JP2002309203A - 導電性接合材 - Google Patents
導電性接合材Info
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- Y02E60/50—Fuel cells
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 窒素雰囲気で昇温するモジュール化運転にお
いても、導電性が低下しない接合材を提供する。また、
本発明は、インターコネクタとニッケル集電板とをニッ
ケルペーストで接合する場合等において、熱処理しても
熱収縮が小さく割れが発生することがない導電性接合材
を提供する。 【解決手段】 酸化ニッケルと酸化鉄とビヒクルとを含
む導電性接合材であって、酸化ニッケルと酸化鉄の合計
１００重量部のうち、７０〜９０重量部が酸化ニッケル
であり、１０〜３０重量部が酸化鉄であり、該酸化ニッ
ケルの３０〜７０重量％を金属ニッケルで置換した導電
性接合材による。集電用金属粉とビヒクルを含む導電性
接合材であって、該集電用金属粉が、粒径１μｍ以下の
微粒と、粒径２〜３μｍの中粒と、粒径１０μｍ以上の
粗粒とを、（１〜２）：（２〜４）：（４〜７）の重量
比で含む導電性接合材による。
いても、導電性が低下しない接合材を提供する。また、
本発明は、インターコネクタとニッケル集電板とをニッ
ケルペーストで接合する場合等において、熱処理しても
熱収縮が小さく割れが発生することがない導電性接合材
を提供する。 【解決手段】 酸化ニッケルと酸化鉄とビヒクルとを含
む導電性接合材であって、酸化ニッケルと酸化鉄の合計
１００重量部のうち、７０〜９０重量部が酸化ニッケル
であり、１０〜３０重量部が酸化鉄であり、該酸化ニッ
ケルの３０〜７０重量％を金属ニッケルで置換した導電
性接合材による。集電用金属粉とビヒクルを含む導電性
接合材であって、該集電用金属粉が、粒径１μｍ以下の
微粒と、粒径２〜３μｍの中粒と、粒径１０μｍ以上の
粗粒とを、（１〜２）：（２〜４）：（４〜７）の重量
比で含む導電性接合材による。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体電解質型燃料
電池（以下、「ＳＯＦＣ」と記載する。）や水蒸気電解
セル等の電極と他の構造部材を電気的に接合する場合に
用いられる導電性接合材に関する。また、本発明は、高
温で使用できる導電性接合材、特に、ＳＯＦＣにおける
インターコネクタとニッケル集電板、又は集電部分の電
気的接続を必要とする部分等の接合に使用する接合材に
関する。
電池（以下、「ＳＯＦＣ」と記載する。）や水蒸気電解
セル等の電極と他の構造部材を電気的に接合する場合に
用いられる導電性接合材に関する。また、本発明は、高
温で使用できる導電性接合材、特に、ＳＯＦＣにおける
インターコネクタとニッケル集電板、又は集電部分の電
気的接続を必要とする部分等の接合に使用する接合材に
関する。
【０００２】
【従来の技術】ＳＯＦＣの一般的な構成としては、図２
に示すものが知られている。発電膜１は、イットリア安
定ジルコニア２とその両面に形成された電極３ａ、３ｂ
から構成される。発電膜１の片側には電極接続用波板４
ａ、インターコネクタ５ａが形成され、他の片側には電
極接続用波板４ｂ、インターコネクタ５ｂが形成されて
いる。こうした構成のＳＯＦＣにおいて、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３ａと電極接続用波板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、一般に導電性部材が用いられている。
に示すものが知られている。発電膜１は、イットリア安
定ジルコニア２とその両面に形成された電極３ａ、３ｂ
から構成される。発電膜１の片側には電極接続用波板４
ａ、インターコネクタ５ａが形成され、他の片側には電
極接続用波板４ｂ、インターコネクタ５ｂが形成されて
いる。こうした構成のＳＯＦＣにおいて、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３ａと電極接続用波板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、一般に導電性部材が用いられている。
【０００３】ＳＯＦＣでは、一般的に１０００℃にて発
電が行われるため、導電性部材にもこの温度に耐える耐
熱性が要求される。従って、銀の電気的抵抗が低く、導
電性接着剤として低温で用いられる銀ペーストは、銀の
融点が９６０℃であるため使用できない。白金ペースト
は、１０００℃でも使用可能であるが、コスト高になる
という問題点がある。
電が行われるため、導電性部材にもこの温度に耐える耐
熱性が要求される。従って、銀の電気的抵抗が低く、導
電性接着剤として低温で用いられる銀ペーストは、銀の
融点が９６０℃であるため使用できない。白金ペースト
は、１０００℃でも使用可能であるが、コスト高になる
