特許 7657377 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】2025-03-27

(45)【発行日】2025-04-04

(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 9/00 20210101AFI20250328BHJP

   C25B 1/042 20210101ALI20250328BHJP

   C25B 9/63 20210101ALI20250328BHJP

   H01M 8/12 20160101ALI20250328BHJP

   H01M 8/1226 20160101ALI20250328BHJP

【ＦＩ】

C25B9/00 A

C25B1/042

C25B9/63

H01M8/12 101

H01M8/12 102A

H01M8/1226

【請求項の数】 16

(21)【出願番号】P 2024545045

(86)(22)【出願日】2023-10-05

(86)【国際出願番号】 JP2023036372

【審査請求日】2024-07-29

【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】永田 史泰

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０２１／２０１０９８（ＷＯ，Ａ１）

【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】特開平９－２１７０３９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ２５Ｂ１／００－１５／０８

Ｈ０１Ｍ８／００－８／２４９５

(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合金部材を接着する接着部と、
を備え、
前記接着部は、クロムを主成分とする酸化物によって構成され、
前記接着部は、内部に空隙を有し、
前記接着部の厚み方向において、前記空隙の厚みは、前記接着部の厚みの３／４以下である、
クロム合金容器。

【請求項2】

前記空隙は、前記第１合金部材及び前記第２合金部材それぞれから離れている、
請求項１に記載のクロム合金容器。

【請求項3】

前記空隙は、前記接着部の厚み方向に沿って延びる、
請求項１又は２に記載のクロム合金容器。

【請求項4】

前記空隙は、前記接着部の厚み方向に垂直な面方向に沿って延びる、
請求項１又は２に記載のクロム合金容器。

【請求項5】

前記空隙は、前記接着部の厚み方向及び前記厚み方向に垂直な面方向それぞれに対して傾斜する方向に沿って延びる、
請求項１又は２に記載のクロム合金容器。

【請求項6】

前記空隙は、前記接着部の厚み方向中央部に位置する、
請求項１に記載のクロム合金容器。

【請求項7】

前記接着部の厚み方向において、前記空隙の厚みに対する前記第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厚みの比は、２０以上５００以下である、
請求項１に記載のクロム合金容器。

【請求項8】

前記接着部の断面において、前記接着部の面積に対する前記空隙の面積の比は、５％以上３０％以下である、
請求項１に記載のクロム合金容器。

【請求項9】

前記接着部は、少なくとも一部が前記酸化物に埋設された金属粒子を有する、
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11】

前記酸化物は、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、
請求項１に記載のクロム合金容器。

【請求項12】

前記酸化物は、結晶質である、
請求項１に記載のクロム合金容器。

【請求項13】

前記酸化物は、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１２に記載のクロム合金容器。

【請求項14】

前記接着部は、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15】

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、
前記接着部は、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16】

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着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着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合金部材を接着する接着部とを備える。前記接着部は、クロムを主成分とする酸化物によって構成される。前記接着部は、内部に空隙を有する。

【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、前記空隙は、前記第１合金部材及び前記第２合金部材それぞれから離れている。

【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、前記空隙は、前記接着部の厚み方向に沿って延びる。

【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、前記空隙は、前記接着部の厚み方向に垂直な面方向に沿って延びる。

【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３いずれかの側面に係り、前記空隙は、前記接着部の厚み方向及び前記厚み方向に垂直な面方向それぞれに対して傾斜する方向に沿って延びる。

【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３いずれかの側面に係り、前記空隙は、前記接着部の厚み方向中央部に位置する。

【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、前記接着部の厚み方向において、前記空隙の厚みは、前記接着部の厚みの３／４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、前記接着部の厚み方向において、前記空隙の厚みに対する前記第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厚みの比は、２０以上５００以下である。

【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、前記接着部の断面において、前記接着部の面積に対する前記空隙の面積の比は、５％以上３０％以下である。

【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、前記接着部は、少なくとも一部が前記酸化物に埋設された金属粒子を有する。

【0018】

本発明の第１１の側面に係るクロム合金容器は、上記第１乃至第１０いずれかの側面に係り、前記酸化物中の金属元素に占めるクロム含有率は、５０ｍｏｌ％以上である。

【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。

【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、前記酸化物は、結晶質である。

【0021】

本発明の第１４の側面に係るクロム合金容器は、上記第１３の側面に係り、前記酸化物は、スピネル型又はコランダム型の結晶構造を有する。

【0022】

本発明の第１５の側面に係るクロム合金容器は、上記第１乃至第１４いずれかの側面に係り、前記接着部は、前記内部空間を封止するためのシールである。

【0023】

本発明の第１６の側面に係るクロム合金容器は、上記第１乃至第１４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。前記接着部は、前記第１合金部材に前記エンボス部を接着する。

【0024】

本発明の第１７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１６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】

【0025】

本発明によれば、長期間に渡って合金部材どうしの接着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】

【0026】

【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】

【0027】

１．第１実施形態

【0028】

（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。

【0029】

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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

（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。

【0033】

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。

【0034】

［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。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

・水素極６：Ｈ_２Ｏ＋２ｅ^－→Ｈ_２＋Ｏ^２－・・・（１）

【0038】

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。

【0039】

・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）

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

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。

【0043】

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。

【0044】

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。

【0045】

［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。

【0046】

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。

【0047】

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。

【0048】

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。

【0049】

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。

【0050】

［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。

【0051】

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。

【0052】

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。

【0053】

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。

【0054】

［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。

【0055】

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。

【0056】

・酸素極９：２Ｏ^２－→Ｏ_２＋４ｅ^－・・・（５）

【0057】

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。

【0058】

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。

【0059】

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。

【0060】

（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。

【0061】

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。

【0062】

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。

【0063】

［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。

【0064】

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。

【0065】

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。

【0066】

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。

【0067】

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。

【0068】

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。

【0069】

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。

【0070】

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。

【0071】

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。

【0072】

［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。

【0073】

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。

【0074】

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。

【0075】

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。

【0076】

［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。

【0077】

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。

【0078】

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。

【0079】

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。

【0080】

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。

【0081】

［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。

【0082】

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。

【0083】

［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。

【0084】

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。

【0085】

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。

【0086】

（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。

【0087】

第１シール部４０は、第１接着部４１及び第２接着部４２を有する。第１接着部４１及び第２接着部４２それぞれは、本発明に係る「接着部」の一例である。

【0088】

［第１接着部４１］
第１接着部４１は、金属支持体１０と枠体２０の間に配置される。第１接着部４１は、金属支持体１０及び枠体２０に挟まれている。第１接着部４１は、内部空間３ａを取り囲むように環状に形成される。第１接着部４１は、内部空間３ａを封止するためのシールとして機能する。

【0089】

本実施形態において、第１接着部４１は、金属支持体１０と枠体２０の間に形成された有底凹部６０に埋設されている。有底凹部６０の断面は、楔形である。有底凹部６０は、最深部６０ａ及び開口６０ｂを有する。開口６０ｂは、内部空間３ａに向かって開口する。第１接着部４１は、内部空間３ａに露出している。

【0090】

第１接着部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から第１接着部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から第１接着部４１にＣｒが拡散してきたとしても、第１接着部４１の組成に与える影響が小さいため、第１接着部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及び第１接着部４１がＣｒを共通して含有していることによって互いの接着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の接着性を維持することができる。

【0091】

なお、本実施形態において、Ｃｒを主成分とするとは、第１接着部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。

【0092】

第１接着部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が第１接着部４１に拡散することを顕著に抑制することができる。

【0093】

第１接着部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、第１接着部４１の耐久性を向上させることができる。

【0094】

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。

【0095】

第１接着部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第１接着部４１が破損してしまうことを回避できる。

【0096】

第１接着部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、第１接着部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、第１接着部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。

【0097】

ここで、第１接着部４１は、図３に示すように、内部に空隙４１ａを有する。これによって、第１接着部４１内に生じたクラックを空隙４１ａにおいて止めることができる。よって、第１接着部４１が脆性破壊することを抑制できるため、長期間に渡って金属支持体１０と枠体２０の接着性をより維持することができる。

【0098】

本実施形態において、第１接着部４１は、２つの空隙４１ａを有しているが、一断面における空隙４１ａの数は特に限られず、１つであってもよいし３つ以上であってもよい。

【0099】

図３に示すように、空隙４１ａは、金属支持体１０及び枠体２０それぞれから離れていることが好ましい。これによって、第１接着部４１と金属支持体１０及び枠体２０それぞれとの接着面積を増大できるため、第１接着部４１と金属支持体１０及び枠体２０それぞれとの接着性を向上させることができる。

【0100】

空隙４１ａは、Ｚ軸方向に平行な厚み方向に沿って延びていてもよい。これによって、厚み方向に垂直な面方向に沿って延びるクラックを空隙４１ａによって広い範囲で止めることができる。なお、厚み方向とは、金属支持体１０の第１主面１２に垂直な方向である。厚み方向に沿って延びるとは、厚み方向における空隙４１ａの厚みが面方向における空隙４１ａの幅より大きいことを意味する。

【0101】

空隙４１ａは、Ｚ軸方向に垂直な面方向に沿って延びていてもよい。これによって、厚み方向に沿って延びるクラックを空隙４１ａによって広い範囲で止めることができる。なお、面方向に沿って延びるとは、厚み方向における空隙４１ａの厚みが面方向における空隙４１ａの幅より小さいことを意味する。

【0102】

空隙４１ａは、厚み方向及び面方向それぞれに対して傾斜する方向に沿って延びていてもよい。これによって、厚み方向に沿って延びるクラックと面方向に沿って延びるクラックの両方を空隙４１ａによってバランスよく止めることができる。この場合、厚み方向における空隙４１ａの厚みは、面方向における空隙４１ａの幅と略同じであってもよい。

【0103】

空隙４１ａは、第１接着部４１の厚み方向中央部に位置することが好ましい。これによって、空隙４１ａの金属支持体１０側及び枠体２０側それぞれにおける第１接着部４１の強度差を小さくできるため、第１接着部４１の機械的信頼性が低下することを抑制できる。空隙４１ａは、第１接着部４１の厚み方向中央部にその全体が収まっていることがより好ましい。なお、厚み方向中央部とは、厚み方向に平行かつ空隙４１ａを通過する仮想線上において、第１接着部４１を３等分したとき中央に位置する部位である。

【0104】

空隙４１ａの厚みは、第１接着部４１の厚みの３／４以下であることが好ましい。これによって、空隙４１ａの金属支持体１０側及び枠体２０側それぞれにおける第１接着部４１の強度が低下することを抑制できるため、第１接着部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。なお、第１接着部４１の厚みとは、厚み方向における空隙４１ａと金属支持体１０の最短距離と、厚み方向における空隙４１ａの最短距離と、厚み方向における空隙４１ａの厚みとの合計である。

【0105】

空隙４１ａの厚みに対する金属支持体１０及び枠体２０のうち少なくとも一方の厚みの比は、２０以上５００以下であることが好ましい。厚み比が２０以上であることによって、空隙４１ａにおいてクラックを止める効果を十分に発揮することができる。また、厚み比が５００以下であることによって、空隙４１ａが存在することによる第１接着部４１の機械的信頼性（強度）の低下を抑制することができる。

【0106】

第１接着部４１の断面において、第１接着部４１の面積に対する空隙４１ａの面積の比は、５％以上３０％以下であることが好ましい。面積比が５％以上であることによって、空隙４１ａにおいてクラックを止める効果を十分に発揮することができる。また、面積比が３０％以下であることによって、空隙４１ａが存在することによる第１接着部４１の機械的信頼性（強度）の低下を抑制することができる。

【0107】

なお、上記面積比は、次の手法により算出される。まず、Ｚ軸方向に沿った第１接着部４１の断面を露出させる。次に、ＳＥＭ装置（日本電子株式会社製、ＦＥ－ＳＥＭ ＪＳＭ－７９００Ｆ）を用いて、第１接着部４１の断面の反射電子像を１００００倍で取得する。次に、ＭＥＤＩＡＣＹＢＥＲＮＥＴＩＣＳ社製の画像解析ソフトＩｍａｇｅ－Ｐｒｏを用いて、反射電子像において黒色で表示された部分（空隙４１ａに相当）を特定する。そして、第１接着部４１の反射電子像の全面積で空隙４１ａの合計面積を割ることによって、上記面積比が算出される。

【0108】

第１接着部４１のうち内部空間３ａに露出する面方向端部における上記面積比は、面方向中央部における上記面積比より小さいことが好ましい。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）が空隙４１ａに入り込むことを抑制できるため、第１接着部４１のシール性をより向上させることができる。なお、第１接着部４１の面方向中央部とは、面方向に平行かつ空隙４１ａを通過する仮想線上において、第１接着部４１を３等分したとき中央に位置する部位である。第１接着部４１の面方向端部とは、当該仮想線上において、面方向中央部の内部空間３ａ側に位置する部位である。

【0109】

第１接着部４１は、図３に示すように、少なくとも一部がＣｒ酸化物に埋設された金属粒子４１ｂを有することが好ましい。これによって、Ｃｒ酸化物と金属粒子４１ｂが複合化されて第１接着部４１の靭性を向上させることができる。

【0110】

金属粒子４１ｂは、全体がＣｒ酸化物に埋設されていてもよいし、一部分が空隙４１ａの内部に表出していてもよい。金属粒子４１ｂ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第１接着部４１が組成変化することを抑制できる。例えば、金属粒子４１ｂ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、金属粒子４１ｂ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。

【0111】

第１接着部４１は、Ｃｒ酸化物と造孔材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した後、金属支持体１０と枠体２０を密着させた状態で熱処理を施すことによって形成することができる。熱処理の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。なお、第１接着部４１に金属粒子４１ｂを含ませる場合には、ペーストに金属粒子を適宜含ませればよい。

【0112】

［第２接着部４２］
第２接着部４２は、金属支持体１０と枠体２０の間に配置される。第２接着部４２は、金属支持体１０及び枠体２０に挟まれている。第２接着部４２は、第１接着部４１を基準として内部空間３ａの反対側に配置される。第２接着部４２は、第１接着部４１を取り囲むように環状に形成される。第２接着部４２は、内部空間３ａを封止するためのシールとして機能する。

【0113】

第２接着部４２は、面方向において第１接着部４１から離れている。第１接着部４１と第２接着部４２の間において、金属支持体１０と枠体２０は互いに密着又は一体化されている。金属支持体１０と枠体２０の電気的接続性を向上させるには、溶接又はロウ付けによって両者が一体化されていることが好ましい。

【0114】

本実施形態において、第２接着部４２は、金属支持体１０と枠体２０の間に形成された有底凹部７０に埋設されている。有底凹部７０の断面は、楔形である。有底凹部７０は、最深部７０ａ及び開口７０ｂを有する。開口７０ｂは、外部空間３ｂに向かって開口する。第２接着部４２は、外部空間３ｂに露出している。

【0115】

第２接着部４２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及び枠体２０から第２接着部４２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から第２接着部４２にＣｒが拡散してきたとしても、第２接着部４２の組成に与える影響が小さいため、第２接着部４２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及び第２接着部４２がＣｒを共通して含有していることによって互いの接着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の接着性を維持することができる。

【0116】

第２接着部４２を構成するＣｒ酸化物中の金属元素に占めるＣｒ含有率は、例えば、２０ｍｏｌ％以上１００ｍｏｌ％以下とすることができる。当該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が第２接着部４２に拡散することを顕著に抑制することができる。

【0117】

第２接着部４２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、第２接着部４２の耐久性を向上させることができる。

【0118】

第２接着部４２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第２接着部４２が破損してしまうことを回避できる。

【0119】

第２接着部４２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。これによって、第２接着部４２の耐熱応力性を向上させることができるとともに、第２接着部４２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。

【0120】

ここで、第２接着部４２は、図３に示すように、内部に空隙４２ａを有する。これによって、第２接着部４２内に生じたクラックを空隙４２ａにおいて止めることができる。よって、第２接着部４２が脆性破壊することを抑制できるため、長期間に渡って金属支持体１０と枠体２０の接着性をより維持することができる。

【0121】

本実施形態において、第２接着部４２は、１つの空隙４２ａを有しているが、一断面における空隙４２ａの数は特に限られず、２つ以上であってもよい。

【0122】

図３に示すように、空隙４２ａは、金属支持体１０及び枠体２０それぞれから離れていることが好ましい。これによって、第２接着部４２と金属支持体１０及び枠体２０それぞれとの接着性を向上させることができる。

【0123】

空隙４２ａは、Ｚ軸方向に平行な厚み方向に沿って延びていてもよい。これによって、面方向に沿って延びるクラックを空隙４２ａによって広い範囲で止めることができる。

【0124】

空隙４２ａは、Ｚ軸方向に垂直な面方向に沿って延びていてもよい。これによって、厚み方向に沿って延びるクラックを空隙４２ａによって広い範囲で止めることができる。

【0125】

空隙４２ａは、厚み方向及び面方向それぞれに対して傾斜する方向に沿って延びていてもよい。これによって、厚み方向に沿って延びるクラックと面方向に沿って延びるクラックの両方を空隙４２ａによってバランスよく止めることができる。

【0126】

空隙４２ａは、第２接着部４２の厚み方向中央部に位置することが好ましい。これによって、空隙４２ａの金属支持体１０側及び枠体２０側それぞれにおける第２接着部４２の強度差を小さくできるため、第２接着部４２の機械的信頼性が低下することを抑制できる。空隙４２ａは、第２接着部４２の厚み方向中央部にその全体が収まっていることがより好ましい。

【0127】

空隙４２ａの厚みは、第２接着部４２の厚みの３／４以下であることが好ましい。これによって、第２接着部４２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。

【0128】

金属支持体１０及び枠体２０のうち少なくとも一方の厚みに対する空隙４２ａの厚みの比は、２０以上５００以下であることが好ましい。これによって、空隙４２ａによるクラックを止める効果を十分に発揮するとともに、第２接着部４２の機械的信頼性の低下を抑制することができる。

【0129】

第２接着部４２の断面において、第２接着部４２の面積に対する空隙４２ａの面積の比は、５％以上３０％以下であることが好ましい。これによって、空隙４２ａによるクラックを止める効果を十分に発揮するとともに、第２接着部４２の機械的信頼性の低下を抑制することができる。

【0130】

第２接着部４２のうち外部空間３ｂに露出する面方向端部における上記面積比は、面方向中央部における上記面積比より小さいことが好ましい。これによって、外部空間３ｂを流れる酸化剤ガス（本実施形態では、Ｏ_２）が空隙４２ａに入り込むことを抑制できるため、第２接着部４２のシール性をより向上させることができる。なお、第２接着部４２の面方向中央部とは、面方向に平行かつ空隙４２ａを通過する仮想線上において、第２接着部４２を３等分したとき中央に位置する部位である。第２接着部４２の面方向端部とは、当該仮想線上において、面方向中央部の外部空間３ｂ側に位置する部位である。

【0131】

第２接着部４２は、図３に示すように、少なくとも一部がＣｒ酸化物に埋設された金属粒子４２ｂを有することが好ましい。これによって、第２接着部４２の靭性を向上させることができる。

【0132】

金属粒子４２ｂは、全体がＣｒ酸化物に埋設されていてもよいし、一部分が空隙４２ａに表出していてもよい。金属粒子４２ｂは、金属支持体１０及び枠体２０のうち少なくとも一方に含まれる金属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第２接着部４２が組成変化することを抑制できる。金属粒子４２ｂは、例えば、Ｆｅ、Ｃｒなどを主成分として含むことができる。

【0133】

第２接着部４２は、Ｃｒ酸化物と造孔材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した後、金属支持体１０と枠体２０を密着させた状態で熱処理を施すことによって形成することができる。熱処理の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。なお、第２接着部４２に金属粒子４２ｂを含ませる場合には、ペーストに金属粒子を適宜含ませればよい。また、第２接着部４２は第１接着部４１と同時に形成してもよい。

【0134】

２．第２実施形態

【0135】

（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。

【0136】

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が第３接着部４３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。

【0137】

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、第３接着部４３は、本発明に係る「接着部」の一例である。

【0138】

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。

【0139】

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。

【0140】

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。

【0141】

第３接着部４３は、金属支持体１０にエンボス部３１を接着する。第３接着部４３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。第３接着部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の接着性を向上させることができる。

【0142】

ここで、図５は、図４の部分拡大図である。図５では、第３接着部４３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。

【0143】

第３接着部４３は、金属支持体１０とエンボス部３１の間に配置される。第３接着部４３は、金属支持体１０及びエンボス部３１に挟まれている。第３接着部４３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。

【0144】

本実施形態において、第３接着部４３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。有底凹部８０は、最深部８０ａ及び開口８０ｂを有する。開口８０ｂは、内部空間３ａに向かって開口する。第３接着部４３は、内部空間３ａに露出している。

【0145】

第３接着部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１ａ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から第３接着部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から第３接着部４３にＣｒが拡散してきたとしても、第３接着部４３の組成に与える影響が小さいため、第３接着部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及び第３接着部４３がＣｒを共通して含有していることによって互いの接着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の接着性を維持することができる。

【0146】

第３接着部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、例えば、２０ｍｏｌ％以上１００ｍｏｌ％以下とすることができる。当該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が第３接着部４３に拡散することを顕著に抑制することができる。

【0147】

第３接着部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、第３接着部４３の耐久性を向上させることができる。

【0148】

第３接着部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１ａ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第３接着部４３が破損してしまうことを回避できる。

【0149】

第３接着部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。これによって、第３接着部４３の耐熱応力性を向上させることができるとともに、第３接着部４３と金属支持体１０及びインターコネクタ３０それぞれとの接合強度を向上させることができる。

【0150】

ここで、第３接着部４３は、図５に示すように、内部に空隙４３ａを有する。これによって、第３接着部４３内に生じたクラックを空隙４３ａにおいて止めることができる。よって、第３接着部４３が脆性破壊することを抑制できるため、長期間に渡って金属支持体１０とインターコネクタ３０の接着性をより維持することができる。

【0151】

本実施形態において、第３接着部４３は、１つの空隙４３ａを有しているが、一断面における空隙４３ａの数は特に限られず、２つ以上であってもよい。

【0152】

図５に示すように、空隙４３ａは、金属支持体１０及びインターコネクタ３０それぞれから離れていることが好ましい。これによって、第３接着部４３と金属支持体１０及びインターコネクタ３０それぞれとの接着性を向上させることができる。

【0153】

空隙４３ａは、Ｚ軸方向に平行な厚み方向に沿って延びていてもよい。これによって、面方向に沿って延びるクラックを空隙４３ａによって広い範囲で止めることができる。

【0154】

空隙４３ａは、Ｚ軸方向に垂直な面方向に沿って延びていてもよい。これによって、厚み方向に沿って延びるクラックを空隙４３ａによって広い範囲で止めることができる。

【0155】

空隙４３ａは、厚み方向及び面方向それぞれに対して傾斜する方向に沿って延びていてもよい。これによって、厚み方向に沿って延びるクラックと面方向に沿って延びるクラックの両方を空隙４３ａによってバランスよく止めることができる。

【0156】

空隙４３ａは、第３接着部４３の厚み方向中央部に位置することが好ましい。これによって、空隙４３ａの金属支持体１０側及びインターコネクタ３０側それぞれにおける第３接着部４３の強度差を小さくできるため、第３接着部４３の機械的信頼性が低下することを抑制できる。空隙４３ａは、第３接着部４３の厚み方向中央部にその全体が収まっていることがより好ましい。

【0157】

空隙４３ａの厚みは、第３接着部４３の厚みの３／４以下であることが好ましい。これによって、第３接着部４３が金属支持体１０及びインターコネクタ３０それぞれから剥離することを抑制できる。

【0158】

金属支持体１０及びインターコネクタ３０のうち少なくとも一方の厚みに対する空隙４３ａの厚みの比は、２０以上５００以下であることが好ましい。これによって、空隙４３ａによるクラックを止める効果を十分に発揮するとともに、第３接着部４３の機械的信頼性の低下を抑制することができる。

【0159】

第３接着部４３の断面において、第３接着部４３の面積に対する空隙４３ａの面積の比は、５％以上３０％以下であることが好ましい。これによって、空隙４３ａによるクラックを止める効果を十分に発揮するとともに、第３接着部４３の機械的信頼性の低下を抑制することができる。

【0160】

第３接着部４３のうち内部空間３ａに露出する面方向端部における上記面積比は、面方向中央部における上記面積比より小さいことが好ましい。これによって、内部空間３ａを流れる酸化剤ガス（本実施形態では、Ｏ_２）が空隙４３ａに入り込むことを抑制できるため、第３接着部４３のシール性をより向上させることができる。

【0161】

第３接着部４３は、図５に示すように、少なくとも一部がＣｒ酸化物に埋設された金属粒子４３ｂを有することが好ましい。これによって、第３接着部４３の靭性を向上させることができる。

【0162】

金属粒子４３ｂは、全体がＣｒ酸化物に埋設されていてもよいし、一部分が空隙４３ａに表出していてもよい。金属粒子４３ｂは、金属支持体１０及びインターコネクタ３０のうち少なくとも一方に含まれる金属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及びインターコネクタ３０からの元素拡散によって第３接着部４３が組成変化することを抑制できる。金属粒子４３ｂは、例えば、Ｆｅ、Ｃｒなどを主成分として含むことができる。

【0163】

第３接着部４３は、Ｃｒ酸化物と造孔材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した後、金属支持体１０とエンボス部３１を密着させた状態で熱処理を施すことによって形成することができる。熱処理の条件は適宜設定することができるが、例えば、８００℃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。なお、第３接着部４３に金属粒子４３ｂを含ませる場合には、ペーストに金属粒子を適宜含ませればよい。また、第３接着部４３は、第１及び第２接着部４１，４２と同時に形成してもよい。

【0164】

（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。

【0165】

［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。

【0166】

［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。

【0167】

［変形例３］
上記第１及び第２実施形態において、第１接着部４１は、単層構造であることとしたが、これに限られない。第１接着部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。

【0168】

［変形例４］
上記第１及び第２実施形態において、第２接着部４２は、単層構造であることとしたが、これに限られない。第２接着部４２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。

【0169】

［変形例５］
上記第２実施形態において、第３接着部４３は、単層構造であることとしたが、これに限られない。第３接着部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。

【0170】

［変形例６］
上記第１及び第２実施形態において、第１シール部４０は、第１接着部４１及び第２接着部４２を有することとしたが、第１接着部４１及び第２接着部４２のうち一方のみを有していてもよい。

【0171】

また、第２シール部５０は、第１シール部４０と同じ構成であることとしたが、第１シール部４０と異なる構成であってもよい。第２シール部５０は、第１接着部４１及び第２接着部４２のうち一方のみを有していてもよい。

【0172】

［変形例７］
上記第１及び第２実施形態において、金属支持体１０と枠体２０は、第１接着部４１と第２接着部４２の間において互いに密着又は一体化されていることとしたが、これに限られない。金属支持体１０と枠体２０は、密着又は一体化されていなくてもよい。

【0173】

［変形例８］
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。

【0174】

［変形例９］
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】

【0175】

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。

【0176】

（サンプルＮｏ．１～７）
サンプルＮｏ．１～７に係るクロム合金容器３（図３参照）を次の通り作製した。

【0177】

まず、金属支持体１０の第２主面１３のうち外周部に、Ｃｒ_２Ｏ_３と造孔材（具体的には、ＰＭＭＡ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、ペーストの塗布量と造孔材の粒径を変えることによって、表１に示すように、第１接着部４１の厚みに対する空隙４１ａの厚みの比を変更した。

【0178】

次に、金属支持体１０と枠体２０を重ね溶接することによって、第１接着部４１と第２接着部４２の間において金属支持体１０と枠体２０を一体化させた。

【0179】

次に、積層体に熱処理（１０００℃、１時間）を施すことによって、空隙４１ａを内部に有する第１接着部４１と空隙４２ａを内部に有する第２接着部４２とをペーストから形成した。これによって、第１及び第２接着部４１，４２を備えるクロム合金容器３が完成した。

【0180】

次に、クロム合金容器３に熱処理（８００℃、１０００時間）を施すことによって熱耐久試験を実施した。

【0181】

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接着部４１の厚み方向に沿った断面を露出させた。

【0182】

次に、上記実施形態において説明した通り、第１接着部４１の断面において第１接着部４１の厚みに対する空隙４１ａの厚みの比を測定した。測定された厚み比を表１に示す。

【0183】

次に、第１接着部４１の断面をＳＥＭ（５０００倍）で観察することによって、第１接着部４１のうち空隙４１ａ近傍において第１接着部４１が金属支持体１０及び枠体２０から剥離していないか確認した。剥離の確認結果を表１に示す。

【0184】

【表1】

【0185】

表１に示すように、第１接着部４１の厚みに対する空隙４１ａの厚みの比を３／４以下としたサンプルＮｏ．１～５では、熱耐久試験後において第１接着部４１が金属支持体１０及び枠体２０から剥離することを抑制できた。このことから、第１接着部４１の厚みに対する空隙４１ａの厚みの比を３／４以下とすることによって、空隙４１ａの金属支持体１０側及び枠体２０側それぞれにおける第１接着部４１の強度低下を抑制できることが分かった。

【0186】

なお、表１には示していないが、第２接着部４２においても第１接着部４１と同じ結果が得られた。

【0187】

（サンプルＮｏ．８～１８）
サンプルＮｏ．８～１８に係るクロム合金容器３（図３参照）を次の通り作製した。

【0188】

まず、金属支持体１０の第２主面１３のうち外周部に、Ｃｒ_２Ｏ_３と造孔材（具体的には、ＰＭＭＡ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、造孔材の粒径を変えることによって、表２に示すように、空隙４１ａの厚みに対する金属支持体１０の厚みの比を変更した。

【0189】

次に、金属支持体１０と枠体２０を重ね溶接することによって、第１接着部４１と第２接着部４２の間において金属支持体１０と枠体２０を一体化させた。

【0190】

次に、積層体に熱処理（１０００℃、１時間）を施すことによって、空隙４１ａを内部に有する第１接着部４１と空隙４２ａを内部に有する第２接着部４２とをペーストから形成した。これによって、第１及び第２接着部４１，４２を備えるクロム合金容器３が完成した。

【0191】

次に、クロム合金容器３に熱処理（８００℃、１０００時間）を施すことによって熱耐久試験を実施した。

【0192】

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接着部４１の厚み方向に沿った断面を露出させた。

【0193】

次に、上記実施形態において説明した通り、空隙４１ａの厚みに対する金属支持体１０の厚みの比を測定した。測定された厚み比を表２に示す。

【0194】

次に、第１接着部４１の断面をＳＥＭ（５０００倍）で観察することによって、第１接着部４１の内部に生じた最大クラックの長さを測定した。最大クラックとは、５視野で観察された全てのクラックのうち両端の直線距離が最も大きいクラックである。最大クラックの長さ（両端の直線距離）を表２に示す。

【0195】

【表2】

【0196】

表２に示すように、空隙４１ａの厚みに対する金属支持体１０の厚みの比を２０以上５００以下としたサンプルＮｏ．８～１４では、最大クラックの長さを顕著に短くすることができた。このことから、空隙４１ａの厚みに対する金属支持体１０の厚みの比を２０以上５００以下とすることによって、第１接着部４１の強度低下を抑制しながら、空隙４１ａにおいてクラックを止める効果を十分に発揮できることが分かった。

【0197】

なお、表２には示していないが、第２接着部４２においても第１接着部４１と同じ結果が得られた。

【0198】

（サンプルＮｏ．１９～２７）
サンプルＮｏ．１９～２７に係るクロム合金容器３（図３参照）を次の通り作製した。

【0199】

まず、金属支持体１０の第２主面１３のうち外周部に、Ｃｒ_２Ｏ_３と造孔材（具体的には、ＰＭＭＡ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、造孔材の添加量及び粒径を変えることによって、表３に示すように、第１接着部４１の面積に対する空隙４１ａの面積の比を変更した。

【0200】

次に、金属支持体１０と枠体２０を重ね溶接することによって、第１接着部４１と第２接着部４２の間において金属支持体１０と枠体２０を一体化させた。

【0201】

次に、積層体に熱処理（１０００℃、１時間）を施すことによって、空隙４１ａを内部に有する第１接着部４１と空隙４２ａを内部に有する第２接着部４２とをペーストから形成した。これによって、第１及び第２接着部４１，４２を備えるクロム合金容器３が完成した。

【0202】

次に、クロム合金容器３に熱処理（８００℃、１０００時間）を施すことによって熱耐久試験を実施した。

【0203】

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接着部４１の厚み方向に沿った断面を露出させた。

【0204】

次に、上記実施形態において説明した通り、第１接着部４１の面積に対する空隙４１ａの面積の比を算出した。算出した面積比を表３に示す。

【0205】

次に、第１接着部４１の断面をＳＥＭ（５０００倍）で観察することによって、第１接着部４１の内部に生じた最大クラックの長さを測定した。最大クラックとは、５視野で観察された全てのクラックのうち両端の直線距離が最も大きいクラックである。クラック全体が観察視野に収まらない場合には、適宜視野をスライドさせながら取得した複数の像をつなぎ合わせることでクラック長さを測定した。最大クラックの長さ（両端の直線距離）を表３に示す。

【0206】

【表3】

【0207】

表３に示すように、第１接着部４１の面積に対する空隙４１ａの面積の比を５％以上３０％以下としたサンプルＮｏ．１９～２３では、最大クラックの長さを顕著に短くすることができた。このことから、第１接着部４１の面積に対する空隙４１ａの面積の比を５％以上３０％以下とすることによって、第１接着部４１の強度低下を抑制しながら、空隙４１ａにおいてクラックを止める効果を十分に発揮できることが分かった。

【0208】

なお、表２には示していないが、第２接着部４２においても第１接着部４１と同じ結果が得られた。

【0209】

（サンプルＮｏ．２８～３４）
サンプルＮｏ．２８～３４に係るクロム合金容器を次の通り作製した。

【0210】

まず、金属支持体１０の第２主面１３のうち外周部にＣｒ_２Ｏ_３及びＭｎ_３Ｏ_４のうち少なくとも一方と造孔材（具体的には、ＰＭＭＡ粒子）と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、Ｃｒ_２Ｏ_３及びＭｎ_３Ｏ_４それぞれの仕込み量を変えることによって、表１に示すように、接着部を構成するＣｒ酸化物中の金属元素に占めるＣｒ含有率を変更した。ただし、造孔材の量及び粒径はいずれのサンプルにおいても同じとした。

【0211】

次に、積層体に熱処理（１０００℃、１時間）を施すことによって、空隙４１ａを内部に有する第１接着部４１と空隙４２ａを内部に有する第２接着部４２とをペーストから形成した。これによって、第１及び第２接着部４１，４２を備えるクロム合金容器が完成した。なお、本実施例では、金属支持体１０と枠体２０を溶接又はロウ付けしなかった。

【0212】

次に、接着部を構成するＣｒ酸化物の組成をＥＤＳ装置で解析することによって、Ｃｒ酸化物中の金属元素に占めるＣｒの含有率を測定した。このときのＣｒ含有率を「熱耐久試験前Ｃｒ含有率」として表４に示す。

【0213】

次に、クロム合金容器に熱処理（８００℃、１０００時間）を施すことによって熱耐久試験を実施した。

【0214】

次に、接着部を構成するＣｒ酸化物の組成をＥＤＳ装置で解析することによって、Ｃｒ酸化物中の金属元素に占めるＣｒの含有率を再び測定した。このときのＣｒ含有率を「熱耐久試験後Ｃｒ含有率」として表４に示す。

【0215】

【表4】

【0216】

表４に示すように、接着部を構成するＣｒ酸化物中の金属元素に占めるＣｒ含有率を５０ｍｏｌ％以上としたサンプルＮｏ．３０～３３では、熱耐久試験前後におけるＣｒ含有率の変化量を顕著に小さくすることができた。このことから、接着部を構成するＣｒ酸化物中の金属元素に占めるＣｒ含有率を５０ｍｏｌ％以上とすることによって、金属支持体１０及び枠体２０が含有しているＣｒが接着部に拡散することを顕著に抑制できることが分かった。

【符号の説明】

【0217】

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 第１接着部
４２ 第２接着部
４３ 第３接着部
４１ａ，４２ａ，４３ａ 空隙
４１ｂ，４２ｂ，４３ｂ 金属粒子

【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）を接着する第１接着部（４１）とを備える。第１接着部（４１）は、クロムを主成分とする酸化物によって構成される。第１接着部（４１）は、内部に空隙（４１ａ）を有する。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】