JP2011519113A - 燃料電池のための多層ガラス−セラミックシール - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2007年12月21日出願の米国仮特許出願第61/008,650号明細書の利益を主張するものである。この特許出願の教示全体は参照により本明細書に援用される。
本発明の実例的な実施形態に関して本発明を詳細に示すとともに記載してきた一方で、添付した特許請求の範囲によって包含された本発明の範囲から逸脱せずに、形態および詳細事項における種々の変更を実施形態においてなし得ることは当業者によって理解されるであろう。
Claims (35)
- a)第1のセラミック部品と、
b)前記セラミック部品上に第1のガラス−セラミック層および前記第1のガラス−セラミック層上に第2のガラス−セラミック層を含む封止用部品であって、前記第1のガラス−セラミック層および前記第2のガラス−セラミック層の各々が、独立して、約0.5体積%−約50体積%の間のガラス相含有率(前記第1のガラス−セラミック層は前記第2のガラス−セラミック層より高いガラス相含有率を含む)および約0.5重量%−約10重量%の間のガラス安定剤成分を含む封止用部品と
を含む燃料電池部品。 - 前記ガラス安定剤成分が、B2O3、Bi2O3、Li2O、Na2O、K2O、Rb2O、Cs2O、Sb2O3、SnO、La2O3およびPbOからなる群から選択される少なくとも1種の化合物を含む請求項1に記載の燃料電池。
- 前記ガラス安定剤成分がB2O3を含む請求項1に記載の燃料電池。
- 前記第1のガラス−セラミック層が約10体積%−約40体積%の間のガラス相含有率を含む請求項3に記載の燃料電池。
- 前記第2のガラス−セラミック層が約5体積%−約25体積%の間のガラス相含有率を含む請求項4に記載の燃料電池。
- 前記第1のガラス−セラミック層が約1重量%−約5重量%の間のB2O3を含む請求項5に記載の燃料電池。
- 前記第1のガラス−セラミック層が約1重量%−約2重量%の間のB2O3を含む請求項6に記載の燃料電池。
- 第1のガラス−セラミック層および前記第2のガラス−セラミック層の各々がSiO2を含む請求項5に記載の燃料電池。
- 前記第1のガラス−セラミック層および前記第2のガラス−セラミック層の各々が、独立して、Al2O3、BaO、CaO、MgO、ZnO、SrO、TiO2およびY2O3からなる群から選択される少なくとも1種の化合物を更に含む請求項8に記載の燃料電池。
- 前記第1のガラス−セラミック層が、約2重量%−約12重量%の間のAl2O3、約35重量%−約55重量%の間のBaO、約30重量%−約45重量%の間のSiO2、約0.5重量%−約3重量%の間のTiO2を含む請求項9に記載の燃料電池。
- 前記第2のガラス−セラミック層が、約10重量%−約15重量%の間のAl2O3、約35重量%−約55重量%の間のBaO、約30重量%−約45重量%の間のSiO2、約0.5重量%−約3重量%の間のTiO2を含む請求項10に記載の燃料電池。
- 前記第1のガラス−セラミック層と前記第2のガラス−セラミック層との間の第3のガラス−セラミック層であって、前記第1のガラス−セラミック層より低いガラス相含有率を含み、前記第2のガラス−セラミック層より高いガラス相含有率を含む第3のガラス−セラミック層を更に含む請求項1に記載の燃料電池。
- 前記第2のガラス−セラミック層上の前記第3のガラス−セラミック層と、前記第1のセラミック部品の反対側で前記第3のガラス−セラミック層上の第2のセラミック部品とを更に含み、前記第3のガラス−セラミック層が約0.5体積%−約50体積%の間のガラス相含有率を含み、約0.5重量%〜約10重量%の間の前記ガラス安定剤成分を含み、前記第3のガラス−セラミック層のガラス相含有率が前記第2のガラス−セラミック層のガラス相含有率より高い請求項1に記載の燃料電池。
- 前記燃料電池が固体酸化物燃料電池である請求項1に記載の燃料電池。
- 前記セラミック部品が、陰極、陽極、電解質およびインターコネクトからなる群から選択される部品を含む請求項14に記載の燃料電池。
- 前記第1のセラミック部品および前記第2のセラミック部品が、陰極、陽極、電解質およびインターコネクトからなる群から選択される部品を含む請求項13に記載の燃料電池。
- 燃料電池のセラミック部品を封止する方法であって、
a)SiO2を含むとともに約0.5重量%−約10重量%の間のガラス安定剤成分を更に含む第1の塗料を前記燃料電池の第1のセラミック部品上に被着させる工程と、
b)SiO2を含む第2の塗料を前記第1の塗料上に被着させる工程と、
c)前記第1の塗料および前記第2の塗料を加熱して、前記セラミック部品上に第1のガラス−セラミック層および前記第1のガラス−セラミック層上に第2のガラス−セラミック層を含む封止用部品であって、前記第1のガラス−セラミック層および前記第2のガラス−セラミック層の各々が独立して約0.5体積%−約50体積%の間のガラス相含有率を含み、前記第1のガラス−セラミック層が前記第2のガラス−セラミック層より高いガラス相含有率を含む封止用部品を形成し、それによって前記セラミック部品を前記封止用部品により封止する工程と
を含む方法。 - 前記ガラス安定剤成分が、B2O3、Bi2O3、Li2O、Na2O、K2O、Rb2O、Cs2O、Sb2O3、SnO、La2O3およびPbOからなる群から選択される少なくとも1種の化合物を含む請求項17に記載の方法。
- 前記ガラス安定剤成分がB2O3を含む請求項17に記載の方法。
- 前記第1の塗料および前記第2の塗料の各々が高分子ビヒクルを更に含む請求項19に記載の方法。
- 前記高分子ビヒクルが結合剤、可塑剤および分散剤の少なくとも1種を含む請求項20に記載の方法。
- 前記第1の塗料および前記第2の塗料を加熱する工程が、高分子ビヒクル欠乏層の形成を引き起こすのに十分な第1の温度範囲で前記第1の塗料および前記第2の塗料を維持する工程、その後、焼結層の形成を引き起こすのに十分な第2の温度範囲で前記高分子ビヒクル欠乏層を維持する工程、およびその後、前記第1のガラス−セラミック層および前記第2のガラス−セラミック層の形成を引き起こすのに十分な第3の温度範囲で前記焼結層を維持する工程を含む請求項20に記載の方法。
- 前記第1の温度範囲が約200℃−約600℃の間であり、前記第2の温度範囲が約700℃−約1050℃の間であり、前記第3の温度範囲が約800℃−約1100℃の間である請求項22に記載の方法。
- 前記第1の温度範囲、第2の温度範囲および第3の温度範囲の少なくとも1つで前記層を維持する工程が、第1の温度で前記層を維持し、その後、前記第1の温度とは異なる第2の温度で前記層を維持する工程を含む請求項23に記載の方法。
- 前記第1の温度範囲、前記第2の温度範囲および前記第3の温度範囲の各々で約30分−約300分の間の時間にわたり前記第1の塗料および前記第2の塗料を維持する請求項24に記載の方法。
- 前記第1のガラス−セラミック層が約10体積%−約40体積%の間のガラス相含有率を含む請求項22に記載の方法。
- 前記第2のガラス−セラミック層が約5体積%−約25体積%の間のガラス相含有率を含む請求項22に記載の方法。
- 前記第1の塗料と前記第2の塗料との間にSiO2を含む第3の塗料を被着させ、前記第1の塗料、前記第2の塗料および前記第3の塗料を加熱して、前記第1のガラス−セラミック層、前記第2のガラス−セラミック層および約0.5体積%−約50体積%の間のガラス相含有率を含み、前記第1のガラス−セラミック層より低いガラス相含有率を含み、前記第2のガラス−セラミック層より高いガラス相含有率を含む第3のガラス−セラミック層を前記セラミック部品上に含む封止用部品を形成する工程を更に含む請求項17に記載の方法。
- 前記第1の塗料、前記第2の塗料および前記第3の塗料を加熱する工程が、高分子ビヒクル欠乏層の形成を引き起こすのに十分な第1の温度範囲で前記第1の塗料、前記第2の塗料および前記第3の塗料を維持する工程、その後、焼結層の形成を引き起こすのに十分な第2の温度範囲で前記高分子ビヒクル欠乏層を維持する工程、およびその後、前記第1のガラス−セラミック層、前記第2のガラス−セラミック層および前記第3のガラス−セラミック層の形成を引き起こすのに十分な第3の温度範囲で前記焼結層を維持する工程を含む請求項28に記載の方法。
- 前記第1の温度範囲が約200℃−約600℃の間であり、前記第2の温度範囲が約700℃−約1050℃の間であり、前記第3の温度範囲が約800℃−約1100℃の間である請求項29に記載の方法。
- 前記第1の温度範囲、前記第2の温度範囲および前記第3の温度範囲の少なくとも1つで前記層を維持する工程が、前記第1の温度で前記層を維持し、その後、前記第1の温度とは異なる第2の温度で前記層を維持する工程を含む請求項30に記載の方法。
- 前記第1の塗料、前記第2の塗料および前記第3の塗料を前記第1の温度範囲、前記第2の温度範囲および前記第3の温度範囲の各々で約30分−約300分の間の時間にわたり維持する請求項31に記載の方法。
- 前記第1のガラス−セラミック層が約10体積%−約40体積%の間のガラス相含有率を含む請求項32に記載の方法。
- 前記第2のガラス−セラミック層が約5体積%−約25体積%の間のガラス相含有率を含み、前記第3のガラス−セラミック層が約10体積%−約30体積%の間のガラス相含有率を含む請求項33に記載の方法。
- 前記第1のセラミック部品の反対側に位置する第2のセラミック部品との間に、第2の塗料の反対側に位置するSiO2および約0.5重量%−約10重量%の間のガラス安定剤成分を含む第3の塗料を被着させ、前記第1の塗料、前記第2の塗料ならびに前記第3の塗料を加熱して、前記第1のガラス−セラミック層、前記第2のガラス−セラミック層および約0.5体積%−約50体積%の間のガラス相含有率を含み、ガラス相含有率が前記第2のガラス−セラミック層より高い第3のガラス−セラミック層を前記セラミック部品上に含む封止用部品を形成する工程を更に含む請求項17に記載の方法。
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