JPH0992307A

JPH0992307A - 溶融炭酸塩型燃料電池

Info

Publication number: JPH0992307A
Application number: JP7288684A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Tateishi; 浩史立石; Hideyuki Ozu; 秀行大図; Yoshihiro Akasaka; 芳浩赤坂; Kazuaki Nakagawa; 和明中川; Morohiro Tomimatsu; 師浩富松
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1994-11-11
Filing date: 1995-11-07
Publication date: 1997-04-04

Abstract

(57)【要約】【課題】優れた電気伝導性および耐食性を有し、かつ
昇降温の熱サイクルを受けてもカソードと接する部分で
剥離するのを防止した酸化剤ガス側集電板を備えた高性
能、長寿命の溶融炭酸塩型燃料電池を提供する。【解決手段】電解質板と、この電解質板の両面に配置
されたカソードおよびアノードとからなるセルユニッ
ト；前記セルユニットの前記アノード表面および前記カ
ソード表面にそれぞれ配置された波形状を有する集電
板；および前記集電板表面にそれぞれ配置されたインタ
ーコネクタ；を具備し、前記カソード側の前記集電板
は、集電体本体と、少なくとも前記カソードと接する前
記集電体本体表面に被覆されたＦｅ−Ｃｒ−Ｎｉ合金層
と、前記合金層表面に形成されたニッケルフェライト系
の不定比複合酸化物層とからなることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶融炭酸塩型燃料
電池に関し、特に集電板を改良した溶融炭酸塩型燃料電
池に係わる。

【０００２】

【従来の技術】従来より各種の燃料電池が提案および実
用化されている。中でも、溶融炭酸塩型燃料電池は高効
率で、かつ燃料ガスとして石炭ガスが利用できるため、
広く研究、開発がなされている。

【０００３】前記溶融炭酸塩型燃料電池は、例えばアノ
ード（燃料極）、カソード（空気極）および電解質板に
より構成された複数のユニットセルを積層し、これらセ
ル間に集電板をそれぞれ配置し、さらに前記集電板間に
インターコネクタをそれぞれ配置して仕切った構造を有
する。２枚のエッジシール板は、前記電解質板の周縁部
を挟むように配置されている。前記エッジシール板は、
前記電解質板の周縁部と接してウェットシールを形成
し、前記ユニットセルを外部雰囲気からシールドする役
目をなす。

【０００４】ところで、前記酸化剤側集電板は前記燃料
電池の稼働時において前記空気極から滲し出された腐食
性の高い溶融炭酸塩の液膜に覆われている。このため、
前記集電板は従来より耐食性に優れたステンレス鋼によ
り形成されている。前記ステンレス鋼は、主にＳＵＳ３
１０Ｓ、ＳＵＳ３１６Ｌが使用されている。

【０００５】しかしながら、ステンレス鋼からなる前記
集電板は前記燃料電池の稼働時にその表面に腐食された
鉄を含む腐食生成物が層状に形成される。特に、前記燃
料電池を１０００時間以上の長時間に亘って稼働させる
と、前記腐食生成物が成長して電気抵抗が増大するた
め、燃料電池の性能が著しく劣化する。つまり、前記腐
食生成物が前記集電板に形成されることにより燃料電池
の高性能化と長寿命化が妨げられる。

【０００６】特開平５−３２４４６０号公報には、前記
ステンレス鋼の表面に予めＮｉＯ層を形成した集電板が
開示されている。この集電体は、Ｎｉ層が燃料電池内部
で酸化してＮｉＯ層を形成し、電気抵抗の高い腐食層の
形成を防止するため、電気抵抗の増大を抑制することが
可能である。しかしながら、前記集電板のＮｉＯ層は多
孔質で電解質の引き込み量が多いためにセルユニット内
部の電解質保持量が不足し、電池性能が劣化する恐れが
あった。さらに、前記ステンレス鋼や前記ＮｉＯ層が被
覆されたステンレス鋼からなる集電板は発電後の降温時
に冷却速度の差から発生する温度分布の影響により変形
を生じ、カソードと接する集電板の表面部分において剥
離が生じてそれらの密着性が損なわれる。その結果、前
記ステンレス鋼や前記ＮｉＯ層が被覆されたステンレス
鋼からなる集電体が組み込まれた溶融炭酸塩型燃料電池
では、昇降温の熱サイクルを受けると電池性能が劣化す
る恐れがある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、優れ
た電気伝導性を有し、電解質の引き込みが少なく耐食性
の優れた不定比複合酸化物層が表面に形成され、さらに
昇降温の熱サイクルを受けてもカソードと接する部分で
剥離するのを防止した酸化剤ガス側集電板を備えた高性
能、長寿命の溶融炭酸塩型燃料電池を提供しようとする
ものである。

【０００８】本発明の別の目的は、酸化剤ガス側集電板
とインターコネクタとの接触部の腐食を防止して、電気
抵抗の増大のない長寿命の溶融炭酸塩型燃料を提供しよ
うとするものである。

【０００９】本発明のさらに別の目的は、１００００時
間以上の長時間に亘って稼働させても、カソート、アノ
ードの電極からの剥離を防止した集電板を備えた溶融炭
酸塩型燃料電池を提供しようとするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係わる溶融炭酸
塩型燃料電池は、多孔質体に炭酸塩を含浸して形成され
た電解質板と、この電解質板の両面に配置されたカソー
ドおよびアノードとからなるセルユニット；前記セルユ
ニットの前記アノード表面および前記カソード表面にそ
れぞれ配置された波形状を有する集電板；および前記集
電板表面にそれぞれ配置されたインターコネクタ；を具
備し、前記カソード側の前記集電板は、オーステナイト
系ステンレス鋼からなる集電体本体と、少なくとも前記
カソードと接する前記集電体本体表面に被覆されたＦｅ
２３〜４５重量％、Ｃｒ１２〜２７重量％、残部Ｎｉお
よび不可避的不純物１重量％以下の組成を有するＦｅ−
Ｃｒ−Ｎｉ合金層と、前記合金層表面に形成されたニッ
ケルフェライト系の不定比複合酸化物層とからなること
を特徴とするものである。

【００１１】また本発明に係わる別の溶融炭酸塩型燃料
電池は、多孔質体に炭酸塩を含浸して形成された電解質
板と、この電解質板の両面に配置されたカソードおよび
アノードとからなるセルユニット；前記セルユニットの
前記カソードおよびアノードの表面にそれぞれ配置され
た波形状を有する集電板；および前記集電板表面にそれ
ぞれ配置されたインターコネクタ；を具備し、前記カソ
ード側の集電板は、前記インターコネクタの平面と所定
の部位で接触し、前記部位は両端に曲面を有し、かつバ
リア材は前記インターコネクタの平面と前記集電板の部
位の曲面との間で形成される空間に充填されていること
を特徴とするものである。

【００１２】さらに本発明に係わる別の溶融炭酸塩型燃
料電池は、多孔質体に炭酸塩を含浸して形成された電解
質板と、この電解質板の両面に配置された一対の電極と
からなるセルユニット；前記セルユニットの前記各電極
表面にそれぞれ配置された波形状を有する集電板；およ
び前記集電板表面にそれぞれ配置されたインターコネク
タ；を具備し、前記波形状の集電板は、前記電極と接す
る第１面および前記インターコネクタと接する第２面を
有し、前記第１面の幅は前記第２面の幅より広く、かつ
前記第１面は複数のガス供給用貫通孔が開口され、さら
に前記第１面は前記電極に向かって円弧状に膨らんでい
ることを特徴とするものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図１を参照して詳
細に説明する。図１は、複数のユニットセルを積層した
構造を有する積層電池の一部を示す断面図である。電解
質板１は、アノード（燃料極）２とカソード（空気極）
３の間に配置されている。前記電解質板１は、多孔質体
に少なくともリチウム炭酸塩等の炭酸塩を含む電解質を
含浸させることにより形成されている。前記電解質板
１、アノード２およびカソード３によりユニットセルを
構成している。波形の燃料ガス側、酸化剤側の集電板
４、５は、前記アノード２およびカソード３の前記電解
質板１と反対側の面にそれぞれ配置されている。前記各
集電板４、５は、前記アノード２およびカソード３と接
触する部分にガス供給用貫通孔（図示せず）がそれぞれ
開孔されている。燃料ガスは、前記アノード２と前記集
電板４とで形成された流路６を流通する。酸化剤ガス
は、前記カソード３と前記集電板５とで形成された流路
７を流通する。セパレータは、積層された複数の前記ユ
ニットセルの間に配置され、それらユニットセルの仕切
りとして機能する。前記セパレータは、前記各流路６、
７を分離するためのインターコネクタ８と、前記電解質
板１の周縁部を挟むように配置された２枚のエッジシー
ル板９、１０とから構成されている。前記エッジシール
板９、１０は、前記電解質板１の周縁部と接してウェッ
トシールを形成し、前記ユニットセルの発電部品を外部
雰囲気からシールドする役目をなしている。また、前記
エッジシール板９、１０はそれぞれ前記電解質板１の周
縁部の挟持部においてスプリング部材１１、１２により
通常５ｋｇ／ｃｍ² 以下の面圧が両側から加えられるこ
とにより、前記ウェットシール性が確保されている。

