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JP7366090B2 - Method of manufacturing the composite - Google Patents
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Description

本明細書によって開示される技術は、複合体の製造方法に関する。 The technology disclosed herein relates to a method for manufacturing a composite.

水素と酸素との電気化学反応を利用して発電を行う燃料電池の種類の1つとして、固体電解質層を備える燃料電池(以下、「SOFC」という)が知られている。SOFCの最小構成単位である燃料電池単セル(以下、単に「単セル」という)は、電解質層と、電解質層を挟んで所定の方向(以下、「第1の方向」という)に互いに対向する空気極および燃料極とを含む。 A fuel cell including a solid electrolyte layer (hereinafter referred to as "SOFC") is known as one type of fuel cell that generates power using an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. A fuel cell single cell (hereinafter simply referred to as a "single cell"), which is the smallest structural unit of SOFC, faces an electrolyte layer in a predetermined direction (hereinafter referred to as "first direction") with the electrolyte layer in between. It includes an air electrode and a fuel electrode.

SOFCの製造方法には、例えば電解質層に対して、スクリーン印刷を行うことにより、空気極や燃料極(以下、「電極層」という)となる印刷パターンを形成する工程が含まれる。この工程において、印刷パターンの周縁部が盛り上がる、いわゆるサドル現象が発生することがある。サドル現象が生じた印刷パターンを焼成すると、周縁部に中央部よりも盛り上がった凸部を有する電極層が形成される。このような凸部を有する電極層を備える単セルを複数用いて燃料電池スタックを構成すると、電極層の凸部が他の部材(例えば集電部材)に押圧されることにより過度に応力が集中し、その結果、例えば単セル等が損傷するおそれがある。 The SOFC manufacturing method includes a step of forming a printed pattern that will become an air electrode or a fuel electrode (hereinafter referred to as an "electrode layer") by, for example, screen printing an electrolyte layer. In this process, the so-called saddle phenomenon, in which the peripheral edge of the printed pattern swells, may occur. When the printed pattern in which the saddle phenomenon has occurred is fired, an electrode layer having convex portions on the periphery that are higher than the center portion is formed. When a fuel cell stack is constructed using a plurality of single cells each having an electrode layer having such a convex portion, stress may be excessively concentrated due to the convex portion of the electrode layer being pressed against another member (for example, a current collecting member). However, as a result, there is a risk that, for example, a single cell or the like may be damaged.

そこで、従来から、スクリーン印刷により印刷パターンを形成して焼成した後に、印刷パターンの表面をレーザ加工によって研削して上記凸部を除去する技術が知られている(例えば特許文献1参照)。 Therefore, a technique is conventionally known in which a printed pattern is formed by screen printing and fired, and then the surface of the printed pattern is ground by laser processing to remove the convex portions (for example, see Patent Document 1).

特開2015-84281号公報Japanese Patent Application Publication No. 2015-84281

レーザ加工により凸部を切削する従来の技術では、例えば、レーザ加工に要する時間分だけSOFCの製造時間が長期化したり、レーザ加工時に発生する研削屑の付着等による単セルの品質低下を招いたりするなどの問題を生じるおそれがある、そのため、この従来の技術の代替技術、あるいは、この従来の技術と併用して使用される技術の開発など、更なる改良の余地があった。 With the conventional technology of cutting convex parts by laser processing, for example, the manufacturing time of the SOFC becomes longer due to the time required for laser processing, and the quality of the single cell deteriorates due to adhesion of grinding debris generated during laser processing. Therefore, there is room for further improvement, such as the development of an alternative technology to this conventional technique or a technique that can be used in combination with this conventional technique.

なお、このような課題は、水の電気分解反応を利用して水素の生成を行う固体酸化物形の電解セル(以下、「SOEC」という。)の構成単位である電解単セルにも共通の課題である。なお、本明細書では、燃料電池単セルと電解単セルとをまとめて電気化学反応単セルと呼ぶ。また、このような問題は、電極層となる印刷パターンを形成する場合に限らず、電気化学反応単セルを、少なくとも含む複合体の構成要素となる印刷パターンを形成する場合にも共通の課題である。 These issues are also common to single electrolytic cells, which are the constituent units of solid oxide electrolytic cells (hereinafter referred to as "SOEC"), which generate hydrogen using the electrolysis reaction of water. This is a challenge. Note that, in this specification, a single fuel cell cell and a single electrolytic cell are collectively referred to as an electrochemical reaction single cell. In addition, such problems are common not only when forming a printed pattern that becomes an electrode layer, but also when forming a printed pattern that becomes a component of a composite that includes at least an electrochemical reaction single cell. be.

本明細書では、上述した課題の少なくとも一部を解決することが可能な技術を開示する。 This specification discloses a technique that can solve at least part of the above-mentioned problems.

本明細書に開示される技術は、例えば、以下の形態として実現することが可能である。 The technology disclosed in this specification can be realized, for example, as the following form.

(1)本明細書に開示される複合体の製造方法は、固体電解質層と、前記固体電解質層を挟んで互いに対向する空気極および燃料極と、を備える電気化学反応単セルを、少なくとも含む複合体の製造方法において、少なくとも一部に平坦状の表面を有する下地部材を準備する工程と、前記下地部材を、前記下地部材の前記平坦状の表面における所定の印刷領域の周縁部の位置が前記印刷領域の中央部の位置より高い変形姿勢にする工程と、前記変形姿勢の前記下地部材における前記印刷領域に対して、スクリーン印刷を行うことにより、前記下地部材の前記印刷領域に前記複合体の一部を構成する所定の印刷パターンを形成する工程と、を含む。 (1) The method for manufacturing a composite disclosed herein includes at least an electrochemical reaction single cell including a solid electrolyte layer, and an air electrode and a fuel electrode facing each other with the solid electrolyte layer in between. In the method for manufacturing a composite, the step of preparing a base member having a flat surface at least in part; The step of setting the printing area in a deformed position higher than the central position of the printing area, and performing screen printing on the printing area of the base member in the deformed position, allows the composite material to be applied to the printing area of the base member. forming a predetermined printing pattern forming a part of the printing pattern.

本複合体の製造方法では、下地部材が、該下地部材における印刷領域の周縁部の位置が印刷領域の中央部の位置より高い変形姿勢にされる。そして、その変形姿勢の下地部材における印刷領域に対してスクリーン印刷が行われ、所定の印刷パターンが下地部材における印刷領域に形成される。その結果、印刷パターンの周縁部に、いわゆるサドル現象が発生し得る。しかし、印刷パターンが形成された下地部材が変形姿勢から変形前の姿勢に復帰すると、それに伴って、印刷パターンの周縁部の高さが低くなる。したがって、本複合体の製造方法によれば、サドル現象に起因する印刷パターンの周縁部の盛り上がりの影響が抑制された複合体を製造することができる。 In the present method for manufacturing a composite, the base member is brought into a deformed position in which the peripheral edge of the print area on the base member is higher than the center of the print area. Then, screen printing is performed on the printing area on the base member in the deformed position, and a predetermined printing pattern is formed on the printing area on the base member. As a result, a so-called saddle phenomenon may occur at the periphery of the printed pattern. However, when the base member on which the printed pattern is formed returns from the deformed position to the pre-deformed position, the height of the peripheral edge of the printed pattern decreases accordingly. Therefore, according to the present method for manufacturing a composite, it is possible to manufacture a composite in which the influence of the swelling of the peripheral edge of the printed pattern caused by the saddle phenomenon is suppressed.

(2)上記複合体の製造方法において、前記下地部材を、平坦状の配置面上に配置し、かつ、前記下地部材と、前記配置面との間にスペーサを挟むことにより、前記変形姿勢にする構成としてもよい。本複合体の製造方法によれば、スペーサを用いるという比較的に簡単な方法により、下地部材を変形姿勢にすることができる。 (2) In the above method for manufacturing a composite, the base member is arranged on a flat arrangement surface, and a spacer is sandwiched between the base member and the arrangement surface, so that the deformed posture is achieved. It is also possible to have a configuration in which According to the method for manufacturing the present composite body, the base member can be brought into a deformed position by a relatively simple method of using a spacer.

(3)上記複合体の製造方法において、鉛直方向視で、前記スペーサの少なくとも一部は、前記下地部材のうち前記印刷領域の前記周縁部に重なっており、前記スペーサの水平方向の幅は4mm以上、10mm以下であり、前記スペーサの鉛直方向の厚さは0.05mm以上、0.1mm以下である構成としてもよい。本複合体の製造方法によれば、変形姿勢の下地部材における印刷領域を比較的に緩やかな曲面にすることができる。このため、変形姿勢の下地部材に与える負荷が低減され、例えば下地部材の損傷等を抑制することができる。 (3) In the method for manufacturing a composite, at least a portion of the spacer overlaps with the peripheral edge of the printing area of the base member, and the width of the spacer in the horizontal direction is 4 mm when viewed in the vertical direction. The thickness may be 10 mm or less, and the vertical thickness of the spacer may be 0.05 mm or more and 0.1 mm or less. According to the method for manufacturing the present composite, the printing area on the base member in the deformed position can be made into a relatively gently curved surface. Therefore, the load applied to the base member in the deformed state is reduced, and for example, damage to the base member can be suppressed.

(4)上記複合体の製造方法において、前記変形姿勢の前記下地部材の外周側に、前記スクリーン印刷の際に用いられるスクリーン印刷板に面接触する受け面を有する補助部材を配置した状態で、前記下地部材における前記印刷領域に対して前記スクリーン印刷を行う構成としてもよい。本複合体の製造方法では、スクリーン印刷において、変形姿勢の前記下地部材の外周側に配置された補助部材の受け面が、スクリーン印刷板に面接触するため、スクリーン印刷板からの押圧力が該受け面に分散される。これにより、本複合体の製造方法によれば、スクリーン印刷板からの押圧力が変形姿勢の下地部材に集中して損傷することを抑制することができる。 (4) In the method for manufacturing the composite, an auxiliary member having a receiving surface that makes surface contact with the screen printing plate used in the screen printing is arranged on the outer peripheral side of the base member in the deformed posture, The screen printing may be performed on the printing area on the base member. In the manufacturing method of this composite, in screen printing, the receiving surface of the auxiliary member disposed on the outer peripheral side of the base member in a deformed posture comes into surface contact with the screen printing plate, so that the pressing force from the screen printing plate is applied to the screen printing plate. distributed on the receiving surface. Thereby, according to the method for manufacturing the present composite, it is possible to prevent the pressing force from the screen printing plate from concentrating on the base member in the deformed position and damaging it.

(5)上記複合体の製造方法において、前記印刷パターンが形成された前記下地部材を焼成する工程を含み、その焼成後、前記下地部材が変形前の姿勢に復帰した状態の前記印刷パターンの前記中央部と前記周縁部との高低差は±5μm以内であるとしてもよい。本複合体の製造方法によれば、焼成後、下地部材が変形前の姿勢に復帰した状態の印刷パターンの中央部と周縁部との高低差が±5μm以内でない場合に比べて、サドル現象に起因する印刷パターンの周縁部の盛り上がりの影響が、より効果的に抑制される。 (5) The method for manufacturing a composite body includes the step of firing the base member on which the printed pattern is formed, and after the firing, the base member has returned to its pre-deformation position. The height difference between the central portion and the peripheral portion may be within ±5 μm. According to the manufacturing method of the present composite, the saddle phenomenon is less likely to occur than when the difference in height between the central part and the peripheral part of the printed pattern is not within ±5 μm when the underlying member has returned to its pre-deformation position after firing. The influence of the resulting swelling of the peripheral edge of the printed pattern is more effectively suppressed.

なお、本明細書に開示される技術は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、電気化学反応単セル(燃料電池単セルまたは電解単セル)、電気化学反応単セルを有する電気化学反応単位を複数備える電気化学反応セルスタック(燃料電池スタックまたは電解セルスタック)、それらの製造方法等の形態で実現することが可能である。 Note that the technology disclosed in this specification can be realized in various forms, for example, an electrochemical reaction single cell (a fuel cell single cell or an electrolytic single cell), an electric cell having an electrochemical reaction single cell, etc. It can be realized in the form of an electrochemical reaction cell stack (fuel cell stack or electrolytic cell stack) including a plurality of chemical reaction units, a method for manufacturing them, and the like.

実施形態における燃料電池スタック100の外観構成を示す斜視図A perspective view showing the external configuration of a fuel cell stack 100 in an embodiment. 図1のII-IIの位置における燃料電池スタック100のXZ断面構成を示す説明図An explanatory diagram showing the XZ cross-sectional configuration of the fuel cell stack 100 at the II-II position in FIG. 図1のIII-IIIの位置における燃料電池スタック100のYZ断面構成を示す説明図An explanatory diagram showing the YZ cross-sectional configuration of the fuel cell stack 100 at the position III-III in FIG. 図2に示す断面と同一の位置における互いに隣接する2つの発電単位102のXZ断面構成を示す説明図An explanatory diagram showing the XZ cross-sectional configuration of two power generation units 102 adjacent to each other at the same position as the cross section shown in FIG. 図3に示す断面と同一の位置における互いに隣接する2つの発電単位102のYZ断面構成を示す説明図An explanatory diagram showing a YZ cross-sectional configuration of two mutually adjacent power generation units 102 at the same position as the cross section shown in FIG. 3 本実施形態におけるスクリーン印刷で使用される支持部材200とスペーサ300と補助部材400とを示す説明図An explanatory diagram showing a support member 200, a spacer 300, and an auxiliary member 400 used in screen printing in this embodiment ハーフセル110Pに印刷パターン114Pを形成するための工程を示す説明図Explanatory diagram showing a process for forming a print pattern 114P on a half cell 110P 補助部材400の有無によるハーフセル110Pへの負荷の大きさの違いを説明するための模式図Schematic diagram for explaining the difference in the magnitude of the load on the half cell 110P depending on the presence or absence of the auxiliary member 400 性能評価結果を示す説明図Explanatory diagram showing performance evaluation results

A.実施形態:
A-1.構成:
(燃料電池スタック100の構成)
図1は、本実施形態における燃料電池スタック100の外観構成を示す斜視図であり、図2は、図1のII-IIの位置における燃料電池スタック100のXZ断面構成を示す説明図であり、図3は、図1のIII-IIIの位置における燃料電池スタック100のYZ断面構成を示す説明図である。各図には、方向を特定するための互いに直交するXYZ軸が示されている。本明細書では、便宜的に、Z軸正方向を上方向と呼び、Z軸負方向を下方向と呼ぶものとするが、燃料電池スタック100は実際にはそのような向きとは異なる向きで設置されてもよい。図4以降についても同様である。なお、上下方向は、特許請求の範囲における第1の方向の一例である。
A. Embodiment:
A-1. composition:
(Configuration of fuel cell stack 100)
FIG. 1 is a perspective view showing an external configuration of a fuel cell stack 100 in this embodiment, and FIG. 2 is an explanatory diagram showing an XZ cross-sectional configuration of the fuel cell stack 100 at a position II-II in FIG. FIG. 3 is an explanatory diagram showing a YZ cross-sectional configuration of the fuel cell stack 100 at the position III-III in FIG. Each figure shows mutually orthogonal XYZ axes for specifying directions. In this specification, for convenience, the positive Z-axis direction will be referred to as the upward direction, and the negative Z-axis direction will be referred to as the downward direction, but the fuel cell stack 100 is actually oriented in a different direction. may be installed. The same applies to FIG. 4 and subsequent figures. Note that the vertical direction is an example of a first direction in the claims.

燃料電池スタック100は、複数の(本実施形態では7つの)発電単位102と、一対のエンドプレート104,106とを備える。7つの発電単位102は、所定の配列方向(本実施形態では上下方向)に並べて配置されている。一対のエンドプレート104,106は、7つの発電単位102から構成される集合体を上下から挟むように配置されている。 The fuel cell stack 100 includes a plurality (seven in this embodiment) of power generation units 102 and a pair of end plates 104 and 106. The seven power generation units 102 are arranged in a predetermined arrangement direction (vertical direction in this embodiment). A pair of end plates 104 and 106 are arranged so as to sandwich an assembly composed of seven power generation units 102 from above and below.

燃料電池スタック100を構成する各層(発電単位102、エンドプレート104,106)のZ軸方向回りの周縁部には、上下方向に貫通する複数の(本実施形態では8つの)孔が形成されており、各層に形成され互いに対応する孔同士が上下方向に連通して、一方のエンドプレート104から他方のエンドプレート106にわたって上下方向に延びる連通孔108を構成している。以下の説明では、連通孔108を構成するために燃料電池スタック100の各層に形成された孔も、連通孔108と呼ぶ場合がある。 A plurality of holes (eight in this embodiment) that penetrate in the vertical direction are formed in the peripheral edge of each layer (power generation unit 102, end plates 104, 106) that constitutes the fuel cell stack 100 around the Z-axis direction. The corresponding holes formed in each layer communicate with each other in the vertical direction to form a communication hole 108 extending in the vertical direction from one end plate 104 to the other end plate 106. In the following description, the holes formed in each layer of the fuel cell stack 100 to constitute the communication holes 108 may also be referred to as the communication holes 108.

各連通孔108には上下方向に延びるボルト22が挿通されており、ボルト22とボルト22の両側に嵌められたナット24とによって、燃料電池スタック100は締結されている。なお、図2および図3に示すように、ボルト22の一方の側(上側)に嵌められたナット24と燃料電池スタック100の上端を構成するエンドプレート104の上側表面との間、および、ボルト22の他方の側(下側)に嵌められたナット24と燃料電池スタック100の下端を構成するエンドプレート106の下側表面との間には、絶縁シート26が介在している。ただし、後述のガス通路部材27が設けられた箇所では、ナット24とエンドプレート106の表面との間に、ガス通路部材27とガス通路部材27の上側および下側のそれぞれに配置された絶縁シート26とが介在している。絶縁シート26は、例えばマイカシートや、セラミック繊維シート、セラミック圧粉シート、ガラスシート、ガラスセラミック複合剤等により構成される。 A bolt 22 extending in the vertical direction is inserted into each communication hole 108, and the fuel cell stack 100 is fastened by the bolt 22 and nuts 24 fitted on both sides of the bolt 22. As shown in FIGS. 2 and 3, between the nut 24 fitted on one side (upper side) of the bolt 22 and the upper surface of the end plate 104 that constitutes the upper end of the fuel cell stack 100, An insulating sheet 26 is interposed between the nut 24 fitted on the other side (lower side) of the nut 22 and the lower surface of the end plate 106 that constitutes the lower end of the fuel cell stack 100. However, at a location where a gas passage member 27 (described later) is provided, an insulating sheet is placed between the nut 24 and the surface of the end plate 106, and on the upper and lower sides of the gas passage member 27 and the gas passage member 27, respectively. 26 is interposed. The insulating sheet 26 is made of, for example, a mica sheet, a ceramic fiber sheet, a ceramic powder sheet, a glass sheet, a glass-ceramic composite, or the like.

各ボルト22の軸部の外径は各連通孔108の内径より小さい。そのため、各ボルト22の軸部の外周面と各連通孔108の内周面との間には、空間が確保されている。図1および図2に示すように、燃料電池スタック100のZ軸方向回りの外周における1つの辺(Y軸に平行な2つの辺の内のX軸正方向側の辺)の中点付近に位置するボルト22(ボルト22A)と、そのボルト22Aが挿通された連通孔108とにより形成された空間は、燃料電池スタック100の外部から酸化剤ガスOGが導入され、その酸化剤ガスOGを各発電単位102に供給するガス流路である酸化剤ガス導入マニホールド161として機能し、該辺の反対側の辺(Y軸に平行な2つの辺の内のX軸負方向側の辺)の中点付近に位置するボルト22(ボルト22B)と、そのボルト22Bが挿通された連通孔108とにより形成された空間は、各発電単位102の空気室166から排出されたガスである酸化剤オフガスOOGを燃料電池スタック100の外部へと排出する酸化剤ガス排出マニホールド162として機能する。なお、本実施形態では、酸化剤ガスOGとして、例えば空気が使用される。 The outer diameter of the shaft portion of each bolt 22 is smaller than the inner diameter of each communication hole 108. Therefore, a space is ensured between the outer circumferential surface of the shaft portion of each bolt 22 and the inner circumferential surface of each communication hole 108. As shown in FIGS. 1 and 2, near the midpoint of one side (the side in the positive X-axis direction of the two sides parallel to the Y-axis) on the outer periphery of the fuel cell stack 100 around the Z-axis direction. The space formed by the located bolt 22 (bolt 22A) and the communication hole 108 into which the bolt 22A is inserted is a space into which oxidizing gas OG is introduced from outside the fuel cell stack 100, and the oxidizing gas OG is It functions as an oxidizing gas introduction manifold 161 that is a gas flow path for supplying the power generation unit 102, and inside the side opposite to this side (the side on the negative side of the X-axis of the two sides parallel to the Y-axis). The space formed by the bolt 22 (bolt 22B) located near the point and the communication hole 108 through which the bolt 22B is inserted contains oxidant off-gas OOG, which is gas discharged from the air chamber 166 of each power generation unit 102. It functions as an oxidizing gas exhaust manifold 162 that exhausts the oxidant gas to the outside of the fuel cell stack 100. Note that in this embodiment, air, for example, is used as the oxidant gas OG.

また、図1および図3に示すように、燃料電池スタック100のZ軸方向回りの外周における1つの辺(X軸に平行な2つの辺の内のY軸正方向側の辺)の中点付近に位置するボルト22(ボルト22D)と、そのボルト22Dが挿通された連通孔108とにより形成された空間は、燃料電池スタック100の外部から燃料ガスFGが導入され、その燃料ガスFGを各発電単位102に供給する燃料ガス導入マニホールド171として機能し、該辺の反対側の辺(X軸に平行な2つの辺の内のY軸負方向側の辺)の中点付近に位置するボルト22(ボルト22E)と、そのボルト22Eが挿通された連通孔108とにより形成された空間は、各発電単位102の燃料室176から排出されたガスである燃料オフガスFOGを燃料電池スタック100の外部へと排出する燃料ガス排出マニホールド172として機能する。なお、本実施形態では、燃料ガスFGとして、例えば都市ガスを改質した水素リッチなガスが使用される。 Further, as shown in FIGS. 1 and 3, the midpoint of one side (the side in the positive Y-axis direction of the two sides parallel to the X-axis) on the outer periphery of the fuel cell stack 100 around the Z-axis direction The space formed by the bolt 22 (bolt 22D) located nearby and the communication hole 108 into which the bolt 22D is inserted allows fuel gas FG to be introduced from outside the fuel cell stack 100, and the fuel gas FG to be passed through the space. A bolt that functions as a fuel gas introduction manifold 171 for supplying to the power generation unit 102 and is located near the midpoint of the side opposite to this side (the side on the negative side of the Y-axis of the two sides parallel to the X-axis) 22 (bolts 22E) and the communication holes 108 into which the bolts 22E are inserted, the space is configured to transport fuel off-gas FOG, which is gas discharged from the fuel chamber 176 of each power generation unit 102, to the outside of the fuel cell stack 100. It functions as a fuel gas exhaust manifold 172 that discharges fuel gas to. In this embodiment, a hydrogen-rich gas obtained by reforming city gas, for example, is used as the fuel gas FG.

燃料電池スタック100には、4つのガス通路部材27が設けられている。各ガス通路部材27は、中空筒状の本体部28と、本体部28の側面から分岐した中空筒状の分岐部29とを有している。分岐部29の孔は本体部28の孔と連通している。各ガス通路部材27の分岐部29には、ガス配管(図示せず)が接続される。また、図2に示すように、酸化剤ガス導入マニホールド161を形成するボルト22Aの位置に配置されたガス通路部材27の本体部28の孔は、酸化剤ガス導入マニホールド161に連通しており、酸化剤ガス排出マニホールド162を形成するボルト22Bの位置に配置されたガス通路部材27の本体部28の孔は、酸化剤ガス排出マニホールド162に連通している。また、図3に示すように、燃料ガス導入マニホールド171を形成するボルト22Dの位置に配置されたガス通路部材27の本体部28の孔は、燃料ガス導入マニホールド171に連通しており、燃料ガス排出マニホールド172を形成するボルト22Eの位置に配置されたガス通路部材27の本体部28の孔は、燃料ガス排出マニホールド172に連通している。 The fuel cell stack 100 is provided with four gas passage members 27. Each gas passage member 27 has a hollow cylindrical main body 28 and a hollow cylindrical branch 29 branching from a side surface of the main body 28 . The hole in the branch portion 29 communicates with the hole in the main body portion 28 . A gas pipe (not shown) is connected to the branch portion 29 of each gas passage member 27. Further, as shown in FIG. 2, the hole in the main body 28 of the gas passage member 27 located at the position of the bolt 22A forming the oxidant gas introduction manifold 161 communicates with the oxidant gas introduction manifold 161, A hole in the main body portion 28 of the gas passage member 27 located at the position of the bolt 22B forming the oxidant gas discharge manifold 162 communicates with the oxidant gas discharge manifold 162. Further, as shown in FIG. 3, the holes in the main body 28 of the gas passage member 27 disposed at the positions of the bolts 22D forming the fuel gas introduction manifold 171 communicate with the fuel gas introduction manifold 171, and A hole in the main body portion 28 of the gas passage member 27 located at the position of the bolt 22E forming the exhaust manifold 172 communicates with the fuel gas exhaust manifold 172.

