KR101918373B1

KR101918373B1 - 금속판 부착 단셀, 연료전지 스택 및 금속판 부착 단셀의 제조방법

Info

Publication number: KR101918373B1
Application number: KR1020167016172A
Authority: KR
Inventors: 야스오 오쿠야마; 마코토 구리바야시; 에츠야 이케다
Original assignee: 니혼도꾸슈도교 가부시키가이샤
Priority date: 2013-12-20
Filing date: 2014-12-17
Publication date: 2018-11-13
Also published as: EP3086393A4; CA2933149A1; EP3086393A1; CA2933149C; CN105900273A; US10186715B2; DK3086393T3; US20160359175A1; EP3086393B1; KR20160088370A; CN105900273B; JP6014278B2; JPWO2015093523A1; WO2015093523A1

Abstract

본 발명의 일측면의 금속판 부착 단셀은 고체 전해질과, 상기 고체 전해질의 일방의 면에 설치된 연료극과, 상기 고체 전해질의 타방의 면에 설치된 공기극을 구비한 연료전지의 단셀과, 상기 단셀에 대해서, 납땜재에 의해서 접합된 금속판을 구비한다. 상기 금속판은 Ti:0.05∼1질량％와 Al:2∼10질량％를 함유하고, 당해 금속판의 표면에 Al과 Ti을 포함하는 산화물층을 가짐과 아울러, 당해 산화물층의 표면에 Ti을 포함하지 않는 Al산화물 피막을 가지며, 상기 Al산화물 피막의 표면 중, 상기 납땜재와 접하는 표면은 Ti을 포함하는 상과 이간하고, 또한, 다른 표면은 Ti을 포함하는 상을 가지며, 상기 고체 전해질과 상기 납땜재의 계면에는 Ti반응상을 더 가진다.

Description

금속판 부착 단셀, 연료전지 스택 및 금속판 부착 단셀의 제조방법{SINGLE CELL WITH METAL PLATE, FUEL CELL STACK, AND METHOD FOR PRODUCING SINGLE CELL WITH METAL PLATE}

(관련 출원의 상호 참조)

본 국제출원은 2013년 12월 20일에 일본국 특허청에 출원된 일본국 특허출원 제2013-264204호에 의거하는 우선권을 주장하는 것이며, 일본국 특허출원 제2013-264204호의 전체 내용을 참조에 의해 본 국제출원에 원용한다.

본 발명은 연료전지의 연료극 및 공기극을 가지는 고체 전해질과 금속판을 구비한 금속판 부착 단셀, 이 금속판 부착 단셀을 복수 구비한 연료전지 스택 및 금속판 부착 단셀의 제조방법에 관한 것이다.

종래부터, 연료전지로서 고체 전해질(고체 산화물)을 이용한 고체 산화물형 연료전지(이하 「SOFC」라고 부르기도 한다)가 알려져 있다.

이 SOFC로서는, 예를 들면 판 형상의 고체 전해질의 각 면에 연료극과 공기극을 구비한 단셀을 다수 적층하여 연료전지 스택을 형성한 것이 제조되고 있다.

이 SOFC에서는 연료극에 연료 가스를 공급함과 아울러, 공기극에 공기를 공급하고, 연료 가스 속의 수소 및 공기 속의 산소를 고체 전해질을 통하여 화학반응시킴으로써 전력을 발생시키고 있다.

또한, 상술한 SOFC에서는 연료 가스의 유로(연료 유로)와 공기의 유로(공기 유로)를 분리하기 위해서, 스테인리스 등의 금속제인 판 형상의 세퍼레이터(즉 금속제 세퍼레이터)가 사용되고 있는 것이 있다. 상세하게는 평면에서 보는 것(이하, 평면시(平面視)라고 하는 일도 있다)이 직사각형인 단셀과, 단셀의 주위를 둘러싸는 4각 프레임 형상의 금속제 세퍼레이터를 납땜에 의해서 접합하여 단셀과 금속제 세퍼레이터가 일체로 된 세퍼레이터 부착 단셀을 형성하는 기술이 알려져 있다.

또한, 하기 특허문헌 1에는 표면을 알루미나화한 금속 부재와 세라믹을 접합하는 밀봉 부재로서 Ag-Cu0, Ag-V₂O₅, Pt-Nb₂O₅와 같은 금속 산화물과 귀금속의 혼합물로 이루어지는 납땜재를 이용하는 기술이 개시되어 있다.

또한, 하기 특허문헌 2에는 금속 부재와 세라믹을 Ti을 첨가한 Ag납땜재를 이용하여 납땜하는 기술이 개시되어 있다.

특허문헌 1: 일본국 특허 제4486820호 공보 특허문헌 2: 일본국 특개2007-331026호 공보

그러나 상술한 종래 기술에서는 하기와 같은 문제가 있으며, 그 개선이 요구되고 있다.

구체적으로는, 종래 기술에서는 금속 부재와 그 표면의 Al산화물 피막(알루미나 피막)의 열망(熱望) 팽창차에 의해서, 열 사이클이 가해지면 알루미나 피막이 벗겨지는 일이 있었다.

또한, 금속 부재 표면의 알루미나 피막의 납땜재에 대한 습윤성이 나쁘기 때문에 납땜재의 접합 강도가 낮다(약하다)고 하는 문제가 있다.

또한, 고체 전해질에 대해서도 납땜재의 습윤성은 나쁘기 때문에 납땜재와 단셀의 고체 전해질의 접합 강도가 낮다고 하는 문제가 있었다.

즉, 종래에서는 연료전지의 단셀에 금속판을 접합할 때에 전체적으로 접합 강도가 낮다고 하는 문제가 있었다.

본 발명의 일측면에서는 금속판과 단셀 사이의 접합 강도가 높은 금속판 부착 단셀, 연료전지 스택 및 금속판 부착 단셀의 제조방법을 제공하는 것이 바람직하다.

(1) 본 발명의 제 1 국면의 금속판 부착 단셀은 고체 전해질과, 상기 고체 전해질의 일방의 면에 설치된 연료극과, 상기 고체 전해질의 타방의 면에 설치된 공기극을 구비한 연료전지의 단셀과, 상기 단셀에 대해서, 적어도 상기 고체 전해질과 접하도록 납땜재에 의해서 접합된 금속판을 구비한 금속판 부착 단셀에 있어서, 상기 금속판은 Ti:0.05∼1질량％와 Al:2∼10질량％를 함유하는 것이고, 당해 금속판의 표면에 Al과 Ti을 포함하는 산화물층을 가짐과 아울러, 당해 산화물층의 표면에 Ti을 포함하지 않는 Al산화물 피막을 가지며, 상기 Al산화물 피막의 표면 중, 상기 납땜재와 접하는 표면은 Ti을 포함하는 상(相)과 이간하고, 또한, 다른 표면은 Ti을 포함하는 상을 가지며, 상기 고체 전해질과 상기 납땜재의 계면에는 Ti반응상을 더 가진다.