【００１４】前記電解質板１は、例えばリチウムアルミ
ネート（ＬｉＡｌＯ₂ ）を主成分とする多孔質体に電解
質を溶融状態で含浸した構成を有する。前記電解液とし
ては、例えば炭酸リチウム（Ｌｉ₂ ＣＯ₃ ）と炭酸カリ
ウム（Ｋ₂ ＣＯ₃ ）の混合物、Ｌｉ₂ ＣＯ₃ と炭酸ナト
リウム（Ｎａ₂ ＣＯ₃ の混合物、Ｌｉ₂ ＣＯ₃ とＫ₂Ｃ
Ｏ₃ とＮａ₂ ＣＯ₃ の混合物等の混合アルカリ炭酸塩を
挙げることができる。前記電解液は、前記混合アルカリ
炭酸塩にさらにアルカリ土類炭酸塩を添加した組成を有
することを許容する。

【００１５】前記アノード２、カソード３は、例えばニ
ッケル基合金の焼結体のような多孔質体から形成され
る。前記インターコネクタ８およびエッジシ―ル９、１
０は、例えばステンレス鋼から形成される。

【００１６】前記燃料ガスとしては、例えば水素（Ｈ
₂ ）と二酸化炭素（ＣＯ₂ ）との混合ガスなどを使用で
きる。前記酸化剤ガスとしては、例えば空気又は酸素
（Ｏ₂ ）と二酸化炭素（ＣＯ₂ ）との混合ガスなどを使
用できる。

【００１７】次に、（１）酸化剤側集電板の構成、
（２）集電板とインターコネクタとの接触部の構造、
（３）集電板の構造、について説明する。（１）酸化剤側集電板の構成前記酸化剤側集電板５は、オーステナイト系ステンレス
鋼からなる集電体本体の少なくともカソードと接する表
面にＦｅ２３〜４５重量％、Ｃｒ１２〜２７重量％、残
部Ｎｉおよび不可避的不純物１重量％以下の組成を有す
るＦｅ−Ｃｒ−Ｎｉ合金層が被覆され、かつ前記合金層
表面にニッケルフェライト系の不定比複合酸化物層が形
成された構造を有する。

【００１８】前記集電体本体を構成するステンレス鋼と
しては、例えば１０〜２７重量％のＣｒ、７．０〜２８
重量％のＮｉ、０．０８重量％以下のＣｏ、２．０重量
％以下のＭｎ、１．５重量％以下のＳｉ、残部がＦｅお
よび０．１重量％以下の不可避的不純物の組成を有する
ものが挙げられる。代表的なステンレス鋼としては、高
温強度に優れ、かつ高耐食性を有するＳＵＳ３１０Ｓ、
ＳＵＳ３１６Ｌが挙げられる。

【００１９】前記集電体本体は、２００〜４００μｍの
厚さを有するステンレス鋼薄板から形成されることが好
ましい。このような集電体本体を有する集電体は、燃料
電池に組み込んだ時に良好な高温強度と高耐食性が付与
される。

【００２０】前記Ｆｅ−Ｃｒ−Ｎｉ合金層は、カソード
と接する集電体本体表面の部位に少なくとも形成するこ
とが必要である。これは、カソードと接する集電板の表
面部位には電気抵抗の大きい鉄を含む腐食生成物が成長
し易く、電池の高性能化と長寿命化を阻害する。このた
め、前記表面部位に前記合金層を形成し、この合金層表
面に形成された電気伝導性および耐食性の優れた前記不
定比複合酸化物により鉄を含む腐食生成物の発生を防止
するものである。勿論、前記Ｆｅ−Ｃｒ−Ｎｉ合金層は
前記集電体本体のカソードと接する側の片面全体または
前記集電体本体の両面に形成してもよい。

【００２１】前記Ｆｅ−Ｃｒ−Ｎｉ合金層のＦｅおよび
Ｃｒの成分割合を規定したのは、次のような理由による
ものである。ａ）ＦｅＦｅ成分の量を２３重量％未満にすると、前記合金層表
面に多孔質のＮｉＯ層が形成されて電解質の引き込み量
が増大し、燃料電池の高性能化が阻害される。一方、Ｆ
ｅ成分の量が４５重量％を越えると前記合金層表面に電
気抵抗の高い複合酸化物層が形成され易くなる。より好
ましいＦｅ成分の量は、２８〜４２重量％である。

【００２２】ｂ）ＣｒＣｒ成分の量を１２重量％未満にすると、合金層表面に
形成された複合酸化物層の耐食性が低下する。一方、Ｃ
ｒ成分の量が２７重量％を越えると加工性が低下する。
より好ましいＣｒ成分の量は、１９〜２７重量％であ
る。

【００２３】前記Ｆｅ−Ｃｒ−Ｎｉ合金層は、前記集電
体本体の表面に例えばクラッド法により形成される。こ
のような合金層は、１５〜１５０μｍ、より好ましくは
５０〜１００μｍの厚さを有することが好ましい。前記
合金層の厚さを１５μｍ未満にすると、集電体の変形抑
制効果が低減される恐れがある。一方、前記合金層の厚
さが１５０μｍを越えるとオーステナイト系ステンレス
鋼からなる集電体本体と前記合金層との熱膨張係数差に
より発生する内部応力が大きくなって、カソードを押さ
え付ける力が大きくなってカソードを押し潰す恐れがあ
る。

【００２４】前記ニッケルフェライト系の不定比複合酸
化物は、ＮｉＦｅ₂ Ｏ₄ の化学量論組成の複合酸化物に
比べて、Ｎｉ、Ｆｅの量が酸素量に対して不足している
組成を有するものである。このような不定比複合酸化物
は、例えばＮｉ_1-x Ｆｅ_2-yＯ4 、ただしｘ、ｙは０＜
ｘ＜０．８５、−０．５＜ｙ＜１．０、０＜ｘ＋ｙを示
す、にて表されることが好ましい。なお、前記不定比複
合酸化物は燃料電池に前記集電体を組み込んで発電した
後の組成比が一定ではなく、集電体の面内の場所により
ばらついた値を示す。また、前記不定比複合酸化物はＬ
ｉが侵入または置換された形態を取ることを許容する。
ただし、いずれの場合もＸ線回折測定結果では酸化物が
スピネル型構造を示す。

【００２５】前記不定比複合酸化物層は、燃料電池を１
０００時間運転した後の状態で５０μｍ以下の厚さを有
することが好ましい。前記複合酸化物層の厚さは、薄け
れば薄いほど前記集電板の電気抵抗の値が小さくなるた
めを好ましい。前記複合酸化物層の厚さが５０μｍを越
えると、多孔質化して電解質の引き込み量が多くなり、
電池性能が低下する恐れがある。

【００２６】前記不定比複合酸化物層は、例えば次のよ
うな方法により形成される。ａ）前記集電板（ステンレス鋼からなる集電板本体と少
なくともカソード接する前記本体表面に形成されたＦｅ
−Ｃｒ−Ｎｉ合金層）を前記燃料電池に組み込む前に高
温酸化処理することによって、前記合金層表面に不定比
複合酸化物層を形成する。

【００２７】ｂ）前記集電板（ステンレス鋼からなる集
電板本体と少なくともカソード接する前記本体表面に形
成されたＦｅ−Ｃｒ−Ｎｉ合金層）を前記燃料電池に組
み込み、電池の稼働時に前記合金層表面に不定比複合酸
化物層を形成する。

【００２８】前記ｂ）の方法にように集電体を燃料電池
に組み込んで１０００時間程度稼働させると、厚さ５〜
２０μｍの不定比複合酸化物層が前記合金表面に形成さ
れる。

【００２９】前記ニッケルフェライト系の不定比複合酸
化物層は、前記合金層表面に組成比の異なる酸化物層が
２層以上積層して形成されていることを許容する。例え
ば、前記合金層表面にＦｅおよびＣｒを含む酸化物層と
前記ＮｉＦｅ₂ Ｏ₄ の化学量論組成に比べてＮｉ、Ｆｅ
の量が酸素量に対して不足している複合酸化物とがこの
順序で積層されたものを挙げることができる。

【００３０】以上説明した酸化剤側集電板は、オーステ
ナイト系ステンレス鋼からなる集電体本体の少なくとも
カソードと接する表面にＦｅ２３〜４５重量％、Ｃｒ１
２〜２７重量％、残部Ｎｉおよび不可避的不純物１重量
％以下の組成を有するＦｅ−Ｃｒ−Ｎｉ合金層が被覆さ
れ、さらに前記合金層表面にニッケルフェライト系の不
定比複合酸化物層が形成された構造を有する。前記不定
比複合酸化物層は、電気伝導性に優れ、かつ電解質の引
き込み量が少なく、さらに優れた耐腐食性を有する。ま
た、前記集電体を組み込んだ燃料電池を発電した後の降
温時において、オーステナイト系ステンレス鋼からなる
集電体本体とＦｅ−Ｃｒ−Ｎｉ合金層との熱膨張係数の
差により発生する内部応力により前記集電体に接するカ
ソードを押さえ付ける力が働くため、前記集電体を前記
カソードに対して良好に密着させることができる。した
がって、このような酸化剤側集電板を備えた溶融炭酸塩
型燃料電池は高性能化、長寿命化が達成される。

【００３１】（２）集電板とインターコネクタとの接触
部の構造図２に示すように波形の酸化剤側集電板５は前記インタ
ーコネクタ８の平面と所定の部位で接触し、前記部位は
両端に曲面を有する。バリア材１３は、前記インターコ
ネクタ８の平面と前記集電板５の部位の曲面との間で形
成される空間に充填されている。このようなバリア材１
３の充填によって、カソード３から滲み出した電解質が
前記隙間に引き込まれるのを防ぎ、高抵抗の腐食層が前
記接触面の内部まで成長して金属同士の接触部の面積が
減少することによる電気抵抗の増大を抑制することがで
きる。

【００３２】前記集電板は、例えばＮｉ、０．０８重量
％以下のＣｏ、２．０重量％以下のＭｎ、１．５重量％
以下のＳｉ、残部がＦｅおよび０．１重量％以下の不可
避的不純物の組成を有するステンレス鋼から形成されて
いる。代表的なステンレス鋼としては、高温強度に優
れ、かつ高耐食性を有するＳＵＳ３１０Ｓ、ＳＵＳ３１
６Ｌが挙げられる。

【００３３】前記バリア材としては、次のような融点を
有する導電材料からなることが好ましい。ａ）バリア材は、燃料電池の作動温度より融点の低い導
電材料、例えばアルミニウムろう、銀ろうからなる。こ
のような燃料電池の作動温度より融点が低いバリア材１
３を前記酸化剤側集電板５とインターコネクタ８との間
に形成される空間に充填することによって、燃料電池の
起動に伴い、溶融したバリア材が毛細管現象により前記
空間に引き込まれてその場で前記空間を充填することが
できる。その結果、集電板の熱変形にも柔軟に対応する
ことが可能になる。

【００３４】ｂ）バリア材は、電解質の融点より低い融
点を有する導電材料、例えば金はんだからなる。このよ
うな融点を有するバリア材１３を前記酸化剤側集電板５
とインターコネクタ８との間に形成される空間に充填す
ることによって、燃料電池の起動時において、電解質が
溶融して前記空間に滲み出す前にバリア材１３が溶融し
て前記空間を充填することができる。その結果、高抵抗
の腐食層が前記集電板５とインターコネクタ８との接触
部に生成されるのをより確実に防止することが可能にな
る。

【００３５】次に、前記集電板とインターコネクタとの
間に形成される空間にバリア材を充填する方法について
説明する。ａ）燃料電池の作動温度より高い融点を有するバリア材
を用いる場合：まず、波形の酸化剤側集電板とインター
コネクタとを積層し、２ｋｇ／ｃｍ2の荷重をかける。
つづいて、前記集電板の部位の曲面とインターコネクタ
の平面とで形成される空間に、例えば金ろう線を置き、
９１０℃で１０分間熱処理して予め前記隙間に金ろうを
充填する。この後、前記集電板とインターコネクタとを
積層物を燃料電池に組み込む。

【００３６】ｂ）燃料電池の作動温度より低い融点を有
するバリア材を用いる場合：波形の酸化剤側集電板とイ
ンターコネクタとを積層し、前記集電板の部位の曲面と
インターコネクタの平面とで形成される空間に、例えば
Ａｌ−Ｓｉろう線を置き、燃料電池に他の部材と共に組
み込む。つづいて、燃料電池を起動させ、６００℃前後
で前記Ａｌ−Ｓｉろう線を溶融して毛細管現象により前
記空間にバリア材を充填する。

【００３７】ｃ）電解質の融点より低い融点を有するバ
リア材を用いる場合：波形の酸化剤側集電板とインター
コネクタとを積層し、前記集電板の部位の曲面とインタ
ーコネクタの平面とで形成される空間に、例えば金はん
だを置き、燃料電池に他の部材と共に組み込む。つづい
て、燃料電池を起動させ、電解質が溶融する前に３００
℃前後で前記金はんだを溶融して毛細管現象により前記
空間にバリア材を充填する。

【００３８】前記ａ）〜ｃ）のバリア材の充填におい
て、ろう材やはんだは線材を始め、棒材、シート、粉
末、ペースト等の形態で用いられる。前記バリア材は、
前述したように導電材料からなることが好ましいが、低
融点ガラスのような絶縁体であってもよい。このような
低融点ガラスからなるバリア材は、次のような方法によ
り充填される。

【００３９】まず、波形の酸化剤側集電板とインターコ
ネクタとを積層し、前記集電板の部位の曲面とインター
コネクタの平面とで形成される空間に、例えばＺｎＯ−
Ｂ₂Ｏ₃ 粉末を撒き、燃料電池に他の部材と共に組み込
む。つづいて、燃料電池を起動させ、６００℃前後で前
記ＺｎＯ−Ｂ₂ Ｏ₃ 粉末を溶融して毛細管現象により前
記空間にバリア材を充填する。

【００４０】以上説明したように、酸化剤ガス側集電板
は前記インターコネクタの平面と所定の部位で接触し、
前記部位は両端に曲面を有し、かつバリア材は前記イン
ターコネクタの平面と前記集電板の部位の曲面との間で
形成される空間に充填されているため、前記空間への電
解質の引き込みを防止することができる。その結果、酸
化剤ガス側集電板とインターコネクタとの接触部におけ
る腐食を防止してそれらの接触面積を初期状態（電池組
み込み時の状態）に維持できるため、前記集電板とイン
ターコネクタとの間の電気抵抗の増大を抑制して長寿命
の溶融炭酸塩型燃料電池を実現できる。

【００４１】また、前記バリア材として燃料電池の作動
温度より融点の低い材料（特に導電材料）を用いること
により、稼働中の酸化剤ガス側集電板のおよびインター
コネクタの熱変形時においてバリア材を前記集電板とイ
ンターコネクタとで形成される空間に柔軟に追従させて
充填させることが可能になる。つまり、熱サイクルが加
わっても前記集電板の曲面とセパレータの平面により形
成される空間にバリア材を良好に充填できる。その結
果、酸化剤ガス側集電板とインターコネクタとの接触部
における腐食をより確実に防止してそれらの接触面積を
初期状態（電池組み込み時の状態）に維持できるため、
集電板とインターコネクタとの間の電気抵抗の増大を効
果的に抑制して長寿命の溶融炭酸塩型燃料電池を実現で
きる。

【００４２】（３）集電板の構造波形の集電板４（または５）は、図３に示すようにアノ
ード２（またはカソード３）と接する第１面２１とイン
ターコネクタ８と接する第２面２２を有し、前記第１面
２１の幅Ｗ₁ が前記第２面２２の幅Ｗ₂ より広くなるよ
うに複数の波２３が形成されている。前記第１面２１に
は、複数のガス供給用貫通孔２４が開口されている。前
記第１面２１は、アノード２（またはカソード３）に向
かって円弧状に膨らまされている。特に、前記集電板４
（または５）は前記第１面２１の端部が互いに接触する
ようにすることが好ましい。このような形状の集電板４
（または５）は、燃料電池の稼働時においてアノード２
（またはカソード３）が集電板側に落ち込む等の変形を
抑えることができる。

【００４３】前記集電板は、高温強度および耐食性に優
れたオーステナイト系ステンレス鋼またはニッケル基合
金からなる。前記集電板に用いられるステンレス鋼とし
ては、例えば１０〜２７重量％のＣｒ、７．０〜２８重
量％のＮｉ、０．０８重量％以下のＣｏ、２．０重量％
以下のＭｎ、１．５重量％以下のＳｉ、残部がＦｅおよ
び０．１重量％以下の不可避的不純物の組成を有するも
の等が用いられる。なお、前記ステンレス鋼は５．５重
量％以下のＭｏを含むことを許容する。代表的なステン
レス鋼としては、ＳＵＳ３１０Ｓ、ＳＵＳ３１６Ｌが挙
げられる。ステンレス鋼からなる集電板において、少な
くとも電極と接する面に記Ｆｅ−Ｃｒ−Ｎｉ合金層を被
覆し、さらに前記合金層表面にニッケルフェライト系の
不定比複合酸化物層を形成してもよい。

【００４４】前記集電板に用いられるニッケル基合金と
しては、例えば１０〜２５重量％のＣｒ、３．０〜２２
重量％のＦｅ、０．０８重量％以下のＣｏ、２．０重量
％以下のＭｎ、１．５重量％以下のＳｉ、残部がＮｉお
よび０．１重量％以下の不可避的不純物の組成を有する
ものが用いられる。代表的なニッケル基合金としては、
インコネル６００が挙げられる。

【００４５】前記オーステナイト系ステンレス鋼または
ニッケル基合金からなる集電板は、２０〜５５０μｍの
厚さを有することが好ましい。このような厚さの集電板
は、燃料電池の総重量を軽減することが可能になる。

【００４６】前記集電板の電極に向かって円弧状にした
第１面の突出高さは、５〜１００μｍにすることが好ま
しい。突出高さを５μｍ未満にすると、応力の分散効果
を十分に発揮することが困難になる。一方、突出高さが
１００μｍを越えると、前記集電板が接触される電極、
つまりアノード（またはカソード）が圧縮されて、ガス
の拡散に支障をきたす。その結果、燃料電池の性能劣化
を招く恐れがある。

【００４７】前記集電板の第１面の幅Ｗ₁ は、５〜３０
ｍｍにすることが好ましい。前記第１面の幅Ｗ₁ を５ｍ
ｍ未満にすると、集電板の成形が困難になる。一方、前
記第１面の幅Ｗ₁ が３０ｍｍを越えると応力の分散効果
が弱く、高温クリープによる変形により電極側の面の一
部が電極から離れて密着性が低下する恐れがある。

【００４８】前記集電板の第１面は、幅方向のミリメー
タ当たり前記電極に向かう突出高さが０．２〜３０μｍ
であることが好ましい。以上説明したように本発明に係
わる溶融炭酸塩型燃料電池は、電極と接する第１面の幅
をインターコネクタと接する第２面の幅より広くなるよ
うに複数の波が形成され、前記第１面に複数のガス供給
用貫通孔が開口され、さらに前記第１面が前記電極に向
かって円弧状に膨らませた形状を有する集電板を備えて
いる。このような前記集電板において、前記第１面を電
極に向かって円弧状に膨らませることによって、前記集
電板と電極の間の応力を分散できるため、燃料電池を１
００００時間以上に亘って長時間稼働させて、前記集電
板が高温クリープにより変形が生じても、前記集電板と
前記電極との接触を初期状態（電池組み込み時の状態）
に維持できる。その結果、前記集電板と電極間の接触部
における電気抵抗の増大を抑制できるため、長寿命の溶
融炭酸塩型燃料電池を実現できる。

【００４９】

【実施例】以下、本発明の好ましい実施例を前述した図
１〜図３を参照して詳細に説明する。（実施例１）まず、ニッケル基合金の多孔質体からなる
アノードおよびカソードの間にＬｉＡｌＯ₂ を主材料と
する多孔質板に混合アルカリ炭酸塩（Ｌｉ₂ ＣＯ₃ ；６
２モル％、Ｋ₂ ＣＯ₃ ；３８モル％）を含浸した構造の
電解質板を配置してユニットセルを作製した。

【００５０】また、厚さ３００μｍのＳＵＳ３１６Ｌの
薄板の両面に３５重量％Ｆｅ−２５重量％Ｃｒ−４０重
量％Ｎｉからなる厚さ５０μｍの合金層をクラッド法に
より形成した。この積層薄板にガス供給用貫通孔を開口
し、波形に加工した後、所定の寸法に切り出すことによ
り酸化剤ガス側集電板を作製した。

【００５１】さらに、平均径が１０μｍのアルミニウム
粉末７０重量％、スチレン系のバインダ３０重量％をケ
トン系溶剤で分散させたアルミニウムスラリーを、厚さ
０．４ｍｍのステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ）からなる
薄板材の表面に一定量塗布した後、前記溶剤を揮散して
厚さ２００μｍのアルミニウム含有層を形成した。つづ
いて、薄板材を３％の水素を含むアルゴン雰囲気の炉に
設置し、４９０℃の温度で１２時間熱処理することによ
り前記アルミニウム含有層中のバインダを除去した。さ
らに、７５０℃の温度まで昇温し、その温度にて５時間
熱処理し、１℃／分の降温速度で炉冷することにより前
記薄板材表面に厚さ２５μｍの耐食層が形成されたエッ
ジシール板を作製した。

【００５２】次いで、前記ユニットセルを５つ積層する
と共に、前記セルのカソード側に前記酸化剤ガス側集電
板を配置し、前記セルのアノード側に厚さ３００μｍの
ＳＵＳ３１６Ｌからなり、多数のガス供給用貫通孔を有
する波形の集電板を配置し、かつ互いに隣接する集電板
間、最上層の集電板上、および最下層の集電板下面にＳ
ＵＳ３１６Ｌからなるインターコネクタをそれぞれ配置
し、さらに前記電解質板の周縁部を前記エッジシール板
で挟持し、前記挟持部においてスプリング部材で前記エ
ッジシール板を押えることによって前述した図１に示す
構造で、ユニットセルが５つ積層された積層電池を組み
立てた。この積層電池を発電装置内に設置した。

【００５３】前記積層電池が設置された発電装置内に炭
酸ガス５０体積％、残部窒素からなるガスをパージガス
として流した。この後、通常の燃料電池の昇温手順に従
って、アノードと集電板とで形成された流路に燃料ガス
（Ｈ₂ ）に供給すると共に、カソードと集電板とで形成
された流路に酸化剤ガス（空気またはＣＯ₂ ）を供給
し、６５０℃の発電温度まで昇温することにより発電が
なされた。また、３ｋｇ／ｃｍ² の面圧を前記エッジシ
ール板に付加し、１５０ｍＡ／ｃｍ² で連続発電を実施
した。１０００時間毎に室温まで降温し、４５００時間
の発電を行った。合計４回の熱サイクルを加えた後の積
層電池の電圧を測定した。その結果、４．７Ｖと高い電
圧を取り出すことができた。

【００５４】発電試験後、積層電池を分解して酸化剤ガ
ス側集電板に付着している電解質量を測定した。その結
果、約０．７ｍｇ／ｃｍ² と極めて少量の電解質しか付
着されていないかった。

【００５５】また、前記酸化剤ガス側集電板の一部を切
り取り、断面をＥＰＭＡにより分析した。その結果、集
電板のＦｅ−Ｃｒ−Ｎｉ合金層の表面にＬｉ_0.4 Ｎｉ
_0.6 Ｆｅ₂ Ｏ₄ で表される厚さ２１μｍのニッケルフェ
ライト系の不定比複合酸化物層が形成されていることが
確認された。

【００５６】（実施例２）厚さ３００μｍのＳＵＳ３１
６Ｌの薄板の両面に４０重量％Ｆｅ−２５重量％Ｃｒ−
３５重量％Ｎｉからなる厚さ７０μｍの合金層をクラッ
ド法により形成した。この積層薄板に多数のガス供給用
貫通孔を開口し、波形に加工した後、所定の寸法に切り
出すことにより酸化剤ガス側集電板を作製した。この酸
化剤ガス側集電板を用いた以外、前述した図１に示す構
造で、実施例１と同様なユニットセルが５つ積層された
積層電池を組み立て、これを発電装置内に設置した。

【００５７】前記積層電池が設置された発電装置につい
て、実施例１と同様な連続発電を実施し、積層電池の電
圧を測定した。その結果、４．５Ｖと高い電圧を取り出
すことができた。

【００５８】発電試験後、積層電池を分解して酸化剤ガ
ス側集電板に付着している電解質量を測定した。その結
果、約０．６ｍｇ／ｃｍ² と極めて少量の電解質しか付
着されていないかった。

【００５９】また、前記酸化剤ガス側集電板の一部を切
り取り、断面をＥＰＭＡにより分析した。その結果、集
電板のＦｅ−Ｃｒ−Ｎｉ合金層の表面にＬｉ₂ ＮｉＦｅ
_1.5Ｏ₄ で表される厚さ２２μｍのニッケルフェライト
系の不定比複合酸化物層が形成されていることが確認さ
れた。

【００６０】（実施例３）厚さ２５０μｍのＳＵＳ３１
０Ｓの薄板の両面に３５重量％Ｆｅ−２５重量％Ｃｒ−
４０重量％Ｎｉからなる厚さ７μｍの合金層をクラッド
法により形成した。この積層薄板に多数のガス供給用貫
通孔を開口し、波形に加工した後、所定の寸法に切り出
すことにより酸化剤ガス側集電板を作製した。この酸化
剤ガス側集電板を用いた以外、前述した図１に示す構造
で、実施例１と同様なユニットセルが５つ積層された積
層電池を組み立て、これを発電装置内に設置した。

【００６１】前記積層電池が設置された発電装置につい
て、実施例１と同様な連続発電を実施し、積層電池の電
圧を測定した。その結果、４．２Ｖと高い電圧を取り出
すことができた。

【００６２】発電試験後、積層電池を分解して酸化剤ガ
ス側集電板に付着している電解質量を測定した。その結
果、約０．８ｍｇ／ｃｍ² と極めて少量の電解質しか付
着されていないかった。

【００６３】また、前記酸化剤ガス側集電板の一部を切
り取り、断面をＥＰＭＡにより分析した。その結果、集
電板のＦｅ−Ｃｒ−Ｎｉ合金層の表面にＬｉ_0.4 Ｎｉ
_0.6 Ｆｅ₂ Ｏ₄ で表される厚さ８μｍのニッケルフェラ
イト系の不定比複合酸化物層が形成されていることが確
認された。

【００６４】（実施例４）厚さ２５０μｍのＳＵＳ３１
０Ｓの薄板の両面に３５重量％Ｆｅ−２５重量％Ｃｒ−
４０重量％Ｎｉからなる厚さ２５０μｍの合金層をクラ
ッド法により形成した。この積層薄板に多数のガス供給
用貫通孔を開口し、波形に加工した後、所定の寸法に切
り出すことにより酸化剤ガス側集電板を作製した。この
酸化剤ガス側集電板を用いた以外、前述した図１に示す
構造で、実施例１と同様なユニットセルが５つ積層され
た積層電池を組み立て、これを発電装置内に設置した。

【００６５】前記積層電池が設置された発電装置につい
て、実施例１と同様な連続発電を実施し、積層電池の電
圧を測定した。その結果、４．１Ｖと高い電圧を取り出
すことができた。

【００６６】発電試験後、積層電池を分解して酸化剤ガ
ス側集電板に付着している電解質量を測定した。その結
果、約０．８ｍｇ／ｃｍ² と極めて少量の電解質しか付
着されていないかった。

【００６７】また、前記酸化剤ガス側集電板の一部を切
り取り、断面をＥＰＭＡにより分析した。その結果、集
電板のＦｅ−Ｃｒ−Ｎｉ合金層の表面にＬｉ_0.4 Ｎｉ
_0.6 Ｆｅ₂ Ｏ₄ で表される厚さ２０μｍのニッケルフェ
ライト系の不定比複合酸化物層が形成されていることが
確認された。

【００６８】（比較例１）厚さ３００μｍのＳＵＳ３１
６Ｌの薄板に多数のガス供給用貫通孔を開口し、波形に
加工した後、所定の寸法に切り出すことにより酸化剤ガ
ス側集電板を作製した。この酸化剤ガス側集電板を用い
た以外、前述した図１に示す構造で、実施例１と同様な
ユニットセルが５つ積層された積層電池を組み立て、こ
れを発電装置内に設置した。

【００６９】前記積層電池が設置された発電装置内に炭
酸ガス５０体積％、残部窒素からなるガスをパージガス
として流した。この後、通常の燃料電池の昇温手順に従
って、アノードと集電板とで形成された流路に燃料ガス
（Ｈ₂ ）に供給すると共に、カソードと集電板とで形成
された流路に酸化剤ガス（空気またはＣＯ₂ ）を供給
し、６５０℃の発電温度まで昇温することにより発電が
なされた。また、３ｋｇ／ｃｍ² の面圧を前記エッジシ
ール板に付加し、１５０ｍＡ／ｃｍ² で連続発電を実施
した。１０００時間毎に室温まで降温し、３３００時間
の発電を行った。合計３回の熱サイクルを加えた後の積
層電池の電圧を測定した。その結果、実施例１〜４に比
べて発電時間が短く、熱サイクル数が少ないにも拘らず
２．５Ｖと低い電圧しか取り出すことができなかった。

【００７０】発電試験後、積層電池を分解して酸化剤ガ
ス側集電板に付着している電解質量を測定した。その結
果、発電時間が３３００時間と短いにも拘らず約１．０
ｍｇ／ｃｍ² の量の電解質が付着されていた。

【００７１】また、前記酸化剤ガス側集電板の一部を切
り取り、断面をＥＰＭＡにより分析した。その結果、集
電板の表面にＬｉ₂ Ｆｅ₂ Ｏ₄ で表される厚さ４０μｍ
の酸化物層が形成されていることが確認された。したが
って、比較例１の集電板では前述した実施例１〜４のよ
うなニッケルフェライト系の不定比複合酸化物層は形成
されなかった。

【００７２】（比較例２）厚さ３００μｍのＳＵＳ３１
６Ｌの薄板の両面に厚さ５０μｍのＮｉ層をクラッド法
により形成した。この積層薄板に多数のガス供給用貫通
孔を開口し、波形に加工した後、所定の寸法に切り出す
ことにより酸化剤ガス側集電板を作製した。この酸化剤
ガス側集電板を用いた以外、前述した図１に示す構造
で、実施例１と同様なユニットセルが５つ積層された積
層電池を組み立て、これを発電装置内に設置した。

【００７３】前記積層電池が設置された発電装置内に炭
酸ガス５０体積％、残部窒素からなるガスをパージガス
として流した。この後、通常の燃料電池の昇温手順に従
って、アノードと集電板とで形成された流路に燃料ガス
（Ｈ₂ ）に供給すると共に、カソードと集電板とで形成
された流路に酸化剤ガス（空気またはＣＯ₂ ）を供給
し、６５０℃の発電温度まで昇温することにより発電が
なされた。また、３ｋｇ／ｃｍ² の面圧を前記エッジシ
ール板に付加し、１５０ｍＡ／ｃｍ² で連続発電を実施
した。１０００時間毎に室温まで降温し、３５００時間
の発電を行った。合計３回の熱サイクルを加えた後の積
層電池の電圧を測定した。その結果、実施例１〜４に比
べて発電時間が短く、熱サイクル数が少ないにも拘らず
３．０Ｖと低い電圧しか取り出すことができなかった。

【００７４】発電試験後、積層電池を分解して酸化剤ガ
ス側集電板に付着している電解質量を測定した。その結
果、発電時間が３５００時間と短いにも拘らず約２．１
ｍｇ／ｃｍ² の量の電解質が付着されていた。

【００７５】また、前記酸化剤ガス側集電板の一部を切
り取り、断面をＥＰＭＡにより分析した。その結果、集
電板の表面にＮｉＯで表される厚さ５５μｍの酸化物層
が形成されていることが確認された。したがって、比較
例２の集電板では前述した実施例１〜４のようなニッケ
ルフェライト系の不定比複合酸化物層は形成されなかっ
た。

【００７６】（比較例３）厚さ３００μｍのＳＵＳ３１
６Ｌの薄板の両面に５０重量％Ｆｅ−２０重量％Ｃｒ−
３０重量％Ｎｉからなる厚さ７０μｍの合金層をクラッ
ド法により形成した。この積層薄板に多数のガス供給用
貫通孔を開口し、波形に加工した後、所定の寸法に切り
出すことにより酸化剤ガス側集電板を作製した。この酸
化剤ガス側集電板を用いた以外、前述した図１に示す構
造で、実施例１と同様なユニットセルが５つ積層された
積層電池を組み立て、これを発電装置内に設置した。

【００７７】前記積層電池が設置された発電装置内に炭
酸ガス５０体積％、残部窒素からなるガスをパージガス
として流した。この後、通常の燃料電池の昇温手順に従
って、アノードと集電板とで形成された流路に燃料ガス
（Ｈ₂ ）に供給すると共に、カソードと集電板とで形成
された流路に酸化剤ガス（空気またはＣＯ₂ ）を供給
し、６５０℃の発電温度まで昇温することにより発電が
なされた。また、３ｋｇ／ｃｍ² の面圧を前記エッジシ
ール板に付加し、１５０ｍＡ／ｃｍ² で連続発電を実施
した。１０００時間毎に室温まで降温し、４３００時間
の発電を行った。合計４回の熱サイクルを加えた後の積
層電池の電圧を測定した。その結果、３．５Ｖと低い電
圧しか取り出すことができなかった。

【００７８】発電試験後、積層電池を分解して酸化剤ガ
ス側集電板に付着している電解質量を測定した。その結
果、約０．８ｍｇ／ｃｍ² の量の電解質が付着されてい
た。また、前記集電板の一部を切り取り、断面をＥＰＭ
Ａにより分析した。その結果、集電板のＦｅ−Ｃｒ−Ｎ
ｉ合金層の表面にＬｉＦｅ₂ Ｏ₄ で表される厚さ４５μ
ｍの酸化物層が形成されていることが確認された。した
がって、比較例３の集電板では前記Ｆｅ−Ｃｒ−Ｎｉ合
金層中のＦｅ成分が本発明の範囲（２３〜４５重量％）
より多く含まれいるため、前述した実施例１〜４のよう
なニッケルフェライト系の不定比複合酸化物層は形成さ
れなかった。

【００７９】（比較例４）厚さ３００μｍのＳＵＳ３１
６Ｌの薄板の両面に１５重量％Ｆｅ−１５重量％Ｃｒ−
７０重量％Ｎｉからなる厚さ７０μｍの合金層をクラッ
ド法により形成した。この積層薄板に多数のガス供給用
貫通孔を開口し、波形に加工した後、所定の寸法に切り
出すことにより酸化剤ガス側集電板を作製した。この酸
化剤ガス側集電板を用いた以外、前述した図１に示す構
造で、実施例１と同様なユニットセルが５つ積層された
積層電池を組み立て、これを発電装置内に設置した。

【００８０】前記積層電池が設置された発電装置内に炭
酸ガス５０体積％、残部窒素からなるガスをパージガス
として流した。この後、通常の燃料電池の昇温手順に従
って、アノードと集電板とで形成された流路に燃料ガス
（Ｈ₂ ）に供給すると共に、カソードと集電板とで形成
された流路に酸化剤ガス（空気またはＣＯ₂ ）を供給
し、６５０℃の発電温度まで昇温することにより発電が
なされた。また、３ｋｇ／ｃｍ² の面圧を前記エッジシ
ール板に付加し、１５０ｍＡ／ｃｍ² で連続発電を実施
した。１０００時間毎に室温まで降温し、４５００時間
の発電を行った。合計４回の熱サイクルを加えた後の積
層電池の電圧を測定した。その結果、３．７Ｖと低い電
圧しか取り出すことができなかった。

【００８１】発電試験後、積層電池を分解して酸化剤ガ
ス側集電板に付着している電解質量を測定した。その結
果、約１．７ｍｇ／ｃｍ² の量の電解質が付着されてい
た。また、前記酸化剤ガス側集電板の一部を切り取り、
断面をＥＰＭＡにより分析した。その結果、集電板のＦ
ｅ−Ｃｒ−Ｎｉ合金層の表面に厚さ７５μｍのＮｉＯか
らなる酸化物層が形成されていることが確認された。し
たがって、比較例４の集電板では前記Ｆｅ−Ｃｒ−Ｎｉ
合金層中のＦｅ成分が本発明の範囲（２３〜４５重量
％）より少ない量で含まれているため、前述した実施例
１〜４のようなニッケルフェライト系の不定比複合酸化
物層は形成されなかった。

【００８２】（実施例５）まず、ニッケル基合金の多孔
質体からなるアノードおよびカソードの間にＬｉＡｌＯ
₂ を主材料とする多孔質板に混合アルカリ炭酸塩（Ｌｉ
₂ ＣＯ₃ ；６２モル％、Ｋ₂ ＣＯ₃ ；３８モル％）を含
浸した構造の電解質板を配置してユニットセルを作製し
た。

【００８３】また、厚さ３００μｍのＳＵＳ３１０Ｓの
薄板に多数のガス供給用貫通孔を開口し、波形に加工し
た後、所定の寸法に切り出すことにより集電板を作製し
た。さらに、平均径が１０μｍのアルミニウム粉末７０
重量％、スチレン系のバインダ３０重量％をケトン系溶
剤で分散させたアルミニウムスラリーを、厚さ０．４ｍ
ｍのステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ）からなる薄板材の
表面に一定量塗布した後、前記溶剤を揮散して厚さ２０
０μｍのアルミニウム含有層を形成した。つづいて、薄
板材を３％の水素を含むアルゴン雰囲気の炉に設置し、
４９０℃の温度で１２時間熱処理することにより前記ア
ルミニウム含有層中のバインダを除去した。さらに、７
５０℃の温度まで昇温し、その温度にて５時間熱処理
し、１℃／分の降温速度で炉冷することにより前記薄板
材表面に厚さ２５μｍの耐食層が形成されたエッジシー
ル板を作製した。

【００８４】次いで、前記ユニットセルを５つ積層する
と共に、前記セルのカソードおよびアノード側に前記集
電板をそれぞれ配置し、かつ互いに隣接する集電板間、
最上層の集電板上、および最下層の集電板下面にＳＵＳ
３１０Ｓからなるインターコネクタをそれぞれ配置し、
さらに前記電解質板の周縁部を前記エッジシール板で挟
持し、前記挟持部においてスプリング部材で前記エッジ
シール板を押えることによって前述した図１に示す構造
で、ユニットセルが５つ積層された積層電池を組み立て
た。なお、前記酸化剤ガス側集電板は前記インターコネ
クタの平面と所定の部位で接触し、前記所定の部位は両
端で曲面を有し、金はんだは前記インターコネクタの平
面と前記集電板の所定の部位の曲面とで形成される空間
に置いた。このような積層電池を発電装置内に設置し
た。

【００８５】前記積層電池が設置された発電装置内に炭
酸ガス５０体積％、残部窒素からなるガスをパージガス
として流した。この後、通常の燃料電池の昇温手順に従
って、アノードと集電板とで形成された流路に燃料ガス
（Ｈ₂ ）に供給すると共に、カソードと集電板とで形成
された流路に酸化剤ガス（空気またはＣＯ₂ ）を供給
し、６５０℃の発電温度まで昇温することにより発電が
なされた。また、３ｋｇ／ｃｍ² の面圧を前記エッジシ
ール板に付加し、１５０ｍＡ／ｃｍ² で連続発電を実施
した。４００時間毎に室温まで降温し、２回の熱サイク
ルを掛けて１０００時間経過させた。この間の内部抵抗
を下記表１に示す。

【００８６】（実施例６）波形の酸化剤ガス側集電板
は、インターコネクタの平面と所定の部位で接触し、前
記所定の部位は両端で曲面を有する。Ａｌ−Ｓｉろう線
は、前記インターコネクタの平面と前記集電板の所定の
部位の曲面とで形成される空間に置いた。なお、前記集
電板は厚さ３００μｍのＳＵＳ３１０Ｓからなり、前記
インターコネクタはＳＵＳ３１０Ｓからなる。このよう
な集電板およびインターコネクタを用いた以外、前述し
た図１に示す構造で、実施例５と同様なユニットセルが
５つ積層された積層電池を組み立て、これを発電装置内
に設置した。

【００８７】前記積層電池が設置された発電装置につい
て、実施例５と同様に１０００時間の連続発電を実施し
た。この間の内部抵抗を下記表１に示す。（実施例７）波形の酸化剤ガス側集電板は、インターコ
ネクタの平面と所定の部位で接触し、前記所定の部位は
両端で曲面を有する。Ａｇろう線は、前記インターコネ
クタの平面と前記集電板の所定の部位の曲面とで形成さ
れる空間に置いた。なお、前記集電板は厚さ３００μｍ
のＳＵＳ３１０Ｓからなり、前記インターコネクタはＳ
ＵＳ３１０Ｓからなる。このような集電板およびインタ
ーコネクタを用いた以外、前述した図１に示す構造で、
実施例５と同様なユニットセルが５つ積層された積層電
池を組み立て、これを発電装置内に設置した。

【００８８】前記積層電池が設置された発電装置につい
て、実施例５と同様に１０００時間の連続発電を実施し
た。この間の内部抵抗を下記表１に示す。（実施例８）波形の酸化剤ガス側集電板は、インターコ
ネクタの平面と所定の部位で接触し、前記所定の部位は
両端で曲面を有する。ＺｎＯ−Ｂ₂ Ｏ₃ （低融点ガラ
ス）粉末は、前記インターコネクタの平面と前記集電板
の所定の部位の曲面とで形成される空間に撒かれた。な
お、前記集電板は厚さ３００μｍのＳＵＳ３１０Ｓから
なり、前記インターコネクタはＳＵＳ３１０Ｓからな
る。このような集電板およびインターコネクタを用いた
以外、前述した図１に示す構造で、実施例５と同様なユ
ニットセルが５つ積層された積層電池を組み立て、これ
を発電装置内に設置した。

【００８９】前記積層電池が設置された発電装置につい
て、実施例５と同様に１０００時間の連続発電を実施し
た。この間の内部抵抗を下記表１に示す。（実施例９）波形の酸化剤ガス側集電板は、インターコ
ネクタの平面と所定の部位で接触し、前記所定の部位は
両端で曲面を有する。金ろう線は、前記インターコネク
タの平面と前記集電板の所定の部位の曲面とで形成され
る空間に置かれた。これをセル外で２ｋｇ／ｃｍ² の面
圧を加えて９１０℃、１０分間熱処理して予め前記空間
に金ろうを充填した。なお、前記集電板は厚さ３００μ
ｍのＳＵＳ３１０Ｓからなり、前記インターコネクタは
ＳＵＳ３１０Ｓからなる。このような集電板およびイン
ターコネクタを用いた以外、前述した図１に示す構造
で、実施例５と同様なユニットセルが５つ積層された積
層電池を組み立て、これを発電装置内に設置した。

【００９０】前記積層電池が設置された発電装置につい
て、実施例５と同様に１０００時間の連続発電を実施し
た。この間の内部抵抗を下記表１に示す。（実施例１０）波形の酸化剤ガス側集電板は、インター
コネクタの平面と所定の部位で接触し、前記所定の部位
は両端で曲面を有する。パラジウムろう線は、前記イン
ターコネクタの平面と前記集電板の所定の部位の曲面と
で形成される空間に置かれた。これをセル外で２ｋｇ／
ｃｍ² の面圧を加えて９００℃、１０分間熱処理して予
め前記空間にＢＰｄ−２パラジウムろうを充填した。な
お、前記集電板は厚さ３００μｍのＳＵＳ３１０Ｓから
なり、前記インターコネクタはＳＵＳ３１０Ｓからな
る。このような集電板およびインターコネクタを用いた
以外、前述した図１に示す構造で、実施例５と同様なユ
ニットセルが５つ積層された積層電池を組み立て、これ
を発電装置内に設置した。

【００９１】前記積層電池が設置された発電装置につい
て、実施例５と同様に１０００時間の連続発電を実施し
た。この間の内部抵抗を下記表１に示す。（比較例６）厚さ３００μｍのＳＵＳ３１０Ｓからなる
波形の酸化剤ガス側集電板とＳＵＳ３１０Ｓからなるイ
ンターコネクタとを単に積層した以外、前述した図１に
示す構造で、実施例５と同様なユニットセルが５つ積層
された積層電池を組み立て、これを発電装置内に設置し
た。

【００９２】前記積層電池が設置された発電装置につい
て、実施例５と同様に１０００時間の連続発電を実施し
た。この間の内部抵抗を下記表１に示す。（比較例７）厚さ３００μｍのＳＵＳ３１０Ｓからなる
波形の酸化剤ガス側集電板とＳＵＳ３１０Ｓからなるイ
ンターコネクタを積層し、前記集電板凸部とインターコ
ネクタの接触面に金ろう箔を挟んだ。これを９１０℃で
炉中にてろう付けした。このような集電板およびインタ
ーコネクタを用いた以外、前述した図１に示す構造で、
実施例５と同様なユニットセルが５つ積層された積層電
池を組み立て、これを発電装置内に設置した。

【００９３】前記積層電池が設置された発電装置につい
て、実施例５と同様に１０００時間の連続発電を実施し
た。この間の内部抵抗を下記表１に示す。（比較例８）ＳＵＳ３１０Ｓからなる１２５ｍｍ角の酸
化剤ガス側集電板とＳＵＳ３１０Ｓからなるインターコ
ネクタを積層し、前記集電板凸部とインターコネクタの
接触面にＮｉろう箔を挟んだ。これを１０００℃で炉中
にてろう付けした。このような集電板およびインターコ
ネクタを用いた以外、前述した図１に示す構造で、実施
例５と同様なユニットセルが５つ積層された積層電池を
組み立て、これを発電装置内に設置した。

【００９４】前記積層電池が設置された発電装置につい
て、実施例５と同様に１０００時間の連続発電を実施し
た。この間の内部抵抗を下記表１に示す。表１バリア材内部抵抗増加ｍΩ・ｃｍ² 実施例５金はんだ９実施例６Ａｌ−Ｓｉろう１３実施例７銀ろう１４実施例８ＺｎＯ−Ｂ₂ Ｏ₃ １６実施例９金ろう２６実施例10 パラジウムろう２８比較例６なし１１２比較例７なし＊６３比較例８なし＊＊９６＊：集電板とインターコネクタの接触面に金ろう付＊＊：集電板とインターコネクタの接触面にＮｉろう付前記表１から明らかなように実施例５〜１０の燃料電池
では、２回の熱サイクルを含む１０００時間の運転後も
抵抗増加は３０ｍΩ・ｃｍ² 以下に治まっている。特
に、バリア材の融点が燃料電池の作動温度より低い実施
例５〜８においては抵抗増加が２０ｍΩ・ｃｍ² 以下で
あり、電池の内部抵抗増加を十分に抑制できることがわ
かる。

【００９５】これに対し、比較例６〜８の燃料電池にお
いては、２回の熱サイクルを含む１０００時間の運転後
の抵抗増加が６０ｍΩ・ｃｍ² 以上であり、電池の性能
劣化が著しいことがわかる。

【００９６】（実施例１１）まず、ニッケル基合金の多
孔質体からなるアノードおよびカソードの間にＬｉＡｌ
Ｏ₂ を主材料とする多孔質板に混合アルカリ炭酸塩（Ｌ
ｉ₂ ＣＯ₃ ；６２モル％、Ｋ₂ ＣＯ₃ ；３８モル％）を
含浸した構造の電解質板を配置してユニットセルを作製
した。

【００９７】また、厚さ２５０μｍのＳＵＳ３１０Ｓの
薄板の片面に３５重量％Ｆｅ−２５重量％Ｃｒ−４０重
量％Ｎｉからなる厚さ５０μｍの合金層をクラッド法に
より形成した。この積層薄板に多数のガス供給用貫通孔
を開口し、波形に加工した後、所定寸法に切り出すこと
により前述した図３に示すように複数の波２３を有する
形状の酸化剤ガス側集電板を作製した。すなわち、得ら
れた前記集電板は図３に示すようにカソードと接する第
１面２１および前記インターコネクタ８と接する第２面
２２を有し、前記第１面２１の前記カソード側は前記合
金層が被覆されている。前記第１面２１の幅Ｗ₁ は、前
記第２面２２の幅Ｗ₂ より広く、かつ前記第１面２１の
端部は互いに接触されている。前記第１面２１には、複
数のガス供給用貫通孔２４が開口されている。また、前
記第１面２１はカソードに向かって円弧状に膨らまされ
ている。なお、前記第１面２１において電極に向かって
円弧状に突出した高さを５０μｍ、その幅を１５ｍｍに
した。

【００９８】さらに、平均径が１０μｍのアルミニウム
粉末７０重量％、スチレン系のバインダ３０重量％をケ
トン系溶剤で分散させたアルミニウムスラリーを、厚さ
０．４ｍｍのステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ）からなる
薄板材の表面に一定量塗布した後、前記溶剤を揮散して
厚さ２００μｍのアルミニウム含有層を形成した。つづ
いて、薄板材を３％の水素を含むアルゴン雰囲気の炉に
設置し、４９０℃の温度で１２時間熱処理することによ
り前記アルミニウム含有層中のバインダを除去した。さ
らに、７５０℃の温度まで昇温し、その温度にて５時間
熱処理し、１℃／分の降温速度で炉冷することにより前
記薄板材表面に厚さ２５μｍの耐食層が形成されたエッ
ジシール板を作製した。

【００９９】次いで、前記ユニットセルを５つ積層する
と共に、前記セルのカソード側に前記酸化剤ガス側集電
板を配置し、前記セルのアノード側に厚さ３００μｍの
インコネル６００からなり、多数のガス供給用貫通孔を
有する波形の集電板を配置し、かつ互いに隣接する集電
板間、最上層の集電板上、および最下層の集電板下面に
ＳＵＳ３１６Ｌからなるインターコネクタをそれぞれ配
置し、さらに前記電解質板の周縁部を前記エッジシール
板で挟持し、前記挟持部においてスプリング部材で前記
エッジシール板を押えることによって前述した図１に示
す構造で、ユニットセルが５つ積層された積層電池を組
み立てた。この積層電池を発電装置内に設置した。

【０１００】前記積層電池が設置された発電装置内に炭
酸ガス５０体積％、残部窒素からなるガスをパージガス
として流した。この後、通常の燃料電池の昇温手順に従
って、アノードと集電板とで形成された流路に燃料ガス
（Ｈ₂ ）に供給すると共に、カソードと集電板とで形成
された流路に酸化剤ガス（空気またはＣＯ₂ ）を供給
し、６５０℃の発電温度まで昇温することにより発電が
なされた。また、３ｋｇ／ｃｍ² の面圧を前記エッジシ
ール板に付加し、１５０ｍＡ／ｃｍ² で発電を実施し
た。その結果、１５０００時間に亘って連続稼働させた
時の出力は４．７Ｖを示した。

【０１０１】（比較例９）厚さ２５０μｍのＳＵＳ３１
０Ｓの薄板に多数のガス供給用貫通孔を開口し、波形に
加工した後、所定寸法に切り出すことにより酸化剤ガス
側集電板を作製した。すなわち、得られた前記集電板は
カソードと接する第１面およびインターコネクタと接す
る第２面を有し、前記第１面の前記カソード側は前記合
金層が被覆されている。前記第１面の幅Ｗ₁ は、前記第
２面の幅Ｗ₂ より広く、かつ前記第１面の端部は互いに
接触されている。前記第１面２１は、平坦でかつ複数の
ガス供給用貫通孔が開口された形状を有する。このよう
な酸化剤ガス側集電板を用いた以外、前述した図１に示
す構造で、実施例１１と同様なユニットセルが５つ積層
された積層電池を組み立て、これを発電装置内に設置し
た。

【０１０２】前記積層電池が設置された発電装置内に炭
酸ガス５０体積％、残部窒素からなるガスをパージガス
として流した。この後、通常の燃料電池の昇温手順に従
って、アノードと集電板とで形成された流路に燃料ガス
（Ｈ₂ ）に供給すると共に、カソードと集電板とで形成
された流路に酸化剤ガス（空気またはＣＯ₂ ）を供給
し、６５０℃の発電温度まで昇温することにより発電が
なされた。また、３ｋｇ／ｃｍ² の面圧を前記エッジシ
ール板に付加し、１５０ｍＡ／ｃｍ² で発電を実施し
た。その結果、１４０００時間の連続稼働させた時の出
力は２．０Ｖを低い値しか示さなかった。

【０１０３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、優
れた電気伝導性を有し、電解質の引き込みが少なく耐食
性の優れた不定比複合酸化物層が表面に形成され、さら
に昇降温の熱サイクルを受けてもカソードと良好に密着
された酸化剤ガス側集電板を備えた高性能、長寿命の溶
融炭酸塩型燃料電池を提供できる。

【０１０４】また、本発明によれば酸化剤ガス側集電板
とインターコネクタとの接触部の腐食を防止して、それ
らの接触面積を初期状態（電池組み込み時の状態）に維
持できる、前記集電板とインターコネクタとの間の電気
抵抗の増大が抑制された長寿命の溶融炭酸塩型燃料電池
を提供できる。

【０１０５】さらに、本発明によれば１００００時間以
上の長時間に亘って稼働させても、電極と良好に密着し
た集電板を備えた高性能の溶融炭酸塩型燃料電池を提供
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる溶融炭酸塩型燃料電池の一例を
示す断面図。

【図２】燃料電池を構成する酸化剤側集電板とインター
コネクタとの接触部にバリア材を充填した状態を示す断
面図。

【図３】別の形態の集電板を示す斜視図。

【符号の説明】

１…電解質板、２…アノード、３…カソード、４、５…
集電板、８…インターコネクタ、１３…バリア材、２１
…第１面、２２…第２面、２４…ガス供給用貫通孔。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中川和明神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者富松師浩神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝研究開発センター内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】多孔質体に炭酸塩を含浸して形成された
電解質板と、この電解質板の両面に配置されたカソード
およびアノードとからなるセルユニット；前記セルユニ
ットの前記アノード表面および前記カソード表面にそれ
ぞれ配置された波形状を有する集電板；および前記集電
板表面にそれぞれ配置されたインターコネクタ；を具備
し、前記カソード側の前記集電板は、オーステナイト系ステ
ンレス鋼からなる集電体本体と、少なくとも前記カソー
ドと接する前記集電体本体表面に被覆されたＦｅ２３〜
４５重量％、Ｃｒ１２〜２７重量％、残部Ｎｉおよび不
可避的不純物１重量％以下の組成を有するＦｅ−Ｃｒ−
Ｎｉ合金層と、前記合金層表面に形成されたニッケルフ
ェライト系の不定比複合酸化物層とからなることを特徴
とする溶融炭酸塩型燃料電池。
【請求項２】前記ニッケルフェライト系の不定比複合
酸化物層は、スピネル型構造を有することを特徴とする
請求項１記載の溶融炭酸塩型燃料電池。
【請求項３】前記ニッケルフェライト系の不定比複合
酸化物層は、Ｎｉ_1-x Ｆｅ_2-y Ｏ₄ 、ここでｘ、ｙは０
＜ｘ＜０．８５、−０．５ｙ＜１．０、０＜ｘ＋ｙであ
る、で表されることを特徴とする請求項１記載の溶融炭
酸塩型燃料電池。
【請求項４】前記ニッケルフェライト系の不定比複合
酸化物層は、リチウムが侵入もしくは置換された形態を
有することを特徴とする請求項１記載の溶融炭酸塩型燃
料電池。
【請求項５】多孔質体に炭酸塩を含浸して形成された
電解質板と、この電解質板の両面に配置されたカソード
およびアノードとからなるセルユニット；前記セルユニ
ットの前記アノード表面および前記カソード表面にそれ
ぞれ配置された波形状を有する集電板；および前記集電
板表面にそれぞれ配置されたインターコネクタ；を具備
し、前記カソード側の集電板は、前記インターコネクタの平
面と所定の部位で接触し、前記部位は両端に曲面を有
し、かつバリア材は前記インターコネクタの平面と前記
集電板の部位の曲面との間で形成される空間に充填され
ていることを特徴とする溶融炭酸塩型燃料電池。
【請求項６】前記バリア材は、燃料電池の作動温度よ
り融点の低い導電材料からなることを特徴とする請求項
５記載の溶融炭酸塩型燃料電池。
【請求項７】前記バリア材は、電解質の融点より低い
融点を有する導電材料からなることを特徴とする請求項
５記載の溶融炭酸塩型燃料電池。
【請求項８】前記バリア材は、低融点ガラスからなる
ことを特徴とする請求項５記載の溶融炭酸塩型燃料電
池。
【請求項９】多孔質体に炭酸塩を含浸して形成された
電解質板と、この電解質板の両面に配置された一対の電
極とからなるセルユニット；前記セルユニットの前記各
電極の表面にそれぞれ配置された波形状を有する集電
板；および前記集電板表面にそれぞれ配置されたインタ
ーコネクタ；を具備し、前記波形状の集電板は、前記電極と接する第１面および
前記インターコネクタと接する第２面を有し、前記第１
面の幅は前記第２面の幅より広く、かつ前記第１面は複
数のガス供給用貫通孔が開口され、さらに前記第１面は
前記電極に向かって円弧状に膨らんでいることを特徴と
する溶融炭酸塩型燃料電池。
【請求項１０】前記集電体の第１面は、幅方向のミリ
メータ当たり前記電極に向かう突出高さが０．２〜３０
μｍであることを特徴とする請求項９記載の溶融炭酸塩
型燃料電池。