JP2008010191A - Sealing material and solid oxide fuel cell using sealing material - Google Patents

Sealing material and solid oxide fuel cell using sealing material Download PDF

Info

Publication number
JP2008010191A
JP2008010191A JP2006176918A JP2006176918A JP2008010191A JP 2008010191 A JP2008010191 A JP 2008010191A JP 2006176918 A JP2006176918 A JP 2006176918A JP 2006176918 A JP2006176918 A JP 2006176918A JP 2008010191 A JP2008010191 A JP 2008010191A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
alkali metal
sealing material
silica particles
amorphous silica
containing amorphous
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2006176918A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5105780B2 (en
Inventor
Seiichi Suda
聖一 須田
Ko Seino
香 情野
Koichi Kawahara
浩一 川原
Hajime Okawa
元 大川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Japan Fine Ceramics Center
Original Assignee
Japan Fine Ceramics Center
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Japan Fine Ceramics Center filed Critical Japan Fine Ceramics Center
Priority to JP2006176918A priority Critical patent/JP5105780B2/en
Publication of JP2008010191A publication Critical patent/JP2008010191A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5105780B2 publication Critical patent/JP5105780B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Sealing Battery Cases Or Jackets (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sealing material for a solid oxide fuel cell having high insulating property and high sealing capability. <P>SOLUTION: The sealing material for the solid oxide fuel cell contains alkali metal-containing amorphous silica particles. The alkali metal-containing amorphous silica particles contain alkali metal-containing silica particles having an alkali metal content, which is a molar ratio of alkali metal/Si, of 0.40-0.85. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、シール材及び当該シール材によってシールされた固体酸化物形燃料電池、並びに当該シール材の製造方法に関する。   The present invention relates to a sealing material, a solid oxide fuel cell sealed with the sealing material, and a method for manufacturing the sealing material.

500℃以上800℃以下の温度範囲で使用し高い絶縁性を具備したガスシール材として、ソーダガラスやマイカ等のガラスおよびセラミックス系シール材が検討されている(特許文献1)。また、水ガラス等を主成分とする液体シール材も検討されている(特許文献2)。一方、ナトリウム含有単分散球状粒子の合成方法が報告されている(非特許文献1)。
特開2004−39573号公報 特開2001−319670号公報 S. Suda, et al., J. Non-Cryst. Solids, 321, 3-9 (2003)
As gas sealing materials that are used in a temperature range of 500 ° C. or higher and 800 ° C. or lower and have high insulation properties, glass such as soda glass and mica and ceramic-based sealing materials have been studied (Patent Document 1). Further, a liquid sealing material mainly composed of water glass or the like has been studied (Patent Document 2). On the other hand, a method for synthesizing sodium-containing monodispersed spherical particles has been reported (Non-Patent Document 1).
JP 2004-39573 A JP 2001-319670 A S. Suda, et al., J. Non-Cryst. Solids, 321, 3-9 (2003)

しかしながら、ガラスおよびセラミックス系シール材では柔軟性に乏しいため、表面に凹凸のある基材をシールすることは困難であった。特に、ソーダガラスでは高温において比較的導電性を有してしまうという問題があり、さらに500℃付近で亀裂が入ってしまい、シール性を損なうという問題があった。また、マイカや結晶ガラスによるシール材については、シール性に課題がある。さらに、接着剤等の液体シール材では、緻密基材へのシールでは問題がないが、多孔質基材については、液体シール材の基材への染み込みのために、シール性を保持するのは難しかった。従って、現在までのところ、高い絶縁性を具備するとともに高いシール性を備えるシール材や多孔質基材に対して優れたシール性を備える材料は得られていない。一方、ナトリウム含有単分散球状粒子の合成方法が報告されているが、こうした球状粒子を高温での絶縁性シール材への適用については報告されていない。   However, since glass and ceramics-based sealing materials have poor flexibility, it has been difficult to seal a substrate having irregularities on the surface. In particular, soda glass has a problem that it has a relatively high conductivity at a high temperature, and further, there is a problem that a crack occurs at around 500 ° C. and the sealing property is impaired. In addition, there is a problem in sealing performance for a sealing material made of mica or crystal glass. Furthermore, with liquid sealing materials such as adhesives, there is no problem with sealing to a dense base material, but for porous base materials, the sealing performance is maintained because of penetration of the liquid sealing material into the base material. was difficult. Therefore, until now, there has not been obtained a sealing material that has high insulating properties and high sealing properties, or a material that has excellent sealing properties for porous substrates. On the other hand, a method for synthesizing sodium-containing monodispersed spherical particles has been reported, but no application of such spherical particles to an insulating sealing material at a high temperature has been reported.

そこで、本発明は、高い絶縁性とシール性とを備えるシール材及びその製造方法並びに固体酸化物形燃料電池のシール構造を提供することを一つの目的とする。また、本発明は、さらに多孔質基材に対して優れたシール性を備えるシール材及びその製造方法並びに固体酸化物形燃料電池のシール構造を提供することを他の一つの目的とする。   Accordingly, it is an object of the present invention to provide a sealing material having high insulation and sealing properties, a method for manufacturing the same, and a sealing structure for a solid oxide fuel cell. Another object of the present invention is to provide a sealing material having an excellent sealing property for a porous substrate, a method for producing the same, and a sealing structure for a solid oxide fuel cell.

本発明者らは、上記した課題を解決するべく検討したところ、500℃以上800℃以下程度におけるシール性と絶縁性とを実現できるシール材を見出した。さらに、本発明者らは、シール材の溶融性をコントロールして多項質基材にも十分対応できるシール材を提供できることを見出した。本発明は、これらの知見に基づいて以下の手段を提供する。   The inventors of the present invention have studied to solve the above-mentioned problems, and have found a sealing material that can realize sealing properties and insulating properties at about 500 ° C. or higher and 800 ° C. or lower. Furthermore, the present inventors have found that it is possible to provide a sealing material that can sufficiently cope with a multi-material substrate by controlling the meltability of the sealing material. The present invention provides the following means based on these findings.

本発明によれば、アルカリ金属含有非晶質シリカ粒子を含有する、シール材が提供される。本シール材は、500℃以上800℃以下における環境下でのシール材であることが好ましく、より好ましくはこうした作動温度の固体酸化物形燃料電池用である。   According to the present invention, there is provided a sealing material containing alkali metal-containing amorphous silica particles. The seal material is preferably a seal material in an environment of 500 ° C. or higher and 800 ° C. or lower, and more preferably for a solid oxide fuel cell having such an operating temperature.

本シール材においては、前記アルカリ金属含有非晶質シリカ粒子は、アルカリ金属/Siのモル比であるアルカリ金属含有量が0.40以上0.85以下のアルカリ金属含有シリカ粒子を含むことができる。また、前記アルカリ金属含有非晶質シリカ粒子は、第1のアルカリ金属含有量の第1のアルカリ金属含有非晶質シリカ粒子と、前記第1のアルカリ金属含有量よりも少ない第2のアルカリ金属含有量の第2のアルカリ金属含有非晶質シリカ粒子と、を含むことができる。この態様において、前記第1のアルカリ金属含有非晶質シリカ粒子の前記第1のアルカリ金属含有量は0.40以上0.85以下とすることができ、前記第2のアルカリ金属含有非晶質シリカ粒子の前記第2のアルカリ金属含有量は0.40未満とすることができる。特に、前記第1のアルカリ金属含有非晶質シリカ粒子のアルカリ金属含有量は、0.50以上0.80以下であり、前記第2のアルカリ金属含有非晶質シリカ粒子のアルカリ金属含有量は、0.20以下であることが好ましい。   In the present sealing material, the alkali metal-containing amorphous silica particles can include alkali metal-containing silica particles having an alkali metal / Si molar ratio of 0.40 or more and 0.85 or less. . The alkali metal-containing amorphous silica particles include a first alkali metal-containing amorphous silica particle having a first alkali metal content and a second alkali metal having a smaller content than the first alkali metal content. Content of the second alkali metal-containing amorphous silica particles. In this aspect, the first alkali metal content of the first alkali metal-containing amorphous silica particles can be 0.40 or more and 0.85 or less, and the second alkali metal-containing amorphous silica can be used. The second alkali metal content of the silica particles can be less than 0.40. In particular, the alkali metal content of the first alkali metal-containing amorphous silica particles is 0.50 or more and 0.80 or less, and the alkali metal content of the second alkali metal-containing amorphous silica particles is , 0.20 or less is preferable.

本シール材においては、前記アルカリ金属はナトリウムを含むことが好ましい。また、前記シール材は、成形体、粉末、スラリー、ゾル及びゲルから選択されるいずれかとすることができ、また、前記シール材は、加湿処理されたシート成形体とすることができる。   In the present sealing material, the alkali metal preferably contains sodium. Further, the sealing material can be any one selected from a molded body, powder, slurry, sol, and gel, and the sealing material can be a humidified sheet molded body.

本発明によれば、シール材の製造方法であって、アルカリ金属含有非晶質シリカ粒子を準備する工程と、前記アルカリ金属含有非晶質シリカ粒子を含むシール材を調製する工程と、を含む、製造方法が提供される。この場合において、前記調製工程は、前記シール材として、成形体、粉末、スラリー、ゾル及びゲルから選択されるいずれかを調製する工程とすることができる。また、前記調製工程は、前記シール材としてシート成形体を成形し、乾燥し、乾燥後の前記シート成形体を加湿して光透過性を有するシート成形体とする工程とすることができる。この態様において、前記加湿は、10℃以上50℃以下の温度で相対湿度70%以上で行うことができる。前記アルカリ金属含有非晶質シリカ粒子は、アルカリ金属/Siのモル比であるアルカリ金属含有量が0.40以上0.85以下のアルカリ金属含有非晶質シリカ粒子を含むことができる。   According to the present invention, there is provided a method for producing a sealing material, comprising: preparing alkali metal-containing amorphous silica particles; and preparing a sealing material containing the alkali metal-containing amorphous silica particles. A manufacturing method is provided. In this case, the preparation step may be a step of preparing any one selected from a molded body, powder, slurry, sol and gel as the sealing material. Moreover, the said preparation process can be made into the process of shape | molding and drying a sheet molded body as the said sealing material, and humidifying the said sheet molded body after drying to make the sheet molded body which has a light transmittance. In this embodiment, the humidification can be performed at a temperature of 10 ° C. or more and 50 ° C. or less and a relative humidity of 70% or more. The alkali metal-containing amorphous silica particles may include alkali metal-containing amorphous silica particles having an alkali metal content of 0.40 or more and 0.85 or less, which is an alkali metal / Si molar ratio.

また、前記アルカリ金属含有非晶質シリカ粒子は、第1のアルカリ金属含有量の第1のアルカリ金属含有非晶質シリカ粒子と、前記第1のアルカリ金属含有量よりも少ない第2のアルカリ金属含有量の第2のアルカリ金属含有非晶質シリカ粒子と、を含むことができる。   The alkali metal-containing amorphous silica particles include a first alkali metal-containing amorphous silica particle having a first alkali metal content and a second alkali metal having a smaller content than the first alkali metal content. Content of the second alkali metal-containing amorphous silica particles.

本発明によれば、固体酸化物形燃料電池(SOFC)であって、上記いずれかに記載のシール材によるシール部位を備える、電池が提供される。本発明の固体酸化物形燃料電池においては、前記シール材は前記固体酸化物形燃料電池の多項質基材をシールする固体酸化物形燃料電池としてもよい。   According to this invention, it is a solid oxide fuel cell (SOFC), Comprising: The battery provided with the sealing site | part by the sealing material in any one of the said is provided. In the solid oxide fuel cell of the present invention, the sealing material may be a solid oxide fuel cell that seals the multi-material substrate of the solid oxide fuel cell.

本発明のシール材は、アルカリ金属含有非晶質シリカ粒子を含有している。アルカリ金属含有非晶質シリカ粒子を用いることにより、適切な溶融性(シール性)と絶縁性とを備えるシール材となっている。特に、500℃以上800℃以下程度におけるシール性と絶縁性とを発現させることができる。したがって、こうした作動温度の固体酸化物形燃料電池におけるシール材として用いることができる。また、アルカリ金属含有量の異なるアルカリ金属含有非晶質シリカ粒子を用いることで、さらに溶融性をコントロールして多項質基材にも十分対応できるようなシール性を発現させることができる。さらに、本発明のシール材によれば、加湿処理されていることで、被シール面の凹凸に容易に追従可能な粘性、可塑性、可撓性若しくは柔軟性を有するシール材を得ることができるとともに、アルカリ金属含有非晶質シリカ粒子並びにシール材に用いられることのある有機バインダ材料に由来する溶融時のカーボン析出量を抑制できる。カーボンの析出は、絶縁性を低下させるとともに、シール性を著しく低下させることにもなるが、本発明のシール材によれば、カーボン析出による絶縁性低下及びシール性低下の抑制されたシール材を提供できる。以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。   The sealing material of the present invention contains alkali metal-containing amorphous silica particles. By using the alkali metal-containing amorphous silica particles, a sealing material having appropriate meltability (sealability) and insulation is provided. In particular, sealing properties and insulating properties at about 500 ° C. or higher and 800 ° C. or lower can be expressed. Therefore, it can be used as a sealing material in a solid oxide fuel cell having such an operating temperature. Moreover, by using the alkali metal-containing amorphous silica particles having different alkali metal contents, it is possible to develop a sealing property that can sufficiently cope with a polycrystalline substrate by further controlling the meltability. Furthermore, according to the sealing material of the present invention, it is possible to obtain a sealing material having viscosity, plasticity, flexibility or flexibility that can easily follow the unevenness of the surface to be sealed by being humidified. In addition, it is possible to suppress the amount of carbon deposited at the time of melting derived from the organic binder material that may be used for the alkali metal-containing amorphous silica particles and the sealing material. The deposition of carbon lowers the insulating property and also significantly reduces the sealing property. However, according to the sealing material of the present invention, the sealing material in which the deterioration of the insulating property and the sealing property due to the carbon deposition are suppressed can be obtained. Can be provided. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.

(シール材)
本発明のシール材は、500℃以上800℃以下の環境下でのシール性に優れており、こうした温度環境用のシール材として用いることができる。より好ましくは500℃以上750℃以下である。したがって、こうした温度域を作動温度域とする固体酸化物形燃料電池(SOFC)に用に好ましく適用される。なお、適用されるSOFCは、平板型のほか、円筒型、自立型、支持膜型、一体積層型などの形態を全て含むものである。本発明のシール材は、例えば、SOFCのセパレーター相互間、電池とセパレーター間及び燃料極や空気極である電極間などのシール部位をシールすることができる。特に、後述するように異なるアルカリ金属含有量のシリカ粒子を含むシール材の場合には、電極などの多孔質基材、好ましくは、気孔率が20%程度以上の多孔質基材のシール材として好ましい。多孔質基材は、好ましくは気孔率が30%以上である。
(Seal material)
The sealing material of this invention is excellent in the sealing performance in the environment of 500 degreeC or more and 800 degrees C or less, and can be used as a sealing material for such temperature environment. More preferably, it is 500 degreeC or more and 750 degrees C or less. Therefore, it is preferably applied to a solid oxide fuel cell (SOFC) having such a temperature range as an operating temperature range. The applied SOFC includes all forms such as a cylindrical type, a self-supporting type, a supporting membrane type, and an integral laminated type in addition to a flat plate type. The sealing material of the present invention can seal, for example, sealing sites such as between SOFC separators, between a battery and a separator, and between electrodes that are fuel electrodes and air electrodes. In particular, in the case of a sealing material containing silica particles having different alkali metal contents as described later, as a sealing material for a porous substrate such as an electrode, preferably a porous substrate having a porosity of about 20% or more preferable. The porous substrate preferably has a porosity of 30% or more.

(シール材の組成)
本発明のシール材は、アルカリ金属含有非晶質シリカ粒子を含有している。アルカリ金属としては、リチウム、カリウム、ナトリウム、ルビジウムなどのアルカリ金属から選択される1種又は2種以上であればよい。シール性を発揮させるためのシール材の溶融温度を考慮するとナトリウムを含むことが好ましい。アルカリ金属含有非晶質シリカ粒子の形態は、球状、不定形状、薄片状等特に限定しないが、好ましくは球状である。球状であるとバインダ等と混合したときに流動性に優れたスラリーを合成できるからである。また、アルカリ金属含有シリカ粒子の平均粒子径は、0.1μm以上0.8μm以下であることが好ましい。この範囲であると粒子径のそろったアルカリ金属含有非晶質シリカ粒子が合成できるからである。また、0.1μm未満であると粒子同士が凝集してしまい単分散球状粒子の合成が難しく、0.8μm以上であると粒子径分布が広くなるあるいはバイモーダルな分布となるからである。なお、平均粒子径は走査型電子顕微鏡により測定することができる。
(Seal composition)
The sealing material of the present invention contains alkali metal-containing amorphous silica particles. The alkali metal may be one or more selected from alkali metals such as lithium, potassium, sodium and rubidium. In consideration of the melting temperature of the sealing material for exerting the sealing properties, it is preferable to contain sodium. The form of the alkali metal-containing amorphous silica particles is not particularly limited, such as a spherical shape, an indefinite shape, or a flake shape, but is preferably a spherical shape. This is because when it is spherical, a slurry having excellent fluidity can be synthesized when mixed with a binder or the like. Moreover, it is preferable that the average particle diameter of an alkali metal containing silica particle is 0.1 micrometer or more and 0.8 micrometer or less. This is because, within this range, alkali metal-containing amorphous silica particles having a uniform particle diameter can be synthesized. Further, when the particle size is less than 0.1 μm, the particles are aggregated and it is difficult to synthesize monodispersed spherical particles, and when the particle size is 0.8 μm or more, the particle size distribution becomes wide or bimodal. The average particle diameter can be measured with a scanning electron microscope.

アルカリ金属含有非晶質シリカ粒子の合成方法は特に限定しないが、S. Suda, et al., J. Non-Cryst. Solids, 321, 3-9 (2003)に記載のゾルゲル方法又はこれに準じた方法を用いることができる。例えば、テトラエチルオルトシリケート(TEOS)などの金属アルコキシドのエタノール溶液、あるいは当該エタノール溶液に対して必要に応じ分散剤としてヒドロキシプロピルセルロース(HPC)などの高分子のエタノール溶液とを混合した混液を撹拌しつつ、NaOHのエタノール・水混液を添加して、縮合反応を生じさせ、適宜エタノールなどの有機溶媒を添加して固液分離後、固形分を乾燥することによってアルカリ金属含有非晶質シリカ粒子を得ることができる。こうして得られるアルカリ金属含有非晶質シリカ粒子は、非晶質シリカ粒子の中にアルカリ金属を均質に含有させることができるという特徴を有する。また、アルカリ金属含有非晶質シリカ粒子においては、アルカリ金属含有量(アルカリ金属/Siのモル比)が0以上0.85以下の範囲で、より好ましくは、0以上0.75以下の範囲で調整することができる。アルカリ金属含有量により溶融温度を調整でき、例えば、ナトリウム含有量が高いと溶融温度が低くなる。また、ナトリウム含有量を増大させるとシールの絶縁性が低下する。   The method for synthesizing the alkali metal-containing amorphous silica particles is not particularly limited, but the sol-gel method described in S. Suda, et al., J. Non-Cryst. Solids, 321, 3-9 (2003) or similar thereto. Can be used. For example, an ethanol solution of a metal alkoxide such as tetraethylorthosilicate (TEOS) or a mixture of a polymer ethanol solution such as hydroxypropylcellulose (HPC) as a dispersant to the ethanol solution as necessary is stirred. While adding an ethanol / water mixture of NaOH to cause a condensation reaction, an organic solvent such as ethanol is added as appropriate to solid-liquid separation, and then the solid content is dried to obtain alkali metal-containing amorphous silica particles. Obtainable. The alkali metal-containing amorphous silica particles thus obtained has a characteristic that the alkali metal can be homogeneously contained in the amorphous silica particles. In the alkali metal-containing amorphous silica particles, the alkali metal content (alkali metal / Si molar ratio) is in the range of 0 to 0.85, more preferably in the range of 0 to 0.75. Can be adjusted. The melting temperature can be adjusted by the alkali metal content. For example, the higher the sodium content, the lower the melting temperature. Further, when the sodium content is increased, the insulating properties of the seal are lowered.

アルカリ金属含有非晶質シリカ粒子は、単独のアルカリ金属を粒子中に有するアルカリ金属含有非晶質シリカ粒子を用いてもよいし、2種以上のアルカリ金属を一つの粒子に含むアルカリ金属含有非晶質シリカ粒子を用いてもよいし、2種以上のアルカリ金属を異なる粒子中に含む混合粒子を用いてもよい。   As the alkali metal-containing amorphous silica particles, alkali metal-containing amorphous silica particles having a single alkali metal in the particles may be used, or two or more alkali metals may be contained in one particle. Crystalline silica particles may be used, or mixed particles containing two or more kinds of alkali metals in different particles may be used.

アルカリ金属含有非晶質シリカ粒子におけるアルカリ金属/Siのモル比は、0.85以下とすることができる。この範囲であると、均質な非晶質シリカ粒子が合成できるからであり、0.85を超えると非晶質シリカ粒子の表面やそのほかの部分にアルカリ金属塩が析出してしまうからである。より好ましくは、0.75以下である。また、同一濃度のアルカリ金属含有非晶質シリカ粒子を用いる場合には、アルカリ金属/Siのモル比は0.40以上であることが好ましい。   The alkali metal / Si molar ratio in the alkali metal-containing amorphous silica particles can be 0.85 or less. This is because homogeneous amorphous silica particles can be synthesized within this range, and when it exceeds 0.85, alkali metal salts are deposited on the surface of the amorphous silica particles and other portions. More preferably, it is 0.75 or less. When using alkali metal-containing amorphous silica particles having the same concentration, the alkali metal / Si molar ratio is preferably 0.40 or more.

また、異なるアルカリ金属含有量の非晶質シリカ粒子を用いることができる。異なるアルカリ金属含有量の非晶質シリカ粒子を用いることで、溶融温度の調節が容易となり、また、アルカリ金属含有量の異なるシリカ粒子が接触して高濃度アルカリ金属含有非晶質シリカ粒子中のアルカリ金属が低濃度アルカリ金属含有非晶質シリカ粒子の二酸化ケイ素と反応することで局所的に溶融温度を下げて、後者の表面および表面近傍のみを溶融することによって、たとえば、多孔質基材に対して、充填材と溶融材を兼ね備えることができる。   In addition, amorphous silica particles having different alkali metal contents can be used. By using amorphous silica particles having different alkali metal contents, the melting temperature can be easily adjusted, and the silica particles having different alkali metal contents come into contact with each other in the high concentration alkali metal-containing amorphous silica particles. By reducing the melting temperature locally by reacting the alkali metal with silicon dioxide of low-concentration alkali metal-containing amorphous silica particles and melting only the latter surface and the vicinity of the surface, for example, to a porous substrate On the other hand, a filler and a molten material can be provided.

シール材は、多孔質基材に対しては充てん材としての機能を発揮できることが好ましく、緻密基材に対しては溶融材としての機能を発揮できることが好ましい。多孔質基材には、相対的にアルカリ金属濃度の低いシール材(アルカリ金属含有非晶質シリカ粒子が少ないまたは低濃度アルカリ金属含有非晶質シリカ粒子を用いる)を適用することが好ましく、緻密基材には、アルカリ金属濃度が高いシール材(アルカリ金属含有非晶質シリカ粒子が多いまたは高濃度アルカリ金属含有非晶質シリカ粒子を用いる)を適用することが好ましい。また、多孔質基材と緻密質基材との間をシールする場合には、これらを組み合わせたシール材とすることができる。すなわち、異なる濃度のシート体を積層するなどしてアルカリ金属濃度について傾斜組成を有するようにしてもよい。   The sealing material is preferably capable of exhibiting a function as a filler for a porous substrate, and preferably capable of exhibiting a function as a melting material for a dense substrate. For the porous base material, it is preferable to apply a sealing material having a relatively low alkali metal concentration (using few alkali metal-containing amorphous silica particles or using low-concentration alkali metal-containing amorphous silica particles). It is preferable to apply a sealing material having a high alkali metal concentration (a large amount of alkali metal-containing amorphous silica particles or using high concentration alkali metal-containing amorphous silica particles) to the substrate. Moreover, when sealing between a porous base material and a dense base material, it can be set as the sealing material which combined these. That is, a gradient composition with respect to the alkali metal concentration may be obtained by laminating sheet bodies having different concentrations.

異なるアルカリ金属含有量の非晶質シリカ粒子を用いる場合、少なくともアルカリ金属含有量が0.40以上0.85以下のアルカリ金属含有非晶質シリカ粒子と、アルカリ金属含有量が0.40未満であるアルカリ金属含有非晶質シリカ粒子とを含むことが好ましい。こうした2種類の濃度のアルカリ金属含有非晶質シリカ粒子を含むことができ、溶融温度について大きな局所的変化を生じさせることができる。好ましくは、高濃度アルカリ金属含有非晶質シリカ粒子は、アルカリ金属含有量が0.50以上であり、さらに好ましくは0.60以上である。低濃度アルカリ金属含有非晶質シリカ粒子のアルカリ金属含有量は、0.20以下であり、さらに好ましくは0である。好ましい組み合わせは、高濃度非晶質アルカリ金属含有シリカ粒子のアルカリ金属含有量が約0.60であり、低濃度アルカリ金属含有非晶質シリカ粒子の金属含有量が0である。   When using amorphous silica particles having different alkali metal contents, alkali metal-containing amorphous silica particles having at least an alkali metal content of 0.40 or more and 0.85 or less, and an alkali metal content of less than 0.40 It preferably contains certain alkali metal-containing amorphous silica particles. These two concentrations of alkali metal-containing amorphous silica particles can be included, which can cause a large local change in melting temperature. Preferably, the high concentration alkali metal-containing amorphous silica particles have an alkali metal content of 0.50 or more, and more preferably 0.60 or more. The alkali metal content of the low-concentration alkali metal-containing amorphous silica particles is 0.20 or less, more preferably 0. In a preferred combination, the alkali metal content of the high-concentration amorphous alkali metal-containing silica particles is about 0.60, and the metal content of the low-concentration alkali metal-containing amorphous silica particles is zero.

高濃度アルカリ金属含有非晶質シリカ粒子と低濃度アルカリ金属含有非晶質シリカ粒子との配合比率は、得ようとする溶融性能に応じて設定することができるが、高濃度および低濃度アルカリ金属含有非晶質シリカ粒子の全量に対して20体積%以上60体積%以下の範囲で低濃度アルカリ金属含有非晶質シリカ粒子を配合することが好ましい。当該配合比率は、特に、アルカリ金属がナトリウムの場合において好ましい。   The blending ratio of the high concentration alkali metal-containing amorphous silica particles and the low concentration alkali metal-containing amorphous silica particles can be set according to the melting performance to be obtained. The low concentration alkali metal-containing amorphous silica particles are preferably blended in the range of 20% by volume to 60% by volume with respect to the total amount of the containing amorphous silica particles. The blending ratio is particularly preferable when the alkali metal is sodium.

(シール材の形態)
本発明のSOFC用シール材は、各種形態を採ることができる。すなわち、こうしたアルカリ金属含有非晶質シリカ粒子を含んで成形されたシート成形体などの成形体、アルカリ金属含有非晶質シリカ粒子を含む粉末、アルカリ金属含有非晶質シリカ粒子を含むスラリー、アルカリ金属含有非晶質シリカ粒子を含むゾル、アルカリ金属含有非晶質シリカ粒子を含むゲル、アルカリ金属含有非晶質シリカ粒子を含むペーストなどの形態が挙げられる。こうした各種形態のシール材は、アルカリ金属含有シリカ粒子のみから構成されていてもよいし、適当な媒体やバインダ等を用いて構成されていてもよい。例えば、媒体としては、水、エタノールなどのアルコール、ポリエチレングリコール(PEG)、エーテル及びこれらの2種類以上の混液等を用いることができる。また、バインダとしては、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリビニルブチラール(PVB)、等を用いることができる。なかでも、PVBを用いることが得られたシート成形体等のシール材に含まれる非晶質シリカ粒子濃度やシート成形体等の柔軟性などの観点から好ましい。
(Form of sealing material)
The SOFC sealing material of the present invention can take various forms. That is, a molded body such as a sheet molded body molded containing such alkali metal-containing amorphous silica particles, a powder containing alkali metal-containing amorphous silica particles, a slurry containing alkali metal-containing amorphous silica particles, an alkali Examples include a sol containing metal-containing amorphous silica particles, a gel containing alkali metal-containing amorphous silica particles, and a paste containing alkali metal-containing amorphous silica particles. Such various forms of sealing material may be composed of only alkali metal-containing silica particles, or may be composed of an appropriate medium, binder, or the like. For example, water, alcohol such as ethanol, polyethylene glycol (PEG), ether, and a mixture of two or more of these can be used as the medium. Moreover, as a binder, polyvinyl alcohol (PVA), polyvinyl butyral (PVB), etc. can be used. Of these, the use of PVB is preferable from the viewpoint of the concentration of amorphous silica particles contained in a sealing material such as a sheet molded body obtained and the flexibility of the sheet molded body.

(加湿処理)
シール材は、加湿処理されたものであることが好ましい。ここでいう加湿処理は、高湿度雰囲気下に前記シール材を保持することにより実施することができる。高湿度雰囲気とは、例えば、相対湿度70%以上、好ましくは80%以上、より好ましくは90%以上である。70%以上であると十分にシール材に水分を供給することが可能だからである。温度は好ましくは10℃以上50℃以下である。この範囲であると水分供給速度を制御しやすいからである。また、加湿処理時間は特に限定しないが、3時間以上40時間以下程度とすることができ、多くは20時間程度である。
(Humidification treatment)
It is preferable that the sealing material has been humidified. The humidification treatment here can be carried out by holding the sealing material in a high humidity atmosphere. The high humidity atmosphere is, for example, a relative humidity of 70% or higher, preferably 80% or higher, more preferably 90% or higher. This is because if it is 70% or more, water can be sufficiently supplied to the sealing material. The temperature is preferably 10 ° C. or higher and 50 ° C. or lower. This is because the water supply rate is easily controlled within this range. Moreover, although the humidification processing time is not particularly limited, it can be about 3 hours or more and 40 hours or less, and most is about 20 hours.