제 1 국면의 금속판 부착 단셀(예를 들면 고체 산화물형 연료전지의 단셀)에서는 Ti과 Al을 함유하는 금속판과 Al산화물 피막의 사이에 Al과 Ti을 포함하는 산화물층(즉 금속판의 열팽창 계수와 Al산화물 피막의 열팽창 계수 사이의 열팽창 계수를 가지는 산화물층)을 구비하고 있으므로, 이 Al과 Ti을 포함하는 산화물층이 열팽창 완충층으로서 기능한다. 따라서, 금속판과 Al산화물 피막의 계면 밀착 강도(접합 강도)가 향상된다.

또한, 제 1 국면의 금속판 부착 단셀에서는 Al산화물 피막의 표면(외측)에 Ti을 포함하는 상을 구비하고 있으므로, 납땜 접합시에 납땜재의 습윤성이 좋아진다. 따라서, Al산화물 피막과 납땜재의 접합 강도가 향상된다.

또한, 금속판과 단셀을 납땜 접합할 때에는 Al산화물 피막의 외측에 형성된 Ti을 포함하는 상 속의 Ti은 납땜재 속으로 확산함과 아울러, 또한, 고체 전해질측으로 확산하며, 그곳에서 고체 전해질의 표면에 Ti반응상이 형성된다. 그것과 동시에, 납땜재의 성분(예를 들면 Ag)이 고체 전해질측을 침식하여 고체 전해질 속으로 잠입하기 때문에 납땜재와 고체 전해질의 접합 강도가 향상된다.

또한, 납땜시에는 Al산화물 피막과 납땜재의 계면에 있었던 Ti을 포함하는 상은 Ti이 납땜재 속으로 확산함으로써 없어진다. 이 Ti은 산화나 환원 등의 분위기에 노출되면 변화하기 쉽기 때문에, Ti이 Al산화물 피막과 납땜재의 계면으로부터 없어지는 것에 의해 Al산화물 피막과 납땜재의 접합 강도가 향상된다.

또한, 납땜재와 고체 전해질 계면의 Ti반응상은 10∼500㎚인 경우에는 Ti이 산화나 환원으로 변화해도 영향이 적으며, 게다가, 납땜재의 성분이 고체 전해질로 잠입하여 있음으로써 높은 접합 강도를 유지하는 것이 가능하다.

여기서, 납땜재와 고체 전해질의 계면의 Ti반응상은 층을 형성하고 있지 않은 것이 Ti이 산화나 환원으로 변화해도 영향이 적기 때문에 접합 강도가 높고 매우 적합하다.

이와 같이, 제 1 국면의 금속판 부착 단셀에서는 상술한 구성에 의해서, 금속판과 단셀의 전체적으로서의 접합 강도가 향상된다고 하는 현저한 효과를 이룬다.

이하, 각 구성에 대해서 상세하게 설명한다.

상기 Ti과 Al을 함유하는 금속판으로서는 Fe을 주된 성분으로 하는 예를 들면 스테인리스강 등을 이용할 수 있으며, 이 금속판 속의 Ti으로서는 0.05∼1질량％의 범위, Al으로서는 2∼10질량％의 범위를 채용할 수 있다.

또한, Ti이 0.05질량％ 미만인 경우에는 납땜재의 습윤성 향상의 효과가 충분하지 않으며, 한편, 1질량％를 상회할 경우에는 내산화성이 저하된다. 또한, Al이 2질량％ 미만인 경우에는 Al산화물 피막이 형성되기 어려우며, 한편, 10질량％를 상회할 경우에는 경도가 너무 높게 되므로 균열하기 쉬워 가공하기 어렵다.

상기 Al과 Ti을 포함하는 산화물층이란, 복합상으로 이루어지는 산화 피막의 것이며, 예를 들면 Al₂O₃(알루미나)로 이루어지는 산화물층의 내부에 Ti이 점재하고 있는 상태를 들 수 있다.

상기 Al산화물 피막으로서는, 예를 들면, 알루미나로 이루어지는 산화물 피막을 들 수 있다.

상기 Ti을 포함하는 상으로서는, 금속판으로부터 Al산화물 피막의 외측으로 확산한 Ti산화물과 같은 구성을 들 수 있다.

상기 Ti반응상이란, Ti과 고체 전해질이 반응한 결정상의 것이며, 구체적으로는 예를 들면, Ti이 Sr, Ca, Y, Sc, Gd, Sm과 같은 고체 전해질을 형성하는 원소와 반응하여 형성하는 복합 산화물상과 같은 구성을 들 수 있다.

(2) 본 발명의 제 2 국면의 금속판 부착 단셀에서는, 상기 금속판은 상기 연료극측의 공간과 상기 공기극측의 공간을 분리하는 세퍼레이터라도 좋다.

제 2 국면의 금속판 부착 단셀에서는 금속판의 구체적인 예를 나타내고 있으며, 이 세퍼레이터(금속제 세퍼레이터)에 의해서, 연료극측과 공기극측을 분리할 수 있다.

(3) 본 발명의 제 3 국면의 금속판 부착 단셀에서는, 상기 납땜재는 Ag, Au, Pd, Pt 중, 적어도 1종을 포함하고 있어도 좋다.

제 3 국면의 금속판 부착 단셀에서는, 납땜재로서 Ag, Au, Pd, Pt을 포함하는 재료(예를 들면 이들의 금속을 주된 성분으로 하는 납땜재)를 사용하므로, 예를 들면 대기 중에서 납땜하는 경우라도 산화 부식을 발생시키기 어렵다고 하는 이점이 있다.

또한, 납땜재로서는, 예를 들면 Ag-CuO, Ag-Cr₂O₃, Ag-Al₂O₃, Al-SiO₂와 같은 Ag과 산화물의 혼합체나, Ag-Ge-Cr, Ag-Al, Ag-In과 같은 Ag과 다른 금속의 합금 등을 채용할 수 있다.

(4) 본 발명의 제 4 국면의 연료전지 스택은 상기 제 1∼제 3 국면의 어느 하나에 기재된 금속판 부착 단셀을 복수 구비하고 있다.

