JP2012142243A - ガスシール材 - Google Patents

ガスシール材 Download PDF

Info

Publication number
JP2012142243A
JP2012142243A JP2011001171A JP2011001171A JP2012142243A JP 2012142243 A JP2012142243 A JP 2012142243A JP 2011001171 A JP2011001171 A JP 2011001171A JP 2011001171 A JP2011001171 A JP 2011001171A JP 2012142243 A JP2012142243 A JP 2012142243A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
glass
gas
temperature
sealing material
gas sealing
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
JP2011001171A
Other languages
English (en)
Other versions
JP5451653B2 (ja
Inventor
Reiichi Chiba
玲一 千葉
Hiroaki Taguchi
博章 田口
Himeko Orui
姫子 大類
Kimitaka Watabe
仁貴 渡部
Katsuya Hayashi
克也 林
Keiichi Saito
景一 斉藤
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.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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 Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP2011001171A priority Critical patent/JP5451653B2/ja
Publication of JP2012142243A publication Critical patent/JP2012142243A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5451653B2 publication Critical patent/JP5451653B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

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

  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

【課題】ガラスからなるガスシール材で、動作開始時の低温時から定常動作時の温度に昇温する過程において十分なガスシール性が得られ、また、定常動作時においても長期にわたって十分なガスシール性が得られるようにする。
【解決手段】固体酸化物形燃料電池の動作温度以下の軟化温度を有するガラスからなる第1ガラス部101と、固体酸化物形燃料電池の動作温度を超えた軟化温度を有するガラスからなり、第1ガラス部101より内側に配置される第2ガラス部102とから構成する。このガスシール材は、固体酸化物形燃料電池の、燃料電池セルの部分とインターコネクタなどの金属部分との間のシールに用いられるものであり、例えば、燃料電池セルの形状に合わせて円形リング状に形成されている。
【選択図】 図1A

Description

本発明は、固体酸化物形燃料電池で用いられるガスシール材に関するものである。
近年、酸素イオン伝導体を用いた固体酸化物形燃料電池に関心が高まりつつある。特にエネルギーの有効利用という観点から、固体酸化物形燃料電池はカルノー効率の制約を受けないために本質的に高いエネルギー変換効率を有し、さらに、良好な環境保全が期待されるなどの優れた特徴を持っている(非特許文献1参照)。
固体酸化物形燃料電池は、当初、動作温度が900〜1000℃と高く、全ての部材がセラミックで構成されていた。このため、セルスタックの製造コストの低減が容易ではなかった。ここで、動作温度を800℃以下まで低下させることができれば、インターコネクタに耐熱合金材料を用いることが可能となり、製造コストの低減が可能となる。
ところで、インターコネクタは、燃料電池セルと接合して用いるが、インターコネクタに金属材料を用いるようになると、金属とセラミックとを接合することになる。また、これらの接合部には、高いガスシール性および高温状況での高い耐久性が求められる。このため、このような金属−セラミック間の接合部には、主にガラスからなるガスシール材が用いられている。
田川 博章、固体酸化物燃料電池と地球環境、株式会社 アグネ承 風社、第1版第1刷、pp24−25 1998年。
ここで、単純には、固体酸化物形燃料電池の動作温度で耐久性が得られるガラスのガスシール材を用いることが考えられる。例えば、軟化温度が動作温度に近いガラス(軟化温度が高いガラス)を用いればよい。軟化温度が高いガラスをガスシール材に用いれば、動作時の温度においても粘度が高いためにガスシール材の変形によるガスシール性の低下はおきにくくなる。また、粘度が高くなることによりガラスの結晶化が遅くなり、ガスシール性を長期にわたって保つことが可能となる。しかしながら、軟化温度が高いガラスによるガスシール材では、発電開始時の昇温当初の低温時では、ほとんど軟化しないために金属材料であるインターコネクタとのなじみが悪く、十分なガスシール性を得にくいという問題がある。
一方、より低い温度で軟化する軟化温度が低いガラスをガスシール材に用いれば、動作初期の低温時でも軟化するためにインターコネクタとなじみやすく、十分なガスシール性が得られる。しかしながら、軟化温度が低いガラスによるガスシール材では、昇温の過程で軟化温度よりも大幅に高温となると、ガスシール材の粘度が低くなりすぎる。昇温時には、外部応力、特に引っ張り力が働くため、粘度が低い状態のガスシール材では、変形してガスシール性が低下することになる。また、軟化温度が低いガラスは、定常運転温度における長期間の使用により結晶化がおこり、多孔質化することでガスシール性が損なわれるという問題がある。
以上に説明したように、インターコネクタなどの金属製の部品と燃料電池セルとの接合にガラスのガスシール材を用いる場合、動作開始時の低温時から定常動作時の温度に昇温する過程において十分なガスシール性が得られ、また、定常動作時においては、長期にわたって十分なガスシール性が得られるという、両立した性能が得にくいという問題があった。
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、ガラスからなるガスシール材で、動作開始時の低温時から定常動作時の温度に昇温する過程において十分なガスシール性が得られ、また、定常動作時においても長期にわたって十分なガスシール性が得られるようにすることを目的とする。
本発明に係るガスシール材は、固体酸化物形燃料電池の動作温度以下の軟化温度を有するガラスからなる第1ガラス部と、固体酸化物形燃料電池の動作温度を超えた軟化温度を有するガラスからなり、第1ガラス部より内側に配置される第2ガラス部とを備える。
上記ガスシール材において、層状に形成された第2ガラス部の両面に第1ガラス部が層状に形成されていればよい。また、粒状の複数の第2ガラス部が、第1ガラス部の内部に分散されているようにしてもよい。また、粒状の複数の第1ガラス部の中に、粒状の第2ガラス部が配置されているようにしてもよい。この場合、第2ガラス部の粒径は、第1ガラス部の粒径の1.8倍以上とされていればよい。
以上説明したように、本発明によれば、第1ガラス部およびこれより内側に配置される第2ガラス部からガスシール材を構成したので、動作開始時の低温時から定常動作時の温度に昇温する過程において十分なガスシール性が得られ、また、定常動作時においても長期にわたって十分なガスシール性が得られるようになるという優れた効果が得られる。
図1Aは、本発明の実施の形態におけるガスシール材の一部構成を示す断面図である。 図1Bは、ガスシール材の構成を示す斜視図である。 図2は、本発明の実施の形態における他のガスシール材の一部構成を示す断面図である。 図3は、本発明の実施の形態における他のガスシール材の一部構成を示す断面図である。 図4は、本発明の実施の形態におけるガスシール材と燃料電池セルおよびホルダの構成を示す斜視図である。 図5は、本発明の実施の形態におけるガスシール材を用いたセルスタックの構成を模式的に示す断面図である。 図6は、本発明の実施の形態におけるガスシール材と燃料電池セルおよびホルダの構成を示す断面図である。 図7は、本発明の実施の形態におけるガスシール材を用いた固体酸化物形燃料電池の構成を模式的に示す断面図である。
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図1Aは、本発明の実施の形態におけるガスシール材の一部構成を例示する断面図である。このガスシール材は、固体酸化物形燃料電池の動作温度以下の軟化温度を有するガラスからなる第1ガラス部101と、固体酸化物形燃料電池の動作温度を超えた軟化温度を有するガラスからなり、第1ガラス部101より内側に配置される第2ガラス部102とから構成されたものである。
このガスシール材は、固体酸化物形燃料電池の、燃料電池セルの部分とインターコネクタなどの金属部分との間のシールに用いられるものであり、例えば、図1Bの斜視図に示すように、燃料電池セルの形状に合わせて円形リング状に形成されている。ここで、図1Aおよび図1Bに例示するガスシール材は、層状に形成された第2ガラス部102の両面に第1ガラス部101が層状に形成されている。
また、本発明のガスシール材は、図2の断面図に例示するように、粒状の複数の第2ガラス部202が、第1ガラス部201の内部に分散されているようにしてもよい。
また、本発明のガスシール材は、図3の断面図に例示するように、粒状の複数の第1ガラス部301の中に、粒状の第2ガラス部302が配置されているようにしてもよい。この場合、複数の第1ガラス部301で覆われた第2ガラス部302からなる複数のガスシール材を、シールしようとする領域に配置して用いればよい。これは、複数の打1ガラス部301の中に、複数の第2ガラス部302が分散している状態である。ここで、第1ガラス部301の粒径を、第2ガラス部302の粒径の1/1.8以下とすることで、各々の粉体(粉末)を混合すれば、第1ガラス部301の内側に第2ガラス部302が配置され、主に、第1ガラス部301の粒子がガスシール材の表面側に配置されることが確認されている。
なお、図1Aを用いて説明した三層構造のガスシール材は、重ねて使用することも可能であり、軟化点が低いガラス(第1ガラス部101)と軟化点がより高いガラス(第2ガラス部102)を何重にも積層して構成してもよい。また、軟化点が低いガラス(第1ガラス部)の粉末を含むペーストを作製し、これのペーストをシール対象となる両方の部分に塗布し、これらの塗布面の間に、軟化点がより高いガラス(第2ガラス部)の層(例えば板)を挟むことで、2つのシール対象部の間のシールを行っても同様の効果が得られる。
以上のように、本発明では、軟化点が、固体酸化物形燃料電池の動作(運転)温度以下のガラス材と、動作温度を超えた(高い)ガラス材との複合材よりガスシール材としたところに特徴がある。また、2つのガラス材を上述したように構成することで、軟化点がより低いガラス材からなる第1ガラス部が、シール対象の部分に接することになる。
このような状態でガスシール材を配置し、固体酸化物形燃料電池を運転温度まで昇温した場合、軟化点がより低いガラスからなる第1ガラス部が初めに軟化し、シール対象の部分と接合する。このため、動作開始時の低温時から定常動作時の温度に昇温する過程において十分なガスシール性が得られる。
また、運転温度にまで昇温した後より高温状態が維持されることで、第1ガラス部と軟化点がより高い第2ガラス部との間で徐々に相互拡散がおきる。このため、運転温度の状態で発電運転(発電動作)を継続すると、ガスシール材におけるガラス組成が、2つのガラスの中間の組成となる。この結果、相互拡散が十分に進んだ状態では、ガスシール材の全体が、第1ガラス部より軟化点が高い組成となる。この結果、定常動作時においても長期にわたって、結晶化が抑制されるなど、十分なガスシール性が得られるようになる。
ここで、上述したように相互拡散が十分に進んだ状態におけるガスシール材の軟化点は、第2ガラス部の軟化点、および第1ガラス部と第2ガラス部との混合比率などで制御できる。このような制御により、例えば、最終的なガスシール材の軟化点を、発電を継続しているときの温度にすることができる。
なお、ガラスの結晶化は拡散係数に比例する。例えば、ホウケイ酸ガラスを構成しているSiO2は、拡散係数が低く結晶化しにくい。一方、B23は、拡散係数が高く結晶化しやすい。また、ガラスの粘度は、主に軟化点で決定され、同じ温度の状態で比較すれば、軟化点が低いガラスは粘度が低く、軟化点が高いガラスは粘度が高い。このため、融点(軟化点)が高いSiO2は、融点(軟化点)が低いB23に比較し、同じ温度では粘度が高いものとなる。従って、ホウケイ酸ガラスにおいては、SiO2の組成比を多くすると、軟化点が高く粘度が高くなり、結晶化もしにくい。一方、B23の組成比を多くすると、軟化点が低く粘度が低くなり、結晶化しやすい状態となる。
以下、実施例を用いてより詳細に説明する。
[実施例1]
はじめに、実施例1について説明する。まず、軟化点が820℃となるように調整したホウケイ酸ガラス(高軟化点ガラス)からなる、板厚0.2mmのリング状のガラス板(第2ガラス部)を用意する。また、軟化点が700℃となるように調整したホウケイ酸ガラス(低軟化点ガラス)の粒子(粒径5〜10μm)の粉末(ガラス粉末)を含むペーストを用意(作製)する。次に、ガラス板の両面に、上記ペーストを塗布して乾燥することで塗布層(第1ガラス部)を形成し、図4に示すようなリング状のガスシール材405とする。ガスシール材405では、全体で、高軟化点ガラスと低軟化点ガラスとの重量比が、2:1となるようにしている。
次に、図4に示すように、上述した構成としたガスシール材405を、燃料極401,電解質402,および空気極403からなる燃料電池セルと、耐熱金属からなるリング状のホルダ404との間に配置する。燃料電池セルの電解質402とホルダ404とを、ガスシール材405で接合する。
ここで、この燃料電池セルは、燃料極支持型であり、燃料極401(電解質402)は、直径6cmの円板である。また、燃料極401は、NiとYSZとの混合体の焼結体から構成して気孔率50%とし、板厚1mmとしている。また、電解質402は、緻密なYSZの焼結体から構成し、板厚20μm程度としている。また、空気極403は、ペロブスカイト系空気材料であるLaNi0.6Fe0.43(LNF)の焼結体から構成し、有効部分は直径5cmとしている。空気極403は、例えば、電解質402の上に、スクリーン印刷でLNFのペーストのパターンを形成し、これを塗布して焼成することで形成できる。
また、上述した燃料電池セルおよびホルダ404は、図5に示すように、インターコネクタとなる金属製のマニホールド407,408の間に配置し、セルスタックとしている。このセルスタックでは、マニホールド407のセル収容部に、Niフェルトからなる集電体層406を介して燃料電池セルの燃料極401側を配置する。また、マニホールド408のセル収容部に、燃料電池セルの空気極403側を配置する。この状態で、マニホールド407とマニホールド408により、燃料電池セルを挟む。
また、燃料電池セルにガスシール材405接合しているホルダ404も、マニホールド407とマニホールド408との間に配置される。ホルダ404は、ガスシール材409により、マニホールド407に接合される。このセルスタックを上下から加圧した状態で、セルスタックを電気炉内で750℃まで昇温し、昇温後1時間後に、燃料極401に燃料ガスとして室温加湿水素を供給し、空気極403に空気を供給し、発電運転を行った。発電動作による加熱により、ガスシール材のペースト層では、ペースト成分が分解除去され、ガラス粉末が軟化して接合面との間で高い密着性を発揮し、シール性が発揮されるようになる。
ここで、マニホールド407は、燃料ガス導入口411を備え、燃料極401に対して燃料ガスを供給可能としている。また、ホルダ404が、ガスシール材405により燃料極に接合し、ガスシール材409によりマニホールド407に接合し、各々ガスシールされているので、燃料極401および電解質402の側部の空間412が、空気極403の配置されている空間414と分離される。燃料ガス導入口411より導入された燃料ガスが燃料極401に供給され、空間414を介して空気極403に空気が供給されることで、発電が行われる。この発電により燃料極401で発生する排ガスは、空間412に連通する配管413を介して排気される。また、発電により空気極で発生する排ガスは、空間414を介して排気される。
上述した実施例1によるガスシール材405,ガスシール材409を用いたセルスタックによる発電試験(実施例1)の結果を以下の表1に示す。なお、表1には、比較例として、高軟化点ガラスからなる厚さ0.2mmのリング状のガラス板のみから構成したガスシール材を用いた場合(比較例1)と、低軟化点ガラス粉末よりなるペーストのみを接合面に塗布する形で用いた場合(比較例2)を併せて示している。
Figure 2012142243
実施例1と比較例2(軟化点が低いガラスをシールに用いた場合)では、初期の開放起電力は、1.15V程度と理論起電力に近い値が得られ、ガスシールが十分になされていることがわかった。これに対し、比較例1(軟化点が高いガラスをシールに用いた場合)では、0.98Vと理論起電力より低い状態であった。これは、シール部よりガス漏れが発生していることが原因であるものと考えられ、初期においてシール性が劣っているものと考えられる。
次に、4000時間,8000時間,12000時間、および16000時間と運転を継続し、各時間において中断して各々開放起電力を測定した。運転は、750℃、0.2A/cm2の条件とした。
表1から明らかなように、実施例1では、16000時間後であっても、開放起電力が1.12Vであり、初期の状態とほぼ同じ値が得られた。これに対し、比較例2では、16000時間後に1V以下の開放起電力値となり、劣化が見られた。
以上の結果から、実施例1によれば、熱サイクルおよび長時間の運転でもシール性が失われないことがわかった。一方、比較例2では、当初の開放起電力は、1.17Vと理論起電力に近い値が得られ、ガスシールが十分になされていたが、表1に示す様に運転時間が経るとともにガスシール性が低下し、16000時間後では0.94Vとなり、ガスシール性が劣化していることがわかる。このように、本発明のガラスシール材は、比較例1および比較例2の従来のガラスシール材に比べ優れていることがわかった。
[実施例2]
次に、実施例2について説明する。上述した実施例1では、高軟化点ガラスのリング状ガラス板の両面に低軟化点ガラスのペースト層を形成した一体のガラスシール材を用いた。これに対し、実施例2では、低軟化点ガラスのペースト層を、燃料電池セルの接合部およびホルダなどの金属部材の接合の各々に形成し、これらの間にリング状ガラス板を挟むようにして接合した。なお、実施例2においても、リング状ガラス板および各ペースト層を合体した状態では、全体で、高軟化点ガラスと低軟化点ガラスとの重量比が、2:1となるようにしている。セルスタックの構成は、実施例1と同様である。
上述した実施例2によるガスシール材を用いたセルスタックによる発電試験(実施例2)の結果を以下の表2に示す。なお、表2にも、表1と同様の比較例1および比較例2を併せて示している。
Figure 2012142243
表2からわかるように、実施例2では、初期の開放起電力は、1.17V程度と理論起電力に近い値が得られ、ガスシールが十分になされていることがわかった。また、実施例2では、16000時間後であっても、開放起電力が1.12Vであり、初期の状態とほぼ同じ値が得られた。
以上の結果から、本実施例2によれば、熱サイクルおよび長時間の運転でもシール性が失われないことがわかった。このように、本発明のガラスシール材は、比較例1および比較例2の従来のガラスシール材に比べ優れていることがわかった。
[実施例3]
次に、実施例3について説明する。上述した実施例1、2では、動作温度を超えた軟化温度を有するガラスからなる第2ガラス部として、高軟化点ガラスのリング状ガラス板を用いた。これに対し、実施例3では、動作温度を超えた軟化温度を有するガラスからなる第2ガラス部として、粒径が5μmのガラス粉末を用いる。このガラス粉末は、軟化点が820℃となるように調整したホウケイ酸ガラス(高軟化点ガラス)から構成したものである。
実施例3では、上述した高軟化点ガラスのガラス粉末と、軟化点が700℃となるように調整したホウケイ酸ガラス(低軟化点ガラス)の粒子(粒径5〜10μm)の粉末との混合粉末のペーストよりガスシール材を構成する。低軟化点ガラスのガラス粉末と高軟化点ガラスのガラス粉末との混合比は、35:65(wt%)とする。このペーストを、燃料電池セルの接合部およびホルダなどの金属部材の接合の各々に塗布してペースト層を形成し、これらを貼り合わせて接合した。セルスタックの構成は、実施例1,2と同様である。なお、発電動作による加熱により、ペースト層ではペースト成分が分解除去され、ガラス粉末が軟化して接合面との間で高い密着性を発揮し、シール性が発揮されるようになる。
上述した実施例3によるガスシール材を用いたセルスタックによる発電試験(実施例3)の結果を以下の表2に示す。なお、表3にも、表1,2と同様の比較例1および比較例2を併せて示している。
Figure 2012142243
表3からわかるように、実施例3では、初期の開放起電力は、1.13V程度と理論起電力に近い値が得られ、ガスシールが十分になされていることがわかった。また、実施例3では、16000時間後であっても、開放起電力が1.10Vであり、初期の状態とほぼ同じ値が得られた。以上の結果から、本実施例3によれば、熱サイクルおよび長時間の運転でもシール性が失われないことがわかった。このように、本発明のガラスシール材は、比較例1および比較例2の従来のガラスシール材に比べ優れていることがわかった。
[実施例4]
次に、実施例4について説明する。まず、軟化点が820℃となるように調整した高軟化点ガラスからなる、板厚0.2mmのリング状のガラス板(第2ガラス部)を用意する。また、軟化点が700℃となるように調整した低軟化点ガラスの粒子(粒径5〜10μm)の粉末(ガラス粉末)を含むペーストを作製する。
次に、図6に示すように、上述したペーストを塗布したペースト層621,622を、燃料極601,電解質602,および空気極603からなる燃料電池セルと、耐熱金属からなるリング状のホルダ604とに形成する。ペースト層621は、ホルダ604の接合面および燃料電池セルの電解質602の接合面に各々に形成する。例えば、電解質602とホルダ604とは、ガラス板623を各々のペースト層621で挟んで接合する。また、ペースト層622は、ホルダ604の周縁部に形成する。ペースト層622は、後述する燃料ガス排気配管との接合に用いる。
この燃料電池セルは、電解質支持型であり、各層の組成は、実施例1,2,3と同様である。なお、電解質602は直径6cmの円板であり、板厚は0.2mmである。また、燃料極601および空気極603は、直径5cmの円板である。
上述した燃料電池セルおよびホルダ604は、図7に示すように、実験用の固体酸化物形燃料電池に組み立てて用いる。燃料極601には白金メッシュよりなる集電体層605が設けられ、空気極603にも白金メッシュよりなる集電体層606が設けられている。燃料電池セルは、電解質602の周縁部とホルダ604の内周部との間が、ガスシール材631により接合されている。ガスシール材631は、図6を用いて説明したように、ペースト層でガラス板が挟まれた3層構造となっている。
また、燃料電池セルの燃料極601の側には、ホルダ604の周縁部に、燃料ガス排気配管607がガスシール材632で接合され、燃料ガス排気配管607の内側に、燃料ガス供給配管608が配置されている。一方、燃料電池セルの空気極603の側には、ホルダ604の周縁部に、空気極排気配管609が配置され、空気極排気配管609の内側に、空気供給配管218が配置されている。ガスシール材632は、ガスシール材631と同じ構成である。
また、集電体層605には、白金よりなる端子線611が接続され、集電体層606には、白金よりなる端子線612が接続されている。また、上記構成の固体酸化物形燃料電池は、図示していない電気炉の内部に配置されて加熱可能とされ、固体酸化物形燃料電池の近傍の温度が、熱電対よりなる温度計615により測定可能とされている。
この固体酸化物形燃料電池では、燃料ガス供給配管608および空気極排気配管609が、インターコネクタに相当してる。燃料ガス供給配管608および空気極排気配管609の間に、図7の紙面の上下方向から圧力をかけて押し付け、電気炉内に配置する。配置した電気炉内で発電温度にまで加熱し、また、燃料極601の側に燃料ガスとして室温加湿水素(H2+H2O)を供給し、空気極603の側に空気を供給して発電動作を行う。ここで、燃料ガス排気配管607が、ガスシール材632によりホルダ604に接合し、このホルダ604が、ガスシール材631により電解質602に接合しているので、燃料極601側の空間と、空気極403側の空間とが分離される。
上述した実施例4によるガスシール材631,ガスシール材632を用いた実験用の固体酸化物形燃料電池による発電試験(実施例4)の結果を以下の表4に示す。なお、表4には、比較例として、厚さ0.2mmのリング状のガラス板のみから構成したガスシール材を用いた場合(比較例3)と、ホウケイ酸ガラスのペーストのみを接合面に塗布する形で用いた場合(比較例4)を併せて示している。
Figure 2012142243
実施例4および比較例4では、初期の開放起電力は、1.17Vおよび1.18V程度と理論起電力に近い値が得られ、ガスシールが十分になされていることがわかった。これに対し、比較例3のリング状のガラス板のみをシールに用いた場合は、0.98Vと理論起電力より低い状態であった。これは、シール部よりガス漏れが発生していることが原因であるものと考えられ、初期においてシール性が劣っているものと考えられる。
次に、4000時間,8000時間,12000時間、および16000時間と運転を継続し、各時間において中断して各々開放起電力を測定した。運転は、750℃、0.2A/cm2の条件とした。
表4から明らかなように、実施例4では、16000時間後であっても、開放起電力が1.15Vであり、初期の状態とほぼ同じ値が得られた。これに対し、比較例4では、16000時間後に1V以下の開放起電力値となり、劣化が見られた。
以上の結果から、実施例4によれば、熱サイクルおよび長時間の運転でもシール性が失われないことがわかった。一方、比較例4では、当初の開放起電力は、1.17Vと理論起電力に近い値が得られ、ガスシールが十分になされていたが、表4に示す様に運転時間が経るとともにガスシール性が低下し、16000時間後では0.97Vとなり、ガスシール性が劣化していることがわかる。このように、本発明のガラスシール材は、比較例3、4の従来のガラスシール材に比べ優れていることがわかった。
[実施例5]
次に、実施例5について説明する。上述した実施例4では、動作温度を超えた軟化温度を有するガラスからなる第2ガラス部として、高軟化点ガラスのリング状ガラス板を用いた。これに対し、実施例5では、動作温度を超えた軟化温度を有するガラスからなる第2ガラス部として、粒径が5μmのガラス粉末を用いる。このガラス粉末は、軟化点が820℃となるように調整したホウケイ酸ガラス(高軟化点ガラス)から構成したものである。
実施例5では、上述した高軟化点ガラスのガラス粉末と、軟化点が700℃となるように調整したホウケイ酸ガラス(低軟化点ガラス)の粒子(粒径5〜10μm)の粉末との混合粉末のペーストよりガスシール材を構成する。低軟化点ガラスのガラス粉末と高軟化点ガラスのガラス粉末との混合比は、35:65(wt%)とする。このペーストを、燃料電池セルの接合部およびホルダなどの金属部材の接合の各々に塗布してペースト層を形成し、これらを貼り合わせて接合した。シール材は、実施例3と同様である。また、実験用の固体酸化物形燃料電池の構成は、実施例4と同様である。なお、発電動作による加熱により、ペースト層ではペースト成分が分解除去され、ガラス粉末が軟化して接合面との間で高い密着性を発揮し、シール性が発揮されるようになる。
Figure 2012142243
表5からわかるように、実施例5では、初期の開放起電力は、1.15V程度と理論起電力に近い値が得られ、ガスシールが十分になされていることがわかった。また、実施例5では、16000時間後であっても、開放起電力が1.14Vであり、初期の状態とほぼ同じ値が得られた。以上の結果から、本実施例5によれば、熱サイクルおよび長時間の運転でもシール性が失われないことがわかった。このように、本発明のガラスシール材は、比較例3、4の従来のガラスシール材に比べ優れていることがわかった。
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形が実施可能であることは明白である。例えば、ガラスシール材に適用可能なガラスは、ホウケイ酸ガラスに限るものではなく、例えばAl23などの他の成分を含んでいてもよい。
101…第1ガラス部、102…第2ガラス部。

Claims (5)

  1. 固体酸化物形燃料電池の動作温度以下の軟化温度を有するガラスからなる第1ガラス部と、
    前記固体酸化物形燃料電池の動作温度を超えた軟化温度を有するガラスからなり、前記第1ガラス部より内側に配置される第2ガラス部と
    を備えることを特徴とするガスシール材。
  2. 請求項1記載のガスシール材において、
    層状に形成された前記第2ガラス部の両面に前記第1ガラス部が層状に形成されていることを特徴とするガスシール材。
  3. 請求項1記載のガスシール材において、
    粒状の複数の前記第2ガラス部が、前記第1ガラス部の内部に分散されていることを特徴とするガスシール材。
  4. 請求項1記載のガスシール材において、
    粒状の複数の前記第1ガラス部の中に、粒状の前記第2ガラス部が配置されていることを特徴とするガスシール材。
  5. 請求項4記載のガスシール材において、
    前記第2ガラス部の粒径は、前記第1ガラス部の粒径の1.8倍以上とされていることを特徴とするガスシール材。
JP2011001171A 2011-01-06 2011-01-06 ガスシール材 Expired - Fee Related JP5451653B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011001171A JP5451653B2 (ja) 2011-01-06 2011-01-06 ガスシール材

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011001171A JP5451653B2 (ja) 2011-01-06 2011-01-06 ガスシール材

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2012142243A true JP2012142243A (ja) 2012-07-26
JP5451653B2 JP5451653B2 (ja) 2014-03-26

Family

ID=46678298

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011001171A Expired - Fee Related JP5451653B2 (ja) 2011-01-06 2011-01-06 ガスシール材

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5451653B2 (ja)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014026956A (ja) * 2012-07-24 2014-02-06 Samsung Electro-Mechanics Co Ltd 固体酸化物形燃料電池
KR101439687B1 (ko) * 2012-12-26 2014-09-12 주식회사 포스코 샌드위치 구조의 고체산화물 연료전지용 밀봉재 및 그의 제조방법
JP2014221697A (ja) * 2013-05-14 2014-11-27 株式会社ノリタケカンパニーリミテド アルミニウム用接合材およびアルミニウム接合部品
KR101495285B1 (ko) * 2013-10-11 2015-03-02 가부시끼가이샤 리켄 연료 전지
JP2017517837A (ja) * 2014-04-04 2017-06-29 ハルドール・トプサー・アクチエゼルスカベット Sfocユニットのための電気絶縁性の三層ガスケット
JP2017147122A (ja) * 2016-02-17 2017-08-24 株式会社チノー 電気化学セル評価用ホルダ
KR101898738B1 (ko) * 2012-12-28 2018-10-05 재단법인 포항산업과학연구원 금속지지체형 셀을 포함하는 sofc 스택의 제조 방법
WO2019171900A1 (ja) * 2018-03-06 2019-09-12 住友電気工業株式会社 電解質層-アノード複合部材およびセル構造体
JP2021163520A (ja) * 2020-03-30 2021-10-11 大阪瓦斯株式会社 シール部材の修復方法及び燃料電池システム

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04342439A (ja) * 1991-05-16 1992-11-27 Sumitomo Cement Co Ltd 固体電解質型燃料電池用封着材および封着方法
JPH04342440A (ja) * 1991-05-16 1992-11-27 Sumitomo Cement Co Ltd 固体電解質型燃料電池用封着材および封着方法
JPH11162486A (ja) * 1997-10-02 1999-06-18 Siemens Ag 高温燃料電池および高温燃料電池積層体

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04342439A (ja) * 1991-05-16 1992-11-27 Sumitomo Cement Co Ltd 固体電解質型燃料電池用封着材および封着方法
JPH04342440A (ja) * 1991-05-16 1992-11-27 Sumitomo Cement Co Ltd 固体電解質型燃料電池用封着材および封着方法
JPH11162486A (ja) * 1997-10-02 1999-06-18 Siemens Ag 高温燃料電池および高温燃料電池積層体

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014026956A (ja) * 2012-07-24 2014-02-06 Samsung Electro-Mechanics Co Ltd 固体酸化物形燃料電池
KR101439687B1 (ko) * 2012-12-26 2014-09-12 주식회사 포스코 샌드위치 구조의 고체산화물 연료전지용 밀봉재 및 그의 제조방법
KR101898738B1 (ko) * 2012-12-28 2018-10-05 재단법인 포항산업과학연구원 금속지지체형 셀을 포함하는 sofc 스택의 제조 방법
JP2014221697A (ja) * 2013-05-14 2014-11-27 株式会社ノリタケカンパニーリミテド アルミニウム用接合材およびアルミニウム接合部品
KR101495285B1 (ko) * 2013-10-11 2015-03-02 가부시끼가이샤 리켄 연료 전지
JP2017517837A (ja) * 2014-04-04 2017-06-29 ハルドール・トプサー・アクチエゼルスカベット Sfocユニットのための電気絶縁性の三層ガスケット
JP2017147122A (ja) * 2016-02-17 2017-08-24 株式会社チノー 電気化学セル評価用ホルダ
WO2019171900A1 (ja) * 2018-03-06 2019-09-12 住友電気工業株式会社 電解質層-アノード複合部材およびセル構造体
JPWO2019171900A1 (ja) * 2018-03-06 2021-02-12 住友電気工業株式会社 電解質層−アノード複合部材およびセル構造体
JP7156360B2 (ja) 2018-03-06 2022-10-19 住友電気工業株式会社 電解質層-アノード複合部材およびセル構造体
JP2021163520A (ja) * 2020-03-30 2021-10-11 大阪瓦斯株式会社 シール部材の修復方法及び燃料電池システム
JP7349950B2 (ja) 2020-03-30 2023-09-25 大阪瓦斯株式会社 シール部材の修復方法及び燃料電池システム

Also Published As

Publication number Publication date
JP5451653B2 (ja) 2014-03-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5451653B2 (ja) ガスシール材
JP5231569B2 (ja) 燃料電池のための多層ガラス−セラミックシール
KR20070051709A (ko) 고체 산화물 연료 전지 스택의 상호연결 층에 전극을결합하기 위한 방법 및 재료
JP3495654B2 (ja) セルチューブのシール構造
JP5470278B2 (ja) 高温型燃料電池積層体用の密封機構
JP2010021038A (ja) 固体酸化物形燃料電池スタック
KR20130042868A (ko) 고체산화물 연료 전지
JPH1092446A (ja) 固体電解質型燃料電池
JP2012216508A (ja) 固体酸化物形燃料電池用セルおよびセル間接続部材
JP2010073631A (ja) 燃料電池発電ユニット及び燃料電池スタック
JP2008159428A (ja) 多孔構造体、これを用いた固体電解質型燃料電池及び燃料電池スタック
JP5025982B2 (ja) 固体酸化物形燃料電池セル及びその作製方法
JP2012084508A (ja) 燃料電池及びその製造方法
JP5301587B2 (ja) 固体酸化物形燃料電池セル用無アルカリガラス系シール材
JP3550231B2 (ja) 平板積層型の固体電解質型燃料電池及びその製造方法
TW201041220A (en) Solid oxide fuel cell (SOFC) device having gradient interconnect and fabrication method thereof
JPH10172590A (ja) 固体電解質型燃料電池
JP5405200B2 (ja) 固体酸化物型燃料電池およびその製造方法
JP2010003623A (ja) 固体酸化物形燃料電池スタック及び接着用材料
KR20110126786A (ko) 금속폼 지지체를 사용하는 고체산화물 연료전지 및 그 제조방법
JP2010205534A (ja) 燃料電池発電ユニット及び燃料電池スタック
JP6207420B2 (ja) 燃料電池のスタック構造体、及び、燃料電池のスタック構造体の製造方法
JP2006339034A (ja) 固体酸化物形燃料電池およびその製造方法
JP6286222B2 (ja) 燃料電池スタック
KR101207122B1 (ko) 금속폼 지지체를 사용하는 고체산화물 연료전지 및 그 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20130312

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20130925

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20131001

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20131025

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20131126

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: 20131224

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20131226

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees