JPH0678177B2 - 固体電解質型燃料電池用封着材および封着方法 - Google Patents
固体電解質型燃料電池用封着材および封着方法Info
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- JPH0678177B2 JPH0678177B2 JP3111712A JP11171291A JPH0678177B2 JP H0678177 B2 JPH0678177 B2 JP H0678177B2 JP 3111712 A JP3111712 A JP 3111712A JP 11171291 A JP11171291 A JP 11171291A JP H0678177 B2 JPH0678177 B2 JP H0678177B2
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- General Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Ceramic Products (AREA)
- Glass Compositions (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は固体電解質型燃料電池用
封着材およびその封着方法に関するものである。更に詳
しく述べるならば本発明は、固体電解質型燃料電池の単
電池にガス通路用マニホールドを比較的低温で溶融封着
することができ、かつ燃料電池の使用温度に耐える封着
部を形成することのできる封着材、および封着方法に関
するものである。
封着材およびその封着方法に関するものである。更に詳
しく述べるならば本発明は、固体電解質型燃料電池の単
電池にガス通路用マニホールドを比較的低温で溶融封着
することができ、かつ燃料電池の使用温度に耐える封着
部を形成することのできる封着材、および封着方法に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、固型電解質型燃料電池、例えば、
順次に積層された、(La, Sr)MnO3製空気電極層、８モル
％ Y2O3-ZrO2製固体電解質層およびNi／ZrO2サーメット
製燃料電極層からなる単電池、並びに、前記単電池を L
a(Cr，Mg)O3 製セパレータにより電気的に接続して構成
される燃料電池の開発が活発に行われている。
順次に積層された、(La, Sr)MnO3製空気電極層、８モル
％ Y2O3-ZrO2製固体電解質層およびNi／ZrO2サーメット
製燃料電極層からなる単電池、並びに、前記単電池を L
a(Cr，Mg)O3 製セパレータにより電気的に接続して構成
される燃料電池の開発が活発に行われている。
【０００３】固体電解質型燃料電池は、他の方式の燃料
電池に比較して効率、および耐久性においてすぐれてい
るが、その実用温度が1000〜1050℃という高温であり、
かつ燃料電極側は還元性雰囲気を形成するが空気電極側
は酸性雰囲気を形成するなど、その使用条件は極めて苛
酷であり、このため固体電解質型燃料電池の実用化の達
成のためには、解決すべき多数の問題点がある。
電池に比較して効率、および耐久性においてすぐれてい
るが、その実用温度が1000〜1050℃という高温であり、
かつ燃料電極側は還元性雰囲気を形成するが空気電極側
は酸性雰囲気を形成するなど、その使用条件は極めて苛
酷であり、このため固体電解質型燃料電池の実用化の達
成のためには、解決すべき多数の問題点がある。
【０００４】固体電解質型燃料電池として、図１に示さ
れているように、多孔質管状支持層１、の外側に管状空
気電極層２、その外側に一部を帯状に開口するようにし
て形成された管状固体電解質層３、更にその外側に、管
状燃料電極層４、及びその開口部に帯状にインタコネク
タ５を順次に配置した円筒型燃料電池が知られている。
この円筒型燃料電池においては、多孔質管状支持層１の
中空部から矢印６の方向に空気が供給され、管状燃料電
極層の外側に矢印７の方向に燃料ガスが供給される。こ
のような円筒型燃料電池は、これを１ユニットとして多
段化する場合、空間利用効率が低いという問題点を有し
ている。
れているように、多孔質管状支持層１、の外側に管状空
気電極層２、その外側に一部を帯状に開口するようにし
て形成された管状固体電解質層３、更にその外側に、管
状燃料電極層４、及びその開口部に帯状にインタコネク
タ５を順次に配置した円筒型燃料電池が知られている。
この円筒型燃料電池においては、多孔質管状支持層１の
中空部から矢印６の方向に空気が供給され、管状燃料電
極層の外側に矢印７の方向に燃料ガスが供給される。こ
のような円筒型燃料電池は、これを１ユニットとして多
段化する場合、空間利用効率が低いという問題点を有し
ている。
【０００５】この問題点を解決するために、空気電極
層、固体電解質層、および燃料電極層をそれぞれ平板状
に形成し、これを積層して構成された平板状・固体電解
