JP2016192291A - Spray coating slurry - Google Patents

Spray coating slurry Download PDF

Info

Publication number
JP2016192291A
JP2016192291A JP2015071162A JP2015071162A JP2016192291A JP 2016192291 A JP2016192291 A JP 2016192291A JP 2015071162 A JP2015071162 A JP 2015071162A JP 2015071162 A JP2015071162 A JP 2015071162A JP 2016192291 A JP2016192291 A JP 2016192291A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
mass
slurry
coating film
organic solvent
bca
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
JP2015071162A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6519861B2 (en
Inventor
欣宏 神谷
Yoshihiro Kamiya
欣宏 神谷
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.)
Proterial Ltd
Original Assignee
Hitachi Metals Ltd
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 Hitachi Metals Ltd filed Critical Hitachi Metals Ltd
Priority to JP2015071162A priority Critical patent/JP6519861B2/en
Publication of JP2016192291A publication Critical patent/JP2016192291A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6519861B2 publication Critical patent/JP6519861B2/en
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

  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a spray coating slurry for forming a coating layer of an inter-connector for SOFC, the spray coating slurry being capable of reducing surface roughness of a dry film.SOLUTION: The present invention relates to the spray coating slurry for forming a coating layer of an inter-connector for a solid oxide electrolyte type fuel cell. The slurry is obtained by mixing: a ceramic powder; a binder in 0.5 mass% or more and 10 mass% or less with respect to the powder; and an organic solvent in 200 mass% or more and 1000 mass% or less with respect to the powder. The organic solvent is ethanol containing diethylene glycol monobutyl ether acetate (BCA) in 5 mass% or more and 20 mass% or less.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、固体酸化物電解質型燃料電池用インターコネクタの焼結コーティング層を形成するためのスプレー塗布用スラリーに関する。   The present invention relates to a slurry for spray coating for forming a sintered coating layer of an interconnector for a solid oxide electrolyte fuel cell.

固体酸化物電解質型燃料電池(SOFC)は、電解質として安定化ジルコニア等のセラミックスを用いており、近年では700〜800℃と言う中高温で運転する用途も開発されている。このSOFC用のインターコネクタは、セルスタックとなす為に電気的に直列接続する導電板であると共に、燃料ガスと酸化ガスを分離するセパレータ板であり、電解質、燃料極、空気極の三層を支持し、前記ガス流路を形成すると共に電流を流す役目を持っている。
従って、インターコネクタには中高温での優れた電気導電性、耐酸化性、電解質との熱膨張差が小さいこと、また、低コスト、加工容易性等の特性が求められる。これらのことから、インターコネクタの材質としては、フェライト系ステンレス鋼、例えばFe−Cr系合金からなる金属基材が好適に用いられている。
The solid oxide electrolyte fuel cell (SOFC) uses ceramics such as stabilized zirconia as an electrolyte, and recently, an application for operating at a medium high temperature of 700 to 800 ° C. has been developed. This SOFC interconnector is a conductive plate that is electrically connected in series to form a cell stack, and is a separator plate that separates fuel gas and oxidant gas, and consists of three layers: electrolyte, fuel electrode, and air electrode. It has a role of supporting, forming the gas flow path and flowing current.
Accordingly, the interconnector is required to have excellent electrical conductivity at medium and high temperatures, oxidation resistance, a small difference in thermal expansion from the electrolyte, low cost, ease of processing, and the like. For these reasons, as a material for the interconnector, a metal base material made of ferritic stainless steel, for example, an Fe—Cr alloy is preferably used.

しかしながら、Fe−Cr系合金をインターコネクタに使用した場合、燃料電池の稼動に伴い、高温酸化雰囲気下におかれることで、金属基材のカソード(空気極)側の表面で酸化が進行してCrの酸化皮膜(以下、Cr酸化被膜という)が成長し、これにより集電特性が劣化し、セルスタックの発電性能が劣化する問題がある。またCr酸化被膜からCr蒸気が発生し、カソードの性能を徐々に低下させる、いわゆるクロム被毒の問題がある。
この問題を解決するために、インターコネクタは、金属基材の表面に耐酸化性と導電性を兼ね備えたコーティング層が設けられたものが用いられている。
However, when an Fe-Cr alloy is used for an interconnector, oxidation proceeds on the cathode (air electrode) side surface of the metal substrate by being placed in a high-temperature oxidizing atmosphere with the operation of the fuel cell. There is a problem that an oxide film of Cr 2 O 3 (hereinafter referred to as Cr oxide film) grows, which deteriorates the current collection characteristics and deteriorates the power generation performance of the cell stack. There is also a problem of so-called chromium poisoning, in which Cr vapor is generated from the Cr oxide film and the performance of the cathode is gradually lowered.
In order to solve this problem, an interconnector in which a coating layer having both oxidation resistance and conductivity is provided on the surface of a metal substrate is used.

例えば、特許文献1は、Fe−Cr系合金からなる金属基材と、化学式AB(ただし、A:Mn,Cuから選択される少なくとも1種類の金属元素、B:Co,Mnから選択される少なくとも1種類の金属元素)で表されるスピネル型結晶構造を有する遷移金属酸化物を含んでなるコーティング層からなり、金属基材の表面をコーティング層で覆ったインターコネクタが開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses a metal substrate made of an Fe—Cr-based alloy and a chemical formula AB 2 O 4 (however, selected from at least one metal element selected from A: Mn, Cu, B: Co, Mn. An interconnector comprising a coating layer comprising a transition metal oxide having a spinel crystal structure represented by at least one metal element, wherein the surface of the metal substrate is covered with the coating layer is disclosed. .

特開2011−99159号公報JP 2011-99159 A

インターコネクタは、図6、図7に示すように、酸素ガスや燃料ガスの流路となる複数の溝が表面に形成される。そのためコーティング層は、この溝の内面も覆うように形成する必要がある。そのための塗布方法として、本発明者はスプレー塗布を採用した。   As shown in FIGS. 6 and 7, the interconnector has a plurality of grooves formed on the surface as flow paths for oxygen gas and fuel gas. Therefore, the coating layer needs to be formed so as to cover the inner surface of the groove. As an application method for this purpose, the present inventor has adopted spray application.

スプレー塗布を行うために、用いるスラリーは、セラミック粉末、セラミック粉末を金属基材の表面に固着させるためのバインダの他、塗布の際のスラリーの流動性を高めるための有機溶媒が用いられる。スプレー塗布で形成された塗膜(以後、塗布塗膜という)は、乾燥により有機溶媒が揮発され、セラミックス粉末とバインダから主に形成される塗膜(以後、乾燥塗膜という)となる。この乾燥塗膜を脱バインダ処理後に焼結することで、例えばMnとCoのスピネル化合物等からなる、コーティング層が形成される。   In order to perform spray coating, the slurry to be used includes ceramic powder, a binder for fixing the ceramic powder to the surface of the metal substrate, and an organic solvent for enhancing the fluidity of the slurry during coating. A coating film formed by spray coating (hereinafter referred to as a coating film) is a coating film (hereinafter referred to as a dry coating film) mainly formed from ceramic powder and a binder, with the organic solvent volatilized by drying. By sintering this dried coating film after the binder removal treatment, a coating layer made of, for example, a spinel compound of Mn and Co is formed.

しかしながら、スプレー塗布でコーティング層を形成する場合、スラリー中のセラミック粉末の分散状態が悪いと、塗布塗膜中にセラミック粉末が凝集し、乾燥塗膜の表面粗さが大きくなる。スラリー中の粉末の分散性が良好であっても、流動性が悪いと乾燥時の平坦化(レベリング)が生じず、結果として塗布塗膜中のセラミック粉末が凝集して乾燥塗膜の表面粗さが大きくなる。乾燥塗膜の表面粗さが大きいと、これを焼結した後のコーティング層の表面粗さも大きくなる。
コーティング層の表面粗さが大きいと、インターコネクタと、それに隣接する空気極や燃料極との電気的な接触抵抗が増大し、インターコネクタの集電特性が悪くなるという問題がある。
However, when the coating layer is formed by spray coating, if the dispersion state of the ceramic powder in the slurry is poor, the ceramic powder aggregates in the coating film and the surface roughness of the dried coating film increases. Even if the dispersibility of the powder in the slurry is good, if the fluidity is poor, flattening (leveling) during drying does not occur, and as a result, the ceramic powder in the coating film aggregates and the surface roughness of the dry coating film Becomes bigger. When the surface roughness of the dried coating film is large, the surface roughness of the coating layer after sintering is also increased.
When the surface roughness of the coating layer is large, there is a problem that the electrical contact resistance between the interconnector and the air electrode or fuel electrode adjacent to the interconnector increases, and the current collection characteristics of the interconnector deteriorate.

