JP2011522361A - 非汚染性の電気化学的に安定なガラスフリットシーリング材料並びにそのようなシーリング材料を使用したシールおよびデバイス - Google Patents
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Abstract
Description
RO−Al2O3−SiO2
と表され、ROは、金属Rがマグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、亜鉛および/またはそれらの組合せを含む金属酸化物を表す。金属酸化物ROは、典型的に、約0モル%から約50モル%、より詳しくは、約0モル%から約44モル%の量で組成物中に存在する。酸化アルミニウム(Al2O3)は約0モル%から約5モル%の量で組成物中に存在するのに対し、酸化ケイ素(SiO2)は約40モル%から約60モル%、より詳しくは、約40モル%から約56モル%の量で組成物中に存在する。様々な金属酸化物ROの添加は、特定の温度でのガラスフリット組成物の粘度を改善するように働く。例えば、酸化マグネシウムまたは酸化亜鉛を添加して、シーリング材料のシーリング温度でのガラスフリットの粘度を降下させてもよい。各金属酸化物RO(例えば、酸化マグネシウム(MgO)、酸化カルシウム(CaO)、酸化ストロンチウム(SrO)、酸化バリウム(BaO)、酸化亜鉛(ZnO))のモルパーセント範囲、並びに酸化アルミニウムおよび酸化ケイ素のモルパーセント範囲が、ここに記載されたシーリング材料の様々な例示の組成について、表1に列記されている。
X(RO−Al2O3−SiO2)Y(TiO2)
と一般に表され、ここで、Xは典型的に、約0.93から約1、より詳しくは約0.96から1であり、Yは、典型的に約0から約0.07、より好ましくは約0から約0.04、例えば、0.0005から0.039である。酸化チタンのモルパーセントの範囲が、ここに記載されたシーリング材料の様々な例示の組成について、表1に示されている。
12 燃料電池デバイス
14 アノード板、カソード板
18 分配部材
22 支持構造
Claims (17)
- 固体電解質の層、カソード板、アノード板、フレームおよび非汚染性の電気化学的に安定なシーリング材料を備えた固体酸化物型燃料電池デバイスにおいて、前記シーリング材料は、約95×10-7/℃から約115×10-7/℃の熱膨張係数を有し、該シーリング材料は、
(i)約65質量%から約100質量%のガラスフリットであって、
約0モル%から約43モル%のROと表される金属酸化物、ここで、Rはマグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、亜鉛および/またはそれらの組合せを含む、
約0モル%から約5モル%のAl2O3、
約0モル%から約7モル%のTiO2、および
約41モル%から約60モル%のSiO2、
を含むガラスフリット、および
(ii)約0質量%から約35質量%の充填剤であって、前記シーリング材料の熱膨張係数を増加させる充填剤、
を含むことを特徴とする固体酸化物型燃料電池デバイス。 - 前記シーリング材料が、約80質量%から約100質量%のガラスフリットおよび約0質量%から約20質量%の充填剤を含むことを特徴とする請求項1記載の固体酸化物型燃料電池デバイス。
- 前記金属酸化物が、
約0モル%から約10モル%のMgO、
約5モル%から約43モル%のCaO、
約5モル%から約28モル%のSrO、
約0モル%から約17モル%のBaO、および
約0モル%から約10モル%のZnO、および/または
それらの組合せ、
を含むことを特徴とする請求項1記載の固体酸化物型燃料電池デバイス。 - 前記ガラスフリットが、
約0モル%から約10モル%のMgO、
約5モル%から約20モル%のCaO、
約5モル%から約28モル%のSrO、
約0モル%から約10モル%のBaO、
約0モル%から約10モル%のZnO、
約0モル%から約4モル%のAl2O3、
約0モル%から約7モル%のTiO2、および
約52モル%から約60モル%のSiO2
を含むことを特徴とする請求項1記載の固体酸化物型燃料電池デバイス。 - 前記ガラスフリットが、1時間に亘る約850℃から約900℃の温度での焼結後にガラス相を含むことを特徴とする請求項4記載の固体酸化物型燃料電池デバイス。
- 前記ガラスフリットが、
約33モル%から約43モル%のCaO、
約9モル%から約15モル%のSrO、
約0モル%から約17モル%のBaO、
約0モル%から約5モル%のZnO、
約0モル%から約5モル%のAl2O3、
約0モル%から約4モル%のTiO2、および
約40モル%から約49モル%のSiO2
を含むことを特徴とする請求項1記載の固体酸化物型燃料電池デバイス。 - 前記ガラスフリットが、1時間に亘る約850℃から約900℃の温度での焼結後にガラス相を含むことを特徴とする請求項6記載の固体酸化物型燃料電池デバイス。
- 前記ガラスフリットが、
約15モル%のCaO、
約15モル%から約25モル%のSrO、
約0モル%から約10モル%のBaO、
約4モル%から約6モル%のTiO2、および
約54モル%から約56モル%のSiO2
を含み、
該ガラスフリットが、充填剤を含まずに焼結後に、約98×10-7/℃より大きい熱膨張係数を有することを特徴とする請求項1記載の固体酸化物型燃料電池デバイス。 - 前記ガラスフリットが、1時間に亘る約850℃の温度での焼結後にガラス相を含むことを特徴とする請求項8記載の固体酸化物型燃料電池デバイス。
- 前記ガラスフリットが、1時間に亘る約900℃の温度での焼結およびエージング後に結晶相を含むことを特徴とする請求項8記載の固体酸化物型燃料電池デバイス。
- 前記シーリング材料がシーリング温度まで加熱された後に、前記ガラスフリット中のバリウムが結晶相中にあることを特徴とする請求項1記載の固体酸化物型燃料電池デバイス。
- 固体酸化物型燃料電池デバイスに使用するためのシーリング材料において、該シーリング材料は、約95×10-7/℃から約115×10-7/℃の熱膨張係数を有し、
(i)約80質量%から約100質量%のガラスフリットであって、
約0モル%から約10モル%のMgO、
約5モル%から約15モル%のCaO、
約5モル%から約15モル%のSrO、
約0.1モル%から約10モル%のBaO、
約0モル%から約10モル%のZnO、
約0.1モル%から約4モル%のTiO2、および
約50モル%から約60モル%のSiO2、
を含むガラスフリット、および
(ii)約0質量%から約20質量%の充填剤であって、前記シーリング材料の熱膨張係数を増加させる充填剤、
を含むことを特徴とするシーリング材料。 - 前記ガラスフリットが、
約5モル%から約15モル%のCaO、
約5モル%から約15モル%のSrO、
約10モル%のBaO、
約5モル%から約10モル%のZnO、
約4モル%のTiO2、および
約56モル%のSiO2、
を含むことを特徴とする請求項12記載のシーリング材料。 - 前記ガラスフリットが、1時間に亘る約850℃から約900℃の温度での焼結後にガラス相を含むことを特徴とする請求項12記載のシーリング材料。
- 固体酸化物型燃料電池デバイスに使用するためのシーリング材料において、該シーリング材料は、約94×10-7/℃から約115×10-7/℃の熱膨張係数を有し、
(i)約80質量%から約100質量%のガラスフリットであって、
約33モル%から約43モル%のCaO、
約9モル%から約12モル%のSrO、
約2モル%から約3モル%のZnO、
約2.5モル%から約5モル%のAl2O3、および
約40モル%から約48モル%のSiO2、
を含むガラスフリット、および
(ii)約0質量%から約20質量%の充填剤であって、前記シーリング材料の熱膨張係数を増加させる充填剤、
を含むことを特徴とするシーリング材料。 - 前記ガラスフリットが、
42.1モル%のCaO、
9.5モル%のSrO、
3モル%のZnO、
4.7モル%のAl2O3、および
40.6モル%のSiO2、
を含むことを特徴とする請求項15記載のシーリング材料。 - (i)前記ガラスフリットが、1時間に亘る約850℃から約900℃の温度での焼結後にガラス相を含む、または(ii)前記ガラスフリットが、1時間に亘る900℃の温度での焼結後に、約104×10-7/℃より大きい熱膨張係数を有することを特徴とする請求項16記載のシーリング材料。
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