質型燃料電池が提案されている。平板状・固体電解質型
燃料電池の本体は、後に詳しく説明するように、１個の
単電池又は２個以上の単電池の積層体からなるものであ
って、各単電池は、１対のセパレータの間に挟持され、
かつ順次に積層された、平板状空気電極層、平板状固体
電解質層および燃料電極層からなるものである。
層、固体電解質層、および燃料電極層をそれぞれ平板状
に形成し、これを積層して構成された平板状・固体電解
質型燃料電池が提案されている。平板状・固体電解質型
燃料電池の本体は、後に詳しく説明するように、１個の
単電池又は２個以上の単電池の積層体からなるものであ
って、各単電池は、１対のセパレータの間に挟持され、
かつ順次に積層された、平板状空気電極層、平板状固体
電解質層および燃料電極層からなるものである。
【０００６】上記のような平板状・固体電解質型燃料電
池においては、その単電池の各々に、ガス（燃料ガス、
又は酸素含有ガス (空気))を供給、又は排出するための
ガス通路用マニホールドを封着材により密封・連結し
て、これらを一体化する必要がある。この密封・連結方
法として、従来、ロー付け法、および拡散接合法などが
知られていたが、これらの密封・連結に際して解決すべ
き多くの問題点があった。
池においては、その単電池の各々に、ガス（燃料ガス、
又は酸素含有ガス (空気))を供給、又は排出するための
ガス通路用マニホールドを封着材により密封・連結し
て、これらを一体化する必要がある。この密封・連結方
法として、従来、ロー付け法、および拡散接合法などが
知られていたが、これらの密封・連結に際して解決すべ
き多くの問題点があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】固体電解質型燃料電池
は、一般に1000℃〜1050℃の高温における酸化・還元反
応を利用するものである。通常使用温度が1000℃〜1050
℃の場合、この使用条件下において、溶融、変質、劣化
などを生じることのない封着部を形成するためには、上
記温度よりかなり高い温度、例えば1500℃の温度で溶融
封着されるような高温封着材の使用が必要であると考え
られていた。
は、一般に1000℃〜1050℃の高温における酸化・還元反
応を利用するものである。通常使用温度が1000℃〜1050
℃の場合、この使用条件下において、溶融、変質、劣化
などを生じることのない封着部を形成するためには、上
記温度よりかなり高い温度、例えば1500℃の温度で溶融
封着されるような高温封着材の使用が必要であると考え
られていた。
【０００８】しかしながら、燃料電池単電池を、その封
着のために、上記のような高温に加熱すると、空気電極
層を形成している材料(La, Sr)MnO3が焼結されて収縮
し、空気の流通透過が困難になり、特に、1150℃以上の
温度に加熱されると、空気電極層形成材は、固体電解質
層形成材料（８モル％ Y2O3-ZrO2）と固相反応して電気
的不良導体を形成してしまうという問題点を生ずる。
着のために、上記のような高温に加熱すると、空気電極
層を形成している材料(La, Sr)MnO3が焼結されて収縮
し、空気の流通透過が困難になり、特に、1150℃以上の
温度に加熱されると、空気電極層形成材は、固体電解質
層形成材料（８モル％ Y2O3-ZrO2）と固相反応して電気
的不良導体を形成してしまうという問題点を生ずる。
【０００９】従って、封着材は、燃料電池構成要素を変
質させることのない比較的低温で、封着することが可能
であり、しかも、封着後は、燃料電池の使用温度におい
て、溶融或は変質劣化することがなく、しかも、封着す
べき材料の熱膨張により破損することのないものでなけ
ればならない。更に、封着材は、封着すべき材料に対し
て良好な接着性を有し、かつ完全に気密であってガスの
流通をしゃ断するとともに良好な電気的絶縁性を有する
封着部を形成するものでなければならない。
質させることのない比較的低温で、封着することが可能
であり、しかも、封着後は、燃料電池の使用温度におい
て、溶融或は変質劣化することがなく、しかも、封着す
べき材料の熱膨張により破損することのないものでなけ
ればならない。更に、封着材は、封着すべき材料に対し
て良好な接着性を有し、かつ完全に気密であってガスの
流通をしゃ断するとともに良好な電気的絶縁性を有する
封着部を形成するものでなければならない。
【００１０】しかしながら上記の要件のすべてを満足す
ることのできる封着材は未だ提供されていなかった。
ることのできる封着材は未だ提供されていなかった。
【００１１】本発明は固体電解質型燃料電池に対し、そ
の単電池を、その材質、性能に悪影響を及ぼすことのな
い比較的低温においてガス通路用マニホールドに密封連
結することができ、その封着部が前記燃料電池の使用条
件において溶融、又は変質劣化或は破損することがな
く、封着すべき材料に対しすぐれた接着性を有し、更
に、完全に気密であってガスの流通をしゃ断するととも
にすぐれた電気絶縁性を有する封着部を形成することの