という問題点がある。
【０００４】そこで、特開平８−２８７９３０号公報で
は、酸化ニッケルと酸化鉄と酸化チタンを含む導電性接
合材が提案されている。また、酸化ニッケルと酸化鉄と
アルミナとの組合せや酸化ニッケルと酸化鉄と酸化チタ
ンとアルミナとの組合せである導電性接合材も使用され
ている。しかし、現在、ＳＯＦＣでは、窒素雰囲気で昇
温化し、その後メタンを改質した水素を導入するモジュ
ール化運転が主流となっており、酸化ニッケルを用いる
接合材では、導電性が低下するという問題が顕著になっ
てきている。
は、酸化ニッケルと酸化鉄と酸化チタンを含む導電性接
合材が提案されている。また、酸化ニッケルと酸化鉄と
アルミナとの組合せや酸化ニッケルと酸化鉄と酸化チタ
ンとアルミナとの組合せである導電性接合材も使用され
ている。しかし、現在、ＳＯＦＣでは、窒素雰囲気で昇
温化し、その後メタンを改質した水素を導入するモジュ
ール化運転が主流となっており、酸化ニッケルを用いる
接合材では、導電性が低下するという問題が顕著になっ
てきている。
【０００５】また、ＳＯＦＣ等におけるインターコネク
タとニッケル集電板、又は集電部分の電気的接続を必要
とする部分の接合に使用する接合材としては、平均粒径
１μｍ以下の微細なニッケルをビヒクル中でペースト化
したものが知られている。ＳＯＦＣを考えた場合には、
作動温度は約１０００℃であり、また電極の耐熱温度が
１３００℃程度であるため、融着のための施工温度は１
３００℃程度以下であること、及び１０００℃では硬化
していることが必要である。しかし、ＳＯＦＣにおける
インターコネクタとニッケル集電板とをニッケルペース
トで接合する場合、１０００℃程度で熱処理したものを
使用するが、熱収縮による割れ、剥離等の問題を生じて
いる。このため、高価な白金を混合して用いている。
タとニッケル集電板、又は集電部分の電気的接続を必要
とする部分の接合に使用する接合材としては、平均粒径
１μｍ以下の微細なニッケルをビヒクル中でペースト化
したものが知られている。ＳＯＦＣを考えた場合には、
作動温度は約１０００℃であり、また電極の耐熱温度が
１３００℃程度であるため、融着のための施工温度は１
３００℃程度以下であること、及び１０００℃では硬化
していることが必要である。しかし、ＳＯＦＣにおける
インターコネクタとニッケル集電板とをニッケルペース
トで接合する場合、１０００℃程度で熱処理したものを
使用するが、熱収縮による割れ、剥離等の問題を生じて
いる。このため、高価な白金を混合して用いている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明は、窒
素雰囲気で昇温するモジュール化運転においても、導電
性が低下しない接合材を提供する。また、本発明は、イ
ンターコネクタとニッケル集電板とをニッケルペースト
で接合する場合等において、熱処理しても熱収縮が小さ
く割れが発生することがなく、その結果として、安定し
た接着が得られると同時に、電気的接続も安定する導電
性接合材を提供する。
素雰囲気で昇温するモジュール化運転においても、導電
性が低下しない接合材を提供する。また、本発明は、イ
ンターコネクタとニッケル集電板とをニッケルペースト
で接合する場合等において、熱処理しても熱収縮が小さ
く割れが発生することがなく、その結果として、安定し
た接着が得られると同時に、電気的接続も安定する導電
性接合材を提供する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】ＳＯＦＣのモジュール化
運転において、酸化ニッケルを含む接合材の導電性が低
下する原因は、以下のように考えられる。従来の接合材
が高い導電性を示すのは、水素雰囲気下で昇温される場
合に、酸化ニッケルの一部が金属ニッケルに還元される
ことに起因すると考えられる。しかし、モジュール化運
転では、窒素雰囲気下で昇温されるため、酸化ニッケル
が還元される割合が低下し導電性の向上が望めない。ま
た、酸化ニッケルが還元されて金属ニッケルとなる場合
には、約４０体積％の収縮が起こるが、これにより電気
の流れるパスが切れ、導電性が低下する可能性もあると
考えられる。従って、本発明者はこれらの原因を追求し
た結果、酸化ニッケルの一部を予め金属ニッケルで置換
することにより、本発明の第一の態様に到達した。即
ち、本発明の第一の態様は、酸化ニッケルと酸化鉄とビ
ヒクルとを含む導電性接合材であって、酸化ニッケルと
酸化鉄の合計１００重量部のうち、７０〜９０重量部が
酸化ニッケルであり、１０〜３０重量部が酸化鉄であ
り、該酸化ニッケルの３０〜７０重量％を金属ニッケル
で置換した導電性接合材を提供する。さらに、これを用
いて部材を接合させたＳＯＦＣに関する。
運転において、酸化ニッケルを含む接合材の導電性が低
下する原因は、以下のように考えられる。従来の接合材
が高い導電性を示すのは、水素雰囲気下で昇温される場
合に、酸化ニッケルの一部が金属ニッケルに還元される
ことに起因すると考えられる。しかし、モジュール化運