そこで本発明の課題は、SOFC用インターコネクタのコーティング層を形成するためのスプレー塗布用スラリーとして、乾燥塗膜の表面粗さを小さくできるものを提供することである。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a slurry for spray coating for forming a coating layer of an SOFC interconnector that can reduce the surface roughness of a dry coating film.

本発明は、固体酸化物電解質型燃料電池用インターコネクタのコーティング層を形成するためのスプレー塗布用スラリーであって、前記スラリーは、セラミック粉末と、前記粉末に対して、0.5mass%以上10mass%以下のバインダと、前記粉末に対して、200mass%以上1000mass%以下の有機溶媒とを混合したものであり、前記有機溶媒は、5mass%以上20mass%以下の酢酸ジエチレングリコールモノブチルエーテル(BCA)を含むエタノールであることを特徴とする。
このバインダとしてはエチルセルロース(EC)を用いることができる。
The present invention is a slurry for spray coating for forming a coating layer of an interconnector for a solid oxide electrolyte fuel cell, the slurry comprising ceramic powder and 0.5 mass% or more and 10 mass relative to the powder. % Or less binder and an organic solvent of 200 mass% or more and 1000 mass% or less with respect to the powder, and the organic solvent contains 5 mass% or more and 20 mass% or less of diethylene glycol monobutyl ether (BCA). It is characterized by being ethanol.
As this binder, ethyl cellulose (EC) can be used.

本発明によれば、SOFC用インターコネクタのコーティング層を形成するためのスプレー塗布用スラリーとして、乾燥塗膜の表面粗さが小さくなるものを提供できた。
この乾燥塗膜に脱バインダ処理と焼結を施すことで、コーティング層の表面粗さも小さくなり、インターコネクタと、それに隣接する空気極や燃料極との電気的な接触抵抗を小さくすることができる。そのため、集電特性の改善が図れ、発電効率の良いSOFCを提供することができる。
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, what can reduce the surface roughness of a dry coating film as a slurry for spray application for forming the coating layer of the interconnector for SOFC could be provided.
By subjecting this dry coating film to binder removal and sintering, the surface roughness of the coating layer is also reduced, and the electrical contact resistance between the interconnector and the air and fuel electrodes adjacent to it can be reduced. . Therefore, the current collection characteristics can be improved, and an SOFC with good power generation efficiency can be provided.

スプレー塗布の繰り返し回数と乾燥塗膜の膜厚との関係を、BCAの添加割合毎に示した図である。It is the figure which showed the relationship between the repetition frequency of spray application, and the film thickness of a dry coating film for every addition ratio of BCA. 乾燥塗膜の膜厚と表面粗さRaとの関係を、BCAの添加割合毎に示した図である。It is the figure which showed the relationship between the film thickness of a dry coating film, and surface roughness Ra for every addition ratio of BCA. BCAの添加割合を変えた乾燥塗膜の表面観察写真である。It is the surface observation photograph of the dry coating film which changed the addition ratio of BCA. 有機溶媒量を変えた乾燥塗膜の表面観察写真である。It is the surface observation photograph of the dry coating film which changed the amount of organic solvents. バインダ(エチルセルロース)添加量と乾燥塗膜の表面粗さRaの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between binder (ethylcellulose) addition amount and surface roughness Ra of a dry coating film. SOFC用のインターコネクタの断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the interconnector for SOFC. セルスタックの一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of a cell stack.

本発明は、SOFC用インターコネクタのコーティング層を形成するためのスプレー塗布用スラリーであって、前記スラリーは、セラミック粉末と、前記粉末に対して、0.5〜10mass%のバインダと、200〜1000mass%の有機溶媒とを混合したものであり、前記有機溶媒は、5mass%以上20mass%以下の酢酸ジエチレングリコールモノブチルエーテル:分子式C1020(以下、BCAという)を含むエタノールであることを特徴とする。
スラリーに用いる有機溶媒を、5mass%以上20mass%以下のBCAを含むエタノールを用いることで、乾燥塗膜の表面粗さを小さくできるので、これを焼結した後のコーティング層の表面粗さも小さくできる。
The present invention is a slurry for spray coating for forming a coating layer of an SOFC interconnector, wherein the slurry is a ceramic powder, a binder of 0.5 to 10 mass% with respect to the powder, and 200 to 1000 mass% organic solvent is mixed, and the organic solvent is ethanol containing 5 mass% or more and 20 mass% or less of diethylene glycol monobutyl ether acetate: molecular formula C 10 H 20 O 4 (hereinafter referred to as BCA). Features.
Since the organic solvent used in the slurry is ethanol containing 5 mass% or more and 20 mass% or less of BCA, the surface roughness of the dried coating film can be reduced. Therefore, the surface roughness of the coating layer after sintering can be reduced. .

まず、SOFCの一般的な技術から説明する。
図6はSOFC用のインターコネクタ(以下、インターコネクタという)1の断面模式図であり、金属基材1aとコーティング層1bの関係を示すものである。図7はセルスタック10の一例を示す斜視図である。
このセルスタック10は、それぞれが板状の、インターコネクタ1、空気極3、固体電解質層4、燃料極5により主に構成される。
インターコネクタ1は、空気極3と燃料極5の間に配置され、かつ、両者を電気的に接合する。インターコネクタ1は、その両面に溝が形成されており、空気極3側の溝は空気6の流路として使用され、燃料極5側の溝は燃料ガス7の流路として使用される。燃料ガスとして、例えば水素Hが用いられる。
空気極3と燃料極5の間は、固体電解質層4を介して酸素イオン(O2−)が伝達可能である。また、燃料極5と空気極3は、外部の導体(図示せず)を介して電気的に接合される。
このように、インターコネクタ1、空気極3、固体電解質層4、燃料極5が積層されたものを単位セルとし、この単位セルを板厚方向に積層して、セルスタック10となる。
First, general SOFC technology will be described.
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of an SOFC interconnector (hereinafter referred to as an interconnector) 1 and shows the relationship between the metal substrate 1a and the coating layer 1b. FIG. 7 is a perspective view showing an example of the cell stack 10.
The cell stack 10 is mainly composed of an interconnector 1, an air electrode 3, a solid electrolyte layer 4, and a fuel electrode 5 each having a plate shape.
The interconnector 1 is disposed between the air electrode 3 and the fuel electrode 5 and electrically joins both. The interconnector 1 has grooves formed on both surfaces thereof, the groove on the air electrode 3 side is used as a flow path for air 6, and the groove on the fuel electrode 5 side is used as a flow path for fuel gas 7. For example, hydrogen H 2 is used as the fuel gas.
Oxygen ions (O 2− ) can be transmitted between the air electrode 3 and the fuel electrode 5 via the solid electrolyte layer 4. The fuel electrode 5 and the air electrode 3 are electrically joined via an external conductor (not shown).
Thus, a unit cell is formed by stacking the interconnector 1, the air electrode 3, the solid electrolyte layer 4, and the fuel electrode 5, and the unit cell is stacked in the thickness direction to form a cell stack 10.

このセルスタックを用いたSOFCの発電の原理について説明する。
セルスタックが稼動する際において、空気極3側と燃料極5側では、次の反応が同時に起こる。
燃料極5側では、水素が燃料極5と触れる事で電子を奪われ、燃料極5はその電子を出す。水素は水素イオンに変化する。つまり燃料極5側において、(H→2H+2e)の反応が起こる。燃料極5から出された電子は、燃料極5と空気極3の間に配置される固体電解質層4を通過できないため、外部の導体を介して空気極3に流れる。
一方、空気極3側では、燃料極5側で電子を奪われた水素イオンが、電気的に安定するために、電子を受け取れる空気極3側に固体電解質層4を介して移動してくる。水素イオンは、電子を受け取ると同時に酸素と結合し、水になる。つまり空気極3側において、(2H+2e+1/2O→HO)の反応が起こる。
以上のように、SOFCは、水素と酸素の化学反応で水ができる過程から電気を産むことができる。
The principle of SOFC power generation using this cell stack will be described.
When the cell stack operates, the following reactions occur simultaneously on the air electrode 3 side and the fuel electrode 5 side.
On the fuel electrode 5 side, hydrogen is deprived of electrons by touching the fuel electrode 5, and the fuel electrode 5 emits the electrons. Hydrogen turns into hydrogen ions. That is, the reaction of (H 2 → 2H + + 2e ) occurs on the fuel electrode 5 side. Since electrons emitted from the fuel electrode 5 cannot pass through the solid electrolyte layer 4 disposed between the fuel electrode 5 and the air electrode 3, they flow to the air electrode 3 through an external conductor.
On the other hand, on the air electrode 3 side, hydrogen ions that have been deprived of electrons on the fuel electrode 5 side move to the air electrode 3 side that can receive electrons via the solid electrolyte layer 4 in order to be electrically stable. The hydrogen ions receive electrons and combine with oxygen to become water. That is, the reaction of (2H + 2e + 1 / 2O 2 → H 2 O) occurs on the air electrode 3 side.
As described above, SOFC can generate electricity from the process of producing water by the chemical reaction between hydrogen and oxygen.

インターコネクタ1は、図6に示すように、金属基材1aとその表面を覆うコーティング層1bからなる。
コーティング層を金属基材を覆うように形成することで、金属基材中のCrがカソード(空気極)側で揮発してCr蒸気となることを抑制でき、これにより、隣接するカソード(空気極)の性能を徐々に低下させる、いわゆるクロム被毒の問題を抑制できる。
金属基材1aの材質は、例えば、電気導電性、耐酸化性、電解質との熱膨張差が小さいこと、低コスト、加工容易性等から、Fe−Cr系合金が採用できる。
As shown in FIG. 6, the interconnector 1 includes a metal substrate 1a and a coating layer 1b covering the surface thereof.
By forming the coating layer so as to cover the metal substrate, it is possible to suppress Cr in the metal substrate from volatilizing on the cathode (air electrode) side to become Cr vapor. The problem of so-called chromium poisoning, which gradually reduces the performance of
As the material of the metal substrate 1a, for example, an Fe—Cr-based alloy can be adopted because of its small electrical expansion difference from electrical conductivity, oxidation resistance, and electrolyte, low cost, and ease of processing.

本発明では、この金属基材1aの表面に、セラミック粉末を含むスラリーをスプレー塗布し、乾燥、脱バインダ処理後、焼結してコーティング層を形成することを想定し、これに用いるスラリーの検討を行った。   In the present invention, it is assumed that a slurry containing ceramic powder is spray-coated on the surface of the metal substrate 1a, dried, debindered, and then sintered to form a coating layer. Went.

本発明のスラリーは、セラミック粉末に対して、0.5mass%以上10mass%以下のバインダと、同じくセラミック粉末に対して200mass%以上1000mass%以下の有機溶媒とを混合する。
バインダは、0.5mass%以上であれば、金属基材1aの表面にセラミック粉末を保持することができるが、0.5mass%未満であると、セラミック粉末を保持する力が不十分で焼成前のコーティング膜が剥がれる可能性がある。そのため、本発明ではバインダはセラミック粉末に対して0.5mass%以上とした。但し、バインダが10mass%を超えると、有機溶媒乾燥時に塗膜の降伏応力を超えて割れが発生しやすくなり、また形成した塗膜の表面粗さが1μmを超えて大きくなる。そのため、本発明ではバインダの上限を10mass%とした。より好ましいバインダの量は、1mass%以上7.5mass%以下である。
The slurry of this invention mixes 0.5 mass% or more and 10 mass% or less of binder with respect to ceramic powder, and 200 mass% or more and 1000 mass% or less of organic solvent similarly with respect to ceramic powder.
If the binder is 0.5 mass% or more, the ceramic powder can be held on the surface of the metal substrate 1a. However, if the binder is less than 0.5 mass%, the ceramic powder is not sufficiently held to be fired before firing. The coating film may be peeled off. Therefore, in this invention, the binder was 0.5 mass% or more with respect to the ceramic powder. However, if the binder exceeds 10 mass%, the yield stress of the coating film is easily exceeded when the organic solvent is dried, and cracks are likely to occur, and the surface roughness of the formed coating film exceeds 1 μm. Therefore, in the present invention, the upper limit of the binder is set to 10 mass%. A more preferable amount of the binder is 1 mass% or more and 7.5 mass% or less.

前記バインダとしてエチルセルロース(以下、ECという)を用いることができる。ECは、塗膜の平滑性及び保形性に優れ、BCAへの溶解性が良好であることから、本発明に用いるスラリーのバインダとして好ましい。   As the binder, ethyl cellulose (hereinafter referred to as EC) can be used. EC is preferable as a binder for the slurry used in the present invention because it is excellent in the smoothness and shape retention of the coating film and has good solubility in BCA.

次に、有機溶媒は、セラミック粉末に対して、200mass%以上であれば、スプレー塗布によるセラミック粉末の均一塗布が可能になる。200mass%未満では、スラリーの粘性が高くなるので形成した塗膜の表面粗さが大きくなってコーティング層の表面粗さが1μmを超える。そのため、本発明では有機溶媒の下限を200mass%とした。但し、有機溶媒が1000mass%を超えると、有機溶媒を乾燥させる時間が長くなり、量産には適さない。また、スラリーにおけるセラミック粉末が占める割合が小さくなるので、コーティング層の厚さを確保するために、スプレー塗布の回数を増やさねばならず、スプレー塗布の時間も長くなる。そのため、本発明では有機溶媒の上限を1000mass%とした。より好ましい有機溶媒の量は、300mass%以上600mass%以下である。   Next, when the organic solvent is 200 mass% or more with respect to the ceramic powder, the ceramic powder can be uniformly applied by spray coating. If it is less than 200 mass%, the viscosity of the slurry becomes high, so that the surface roughness of the formed coating film becomes large and the surface roughness of the coating layer exceeds 1 μm. Therefore, in the present invention, the lower limit of the organic solvent is set to 200 mass%. However, when the organic solvent exceeds 1000 mass%, the time for drying the organic solvent becomes long, which is not suitable for mass production. Further, since the proportion of the ceramic powder in the slurry is reduced, in order to ensure the thickness of the coating layer, the number of spray coatings must be increased, and the spray coating time is increased. Therefore, in the present invention, the upper limit of the organic solvent is set to 1000 mass%. A more preferable amount of the organic solvent is 300 mass% or more and 600 mass% or less.

なお有機溶媒は、5mass%以上20mass%以下のBCAを含むエタノールを用いる。
エタノールは、乾燥速度が比較的速く、また他の溶剤(トルエン、キシレン等)と比べて人体に与える悪影響が小さい。そのため、本発明に用いるスラリーの有機溶媒として採用した。BCAは、エタノールと共に用いることで、塗布塗膜の乾燥速度を制御できる。また、塗膜中のセラミック粉末が均質に分散されたまま乾燥されるので表面粗さの小さい乾燥塗膜が得られる。
エタノールとBCAの2種類の有機溶媒を混合することで分散性が向上する理由は、エタノールのような、相対蒸発速度R(酢酸ブチル:C12の蒸発速度を100とした時の相対的な蒸発速度)が0.01未満であるものと、BCAのような、相対蒸発速度Rが1以上であるものを混合することで、塗膜が完全に乾燥する前にレベリング現象が起きるためと推察される。
As the organic solvent, ethanol containing BCA of 5 mass% or more and 20 mass% or less is used.
Ethanol has a relatively high drying rate and has a smaller adverse effect on the human body than other solvents (toluene, xylene, etc.). Therefore, it was adopted as an organic solvent for the slurry used in the present invention. BCA can control the drying rate of a coating film by using with ethanol. Further, since the ceramic powder in the coating film is dried while being uniformly dispersed, a dry coating film having a small surface roughness can be obtained.
The reason why the dispersibility is improved by mixing two organic solvents, ethanol and BCA, is that when the evaporation rate of relative evaporation rate R (butyl acetate: C 6 H 12 O 2 is set to 100, such as ethanol). By mixing a material having a relative evaporation rate of less than 0.01 and a material having a relative evaporation rate R of 1 or more, such as BCA, a leveling phenomenon occurs before the coating film is completely dried. This is probably because of this.

