特許 7543336 インターコネクタ－電気化学反応単セル複合体、および、電気化学反応セルスタック

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-23

(45)【発行日】2024-09-02

(54)【発明の名称】インターコネクタ－電気化学反応単セル複合体、および、電気化学反応セルスタック

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/0228 20160101AFI20240826BHJP

   C25B 1/04 20210101ALI20240826BHJP

   C25B 9/00 20210101ALI20240826BHJP

   C25B 9/19 20210101ALI20240826BHJP

   C25B 9/60 20210101ALI20240826BHJP

   C25B 9/65 20210101ALI20240826BHJP

   C25B 9/77 20210101ALI20240826BHJP

   H01M 8/02 20160101ALI20240826BHJP

   H01M 8/0206 20160101ALI20240826BHJP

   H01M 8/0215 20160101ALI20240826BHJP

   H01M 8/0243 20160101ALI20240826BHJP

   H01M 8/12 20160101ALI20240826BHJP

   H01M 8/1213 20160101ALI20240826BHJP

【ＦＩ】

H01M8/0228

C25B1/04

C25B9/00 A

C25B9/19

C25B9/60

C25B9/65

C25B9/77

H01M8/02

H01M8/0206

H01M8/0215

H01M8/0243

H01M8/12 101

H01M8/12 102A

H01M8/1213

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2022054969

(22)【出願日】2022-03-30

(65)【公開番号】P2022168837

(43)【公開日】2022-11-08

【審査請求日】2023-05-10

(31)【優先権主張番号】P 2021074119

(32)【優先日】2021-04-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(31)【優先権主張番号】P 2021193783

(32)【優先日】2021-11-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】519322392

【氏名又は名称】森村ＳＯＦＣテクノロジー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001911

【氏名又は名称】弁理士法人アルファ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】柿沼 保夫

(72)【発明者】

【氏名】堀田 信行

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 吉晃

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 伸輔

(72)【発明者】

【氏名】島津 めぐみ

(72)【発明者】

【氏名】田中 修平

(72)【発明者】

【氏名】森川 哲也

(72)【発明者】

【氏名】大村 肇

(72)【発明者】

【氏名】星子 琢也

【審査官】高木 康晴

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２１－０２２４７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－２００８７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２２５４２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２８０６１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０１８６９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１６０４２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０２０－５０２７５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１２／１４４６００（ＷＯ，Ａ１）

【文献】韓国公開特許第１０－２０１８－００９０４６３（ＫＲ，Ａ）

【文献】特開２０００－２９４２５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１７４１５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１１／０３４００２（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ８／０２

Ｃ２５Ｂ １／０４

Ｃ２５Ｂ ９／００

Ｃ２５Ｂ ９／１９

Ｃ２５Ｂ ９／６０

Ｃ２５Ｂ ９／６５

Ｃ２５Ｂ ９／７７

Ｈ０１Ｍ ８／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

固体酸化物を含む電解質層と、前記電解質層を挟んで第１の方向に互いに対向する空気極および燃料極と、を含む電気化学反応単セルと、前記電気化学反応単セルの前記燃料極側に配置され、Ｍｎを含むインターコネクタと、を備えるインターコネクタ－電気化学反応単セル複合体において、
前記燃料極における前記電解質層とは反対側の第１の表面は、前記インターコネクタに電気的に接続される集電領域と、前記集電領域とは異なる非集電領域と、を有しており、
前記インターコネクタにおける前記燃料極側の第２の表面のうち、前記燃料極の前記非集電領域と前記第１の方向で対向する対向領域の少なくとも一部が、前記対向領域からのＭｎの透過を制限するマンガン透過制限膜で覆われており、
前記マンガン透過制限膜は、金属箔であり、
前記金属箔と前記インターコネクタとがスポット接合された複数の接合部であって、互いに離間した位置に配置された複数の接合部を備え、
前記対向領域のうち、前記第１の方向視で前記複数の接合部を除く領域において前記マンガン透過制限膜と前記インターコネクタとが密着していないことを特徴とする、インターコネクタ－電気化学反応単セル複合体。

【請求項2】

請求項１に記載のインターコネクタ－電気化学反応単セル複合体において、
前記マンガン透過制限膜は、金属箔の第１の箔部分であり、
前記金属箔は、前記インターコネクタに電気的に接続されており、かつ、前記金属箔のうち、前記第１の箔部分とは異なる第２の箔部分は、前記燃料極における前記集電領域に電気的に接続されていることを特徴とする、インターコネクタ－電気化学反応単セル複合体。

【請求項3】

請求項２に記載のインターコネクタ－電気化学反応単セル複合体において、
前記燃料極における前記集電領域と前記インターコネクタとの間に配置されたスペーサーを備え、
前記金属箔の前記第２の箔部分の少なくとも一部は、前記燃料極における前記集電領域と前記スペーサーとの間に挟み込まれていることを特徴とする、インターコネクタ－電気化学反応単セル複合体。

【請求項4】

請求項３に記載のインターコネクタ－電気化学反応単セル複合体において、
前記スペーサーは、前記金属箔を介することなく、前記インターコネクタに接触していることを特徴とする、インターコネクタ－電気化学反応単セル複合体。

【請求項5】

請求項１に記載のインターコネクタ－電気化学反応単セル複合体において、
前記インターコネクタにおける前記燃料極の前記集電領域と前記第１の方向で対向する領域に電気的に接続される第１の接続部と、前記燃料極の前記集電領域に電気的に接続される第２の接続部と、前記第１の接続部と前記第２の接続部とをつなぐ連接部と、を有する導電性部材と、
前記導電性部材の前記第１の接続部と前記第２の接続部との間に配置されたスペーサーと、
を備え、
前記導電性部材は、Ｍｎの透過を抑制する構成であり、かつ、前記第２の接続部における前記連接部とは反対側の先端部が前記マンガン透過制限膜に接触している、インターコネクタ－電気化学反応単セル複合体。

【請求項6】

請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載のインターコネクタ－電気化学反応単セル複合体において、
前記インターコネクタにおける前記対向領域のうち、６０％以上の領域が、前記マンガン透過制限膜で覆われていることを特徴とする、インターコネクタ－電気化学反応単セル複合体。

【請求項7】

請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載のインターコネクタ－電気化学反応単セル複合体において、
前記マンガン透過制限膜は、前記インターコネクタにおける前記対向領域から前記第１の方向に離間している部分を有している、インターコネクタ－電気化学反応単セル複合体。

【請求項8】

請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のインターコネクタ－電気化学反応単セル複合体において、
前記複数の接合部を除く前記対向領域の全体が前記マンガン透過制限膜に覆われていることを特徴とする、インターコネクタ－電気化学反応単セル複合体。

【請求項9】

請求項１に記載のインターコネクタ－電気化学反応単セル複合体において、
前記マンガン透過制限膜は、Ｎｉ、Ｃｏの少なくとも１種を含む金属と、Ａｌ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｓ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｙ、および、Ｃｅの少なくとも１種を含む酸化物と、の少なくとも一方により形成されていることを特徴とする、インターコネクタ－電気化学反応単セル複合体。

【請求項10】

請求項１から請求項９までのいずれか一項に記載のインターコネクタ－電気化学反応単セル複合体において、
前記インターコネクタにおける結晶粒界にＮｂまたはＴｉを含む酸化物相が含まれていることを特徴とする、インターコネクタ－電気化学反応単セル複合体。

【請求項11】

固体酸化物を含む電解質層と、前記電解質層を挟んで第１の方向に互いに対向する空気極および燃料極と、を含む電気化学反応単セルと、前記電気化学反応単セルの前記燃料極側に配置され、Ｍｎを含むインターコネクタと、を備えるインターコネクタ－電気化学反応単セル複合体において、
前記燃料極における前記電解質層とは反対側の第１の表面は、前記インターコネクタに電気的に接続される集電領域と、前記集電領域とは異なる非集電領域と、を有しており、
前記インターコネクタにおける前記燃料極側の第２の表面のうち、前記燃料極の前記非集電領域と前記第１の方向で対向する対向領域の少なくとも一部が、前記対向領域からのＭｎの透過を制限するマンガン透過制限膜で覆われており、
前記マンガン透過制限膜は、ＣｒとＭｎとを含む金属酸化物により形成されており、
前記マンガン透過制限膜について、２０％水蒸気を含む水素雰囲気下において１０００℃で１００ｈｒの加速加熱試験をした上で、電子線マイクロアナライザにより分析をした場合の前記マンガン透過制限膜の厚み方向に沿った断面におけるＭｎマッピング画像においてＭｎ濃度が５．０ｍａｓｓ％以上であるピクセルのＭｎ濃度の平均値Ｃａは２１．０ｍａｓｓ％以下であることを特徴とする、インターコネクタ－電気化学反応単セル複合体。

【請求項12】

固体酸化物を含む電解質層と、前記電解質層を挟んで第１の方向に互いに対向する空気極および燃料極と、を含む電気化学反応単セルと、前記電気化学反応単セルの前記燃料極側に配置され、Ｍｎを含むインターコネクタと、を備えるインターコネクタ－電気化学反応単セル複合体において、
前記燃料極における前記電解質層とは反対側の第１の表面は、前記インターコネクタに電気的に接続される集電領域と、前記集電領域とは異なる非集電領域と、を有しており、
前記インターコネクタにおける前記燃料極側の第２の表面のうち、前記燃料極の前記非集電領域と前記第１の方向で対向する対向領域の少なくとも一部が、前記対向領域からのＭｎの透過を制限するマンガン透過制限膜で覆われており、
前記マンガン透過制限膜は、ＣｒとＭｎとを含む金属酸化物により形成されており、
前記マンガン透過制限膜について、２０％水蒸気を含む水素雰囲気下において１０００℃で１００ｈｒの加速加熱試験をした上で、電子線マイクロアナライザにより分析をした場合の前記マンガン透過制限膜の厚み方向に沿った断面におけるＭｎマッピング画像においてＭｎ濃度が５．０ｍａｓｓ％以上であるピクセルのＭｎ濃度のばらつきＣｄは１６．０ｍａｓｓ％以下であることを特徴とする、インターコネクタ－電気化学反応単セル複合体。

【請求項13】

請求項１から請求項１２までのいずれか一項に記載のインターコネクタ－電気化学反応単セル複合体において、
前記インターコネクタにおけるＭｎ濃度は、０．０１ｍａｓｓ％以上、０．５ｍａｓｓ％以下であることを特徴とする、インターコネクタ－電気化学反応単セル複合体。

【請求項14】

前記第１の方向に並べて配列された複数のインターコネクタ－電気化学反応単セル複合体を備える電気化学反応セルスタックにおいて、
前記複数のインターコネクタ－電気化学反応単セル複合体の少なくとも１つは、請求項１から請求項１３までのいずれか一項に記載のインターコネクタ－電気化学反応単セル複合体であることを特徴とする、電気化学反応セルスタック。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書に開示される技術は、インターコネクタ－電気化学反応単セル複合体に関する。

【背景技術】

【0002】

水素と酸素との電気化学反応を利用して発電を行う燃料電池の種類の１つとして、固体酸化物を含む電解質層を備える固体酸化物形の燃料電池（以下、「ＳＯＦＣ」という）が知られている。ＳＯＦＣは、一般に、所定の方向（以下、「第１の方向」という）に並べられた複数のインターコネクタ－燃料電池単セル複合体（以下、単に「複合体」という）を備える燃料電池スタックの形態で利用される。複合体は、電解質層と電解質層を挟んで第１の方向に互いに対向する空気極および燃料極とを含む燃料電池単セル（以下、単に「単セル」という）と、単セルの燃料極側に配置されたインターコネクタと、を備える（例えば特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１９－２００８７４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

インターコネクタは、Ｍｎ（マンガン）を含む金属材料（例えばステンレス等）により形成されたものが用いられることがある。本発明者は、鋭意検討を重ねることにより、このようなインターコネクタが単セルよりも燃料極側に配置された構成では、インターコネクタの形成材料に由来するＭｎが燃料極に面する燃料室に飛散することにより、例えば電解質層にクラックが発生するなど、単セルの性能に悪影響を及ぼすこと（Ｍｎ被毒が発生すること）を新たに見出した。

【0005】

なお、このような課題は、水の電気分解反応を利用して水素の生成を行う固体酸化物形の電解セル（以下、「ＳＯＥＣ」という。）の構成単位である電解セル単位を複数備える電解セルスタックにも共通の問題である。また、このような課題は、ＳＯＦＣやＳＯＥＣに限らず、他のタイプの電気化学反応セルスタックにも共通の課題である。なお、本明細書では、燃料電池単セルと電解単セルとをまとめて電気化学反応単セルと呼び、燃料電池スタックと電解セルスタックとをまとめて電気化学反応セルスタックと呼ぶ。

【0006】

本明細書では、上述した課題を解決することが可能な技術を開示する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本明細書に開示される技術は、以下の形態として実現することが可能である。

【0008】

（１）本明細書に開示されるインターコネクタ－電気化学反応単セル複合体は、固体酸化物を含む電解質層と、前記電解質層を挟んで第１の方向に互いに対向する空気極および燃料極と、を含む電気化学反応単セルと、前記電気化学反応単セルの前記燃料極側に配置され、Ｍｎを含むインターコネクタと、を備えるインターコネクタ－電気化学反応単セル複合体において、前記燃料極における前記電解質層とは反対側の第１の表面は、前記インターコネクタに電気的に接続される集電領域と、前記集電領域とは異なる非集電領域と、を有しており、前記インターコネクタにおける前記燃料極側の第２の表面のうち、前記燃料極の前記非集電領域と前記第１の方向で対向する対向領域の少なくとも一部が、前記対向領域からのＭｎの飛散を抑制するマンガン飛散抑制膜で覆われている。本インターコネクタ－電気化学反応単セル複合体では、インターコネクタにおける燃料極側の第２の表面のうち、対向領域の少なくとも一部が、対向領域からのＭｎの飛散を抑制するマンガン飛散抑制膜で覆われている。対向領域は、燃料極の非集電領域と第１の方向で対向する領域である。これにより、本インターコネクタ－電気化学反応単セル複合体によれば、インターコネクタの形成材料に由来するＭｎが燃料室に飛散することを抑制することができる。

【0009】

（２）上記インターコネクタ－電気化学反応単セル複合体において、前記マンガン飛散抑制膜は、金属箔の第１の箔部分であり、前記金属箔は、前記インターコネクタに電気的に接続されており、かつ、前記金属箔のうち、前記第１の箔部分とは異なる第２の箔部分は、前記燃料極における前記集電領域に電気的に接続されている構成としてもよい。本インターコネクタ－電気化学反応単セル複合体では、金属箔が、電気化学反応単セルとインターコネクタとを電気的に接続する集電体と、インターコネクタからのＭｎの飛散を抑制するマンガン飛散抑制膜との両方の機能を兼ねている。そのため、本インターコネクタ－電気化学反応単セル複合体によれば、集電体とマンガン飛散抑制膜とが別々の部材である構成に比べて、部品点数を低減しつつ、インターコネクタの形成材料に由来するＭｎが燃料室に飛散することを抑制することができる。

【0010】

（３）上記インターコネクタ－電気化学反応単セル複合体において、前記燃料極における前記集電領域と前記インターコネクタとの間に配置されたスペーサーを備え、前記金属箔の前記第２の箔部分の少なくとも一部は、前記燃料極における前記集電領域と前記スペーサーとの間に挟み込まれている構成としてもよい。本インターコネクタ－電気化学反応単セル複合体では、金属箔の第１の箔部分の少なくとも一部が、燃料極における集電領域とスペーサーとの間に挟み込まれることにより固定されている。そのため、本インターコネクタ－電気化学反応単セル複合体によれば、例えば溶接等を要することなく、電気化学反応単セルと金属箔との電気的接続を行うことができる。

【0011】

（４）上記インターコネクタ－電気化学反応単セル複合体において、前記スペーサーは、前記金属箔を介することなく、前記インターコネクタに接触している構成としてもよい。例えばスペーサーとインターコネクタとの間に金属箔が介在する構成では、インターコネクタの形成材料に由来するＭｎが金属箔を介してスペーサー側に飛散するおそれがある。それに対して、本インターコネクタ－電気化学反応単セル複合体では、スペーサーが金属箔を介することなくインターコネクタに接触しているため、インターコネクタの形成材料に由来するＭｎが金属箔を介してスペーサー側に飛散することを抑制することができる。

【0012】

（５）上記インターコネクタ－電気化学反応単セル複合体において、前記インターコネクタにおける前記燃料極の前記集電領域と前記第１の方向で対向する領域に電気的に接続される第１の接続部と、前記燃料極の前記集電領域に電気的に接続される第２の接続部と、前記第１の接続部と前記第２の接続部とをつなぐ連接部と、を有する導電性部材と、前記導電性部材の前記第１の接続部と前記第２の接続部との間に配置されたスペーサーと、を備え、前記導電性部材は、Ｍｎの透過を抑制する構成であり、かつ、前記第２の接続部における前記連接部とは反対側の先端部が前記マンガン飛散抑制膜に接触している構成としてもよい。本インターコネクタ－電気化学反応単セル複合体によれば、導電性部材のスペーサー側表面に形成された酸化被膜からＭｎが燃料室に飛散することを抑制することができる。

【0013】

（６）上記インターコネクタ－電気化学反応単セル複合体において、前記インターコネクタにおける前記対向領域のうち、６０％以上の領域が、前記マンガン飛散抑制膜で覆われている構成としてもよい。本インターコネクタ－電気化学反応単セル複合体によれば、インターコネクタにおける対向領域のうち、６０％未満の領域が、マンガン飛散抑制膜で覆われている構成に比べて、インターコネクタの形成材料に由来するＭｎが燃料室に飛散することを、より効果的に抑制することができる。

【0014】

（７）上記インターコネクタ－電気化学反応単セル複合体において、前記マンガン飛散抑制膜は、前記インターコネクタにおける前記対向領域から前記第１の方向に離間している部分を有している構成としてもよい。本インターコネクタ－電気化学反応単セル複合体によれば、マンガン飛散抑制膜が全体的にインターコネクタにおける対向領域に密着した構成に比べて、インターコネクタの形成材料に由来するＭｎが燃料室に飛散することを、より効果的に抑制することができる。

【0015】

（８）上記インターコネクタ－電気化学反応単セル複合体において、前記マンガン飛散抑制膜は、金属箔であり、前記金属箔と前記インターコネクタとが、互いに離間した位置においてスポット接合された複数の接合部を備え、前記対向領域のうち、前記第１の方向視で前記複数の接合部を除く領域において前記マンガン飛散抑制膜と前記インターコネクタとが密着していない構成としてもよい。本インターコネクタ－電気化学反応単セル複合体によれば、Ｍｎの飛散の抑制効果が相対的に低い接合部の面積が相対的に狭いため、マンガン飛散抑制膜によるＭｎの飛散の抑制効果が有効に発揮されることにより、インターコネクタの形成材料に由来するＭｎが燃料室に飛散することを、より効果的に抑制することができる。

【0016】

（９）上記インターコネクタ－電気化学反応単セル複合体において、前記複数の接合部を除く前記対向領域の全体が前記マンガン飛散抑制膜に覆われている構成としてもよい。本インターコネクタ－電気化学反応単セル複合体によれば、複数の接合部を除く対向領域の一部しかマンガン飛散抑制膜に覆われていない構成に比べて、インターコネクタの形成材料に由来するＭｎが燃料室に飛散することを、より効果的に抑制することができる。

【0017】

（１０）上記インターコネクタ－電気化学反応単セル複合体において、前記マンガン飛散抑制膜は、Ｎｉ、Ｃｏの少なくとも１種を含む金属と、Ａｌ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｓ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｙ、および、Ｃｅの少なくとも１種を含む酸化物と、の少なくとも一方により形成されている構成としてもよい。本インターコネクタ－電気化学反応単セル複合体によれば、マンガン飛散抑制膜が金属やＡｌ等を含む酸化物により形成されていることにより、飛散したＭｎとの固溶体が形成されるため、インターコネクタの形成材料に由来するＭｎが燃料室に飛散することを、より効果的に抑制することができる。

【0018】

（１１）上記インターコネクタ－電気化学反応単セル複合体において、前記インターコネクタにおける結晶粒界にＮｂまたはＴｉを含む酸化物相が含まれている構成としてもよい。インターコネクタに含まれるＭｎは、その結晶粒界を通ることにより燃料室にまで拡散しやすい。本インターコネクタ－電気化学反応単セル複合体においては、上記構成であることにより、インターコネクタに含まれるＭｎが結晶粒界を通って燃料室にまで拡散することが抑制される。そのため、本インターコネクタ－電気化学反応単セル複合体によれば、燃料室におけるＭｎ蒸気圧が上昇することに起因して電気化学反応単セルの発電性能が低下することを抑制することができる。

【0019】

（１２）上記インターコネクタ－電気化学反応単セル複合体において、前記マンガン飛散抑制膜は、ＣｒとＭｎとを含む金属酸化物により形成されており、前記マンガン飛散抑制膜について、２０％水蒸気を含む水素雰囲気下において１０００℃で１００ｈｒの加速加熱試験をした上で、電子線マイクロアナライザにより分析をした場合の前記マンガン飛散抑制膜の厚み方向に沿った断面におけるＭｎ濃度の平均値Ｃａは２１．０ｍａｓｓ％以下である構成としてもよい。本インターコネクタ－電気化学反応単セル複合体によれば、マンガン飛散抑制膜におけるＭｎ濃度が比較的に低いため、マンガン飛散抑制膜の形成材料に由来するＭｎが燃料室に飛散することを抑制することができる。

【0020】

（１３）上記インターコネクタ－電気化学反応単セル複合体において、前記マンガン飛散抑制膜は、ＣｒとＭｎとを含む金属酸化物により形成されており、前記マンガン飛散抑制膜について、２０％水蒸気を含む水素雰囲気下において１０００℃で１００ｈｒの加速加熱試験をした上で、電子線マイクロアナライザにより分析をした場合の前記マンガン飛散抑制膜の厚み方向に沿った断面におけるＭｎ濃度のばらつきＣｄは１６．０ｍａｓｓ％以下である構成としてもよい。本インターコネクタ－電気化学反応単セル複合体によれば、マンガン飛散抑制膜におけるＭｎ濃度のばらつきが比較的に小さいため、マンガン飛散抑制膜の形成材料に由来するＭｎが燃料室に飛散することを抑制することができる。

【0021】

（１４）上記インターコネクタ－電気化学反応単セル複合体において、前記マンガン飛散抑制膜は、金属酸化物により形成されており、前記マンガン飛散抑制膜について、２０％水蒸気を含む水素雰囲気下において１０００℃で１００ｈｒの加速加熱試験をした場合に、前記マンガン飛散抑制膜は、Ｘ線回析法によってＭｎＯが同定されない構成としてもよい。本インターコネクタ－電気化学反応単セル複合体においては、マンガン飛散抑制膜についてＸ線回析法をした場合にＭｎＯが同定される構成と比較して、インターコネクタに含まれるＭｎがガス中に飛散することが生じにくい。従って、本インターコネクタ－電気化学反応単セル複合体によれば、燃料室におけるＭｎ蒸気圧の上昇を抑制することができ、これにより電気化学反応単セルの発電性能を向上させることができる。」

【0022】

（１５）上記インターコネクタ－電気化学反応単セル複合体において、前記マンガン飛散抑制膜は、金属酸化物により形成されて、かつ、Ｍｎと、Ｓｉ，Ａｌ，ＴｉおよびＳから選択される少なくとも１つの元素である特定元素と、の化合物である特定化合物を含む構成としてもよい。インターコネクタに含まれるＭｎが特定化合物（Ｍｎと特定元素との化合物）となることにより、ガス中に飛散しにくくなる。従って、本インターコネクタ－電気化学反応単セル複合体によれば、燃料室におけるＭｎ蒸気圧の上昇を抑制することができ、これにより電気化学反応単セルの性能を向上させることができる。

【0023】

（１６）上記インターコネクタ－電気化学反応単セル複合体において、前記マンガン飛散抑制膜は、さらにＣｒを含む構成としてもよい。本インターコネクタ－電気化学反応単セル複合体では、マンガン飛散抑制膜の表面にＣｒ_２Ｏ_３が形成される。そのため、マンガン飛散抑制膜の表面に形成されるＭｎと特定元素の化合物を核として、Ｍｎ蒸気圧が低いＭｎとＣｒの化合物（（Ｃｒ、Ｍｎ）_３Ｏ_４等）を形成され、これにより、Ｍｎが燃料室に飛散することが更に抑制される。従って、本インターコネクタ－電気化学反応単セル複合体によれば、より効果的に、燃料室におけるＭｎ蒸気圧の上昇を抑制することができ、これにより電気化学反応単セルの性能を向上させることができる。

【0024】

（１７）上記インターコネクタ－電気化学反応単セル複合体において、前記インターコネクタにおけるＭｎ濃度は、０．０１ｍａｓｓ％以上、０．５ｍａｓｓ％以下である構成としてもよい。インターコネクタにおけるＭｎ濃度が０．０１ｍａｓｓ％以上、０．５ｍａｓｓ％以下である構成では、インターコネクタの形成材料に由来するＭｎが燃料室に飛散することが顕著になる。このため、本発明を適用することにより、インターコネクタの形成材料に由来するＭｎが燃料室に飛散することを、より効果的に抑制することができる。

【0025】

（１８）上記電気化学反応スタックにおいて、前記第１の方向に並べて配列された複数のインターコネクタ－電気化学反応単セル複合体を備える電気化学反応スタックにおいて、前記複数のインターコネクタ－電気化学反応単セル複合体の少なくとも１つは、上記インターコネクタ－電気化学反応単セル複合体である構成としてもよい。本電気化学反応スタックによれば、インターコネクタの形成材料に由来するＭｎが燃料室に飛散することを抑制することができる。

【0026】

なお、本明細書に開示される技術は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、電気化学反応セルスタック（燃料電池スタックまたは電解セルスタック）、電気化学反応セルスタックを備える電気化学反応システム（燃料電池システムまたは電解セルシステム）、それらの製造方法等の形態で実現することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】実施形態における燃料電池スタック１００の外観構成を示す斜視図である。

【図2】図１のＩＩ－ＩＩの位置における燃料電池スタック１００のＸＺ断面構成を示す説明図である。

【図3】図１のＩＩＩ－ＩＩＩの位置における燃料電池スタック１００のＹＺ断面構成を示す説明図である。

【図4】図２に示す断面と同一の位置における互いに隣接する２つの発電単位１０２のＸＺ断面構成を示す説明図である。

【図5】図３に示す断面と同一の位置における互いに隣接する２つの発電単位１０２のＹＺ断面構成を示す説明図である。

【図6】図５のＶＩ－ＶＩの位置における発電単位１０２のＸＹ断面構成を示す説明図である。

【図7】図５のＶＩＩ－ＶＩＩの位置における発電単位１０２のＸＹ断面構成を示す説明図である。

【図8】実施形態の第１変形形態における発電単位１０２ａの一部のＸＺ断面構成を示す説明図である。

【図9】実施形態の第２変形形態における発電単位１０２ｂの一部のＸＺ断面構成を示す説明図である。

【図10】実施形態の第３変形形態における発電単位１０２ｃの一部のＸＺ断面構成を示す説明図である。

【図11】実施形態の第４変形形態における発電単位１０２ｄの一部のＸＺ断面構成を示す説明図である。

【図12】第４変形形態における性能評価結果を示す説明図である。

【図13】変形例の性能評価結果を示す説明である。

【発明を実施するための形態】

【0028】

Ａ．実施形態：
Ａ－１．構成：
（燃料電池スタック１００の構成）
図１は、本実施形態における燃料電池スタック１００の外観構成を示す斜視図であり、図２は、図１のＩＩ－ＩＩの位置における燃料電池スタック１００のＸＺ断面構成を示す説明図であり、図３は、図１のＩＩＩ－ＩＩＩの位置における燃料電池スタック１００のＹＺ断面構成を示す説明図である。各図には、方向を特定するための互いに直交するＸＹＺ軸が示されている。本明細書では、便宜的に、Ｚ軸正方向を「上方向」といい、Ｚ軸負方向を「下方向」というものとするが、燃料電池スタック１００は実際にはそのような向きとは異なる向きで設置されてもよい。図４以降についても同様である。なお、上下方向（Ｚ軸方向）は、特許請求の範囲における第１の方向の一例である。

【0029】

燃料電池スタック１００は、複数の（本実施形態では７つの）発電単位１０２と、一対のエンドプレート１０４，１０６とを備える。７つの発電単位１０２は、所定の配列方向（本実施形態では上下方向）に並べて配置されている。一対のエンドプレート１０４，１０６は、７つの発電単位１０２から構成される集合体を上下から挟むように配置されている。

【0030】

燃料電池スタック１００を構成する各層（発電単位１０２、エンドプレート１０４，１０６）のＺ軸方向回りの周縁部には、上下方向に貫通する複数の（本実施形態では８つの）孔が形成されており、各層に形成され互いに対応する孔同士が上下方向に連通して、一方のエンドプレート１０４から他方のエンドプレート１０６にわたって上下方向に延びる連通孔１０８を構成している。以下の説明では、連通孔１０８を構成するために燃料電池スタック１００の各層に形成された孔も、「連通孔１０８」という。

【0031】

各連通孔１０８には上下方向に延びるボルト２２が挿入されており、ボルト２２とボルト２２の両側に嵌められたナット２４とによって、燃料電池スタック１００は締結されている。なお、図２および図３に示すように、ボルト２２の一方の側（上側）に嵌められたナット２４と燃料電池スタック１００の上端を構成するエンドプレート１０４の上側表面との間、および、ボルト２２の他方の側（下側）に嵌められたナット２４と燃料電池スタック１００の下端を構成するエンドプレート１０６の下側表面との間には、絶縁シート２６が介在している。ただし、後述のガス通路部材２７が設けられた箇所では、ナット２４とエンドプレート１０６の表面との間に、ガス通路部材２７とガス通路部材２７の上側および下側のそれぞれに配置された絶縁シート２６とが介在している。絶縁シート２６は、例えばマイカシートや、セラミック繊維シート、セラミック圧粉シート、ガラスシート、ガラスセラミック複合剤等により構成される。

【0032】

各ボルト２２の軸部の外径は各連通孔１０８の内径より小さい。そのため、各ボルト２２の軸部の外周面と各連通孔１０８の内周面との間には、空間が確保されている。図１および図２に示すように、燃料電池スタック１００のＺ軸方向回りの外周における１つの辺（Ｙ軸に平行な２つの辺の内のＸ軸正方向側の辺）の中点付近に位置するボルト２２（ボルト２２Ａ）と、そのボルト２２Ａが挿入された連通孔１０８とにより形成された空間は、燃料電池スタック１００の外部から酸化剤ガスＯＧが導入され、その酸化剤ガスＯＧを各発電単位１０２に供給するガス流路である酸化剤ガス供給マニホールド１６１として機能し、該辺の反対側の辺（Ｙ軸に平行な２つの辺の内のＸ軸負方向側の辺）の中点付近に位置するボルト２２（ボルト２２Ｂ）と、そのボルト２２Ｂが挿入された連通孔１０８とにより形成された空間は、各発電単位１０２の空気室１６６から排出されたガスである酸化剤オフガスＯＯＧを燃料電池スタック１００の外部へと排出する酸化剤ガス排出マニホールド１６２として機能する。なお、本実施形態では、酸化剤ガスＯＧとして、例えば空気が使用される。

【0033】

また、図１および図３に示すように、燃料電池スタック１００のＺ軸方向回りの外周における１つの辺（Ｘ軸に平行な２つの辺の内のＹ軸正方向側の辺）の中点付近に位置するボルト２２（ボルト２２Ｄ）と、そのボルト２２Ｄが挿入された連通孔１０８とにより形成された空間は、燃料電池スタック１００の外部から燃料ガスＦＧが導入され、その燃料ガスＦＧを各発電単位１０２に供給する燃料ガス供給マニホールド１７１として機能し、該辺の反対側の辺（Ｘ軸に平行な２つの辺の内のＹ軸負方向側の辺）の中点付近に位置するボルト２２（ボルト２２Ｅ）と、そのボルト２２Ｅが挿入された連通孔１０８とにより形成された空間は、各発電単位１０２の燃料室１７６から排出されたガスである燃料オフガスＦＯＧを燃料電池スタック１００の外部へと排出する燃料ガス排出マニホールド１７２として機能する。なお、本実施形態では、燃料ガスＦＧとして、例えば都市ガスを改質した水素リッチなガスが使用される。

【0034】

燃料電池スタック１００には、４つのガス通路部材２７が設けられている。各ガス通路部材２７は、中空筒状の本体部２８と、本体部２８の側面から分岐した中空筒状の分岐部２９とを有している。分岐部２９の孔は本体部２８の孔と連通している。各ガス通路部材２７の分岐部２９には、ガス配管（図示せず）が接続される。また、図２に示すように、酸化剤ガス供給マニホールド１６１を形成するボルト２２Ａの位置に配置されたガス通路部材２７の本体部２８の孔は、酸化剤ガス供給マニホールド１６１に連通しており、酸化剤ガス排出マニホールド１６２を形成するボルト２２Ｂの位置に配置されたガス通路部材２７の本体部２８の孔は、酸化剤ガス排出マニホールド１６２に連通している。また、図３に示すように、燃料ガス供給マニホールド１７１を形成するボルト２２Ｄの位置に配置されたガス通路部材２７の本体部２８の孔は、燃料ガス供給マニホールド１７１に連通しており、燃料ガス排出マニホールド１７２を形成するボルト２２Ｅの位置に配置されたガス通路部材２７の本体部２８の孔は、燃料ガス排出マニホールド１７２に連通している。

【0035】

（エンドプレート１０４，１０６の構成）
一対のエンドプレート１０４，１０６は、略矩形の平板形状の導電性部材であり、例えばステンレスにより形成されている。一方のエンドプレート１０４は、最も上に位置する発電単位１０２の上側に配置され、他方のエンドプレート１０６は、最も下に位置する発電単位１０２の下側に配置されている。一対のエンドプレート１０４，１０６によって複数の発電単位１０２が押圧された状態で挟持されている。上側のエンドプレート１０４は、燃料電池スタック１００のプラス側の出力端子として機能し、下側のエンドプレート１０６は、燃料電池スタック１００のマイナス側の出力端子として機能する。

【0036】

（発電単位１０２の構成）
図４は、図２に示す断面と同一の位置における互いに隣接する２つの発電単位１０２のＸＺ断面構成を示す説明図であり、図５は、図３に示す断面と同一の位置における互いに隣接する２つの発電単位１０２のＹＺ断面構成を示す説明図である。また、図６は、図４および図５のＶＩ－ＶＩの位置における発電単位１０２のＸＹ断面構成を示す説明図であり、図７は、図４および図５のＶＩＩ－ＶＩＩの位置における発電単位１０２のＸＹ断面構成を示す説明図である。

【0037】

図４および図５に示すように、発電単位１０２は、単セル１１０と、セパレータ１２０と、空気極側フレーム１３０と、空気極側集電体１３４と、燃料極側フレーム１４０と、燃料極側集電体１４４と、スペーサー１４９と、発電単位１０２の最上層および最下層を構成する一対のインターコネクタ１５０とを備えている。セパレータ１２０、空気極側フレーム１３０、燃料極側フレーム１４０、インターコネクタ１５０におけるＺ方向回りの周縁部には、上述したボルト２２が挿通される連通孔１０８に対応する孔が形成されている。

【0038】

インターコネクタ１５０は、略矩形の平板形状の導電性部材であり、Ｍｎ（マンガン）やＣｒ（クロム）等を含む金属材料（例えばフェライト系ステンレス）により形成されている。インターコネクタ１５０は、発電単位１０２間の電気的導通を確保すると共に、発電単位１０２間での反応ガスの混合を防止する。なお、本実施形態では、２つの発電単位１０２が隣接して配置されている場合、１つのインターコネクタ１５０は、隣接する２つの発電単位１０２に共有されている。すなわち、ある発電単位１０２における上側のインターコネクタ１５０は、その発電単位１０２の上側に隣接する他の発電単位１０２における下側のインターコネクタ１５０と同一部材である。また、燃料電池スタック１００は一対のエンドプレート１０４，１０６を備えているため、燃料電池スタック１００において最も上に位置する発電単位１０２は上側のインターコネクタ１５０を備えておらず、最も下に位置する発電単位１０２は下側のインターコネクタ１５０を備えていない（図２および図３参照）。

【0039】

単セル１１０は、電解質層１１２と、電解質層１１２を挟んで上下方向（発電単位１０２が並ぶ配列方向）に互いに対向する空気極（カソード)１１４および燃料極（アノード）１１６とを備える。すなわち、空気極１１４および燃料極１１６は、電解質層１１２を挟んで上下方向に互いに対向している。なお、本実施形態の単セル１１０は、燃料極１１６で電解質層１１２および空気極１１４を支持する燃料極支持形の単セルである。

【0040】

電解質層１１２は、上下方向視で略矩形の平板形状部材であり、緻密な（気孔率が低い）層である。ここでいう上下方向視は、「上下方向に平行な方向から見たとき」を意味する（以下における「上下方向視」も同様）。電解質層１１２は、例えば、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）、ペロブスカイト型酸化物等の固体酸化物により形成されている。空気極１１４は、上下方向視で電解質層１１２より小さい略矩形の平板形状部材であり、多孔質な（電解質層１１２より気孔率が高い）層である。空気極１１４は、例えば、ペロブスカイト型酸化物（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）、ＬＮＦ（ランタンニッケル鉄酸化物））により形成されている。燃料極１１６は、上下方向視で電解質層１１２と略同一の大きさの略矩形の平板形状部材であり、多孔質な（電解質層１１２より気孔率が高い）層である。燃料極１１６の厚さは、例えば２００μｍ以上、１０００μｍ以下である。燃料極１１６における燃料極側集電体１４４の付近の部分の平均気孔率は、例えば２５ｖｏｌ％以上、６０ｖｏｌ％以下であり、当該部分の平均気孔径は、例えば０．５μｍ以上、４μｍ以下である。このような構成である本実施形態の単セル１１０（発電単位１０２）は、電解質として固体酸化物を用いる固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）である。

【0041】

セパレータ１２０は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の孔１２１が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、金属により形成されている。セパレータ１２０における孔１２１の周囲部分は、電解質層１１２における空気極１１４の側の表面の周縁部に対向している。セパレータ１２０は、その対向した部分に配置されたろう材（例えばＡｇろう）により形成された接合部１２４により、電解質層１１２（単セル１１０）と接合されている。セパレータ１２０により、空気極１１４に面する空気室１６６と燃料極１１６に面する燃料室１７６とが区画され、単セル１１０の周縁部における一方の電極側から他方の電極側へのガスのリークが抑制される。

【0042】

図６に示すように、空気極側フレーム１３０は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の孔１３１が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、マイカ等の絶縁体により形成されている。空気極側フレーム１３０の孔１３１は、空気極１１４に面する空気室１６６を構成する。空気極側フレーム１３０は、セパレータ１２０における電解質層１１２に対向する側とは反対側の表面の周縁部と、インターコネクタ１５０における空気極１１４に対向する側の表面の周縁部とに接触している。また、空気極側フレーム１３０によって、発電単位１０２に含まれる一対のインターコネクタ１５０間が電気的に絶縁される。また、空気極側フレーム１３０には、酸化剤ガス供給マニホールド１６１と空気室１６６とを連通する酸化剤ガス供給連通孔１３２と、空気室１６６と酸化剤ガス排出マニホールド１６２とを連通する酸化剤ガス排出連通孔１３３とが形成されている。

【0043】

図７に示すように、燃料極側フレーム１４０は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の孔１４１が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、金属により形成されている。燃料極側フレーム１４０の孔１４１は、燃料極１１６に面する燃料室１７６を構成する。燃料極側フレーム１４０は、セパレータ１２０における電解質層１１２に対向する側の表面の周縁部と、インターコネクタ１５０における燃料極１１６に対向する側の表面の周縁部とに接触している。また、燃料極側フレーム１４０には、燃料ガス供給マニホールド１７１と燃料室１７６とを連通する燃料ガス供給連通孔１４２と、燃料室１７６と燃料ガス排出マニホールド１７２とを連通する燃料ガス排出連通孔１４３とが形成されている。

【0044】

空気極側集電体１３４は、空気室１６６内に配置されている。空気極側集電体１３４は、複数の略四角柱状の集電体要素から構成されており、例えば、フェライト系ステンレスにより形成されている。空気極側集電体１３４は、空気極１１４における電解質層１１２に対向する側とは反対側の表面と、インターコネクタ１５０における空気極１１４に対向する側の表面とに接触している。ただし、上述したように、燃料電池スタック１００において最も上に位置する発電単位１０２は上側のインターコネクタ１５０を備えていないため、当該発電単位１０２における空気極側集電体１３４は、上側のエンドプレート１０４に接触している。空気極側集電体１３４は、このような構成であるため、空気極１１４とインターコネクタ１５０（またはエンドプレート１０４）とを電気的に接続する。なお、本実施形態では、空気極側集電体１３４とインターコネクタ１５０とは一体の部材として形成されている。すなわち、該一体の部材の内の、上下方向（Ｚ軸方向）に直交する平板形の部分がインターコネクタ１５０として機能し、該平板形の部分から空気極１１４に向けて突出するように形成された複数の凸部である集電体要素が空気極側集電体１３４として機能する。また、空気極側集電体１３４とインターコネクタ１５０との一体部材の空気極１１４側の表面は、導電性のコートによって覆われていてもよく、空気極１１４と空気極側集電体１３４との間には、両者を接合する導電性の接合層が介在していてもよい。

【0045】

燃料極側集電体１４４は、燃料室１７６内に配置されている。燃料極側集電体１４４は、インターコネクタ接続部１４６と、電極接続部１４５と、電極接続部１４５のＸ軸正方向側とインターコネクタ接続部１４６のＸ軸正方向側とをつなぐ連接部１４７とを備えている。電極接続部１４５は、燃料極１１６における電解質層１１２に対向する側とは反対側の表面に電気的に接続されている。本明細書において「Ａ部材とＢ部材とが電気的に接続されている」とは、Ａ部材とＢ部材とが互いに直接に接触している構成に限らず、Ａ部材とＢ部材との間に他の導電性部材が介在している構成も含まれる。本実施形態では、電極接続部１４５は、燃料極１１６の上記表面に接触している。インターコネクタ接続部１４６は、インターコネクタ１５０における燃料極１１６に対向する側の表面に電気的に接続されている。すなわち、インターコネクタ接続部１４６は、発電単位１０２に備えられた一対のインターコネクタ１５０の内、単セル１１０に対して下方（上下方向の一方）の側に配置されているインターコネクタ１５０の表面に電気的に接続されている。ただし、上述したように、燃料電池スタック１００において最も下に位置する発電単位１０２は下側のインターコネクタ１５０を備えていないため、当該発電単位１０２におけるインターコネクタ接続部１４６は、下側のエンドプレート１０６に電気的に接続されている。本実施形態では、後述するように、インターコネクタ接続部１４６とインターコネクタ１５０との間に後述のマンガン飛散抑制膜１５４が介在している。なお、燃料極側集電体１４４は、特許請求の範囲における導電性部材の一例である。インターコネクタ接続部１４６は、特許請求の範囲における第１の接続部の一例である。電極接続部１４５は、特許請求の範囲における第２の接続部の一例である。

【0046】

本実施形態では、燃料極側集電体１４４は、例えばニッケルやニッケル合金、コバルトやコバルト合金等により形成される金属箔（例えば、厚さが１０μｍ以上、８００μｍ以下）により形成されている。なお、燃料極側集電体１４４は、略矩形の金属箔に曲げ加工を施すことにより製造される。

【0047】

燃料極側集電体１４４は、このような構成であるため、燃料極１１６とインターコネクタ１５０（またはエンドプレート１０６）とを電気的に接続する。なお、本実施形態では、燃料極側集電体１４４のインターコネクタ接続部１４６と電極接続部１４５と連接部１４７とは一体の部材により構成されている。

【0048】

電極接続部１４５とインターコネクタ接続部１４６との間には、例えばマイカ等により形成されたスペーサー１４９が配置されている。そのため、燃料極側集電体１４４が温度サイクルや反応ガス圧力変動による発電単位１０２の変形に追随し、燃料極側集電体１４４を介した燃料極１１６とインターコネクタ１５０（またはエンドプレート１０６）との電気的接続が良好に維持される。なお、スペーサー１４９の板厚は、例えば０．５ｍｍ以上、３ｍｍ以下である。なお、単セル１１０とセパレータ１２０と燃料極側フレーム１４０とインターコネクタ１５０とから構成された複合体は、特許請求の範囲におけるインターコネクタ－燃料電池単セル複合体の一例である。

【0049】

Ａ－２．燃料電池スタック１００の動作：
図２、図４および図６に示すように、酸化剤ガス供給マニホールド１６１の位置に設けられたガス通路部材２７の分岐部２９に接続されたガス配管（図示せず）を介して酸化剤ガスＯＧが供給されると、酸化剤ガスＯＧは、ガス通路部材２７の分岐部２９および本体部２８の孔を介して酸化剤ガス供給マニホールド１６１に供給され、酸化剤ガス供給マニホールド１６１から各発電単位１０２の酸化剤ガス供給連通孔１３２を介して、空気室１６６に供給される。また、図３、図５および図７に示すように、燃料ガス供給マニホールド１７１の位置に設けられたガス通路部材２７の分岐部２９に接続されたガス配管（図示せず）を介して燃料ガスＦＧが供給されると、燃料ガスＦＧは、ガス通路部材２７の分岐部２９および本体部２８の孔を介して燃料ガス供給マニホールド１７１に供給され、燃料ガス供給マニホールド１７１から各発電単位１０２の燃料ガス供給連通孔１４２を介して、燃料室１７６に供給される。

【0050】

各発電単位１０２の空気室１６６に酸化剤ガスＯＧが供給され、燃料室１７６に燃料ガスＦＧが供給されると、単セル１１０において酸化剤ガスＯＧに含まれる酸素と燃料ガスＦＧに含まれる水素との電気化学反応による発電が行われる。この発電反応は発熱反応である。各発電単位１０２において、単セル１１０の空気極１１４は空気極側集電体１３４を介して一方のインターコネクタ１５０に電気的に接続され、燃料極１１６は燃料極側集電体１４４を介して他方のインターコネクタ１５０に電気的に接続されている。また、燃料電池スタック１００に含まれる複数の発電単位１０２は、電気的に直列に接続されている。そのため、燃料電池スタック１００の出力端子として機能するエンドプレート１０４，１０６から、各発電単位１０２において生成された電気エネルギーが取り出される。なお、ＳＯＦＣは、比較的高温（例えば７００℃以上、１０００℃以下）で発電が行われることから、起動後、発電により発生する熱で高温が維持できる状態になるまで、燃料電池スタック１００が加熱器（図示せず）により加熱されてもよい。

【0051】

各発電単位１０２の空気室１６６から排出された酸化剤オフガスＯＯＧは、図２、図４および図６に示すように、酸化剤ガス排出連通孔１３３を介して酸化剤ガス排出マニホールド１６２に排出され、さらに酸化剤ガス排出マニホールド１６２の位置に設けられたガス通路部材２７の本体部２８および分岐部２９の孔を経て、当該分岐部２９に接続されたガス配管（図示せず）を介して燃料電池スタック１００の外部に排出される。また、各発電単位１０２の燃料室１７６から排出された燃料オフガスＦＯＧは、図３、図５および図７に示すように、燃料ガス排出連通孔１４３を介して燃料ガス排出マニホールド１７２に排出され、さらに燃料ガス排出マニホールド１７２の位置に設けられたガス通路部材２７の本体部２８および分岐部２９の孔を経て、当該分岐部２９に接続されたガス配管（図示しない）を介して燃料電池スタック１００の外部に排出される。

【0052】

Ａ－３．インターコネクタ１５０の形成材料に由来するＭｎの飛散を抑制するための構成：
上述したように、本実施形態の燃料電池スタック１００に備えられたインターコネクタ１５０は、Ｍｎ（後述の酸化被膜１５２を形成する程度の微量成分を含む材料により形成されている。本発明者は、鋭意検討を重ねることにより、このようなインターコネクタ１５０が単セル１１０の燃料極１１６側に配置された構成では、インターコネクタ１５０の形成材料に由来するＭｎが燃料室１７６に飛散することにより、例えば電解質層１１２にクラックが発生するなど、燃料電池スタック１００（単セル１１０）の性能に悪影響を及ぼすことを新たに見出した。

【0053】

インターコネクタ１５０の形成材料に由来するＭｎが燃料電池スタック１００の性能に悪影響を及ぼす要因として次のことが考えられる。すなわち、例えば燃料電池スタック１００（または上記複合体）の製造時の熱処理や、燃料電池スタック１００の発電運転中において、燃料ガスＦＧに含まれる水蒸気によって、図４および図５に示すように、インターコネクタ１５０における燃料極１１６側の表面（以下、「上面１５３」という」にＭｎを含む酸化被膜１５２が形成される。その後、燃料電池スタック１００の発電運転中に、酸化被膜１５２からＭｎ（ＯＨ）_２（水酸化マンガン）が蒸気として燃料室１７６内に飛散する。飛散したＭｎ（ＯＨ）_２は、燃料極１１６を介して燃料極１１６と電解質層１１２との界面にてＭｎＯ（一酸化マンガン）として付着し、さらに電解質層１１２内に拡散する。拡散したＭｎＯは、電解質層１１２内における高酸素分圧領域に到達すると、電解質層１１２中の粒界にＭｎ_３Ｏ_４（四三酸化マンガン）として析出することにより、電解質層１１２内に内部応力が発生し、その結果、電解質層１１２にクラックが発生すると考えられる。電解質層１１２にクラックが発生すると、例えば、電解質層１１２のイオン伝導性が低下して単セル１１０の発電性能が低下したり、燃料ガスＦＧが空気室１６６側にリークして発電効率が低下したりするおそれがある。そこで、本実施形態の燃料電池スタック１００には、インターコネクタ１５０の形成材料に由来するＭｎの飛散を抑制するための構成が備えられている。

【0054】

Ａ－３－１．インターコネクタ１５０の非接触領域１５３Ｂに形成される酸化被膜１５２からのＭｎの飛散を抑制するための構成：
まず、図４および図５に示すように、燃料極１１６における電解質層１１２とは反対側の表面（以下、「燃料極１１６の下面１１７」という）は、集電領域１１７Ａと非集電領域１１７Ｂとを有している。集電領域１１７Ａは、燃料極側集電体１４４の電極接続部１４５に接触することにより、燃料極側集電体１４４を介して、インターコネクタ１５０に電気的に接続される領域である。非集電領域１１７Ｂは、集電領域１１７Ａとは異なる領域であり、燃料極側集電体１４４とは接触しない領域である。本実施形態では、集電領域１１７Ａは、非集電領域１１７Ｂよりも小さい面積を有している。なお、燃料極１１６の下面１１７は、特許請求の範囲における第１の表面の一例である。

【0055】

インターコネクタ１５０の上面１５３は、接触領域１５３Ａと非接触領域１５３Ｂとを有している。インターコネクタ１５０の接触領域１５３Ａは、上下方向視で、燃料極側集電体１４４のインターコネクタ接続部１４６に重なる領域であり、後述するマンガン飛散抑制膜１５４を介して、インターコネクタ接続部１４６の下面に電気的に接続されている。非接触領域１５３Ｂは、接触領域１５３Ａとは異なる領域であり、上下方向で燃料極１１６の非集電領域１１７Ｂと対向する領域である。なお、インターコネクタ１５０の上面１５３は、特許請求の範囲における第２の表面の一例であり、非接触領域１５３Ｂは、特許請求の範囲における対向領域の一例である。

【0056】

インターコネクタ１５０の非接触領域１５３Ｂは、酸化被膜１５２が形成される前において、燃料室１７６に露出している。このため、燃料室１７６内の燃料ガスＦＧに含まれる水蒸気によって、Ｍｎを含む酸化被膜１５２がインターコネクタ１５０の非接触領域１５３Ｂに形成される。本実施形態では、この非接触領域１５３Ｂを覆うようにマンガン飛散抑制膜１５４が配置されている。本実施形態では、インターコネクタ１５０の非接触領域１５３Ｂの全体がマンガン飛散抑制膜１５４に覆われている。また、本実施形態では、マンガン飛散抑制膜１５４は、インターコネクタ１５０の非接触領域１５３Ｂだけでなく、接触領域１５３Ａも覆っている。すなわち、燃料極側集電体１４４のインターコネクタ接続部１４６は、マンガン飛散抑制膜１５４を介して、インターコネクタ１５０の接触領域１５３Ａに電気的に接続されている。

【0057】

マンガン飛散抑制膜１５４は、Ｍｎ（Ｍｎ（ＯＨ）_２）の透過を制限し、Ｍｎが燃料極１１６側に飛散することを抑制する機能を有する膜である。マンガン飛散抑制膜１５４は、例えば、Ｎｉ、Ｃｏの少なくとも１種を含む金属により形成されている。なお、マンガン飛散抑制膜１５４の性能評価については、８５０℃で１５００時間発電する前後において、燃料極１１６の非集電領域１１７ＢにおけるＭｎ濃度（ｍａｓｓ％）を、ＸＲＦで測定し、その発電前後におけるＭｎ濃度の増加量が０．１ｍａｓｓ％以下であれば、Ｍｎ飛散を抑制できたと判断する。なお、マンガン飛散抑制膜１５４の厚さは、例えば０．０１μｍ以上、１０００μｍ以下である。

【0058】

マンガン飛散抑制膜１５４は、インターコネクタ１５０の非接触領域１５３Ｂから上下方向に離間している部分を有している。具体的には、図４および図５には、金属箔（例えばＮｉ箔）により構成されたマンガン飛散抑制膜１５４が例示されている。マンガン飛散抑制膜１５４は、インターコネクタ１５０に部分的に接合されている。マンガン飛散抑制膜１５４のうち、インターコネクタ１５０に接合されていない部分の少なくとも一部は、酸化被膜１５２（インターコネクタ１５０）から離間しており、マンガン飛散抑制膜１５４と酸化被膜１５２との間に空間Ｕが形成されている。

【0059】

燃料電池スタック１００は、マンガン飛散抑制膜１５４（金属箔）とインターコネクタ１５０とが、互いに離間した位置においてスポット接合された複数の接合部１５１を備えている。各接合部１５１は、例えばスポット溶接により形成される。インターコネクタ１５０の非接触領域１５３Ｂのうち、複数の接合部１５１を除く領域では、インターコネクタ１５０とマンガン飛散抑制膜１５４とは密着しておらず、インターコネクタ１５０とマンガン飛散抑制膜１５４との間に空間Ｕを形成可能である。本実施形態では、より詳細には、インターコネクタ１５０の上面１５３のうち、複数の接合部１５１を除く非接触領域１５３Ｂの全体がマンガン飛散抑制膜１５４に覆われている。

【0060】

Ａ－３－２．燃料極側集電体１４４のインターコネクタ接続部１４６に形成される酸化被膜１５２からのＭｎの拡散を抑制するための構成：
本実施形態では、インターコネクタ１５０の非接触領域１５３Ｂだけでなく、燃料極側集電体１４４のインターコネクタ接続部１４６における燃料極１１６側の表面（以下、「上面１４６Ａ」という）にも、Ｍｎを含む酸化被膜１５２が形成される。すなわち、インターコネクタ接続部１４６の上面１４６Ａからも、インターコネクタ１５０の形成材料に由来するＭｎが飛散し得る。この要因は次のように考えられる。すなわち、燃料電池スタック１００の製造段階において、インターコネクタ１５０と燃料極側集電体１４４のインターコネクタ接続部１４６とは、マンガン飛散抑制膜１５４を挟みつつ上下方向から圧力を加えた状態で拡散接合される。この際に、マンガン飛散抑制膜１５４に含まれるＭｎがインターコネクタ接続部１４６の上面１４６Ａ側に拡散し、その結果、インターコネクタ接続部１４６の上面１４６Ａに酸化被膜１５２が形成されると考えられる。

【0061】

本実施形態では、燃料極側集電体１４４は、Ｍｎの透過を抑制する構成（金属箔）である。また、燃料極側集電体１４４の電極接続部１４５は、連接部１４７とは反対側に延びる先端部１４８を有しており、その先端部１４８が、インターコネクタ１５０の非接触領域１５３Ｂを覆うマンガン飛散抑制膜１５４に接触している。本実施形態では、図７に示すように、先端部１４８は、スペーサー１４９の全長にわたって延びており、かつ、１５４に接触している。また、電極接続部１４５は、スペーサー１４９の長手方向において、スペーサー１４９の両端部よりも外側にそれぞれ突出する一対の突出部１４５Ａを有している。各突出部１４５Ａも、接合部１５１によりスポット溶接されている。

【0062】

ここで、例えばスペーサー１４９を構成するマイカ成分（例えばＳｉ（シリコン）、Ｍｇ（マグネシウム）等）は、酸化被膜１５２に含まれるＭｎと反応してＭｎ_２ＳｉＯ_４（マンガンシリケート）等の化合物を生成し、その結果、インターコネクタ１５０の非接触領域１５３Ｂに面する空間におけるＭｎ蒸気圧が低下する。しかし、本実施形態では、燃料室１７６のうち、インターコネクタ１５０の非接触領域１５３Ｂに面する空間と、スペーサー１４９等が配置された他の空間との間に電極接続部１４５が介在している。このため、インターコネクタ１５０の非接触領域１５３Ｂに面する空間に、スペーサー１４９を構成するマイカ成分が入り込みにくい。その結果、インターコネクタ１５０の非接触領域１５３Ｂに面する空間におけるＭｎ蒸気圧が比較的に高く、多量のＭｎ（ＯＨ）_２が飛散しやすくなっている。

【0063】

Ａ－４．本実施形態の効果：
以上説明したように、本実施形態における燃料電池スタック１００では、インターコネクタ１５０の非接触領域１５３Ｂが、酸化被膜１５２からのＭｎの飛散を抑制するマンガン飛散抑制膜１５４で覆われている。非接触領域１５３Ｂは、燃料極１１６の非集電領域１１７Ｂと上下方向で対向する領域である。これにより、本実施形態によれば、インターコネクタ１５０の形成材料に由来するＭｎが燃料室１７６に飛散することを抑制することができる。なお、インターコネクタ１５０におけるＭｎ濃度が０．０１ｍａｓｓ％以上、０．５ｍａｓｓ％以下である構成では、インターコネクタ１５０の形成材料に由来するＭｎが燃料室１７６に飛散することが顕著になる。これに対して、本発明を適用することにより、インターコネクタ１５０の形成材料に由来するＭｎが燃料室１７６に飛散することを、より効果的に抑制することができる。

【0064】

本実施形態では、マンガン飛散抑制膜１５４は、インターコネクタ１５０の非接触領域１５３Ｂから上下方向に離間している部分を有している。これにより、本実施形態によれば、マンガン飛散抑制膜１５４が全体的にインターコネクタ１５０の非接触領域１５３Ｂ（酸化被膜１５２）に密着した構成に比べて、マンガン飛散抑制膜１５４と酸化被膜１５２との相互拡散に起因してＭｎがマンガン飛散抑制膜１５４に拡散することが抑制されるため、Ｍｎが燃料室１７６に飛散することを、より効果的に抑制することができる。

【0065】

本実施形態では、インターコネクタ１５０の非接触領域１５３Ｂのうち、複数の接合部１５１を除く領域では、インターコネクタ１５０とマンガン飛散抑制膜１５４とは密着しておらず、インターコネクタ１５０とマンガン飛散抑制膜１５４との間に空間Ｕを形成可能である。マンガン飛散抑制膜１５４とインターコネクタ１５０との接合部は、Ｍｎの飛散の抑制効果が相対的に低い。しかし、本実施形態によれば、マンガン飛散抑制膜１５４とインターコネクタ１５０との接合部の面積が相対的に狭いため、マンガン飛散抑制膜１５４によるＭｎの飛散の抑制効果が有効に発揮されることにより、Ｍｎが燃料室１７６に飛散することを、より効果的に抑制することができる。

【0066】

本実施形態では、インターコネクタ１５０の上面１５３のうち、複数の接合部１５１を除く非接触領域１５３Ｂの全体がマンガン飛散抑制膜１５４に覆われている。これにより、本実施形態によれば、複数の接合部１５１を除く非接触領域１５３Ｂの一部しかマンガン飛散抑制膜１５４に覆われていない構成に比べて、Ｍｎが燃料室１７６に飛散することを、より効果的に抑制することができる。

【0067】

本実施形態では、燃料極側集電体１４４の電極接続部１４５は、連接部１４７とは反対側に延びる先端部１４８を有しており、その先端部１４８が、インターコネクタ１５０の非接触領域１５３Ｂを覆うマンガン飛散抑制膜１５４に接触している。これにより、本実施形態によれば、燃料極側集電体１４４の上面１４６Ａに形成された酸化被膜１５２からＭｎが燃料室１７６に飛散することを抑制することができる。

【0068】

本実施形態では、マンガン飛散抑制膜１５４は、例えば、Ｎｉ、Ｃｏの少なくとも１種を含む金属により形成されている。これにより、本実施形態によれば、飛散したＭｎと反応性が高いＮｉやＣｏとの固溶体が形成されてＭｎ蒸気圧が低下するため、インターコネクタ１５０の形成材料に由来するＭｎが燃料室１７６に飛散することを、より効果的に抑制することができる。

【0069】

Ａ－５．本実施形態の変形形態：
上記実施形態では、Ｍｎの飛散を抑制するためのマンガン飛散抑制膜１５４と、単セル１１０とインターコネクタ１５０とを電気的に接続するための燃料極側集電体１４４とは別体であった。これに対して、次の第１から第３の変形形態は、共通の金属箔２００，２００ｂが、マンガン飛散抑制膜と燃料極側集電体との両機能を兼ねる点で、上記実施形態とは異なる。金属箔２００，２００ｂは、例えばニッケルやニッケル合金、コバルトやコバルト合金等により形成されており、厚さは、例えば１０μｍ以上、８００μｍ以下である。本変形形態では、インターコネクタ１５０の上面１５３のうち、燃料極１１６の非集電領域１１７Ｂと上下方向で対向する領域を、対向領域１５３Ｃといい、集電領域１１７Ａと上下方向で対向する領域、すなわち、燃料極の非集電領域１１７Bと上下方向で対向しない領域を、非対向領域１５３Ｄという。

【0070】

Ａ－５－１．第１変形形態：
図８は、本実施形態の第１変形形態における発電単位１０２ａの一部のＸＺ断面構成を示す説明図である。図８に示すように、第１変形形態の発電単位１０２ａは、上記実施形態の発電単位１０２に対して、マンガン飛散抑制膜１５４および燃料極側集電体１４４の代わりに、金属箔２００を備える点で異なる。

【0071】

具体的には、金属箔２００は、第１の箔部分２１０と、第２の箔部分２２０と、一対の第３の箔部分２３０と、を有している。第１の箔部分２１０は、インターコネクタ１５０の対向領域１５３Ｃを覆っている部分であり、マンガン飛散抑制膜として機能する。図８の例では、第１の箔部分２１０は、インターコネクタ１５０の対向領域１５３Ｃのうち、第３の箔部分２３０により覆われる部分を除く全体を覆っている。第２の箔部分２２０は、燃料極１１６における集電領域１１７Ａに電気的に接続されている部分である。図８の例では、第２の箔部分２２０は、燃料極１１６とスペーサー１４９との間に挟み込まれている。第３の箔部分２３０は、第１の箔部分２１０と第２の箔部分２２０とをつなぐ連結部分である。第３の箔部分２３０は、インターコネクタ１５０の対向領域１５３Ｃを覆っている部分であり、マンガン飛散抑制膜として機能する。なお、本第１変形形態では、金属箔２００の第１の箔部分２１０は、接合部１５１によってインターコネクタ１５０に固定されている。このため、金属箔２００がインターコネクタ１５０から離間することに起因して、金属箔２００が燃料極側集電体として機能しなくなることを抑制することができる。

【0072】

本第１変形形態では、このような構成により、共通（例えば１枚）の金属箔２００が、マンガン飛散抑制膜と燃料極側集電体との両機能を兼ねている。これにより、集電体とマンガン飛散抑制膜とが別々の部材である構成に比べて、部品点数を低減しつつ、インターコネクタ１５０の形成材料に由来するＭｎが燃料室１７６に飛散することを抑制することができる。また、金属箔２００の第２の箔部分２２０の少なくとも一部が、燃料極１１６における集電領域１１７Ａとスペーサー１４９との間に挟み込まれることにより固定されている。そのため、本第１変形形態によれば、例えば溶接等を要することなく、単セル１１０と金属箔２００との電気的接続を確実に行うことができる。

【0073】

また、仮に、スペーサー１４９とインターコネクタ１５０との間に金属箔２００が介在する構成では、インターコネクタ１５０の形成材料に由来するＭｎが金属箔２００を介してスペーサー１４９側に飛散するおそれがある。それに対して、本第１変形形態では、スペーサー１４９が金属箔２００を介することなくインターコネクタ１５０に接触しているため、インターコネクタ１５０の形成材料に由来するＭｎが金属箔２００を介してスペーサー１４９側に飛散することを抑制することができる。

【0074】

Ａ－５－２．第２変形形態：
図９は、本実施形態の第２変形形態における発電単位１０２ｂの一部のＸＺ断面構成を示す説明図である。図９に示すように、第２変形形態の発電単位１０２ｂは、上記第１変形形態の発電単位１０２ａに対して、接合部１５１を備えない点と、金属箔２００ｂの一部がスペーサー１４９とインターコネクタ１５０との間に挟み込まれている点とで異なる。

【0075】

具体的には、金属箔２００ｂは、上記金属箔２００と同様、第２の箔部分２２０と一対の第３の箔部分２３０の一方とを有する。金属箔２００ｂは、さらに、第１の箔部分２１０ｂと、折り返し部分２４０ｂと、連結部分２５０ｂと、を有している。第１の箔部分２１０ｂは、インターコネクタ１５０の対向領域１５３Ｃに加えて非対向領域１５３Ｄを覆っている部分であり、マンガン飛散抑制膜として機能する。すなわち、第１の箔部分２１０ｂの一部は、燃料極１１６の非対向領域１５３Ｄとスペーサー１４９との間に配置されている。折り返し部分２４０ｂは、第１の箔部分２１０ｂのうち、非対向領域１５３Ｄを覆っている部分の一端から折り返すように配置された部分である。すなわち、第１の箔部分２１０ｂのうち、非対向領域１５３Ｄを覆っている部分と折り返し部分２４０ｂとが、燃料極１１６とスペーサー１４９との間に挟み込まれている。連結部分２５０ｂは、第２の箔部分２２０と折り返し部分２４０ｂとをつなぐ連結部分である。第３の箔部分２３０は、インターコネクタ１５０の対向領域１５３Ｃを覆っている部分であり、マンガン飛散抑制膜として機能する。

【0076】

本第２変形形態では、このような構成により、共通（例えば１枚）の金属箔２００ｂが、マンガン飛散抑制膜と燃料極側集電体との両機能を兼ねている。これにより、集電体とマンガン飛散抑制膜とが別々の部材である構成に比べて、部品点数を低減しつつ、インターコネクタ１５０の形成材料に由来するＭｎが燃料室１７６に飛散することを抑制することができる。また、金属箔２００ｂの第２の箔部分２２０の少なくとも一部が、燃料極１１６における集電領域１１７Ａとスペーサー１４９との間に挟み込まれることにより固定されている。そのため、本第２変形形態によれば、例えば溶接等を要することなく、単セル１１０と金属箔２００ｂとの電気的接続を確実に行うことができる。また、本第２変形形態では、第１の箔部分２１０ｂがスペーサー１４９とインターコネクタ１５０との間に挟み込まれている。このため、溶接等の固定手段を要することなく、金属箔２００ｂがインターコネクタ１５０から離間することに起因して、金属箔２００ｂが燃料極側集電体として機能しなくなることを抑制することができる。

【0077】

Ａ－５－３．第３変形形態：
図１０は、本実施形態の第３変形形態における発電単位１０２ｃの一部のＸＺ断面構成を示す説明図である。図１０に示すように、第３変形形態の発電単位１０２ｃは、上記第１変形形態の発電単位１０２ａに対して、接合部１５１を備えない点で異なる。本第３変形形態では、発電単位１０２ｃは、第２のスペーサー１４９ｃを有している。第２のスペーサー１４９ｃは、金属箔２００の第１の箔部分２１０と、燃料極１１６の非集電領域１１７Ｂとの間に挟み込まれている。このため、溶接等の固定手段を要することなく、金属箔２００がインターコネクタ１５０から離間することに起因して、金属箔２００が燃料極側集電体として機能しなくなることを抑制することができる。

【0078】

Ａ－５－４．第４変形形態：
図１１は、本実施形態の第４変形形態における発電単位１０２ｄの一部のＸＺ断面構成を示す説明図である。なお、図１１に示される燃料極側集電体１４４ｄは、インターコネクタ対向部１４６ｄと、電極対向部１４５ｄと、電極対向部１４５ｄとインターコネクタ対向部１４６ｄとをつなぐ連接部１４７ｄとを備えている。電極対向部１４５ｄとインターコネクタ対向部１４６ｄとの間には、例えばマイカにより形成されたスペーサー１４９ｄが配置されている。

【0079】

本第４変形形態におけるマンガン飛散抑制膜１５４ｄは、酸化被膜であり、インターコネクタ１５０のうち、燃料室１７６（特定ガス流路）を画定する部分の少なくとも一部（本第４変形形態では燃料極１１６と上下方向に重なる部分の全体）の表面に形成されている。マンガン飛散抑制膜１５４ｄは、例えば、インターコネクタ１５０の材料である鋼材の表面に、まず加湿しながら水素雰囲気で熱処理を施し、その後に大気雰囲気で熱処理を施すことにより形成することができる。

【0080】

マンガン飛散抑制膜１５４ｄは、燃料室１７６に面するＭｎを含む層と、Ｍｎを含む層に隣接し、かつ、主にＣｒ_２Ｏ_３等により形成されたクロミア層とを含んでいる。Ｍｎを含む層は、Ｍｎと、Ｃｒ、Ｓｉ（シリコン），Ａｌ（アルミニウム），Ｔｉ（チタン）およびＳ（硫黄）から選択される少なくとも１つの元素との化合物（例えば、ＭｎＣｒ_２Ｏ_４）を含んでいる。また、インターコネクタ１５０のうち、マンガン飛散抑制膜１５４ｄに隣接する部分ＡＰは、金属材料（例えば、ＭｎとＣｒを含むフェライト系ステンレス）から形成されており、その結晶粒界にＮｂまたはＴｉを含む酸化物相を含んでいる。

【0081】

マンガン飛散抑制膜１５４ｄについて加速加熱試験（詳細は後述）をした場合に、Ｘ線回析法によって、上記化合物（Ｍｎと、Ｃｒ，Ｓｉ，Ａｌ，ＴｉおよびＳから選択される少なくとも１つの元素との化合物）等が同定される一方で、ＭｎＯは同定されない。このＸ線回析法の測定条件は、以下の通りである。すなわち、管球電圧４０ｋＶ、管球電流２０ｍＡ、波長ＣｕＫα（１．５４１８６２Å）である。また、上記の「ＭｎＯが同定されない」とは、１０°～８０°の測定範囲において、ＭｎＯに帰属されるピークが２つ以上観察されないことを指す（以下、同様）。

【0082】

マンガン飛散抑制膜１５４ｄは、以下の条件Ａを満たす。
（条件Ａ）
マンガン飛散抑制膜１５４ｄについて、加速加熱試験（後述）をした上で、電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）により分析（詳細は後述）をした場合のＭｎ濃度の平均値Ｃａは、２１．０ｍａｓｓ％以下である。

【0083】

マンガン飛散抑制膜１５４ｄは、更に、以下の条件Ｂを満たす。
（条件Ｂ）
Ｍｎ濃度の平均値Ｃａは１６．０ｍａｓｓ％以下である。

【0084】

マンガン飛散抑制膜１５４ｄは、更に、以下の条件Ｃを満たす。
（条件Ｃ）
マンガン飛散抑制膜１５４ｄについて、加速加熱試験（後述）をした上で、下記のように電子線マイクロアナライザにより分析（後述）をした場合のＭｎ濃度のばらつきＣｄは１６．０ｍａｓｓ％以下である。

【0085】

マンガン飛散抑制膜１５４ｄは、更に、以下の条件Ｄを満たす。
（条件Ｄ）
マンガン飛散抑制膜１５４ｄは、Ｍｎ濃度のばらつきＣｄは９．０ｍａｓｓ％以下である。

【0086】

（加速加熱試験）
上述したマンガン飛散抑制膜１５４ｄを、電気炉に静置し、２０％水蒸気を含む水素雰囲気下において、室温から１０００℃まで＋４℃／ｍｉｎの条件で電気炉内を昇温させる。１０００℃の条件下で１００時間保持した後、１０時間をかけて室温まで電気炉内を降温させる。なお、正確な結果を得るために、電気炉に不純物（例えばＳｉ）が混入しないことに留意すべきである。

【0087】

（電子線マイクロアナライザによる分析）
加速加熱試験後のマンガン飛散抑制膜１５４ｄを所定の長さに切断し、エポキシ樹脂に埋め込んで固化した後、マンガン飛散抑制膜１５４ｄの厚み方向（Ｚ軸方向）に略平行な断面が観察できるように切断して、鏡面状に研磨する。その後、研磨面（観察面）にカーボン蒸着を行った後、マンガン飛散抑制膜１５４ｄ（の厚み方向（Ｚ軸方向）の全域）と、マンガン飛散抑制膜１５４ｄに隣接する部分（インターコネクタ１５０）とを含んだ視野で、電子線マイクロアナライザによる元素マッピング分析を行う。Ｍｎマッピング画像およびＣｒマッピング画像において、マンガン飛散抑制膜１５４ｄに含まれるＭｎの質量濃度と、Ｃｒの質量濃度とが等しくなる位置を、マンガン飛散抑制膜１５４ｄにおけるＭｎを含む層とクロミア層との境界とする。Ｍｎマッピング画像においてマンガン飛散抑制膜１５４ｄのＭｎを含む層におけるＭｎ濃度が５．０ｍａｓｓ％以上である全てのピクセル（ピクセルサイズは０．１８μｍ）の質量濃度の平均値を「Ｍｎ濃度の平均値Ｃａ」とし、それらピクセルの質量濃度の標準偏差を「Ｍｎ濃度のばらつきＣｄ」とする。

【0088】

Ｍｎ濃度の平均値Ｃａが２１．０ｍａｓｓ％以下であれば条件Ａを満たし、１６．０ｍａｓｓ％以下であれば条件Ｂを満たすとする。Ｍｎ濃度のばらつきＣｄが１６．０ｍａｓｓ％以下であれば条件Ｃを満たすとし、９．０ｍａｓｓ％以下であれば条件Ｄを満たすとする。

【0089】

なお、Ｍｎ濃度の平均値ＣａやばらつきＣｄは、鋼材（インターコネクタ１５０の材料）の表面にマンガン飛散抑制膜１５４ｄを形成するために施す熱処理の条件を種々変更すること等により調整することができる。例えば、上述したように加湿しながら水素雰囲気で熱処理を施す際の水蒸気濃度を低くすることにより、Ｍｎ濃度の平均値ＣａやばらつきＣｄを低下させることができる。

【0090】

以上説明したように、本第４変形形態では、マンガン飛散抑制膜１５４ｄについて、２０％水蒸気を含む水素雰囲気下において１０００℃で１００時間の加速加熱試験をした上で、電子線マイクロアナライザにより分析をした場合のマンガン飛散抑制膜１５４ｄの厚み方向（Ｚ軸方向）に沿った断面におけるＭｎ濃度の平均値Ｃａは２１．０ｍａｓｓ％以下である（条件Ａ）。そのため、Ｍｎ濃度の平均値Ｃａが２１．０ｍａｓｓ％より高い構成と比較して、マンガン飛散抑制膜１５４ｄに含まれるＭｎがマンガン飛散抑制膜１５４ｄから燃料室１７６（特定ガス流路）に放出されにくくなる。そのため、本第４変形形態によれば、燃料室１７６におけるＭｎ蒸気圧の上昇が抑制（これにより電解質層１１２のＭｎ被毒が抑制）され、その結果、単セル１１０の発電性能を向上させることができる。

【0091】

本第４変形形態では、Ｍｎ濃度の平均値Ｃａは１６．０ｍａｓｓ％以下である（条件Ｂ）。そのため、本第４変形形態によれば、Ｍｎ濃度の平均値Ｃａが特に低いことにより、特に効果的に、電解質層１１２のＭｎ被毒を抑制することができる（ひいては単セル１１０の発電性能を特に向上させることができる）。

【0092】

本第４変形形態では、マンガン飛散抑制膜１５４ｄについて、２０％水蒸気を含む水素雰囲気下において１０００℃で１００時間の加速加熱試験をした上で、電子線マイクロアナライザにより分析をした場合のマンガン飛散抑制膜１５４ｄの厚み方向に沿った断面におけるＭｎ濃度のばらつきＣｄは１６．０ｍａｓｓ％以下である（条件Ｃ）。そのため、Ｍｎ濃度のばらつきＣｄが１６．０ｍａｓｓ％より高い構成と比較して、マンガン飛散抑制膜１５４ｄに含まれるＣｒがマンガン飛散抑制膜１５４ｄから燃料室１７６（特定ガス流路）に放出されにくくなる。これにより、本第４変形形態によれば、電解質層１１２のＭｎ被毒と、Ｃｒが燃料極１１６に付着し、燃料極１１６の触媒活性が低下する燃料極１１６のＣｒ被毒とを抑制することができる（ひいては単セル１１０の発電性能を更に向上させることができる）。

【0093】

本第４変形形態では、Ｍｎ濃度のばらつきＣｄは９．０ｍａｓｓ％以下である（条件Ｄ）。そのため、本第４変形形態では、によれば、Ｍｎ濃度のばらつきＣｄが特に低いことにより、特に効果的に、電解質層１１２のＭｎ被毒と燃料極１１６のＣｒ被毒とを抑制することができる（ひいては単セル１１０の発電性能を特に向上させることができる）。

【0094】

本第４変形形態では、マンガン飛散抑制膜１５４ｄについて、２０％水蒸気を含む水素雰囲気下において１０００℃で１００時間の加速加熱試験をした場合に、マンガン飛散抑制膜１５４ｄは、Ｘ線回析法によってＭｎＯが同定されない。仮に、このように行うＸ線回析法によってＭｎＯが同定される程度に多量のＭｎＯがマンガン飛散抑制膜１５４ｄに存在する構成においては、比較的、マンガン飛散抑制膜１５４ｄに含まれるＭｎがマンガン飛散抑制膜１５４ｄから燃料室１７６（特定ガス流路）に放出されやすい。ＭｎＯが同定されない本第４変形形態においては、マンガン飛散抑制膜１５４ｄに含まれるＭｎがマンガン飛散抑制膜１５４ｄから燃料室１７６（特定ガス流路）に放出されにくいため、電解質層１１２のＭｎ被毒を特に効果的に抑制することができる（ひいては単セル１１０の発電性能を特に向上させることができる）。

【0095】

本第４変形形態では、マンガン飛散抑制膜１５４ｄに隣接する部分ＡＰは金属材料からなり、マンガン飛散抑制膜１５４ｄに隣接する部分ＡＰは、その結晶粒界にＮｂまたはＴｉを含む酸化物相を含む。仮に、マンガン飛散抑制膜１５４ｄに隣接する部分ＡＰがこのような構成でないときには、マンガン飛散抑制膜１５４ｄに隣接する部分ＡＰに含まれるＭｎは、その結晶粒界を通ることにより燃料室１７６（特定ガス流路）にまで拡散しやすい。マンガン飛散抑制膜１５４ｄに隣接する部分ＡＰが上記の構成である本第４変形形態では、マンガン飛散抑制膜１５４ｄに隣接する部分ＡＰに含まれるＭｎが結晶粒界を通って燃料室１７６（特定ガス流路）に拡散することが更に抑制される。これによって、上述した燃料室１７６におけるＭｎ蒸気圧の上昇が更に抑制（これにより電解質層１１２のＭｎ被毒が抑制）され、その結果、単セル１１０の発電性能を更に向上させることができる。

【0096】

なお、上記の発明の効果を考慮すると、上述した電子線マイクロアナライザによる分析において、マンガン飛散抑制膜１５４ｄのどの位置の断面を分析対象とした場合においても上記条件（条件Ａ、…、条件Ｄ）を満たすことが特に好ましいが、マンガン飛散抑制膜１５４ｄのいずれか１つの断面のみにおいて上記条件（条件Ａ、…、条件Ｄ）を満たすとしてもよい。

【0097】

次に、本第４変形形態の性能評価について説明する。各特性が互いに異なる複数のマンガン飛散抑制膜１５４ｄ（マンガン飛散抑制膜１５４ｄが形成されたインターコネクタ１５０）のサンプルを作製し、当該サンプルを用いて性能評価を行った。図１２は、性能評価結果を示す説明図である。

【0098】

（サンプルについて）
図１２に示すように、本性能評価では、マンガン飛散抑制膜１５４ｄの４個のサンプル（サンプルＳＡ１、…、ＳＡ４）を用いた。各サンプルは、Ｍｎ濃度の平均値Ｃａと、Ｍｎ濃度のばらつきＣｄとが互いに異なっている。

【0099】

各サンプルに形成されたマンガン飛散抑制膜１５４ｄは、上述した方法（インターコネクタ１５０の材料である鋼材の表面に、まず加湿しながら水素雰囲気で熱処理を施し、その後に大気雰囲気で熱処理を施す方法）により形成した。大気雰囲気で施す熱処理については、どのサンプルについても、８５０℃、２時間という条件で行い、加湿しながら水素雰囲気で施す熱処理については、９５０℃、１００時間という条件で、水蒸気濃度を、サンプルＳＡ１は２％、サンプルＳＡ２は５％、サンプルＳＡ３は１０％、サンプルＳＡ４は５０％として行った。このようにマンガン飛散抑制膜１５４ｄを形成した各サンプルについて、加速加熱試験（上述）をした上で、電子線マイクロアナライザ（上述）による分析を行うことにより、Ｍｎ濃度の平均値ＣａとばらつきＣｄを測定した結果、図１２に示すように、Ｍｎ濃度の平均値ＣａとＭｎ濃度のばらつきＣｄとが互いに異なることを確認した。

【0100】

（電解質層１１２のＭｎ被毒についての評価）
各サンプル（マンガン飛散抑制膜１５４ｄ）について、当該サンプルを組み付けた燃料電池スタック１００を用いて次の２つの耐久試験を行った。
「緩い条件の耐久試験」：各サンプルを８５０℃で１０００時間（燃料利用率は８２％、電流密度は０．４７Ａ／ｃｍ^２）の条件で燃料電池スタック１００を作動させた後の単セル１１０について、電解質層１１２におけるクラックの発生の有無を確認した。
「厳しい条件の耐久試験」：各サンプルを８５０℃で２０００時間（燃料利用率は８２％、電流密度は０．４７Ａ／ｃｍ^２）の条件で燃料電池スタック１００を作動させた後の単セル１１０について、電解質層１１２におけるクラックの発生の有無を確認した。

【0101】

なお、電解質層１１２におけるクラックの発生の有無の確認は、単セル１１０を、電解質層１１２の断面が露出するように切断し、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による断面画像を観察することにより行った。

【0102】

各サンプルについて、厳しい条件の耐久試験で電解質層１１２にクラックが発生しなかった場合に「特に良い（Ａ）」と評価し、（厳しい条件の耐久試験で電解質層１１２にクラックが発生したが）緩い条件の耐久試験では電解質層１１２にクラックが発生しなかった場合に「良い（Ｂ）」と評価し、緩い条件の耐久試験で電解質層１１２にクラックが発生した場合に「不合格（Ｃ）」と評価した。

【0103】

その結果、図１２に示すように、サンプルＳＡ１，ＳＡ２は「特に良い（Ａ）」、サンプルＳＡ３は「良い（Ｂ）」、サンプルＳＡ４は「不合格（Ｃ）」という評価結果となった。

【0104】

ここで、サンプルＳＡ１，…，ＳＡ３では、Ｍｎ濃度の平均値Ｃａが２１．０ｍａｓｓ％以下であるのに対し、サンプルＳＡ４では、Ｍｎ濃度の平均値Ｃａが２１．０ｍａｓｓ％より高い。この結果から、Ｍｎ濃度の平均値Ｃａが２１．０ｍａｓｓ％以下である構成においては、Ｍｎ濃度の平均値Ｃａが２１．０ｍａｓｓ％より高い構成と比較して電解質層１１２のＭｎ被毒が抑制され、ひいては電解質層１１２におけるクラックの発生を抑制することができることが確認された。

【0105】

また、サンプルＳＡ１，ＳＡ２では、Ｍｎ濃度の平均値Ｃａが１６．０％以下であるのに対し、サンプルＳＡ３では、Ｍｎ濃度の平均値Ｃａが１６．０％より高い。この結果から、Ｍｎ濃度の平均値Ｃａが１６．０ｍａｓｓ％以下である構成においては、より効果的に、電解質層１１２のＭｎ被毒が抑制され、ひいては電解質層１１２におけるクラックの発生を抑制できることが確認された。

【0106】

（燃料極１１６のＣｒ被毒についての評価）
各サンプル（マンガン飛散抑制膜１５４ｄ）について、上記の耐久試験と同様に、当該サンプルを組み付けた燃料電池スタック１００を８５０℃で２０００時間（燃料利用率は８２％、電流密度は０．４７Ａ／ｃｍ^２）の条件で作動させた後に、単セル１１０を、燃料極１１６の表面を含むように切断し、蛍光Ｘ線分析（ＸＲＦ）を行った結果、Ｃｒが検出されなかった場合に「特に良い（Ａ）」と評価し、検出されたＣｒの量が０．５ｍａｓｓ％未満であった場合に「良い（Ｂ）」と評価し、検出されたＣｒの量が０．５ｍａｓｓ％以上であった場合に「不合格（Ｃ）」と評価した。

【0107】

その結果、図１２に示すように、サンプルＳＡ１，ＳＡ２は「特に良い（Ａ）」、サンプルＳＡ３は「良い（Ｂ）」、サンプルＳＡ４は「不合格（Ｃ）」という評価結果となった。

【0108】

ここで、サンプルＳＡ１，…，ＳＡ３では、Ｍｎ濃度のばらつきＣｄが１６．０ｍａｓｓ％以下であるのに対し、サンプルＳＡ４では、Ｍｎ濃度のばらつきＣｄが１６．０ｍａｓｓより高い。この結果から、Ｍｎ濃度のばらつきＣｄが１６．０ｍａｓｓ％以下である構成においては、Ｍｎ濃度のばらつきＣｄが１６．０ｍａｓｓより高い構成と比較して（電解質層１１２のＭｎ被毒と）燃料極１１６のＣｒ被毒とを抑制することができることが確認された。

【0109】

また、サンプルＳＡ１，ＳＡ２では、Ｍｎ濃度のばらつきＣｄが９．０ｍａｓｓ以下であるのに対し、サンプルＳＡ３では、Ｍｎ濃度のばらつきＣｄが９．０ｍａｓｓ％より高い。この結果から、Ｍｎ濃度のばらつきＣｄが９．０ｍａｓｓ％以下である構成においては、より効果的に、（電解質層１１２のＭｎ被毒と）燃料極１１６のＣｒ被毒とが抑制され、ひいては電解質層１１２におけるクラックの発生を抑制できることが確認された。

【0110】

なお、本第４変形形態では、マンガン飛散抑制膜１５４ｄは、条件Ａから条件Ｄまでの全てを満たしているが、条件Ａまたは条件Ｃを満たしていれば、他の条件の少なくとも１つを満たしていなくてもよい。本第４変形形態では、マンガン飛散抑制膜１５４ｄは、上記のように行うＸ線回析法によってＭｎＯが同定されないものであるが、上記のように行うＸ線回析法によってＭｎＯが同定されるものであってもよい。本第４変形形態では、燃料電池スタック１００に含まれるすべての発電単位１０２のインターコネクタ１５０にマンガン飛散抑制膜１５４ｄが形成されているが、一部の発電単位１０２のみにおいてインターコネクタ１５０にマンガン飛散抑制膜１５４ｄが形成されていてもよい。本第４変形形態では、マンガン飛散抑制膜１５４ｄに隣接する部分ＡＰは金属材料からなるが、金属材料以外の材料により形成されていてもよい。また、本第４変形形態では、インターコネクタ１５０の当該部分ＡＰは、その結晶粒界にＮｂまたはＴｉを含む酸化物相を含むが、このような組成でないものであってもよい。

【0111】

また、本第４変形形態において、マンガン飛散抑制膜１５４ｄは、Ｍｎと、Ｓｉ，Ａｌ，ＴｉおよびＳから選択される少なくとも１つの元素との化合物を含んでもよい。例えば、マンガン飛散抑制膜１５４ｄは、ＭｎとＳｉとの化合物を含んでもよい。ＭｎとＳｉとの化合物は、Ｍｎ_２ＳｉＯ_４（珪酸マンガン）、またはＭｎ_２ＳｉＯ_４に含まれるＭｎとＳｉの少なくとも一方の一部が他の元素で置換された化合物である。なお、Ｓｉは特許請求の範囲における特定元素の一例であり、ＭｎとＳｉとの化合物は特許請求の範囲における特定化合物の一例である。

【0112】

このような構成によれば、マンガン飛散抑制膜１５４ｄがＭｎを含むものでありながら、マンガン飛散抑制膜１５４ｄに含まれるＭｎがガス中に飛散することが抑制され、燃料室１７６におけるＭｎ蒸気圧の上昇を抑制することができ、これにより、単セル１１０の性能を向上させることができる。これは、Ｍｎが特定化合物（Ｍｎと特定元素（Ｓｉ）との化合物）となることにより、ガス中に飛散しにくくなるからである。なお、マンガン飛散抑制膜１４５ｄが、Ｍｎと、Ｓｉ，Ａｌ，ＴｉおよびＳから選択される少なくとも１つの元素との化合物を含む構成を、条件Ａ～Ｄを満たさないマンガン飛散抑制膜に適用してもよい。

【0113】

Ｍｎと、Ｓｉ，Ａｌ，ＴｉおよびＳから選択される少なくとも１つの元素との化合物を含むマンガン飛散抑制膜１５４ｄは、Ｃｒを含んでもよい。この構成によれば、マンガン飛散抑制膜１５４ｄにＣｒ_２Ｏ_３が形成される。そのため、マンガン飛散抑制膜１５４ｄの表面に形成されるＭｎと特定元素（Ｓｉ）の化合物を核として、Ｍｎ蒸気圧が低いＭｎとＣｒの化合物（（Ｃｒ、Ｍｎ）_３Ｏ_４等）を形成され、これにより、Ｍｎが燃料室１７６に飛散することが更に抑制される。従って、この構成によれば、より効果的に、燃料室１７６におけるＭｎ蒸気圧の上昇を抑制することができ、これにより単セル１１０の性能を向上させることができる。

【0114】

Ｂ．変形例：
本明細書で開示される技術は、上述の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態に変形することができ、例えば次のような変形も可能である。

【0115】

上記実施形態（または変形例、以下同様）において、電極接続部１４５は、燃料極１１６における電解質層１１２に対向する側とは反対側の表面に接合材を介して接触している構成であってもよい。また、上記実施形態において、インターコネクタ接続部１４６は、インターコネクタ１５０における燃料極１１６に対向する側の表面に接合材を介して接触している構成であってもよい。

【0116】

また、上記実施形態では、燃料極側集電体１４４のインターコネクタ接続部１４６と電極接続部１４５と連接部１４７とは一体の部材により構成されているが、インターコネクタ接続部１４６と電極接続部１４５と連接部１４７との何れかまたはすべてが別体の部材により構成されていてもよい。

【0117】

上記実施形態では、燃料極側集電体１４４が金属箔により形成される構成であったが、燃料極側集電体１４４がメッシュ状の金属材料により形成される構成であってもよい。この場合、燃料極１１６表面のうち、メッシュ状の金属材料の線材と接触している部分が、特許請求の範囲における集電領域の一例であり、燃料極１１６表面のうちメッシュ状の金属材料の線材と接していない部分が非集電領域の一例である。

【0118】

上記実施形態では、インターコネクタ１５０と、インターコネクタ１５０と単セル１１０とを電気的に接続する接続部として機能する燃料極側集電体１４４とが別体であったが、インターコネクタ１５０と接続部とが一体形成された構成でもよい。

【0119】

また、上記実施形態では、燃料電池スタック１００に含まれる全ての複合体について、インターコネクタ１５０の非接触領域１５３Ｂ（対向領域１５３Ｃ）がマンガン飛散抑制膜１５４に覆われている構成であったが、少なくとも１つの複合体について、インターコネクタ１５０の非接触領域１５３Ｂ（対向領域１５３Ｃ）がマンガン飛散抑制膜１５４に覆われている構成であれば、インターコネクタ１５０の形成材料に由来するＭｎの飛散に起因する燃料電池スタック１００の発電性能の低下を抑制することができる。また、マンガン飛散抑制膜１５４は、金属材料で形成されている場合、金属箔に限らず、例えばメッシュであってもよい。さらに、メッシュ状の金属材料がマンガン飛散抑制膜１５４と燃料極側集電体との両機能を兼ねていてもよい。この場合、燃料極１１６の表面のうち、メッシュ状の金属材料の線材と接触している部分が、特許請求の範囲における集電領域の一例であり、燃料極１１６の表面のうち、メッシュ状の金属材料の線材と接していない部分が非集電領域の一例である。

【0120】

上記実施形態では、インターコネクタ１５０の上面１５３のうち、非接触領域１５３Ｂだけでなく、接触領域１５３Ａも、一体のマンガン飛散抑制膜１５４に覆われている構成であったが、非接触領域１５３Ｂだけがマンガン飛散抑制膜１５４に覆われている構成でもよい。また、上記実施形態および変形例では、インターコネクタ１５０の非接触領域１５３Ｂ（対向領域１５３Ｃ）の全体がマンガン飛散抑制膜１５４に覆われている構成であったが、インターコネクタ１５０の非接触領域１５３Ｂ（対向領域１５３Ｃ）の少なくとも一部がマンガン飛散抑制膜１５４に覆われている構成であれば、非接触領域１５３Ｂ（対向領域１５３Ｃ）が全くマンガン飛散抑制膜１５４に覆われていない構成に比べて、インターコネクタ１５０の形成材料に由来するＭｎの飛散に起因する燃料電池スタック１００（単セル１１０、複合体）の発電性能の低下を抑制することができる。なお、インターコネクタ１５０の非接触領域１５３Ｂ（対向領域１５３Ｃ）の一部がマンガン飛散抑制膜１５４に覆われている構成では、次の条件１～３の少なくとも１つを満たすことにより、同条件を満たさない構成に比べて、インターコネクタ１５０の形成材料に由来するＭｎの飛散に起因する燃料電池スタック１００の発電性能の低下を、より効果的に抑制することができる。
条件１：インターコネクタ１５０の非接触領域１５３Ｂ（対向領域１５３Ｃ）のうち、６０％以上の領域が、マンガン飛散抑制膜１５４に覆われていること。
条件２：インターコネクタ１５０の非接触領域１５３Ｂ（対向領域１５３Ｃ）のうち、相対的に温度が高い領域が、マンガン飛散抑制膜１５４に覆われていること。特にＭｎの拡散が顕著な高温領域においてＭｎの拡散を抑制することにより、全体として効果的にＭｎの拡散を抑制することができる。
条件３：インターコネクタ１５０の非接触領域１５３Ｂ（対向領域１５３Ｃ）のうち、燃料ガスＦＧの流路の上流側（燃料ガス供給連通孔１４２側）の領域が、マンガン飛散抑制膜１５４に覆われていること。上流側のＭｎの飛散を抑制することにより、下流側でのＭｎの単セル１１０への付着を抑制することができる。
なお、インターコネクタ１５０の上面１５３のうち、燃料極側フレーム１４０と上下方向において重なる部分には、マンガン飛散抑制膜１５４は形成されていなくてもよい。また、インターコネクタ１５０の上面１５３における外周側部分には、アルミナの酸化被膜を形成するアルミ二ウムを含有するセパレータが接合されていてもよい。

【0121】

図１３は、変形例の性能評価結果を示す説明である。複数の発電単位１０２のサンプルを用いて行った性能評価について説明する。図１３に示すように、各サンプル（Ｓ１～Ｓ６）は、上記実施形態の発電単位１０２に対して、マンガン飛散抑制膜１５４がＮｉ箔であり、かつ、インターコネクタ１５０の非接触領域１５３Ｂ（対向領域１５３Ｃ）に対するマンガン飛散抑制膜１５４の被覆割合（非接触領域１５３Ｂ（対向領域１５３Ｃ）の全面積に対する、マンガン飛散抑制膜１５４に覆われた領域の面積の割合（％））が互いに異なるものである。

【0122】

各サンプルについて、７００℃で１０００時間発電したときにおける電解質層１１２のクラックの発生の有無を観察する第１の試験と、７００℃で２０００時間発電したときにおける電解質層１１２のクラックの発生の有無を観察する第２の試験とを行った。クラックの有無は、電解質層１１２の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で撮影したＳＥＭ画像を観察することにより行った。

【0123】

図１３に示す第１の試験結果によれば、マンガン飛散抑制膜１５４の被覆割合が０％であるサンプルＳ１では、電解質層１１２にクラックが発生したが、マンガン飛散抑制膜１５４の被覆割合が０％より高いサンプルＳ２～Ｓ６では、電解質層１１２にクラックが発生しなかった。これらの結果から、インターコネクタ１５０の非接触領域１５３Ｂ（対向領域１５３Ｃ）の少なくとも一部をマンガン飛散抑制膜１５４で覆うことにより、インターコネクタ１５０の形成材料に由来するＭｎが燃料室１７６に飛散することを抑制することができることが分かる。また、図１３に示す第２の試験結果によれば、マンガン飛散抑制膜１５４の被覆割合が６０％未満であるサンプルＳ１～Ｓ３では、電解質層１１２にクラックが発生したが、マンガン飛散抑制膜１５４の被覆割合が６０％以上であるサンプルＳ４～Ｓ６では、電解質層１１２にクラックが発生しなかった。これらの結果から、マンガン飛散抑制膜１５４の被覆割合が６０％以上であれば、インターコネクタ１５０の形成材料に由来するＭｎが燃料室１７６に飛散することを、より効果的に抑制することができることが分かる。

【0124】

上記実施形態では、燃料極側集電体１４４の先端部１４８は、スペーサー１４９の全長にわたって延びつつ、マンガン飛散抑制膜１５４に接触した構成であったが、燃料極側集電体１４４の一部に先端部１４８が設けられ、その先端部１４８の一部がマンガン飛散抑制膜１５４に接触した構成であっても、燃料極側集電体１４４の上面１４６Ａに形成された酸化被膜１５２からＭｎが燃料室１７６に飛散することを抑制することができる。

【0125】

上記実施形態における各部材を構成する材料は、あくまで例示であり、各部材が他の材料により構成されていてもよい。例えば、マンガン飛散抑制膜１５４は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｓ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｙ、および、Ｃｅの少なくとも１種を含む酸化物により形成されたコーティング膜であってもよい。このようなセラミックス系の酸化物でも、飛散したＭｎとの固溶体が形成されてＭｎ蒸気圧が低下するため、インターコネクタ１５０の形成材料に由来するＭｎが燃料室１７６に飛散することを、より効果的に抑制することができる。なお、コーティング膜の形成方法の例は次の通りである。アルミナペーストをインターコネクタ１５０の上面１５３に印刷して焼成することによりパターンを形成し、９００℃以上、１１００℃以下の温度で約２時間焼成することにより、マンガン飛散抑制膜としてのコーティング膜を生成することができる。その後、レーザ加工により、インターコネクタ１５０の接触領域１５３Ａに形成されたコーティング部分を除去し、その除去後の接触領域１５３Ａ上に燃料極側集電体１４４を配置する。

【0126】

上記実施形態において、燃料極１１６における電解質層１１２とは反対側の表面（例えば上記非集電領域１１７Ｂ）の少なくとも一部に、Ｍｎと固溶体を形成するＮｉを含むＮｉ層を形成してもよい。これにより、電解質層１１２へのＭｎの飛散を抑制することができる。また、当該Ｎｉ層の形状は、所定範囲を隙間なく覆う膜状でもよいが、燃料室１７６を流れる燃料ガスＦＧが均等に燃料極１１６内に拡散するようにメッシュ状でもよい。なお、これらのＮｉ層は、例えば、Ｎｉを含むペーストを燃料極１１６の上記表面に印刷し、焼き付けを行うことにより形成することができる。

【0127】

上記実施形態における各部材を構成する材料は、あくまで例示であり、各部材が他の材料により構成されていてもよい。

【0128】

また、上記実施形態では、燃料ガスに含まれる水素と酸化剤ガスに含まれる酸素との電気化学反応を利用して発電を行うＳＯＦＣを対象としているが、本発明は、水の電気分解反応を利用して水素の生成を行う固体酸化物形の電解セル（ＳＯＥＣ）の最小単位である電解セル単位や、複数の電解セル単位を備える電解セルスタックにも同様に適用可能である。なお、電解セルスタックの構成は、例えば特開２０１６－８１８１３号に記載されているように公知であるためここでは詳述しないが、概略的には上述した実施形態における燃料電池スタック１００と同様の構成である。すなわち、上述した実施形態における燃料電池スタック１００を電解セルスタックと読み替え、発電単位１０２を電解セル単位と読み替えればよい。

【0129】

本発明は、金属支持型（メタルサポート型）の単セルを備える複合体や電気化学反応セルスタックにも適用可能である。金属支持型の単セルは、燃料極と空気極との一方に対して電解質層とは反対側に配置された金属支持体を備え、金属支持体によって単セルにおける他の部分（空気極、固体電解質、燃料極など）を支持する。金属支持型の単セルを備える複合体等の適用例は、概略的には上述した実施形態における燃料電池スタック１００と同様の構成である。この場合、燃料極の表面のうち、金属支持体と接触している領域が、特許請求の範囲における集電領域の一例であり、燃料極の表面のうち、金属支持体に形成された貫通孔から露出している領域が、特許請求の範囲における非集電領域の一例である。インターコネクタ１５０の表面のうち、金属支持体に形成された貫通孔の直下の領域が、特許請求の範囲における対向領域の一例である。

【符号の説明】

【0130】

２４：ナット ２６：絶縁シート ２７：ガス通路部材 ２８：本体部 ２９：分岐部 １００：燃料電池スタック １０２，１０２ａ～１０２ｄ：発電単位 １０４，１０６：エンドプレート １０８：連通孔 １１０：単セル １１２：電解質層 １１４：空気極 １１６：燃料極 １１７：下面 １１７Ａ：集電領域 １１７Ｂ：非集電領域 １２０：セパレータ １２１：孔 １２４：接合部 １３０：空気極側フレーム １３１：孔 １３２：酸化剤ガス供給連通孔 １３３：酸化剤ガス排出連通孔 １３４：空気極側集電体 １４０：燃料極側フレーム １４１：孔 １４２：燃料ガス供給連通孔 １４３：燃料ガス排出連通孔 １４４，１１４ｄ：燃料極側集電体 １４５，１４５ｄ：電極接続部 １４５Ａ：突出部 １４６，１４６ｄ：インターコネクタ接続部 １４６Ａ：上面 １４７：連接部 １４８：先端部 １４９，１４９ｄ：スペーサー １４９ｃ：第２のスペーサー １５０：インターコネクタ １５１：接合部 １５２：酸化被膜 １５３：上面 １５３Ａ：接触領域 １５３Ｂ：非接触領域 １５３Ｃ：対向領域 １５３Ｄ：非対向領域 １５４，１５４ｄ：マンガン飛散抑制膜 １６１：酸化剤ガス供給マニホールド １６２：酸化剤ガス排出マニホールド １６６：空気室 １７１：燃料ガス供給マニホールド １７２：燃料ガス排出マニホールド １７６：燃料室 ２００，２００ｂ：金属箔 ２１０，２１０ｂ：第１の箔部分 ２２０：第２の箔部分 ＦＧ：燃料ガス ＦＯＧ：燃料オフガス ＯＧ：酸化剤ガス ＯＯＧ：酸化剤オフガス Ｕ：空間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】