(エンドプレート104,106の構成)
一対のエンドプレート104,106は、Z軸方向視で略矩形の平板形状の導電性部材であり、例えばステンレスにより形成されている。一方のエンドプレート104は、最も上に位置する発電単位102の上側に配置され、他方のエンドプレート106は、最も下に位置する発電単位102の下側に配置されている。一対のエンドプレート104,106によって複数の発電単位102が押圧された状態で挟持されている。上側のエンドプレート104は、燃料電池スタック100のプラス側の出力端子として機能し、下側のエンドプレート106は、燃料電池スタック100のマイナス側の出力端子として機能する。
(Configuration of end plates 104, 106)
The pair of end plates 104 and 106 are flat conductive members that are approximately rectangular when viewed in the Z-axis direction, and are made of stainless steel, for example. One end plate 104 is arranged above the uppermost power generation unit 102, and the other end plate 106 is arranged below the lowermost power generation unit 102. A plurality of power generation units 102 are held in a pressed state by a pair of end plates 104 and 106. The upper end plate 104 functions as a positive output terminal of the fuel cell stack 100, and the lower end plate 106 functions as a negative output terminal of the fuel cell stack 100.

(発電単位102の構成)
図4は、図2に示す断面と同一の位置における互いに隣接する2つの発電単位102のXZ断面構成を示す説明図であり、図5は、図3に示す断面と同一の位置における互いに隣接する2つの発電単位102のYZ断面構成を示す説明図である。
(Configuration of power generation unit 102)
FIG. 4 is an explanatory diagram showing the XZ cross-sectional structure of two power generation units 102 adjacent to each other at the same position as the cross section shown in FIG. 2, and FIG. FIG. 2 is an explanatory diagram showing a YZ cross-sectional configuration of two power generation units 102. FIG.

図4および図5に示すように、発電単位102は、単セル110と、セパレータ120と、空気極側フレーム130と、空気極側集電体134と、燃料極側フレーム140と、燃料極側集電体144と、発電単位102の最上層および最下層を構成する一対のインターコネクタ150とを備えている。セパレータ120、空気極側フレーム130、燃料極側フレーム140、インターコネクタ150におけるZ軸方向回りの周縁部には、上述したボルト22が挿通される連通孔108に対応する孔が形成されている。 As shown in FIGS. 4 and 5, the power generation unit 102 includes a single cell 110, a separator 120, an air electrode side frame 130, an air electrode side current collector 134, a fuel electrode side frame 140, and a fuel electrode side frame 130. It includes a current collector 144 and a pair of interconnectors 150 forming the uppermost layer and the lowermost layer of the power generation unit 102. Holes corresponding to the communication holes 108 into which the bolts 22 described above are inserted are formed in the peripheral edges of the separator 120, the air electrode side frame 130, the fuel electrode side frame 140, and the interconnector 150 around the Z-axis direction.

インターコネクタ150は、Z軸方向視で略矩形の平板形状の導電性部材であり、Crを含む材料、例えばフェライト系ステンレスにより形成されている。インターコネクタ150は、発電単位102間の電気的導通を確保すると共に、発電単位102間での反応ガスの混合を防止する。なお、本実施形態では、2つの発電単位102が隣接して配置されている場合、1つのインターコネクタ150は、隣接する2つの発電単位102に共有されている。すなわち、ある発電単位102における上側のインターコネクタ150は、その発電単位102の上側に隣接する他の発電単位102における下側のインターコネクタ150と同一部材である。また、燃料電池スタック100は一対のエンドプレート104,106を備えているため、燃料電池スタック100において最も上に位置する発電単位102は上側のインターコネクタ150を備えておらず、最も下に位置する発電単位102は下側のインターコネクタ150を備えていない(図2および図3参照)。 The interconnector 150 is a substantially rectangular flat plate-shaped conductive member when viewed in the Z-axis direction, and is made of a material containing Cr, such as ferritic stainless steel. The interconnector 150 ensures electrical continuity between the power generation units 102 and prevents reaction gases from mixing between the power generation units 102 . In addition, in this embodiment, when two power generation units 102 are arranged adjacently, one interconnector 150 is shared by the two adjacent power generation units 102. That is, the upper interconnector 150 in a certain power generation unit 102 is the same member as the lower interconnector 150 in another power generation unit 102 adjacent to the upper side of the power generation unit 102. Furthermore, since the fuel cell stack 100 includes a pair of end plates 104 and 106, the uppermost power generation unit 102 in the fuel cell stack 100 does not include the upper interconnector 150, and the lowermost power generation unit 102 does not include the upper interconnector 150. The power generation unit 102 does not include a lower interconnector 150 (see FIGS. 2 and 3).

単セル110は、電解質層112と、電解質層112に対して上側に配置された空気極(カソード)114と、電解質層112に対して下側に配置された燃料極(アノード)116と、電解質層112と空気極114との間に配置された中間層180とを備える。なお、本実施形態の単セル110は、燃料極116によって単セル110を構成する他の層(電解質層112、空気極114、中間層180)を支持する燃料極支持形の単セルである。 The single cell 110 includes an electrolyte layer 112, an air electrode (cathode) 114 disposed above the electrolyte layer 112, a fuel electrode (anode) 116 disposed below the electrolyte layer 112, and an electrolyte layer 112. An intermediate layer 180 is provided between the layer 112 and the air electrode 114. Note that the single cell 110 of this embodiment is a fuel electrode supported type single cell in which the other layers (electrolyte layer 112, air electrode 114, intermediate layer 180) that constitute the single cell 110 are supported by the fuel electrode 116.

電解質層112は、Z軸方向視で略矩形の平板形状部材であり、緻密な(気孔率が低い)層である。電解質層112は、固体酸化物(例えば、YSZ(イットリア安定化ジルコニア)、ScSZ(スカンジア安定化ジルコニア)、CSZ(カルシア安定化ジルコニア))を含んでいる。このように、本実施形態の単セル110は、電解質として固体酸化物を用いる固体酸化物形燃料電池(SOFC)である。 The electrolyte layer 112 is a substantially rectangular flat plate-shaped member when viewed in the Z-axis direction, and is a dense layer (low porosity). The electrolyte layer 112 includes a solid oxide (eg, YSZ (yttria-stabilized zirconia), ScSZ (scandia-stabilized zirconia), CSZ (calcia-stabilized zirconia)). In this way, the single cell 110 of this embodiment is a solid oxide fuel cell (SOFC) that uses a solid oxide as an electrolyte.

空気極114は、Z軸方向視で電解質層112より小さい略矩形の平板形状部材であり、気孔率が電解質層112の気孔率よりも高い多孔質な層である。空気極114は、ABOで表されるペロブスカイト型酸化物(例えば、ランタンストロンチウムコバルト鉄酸化物(LSCF)、ランタンストロンチウム鉄酸化物(LSF)、ランタンストロンチウムコバルト酸化物(LSC)、ランタンストロンチウムマンガン酸化物(LSM)、ランタンニッケル鉄酸化物(LNF)等)を含有している。 The air electrode 114 is a substantially rectangular plate-shaped member smaller than the electrolyte layer 112 when viewed in the Z-axis direction, and is a porous layer with a higher porosity than the electrolyte layer 112. The air electrode 114 is made of a perovskite oxide represented by ABO 3 (for example, lanthanum strontium cobalt iron oxide (LSCF), lanthanum strontium iron oxide (LSF), lanthanum strontium cobalt oxide (LSC), lanthanum strontium manganese oxide). (LSM), lanthanum nickel iron oxide (LNF), etc.).

燃料極116は、Z軸方向視で電解質層112と略同一の大きさの略矩形の平板形状部材であり、気孔率が電解質層112の気孔率よりも高い多孔質な層である。なお図示しないが、本実施形態では、燃料極116は、燃料極116における下方側の表面を構成する基板層と、基板層と電解質層112との間に位置する機能層とを備える。燃料極116の機能層は、主として、電解質層112から供給される酸素イオンと燃料ガスFGに含まれる水素等とを反応させて、電子と水蒸気とを生成する機能を発揮する層であり、電子伝導性物質であるNiと、酸素イオンイオン伝導性酸化物(例えば、YSZ)とを含んでいる。また、燃料極116の基板層は、主として、機能層と電解質層112と空気極114とを支持する機能を発揮する層であり、電子伝導性物質であるNiと、酸素イオン伝導性酸化物(例えば、YSZ)とを含んでいる。 The fuel electrode 116 is a substantially rectangular flat member having substantially the same size as the electrolyte layer 112 when viewed in the Z-axis direction, and is a porous layer having a higher porosity than the electrolyte layer 112 . Although not shown, in this embodiment, the fuel electrode 116 includes a substrate layer that constitutes the lower surface of the fuel electrode 116 and a functional layer located between the substrate layer and the electrolyte layer 112. The functional layer of the fuel electrode 116 is a layer that mainly functions to generate electrons and water vapor by reacting oxygen ions supplied from the electrolyte layer 112 with hydrogen, etc. contained in the fuel gas FG. It contains Ni, which is a conductive material, and an oxygen ion conductive oxide (for example, YSZ). Further, the substrate layer of the fuel electrode 116 is a layer that mainly functions to support the functional layer, the electrolyte layer 112, and the air electrode 114, and is made of Ni, which is an electron conductive substance, and an oxygen ion conductive oxide ( For example, YSZ).

中間層(反応防止層)180は、Z軸方向視で略矩形の平板形状部材である。中間層180は、例えば、SDC(サマリウムドープセリア)、GDC(ガドリニウムドープセリア)、LDC(ランタンドープセリア)、YDC(イットリウムドープセリア)等のイオン伝導性を有する固体酸化物により形成されている。 The intermediate layer (reaction prevention layer) 180 is a flat plate-shaped member that is approximately rectangular when viewed in the Z-axis direction. The intermediate layer 180 is formed of a solid oxide having ion conductivity, such as SDC (samarium doped ceria), GDC (gadolinium doped ceria), LDC (lanthanum doped ceria), and YDC (yttrium doped ceria).

セパレータ120は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の孔121が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、金属により形成されている。セパレータ120における孔121の周囲部分は、電解質層112における空気極114の側の表面の周縁部に対向している。セパレータ120は、その対向した部分に配置されたロウ材(例えばAgロウ)により形成された接合部124により、電解質層112(単セル110)と接合されている。セパレータ120により、空気極114に面する空気室166と燃料極116に面する燃料室176とが区画され、単セル110の周縁部における一方の電極側から他方の電極側へのガスのリークが抑制される。 The separator 120 is a frame-shaped member in which a substantially rectangular hole 121 that penetrates vertically is formed near the center, and is made of metal, for example. The surrounding portion of the hole 121 in the separator 120 faces the peripheral edge of the surface of the electrolyte layer 112 on the air electrode 114 side. The separator 120 is bonded to the electrolyte layer 112 (single cell 110) by a bonding portion 124 formed of a brazing material (for example, Ag brazing) disposed at opposing portions. The separator 120 separates an air chamber 166 facing the air electrode 114 and a fuel chamber 176 facing the fuel electrode 116, thereby preventing gas from leaking from one electrode side to the other electrode side at the periphery of the single cell 110. suppressed.

空気極側フレーム130は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の孔131が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、マイカ等の絶縁体により形成されている。空気極側フレーム130の孔131は、空気極114に面する空気室166を構成する。空気極側フレーム130は、セパレータ120における電解質層112に対向する側とは反対側の表面の周縁部と、インターコネクタ150における空気極114に対向する側の表面の周縁部とに接触している。また、空気極側フレーム130によって、発電単位102に含まれる一対のインターコネクタ150間が電気的に絶縁される。また、空気極側フレーム130には、酸化剤ガス導入マニホールド161と空気室166とを連通する酸化剤ガス供給連通孔132と、空気室166と酸化剤ガス排出マニホールド162とを連通する酸化剤ガス排出連通孔133とが形成されている。 The air electrode side frame 130 is a frame-like member in which a substantially rectangular hole 131 is formed near the center and penetrates in the vertical direction, and is made of an insulator such as mica, for example. The hole 131 of the air electrode side frame 130 constitutes an air chamber 166 facing the air electrode 114. The air electrode side frame 130 is in contact with the peripheral edge of the surface of the separator 120 on the side opposite to the side facing the electrolyte layer 112 and the peripheral edge of the surface of the interconnector 150 on the side opposite to the air electrode 114. . Further, the pair of interconnectors 150 included in the power generation unit 102 are electrically insulated by the air electrode side frame 130. The air electrode side frame 130 also includes an oxidizing gas supply communication hole 132 that communicates between the oxidizing gas introduction manifold 161 and the air chamber 166, and an oxidizing gas supply communication hole 132 that communicates between the air chamber 166 and the oxidizing gas discharge manifold 162. A discharge communication hole 133 is formed.

燃料極側フレーム140は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の孔141が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、金属により形成されている。燃料極側フレーム140の孔141は、燃料極116に面する燃料室176を構成する。燃料極側フレーム140は、セパレータ120における電解質層112に対向する側の表面の周縁部と、インターコネクタ150における燃料極116に対向する側の表面の周縁部とに接触している。また、燃料極側フレーム140には、燃料ガス導入マニホールド171と燃料室176とを連通する燃料ガス供給連通孔142と、燃料室176と燃料ガス排出マニホールド172とを連通する燃料ガス排出連通孔143とが形成されている。 The fuel electrode side frame 140 is a frame-shaped member in which a substantially rectangular hole 141 that vertically penetrates is formed near the center, and is made of metal, for example. The hole 141 of the fuel electrode side frame 140 constitutes a fuel chamber 176 facing the fuel electrode 116. The fuel electrode side frame 140 is in contact with the peripheral edge of the surface of the separator 120 facing the electrolyte layer 112 and the peripheral edge of the surface of the interconnector 150 facing the fuel electrode 116 . The fuel electrode side frame 140 also includes a fuel gas supply communication hole 142 that communicates between the fuel gas introduction manifold 171 and the fuel chamber 176, and a fuel gas discharge communication hole 143 that communicates between the fuel chamber 176 and the fuel gas discharge manifold 172. is formed.

燃料極側集電体144は、燃料室176内に配置されている。燃料極側集電体144は、インターコネクタ対向部146と、電極対向部145と、電極対向部145とインターコネクタ対向部146とをつなぐ連接部147とを備えており、例えば、ニッケルやニッケル合金、ステンレス等により形成されている。電極対向部145は、燃料極116における電解質層112に対向する側とは反対側の表面に接触しており、インターコネクタ対向部146は、インターコネクタ150における燃料極116に対向する側の表面に接触している。ただし、上述したように、燃料電池スタック100において最も下に位置する発電単位102は下側のインターコネクタ150を備えていないため、当該発電単位102におけるインターコネクタ対向部146は、下側のエンドプレート106に接触している。燃料極側集電体144は、このような構成であるため、燃料極116とインターコネクタ150(またはエンドプレート106)とを電気的に接続する。なお、電極対向部145とインターコネクタ対向部146との間には、例えばマイカにより形成されたスペーサ149が配置されている。そのため、燃料極側集電体144が温度サイクルや反応ガス圧力変動による発電単位102の変形に追随し、燃料極側集電体144を介した燃料極116とインターコネクタ150(またはエンドプレート106)との電気的接続が良好に維持される。 The fuel electrode side current collector 144 is arranged within the fuel chamber 176. The fuel electrode side current collector 144 includes an interconnector facing part 146, an electrode facing part 145, and a connecting part 147 connecting the electrode facing part 145 and the interconnector facing part 146, and is made of, for example, nickel or nickel alloy. , stainless steel, etc. The electrode facing portion 145 is in contact with the surface of the fuel electrode 116 on the side opposite to the side facing the electrolyte layer 112, and the interconnector facing portion 146 is in contact with the surface of the interconnector 150 on the side opposite to the fuel electrode 116. are in contact. However, as described above, since the lowest power generation unit 102 in the fuel cell stack 100 does not include the lower interconnector 150, the interconnector facing portion 146 in the power generation unit 102 is located on the lower end plate. 106 is in contact. Since the fuel electrode side current collector 144 has such a configuration, it electrically connects the fuel electrode 116 and the interconnector 150 (or the end plate 106). Note that a spacer 149 made of mica, for example, is arranged between the electrode facing part 145 and the interconnector facing part 146. Therefore, the fuel electrode side current collector 144 follows the deformation of the power generation unit 102 due to temperature cycles and reaction gas pressure fluctuations, and connects the fuel electrode 116 and the interconnector 150 (or end plate 106) via the fuel electrode side current collector 144. Good electrical connection is maintained.

空気極側集電体134は、空気室166内に配置されている。空気極側集電体134は、複数の略四角柱状の集電体要素135から構成されており、Crを含む材料、例えば、フェライト系ステンレスにより形成されている。空気極側集電体134は、空気極114における電解質層112に対向する側とは反対側の表面と、インターコネクタ150における空気極114に対向する側の表面とに接触している。ただし、上述したように、燃料電池スタック100において最も上に位置する発電単位102は上側のインターコネクタ150を備えていないため、当該発電単位102における空気極側集電体134は、上側のエンドプレート104に接触している。空気極側集電体134は、このような構成であるため、空気極114とインターコネクタ150(またはエンドプレート104)とを電気的に接続する。空気極114と空気極側集電体134との間に、両者を接合する導電性の接合層が介在していてもよい。なお、空気極側集電体134とインターコネクタ150とが一体の部材として構成されてもよい。 The air electrode side current collector 134 is arranged within the air chamber 166. The air electrode side current collector 134 is composed of a plurality of substantially square columnar current collector elements 135, and is made of a material containing Cr, such as ferritic stainless steel. The air electrode side current collector 134 is in contact with the surface of the air electrode 114 on the side opposite to the side facing the electrolyte layer 112 and the surface of the interconnector 150 on the side opposite to the air electrode 114. However, as described above, since the uppermost power generation unit 102 in the fuel cell stack 100 does not include the upper interconnector 150, the air electrode side current collector 134 in the power generation unit 102 is connected to the upper end plate. 104 is in contact. Since the air electrode side current collector 134 has such a configuration, it electrically connects the air electrode 114 and the interconnector 150 (or the end plate 104). A conductive bonding layer may be interposed between the air electrode 114 and the air electrode side current collector 134 to bond them together. Note that the air electrode side current collector 134 and the interconnector 150 may be configured as an integral member.

A-2.燃料電池スタック100の動作:
図2および図4に示すように、酸化剤ガス導入マニホールド161の位置に設けられたガス通路部材27の分岐部29に接続されたガス配管(図示せず)を介して酸化剤ガスOGが供給されると、酸化剤ガスOGは、ガス通路部材27の分岐部29および本体部28の孔を介して酸化剤ガス導入マニホールド161に供給され、酸化剤ガス導入マニホールド161から各発電単位102の酸化剤ガス供給連通孔132を介して、空気室166に供給される。また、図3および図5に示すように、燃料ガス導入マニホールド171の位置に設けられたガス通路部材27の分岐部29に接続されたガス配管(図示せず)を介して燃料ガスFGが供給されると、燃料ガスFGは、ガス通路部材27の分岐部29および本体部28の孔を介して燃料ガス導入マニホールド171に供給され、燃料ガス導入マニホールド171から各発電単位102の燃料ガス供給連通孔142を介して、燃料室176に供給される。
A-2. Operation of fuel cell stack 100:
As shown in FIGS. 2 and 4, the oxidizing gas OG is supplied through a gas pipe (not shown) connected to the branch part 29 of the gas passage member 27 provided at the position of the oxidizing gas introduction manifold 161. Then, the oxidizing gas OG is supplied to the oxidizing gas introduction manifold 161 through the branch portion 29 of the gas passage member 27 and the hole of the main body 28, and is supplied to the oxidizing gas introduction manifold 161 from the oxidizing gas introduction manifold 161 to the oxidizing gas OG of each power generation unit 102. The agent gas is supplied to the air chamber 166 via the agent gas supply communication hole 132. Further, as shown in FIGS. 3 and 5, fuel gas FG is supplied via a gas pipe (not shown) connected to a branch part 29 of the gas passage member 27 provided at the position of the fuel gas introduction manifold 171. Then, the fuel gas FG is supplied to the fuel gas introduction manifold 171 via the branch part 29 of the gas passage member 27 and the hole of the main body part 28, and is connected to the fuel gas supply communication of each power generation unit 102 from the fuel gas introduction manifold 171. The fuel chamber 176 is supplied through the hole 142 .

各発電単位102の空気室166に酸化剤ガスOGが供給され、燃料室176に燃料ガスFGが供給されると、単セル110において酸化剤ガスOGおよび燃料ガスFGの電気化学反応による発電が行われる。この発電反応は発熱反応である。各発電単位102において、単セル110の空気極114は空気極側集電体134を介して一方のインターコネクタ150に電気的に接続され、燃料極116は燃料極側集電体144を介して他方のインターコネクタ150に電気的に接続されている。また、燃料電池スタック100に含まれる複数の発電単位102は、電気的に直列に接続されている。そのため、燃料電池スタック100の出力端子として機能するエンドプレート104,106から、各発電単位102において生成された電気エネルギーが取り出される。なお、SOFCは、比較的高温(例えば700℃から1000℃)で発電が行われることから、起動後、発電により発生する熱で高温が維持できる状態になるまで、燃料電池スタック100が加熱器(図示せず)により加熱されてもよい。 When the oxidant gas OG is supplied to the air chamber 166 of each power generation unit 102 and the fuel gas FG is supplied to the fuel chamber 176, power generation is performed in the single cell 110 by an electrochemical reaction between the oxidant gas OG and the fuel gas FG. be exposed. This power generation reaction is an exothermic reaction. In each power generation unit 102, the air electrode 114 of the single cell 110 is electrically connected to one interconnector 150 via the air electrode side current collector 134, and the fuel electrode 116 is electrically connected via the fuel electrode side current collector 144. It is electrically connected to the other interconnector 150. Further, the plurality of power generation units 102 included in the fuel cell stack 100 are electrically connected in series. Therefore, the electrical energy generated in each power generation unit 102 is extracted from the end plates 104 and 106 that function as output terminals of the fuel cell stack 100. Note that SOFC generates power at a relatively high temperature (for example, 700°C to 1000°C), so after startup, the fuel cell stack 100 is not connected to the heater ( (not shown).

各発電単位102の空気室166から排出された酸化剤オフガスOOGは、図2および図4に示すように、酸化剤ガス排出連通孔133を介して酸化剤ガス排出マニホールド162に排出され、さらに酸化剤ガス排出マニホールド162の位置に設けられたガス通路部材27の本体部28および分岐部29の孔を経て、当該分岐部29に接続されたガス配管(図示せず)を介して燃料電池スタック100の外部に排出される。また、各発電単位102の燃料室176から排出された燃料オフガスFOGは、図3および図5に示すように、燃料ガス排出連通孔143を介して燃料ガス排出マニホールド172に排出され、さらに燃料ガス排出マニホールド172の位置に設けられたガス通路部材27の本体部28および分岐部29の孔を経て、当該分岐部29に接続されたガス配管(図示しない)を介して燃料電池スタック100の外部に排出される。 As shown in FIGS. 2 and 4, the oxidant off-gas OOG discharged from the air chamber 166 of each power generation unit 102 is discharged to the oxidant gas discharge manifold 162 through the oxidant gas discharge communication hole 133, and further oxidized. The fuel cell stack 100 is passed through the main body portion 28 of the gas passage member 27 provided at the position of the agent gas discharge manifold 162 and the hole in the branch portion 29, and through a gas pipe (not shown) connected to the branch portion 29. is discharged to the outside. Further, the fuel off-gas FOG discharged from the fuel chamber 176 of each power generation unit 102 is discharged to the fuel gas discharge manifold 172 via the fuel gas discharge communication hole 143, as shown in FIGS. Externally through the main body 28 and branch section 29 of the gas passage member 27 provided at the exhaust manifold 172, and through a gas pipe (not shown) connected to the branch section 29, be discharged.

A-3.燃料電池スタック100の製造方法:
本実施形態の燃料電池スタック100の製造方法は、例えば以下の通りである。
A-3. Method for manufacturing fuel cell stack 100:
The method for manufacturing the fuel cell stack 100 of this embodiment is, for example, as follows.

(電解質層112と燃料極116との積層体の形成)
YSZ粉末に対して、ブチラール樹脂と、可塑剤であるフタル酸ジオクチル(DOP)と、分散剤と、トルエンとエタノールとの混合溶剤とを加え、ボールミルにて混合して、スラリーを調製する。得られたスラリーをドクターブレード法により薄膜化して、所定の厚さ(例えば約6μm)の電解質層用グリーンシートを得る。また、NiO粉末とYSZ粉末との混合粉末に対して、造孔材である有機ビーズと、ブチラール樹脂と、可塑剤であるDOPと、分散剤と、トルエンとエタノールとの混合溶剤とを加え、ボールミルにて混合して、スラリーを調製する。得られたスラリーをドクターブレード法により薄膜化して、所定の厚さ(例えば約400μm)の燃料極基板層用グリーンシートを得る。また、NiO粉末とYSZ粉末との混合粉末に対して、ブチラール樹脂と、可塑剤であるDOPと、分散剤と、トルエンとエタノールとの混合溶剤とを加え、ボールミルにて混合して、スラリーを調製する。得られたスラリーをドクターブレード法により薄膜化して、所定の厚さ(例えば約11μm)の燃料極機能層用グリーンシートを得る。各グリーンシートを貼り付けて圧着することにより、燃料極基板層用グリーンシートと燃料極機能層用グリーンシートと電解質層用グリーンシートとがこの順で積層された成形体を得る。
(Formation of laminate of electrolyte layer 112 and fuel electrode 116)
A butyral resin, a plasticizer dioctyl phthalate (DOP), a dispersant, and a mixed solvent of toluene and ethanol are added to the YSZ powder and mixed in a ball mill to prepare a slurry. The obtained slurry is made into a thin film by a doctor blade method to obtain a green sheet for an electrolyte layer having a predetermined thickness (for example, about 6 μm). In addition, organic beads as a pore-forming material, butyral resin, DOP as a plasticizer, a dispersant, and a mixed solvent of toluene and ethanol were added to the mixed powder of NiO powder and YSZ powder. Mix in a ball mill to prepare a slurry. The obtained slurry is made into a thin film by a doctor blade method to obtain a green sheet for a fuel electrode substrate layer having a predetermined thickness (for example, about 400 μm). In addition, butyral resin, DOP as a plasticizer, a dispersant, and a mixed solvent of toluene and ethanol were added to the mixed powder of NiO powder and YSZ powder, and the mixture was mixed in a ball mill to form a slurry. Prepare. The obtained slurry is made into a thin film by a doctor blade method to obtain a green sheet for a fuel electrode functional layer having a predetermined thickness (for example, about 11 μm). By pasting and press-bonding each green sheet, a molded body in which a fuel electrode substrate layer green sheet, a fuel electrode functional layer green sheet, and an electrolyte layer green sheet are laminated in this order is obtained.

次に、上記成形体を、所定の温度(例えば約280℃)で脱脂した後、所定の温度(例えば約1350℃)で所定の時間(例えば約1時間)焼成を行う。これにより、電解質層112と燃料極116との積層体を得る。 Next, the molded body is degreased at a predetermined temperature (for example, about 280° C.), and then fired at a predetermined temperature (for example, about 1350° C.) for a predetermined time (for example, about 1 hour). As a result, a laminate of the electrolyte layer 112 and the fuel electrode 116 is obtained.

(中間層180の形成)
GDC粉末に、有機バインダとしてのポリビニルアルコールと、有機溶媒としてのブチルカルビトールとを加えて混合し、粘度を調整して中間層用ペーストを調製する。得られた中間層用ペーストを、上述した積層体における電解質層112の表面に、例えばスクリーン印刷によって塗布し、所定の温度(例えば1200℃)で焼成を行う。これにより、中間層180が形成され、中間層180と電解質層112と燃料極116との積層体を得る。以下、この積層体を「ハーフセル110P」という。ハーフセル110Pは、特許請求の範囲における「下地部材」の一例であり、上記「電解質層112と燃料極116との積層体の形成」および「中間層180の形成」は、特許請求の範囲における「下地部材を準備する工程」の一例である。
(Formation of intermediate layer 180)
Polyvinyl alcohol as an organic binder and butyl carbitol as an organic solvent are added and mixed to the GDC powder, and the viscosity is adjusted to prepare a paste for the intermediate layer. The obtained intermediate layer paste is applied to the surface of the electrolyte layer 112 in the above-described laminate by, for example, screen printing, and baked at a predetermined temperature (for example, 1200° C.). As a result, the intermediate layer 180 is formed, and a laminate of the intermediate layer 180, the electrolyte layer 112, and the fuel electrode 116 is obtained. Hereinafter, this stacked body will be referred to as a "half cell 110P." The half cell 110P is an example of a "base member" in the claims, and the above-mentioned "formation of a laminate of the electrolyte layer 112 and the fuel electrode 116" and "formation of the intermediate layer 180" are "formation of the intermediate layer 180" in the claims. This is an example of the step of preparing a base member.

(空気極114の形成)
ペロブスカイト型酸化物(例えばLSCF)の粉末と硫酸塩(例えばSrSO)の粉末との混合粉末を準備し、該混合粉末に対し、有機バインダとしてのポリビニルアルコールと、有機溶媒としてのブチルカルビトールとを加えて混合し、粘度を調整することにより、空気極用ペーストを調製する。得られた空気極用ペーストを、ハーフセル110Pにおける中間層180の表面に、スクリーン印刷によって塗布して印刷パターン114Pを形成する。
(Formation of air electrode 114)
A mixed powder of a perovskite oxide (for example, LSCF) powder and a sulfate (for example, SrSO 4 ) powder is prepared, and polyvinyl alcohol as an organic binder and butyl carbitol as an organic solvent are added to the mixed powder. A paste for the air electrode is prepared by adding and mixing and adjusting the viscosity. The obtained air electrode paste is applied to the surface of the intermediate layer 180 in the half cell 110P by screen printing to form a printed pattern 114P.

以下、印刷パターン114Pをハーフセル110Pに形成するための工程について詳しく説明する。図6は、本実施形態におけるスクリーン印刷で使用される支持部材200とスペーサ300と補助部材400とを示す説明図である。図6(B)には、支持部材200の上面構成が示されており、図6(A)には、図6(B)におけるA-Aの位置における支持部材200のXZ断面構成が示されている。 Hereinafter, the process for forming the print pattern 114P on the half cell 110P will be described in detail. FIG. 6 is an explanatory diagram showing the support member 200, spacer 300, and auxiliary member 400 used in screen printing in this embodiment. FIG. 6(B) shows the top configuration of the support member 200, and FIG. 6(A) shows the XZ cross-sectional configuration of the support member 200 at the AA position in FIG. 6(B). ing.

まず、図6に示すように、支持部材200は、周壁部210と配置部220とを備えている。配置部220は、矩形平板状の部分であり、平坦状の配置面222を有している。周壁部210は、配置部220の周囲を囲むように配置された矩形枠状の部分である。周壁部210の上端部は、配置部220の配置面222よりも上方に突出している。なお、本実施形態では、配置部220の外周面が周壁部210の内周面212に接触するように配置されている。 First, as shown in FIG. 6, the support member 200 includes a peripheral wall portion 210 and an arrangement portion 220. The placement section 220 is a rectangular flat plate-like portion, and has a flat placement surface 222 . The peripheral wall part 210 is a rectangular frame-shaped part arranged so as to surround the periphery of the arrangement part 220. The upper end of the peripheral wall portion 210 protrudes above the placement surface 222 of the placement portion 220. In addition, in this embodiment, the outer circumferential surface of the arrangement part 220 is arranged so as to contact the inner circumferential surface 212 of the peripheral wall part 210.

配置部220の配置面222上には、スペーサ300が配置されている。スペーサ300の上下方向視での形状は、矩形の枠状である(図6(B)参照)。スペーサ300の外形のサイズは、支持部材200の周壁部210内に収容可能なサイズである。スペーサ300の上下方向の厚さD1は、スペーサ300の水平方向の幅D2よりも小さい。すなわち、スペーサ300は、上下方向に薄い扁平状である(図6(A)参照)。本実施形態では、スペーサ300の外周面が支持部材200の周壁部210の内周面212に接触するように配置されている。なお、スペーサ300は、上下方向視で、配置面222における周縁部寄りの位置に配置されていることが好ましい。また、上下方向視で、スペーサ300の幅D2は、配置面222の中心から配置面222の周縁部までの最短距離の1/2以下であることが好ましく、最短距離の1/4以下であることが好ましく、最短距離の1/8以下であることが好ましい。 A spacer 300 is arranged on the arrangement surface 222 of the arrangement section 220. The spacer 300 has a rectangular frame shape when viewed in the vertical direction (see FIG. 6(B)). The outer size of the spacer 300 is such that it can be accommodated within the peripheral wall portion 210 of the support member 200. The vertical thickness D1 of the spacer 300 is smaller than the horizontal width D2 of the spacer 300. That is, the spacer 300 has a flat shape that is thin in the vertical direction (see FIG. 6(A)). In this embodiment, the outer peripheral surface of the spacer 300 is arranged so as to contact the inner peripheral surface 212 of the peripheral wall portion 210 of the support member 200. Note that the spacer 300 is preferably arranged at a position closer to the peripheral edge of the arrangement surface 222 when viewed in the vertical direction. Further, when viewed in the vertical direction, the width D2 of the spacer 300 is preferably 1/2 or less of the shortest distance from the center of the placement surface 222 to the peripheral edge of the placement surface 222, and is 1/4 or less of the shortest distance. The distance is preferably 1/8 or less of the shortest distance.

配置部220の周壁部210の上面214には、補助部材400が配置されている。補助部材400の上下方向視での形状は、矩形の枠状である(図6(B)参照)。補助部材400の内周側のサイズは、周壁部210の上面214の内周縁のサイズ以上であり、かつ、周壁部210の上面214の外周縁のサイズ以下である。補助部材400の上下方向の厚さD3は、補助部材400の水平方向の幅D4よりも小さい。すなわち、補助部材400は、上下方向に薄い扁平状である(図6(A)参照)。 An auxiliary member 400 is arranged on the upper surface 214 of the peripheral wall part 210 of the arrangement part 220. The shape of the auxiliary member 400 when viewed in the vertical direction is a rectangular frame shape (see FIG. 6(B)). The size of the inner circumferential side of the auxiliary member 400 is larger than the inner circumferential edge of the upper surface 214 of the peripheral wall section 210 and smaller than the outer circumferential edge of the upper surface 214 of the peripheral wall section 210. The vertical thickness D3 of the auxiliary member 400 is smaller than the horizontal width D4 of the auxiliary member 400. That is, the auxiliary member 400 has a flat shape that is thin in the vertical direction (see FIG. 6(A)).

図7は、ハーフセル110Pに印刷パターン114Pを形成するための工程を示す説明図である。図7(A)には、支持部材200に支持されたハーフセル110Pとスクリーン印刷板230とスキージ240とが示されている。スクリーン印刷板230は、版枠232と、スクリーンメッシュ234とを有している。版枠232は、開口部を有する枠状体であり、その開口部を塞ぐようにスクリーンメッシュ234が張られている。 FIG. 7 is an explanatory diagram showing a process for forming a print pattern 114P on a half cell 110P. FIG. 7A shows the half cell 110P supported by the support member 200, the screen printing plate 230, and the squeegee 240. The screen printing plate 230 has a plate frame 232 and a screen mesh 234. The plate frame 232 is a frame-shaped body having an opening, and a screen mesh 234 is stretched so as to close the opening.

まず、図7(A)に示すように、ハーフセル110Pを、支持部材200の配置面222上に配置する。ここで、上述したように、支持部材200の配置面222上にスペーサ300が配置されているため、ハーフセル110Pの周縁部と配置面222との間にスペーサ300が介在することになる。その結果、ハーフセル110Pは、変形姿勢になる。変形姿勢は、ハーフセル110Pの上面における印刷領域Eの周縁部の位置H2が印刷領域Eの中央部の位置H1よりも高くなるように変形した姿勢である。印刷領域Eは、スクリーン印刷によって空気極用ペーストが印刷される領域(印刷パターン114Pの形成領域)である。本実施形態では、ハーフセル110Pの中央部は配置面222に接触し、ハーフセル110Pの周縁部はスペーサ300によって上方に押し上げられるように湾曲しており、その結果、ハーフセル110Pが上記変形姿勢になっている。変形姿勢のハーフセル110Pの周縁部は、ハーフセル110Pの中央部側に向かって下方に傾斜している。 First, as shown in FIG. 7(A), the half cell 110P is placed on the placement surface 222 of the support member 200. Here, as described above, since the spacer 300 is arranged on the arrangement surface 222 of the support member 200, the spacer 300 is interposed between the peripheral portion of the half cell 110P and the arrangement surface 222. As a result, the half cell 110P assumes a deformed posture. The deformed posture is such that the position H2 of the peripheral edge of the print area E on the upper surface of the half cell 110P is higher than the position H1 of the center of the print area E. The printing area E is an area where the air electrode paste is printed by screen printing (an area where the printing pattern 114P is formed). In this embodiment, the center part of the half cell 110P contacts the arrangement surface 222, and the peripheral part of the half cell 110P is curved so as to be pushed upward by the spacer 300. As a result, the half cell 110P takes the deformed posture described above. There is. The peripheral edge of the half cell 110P in the deformed posture is inclined downward toward the center of the half cell 110P.

本実施形態では、上下方向視で、スペーサ300の少なくとも一部は、ハーフセル110Pの印刷領域Eの周縁部に重なっている。スペーサ300の水平方向の幅D2は、4mm以上、10mm以下であり、スペーサ300の上下方向の厚さD1は0.05mm以上、0.1mm以下である。 In this embodiment, at least a portion of the spacer 300 overlaps the peripheral edge of the print area E of the half cell 110P when viewed in the vertical direction. The horizontal width D2 of the spacer 300 is 4 mm or more and 10 mm or less, and the vertical thickness D1 of the spacer 300 is 0.05 mm or more and 0.1 mm or less.

本実施形態では、支持部材200における配置面222に対する周壁部210の突出長さ(支持部材200の凹所の深さ)は、ハーフセル110Pの厚さよりも短い。このため、変形姿勢のハーフセル110Pの周縁部の位置H2は、支持部材200の周壁部210の上面よりも上側になる。補助部材400は、変形姿勢のハーフセル110Pの周縁部と周壁部210の上面との高さのギャップを埋めるために用いられる。 In this embodiment, the protruding length of the peripheral wall portion 210 with respect to the arrangement surface 222 of the support member 200 (the depth of the recess of the support member 200) is shorter than the thickness of the half cell 110P. Therefore, the position H2 of the peripheral edge of the half cell 110P in the deformed posture is above the upper surface of the peripheral wall 210 of the support member 200. The auxiliary member 400 is used to fill the height gap between the peripheral edge of the half cell 110P in the deformed posture and the top surface of the peripheral wall 210.

補助部材400は、上下方向視で、変形姿勢のハーフセル110Pの周囲に配置されている。補助部材400の上面である受け面410の高さは、変形姿勢のハーフセル110Pの周縁部の位置H2と略同じである。スクリーン印刷の際には、補助部材400の受け面410が、スクリーン印刷板230(版枠232)に面接触する。上下方向視で、補助部材400の全体がスクリーン印刷板230の版枠232に重なるように、スクリーン印刷板230を補助部材400の上面の上に配置し、スキージ240により空気極用ペーストを、スクリーン印刷板230のスクリーンメッシュ234に充填する。これにより、空気極用ペーストが、変形姿勢のハーフセル110Pの印刷領域Eに転写され、その結果、印刷領域Eに印刷パターン114Pが形成される。 The auxiliary member 400 is arranged around the half cell 110P in the deformed posture when viewed in the vertical direction. The height of the receiving surface 410, which is the upper surface of the auxiliary member 400, is approximately the same as the position H2 of the peripheral edge of the half cell 110P in the deformed posture. During screen printing, the receiving surface 410 of the auxiliary member 400 comes into surface contact with the screen printing plate 230 (print frame 232). The screen printing plate 230 is placed on the upper surface of the auxiliary member 400 so that the entire auxiliary member 400 overlaps the plate frame 232 of the screen printing plate 230 when viewed in the vertical direction, and the air electrode paste is applied to the screen using the squeegee 240. The screen mesh 234 of the printing plate 230 is filled. As a result, the air electrode paste is transferred to the print area E of the half cell 110P in the deformed posture, and as a result, a print pattern 114P is formed in the print area E.

次に、印刷パターン114Pからスクリーン印刷板230を引き離す際に、サドル現象が発生する。サドル現象は、印刷パターン114Pからスクリーン印刷板230を引き離す際に、版枠232における開口部を形成する内周面に接触していた空気極用ペーストが伸張し、印刷パターン114Pの周縁部が盛り上がる現象である。図7(B)に示すように、サドル現象の発生により、印刷パターン114Pの周縁部に上方に突出する凸部115Pが形成され、その凸部115Pの位置H4が、印刷パターン114Pの中央部の位置H3よりも高くなる。また、凸部115Pと中央部との間には、下方に凹んだ凹み部117Pが形成されている。 Next, when the screen printing plate 230 is separated from the printed pattern 114P, a saddle phenomenon occurs. In the saddle phenomenon, when the screen printing plate 230 is separated from the print pattern 114P, the air electrode paste that was in contact with the inner peripheral surface forming the opening in the plate frame 232 expands, and the peripheral edge of the print pattern 114P bulges. It is a phenomenon. As shown in FIG. 7(B), due to the occurrence of the saddle phenomenon, a convex portion 115P that protrudes upward is formed at the peripheral edge of the printed pattern 114P, and the position H4 of the convex portion 115P is located at the center of the printed pattern 114P. It becomes higher than position H3. Furthermore, a downwardly recessed portion 117P is formed between the convex portion 115P and the central portion.

しかし、図7(C)に示すように、印刷パターン114Pが形成されたハーフセル110Pを、変形姿勢から、変形前の非変形姿勢(ハーフセル110Pが平坦状になっている姿勢)に復帰させると、それに伴って、印刷パターンの周縁部の凸部115Pの位置が低くなる。図7(C)では、印刷パターンの周縁部の凸部115Pの位置が印刷パターン114Pの中央部の位置H3と略同じになっている。次に、印刷パターン114Pが形成されたハーフセル110Pを、非変形姿勢の状態で乾燥させて所定の温度(例えば約1100℃)で焼成する。これにより、空気極114が形成され、燃料極116と電解質層112と中間層180と空気極114とを備える単セル110が作製される。この単セル110では、空気極114の周縁部が中央部に対して大きく盛り上がることが抑制されている。焼成後、ハーフセル110Pが変形前の姿勢に復帰した状態の空気極114の中央部と周縁部との高低差は±5μm以内であることが好ましい。 However, as shown in FIG. 7C, when the half cell 110P on which the printed pattern 114P is formed is returned from the deformed position to the undeformed position before deformation (the position in which the half cell 110P is flat), Accordingly, the position of the convex portion 115P on the peripheral edge of the print pattern becomes lower. In FIG. 7C, the position of the convex portion 115P on the periphery of the print pattern is approximately the same as the position H3 at the center of the print pattern 114P. Next, the half cell 110P on which the printed pattern 114P is formed is dried in a non-deformed state and fired at a predetermined temperature (for example, about 1100° C.). As a result, the air electrode 114 is formed, and the single cell 110 including the fuel electrode 116, the electrolyte layer 112, the intermediate layer 180, and the air electrode 114 is manufactured. In this single cell 110, the peripheral edge of the air electrode 114 is suppressed from rising significantly relative to the center. After firing, it is preferable that the height difference between the central part and the peripheral part of the air electrode 114 in a state where the half cell 110P has returned to its pre-deformation posture is within ±5 μm.

上述した方法に従い複数の単セル110を作製した後、組み立て工程(例えば、各単セル110にセパレータ120等の他の部材を取り付ける工程、複数の単セル110を積層する工程、ボルト22により締結する工程等)を行う。以上により、燃料電池スタック100の製造が完了する。 After producing a plurality of unit cells 110 according to the method described above, an assembly process (for example, a process of attaching other members such as a separator 120 to each unit cell 110, a process of stacking a plurality of unit cells 110, and a process of fastening with bolts 22) process, etc.). Through the above steps, manufacturing of the fuel cell stack 100 is completed.

A-4.本実施形態の効果:
以上説明したように、本実施形態では、ハーフセル110Pが、該ハーフセル110Pにおける印刷領域Eの周縁部の位置H2が印刷領域Eの中央部の位置H1より高い変形姿勢にされる(図7(A)参照)。そして、その変形姿勢のハーフセル110Pにおける印刷領域Eに対してスクリーン印刷が行われ、所定の印刷パターン114Pがハーフセル110Pにおける印刷領域Eに形成される。その結果、印刷パターン114Pの周縁部に、いわゆるサドル現象が発生し得る(図7(B)参照)。しかし、印刷パターン114Pが形成されたハーフセル110Pが変形姿勢から変形前の姿勢に復帰すると、それに伴って、印刷パターン114Pの周縁部の高さが低くなる(図7(C)参照)。したがって、本実施形態の製造方法によれば、サドル現象に起因する印刷パターン114Pの周縁部の盛り上がりの影響が抑制された単セル110(燃料電池スタック100)を製造することができる。
A-4. Effects of this embodiment:
As described above, in this embodiment, the half cell 110P is put into a deformed posture in which the position H2 of the peripheral edge of the print area E in the half cell 110P is higher than the position H1 of the center of the print area E (see FIG. )reference). Then, screen printing is performed on the printing area E in the half cell 110P in the deformed posture, and a predetermined printing pattern 114P is formed on the printing area E in the half cell 110P. As a result, a so-called saddle phenomenon may occur at the periphery of the printed pattern 114P (see FIG. 7(B)). However, when the half cell 110P on which the printed pattern 114P is formed returns from the deformed posture to the pre-deformed posture, the height of the peripheral edge of the printed pattern 114P decreases accordingly (see FIG. 7C). Therefore, according to the manufacturing method of this embodiment, it is possible to manufacture the single cell 110 (fuel cell stack 100) in which the influence of the swelling of the peripheral edge of the printed pattern 114P caused by the saddle phenomenon is suppressed.

また、本実施形態では、変形姿勢のハーフセル110Pの印刷領域Eの周縁部は、印刷領域Eの中央部に向かって下方に傾斜している。このため、スクリーン印刷において、印刷領域Eの周縁部に塗布されるペーストの量は、印刷領域Eの中央部に塗布されるペーストの量に比べて少ない。このため、スクリーン印刷板230を引き上げる前においては、印刷パターン114Pの周縁部の厚さは、印刷パターン114Pの中央部の厚さよりも薄い。その結果、印刷パターン114Pからスクリーン印刷板230を引き上げる際に、サドル現象による印刷パターン114Pの周縁部の盛り上がりは生じるものの、変形姿勢のハーフセル110Pが変形前の姿勢に復帰することで、印刷パターン114Pの中央部に対する周縁部の盛り上がりを抑制できる。 Further, in this embodiment, the peripheral edge of the printing area E of the half cell 110P in the deformed posture is inclined downward toward the center of the printing area E. Therefore, in screen printing, the amount of paste applied to the periphery of the printing area E is smaller than the amount of paste applied to the center of the printing area E. Therefore, before the screen printing plate 230 is pulled up, the thickness of the peripheral portion of the printed pattern 114P is thinner than the thickness of the central portion of the printed pattern 114P. As a result, when the screen printing plate 230 is pulled up from the printed pattern 114P, although the periphery of the printed pattern 114P swells due to the saddle phenomenon, the half cells 110P in the deformed posture return to the pre-deformed posture, so that the printed pattern 114P It is possible to suppress the swelling of the peripheral portion relative to the central portion.

本実施形態では、ハーフセル110Pを平坦状の配置面222上に配置し、かつ、ハーフセル110Pと配置面222との間にスペーサ300を挟むことにより、ハーフセル110Pを変形姿勢にする(図7(A)参照)。これにより、スペーサ300を用いるという比較的に簡単な方法により、印刷パターン114Pを変形姿勢にすることができる。 In this embodiment, the half cell 110P is placed on the flat placement surface 222, and the spacer 300 is sandwiched between the half cell 110P and the placement surface 222, so that the half cell 110P is brought into a deformed posture (see FIG. 7(A). )reference). As a result, the printed pattern 114P can be brought into a deformed position using the relatively simple method of using the spacer 300.

本実施形態では、上下方向視で、スペーサ300の少なくとも一部は、ハーフセル110Pの印刷領域Eの周縁部に重なっている(図7(A)(B)参照)。スペーサ300の水平方向の幅D2は4mm以上、10mm以下であり、スペーサ300の厚さD1は0.05mm以上、0.1mm以下である。これにより、変形姿勢のハーフセル110Pにおける印刷領域Eを比較的に緩やかな曲面にすることができる。このため、変形姿勢のハーフセル110Pに与える負荷が低減され、例えばハーフセル110Pの損傷等を抑制することができる。特に、ハーフセル110Pの各層の厚さ関係が次の条件を満たす場合に、より効果的である。
電解質層112(焼成体)の厚さは、5μm以上、10μm以下である。
燃料極116の機能層(焼成体)の厚さは、10μm以上、20μm以下である。
燃料極116の基板層(焼成体)の厚さは、300μm以上、800μm以下である。
中間層180の(焼成体)の厚さは、1μm以上、9μm以下である。
In this embodiment, at least a portion of the spacer 300 overlaps the peripheral edge of the print area E of the half cell 110P when viewed in the vertical direction (see FIGS. 7A and 7B). The horizontal width D2 of the spacer 300 is 4 mm or more and 10 mm or less, and the thickness D1 of the spacer 300 is 0.05 mm or more and 0.1 mm or less. Thereby, the printing area E in the half cell 110P in the deformed posture can be made into a relatively gently curved surface. Therefore, the load applied to the half cell 110P in the deformed posture is reduced, and for example, damage to the half cell 110P can be suppressed. In particular, it is more effective when the thickness relationship of each layer of the half cell 110P satisfies the following conditions.
The thickness of the electrolyte layer 112 (fired body) is 5 μm or more and 10 μm or less.
The thickness of the functional layer (fired body) of the fuel electrode 116 is 10 μm or more and 20 μm or less.
The thickness of the substrate layer (fired body) of the fuel electrode 116 is 300 μm or more and 800 μm or less.
The thickness of the intermediate layer 180 (fired body) is 1 μm or more and 9 μm or less.

本実施形態では、変形姿勢のハーフセル110Pの外周側に、スクリーン印刷の際に用いられるスクリーン印刷板230に面接触する受け面410を有する補助部材400を配置した状態で、ハーフセル110Pにおける印刷領域Eに対してスクリーン印刷を行う(図7(A)参照)。ここで、図8は、補助部材400の有無によるハーフセル110Pへの負荷の大きさの違いを説明するための模式図である。なお、図8では、スクリーンメッシュ234は省略されている。 In this embodiment, the printing area E in the half cell 110P is arranged with the auxiliary member 400 having the receiving surface 410 in surface contact with the screen printing plate 230 used in screen printing on the outer peripheral side of the half cell 110P in the deformed posture. Screen printing is performed on the image (see FIG. 7(A)). Here, FIG. 8 is a schematic diagram for explaining the difference in the magnitude of the load on the half cell 110P depending on the presence or absence of the auxiliary member 400. Note that in FIG. 8, the screen mesh 234 is omitted.

図8(A)には、補助部材400を用いない場合におけるハーフセル110Pへの負荷状態が示されている。この状態では、変形姿勢のハーフセル110Pだけがスクリーン印刷板230(版枠232)に接触する。このため、スキージ240に押し付けられたスクリーン印刷板230からの押圧力Fがハーフセル110Pの周縁部に集中し、ハーフセル110Pが損傷するおそれがある。一方、図8(B)には、補助部材400を用いた場合におけるハーフセル110Pへの負荷状態が示されている。この状態では、変形姿勢のハーフセル110Pに加えて、補助部材400がスクリーン印刷板230に面接触する。このため、スクリーン印刷板230からの押圧力Fが分散され、ハーフセル110Pの周縁部に付与される力fが低減される。これにより、スクリーン印刷板230からの押圧力Fが変形姿勢のハーフセル110Pに集中して損傷することを抑制することができる。また、スクリーン印刷板230からハーフセル110P上に充填された空気極用ペーストに付与される力も低減されるため、空気極用ペーストへの過度な力の付与に起因して、ハーフセル110Pの周縁部が大きく盛り上がることを抑制することができる。 FIG. 8A shows the load state on the half cell 110P when the auxiliary member 400 is not used. In this state, only the half cell 110P in the deformed posture contacts the screen printing plate 230 (plate frame 232). Therefore, the pressing force F from the screen printing plate 230 pressed against the squeegee 240 is concentrated on the peripheral edge of the half cell 110P, and there is a possibility that the half cell 110P may be damaged. On the other hand, FIG. 8(B) shows the load state on the half cell 110P when the auxiliary member 400 is used. In this state, in addition to the half cell 110P in the deformed posture, the auxiliary member 400 is in surface contact with the screen printing plate 230. Therefore, the pressing force F from the screen printing plate 230 is dispersed, and the force f applied to the peripheral edge of the half cell 110P is reduced. Thereby, it is possible to prevent the pressing force F from the screen printing board 230 from concentrating on the half cell 110P in the deformed posture and damaging it. Furthermore, the force applied from the screen printing plate 230 to the air electrode paste filled on the half cell 110P is reduced, so that the peripheral edge of the half cell 110P may be damaged due to excessive force being applied to the air electrode paste. It is possible to suppress a large increase.

本実施形態では、焼成後、ハーフセル110Pが変形前の姿勢に復帰した状態の印刷パターン114P(空気極114)の中央部と周縁部との高低差は±5μm以内であることが好ましい。これにより、変形前の姿勢に復帰した状態の印刷パターン114Pの中央部と周縁部との高低差が±5μm以内でない場合に比べて、サドル現象に起因する印刷パターンの周縁部の盛り上がりの影響が、より効果的に抑制される。 In this embodiment, after firing, it is preferable that the difference in height between the central part and the peripheral part of the printed pattern 114P (air electrode 114) in a state where the half cell 110P has returned to its pre-deformation posture is within ±5 μm. As a result, compared to the case where the difference in height between the central part and the peripheral part of the printed pattern 114P that has returned to its pre-deformation position is not within ±5 μm, the influence of the swelling of the peripheral part of the printed pattern due to the saddle phenomenon is reduced. , more effectively suppressed.

A-5.性能評価:
複数の単セル110のサンプルを用いて行った性能評価について、以下説明する。図9は、性能評価結果を示す説明図である。図9に示すように、各サンプルS1~S12は、上述した印刷パターン114Pをハーフセル110Pに形成するための工程において、スペーサ300の使用の有無とスペーサ300のサイズと補助部材400の使用の有無との少なくとも約1つが互いに異なる。それぞれの条件で製造された単セル110について、空気極114におけるサドル高さを測定した。サドル高さは、「空気極114の周縁部における単セル110の厚さ」から「空気極114の中央部における単セル110の厚さ」を減算した値である。サドル高さの値が大きいほど、空気極114における中央部に対する周縁部の盛り上がりが大きいことを意味する。単セル110における各部位の厚さは、レーザ変位計を備えた公知の厚さ計測器を用いて、0.1mm間隔で測定した。
A-5. Performance evaluation:
Performance evaluation performed using samples of a plurality of single cells 110 will be described below. FIG. 9 is an explanatory diagram showing the performance evaluation results. As shown in FIG. 9, each of the samples S1 to S12 has differences in whether or not a spacer 300 is used, the size of the spacer 300, and whether or not an auxiliary member 400 is used in the process of forming the above-described printed pattern 114P in a half cell 110P. are different from each other. The saddle height at the air electrode 114 was measured for the single cell 110 manufactured under each condition. The saddle height is the value obtained by subtracting the "thickness of the unit cell 110 at the center of the air electrode 114" from the "thickness of the unit cell 110 at the peripheral edge of the air electrode 114." The larger the value of the saddle height, the larger the swell of the peripheral edge of the air electrode 114 relative to the center. The thickness of each portion of the single cell 110 was measured at 0.1 mm intervals using a known thickness measuring device equipped with a laser displacement meter.

具体的には、サンプルS1では、スペーサ300が使用されておらず、ハーフセル110Pが非変形姿勢で支持部材200の配置面222に配置されている。この結果、サンプルS1のサドル高さは、22μmであり、最も大きい値であった。 Specifically, in the sample S1, the spacer 300 is not used, and the half cell 110P is arranged on the arrangement surface 222 of the support member 200 in an undeformed posture. As a result, the saddle height of sample S1 was 22 μm, which was the largest value.

サンプルS2~S6では、幅D2が2mm以上、12mm以下、厚さD1が0.03mm以上、0.15mm以下のスペーサ300が使用され、かつ、サンプルS6を除いて補助部材400が使用された。その結果、サンプルS2~S6のサドル高さは、-9μm以上、14μm以下であり、サンプルS1に比べて低減した。これらの結果から、スペーサ300を使用することにより、サドル高さを低減できることが分かる。なお、サンプルS4において、サドル高さは、サンプルS1に比べて低減したものの、空気極114の周縁部における表面の傾斜が急峻となり、サンプルS7~S12と比べたときの空気極側集電体134との接続性の低下が確認された。 In samples S2 to S6, a spacer 300 having a width D2 of 2 mm or more and 12 mm or less and a thickness D1 of 0.03 mm or more and 0.15 mm or less was used, and the auxiliary member 400 was used except for sample S6. As a result, the saddle heights of samples S2 to S6 were -9 μm or more and 14 μm or less, which were reduced compared to sample S1. These results show that by using the spacer 300, the saddle height can be reduced. In sample S4, although the saddle height was reduced compared to sample S1, the slope of the surface at the peripheral edge of the air electrode 114 was steeper, and the air electrode side current collector 134 was lower than that of samples S7 to S12. A decrease in connectivity was confirmed.

サンプルS7~S12では、幅D2が4mm以上、10mm以下、厚さD1が0.05mm以上、0.1mm以下のスペーサ300が使用され、かつ、補助部材400が使用された。その結果、サンプルS7~S12のサドル高さは、-5μm以上、5μm以下であり、サンプルS1に比べて低減した。さらに、サンプルS7~S11では、幅D2が4mm以上、6mm以下、厚さD1が0.05mm以上、0.08mm以下のスペーサ300が使用され、かつ、補助部材400が使用された。その結果、サンプルS7~S11のサドル高さは、-1μm以上、5μm以下であり、サンプルS2~S6に比べてさらに低減した。 In samples S7 to S12, a spacer 300 with a width D2 of 4 mm or more and 10 mm or less and a thickness D1 of 0.05 mm or more and 0.1 mm or less was used, and an auxiliary member 400 was used. As a result, the saddle heights of samples S7 to S12 were −5 μm or more and 5 μm or less, which were reduced compared to sample S1. Furthermore, in samples S7 to S11, a spacer 300 with a width D2 of 4 mm or more and 6 mm or less and a thickness D1 of 0.05 mm or more and 0.08 mm or less was used, and an auxiliary member 400 was used. As a result, the saddle heights of samples S7 to S11 were −1 μm or more and 5 μm or less, which were further reduced compared to samples S2 to S6.

また、サンプルS6,S11は、補助部材400の有無のみが異なる。これらのサンプルS6,S11の評価結果から、補助部材400を用いることで、サドル高さを、より効果的に低減できることが分かる。 Further, samples S6 and S11 differ only in the presence or absence of the auxiliary member 400. From the evaluation results of these samples S6 and S11, it can be seen that by using the auxiliary member 400, the saddle height can be more effectively reduced.

また、サンプルS8~S11については、スペーサ300および補助部材400に関する製造条件が互いに同一であるにも関わらず、サドル高さが互いに異なっている。この理由は、サンプルS8~S11について、スクリーン印刷に用いられる空気極用ペーストの粘度が互いに異なっていることにある。具体的には、サンプルS1~S8、S12については、空気極用ペーストの粘度は互いに同一であり、サンプルS9については、空気極用ペーストの粘度が、サンプルS1~S8、S12に比べて、高めであり、サンプルS10,S11については、空気極用ペーストの粘度が、サンプルS1~S8、S12に比べて、低めである。空気極用ペーストの粘度が高いほど、サドル高さは低くなる傾向にある。ただし、本評価結果によれば、空気極用ペーストの粘度が変わったとしても、スペーサ300の寸法を、本発明の範囲に設定することでサドル高さを十分抑えることができることが分かる。 Further, samples S8 to S11 have different saddle heights even though the manufacturing conditions regarding the spacer 300 and the auxiliary member 400 are the same. The reason for this is that the viscosity of the air electrode paste used for screen printing is different for samples S8 to S11. Specifically, for samples S1 to S8 and S12, the viscosity of the air electrode paste is the same, and for sample S9, the viscosity of the air electrode paste is higher than that of samples S1 to S8 and S12. For samples S10 and S11, the viscosity of the air electrode paste is lower than that for samples S1 to S8 and S12. The higher the viscosity of the air electrode paste, the lower the saddle height tends to be. However, according to the present evaluation results, it can be seen that even if the viscosity of the air electrode paste changes, the saddle height can be sufficiently suppressed by setting the dimensions of the spacer 300 within the range of the present invention.

B.変形例:
本明細書で開示される技術は、上述の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態に変形することができ、例えば次のような変形も可能である。
B. Variant:
The technology disclosed in this specification is not limited to the above-described embodiments, and can be modified into various forms without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are also possible.

上記実施形態における単セル110または燃料電池スタック100の構成は、あくまで一例であり、種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、単セル110が中間層180を含んでいるが、単セル110が中間層180を含んでいなくてもよい。 The configurations of the single cell 110 or the fuel cell stack 100 in the above embodiments are merely examples, and can be modified in various ways. For example, in the embodiment described above, the single cell 110 includes the intermediate layer 180, but the single cell 110 may not include the intermediate layer 180.

上記実施形態において、燃料電池スタック100に含まれる単セル110の個数は、あくまで一例であり、単セル110の個数は燃料電池スタック100に要求される出力電圧等に応じて適宜決められる。 In the embodiment described above, the number of single cells 110 included in the fuel cell stack 100 is merely an example, and the number of single cells 110 is determined as appropriate depending on the output voltage etc. required of the fuel cell stack 100.

また、上記実施形態では、各ボルト22の軸部の外周面と各連通孔108の内周面との間の空間を各マニホールドとして利用しているが、これに代えて、各ボルト22の軸部に軸方向の孔を形成し、その孔を各マニホールドとして利用してもよい。また、各マニホールドを各ボルト22が挿入される各連通孔108とは別に設けてもよい。 Further, in the above embodiment, the space between the outer peripheral surface of the shaft of each bolt 22 and the inner peripheral surface of each communication hole 108 is used as each manifold, but instead of this, the shaft of each bolt 22 is used as a manifold. An axial hole may be formed in the section and the hole may be used as each manifold. Moreover, each manifold may be provided separately from each communication hole 108 into which each bolt 22 is inserted.

また、上記実施形態における各部材を構成する材料は、あくまで例示であり、各部材が他の材料により構成されていてもよい。 Further, the materials constituting each member in the above embodiment are merely examples, and each member may be composed of other materials.

また、上記実施形態では、平板形の単セル110を対象としているが、本明細書に開示される技術は、平板形以外の他の単セルにも同様に適用可能である。 Furthermore, although the above embodiments are directed to the flat unit cell 110, the technology disclosed in this specification is similarly applicable to other unit cells other than the flat unit cell.

また、上記実施形態では、燃料ガスに含まれる水素と酸化剤ガスに含まれる酸素との電気化学反応を利用して発電を行うSOFCを対象としているが、本明細書に開示される技術は、水の電気分解反応を利用して水素の生成を行う固体酸化物形電解セル(SOEC)の構成単位である電解単セルや、複数の電解単セルを備える電解セルスタックにも同様に適用可能である。なお、電解セルスタックの構成は、例えば特開2016-81813号に記載されているように公知であるためここでは詳述しないが、概略的には上述した実施形態における燃料電池スタック100と同様の構成である。すなわち、上述した実施形態における燃料電池スタック100を電解セルスタックと読み替え、発電単位102を電解セル単位と読み替え、単セル110を電解単セルと読み替えればよい。ただし、電解セルスタックの運転の際には、空気極114がプラス(陽極)で燃料極116がマイナス(陰極)となるように両電極間に電圧が印加されると共に、連通孔108を介して原料ガスとしての水蒸気が供給される。これにより、各電解セル単位において水の電気分解反応が起こり、燃料室176で水素ガスが発生し、連通孔108を介して電解セルスタックの外部に水素が取り出される。このような構成の電解単セルおよび電解セルスタックの製造方法においても、サドル現象に起因する印刷パターンの周縁部の盛り上がりの影響が抑制された複合体を製造することができる。 Further, in the above embodiment, the target is a SOFC that generates power using an electrochemical reaction between hydrogen contained in the fuel gas and oxygen contained in the oxidant gas, but the technology disclosed in this specification It can be similarly applied to electrolytic single cells, which are the constituent units of solid oxide electrolytic cells (SOEC) that generate hydrogen using the electrolysis reaction of water, and electrolytic cell stacks that include multiple electrolytic single cells. be. Note that the configuration of the electrolytic cell stack is not described in detail here because it is publicly known as described in, for example, Japanese Patent Application Laid-open No. 2016-81813, but it is generally similar to the fuel cell stack 100 in the embodiment described above. It is the composition. That is, the fuel cell stack 100 in the embodiment described above may be read as an electrolytic cell stack, the power generation unit 102 may be read as an electrolytic cell unit, and the single cell 110 may be read as an electrolytic single cell. However, during operation of the electrolytic cell stack, a voltage is applied between the two electrodes such that the air electrode 114 is positive (anode) and the fuel electrode 116 is negative (cathode), and a voltage is applied through the communication hole 108. Water vapor is supplied as a raw material gas. As a result, an electrolytic reaction of water occurs in each electrolytic cell unit, hydrogen gas is generated in the fuel chamber 176, and hydrogen is extracted to the outside of the electrolytic cell stack through the communication hole 108. Also in the manufacturing method of an electrolytic unit cell and an electrolytic cell stack having such a configuration, it is possible to manufacture a composite body in which the influence of swelling of the peripheral edge of the printed pattern caused by the saddle phenomenon is suppressed.

上記実施形態における燃料電池スタック100の製造方法は、あくまで一例であり、種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、「複合体」は、単セル110であったが、単セル110に加えて集電体要素135やインターコネクタ150を含んだものでもよい。 The method for manufacturing the fuel cell stack 100 in the above embodiment is just an example, and various modifications are possible. For example, in the above embodiment, the "composite" is the single cell 110, but it may also include the current collector element 135 and the interconnector 150 in addition to the single cell 110.

上記実施形態では、「下地部材」はハーフセル110Pであり、「複合体の一部」は空気極114であった。しかし、「下地部材」は、電気化学反応単セルを少なくとも含む複合体の構成要素であって、かつ、平板に限らず、少なくとも一部に平坦状の表面を有する構成要素であればよい。「複合体の一部」は、下地部材にスクリーン印刷される部分であればよい。例えば、「下地部材」は電解質層112と燃料極116との積層体であり、「複合体の一部」は中間層180でもよい。また、「下地部材」は単セル110であり、「複合体の一部」は空気極側集電体134や、単セル110と空気極側集電体134とを接合する接合部などでもよい。また、「下地部材」は導電性の支持体であり、「複合体の一部」は電解質層でもよい。また、「複合体の一部」は、複合体の構成要素でなくてもよく、例えば、キャリアフィルム等でもよい。また、下地部材は、焼成後のものに限らず、焼成(例えば二次焼成)前のものでもよい。 In the embodiment described above, the "underlying member" was the half cell 110P, and the "part of the composite" was the air electrode 114. However, the "underlying member" is not limited to a flat plate, and may be any component that has at least a partially flat surface. The "part of the composite" may be any part that is screen printed on the base member. For example, the "base member" may be a laminate of the electrolyte layer 112 and the fuel electrode 116, and the "part of the composite" may be the intermediate layer 180. Further, the "underlying member" may be the single cell 110, and the "part of the composite" may be the air electrode side current collector 134, or the joint portion that joins the single cell 110 and the air electrode side current collector 134. . Further, the "underlying member" may be a conductive support, and the "part of the composite" may be an electrolyte layer. Further, "a part of the composite" does not need to be a component of the composite, and may be, for example, a carrier film or the like. Further, the base member is not limited to one after firing, but may be one before firing (for example, secondary firing).

上記実施形態において、支持部材200は、周壁部210を有してない構成でもよい。スペーサ300は、扁平形状に限られず、断面矩形状でもよい。また、上記実施形態では、スペーサ300は、ハーフセル110Pの全周にわたって配置された枠状であったが、円形の枠状でもよいし、ハーフセル110Pの周方向において部分的に配置されるもの(例えば複数のパーツから構成されたもの)や、上方に開口した凹所を有する有底の部材などでもよい。また、スペーサ300の外周面が支持部材200の周壁部210の内周面212から離間するように配置されてもよい。要するに、スペーサは、平坦状の配置面に配置された下地部材を上述の変形姿勢にする構成を有していればよい。また、スペーサ300を用いずに、支持部材200の配置面222に凹所が形成されており、この凹所にハーフセル110Pを配置することにより、ハーフセル110Pを変形姿勢にするようにしてもよい。 In the embodiment described above, the support member 200 may be configured without the peripheral wall portion 210. The spacer 300 is not limited to a flat shape, but may have a rectangular cross section. Further, in the above embodiment, the spacer 300 has a frame shape disposed over the entire circumference of the half cell 110P, but it may also have a circular frame shape, or a spacer disposed partially in the circumferential direction of the half cell 110P (e.g. It may be constructed from a plurality of parts) or a bottomed member having a recess that opens upward. Further, the outer peripheral surface of the spacer 300 may be arranged so as to be spaced apart from the inner peripheral surface 212 of the peripheral wall portion 210 of the support member 200. In short, the spacer should just have a configuration that causes the base member placed on the flat placement surface to be in the above-described deformed position. Alternatively, a recess may be formed in the placement surface 222 of the support member 200 without using the spacer 300, and by placing the half cell 110P in this recess, the half cell 110P may be placed in a deformed posture.

上記実施形態において、補助部材400は、扁平形状に限られず、断面矩形状でもよい。また、上記実施形態において、ハーフセル110Pが変形姿勢になれば、上下方向視で、スペーサ300はハーフセル110Pの印刷領域Eの周縁部よりも外側に配置されていてもよい。 In the above embodiment, the auxiliary member 400 is not limited to a flat shape, but may have a rectangular cross section. Further, in the embodiment described above, when the half cell 110P is in a deformed posture, the spacer 300 may be disposed outside the periphery of the print area E of the half cell 110P when viewed in the vertical direction.

22:ボルト 24:ナット 26:絶縁シート 27:ガス通路部材 28:本体部 29:分岐部 100:燃料電池スタック 102:発電単位 104,106:エンドプレート 108:連通孔 110:単セル 110P:ハーフセル 112:電解質層 114:空気極 114P:印刷パターン 115P:凸部 116:燃料極 117P:凹み部 120:セパレータ 124:接合部 130:空気極側フレーム 132:酸化剤ガス供給連通孔 133:酸化剤ガス排出連通孔 134:空気極側集電体 135:集電体要素 140:燃料極側フレーム 142:燃料ガス供給連通孔 143:燃料ガス排出連通孔 144:燃料極側集電体 145:電極対向部 146:インターコネクタ対向部 147:連接部 150:インターコネクタ 161:酸化剤ガス導入マニホールド 162:酸化剤ガス排出マニホールド 166:空気室 171:燃料ガス導入マニホールド 172:燃料ガス排出マニホールド 176:燃料室 180:中間層 200:支持部材 210:周壁部 212:内周面 214:上面 220:配置部 222:配置面 230:スクリーン印刷板 232:版枠 234:スクリーンメッシュ 240:スキージ 300:スペーサ 400:補助部材 410:受け面 E:印刷領域 FG:燃料ガス FOG:燃料オフガス OG:酸化剤ガス OOG:酸化剤オフガス 22: Bolt 24: Nut 26: Insulating sheet 27: Gas passage member 28: Main body 29: Branch 100: Fuel cell stack 102: Power generation unit 104, 106: End plate 108: Communication hole 110: Single cell 110P: Half cell 112 : Electrolyte layer 114: Air electrode 114P: Print pattern 115P: Convex portion 116: Fuel electrode 117P: Recessed portion 120: Separator 124: Joint portion 130: Air electrode side frame 132: Oxidizing gas supply communication hole 133: Oxidizing gas discharge Communication hole 134: Air electrode side current collector 135: Current collector element 140: Fuel electrode side frame 142: Fuel gas supply communication hole 143: Fuel gas discharge communication hole 144: Fuel electrode side current collector 145: Electrode opposing part 146 : Interconnector opposing part 147: Connection part 150: Interconnector 161: Oxidizing gas introduction manifold 162: Oxidizing gas exhaust manifold 166: Air chamber 171: Fuel gas introduction manifold 172: Fuel gas exhaust manifold 176: Fuel chamber 180: Intermediate Layer 200: Support member 210: Peripheral wall portion 212: Inner peripheral surface 214: Upper surface 220: Arrangement portion 222: Arrangement surface 230: Screen printing board 232: Plate frame 234: Screen mesh 240: Squeegee 300: Spacer 400: Auxiliary member 410: Receiving surface E: Printing area FG: Fuel gas FOG: Fuel off-gas OG: Oxidizing gas OOG: Oxidizing off-gas

Claims (5)

固体電解質層と、前記固体電解質層を挟んで互いに対向する空気極および燃料極と、を備える電気化学反応単セルを、少なくとも含む複合体の製造方法において、
少なくとも一部に平坦状の表面を有する下地部材を準備する工程と、
前記下地部材を、前記下地部材の前記平坦状の表面における所定の印刷領域の周縁部の位置が前記印刷領域の中央部の位置より高い変形姿勢にする工程と、
前記変形姿勢の前記下地部材における前記印刷領域に対して、スクリーン印刷を行うことにより、前記下地部材の前記印刷領域に前記複合体の一部を構成する所定の印刷パターンを形成する工程と、
前記印刷パターンが形成された前記下地部材を、変形前の姿勢に復帰させた状態で焼成する工程と、
を含む、ことを特徴とする複合体の製造方法。
In a method for producing a composite including at least an electrochemical reaction unit cell comprising a solid electrolyte layer, and an air electrode and a fuel electrode facing each other with the solid electrolyte layer in between,
preparing a base member having at least a partially flat surface;
placing the base member in a deformed position in which the peripheral edge of the predetermined printing area on the flat surface of the base member is higher than the center of the printing area;
forming a predetermined printing pattern constituting a part of the composite in the printing area of the base member by performing screen printing on the print area of the base member in the deformed posture;
firing the base member with the printed pattern formed thereon in a state where it has returned to its pre-deformation position;
A method for producing a composite, comprising:
請求項1に記載の複合体の製造方法において、
前記下地部材を、平坦状の配置面上に配置し、かつ、前記下地部材と、前記配置面との間にスペーサを挟むことにより、前記変形姿勢にする、ことを特徴とする複合体の製造方法。
In the method for producing a composite according to claim 1,
Production of a composite body, characterized in that the base member is placed on a flat placement surface, and a spacer is sandwiched between the base member and the placement surface to take the deformed posture. Method.
請求項2に記載の複合体の製造方法において、
鉛直方向視で、前記スペーサの少なくとも一部は、前記下地部材のうち前記印刷領域の前記周縁部に重なっており、
前記スペーサの水平方向の幅は4mm以上、10mm以下であり、前記スペーサの鉛直方向の厚さは0.05mm以上、0.1mm以下である、ことを特徴とする複合体の製造方法。
In the method for producing a composite according to claim 2,
When viewed in a vertical direction, at least a portion of the spacer overlaps the peripheral edge of the printing area of the base member,
A method for manufacturing a composite body, characterized in that the width of the spacer in the horizontal direction is 4 mm or more and 10 mm or less, and the thickness of the spacer in the vertical direction is 0.05 mm or more and 0.1 mm or less.
請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の複合体の製造方法において、
前記変形姿勢の前記下地部材の外周側に、前記スクリーン印刷の際に用いられるスクリーン印刷板に面接触する受け面を有する補助部材を配置した状態で、前記下地部材における前記印刷領域に対して前記スクリーン印刷を行う、ことを特徴とする複合体の製造方法。
In the method for producing a composite according to any one of claims 1 to 3,
With an auxiliary member having a receiving surface in surface contact with the screen printing plate used in the screen printing being placed on the outer peripheral side of the base member in the deformed posture, the printing area of the base member is A method for producing a composite, characterized by carrying out screen printing.
請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載の複合体の製造方法において、
前記印刷パターンが形成された前記下地部材の焼成後、前記下地部材が変形前の姿勢に復帰した状態の前記印刷パターンの前記中央部と前記周縁部との高低差は±5μm以内である、ことを特徴とする複合体の製造方法。
In the method for producing a composite according to any one of claims 1 to 4,
After firing the base member on which the printed pattern is formed, the height difference between the central part and the peripheral part of the printed pattern in a state where the base member has returned to its pre-deformation posture is within ±5 μm. A method for producing a composite body characterized by:
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