有機溶媒中のBCAが5mass%以上であれば、得られるコーティング層の表面粗さRaを1μm以下にすることができるが、5mass%未満であると表面粗さRaが1μmを超えやすくなる。そのため本発明では有機溶媒中のBCAを5mass%以上とした。但し、BCAが20mass%を超えると、セラミック粉末の分散斑が発生し、膜圧の分布がばらつく。また、乾燥塗膜が薄くなるという問題や、スプレー塗布を複数回繰り返しても、塗布塗膜内のセラミック粉末が金属基材上から流れ出て、乾燥塗膜を厚くすることができないという問題が発生する。そのため、本発明ではBCAの上限値は20mass%とした。より好ましい範囲は、7.5mass%以上15mass%以下である。   If the BCA in the organic solvent is 5 mass% or more, the surface roughness Ra of the resulting coating layer can be 1 μm or less, but if it is less than 5 mass%, the surface roughness Ra tends to exceed 1 μm. Therefore, in the present invention, the BCA in the organic solvent is set to 5 mass% or more. However, if the BCA exceeds 20 mass%, the dispersion of the ceramic powder occurs and the distribution of film pressure varies. In addition, the problem that the dry coating film becomes thin and the ceramic powder in the coating film flows out from the metal substrate even if spray coating is repeated multiple times, and the dry coating film cannot be thickened. To do. Therefore, in the present invention, the upper limit value of BCA is set to 20 mass%. A more preferable range is 7.5 mass% or more and 15 mass% or less.

セラミック粉末の原料としては、Mn、Co、CuOの2種以上を用いることが好ましい。これらの原料を焼結することで、例えばMn(Co・Cu)系のスピネル系からなるコーティング層とすることができる。例えば、Mnと(Co・Cu)の比率を変えることで、Mn(Co・Cu)、Mn1.5(Co・Cu)1.5等のスピネル系のコーティング層とすることができる。
この組成のコーティング層は組成分解温度が高く、高温化で稼動されるSOFCの内部でもスピネル構造を保つことが出来るので、コーティング層としての機能を保持できる。また、金属基材に含まれるCrがコーティング層の外部へ揮発することを抑制する機能にも優れている。
As raw materials for the ceramic powder, it is preferable to use two or more of Mn 3 O 4 , Co 3 O 4 , and CuO. By sintering these raw materials, it is possible to form a coating layer made of, for example, a Mn (Co · Cu) spinel system. For example, by changing the ratio of Mn and (Co · Cu), a spinel-based coating layer such as Mn (Co · Cu) 2 O 4 , Mn 1.5 (Co · Cu) 1.5 O 4 is used. Can do.
The coating layer having this composition has a high composition decomposition temperature, and can maintain the spinel structure even inside the SOFC operated at a high temperature, so that the function as the coating layer can be maintained. Moreover, it is excellent also in the function which suppresses that the Cr contained in a metal base material volatilizes outside the coating layer.

セラミック粉末は、平均粒径が、0.1μm以上2μm以下のものを用いることが好ましい。粒径が0.1μmを下回る粉末は凝集しやすい。一方、また2μmを超えると塗布時のレベリングが起こりにくい。上記の範囲のセラミック粉末を使用することで塗膜中での分散性を向上できる。セラミック粉末は、例えば、Mn(Co・Cu)、Mn1.5(Co・Cu)1.5等のスピネル系のコーティング層とする場合、Mn、Co、CuO等の原料粉末をボールミル等の手法で均一になる様に混合し、その後固溶可能な条件(例えば700℃以上で2時間以上)で熱処理を行うことで得られる。またMn、Co等の塩化物溶液を用い、水酸化ナトリウム溶液を加え、攪拌、洗浄後粉末を得る共沈法により所定の組成の化合物を得る方法もある。 The ceramic powder preferably has an average particle size of 0.1 μm or more and 2 μm or less. A powder having a particle size of less than 0.1 μm tends to aggregate. On the other hand, if the thickness exceeds 2 μm, leveling during coating hardly occurs. Dispersibility in the coating film can be improved by using the ceramic powder in the above range. When the ceramic powder is a spinel-based coating layer such as Mn (Co · Cu) 2 O 4 or Mn 1.5 (Co · Cu) 1.5 O 4 , for example, Mn 3 O 4 and Co 3 O 4 are used. , CuO and other raw material powders are mixed so as to be uniform by a technique such as a ball mill, and then heat-treated under conditions that allow solid solution (for example, 700 ° C. or more and 2 hours or more). There is also a method of obtaining a compound having a predetermined composition by a coprecipitation method using a chloride solution of Mn, Co, etc., adding a sodium hydroxide solution, stirring and washing to obtain a powder.

上述したスラリーには、用いる粉末の比表面積により異なるが、セラミック粉末に対して、0.1mass%以上10mass%以下の分散剤を用いることが好ましい。0.1mass%以上を添加することでセラミック粉末の分散性を向上し、スラリーの粘度を低減することができる。但し、10mass%を超えても分散剤としてのさらなる効果は得られず、逆に増粘現象が起こってスプレー塗布の妨げとなる。また塗膜内に有機物が残存しやすい。
分散剤としては、例えば、非水系用途の高分子型ポリカルボン酸系材料や界面活性剤型の多価アルコールエステル系材料などを用いることができる。
Although it changes with the specific surface areas of the powder to be used for the slurry described above, it is preferable to use a dispersant of 0.1 mass% or more and 10 mass% or less with respect to the ceramic powder. By adding 0.1 mass% or more, the dispersibility of the ceramic powder can be improved, and the viscosity of the slurry can be reduced. However, even if it exceeds 10 mass%, the further effect as a dispersing agent is not acquired, conversely, a thickening phenomenon occurs and the spray application is hindered. In addition, organic substances tend to remain in the coating film.
As the dispersant, for example, a polymer-type polycarboxylic acid-based material for non-aqueous use or a surfactant-type polyhydric alcohol ester-based material can be used.

またスラリーは、添加したバインダに対して、10mass%以上100mass%以下の可塑剤を用いることが好ましい。10mass%以上を添加することで、塗布塗膜を乾燥する際に、バインダの柔軟性を向上しクラックの発生を抑制できる。また塗膜乾燥時のレベリングを促進する。但し、100mass%を超えると乾燥時ににじみが発生し塗膜の斑が起きることがある。
可塑剤として、例えば、フタル酸ジオクチル(DOP)、フタル酸ジイソノニル(DINP)等のフタル酸エステル、アジピン酸ジオクチル等のアジピン酸エステル等を用いることができる。
The slurry preferably uses a plasticizer of 10 mass% or more and 100 mass% or less with respect to the added binder. By adding 10 mass% or more, when drying a coating film, the softness | flexibility of a binder can be improved and generation | occurrence | production of a crack can be suppressed. It also promotes leveling during drying of the coating. However, if it exceeds 100 mass%, bleeding may occur at the time of drying and coating spots may occur.
Examples of the plasticizer include phthalic acid esters such as dioctyl phthalate (DOP) and diisononyl phthalate (DINP), and adipic acid esters such as dioctyl adipate.

