[发明专利]耐热性合金构件、燃料电池用合金构件、燃料电池用集电构件、电池组及燃料电池

说明书

技术领域

本发明涉及由Cr扩散防止层被覆含有Cr的合金构件的表面而成的耐热性合金构件、燃料电池用合金构件、燃料电池用集电构件、电池组(cellstack)及燃料电池。 

背景技术

作为划时代能源，近年来，例如提出有各种将燃料电池单元的电池组收容在收纳容器内的燃料电池。固体电解质形燃料电池，其是将电连接有多个燃料电池单元的电池组收容在收纳容器内而构成，在燃料电池单元的燃料极侧流动燃料气体(氢)，在空气极(也称作氧极)侧流动空气(氧)，在550～900℃高温发电。为了电连接燃料电池单元间，历来使用毡(felt)状或板状的集电构件。 

作为这种集电构件，采用电导率高的合金，此外由于在高温下使用，因此优选采用耐热合金，作为这种电导率高的耐热合金，一般采用含有10～30质量％的Cr的合金。然而，将由含有Cr的合金构成的集电构件设置在燃料电池单元间以电连接多个燃料电池单元时，若使燃料电池长时间发电，则集电构件中的Cr会扩散到集电构件的外部，扩散的Cr到达空气极和固体电解质的界面，使活性劣化。该现象也被称为所谓Cr催化剂中毒，这会招致燃料电池单元的发电能力的降低。 

为了防止这样的Cr催化剂中毒，以前进行的是以Mn、Fe、Co、Ni被覆含有Cr的合金构件的表面(参照专利文献1)。 

专利文献1：特表平11-501746号公报 

然而，如上述专利文献1所述，以Mn、Fe、Co、Ni被覆含有Cr的合金构件的表面时，虽然能够在一定程度上抑制含有Cr的合金构件中的Cr向外部的扩散，但是至今仍存在Cr的扩散多的问题。 

发明内容

本发明的目的在于，提供一种Cr几乎不会向外部扩散的耐热性合金构件、燃料电池用合金构件、燃料电池用集电构件、燃料电池组及燃料电池。 

本发明的热合金构件，其特征在于，由含有Zn及Mn的氧化物构成的Cr扩散防止层被覆在含有Cr的合金构件的表面上而成。Cr扩散防止层的含有Zn及Mn的氧化物，是尖晶石(spinel)结构、刚玉(corundum)结构、纤维锌矿(wurtzite)结构及岩盐结构之中的至少一种，或者是具有与之类似的结构的金属氧化物。特别是含有Zn及Mn的氧化物，由(Zn，Mn)Mn₂O₄及ZnO-MnO固溶体中的至少一种形成。在Cr扩散防止层中有时含有Fe。 

因为这样的Cr扩散防止层在热力学上稳定，所以Cr难以固溶，Cr从合金构件向外部的扩散得到抑制。 

另外，本发明的耐热性合金构件，其特征在于，在所述Cr扩散防止层的表面形成有由含有Zn的氧化物构成的被覆层。在这样的耐热性合金构件中，能够通过被覆层保护Cr扩散防止层的表面。 

此外，本发明的耐热性合金构件，其特征在于，所述Cr扩散防止层及所述被覆层在高温具有导电性。这样的耐热性合金构件在高温呈现导电性。由此能够提供在高温区域使用，具有导电性，Cr几乎不会向外部扩散的的耐热性合金构件。 

另外，本发明的耐热性合金构件，其特征在于，所述被覆层含有Zn和+3价以上的金属元素。在这样的耐热性合金构件中，能够在由氧化锌构成的被覆层的至少一部分+3价以上的金属元素固溶而赋予导电性，从而能够实现可以保持导电性和提高Cr扩散防止效果的耐热性合金构件。 

此外，本发明的耐热性合金构件，其特征在于，在所述被覆层中，作为+3价以上的金属元素含有Al及Fe中的至少一种。在这样的耐热性合金构件中，通过添加有着+3的价数的Al或Fe，能够容易地使电导率提高。 

另外，本发明的耐热性合金构件，其特征在于，所述被覆层在550～ 900℃的温度具有1Scm^-1以上的电导率。以这样的耐热性合金构件，能够实现例如在燃料电池的工作温度范围内可以作为适当的导电构件使用的燃料电池用合金构件。 

此外，其特征在于，所述Cr扩散防止层由(Zn，Mn)Mn₂O₄构成。这样的耐热性合金构件能够有效地抑制Cr从合金构件向外部的扩散。