JP2002190213A - 導電性接合剤 - Google Patents
導電性接合剤Info
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
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- Conductive Materials (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】本発明は、熱膨脹の不一致による剥離を抑える
と共に、接合力を強くし、更にコスト低減を図ることを
課題とする。 【解決手段】固体電解質燃料電池あるいは水蒸気電解セ
ルの空気電極とインターコネクタを電気的に接合する際
に用いられる導電性接合剤２４において、プラセオジウ
ムマンガン酸化物を使用することを特徴とする導電性接
合剤２４。
と共に、接合力を強くし、更にコスト低減を図ることを
課題とする。 【解決手段】固体電解質燃料電池あるいは水蒸気電解セ
ルの空気電極とインターコネクタを電気的に接合する際
に用いられる導電性接合剤２４において、プラセオジウ
ムマンガン酸化物を使用することを特徴とする導電性接
合剤２４。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体電解質燃料電
池あるいは水蒸気電解セルの空気電極とインターコネク
タを電気的に接合する際に用いられる導電性接合剤に関
する。
池あるいは水蒸気電解セルの空気電極とインターコネク
タを電気的に接合する際に用いられる導電性接合剤に関
する。
【０００２】
【従来の技術】周知の如く、固体電解質燃料電池（ＳＯ
ＦＣ）の一般構成としては、図２に示すものが知られて
いる。図中の符番１は、イットリア安定化ジルコニア２
の両面に電極３ａ，３ｂが形成された発電膜である。こ
の発電膜１の上側には電極接続用波板４ａ，インターコ
ネクタ５ａが形成され、下側には電極接続用波板４ｂ，
インターコネクタ５ｂが形成されている。
ＦＣ）の一般構成としては、図２に示すものが知られて
いる。図中の符番１は、イットリア安定化ジルコニア２
の両面に電極３ａ，３ｂが形成された発電膜である。こ
の発電膜１の上側には電極接続用波板４ａ，インターコ
ネクタ５ａが形成され、下側には電極接続用波板４ｂ，
インターコネクタ５ｂが形成されている。
【０００３】こうした構成のＳＯＦＣにおいて、前記イ
ンターコネクタ５ａと電気接続用波板４ａとの間、電気
接続用波板４ａと電極３ａとの間、電極３ｂと電気接続
用波板４ｂとの間、電気接続用波板４ｂとインターコネ
クタ５ｂとの間には、一般に導電性接合剤が用いられて
いる。
ンターコネクタ５ａと電気接続用波板４ａとの間、電気
接続用波板４ａと電極３ａとの間、電極３ｂと電気接続
用波板４ｂとの間、電気接続用波板４ｂとインターコネ
クタ５ｂとの間には、一般に導電性接合剤が用いられて
いる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、低温で下部
部材間を電気的に接合する場合は、前記導電性接合剤と
して銀ペースト，白金ペーストが知られている。ここ
で、銀ペーストは銀の電気抵抗が低く、導電性接着剤と
して一般的に使用されている。しかし、銀の融点は約９
６０℃であり、上記ＳＯＦＣのように１０００℃で運転
するものには使用できない。また、白金ペーストの場合
は１０００℃でも使用可能であるが、白金は貴金属であ
り、コストが非常に高くなるという問題がある。
部材間を電気的に接合する場合は、前記導電性接合剤と
して銀ペースト，白金ペーストが知られている。ここ
で、銀ペーストは銀の電気抵抗が低く、導電性接着剤と
して一般的に使用されている。しかし、銀の融点は約９
６０℃であり、上記ＳＯＦＣのように１０００℃で運転
するものには使用できない。また、白金ペーストの場合
は１０００℃でも使用可能であるが、白金は貴金属であ
り、コストが非常に高くなるという問題がある。
【０００５】本発明はこうした事情を考慮してなされた
もので、プラセオジウムマンガン酸化物を使用すること
により、熱膨脹の不一致による剥離を極力抑えることが
できると共に、接合力を強くし、更にコスト低減を図る
ことができる導電性接合剤を提供することを目的とす
る。
もので、プラセオジウムマンガン酸化物を使用すること
により、熱膨脹の不一致による剥離を極力抑えることが
できると共に、接合力を強くし、更にコスト低減を図る
ことができる導電性接合剤を提供することを目的とす
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、固体電解質燃
料電池あるいは水蒸気電解セルの空気電極とインターコ
ネクタを電気的に接合する際に用いられる導電性接合剤
において、プラセオジウムマンガン酸化物を使用するこ
とを特徴とする導電性接合剤である。
料電池あるいは水蒸気電解セルの空気電極とインターコ
ネクタを電気的に接合する際に用いられる導電性接合剤
において、プラセオジウムマンガン酸化物を使用するこ
とを特徴とする導電性接合剤である。
【０００７】つまり、本発明は、固体電解質燃料電池あ
るいは水蒸気電解セルの酸素極とインターコネクタを電
気的に接合する際に、熱膨脹がインターコネクタあるい
は酸素極と略一致し、比較的導電性が高く、かつ粒径を
制御することにより、スタック形成時の焼き付け処理に
おいて、適度な焼結を起こすことにより、ひび割れも無
くかつ適度の付着強度を有する接合剤をプラセオジウム
マンガン酸化物を採用して実現するものである。
るいは水蒸気電解セルの酸素極とインターコネクタを電
気的に接合する際に、熱膨脹がインターコネクタあるい
は酸素極と略一致し、比較的導電性が高く、かつ粒径を
制御することにより、スタック形成時の焼き付け処理に
おいて、適度な焼結を起こすことにより、ひび割れも無
くかつ適度の付着強度を有する接合剤をプラセオジウム
マンガン酸化物を採用して実現するものである。
【０００８】本発明において、前記プラセオジウムマン
ガン酸化物は、ストロンチウムドープの場合には１５〜
２５モル％であることが好ましい。また、前記プラセオ
ジウムマンガン酸化物は、粒径が１〜３μｍであること
が好ましい。
ガン酸化物は、ストロンチウムドープの場合には１５〜
２５モル％であることが好ましい。また、前記プラセオ
ジウムマンガン酸化物は、粒径が１〜３μｍであること
が好ましい。
【０００９】［作用］本発明においては、接合する相手
であるインターコネクタと酸素極をペースト化した接合
剤を用いて仮接合した後、１２００℃程度の温度で熱処
理することにより焼結し、インターコネクタと酸素極を
接合する。この接合剤は比較的高い導電性を有している
ため、インターコネクタと酸素極間の導通は良い。ま
た、焼結することにより、インターコネクタと酸素極は
強固に接合されている。
であるインターコネクタと酸素極をペースト化した接合
剤を用いて仮接合した後、１２００℃程度の温度で熱処
理することにより焼結し、インターコネクタと酸素極を
接合する。この接合剤は比較的高い導電性を有している
ため、インターコネクタと酸素極間の導通は良い。ま
た、焼結することにより、インターコネクタと酸素極は
強固に接合されている。
【００１０】更に、熱膨張も酸素極材料あるいはインタ
ーコネクタと近い値としているため、温度の上げ下げに
より、熱膨張の不一致に由来する剥離が防止でき、良好
な導電性接合剤を提供できるとともに、従来使用されて
いた白金に比べ大幅なコストの低減が可能となる。
ーコネクタと近い値としているため、温度の上げ下げに
より、熱膨張の不一致に由来する剥離が防止でき、良好
な導電性接合剤を提供できるとともに、従来使用されて
いた白金に比べ大幅なコストの低減が可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施例について
図を参照して説明する。 （実施例１）図１を参照する。図中の符番２１は、イッ
トリア安定化ジルコニア２２の両面にプラセオジウムマ
ンガン酸化物とＹＳＺの混合物の酸素側電極２３ａ，燃
料側電極２３ｂを形成した発電膜である。この発電膜２
１上には導電性接合剤２４を介して電極接続用波板２５
が形成されている。なお、ＳＯＦＣ全体の構成は既述し
た図２に示すような構成となっている。
図を参照して説明する。 （実施例１）図１を参照する。図中の符番２１は、イッ
トリア安定化ジルコニア２２の両面にプラセオジウムマ
ンガン酸化物とＹＳＺの混合物の酸素側電極２３ａ，燃
料側電極２３ｂを形成した発電膜である。この発電膜２
１上には導電性接合剤２４を介して電極接続用波板２５
が形成されている。なお、ＳＯＦＣ全体の構成は既述し
た図２に示すような構成となっている。
【００１２】前記導電性接合剤２４は次のようにして作
られる。即ち、粒径を制御したプラセオジウムマンガン
酸化物と有機溶媒としてブチルカルビトールを加え、ロ
ールミル等を用いてペースト状とし接合導電性接合剤２
４を作る。なお、ブチルカルビトールの代りとしては、
粉体の分散性を向上させる他の溶媒としてテレピン油，
ブタノール等を使用してもよい。前記導電性接合剤２４
は、接着剤として前記酸素側電極２３ａと電極接続用波
板２５を接着した後、導電性接合剤２４による接合を行
う。
られる。即ち、粒径を制御したプラセオジウムマンガン
酸化物と有機溶媒としてブチルカルビトールを加え、ロ
ールミル等を用いてペースト状とし接合導電性接合剤２
４を作る。なお、ブチルカルビトールの代りとしては、
粉体の分散性を向上させる他の溶媒としてテレピン油，
ブタノール等を使用してもよい。前記導電性接合剤２４
は、接着剤として前記酸素側電極２３ａと電極接続用波
板２５を接着した後、導電性接合剤２４による接合を行
う。
【００１３】上記実施例１においては、発電膜２１の構
成である酸素側電極２３ａと電極接続用波板２５を接続
する導電性接合剤２４が電気抵抗の低い接着を可能とす
る。導電性接合剤２４はプラセオジウムマンガン酸化物
粉末をブチルカルビトール等のビヒクル（有機溶媒）を
用いてペースト状としたものを、スクリーンにあいた穴
から印刷するスクリーンプリントの方法によりインター
コネクタ平板上に１００〜２００μｍの厚さに均一に塗
布し、接続用波板を乗せた後、空気中で熱処理を行う。
成である酸素側電極２３ａと電極接続用波板２５を接続
する導電性接合剤２４が電気抵抗の低い接着を可能とす
る。導電性接合剤２４はプラセオジウムマンガン酸化物
粉末をブチルカルビトール等のビヒクル（有機溶媒）を
用いてペースト状としたものを、スクリーンにあいた穴
から印刷するスクリーンプリントの方法によりインター
コネクタ平板上に１００〜２００μｍの厚さに均一に塗
布し、接続用波板を乗せた後、空気中で熱処理を行う。
【００１４】上記実施例１によれば、プラセオジウムマ
ンガン酸化物を含む導電性接合剤を用いることにより、
熱膨張率の不一致による剥離を極力抑えることができる
と共に、接合力を強くし、更にコスト低減を図ることが
できる。
ンガン酸化物を含む導電性接合剤を用いることにより、
熱膨張率の不一致による剥離を極力抑えることができる
と共に、接合力を強くし、更にコスト低減を図ることが
できる。
【００１５】（実施例２）プラセオジウムマンガン酸化
物にストロンチウム（Ｓｒ）をドーピングして酸化物粉
末を合成した。この粉末を５ｍｍ角，３０ｍｍ長さの成
形体にプレス成形し、１４００℃において４時間焼結
し、焼結体を得た。次に、このサンプルについて熱膨脹
及び導電率を測定した。
物にストロンチウム（Ｓｒ）をドーピングして酸化物粉
末を合成した。この粉末を５ｍｍ角，３０ｍｍ長さの成
形体にプレス成形し、１４００℃において４時間焼結
し、焼結体を得た。次に、このサンプルについて熱膨脹
及び導電率を測定した。
【００１６】熱膨張は得られたサンプルを２０ｍｍに切
断し、示差式熱膨張計を用いて１０℃／ｍｉｎの昇温速
度で１２００℃まで昇温して測定した。熱膨脹係数とし
ては、室温から１０００℃までの平均値を表している。
一方、導電率は得られたサンプルに直流４端子法測定に
より測定し、１０００℃の値を示している。
断し、示差式熱膨張計を用いて１０℃／ｍｉｎの昇温速
度で１２００℃まで昇温して測定した。熱膨脹係数とし
ては、室温から１０００℃までの平均値を表している。
一方、導電率は得られたサンプルに直流４端子法測定に
より測定し、１０００℃の値を示している。
【００１７】測定結果を図３に示す。図３において、横
軸はプラセオジウムマンガン酸化物のストロンチウムド
ープ量（モル％）で、縦軸は熱膨脹係数（×１０−６℃
−１），導電率（Ｓ／ｃｍ）を示す。本材料は固体電解
質燃料電池の接合を考えており、ベースとなるＹＳＺの
熱膨張と一致し、導電率は高い方が好ましい。この点か
ら、ストロンチウムドープの場合には１５〜２５モル％
が好ましい。
軸はプラセオジウムマンガン酸化物のストロンチウムド
ープ量（モル％）で、縦軸は熱膨脹係数（×１０−６℃
−１），導電率（Ｓ／ｃｍ）を示す。本材料は固体電解
質燃料電池の接合を考えており、ベースとなるＹＳＺの
熱膨張と一致し、導電率は高い方が好ましい。この点か
ら、ストロンチウムドープの場合には１５〜２５モル％
が好ましい。
【００１８】（実施例３）固体電解質燃料電池での使用
を考えた場合、作動温度が約１０００℃であり、１００
０℃で安定である必要がある。また、組み立て時には最
高の組み立て温度は１２００℃程度であるので、１２０
０℃で焼きつく必要がある。
を考えた場合、作動温度が約１０００℃であり、１００
０℃で安定である必要がある。また、組み立て時には最
高の組み立て温度は１２００℃程度であるので、１２０
０℃で焼きつく必要がある。
【００１９】プラセオジウムマンガン酸化物の焼き付け
性は粉末の粒度により異なるので、粒度を変えた粉末を
準備し、ブチルカルビトールをビヒクルとしてペースト
を試作し、インターコネクタと電極接続用波板との接合
試験を実施した。
性は粉末の粒度により異なるので、粒度を変えた粉末を
準備し、ブチルカルビトールをビヒクルとしてペースト
を試作し、インターコネクタと電極接続用波板との接合
試験を実施した。
【００２０】プラセオジウムマンガン酸化物の組成とし
ては、Ｐｒ０．８Ｓｒ０．２ＭｎＯ ３とし、平均粒径
０．５μｍ，１．０μｍ，２．０μｍ，３μｍ，４μ
ｍ，５μｍの粉体を合成した。一般的には粒径の小さな
ものは焼き付けやすく、逆に大きくなると焼き付け性は
悪くなる。
ては、Ｐｒ０．８Ｓｒ０．２ＭｎＯ ３とし、平均粒径
０．５μｍ，１．０μｍ，２．０μｍ，３μｍ，４μ
ｍ，５μｍの粉体を合成した。一般的には粒径の小さな
ものは焼き付けやすく、逆に大きくなると焼き付け性は
悪くなる。
【００２１】１２００℃で焼き付け処理をした場合、
０．５μｍのものは焼結が進みひび割れを生じていた。
また、１μｍ以上のものは電極と接続用波板は良好に接
合しているように認められたが、４μｍ，５μｍのもの
は簡単に剥がれてしまった。
０．５μｍのものは焼結が進みひび割れを生じていた。
また、１μｍ以上のものは電極と接続用波板は良好に接
合しているように認められたが、４μｍ，５μｍのもの
は簡単に剥がれてしまった。
【００２２】次に、接合体について、導電性を調べた結
果を図４に示す。図４において、横軸は粉体の粒径（μ
ｍ）であり、縦軸は導電率（Ｓ／ｃｍ）を示す。接合性
の状況から予想される通り、粒径が１〜３μｍのものが
良好な結果を示した。この結果から、粒径１〜３μｍが
適当と考えられる。
果を図４に示す。図４において、横軸は粉体の粒径（μ
ｍ）であり、縦軸は導電率（Ｓ／ｃｍ）を示す。接合性
の状況から予想される通り、粒径が１〜３μｍのものが
良好な結果を示した。この結果から、粒径１〜３μｍが
適当と考えられる。
【００２３】
【発明の効果】以上詳述したようにこの発明によれば、
プラセオジウムマンガン酸化物を使用することにより、
熱膨脹の不一致による剥離を極力抑えることができると
共に、接合力を強くし、更にコスト低減を図ることがで
きる導電性接合剤を提供できる。
プラセオジウムマンガン酸化物を使用することにより、
熱膨脹の不一致による剥離を極力抑えることができると
共に、接合力を強くし、更にコスト低減を図ることがで
きる導電性接合剤を提供できる。
【図１】この発明の実施例１に係る導電性接合剤を用い
た固体電解質燃料電池の要部の説明図。
た固体電解質燃料電池の要部の説明図。
【図２】固体電解質燃料電池を展開した概略斜視図。
【図３】この発明の実施例２に係るプラセオジウムマン
ガン酸化物のストロンチウム量と物性の関係を示す特性
図。
ガン酸化物のストロンチウム量と物性の関係を示す特性
図。
【図４】この発明の実施例３に係る接合体における粒径
と導電率の関係を示す特性図。
と導電率の関係を示す特性図。
２１…発電膜、 ２２…イットリア安定化ジルコニア、 ２３ａ…酸素側電極、 ２３ｂ…燃料側電極、 ２４…導電性接合剤、 ２５…電極接続用波板。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松平 恒昭 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１ 号 三菱重工業株式会社神戸造船所内 (72)発明者 武信 弘一 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１ 号 三菱重工業株式会社神戸造船所内 Ｆターム(参考） 4K021 AA01 BA02 CA03 DB40 DB53 5G301 DA23 DA42 DD03 DE03 5H026 AA06 CC05 CX07 EE13 HH01
Claims (3)
- 【請求項１】 固体電解質燃料電池あるいは水蒸気電解
セルの空気電極とインターコネクタを電気的に接合する
際に用いられる導電性接合剤において、プラセオジウム
マンガン酸化物を使用することを特徴とする導電性接合
剤。 - 【請求項２】 前記プラセオジウムマンガン酸化物は、
ストロンチウムドープの場合には１５〜２５モル％であ
ることを特徴とする請求項１記載の導電性接合剤。 - 【請求項３】 前記プラセオジウムマンガン酸化物は、
粒径が１〜３μｍであることを特徴とする請求項１ある
いは請求項２記載の導電性接合剤。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001307630A JP2002190213A (ja) | 1995-11-09 | 2001-10-03 | 導電性接合剤 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29110295 | 1995-11-09 | ||
| JP7-291102 | 1995-11-09 | ||
| JP2001307630A JP2002190213A (ja) | 1995-11-09 | 2001-10-03 | 導電性接合剤 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29269496A Division JP3416422B2 (ja) | 1995-11-09 | 1996-11-05 | 導電性接合剤 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002190213A true JP2002190213A (ja) | 2002-07-05 |
Family
ID=26558394
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001307630A Withdrawn JP2002190213A (ja) | 1995-11-09 | 2001-10-03 | 導電性接合剤 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002190213A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008095164A (ja) * | 2006-10-16 | 2008-04-24 | Toshiba Corp | 水素製造装置及びその組立方法 |
-
2001
- 2001-10-03 JP JP2001307630A patent/JP2002190213A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008095164A (ja) * | 2006-10-16 | 2008-04-24 | Toshiba Corp | 水素製造装置及びその組立方法 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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