転では、窒素雰囲気下で昇温されるため、酸化ニッケル
が還元される割合が低下し導電性の向上が望めない。ま
た、酸化ニッケルが還元されて金属ニッケルとなる場合
には、約４０体積％の収縮が起こるが、これにより電気
の流れるパスが切れ、導電性が低下する可能性もあると
考えられる。従って、本発明者はこれらの原因を追求し
た結果、酸化ニッケルの一部を予め金属ニッケルで置換
することにより、本発明の第一の態様に到達した。即
ち、本発明の第一の態様は、酸化ニッケルと酸化鉄とビ
ヒクルとを含む導電性接合材であって、酸化ニッケルと
酸化鉄の合計１００重量部のうち、７０〜９０重量部が
酸化ニッケルであり、１０〜３０重量部が酸化鉄であ
り、該酸化ニッケルの３０〜７０重量％を金属ニッケル
で置換した導電性接合材を提供する。さらに、これを用
いて部材を接合させたＳＯＦＣに関する。
【０００８】また、本発明者は、インターコネクタとニ
ッケル集電板とをニッケルペーストで接合する場合等に
おいて、熱処理しても熱収縮が小さく割れが発生するこ
とがない導電性接合材を鋭意検討した結果、本発明の第
二の態様に到達した。即ち、本発明の第二の態様は、集
電用金属粉とビヒクルを含む導電性接合材であって、該
集電用金属粉が、重量比において、、粒径１μｍ以下の微
粒と、粒径２〜３μｍの中粒と、粒径１０μｍ以上の粗
粒とを、（１〜２）：（２〜４）：（４〜７）の重量比
で含む導電性接合材、及び該導電性接合材を用いる固体
電解質型燃料電池に関する。
ッケル集電板とをニッケルペーストで接合する場合等に
おいて、熱処理しても熱収縮が小さく割れが発生するこ
とがない導電性接合材を鋭意検討した結果、本発明の第
二の態様に到達した。即ち、本発明の第二の態様は、集
電用金属粉とビヒクルを含む導電性接合材であって、該
集電用金属粉が、重量比において、、粒径１μｍ以下の微
粒と、粒径２〜３μｍの中粒と、粒径１０μｍ以上の粗
粒とを、（１〜２）：（２〜４）：（４〜７）の重量比
で含む導電性接合材、及び該導電性接合材を用いる固体
電解質型燃料電池に関する。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明の第一の態様に係る導電性
接合材は、ニッケルと酸化ニッケルと酸化鉄とを含む。
本発明の第一の態様で用いるニッケル（Ｎｉ）は、ニッ
ケルカルボニルを粉砕する公知の方法によって得られ、
焼結性が高い点から好ましくは１μｍ以下、更に好まし
くは０．１〜０．５μｍである。本発明の第一の態様で
用いる酸化ニッケル（ＮｉＯ）は、特に限定されず通常
使用されるものを用いることができるが、好ましくは平
均粒径２〜３μｍである。本発明の第一の態様で用いる
酸化鉄（Ｆｅ2Ｏ3）は、特に限定されず通常使用される
ものを用いることができるが、好ましくは平均粒径０．
５〜２μｍである。本発明の第一の態様に係る導電性接
合材は、ニッケルと酸化ニッケルと酸化鉄との合計を１
００重量部とすると、ニッケルと酸化ニッケルとの合計
を７０〜９０重量部含み、酸化鉄を１０〜３０重量部含
むことが好ましい。ニッケルの含有量は、ニッケルと酸
化ニッケルの合計重量に対して、３０〜７０重量％とす
ることが好ましい。ニッケルの含有量が低すぎるとニッ
ケル添加の効果が得られず、ニッケルの含有量が高すぎ
ると昇温後に剥離が起こる場合がある。
接合材は、ニッケルと酸化ニッケルと酸化鉄とを含む。
本発明の第一の態様で用いるニッケル（Ｎｉ）は、ニッ
ケルカルボニルを粉砕する公知の方法によって得られ、
焼結性が高い点から好ましくは１μｍ以下、更に好まし
くは０．１〜０．５μｍである。本発明の第一の態様で
用いる酸化ニッケル（ＮｉＯ）は、特に限定されず通常
使用されるものを用いることができるが、好ましくは平
均粒径２〜３μｍである。本発明の第一の態様で用いる
酸化鉄（Ｆｅ2Ｏ3）は、特に限定されず通常使用される
ものを用いることができるが、好ましくは平均粒径０．
５〜２μｍである。本発明の第一の態様に係る導電性接
合材は、ニッケルと酸化ニッケルと酸化鉄との合計を１
００重量部とすると、ニッケルと酸化ニッケルとの合計
を７０〜９０重量部含み、酸化鉄を１０〜３０重量部含
むことが好ましい。ニッケルの含有量は、ニッケルと酸
化ニッケルの合計重量に対して、３０〜７０重量％とす
ることが好ましい。ニッケルの含有量が低すぎるとニッ
ケル添加の効果が得られず、ニッケルの含有量が高すぎ
ると昇温後に剥離が起こる場合がある。
【００１０】本発明の第一の態様に係る導電性部材は、
ニッケルと酸化ニッケルと酸化鉄をビヒクルを用いてペ
ースト状にしたものである。ビヒクルは、粉体を分散で
きるものであれば特に限定されないが、好ましくは、ブ
チルカルビトール、テレピン油、ブタノール等が挙げら
れ、特に好ましくはブチルカルビトールである。ビヒク
ルの添加量は、ビヒクルの種類によって異なるが、ニッ
ケルと酸化ニッケルと酸化鉄と合計を１００重量部とす
ると、３０〜５０重量部添加することが好ましい。
ニッケルと酸化ニッケルと酸化鉄をビヒクルを用いてペ
ースト状にしたものである。ビヒクルは、粉体を分散で
きるものであれば特に限定されないが、好ましくは、ブ
チルカルビトール、テレピン油、ブタノール等が挙げら
れ、特に好ましくはブチルカルビトールである。ビヒク
ルの添加量は、ビヒクルの種類によって異なるが、ニッ
ケルと酸化ニッケルと酸化鉄と合計を１００重量部とす
ると、３０〜５０重量部添加することが好ましい。
【００１１】本発明の第一の態様に係る導電性接合材
は、更にアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）又は酸化チタン（ＴｉＯ
2）のいずれか一方又は両方を含むことができる。アル
ミナは、酸化ニッケルの還元による収縮に起因するマク
ロ的な収縮を抑える効果があり、ニッケルと酸化ニッケ
ルと酸化鉄との合計を１００重量部とすると、アルミナ
を１０〜２０重量部の範囲で加えることが好ましい。ア
ルミナの添加量が１０重量部未満では、還元収縮防止の
効果が小さく不充分となる場合があり、２０重量部を超
えると導電性の低下を生ずる場合がある。アルミナの平
均粒径は、５〜１５μｍが好ましい。酸化チタンは、接
合力を高める効果があり、ニッケルと酸化ニッケルと酸
化鉄との合計を１００重量部とすると、酸化チタンを３
〜１０重量部の範囲で加えてもよい。酸化チタンの平均
粒径は、０．１〜１．０μｍが好ましい。
は、更にアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）又は酸化チタン（ＴｉＯ
2）のいずれか一方又は両方を含むことができる。アル
ミナは、酸化ニッケルの還元による収縮に起因するマク
ロ的な収縮を抑える効果があり、ニッケルと酸化ニッケ
ルと酸化鉄との合計を１００重量部とすると、アルミナ
を１０〜２０重量部の範囲で加えることが好ましい。ア
ルミナの添加量が１０重量部未満では、還元収縮防止の
効果が小さく不充分となる場合があり、２０重量部を超
えると導電性の低下を生ずる場合がある。アルミナの平
均粒径は、５〜１５μｍが好ましい。酸化チタンは、接
合力を高める効果があり、ニッケルと酸化ニッケルと酸
化鉄との合計を１００重量部とすると、酸化チタンを３
〜１０重量部の範囲で加えてもよい。酸化チタンの平均
粒径は、０．１〜１．０μｍが好ましい。
【００１２】本発明の第一の態様に係る導電性接合材
は、例えば、図２に示す構成の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３ａと電極接
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との間に用いることができる。
は、例えば、図２に示す構成の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３ａと電極接
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との間に用いることができる。
【００１３】本発明の第一の態様に係る導電性接合材の
使用例を図１に示す。発電膜１１は、イットリア安定ジ
ルコニア（ＹＳＺ）１２とその両面に形成された酸化ニ
ッケルとＹＳＺの混合物である燃料側電極１３ａ、酸素
側電極１３ｂから構成される。発電膜１１の片側には本
発明の導電性接合材１４を介して電極接続用波板１５が
形成されている。なお、ＳＯＦＣ全体の構成は、図２に
示すような構成とする。
使用例を図１に示す。発電膜１１は、イットリア安定ジ
ルコニア（ＹＳＺ）１２とその両面に形成された酸化ニ
ッケルとＹＳＺの混合物である燃料側電極１３ａ、酸素
側電極１３ｂから構成される。発電膜１１の片側には本
発明の導電性接合材１４を介して電極接続用波板１５が
形成されている。なお、ＳＯＦＣ全体の構成は、図２に
示すような構成とする。
【００１４】本発明の第一の態様に係る導電性部材の塗
布方法は、公知の方法が用いられ、例えばスクリーンプ
リント法が挙げられる。例えば、インターコネクタと接
続用波板をスクリーンプリント法で接合する場合には、
ペースト状の導電性接合材を、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
コネクタの平板上に１００〜２００μｍの厚さに均一に
塗布し、接続用波板を載せて、空気中で熱処理を行う。
熱処理は、２００℃までにビヒクルが蒸発するが、その
後さらにＳＯＦＣの作業温度を考慮して１０００℃以
上、好ましくは１０００〜１２５０℃で処理して焼結さ
せる。特に好ましくは１２５０℃で４時間の処理であ
る。空気中で処理されるため、接合部材中のニッケルの
一部が酸化され酸化ニッケルとなり、体積が膨張する。
これにより、その後、ＳＯＦＣにおいて接合部材中の酸
化ニッケルが還元されてニッケルとなるための収縮を緩
和でき、収縮による電子の流れの切断に起因する導電性
の低下を緩和することができる。また、接合部材中のニ
ッケルが酸化されて新たに生じた酸化ニッケル表面は、
焼結による焼き付け性が高く、焼結後の密着性が高い利
点も有する。
布方法は、公知の方法が用いられ、例えばスクリーンプ
リント法が挙げられる。例えば、インターコネクタと接
続用波板をスクリーンプリント法で接合する場合には、
ペースト状の導電性接合材を、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
コネクタの平板上に１００〜２００μｍの厚さに均一に
塗布し、接続用波板を載せて、空気中で熱処理を行う。
熱処理は、２００℃までにビヒクルが蒸発するが、その
後さらにＳＯＦＣの作業温度を考慮して１０００℃以
上、好ましくは１０００〜１２５０℃で処理して焼結さ
せる。特に好ましくは１２５０℃で４時間の処理であ
る。空気中で処理されるため、接合部材中のニッケルの
一部が酸化され酸化ニッケルとなり、体積が膨張する。
これにより、その後、ＳＯＦＣにおいて接合部材中の酸
化ニッケルが還元されてニッケルとなるための収縮を緩
和でき、収縮による電子の流れの切断に起因する導電性
の低下を緩和することができる。また、接合部材中のニ
ッケルが酸化されて新たに生じた酸化ニッケル表面は、
焼結による焼き付け性が高く、焼結後の密着性が高い利
点も有する。
【００１５】本発明の第二の態様に用いる集電用金属粉
は、集電効果のある金属であれば特に限定しないが、好
ましくは、ニッケル、白金、パラジウムが挙げられ、コ
スト面から特に好ましくはニッケルである。鉄は、導電
性としては充分でありコスト面でも有利であるが、酸化
の問題があり、鉄を含む合金として用いることが好まし
い。
は、集電効果のある金属であれば特に限定しないが、好
ましくは、ニッケル、白金、パラジウムが挙げられ、コ
スト面から特に好ましくはニッケルである。鉄は、導電
性としては充分でありコスト面でも有利であるが、酸化
の問題があり、鉄を含む合金として用いることが好まし
い。
【００１６】本発明の第二の態様に用いる集電用金属粉
は、公知の方法によって得ることができる。本発明の第
二の態様に用いる粒径１μｍ以下の粒子（微粒）は、ニ
ッケル粉を例に挙げれば、ニッケルカルボニルの還元処
理により得ることができ、好ましくは０．１〜０．５μ
ｍである。本発明の第二の態様に用いる粒径２〜３μｍ
の粒子（中粒）は、ニッケル粉を例に挙げれば、ニッケ
ルカルボニルの還元処理において、適切な温度調節（例
えば１０００℃での高温処理）を行うことより得ること
ができる。本発明の第二の態様に用いる粒径１０μｍ以
上の粒子（粗粒）は、ニッケル粉を例に挙げれば、粒径
１μｍ以下の微粒を造粒し、熱処理（例えば１０００
℃）することにより得られ、好ましくは５〜１５μｍで
ある。
は、公知の方法によって得ることができる。本発明の第
二の態様に用いる粒径１μｍ以下の粒子（微粒）は、ニ
ッケル粉を例に挙げれば、ニッケルカルボニルの還元処
理により得ることができ、好ましくは０．１〜０．５μ
ｍである。本発明の第二の態様に用いる粒径２〜３μｍ
の粒子（中粒）は、ニッケル粉を例に挙げれば、ニッケ
ルカルボニルの還元処理において、適切な温度調節（例
えば１０００℃での高温処理）を行うことより得ること
ができる。本発明の第二の態様に用いる粒径１０μｍ以
上の粒子（粗粒）は、ニッケル粉を例に挙げれば、粒径
１μｍ以下の微粒を造粒し、熱処理（例えば１０００
℃）することにより得られ、好ましくは５〜１５μｍで
ある。
【００１７】本発明の第二の態様に係る導電性接合材
は、集電用金属粉として、微粒と中粒と粗粒を、重量比
において、（１〜２）：（２〜４）：（４〜７）とを有
することを特徴とする。微粒は、例えば１０００℃にお
ける熱処理において、金属粒子同士の付着を強固にする
効果があると考えられる。微粒と中粒と粗粒を上記範囲
で含むことにより、金属粉の最密充填が可能となる。こ
れにより、熱処理しても熱収縮が小さく、割れや剥離等
が生じないと考えられる。
は、集電用金属粉として、微粒と中粒と粗粒を、重量比
において、（１〜２）：（２〜４）：（４〜７）とを有
することを特徴とする。微粒は、例えば１０００℃にお
ける熱処理において、金属粒子同士の付着を強固にする
効果があると考えられる。微粒と中粒と粗粒を上記範囲
で含むことにより、金属粉の最密充填が可能となる。こ
れにより、熱処理しても熱収縮が小さく、割れや剥離等
が生じないと考えられる。
【００１８】本発明の第二の態様に用いる溶剤は、集電
用金属粒子の分散性の良いものであれば特に限定されな
い。例えば、ブチルカルビトール等が挙げられる。集電
用金属粉とビヒクルとの配合比は、用いるビヒクルの種
類等により異なるが、集電用金属粉とビヒクルを体積比
で１００：（５５〜７０）を含むペースト状のものが好
ましい。
用金属粒子の分散性の良いものであれば特に限定されな
い。例えば、ブチルカルビトール等が挙げられる。集電
用金属粉とビヒクルとの配合比は、用いるビヒクルの種
類等により異なるが、集電用金属粉とビヒクルを体積比
で１００：（５５〜７０）を含むペースト状のものが好
ましい。
【００１９】本発明の第二の態様に用いる接合材は、好
ましくはＳＯＦＣに用いることができ、例えば、発電部
分の電気を取り出すため、ＳＯＦＣのニッケル集電板と
スタック（発電セルの集合体）との接着に用いられる。
本発明の接合材をニッケル集電板の接合箇所にスクリー
ンプリント等を用いて塗布した後に、スタックの接合箇
所と合わせる。その後、２００℃程度に加熱してビヒク
ルを蒸発させ、更に１０００℃に加熱して熱処理する。
ビヒクルを蒸発させた後の接合材の厚さは、好ましく
は、１００〜２００μｍである。
ましくはＳＯＦＣに用いることができ、例えば、発電部
分の電気を取り出すため、ＳＯＦＣのニッケル集電板と
スタック（発電セルの集合体）との接着に用いられる。
本発明の接合材をニッケル集電板の接合箇所にスクリー
ンプリント等を用いて塗布した後に、スタックの接合箇
所と合わせる。その後、２００℃程度に加熱してビヒク
ルを蒸発させ、更に１０００℃に加熱して熱処理する。
ビヒクルを蒸発させた後の接合材の厚さは、好ましく
は、１００〜２００μｍである。
【００２０】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づき説明するが、
本発明はこれに限定されるものではない。 実験例１ 酸化ニッケル（１μｍ）、金属ニッケル（０．５μ
ｍ）、酸化鉄（１μｍ）を、ビヒクル（混合溶媒）とし
てブチルカルビトール、アルミナ製３本ロールミルを用
いて混練し、ペースト状とした。波板と平板の接合模擬
サンプルを表１に示す組成の試作接合材で接着し、１２
５０℃まで１０℃／分で昇温し、１２５０℃において１
時間保持した後、炉冷した。このようにして得たサンプ
ルについて、接着性、強度を検証した。「○」は接合強
度が良好なもの、「△」は接合強度がまずまずのもの、
「×」は接合が劣るものである。サンプル1Aは強度が低
く劣るものであり、サンプル8Aは接合材の収縮が激し
く、はがれかけていたものであった。サンプル3A〜7A
は、良好な接合を示した。
本発明はこれに限定されるものではない。 実験例１ 酸化ニッケル（１μｍ）、金属ニッケル（０．５μ
ｍ）、酸化鉄（１μｍ）を、ビヒクル（混合溶媒）とし
てブチルカルビトール、アルミナ製３本ロールミルを用
いて混練し、ペースト状とした。波板と平板の接合模擬
サンプルを表１に示す組成の試作接合材で接着し、１２
５０℃まで１０℃／分で昇温し、１２５０℃において１
時間保持した後、炉冷した。このようにして得たサンプ
ルについて、接着性、強度を検証した。「○」は接合強
度が良好なもの、「△」は接合強度がまずまずのもの、
「×」は接合が劣るものである。サンプル1Aは強度が低
く劣るものであり、サンプル8Aは接合材の収縮が激し
く、はがれかけていたものであった。サンプル3A〜7A
は、良好な接合を示した。
【００２１】
【表１】
【００２２】実験例２（金属ニッケルとインターコネク
タの接着性の試験） 粒径０．５μｍの微粒金属ニッケル、粒径２．５μｍの
中粒金属ニッケル、粒径１５μｍの粗粒金属ニッケル
を、ビヒクルとしてブチルカルビトールを使用し、３本
ロールミルを用いて混練し、接続用ペーストを試作し
た。金属ニッケル平板とランタンクロマイト質のインタ
ーコネクタ５ｃｍ角を２枚はり合わせるための接続ペー
ストとし、１０００℃の温度で焼き付けた。このように
して得たサンプルについて、実験例１と同様に、接着
性、強度を検証した。結果を表２に示す。サンプル1B
は、焼結力が弱く、接合性が悪かった。微粒ニッケルを
入れたサンプル2Bでは、接合性は比較的良好であった。
サンプル3B〜6Bは、良好な接合性を示した。微粒ニッケ
ルを多くしたサンプル7B〜10Bは、微粒の焼結収縮によ
り、剥がれたり、剥がれやすくなり好ましくない結果を
示した。
タの接着性の試験） 粒径０．５μｍの微粒金属ニッケル、粒径２．５μｍの
中粒金属ニッケル、粒径１５μｍの粗粒金属ニッケル
を、ビヒクルとしてブチルカルビトールを使用し、３本
ロールミルを用いて混練し、接続用ペーストを試作し
た。金属ニッケル平板とランタンクロマイト質のインタ
ーコネクタ５ｃｍ角を２枚はり合わせるための接続ペー
ストとし、１０００℃の温度で焼き付けた。このように
して得たサンプルについて、実験例１と同様に、接着
性、強度を検証した。結果を表２に示す。サンプル1B
は、焼結力が弱く、接合性が悪かった。微粒ニッケルを
入れたサンプル2Bでは、接合性は比較的良好であった。
サンプル3B〜6Bは、良好な接合性を示した。微粒ニッケ
ルを多くしたサンプル7B〜10Bは、微粒の焼結収縮によ
り、剥がれたり、剥がれやすくなり好ましくない結果を
示した。
【００２３】
【表２】
【００２４】
【発明の効果】本発明の第一の態様に係る導電性接合材
は、金属ニッケルを含み、塗布後の空気中での焼結によ
りその一部が酸化され新たに酸化ニッケルを生ずるた
め、焼結性の向上が図れ気密性に優れる。また、該酸化
による体積膨張と、ＳＯＦＣの使用において還元雰囲気
下で酸化ニッケルがニッケルに還元されることによる体
積収縮とのバランスで導電性の低下の軽減が可能とな
る。従来は、空気中での焼結による金属ニッケルの酸化
を防止するため、金属ニッケルの使用は避けられていた
が、本発明の第一の態様に係る導電性部材は、その酸化
を逆に利用するものである。本発明の第二の態様に係る
導電性接合材は、集電用金属粉として、微粒と中粒と粗
粒を、重量比において、（１〜２）：（２〜４）：（４
〜７）とを有するため、集電用金属粉の最密充填が可能
となる。また、微粒の存在により、金属粉同士も強固に
付着する。これにより、熱処理しても熱収縮が小さく、
割れや剥離等が生じないと考えられる。従って、ＳＯＦ
Ｃ用の部材の接合に好ましく用いられる。
は、金属ニッケルを含み、塗布後の空気中での焼結によ
りその一部が酸化され新たに酸化ニッケルを生ずるた
め、焼結性の向上が図れ気密性に優れる。また、該酸化
による体積膨張と、ＳＯＦＣの使用において還元雰囲気
下で酸化ニッケルがニッケルに還元されることによる体
積収縮とのバランスで導電性の低下の軽減が可能とな
る。従来は、空気中での焼結による金属ニッケルの酸化
を防止するため、金属ニッケルの使用は避けられていた
が、本発明の第一の態様に係る導電性部材は、その酸化
を逆に利用するものである。本発明の第二の態様に係る
導電性接合材は、集電用金属粉として、微粒と中粒と粗
粒を、重量比において、（１〜２）：（２〜４）：（４
〜７）とを有するため、集電用金属粉の最密充填が可能
となる。また、微粒の存在により、金属粉同士も強固に
付着する。これにより、熱処理しても熱収縮が小さく、
割れや剥離等が生じないと考えられる。従って、ＳＯＦ
Ｃ用の部材の接合に好ましく用いられる。
【図１】本発明の導電性接合材を用いたＳＯＦＣの要部
の概略図である。
の概略図である。
【図２】ＳＯＦＣの概略図である。
１ 発電膜 ３ａ 電極 ３ｂ 電極 ４ａ 電気接続用波板 ４ｂ 電気接続用波板 ５ａ インターコネクタ ５ｂ インターコネクタ １１ 発電膜 １２ イットリア安定ジルコニア（ＹＳＺ） １３ａ 燃料側電極 １３ｂ 酸素側電極 １４ 導電性接合材 １５ 電極接続用波板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｍ 8/12 Ｈ０１Ｍ 8/12 Ｆターム(参考） 4J040 AA011 HA061 HA161 HB15 JA05 JA12 JB11 KA23 KA32 LA09 MA02 MB03 NA19 5G301 DA07 DA10 DA11 DA12 DA23 DA60 DD03 5H026 AA06 BB01 EE02 EE12 HH01 HH05
Claims (6)
- 【請求項１】 酸化ニッケルと酸化鉄とビヒクルとを含
む導電性接合材であって、酸化ニッケルと酸化鉄の合計
１００重量部のうち、７０〜９０重量部が酸化ニッケル
であり、１０〜３０重量部が酸化鉄であり、該酸化ニッ
ケルの３０〜７０重量％を金属ニッケルで置換した導電
性接合材。 - 【請求項２】 更に、上記酸化ニッケルとニッケルと酸
化鉄との合計１００重量部に対して、１０〜２０重量部
のアルミナを含む請求項１に記載の導電性接合材。 - 【請求項３】 更に、上記酸化ニッケルとニッケルと酸
化鉄との合計１００重量部に対して、３〜１０重量部の
酸化チタンを含む請求項１又は請求項２に記載の導電性
接合材。 - 【請求項４】 集電用金属粉とビヒクルを含む導電性接
合材であって、該集電用金属粉が、粒径１μｍ以下の微
粒と、粒径２〜３μｍの中粒と、粒径１０μｍ以上の粗
粒とを、（１〜２）：（２〜４）：（４〜７）の重量比
で含む導電性接合材。 - 【請求項５】 上記導電用金属粉が、ニッケル、白金、
パラジウムからなる一群から選ばれる請求項４に記載の
導電性接合材。 - 【請求項６】 請求項１〜５に記載の導電性接合材を用
いて接合させた部材を含む固体電解質燃料電池。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001114845A JP3891790B2 (ja) | 2001-04-13 | 2001-04-13 | 導電性接合材 |
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| JP2001114845A JP3891790B2 (ja) | 2001-04-13 | 2001-04-13 | 導電性接合材 |
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|---|---|---|---|---|
| JP2004253376A (ja) * | 2003-01-27 | 2004-09-09 | Kyocera Corp | 燃料電池セル及びその製法並びに燃料電池 |
| JP2004265734A (ja) * | 2003-02-28 | 2004-09-24 | Kyocera Corp | 燃料電池セル |
| DE10360614B4 (de) * | 2002-12-20 | 2006-08-31 | Yazaki Corp. | Verfahren zum Verbinden eines Verbindungselements mit einem elektrischen Kabel |
| JP2008305723A (ja) * | 2007-06-08 | 2008-12-18 | Univ Of Tokyo | 接着材組成物、その接着材組成物を用いた接着方法、固体酸化物形燃料電池及び固体酸化物形水蒸気電解装置 |
| JP2009019236A (ja) * | 2007-07-12 | 2009-01-29 | Denken:Kk | 水蒸気電解セルユニット |
| JP2009277449A (ja) * | 2008-05-13 | 2009-11-26 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 接合材、接合部材、接合方法および固体電解質型燃料電池 |
| JP2011009065A (ja) * | 2009-06-25 | 2011-01-13 | Nissan Motor Co Ltd | 固体電解質型燃料電池 |
| JP2013069521A (ja) * | 2011-09-22 | 2013-04-18 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池、燃料電池スタック、及び燃料電池又は燃料電池スタックの製造方法 |
| JP2014012840A (ja) * | 2013-07-16 | 2014-01-23 | Univ Of Tokyo | 接着材組成物 |
| CN114086048A (zh) * | 2021-11-03 | 2022-02-25 | 中南大学深圳研究院 | 高温合金及其制备方法和应用 |
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|---|---|---|---|---|
| JP6420697B2 (ja) | 2014-03-19 | 2018-11-07 | 日本碍子株式会社 | 複合体、ハニカム構造体及び複合体の製造方法 |
| JP6467258B2 (ja) | 2015-03-20 | 2019-02-06 | 日本碍子株式会社 | 接合体、ハニカム構造体及び接合体の製造方法 |
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- 2001-04-13 JP JP2001114845A patent/JP3891790B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| DE10360614B4 (de) * | 2002-12-20 | 2006-08-31 | Yazaki Corp. | Verfahren zum Verbinden eines Verbindungselements mit einem elektrischen Kabel |
| JP2004253376A (ja) * | 2003-01-27 | 2004-09-09 | Kyocera Corp | 燃料電池セル及びその製法並びに燃料電池 |
| JP4544872B2 (ja) * | 2003-01-27 | 2010-09-15 | 京セラ株式会社 | 燃料電池セル及び燃料電池 |
| JP2004265734A (ja) * | 2003-02-28 | 2004-09-24 | Kyocera Corp | 燃料電池セル |
| JP4511122B2 (ja) * | 2003-02-28 | 2010-07-28 | 京セラ株式会社 | 燃料電池セル |
| JP2008305723A (ja) * | 2007-06-08 | 2008-12-18 | Univ Of Tokyo | 接着材組成物、その接着材組成物を用いた接着方法、固体酸化物形燃料電池及び固体酸化物形水蒸気電解装置 |
| JP2009019236A (ja) * | 2007-07-12 | 2009-01-29 | Denken:Kk | 水蒸気電解セルユニット |
| JP2009277449A (ja) * | 2008-05-13 | 2009-11-26 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 接合材、接合部材、接合方法および固体電解質型燃料電池 |
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| JP2014012840A (ja) * | 2013-07-16 | 2014-01-23 | Univ Of Tokyo | 接着材組成物 |
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