特許 6605164 燃料電池のセルスタック

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6605164

(24)【登録日】2019年10月25日

(45)【発行日】2019年11月13日

(54)【発明の名称】燃料電池のセルスタック

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/0282 20160101AFI20191031BHJP

   H01M 8/12 20160101ALI20191031BHJP

   H01M 8/0276 20160101ALI20191031BHJP

【ＦＩ】

   H01M8/0282

   H01M8/12 101

   H01M8/12 102C

   H01M8/0276

【請求項の数】3

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2019-42860(P2019-42860)

(22)【出願日】2019年3月8日

【審査請求日】2019年3月11日

(31)【優先権主張番号】特願2018-245474(P2018-245474)

(32)【優先日】2018年12月27日

(33)【優先権主張国】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000004064

【氏名又は名称】日本碍子株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000202

【氏名又は名称】新樹グローバル・アイピー特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】寺澤 玄太

(72)【発明者】

【氏名】福森 聖斗

(72)【発明者】

【氏名】田中 裕己

(72)【発明者】

【氏名】龍 崇

(72)【発明者】

【氏名】大森 誠

【審査官】 橋本 敏行

(56)【参考文献】

【文献】 再公表特許第２０１８／０９７１７４（ＪＰ，Ａ１）

【文献】 特開２０１６−０４２４５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−０４５７０１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ８／００−８／２４９５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第1被接合部材と、
前記第1被接合部材の表面に接合されるガラス部と、
を備え、
前記ガラス部は、前記第1被接合部材の表面から５μｍ以内の界面領域と、前記第1被接合部材の表面から５μｍ超の内部領域とを含み、
前記界面領域及び前記内部領域それぞれは、断面視において、３以上のアスペクト比を有する棒状結晶粒子を含み、
前記界面領域に含まれる棒状結晶粒子の平均配向角度は、６０度以上１２０度以下であり、
前記内部領域に含まれる棒状結晶粒子の配向角度の標準偏差は、前記界面領域に含まれる棒状結晶粒子の配向角度の標準偏差より大きい、
接合体。

【請求項2】

前記第1被接合部材は、金属部材である、
請求項１に記載の接合体。

【請求項3】

前記ガラス部を介して前記第1被接合部材に接合される第２被接合部材を備え、
前記ガラス部は、前記第1被接合部材と前記第２被接合部材との隙間をシールする、
請求項１又は２に記載の接合体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃料電池のセルスタックに関する。

【背景技術】

【0002】

従来の燃料電池のセルスタックは、燃料電池セルと、金属によって構成されるマニホールドと、結晶化ガラスによって構成されるガラス部とを備える（特許文献１を参照）。

【0003】

マニホールドは、燃料電池セルが挿入される貫通孔を有する。ガラス部は、燃料電池セルとマニホールドとを接合する。ガラス部は、マニホールドの内部空間（例えば、燃料ガスが供給される空間）と外部空間（例えば、空気が供給される空間）とを区画することによって、燃料ガスと空気との混合を防止する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００５−１００６８７号公報

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

セルスタックでは、稼働時に、マニホールドの熱膨張及び熱収縮に伴う熱応力がガラス部に発生するため、ガラス部のうちマニホールドとの界面付近にクラックが発生しやすい。このクラックが、熱応力によってさらに成長すると、マニホールドの内部空間と外部空間とを繋ぐ通路が形成されて、燃料ガスと空気とが混合してしまうおそれがある。

【0006】

本発明は、ガラス部にクラックが発生することを抑制可能な接合体の提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係る接合体は、第1被接合部材と、第1被接合部材の表面に接合されるガラス部とを備える。ガラス部は、第1被接合部材の表面から５μｍ以内の界面領域と、第1被接合部材の表面から５μｍ超の内部領域とを含む。界面領域及び内部領域それぞれは、断面視において、３以上のアスペクト比を有する棒状結晶粒子を含む。界面領域に含まれる棒状結晶粒子の平均配向角度は、６０度以上１２０度以下である。内部領域に含まれる棒状結晶粒子の配向角度の標準偏差は、界面領域に含まれる棒状結晶粒子の配向角度の標準偏差より大きい。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、ガラス部にクラックが発生することを抑制可能な接合体を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の実施形態に係るセルスタックの全体斜視図である。

【図2】燃料電池の全体斜視図である。

【図3】マニホールドの全体斜視図である。

【図4】燃料電池及びマニホールドの部分拡大断面図である。

【図5】接合体の断面を走査型電子顕微鏡で観察した反射電子像である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

＜セルスタックの構成＞
本実施形態に係るセルスタック１の構成について、図面を参照しながら説明する。図１は、セルスタック１の全体斜視図である。図２は、燃料電池セル１００の全体斜視図である。図３は、マニホールド２００の全体斜視図である。図４は、燃料電池セル１００及びマニホールド２００の部分拡大断面図である。

【0011】

セルスタック１は、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ；Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）に用いられる構造体である。なお、本実施形態では、図１に示すように、ｘ，ｙ，ｚ座標系が設定されている。

【0012】

セルスタック１は、複数の燃料電池セル１００と、マニホールド２００と、ガラス部３００とを備える。マニホールド２００とガラス部３００は、本発明に係る「接合体」を構成する。本発明に係る「接合体」は、燃料電池セル１００を含んでいてもよい。

【0013】

＜燃料電池セル＞
図１に示すように、各燃料電池セル１００は、マニホールド２００に設けられる。燃料電池セル１００は、互いに間隔を隔てて並べられる。図２及び図４に示すように、燃料電池セル１００のｘ軸方向（長手方向）において燃料ガスが流入する側の基端部１０ａは、ガラス部３００を介してマニホールド２００に接合される。燃料電池セル１００は、本発明に係る「第２被接合部材」の一例である。燃料電池セル１００のｘ軸方向において燃料ガスが排出される側の先端部１０ｂは、自由端となっている。

【0014】

図２に示すように、燃料電池セル１００は、実質的に平板状に形成される。燃料電池セル１００の長手方向、短手方向及び厚み方向は、それぞれｘ軸方向、ｙ軸方向及びｚ軸方向に対応する。

【0015】

燃料電池セル１００のｘ軸方向の長さＬ１は特に制限されないが、５０ｍｍ以上５００ｍｍ以下の範囲内に設定することができる。燃料電池セル１００のｙ軸方向の長さＬ２は特に制限されないが、１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下の範囲内に設定することができる。燃料電池セル１００のｚ軸方向の長さＬ３は特に制限されないが、１ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲内に設定することができる。

【0016】

各燃料電池セル１００は、複数の発電素子部Ａと、支持基板１０と、シール膜２０とを有する。

【0017】

各発電素子部Ａは、燃料極、固体電解質膜及び空気極を有する。各発電素子部Ａは、燃料極、固体電解質膜及び空気極の順に積層された積層焼成体である。ここでは、燃料極は、例えば、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹＳＺ（８ＹＳＺ；イットリア安定化ジルコニア）とから構成される。固体電解質膜は、例えば、ＹＳＺ（８ＹＳＺ；イットリア安定化ジルコニア）から構成される。空気極は、例えば、ＬＳＣＦ＝（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ_３（ランタンストロンチウムコバルトフェライト）から構成される。

【0018】

複数の発電素子部Ａは、支持基板１０に設けられる。複数の発電素子部Ａは、電気的に直列に接続される。発電素子部Ａの個数は特に制限されない。

【0019】

支持基板１０は、電子伝導性を有さない多孔質の材料から構成された焼成体である。支持基板１０は、例えば、ＣＳＺ（カルシア安定化ジルコニア）で構成される。

【0020】

支持基板１０は、発電素子部Ａを支持する。具体的には、支持基板１０の両主面には、複数の発電素子部Ａが、ｘ軸方向に所定の間隔を隔てて設けられている。

【0021】

支持基板１０の内部には、複数の燃料ガス流路１１が形成されている。各燃料ガス流路１１は、ｘ軸方向に延びている。各燃料ガス流路１１は、支持基板１０を貫通する。各燃料ガス流路１１は、ｙ軸方向（幅方向）に所定の間隔を隔てて形成される。

【0022】

シール膜２０は、支持基板１０の外表面を覆う。シール膜２０は、緻密質材料によって構成することができる。緻密質材料としては、例えば、ＹＳＺ、ＳｃＳＺ、ガラス、スピネル酸化物などが挙げられる。シール膜２０は、各発電素子部Ａの固体電解質膜と同じ材料によって構成されていてもよい。この場合、シール膜２０は、各発電素子部Ａの固体電解質膜と一体的に形成されていてもよい。

【0023】

＜マニホールド＞
マニホールド２００は、本発明に係る「第1被接合部材」及び「金属部材」の一例である。マニホールド２００は、複数の燃料電池セル１００それぞれに燃料ガスを供給するための中空体である。図３及び図４に示すように、マニホールド２００は、実質的に直方体状である。マニホールド２００では、高さ方向、短手方向及び長手方向が、ｘ軸方向、ｙ軸方向及びｚ軸方向に対応する。

【0024】

図３及び図４に示すように、マニホールド２００は、基部２１０と、支持板２２０とを有する。基部２１０は、金属材料（例えば、ステンレス鋼など）によって構成される。基部２１０は、底部と、底部を取り囲む側壁とを有している。底部と側壁とによって、上方に向けて開口する開口部が形成される。

【0025】

支持板２２０は、金属材料（例えば、ステンレス鋼など）によって構成される。支持板２２０は、基部２１０上に配置される。具体的には、支持板２２０は、基部２１０の側壁の先端部に配置され、基部２１０の開口部を塞ぐ。このように、支持板２２０が基部２１０の開口部を塞ぐことによって、マニホールド２００には、内部空間Ｓ１が形成される（図４を参照）。この内部空間Ｓ１には、燃料ガスが導入される。

【0026】

燃料ガスは、導入管２３０を介して、外部から内部空間Ｓ１に導入される。導入管２３０は、金属材料（例えば、ステンレス鋼など）によって構成される。導入管２３０は、マニホールド２００の支持板２２０に接合される。

【0027】

マニホールド２００は、図３及び図４に示すように、各燃料電池セル１００を支持する。具体的には、マニホールド２００の支持板２２０、複数の貫通孔２２１を有している。各貫通孔２２１は、マニホールド２００の外側（外部空間）と内部空間Ｓ１とを連通するように、支持板２２０に形成されている。より具体的には、図４に示すように、各貫通孔２２１は、支持板２２０をｘ軸方向（高さ方向）に貫通している。図３に示すように、各貫通孔２２１は、ｚ軸方向（長手方向）に所定の間隔を隔てて形成されるとともに、ｙ軸方向（短手方向）にも所定の間隔を隔てて形成される。

【0028】

図４に示すように、各貫通孔２２１には、各燃料電池セル１００が配置される。詳細には、各燃料電池セル１００の燃料ガス流路１１が内部空間Ｓ１に連通するように、各貫通孔２２１には、各燃料電池セル１００の基端部１０ａが挿入される。

【0029】

＜ガラス部＞
ガラス部３００は、例えば、結晶化ガラスで構成される。結晶化ガラスとしては、例えば、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３系、ＳｉＯ_２−ＣａＯ系、ＭｇＯ−Ｂ_２Ｏ_３系、又はＳｉＯ_２−ＭｇＯ系のものが用いられる。なお、結晶化ガラスとしては、ＳｉＯ_２−ＭｇＯ系のものが最も好ましい。

【0030】

ここで用いられる結晶化ガラスは、全体積に対する「結晶相が占める体積」の割合（結晶化度）が６０％以上であり、かつ、全体積に対する「非晶質相及び不純物が占める体積」の割合が４０％未満のガラスである。

【0031】

ガラス部３００は、マニホールド２００の内部空間Ｓ１の燃料ガスと、マニホールド２００の外部空間の空気との混合を防止するシール材として機能する。具体的には、図４に示すように、ガラス部３００は、マニホールド２００と各燃料電池セル１００との間に配置され、マニホールド２００と各燃料電池セル１００とを接合する。ガラス部３００は、マニホールド２００と燃料電池セル１００との隙間をシールする。これにより、ガラス部３００は、内部空間Ｓ１と外部空間とを区画する。

【0032】

図４に示すように、ガラス部３００は、マニホールド２００の各貫通孔２２１と各燃料電池セル１００との隙間Ｇに充填される。

【0033】

＜その他の構造＞
図４に示すように、セルスタック１は、集電部材４００，５００をさらに有する。集電部材４００は、隣接する燃料電池セル１００の間に設けられる。詳細には、集電部材４００は、一方の燃料電池セル１００の燃料極と、他方の燃料電池セル１００の空気極とを電気的に直列に接続するために、隣接する燃料電池セル１００の間に設けられる。集電部材４００は、例えば、金属メッシュ等によって構成される。

【0034】

集電部材５００は、各燃料電池セル１００に設けられる。詳細には、集電部材５００は、各燃料電池セル１００の表側と裏側とを電気的に直列に接続するために、各燃料電池セル１００に設けられている。

【0035】

＜接合体の構成＞
次に、マニホールド２００とガラス部３００とによって構成される「接合体」の構成について、図面を参照しながら説明する。図５は、接合体の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した反射電子像である。

【0036】

マニホールド２００は、表面２００Ｓを有する。図５には、表面２００Ｓに対して実質的に垂直な断面が図示されている。本実施形態において、表面２００Ｓは、略平坦に形成されているが、微少な凹凸が形成されていてもよいし、全体的又は局所的に湾曲又は屈曲していてもよい。

【0037】

ガラス部３００は、マニホールド２００の表面２００Ｓに接合される。ガラス部３００は、マニホールド２００の表面２００Ｓに垂直な断面において、界面領域３００ａと内部領域３００ｂとを含む。

【0038】

界面領域３００ａは、マニホールド２００の表面２００Ｓから５μｍ以内の領域である。内部領域３００ｂは、マニホールド２００の表面２００Ｓから５μｍ超の領域である。内部領域３００ｂの範囲は特に規定しなくてもよいが、後述するように、内部領域３００ｂに含まれる結晶粒子の特性を算出する都合上、本実施形態では、マニホールド２００の表面２００Ｓから５μｍ超１００μｍ以下の範囲を内部領域３００ｂとして規定する。

【0039】

なお、図５において、界面領域３００ａと内部領域３００ｂとの境界は、略直線状に描かれているが、実際にはマニホールド２００の表面２００Ｓに平行な線によって規定される。

【0040】

界面領域３００ａ及び内部領域３００ｂのそれぞれは、複数の結晶粒子によって構成される。図５の反射電子像では、白色で表示される結晶粒子と、灰色で表示される結晶粒子と、黒色で表示される結晶粒子とが混在しているが、このように表示色が異なるのは、結晶粒子ごとに微小な質量差が存在するからである。

【0041】

図５に示すように、界面領域３００ａ及び内部領域３００ｂそれぞれには、複数の棒状結晶粒子が含まれている。本明細書において、棒状結晶粒子とは、３以上のアスペクト比を有する結晶粒子を意味する。

【0042】

界面領域３００ａ及び内部領域３００ｂそれぞれに含まれる棒状結晶粒子は、以下の手法によって特定される。まず、反射電子検出器を用いたＳＥＭ（ＺＥＩＳＳ社製、型式ＵＬＴＲＡ５５）によって、マニホールド２００の表面２００Ｓに対して垂直な界面領域３００ａの断面を５０００倍で拡大した反射電子像を取得する。次に、反射電子像上において、最も明るく表示される粒子（すなわち、最高輝度で表示される粒子）を特定する。次に、最も明るく表示される粒子の電子回折パターンを走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）で取得して、最も明るく表示される粒子が結晶粒子であることを確認する。次に、最も明るく表示される結晶粒子それぞれについて、結晶粒子の最大フェレー径を最小フェレー径で除すことでアスペクト比を求め、アスペクト比が３以上の棒状結晶粒子を特定する。最大フェレー径は、反射電子像上において、結晶粒子を平行な２本の直線で挟んだ場合における当該２本の直線間の最大距離である。最小フェレー径は、反射電子像上において、結晶粒子を平行な２本の直線で挟んだ場合における当該２本の直線間の最小距離である。

【0043】

界面領域３００ａに含まれる棒状結晶粒子の平均配向角度は、６０度以上１２０度以下である。これにより、界面領域３００ａに含まれる棒状結晶粒子を、マニホールド２００の表面２００Ｓに対して立設させることができる。従って、マニホールド２００の熱膨張及び熱収縮に伴って、界面領域３００ａには表面２００Ｓに沿った方向にクラックが発生しやすいが、棒状結晶粒子がマニホールド２００の表面２００Ｓに対して立設されているため、表面２００Ｓに沿ってクラックが発生することを抑制できる。

【0044】

界面領域３００ａに含まれる棒状結晶粒子の平均配向角度は、７０度以上１１０度以下であることがより好ましい。これにより、表面２００Ｓに沿ってクラックが発生することをより抑制できる。

【0045】

一方、内部領域３００ｂに含まれる棒状結晶粒子の平均配向角度は、特に制限されない。後述するように、内部領域３００ｂでは界面領域３００ａに比べて棒状結晶粒子がランダムに配置されていればよく、内部領域３００ｂに含まれる棒状結晶粒子の平均配向角度は、界面領域３００ａに含まれる棒状結晶粒子の平均配向角度より大きくても小さくてもよいし、或いは同じであってもよい。

【0046】

界面領域３００ａに含まれる棒状結晶粒子の平均配向角度は、以下の手法で測定される。まず、上述した手法により、界面領域３００ａにおいて棒状結晶粒子を特定した後、界面領域３００ａから３０個の棒状結晶粒子を無作為に選出する。次に、選出した３０個の棒状結晶粒子それぞれについて、最小フェレー径を規定する２本の直線に平行な方向が、表面２００Ｓを最小二乗法で近似した直線に対して成す角度を配向角度として測定する。この際、最小フェレー径を規定する２本の直線に平行な方向の一方側（例えば、図５では左側の角度）に統一して配向角度を測定する。そして、３０個の棒状結晶粒子それぞれの配向角度を算術平均することによって、界面領域３００ａに含まれる棒状結晶粒子の平均配向角度を算出する。

【0047】

内部領域３００ｂに含まれる棒状結晶粒子の平均配向角度は、上述した界面領域３００ａに含まれる棒状結晶粒子の平均配向角度と同じ手法で測定される。

【0048】

内部領域３００ｂに含まれる複数の棒状結晶粒子の配向角度の標準偏差は、界面領域３００ａに含まれる複数の棒状結晶粒子の配向角度の標準偏差より大きい。すなわち、内部領域３００ｂでは界面領域３００ａに比べて棒状結晶粒子がランダムに配置されている。そのため、セルスタック１の稼働時に、マニホールド２００の熱膨張及び熱収縮に伴って界面領域３００ａにクラックが発生したとしても、当該クラックが外部空間にまで進展することを抑制できる。従って、ガラス部３００を貫通するクラックが発生してシール性が低下することを抑制できる。

【0049】

界面領域３００ａに含まれる棒状結晶粒子の配向角度の標準偏差は、棒状結晶粒子の平均配向角度を算出するために選出した３０個の棒状結晶粒子それぞれの配向角度の標準偏差を算出することによって得られる。

【0050】

内部領域３００ｂに含まれる棒状結晶粒子の配向角度の標準偏差は、上述した界面領域３００ａに含まれる棒状結晶粒子の配向角度の標準偏差と同じ手法で測定される。

【0051】

界面領域３００ａに含まれる棒状結晶粒子の配向角度の標準偏差の値は特に制限されないが、例えば３０以下とすることができる。界面領域３００ａに含まれる棒状結晶粒子の配向角度の標準偏差の値は、１５以下であることが好ましい。これにより、界面領域３００ａにおける各棒状結晶粒子の配向角度が揃って、表面２００Ｓに沿った方向の強度が向上するため、表面２００Ｓに沿ってクラックが発生することをより抑制できる。界面領域３００ａに含まれる棒状結晶粒子の配向角度が揃っているほど好ましいため、界面領域３００ａに含まれる棒状結晶粒子の配向角度の標準偏差の下限値は制限されないが、例えば５以上とすることができる。

【0052】

内部領域３００ｂに含まれる棒状結晶粒子の配向角度の標準偏差の値は特に制限されないが、例えば４０以上とすることができる。内部領域３００ｂに含まれる棒状結晶粒子の配向角度の標準偏差の値は、５０以上であることが好ましい。これにより、界面領域３００ａに発生したクラックが内部領域３００ｂ内を進展することをより抑制できる。内部領域３００ｂに含まれる棒状結晶粒子の配向角度はランダムであるほど好ましいため、内部領域３００ｂに含まれる棒状結晶粒子の配向角度の標準偏差の上限値は制限されないが、例えば６０以下とすることができる。

【0053】

また、図５に示すように、界面領域３００ａに含まれる結晶粒子の平均粒径は、内部領域３００ｂに含まれる結晶粒子の平均粒径より小さいことが好ましい。これにより、ガラス部３００のうち界面領域３００ａの強度を向上させることができる。そのため、セルスタック１の稼働時に、マニホールドの熱膨張及び熱収縮による熱応力が界面領域３００ａに集中しても、界面領域３００ａにクラックが発生することを抑制できる。また、内部領域３００ｂを形成するために過剰に微細な種結晶を用いる必要がなく、内部領域３００ｂを焼成工程において結晶化の開始が早くなりすぎることを抑制できる。そのため、内部領域３００ｂの流れ性が低下して流動が阻害されるのを防ぐことができるので、内部領域３００ｂの形状を容易に制御することができる。その結果、内部領域３００ｂのシール性を向上させることができる。以上より、ガラス部３００におけるクラック抑制とシール性向上とを両立させることができる。

【0054】

界面領域３００ａに含まれる結晶粒子の平均粒径は、内部領域３００ｂに含まれる結晶粒子の平均粒径の０．８倍以下であることが好ましく、０．６倍以下がより好ましく、０．４倍以下が特に好ましい。これによって、界面領域３００ａにクラックが発生することをより抑制できる。

【0055】

界面領域３００ａに含まれる結晶粒子の平均粒径は特に制限されないが、０．２μｍ以上２．５μｍ以下とすることができる。内部領域３００ｂに含まれる結晶粒子の平均粒径は特に制限されないが、３μｍ以上２０μｍ以下とすることができる。

【0056】

界面領域３００ａに含まれる結晶粒子の平均粒径は、以下の手法で測定される。まず、反射電子検出器を用いたＦＥ−ＳＥＭ（ＺＥＩＳＳ社製、型式ＵＬＴＲＡ５５）によって、マニホールド２００の表面２００Ｓに対して垂直な界面領域３００ａの断面を５０００倍で拡大した反射電子像を取得する。次に、反射電子像上において、最も明るく表示される粒子（すなわち、最高輝度で表示される粒子）を特定する。次に、最も明るく表示される粒子の電子回折パターンを走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）で取得して、最も明るく表示される粒子が結晶粒子であることを確認する。次に、最も明るく表示される結晶粒子を界面領域３００ａから無作為に３０個選択して、各結晶粒子と同じ断面積を有する円の直径（以下、「円相当径」という。）を算出する。次に、各結晶粒子の円相当径の算術平均値（以下、「平均円相当径」という。）を算出し、この平均円相当径を界面領域３００ａに含まれる結晶粒子の平均粒径とする。ただし、結晶粒子の平均粒径を測定する際、界面領域３００ａと内部領域３００ｂとの境界に重なっている結晶粒子は、平均粒径の測定対象から除外するものとする。また、結晶粒子の平均粒径を測定する際、円相当径が０．０３μｍ以下の微細な結晶粒子は、平均粒径の測定対象から除外する。

【0057】

内部領域３００ｂに含まれる結晶粒子の平均粒径は、上述した界面領域３００ａに含まれる結晶粒子の平均粒径と同じ手法で測定される。

【0058】

＜セルスタックの組立て＞
まず、Ｂａ、Ｃａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｌａ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｃｅ、Ｂの少なくとも１種類の元素（又は酸化物）を含有する棒状の種結晶を含む界面領域用接合材を、マニホールド２００のうちガラス部３００と接合する領域にスクリーン印刷で塗布する。これにより、マニホールド２００の表面に対して立設するように棒状の種結晶が配列される。この際、スクリーン印刷に用いる製版のオープニングの大きさを調整することによって、後述する界面領域３００ａにおける棒状結晶粒子の平均配向角度と配向角度の標準偏差とを調整することができる。例えば、製版のオープニングを小さくするほど、棒状結晶粒子の平均配向角度を大きくすることができる。また、製版のオープニングを小さくするほど、棒状結晶粒子の配向角度の標準偏差を小さくすることができる

【0059】

次に、塗布した界面領域用接合材を乾燥させることによって、ガラス部３００のうち界面領域３００ａの成形体を形成する。

【0060】

次に、複数の燃料電池セル１００をスタック状に整列した状態で所定の治具に固定し、各燃料電池セル１００の基端部１０ａをマニホールド２００の各貫通孔２２１に挿入する。

【0061】

次に、Ｂａ、Ｃａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｌａ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｃｅ、Ｂの少なくとも１種類の元素（又は酸化物）を含有する棒状の種結晶を含む内部領域用接合材を、燃料電池セル１００とマニホールド２００との隙間Ｇにディスペンサで充填する。これにより、界面領域用接合材に含まれる棒状の種結晶をランダムな向きに配置させることができる。

【0062】

次に、ガラス部３００の成形体に熱処理（７５０〜９００℃、１〜１０時間）を施す。この熱処理によって、界面領域３００ａでは、マニホールド２００の表面に対して立設するように配列された棒状の種結晶が、マニホールド２００の表面から離れる方向に向かって成長して棒状結晶粒子となる。そのため、界面領域３００ａでは、平均配向角度が６０度以上１２０度以下に揃った棒状結晶粒子が形成される。一方、内部領域３００ｂでは、ランダムな向きに配置された棒状の種結晶それぞれが成長して棒状結晶粒子となる。そのため、内部領域３００ｂでは、配向角度がランダムな棒状結晶粒子が成長する。その結果、内部領域３００ｂに含まれる複数の棒状結晶粒子の配向角度の標準偏差は、界面領域３００ａに含まれる複数の棒状結晶粒子の配向角度の標準偏差より大きくなる。なお、界面領域３００ａ及び内部領域３００ｂそれぞれにおける棒状結晶粒子のアスペクト比は、熱処理のキープ時間を長くするほど大きくすることができる。

【0063】

＜他の実施形態＞
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

【0064】

（Ａ）上記実施形態では、燃料電池セルを備えるセルスタックにおいて、本発明に係る接合体を適用したが、本発明に係る接合体は、水蒸気から水素と酸素を生成する電解セルなどの電気化学セルを備えるセルスタックに適用することができる。

【0065】

（Ｂ）上記実施形態において、燃料電池セル１００は、複数の発電素子部Ａが支持基板１０の長さ方向に配列された、いわゆる横縞型の燃料電池セルであることとしたが、燃料電池セル１００の構成はこれに限定されない。燃料電池セル１００は、例えば、縦縞型、平板型、円筒型など種々の形態を取りうる。

【0066】

（Ｃ）上記実施形態において、本発明に係る「接合体」は、ガラス部３００に接合される「第1被接合部材」としてのマニホールド２００を含むこととしたが、これに限られない。「第1被接合部材」は、マニホールド２００以外の部材であってもよい。

【0067】

（Ｄ）上記実施形態において、本発明に係る「接合体」は、ガラス部３００に接合される「第２被接合部材」として燃料電池セル１００を含むこととしたが、これに限られない。「第２被接合部材」は、燃料電池セル１００以外の部材であってもよい。

【0068】

（Ｅ）上記実施形態では特に触れていないが、ガラス部３００のうち燃料電池セル１００との界面領域の構成は、界面領域３００ａと同様であってもよいし、内部領域３００ｂと同様であってもよい。

【0069】

（Ｆ）上記実施形態では、各燃料電池セル１００の基端部１０ａは、マニホールド２００の各貫通孔２２１に挿入されることとしたが、各貫通孔２２１の外側に配置されていてもよい。この場合、各燃料電池セル１００の基端部１０ａは、各貫通孔２２１から離れた位置において、ガラスシール部３００を介してマニホールド２００に固定される。

【符号の説明】

【0070】

１ セルスタック
１００ 燃料電池セル
２００ マニホールド
２２１ 貫通孔
３００ ガラス部
３００ａ 界面領域
３００ｂ 内部領域
１０ 支持基板
１１ 燃料ガス流路
Ａ 発電素子部

【要約】

【課題】ガラス部にクラックが発生することを抑制可能な接合体を提供する。
【解決手段】接合体は、マニホールド２００とガラス部３００とを備える。ガラス部３００は、マニホールド２００の表面２００Ｓから５μｍ以内の界面領域３００ａと、マニホールド２００の表面２００Ｓから５μｍ超の内部領域３００ｂとを含む。界面領域３００ａ及び内部領域内部領域３００ｂそれぞれは、断面視において、３以上のアスペクト比を有する棒状結晶粒子を含む。界面領域３００ａに含まれる棒状結晶粒子の平均配向角度は、６０度以上１２０度以下である。内部領域３００ｂに含まれる棒状結晶粒子の配向角度の標準偏差は、界面領域３００ａに含まれる棒状結晶粒子の配向角度の標準偏差より大きい。
【選択図】図５

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】