特許 5727429 セパレータ付燃料電池セル，および燃料電池

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5727429

(24)【登録日】2015年4月10日

(45)【発行日】2015年6月3日

(54)【発明の名称】セパレータ付燃料電池セル，および燃料電池

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/02 20060101AFI20150514BHJP

   B23K 1/00 20060101ALI20150514BHJP

   B23K 1/14 20060101ALI20150514BHJP

   B23K 1/19 20060101ALI20150514BHJP

   H01M 8/12 20060101ALN20150514BHJP

   B23K 101/36 20060101ALN20150514BHJP

【ＦＩ】

   H01M8/02 S

   H01M8/02 B

   H01M8/02 E

   B23K1/00 330Z

   B23K1/14 C

   B23K1/19 H

   !H01M8/12

   B23K101:36

【請求項の数】7

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2012-192304(P2012-192304)

(22)【出願日】2012年8月31日

(65)【公開番号】特開2014-49322(P2014-49322A)

(43)【公開日】2014年3月17日

【審査請求日】2014年4月17日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004547

【氏名又は名称】日本特殊陶業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001911

【氏名又は名称】特許業務法人アルファ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】松谷 渉

(72)【発明者】

【氏名】池田 悦也

(72)【発明者】

【氏名】栗林 誠

【審査官】 守安 太郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００４−３１９２８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−３３１６９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−００９８０２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ８／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

固体電解質層を空気極および燃料極で挟んで構成される燃料電池セル本体と，
主面と裏面とに開口する開口部を有し，Ａｇを含む接合材で構成される接合部を介して，該裏面側が前記燃料電池セル本体に取り付けられる，板状の金属製セパレータと，
を具備する，セパレータ付燃料電池セルであって，
前記接合部よりも前記開口部側でかつ前記金属製セパレータの裏面と前記セル本体との間に前記開口部の全周にわたって配置され，ガラスを含む封止材を含む封止部と，
前記金属製セパレータを挟んで，前記封止部と対向する位置における，前記金属製セパレータ主面上に配置され，前記封止材よりも大きな熱膨張係数を有する材料で構成される拘束部と，
を備えることを特徴とするセパレータ付燃料電池セル。

【請求項2】

前記拘束部が前記開口部の全周にわたって配置されている
ことを特徴とする請求項１に記載のセパレータ付燃料電池セル。

【請求項3】

前記金属製セパレータの開口部側面に配置された連結部によって，前記封止部と前記拘束部とが一体に形成されている，
ことを特徴とする請求項１または２に記載のセパレータ付燃料電池セル。

【請求項4】

金属製セパレータの熱膨張係数よりも，拘束部を構成する材料の熱膨張係数の方が小さい，
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のセパレータ付燃料電池セル。

【請求項5】

前記接合部と前記封止部との間に，間隙を有する，
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のセパレータ付燃料電池セル。

【請求項6】

前記封止材の熱膨張係数が，常温から３００℃の温度範囲内において，８ｐｐｍ／Ｋ以上１２ｐｐｍ／Ｋ以下である，
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のセパレータ付燃料電池セル。

【請求項7】

請求項１乃至６のいずれか１項に記載のセパレータ付燃料電池セル，
を具備することを特徴とする燃料電池。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は，セパレータ付燃料電池セル，および燃料電池に関する。

【背景技術】

【0002】

電解質に固体酸化物を用いた固体酸化物形燃料電池（以下，「ＳＯＦＣ」又は単に「燃料電池」とも記す場合がある）が知られている。ＳＯＦＣは，例えば，板状の固体電解質層の各面に燃料極と空気極とを備えた燃料電池セルを多数積層したスタック（燃料電池スタック）を有する。燃料極および空気極それぞれに，燃料ガス（例えば，水素）および酸化剤ガス（例えば，空気中の酸素）を供給し，固体電解質層を介して化学反応させることで，電力を発生させる。

【0003】

燃料電池セルは，燃料ガスと酸化剤ガスとが存在する区画を区分するセパレータに，接合して，用いられる。この接合に，通例，Ａｇロウ等のロウ材から構成される接合部が用いられ，燃料ガスと酸化剤ガスが隔離される。

【0004】

ここで，ＳＯＦＣの稼動時に，燃料極側の水素と空気極側の酸素が，接合部中を拡散，反応し，接合部にボイドを生成することが知られている。接合部でのボイドの生成を防止するために，ガスの拡散速度が遅い各種Ａｇ合金を接合部として用いる技術が開示されている（特許文献１，２参照）。ガスの拡散速度が遅い材料を用いることで，ロウ材の寿命を長くすることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１０−２０７８６３号公報

【特許文献2】特表２０１１−５２２３５３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら，特許文献１，２の技術では，接合部（燃料電池）の長寿命化を図れるものの，例えば，数万時間もの実用的に十分な寿命を確保するのは容易ではなかった。
本発明は，接合部のさらなる長寿命化を図った，セパレータ付燃料電池セル，および燃料電池を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係るセパレータ付燃料電池セルは，固体電解質層を空気極および燃料極で挟んで構成される燃料電池セル本体と，主面と裏面とに開口する開口部を有し，Ａｇを含む接合材で構成される接合部を介して，該裏面側が前記燃料電池セル本体に取り付けられる，板状の金属製セパレータと，を具備する，セパレータ付燃料電池セルであって，前記接合部よりも前記開口部側でかつ前記金属製セパレータの裏面と前記セル本体との間に前記開口部の全周にわたって配置され，ガラスを含む封止材を含む封止部と，前記金属製セパレータを挟んで，前記封止部と対向する位置における，前記金属製セパレータ主面上に配置され，前記封止材よりも大きな熱膨張係数を有する材料で構成される拘束部と，を備えることを特徴とする。

【0008】

セパレータ付燃料電池セルが，金属製セパレータ裏面側の封止部と，封止材よりも大きな熱膨張係数を有する材料で構成される，金属製セパレータ主面側の拘束部と，を備える。
金属製セパレータ主面側の拘束部の熱膨張係数が，金属製セパレータ裏面側の封止部の熱膨張係数より，大きい。このため，燃料電池使用時の金属製セパレータが，封止部側に湾曲しようとし，結果的に封止部を押す（圧接）方向に力が働く。この力が，封止部と金属製セパレータとの間の界面での剥がれを抑制し，気密封止性が向上される。この結果，接合部に燃料ガスもしくは酸化剤ガスが到達することが抑制される。

【0009】

前記拘束部が前記開口部の全周にわたって配置されていることが好ましい。
封止部が開口部の全周にわたって配置されている。このため，拘束部を開口部の全周にわたって配置することで，開口部の全周にわたって，金属製セパレータの変形を抑制できる。

【0010】

前記金属製セパレータの開口部側面に配置された連結部によって，前記封止部と前記拘束部とが一体に形成されていることが好ましい。
封止部と拘束部とが一体となることで，金属製セパレータの変形のさらなる抑制が可能となる。
また，封止部と拘束部との一体化は，封止部の幅の実質的増大に寄与し，封止部による封止の確実性が向上する。

【0011】

金属製セパレータの熱膨張係数よりも，拘束部を構成する材料の熱膨張係数の方が小さくても良い。
金属製セパレータ，拘束部はそれぞれ，金属，ガラスから構成され，金属製セパレータよりも拘束部の熱膨張係数の方が小さいことが通例である。このような条件でも，拘束部による金属製セパレータの変形（撓み）の抑制が可能である。

【0012】

前記接合部と前記封止部との間に，間隙を有しても良い。
接合部と封止部とが接触していなくても，金属製セパレータの変形（撓み）の抑制は可能である。また，間隙にガスが入っていても少量であり，接合部の信頼性等への影響は小さい。

【0013】

前記封止材の熱膨張係数が，常温から３００℃の温度範囲内において，８ｐｐｍ／Ｋ以上１２ｐｐｍ／Ｋ以下であることが好ましい。
この範囲の熱膨張係数において，燃料電池使用時の金属製セパレータの変形の抑制が可能である。

【0014】

本発明に係る燃料電池スタックは，上記のセパレータ付燃料電池セル，を具備する。
上記のセパレータ付燃料電池セルを用いることで，燃料電池スタック全体としての信頼性が向上する。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば，金属製セパレータの変形の形状を制御することにより，封止部の破損を抑制することで，封止部と金属製セパレータとの間の界面での剥がれを抑制し，接合部の長寿命化を図った，セパレータ付燃料電池セル，および燃料電池を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】固体酸化物形燃料電池１０を表す斜視図である。

【図2】固体酸化物形燃料電池１０の模式断面図である。

【図3】燃料電池セル４０の断面図である。

【図4】燃料電池セル本体４４と金属製セパレータ５３（セパレータ付燃料電池セル５０）を分解した状態を表す分解斜視図である。

【図5A】製造中のセパレータ付燃料電池セル５０を表す断面図である。

【図5B】製造中のセパレータ付燃料電池セル５０を表す断面図である。

【図5C】製造中のセパレータ付燃料電池セル５０を表す断面図である。

【図5D】製造中のセパレータ付燃料電池セル５０を表す断面図である。

【図5E】製造中のセパレータ付燃料電池セル５０を表す断面図である。

【図6】燃料電池セル４０ａの断面図である。

【図7】燃料電池セル本体４４と金属製セパレータ５３（セパレータ付燃料電池セル５０ａ）を分解した状態を表す分解斜視図である。

【図8】燃料電池セル４０ｂの断面図である。

【図9】燃料電池セル本体４４と金属製セパレータ５３（セパレータ付燃料電池セル５０ｂ）を分解した状態を表す分解斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下，本発明に係る固体酸化物形燃料電池について図面を用いて説明する。

【0018】

（第１の実施の形態）
図１は，本発明の第１実施形態に係る固体酸化物形燃料電池（燃料電池スタック）１０を表す斜視図である。固体酸化物形燃料電池１０は，燃料ガス（例えば，水素）と酸化剤ガス（例えば，空気（詳しくは空気中の酸素））との供給を受けて発電する。

【0019】

固体酸化物形燃料電池１０は，エンドプレート１１，１２，燃料電池セル４０（１）〜４０（４）が積層され，ボルト２１，２２（２２ａ，２２ｂ），２３（２３ａ，２３ｂ）およびナット３５で固定される。

【0020】

図２は，固体酸化物形燃料電池１０の模式断面図である。
固体酸化物形燃料電池１０は，燃料電池セル４０（１）〜４０（４）を積層して構成される燃料電池スタックである。ここでは，判り易さのために，４つの燃料電池セル４０（１）〜４０（４）を積層しているが，一般には，２０〜６０個程度の燃料電池セル４０を積層することが多い。

【0021】

エンドプレート１１，１２，燃料電池セル４０（１）〜４０（４）は，ボルト２１，２２（２２ａ，２２ｂ），２３（２３ａ，２３ｂ）に対応する貫通孔３１，３２（３２ａ，３２ｂ），３３（３３ａ，３３ｂ）を有する。
エンドプレート１１，１２は，積層される燃料電池セル４０（１）〜４０（４）を押圧，保持する保持板であり，かつ燃料電池セル４０（１）〜４０（４）からの電流の出力端子でもある。

【0022】

図３は，燃料電池セル４０の断面図である。図４は，燃料電池セル本体４４と金属製セパレータ５３（セパレータ付燃料電池セル）を分解した状態を表す分解斜視図である。

【0023】

図３に示すように，燃料電池セル４０は，いわゆる燃料極支持膜形タイプの燃料電池セルであり，インターコネクタ４１，４５，集電体４２，枠部４３を備える。

【0024】

燃料電池セル本体４４は，固体電解質層５６を空気極（カソード，空気極層ともいう）５５，および，燃料極（アノード，燃料極層ともいう）５７で挟んで構成される。固体電解質層５６の酸化剤ガス流路４７側，燃料ガス流路４８側それぞれに，空気極５５，燃料極５７が配置される。

【0025】

空気極５５としては，ペロブスカイト系酸化物（例えば，ＬＳＣＦ（ランタンストロンチウムコバルト鉄酸化物），ＬＳＭ（ランタンストロンチウムマンガン酸化物），各種貴金属及び貴金属とセラミックとのサーメットが使用できる。

【0026】

固体電解質層５６としては，ＹＳＺ(イットリア安定化ジルコニア)，ＳｃＳＺ(スカンジア安定化ジルコニア)，ＳＤＣ(サマリウムドープセリア)，ＧＤＣ(ガドリニウムドープセリア)，ペロブスカイト系酸化物等の材料が使用できる。

【0027】

燃料極５７としては，金属が好ましく，Ｎｉ及びＮｉとセラミックとのサーメットやＮｉ基合金が使用できる。

【0028】

インターコネクタ４１，４５は，燃料電池セル本体４４間の導通を確保し，かつ燃料電池セル本体４４間でのガスの混合を防止し得る，導電性（例えば，ステンレス鋼等の金属）を有する板状の部材である。

【0029】

なお，燃料電池セル本体４４間には，１個のインターコネクタ（４１若しくは４５）のみが配置される（直列に接続される二つの燃料電池セル本体４４の間に一つのインターコネクタを共有しているため）。また，最上層および最下層の燃料電池セル本体４４それぞれでは，インターコネクタ４１，４５に替えて，導電性を有するエンドプレート１１，１２が配置される。

【0030】

集電体４２は，燃料電池セル本体４４（空気極５５）とインターコネクタ４１との間の導通を確保するためのものであり，例えば，ニッケル合金等の金属材料からなる。
また，集電体４２が，弾性を有していてもよい。

【0031】

枠部４３は，酸化剤ガス，燃料ガスが流れる開口４６を有する。この開口４６内は，気密に保持され，かつ酸化剤ガスが流れる酸化剤ガス流路４７，燃料ガスが流れる燃料ガス流路４８に区分される。また，本実施形態の枠部４３は，空気極フレーム５１，絶縁フレーム５２，金属製セパレータ５３，燃料極フレーム５４で構成される。

【0032】

空気極フレーム５１は，空気極５５側に配置される金属製の枠体で，中央部には開口４６を有する。該開口４６によって，酸化剤ガス流路４７を区画する。

【0033】

絶縁フレーム５２は，インターコネクタ４１，４５間を電気的に絶縁する枠体で，例えば，Ａｌ_２Ｏ_３などのセラミックスやマイカ，バーミキュライトなどが使用でき，中央部には開口４６を有する。該開口４６によって，酸化剤ガス流路４７を区画する。具体的には，絶縁フレーム５２は，インターコネクタ４１，４５の間において，一方の面が空気極フレーム５１に，他方の面が金属製セパレータ５３に接触して配置されている。この結果，絶縁フレーム５２により，インターコネクタ４１，４５間が電気的に絶縁されている。

【0034】

金属製セパレータ５３は，開口部５８を有する枠状の金属製の薄板（例えば，厚さ：０．１ｍｍ）であり，燃料電池セル本体４４の固体電解質層５６に取り付けられ，かつ酸化剤ガスと燃料ガスとの混合を防止する金属製の枠体である。金属製セパレータ５３によって，枠部４３の開口４６内の間隙が，酸化剤ガス流路４７と燃料ガス流路４８に区切られ，酸化剤ガスと燃料ガスとの混合が防止される。

【0035】

金属製セパレータ５３には，金属製セパレータ５３の上面と下面の間を貫通する貫通孔によって開口部５８が形成される。この開口部５８内に，燃料電池セル本体４４の空気極５５が配置される。また，この開口部５８に燃料電池セル本体４４が接合，封止される。金属製セパレータ５３が接合された燃料電池セル本体４４を「セパレータ付燃料電池セル」という。なお，この詳細は後述する。

【0036】

燃料極フレーム５４は，絶縁フレーム５２と同様に，燃料極５７側に配置される絶縁フレームであり，中央部には開口４６を有する。該開口４６によって，燃料ガス流路４８を区画する。

【0037】

空気極フレーム５１，絶縁フレーム５２，金属製セパレータ５３，燃料極フレーム５４は，ボルト２１，２２（２２ａ，２２ｂ），２３（２３ａ，２３ｂ）が挿入されるか，もしくは酸化剤ガスか燃料ガスが流通する貫通孔３１，３２（３２ａ，３２ｂ），３３（３３ａ，３３ｂ）をそれぞれの周辺部に有する。

【0038】

（セパレータ付燃料電池セル５０の詳細）
本実施形態に係るセパレータ付燃料電池セル５０は，接合部６１，封止部６２，拘束部６３を有する。燃料電池セル本体４４と金属製セパレータ５３の間に接合部６１，封止部６２が配置される。開口部５８に沿って，金属製セパレータ５３の下面と固体電解質層５６の上面が接合部６１で接合され，封止部６２で封止される。拘束部６３は，封止部６２に対応して，金属製セパレータ５３の上面に配置される。

【0039】

接合部６１は，Ａｇを含むロウ材から構成され，開口部５８に沿って，全周にわたって，燃料電池セル本体４４と金属製セパレータ５３とを接合する。接合部６１（Ａｇロウ）は，例えば，２〜６ｍｍの幅，１０〜８０μｍの厚さを有する。

【0040】

接合部６１の材質として，Ａｇを主成分とする各種のロウ材を採用できる。例えば，ロウ材として，Ａｇと酸化物の混合体，例えば，Ａｇ−Ａｌ_２Ｏ_３（ＡｇとＡｌ_２Ｏ_３（アルミナ）の混合体）を利用できる。Ａｇと酸化物の混合体としては，Ａｇ−ＣｕＯ，Ａｇ−ＴｉＯ_２，Ａｇ−Ｃｒ_２Ｏ_３，Ａｇ−ＳｉＯ_２も挙げることができる。また，ロウ材として，Ａｇと他の金属の合金（例えば，Ａｇ−Ｇｅ−Ｃｒ，Ａｇ−Ｔｉ，Ａｇ−Ａｌのいずれか）も利用できる。

【0041】

Ａｇを含むロウ材（Ａｇロウ）は，大気雰囲気でもロウ付け温度で酸化し難い。このため，Ａｇロウを用いて，燃料電池セル本体４４と金属製セパレータ５３とを大気雰囲気で接合でき，工程の効率上，好ましい。

【0042】

封止部６２は，開口部５８に沿って，全周にわたって，接合部６１よりも開口部５８側（内周側）に配置され，金属製セパレータ５３の開口部５８内にある酸化剤ガスと開口部５８外にある燃料ガスとの混合を防ぐために燃料電池セル本体４４と金属製セパレータ５３間を封止する。封止部６２が接合部６１よりも開口部５８側に配置されることから，接合部６１が酸化剤ガスに接触することが無くなり，酸化剤ガス流路４７側から接合部６１への酸素の移動が阻止される。この結果，水素と酸素の反応によって接合部６１にボイドが発生してガスリークすることを防止できる。さらに，封止部６２は金属製セパレータ５３と燃料電池セル本体４４の間に配置されることから，封止部６２に働く熱応力が，引張応力ではなくせん断応力になる。このため，封止材が割れにくくなり，また封止部６２と金属セパレータ５３若しくは燃料電池セル本体４４との界面での剥がれを抑制でき，封止部６２の信頼性を向上できる。
封止部６２は，例えば，０．２〜４ｍｍの幅，１０〜８０μｍの厚さを有する。

【0043】

拘束部６３は，金属製セパレータ５３を挟んで，封止部６２と対向する位置における，金属製セパレータ５３の主面（表面）上に，開口部５８の全周にわたって，配置される。
拘束部６３は，封止部６２の構成材料（封止材）よりも大きな熱膨張係数を有する材料で構成されている。

【0044】

このため，固体酸化物形燃料電池１０の使用時（７００℃程度）には，金属製セパレータ５３が，封止部６２側に湾曲して，封止部６２を押す（圧接）方向に力が働き，封止部６２と金属製セパレータ５３との間の界面での剥がれ（封止部６２による封止性の低下）を抑制し，気密封止性が向上される。

【0045】

また，封止部６２が開口部５８の全周にわたって配置されていることから，拘束部６３を開口部５８の全周にわたって配置することで，開口部５８の全周にわたって，金属製セパレータ５３の変形を抑制できる。

【0046】

封止部６２，拘束部６３は，具体的には，ガラス，ガラスセラミックス（結晶化ガラス），ガラスとセラミックスの複合物等の封止材料から構成できる。
封止部６２は常温から３００℃の温度範囲内において，熱膨張係数が８ｐｐｍ／Ｋ以上１２ｐｐｍ／Ｋ以下の封止材から構成され，拘束部６３は封止材に比べて熱膨張係数が０．５ｐｐｍ／Ｋ〜２ｐｐｍ／Ｋ高い拘束材から構成される。

【0047】

金属製セパレータ５３の熱膨張係数よりも，拘束部６３を構成する材料の熱膨張係数の方が小さくても良い。
金属製セパレータ５３，拘束部６３はそれぞれ，金属，ガラスから構成され，金属製セパレータ５３よりも拘束部６３の熱膨張係数の方が小さいことが通例である。このような条件でも，拘束部６３による金属製セパレータ５３の変形（撓み）の抑制が可能である。

【0048】

金属製セパレータ５３は，耐酸化耐久性の観点からＳＵＨ２１（１８Ｃｒ−３Ａｌ）のようなＡｌ添加フェライト系ＳＵＳ材を使用する。そのため，金属製セパレータ５３の熱膨張係数は，常温から３００℃の温度範囲内において，１０〜１４ｐｐｍ／Ｋとなる。封止材は，引張応力には弱く割れやすいが，圧縮応力には強いので，封止材の熱膨張係数は金属製セパレータ５３より低いことが好ましく，具体的には，常温から３００℃の温度範囲内において，８ｐｐｍ／Ｋ以上１２ｐｐｍ／Ｋ以下であることが好ましい。

【0049】

（セパレータ付燃料電池セル５０の製造方法）
以下にセパレータ付燃料電池セル５０の製造方法を説明する。図５A〜図５Ｅは，製造中のセパレータ付燃料電池セル５０を表す断面図である。

【0050】

まず，例えば，ＳＵＨ２１からなる板材を打ち抜いて，開口部５８を有する金属製セパレータ５３を製造した。また，燃料極５７のグリーンシートの一方の表面に，固体電解質層５６のシートを貼り付けて，積層体を形成し，該積層体を一旦焼成した。その後，空気極５５の材料を印刷し，焼成して燃料電池セル本体４４を作成した。

【0051】

燃料電池セル本体４４と金属製セパレータ５３それぞれにロウ材６１１，６１２を配置する（図５Ａ参照）。例えば，ペースト状のＡｇを含むロウ材を所定形状に燃料電池セル本体４４の固体電解質層５６の上面と金属製セパレータ５３の下面に印刷することで，燃料電池セル本体４４と金属製セパレータ５３それぞれにロウ材６１１，６１２を配置した。なお，ロウ材６１１，６１２の配置の手法としては，上記以外に，ディスペンサを用いて行ってもよい。
ロウ材６１１，６１２は，例えば，２〜６ｍｍの幅，１０〜８０μｍの厚さを有する。

【0052】

次いで燃料電池セル本体４４の固体電解質層５６の上面に封止材６２１を配置する（図５Ｂ参照）。例えば，封止材としてガラスを含むペーストを印刷することで，燃料電池セル本体４４の固体電解質層５６の上面に封止材６２１を配置できる。なお，封止材６２１の配置の手法としては，上記以外に，ディスペンサを用いて行ってもよい。また封止材６２１は金属製セパレータ５３の下面に印刷してもよい。
封止材６２１は，例えば，０．２〜４ｍｍの幅，１０〜８０μｍの厚さを有する。

【0053】

ロウ材６１１，６１２及び封止材６２１を溶融し，燃料電池セル本体４４と金属製セパレータ５３とを接合する（接合部６１の形成）と同時に封止部６２を形成する（図５Ｃ参照）。ロウ材６１１，６１２が配置された燃料電池セル本体４４と金属製セパレータ５３とを接触させ，例えば，８５０〜１１００℃で加熱することで，ロウ材６１１，６１２が溶融し，燃料電池セル本体４４と金属製セパレータ５３が接合された。このとき封止材６２１も同時に溶融し，燃料電池セル本体４４と金属製セパレータ５３とが封止される（封止部６２の形成）。

【0054】

金属製セパレータ５３の上に封止材６２１よりも熱膨張が０．５ｐｐｍ／Ｋ〜２ｐｐｍ／Ｋ高い拘束材６３１を配置する（図５Ｄ参照）。例えば，金属製セパレータ５３の上面に拘束材６３１として，ガラスを含むペーストを印刷することで，所定の位置に拘束材６３１を配置することができる。拘束材６３１の配置の手法としては，上記以外に，ディスペンサを用いて行ってもよい。
拘束材６３１は，例えば，０．２〜４ｍｍの幅，１０〜２００μｍの厚さを有し，かつ封止材６２１よりも厚い。

【0055】

封止材６２１および拘束材６３１を溶融し，拘束部６３を形成する（図５Ｅ参照）。接合部６１で接合され，かつ封止部６２が形成され，さらに拘束材６３１が配置された燃料電池セル本体４４と金属製セパレータ５３を例えば，８５０〜１１００℃で加熱することで，拘束材６３１が溶融し，拘束部６３の形成が行われる。

【0056】

以上の工程を経て，本実施例のセパレータ付燃料電池セル５０（金属製セパレータ５３が接合された燃料電池セル本体４４）を作成した。

【0057】

（固体酸化物形燃料電池（燃料電池スタック）１０の製造方法）
例えば，ＳＵＨ２１からなる板材を所定の形状に打ち抜き，空気極フレーム５１，燃料極フレーム５４を製造した。一方エンドプレート１１，１２，インターコネクタ４１，４５は例えば日立金属製ＺＭＧ２３２材からなる板材を所定の形状に打ち抜いて製造した。絶縁フレーム５２は，例えばマイカよりなる板材を加工して製造した。

【0058】

上述した製造方法で作成したセパレータ付燃料電池セル５０の燃料電池セル本体４４の空気極５５側には，金属製セパレータ５３上に，絶縁フレーム５２と空気極フレーム５１とインターコネクタ４１の順で，燃料極５７側には，燃料極フレーム５４とインターコネクタ４５の順で，それぞれを配置し，燃料電池セル４０を製造した。

【0059】

複数の燃料電池セル４０を積層し，最上層と最下層にはエンドプレート１１，１２が配置し，ボルト２１〜２３とナット３５によって，エンドプレート１１，１２で複数の燃料電池セル４０を挟んで固定し，固体酸化物形燃料電池１０を作成した。

【0060】

（第２の実施形態）
第２の実施形態を説明する。図６は，第２の実施形態に係る燃料電池セル４０ａの断面図である。図７は，第２の実施形態に係る燃料電池セル本体４４と金属製セパレータ５３（セパレータ付燃料電池セル５０ａ）を分解した状態を表す分解斜視図である。

【0061】

燃料電池セル４０ａは，開口部５８の側面に配置される連結部６４を有する。即ち，封止部６２ａと拘束部６３ａが連結部６４により連結され，一体に形成されている。封止部６２ａと拘束部６３ａとが一体となることで，より拘束力が高まり，金属製セパレータ５３の変形（撓み）のさらなる抑制が可能となる。

【0062】

既述のように，拘束部６３ａは，封止部６２ａの構成材料（封止材）よりも大きな熱膨張係数を有する材料で構成され，封止部６２ａと共に，金属製セパレータ５３を挟む。このため，固体酸化物形燃料電池１０の使用時において，金属製セパレータ５３が，封止部６２側に湾曲して，封止部６２を押す（圧接）方向に力が働く。この力が，封止部６２と金属製セパレータ５３との間の界面での剥がれ（封止部６２による封止性の低下）を抑制し，気密封止性が向上される。

【0063】

開口部５８に沿って，金属製セパレータ５３の上下に加え，開口部５８の側面にも，封止材６２１もしくは拘束材６３１によって構成される連結部６４が配置されることで，金属製セパレータ５３の変形がより効果的に阻止される。即ち，封止部６２ａ，拘束部６３ａ，および連結部６４が，金属製セパレータ５３をくわえ込んで固定することによって，封止部６２ａと金属製セパレータ５３との間の界面での剥がれがより抑制される。

【0064】

また，封止部６２ａと拘束部６３ａとの一体化は，封止部６２ａの幅の実質的増大に寄与し，封止部６２ａによる封止の確実性が向上する。既述のように，封止部６２ａは，酸化剤ガス流路４７から接合部６１への酸化剤ガスの移動を阻止する。封止部６２ａと拘束部６３ａとが一体化することで，酸化剤ガス流路４７から接合部６１に至る経路上での，封止部６２ａの長さ（幅，シールパス）が大きくなる。この結果，封止部６２ａによる封止の確実性がより向上する。

【0065】

図６では，連結部６４は，拘束部６３ａの構成材料と同じ材料から構成されるとしている。但し，連結部６４を封止部６２ａの構成材料と同じ材料から構成することも可能であり，そのように構成しても，連結部６４が無い場合と比べて，封止部６２ａと金属製セパレータ５３との間の界面での剥がれの抑制およびシールパスの増大による封止の確実性の向上が図れる。

【0066】

これから判るように，封止部６２ａと拘束部６３ａの構成材料の境界は，金属製セパレータ５３の厚さ方向にある程度の変動が許容される。
また，本実施形態では，封止部６２ａと拘束部６３ａの構成材料の境界が比較的明確であり，この境界で成分が不連続的に変化している。これに対して，封止部６２ａと拘束部６３ａの構成材料の境界において，成分が連続的に変化し，従い，境界が不明確（ぼやける）となることも許容される。

【0067】

（第２の実施形態の変形例）
第２の実施形態の変形例を説明する。図８は，第２の実施形態の変形例に係る燃料電池セル４０ｂの断面図である。図９は，第２の実施形態の変形例に係る燃料電池セル本体４４と金属製セパレータ５３（セパレータ付燃料電池セル５０ｂ）を分解した状態を表す分解斜視図である。

【0068】

燃料電池セル４０ｂでは，接合部６１と封止部６２ｂの間に間隙（空間）６５を有する。このように，接合部６１と封止部６２ｂとが接触していなくても，封止部６２ｂにかかる部分の金属製セパレータ５３の変形（撓み）の抑制は可能である。

【0069】

燃料電池セル４０ａ，４０ｂでは，接合部６１と封止部６２ａ，６２ｂが開口部５８の全周に亘って，接触している，または間隙６５を有する。その中間の態様として，開口部５８の周の一部で接合部６１と封止部６２ａ，６２ｂとが接触し，開口部５８の周の一部で接合部６１と封止部６２ｂとが接触しないことも考えられる。
また，燃料電池セル４０のように，連結部６４を有しない状態において，接合部６１と封止部６２ｂの間に間隙（空間）６５を有しても良い。

【0070】

（その他の実施形態）
本発明の実施形態は上記の実施形態に限られず拡張，変更可能であり，拡張，変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

【0071】

上記実施形態では，アノード支持タイプの燃料電池セルに適用するために固体電解質層５６の上面（空気極５５側）に金属製セパレータ５３が接合されている。これに対して，例えば，固体電解質支持タイプやカソード支持タイプなどでは，固体電解質層５６の下面（燃料極５７側）に金属製セパレータ５３を接合しても良い。この場合，燃料極５７は，固体電解質層５６より小さく形成され，かつ開口部５８内に配置され，酸化剤ガスに晒されないようにされる。

【符号の説明】

【0072】

１０ 固体酸化物形燃料電池
１１，１２ エンドプレート
２１-２３ ボルト
３１，３２ 貫通孔
３５ ナット
４０ 燃料電池セル
４１，４５ インターコネクタ
４２ 集電体
４３ 枠部
４４ 燃料電池セル本体
４６ 開口
４７ 酸化剤ガス流路
４８ 燃料ガス流路
５０ セパレータ付燃料電池セル
５１ 空気極フレーム
５２ 絶縁フレーム
５３ 金属製セパレータ
５４ 燃料極フレーム
５５ 空気極
５６ 固体電解質層
５７ 燃料極
５８ 開口部
６１ 接合部
６１１，６１２ ロウ材
６２ 封止部
６２１ 封止材
６３ 拘束部
６３１ 拘束材
６４ 連結部
６５ 間隙

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図5D】

【図5E】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】