本発明を拘束するものではないが、加湿処理により、シール材に含まれる残存アルコキシル基が加水分解されてアルコールとシラノール基が生成するとともに、シラノール基間あるいはシラノール基と他の成分との重合反応が進行すると考えられる。加湿処理によれば、シール材の粘性、可塑性若しくは可撓性の向上、絶縁性及びシール性を向上させることができる。なお、粘性、可塑性又は可撓性の向上は、重合反応の促進によるものと推測され、絶縁性及びシール性の向上は、加湿処理による加水分解反応の進行により、シール材中に非晶質シリカ粒子あるいはバインダや媒体等に由来するカーボン(例えば、残存アルコキシル基のおけるアルキル基)を二酸化炭素として溶融時にシール材から排出除去しやすくさせることができることに起因する推測される。なお、加湿処理によりシール材の光透過性が向上するのは、非晶質シリカ粒子の重合反応が進行するからであると考えられる。   Although not restricting the present invention, the residual alkoxyl group contained in the sealing material is hydrolyzed by the humidification treatment to generate an alcohol and a silanol group, and a polymerization reaction between the silanol groups or between the silanol groups and other components Is considered to progress. According to the humidification treatment, it is possible to improve the viscosity, plasticity or flexibility of the sealing material, and improve the insulation and sealing properties. The improvement in viscosity, plasticity or flexibility is presumed to be due to the acceleration of the polymerization reaction, and the improvement in insulation and sealing properties is due to the progress of the hydrolysis reaction due to the humidification treatment, so that amorphous silica is contained in the sealing material. It is presumed that the carbon (for example, the alkyl group in the remaining alkoxyl group) derived from the particles, the binder, the medium, or the like can be easily discharged and removed from the sealing material at the time of melting as carbon dioxide. In addition, it is thought that the light transmittance of the sealing material is improved by the humidification treatment because the polymerization reaction of the amorphous silica particles proceeds.

加湿処理の程度は、シール材に光透過性を付与する程度行うことが好ましい。加湿処理が、シール材が光透過性を有しない程度の場合には、可塑性等も向上せず、溶融時にカーボンの析出が生じやすくなり、絶縁性及びシール性において問題が生じやすくなる。また、加湿処理が過ぎると、シール材が湿潤してしまい、シート材が劣化するからである。特に、バインダを含むシール材を加湿処理することによりシール材の粘性、可塑性又は可撓性を向上させることができ、シール部位への密着性や適用性が高まったシール材とすることができる。また、加湿処理の程度をより明確化するためにシリカに用いられる公知の水分インジケータを含有させることもできる。   It is preferable to perform the degree of the humidification treatment to such an extent that the sealing material is provided with light transmittance. When the humidification treatment is such that the sealing material does not have optical transparency, the plasticity and the like are not improved, and carbon is liable to be precipitated at the time of melting, and problems in insulation and sealing properties are likely to occur. Further, if the humidification process is over, the sealing material is wetted and the sheet material is deteriorated. In particular, the viscosity, plasticity, or flexibility of the sealing material can be improved by humidifying the sealing material containing the binder, and the sealing material with improved adhesion and applicability to the seal portion can be obtained. Moreover, in order to clarify the degree of the humidification treatment, a known moisture indicator used for silica can be contained.

加湿処理は、全ての形態のシール材に適用できる。不定形のものの場合には、粘性や可塑性、柔軟性等が向上し、シート状等の場合には、柔軟性や可撓性が向上する。加湿処理を施すのに好ましいシール材の形態としては、バインダを含む形態であり、具体的には、シート成形体などの成形体、ペースト、スラリー等が挙げられる。すなわち、加湿成形体や加湿ペースト等とすることができる。均一に加湿できる観点からは、シート成形体など厚みが一定の成形体が好ましい。   The humidification treatment can be applied to all forms of sealing materials. In the case of an indeterminate shape, viscosity, plasticity, flexibility and the like are improved, and in the case of a sheet shape, the flexibility and flexibility are improved. A preferable form of the sealing material for performing the humidification treatment is a form including a binder, and specifically, a molded body such as a sheet molded body, a paste, a slurry, and the like can be given. That is, it can be set as a humidified molded body or a humidified paste. From the viewpoint of uniform humidification, a molded body having a constant thickness such as a sheet molded body is preferable.

(シール材の製造方法)
本発明のシール材の製造方法は、アルカリ金属含有非晶質シリカ粒子を準備する工程と、アルカリ金属含有非晶質シリカ粒子を含むシール材を調製する工程とを備えている。アルカリ金属含有非晶質シリカ粒子の準備工程は、アルカリ金属含有非晶質シリカ粒子を合成する工程であってもよいし、アルカリ金属含有非晶質シリカ粒子を合成以外の方法で入手する工程であってもよい。
(Manufacturing method of sealing material)
The method for producing a sealing material of the present invention includes a step of preparing alkali metal-containing amorphous silica particles and a step of preparing a sealing material containing alkali metal-containing amorphous silica particles. The step of preparing alkali metal-containing amorphous silica particles may be a step of synthesizing alkali metal-containing amorphous silica particles, or a step of obtaining alkali metal-containing amorphous silica particles by a method other than synthesis. There may be.

アルカリ金属含有非晶質シリカ粒子を含むシール材の調製は、既述したシール材の各種形態に応じて異なる。シート成形体などの成形体の場合には、アルカリ金属含有非晶質シリカ粒子と適当なバインダ及び媒体等を混合してスラリー等としてドクターブレード等によりシート化し、乾燥することにより得ることができる。成形により付与する三次元形態や二次形態は任意である。また、粉末の場合には、必要あれば適当な基材とともにあるいはアルカリ金属含有非晶質シリカ粒子のみを混合することにより得ることができる。スラリーは、アルカリ金属含有非晶質シリカ粒子と適当なスラリー用基材や媒体とともに混合することにより得ることができる。ゾルは、適当な粒子径のアルカリ金属含有非晶質シリカ粒子を媒体に分散させることにより得ることができ、ゲルはこうしたゾルを乾燥等することにより得ることができる。   The preparation of the sealing material containing the alkali metal-containing amorphous silica particles varies depending on the various forms of the sealing material described above. In the case of a molded body such as a sheet molded body, it can be obtained by mixing alkali metal-containing amorphous silica particles with an appropriate binder and medium, etc., forming a sheet as a slurry with a doctor blade, and drying. The three-dimensional form and secondary form provided by molding are arbitrary. Further, in the case of powder, it can be obtained by mixing together with an appropriate base material or only alkali metal-containing amorphous silica particles if necessary. The slurry can be obtained by mixing together with alkali metal-containing amorphous silica particles and a suitable slurry substrate or medium. The sol can be obtained by dispersing alkali metal-containing amorphous silica particles having an appropriate particle size in a medium, and the gel can be obtained by drying such a sol.

成形体、ペースト、スラリー等については適宜乾燥することができ、その後加湿処理を行うことができる。加湿処理については既に述べた通りである。なお、こうした加湿処理は、後述するようにSOFCのシール構造を構築時においてその場で行ってもよい。   About a molded object, a paste, slurry, etc., it can dry suitably and can perform a humidification process after that. The humidification process is as already described. Such humidification processing may be performed on the spot when the SOFC seal structure is constructed, as will be described later.

(本シール材によりシールされたSOFCの製造方法及びSOFCのシール方法)
本発明のSOFCの製造方法及び本発明のシール材を用いたSOFCのシール方法は、SOFCのシール部位にシール材を供給する工程と、該供給したシール材を溶融して前記シール部位をシールする工程とを備えることができる。
(Method for producing SOFC sealed with this sealing material and method for sealing SOFC)
The SOFC manufacturing method of the present invention and the SOFC sealing method using the sealing material of the present invention include a step of supplying a sealing material to a sealing portion of the SOFC, and melting the supplied sealing material to seal the sealing portion. And a process.

まず、SOFCの単位セルの構築及び積層にあたり、シールが必要な箇所(シール部位)に本発明のシール材を供給する。本発明のシール材は、シート成形体であれば、シール部位に沿って密着させ又は挟持等させることができる。ペーストやスラリー、ゲル及びゾル等の流動性を有する形態の場合、塗布等を採用できる。なお、粘度を低くすることにより噴霧することも可能である。また、粉末形態の場合には、懸濁液や他の流動性形態として後、塗布や噴霧等の方法で付与すればよい。成形体やペースト等の形態のシール材にあっては、適宜予め加湿処理した加湿処理体をシール部位に供給することができるが、シール部位に供給後、その場で加湿処理をしてもよい。   First, when the SOFC unit cell is constructed and stacked, the sealing material of the present invention is supplied to a place where a seal is required (seal part). If the sealing material of this invention is a sheet molded object, it can be made to contact | adhere or pinch | interpose along a seal | sticker site | part. In the case of a fluid form such as a paste, slurry, gel, or sol, coating or the like can be employed. It is also possible to spray by lowering the viscosity. Moreover, what is necessary is just to give by methods, such as application | coating and spraying, after making into a suspension form and another fluid form in the case of a powder form. In the case of a sealing material in the form of a molded body or a paste, a humidified body that has been appropriately humidified in advance can be supplied to the seal site. However, after being supplied to the seal site, it may be humidified on the spot. .

既述したように、電極などの多孔質基材のシール部位においては、異なる濃度でアルカリ金属を含有した非晶質シリカ粒子を用いたシール材を供給することが好ましい。こうしたシール材を供給し、後段工程で溶融してシールすることにより、多孔質基材にシール材が過度に浸透してシール部位に空隙(直径10μm以上の気孔)を生じさせることもなく良好にシールすることができる。特に、気孔率20%以上、より好ましくは30%以上の多孔質電極におけるシール部位に適用することが有効である。   As described above, it is preferable to supply a sealing material using amorphous silica particles containing alkali metal at different concentrations at the sealing site of a porous substrate such as an electrode. By supplying such a sealing material and melting and sealing it in a subsequent step, it is possible to prevent the sealing material from excessively penetrating into the porous base material and to generate voids (pores having a diameter of 10 μm or more) in the sealing portion. Can be sealed. In particular, it is effective to apply to a seal portion in a porous electrode having a porosity of 20% or more, more preferably 30% or more.

この後、500℃以上800℃以下の温度でSOFCを加熱処理することで、シール材を全体あるいは部分溶融させてシール部位をシールさせる。この加熱処理は、SOFCの運転時において実施してもよいし、SOFCの運転に先立って別個の加熱処理として行ってもよい。以上の工程により、本シール材によってシールされたSOFCを得ることができる。   Thereafter, the SOFC is heat-treated at a temperature of 500 ° C. or higher and 800 ° C. or lower, whereby the sealing material is wholly or partially melted to seal the sealing portion. This heat treatment may be performed during the operation of the SOFC, or may be performed as a separate heat treatment prior to the operation of the SOFC. Through the above steps, the SOFC sealed with the present sealing material can be obtained.

本発明の製造方法及びシール方法によれば、特に加湿処理体を用いるかあるいはその場加湿処理工程を実施することにより、カーボンの析出を抑制して、絶縁性とシール性とに優れるシールをすることができる。   According to the production method and the sealing method of the present invention, particularly by using a humidified body or performing an in-situ humidification process, the deposition of carbon is suppressed, and a seal excellent in insulation and sealability is achieved. be able to.

以下、本発明を、実施例を挙げて具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated concretely, this invention is not limited to this.

(ナトリウム含有非晶質シリカ粒子の調製)
800℃以下で溶融するシート成形体の前駆体として、S. Suda, et al., J. Non-Cryst. Solids, 321, 3-9 (2003)に記載の方法に準じて、ナトリウムを含有する非晶質シリカ球状粒子(NS粒子)をゾルゲル法で合成した。すなわち、TEOS37.295gと0.3体積%のHPCのアルコール溶液309.093gとを混合して混合液Aを調製し、10MNaOH水溶液19.240gとエタノール308.040gと水16.257gとを混合して混合液Bを調製した。混合液Aを50℃の温水中で30分間撹拌し、混合液Bを1時間かけて徐々に滴下混合した。その後、室温にて30分間放冷した。放冷後の混合液の半量ずつを、4000rpm(20g)で30分間遠心分離後、上清液を除去して遠沈物にエタノール200mlを追加してさらに、4000rpmで30分間遠心分離後、上清を除去した遠沈物をビーカーに移し、70℃の熱風乾燥機中で一晩乾燥し、さらに、70℃の真空乾燥機中で一昼夜乾燥した。その後、乾燥物をメノウ乳鉢で解砕して、仕込みNa/Si比が0.8の非晶質シリカ粒子とした。なお、仕込みNa/Si比を、0、0.6及び1.0となるように混合液Aおよび混合液Bとの混合比を変える以外は、上記と同様にして、それぞれの仕込み比の非晶質シリカ粒子を調製した。図1に仕込み組成とそれぞれの粒子形状を示す。
(Preparation of sodium-containing amorphous silica particles)
As a precursor of a sheet molded article that melts at 800 ° C. or lower, it contains sodium according to the method described in S. Suda, et al., J. Non-Cryst. Solids, 321, 3-9 (2003). Amorphous silica spherical particles (NS particles) were synthesized by the sol-gel method. Specifically, TEOS (37.295 g) and 0.3 vol% HPC alcohol solution (309.093 g) were mixed to prepare a mixed solution A, and 10M NaOH aqueous solution (19.240 g), ethanol (308.040 g) and water (16.257 g) were mixed. Thus, a mixed solution B was prepared. The mixture A was stirred in warm water at 50 ° C. for 30 minutes, and the mixture B was gradually added dropwise over 1 hour. Then, it was left to cool at room temperature for 30 minutes. Half of each mixture after cooling was centrifuged at 4000 rpm (20 g) for 30 minutes, the supernatant was removed, 200 ml of ethanol was added to the centrifuge precipitate, and further centrifuged at 4000 rpm for 30 minutes. The centrifuge deposit from which the liquid was removed was transferred to a beaker, dried overnight in a hot air dryer at 70 ° C., and further dried overnight in a vacuum dryer at 70 ° C. Thereafter, the dried product was crushed with an agate mortar to obtain amorphous silica particles having a charged Na / Si ratio of 0.8. In addition, except for changing the mixing ratio of the mixed liquid A and the mixed liquid B so that the charged Na / Si ratio becomes 0, 0.6, and 1.0, the respective charged ratios are determined in the same manner as described above. Crystalline silica particles were prepared. FIG. 1 shows the charged composition and each particle shape.

それぞれ合成した非晶質シリカ粒子の組成をEDSで分析した。仕込み組成と組成の分析結果との関係を図2に示す。図2に示すように、上記方法によれば、最大Na/Si=0.7程度まで粒子中にナトリウムを導入できることがわかった。   The composition of each synthesized amorphous silica particle was analyzed by EDS. FIG. 2 shows the relationship between the charged composition and the analysis result of the composition. As shown in FIG. 2, according to the above method, it was found that sodium can be introduced into the particles up to a maximum of about Na / Si = 0.7.

次に、仕込み組成がNa/Si=0.8(実際のNa/Si比は0.6程度)の非晶質シリカ粒子(NS0.8)を用いてシート成形体を作製した。すなわち、非晶質シリカ粒子に溶媒(エタノールと3−メトキシ−1−ブタノール),バインダー(ポリビニルブチラール),分散剤(無水マレイン酸)等を添加し,ドクターブレード法を用いて作製した。そして、さらにシート成形体を60〜80℃で乾燥したもの(乾燥体)と、乾燥後に後処理として室温中高湿度雰囲気(相対湿度98%)に4時間保持したもの(加湿処理体)とを調製し、これらを比較した。また、これらのシート成形体を800℃で溶融し、溶融後の状態を比較した。   Next, a sheet compact was produced using amorphous silica particles (NS0.8) having a charging composition of Na / Si = 0.8 (actual Na / Si ratio is about 0.6). That is, a solvent (ethanol and 3-methoxy-1-butanol), a binder (polyvinyl butyral), a dispersant (maleic anhydride), and the like were added to the amorphous silica particles, and were prepared using a doctor blade method. Further, a sheet molded body dried at 60 to 80 ° C. (dried body) and a post-drying post-treatment kept in a high humidity atmosphere at room temperature (relative humidity 98%) for 4 hours (humidified body) were prepared. These were compared. Further, these sheet molded bodies were melted at 800 ° C., and the states after melting were compared.

2つのシート成形体を比較することにより、高湿度雰囲気中で加湿処理した加湿処理体は透明化すること及び可撓性や柔軟性が向上することがわかった。加湿時間については、短すぎると透明化が不完全でかつカーボンの析出もおきやすく、また長すぎるとシート材の劣化が見られた。また、室温中800℃で溶融した結果からは、乾燥体は、黒色化しておりカーボンが多く残存していることがわかった。これに対して、加湿処理体は、透明な溶融状態が得られており、十分な絶縁性を保持していることがうかがえた。これらの試料中に残存しているカーボン量を炭素分析装置により分析したところ、乾燥体ではC/Si=0.049であり、加湿処理体では、その1/3以下であるC/Si=0.015であった。多くのカーボンが析出すると、シール性にも大きな障害となる。従って,加湿処理体のような後処理を適当におこなうことによってカーボン析出がなく、シール性及び絶縁性を保持したシール材を合成することができることがわかった。   By comparing the two sheet molded bodies, it was found that the humidified body that was humidified in a high-humidity atmosphere became transparent and improved in flexibility and flexibility. As for the humidification time, if it is too short, the transparency is incomplete and the carbon is likely to precipitate, and if it is too long, the sheet material is deteriorated. Further, from the result of melting at 800 ° C. in room temperature, it was found that the dried product was blackened and a large amount of carbon remained. On the other hand, it was revealed that the humidified body had a transparent molten state and maintained sufficient insulation. When the amount of carbon remaining in these samples was analyzed by a carbon analyzer, C / Si = 0.049 in the dry body and C / Si = 0 which is 1/3 or less in the humidified body. .015. When a large amount of carbon is deposited, the sealing performance becomes a major obstacle. Accordingly, it has been found that by appropriately performing post-treatment such as a humidified body, a sealing material that does not cause carbon deposition and retains sealing properties and insulation properties can be synthesized.

「実施例1」において調製した加湿処理体で、気孔率が30%以上の多孔質基材に対して供給し同様に溶融処理したところ、シール材が多孔質基材に浸透しシール部位に気泡が生じることがわかった(図3(a)参照)。そこで、NS0.8のシリカ粒子に全体において20mass%以上30mass%以下となるようにナトリウムを含有しない粒子(NS0.0粒子)を混合してシート成形体とし、その後加湿処理をした。このようにして得た加湿処理体におけるシール性をSEM写真で評価した結果を図3(b)に示す。図3(b)に示すように、こうした加湿処理体によれば多孔質基材であっても十分なシール性を発現できることがわかった。また、NS0.8シリカ粒子とNS0.0シリカ粒子とは、単に不活性粒子を分散させただけにとどまらず、NS0.8粒子中のナトリウムとNS0.0シリカ粒子とが反応することによって局所的に溶融温度を変化させる効果があることがあることがわかった。   When the humidified body prepared in “Example 1” was supplied to a porous base material having a porosity of 30% or more and melt-treated in the same manner, the sealing material penetrated into the porous base material and air bubbles were generated in the sealing part. (See FIG. 3A). Therefore, NS0.8 silica particles were mixed with particles not containing sodium (NS 0.0 particles) so as to be 20 mass% or more and 30 mass% or less as a whole to obtain a sheet molded body, and then humidified. FIG. 3B shows the result of evaluating the sealing performance of the humidified body thus obtained with an SEM photograph. As shown in FIG.3 (b), it turned out that according to such a humidification process body, sufficient sealing performance can be expressed even if it is a porous base material. In addition, NS0.8 silica particles and NS0.0 silica particles are not limited to merely dispersing inert particles, but the sodium in NS0.8 particles reacts with NS0.0 silica particles to react locally. It has been found that there is an effect of changing the melting temperature.

実施例1における仕込み組成とそれぞれの粒子形状を示す図。The figure which shows the preparation composition in Example 1, and each particle shape. 仕込み組成と組成の分析結果との関係を示す図。The figure which shows the relationship between the preparation composition and the analysis result of a composition. 実施例2において多孔質基材に対するシール性をSEMで評価した結果((a)及び(b))を示す図。The figure which shows the result ((a) and (b)) which evaluated the sealing performance with respect to a porous base material in Example 2 by SEM.

Claims (17)

アルカリ金属含有非晶質シリカ粒子を含有する、シール材。   A sealing material containing alkali metal-containing amorphous silica particles. 前記アルカリ金属含有非晶質シリカ粒子は、アルカリ金属/Siのモル比であるアルカリ金属含有量が0.40以上0.85以下のアルカリ金属含有シリカ粒子を含む、請求項1に記載のシール材。   2. The sealing material according to claim 1, wherein the alkali metal-containing amorphous silica particles include alkali metal-containing silica particles having an alkali metal / Si molar ratio of 0.40 or more and 0.85 or less. . 前記アルカリ金属含有非晶質シリカ粒子は、第1のアルカリ金属含有量の第1のアルカリ金属含有シリカ粒子と、前記第1のアルカリ金属含有量よりも少ない第2のアルカリ金属含有量の第2のアルカリ金属含有シリカ粒子と、を含む、請求項1又は2に記載のシール材。   The alkali metal-containing amorphous silica particles include a first alkali metal-containing silica particle having a first alkali metal content and a second alkali metal-containing second less than the first alkali metal content. The sealing material according to claim 1 or 2, comprising the alkali metal-containing silica particles. 前記第1のアルカリ金属含有非晶質シリカ粒子の前記第1のアルカリ金属含有量は0.40以上0.85以下である、請求項3に記載のシール材。   The sealing material according to claim 3, wherein the first alkali metal content of the first alkali metal-containing amorphous silica particles is 0.40 or more and 0.85 or less. 前記第2のアルカリ金属含有非晶質シリカ粒子の前記第2のアルカリ金属含有量は0.40未満である、請求項3又は4に記載のシール材。   The sealing material according to claim 3 or 4, wherein the second alkali metal content of the second alkali metal-containing amorphous silica particles is less than 0.40. 前記第1のアルカリ金属含有非晶質シリカ粒子のアルカリ金属含有量は、0.50以上0.85以下であり、前記第2のアルカリ金属含有非晶質シリカ粒子のアルカリ金属含有量は、0.20以下である、請求項3に記載のシール材。   The alkali metal content of the first alkali metal-containing amorphous silica particles is 0.50 or more and 0.85 or less, and the alkali metal content of the second alkali metal-containing amorphous silica particles is 0. The sealing material according to claim 3, which is 20 or less. 前記アルカリ金属はナトリウムを含む、請求項1〜6のいずれかに記載のシール材。   The sealing material according to claim 1, wherein the alkali metal contains sodium. 前記シール材は、成形体、粉末、スラリー、ペースト、ゾル及びゲルから選択されるいずれかである、請求項1〜7のいずれかに記載のシール材。   The sealing material according to any one of claims 1 to 7, wherein the sealing material is any one selected from a molded body, powder, slurry, paste, sol, and gel. 前記シール材は、加湿処理されたバインダ含有シート成形体である、請求項1〜7のいずれかに記載のシール材。   The sealing material according to any one of claims 1 to 7, wherein the sealing material is a humidified binder-containing sheet molded body. シール材の製造方法であって、
アルカリ金属含有非晶質シリカ粒子を準備する工程と、
前記アルカリ金属含有非晶質シリカ粒子を含むシール材を調製する工程と、
を含む、製造方法。
A method of manufacturing a sealing material,
Preparing alkali metal-containing amorphous silica particles;
Preparing a sealing material containing the alkali metal-containing amorphous silica particles;
Manufacturing method.
前記調製工程は、前記シール材として、成形体、粉末、スラリー、ペースト、ゾル及びゲルから選択されるいずれかを調製する工程である、請求項10に記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 10, wherein the preparation step is a step of preparing any one selected from a molded body, powder, slurry, paste, sol, and gel as the sealing material. 前記調製工程は、前記シール材としてシート成形体を成形し、乾燥し、乾燥後の前記シート成形体を加湿して光透過性を有するシート成形体とする工程である、請求項11に記載の製造方法。   The said preparation process is a process of shape | molding a sheet molded object as the said sealing material, drying, humidifying the said sheet molded object after drying, and setting it as the sheet molded object which has a light transmittance. Production method. 前記加湿は、10℃以上50℃以下の温度で相対湿度70%以上で行う、請求項12に記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 12, wherein the humidification is performed at a temperature of 10 ° C. or more and 50 ° C. or less and a relative humidity of 70% or more. 前記アルカリ金属含有非晶質シリカ粒子は、アルカリ金属/Siのモル比であるアルカリ金属含有量が0.40以上0.85以下のアルカリ金属含有非晶質シリカ粒子を含む、請求項10〜13のいずれかに記載の製造方法。   The alkali metal-containing amorphous silica particles include alkali metal-containing amorphous silica particles having an alkali metal content, which is an alkali metal / Si molar ratio, of 0.40 or more and 0.85 or less. The manufacturing method in any one of. 前記アルカリ金属含有非晶質シリカ粒子は、第1のアルカリ金属含有量の第1のアルカリ金属含有非晶質シリカ粒子と、前記第1のアルカリ金属含有量よりも少ない第2のアルカリ金属含有量の第2のアルカリ金属含有非晶質シリカ粒子と、を含む、請求項10〜14のいずれかに記載の製造方法。   The alkali metal-containing amorphous silica particles include a first alkali metal-containing amorphous silica particle having a first alkali metal content, and a second alkali metal content that is less than the first alkali metal content. The manufacturing method in any one of Claims 10-14 containing these 2nd alkali metal containing amorphous silica particles. 固体酸化物形燃料電池であって、
請求項1〜9のいずれかに記載のシール材によるシール部位を備える、電池。
A solid oxide fuel cell,
A battery provided with the sealing site | part by the sealing material in any one of Claims 1-9.
前記シール材は前記固体酸化物形燃料電池の多項質基材をシールする、請求項16に記載の固体酸化物形燃料電池。   The solid oxide fuel cell according to claim 16, wherein the sealing material seals a polycrystalline substrate of the solid oxide fuel cell.
JP2006176918A 2006-06-27 2006-06-27 Seal material and solid oxide fuel cell using the seal material Expired - Fee Related JP5105780B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006176918A JP5105780B2 (en) 2006-06-27 2006-06-27 Seal material and solid oxide fuel cell using the seal material

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006176918A JP5105780B2 (en) 2006-06-27 2006-06-27 Seal material and solid oxide fuel cell using the seal material

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2008010191A true JP2008010191A (en) 2008-01-17
JP5105780B2 JP5105780B2 (en) 2012-12-26

Family

ID=39068217

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006176918A Expired - Fee Related JP5105780B2 (en) 2006-06-27 2006-06-27 Seal material and solid oxide fuel cell using the seal material

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5105780B2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010073360A (en) * 2008-09-16 2010-04-02 Japan Fine Ceramics Center Gas seal structure having gas seal portion excellent in heat cycle durability, and method of manufacturing the same
DE112017005268T5 (en) 2016-10-18 2019-09-26 Jtekt Corporation Thermoacoustic device
KR20220089170A (en) * 2020-12-21 2022-06-28 한남대학교 산학협력단 Solid oxide fuel cells and method of the same

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101782609B1 (en) * 2015-12-17 2017-09-27 재단법인 포항산업과학연구원 Glass sealant for solid oxide fuel cell and sealing method using the same

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03119087A (en) * 1989-09-30 1991-05-21 Tonen Corp Adhesive for ceramics and/or metal and use thereof

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03119087A (en) * 1989-09-30 1991-05-21 Tonen Corp Adhesive for ceramics and/or metal and use thereof

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010073360A (en) * 2008-09-16 2010-04-02 Japan Fine Ceramics Center Gas seal structure having gas seal portion excellent in heat cycle durability, and method of manufacturing the same
DE112017005268T5 (en) 2016-10-18 2019-09-26 Jtekt Corporation Thermoacoustic device
KR20220089170A (en) * 2020-12-21 2022-06-28 한남대학교 산학협력단 Solid oxide fuel cells and method of the same
KR102548218B1 (en) * 2020-12-21 2023-06-28 한남대학교 산학협력단 Solid oxide fuel cells and method of the same

Also Published As

Publication number Publication date
JP5105780B2 (en) 2012-12-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ye et al. A 3D hybrid of chemically coupled nickel sulfide and hollow carbon spheres for high performance lithium–sulfur batteries
Yang et al. Composite polymer electrolytes with Li7La3Zr2O12 garnet-type nanowires as ceramic fillers: mechanism of conductivity enhancement and role of doping and morphology
US20240058765A1 (en) Ceramic proton-conducting membranes
He et al. Preparation and electrochemical performance of monodisperse Li 4 Ti 5 O 12 hollow spheres
WO2017131676A1 (en) Annealed garnet electrolyte separators
CN101844935A (en) Crucible coating layer for polycrystal silicon or single crystal silicon and preparation method thereof
JP2009193888A (en) Methods of manufacturing solid electrolyte and lithium battery
JP5105780B2 (en) Seal material and solid oxide fuel cell using the seal material
TW201503456A (en) A ceramic electrolyte material comprising a modified polycrystalline lithium metal phosphate
CN109378461A (en) A kind of preparation method of New Type of Mesoporous structure silicon-carbon cathode material
JP3687038B2 (en) Proton conducting gel, proton conductor, and production method thereof
Jiang et al. Solid‐State Li Ion Batteries with Oxide Solid Electrolytes: Progress and Perspective
JP2013191537A (en) Paste composition for microporous layer formation, and method of manufacturing the same
JP2010020964A (en) Sealing material, method of manufacturing the same, and solid oxide fuel cell using its sealing material
CN101199027A (en) Proton conductive membrane and process for producing the same
JP2020087633A (en) Method for producing composite solid electrolyte
Monje et al. In situ-formed nitrogen-doped carbon/silicon-based materials as negative electrodes for lithium-ion batteries
JP5390148B2 (en) Gas seal structure having gas seal portion excellent in thermal cycle durability and method for producing the same
JP7477147B2 (en) Binder for positive electrodes of lithium-sulfur secondary batteries
JP2013012481A (en) Inorganic solid ion conductor and manufacturing method therefor, and electrochemical device
CN112456536A (en) Solid electrolyte material, fluorine ion battery and preparation method thereof
CN1323920A (en) Prepn. of nanometer crystal film of rare earth doped ZrO2 solid electrolyte
JP2008123831A (en) Slurry composition for forming electrolyte holding plate, green sheet for forming electrolyte holding plate, electrolyte holding plate using them, and manufacturing method of them
JP3207886B2 (en) Method for producing metal oxide thin film
JP2005032454A (en) Ion conductive electrolyte membrane and its manufacturing method as well as fuel cell

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20090601

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20090601

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20090610

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20120418

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120529

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120730

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120821

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120828

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20120918

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20121002

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5105780

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20151012

Year of fee payment: 3

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees