特許 7588280 クロム合金容器及びメタルサポート形電気化学セル

(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】

(24)【登録日】2024-11-13

(45)【発行日】2024-11-21

(54)【発明の名称】クロム合金容器及びメタルサポート形電気化学セル

(51)【国際特許分類】

   C25B 9/63 20210101AFI20241114BHJP

   C25B 1/042 20210101ALI20241114BHJP

   C25B 9/00 20210101ALI20241114BHJP

   H01M 8/0271 20160101ALI20241114BHJP

   H01M 8/12 20160101ALI20241114BHJP

   H01M 8/1226 20160101ALI20241114BHJP

【ＦＩ】

C25B9/63

C25B1/042

C25B9/00 A

H01M8/0271

H01M8/12 101

H01M8/12 102A

H01M8/1226

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2024546467

(86)(22)【出願日】2023-10-05

(86)【国際出願番号】 JP2023036374

【審査請求日】2024-08-06

【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】弁理士法人新樹グローバル・アイピー

(72)【発明者】

【氏名】白鳥 敬司

(72)【発明者】

【氏名】中村 俊之

(72)【発明者】

【氏名】寺澤 玄太

(72)【発明者】

【氏名】大森 誠

【審査官】黒木 花菜子

(56)【参考文献】

【文献】特開平９－２１７０３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１１６３９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－２０７６３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－３９５７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０２３－５０４９８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－１０３６３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－１０６５９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平８－１３００２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２１／２０１０９８（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ２５Ｂ ９／６３

Ｃ２５Ｂ １／０４２

Ｃ２５Ｂ ９／００

Ｈ０１Ｍ ８／１２

Ｈ０１Ｍ ８／１２２６

Ｈ０１Ｍ ８／０２７１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内部空間を有するクロム合金容器であって、
クロムを含有する合金によって構成される第１合金部材と、
クロムを含有する合金によって構成される第２合金部材と、
前記第１合金部材と前記第２合金部材の間に介挿される介挿部と、
を備え、
前記介挿部は、
クロムを主成分とする酸化物によって構成される酸化物接着層と、
前記酸化物接着層に埋設され、前記第１合金部材と前記第２合金部材を連結する金属連結部と、
を有する、
クロム合金容器。

【請求項2】

前記金属連結部は、前記第１合金部材及び前記第２合金部材のうち少なくとも一方の主成分と同じ元素を主成分として含有する、
請求項１に記載のクロム合金容器。

【請求項3】

前記金属連結部は、クロムを含有する、
請求項１又は２に記載のクロム合金容器。

【請求項4】

厚み方向における前記酸化物接着層の厚みに対する面方向における前記金属連結部の最小幅の比は、０．３以上である、
請求項１に記載のクロム合金容器。

【請求項5】

厚み方向における前記酸化物接着層の厚みに対する面方向における前記金属連結部どうしの最長距離の比は、２０以下である、
請求項１に記載のクロム合金容器。

【請求項6】

面方向における前記金属連結部の最小幅に対する厚み方向における前記第１合金部材又は前記第２合金部材の厚みの比は、５０以上である、
請求項１に記載のクロム合金容器。

【請求項7】

面方向における前記金属連結部の最小幅に対する厚み方向における前記第１合金部材又は前記第２合金部材の厚みの比は、２０００以下である、
請求項１に記載のクロム合金容器。

【請求項8】

前記酸化物接着層中の金属元素に占めるクロム含有率は、５０ｍｏｌ％以上である、
請求項１に記載のクロム合金容器。

【請求項9】

前記酸化物接着層は、クロム酸化物及びクロムマンガン酸化物のうち少なくとも一方によって構成される、
請求項１に記載のクロム合金容器。

【請求項10】

前記酸化物接着層は、結晶質である、
請求項１に記載のクロム合金容器。

【請求項11】

前記酸化物接着層は、スピネル型又はコランダム型の結晶構造を有する、
請求項１０に記載のクロム合金容器。

【請求項12】

前記介挿部は、前記内部空間を封止するためのシールである、
請求項１に記載のクロム合金容器。

【請求項13】

前記第２合金部材は、前記第１合金部材に当接するエンボス部を有し、
前記介挿部は、前記第１合金部材に前記エンボス部を接着する、
請求項１に記載のクロム合金容器。

【請求項14】

請求項１に記載のクロム合金容器と、
前記クロム合金容器上に配置されるセル本体部と、
を備え、
前記第１合金部材は、前記内部空間に繋がる複数の連通孔を有し、
前記セル本体部は、前記複数の連通孔を覆うように前記第１合金部材上に配置される、
メタルサポート形電気化学セル。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、クロム合金容器及びメタルサポート形電気化学セルに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、燃料電池を収容するクロム合金容器が開示されている。クロム合金容器は、第１インターコネクタ、第２インターコネクタ、セパレータ、燃料極フレーム及びガラスシールを備える。

【0003】

第１インターコネクタは、燃料電池の空気極に接続される。第２インターコネクタは、燃料電池の燃料極集電層に接続される。セパレータは、燃料電池の固体電解質に接続され、燃料ガスと酸化剤ガスの流路を分離する。燃料極フレームは、セパレータと第２インターコネクタの間に配置される。ガラスシールは、第１インターコネクタとセパレータを接着する。

【0004】

第１インターコネクタ、第２インターコネクタ、セパレータ及び燃料極フレームそれぞれは、クロム合金（例えば、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ４４４など）によって構成される。ガラスシールは、ガラス材料によって構成される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１５－１５６３５２号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１に記載のクロム合金容器では、第１インターコネクタ及びセパレータそれぞれが含有しているクロムがガラスシールに拡散することによって、ガラスシールの組成が変化して強度が低下しやすい。その結果、ガラスシールに変形や割れが生じてしまうため、長期間に渡って合金部材どうしの接合性を維持することはできない。このことは、燃料電池を収容する容器に限らず、クロム合金容器全般に共通する課題である。

【0007】

本発明の課題は、長期間に渡って合金部材どうしの接合性を維持可能なクロム合金容器及びメタルサポート形電気化学セルを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の第１の側面に係るクロム合金容器は、内部空間を有する。当該クロム合金容器は、クロムを含有する合金によって構成される第１合金部材と、クロムを含有する合金によって構成される第２合金部材と、前記第１合金部材と前記第２合金部材の間に介挿される介挿部とを備える。前記介挿部は、クロムを主成分とする酸化物によって構成される酸化物接着層と、前記酸化物接着層に埋設され、前記第１合金部材と前記第２合金部材を連結する金属連結部とを有する。

【0009】

本発明の第２の側面に係るクロム合金容器は、上記第１の側面に係り、前記金属連結部は、前記第１合金部材及び前記第２合金部材のうち少なくとも一方の主成分と同じ元素を主成分として含有する。

【0010】

本発明の第３の側面に係るクロム合金容器は、上記第１又は第２の側面に係り、前記金属連結部は、クロムを含有する。

【0011】

本発明の第４の側面に係るクロム合金容器は、上記第１乃至第３いずれかの側面に係り、厚み方向における前記酸化物接着層の厚みに対する面方向における前記金属連結部の最小幅の比は、０．３以上である。

【0012】

本発明の第５の側面に係るクロム合金容器は、上記第１乃至第４いずれかの側面に係り、厚み方向における前記酸化物接着層の厚みに対する面方向における前記金属連結部どうしの最長距離の比は、２０以下である。

【0013】

本発明の第６の側面に係るクロム合金容器は、上記第１乃至第５いずれかの側面に係り、面方向における前記金属連結部の最小幅に対する厚み方向における前記第１合金部材又は前記第２合金部材の厚みの比は、５０以上である。

【0014】

本発明の第７の側面に係るクロム合金容器は、上記第１乃至第６いずれかの側面に係り、面方向における前記金属連結部の最小幅に対する、厚み方向における前記第１合金部材又は前記第２合金部材の厚みの比は、２０００以下である。

【0015】

本発明の第８の側面に係るクロム合金容器は、上記第１乃至第７いずれかの側面に係り、前記酸化物接着層中の金属元素に占めるクロム含有率は、５０ｍｏｌ％以上である。

【0016】

本発明の第９の側面に係るクロム合金容器は、上記第１乃至第８いずれかの側面に係り、前記酸化物接着層は、クロム酸化物及びクロムマンガン酸化物のうち少なくとも一方によって構成される。

【0017】

本発明の第１０の側面に係るクロム合金容器は、上記第１乃至第９いずれかの側面に係り、前記酸化物接着層は、結晶質である。

【0018】

本発明の第１１の側面に係るクロム合金容器は、上記第１０の側面に係り、前記酸化物接着層は、スピネル型又はコランダム型の結晶構造を有する。

【0019】

本発明の第１２の側面に係るクロム合金容器は、上記第１乃至第１１いずれかの側面に係り、前記介挿部は、前記内部空間を封止するためのシールである。

【0020】

本発明の第１３の側面に係るクロム合金容器は、上記第１乃至第１２いずれかの側面に係り、前記第２合金部材は、前記第１合金部材に当接するエンボス部を有する。前記介挿部は、前記第１合金部材に前記エンボス部を接着する。

【0021】

本発明の第１４の側面に係るメタルサポート形電気化学セルは、上記第１乃至第１３いずれかの側面に係るクロム合金容器と、前記クロム合金容器上に配置されるセル本体部とを備える。前記第１合金部材は、前記内部空間に繋がる複数の連通孔を有する。前記セル本体部は、前記複数の連通孔を覆うように前記第１合金部材上に配置される。

【発明の効果】

【0022】

本発明によれば、長期間に渡って合金部材どうしの接合性を維持可能なクロム合金容器及びメタルサポート形電気化学セルを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】図１は、第１実施形態に係る電解セルの平面図である。

【図2】図２は、図１のＡ－Ａ断面図である。

【図3】図３は、図２の部分拡大図である。

【図4】図４は、第２実施形態に係る電解セルの断面図である。

【図5】図５は、図４の部分拡大図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

１．第１実施形態

【0025】

（電解セル１）
図１は、第１実施形態に係る電解セル１の平面図である。図２は、図１のＡ－Ａ断面図である。

【0026】

電解セル１は、本発明に係る「メタルサポート形電気化学セル」の一例である。

【0027】

電解セル１は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に広がる板状に形成される。本実施形態において、電解セル１は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に垂直なＺ軸方向から平面視した場合、Ｙ軸方向に延びる長方形に形成される。ただし、電解セル１の平面形状は特に限られず、長方形以外の多角形、楕円形、円形などであってもよい。

【0028】

図１及び図２に示すように、電解セル１は、セル本体部２及びクロム合金容器３を備える。

【0029】

（セル本体部２）
セル本体部２は、クロム合金容器３上に配置される。セル本体部２は、クロム合金容器３のうち後述する金属支持体１０によって支持される。セル本体部２は、水素極６（カソード）、電解質７、反応防止層８及び酸素極９（アノード）を有する。

【0030】

水素極６、電解質７、反応防止層８及び酸素極９は、Ｚ軸方向において、この順でクロム合金容器３側から積層されている。水素極６、電解質７、及び酸素極９は必須の構成であり、反応防止層８は任意の構成である。

【0031】

［水素極６］
水素極６は、金属支持体１０の第１主面１２上に配置される。

【0032】

水素極６には、金属支持体１０の各供給孔１１から原料ガスが供給される。原料ガスは、少なくとも水蒸気（Ｈ_２Ｏ）を含む。

【0033】

原料ガスがＨ_２Ｏのみを含む場合、水素極６は、下記（１）式に示す水電解の電気化学反応に従って、原料ガスからＨ_２を生成する。

【0034】

・水素極６：Ｈ_２Ｏ＋２ｅ^－→Ｈ_２＋Ｏ^２－・・・（１）

【0035】

原料ガスがＨ_２Ｏに加えてＣＯ_２を含む場合、水素極６は、下記（２）、（３）、（４）式に示す共電解の電気化学反応に従って、原料ガスからＨ_２、ＣＯ及びＯ^２－を生成する。

【0036】

・水素極６：ＣＯ_２＋Ｈ_２Ｏ＋４ｅ^－→ＣＯ＋Ｈ_２＋２Ｏ^２－・・・（２）
・Ｈ_２Ｏの電気化学反応：Ｈ_２Ｏ＋２ｅ^－→Ｈ_２＋Ｏ^２－・・・（３）
・ＣＯ_２の電気化学反応：ＣＯ_２＋２ｅ^－→ＣＯ＋Ｏ^２－・・・（４）

【0037】

水素極６において生成されるＨ_２は、金属支持体１０の各供給孔１１から後述する内部空間３ａに流出する。

【0038】

水素極６は、電子伝導性を有する多孔質体である。水素極６は、ニッケル（Ｎｉ）を含有する。共電解の場合、Ｎｉは、電子伝導物質として機能するとともに、生成されるＨ_２と原料ガスに含まれるＣＯ_２との熱的反応を促進してメタネーションやＦＴ（Ｆｉｓｃｈｅｒ－Ｔｒｏｐｓｃｈ）合成などに適切なガス組成を維持する熱触媒としても機能する。水素極６が含有するＮｉは、電解セル１の作動中、基本的には金属Ｎｉの状態で存在しているが、一部は酸化ニッケル（ＮｉＯ）の状態で存在していてもよい。

【0039】

水素極６は、イオン伝導性材料を含有していてもよい。イオン伝導性材料としては、例えば、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、カルシア安定化ジルコニア（ＣＳＺ）、スカンジア安定化ジルコニア（ＳｃＳＺ）、ガドリニウムドープセリア（ＧＤＣ）、サマリウムドープセリア（ＳＤＣ）、（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｒ，Ｍｎ）Ｏ_３、（Ｌａ，Ｓｒ）ＴｉＯ_３、Ｓｒ_２（Ｆｅ,Ｍｏ）_２Ｏ_６、（Ｌａ，Ｓｒ）ＶＯ_３、（Ｌａ，Ｓｒ）ＦｅＯ_３、及びこれらのうち２つ以上を組み合わせた混合材料などを用いることができる。

【0040】

水素極６の厚みは特に制限されないが、例えば１μｍ以上１００μｍ以下とすることができる。水素極６の熱膨張係数の値は特に限られないが、例えば１２×１０^―６／℃以上２０×１０^－６／℃以下とすることができる。

【0041】

水素極６の形成方法は特に制限されず、焼成法、スプレーコーティング法（溶射法、エアロゾルデポジション法、エアロゾルガスデポジッション法、パウダージェットデポジッション法、パーティクルジェットデポジション法、コールドスプレー法など）、ＰＶＤ法（スパッタリング法、パルスレーザーデポジション法など）、ＣＶＤ法などを用いることができる。

【0042】

［電解質７］
電解質７は、水素極６上に形成される。電解質７は、水素極６及び酸素極９の間に配置される。本実施形態では、電解質７は、水素極６及び反応防止層８に挟まれており、両者に接続されている。

【0043】

電解質７は、水素極６を覆うとともに、金属支持体１０の第１主面１２のうち水素極６から露出する領域を覆う。

【0044】

電解質７は、酸化物イオン伝導性を有する緻密体である。電解質７は、水素極６において生成されたＯ^２－を酸素極９側に伝達させる。電解質７は、酸化物イオン伝導性材料によって構成される。電解質７は、例えば、ＹＳＺ、ＧＤＣ、ＳｃＳＺ、ＳＤＣ、ＬＳＧＭ（ランタンガレート）などによって構成することができ、特にＹＳＺが好適である。

【0045】

電解質７の厚みは特に制限されないが、例えば１μｍ以上１００μｍ以下とすることができる。電解質７の熱膨張係数の値は特に限られないが、例えば１０×１０^―６／℃以上１２×１０^―６／℃以下とすることができる。

【0046】

電解質７の形成方法は特に制限されず、焼成法、スプレーコーティング法、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法などを用いることができる。

【0047】

［反応防止層８］
反応防止層８は、電解質７及び酸素極９の間に配置される。反応防止層８は、電解質７を基準として水素極６の反対側に配置される。反応防止層８は、電解質７の構成元素が酸素極９の構成元素と反応して電気抵抗の大きい層が形成されることを抑制する。

【0048】

反応防止層８は、酸化物イオン伝導性材料によって構成される。反応防止層８は、ＧＤＣ、ＳＤＣなどによって構成することができる。

【0049】

反応防止層８の気孔率は特に制限されないが、例えば０．１％以上５０％以下とすることができる。反応防止層８の厚みは特に制限されないが、例えば１μｍ以上５０μｍ以下とすることができる。

【0050】

反応防止層８の形成方法は特に制限されず、焼成法、スプレーコーティング法、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法などを用いることができる。

【0051】

［酸素極９］
酸素極９は、電解質７を基準として水素極６の反対側に配置される。本実施形態では、電解質７及び酸素極９の間に反応防止層８が配置されているので、酸素極９は反応防止層８に接続される。電解質７及び酸素極９の間に反応防止層８が配置されない場合、酸素極９は電解質７に接続される。

【0052】

酸素極９は、下記（５）式の化学反応に従って、水素極６から電解質７を介して伝達されるＯ^２－からＯ_２を生成する。

【0053】

・酸素極９：２Ｏ^２－→Ｏ_２＋４ｅ^－・・・（５）

【0054】

酸素極９は、酸化物イオン伝導性及び電子伝導性を有する多孔体である。酸素極９は、例えば（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ_３、（Ｌａ，Ｓｒ）ＦｅＯ_３、Ｌａ（Ｎｉ，Ｆｅ）Ｏ_３、（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ_３、及び（Ｓｍ，Ｓｒ）ＣｏＯ_３のうち１つ以上と酸化物イオン伝導性材料（ＧＤＣなど）との複合材料によって構成することができる。

【0055】

酸素極９の気孔率は特に制限されないが、例えば２０％以上６０％以下とすることができる。酸素極９の厚みは特に制限されないが、例えば１μｍ以上１００μｍ以下とすることができる。

【0056】

酸素極９の形成方法は特に制限されず、焼成法、スプレーコーティング法、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法などを用いることができる。

【0057】

（クロム合金容器３）
クロム合金容器３は、水素極６に供給される原料ガスと水素極６において生成される還元ガス（本実施形態では、Ｈ_２）とが流れる内部空間３ａを有する。

【0058】

本実施形態において、クロム合金容器３は、金属支持体１０、枠体２０、インターコネクタ３０、第１シール部４０及び第２シール部５０を備える。内部空間３ａは、金属支持体１０、枠体２０、インターコネクタ３０、第１シール部４０及び第２シール部５０によって囲まれた空間である。

【0059】

本実施形態において、金属支持体１０及び枠体２０の一方が本発明に係る「第１合金部材」の一例であり、他方が本発明に係る「第２合金部材」の一例である。また、本実施形態において、枠体２０及びインターコネクタ３０の一方が本発明に係る「第１合金部材」の一例であり、他方が本発明に係る「第２合金部材」の一例である。第１シール部４０及び第２シール部５０それぞれは、本発明に係る「介挿部」の一例である。

【0060】

［金属支持体１０］
金属支持体１０は、セル本体部２を支持する。本実施形態において、金属支持体１０は、板状に形成される。金属支持体１０は、平板状であってもよいし、曲板状であってもよい。

【0061】

金属支持体１０はセル本体部２を支持できればよく、その厚みは特に制限されないが、例えば０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下とすることができる。

【0062】

図２に示すように、金属支持体１０は、複数の供給孔１１、第１主面１２及び第２主面１３を有する。

【0063】

各供給孔１１は、第１主面１２から第２主面１３まで金属支持体１０を貫通する。各供給孔１１は、第１主面１２及び第２主面１３それぞれに開口する。各供給孔１１は、セル本体部２によって覆われる。具体的には、各供給孔１１の第１主面１２側の開口は、水素極６によって覆われている。各供給孔１１の第２主面１３側の開口は、内部空間３ａに繋がっている。

【0064】

各供給孔１１は、機械加工（例えば、パンチング加工）、レーザ加工、或いは、化学加工（例えば、エッチング加工）などによって形成することができる。

【0065】

本実施形態において、各供給孔１１は、Ｚ軸方向に沿って直線状に形成される。ただし、各供給孔１１は、Ｚ軸方向に対して傾斜していてもよいし、直線状でなくてもよい。また、供給孔１１どうしは互いに連なっていてもよい。

【0066】

第１主面１２は、第２主面１３の反対側に設けられる。第１主面１２には、セル本体部２が配置される。第２主面１３には、第１シール部４０を介して枠体２０が接合される。

【0067】

金属支持体１０は、Ｃｒ（クロム）を含有する合金によって構成される。このような合金としては、Ｆｅ－Ｃｒ系合金鋼（ステンレス鋼など）やＮｉ－Ｃｒ系合金鋼などが挙げられる。金属支持体１０におけるＣｒ含有率は特に制限されないが、４質量％以上３０質量％以下とすることができる。

【0068】

金属支持体１０は、Ｔｉ（チタン）やＺｒ（ジルコニウム）を含有していてもよい。金属支持体１０におけるＴｉ含有率は特に制限されないが、０．０１ｍｏｌ％以上１．０ｍｏｌ％以下とすることができる。金属支持体１０におけるＺｒ含有率は特に制限されないが、０．０１ｍｏｌ％以上０．４ｍｏｌ％以下とすることができる。金属支持体１０は、ＴｉをＴｉＯ_２（チタニア）として含有していてもよいし、ＺｒをＺｒＯ_２（ジルコニア）として含有していてもよい。

【0069】

［枠体２０］
枠体２０は、内部空間３ａを形成するためのスペーサである。本実施形態において、枠体２０は、環状に形成される。

【0070】

枠体２０は、第１シール部４０を介して金属支持体１０に接合されるとともに、第２シール部５０を介してインターコネクタ３０に接合される。

【0071】

枠体２０の厚みは特に制限されないが、例えば０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下とすることができる。

【0072】

枠体２０は、Ｃｒを含有する合金によって構成される。このような合金としては、Ｆｅ－Ｃｒ系合金鋼やＮｉ－Ｃｒ系合金鋼などが挙げられる。枠体２０におけるＣｒ含有率は特に制限されないが、４質量％以上３０質量％以下とすることができる。枠体２０の組成は、金属支持体１０と同じであってもよいし異なっていてもよい。

【0073】

［インターコネクタ３０］
インターコネクタ３０は、枠体２０を基準として金属支持体１０の反対側に配置される。インターコネクタ３０は、外部電源又は他の電解セルに電解セル１を電気的に接続するための部材である。

【0074】

本実施形態において、インターコネクタ３０は、板状に形成される。インターコネクタ３０は、平板状であってもよいし、曲板状であってもよい。

【0075】

インターコネクタ３０は、第２シール部５０を介して枠体２０に接合される。

【0076】

インターコネクタ３０の厚みは特に制限されないが、例えば０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下とすることができる。

【0077】

インターコネクタ３０は、Ｃｒを含有する合金によって構成される。このような合金としては、Ｆｅ－Ｃｒ系合金鋼やＮｉ－Ｃｒ系合金鋼などが挙げられる。インターコネクタ３０におけるＣｒ含有率は特に制限されないが、４質量％以上３０質量％以下とすることができる。インターコネクタ３０の組成は、金属支持体１０と同じであってもよいし異なっていてもよい。インターコネクタ３０の組成は、枠体２０と同じであってもよいし異なっていてもよい。

【0078】

［第１シール部４０］
第１シール部４０は、金属支持体１０と枠体２０の間に配置される。第１シール部４０は、金属支持体１０及び枠体２０それぞれに接合される。

【0079】

第１シール部４０は、環状に形成される。第１シール部４０は、金属支持体１０と枠体２０の隙間を封止する。これによって、水素極６に供給される原料ガスと水素極６において生成される還元ガスが、金属支持体１０と枠体２０の隙間から外部にリークすることが防止される。第１シール部４０の詳細構成については後述する。

【0080】

［第２シール部５０］
第２シール部５０は、枠体２０とインターコネクタ３０の間に配置される。第２シール部５０は、枠体２０及びインターコネクタ３０それぞれに接合される。

【0081】

第２シール部５０は、環状に形成される。第２シール部５０は、枠体２０とインターコネクタ３０の隙間を封止する。これによって、水素極６に供給される原料ガスと水素極６において生成される還元ガスが、枠体２０とインターコネクタ３０の隙間から外部にリークすることが防止される。

【0082】

第２シール部５０の構成は、次に説明する第１シール部４０の構成と同じであるため、本実施形態では第２シール部５０の構成についての説明を割愛する。

【0083】

（第１シール部４０の詳細構成）
図３は、図２の部分拡大図である。図３では、第１シール部４０の断面が図示されている。図３に図示された断面は、金属支持体１０の第１主面１２に垂直である。

【0084】

第１シール部４０は、酸化物接着層４１及び金属連結部４２を有する。

【0085】

［酸化物接着層４１］
酸化物接着層４１は、金属支持体１０と枠体２０の間に配置される。酸化物接着層４１は、金属支持体１０及び枠体２０に挟まれている。酸化物接着層４１は、内部空間３ａを取り囲むように環状に形成される。酸化物接着層４１は、内部空間３ａに露出している。

【0086】

酸化物接着層４１は、Ｃｒを主成分とする酸化物（以下、「Ｃｒ酸化物」と略称する。）によって構成される。これによって、電解セル１の製造中又は作動中において、金属支持体１０及び枠体２０から酸化物接着層４１にＣｒが拡散することを抑制することができる。また、金属支持体１０及び枠体２０から酸化物接着層４１にＣｒが拡散してきたとしても、酸化物接着層４１の組成に与える影響が小さいため、酸化物接着層４１の強度が低下することも抑制できる。さらに、金属支持体１０、枠体２０及び酸化物接着層４１がＣｒを共通して含有していることによって互いの接合性を向上させることができる。よって、長期間に渡って金属支持体１０と枠体２０の接合性を維持することができる。

【0087】

なお、本実施形態において、Ｃｒを主成分とするとは、酸化物接着層４１を構成するＣｒ酸化物の組成をエネルギー分散型分光（ＥＤＳ）装置で解析した場合に、Ｃｒ酸化物中の金属元素に占めるＣｒの含有率が最も高いことを意味する。当該Ｃｒ含有率は特に制限されないが、例えば、２０ｍｏｌ％以上１００ｍｏｌ％以下とすることができる。

【0088】

酸化物接着層４１を構成するＣｒ酸化物中の金属元素に占めるＣｒ含有率は、５０ｍｏｌ％以上であることが好ましい。これによって、金属支持体１０及び枠体２０が含有しているＣｒが酸化物接着層４１に拡散することを顕著に抑制することができる。

【0089】

酸化物接着層４１を構成するＣｒ酸化物は、クロム酸化物及びクロムマンガン酸化物のうち少なくとも一方によって構成されることが好ましい。これらの酸化物は、Ｃｒが特に拡散しにくい性質を有しているため、酸化物接着層４１の耐久性を向上させることができる。

【0090】

クロム酸化物としては、Ｃｒ_２Ｏ_３などが挙げられる。クロムマンガン酸化物としては、ＭｎＣｒ_２Ｏ_４（スピネル）、Ｍｎ_１，５Ｃｒ_１，５Ｏ_４（スピネル）などが挙げられる。

【0091】

酸化物接着層４１を構成するＣｒ酸化物は、結晶質であることが好ましい。これによって、電解セル１を長時間作動させたとしても、Ｃｒ酸化物が非晶質から結晶質へ相転移することで酸化物接着層４１が破損してしまうことを回避できる。

【0092】

酸化物接着層４１を構成するＣｒ酸化物は、スピネル型又はコランダム型の結晶構造を有していることが好ましい。これらの結晶構造は対称性が高いため、酸化物接着層４１の耐熱応力性を向上させることができる。また、これらの結晶構造を有するＣｒ酸化物は、Ｃｒを含有する合金によって構成される金属支持体１０及び枠体２０それぞれとの界面における接合性が良好であるため、酸化物接着層４１と金属支持体１０及び枠体２０それぞれとの接合強度を向上させることができる。

【0093】

［金属連結部４２］
金属連結部４２は、酸化物接着層４１に埋設される。金属連結部４２は、金属支持体１０の第１主面１２に垂直な厚み方向に沿って延びる。金属連結部４２は、酸化物接着層４１を厚み方向に貫通する。三次元的に見た場合、金属連結部４２は柱状である。金属連結部４２の外周面は、酸化物接着層４１によって取り囲まれている。

【0094】

金属連結部４２は、金属支持体１０と枠体２０を連結する。金属連結部４２の一端部は金属支持体１０に連結され、金属連結部４２の他端部は枠体２０に連結される。金属連結部４２は、金属支持体１０及び枠体２０のうち少なくとも一方と実質的に一体であってもよい。

【0095】

酸化物接着層４１に金属連結部４２が埋設されていることによって、酸化物接着層４１内に生じたクラックを金属連結部４２において止めることができる。よって、酸化物接着層４１が脆性破壊することを抑制できるため、より長期間に渡って金属支持体１０と枠体２０の接合性を維持することができる。

【0096】

図３では、３つの金属連結部４２が図示されているが、一断面における金属連結部４２の数は特に限られず、１つ以上であればよい。

【0097】

また、図３では、樽形断面の金属連結部４２と、傾斜形断面の金属連結部４２と、くびれ形断面の金属連結部４２とが左側から順に図示されている。金属連結部４２の断面がくびれ形である場合、金属支持体１０及び枠体２０それぞれと金属連結部４２との界面積を大きくできるため、両者の界面強度を向上させることができる。金属連結部４２の断面が樽形や傾斜形の場合、金属連結部４２自体の体積を大きくできるためクラック停止効果をより向上させることができる。

【0098】

このように、図３では、各金属連結部４２の断面形状が互いに異なっているが、各金属連結部４２の断面形状は同じであってもよい。また、金属連結部４２の断面形状は、図３に示された形状以外の形状であってもよい。各金属連結部４２の断面形状は、金属支持体１０及び枠体２０それぞれと金属連結部４２との界面積増大による界面強度の向上と、金属連結部４２の体積増大によるクラック停止効果の向上とのバランスを考慮して設定することが好ましい。

【0099】

金属連結部４２は、金属によって構成される。金属連結部４２は、金属支持体１０及び枠体２０のうち少なくとも一方の主成分と同じ元素を主成分とすることが好ましい。これによって、金属支持体１０及び枠体２０からの元素拡散によって金属連結部４２が組成変化することを抑制できる。例えば、金属連結部４２は、Ｃｒ又はＦｅを主成分として含むことができる。なお、主成分として含むとは、金属連結部４２を元素分析した場合に最大含有率を示すことを意味する。

【0100】

また、金属連結部４２は、Ｃｒを含有していることが好ましい。これによって、金属連結部４２の耐酸化性を向上させることができる。

【0101】

厚み方向における酸化物接着層４１の厚みに対する、面方向における金属連結部４２の最小幅Ｗ１の比は、０．３以上であることが好ましい。これによって、金属連結部４２の強度を確保できるため、クラックによって金属連結部４２が破損することを抑制できる。面方向とは、厚み方向に垂直な方向である。

【0102】

接着層４１の厚みとは、面方向において酸化物接着層４１を４等分する３カ所における酸化物接着層４１の厚みを算術平均した値である。ただし、厚みの測定箇所が金属連結部４２と重なる場合には、当該金属連結部４２に近接する任意の位置で酸化物接着層４１の厚みを測定すればよい。接着層４１の厚みの値は特に限られないが、例えば、０．３μｍ以上３０μｍ以下とすることができる。

【0103】

また、金属連結部４２の最小幅Ｗ１とは、厚み方向において金属連結部４２を１１等分する１０カ所において面方向における金属連結部４２の幅を測定した場合における最小の測定値である。金属連結部４２の最小幅Ｗ１の値は特に限られないが、例えば、０．０５μｍ以上５μｍ以下とすることができる。

【0104】

金属連結部４２が複数存在する場合、厚み方向における酸化物接着層４１の厚みに対する、面方向における金属連結部４２どうしの最長距離Ｄ１の比は、２０以下であることが好ましい。これによって、複数の金属連結部４２を面方向における狭い範囲に配置することができるため、酸化物接着層４１内に長尺のクラックが生じることを抑制できる。その結果、長尺のクラックに起因して酸化物接着層４１が金属支持体１０及び枠体２０それぞれから剥離することを抑制できる。

【0105】

なお、金属連結部４２どうしの最長距離Ｄ１とは、厚み方向に平行であって、対向する２つの金属連結部４２それぞれの側面の輪郭に内接する２本の直線の最大間隔である。最長距離Ｄ１の値は特に限られないが、例えば、１μｍ以上１００μｍ以下とすることができる。

【0106】

面方向における金属連結部４２の最小幅Ｗ１に対する、厚み方向における金属支持体１０又は枠体２０の厚みの比は、２０００以下であることが好ましい。これによって、金属支持体１０又は枠体２０が過剰に厚くなること（すなわち、金属連結部４２が過剰に細くなること）を抑制できるため、金属連結部４２の強度を確保できる。

【0107】

面方向における金属連結部４２の最小幅Ｗ１に対する、厚み方向における金属支持体１０又は枠体２０の厚みの比は、５０以上であることが好ましい。これによって、金属支持体１０又は枠体２０が過剰に薄くなること（すなわち、金属連結部４２が過剰に太くなること）を抑制できるため、第１シール部４０の剛性を高めることができる。

【0108】

金属連結部４２は、内部空間３ａから離れていることが好ましい。具体的には、金属連結部４２は、面方向中央部及び面方向外周部のうち少なくとも一方に存在することが好ましい。これによって、内部空間３ａを流れる還元ガス（本実施形態では、Ｈ_２）によって金属連結部４２が脆化することを抑制できる。面方向中央部とは、酸化物接着層４１を面方向において３等分したとき、中央に位置する部位である。面方向外周部とは、酸化物接着層４１を面方向において３等分したとき、面方向中央部の外部空間３ｂ側に位置する部位である。

【0109】

第１シール部４０は、次のように形成することができる。まず、Ｃｒ酸化物と金属粒子を含むペーストを金属支持体１０及び枠体２０の少なくとも一方の表面上に塗布する。この際、塗布されたペーストの厚みが金属粒子の平均粒径と同程度になるようにペーストの塗布量を調整する。次に、ペーストを焼成することによって第１シール部４０を形成する。金属粒子は、金属支持体１０及び枠体２０との間の元素拡散に伴って、金属支持体１０及び枠体２０それぞれに連結される。焼成条件は適宜設定することができるが、例えば、６００℃以上１１００℃以下、０．５時間以上２４時間以下とすることができる。

【0110】

２．第２実施形態

【0111】

（電解セル１）
図４は、第２実施形態に係る電解セル１ａの断面図である。電解セル１ａは、本発明に係る「メタルサポート形電気化学セル」の一例である。

【0112】

第２実施形態に係る電解セル１ａは、インターコネクタ３０がエンボス部３１及びデボス部３２を有している点と、クロム合金容器３が接合部６０を備えている点において第１実施形態に係る電解セル１と異なる。以下、当該相違点について主に説明する。

【0113】

本実施形態において、金属支持体１０及びインターコネクタ３０の一方が本発明に係る「第１合金部材」の一例であり、他方が本発明に係る「第２合金部材」の一例である。また、接合部６０は、本発明に係る「介挿部」の一例である。

【0114】

図４に示すように、インターコネクタ３０は、複数のエンボス部３１と複数のデボス部３２を有する。図４では、２つのエンボス部３１と３つのデボス部３２が図示されているが、エンボス部３１及びデボス部３２それぞれの個数は適宜変更可能である。

【0115】

エンボス部３１は、金属支持体１０の第２主面１３に当接する。これによって、金属支持体１０がインターコネクタ３０によって支持されるため、金属支持体１０の撓みが抑制される。なお、エンボス部３１は、金属支持体１０に当接していればよく、金属支持体１０に固定されていなくてもよい。

【0116】

デボス部３２は、金属支持体１０と反対側に向かって突出している。デボス部３２は、外部電源又は他の電解セルに当接する。

【0117】

接合部６０は、金属支持体１０にエンボス部３１を接合する。接合部６０は、エンボス部３１の先端部分周辺に配置される。エンボス部３１の先端部分とは、エンボス部３１のうち金属支持体１０に当接している部分のことである。接合部６０は、エンボス部３１の先端部分を取り囲むように環状に形成されることが好ましい。これによって、エンボス部３１と金属支持体１０の接合性を向上させることができる。

【0118】

ここで、図５は、図４の部分拡大図である。図５では、接合部６０の断面が図示されている。図５に図示された断面は、金属支持体１０の第２主面１３に垂直である。

【0119】

接合部６０は、金属支持体１０とエンボス部３１の間に配置される。接合部６０は、金属支持体１０及びエンボス部３１に挟まれている。接合部６０は、金属支持体１０上に配置され、かつ、エンボス部３１の先端部分を取り囲むように環状に形成される。

【0120】

本実施形態において、接合部６０は、金属支持体１０とエンボス部３１の間に形成された有底凹部８０に埋設されている。有底凹部８０の断面は、楔形である。接合部６０は、内部空間３ａに露出している。

【0121】

接合部６０は、酸化物接着層４３及び金属連結部４４を有する。

【0122】

［酸化物接着層４３］
酸化物接着層４３は、金属支持体１０とエンボス部３１の間に配置される。酸化物接着層４３は、金属支持体１０及びエンボス部３１に挟まれている。酸化物接着層４３は、エンボス部３１の先端部分を取り囲むように環状に形成される。酸化物接着層４３は、内部空間３ａに露出している。

【0123】

酸化物接着層４３は、Ｃｒ酸化物によって構成される。これによって、電解セル１の製造中又は作動中において、金属支持体１０及びエンボス部３１から酸化物接着層４３にＣｒが拡散することを抑制することができる。また、金属支持体１０及びエンボス部３１から酸化物接着層４３にＣｒが拡散してきたとしても、酸化物接着層４３の組成に与える影響が小さいため、酸化物接着層４３の強度が低下することも抑制できる。さらに、金属支持体１０、エンボス部３１及び酸化物接着層４３がＣｒを共通して含有していることによって互いの接合性を向上させることができる。よって、長期間に渡って金属支持体１０とエンボス部３１の接合性を維持することができる。

【0124】

酸化物接着層４３を構成するＣｒ酸化物中の金属元素に占めるＣｒ含有率は、５０ｍｏｌ％以上であることが好ましい。これによって、金属支持体１０及びエンボス部３１が含有しているＣｒが酸化物接着層４３に拡散することを顕著に抑制することができる。

【0125】

酸化物接着層４３を構成するＣｒ酸化物は、クロム酸化物及びクロムマンガン酸化物のうち少なくとも一方によって構成されることが好ましい。これらの酸化物は、Ｃｒが特に拡散しにくい性質を有しているため、酸化物接着層４３の耐久性を向上させることができる。

【0126】

酸化物接着層４３を構成するＣｒ酸化物は、結晶質であることが好ましい。これによって、電解セル１を長時間作動させたとしても、Ｃｒ酸化物が非晶質から結晶質へ相転移することで酸化物接着層４３が破損してしまうことを回避できる。

【0127】

酸化物接着層４３を構成するＣｒ酸化物は、スピネル型又はコランダム型の結晶構造を有していることが好ましい。これらの結晶構造は対称性が高いため、酸化物接着層４３の耐熱応力性を向上させることができる。また、これらの結晶構造を有するＣｒ酸化物は、Ｃｒを含有する合金によって構成される金属支持体１０及びエンボス部３１それぞれとの界面における接合性が良好であるため、酸化物接着層４３と金属支持体１０及びエンボス部３１それぞれとの接合強度を向上させることができる。

【0128】

［金属連結部４４］
金属連結部４４は、酸化物接着層４３に埋設される。金属連結部４４は、金属支持体１０の第１主面１２に垂直な厚み方向に沿って延びる。金属連結部４４は、酸化物接着層４３を厚み方向に貫通する。三次元的に見た場合、金属連結部４４は柱状である。金属連結部４４の側面は、酸化物接着層４３によって取り囲まれている。

【0129】

金属連結部４４は、金属支持体１０とエンボス部３１を連結する。金属連結部４４の一端部は金属支持体１０に連結され、金属連結部４４の他端部はエンボス部３１に連結される。金属連結部４４は、金属支持体１０及びエンボス部３１のうち少なくとも一方と実質的に一体であってもよい。

【0130】

酸化物接着層４３に金属連結部４４が埋設されていることによって、酸化物接着層４３内に生じたクラックを金属連結部４４において止めることができる。よって、酸化物接着層４３が脆性破壊することを抑制できるため、より長期間に渡って金属支持体１０とエンボス部３１の接合性を維持することができる。

【0131】

図５では、２つの金属連結部４４が図示されているが、一断面における金属連結部４４の数は特に限られず、１つ以上であればよい。

【0132】

また、図５では、くびれ形断面の金属連結部４４と、直線形断面の金属連結部４４とが左側から順に図示されている。このように、図５では、各金属連結部４４の断面形状が互いに異なっているが、各金属連結部４４の断面形状は同じであってもよい。また、金属連結部４４の断面形状は、図５に示された形状以外の形状であってもよい。

【0133】

金属連結部４４は、金属によって構成される。金属連結部４４は、金属支持体１０及びエンボス部３１のうち少なくとも一方の主成分と同じ元素を主成分とすることが好ましい。これによって、金属支持体１０及びエンボス部３１からの元素拡散によって金属連結部４４が組成変化することを抑制できる。例えば、金属連結部４４は、Ｃｒ又はＦｅを主成分として含むことができる。

【0134】

また、金属連結部４４は、Ｃｒを含有していることが好ましい。これによって、金属連結部４４の耐酸化性を向上させることができる。

【0135】

厚み方向における酸化物接着層４３の厚みに対する、面方向における金属連結部４４の最小幅Ｗ２の比は、０．３以上であることが好ましい。これによって、金属連結部４４の強度を確保できるため、クラックによって金属連結部４４が破損することを抑制できる。なお、面方向とは、厚み方向に垂直な方向である。

【0136】

接着層４３の厚みとは、面方向において酸化物接着層４３を４等分する３カ所における酸化物接着層４３の厚みを算術平均した値である。ただし、厚みの測定箇所が金属連結部４４と重なる場合には、当該金属連結部４４に近接する任意の位置で酸化物接着層４３の厚みを測定すればよい。接着層４３の厚みの値は特に限られないが、例えば、０．３μｍ以上３０μｍ以下とすることができる。

【0137】

また、金属連結部４４の最小幅Ｗ２とは、厚み方向において金属連結部４４を１１等分する１０カ所において面方向における金属連結部４４の幅を測定した場合における最小の測定値である。金属連結部４４の最小幅Ｗ２の値は特に限られないが、例えば、０．０５μｍ以上５μｍ以下とすることができる。

【0138】

金属連結部４４が複数存在する場合、厚み方向における酸化物接着層４３の厚みに対する、面方向における金属連結部４４どうしの最長距離Ｄ２の比は、２０以下であることが好ましい。これによって、複数の金属連結部４４を面方向における狭い範囲に配置することができるため、酸化物接着層４３内に長尺のクラックが生じることを抑制できる。その結果、長尺のクラックに起因して酸化物接着層４３が金属支持体１０及びエンボス部３１それぞれから剥離することを抑制できる。

【0139】

なお、金属連結部４４どうしの最長距離Ｄ２とは、厚み方向に平行であって、対向する２つの金属連結部４４それぞれの側面の輪郭に内接する２本の直線の最大間隔である。最長距離Ｄ２の値は特に限られないが、例えば、１μｍ以上１００μｍ以下とすることができる。

【0140】

面方向における金属連結部４４の最小幅Ｗ２に対する、厚み方向における金属支持体１０又はエンボス部３１の厚みの比は、２０００以下であることが好ましい。これによって、金属支持体１０又はエンボス部３１が過剰に厚くなること（すなわち、金属連結部４４が過剰に細くなること）を抑制できるため、金属連結部４４の強度を確保できる。

【0141】

面方向における金属連結部４４の最小幅Ｗ２に対する、厚み方向における金属支持体１０又はエンボス部３１の厚みの比は、５０以上であることが好ましい。これによって、金属支持体１０又はエンボス部３１が過剰に薄くなること（すなわち、金属連結部４４が過剰に太くなること）を抑制できるため、接合部６０の剛性を高めることができる。

【0142】

金属連結部４４は、内部空間３ａから離れていることが好ましい。具体的には、金属連結部４４は、面方向中央部及び面方向内周部のうち少なくとも一方に存在することが好ましい。これによって、内部空間３ａを流れる還元ガス（本実施形態では、Ｈ_２）によって金属連結部４４が脆化することを抑制できる。面方向中央部とは、酸化物接着層４３を面方向において３等分したとき、中央に位置する部位である。面方向内周部とは、酸化物接着層４３を面方向において３等分したとき、面方向中央部を基準として内部空間３ａと反対側に位置する部位である。

【0143】

接合部６０は、次のように形成することができる。まず、Ｃｒ酸化物と金属粒子を含むペーストを金属支持体１０及びエンボス部３１の少なくとも一方の表面上に塗布する。この際、塗布されたペーストの厚みが金属粒子の平均粒径と同程度になるようにペーストの塗布量を調整する。次に、ペーストを焼成することによって接合部６０を形成する。金属粒子は、金属支持体１０及びエンボス部３１との間の元素拡散に伴って、金属支持体１０及びエンボス部３１それぞれに連結される。焼成条件は適宜設定することができるが、例えば、６００℃以上１１００℃以下、０．５時間以上２４時間以下とすることができる。

【0144】

（実施形態の変形例）
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。

【0145】

［変形例１］
上記第１及び第２実施形態では、枠体２０とインターコネクタ３０は別部材であることとしたが、枠体２０とインターコネクタ３０は一体の部材であってもよい。この場合、クロム合金容器３は、第２シール部５０を備えない。

【0146】

［変形例２］
上記第１及び第２実施形態では、金属支持体１０と枠体２０は別部材であることとしたが、金属支持体１０と枠体２０は一体の部材であってもよい。この場合、クロム合金容器３は、第１シール部４０を備えない。

【0147】

［変形例３］
上記第１及び第２実施形態において、酸化物接着層４１は、単層構造であることとしたが、これに限られない。酸化物接着層４１は、組成の異なるＣｒ酸化物によってそれぞれ構成される２層以上の複層構造であってもよい。

【0148】

［変形例４］
上記第２実施形態において、酸化物接着層４３は、単層構造であることとしたが、これに限られない。酸化物接着層４３は、組成の異なるＣｒ酸化物によってそれぞれ構成される２層以上の複層構造であってもよい。

【0149】

［変形例５］
上記第１実施形態において、金属支持体１０と枠体２０は、部分的に溶接又はロウ付けされていてもよい。この場合、第１シール部４０は、金属支持体１０と枠体２０の溶接又はロウ付けによって面方向において分断されていてもよい。

【0150】

また、上記第１実施形態において、枠体２０とインターコネクタ３０は、部分的に溶接又はロウ付けされていてもよい。この場合、第２シール部５０は、枠体２０とインターコネクタ３０の溶接又はロウ付けによって面方向において分断されていてもよい。

【0151】

また、上記第２実施形態において、金属支持体１０とエンボス部３１は、部分的に溶接又はロウ付けされていてもよい。この場合、接合部６０は、金属支持体１０とエンボス部３１の溶接又はロウ付けによって面方向において分断されていてもよい。

【0152】

［変形例６］
上記実施形態では、電気化学セルの一例として電解セルを挙げて説明したが、電気化学セルは電解セルに限られない。電気化学セルとは、電気エネルギーを化学エネルギーに変えるため、全体的な酸化還元反応から起電力が生じるように一対の電極が配置された素子と、化学エネルギーを電気エネルギーに変えるための素子との総称である。従って、電気化学セルには、例えば、酸化物イオン或いはプロトンをキャリアとする燃料電池が含まれる。

【0153】

［変形例７］
上記実施形態では、本発明に係るクロム合金容器を電気化学セルに適用した形態について説明したが、クロム合金容器は、種々の用途に利用可能である。クロム合金容器は、例えば、水素と二酸化炭素からメタンを合成するメタネーション用のリアクタに適用することができる。

【実施例】

【0154】

以下において本発明に係るクロム合金容器の実施例について説明する。ただし、本発明は以下に説明する実施例に限定されるものではない。

【0155】

（サンプルＮｏ．１～５）
サンプルＮｏ．１～５に係るクロム合金容器３（図３参照）を次の通り作製した。

【0156】

まず、金属支持体１０の第２主面１３のうち外周部に、Ｃｒ_２Ｏ_３と金属粒子（具体的には、ＳＵＳ４３０粒子）を含むペーストを塗布した後、ペースト上に枠体２０を配置することによって積層体を作製した。この際、金属粒子の粒径を変えることによって、金属連結部４２の最小幅Ｗ１を変更した。

【0157】

次に、積層体に熱処理（１０００℃、１時間）を施すことによって、酸化物接着層４１及び金属連結部４２によって構成される第１シール部４０をペーストから形成した。これによって、第１シール部４０を備えるクロム合金容器３が完成した。

【0158】

次に、室温から８００℃まで昇降温速度２００℃／ｈｒで昇温した後に８００℃から室温まで降温速度２００℃／ｈｒで降温する工程を１０回繰り返す熱サイクル試験をクロム合金容器３に行った。

【0159】

次に、クロム合金容器３を厚み方向に沿って切断することによって、第１シール部４０の厚み方向に沿った断面を露出させた。

【0160】

次に、上記実施形態において説明した通り、第１シール部４０の断面をＳＥＭ（５０００倍）で観察することによって、酸化物接着層４１の厚みに対する金属連結部４２の最小幅Ｗ１の比を測定した。当該比の測定結果を表１に示す。

【0161】

次に、第１シール部４０の断面をＳＥＭ（５０００倍）で観察することによって、金属支持体１０及び枠体２０それぞれと金属連結部４２との接合部におけるクラックの有無を確認した。クラックの確認結果を表１に示す。

【0162】

【表1】

【0163】

表１に示すように、酸化物接着層４１の厚みに対する金属連結部４２の最小幅Ｗ１の比を０．３以上としたサンプルＮｏ．１～４では、金属支持体１０及び枠体２０それぞれと金属連結部４２との接合部にクラックが生じることを抑制できた。このことから、酸化物接着層４１の厚みに対する金属連結部４２の最小幅Ｗ１の比を０．３以上とすることによって、金属連結部４２の強度を確保できることが分かった。

【0164】

なお、表１には示していないが、第２シール部５０においても第１シール部４０と同じ結果が得られた。

【0165】

（サンプルＮｏ．６～１０）
サンプルＮｏ．６～１０に係るクロム合金容器３（図３参照）を次の通り作製した。

【0166】

まず、金属支持体１０の第２主面１３のうち外周部に、Ｃｒ_２Ｏ_３と金属粒子（具体的には、ＳＵＳ４３０粒子）を含むペーストを塗布した後、ペースト上に枠体２０を配置することによって積層体を作製した。この際、金属粒子の添加量を変えることによって、金属連結部４２どうしの最長距離Ｄ１を変更した。

【0167】

次に、積層体に熱処理（１０００℃、１時間）を施すことによって、酸化物接着層４１及び金属連結部４２によって構成される第１シール部４０をペーストから形成した。これによって、第１シール部４０を備えるクロム合金容器３が完成した。

【0168】

次に、室温から８００℃まで昇降温速度２００℃／ｈｒで昇温した後に８００℃から室温まで降温速度２００℃／ｈｒで降温する工程を１０回繰り返す熱サイクル試験をクロム合金容器３に行った。

【0169】

次に、クロム合金容器３を厚み方向に沿って切断することによって、第１シール部４０の厚み方向に沿った断面を露出させた。

【0170】

次に、上記実施形態において説明した通り、第１シール部４０の断面をＳＥＭ（５０００倍）で観察することによって、酸化物接着層４１の厚みに対する金属連結部４２どうしの最長距離Ｄ１の比を測定した。当該比の測定結果を表２に示す。

【0171】

次に、第１シール部４０の断面をＳＥＭ（５０００倍）で観察することによって、酸化物接着層４１内に生じたクラック近傍において酸化物接着層４１が金属支持体１０及び枠体２０から局所的に剥離していないか確認した。剥離の確認結果を表２に示す。

【0172】

【表2】

【0173】

表２に示すように、酸化物接着層４１の厚みに対する金属連結部４２どうしの最長距離Ｄ１の比を２０以下としたサンプルＮｏ．６～９では、酸化物接着層４１の剥離を抑制できた。このことから、酸化物接着層４１の厚みに対する金属連結部４２どうしの最長距離Ｄ１の比を２０以下とすることによって、酸化物接着層４３におけるクラック由来の局所的な剥離を抑制できることが分かった。

【0174】

なお、表２には示していないが、第２シール部５０においても第１シール部４０と同じ結果が得られた。

【0175】

（サンプルＮｏ．１１～１８）
サンプルＮｏ．１１～１８に係るクロム合金容器３（図３参照）を次の通り作製した。

【0176】

まず、金属支持体１０の第２主面１３のうち外周部に、Ｃｒ_２Ｏ_３と金属粒子（具体的には、ＳＵＳ４３０粒子）を含むペーストを塗布した後、ペースト上に枠体２０を配置することによって積層体を作製した。この際、金属粒子の粒径を変えることによって、金属連結部４２の最小幅Ｗ１を変更した。

【0177】

次に、積層体に熱処理（１０００℃、１時間）を施すことによって、酸化物接着層４１及び金属連結部４２によって構成される第１シール部４０をペーストから形成した。これによって、第１シール部４０を備えるクロム合金容器３が完成した。

【0178】

次に、室温から８００℃まで昇降温速度２００℃／ｈｒで昇温した後に８００℃から室温まで降温速度２００℃／ｈｒで降温する工程を１０回繰り返す熱サイクル試験をクロム合金容器３に行った。

【0179】

次に、クロム合金容器３を厚み方向に沿って切断することによって、第１シール部４０の厚み方向に沿った断面を露出させた。

【0180】

次に、上記実施形態において説明した通り、金属連結部４２の最小幅Ｗ１に対する金属支持体１０の厚みの比を測定した。当該比の測定結果を表３に示す。

【0181】

次に、第１シール部４０の断面をＳＥＭ（５０００倍）で観察することによって、金属支持体１０及び枠体２０それぞれと金属連結部４２との接合部におけるクラックの有無を確認した。クラックの確認結果を表３に示す。

【0182】

次に、３次元形状測定器で第１シール部４０のたわみ量を測定した。たわみ量の測定結果を表３に示す。

【0183】

【表3】

【0184】

表３に示すように、金属連結部４２の最小幅Ｗ１に対する金属支持体１０の厚みの比を２０００以下としたサンプルＮｏ．１１～１７では、金属支持体１０及び枠体２０それぞれと金属連結部４２との接合部にクラックが生じることを抑制できた。このことから、金属連結部４２の最小幅Ｗ１に対する金属支持体１０の厚みの比を２０００以下とすることによって、金属連結部４２の強度を確保できることが分かった。

【0185】

また、表３に示すように、金属連結部４２の最小幅Ｗ１に対する金属支持体１０の厚みの比を５０以上としたサンプルＮｏ．１２～１８では、第１シール部４０のたわみ量を抑制することができた。このことから、金属連結部４２の最小幅Ｗ１に対する金属支持体１０の厚みの比を５０以上とすることによって、第１シール部４０の剛性を高められることが分かった。

【0186】

なお、表３には示していないが、第２シール部５０においても第１シール部４０と同じ結果が得られた。

【符号の説明】

【0187】

１，１ａ 電解セル
２ セル本体部
３ クロム合金容器
３ａ 内部空間
６ 水素極
７ 電解質
８ 反応防止層
９ 酸素極
１０ 金属支持体
１１ 供給孔
１２ 第１主面
１３ 第２主面
２０ 枠体
３０ インターコネクタ
３１ エンボス部
４０ 第１シール部
４１，４３ 酸化物接着層
４２，４４ 金属連結部
５０ 第２シール部
６０ 接合部

【要約】

クロム合金容器（３）は、クロムを含有する合金によって構成される金属支持体（１０）と、クロムを含有する合金によって構成される枠体（２０）と、金属支持体（１０）と枠体（２０）の間に介挿される第１シール部（４０）とを備える。第１シール部（４０）は、Ｃｒ酸化物によって構成される酸化物接着層（４１）と、酸化物接着層（４１）に埋設され、金属支持体（１０）と枠体（２０）を連結する金属連結部（４２）とを有する。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】