本発明のスラリーを用いて形成するコーティング層は、5μm以上50μm以下の厚さとすることが好ましい。5μm以上であれば、Crがインターコネクタの外部へ揮発することを抑制できる。但し、厚さが50μmを超えるように形成するには、スプレー塗布を繰り返す工数が増えすぎて製造工程が長くなる。また、コーティング層の表面粗さが大きくなる傾向がある。そのため、厚さは50μm以下とすることが好ましい。   The coating layer formed using the slurry of the present invention preferably has a thickness of 5 μm or more and 50 μm or less. If it is 5 micrometers or more, it can suppress that Cr volatilizes outside the interconnector. However, in order to form so that thickness may exceed 50 micrometers, the man-hour which repeats spray application increases too much, and a manufacturing process becomes long. In addition, the surface roughness of the coating layer tends to increase. Therefore, the thickness is preferably 50 μm or less.

スプレー塗布は、エアースプレーを用いたハンドガンやスプレーコーターによる塗布方法、超音波スプレーや静電スプレーによる方法を用いることができる。これらの中でも膜厚を均一にしやすく、量産性に優れるという点からエアースプレー方式によるスプレーコーター塗布が好ましい。
また塗布条件として、100〜300mm/sの条件でスプレーノズルを走査し、数回(2〜5回)程度で5μm〜50μmの膜厚が得られる条件で塗布することが好ましい。塗布回数が多いと量産性に問題があり、かつ、乾燥塗膜の平滑性が悪くなる。
Spray coating can be performed by a coating method using a hand gun or a spray coater using air spray, a method using ultrasonic spraying or electrostatic spraying. Among these, the spray coater application by the air spray method is preferable from the viewpoint that the film thickness can be easily made uniform and the mass productivity is excellent.
Moreover, it is preferable to apply | coat on the conditions by which a spray nozzle is scanned on the conditions of 100-300 mm / s as application | coating conditions, and the film thickness of 5 micrometers-50 micrometers is obtained about several times (2-5 times). When the number of coatings is large, there is a problem in mass productivity, and the smoothness of the dried coating film is deteriorated.

塗布塗膜から有機溶媒を除去することで乾燥塗膜が得られる。
塗布塗膜の乾燥は、有機溶媒が十分に揮発する温度で、加熱することが好ましい。加熱方法はホットプレートによる直接加熱や、熱風吹きつけ、誘導加熱等による乾燥がある。例えば、上述の有機溶媒を用いた場合、70℃〜250℃で乾燥することができる。乾燥時間は用いる有機溶媒の混合量により適宜変化させることが好ましい。
A dry coating film is obtained by removing the organic solvent from the coating film.
The coating film is preferably dried at a temperature at which the organic solvent is sufficiently volatilized. Heating methods include direct heating by a hot plate, drying by hot air blowing, induction heating, and the like. For example, when the above-mentioned organic solvent is used, it can be dried at 70 ° C. to 250 ° C. It is preferable to appropriately change the drying time depending on the amount of the organic solvent used.

乾燥塗膜に含まれるバインダ等の有機物を焼結前に脱バインダ処理により除去をする。有機物中に含まれる炭素が乾燥塗膜内に残存すると、焼結を阻害する要因となり緻密な膜が得られない。脱バインダ処理は使用するバインダにより分解温度が異なるため、バインダに合わせた温度で処理する。また粉末の酸化を防止する必要がある場合には、窒素等不活性ガス気流中で処理を行う必要がある。ECを使用する場合、熱分解温度は450℃付近であるため、450℃以上650℃以下で1時間以上保持することが好ましい。   Organic substances such as a binder contained in the dried coating film are removed by a binder removal treatment before sintering. If carbon contained in the organic matter remains in the dry coating film, it becomes a factor that inhibits sintering, and a dense film cannot be obtained. Since the decomposition temperature differs depending on the binder to be used, the debinding process is performed at a temperature that matches the binder. When it is necessary to prevent the powder from being oxidized, it is necessary to perform the treatment in an inert gas stream such as nitrogen. When using EC, since the thermal decomposition temperature is around 450 ° C., it is preferably held at 450 ° C. or higher and 650 ° C. or lower for 1 hour or longer.

脱バインダ処理を行った乾燥塗膜を焼結することでコーティング層となる。
焼結は、セラミックス粉末が分解しない雰囲気および温度で行うことが好ましい。例えば、Mn(Co・Cu)、Mn1.5(Co・Cu)1.5等のスピネル系のコーティング層とする場合、大気雰囲気中で焼結温度は800℃以上1000℃以下とすることが好ましい。大気中での焼結もできるが、密度を向上させるために、還元雰囲気中で焼結した後に、再酸化が可能な酸素を含む雰囲気で加熱処理する2段熱処理でも良い。これにより、コーティング層の密度が向上することで、金属基材中のCrがコーティング層の外部へ揮発することを抑制できる。
A dried coating film that has been subjected to binder removal processing is sintered to form a coating layer.
Sintering is preferably performed in an atmosphere and temperature at which the ceramic powder does not decompose. For example, when a spinel-based coating layer such as Mn (Co · Cu) 2 O 4 or Mn 1.5 (Co · Cu) 1.5 O 4 is used, the sintering temperature is 800 ° C. or higher and 1000 ° C. in an air atmosphere. The following is preferable. Although sintering in the atmosphere can be performed, in order to improve the density, a two-stage heat treatment in which heat treatment is performed in an atmosphere containing oxygen that can be reoxidized after sintering in a reducing atmosphere may be used. Thereby, it can suppress that Cr in a metal base material volatilizes the exterior of a coating layer because the density of a coating layer improves.

次に、金属基材について説明する。
金属基材は、従来のFe−Cr系合金が使用できる。
このFe−Cr系合金は、質量%で、Cr:16.0〜28.0%、Mn:0.05%以上0.4%以下(無添加は含まず)、Ni:1.5%以下(無添加を含む)、REM(Yを含む希土類元素)またはZrの何れか1種以上:合計で1.0%以下(無添加は含まず)、W:1.0%以上3.0%以下、Cu:4.0%以下(無添加を含む)、残部はFe及び不可避的不純物からなるフェライト系金属材料を用いることができる。
この組成のFe−Cr合金は、Crの外方拡散を抑制する目的でWを添加し、更に、Cuを添加することで、耐酸化性を飛躍的に向上させ、燃料電池の性能の低下を抑制することができる。
Next, the metal substrate will be described.
A conventional Fe—Cr alloy can be used for the metal substrate.
This Fe—Cr alloy is in mass%, Cr: 16.0 to 28.0%, Mn: 0.05% or more and 0.4% or less (not including additive), Ni: 1.5% or less (Including no addition), REM (rare earth element including Y) or Zr: one or more types: 1.0% or less in total (excluding no addition), W: 1.0% or more and 3.0% Hereinafter, it is possible to use a ferrite-based metal material composed of Cu: 4.0% or less (including no addition) and the balance of Fe and inevitable impurities.
The Fe-Cr alloy of this composition adds W for the purpose of suppressing the outward diffusion of Cr, and further adds Cu, thereby dramatically improving the oxidation resistance and reducing the performance of the fuel cell. Can be suppressed.

[表面粗さRa]
本発明において、乾燥塗膜の表面粗さRaは、中心線平均粗さ(粗さ曲線を中心線から折り返し、その粗さ曲線と中心線によって得られた面積を長さLで割った値:単位μm)で測定した。測定機器として接触式表面粗さ計を用いた。
[Surface roughness Ra]
In the present invention, the surface roughness Ra of the dried coating film is a center line average roughness (a value obtained by folding the roughness curve from the center line and dividing the area obtained by the roughness curve and the center line by the length L: Unit μm). A contact-type surface roughness meter was used as a measuring instrument.

次に本発明を実施例によって具体的に説明するが、これら実施例により本発明が限定されるものではない。   EXAMPLES Next, although an Example demonstrates this invention concretely, this invention is not limited by these Examples.

(実施例1)
有機溶媒におけるBCAの添加割合について検討した。
インターコネクタの金属基材として、表面粗さRaが0.1μm以下のFe−Cr合金を用いた。
スラリーは以下のようにして作製した。
セラミック粉末の原料としてMn、Co、CuOを用い、Mn1.5Co1.1Cu9,4の組成比となるようにMn、Co、Cu量を調整した。
混合した原料は、エタノールを溶媒とするボールミルで20h混合してスラリーを得た。その後、ホットプレートでスラリーを乾燥し、解砕後、大気雰囲気中で850℃×4hで仮焼した。
仮焼後の原料に有機溶媒としてエタノールを原料に対し100mass%添加してボールミルで20h混合した。その後、ホットプレートで乾燥し、解砕後、大気雰囲気中で850℃×4hで仮焼し、セラミックス粉末を得た。
また、セラミック粉末に対して、有機溶媒の量を300mass%となる様に追加した。有機溶媒は、エタノールにBCAを添加したものであり、エタノール中のBCAの含有割合を、5%、7.5%、10%、12.5%、15%、20%、25%としたものを用いた。
その他、バインダとしてセラミック粉末に対してECを5mass%、分散剤として、セラミック粉末に対して5mass%のポリカルボン酸アンモニウムを添加した。また、可塑剤として、バインダに対して50mass%のフタル酸ジオクチル(DOP)を添加した。
Example 1
The addition ratio of BCA in the organic solvent was examined.
An Fe—Cr alloy having a surface roughness Ra of 0.1 μm or less was used as the metal substrate of the interconnector.
The slurry was prepared as follows.
Mn 3 O 4 , Co 3 O 4 , and CuO were used as raw materials for the ceramic powder, and the amounts of Mn, Co, and Cu were adjusted so that the composition ratio was Mn 1.5 Co 1.1 Cu 9,4 O 4 .
The mixed raw materials were mixed with a ball mill using ethanol as a solvent for 20 hours to obtain a slurry. Thereafter, the slurry was dried with a hot plate, pulverized, and calcined at 850 ° C. for 4 hours in an air atmosphere.
100 mass% of ethanol as an organic solvent was added to the raw material after calcination and mixed for 20 hours with a ball mill. Thereafter, it was dried on a hot plate, pulverized, and calcined at 850 ° C. for 4 hours in an air atmosphere to obtain ceramic powder.
Moreover, it added so that the quantity of the organic solvent might be 300 mass% with respect to ceramic powder. The organic solvent is obtained by adding BCA to ethanol, and the content ratio of BCA in ethanol is 5%, 7.5%, 10%, 12.5%, 15%, 20%, 25% Was used.
In addition, 5 mass% of EC was added to the ceramic powder as a binder, and 5 mass% of ammonium polycarboxylate was added as a dispersant to the ceramic powder. As a plasticizer, 50 mass% of dioctyl phthalate (DOP) was added to the binder.

得られたスラリーを用い、金属基材の表面に、スプレーコーターによる塗布にて、走査速度を300mm/s、塗布幅を7〜8mm、各塗布1mmピッチの条件で金属基材の表面にスラリーを塗布した。このスプレー塗布は、1〜5回繰り返し行った。
塗布塗膜が被覆された金属基材を、大気中100℃×2hで乾燥した。
Using the obtained slurry, the slurry was applied to the surface of the metal base material on the surface of the metal base material by a spray coater with a scanning speed of 300 mm / s, a coating width of 7 to 8 mm, and a coating pitch of 1 mm. Applied. This spray application was repeated 1 to 5 times.
The metal substrate coated with the coating film was dried at 100 ° C. for 2 hours in the atmosphere.

図1は、BCAの添加割合の上限の根拠を示すための図であって、スプレー塗布の繰り返し回数と乾燥塗膜の膜厚との関係を、BCAの添加割合毎に示した図である。有機溶媒中のBCAの添加割合が少ないほど大きな膜厚が得られている。一方、BCAが多いほど膜厚が薄くなる傾向がある。特に、有機溶媒中のBCAが25mass%のスラリーを用いたものでは、塗布回数が3回目以降も膜厚が厚くならず、20μm以上の厚い塗膜を形成することができなかった。
Cr拡散防止層としてコーティング層は10μm以上の厚さを設けることが好ましく、焼成での収縮率を考慮すると乾燥塗膜の厚さを20μm以上とすべきである。この点から、有機溶媒中のBCAが25mass%のスラリーでは、スプレー塗布・乾燥・スプレー塗布・乾燥・・と、複数回の乾燥工程を入れないと所望の厚さのコーティング層が形成できない。
FIG. 1 is a diagram for showing the basis of the upper limit of the BCA addition ratio, and is a diagram showing the relationship between the number of spray coating repetitions and the thickness of the dried coating film for each BCA addition ratio. Larger film thickness is obtained, so that the addition ratio of BCA in an organic solvent is small. On the other hand, as the BCA increases, the film thickness tends to be thinner. In particular, in the case of using a slurry having a BCA of 25 mass% in an organic solvent, the film thickness did not increase even after the third application, and a thick coating film of 20 μm or more could not be formed.
As the Cr diffusion preventing layer, the coating layer is preferably provided with a thickness of 10 μm or more, and the thickness of the dried coating film should be 20 μm or more in consideration of the shrinkage ratio in firing. From this point, a slurry having a BCA of 25 mass% in an organic solvent cannot form a coating layer having a desired thickness unless a plurality of drying steps such as spray coating, drying, spray coating, drying, and the like are performed.

図2は、乾燥塗膜の膜厚と表面粗さRaとの関係を、BCAの添加割合毎に示した図である。
有機溶媒中のBCAが5mass%以上のスラリーを用いたものは、表面粗さRaが1μm以下に抑えられることが確認できた。
さらに、有機溶媒中のBCAが7.5mass%以上であれば、表面粗さRaが0.6μm以下に抑えられた。
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the film thickness of the dried coating film and the surface roughness Ra for each BCA addition ratio.
It was confirmed that the surface roughness Ra of the slurry using the BCA in the organic solvent of 5 mass% or more can be suppressed to 1 μm or less.
Furthermore, when the BCA in the organic solvent was 7.5 mass% or more, the surface roughness Ra was suppressed to 0.6 μm or less.

図3は、BCAの添加割合を5%、10%、15%、25%と変えたときの、乾燥塗膜の表面観察写真(倍率2000倍)である。BCAの添加割合が10%、及び15%の乾燥塗膜が最も均質な表面であることがわかった。なお、BCAの添加割合が5%のものは、セラミック粉末が若干凝集している(写真中央部)ものの、均質な表面であることがわかった。対してBCAの添加割合が25%のものは、セラミック粉末が均質に分散しないまま乾燥・固化していた。   FIG. 3 is a surface observation photograph (magnification 2000 times) of the dried coating film when the addition ratio of BCA is changed to 5%, 10%, 15%, and 25%. It was found that the dry coating films with the addition ratio of BCA of 10% and 15% were the most homogeneous surfaces. When the addition ratio of BCA was 5%, it was found that the ceramic powder was slightly agglomerated (in the center of the photograph), but the surface was homogeneous. On the other hand, when the addition ratio of BCA was 25%, the ceramic powder was dried and solidified without being uniformly dispersed.

これらの乾燥塗膜が形成されたインターコネクタを、500℃×2hで脱バインダ処理した。その後、965℃×15hで焼結し、スピネル型のMn1.5Co1.1Cu0.4の各組成からなるコーティング層が形成されたインターコネクタを作製した。
得られたインターコネクタに板状の空気極を積層した。こうして得られたインターコネクタは、両者の境界部で良好な通電性を保つことが確認できた。
The interconnector on which these dry coating films were formed was subjected to binder removal treatment at 500 ° C. × 2 h. After that, sintering was performed at 965 ° C. × 15 h to produce an interconnector on which a coating layer made of each composition of spinel type Mn 1.5 Co 1.1 Cu 0.4 O 4 was formed.
A plate-shaped air electrode was laminated on the obtained interconnector. It was confirmed that the interconnector obtained in this way maintained good electrical conductivity at the boundary between the two.

(比較例1)
比較のため、エタノール中のBCAの含有割合を0mass%としたスラリ−を用いて同様の実験を行った。スプレー塗布を2回繰り返して得られた乾燥塗膜は、厚さが33.4μm、表面粗さRaが5.5μmと(図1に記載できず)、表面粗さRaが大きいものであった。
さらに、スプレー塗布を3回繰り返して得られた乾燥塗膜は、厚さが66.4μm、表面粗さRaが14.9μmとなり、4回繰り返して得られた乾燥塗膜は、厚さが79.4μm、表面粗さRaが18.3μmとなり、5回繰り返して得られた乾燥塗膜は、厚さが101.9μm、表面粗さRaが23.7μmとなり、いずれも乾燥塗膜の表面粗さは1μmを大きく超えていた。
これらの乾燥塗膜を同様に焼結して得られたインターコネクタは、実施例で得られたインターコネクタと比較し、空気極との通電性が悪化していた。
(Comparative Example 1)
For comparison, a similar experiment was performed using a slurry in which the content ratio of BCA in ethanol was 0 mass%. The dried coating film obtained by repeating spray application twice had a thickness of 33.4 μm, a surface roughness Ra of 5.5 μm (not shown in FIG. 1), and a large surface roughness Ra. .
Furthermore, the dry coating film obtained by repeating spray coating three times has a thickness of 66.4 μm and the surface roughness Ra is 14.9 μm, and the dry coating film obtained by repeating four times has a thickness of 79. The dried coating film obtained by repeating 5 times with a thickness of 101.9 μm and a surface roughness Ra of 23.7 μm was obtained. The length greatly exceeded 1 μm.
The interconnector obtained by similarly sintering these dried coating films had deteriorated electrical conductivity with the air electrode as compared with the interconnector obtained in the examples.

上記の実験の他に、バインダとしてECの変わりにポリビニルブチラール(PVB)を用いて、同様の実験を行った。
表面粗さRaはECを用いたものより10%程度大きくなるものの、BCAの添加量に対して同様の傾向を示した。
In addition to the above experiment, a similar experiment was performed using polyvinyl butyral (PVB) instead of EC as a binder.
The surface roughness Ra was about 10% larger than that using EC, but showed the same tendency with respect to the amount of BCA added.

(実施例2)
有機溶媒の量について検討した。
実施例1と同様にして、金属基材、及びセラミック粉末を得た。
このセラミック粉末に対して、バインダとしてエチルセルロース(EC)を5mass%添加した。
また、セラミック粉末に対して、有機溶媒を200mass%、300mass%、400mass%添加したものを作製した。有機溶媒を200mass%としたものは、有機溶媒におけるBCAを15mass%とした。有機溶媒を300mass%、400mass%としたものは、有機溶媒におけるBCAを10mass%とした。
その他、分散剤として、セラミック粉末に対して5mass%のポリカルボン酸アンモニウムを添加した。また、可塑剤として、バインダに対して50mass%のフタル酸ジオクチル(DOP)を添加した。
(Example 2)
The amount of organic solvent was examined.
In the same manner as in Example 1, a metal substrate and ceramic powder were obtained.
To this ceramic powder, 5 mass% of ethyl cellulose (EC) was added as a binder.
Moreover, what added 200 mass%, 300 mass%, and 400 mass% of organic solvents with respect to the ceramic powder was produced. What made the organic solvent 200 mass% made BCA in the organic solvent 15 mass%. In the case where the organic solvent was 300 mass% and 400 mass%, the BCA in the organic solvent was 10 mass%.
In addition, 5 mass% ammonium polycarboxylate was added to the ceramic powder as a dispersant. As a plasticizer, 50 mass% of dioctyl phthalate (DOP) was added to the binder.

得られたスラリーを用い、金属基材の表面に、スプレーコーターによる塗布にて、走査速度を300mm/s、塗布幅を7〜8mm、各塗布1mmピッチの条件で金属基材の表面にスラリーを塗布した。このスプレー塗布は、3回繰り返した。
塗布塗膜が被覆された金属基材を、大気中100℃×2hで乾燥した。
Using the obtained slurry, the slurry was applied to the surface of the metal base material on the surface of the metal base material by a spray coater with a scanning speed of 300 mm / s, a coating width of 7 to 8 mm, and a coating pitch of 1 mm. Applied. This spray application was repeated three times.
The metal substrate coated with the coating film was dried at 100 ° C. for 2 hours in the atmosphere.

図4は、得られた乾燥塗膜の表面観察写真である。
セラミック粉末に対して有機溶媒の量を300mass%、400mass%として得られた乾燥塗膜は、均質な表面であることがわかった。200mass%として得られた乾燥塗膜は、若干表面粗さが粗くなっているものの、実用に耐えられるものであった。
FIG. 4 is a surface observation photograph of the obtained dried coating film.
It was found that the dried coating film obtained with the amount of organic solvent of 300 mass% and 400 mass% with respect to the ceramic powder had a homogeneous surface. The dry coating film obtained as 200 mass% was able to withstand practical use although the surface roughness was slightly rough.

表1に、得られた乾燥塗膜の表面粗さRaを示す。
いずれの乾燥塗膜も、表面粗さRaは1μm以下であった。
Table 1 shows the surface roughness Ra of the obtained dried coating film.
All the dried coating films had a surface roughness Ra of 1 μm or less.

Figure 2016192291
Figure 2016192291

上記の乾燥塗膜が被覆された金属基材を、大気中600℃×2hで脱バインダ処理後、大気中、965℃×15hで焼結し、スピネル型のMn1.5Co1.1Cu0.4の各組成からなるコーティング層が形成されたインターコネクタを作製した。
実施例1と同様に、インターコネクタに板状の空気極を積層し、両者の境界部で通電性を測定したところ、良好な通電性を保つことが確認できた。
The metal substrate coated with the above-mentioned dried coating film was subjected to binder removal treatment at 600 ° C. × 2 h in the atmosphere, and then sintered at 965 ° C. × 15 h in the atmosphere to obtain a spinel type Mn 1.5 Co 1.1 Cu. An interconnector on which a coating layer having a composition of 0.4 O 4 was formed was produced.
As in Example 1, when a plate-like air electrode was laminated on the interconnector and the conductivity was measured at the boundary between the two, it was confirmed that good conductivity was maintained.

なお、有機溶媒量をさらに減らして実験を行ったところ、乾燥塗膜の表面粗さが1μmを超えた他、クラックの発生が観察された。   In addition, when experiment was conducted by further reducing the amount of organic solvent, the surface roughness of the dried coating film exceeded 1 μm, and cracks were observed.

(実施例3)
バインダの量について検討した。
実施例1と同様にして、金属基材、及びセラミック粉末を得た。
このセラミック粉末に対して、バインダとしてECを1mass%、2mass%、5mass%、10mass%添加した。
また、セラミック粉末に対して、有機溶媒を300mass%添加したものを作製した。有機溶媒は、エタノールとBCAを用い、エタノール中のBCAの含有割合を10mass%としたものを用いた。
その他、分散剤として、セラミック粉末に対して5mass%のポリカルボン酸アンモニウムを添加した。
また、可塑剤として、バインダに対して50mass%(セラミック粉末に対しては0.5mass%、1mass%、2.5mass%、5mass%)のフタル酸ジオクチル(DOP)を添加した。
Example 3
The amount of binder was examined.
In the same manner as in Example 1, a metal substrate and ceramic powder were obtained.
To this ceramic powder, 1 mass%, 2 mass%, 5 mass%, and 10 mass% of EC were added as a binder.
Moreover, what added 300 mass% of organic solvents with respect to the ceramic powder was produced. As the organic solvent, ethanol and BCA were used, and the content ratio of BCA in ethanol was 10 mass%.
In addition, 5 mass% ammonium polycarboxylate was added to the ceramic powder as a dispersant.
Moreover, 50 mass% (0.5 mass%, 1 mass%, 2.5 mass%, 5 mass%) of ceramic dioctyl phthalate (DOP) was added as a plasticizer.

得られたスラリーを用い、金属基材の表面に、スプレーコーターによる塗布にて、走査速度を300mm/s、塗布幅を7〜8mm、各塗布1mmピッチの条件で金属基材の表面にスラリーを塗布した。このスプレー塗布は、2回繰り返したものと5回繰り返したものを作製した。
塗布塗膜が被覆された金属基材を、大気中100℃×2hで乾燥した。
乾燥塗膜が被覆された金属基材を脱バインダ処理を600℃×2hで実施後、大気中、965℃×15hで焼結し、スピネル型のMn1.5Co1.1Cu0.4の各組成からなるコーティング層が形成されたインターコネクタを作製した。
Using the obtained slurry, the slurry was applied to the surface of the metal base material on the surface of the metal base material by a spray coater with a scanning speed of 300 mm / s, a coating width of 7 to 8 mm, and a coating pitch of 1 mm. Applied. This spray coating produced what was repeated 2 times and what was repeated 5 times.
The metal substrate coated with the coating film was dried at 100 ° C. for 2 hours in the atmosphere.
The metal substrate coated with the dried coating film was subjected to binder removal treatment at 600 ° C. × 2 h, and then sintered at 965 ° C. × 15 h in the atmosphere to form a spinel type Mn 1.5 Co 1.1 Cu 0.4 An interconnector having a coating layer formed of each composition of O 4 was produced.

図5は、ECの添加量と乾燥塗膜の表面粗さRaの関係を示す図である。
ECの量が10mass%以下の条件において、乾燥塗膜の表面粗さRaは1μm以下であることが確認できた。ECの量が増えると表面粗さRaは大きくなる傾向にあり、10mass%を超えると表面粗さRaが1μmを超えやすく、かつ、塗膜の割れも発生しやすくなる。
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the addition amount of EC and the surface roughness Ra of the dried coating film.
It was confirmed that the surface roughness Ra of the dried coating film was 1 μm or less under the condition where the amount of EC was 10 mass% or less. When the amount of EC increases, the surface roughness Ra tends to increase, and when it exceeds 10 mass%, the surface roughness Ra tends to exceed 1 μm and cracking of the coating film tends to occur.

1:インターコネクタ、1a:金属基材、1b:コーティング層、3:燃料極、4:固体電解質層、5:燃料極、6:酸素を含むガスの流路6、7:燃料ガスの流路、10:セルスタック DESCRIPTION OF SYMBOLS 1: Interconnector, 1a: Metal substrate, 1b: Coating layer, 3: Fuel electrode, 4: Solid electrolyte layer, 5: Fuel electrode, 6: Gas flow path containing oxygen 6, 7: Fuel gas flow path 10: Cell stack

Claims (2)

固体酸化物電解質型燃料電池用インターコネクタのコーティング層を形成するためのスプレー塗布用スラリーであって、
前記スラリーは、セラミック粉末と、前記粉末に対して、0.5mass%以上10mass%以下のバインダと、前記粉末に対して、200mass%以上1000mass%以下の有機溶媒とを混合したものであり、
前記有機溶媒は、5mass%以上20mass%以下の酢酸ジエチレングリコールモノブチルエーテル(BCA)を含むエタノールであることを特徴とするスプレー塗布用スラリー。
A slurry for spray coating for forming a coating layer of an interconnector for a solid oxide electrolyte fuel cell,
The slurry is a mixture of ceramic powder, a binder of 0.5 mass% to 10 mass% with respect to the powder, and an organic solvent of 200 mass% to 1000 mass% with respect to the powder.
The organic solvent is ethanol containing diethylene glycol monobutyl ether (BCA) in an amount of 5 mass% to 20 mass%.
前記バインダとしてエチルセルロース(EC)を用いることを特徴とする請求項1に記載のスプレー塗布用スラリー。

The slurry for spray coating according to claim 1, wherein ethyl cellulose (EC) is used as the binder.

JP2015071162A 2015-03-31 2015-03-31 Spray application slurry Expired - Fee Related JP6519861B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015071162A JP6519861B2 (en) 2015-03-31 2015-03-31 Spray application slurry

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015071162A JP6519861B2 (en) 2015-03-31 2015-03-31 Spray application slurry

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2016192291A true JP2016192291A (en) 2016-11-10
JP6519861B2 JP6519861B2 (en) 2019-05-29

Family

ID=57245658

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015071162A Expired - Fee Related JP6519861B2 (en) 2015-03-31 2015-03-31 Spray application slurry

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6519861B2 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001297781A (en) * 2000-04-11 2001-10-26 Toto Ltd Film forming method
JP2007529855A (en) * 2004-03-20 2007-10-25 フォルシュングスツェントルム・ユーリッヒ・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング Conductive steel-ceramic composite and method for producing the same
JP2010157387A (en) * 2008-12-26 2010-07-15 Nissan Motor Co Ltd Interconnector for solid electrolyte fuel cell
US20120264031A1 (en) * 2011-04-13 2012-10-18 Seabaugh Matthew M Protective Coatings for Metal Alloys and Methods Incorporating the Same
JP2013093150A (en) * 2011-10-25 2013-05-16 Hitachi Metals Ltd Solid oxide fuel cell member
JP2014216231A (en) * 2013-04-26 2014-11-17 日産自動車株式会社 Fuel battery

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001297781A (en) * 2000-04-11 2001-10-26 Toto Ltd Film forming method
JP2007529855A (en) * 2004-03-20 2007-10-25 フォルシュングスツェントルム・ユーリッヒ・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング Conductive steel-ceramic composite and method for producing the same
JP2010157387A (en) * 2008-12-26 2010-07-15 Nissan Motor Co Ltd Interconnector for solid electrolyte fuel cell
US20120264031A1 (en) * 2011-04-13 2012-10-18 Seabaugh Matthew M Protective Coatings for Metal Alloys and Methods Incorporating the Same
JP2013093150A (en) * 2011-10-25 2013-05-16 Hitachi Metals Ltd Solid oxide fuel cell member
JP2014216231A (en) * 2013-04-26 2014-11-17 日産自動車株式会社 Fuel battery

Also Published As

Publication number Publication date
JP6519861B2 (en) 2019-05-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6398647B2 (en) Method for producing anode for solid oxide fuel cell and method for producing electrolyte layer-electrode assembly for fuel cell
JP2007200693A (en) Manufacturing method of material for solid oxide fuel cell
JP2008098156A (en) Cell for solid oxide fuel cell
JP4924824B2 (en) Method for producing carbon-coated nickel powder
WO2018230248A1 (en) Solid electrolyte member, solid oxide fuel cell, water electrolysis device, hydrogen pump, and method for producing solid electrolyte member
KR101892909B1 (en) A method for manufacturing protonic ceramic fuel cells
CN107408710B (en) Titanium material, separator, solid polymer fuel cell, and method for producing titanium material
JP2015167128A (en) Cell for metal support solid oxide fuel battery, method of manufacturing that cell, and solid oxide fuel battery using that cell
JP2009215113A (en) Yttrium oxide material, member for semiconductor manufacturing apparatus, and manufacturing process of yttrium oxide material
WO2018230247A1 (en) Solid electrolyte member, solid oxide fuel cell, water electrolysis device, hydrogen pump, and method for producing solid electrolyte member
JP2016189243A (en) Interconnector for fuel battery and cell stack using the same
JP6664132B2 (en) Porous structure, method of manufacturing the same, and electrochemical cell using the same and method of manufacturing the same
KR101657242B1 (en) high temperature solid oxide cell comprising barrier layer, manufacturing method thereof
JP6897930B2 (en) Manufacturing method of solid electrolyte member
JP6519861B2 (en) Spray application slurry
KR100960270B1 (en) Dense spinel conducting film, preparation method therof and metal interconnect using the same
JP2009230929A (en) Current collector material of solid oxide fuel cell, air pole current collector, and solid oxide fuel cell
JP2007311060A (en) Nickel oxide powder composition for solid oxide fuel cell, its manufacturing method, and fuel electrode material using it
KR101727457B1 (en) Method Of Protective layer Of Metal Interconnect Of Solid Oxide Fuel Cell, And Protective Layer Manufactured Using The Same
JP6947297B2 (en) Connecting materials for solid oxide fuel cells, their manufacturing methods and solid oxide fuel cells
JP2021144795A (en) Solid oxide fuel cell and manufacturing method thereof
JP2003323903A (en) Zirconia material containing scandia in form of solid solution, and solid electrolyte fuel cell using the same
JP2007012498A (en) Manufacturing method of fuel electrode for solid oxide fuel cell and fuel cell
JP2001118424A (en) Copper alloy powder for conductive paste
JP2008226762A (en) Solid oxide type fuel battery cell and solid oxide type fuel battery

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20180213

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20190208

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: 20190329

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20190411

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6519861

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees