JPH03102771A - 隣接した、平担な、積層体状に配置された高温燃料電池の間に電流を誘導するための構成部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野Ｊ 高温燃料電池とは化学的エネルギを電気的エネルギに変
換するものである。電気化学的エネルギ変換およびこの
ために必要な装置は、ほかの変換方式に対してその良好
な効率のために重要である。

本発明は、イオン導体としてセラミックの固形物電解質
を使用して電気化学的高温電池を更に改良することに関
し、その際該電池は使用燃料にほとんど左右されず、か
つ場所を節約した装置を提供すべきである。

狭義には本発明は、ドープし、安定化した酸化ジルコニ
ウムをペースとする固体電極を有する、隣接した、平坦
な、積層体状に配置された高温燃料電池の間に電流を誘
導するための構成部材であって、それぞれ１つの燃料電
池の酸化物電極がすぐ次に続く燃料電池の燃料側電極と
電気的に結合されており、かつ電極の間にある中間室が
、気密の導電性分離板により、異なるガス状媒体の燃料
および酸化物担体を誘導する２つの室に分割されている
形式のものに関する［従来の技術】 セラミック固体電解質をもつ高温燃料電池は多数の刊行
物から公知である。その種の電池に固有の素子は、さま
ざまの形と寸法をもつことができる。オームの電圧損失
を少なく保持するためには、電解質の密度をできるだけ
低くすることが至る所で試みられる。さらに、該素子の
形と寸法は必要な端子電圧に達し、かつ電流を比較的低
くするために、多数の電池の電気的直列接続の可能性に
左右される。次の形のエレメントがある。

円筒形管（　Ｗｅｓｔｉｎｇｈｏｕｓｅ）円錐形管、ト
クサ形類似した（　Ｄｏｒｎｉｅｒ）台形シャフト（　
Ａｒｇｏｎｎｅ） 円形板（ＺＴＥＫ） セラミック固体電解質を有する燃料電池を開発する際に
は、今までほとんど管状燃料電池エレメントの形のセラ
ミック構成部材の改良および価格の低下だけを携ってい
る。できるだけ最適な空間利用のための適した配置およ
び個々の電池の直列接続に適した有利な構成による高い
電圧の達戒に関しては、実際にはいかなる言及も見出さ
れない。

７イルタプレス原理に類似して、多数の板状の平らな燃
料電池を積層体状に配置する場合には、電流は板表面に
対して垂直に１つの電池の酸素側電極からすぐ次の燃料
側電極に導びかれなければならない。この機能のために
重要な構成部材として分離板（双極板）および電極のた
めの電気接続部材（電流コレクタ）が必要である。

従来公知の構成エレメントはしばしば使用材料、構造、
製造並びに長時間特性に関して現代の要求を満足しない
。

公知の、燃料電池のために使用される基本エレメントは
、緻密な、空間を節約する装置の構成を困難にしている
、比較的複雑な形状により少なくとも際立っている。そ
の上、提案された形状に相応して大工業的生産規模での
効率のよい製造はほとんど不可能である。特に、個々の
電池の最良の直列接続のために、簡単な製造方法で実現
できる使用可能な構成がまだ存在しない。

それゆえ、セラミック高温燃料電池にもとづく、基本エ
レメントおよびそれらの最適な相互の配置形式の構成お
よび製造の改良、簡素化および合理化に向けての大きな
要求が生じる。

従来技術水準には次の刊行物がある。

−Ｏ．　ＡｎＬｏｎｓｅｎ，　Ｗ．Ｂａｕｋａｌ，　ｕ
ｎｄ　Ｗ．Ｆｉｓｃｈｅｒ著Ｈｏｃｈｔｅｍｐｅｒａｔ
ｕｒ　−　Ｂｒｅｎｎｓｔｏｆｌａｔｔｅｒｉｅｍｉｔ
Ｋｅｒａｍｉｓｃｈｅｍ　　Ｅｌｅｋｔｒｏｌｙｔｅｎ
，　Ｂｒｏｗｎ　ＢｏｖｅｒｉＭｉｔｔｅｉｌｕｎｇｓ
ｎ　１　９　６　６午１月／２月２１−３０頁、 一米国特許第４６９２２７４号明細書 −米国特許第４３９５４６８号明細書 −Ｗ．Ｊ．　Ｄｏｌｌａｒｄ　ｕｎｄ　Ｗ．Ｇ．　Ｐａ
ｒｋｅｒ著“　Ａｎ　Ｏｖｅ−ｒｖｉｅｗ　　ｏｆ　　
ｔｈｅ　　Ｗｅｓｔｉｎｇｈｏｕｓｅ　　Ｅｌｅｃｔｒ
ｉｃ　　Ｃｏｒｐ−ｏｒａｔｉｏｎ　　Ｓｏｌｉｄ　　
ｏｘｉｄ　　ｆｕｅｌ　　ｃｅｌｌ　　ｐｒｏｇｒａｍ
”Ｅｘｔｅｎｄｅｄ　　Ａｂｓｔｒａｃｔｓ，Ｆｕｅｌ
　　Ｃｅｌｌ　　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄ　　Ａｐ
ｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，　　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａ
ｌ　　Ｓｅｍｉｎａｒ，Ｄｅｎ　Ｈａａｇ，　Ｎｉｅｄ
ｅｒｌａｎｄｅ．　２　６　−　２　９頁１９８７　． −Ｆ．Ｊ．Ｒｏｈｒ著、Ｈｉｇｈ−Ｔｅｍｐｅｒａｔｕ
ｒｅ　Ｆｕｅｌ　Ｃｅｌｌｓ，Ｓｏｌｉｄ　　Ｅｌｅｃ
ｔｒｏｌｙｔｅｓ，１　　９　７　　８　ｂｙ　　Ａｃ
ａｄｅｍｉｃＰｒｅｓｓ，　Ｉｎｃ．　　４　３　１頁
ｆｆ．−ＤＩＣ．Ｆｅｅ　ｅｔ　ａｌ．著，　Ｍｏｎｏ
ｌｉｔｈｉｃ　Ｆｕｅｌ　ＣｅｌｌＤｅｖｅｌｏｐｍｅ
ｎｔ，Ａｒｇｏｎｎｅ　　Ｎａｔｉｏｎａｌ　　Ｌａｂ
ｏｒａｔｏｒｙ，Ｐａｐｅｒ　　Ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ　
　ａｔ　　ｔｈｅｌ　　９　　８　　６　Ｆｕｅｌ　　
ＣｅｌｌＳｅｍｉｎａｔ，　　１　９　８　６　　１　
０月２６−２９　頁Ｔｕ−ｃｓｏｎ，　　Ａｚ．　　　
Ｕ．Ｓ．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　　ｏｆ　　Ｅｎｅｒｇ
ｙ．ＴｈｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　　ｏｆ　　Ｃｈｉｃ
ａｇｏ．−Ｓｈｏｕｉｃｈｉ　Ｏｃｈｉａｉ　ａｎｄ　
Ｔｏｍｏｏ　Ｓｕｚｕｋｉ著，　Ｓｏ−ｌｕｂｉｌｉｔ
ｙ　　Ｄａｔａ　　ｉｎ　　Ｎ　　ｉ　３Ｓ　　ｉ　　
ｗｉｔｈ　　ＴｅｒｎａｒｙＡｄｄｉｔｉｏｎｓ　　，
Ｂｕｌｌ．Ｐ．Ｍ．Ｅ．（Ｔ．Ｉ．Ｔ．），Ｎｏ５０１
９８３　　９月、Ｐｕｂｌｉｓｈｅｄ　ｂｙ　Ｒｅｓｅ
ａｒｃｈ　Ｌａ−ｂｏｒａｔｏｒｙ　　ｏｆ　　Ｐｒｅ
ｃｉｓｉｏｎ　　Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ　　ａｎｄ　　Ｅ
ｌｅ−ｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｔｏｋｙｏ　　Ｉｎｓｔｉｔ
ｕｔｅ　　ｏｆ　　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｇａｔ
ｓｕｔａ，Ｍｉｄｏｒｉｋｕ．Ｙｏｋｏｈａｍａ　　２
　２　　７　．Ｊａｐａｎ． −ＴＯＭＯＯ　ＳＵＺＵＫＩ，　ＹＯＳＨＩＨＩＲＯ　
ＯＹＡ，　ａｎｄ　ＳＨＯＵＩＣＨＯＣＨＩＡＩ著“Ｔ
ＨＥ　ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ　ＢＥＨＡＶＩＯＲ　ｏｆ
　Ｎｏ−ｎｓｔｏｉｃｈｉｏｎ＋ｅｔｒｉｃ　　　Ｃｏ
ａ＋ｐｏｕｎｄｓ　　Ｎ　　ｉ　　３Ｓ　　ｉ　　，Ｎ
　　ｉ３Ｇｅ　，ａｎｄ　　Ｆ　ｅ３Ｇａ　　　，ＭＥ
ＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡＬ　　ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ
　　Ａ，ＶＯＬＵＭＥＩ　　５　　Ａ．ｌ　　９　　８
　　４１月１７３頁 −Ａ．Ｉ．Ｔａｕｂ，Ｃ．Ｌ．Ｂｒｉａｎｔ．Ｓ．Ｃ．
Ｈｕａｎｇ．Ｋ．−Ｍ　Ｃｈａｎｇ．　ａｎｄ　Ｍ．Ｒ
．　Ｊａｃｋｓｏｎ著“ＤＵＣＴＩＬＩＴＶＩＮ　　Ｂ
ＯＲＯＮ−　ＤＯＰＥＯ，ＮＩＣＫＥＬ−　ＢＡＳＥ　
　ＬＩ２　　ＡＬＬＯＹＳＰＲＯＣＥＳＳＥＤ　　ＢＹ
　　ＲＡＰＩＤ　　ＳＯＬＩＤＩＦＩＣＡＴＩＯＮ　　
　Ｇｅｎｅ−ｒａｌ　　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　　Ｃｏｒｐ
ｏｒａｔｅ　　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　　ａｎｄ　　Ｄｅｖ
−ｅｌｏｐｍｅｎｔ　　Ｓｃｈｅｎｅｃｔａｄｙ　　，
Ｎｅｗ　　Ｙｏｒｋ　　１　　２　　３　　０１　　，
ＳｃｒｉｐＬａ　　ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡ　　Ｖｏ
ｌ．　　２　　０　．　　１　　２９−１３４頁１９８
６年 ［発明が解決しようとする課題１ 本発明の課題は、隣接した、平坦な、積層体状に配置さ
れた高温燃料電池の間に電流を誘導するための構成部材
であって、しかも、一方では燃料電池の電極並びにまた
構成部材に対する良好な電気接点を１０００℃の温度ま
で保証し、他方では高い金属的導電性を有し、かつ還元
性、中性および酸性の雰囲気内で、材料移動たとえば拡
散または他の移動過程、または材料の損失たとえば蒸発
等による不利な変化なしに使用することができ、かつ高
い長時間安定性を持つ前記構成部材を提供することであ
った。該構成部材は低コストで、再現可能に、かつ交換
可能に製造することができるべきである。

［発明を解決するための手段］ 本発明の課題は、冒頭に記載した形式の構成部材が、Ａ
　Ｉ　，Ｔ　ｉ　，　Ｎ　ｂ　，Ｃ　ｏ最高０．２重量
％およびＳｉ最高０．５重量％を含有する鉄ペースまた
はニッケルベース合金、またはＦｅ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗも
しくはこれらの元素の合金または金属間化合物ケイ化ニ
ッケルＮｊ３Ｓｉから選択される耐熱材料からなるコア
と、元素Ａｕ，Ｐｄ，Ｐｔまたはこれら元素の少なくと
も２つの任意の合金から選択される保護層としての酸化
物雰囲気内で動作温度では変化しない金属製スリーブと
、拡散バリアとして働く、コアとスリーブの中間にある
Ｎｉ３Ｓｉからなる中間層とから構成されることにより
解決される。

［実施例］ 次に図示の実施例につき本発明を詳細に説明する。

第１図には、全体におよぶスリーブを有するコンタクト
フィンガの形の電流コレクタの縦断面図が示されている
。■は一般に構成部材のコアを示している。該コアはＣ
ｒ，Ｍｏ，Ｗ，ＦｅまたはＡＩまたはＳｉ不含のニッケ
ルまたは鉄をベースにした、酸化物分散体を有するまた
は欠く合金から構成される。２は構戒部材の中間層であ
り、該中間層は貴金属のための拡散バリアとして作用す
る。該層は金属間化合物Ｎｉ３Ｓｉからなり、場合によ
っては耐熱性および／または延性の向上のために別の添
加物を含んでいる３は保護層として作用する、構成部材
のスリーブを示している。該スリーブは一般にＡｕまた
は白金族金属または前記元素の合金から選択される貴金
属からなる。有利にはスリーブ３はＡｕ，ＰｄまたはＡ
ｕ／Ｐｄ合金からなる。この場合、６はコンタクトフィ
ンガの形の電流コレクタとして形成された構成部材を示
している７はコンタクトフィンガの頭部である。

第２図は全体におよばないスリーブおよび全体におよぶ
拡散バリアを有するコンタクトフィンガの形の電流コレ
クタの縦断面図を示す。ｌは第１図による耐熱性金属材
料からなる構成部材のコアである。中間層は全体におよ
び一方スリーブ３は保護層として専らキャップの形で構
成部材の頭部７の上に載っている。スリーブ３により保
護されないコンタクトフィンガ６の部分には、遅くとも
高温での作動中に中間層２の元素から形或する保護酸化
物層４が存在する。

該保護層はこの場合主にＳｉ０２から成る。

第３図は全体におよばないスリーブおよび全体におよば
ない拡散バリアを有するコンタクトフィンガの形の電流
コレクタの縦断面図を示す１は第１図によるコアに相当
する。中間層（拡散バリア）２もスリーブ（保護層）３
もコンタクト７インガ６の頭部７のみを保護しているス
リーブ３でもまた中間層２によっても保護されていない
コンタクトフィンガ６の部分にはコアｌの材料から形成
されＩ；保護酸化物層５が存在する。該層はおもにＣｒ
２０３から戒る。

第４図には、波形線材の形の電流コレクタの縦断面図が
示されている。電流コレクタ８はサインカーブに類似の
波形で存在する弾性線材から成る。ｌは構成部材のコア
で、第ｌ図による金属製高温材料から戊る。２はＮｉ３
Ｓｉから戊る中間層であり、３は貴金属から戊るスリー
ブである。

第５図には、分離板の縦断面図が示されている。該構成
部材のコアは、一方の側に中間層（拡散バリア）２およ
び保護層として働くスリーブ３を備えている。分離板９
の他方の側は、この場合には被覆されていない。この種
の分離板９は極性の異なる電流コレクタの間のセパレー
タとして、異なるガス状媒体（酸素担体およびガス状燃
料）の分離および誘導のために使用される。

第６図は双極板の縦断面図を示す。双極板ｌＯはこぶの
形の突起ｌ１を有する戊形薄板の形のコアｌと、片側に
施された層２および３とから戊る。こぶ１１は両側にあ
り、交互に配置されている。拡散バリアとして働く中間
層２はＮｉ３Ｓｉから威る。保護層の形の酸化不能のス
リーブ３のためには貴金属かの設けられている第７図は
、コアが拡散バリアの材料からなるコンタクトフィンガ
の形の電流コレクタの縦断面図を示す。この場合には、
構成部材のコアｌとしでは形を決定するＮｉ３Ｓｉから
なる緻密な材料が使用される。貴金属からなるスリーブ
３は直接コアｌ上に施されている。その他の参照符号は
第１図に相当する。

第８図には、コアが拡散バリアの材料からなる波形バン
ドの形の電流コレ−クタの縦断面図が示されている。電
流コレクタｌ２は、この場合矩形波形を有する波形バン
ドとして存在する。

Ｎｉ３Ｓｉからなるコアｌの上に直接保護層として働】
＜、貴金属からなるスリーブ３が両側に施されている。

第９図は、コアが拡散バリアの材料からなる分離板の縦
断面図を示す。平坦な分離板９は基本的に第５図に類似
して構成されている。しかしながら、コアｌは緻密なＮ
ｉ３Ｓｉからなり、該コアの上に貴金属からなるスリー
ブ３が直接片側に施されている。

第ｌＯ図は、コアが拡散バリアの材料からなる双極板の
縦断面図を示す。双極板ｌＯは両側に乳頭または条片の
形の突起ｌ３を電極に接続し電流を誘導するために有す
る。構成部材のコアｌは緻密なＮｉ３Ｓｉから戊る。そ
の上に貴金属からなるスリーブ３が直接片側に施されて
いる。

実施例ｌ（第１図参照） 構成部材は、多数のコンタクトフィンガ６を有し、薄板
成形体から製造された電流コレクタの形をもっていた。

この目的のために使用した薄板は厚さ０．６旧であり、
かつ以下の組戊を有する市販名　１ｎｃｏｎｅｌ　６　
０　０のニッケルベースのスーパーアロイから或ってい
た： Ｃｒ＝１５．５重量％ Ｆｅ−８．０重量％ Ｍｎ＝　　０．５重量％ Ｓｉ＝　　０．２重量％ Ｃ−０．０８重量％ Ｎｉ＝残り 打ち抜きかつコンタクト７インガ６の形にプレスした薄
板戊形体の上に、金属間化合物Ｎｉ３Ｓｉからなる厚さ
ｌＯｐ肩の中間層２（拡散バリア）をカンードスパッタ
リングにより両面に施しｔ；。中間層２の上にスリーブ
３（保護層）を、平均厚２５μｍの金の電気メッキ被覆
の形で電気化学的に析出させた。該工程は、コンタクト
７インガ６の頭部７の領域でスリーブ３の最大厚が約４
０μｍになるように制御した。

実施例２（第２図参照） 薄板戊形体から、例ｌに類似して多数のコンタクト７イ
ンガ６からなる電流コレクタの形に構成部材を製造した
。薄板は厚さ０．４ｍ講でありドイツ工業規模ＤＩＮに
もとづく材料ナンバ−１．４８４５および名称Ｘ１２Ｃ
ｒＮｉ２５２１を有する鉄ベース合金からなり、以下の
組戊を有していた： Ｃｒ＝２５重量％ Ｎｉ＝２０！ｌｌｔ％ Ｓｉ＝０．４５重量％ Ｍｎ＝０．７重量％ Ｃ−０．１重量％ Ｆｅ一残り 例ｌにもとづき戒形した薄板戊形体上に、ＢＯ．１％を
ドープしたＮｉ３Ｓｉの厚さｌＯμ宵の中間層を両側に
施した。中間層２の上に、コンタクトフィンガ６の頭部
７の領域にのみ、交互に多数の厚さ約３μｍのパラジウ
ム層および厚さ約７μｍの金属を、平均して厚さ約３０
μ謂のスリーブ３がＡｕ８０重量％／Ｐｄ２０重量％の
組戊を有するように電気メッキで施した。更に洗浄およ
び乾燥した後、該電流コレクタを真空内で９００℃ｌ／
２時間焼鈍した。拡散により、固相点（ｓｏｌｉｄｕｓ
　ｐｏｉｎｔ）約１３４０℃（純金の融点よりほぼ３０
０℃高い値に相当する）を有する前述の組或の混晶が形
或された。この方法により動作温度９００℃における強
度および硬度を純金の値に対して著しく増大させかつ蒸
気圧を下げることができた。運転中にコンタクト７イン
ガ６のスリーブ３で保護されない場所に、中間層２の材
料に由来する主にＳｉ０２からなる保護酸化物層が形成
された。

実施例（第３図参照） 打ち抜いたバンドから例ｌに類似して、但し、加熱プレ
スにより４個の並列に配置されたコンタクトフィンガ６
からなる電流コレクタの形の構成部材を製造した。該バ
ンドは厚さ０．５ｍｍを有し、次の組或を有する市販名
ＴＤＮｉＣｒを有する酸化物分散体硬化Ｎ　ｉ　／　Ｃ
　ｒ合金からなっていた： Ｃｒ−２Ｑ重量％ Ｔｈ０２−２．０重量％ Ｎｉ一残り 構成部材の上に、コンタクト７インガ６の頭部７の上に
のみ、金属間化合物Ｎｉ３Ｓｉからなる厚さ５μ履の中
間層２（拡散バリア）をカソードスパッタリングにより
施した。中間層２の上に、コンタクトフィンガ６の頭部
７の部分に交互に、厚さそれぞれ約０．５μｍのそれぞ
れ４個のパラジウム層および金層を、平均して厚さ約４
０７７１１のスリーブ３がＡｕ６０重量％／Ｐｄ４０重
量％の組或を有するように電気メッキで施した。その後
、工作物をアルゴン雰囲気内で１０００″Ｏ　ｌ／４時
間焼鈍した。拡散により形成された前記組或の混晶は固
相点約１　４　４　０　’Ｏを示しＩ；。該合金は特に
純金および純パラジウムに対して著しく高められた強度
および硬度にょり優れていた。室温で軟化焼鈍した状態
で引っ張り強度３　５　０　Ｍ　Ｐ　ａおよびビッヵー
ス硬度１６０ＶＨが測定された。運転中、スリーブ３に
よっても、中間層２によっても保護されないコンタクト
７インガ６の場所に、コアｌの材料から由来し、かつ主
にＣｒ２０３からなる保護酸化物層５を形成された。

実施例４（第４図参照） 構成部材は、波形の線材からなる電流コレクタ８の形で
存在した。該線材は厚さ０．３５ｍｍを有し、かつ以下
の組戊の酸化物分散体硬化モリブデンからなっていた： Ｌａ２０３−２重量％ ＭＯ−残り 波形の線材８の上に、全面に８０．２％をドープしたＮ
ｉ３Ｓｉからなる厚さ３μｍの中間層２をカソードスパ
ッタリングにより施した。中間層２の上に、平均厚さ２
０ｐｌｌのパラジウムの電気メッキ被膜の形のスリーブ
３（保護層）を電気化学的に析出させた。モリブデンは
１０００℃においても優れた耐熱性を有し、かつその弾
性はほとんど低下しなかった。酸化物分散体により、平
滑面ブロッキングにより耐熱性は更に高められた。

実施例５（第４図参照） 波形の線材の形で存在する電流コレクタ８は、直径０．
３問を有し、かつ以下の組或を有する酸化物分散体硬化
タングステンからなっていＩ二　　二 Ｔｈ０２＝２重量％ Ｗ一残り 例４に類似して処理した。波形の線材８にＢをドープし
たＮｉ３Ｓｉからなる厚さ５μｍの中間層２を施し、該
中間層に電気メッキで析出した厚さ３０μｍの白金から
なるスリーブ３で被覆した。白金は、その比較的高い融
点および金に対してｔｏｏｏ．’ｃで１０６程度の低い
蒸気圧のために、約６００℃より高い温度での長時間持
続運転に好適である。

実施例６（第５図参照） 構成部材は薄板から製造された分離板９の形で存在した
。薄板は厚さ０．８１を有し、かつ以下の組或を有する
市販名１ｎｃｏｎｅｌ　６　９　０を有するニッケルベ
ースのスーパーアロイからなっていた： Ｃｒ−３０重量％ Ｆｅ＝９．５重量％ Ｃ＝０．０３重量％ Ｎｉ一残り 構成部材のコアｌの一方の側に真空プラズマ溶射法を利
用してＮｉ３Ｓｉからなる厚さ１００μ重の中間層（拡
散バリア）を施した。該中間層２の上に、厚さ８０７Ａ
ｌｌの金薄板の形のスリーブ３を還元性雰囲気下で熱間
圧延した。このようにしてプラズマ溶射から場合によっ
て生じる孔を完全に密閉した。

実施例７（第６図参照） 構成部材は、両側にこぶの形の突起１１を有する双極板
ｌＯからなっていた。コアｌの材料として、市販名Ｉｎ
ｃｏｌｏｙ　８　０　２を有する鉄／二ッケル合金を使
用した。加工用鍛練合金の形で存在する材料は以下の組
戊を有していた。

Ｃｒ＝２１．４重量％ Ｆｅ−４５重量％ Ｎｉ＝３２重量％ Ｍｎ−０−８重量％ Ｓｉ＝０．４重量％ Ｃ−０．４重量％ 該材料からなる軟化焼鈍した、厚さ０．７ｍｍの薄板を
こぶ１１の製造のために加熱プレスした。その後、中間
層２を一方に次のように施した．コアｌの材料をまず片
側に、厚さ平均７０μ講のニッケル厚を電気化学的析出
法によって被覆した。該ニッケル層の上に微粒子のケイ
素粉末（粒子幅最大５０μｍ）を正確に化学量論的割合
で金属間化合物Ｎｉ３Ｓｉの発生のために装入し、かつ
全体をｌｌ００’ｏｌ／２時間真空内で焼鈍した。その
際ケイ素はニッケル層内に拡散し、かつ該ニッケル層と
Ｎｉ３Ｓｉ（中間層２）とを結合した。厚さ平均約１０
０μ富の形或された中間層２の上に、片側に厚さ４０ｐ
ｍｌのパラジウムからなるスリーブ３を電気メッキで被
覆した。

実施例８（第６図参照） 例７に類似して、構成部材は突起１１を有する双極板１
０からなっていた。コアｌの材料として以下の組或を有
する耐熱性Ｃ　ｒ　／　Ｆ　ｅ　／　ＭＯ鋳造合金を使
用した： Ｃｒ＝６０重量％ Ｆｅ＝１５重量％ Ｍ　ｏ　＝　２　５重量％ 双極板ｌＯの形を精密鋳造法により製造した。板の厚さ
は平均１　ｔａＩＩであった。Ｎｉ３Ｓｉからなる中間
層２を厚さ２００μｍに真空プラズマ溶射法により施し
た。スリーブ３はＰｄ６０重量％／　Ｐ　ｔ　４　０重
量％の組戊の合金からなり、かつ厚さ約３０μｍを有し
た。該スリーブを電気化学的方法により被覆した。

実施例９（第７図参照） 構成部材は６個の並列のコンタクトフィンガ６を有する
電流コレクタの形に存在した。該構成部材をホウ素およ
びクロムをドープした金属間化合物Ｎｉ３Ｓｉの薄板戊
形体から加熱プレスにより製造した。

光沢焼鈍炉内の前処理の後、全コンタクトフィンガ６を
厚さ５０μ璽の金層（３）で電気メッキで被覆した。

実施例１０（第８図参照） 構戒部材は、波形のパッドの形を有する電流コレクタで
あった。該バンドのコアｌはホウ素０．３％をドープし
た、“溶融紡糸法”による急速な冷却により比較的延性
のある凝固した金属間化合物Ｎｉ３ＳｉからなっていＩ
；。該バンドは厚さ０．３旧を有し、かつ矩形の波形に
装置内で加熱プレスにより変形した。還元性雰囲気内で
の焼鈍後、該バンドｌ２を電気メッキで厚さ３０μ屑の
パラジウム層（３）で被覆した。

実施例１１（第９図参照） 構成部材として分離板９を製造した。コアｌはホウ素０
．５％をドープした金属間化合物Ｎｉ３Ｓｉからなる厚
さ０．７ｒａｒｍの打ち抜かれた薄板からなっていた。

平坦な薄板に、前処理（還元性雰囲気内での焼鈍）の後
一方に厚さ５０　　Ｎ＋１の白金からなるスリーブ３を
施した。白金からなる保護層の被覆は電気化学的方法の
後に生じた。

実施例１２（第ｌＯ図参照） 構威部材は、乳頭の形の突起ｌ３を有する双極板ｌＯか
らなっていた。コア１の材料としてＮｉ３Ｓｉを使用し
た。厚さｌ．２１１Ｘｌの平坦な部分に厚さ約１．４＋
１１１の高い突起ｌ３を設けた双極板ｌＯを精密鋳物法
により製造した。

双極板ｌＯの一方に厚さ４０μｍのＡｕ７０重量％／Ｐ
ｄ３０重量％の合金からなる保護層としてのスリーブ３
を設けた。その際、交互に厚さ最大５μｍのパラジウム
および金層を正確な化学量論的割合で電気メッキで被覆
し、かつ全体を引き続き真空下で９５０℃ｌ／２時間拡
散平均化のｔ；めに焼綽した。

実施例１３（第７図参照） 構成部材はコンタクトフィンガの形の電流コイクタ６で
あった。構成部材のコアｌは組ＦＲＮｉ　３Ｓ　ｉの酸
化物分散硬化金属間化合物から製造し　ｔこ　。

まず化学量論的量のニッケルおよびケイ素をるつぼ内で
真空下で溶融し、かつ溶融物を鋳込んだ。凝固した部分
から引続き粉砕により粒子直径最大３０μｍの微粒子状
粉末を製造し、かつ酸化トリウムＴｈｏ２２重量％と混
合した。

該混合物をアトリッター内でトルエン下で２０時間機械
的に合金した。合金粉末を相当する型に充填し、１００
０°Ｃで加熱プレスにより理論的密度の少なくとも９８
％にまで圧縮した。

還元性雰囲気内での光沢焼鈍後、コンタクトフィンガ６
を洗浄し、全面に電気メッキで厚さ４０μｍのパラジウ
ムからなるスリーブ（３）で被覆した。

実施例１４（第ｌＯ図参照） 構成部材として条片の形の突起ｌ３を有する双極板ｌＯ
を製造した。構成部材のコアｌはホウ素０．５％をドー
プした組５１ｊＮｉ３Ｓｉの酸化物分散硬化した金属間
化合物から製造した。その際例ｌ３に類似して実施した
。ホウ素をドープした粒子直径最大２５μｍのＮｉ３Ｓ
ｉ粉末を酸化イットリウムＹ２０３１．５重量％と混合
し、かつアトリッター内でトルエン下で２４時間機械的
に合金した。双極板１０を合金粉末の加熱プレスにより
９５０℃の温度で製造した。その際理論的値の９９％の
密度に達した。通常の洗浄処理後、双極板１０を片面に
電気化学的方法により厚さ３０μｍの白金からなるスリ
ーブｌ３で被覆した。

実施例１５（第７図参照） 構戒部材として、厚くなった頭部７を有するコンタクト
フィンガの形の電流コレクタ６を製造した。該構成部材
のコアｌは２つの帯域から構成され、その際内側にある
本来のコア帯域は酸化トリウムＴｈｏ２２重量％を有す
る金属間化合部Ｎｉ３Ｓｉからなっていた。これに対し
て外側にある周辺帯域は、該帯域の延性を高めるために
ホウ素０．５重量％をドープした非酸化物分散硬化した
Ｎｉ３Ｓｉからなっていた。

例ｌ３に類似して化学理論的量のニッケルおよびケイ素
を溶融し、粒子直径最大３０μｍの粉末に加工し、”ｒ
ｈｏ２２重量％と混合し、かつアトリッター内で機械的
に合金した。戊形は熱間等圧プレスによりｌ　０００゜
Ｃで１／２時間実施した。コンタクトフィンガ６に洗浄
後、ホウ素０．５重量％をドープしたＮｉ３Ｓｉの層を
真空プラズマ溶射により被覆した。層厚はコンタクト７
インガの細長いところで平均２５０μｍ１頭Ｎ７で（特
に頭の頂上で）約４００ｐｍであつ　Ｉこ　。

洗浄後、コンタクトフィンガの頭部７に白金からなる厚
さ５０Ｐｍのスリーブ（３）を電気メッキで施した。該
電流コレクタはコア帯域の高い強度と周辺帯域（表面層
）の良好な延性とを兼備していた。

本発明は実施例に限定されない。

ドープし、安定化された、酸化ジルコニウムをベースと
する固体電極を有する、隣接した、平坦な、積層体状に
配置された高温燃料電池の間に電流を誘導するための構
成部材であって、それぞれ１つの燃料電池の酸素側電極
がすぐ次に続く燃料電池の燃料側電極と電気的に結合さ
れており、かつ電極の間にある中間室が気密の導電性分
離板により、異なるガス状媒体の燃料および酸化物担体
を誘導する２つの室に分割されている形式のものにおい
て、Ａｌ，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｃｏ最高０．２重量％およびＳ
ｉ最高０．５重量％を含有する鉄ベースまたはニッケル
ペース合金、またはＦｅ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗもしくはこれ
らの元素の合金、または金属間化合物ケイ化ニッケルＮ
ｉ３Ｓｉから選択される耐熱材料からなる幾何学的形を
決定するコアｌと、元素Ａｕ，Ｐｄ，Ｐｔ．またはこれ
ら元素の少なくとも２つの任意の合会から選択される保
護層としての酸素雰囲気内で動作温度では酸化しない金
属製スリーブ３と、コアｌおよびスリーブ３の間にある
Ｎｉ３Ｓｉからなる拡散バリアとして働く中間ＩＩｌ２
とからなることに関する。該構成部材はコンタクト７イ
ンガ６またはコームまたは線材８またはバンド１２また
はネットの形の電流コレクタとして、または分離板９と
してまたは双極板ｌＯとして形成される。

コアｌの材料が、実施例において、別の、部分的に５１
を置換する元素をドープした、動作温度１０００°Ｃに
おいて高いクリープ抵抗および弾性を有するＮｉ３Ｓｉ
からなり、動作中の機械的負荷を直接に吸収するために
のみ使用される。

コアｌの材料が他の実施例においては、ニッケル最高７
８重量％を有するニッケルペース合金からなり、厚さ最
大１００１１ｍの機械的に負荷されない中間層２がコア
とスリーブの間に設けられている。

有利な実施例においては、コアｌの材料が、Ｎｉ最高７
８重量％およびＣｒ最低２０重量％、および酸化物のｒ
ｈｏ２　．ｙ２　ｏ３またはＬａ２０３の少なくとも１
つから選択された分散体最高総計２重量％を有する酸化
物分散硬化したＮ　ｉ　／　Ｃ　ｒ合金、または酸化物
のＴｈｏ２，Ｙ２０３　，　Ｌ　ａ２０３　，希土類金
属の酸化物のＣａｂ，ＭｇＯ，ＡＩ２０３　，Ｚｒ０２
　．ＢａＯＳｉ０２　　，　　　Ｌｉ２０．Ｔｉ０２　
　，Ｃｒ２０３　　　，Ｖ２０５　，Ｓｃ２０３’，Ｎ
ｂ２０５　，Ｔａ２０５　．ＵＯ２　，またはＨｆ０２
の少なくとも１つから選択される分散体最大総計５重量
％を有する、酸化物分散硬化したＷまたはＭｏ又はＷ　
／　Ｍ　ｏ合金からなる。

さらに別の実施例においては、コアｌの材料がＣｒ６０
重量％、Ｆｅｌ５−２５重量％およびＭｏｌ５−２５重
量％を有するクロム合金からなる。

特別な実施例において、コアｌの材料が、ホウ素０．５
重量％をドープした、Ｔｈ０２またはｙ２ｏ３またはＬ
ａ２０３２重量％を有する酸化物分散硬化Ｎｉ３Ｓｉか
らなる。有利には、コアｌの材料が２つの帯域から構威
され、その際内側にあるコア帯域ｉ＄　Ｔ　ｈ　Ｏ　２
またはＹ２０３　　２重量％で酸化物分散硬化したＮｉ
３Ｓｉからなり、かつ外側にある周辺帯域はホウ素０．
５重量％をドープした非酸化物分散硬化したＮｉ３Ｓｉ
からなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は全体におよぶスリーブを有するコンタクト７イ
ンガの形の電流コレクタの縦断面図、第２図は全体にお
よばないスリーブおよび全体におよぶ拡散バリアを有す
るコンタクト７インガの形の電流コレクタの縦断面図、
第３図は全体におよばないスリーブおよび全体におよば
ない拡散バリアを有するコンタクトフィンガの形の電流
コレクタの縦断面図、第４図は波形線材の形の電流コレ
クタの縦断面図、第５図は分離板の縦断面図、第６図は
双極板の縦断面図、第７図はコアが拡敗バリアの材料か
らなるコンタクトフィンガの形の電流コレクタの縦断面
図、第８図はコアが拡散バリアの材料からなる波形バン
ドの形の電溝コレクタの縦断面図、第９図はコアが拡敢
バリアの材料からなる分離板の縦断面図、および第１０
図はコアが拡散バリアの材料からなる双極板の縦断面図
である。 ｌ・・・構成部材のコア、２・・・構成部材の中間層（
拡散バリア）、３・・・構戒部材のスリーブ（保護層）
、４・・・中間層の材料から形成された保護酸化物層（
Ｓｉ０２）、５・・・コア材料から形或された保護酸化
物層（Ｃ　ｒ２０３　）　、６・・・コンタクトフィン
ガの形の電流コレクタ、７・・・コンタクトフィンガの
頭部、８・・・波形線材の形の電流コレクタ、９・・・
分離板、１０・・・突起を有する双極板、１１・・・こ
ぶの形の双極板の突起、ｌ２・・・波形バンドの形の電
流コレクタ、１３・・・乳頭または条片の形の双極板の
突起 ＦＩＧ．１ ＦＩＧ，３ ＦＩＧ．８ ＦＩＧ．９ ＦＩＧ．１０ ９．１０．１２・・電流コレクタ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ドープし、安定化した酸化ジルコニウムをベースと
   する固体電極を有する、隣接した平坦な、積層体状に配
   置された高温燃料電池の間に電流を誘導するための構成
   部材であって、それぞれ１つの燃料電池の酸素側電極が
   すぐ次に続く燃料電池の燃料側電極と電気的に結合され
   ており、かつ電極の間にある中間室が、気密の導電性分
   離板（９）により異なるガス状媒体の燃料および酸化物
   担体を誘導する２つの室に分割されている形式のものに
   おいて、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｃｏ最高０．２重量％およ
   びＳｉ最高０．５重量％を含有する鉄ベース又はニッケ
   ルベース合金、またはＦｅ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗもしくはこ
   れらの元素の合金、または金属間化合物ケイ化ニッケル
   Ｎｉ＿３Ｓｉから選択される耐熱材料からなる幾何学的
   形を決定するコア（１）と、元素Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔまた
   はこれら元素の少くとも２つの任意の合金から選択され
   る保護層としての、酸素雰囲気内で動作温度では酸化し
   ない金属製スリーブ（３）と、コア（１）およびスリー
   ブ（３）の間にあるＮｉ＿３Ｓｉからなる拡散バリアと
   して働く中間層（２）とからなることを特徴とする、隣
   接した、平坦な、積層体状に配置された高温燃料電池の
   間に電流を誘導するための構成部材。 ２、コンタクトフィンガ（６）またはコーム又は線材（
   ８）またはバンド（１２）またはネットの形の電流コレ
   クタとして形成されている請求項１記載の構成部材。 ３、分離板（９）として、または双極板（１０）として
   形成されている請求項１記載の構成部材。 ４、コア（１）の材料が、部分的にＳｉを置換する別の
   元素をドープした、動作温度１０００℃においても、高
   いクリープ抵抗および弾性を有するＮｉ＿３Ｓｉからな
   り、動作中の機械的負荷を直接吸収するためにのみ使用
   される請求項１記載の構成部材。 ５、コア（１）の材料が、ニッケル最高７８重量％を有
   するニッケルベース合金から成り、厚さ最大１００μｍ
   の機械的に負荷されない中間層がコアとスリーブの間に
   設けられている請求項１記載の構成部材。 ６、コア（１）の材料が、Ｎｉ最高７８重量％およびＣ
   ｒ最低２０重量％、酸化物ＴｈＯ＿２、Ｙ＿２Ｏ＿３ま
   たはＬａ＿２Ｏ＿３の少なくとも１つから選択される分
   散体最高総計２重量％を有する、酸化物分散硬化したＮ
   ｉ／Ｃｒ合金から成る請求項５記載の構成部材。 ７、コア（１）の材料が、酸化物のＴｈＯ＿２、Ｙ＿２
   Ｏ＿３、Ｌａ＿２Ｏ＿３、希土類金属の酸化物のＣａＯ
   、ＭｇＯ、Ａｌ＿２Ｏ＿３、ＺｒＯ＿２、ＢａＯ、Ｓｉ
   Ｏ＿２、Ｌｉ＿２Ｏ、ＴｉＯ＿２、Ｃｒ＿２Ｏ＿３、Ｖ
   ＿２Ｏ＿５、Ｓｃ＿２Ｏ＿３、Ｎｂ＿２Ｏ＿５、Ｔａ＿
   ２Ｏ＿５、ＵＯ＿２、またはＨｆＯ＿２の少なくとも１
   つから選択される分散体最大総計５重量％を有する、酸
   化物分散硬化したＷまたはＭｏまたはＷ／Ｍｏ合金から
   なる請求項１記載の構成部材。 ８、コア（１）の材料が、Ｃｒ６０重量％、Ｆｅ１５〜
   ２５重量％およびＭｏ１５〜２５重量％を有するクロム
   合金から成る請求項１記載の構成部材。 ９、コア（１）の材料が、ホウ素０．５重量％をドープ
   した、Ｔｈｏ＿２、Ｙ＿２Ｏ＿３またはＬａ＿２Ｏ＿３
   ２重量％までを有する酸化物分散体硬化したＮｉ＿３Ｓ
   ｉから成る請求項１記載の構成部材。 １０、コア（１）の材料が２つの帯域から構成され、そ
   の際内側にあるコア帯域がＴｈｏ＿２またはＹ＿２Ｏ＿
   ３２重量％で酸化物分散硬化したＮｉ＿３Ｓｉから、か
   つ外側にある周辺帯域が非酸化物分散硬化した、ホウ素
   ０．５重量％をドープしたＮｉ＿３Ｓｉから成る請求項
   １記載の構成部材。