제 4 국면의 연료전지 스택(예를 들면 고체 산화물형 연료전지 스택)은 상술한 금속판 부착 단셀을 사용하고 있으므로, 금속판과 단셀의 접합성이 높으며, 따라서, 제품의 내구성이 높다고 하는 효과가 있다.

(5) 본 발명의 제 5 국면의 금속판 부착 단셀의 제조방법은 상기 제 1∼제 3 국면의 어느 하나에 기재된 금속판 부착 단셀의 제조방법으로서, 상기 납땜재에 의한 접합 전에 상기 금속판을 900℃ 이상(더욱 바람직하게는 950℃ 이상) 1200℃ 이하의 범위에서 열처리한다.

제 5 국면의 금속판 부착 단셀의 제조방법에서는 Al과 Ti을 함유하는 금속판을 납땜의 전에 산소 분위기하(예를 들면 대기하)에서 소정 온도로 열처리하므로, 금속판의 표면에 제 1 국면의 금속판 부착 단셀과 같이, Al과 Ti을 포함하는 산화물층과, 그 산화물층 표면의 Al산화물 피막과, Al산화물 피막 표면의 Ti을 포함하는 상을 형성할 수 있다.

따라서, 이와 같은 표면 구조를 구비한 금속판을 이용하여 금속판 부착 단셀을 제조함으로써, 상술한 바와 같이, 높은 접합 강도를 가지는 금속판 부착 단셀을 얻을 수 있다고 하는 현저한 효과를 이룬다.

또한, 열처리하는 온도가 900℃를 하회하면, Al산화물 피막의 표면에 Ti을 포함하는 상이 형성되기 어려워진다. Al산화물 피막의 표면에 Ti을 포함하는 상을 어느 정도 이상 형성시키기 위해서는 950℃ 이상이 더욱 바람직하다. 한편, 1200℃를 상회하면, Al과 Ti을 포함하는 산화물층에 있어서 Ti이 과잉으로 되고, 층이 형성되게 된다. 그로 인해, 그 Ti과잉인 층에서 벗겨지기 쉬워진다.

또한, 납땜시에는 예를 들면 대기하에서, 예를 들면 800℃ 이상 1200℃ 이하의 범위에서 가열할 수 있지만, 납땜의 온도는 납땜재의 용융 온도에 따라서 적절하게 선택할 수 있다.

도 1은 실시예 1의 연료전지 스택을 나타내는 사시도이다.
도 2는 실시예 1의 연료전지 스택을 적층 방향으로 파단하여 나타내는 설명도이다.
도 3은 실시예 1에 있어서의 연료전지 셀을 적층 방향으로 파단하여 나타내는 설명도이다.
도 4는 실시예 1의 금속판 부착 단셀을 분해하여 나타내는 사시도이다.
도 5는 실시예 1의 금속판 부착 단셀을 일부 파단하고, 그 상면측을 나타내는 상면도이다.
도 6은 실시예 1의 금속판 부착 단셀을 적층 방향으로 파단하고, 그 접합부의 주변을 확대하여 모식적으로 나타내는 설명도이다.
도 7a∼도 7c는 실시예 1의 금속판 부착 단셀의 제조방법을 나타내는 설명도이다.
도 8은 단셀의 상면측에 도포된 납땜재층을 나타내는 설명도이다.
도 9는 실시예 1의 금속판 부착 단셀의 제조방법 중, 납땜의 구체적인 작업 내용을 나타내는 설명도이다.
도 10은 실시예 2의 금속판 부착 단셀을 적층 방향으로 파단하고, 그 접합부의 주변을 확대하여 모식적으로 나타내는 설명도이다.
도 11은 실시예 3의 금속판 부착 단셀을 적층 방향으로 파단하고, 그 접합부의 주변을 확대하여 모식적으로 나타내는 설명도이다.
도 12는 실험에 이용하는 금속판 부착 단셀을 적층 방향으로 파단하고, 그 접합부의 주변을 확대함과 아울러, 관찰 개소(A∼C)를 나타내는 설명도이다.
도 13a∼도 13b는 실험예 1에 있어서, 도 13a는 관찰 개소(A)에 있어서의 SEM 화상을 나타내는 사진, 도 13b는 동일 개소(A)에 있어서의 EPMA 원소 매핑을 나타내는 사진이다.
도 14a∼도 14b는 실험예 1에 있어서, 도 14a는 관찰 개소(B)에 있어서의 TEM 화상을 나타내는 사진, 도 14b는 동일 개소(B)에 있어서의 EDX 원소 매핑을 나타내는 사진이다.
도 15a∼도 15b는 실험예 1에 있어서, 도 15a는 관찰 개소(C)에 있어서의 TEM 화상을 나타내는 사진, 도 15b는 동일 개소(C)에 있어서의 EDX 원소 매핑을 나타내는 사진이다.
도 16a∼도 16b는 도 15a에 있어서의 EDX 라인 분석을 나타내며, 도 16a는 분석 위치를 나타내는 사진, 도 16b는 분석 결과를 나타내는 그래프이다.

다음에, 본 발명을 실시하기 위한 형태(실시예)로서 금속판 부착 단셀, 그 금속판 부착 단셀을 복수 구비한 연료전지 스택 및 금속판 부착 단셀의 제조방법의 실시예에 대해서 설명한다. 또한, 이하의 실시예에서는 연료전지로서 고체 산화물형 연료전지를 예로 들어 설명한다.

실시예 1

a) 우선, 본 실시예 1의 고체 산화물형 연료전지의 단셀을 구비한 고체 산화물형 연료전지 스택에 대해서 설명한다. 또한, 이하에서는 「고체 산화물형」을 생략한다.

도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 본 실시예 1의 연료전지 스택(1)은 연료 가스(예를 들면 수소: F)와 산화제 가스[예를 들면 공기(상세하게는 공기 속의 산소): O]의 공급을 받아서 발전하는 장치이다. 또한, 이하에서는 도 1 및 도 2에 있어서의 상하를 연료전지 스택(1)에 있어서의 상하로서 설명한다.

이 연료전지 스택(1)은 양 도면의 상하 방향에 배치된 엔드 플레이트(3, 5)와, 그 사이에 배치된 층 형상의 연료전지 셀(7)이 적층된 것이다. 엔드 플레이트 (3, 5) 및 각 연료전지 셀(7)에는 그들을 적층 방향(양 도면의 상하 방향)으로 관통하는 복수(예를 들면 10개)의 관통 구멍(9)이 설치되고, 그 관통 구멍(9)에 배치된 각 볼트(11)와 볼트(11)에 나사 결합하는 너트(13)에 의해서, 엔드 플레이트(3, 5)와 각 연료전지 셀(7)이 일체로 고정되어 있다.

또한, 이하에서는 설명을 용이하게 하기 위해서 4층의 연료전지 셀(7)이 적층된 예를 들어 설명한다.

상기 엔드 플레이트(3, 5)는 적층되는 연료전지 셀(7)을 압압하여 유지하는 유지판이며, 연료전지 셀(7)로부터의 전류의 출력 단자이기도 하다. 한편, 상기 연료전지 셀(7)은 이하에 서술하는 바와 같이, 연료 가스와 공기의 공급을 받아 발전하는 발전 단위이다.

b) 다음에, 연료전지 셀(7)의 구성에 대해서 상세하게 설명한다.

도 3에 나타내는 바와 같이, 연료전지 셀(7)은 이른바 연료극 지지막형 타입의 구조를 가진다.

이 연료전지 셀(7)은 박막의 고체 전해질층(21)과, 그 일방의 측(동일 도면 하방: 이하에서는 하면측으로 기재한다)에 형성된 연료극층(애노드, 23)과, 타방의 측(동일 도면 상방: 이하에서는 상면측으로 기재한다)에 형성된 박막의 공기극층(캐소드, 25)을 구비한다. 이하에서는, 고체 전해질층(21)과 연료극층(23)과 공기극층(25)으로 이루어지는 일체로 적층된 부재를 단셀(27)로 부른다. 또한, 단셀 (27)의 공기극층(25)측에는 공기 유로(29)가 설치되고, 연료극층(23)측에는 연료 유로(31)가 설치되어 있다.

또한, 연료전지 셀(7)은 단셀(27)에 더불어서 상하 1쌍의 인터 커넥터(33, 35)와 공기극층(25)측의 판 프레임 형상의 공기극 프레임(37) 및 절연 프레임(39)과, 단셀(27)의 외주 가장자리부의 상면에 접합하여 공기 유로(29)와 연료 유로(31)를 차단하는 판 프레임 형상의 금속제 세퍼레이터(41)와, 연료극층(23)측에 배치된 판 프레임 형상의 연료극 프레임(43)을 구비하고 있으며, 그들이 적층되어 일체로 구성되어 있다.

또한, 평면시로, 연료전지 셀(7)의 4각 프레임 형상의 외주 부분에는 각 볼트(11)가 삽입되는 관통 구멍(9)이 형성되어 있다. 여기서, 「평면시」란, 상기 적층 방향에서 본 상태를 나타내는 것이다(이하 동일).

이하, 각 구성에 대해서 설명한다.

공기극층(25)으로서는 페로브스카이트계 산화물[예를 들면 LSCF(란탄 스트론튬 코발트철산화물), LSM(란탄 스트론튬 망간 산화물)] 등을 사용할 수 있다.

고체 전해질층(21)으로서는 YSZ(이트리아 안정화 지르코니아), ScSZ(스칸디아 안정화 지르코니아), LSGM(란탄 스트론튬 마그네슘 갈레이트), SDC(사마륨 도프 세리아), GDC(가돌리늄 도프 세리아), 페로브스카이트계 산화물 등의 재료를 사용할 수 있다.

연료극층(23)으로서는 금속이 바람직하고, Ni 및 Ni과 세라믹의 서멧 (cermet)이나 Ni기 합금을 사용할 수 있다.

인터 커넥터(33, 35)는 단셀(27) 사이의 도통을 확보하고, 또한, 단셀(27) 사이에서의 가스의 혼합을 방지하는 것이며, 도전성을 가지는 판재(예를 들면 스테인리스강 등의 금속판)이다.

이 인터 커넥터(33, 35)의 상면측에는 연료극층(23)에 접촉하는 연료극측 집전체(45)가 일체로 형성되고, 하면측에는 공기극층(25)에 접촉하는 공기극측 집전체(47)가 일체로 형성되어 있다.

공기극 프레임(37)은 금속제인 사각형의 프레임체이며, 중앙부에는 공기 유로(29)로서 이용되는 개구부(37a)를 가지고 있다. 공기극 프레임(37)으로서는, 예를 들면 스테인리스강 등을 사용할 수 있다.

절연 프레임(39)은 인터 커넥터(33, 35) 사이를 절연하는 사각형의 프레임체이며, 그 중앙부에는 공기 유로(29)로서 이용되는 개구부(39a)를 가지고 있다. 또한, 절연 프레임(39)으로서는, 예를 들면 알루미나 등의 세라믹스나, 마이카, 버미큘라이트 등을 사용할 수 있다.

금속제 세퍼레이터(41)는 나중에 상세히 서술하지만, 개구부(41a)를 가지는 사각형의 프레임체이며, 내열성을 가지는 금속제의 박판이다.

이 금속제 세퍼레이터(41)는 단셀(27)의 고체 전해질층(21)의 외주 가장자리부에 접합부(51)에 의해서 접합되어 있으며, 공기와 연료 가스가 혼합되지 않도록 공기 유로(29)와 연료 유로(31)를 분리하고 있다. 또한, 금속제 세퍼레이터(41)가 접합된 단셀(27)을 금속판 부착 단셀(53)로 부른다.

연료극 프레임(43)은 절연성을 가지는 사각형의 프레임체이며, 중앙부에는 연료 유로(31)로서 이용되는 개구부(43a)를 가지고 있다. 연료극 프레임(43)으로서는, 예를 들면 절연 프레임(39)과 동일한 재료를 사용할 수 있다.

c) 다음에, 본 실시예의 주요부인 금속판 부착 단셀(53)에 대해서 상세하게 설명한다.

도 4 및 도 5에 나타내는 바와 같이, 금속판 부착 단셀(53)을 구성하는 금속제 세퍼레이터(41)와 단셀(27)은 평면 도형에 있어서의 무게 중심인 면적 중심이 일치하도록, 또한, 세로ㆍ가로의 각 변이 평행이 되도록 배치되고, 접합부(51)에 의해서 일체로 접합되어 있다.

이 중, 금속제 세퍼레이터(41)의 외형 치수(평면시)는 세로 180㎜×가로 180㎜이며, 그 폭은 30㎜이고, 한편, 단셀(27)의 외형 치수(평면시)는 세로 120㎜×가로 120㎜이다.

상기 금속제 세퍼레이터(41)는 두께 0.02∼0.5㎜(예를 들면 0.1㎜)의 박판이다. 이 금속제 세퍼레이터(41)의 재료로서는, 예를 들면 18Cr-Al-Ti스테인리스강을 채용할 수 있다. 또한, Al의 비율로서는 2∼10질량％의 범위를 채용할 수 있으며, Ti의 비율로서는 0.05∼1질량％의 범위를 채용할 수 있다.

상기 접합부(51)는 금속제 세퍼레이터(41)의 하면측(도 5의 이면측)에 있어서의 개구부(41a)를 따른 내주 가장자리부와, 단셀(27)의 상면측(도 5의 표면측)에 있어서의 외주 가장자리부의 사이에 배치된 4각 프레임 형상의 납땜재로 이루어지는 접합 부분이며, 그 외형 치수(평면시)는 세로 120㎜×가로 120㎜이며, 폭이 3㎜, 두께가 10∼80㎛이다.

또한, 접합부(51)의 내주와 개구부(41a)의 내주의 사이에는 약간의(예를 들면 0.05∼1.5㎜ 정도의) 틈새가 있어도 좋다. 또한, 접합부(51)의 외주와 단셀(27)의 외주의 사이에는 약간의(예를 들면 0.05∼1.5㎜ 정도의) 틈새가 있어도 좋다.

또한, 접합부(51)를 구성하는 납땜재로서는 대기 납땜할 때에 산화 부식이 발생하기 어려운, 예를 들면 Ag, Au, Pd, Pt의 적어도 1개의 재료를 포함하는 각종의 납땜재를 채용할 수 있다.

예를 들면 Ag을 주된 성분으로 하는 납땜재로서는 예를 들면, Ag과 산화물의 혼합체, 예를 들면 Ag-Ag₂O₃, Ag-CuO, Ag-Cr₂O₃, Ag-SiO₂ 등을 사용할 수 있다. 또한, Ag과 다른 금속의 합금, 예를 들면 Ag-Ge-Cr, Ag-Al 등을 사용할 수 있다.

특히 본 실시예 1에서는, 금속판 부착 단셀(53)은 도 6에 나타내는 구조를 가지고 있다.

구체적으로는, 금속제 세퍼레이터(41)는 금속제 세퍼레이터(41)의 베이스가 되는 중심 부분의 기판부(55)와, 기판부(55)의 표면을 덮는 표면 구조(57)를 가지고 있다.

기판부(55)는 Fe을 주된 성분으로 하여 Al과 Ti을 함유하는 두께 0.02∼0.5㎜의 판 형상 부분이다. 또한, 표면 구조(57)는 중심측으로부터 Al과 Ti을 포함하는 산화물층(59)과, Al산화물 피막(61)과, Ti을 포함하는 상(63)을 가지고 있다.

이 표면 구조(57) 중, Al과 Ti을 포함하는 산화물층(59)은 Al₂O₃(알루미나)로 이루어지는 산화물층의 내부에 Ti이 점재하고 있는 복합상이며, Ti이 층을 형성하고 있지 않다.

또한, Al산화물 피막(61)이란 알루미나 피막이며, 그 속에는 Ti은 포함되어 있지 않다.

또한, Ti을 포함하는 상(63)이란 Ti이 산화물 혹은 금속 상태로 점재하는 입자와 같은 구성이다. 또한, 이 Ti을 포함하는 상(63)은 납땜재[즉 접합부(51)]와 접하는 부분에는 형성되어 있지 않다.

또한, 접합부(51)는 금속제 세퍼레이터(41)측에 있어서의 Al산화물 피막(61)과 접하는 메인 접합부(65)와, 고체 전해질층(21)에 접하는 Ti반응상(67)으로 이루어진다.

이 중, 메인 접합부(65)는 7.5체적％의 Al₂O₃를 포함하는 Ag납땜재로 이루어진다.

또한, Ti반응상(67)이란, Ti과 고체 전해질이 반응한 결정상이다. 또한, Ti반응상(67)의 두께는 10∼500㎚(예를 들면 200㎚)이다.

이와 같이, 본 실시예 1에서는 금속제 세퍼레이터(41)는 기판부(55)의 표면에 Al과 Ti을 포함하는 산화물층(59)을 가짐과 아울러, 그 산화물층(59)의 표면에 Al산화물 피막(61)을 가진다. 게다가, 그 Al산화물 피막(61)의 표면 중, 납땜재와 접하는 표면은 Ti을 포함하는 상(63)과 이간하고, 또한, 다른 표면은 Ti을 포함하는 상(63)을 가진다. 또한, 고체 전해질층(21)과 납땜재의 계면에는 Ti반응상(67)을 가진다.

d) 다음에, 연료전지의 금속판 부착 단셀(53)의 제조방법에 대해서 설명한다.

우선, 주지하는 바와 같이, 연료극층(23)용의 그린 시트의 일방의 표면에, 고체 전해질층(21)용의 그린 시트를 붙여서 적층체를 형성하고, 이 적층체를 소성한다. 그 후, 소성 후의 적층체의 고체 전해질층(21)의 표면에 공기극층(25)이 되는 재료를 인쇄하고, 소성하여 단셀(27)을 제조한다.

한편, 도 7a에 나타내는 바와 같이, 예를 들면 18Cr-Al-Ti스테인리스강으로 이루어지는 금속판을 펀칭하여 기판부(55)를 제조한다.

그리고 이 기판부(55)를 대기 중에서 900∼1200℃(예를 들면 1000℃)로 1∼8시간(예를 들면 5시간) 가열하고(열처리하고), 자연 냉각한다.

이것에 의해서, 기판부(55)의 표면에는 도 7b에 나타내는 바와 같이, 상술한 Al과 Ti을 포함하는 산화물층(59)과 Al산화물 피막(61)과 Ti을 포함하는 상(63)이 적층된 표면 구조(57)가 형성된다.

다음에, 도 7c에 나타내는 바와 같이, 페이스트 형상의 Ag납땜재(8체적％의 Al₂O₃를 포함하는 Ag납땜재)를 이용하여 스크린 인쇄에 의해서, 고체 전해질층(21)의 상면의 외주 가장자리부(도 8 참조)에 4각 프레임 형상의 납땜재층(69)을 형성한다. 또한, 이 납땜재층(69)의 외형 치수(평면시)는 세로 122㎜×가로 122㎜이며, 그 폭은 2∼6㎜의 범위의 것(예를 들면 4㎜)이고, 두께는 10∼100㎛의 범위의 것(예를 들면 30㎛)이다.

또한, 납땜재층(69)의 외주와 단셀(27)의 외주의 사이에 약간의(예를 들면 0.05∼1.5㎜의) 틈새가 있어도 좋다.

다음에, 상술한 바와 같이 납땜재층(69)을 형성한 단셀(27)의 상면측으로부터 금속제 세퍼레이터(41)를 꽉 누른다.

그리고 하기와 같이, 소정의 납땜 온도로 가열하여 납땜을 실시한다.

상세하게는 도 9에 나타내는 바와 같이, 예를 들면 알루미나로 이루어지는 기대(基台, 71) 위에 4각 프레임 형상의 예를 들면 알루미나 펠트로 이루어지는 내열 완충재(73)를 깔고, 그 위에 [사이에 납땜재층(69)을 끼워 넣은]금속제 세퍼레이터(41)와 단셀(27)을 금속제 세퍼레이터(41)를 아래로 하여 배치한다.

또한, 단셀(27)의 위에 동일한 내열 완충재(75)를 깔고, 그 위에 분동(77)을 얹어 20∼500g/㎠(2㎪∼50㎪)의 하중(예를 들면 300g/㎠)을 가한다.

그리고 800∼1200℃(예를 들면 1000℃)로 0.1∼8.0시간(예를 들면 1시간) 가열하여 납땜재를 용융시키고, 그 후 냉각하여 고체화시켜서 납땜을 실시한다.

이 납땜시의 가열에 의해서, 금속제 세퍼레이터(41)의 최표면(最表面)의 Ti을 포함하는 상(63) 속의 Ti은 납땜재 속으로 확산하여 이동한다. 따라서, 금속제 세퍼레이터(41)의 표면 중, 접합부(51)와 접하는 부분에는 Ti을 포함하는 상(63)은 존재하지 않는다(즉 Ti은 존재하지 않는다). 또한, 납땜재 속으로 이동한 Ti의 일부는 고체 전해질층(21)의 표면 근방의 납땜재 속까지 이동하여 Ti반응상(67)이 형성된다.

또한, 이 납땜시에는 납땜재 속의 Ag이 고체 전해질층(21)의 표면을 침식하고, 고체 전해질층(21) 내로 잠입한다.

이것에 의해서, 상기 도 6에 나타내는 금속판 부착 단셀(53)이 얻어진다.

e) 다음에, 본 실시예 1의 효과에 대해서 설명한다.

본 실시예 1에서는 금속제 세퍼레이터(41)에 있어서, Ti과 Al을 함유하는 기판부(55)와 Al산화물 피막(61)의 사이에 Al과 Ti을 포함하는 산화물층[즉 양 부재 (55, 61)의 열팽창 계수 사이의 열팽창 계수를 가지는 산화물층, 59]을 구비하고 있으므로, 이 Al과 Ti을 포함하는 산화물층(59)이 열팽창 완충층으로서 기능한다. 따라서, 기판부(55)와 Al산화물 피막(61)의 계면 밀착 강도(접합 강도)가 향상된다.

또한, 기판부(55)의 열팽창 계수 H1, Al과 Ti을 포함하는 산화물층(59)의 열팽창 계수 H2, Al산화물 피막(61)의 열팽창 계수 H3으로 하면, H1>H2>H3의 관계가 성립된다.

또한, 본 실시예 1에서는 Al산화물 피막(61)의 표면(외측)에 Ti을 포함하는 상(63)을 구비하고 있으므로, 납땜 접합시에 납땜재의 습윤성이 좋아진다. 따라서, Al산화물 피막(61)과 납땜재의 접합 강도가 향상된다.

또한, 금속제 세퍼레이터(41)와 단셀(27)을 납땜 접합할 때에는 Al산화물 피막(61)의 외측에 형성된 Ti을 포함하는 상(63) 속의 Ti은 납땜재 속으로 확산함과 아울러, 고체 전해질층(21)측으로 더 확산하여 그곳에서 고체 전해질층(21)의 표면에 Ti반응상(67)이 형성된다. 그것과 동시에, 납땜재의 성분(Ag)이 고체 전해질층 (21)측을 침식하여 고체 전해질층(21) 속으로 잠입하기 때문에, 납땜재와 고체 전해질층(21)의 접합 강도가 향상된다.

또한, 납땜시에는 Al산화물 피막(61)과 납땜재의 계면에 있었던 Ti을 포함하는 상(63)은 Ti이 납땜재 속으로 확산함으로써 없어진다. 이 Ti은 산화나 환원 등의 분위기에 노출되면 변화하기 쉽기 때문에, Ti이 Al산화물 피막(61)과 납땜재의 계면으로부터 없어지는 것에 의해, Al산화물 피막(61)과 납땜재의 접합 강도가 향상된다.

이와 같이, 본 실시예 1에서는 상술한 구성에 의해서, 금속제 세퍼레이터 (41)와 단셀(27)의 전체적으로서의 접합 강도가 향상된다고 하는 현저한 효과를 이룬다.

또한, 본 실시예 1에서는 납땜재로서 Ag, Au, Pd, Pt을 포함하는 재료(예를 들면 이들의 금속을 주된 성분으로 하는 납땜재)를 사용하므로, 대기 중에서 납땜하는 경우라도 산화 부식을 발생시키기 어렵다고 하는 이점이 있다.

게다가, 본 실시예 1의 연료전지 스택(1)은 상술한 금속판 부착 단셀(53)을 사용하고 있으므로, 금속제 세퍼레이터(41)와 단셀(27)의 접합성이 높고, 따라서, 제품의 내구성이 높다고 하는 효과가 있다.

또한, 본 실시예 1의 금속판 부착 단셀(53)의 제조방법에서는 납땜재에 의한 접합 전에, 기판부(55)를 대기하에서 900℃ 이상 1200℃ 이하의 범위에서 열처리하므로, 상술한 표면 구조(57)를 가지는 금속제 세퍼레이터(41)를 용이하게 제작할 수 있다.

실시예 2

다음에, 실시예 2에 대해서 설명하지만, 상기 실시예 1과 같은 내용의 설명은 생략 또는 간략화한다.

또한, 실시예 1과 동일한 부재의 번호로서는 동일한 번호를 사용한다.

도 10에 나타내는 바와 같이, 본 실시예 2의 연료전지의 금속판 부착 단셀 (81)은 상기 실시예 1과 동일하게 금속제 세퍼레이터(41)와 단셀(83)이 납땜재로 이루어지는 4각 프레임 형상의 접합부(85)로 접합된 것이다.

이 중, 단셀(83)은 연료극층(23) 및 공기극층(25)은 상기 실시예 1과 동일하지만, 고체 전해질층(87)은 세로ㆍ가로의 외형 치수(평면시)가 실시예 1보다 작다. 즉, 고체 전해질층(87)의 외주는 단셀(83)의 외주보다 약간 내측으로(예를 들면 0.5∼4㎜) 물러나도록 형성되어 있다.

따라서, 본 실시예 2에서는, 접합부(85)는 연료극층(23)의 상면측의 외주 가장자리부와 고체 전해질층(87)의 상면측의 외주 가장자리부에 걸치도록 형성되어 있다.

상세하게는, 접합부(85)는 상기 실시예 1과 동일하게 상면측의 메인 접합부 (89)와 하면측의 Ti반응상(91)으로 형성되어 있으며, 이 Ti반응상(91)이 연료극층 (23)의 외주 가장자리부와 고체 전해질층(87)의 외주 가장자리부에 걸치도록 형성되어 있다.

본 실시예 2에서도 상기 실시예 1과 동일한 효과를 이룸과 아울러, 다공질체인 연료극층(23)에 납땜하는 것에 의해, 납땜재가 입체적으로 비집고 들어가기 때문에, 앵커 효과에 의해서 접합 강도가 향상된다고 하는 이점이 있다.

실시예 3

다음에, 실시예 3에 대해서 설명하지만, 상기 실시예 1과 동일한 내용의 설명은 생략 또는 간략화한다.

도 11에 나타내는 바와 같이, 본 실시예 3의 연료전지의 금속판 부착 단셀 (101)은 상기 실시예 1과 동일하게 금속제 세퍼레이터(41)와 단셀(103)이 납땜재로 이루어지는 4각 프레임 형상의 접합부(105)로 접합된 것이다.

이 중, 단셀(103)은, 연료극층(23) 및 공기극층(25)은 상기 실시예 1과 동일하지만, 고체 전해질층(107)은 세로ㆍ가로의 외형 치수(평면시)가 실시예 1, 2보다 작다. 즉, 고체 전해질층(107)의 외주는 단셀(103)의 외주보다 약간 내측으로(예를 들면 0.5∼4㎜) 물러나도록 형성되어 있다.

따라서, 본 실시예 3에서는 접합부(105)의 하면측의 전체가 연료극층(23)의 상면에 접함과 아울러, 접합부(105) 하면측의 측면 일부가 고체 전해질층(107)의 측면에 접하도록 형성되어 있다.

상세하게는, 접합부(105)는 상기 실시예 1과 동일하게, 상면측의 메인 접합부(109)와 하면측의 Ti반응상(111)으로 형성되어 있으며, 이 Ti반응상(111)의 하면측이 연료극층(23)의 상면과 접함과 아울러, Ti반응상(111)의 측면이 고체 전해질층(107)의 측면과 접하도록 형성되어 있다.

본 실시예 3에서도 상기 실시예 1과 동일한 효과를 이룸과 아울러, 연료극층 (23)에 접하는 영역이 많은 것으로부터 실시예 2보다도 더욱 접합 강도가 높다고 하는 이점이 있다.

[ 실험예 ]

다음에, 본 발명의 효과를 확인한 실험예에 대해서 설명한다.

a) 실험예 1

실험예 1에서는 도 12에 나타내는 바와 같이, 상기 실시예 1과 동일한 금속판 부착 단셀의 시료를 제조했다.

그리고 그 시료에 대해서 CP(크로스 섹션 폴리셔) 가공에 의해서, 도 12의 위치 A에 있어서의 샘플을 잘라냈다. 이 샘플에 대해서, 주지의 SEM 화상을 촬영함과 아울러, 주지의 EPMA로 원소 매핑을 실시했다. 그 결과로서, SEM 화상을 도 13a에 나타내고, EPMA 원소 매핑 화상을 도 13b에 나타낸다.

또한, FIB(집속 이온 빔) 가공에 의해서, 도 12의 위치 B, C에 있어서의 샘플을 잘라냈다. 이 샘플에 대해서, 주지의 TEM 화상을 촬영함과 아울러, 주지의 EDX로 원소 매핑을 실시했다.

그 결과로서, B위치에 대응한 TEM 화상을 도 14a에 나타내고, 동일 B위치에 대응한 EDX 원소 매핑 화상을 도 14b에 나타낸다. 또한, C위치에 대응한 TEM 화상을 도 15a에 나타내고, 동일 C위치에 대응한 EDX 원소 매핑 화상을 도 15b에 나타낸다.

또한, 도 15a에 나타내는 위치에서 주지의 EDX 라인 분석을 실시했다. 이 EDX 라인 분석을 실시한 상세한 위치 및 방향을 도 16a의 흑색의 선분 및 백색의 화살표로 나타낸다. 그리고 EDX 라인 분석의 결과(분석 결과)를 도 16b에 나타낸다. 또한, 도 16b에 있어서, 가로축은 거리를 나타내고 세로축은 카운트 수를 나타내고 있다.

또한, 도 13a, 도 13b∼도 15a, 도 15b에서는 흰점이 각 원소의 존재를 나타내고 있다.

도 13a, 도 13b로부터 명백한 바와 같이, 열처리된 금속제 세퍼레이터의 표면 구조에서는, 중심측으로부터 Ti과 Al을 함유하는 금속(X1), Ti과 Al을 포함하는 산화물층(X2), Al산화물 피막(X3), Ti을 포함하는 상(X4)이 형성되어 있는 것을 알 수 있다.

도 14a, 도 14b로부터 명백한 바와 같이, 납땜 후의 금속제 세퍼레이터와 접합부의 계면에서는 상면측(동일 도면 우측)으로부터 Ti과 Al을 함유하는 금속(X1), Ti과 Al을 포함하는 산화물층(X2), Al산화물 피막(X3), Ag납땜재로 이루어지는 접합부(X5)가 형성되어 있는 것을 알 수 있다. 즉, Al산화물 피막과 Ag납땜재로 이루어지는 접합부의 사이에 Ti을 포함하는 상이 소실되어 있는 것을 알 수 있다. 또한, 도 14a, 도 14b의 각 도면에서는 우측이 상면측(금속제 세퍼레이터측)을 나타내고 있다.

도 15a, 도 15b로부터 명백한 바와 같이, 납땜 후의 접합부와 YSZ로 이루어지는 고체 산화물층(고체 전해질층)의 계면에서는 상면측(동일 도면 우측)으로부터 Ag납땜재로 이루어지는 접합부(X5), Ti반응상(X6), 고체 전해질층(X7)이 형성되어 있는 것을 알 수 있다. 즉, 접합부와 고체 전해질층의 계면에 Ti반응상이 형성되어 있는 것을 알 수 있다. 또한, 도 15a, 도 15b의 각 도면에서는 우측이 상면측(금속제 세퍼레이터측)을 나타내고 있다.

또한, 도 16b에 나타내는 라인 분석으로부터 계면에 Ti반응상이 형성되어 있는 것을 알 수 있다. 또한, Ti과 같은 개소에 Y가 많이 검출되어 있지만 Zr의 검출량이 적은 것을 알 수 있다. 이것은, 고체 전해질층 속의 Y와 Ti이 반응한 흔적이라고 생각할 수 있다.

b) 실험예 2

실험예 2에서는 금속제 세퍼레이터의 재료로서 조성이 다른 시료(즉 Al과 Ti의 비율이 다른 스테인리스강의 시료)를 이용하여 상기 실시예 1과 동일하게 해서 4종의 금속판 부착 단셀을 제조하고, 그 표면 구조를 조사했다.

구체적으로는, <1> Ti 0.06질량％, Al 3질량％의 금속제 세퍼레이터, <2> Ti 1.0질량％, Al 3질량％의 금속제 세퍼레이터, <3> Al 2질량％, Ti 0.2질량％의 금속제 세퍼레이터, <4> Al 10질량％, Ti 0.2질량％의 금속제 세퍼레이터의 4종의 금속제 세퍼레이터를 사용하여 4종의 금속판 부착 단셀의 시료를 제조했다.

그리고 각 시료에 대해서, 상기 실험예 1과 동일하게 하여 그 표면 구조를 조사했다. 그 결과, 각층의 두께는 다소 다르지만 동일한 표면 구조가 얻어졌다.

c) 실험예 3

실험예 3에서는 금속제 세퍼레이터의 열처리온도를 달리하고, 상기 실시예 1과 동일하게 하여 각종의 금속판 부착 단셀을 제조했다.

구체적으로는, 열처리온도를 800℃, 900℃, 1000℃, 1100℃, 1200℃, 1300℃로 하여 열처리를 실시했다. 또한, 그 밖의 조건은 실시예 1과 동일하게 했다.

그리고 각 시료에 대해서 상기 실험예 1과 동일하게 하여 그 표면 구조를 조사했다. 그 결과, 900℃∼1200℃로 열처리한 것은, 각층의 두께는 다소 다르지만 동일한 표면 구조가 얻어졌다.

또한, 800℃로 가열한 것은 Al과 Ti을 포함하는 산화물층이 형성되지 않았다. 한편, 1300℃로 가열한 것은 Al과 Ti을 포함하는 산화물층 내부에서 Ti이 층을 형성하고 있었다.

실험예 4

실험예 4에서는 상기 실시예 1과 동일한 금속판 부착 단셀을 제조하고, 그 접합 강도(즉 금속제 세퍼레이터와 단셀의 접합 강도)를 조사했다.

또한, 비교예로서 열처리하지 않은 금속제 세퍼레이터를 이용하여 금속판 부착 단셀을 제조하고, 그 접합 강도를 조사했다. 또한, 금속제 세퍼레이터를 800℃, 1300℃로 열처리한 시료도 제작하고, 동일하게 접합 강도를 조사했다.

구체적으로는, 금속 세퍼레이터를 단셀로부터 걷어올려 박리하는 시험[필 시험(peel test)]으로 접합 강도를 구했다. 그 결과, 본 발명예에서는 접합 강도는 5N/㎟로 높지만, 비교예에서는, 열처리없음이 2N/㎟, 800℃ 열처리가 3N/㎟, 1300℃ 열처리가 3N/㎟으로 낮았다.

또한, 본 발명은 상기 실시예에 하등 한정되는 것은 아니고, 본 발명을 일탈하지 않는 범위에 있어서 다양한 형태로 실시할 수 있는 것은 말할 필요도 없다.

(1) 예를 들면, 각 실시예의 구성은 가능한 범위에서 적절하게 조합하는 것이 가능하다.

(2) 또한, 각 실시예에 기재한 치수는 본 발명의 범위 내에서 적절하게 변경하는 것이 가능하다.

(3) 또한, 상기 실시예에서는 평판 형상의 금속판 부착 단셀에 대해 설명했지만, 본 발명은 원통형이나 편평통형의 금속판 부착 연료전지 셀에도 적용할 수 있다.

1: 연료전지 스택 7: 연료전지 셀
21, 87, 107, X7: 고체 전해질층 23: 연료극층
25: 공기극층 27, 83, 103: 단셀
41: 금속제 세퍼레이터 51, 85, 105, X5: 접합부
53, 81, 101: 금속판 부착 단셀 55: 기판부
57: 표면 구조 59, X2: Al과 Ti을 포함하는 산화물층
61, X3: Al산화물 피막 63, X4: Ti을 포함하는 상
67, 91, 111, X6: Ti반응상 69: 납땜재층

Claims

고체 전해질과, 상기 고체 전해질의 일방의 면에 설치된 연료극과, 상기 고체 전해질의 타방의 면에 설치된 공기극을 구비한 연료전지의 단셀과,
상기 단셀에 대해서, 적어도 상기 고체 전해질과 접하도록 납땜재에 의해서 접합된 금속판을 구비한 금속판 부착 단셀에 있어서,
상기 금속판은 Ti:0.05∼1질량％와 Al:2∼10질량％를 함유하는 것이고, 당해 금속판의 표면에 Al과 Ti을 포함하는 산화물층을 가짐과 아울러, 당해 산화물층의 표면에 Ti을 포함하지 않는 Al산화물 피막을 가지며,
상기 Al산화물 피막의 표면 중, 상기 납땜재와 접하는 표면은 Ti을 포함하는 상(相)과 이간하고, 또한, 다른 표면은 Ti을 포함하는 상을 가지며,
상기 고체 전해질과 상기 납땜재의 계면에는 Ti반응상을 더 가지는 것을 특징으로 하는 금속판 부착 단셀.
청구항 1에 있어서,
상기 금속판은 상기 연료극측의 공간과 상기 공기극측의 공간을 분리하는 세퍼레이터인 것을 특징으로 하는 금속판 부착 단셀.
청구항 1에 있어서
상기 납땜재는 Ag, Au, Pd, Pt 중, 적어도 1종을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속판 부착 단셀.
청구항 2에 있어서
상기 납땜재는 Ag, Au, Pd, Pt 중, 적어도 1종을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속판 부착 단셀.
상기 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 기재된 금속판 부착 단셀을 복수 구비한 것을 특징으로 하는 연료전지 스택.
상기 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 기재된 금속판 부착 단셀의 제조방법으로서,
상기 납땜재에 의한 접합 전에 상기 금속판을 900℃ 이상 1200℃ 이하의 범위에서 열처리하는 것을 특징으로 하는 금속판 부착 단셀의 제조방법.