できる封着材、および封着方法を提供しようとするもの
である。
の単電池を、その材質、性能に悪影響を及ぼすことのな
い比較的低温においてガス通路用マニホールドに密封連
結することができ、その封着部が前記燃料電池の使用条
件において溶融、又は変質劣化或は破損することがな
く、封着すべき材料に対しすぐれた接着性を有し、更
に、完全に気密であってガスの流通をしゃ断するととも
にすぐれた電気絶縁性を有する封着部を形成することの
できる封着材、および封着方法を提供しようとするもの
である。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は比較的低いガラ
ス軟化温度を有する特定組成のアルミノ珪酸ガラス粒体
と、比較的高いガラス軟化温度を有する特定組成の高シ
リカガラス粒体との混合物からなる封着材を用いること
により上記課題の解決に成功したものである。
ス軟化温度を有する特定組成のアルミノ珪酸ガラス粒体
と、比較的高いガラス軟化温度を有する特定組成の高シ
リカガラス粒体との混合物からなる封着材を用いること
により上記課題の解決に成功したものである。
【００１３】すなわち本発明の固体電解質型燃料電池用
封着材は、固体電解質型燃料電池の本体部にガス通路用
マニホールドを密封連結するための封着材であって、 下記要素： （Ａ）シリカと、アルミナとを含み、かつ、 770℃〜 9
50℃のガラス軟化温度を有するアルミノ珪酸ガラスから
なる少なくとも１種の低軟化点ガラス粒体と、および
（Ｂ）シリカと、アルミナとを含み、かつ1450℃〜1550
℃のガラス軟化温度を有する高シリカガラスからなる少
なくとも１種の高軟化点ガラス粒体と、の混合物からな
ることを特徴とするものである。上記の固体電解質型燃
料電池用封着材において、低軟化点ガラス粒体のアルミ
ノ珪酸は、52〜58重量％のシリカと、20〜22重量％のア
ルミナとを含むことが好ましく、また、高軟化点ガラス
粒体の高シリカガラスは、94〜98重量％のシリカと、0.
２〜0.８重量％のアルナミとを含むことが好ましく、更
に、低軟化点ガラス粒体の合計重量の、高軟化点ガラス
粒体の合計重量に対する比が、50：50〜35：65の範囲内
にあることが好ましい。
封着材は、固体電解質型燃料電池の本体部にガス通路用
マニホールドを密封連結するための封着材であって、 下記要素： （Ａ）シリカと、アルミナとを含み、かつ、 770℃〜 9
50℃のガラス軟化温度を有するアルミノ珪酸ガラスから
なる少なくとも１種の低軟化点ガラス粒体と、および
（Ｂ）シリカと、アルミナとを含み、かつ1450℃〜1550
℃のガラス軟化温度を有する高シリカガラスからなる少
なくとも１種の高軟化点ガラス粒体と、の混合物からな
ることを特徴とするものである。上記の固体電解質型燃
料電池用封着材において、低軟化点ガラス粒体のアルミ
ノ珪酸は、52〜58重量％のシリカと、20〜22重量％のア
ルミナとを含むことが好ましく、また、高軟化点ガラス
粒体の高シリカガラスは、94〜98重量％のシリカと、0.
２〜0.８重量％のアルナミとを含むことが好ましく、更
に、低軟化点ガラス粒体の合計重量の、高軟化点ガラス
粒体の合計重量に対する比が、50：50〜35：65の範囲内
にあることが好ましい。
【００１４】また、本発明の固体電解質型燃料電池の封
着方法は、順次に積層された燃料電極層、固体電解質
層、および空気電極層、並びにセパレーターを含んでな
る少なくとも１層の固体電解質型燃料電池単電池の各々
に、ガス通路用マニホールドを密封連結するために、前
記単電池と、前記マニホールドとの接合部を、封着材を
軟化させながら封着し、この軟化封着部を冷却固化する
方法であって、前記封着材が、下記要素： （Ａ）シリカと、アルミナとを含み、かつ、 770℃〜 9
50℃のガラス軟化温度を有するアルミノ珪酸ガラスから
なる少なくとも１種の低軟化点ガラス粒体と、および
（Ｂ）シリカと、アルミナとを含み、かつ1450℃〜1550
℃のガラス軟化温度を有する高シリカガラスからなる少
なくとも１種の高軟化点ガラス粒体との積層物からな
り、そして前記軟化封着操作が1000℃〜1150℃の温度に
おいて行われる、ことを特徴とするものである。上記の
固体電解質型燃料電池封着方法において、低軟化点ガラ
ス粒体のアルミノ珪酸は、52〜58重量％のシリカと、20
〜22重量％のアルミナとを含むことが好ましく、また、
高軟化点ガラス粒体の高シリカガラスは、94〜98重量％
のシリカと、0.２〜0.８重量％のアルナミとを含むこと
が好ましく、更に、低軟化点ガラス粒体の合計重量の、
高軟化点ガラス粒体の合計重量に対する比が、50：50〜
35：65の範囲内にあることが好ましい。
着方法は、順次に積層された燃料電極層、固体電解質
層、および空気電極層、並びにセパレーターを含んでな
る少なくとも１層の固体電解質型燃料電池単電池の各々
に、ガス通路用マニホールドを密封連結するために、前
記単電池と、前記マニホールドとの接合部を、封着材を
軟化させながら封着し、この軟化封着部を冷却固化する
方法であって、前記封着材が、下記要素： （Ａ）シリカと、アルミナとを含み、かつ、 770℃〜 9
50℃のガラス軟化温度を有するアルミノ珪酸ガラスから
なる少なくとも１種の低軟化点ガラス粒体と、および
（Ｂ）シリカと、アルミナとを含み、かつ1450℃〜1550
℃のガラス軟化温度を有する高シリカガラスからなる少
なくとも１種の高軟化点ガラス粒体との積層物からな
り、そして前記軟化封着操作が1000℃〜1150℃の温度に
おいて行われる、ことを特徴とするものである。上記の
固体電解質型燃料電池封着方法において、低軟化点ガラ
ス粒体のアルミノ珪酸は、52〜58重量％のシリカと、20
〜22重量％のアルミナとを含むことが好ましく、また、
高軟化点ガラス粒体の高シリカガラスは、94〜98重量％
のシリカと、0.２〜0.８重量％のアルナミとを含むこと
が好ましく、更に、低軟化点ガラス粒体の合計重量の、
高軟化点ガラス粒体の合計重量に対する比が、50：50〜
35：65の範囲内にあることが好ましい。
【００１５】
【作用】図２には、本発明の封着材および封着方法を適
用する平板状・固体電解質型燃料電池単電池の構成が示
されている。すなわち、図２において、１対の平板状セ
パレーター８の間に平板状空気電極層９、平板状固体電
解質層10および平板状燃料電極層11が順次に積層合体さ
れて、平板状燃料電池単電池を形成している。この平板
状空気電極層９および平板状燃料電極層11は、それぞれ
矢印12、および13の方向に伸びる溝を有していて、この
溝に沿って矢印の方向に空気、又は燃料ガスを流すこと
ができる。
用する平板状・固体電解質型燃料電池単電池の構成が示
されている。すなわち、図２において、１対の平板状セ
パレーター８の間に平板状空気電極層９、平板状固体電
解質層10および平板状燃料電極層11が順次に積層合体さ
れて、平板状燃料電池単電池を形成している。この平板
状空気電極層９および平板状燃料電極層11は、それぞれ
矢印12、および13の方向に伸びる溝を有していて、この
溝に沿って矢印の方向に空気、又は燃料ガスを流すこと
ができる。
【００１６】空気電極層は例えば(La, Sr)MnO3により形
成され、固体電解質層は、８モル％Y2O3-ZrO2系材料に
より形成され、燃料電極層は、 Ni-ZrO2材料により形成
され、セパレーター層は、 La(Cr・Mg)O3 材料により形
成される。
成され、固体電解質層は、８モル％Y2O3-ZrO2系材料に
より形成され、燃料電極層は、 Ni-ZrO2材料により形成
され、セパレーター層は、 La(Cr・Mg)O3 材料により形
成される。
【００１７】これらの要素層は平板状に一体に積層さ
れ、そのガス通路を形成するために、単電池の各側面に
マニホールドが封着される。図３において、燃料電池単
電池14は、順次に積層合体されたセパレーター８ａ、燃
料電極層11、固体電解質層10、空気電極層９およびセパ
レーター８ｂにより構成され、その４側面のうち側面Ａ
は、空気供給面であって空気供給マニホールド（図示さ
れていない）に連結され、側面Ｂは燃料ガス供給面であ
って燃料ガス供給マニホールド（図示されていない）に
連結され、側面Ｃは燃料ガス排出面であって燃料ガス排
出マニホールド15ａに連結され、側面Ｄは、空気排出面
であって空気排出マニホールド15ｂに連結されている。
図３において１個の燃料電池単電池と、それに連結され
たマニホールドだけが図示されているが、２個以上の単
電池の積層体に対しこのようにマニホールドが連結され
ていてもよい。
れ、そのガス通路を形成するために、単電池の各側面に
マニホールドが封着される。図３において、燃料電池単
電池14は、順次に積層合体されたセパレーター８ａ、燃
料電極層11、固体電解質層10、空気電極層９およびセパ
レーター８ｂにより構成され、その４側面のうち側面Ａ
は、空気供給面であって空気供給マニホールド（図示さ
れていない）に連結され、側面Ｂは燃料ガス供給面であ
って燃料ガス供給マニホールド（図示されていない）に
連結され、側面Ｃは燃料ガス排出面であって燃料ガス排
出マニホールド15ａに連結され、側面Ｄは、空気排出面
であって空気排出マニホールド15ｂに連結されている。
図３において１個の燃料電池単電池と、それに連結され
たマニホールドだけが図示されているが、２個以上の単
電池の積層体に対しこのようにマニホールドが連結され
ていてもよい。
【００１８】各燃料電池単電池と、マニホールドとが、
本発明の封着材を用い、本発明の封着方法により密封連
結される。
本発明の封着材を用い、本発明の封着方法により密封連
結される。
【００１９】本発明の封着材は、シリカ（好ましくは52
〜58重量％）と、アルミナ（好ましくは20〜22重量％）
を含み、かつ 770℃〜 950℃、例えば 870℃、のガラス
軟化温度を有するアルミノ珪酸ガラスからなる少なくと
も１種の低軟化点ガラス粒体（Ａ）と、シリカ（好まし
くは94〜98重量％）と、アルミナ（好ましくは0.２〜0.
８重量％）とを含み、かつ1450℃〜1550℃、例えば1530
℃）のガラス軟化温度を有する高シリカガラスからなる
少なくとも１種の高軟化点ガラス粒体（Ｂ）とを混合し
たものである。また、低軟化点ガラス粒体（Ａ）の合計
重量の、高軟化点ガラス粒体（Ｂ）の合計重量に対する
混合比は、50：50〜35：65であることが好ましく、40：
60〜35：65であることが更に好ましい。
〜58重量％）と、アルミナ（好ましくは20〜22重量％）
を含み、かつ 770℃〜 950℃、例えば 870℃、のガラス
軟化温度を有するアルミノ珪酸ガラスからなる少なくと
も１種の低軟化点ガラス粒体（Ａ）と、シリカ（好まし
くは94〜98重量％）と、アルミナ（好ましくは0.２〜0.
８重量％）とを含み、かつ1450℃〜1550℃、例えば1530
℃）のガラス軟化温度を有する高シリカガラスからなる
少なくとも１種の高軟化点ガラス粒体（Ｂ）とを混合し
たものである。また、低軟化点ガラス粒体（Ａ）の合計
重量の、高軟化点ガラス粒体（Ｂ）の合計重量に対する
混合比は、50：50〜35：65であることが好ましく、40：
60〜35：65であることが更に好ましい。
【００２０】上述のように低軟化点ガラス粒体（Ａ）
と、高軟化点ガラス粒体（Ｂ）とを混合して得られる封
着材を用いてこれに1000℃〜1150℃の加熱封着操作を施
すとその初期段階において先づ低軟化点ガラス粒体が軟
化（溶融）し、封着部分を濡らしてこれを封着し、かつ
軟化（溶融）した低軟化点ガラス中に、高軟化点ガラス
粒体が浸漬されることになり、やがて、低軟化点ガラス
と高軟化点ガラスとは互に溶解混合合体して1050℃より
高く1150℃未満の軟化温度を有するガラスに変化する。
と、高軟化点ガラス粒体（Ｂ）とを混合して得られる封
着材を用いてこれに1000℃〜1150℃の加熱封着操作を施
すとその初期段階において先づ低軟化点ガラス粒体が軟
化（溶融）し、封着部分を濡らしてこれを封着し、かつ
軟化（溶融）した低軟化点ガラス中に、高軟化点ガラス
粒体が浸漬されることになり、やがて、低軟化点ガラス
と高軟化点ガラスとは互に溶解混合合体して1050℃より
高く1150℃未満の軟化温度を有するガラスに変化する。
【００２１】この軟化温度は燃料電池の使用温度約1000
℃〜1050℃より高く、従って、燃料電池の使用温度にお
いて、封着部が軟化又は溶融することがない。このよう
な封着部を構成するガラスの組成は、低軟化点ガラス粒
体（Ａ）と高軟化点ガラス粒体（Ｂ）の組成および重量
比によって定まり、一般に79.2〜81.3重量％のシリカ(S
iO2)および7.６〜8.６重量％のアルミナ(Al2O3) を含有
するものであることが好ましい。
℃〜1050℃より高く、従って、燃料電池の使用温度にお
いて、封着部が軟化又は溶融することがない。このよう
な封着部を構成するガラスの組成は、低軟化点ガラス粒
体（Ａ）と高軟化点ガラス粒体（Ｂ）の組成および重量
比によって定まり、一般に79.2〜81.3重量％のシリカ(S
iO2)および7.６〜8.６重量％のアルミナ(Al2O3) を含有
するものであることが好ましい。
【００２２】低軟化点ガラス粒体は、１〜40μｍの粒径
を有することが好ましく、また高軟化点ガラス粒体の粒
径は１〜80μｍの範囲内にあることが好ましい。また、
低軟化点ガラス粒体の、高軟化点ガラス粒体に対する合
計重量比((Ａ) ／ (Ｂ))は50：50〜35：65であることが
好ましく、40：60〜35：65であることがより好ましい。
この合計重量比((Ａ) ／ (Ｂ))が50／50より大きくなる
と、封着操作により形成される封着ガラス部軟化点が10
00℃より低くなり、従って燃料電池の使用温度において
封着ガラス部が軟化・溶融するという不都合を生ずるこ
とがある。また、前記重量比((Ａ) ／ (Ｂ))が35／65未
満であると、封着操作に要する温度が1150℃より高くな
り、このような封着温度では、燃料電池の構成要素、特
に空気電極層((La・Sr)MnO3)が焼結・収縮し、かつ固体
電解質（安定化ジルコニア）と固相反応してその特性を
変化させるという不都合を生ずることがある。
を有することが好ましく、また高軟化点ガラス粒体の粒
径は１〜80μｍの範囲内にあることが好ましい。また、
低軟化点ガラス粒体の、高軟化点ガラス粒体に対する合
計重量比((Ａ) ／ (Ｂ))は50：50〜35：65であることが
好ましく、40：60〜35：65であることがより好ましい。
この合計重量比((Ａ) ／ (Ｂ))が50／50より大きくなる
と、封着操作により形成される封着ガラス部軟化点が10
00℃より低くなり、従って燃料電池の使用温度において
封着ガラス部が軟化・溶融するという不都合を生ずるこ
とがある。また、前記重量比((Ａ) ／ (Ｂ))が35／65未
満であると、封着操作に要する温度が1150℃より高くな
り、このような封着温度では、燃料電池の構成要素、特
に空気電極層((La・Sr)MnO3)が焼結・収縮し、かつ固体
電解質（安定化ジルコニア）と固相反応してその特性を
変化させるという不都合を生ずることがある。
【００２３】本発明方法において、軟化封着操作は1000
℃〜1150℃の温度において行われる。この封着温度が10
00℃未満の場合、低・および高軟化点ガラス粒体の軟化
混合合体が十分に行われず、所望の組成と、軟化温度を
有する均質なガラス封着部を形成することができない。
また、封着温度が1150℃をこえて高くなると、前述のよ
うに燃料電池の構成要素、特に空気電極層が焼結・収縮
し、かつ、固体電解質（安定化ジルコニア）と固相反応
を生じて、その結果その性能が低下する。
℃〜1150℃の温度において行われる。この封着温度が10
00℃未満の場合、低・および高軟化点ガラス粒体の軟化
混合合体が十分に行われず、所望の組成と、軟化温度を
有する均質なガラス封着部を形成することができない。
また、封着温度が1150℃をこえて高くなると、前述のよ
うに燃料電池の構成要素、特に空気電極層が焼結・収縮
し、かつ、固体電解質（安定化ジルコニア）と固相反応
を生じて、その結果その性能が低下する。
【００２４】本発明方法において、燃料電池本体の封着
すべき部分と、マニホールドの封着部とを突き合わせ、
これに、所定量の本発明の封着材を、前記突き合わせ部
に配置し、この封着材を、適宜の加熱手段、例えばＮ2
雰囲気電気炉などにより加熱して、封着材中の低・およ
び高軟化点ガラス粒体の軟化混合、および封着を施し、
次にこれを冷却固化してガラス封着部を形成する。
すべき部分と、マニホールドの封着部とを突き合わせ、
これに、所定量の本発明の封着材を、前記突き合わせ部
に配置し、この封着材を、適宜の加熱手段、例えばＮ2
雰囲気電気炉などにより加熱して、封着材中の低・およ
び高軟化点ガラス粒体の軟化混合、および封着を施し、
次にこれを冷却固化してガラス封着部を形成する。
【００２５】
【実施例】本発明を下記実施例により具体的に説明す
る。実施例１および２、並びに比較例１〜３ （１）低軟化点ガラス粒体の製造 54重量％のSiO2、21重量％のAl2O3 、および残余量のNa
O, CaOおよびその他の酸化物を含むアルミノ珪酸ガラス
（ガラス軟化点： 870℃）を粉砕しフルイ分けして粒径
１〜40μｍの低軟化点ガラス粒体を製造した。
る。実施例１および２、並びに比較例１〜３ （１）低軟化点ガラス粒体の製造 54重量％のSiO2、21重量％のAl2O3 、および残余量のNa
O, CaOおよびその他の酸化物を含むアルミノ珪酸ガラス
（ガラス軟化点： 870℃）を粉砕しフルイ分けして粒径
１〜40μｍの低軟化点ガラス粒体を製造した。
【００２６】（２）高軟化点ガラス粒体の製造 98重量％のSiO2と、0.４重量％のAl2O3 と残余量のNaO,
CaOおよびその他の酸化物を含む、高シリカガラス（ガ
ラス軟化点：1530℃以上）を粉砕しフルイ分けして、粒
径１〜40μｍ高軟化点ガラス粒径を作成した。
CaOおよびその他の酸化物を含む、高シリカガラス（ガ
ラス軟化点：1530℃以上）を粉砕しフルイ分けして、粒
径１〜40μｍ高軟化点ガラス粒径を作成した。
【００２７】（３）封着材の作成 前記低軟化点ガラス粒体と、前記高軟化点ガラス粒体と
を表１に記載された重量混合比になるように混合して封
着材を作成した。
を表１に記載された重量混合比になるように混合して封
着材を作成した。
【００２８】上記封着材の水性ペーストを、イットリア
安定化ジルコニア膜 (固体電解質)(厚さ 150μｍ）上に
塗布し、 150℃の温度で乾燥し試験片を作成した。２枚
の上記試験片を、塗布層が合着するように重ね合わせ、
これを昇温速度20℃／分で1100℃迄加熱し、この温度に
1000分間保持して、前記２枚の固体電解質膜体の封着を
行い、これを常温迄冷却した。得られた封着物の接合状
態を観察評価した。
安定化ジルコニア膜 (固体電解質)(厚さ 150μｍ）上に
塗布し、 150℃の温度で乾燥し試験片を作成した。２枚
の上記試験片を、塗布層が合着するように重ね合わせ、
これを昇温速度20℃／分で1100℃迄加熱し、この温度に
1000分間保持して、前記２枚の固体電解質膜体の封着を
行い、これを常温迄冷却した。得られた封着物の接合状
態を観察評価した。
【００２９】また、上記封着材を、上記と同一条件下に
加熱し冷却固化して軟化混合合体物を作成し、そのガラ
ス軟化温度を測定した。
加熱し冷却固化して軟化混合合体物を作成し、そのガラ
ス軟化温度を測定した。
【００３０】更に、上記封着物を用い、上記と同一の封
着加熱条件により平板状固体電解質型燃料電池本体の側
面に、ZrO2製マニホールドを封着し、その封着部の接合
状態を観察評価し、更に、この燃料電池を1000℃におい
て放電させた。上記テストの結果を表１に示す。
着加熱条件により平板状固体電解質型燃料電池本体の側
面に、ZrO2製マニホールドを封着し、その封着部の接合
状態を観察評価し、更に、この燃料電池を1000℃におい
て放電させた。上記テストの結果を表１に示す。
【表１】
【００３１】表１から明らかなように本発明の封着材お
よび封着方法を用いることにより平板状固体電解質型燃
料電池本体と、マニホールドとを1000℃〜1150℃の温度
で容易に封着し、1000℃〜1050℃の使用温度において、
不都合なく実用し得る燃料電池を得ることができた。
よび封着方法を用いることにより平板状固体電解質型燃
料電池本体と、マニホールドとを1000℃〜1150℃の温度
で容易に封着し、1000℃〜1050℃の使用温度において、
不都合なく実用し得る燃料電池を得ることができた。
【００３２】
【発明の効果】本発明の封着材および封着方法によっ
て、平板状固体電解質型燃料電池本体とマニホールドと
を、その構成要素に変化を与えることのない比較的低温
において封着し、かつ、1000℃〜1050℃の実用温度にお
いて、不都合なく使用可能な燃料電池を製造することが
可能になった。
て、平板状固体電解質型燃料電池本体とマニホールドと
を、その構成要素に変化を与えることのない比較的低温
において封着し、かつ、1000℃〜1050℃の実用温度にお
いて、不都合なく使用可能な燃料電池を製造することが
可能になった。
【図１】従来の円筒状固体電解質型燃料電池の構成を示
す斜視図である。
す斜視図である。
【図２】本発明の封着材および封着方法が適用される平
板状固体電解質型燃料電池単電池の構成要素および、そ
の積層構造を示す説明図である。
板状固体電解質型燃料電池単電池の構成要素および、そ
の積層構造を示す説明図である。
【図３】本発明の封着材および封着方法が適用される平
板状固体電解質型燃料電池単電池と、ガス通路用マニホ
ールドとの封着連結状態を示す説明図である。
板状固体電解質型燃料電池単電池と、ガス通路用マニホ
ールドとの封着連結状態を示す説明図である。
１…多孔質管状支持層 ２…管状空気電極層 ３…管状固体電解質層 ４…管状燃料電極層 ５…インタコネクタ ６，12…空気流の方向 ７，13…燃料ガス流の方向 ８，８ａ，８ｂ…セパレーター ９…平板状空気電極層 10…平板状固体電解質層 11…平板状燃料電極層 14…燃料電池単電池 15ａ，15ｂ…マニホールド Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ…平板状燃料電池単電池の側面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 林 幹夫 千葉県船橋市豊富町585番地 住友セメン ト株式会社 新規事業本部内 (72)発明者 加藤 謙 千葉県船橋市豊富町585番地 住友セメン ト株式会社 新規事業本部内 (72)発明者 安田 勇 東京都港区芝浦１丁目16番25号 東京瓦斯 株式会社内 (72)発明者 小山 俊彦 東京都港区芝浦１丁目16番25号 東京瓦斯 株式会社内
Claims (8)
- 【請求項１】 固体電解質型燃料電池の本体部にガス通
路用マニホールドを密封連結するための封着材であっ
て、 下記要素： （Ａ）シリカと、アルミナとを含み、かつ、 770℃〜 9
50℃のガラス軟化温度を有するアルミノ珪酸ガラスから
なる少なくとも１種の低軟化点ガラス粒体と、および
（Ｂ）シリカと、アルミナとを含み、かつ1450℃〜1550
℃のガラス軟化温度を有する高シリカガラスからなる少
なくとも１種の高軟化点ガラス粒体と、の混合物からな
ることを特徴とする固体電解質型燃料電池用封着材。 - 【請求項２】 前記低軟化点ガラス粒体のアルミノ珪酸
ガラスが、52〜58重量％のシリカと20〜22重量％のアル
ミナを含む、請求項１に記載の固体電解質型燃料電池用
封着材。 - 【請求項３】 前記高軟化点ガラス粒体の高シリカガラ
スが、94〜98重量％のシリカと0.２〜0.８重量％のアル
ミナとを含む、請求項１に記載の固体電解質型燃料電池
用封着材。 - 【請求項４】 前記低軟化点ガラス粒体の合計重量の、
前記高軟化点ガラス粒体の合計重量に対する比が、50：
50〜35：65の範囲内にある、請求項１に記載の固体電解
質型燃料電池用封着材。 - 【請求項５】 順次に積層された燃料電極層、固体電解
質層、および空気電極層、並びにセパレーターを含んで
なる少なくとも１層の固体電解質型燃料電池本体ユニッ
トの各々に、ガス通路用マニホールドを密封連結するた
めに、前記電池本体ユニットと、前記マニホールドとの
接合部を、封着材を軟化させながら封着し、この軟化封
着部を冷却固化する方法であって、前記封着材が、下記
要素： （Ａ）シリカと、アルミナとを含み、かつ、 770℃〜 9
50℃のガラス軟化温度を有するアルミノ珪酸ガラスから
なる少なくとも１種の低軟化点ガラス粒体と、および
（Ｂ）シリカと、アルミナとを含み、かつ1450℃〜1550
℃のガラス軟化温度を有する高シリカガラスからなる少
なくとも１種の高軟化点ガラス粒体との混合物からな
り、そして、前記軟化封着操作が1000℃〜1150℃の温度
において行われる、固体電解質型燃料電池用の封着方
法。 - 【請求項６】 前記低軟化点ガラス粒体のアルミノ珪酸
ガラスが、52〜58重量％のシリカと20〜22重量％のアル
ミナを含む、請求項５に記載の固体電解質型燃料電池封
着方法。 - 【請求項７】 前記高軟化点ガラス粒体の高シリカガラ
スが、94〜98重量％のシリカと0.２〜0.８重量％のアル
ミナとを含む、請求項５に記載の固体電解質型燃料電池
封着方法。 - 【請求項８】 前記低軟化点ガラス粒体の合計重量の、
前記高軟化点ガラス粒体の合計重量に対する比が、50：
50〜35：65の範囲内にある、請求項５に記載の固体電解
質型燃料電池封着方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3111712A JPH0678177B2 (ja) | 1991-05-16 | 1991-05-16 | 固体電解質型燃料電池用封着材および封着方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3111712A JPH0678177B2 (ja) | 1991-05-16 | 1991-05-16 | 固体電解質型燃料電池用封着材および封着方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04342440A JPH04342440A (ja) | 1992-11-27 |
| JPH0678177B2 true JPH0678177B2 (ja) | 1994-10-05 |
Family
ID=14568253
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3111712A Expired - Fee Related JPH0678177B2 (ja) | 1991-05-16 | 1991-05-16 | 固体電解質型燃料電池用封着材および封着方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0678177B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5451653B2 (ja) * | 2011-01-06 | 2014-03-26 | 日本電信電話株式会社 | ガスシール材 |
| CN116789366A (zh) * | 2023-06-05 | 2023-09-22 | 潮州三环（集团）股份有限公司 | 一种复合玻璃粉及其制备方法和应用 |
-
1991
- 1991-05-16 JP JP3111712A patent/JPH0678177B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04342440A (ja) | 1992-11-27 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |