surface structure 42 , which is the substrate section 40 surrounds circumferentially. The surface structure 42 consists of an oxide layer from the inside 42a containing Al and Ti, an Al oxide film 42b , and a phase 42c containing Ti.

In dem Oberflächenaufbau 42 ist die Oxidschicht 42a, die Al und Ti enthält, eine Verbundphase, die so gestaltet ist, dass Ti in einer Oxidschicht, die aus Al2O3 (Aluminiumoxid) gebildet ist, zerstreut ist; d.h., Ti bildet keine Schicht.In the surface structure 42 is the oxide layer 42a containing Al and Ti, a compound phase designed to dissipate Ti in an oxide film formed of Al 2 O 3 (alumina); ie, Ti does not form a layer.

Außerdem ist der Al-Oxidfilm 42b ein Aluminiumoxidfilm und enthält er kein Ti.In addition, the Al oxide film is 42b an aluminum oxide film and does not contain Ti.

Darüber hinaus ist die Phase 42c, die Ti enthält, wie Partikel gestaltet, so dass Ti in der Form von Oxid oder Metall zerstreut ist. Insbesondere ist die Phase 42c, die Ti enthält, nicht in einem Bereich, der mit dem Hartlötmaterial in Kontakt steht, (d.h., dem Verbindungsabschnitt 51) gebildet.In addition, the phase is 42c containing Ti, such as particles designed so that Ti is dispersed in the form of oxide or metal. In particular, the phase 42c containing Ti, not in an area in contact with the brazing material (ie, the connecting portion 51 ) educated.

Insbesondere ist jener Teil der Oberfläche des Al-Oxidfilms 42b, der mit dem Hartlötmaterial in Kontakt steht, von der Phase 42c, die Ti enthält, getrennt, und weist der andere Teil der Oberfläche, die mit dem Hartlötmaterial in Kontakt steht, die Phase 42c, die Ti enthält, auf.In particular, that part is the surface of the Al oxide film 42b , which is in contact with the brazing material, from the phase 42c containing Ti, and the other part of the surface in contact with the brazing material has the phase 42c containing Ti on.

Nun besteht der Verbindungsabschnitt 51 aus einem Hauptverbindungsabschnitt 52a auf Seiten des Separators 41 aus Metall, der mit dem Al-Oxidfilm 42b in Kontakt steht, und einer Ti-Reaktionsphase 52b in Kontakt mit der Festelektrolytschicht 21.Now there is the connection section 51 from a main connection section 52a on the part of the separator 41 made of metal, with the Al oxide film 42b in contact, and a Ti reaction phase 52b in contact with the solid electrolyte layer 21 ,

Der Hauptverbindungsabschnitt 52a ist aus einem Ag-Hartlötmaterial gebildet, das Al2O3 in einer Menge von 7,5 Vol.-% enthält.The main link section 52a is formed of an Ag brazing material containing Al 2 O 3 in an amount of 7.5% by volume.

Die Ti-Reaktionsphase 52b ist eine Kristallphase, die sich aus einer Reaktion zwischen Ti und dem Festelektrolyt ergibt. Die Ti-Reaktionsphase 52b weist eine Dicke von 10 nm bis 500 nm (z.B. 200 nm) auf.The Ti reaction phase 52b is a crystal phase resulting from a reaction between Ti and the solid electrolyte. The Ti reaction phase 52b has a thickness of 10 nm to 500 nm (eg 200 nm).

Der Zustand des Al-Oxidfilms 59 und das Vorhandensein von Ti wurden durch eine wohlbekannte TEM-EDX-Analyse bestimmt, die durchgeführt wurde, nachdem die Oberfläche des Separators 41 aus Metall einer Bearbeitung mit einem FIB (einem fokussierten Ionenstrahl) unterzogen wurde.

  • e) Als nächstes werden die Wirkungen der vorliegenden Ausführungsform beschrieben werden.
The state of the Al oxide film 59 and the presence of Ti were determined by a well-known TEM-EDX analysis performed after the surface of the separator 41 made of metal subjected to processing with a FIB (a focused ion beam).
  • e) Next, the effects of the present embodiment will be described.

Die Einzelzelle mit angebrachtem Separator 53 einer Brennstoffzelle der vorliegenden Ausführungsform 1 umfasst den äußeren Verbindungsabschnitt 51b, der ein Teil des Verbindungsabschnitts 51 ist, welcher aus dem Hartlötmaterial gebildet ist und den Separator 41 aus Metall und die Einzelzelle 27 durch Hartlöten verbindet und von dem Außenumfang der Einzelzelle 27 nach außen gerichtet hervortritt.The single cell with attached separator 53 A fuel cell of the present embodiment 1 includes the outer connection portion 51b which is part of the connection section 51 is, which is formed from the brazing material and the separator 41 made of metal and the single cell 27 by brazing and from the outer periphery of the single cell 27 emerges outward.

Bei der Herstellung der Einzelzelle mit angebrachtem Separator 53 einer Brennstoffzelle mit einem derartigen Aufbau fließt im Verlauf des Verbindens durch Hartlöten aus dem Bereich zwischen dem Separator 41 aus Metall und der Einzelzelle 27 hervortretendes überschüssiges Hartlötmaterial des durch Erhitzen geschmolzenen Hartlötmaterials entlang der unterseitigen Hartlötmaterialschicht 55, die vorher an dem Separator 41 aus Metall gebildet worden war, aus.In the production of the single cell with attached separator 53 A fuel cell having such a structure flows out of the region between the separator in the course of brazing 41 made of metal and the single cell 27 protruding excess brazing material of the brazing material melted by heating along the lower-side brazing material layer 55 previously on the separator 41 made of metal, from.

Doch nach der herkömmlichen Technik bleibt das hervortretende Hartlötmaterial im Verlauf des Verbindens durch Hartlöten lokal stehen und bildet es eine Hartlötmaterialpfütze. Daher kommt es bei einem Schritt des Zusammenbaus des Brennstoffzellenstapels 1 aufgrund einer Beanspruchungskonzentration in einem Klumpen, der von der Hartlötmaterialpfütze stammt, zu einem Reißen der Einzelzelle 27 (einem Zellenriss). Im Gegensatz dazu wird bei der vorliegenden Ausführungsform 1 die merkliche Wirkung erbracht, dass das Auftreten eines Zellenrisses unwahrscheinlich ist, da es unwahrscheinlich ist, dass eine lokale Hartlötmaterialpfütze gebildet wird, und die Beanspruchung somit zerstreut wird.However, according to the conventional technique, the protruding brazing material remains local in the course of brazing bonding, forming a braze puddle. Therefore, a step of assembling the fuel cell stack occurs 1 due to a stress concentration in a lump originating from the braze puddle, tearing of the single cell 27 (a cell crack). In contrast, in the present embodiment 1, the remarkable effect is exhibited that the occurrence of a cell crack is unlikely, since it is unlikely that a local braze puddle is formed, and the stress is thus dissipated.

Außerdem weist der äußere Verbindungsabschnitt 51b der Einzelzelle mit angebrachtem Separator 53 bei der vorliegenden Ausführungsform 1 keinen Ausschnitt auf, sondern weist er entlang seines gesamten Umfangs eine fortlaufend einheitliche Form auf. Daher ist es noch unwahrscheinlicher, dass eine Hartlötmaterialpfütze gebildet wird.In addition, the outer connecting portion 51b the single cell with attached separator 53 in the present embodiment 1 no cutout, but it has a continuous uniform shape along its entire circumference. Therefore, it is even less likely that a braze puddle will be formed.

Darüber hinaus ist bei der vorliegenden Ausführungsform 1 die Beständigkeit gegenüber einer Oxidation hoch, da an der Oberfläche des Separators 41 aus Metall der Al-Oxidfilm 59 gebildet ist. Da die Oberfläche des Al-Oxidfilms 59 Ti enthält, weist die Oberfläche außerdem eine hohe Benetzbarkeit in Bezug auf das Hartlötmaterial auf.Moreover, in the present embodiment 1, the resistance to oxidation is high because on the surface of the separator 41 made of metal the Al oxide film 59 is formed. Because the Surface of Al oxide film 59 Ti, the surface also has a high wettability with respect to the brazing material.

Da in der Oberfläche des Al-Oxidfilms 59, die mit dem Hartlötmaterial in Kontakt steht, (d.h., dem Verbindungsabschnitt 51) kein Ti vorhanden ist, ist es zudem selbst bei Einwirkung einer reduzierenden Atmosphäre (z.B. einer Wasserstoffatmosphäre) unwahrscheinlich, dass es zu einer Grenzflächentrennung kommt. Da sich Ti durch Oxidation oder Reduktion verändert, wird insbesondere ein Vorhandensein von Ti in der Grenzfläche wahrscheinlich eine Trennung verursachen.Because in the surface of the Al oxide film 59 which is in contact with the brazing material (ie, the connecting portion 51 In addition, if Ti is not present, it is unlikely to interfere even under the action of a reducing atmosphere (eg, a hydrogen atmosphere). In particular, since Ti changes by oxidation or reduction, existence of Ti in the interface is likely to cause separation.

Da der Separator 41 aus Metall bei der vorliegenden Ausführungsform 1 Al und Ti enthält, wird der Separator 41 aus Metall zum Beispiel durch das Erhitzen in der Atmosphäre zu einer Ti-Versorgungsquelle, wodurch die Bildung des oben genannten Al-Oxidfilms 59, der Ti enthält, erleichtert wird.As the separator 41 of metal in the present embodiment contains Al and Ti, the separator becomes 41 of metal, for example, by heating in the atmosphere to a Ti supply source, whereby the formation of the above-mentioned Al oxide film 59 containing Ti is facilitated.

Da die vorliegende Ausführungsform 1 darüber hinaus ein Hartlötmaterial verwendet, das Ag, Au, Pd, oder Pt enthält (z.B. ein Hartlötmaterial, das eines der Metalle als Hauptbestandteil enthält), ist es selbst dann, wenn das Hartlöten in der Atmosphäre durchgeführt wird, unwahrscheinlich, dass es zu einer Oxidationskorrosion kommt.Further, since the present embodiment 1 uses a brazing material containing Ag, Au, Pd, or Pt (eg, a brazing material containing one of the metals as a main component), it is unlikely even if the brazing is carried out in the atmosphere in that oxidation corrosion occurs.

Da zudem der Brennstoffzellenstapel 1 der vorliegenden Ausführungsform 1 die oben genannten Einzelzellen mit angebrachtem Separator 53 verwendet, ist es unwahrscheinlich, dass es zu einem Zellenriss kommt, wodurch die Wirkung eines hohen Herstellungsertrags erbracht wird.In addition, because the fuel cell stack 1 the present embodiment 1, the above-mentioned single cells with attached separator 53 used, it is unlikely that there will be cell rupture, thereby providing the effect of high production yield.

Außerdem wird bei dem Verfahren zur Herstellung der Einzelzelle mit angebrachtem Separator 53 der vorliegenden Ausführungsform 1 wie oben erwähnt die unterseitige Hartlötmaterialschicht 55 auf eine solche Weise angeordnet, dass sie in einer Draufsicht gesehen von dem Außenumfang der Einzelzelle 27 entlang der Oberfläche des Separators 41 aus Metall hervortritt, worauf das Hartlöten folgt. Somit fließt überschüssiges Hartlötmaterial, dem im Verlauf des Hartlötens begegnet wird, entlang der unterseitigen Hartlötmaterialschicht 55 aus; daher ist es im Gegensatz zu der gängigen Praxis unwahrscheinlich, dass eine Hartlötmaterialpfütze gebildet wird. Als Ergebnis ist es unwahrscheinlich, dass es zu einem Zellenriss kommt.In addition, in the method of manufacturing the single cell with attached separator 53 of the present embodiment 1 as mentioned above, the lower-side brazing material layer 55 arranged in such a manner as to be seen in a plan view from the outer periphery of the single cell 27 along the surface of the separator 41 made of metal, followed by brazing. Thus, excess brazing material encountered in the course of brazing flows along the bottom braze material layer 55 out; therefore unlike current practice, it is unlikely that a braze puddle will be formed. As a result, it is unlikely that cell rupture will occur.

Da der Separator 41 aus Metall bei der vorliegenden Ausführungsform 1 darüber hinaus Al und Ti enthält, und der Separator 41 aus Metall vor der Durchführung des Hartlötens bei einer Temperatur von 700 °C bis 1200 °C in der Atmosphäre hitzebehandelt wird, kann der Al-Oxidfilm 59, der Ti enthält, leicht an der Oberfläche des Separators 41 aus Metall gebildet werden.As the separator 41 metal in the present embodiment 1 further contains Al and Ti, and the separator 41 made of metal is heat-treated in the atmosphere before the brazing at a temperature of 700 ° C to 1200 ° C, the Al oxide film 59 containing Ti, slightly at the surface of the separator 41 be formed of metal.

Da die Einzelzelle 53 mit angebrachtem Separator daher unter Verwendung des Separators 41 aus Metall, der wie oben erwähnt den Al-Oxidfilm 59 aufweist, hergestellt wird, kann der Al-Oxidfilm 59 die Beständigkeit gegenüber einer Oxidation erhöhen, und erbringt das Nichtvorhandensein von Ti in dem Verbindungsabschnitt die Wirkung, dass es selbst bei Einwirkung einer reduzierenden Atmosphäre unwahrscheinlich ist, dass es zu einer Grenzflächentrennung kommt.Because the single cell 53 with attached separator therefore using the separator 41 made of metal, as mentioned above, the Al oxide film 59 can be prepared, the Al oxide film 59 increase the resistance to oxidation, and the absence of Ti in the joining portion has the effect of being unlikely to cause interfacial separation even under the action of a reducing atmosphere.

Außerdem übt eine Veränderung des Ti, die sich aus einer Oxidation oder einer Reduktion ergibt, falls eine solche auftreten sollte, eine geringere Wirkung aus, da die Ti-Reaktionsphase (z.B. die Ti-Reaktionsphase mit einer Dicke von 10 nm bis 500 nm) 52b in der Grenzfläche zwischen der Festelektrolytschicht 21 und dem Hauptverbindungsabschnitt 52a des Hartlötmaterials (d.h., der Verbindung 51) vorhanden ist. Darüber hinaus kann dank des Eindringens von Bestandteilen des Hartlötmaterials in die Festelektrolytschicht 21 eine hohe Verbindungsstärke bewahrt werden.In addition, a change in Ti resulting from oxidation or reduction, if any, has less effect because the Ti reaction phase (eg, the Ti reaction phase having a thickness of 10 nm to 500 nm) 52b in the interface between the solid electrolyte layer 21 and the main connection section 52a of the brazing material (ie, the compound 51 ) is available. In addition, thanks to the penetration of components of the brazing material into the solid electrolyte layer 21 a high connection strength are preserved.

Ausführungsform 2Embodiment 2

Als nächstes wird Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung beschrieben werden; doch werden Inhalte, die jenen der oben beschriebenen Ausführungsform 1 ähnlich sind, weggelassen oder verkürzt werden.Next, embodiment 2 of the present invention will be described; however, contents similar to those of the above-described Embodiment 1 will be omitted or shortened.

Elemente, die jenen von Ausführungsform 1 ähnlich sind, werden durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet werden.Elements similar to those of Embodiment 1 will be denoted by like reference numerals.

Wie in 11 gezeigt ist eine Einzelzelle mit angebrachtem Separator 71 einer Brennstoffzelle der vorliegenden Ausführungsform 2 ähnlich wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform 1 so gestaltet, dass der Separator 41 aus Metall und die Einzelzelle 27 durch einen Verbindungsabschnitt 73, welcher aus einem Hartlötmaterial gebildet ist und die Form eines viereckigen Rahmens annimmt, verbunden sind.As in 11 shown is a single cell with attached separator 71 a fuel cell of the present embodiment 2, similar to the above-described embodiment 1 designed so that the separator 41 made of metal and the single cell 27 through a connecting section 73 , which is formed of a brazing material and takes the form of a square frame, are connected.

Der Verbindungsabschnitt 73 besteht aus einem mittleren Verbindungsabschnitt 73a, der ähnlich wie im Fall von Ausführungsform 1 die Form eines viereckigen Rahmens annimmt, und einem äußeren Verbindungsabschnitt 73b, der die Form eines viereckigen Rahmens annimmt, an der Unterseite des Separators 41 aus Metall gebildet ist, und auf eine solche Weise angeordnet ist, dass er den mittleren Verbindungsabschnitt 73a von radial außen her umgibt. The connecting section 73 consists of a middle connecting section 73a which takes the form of a square frame similarly to the case of Embodiment 1, and an outer connection portion 73b which takes the form of a square frame, at the bottom of the separator 41 is formed of metal, and arranged in such a way that it the middle connecting portion 73a surrounds radially from the outside.

Insbesondere weist der äußere Verbindungsabschnitt 73b bei der vorliegenden Ausführungsform 2 mehrere (z.B. drei) schlitzartige Ausschnitte 75 auf, die in der Umfangsrichtung angeordnet sind und eine Ausschnittbreite (W) von 10 mm oder weniger aufweisen. Entsprechend ist der äußere Verbindungsabschnitt 73b in drei Abschnitte unterteilt.In particular, the outer connecting portion 73b in the present embodiment 2 several (eg three) slot-like cutouts 75 which are arranged in the circumferential direction and have a cut-out width (W) of 10 mm or less. Accordingly, the outer connection portion 73b divided into three sections.

Insbesondere erreichen die Ausschnitte 75 den mittleren Verbindungsabschnitt 73b nicht, so dass es nicht zu einem Gasaustritt durch den Verbindungsabschnitt 73 kommt.In particular, the cutouts reach 75 the middle connecting section 73b not, so there is no gas leakage through the connecting section 73 comes.

Obwohl die vorliegende Ausführungsform 2 die Ausschnitte 75 umfasst, fließt aufgrund der geringen Ausschnittbreite überschüssiges Hartlötmaterial 77 im Verlauf des Hartlötens entlang der unterseitigen Hartlötmaterialschicht 55, die zu dem äußeren Verbindungsabschnitt 73b werden soll, aus; daher ist es im Gegensatz zu der gängigen Praxis unwahrscheinlich, dass eine lokal hervortretende Hartlötmaterialpfütze gebildet wird. Daher ist es ähnlich wie im Fall von Ausführungsform 1 unwahrscheinlich, dass es zu einem Zellenriss kommt.Although the present embodiment 2 the cutouts 75 includes, due to the small cutting width excess brazing material flows 77 in the course of brazing along the bottom brazing material layer 55 leading to the outer connecting section 73b should be, off; therefore unlike current practice, it is unlikely that a locally protruding braze puddle will be formed. Therefore, similar to the case of Embodiment 1, it is unlikely that cell rupture will occur.

Ausführungsform 3Embodiment 3

Als nächstes wird Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung beschrieben werden; doch werden Inhalte, die jenen der oben beschriebenen Ausführungsform 1 ähnlich sind, weggelassen oder verkürzt werden.Next, Embodiment 3 of the present invention will be described; however, contents similar to those of the above-described Embodiment 1 will be omitted or shortened.

Elemente, die jenen von Ausführungsform 1 ähnlich sind, werden durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet werden.Elements similar to those of Embodiment 1 will be denoted by like reference numerals.

Wie in der unteren Zeichnung von 12 gezeigt ist eine Einzelzelle mit angebrachtem Separator 81 einer Brennstoffzelle der vorliegenden Ausführungsform 3 ähnlich wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform 1 so gestaltet, dass der Separator 41 aus Metall und die Einzelzelle 27 durch einen Verbindungsabschnitt 83, welcher aus einem Hartlötmaterial gebildet ist und die Form eines viereckigen Rahmens annimmt, verbunden sind.As in the lower drawing of 12 shown is a single cell with attached separator 81 a fuel cell of the present embodiment 3, similar to the above-described embodiment 1 designed so that the separator 41 made of metal and the single cell 27 through a connecting section 83 , which is formed of a brazing material and takes the form of a square frame, are connected.

Der Verbindungsbereich 83 besteht aus einem mittleren Verbindungsabschnitt 83a, der ähnlich wie im Fall von Ausführungsform 1 die Form eines viereckigen Rahmens annimmt, und einem inneren Verbindungsabschnitt 83c, der die Form eines viereckigen Rahmens annimmt, an der Oberseite der Festelektrolytschicht 21 der Einzelzelle 27 gebildet ist, und auf eine solche Weise angeordnet ist, dass er den mittleren Verbindungsabschnitt 83a von radial innen her umgibt.The connection area 83 consists of a middle connecting section 83a which takes the form of a square frame similarly to the case of Embodiment 1, and an inner connecting portion 83c , which takes the form of a square frame, at the top of the solid electrolyte layer 21 the single cell 27 is formed, and arranged in such a way that it the middle connecting portion 83a surrounds from radially inside.

Der Verbindungsabschnitt 83 weist eine Außenabmessung (in einer Draufsicht gesehen) von 120 mm × 120 mm und eine Breite von 5 mm auf. Der mittlere Verbindungsabschnitt 83a weist eine Breite von 4 mm auf, und der innere Verbindungsabschnitt 83c tritt in der Breitenrichtung von der Innenseite des mittleren Verbindungsabschnitts 83a entlang des gesamten Umfangs der Innenseite des mittleren Verbindungsabschnitts 83a 1 mm nach innen gerichtet hervor.The connecting section 83 has an outer dimension (seen in a plan view) of 120 mm × 120 mm and a width of 5 mm. The middle connecting section 83a has a width of 4 mm, and the inner connecting portion 83c occurs in the widthwise direction from the inside of the middle connecting portion 83a along the entire circumference of the inside of the middle connecting portion 83a 1 mm inwards.

Bei der Herstellung der Einzelzelle mit angebrachtem Separator 81 einer Brennstoffzelle der vorliegenden Ausführungsform 3 wird wie in der oberen Zeichnung von 12 gezeigt eine unterseitige Hartlötmaterialschicht 85 mit einer bestimmten Breite (z.B. 3 mm) an der Unterseite des Separators 41 aus Metall entlang eines inneren Umfangsrandbereichs der Unterseite des Separators 41 aus Metall gebildet. Außerdem wird eine oberseitige Hartlötmaterialschicht 87 mit einer bestimmten Breite (z.B. 5 mm) an der Oberseite der Festelektrolytschicht 21 entlang eines äußeren Umfangsrandbereichs der Oberseite der Festelektrolytschicht 21 gebildet.In the production of the single cell with attached separator 81 a fuel cell of the present embodiment 3 is as shown in the upper drawing of 12 shown a bottom braze material layer 85 with a certain width (eg 3 mm) at the bottom of the separator 41 metal along an inner peripheral edge portion of the underside of the separator 41 made of metal. In addition, a top-side braze material layer is formed 87 with a certain width (eg 5 mm) at the top of the solid electrolyte layer 21 along an outer peripheral edge portion of the upper surface of the solid electrolyte layer 21 educated.

Dann werden die unterseitige Hartlötmaterialschicht 85 und die oberseitige Hartlötmaterialschicht 87 so aufeinander gefügt, dass der Außenumfang der unterseitigen Hartlötmaterialschicht 85 und der Außenumfang der oberseitigen Hartlötmaterialschicht 87 miteinander übereinstimmen, und wird ähnlich wie im Fall von Ausführungsform 1 ein Hartlöten durchgeführt, wodurch die Einzelzelle mit angebrachtem Separator 81 erbracht wird.Then, the lower-side brazing material layer 85 and the top-side braze material layer 87 so joined together that the outer periphery of the lower-side brazing material layer 85 and the outer periphery of the upper-side brazing material layer 87 with each other, and similar to the case of Embodiment 1, a brazing is performed, whereby the single cell with attached separator 81 is provided.

Dadurch fließt bei der vorliegenden Ausführungsform 3 im Verlauf des Hartlötens überschüssiges Hartlötmaterial nach innen gerichtet entlang der oberseitigen Hartlötmaterialschicht 87, die der innere Verbindungsabschnitt 83c werden soll, aus; daher ist es im Gegensatz zu der gängigen Praxis unwahrscheinlich, dass eine lokal hervortretende Hartlötmaterialpfütze gebildet wird. Daher ist es ähnlich wie im Fall von Ausführungsform 1 unwahrscheinlich, dass es zu einem Zellenriss kommt. Thereby, in the present embodiment 3, in the course of brazing, excess brazing material flows inwardly along the upper-side brazing material layer 87 , which is the inner connecting section 83c should be, off; therefore unlike current practice, it is unlikely that a locally protruding braze puddle will be formed. Therefore, similar to the case of Embodiment 1, it is unlikely that cell rupture will occur.

Ausführungsform 4Embodiment 4

Als nächstes wird Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung beschrieben werden; doch werden Inhalte, die jenen der oben beschriebenen Ausführungsform 1 ähnlich sind, weggelassen oder verkürzt werden.Next, Embodiment 4 of the present invention will be described; however, contents similar to those of the above-described Embodiment 1 will be omitted or shortened.

Elemente, die jenen von Ausführungsform 1 ähnlich sind, werden durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet werden.Elements similar to those of Embodiment 1 will be denoted by like reference numerals.

Wie in der unteren Zeichnung von 13 gezeigt ist eine Einzelzelle mit angebrachtem Separator 91 einer Brennstoffzelle der vorliegenden Ausführungsform 4 ähnlich wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform 1 so gestaltet, dass der Separator 41 aus Metall und die Einzelzelle 27 durch einen Verbindungsabschnitt 93, welcher aus einem Hartlötmaterial gebildet ist und die Form eines viereckigen Rahmens annimmt, verbunden sind.As in the lower drawing of 13 shown is a single cell with attached separator 91 a fuel cell of the present embodiment 4, similar to the embodiment 1 described above, designed so that the separator 41 made of metal and the single cell 27 through a connecting section 93 , which is formed of a brazing material and takes the form of a square frame, are connected.

Der Verbindungsabschnitt 93 besteht ähnlich wie im Fall von Ausführungsform 1 aus einem mittleren Verbindungsabschnitt 93a, der die Form eines viereckigen Rahmens annimmt; einem äußeren Verbindungsabschnitt 93b, der die Form eines viereckigen Rahmens annimmt, an der Unterseite des Separators 41 aus Metall gebildet ist, und auf eine solche Weise angeordnet ist, dass er den mittleren Verbindungsabschnitt 93a von radial außen her umgibt; und einem inneren Verbindungsabschnitt 93c, der die Form eines viereckigen Rahmens annimmt, an der Oberseite der Festelektrolytschicht 21 der Einzelzelle 27 gebildet ist, und auf eine solche Weise angeordnet ist, dass er den mittleren Verbindungsabschnitt 93a von radial innen her umgibt.The connecting section 93 Similar to the case of Embodiment 1, it consists of a middle connecting portion 93a which takes the form of a square frame; an outer connecting portion 93b which takes the form of a square frame, at the bottom of the separator 41 is formed of metal, and arranged in such a way that it the middle connecting portion 93a surrounds radially outward; and an inner connecting portion 93c , which takes the form of a square frame, at the top of the solid electrolyte layer 21 the single cell 27 is formed, and arranged in such a way that it the middle connecting portion 93a surrounds from radially inside.

Der Verbindungsabschnitt 93 weist eine Außenabmessung (in einer Draufsicht gesehen) von 122 mm × 122 mm und eine Breite von 5 mm auf. Der mittlere Verbindungsabschnitt 93a weist eine Breite von 3 mm auf. Darüber hinaus tritt der äußere Verbindungsabschnitt 93b in der Breitenrichtung von der Außenseite des mittleren Verbindungsabschnitts 93a entlang des gesamten Umfangs der Außenseite des mittleren Verbindungsabschnitts 93a 1 mm nach außen gerichtet hervor, und tritt der innere Verbindungsabschnitt 93c in der Breitenrichtung von der Innenseite des mittleren Verbindungsabschnitts 93a entlang des gesamten Umfangs der Innenseite des mittleren Verbindungsabschnitts 93a 1 mm nach innen gerichtet hervor.The connecting section 93 has an outer dimension (seen in a plan view) of 122 mm × 122 mm and a width of 5 mm. The middle connecting section 93a has a width of 3 mm. In addition, the outer connecting portion occurs 93b in the width direction from the outside of the middle connection portion 93a along the entire circumference of the outside of the central connecting portion 93a 1 mm outward, and enters the inner connecting portion 93c in the width direction from the inside of the middle connecting portion 93a along the entire circumference of the inside of the middle connecting portion 93a 1 mm inwards.

Bei der Herstellung der Einzelzelle mit angebrachtem Separator 91 einer Brennstoffzelle der vorliegenden Ausführungsform 4 wird wie in der oberen Zeichnung von 13 gezeigt eine unterseitige Hartlötmaterialschicht 95 mit einer bestimmten Breite (z.B. 4 mm) an der Unterseite des Separators 41 aus Metall entlang eines inneren Umfangsrandabschnitts der Unterseite des Separators 41 aus Metall gebildet. Außerdem wird eine oberseitige Hartlötmaterialschicht 97 mit einer bestimmten Breite (z.B. 4 mm) an der Oberseite der Festelektrolytschicht 21 entlang eines äußeren Umfangsrandabschnitts der Oberseite der Festelektrolytschicht 21 gebildet.In the production of the single cell with attached separator 91 a fuel cell of the present embodiment 4 is as shown in the upper drawing of 13 shown a bottom braze material layer 95 with a certain width (eg 4 mm) at the bottom of the separator 41 metal along an inner peripheral edge portion of the underside of the separator 41 made of metal. In addition, a top-side braze material layer is formed 97 with a certain width (eg 4 mm) at the top of the solid electrolyte layer 21 along an outer peripheral edge portion of the upper surface of the solid electrolyte layer 21 educated.

Dann werden der Außenumfang der unterseitigen Hartlötmaterialschicht 95 und die oberseitige Hartlötmaterialschicht 97 aufeinander gefügt und wird ähnlich wie im Fall von Ausführungsform 1 ein Hartlöten durchgeführt, wodurch die Einzelzelle mit angebrachtem Separator 91 erbracht wird.Then, the outer circumference of the lower-side brazing material layer becomes 95 and the top-side braze material layer 97 joined to each other, and similar to the case of Embodiment 1, a brazing is performed, whereby the single cell with attached separator 91 is provided.

Dadurch fließt bei der vorliegenden Ausführungsform 4 im Verlauf des Hartlötens überschüssiges Hartlötmaterial nach außen gerichtet entlang der unterseitigen Hartlötmaterialschicht 95, die der äußere Verbindungsabschnitt 93b werden soll, aus, und fließt es nach innen gerichtet entlang der oberseitigen Hartlötmaterialschicht 97, die der innere Verbindungsabschnitt 93c werden soll, aus; daher ist es im Gegensatz zu der gängigen Praxis unwahrscheinlich, dass eine lokal hervortretende Hartlötmaterialpfütze gebildet wird. Daher ist es ähnlich wie im Fall von Ausführungsform 1 unwahrscheinlich, dass es zu einem Zellenriss kommt.Thereby, in the present embodiment 4, excess brazing material flows outwardly along the lower-side brazing material layer in the course of brazing 95 that the outer connecting section 93b is to be, and flows inward along the top braze material layer 97 , which is the inner connecting section 93c should be, off; therefore unlike current practice, it is unlikely that a locally protruding braze puddle will be formed. Therefore, similar to the case of Embodiment 1, it is unlikely that cell rupture will occur.

Ausführungsform 5Embodiment 5

Als nächstes wird Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung beschrieben werden; doch werden Inhalte, die jenen der oben beschriebenen Ausführungsform 1 ähnlich sind, weggelassen oder verkürzt werden.Next, Embodiment 5 of the present invention will be described; however, contents similar to those of the above-described Embodiment 1 will be omitted or shortened.

Elemente, die jenen von Ausführungsform 1 ähnlich sind, werden durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet werden. Elements similar to those of Embodiment 1 will be denoted by like reference numerals.

Wie in der unteren Zeichnung von 14 gezeigt ist eine Einzelzelle mit angebrachtem Separator 101 einer Brennstoffzelle der vorliegenden Ausführungsform 5 ähnlich wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform 1 so gestaltet, dass der Separator 41 aus Metall und die Einzelzelle 27 durch einen Verbindungsabschnitt 103, welcher die Form eines viereckigen Rahmens annimmt, verbunden sind.As in the lower drawing of 14 shown is a single cell with attached separator 101 a fuel cell of the present embodiment 5, similar to the embodiment 1 described above, designed so that the separator 41 made of metal and the single cell 27 through a connecting section 103 , which takes the form of a quadrangular frame, are connected.

Der Verbindungsabschnitt 103 besteht ähnlich wie im Fall von Ausführungsform 1 aus einem mittleren Verbindungsabschnitt 103a, der die Form eines viereckigen Rahmens annimmt, und einem äußeren Verbindungsabschnitt 103b, der die Form eines viereckigen Rahmens annimmt, an der Unterseite des Separators 41 aus Metall gebildet ist, und auf eine solche Weise angeordnet ist, dass er den mittleren Verbindungsabschnitt 103a von radial außen her umgibt.The connecting section 103 Similar to the case of Embodiment 1, it consists of a middle connecting portion 103a which takes the form of a square frame and an outer connection portion 103b which takes the form of a square frame, at the bottom of the separator 41 is formed of metal, and arranged in such a way that it the middle connecting portion 103a surrounds radially from the outside.

Der Verbindungsabschnitt 103 weist eine Außenabmessung (in einer Draufsicht gesehen) von 122 mm × 122 mm und eine Breite von 4 mm auf. Der mittlere Verbindungsabschnitt 103a weist eine Breite von 3 mm auf, und der äußere Verbindungsabschnitt 103b tritt in der Breitenrichtung von der Außenseite des mittleren Verbindungsabschnitts 103a entlang des gesamten Umfangs der Außenseite des mittleren Verbindungsabschnitts 103a 1 mm nach außen gerichtet hervor.The connecting section 103 has an outer dimension (seen in a plan view) of 122 mm × 122 mm and a width of 4 mm. The middle connecting section 103a has a width of 3 mm, and the outer connecting portion 103b occurs in the widthwise direction from the outside of the middle connecting portion 103a along the entire circumference of the outside of the central connecting portion 103a 1 mm outwards.

Bei der Herstellung der Einzelzelle mit angebrachtem Separator 101 einer Brennstoffzelle der vorliegenden Ausführungsform 5 wird wie in der oberen Zeichnung von 14 gezeigt eine unterseitige Hartlötmaterialschicht 105 mit einer bestimmten Breite (z.B. 4 mm) an der Unterseite des Separators 41 aus Metall entlang eines inneren Umfangsrandbereichs der Unterseite des Separators 41 aus Metall gebildet.In the production of the single cell with attached separator 101 a fuel cell of the present embodiment 5 is as shown in the upper drawing of 14 shown a bottom braze material layer 105 with a certain width (eg 4 mm) at the bottom of the separator 41 metal along an inner peripheral edge portion of the underside of the separator 41 made of metal.

Dann werden ein innerer Umfangsrandbereich der unterseitigen Hartlötmaterialschicht 105 und ein äußerer Umfangsrandbereich der Festelektrolytschicht 21 aufeinander gefügt und wird ähnlich wie im Fall von Ausführungsform 1 ein Hartlöten durchgeführt, wodurch die Einzelzelle mit angebrachtem Separator 101 erbracht wird.Then, an inner peripheral edge portion of the lower-side brazing material layer becomes 105 and an outer peripheral edge portion of the solid electrolyte layer 21 joined to each other, and similar to the case of Embodiment 1, a brazing is performed, whereby the single cell with attached separator 101 is provided.

Dadurch fließt bei der vorliegenden Ausführungsform 5 im Verlauf des Hartlötens überschüssiges Hartlötmaterial nach außen gerichtet entlang der unterseitigen Hartlötmaterialschicht 105, die der äußere Verbindungsabschnitt 103b werden soll, aus; daher ist es im Gegensatz zu der gängigen Praxis unwahrscheinlich, dass eine lokal hervortretende Hartlötmaterialpfütze gebildet wird. Daher ist es ähnlich wie im Fall von Ausführungsform 1 unwahrscheinlich, dass es zu einem Zellenriss kommt.Thereby, in the present embodiment, in the course of brazing, excess brazing material flows outward along the lower-side brazing material layer 105 that the outer connecting section 103b should be, off; therefore unlike current practice, it is unlikely that a locally protruding braze puddle will be formed. Therefore, similar to the case of Embodiment 1, it is unlikely that cell rupture will occur.

Versuchsbeispieletest Examples

Als nächstes werden Versuche, die durchgeführt wurden, um die Wirkungen der vorliegenden Erfindung zu überprüfen, beschrieben werden.Next, experiments conducted to examine the effects of the present invention will be described.

a) Versuchsbeispiel 1a) Experimental Example 1

Bei Versuchsbeispiel 1 wurden wie in 15(a) gezeigt mehrere Einzelzellen mit angebrachtem Separator, die jener der oben beschriebenen Ausführungsform 1 ähnlich waren, so als Versuchsprobenstücke hergestellt, dass sich die Probenstücke wie nachstehend in Tabelle 1 gezeigt hinsichtlich der Breite (T) des Hervortretens des Hartlötmaterials (d.h., der Breite des äußeren Verbindungsabschnitts) unterschieden.In experimental example 1 were like in 15 (a) 5, a plurality of single cells with attached separators similar to those of Embodiment 1 described above were fabricated as test specimens such that the specimens are shown in Table 1 as follows (T) of the protrusion of the brazing material (ie, the width of the outer joint portion ).

Wie in 15(a) gezeigt wies jedes Probenstück der Einzelzelle mit angebrachtem Separator einen Separator aus Metall (X1), eine Einzelzelle (X2), und einen äußeren Verbindungsabschnitt (X3) auf.As in 15 (a) As shown, each sample of the single cell with the separator attached had a separator made of metal (X1), a single cell (X2), and an external connection portion (X3).

Bei den Probenstücken der Zelle mit angebrachtem Separator glichen die anderen Abmessungen als die in Tabelle 1 gezeigten, d.h., die Abmessungen des Separators aus Metall, der Einzelzelle, des Verbindungsabschnitts, usw., jenen von Ausführungsform 1 (dies gilt auch für Tabelle 2 und 3).In the specimens of the cell with the separator attached, the dimensions other than those shown in Table 1, that is, the dimensions of the metal separator, the single cell, the connecting portion, etc., were the same as those of Embodiment 1 (this also applies to Tables 2 and 3) ).

Die Probenstücke wurden hinsichtlich der lokalen Bildung einer Hartlötmaterialpfütze untersucht. Die lokale Hartlötmaterialpfütze ist eine Hartlötmaterialpfütze mit einer Dicke, die gleich oder größer als jene der Einzelzelle ist. Die Ergebnisse der Untersuchung sind nachstehend in Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1 Probenstück Nr. Breite des Hervortretens des Hartlötmaterials (mm) lokale Bildung einer Hartlötmaterial-pfütze 1 0,15 ja 2 0,2 nein 3 0,5 nein 4 1,0 nein 5 2,0 nein 6 5,0 nein 7 10,0 nein The specimens were examined for local formation of a braze puddle. The local braze puddle is a braze puddle having a thickness equal to or greater than that of the single cell. The results of the investigation are given below in Table 1 shown. Table 1 Sample No. Width of protrusion of brazing material (mm) local formation of a braze puddle 1 0.15 Yes 2 0.2 No 3 0.5 No 4 1.0 No 5 2.0 No 6 5.0 No 7 10.0 No

Wie in Tabelle 1 gezeigt wurde bei einer Breite des Hervortretens des Hartlötmaterials von 0,15 mm lokal eine Hartlötmaterialpfütze gebildet; doch bei einer Breite des Hervortretens des Hartlötmaterials von 0,2 mm oder mehr wurde lokal keine Hartlötmaterialpfütze gebildet.As shown in Table 1, with a width of protrusion of the brazing material of 0.15 mm, a brazing material puddle was locally formed; but at a width of protrusion of the brazing material of 0.2 mm or more, no brazing material puddle was locally formed.

b) Versuchsbeispiel 2b) Experimental Example 2

Bei Versuchsbeispiel 2 wurden wie in 15(b) gezeigt mehrere Einzelzellen mit angebrachtem Separator mit Ausschnitten, die jener der oben beschriebenen Ausführungsform 2 ähnlich waren, so als Versuchsprobenstücke hergestellt, dass sich die Probenstücke wie nachstehend in Tabelle 2 und 3 gezeigt hinsichtlich der Breite der Ausschnitte (der Ausschnittbreite W) unterschieden.In Experimental Example 2, as in 15 (b) shown a plurality of single cells with attached separator having cutouts similar to those of Embodiment 2 described above, prepared as test specimens so that the specimens differed in the width of the cutouts (the cutout width W) as shown in Tables 2 and 3 below.

Wie in 15(b) gezeigt wies jedes Probenstück der Einzelzelle mit angebrachtem Separator einen Separator aus Metall (Y1), eine Einzelzelle (Y2), einen äußeren Verbindungsabschnitt (Y3), und Ausschnitte (Y4) auf.As in 15 (b) That is, each sample of the single cell with attached separator had a separator made of metal (Y1), a single cell (Y2), an outer connecting portion (Y3), and cutouts (Y4).

Genauer wiesen die Probenstücke eine feste Breite (T) des Hervortretens (z.B. 1 mm) des Hartlötmaterials und mehrere Ausschnitte, die die Ausschnittbreite W aufwiesen und entlang des gesamten Umfangs des Hartlötmaterials angeordnet waren, auf. Tabelle 2 zeigt die Versuchsergebnisse der Probenstücke, bei denen die gesamte Ausschnittbreite 50 % des gesamten Umfangs betrug, und Tabelle 3 zeigt die Versuchsergebnisse der Probenstücke, bei denen die gesamte Ausschnittbreite 30 % des gesamten Umfangs betrug.Specifically, the specimens had a fixed width (T) of protrusion (e.g., 1 mm) of the brazing material and a plurality of cutouts having the cutout width W and arranged along the entire circumference of the brazing material. Table 2 shows the test results of the test pieces in which the entire cutout width was 50% of the entire circumference, and Table 3 shows the test results of the test pieces in which the entire cutout width was 30% of the entire circumference.

Die Probenstücke wurden hinsichtlich der lokalen Bildung einer Hartlötmaterialpfütze untersucht. Die Ergebnisse der Untersuchung sind nachstehend in Tabelle 2 und 3 gezeigt. Tabelle 2 Probenstück Nr. Prozentsatz der gesamten Breite der Ausschnitte (%) Breite des Ausschnitts (mm) lokale Bildung einer Hartlötmaterial pfütze 8 50 0,5 nein 9 50 1 nein 10 50 5 nein 11 50 10 nein 12 50 15 nein 13 50 20 ja 14 50 25 ja Tabelle 3 Probenstück Nr. Prozentsatz der gesamten Breite der Ausschnitte (%) Breite des Ausschnitts (mm) lokale Bildung einer Hartlötmaterial pfütze 15 30 10 nein 16 30 20 nein 17 30 30 nein 18 30 35 ja 19 30 40 ja The specimens were examined for local formation of a braze puddle. The results of the study are shown in Tables 2 and 3 below. Table 2 Sample No. Percentage of the total width of the cutouts (%) Width of the section (mm) local formation of a brazing puddle 8th 50 0.5 No 9 50 1 No 10 50 5 No 11 50 10 No 12 50 15 No 13 50 20 Yes 14 50 25 Yes Table 3 Sample No. Percentage of the total width of the cutouts (%) Width of the section (mm) local formation of a brazing puddle 15 30 10 No 16 30 20 No 17 30 30 No 18 30 35 Yes 19 30 40 Yes

Wie in Tabelle 2 gezeigt wurde in dem Fall, in dem die gesamte Ausschnittbreite 50 % des gesamten Umfangs ausmachte, bei einer Ausschnittbreite W von weniger als 20 mm lokal keine Hartlötmaterialpfütze gebildet. Wie in Tabelle 3 gezeigt wurde in dem Fall, in dem die gesamte Ausschnittbreite 30 % des gesamten Umfangs ausmachte, bei einer Ausschnittbreite W von weniger als 35 mm lokal keine Hartlötmaterialpfütze gebildet.As shown in Table 2, in the case where the entire cut-out width was 50% of the entire circumference, a brazing material puddle was locally formed at a cutout width W of less than 20 mm locally. As shown in Table 3, in the case where the entire cut width was 30% of the entire circumference, no braze puddle was locally formed at a cutout width W of less than 35 mm.

Zusätzlich zu der obigen Untersuchung wurden die in Tabelle 2 und 3 angeführten Probenstücke mit unterschiedlichen Breiten des Hervortretens des Hartlötmaterials angefertigt und untersucht. In diesem Fall wurde bei einer Breite des Hervortretens des Hartlötmaterials von weniger als 0,2 mm eine lokale Hartlötmaterialpfütze gebildet.In addition to the above examination, the specimens shown in Tables 2 and 3 were prepared with different widths of protrusion of the brazing material and examined. In this case, with a brazing material protrusion width less than 0.2 mm, a local braze puddle was formed.

Es muss nicht erwähnt werden, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist, sondern in verschiedenen anderen Formen ausgeführt werden kann, ohne von dem Umfang und dem Geist der Erfindung abzuweichen.

  • (1) Zum Beispiel können die baulichen Merkmale der Ausführungsformen wie passend kombiniert werden, soweit dies möglich ist.
  • (2) Außerdem können die Abmessungen, die in der Beschreibung der Ausführungsformen auftauchen, wie passend abgeändert werden, ohne von dem Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Needless to say, the present invention is not limited to the above-described embodiments, but may be embodied in various other forms without departing from the scope and spirit of the invention.
  • (1) For example, the structural features of the embodiments may be appropriately combined as much as possible.
  • (2) In addition, the dimensions appearing in the description of the embodiments can be changed as appropriate without departing from the scope of the present invention.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Brennstoffzellenstapel fuel cell stack
77
Brennstoffzelle fuel cell
2121
Festelektrolytschicht Solid electrolyte layer
2323
Anodenschicht anode layer
2525
Kathodenschicht cathode layer
27, X2, Y227, X2, Y2
Einzelzelle single cell
41, X1, Y141, X1, Y1
Separator aus Metall Separator made of metal
51, 73, 83, 93, 10351, 73, 83, 93, 103
Verbindungsabschnitt connecting portion
51b, 73b, 93b, 103b, X3, Y351b, 73b, 93b, 103b, X3, Y3
äußerer Verbindungsabschnitt outer connection section
51c, 83c, 93c51c, 83c, 93c
innerer Verbindungsabschnitt inner connecting section
53, 71, 81, 91, 10153, 71, 81, 91, 101
Einzelzelle mit angebrachtem Separator Single cell with attached separator
55, 85, 95, 10555, 85, 95, 105
unterseitige Hartlötmaterialschicht bottom braze material layer
57, 87, 9757, 87, 97
oberseitige Hartlötmaterialschicht top side brazing material layer
5959
Al-Oxidfilm Al-oxide film
75, Y475, Y4
Ausschnitt neckline
42c42c
Phase, die Ti enthält Phase containing Ti
52b52b
Ti-Reaktionsphase Ti-reaction phase

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • JP 2010-207863 [0007] JP 2010-207863 [0007]
  • JP 3466960 [0007] JP 3466960 [0007]

Claims (8)

Einzelzelle einer Brennstoffzelle mit angebrachtem Separator, aufweisend: eine plattenartige Einzelzelle aufweisend eine Festelektrolytschicht, eine auf einer Seite der Festelektrolytschicht bereitgestellte Anodenschicht, und eine auf der anderen Seite der Festelektrolytschicht bereitgestellte Kathodenschicht; und einen rahmenartigen metallenen Separator, der mittels eines Hartlötmaterials auf eine solche Weise mit einem Außenrandbereich der Einzelzelle verbunden ist, dass er einen Umfang der Einzelzelle umgibt, wobei die Einzelzelle mit angebrachtem Separator dadurch gekennzeichnet ist, dass sie ferner als Verbindungsabschnitt einen inneren Verbindungsabschnitt, der aus dem Hartlötmaterial gebildet ist und in einer Draufsicht gesehen von einem Innenumfang eines Öffnungsbereichs des metallenen Separators entlang einer Oberfläche der Einzelzelle nach innen gerichtet hervortritt, und/oder einen äußeren Verbindungsabschnitt, der aus dem Hartlötmaterial gebildet ist und in einer Draufsicht gesehen von einem Außenumfang der Einzelzelle entlang einer Oberfläche des metallenen Separators nach außen gerichtet hervortritt, aufweist, wobei der Verbindungsabschnitt fortlaufend entlang wenigstens eines aus dem Innenumfang des metallenen Separators und dem Außenumfang der Einzelzelle verläuft und diesen umgibt.Single cell of a fuel cell with attached separator, comprising: a plate-like single cell comprising a solid electrolyte layer, an anode layer provided on one side of the solid electrolyte layer, and a cathode layer provided on the other side of the solid electrolyte layer; and a frame-like metal separator connected to an outer peripheral portion of the single cell by means of a brazing material in such a manner as to surround a periphery of the single cell; wherein the single cell with attached separator is characterized by further comprising, as a connecting portion, an inner connecting portion formed of the brazing material and facing inward from an inner periphery of an opening portion of the metal separator along a surface of the single cell, and / or an outer connection portion formed of the brazing material and protruding outwardly from an outer periphery of the single cell along a surface of the metal separator as seen in a plan view, wherein the connection portion continuously extends along and surrounds at least one of the inner periphery of the metal separator and the outer periphery of the single cell. Einzelzelle mit angebrachtem Separator nach Anspruch 1, wobei der innere Verbindungsabschnitt oder der äußere Verbindungsabschnitt einen Ausschnitt aufweist, und der Ausschnitt entlang des Umfangs eine Länge von 10 mm oder weniger aufweist. A single cell with attached separator according to claim 1, wherein the inner connecting portion or the outer connecting portion has a cutout, and the cutout along the circumference has a length of 10 mm or less. Einzelzelle mit angebrachtem Separator nach Anspruch 1 oder 2, wobei an der Oberfläche des metallenen Separators ein Al-Oxidfilm, der Ti enthält, gebildet ist; jener Teil der Oberfläche des Al-Oxidfilms, der mit dem Hartlötmaterial in Kontakt steht, von einer Phase, die Ti enthält, getrennt ist, und der andere Teil die Phase, die Ti enthält, aufweist; und eine Grenzfläche zwischen der Festelektrolytschicht und dem Hartlötmaterial eine Ti-Reaktionsphase aufweist.Single cell with attached separator according to claim 1 or 2, wherein on the surface of the metal separator, an Al oxide film containing Ti is formed; that part of the surface of the Al oxide film in contact with the brazing material is separated from a phase containing Ti, and the other part has the phase containing Ti; and an interface between the solid electrolyte layer and the brazing material has a Ti reaction phase. Einzelzelle mit angebrachtem Separator nach Anspruch 3, wobei der metallenen Separator Al und Ti enthält.A single cell with attached separator according to claim 3, wherein the metal separator contains Al and Ti. Einzelzelle mit angebrachtem Separator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Hartlötmaterial wenigstens eines aus Ag, Au, Pd, und Pt enthält.A single cell with attached separator according to any one of claims 1 to 4, wherein the brazing material contains at least one of Ag, Au, Pd, and Pt. Brennstoffzellenstapel, dadurch gekennzeichnet, dass er mehrere Einzelzellen mit angebrachtem Separator nach einem der Ansprüche 1 bis 5 aufweist.Fuel cell stack, characterized in that it comprises a plurality of individual cells with attached separator according to one of claims 1 to 5. Verfahren zur Herstellung einer Einzelzelle mit angebrachtem Separator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hartlötmaterial auf eine solche Weise auf einer Oberfläche wenigstens eines aus der Einzelzelle und dem metallenen Separator angeordnet wird, dass es in einer Draufsicht gesehen von einem Innenumfang des Öffnungsbereichs des metallenen Separators entlang einer Oberfläche der Einzelzelle nach innen gerichtet hervortritt, oder dass es in einer Draufsicht gesehen von einem Außenumfang der Einzelzelle entlang einer Oberfläche des metallenen Separators nach außen gerichtet hervortritt, und zum Hartlöten eine Wärmebehandlung in der Atmosphäre durchgeführt wird. A method for manufacturing a single cell with attached separator according to any one of claims 1 to 5, characterized in that a brazing material is arranged in such a manner on a surface of at least one of the single cell and the metal separator that it is seen in a plan view of an inner periphery of the opening portion of the metal separator protrudes inward along a surface of the single cell, or protruded outwardly from an outer periphery of the single cell along a surface of the metal separator in a plan view, and heat treatment in the atmosphere is performed for brazing. Verfahren zur Herstellung einer Einzelzelle mit angebrachtem Separator nach Anspruch 7, wobei ein Material, das Al und Ti enthält, verwendet wird, um den metallenen Separator zu bilden, und der metallene Separator vor dem Hartlöten einer Hitzebehandlung bei einer Temperatur von 700 °C bis 1200 °C in der Atmosphäre unterzogen wird.A method of manufacturing a single cell with attached separator according to claim 7, wherein a material containing Al and Ti is used to form the metal separator, and the metal separator is subjected to a heat treatment at a temperature of 700 ° C to 1200 before brazing ° C in the atmosphere.
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6667682B1 (en) * 2019-01-10 2020-03-18 日本碍子株式会社 Fuel cell
JP6591101B1 (en) * 2019-01-29 2019-10-16 日本碍子株式会社 Fuel cell
JP6986053B2 (en) * 2019-07-29 2021-12-22 日本碍子株式会社 Fuel cell
JP6934492B2 (en) * 2019-07-29 2021-09-15 日本碍子株式会社 Fuel cell
JP7112443B2 (en) * 2020-03-03 2022-08-03 森村Ｓｏｆｃテクノロジー株式会社 Electrochemical reaction cell stack
JP7194155B2 (en) * 2020-10-20 2022-12-21 森村Ｓｏｆｃテクノロジー株式会社 Electrochemical reaction cell stack
JP7317082B2 (en) * 2021-08-24 2023-07-28 森村Ｓｏｆｃテクノロジー株式会社 Electrochemical reaction single cell with separator and electrochemical reaction cell stack

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010207863A (en) 2009-03-10 2010-09-24 Nhk Spring Co Ltd Brazing filler metal for atmospheric joining, and joined body

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3466960B2 (en) * 1999-05-20 2003-11-17 東京瓦斯株式会社 Flat cell with holding thin frame and fuel cell using the same
JP2004039574A (en) * 2002-07-05 2004-02-05 Tokyo Gas Co Ltd Sealing material for low-temperature operation solid oxide fuel cell
JP2004146131A (en) * 2002-10-22 2004-05-20 Tokyo Gas Co Ltd Sealing structure and sealing method of solid oxide fuel cell
JP4334903B2 (en) * 2003-04-16 2009-09-30 東京瓦斯株式会社 Solid oxide fuel cell and method for producing the same
JP4027836B2 (en) * 2003-04-16 2007-12-26 東京瓦斯株式会社 Method for producing solid oxide fuel cell
JP2004349069A (en) * 2003-05-21 2004-12-09 Tokyo Gas Co Ltd Seal structure of solid oxide fuel cell and sealing method
JP2010021038A (en) * 2008-07-11 2010-01-28 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Solid oxide fuel cell stack
JP5544106B2 (en) * 2009-03-24 2014-07-09 新日鐵住金ステンレス株式会社 Al-containing heat-resistant ferritic stainless steel for fuel cells and method for producing the same
JP5645417B2 (en) * 2010-02-12 2014-12-24 新日鐵住金ステンレス株式会社 Al-containing ferritic stainless steel with excellent oxidation resistance and electrical conductivity
JP5812780B2 (en) * 2011-09-20 2015-11-17 住友精密工業株式会社 Cell stack for fuel cell
JP5432231B2 (en) * 2011-11-21 2014-03-05 日本特殊陶業株式会社 Joining member for solid oxide fuel cell

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010207863A (en) 2009-03-10 2010-09-24 Nhk Spring Co Ltd Brazing filler metal for atmospheric joining, and joined body

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