JP2019530140A - ガスケットシール材料 - Google Patents

Abstract

少なくとも２５％乾燥重量／重量の化学的に剥離されたバーミキュライトと、少なくとも１５％乾燥重量／重量の板状充填剤とを含む、燃料電池のためのガスケットシール材料であって、板状充填剤は、１０μｍ以下の平均粒径を有する、ガスケットシール材料。ガスケット、燃料電池、ガスケット及びシール材料の使用も規定される。

Description

本発明は、ガスケットシール材料及びガスケットシール材料を含むガスケットに関する。本発明は、１つ以上のガスケットを含む燃料電池又は燃料電池構成要素にも関する。本発明は、柔らかく且つ適合性があり、ガスケットを形成するために使用される前に圧密化を必要としないガスケットシール材料に特に関する。

国際公開第２０１４／１１１７３５号パンフレットは、燃料電池をシールするためのガスケットを開示している。ガスケットは、化学的に剥離されたバーミキュライト（ＣＥＶ）及びタルク（充填剤として）を含むコア層を有する。充填剤は、約２０μｍ（±１０％）の平均粒径（ｄ_５０）を有する。コア層は、その表面に欠陥及び縞を有し、その結果、コア層は、外側表面を滑らかにし、形成される漏れ流路を最小限にするために使用前に圧密化を必要とする。

サーミキュライト８６６（登録商標）は、固体酸化物燃料電池用途向けに設計されたシール材料である。サーミキュライト８６６（登録商標）は、化学的に剥離されたバーミキュライト及びタルクの充填剤材料からなる。サーミキュライト８６６（登録商標）は、カットガスケット又はシートの形態で入手可能である。また、サーミキュライト８６６（登録商標）は、その表面に欠陥及び縞を有し、その結果、外側表面を滑らかにし、形成される漏れ流路を最小限にするために使用前に圧密化を必要とする。

柔らかく且つ適合性があり、ガスケットを形成するために使用される前に圧密化を必要としない、燃料電池での使用に適したガスケットシール材料を提供することが有利であろう。

本発明の１つの目的は、とりわけ、柔らかく且つ適合性があり、任意選択で、ガスケットを形成するために使用される前に圧密化を必要としないガスケットシール材料を提供することである。

本発明は、添付の特許請求の範囲に記載のガスケットシール材料及びガスケットを提供する。本発明は、１つ以上のガスケットを含む燃料電池又は燃料電池構成要素、特に１つ以上のガスケットを含む固体酸化物燃料電池又は燃料電池構成要素も提供する。本発明の他の特徴は、従属請求項及び以下の説明から明らかになるであろう。

本発明の第１の態様は、
少なくとも２５％乾燥重量／重量の化学的に剥離されたバーミキュライトと、
少なくとも１５％乾燥重量／重量の板状充填剤と
を含む、燃料電池のためのガスケットシール材料であって、板状充填剤は、１０μｍ以下の平均粒径を有する、ガスケットシール材料を提供する。

一般的に、本明細書では、板状充填剤は、平均厚さの少なくとも３倍の板の平均幅を有する。

本発明の任意の態様によれば、板状充填剤は、一般的に、ガスケットクリープをもたらす著しい劣化なしに６００℃に耐えることができるように選択される。適切な板状充填剤は、タルク、二硫化モリブデン、六方晶窒化ホウ素、石鹸石、パイロフィライト、粉砕熱剥離バーミキュライトなどのバーミキュライト、マイカ、フルオロマイカ、粉末グラファイト、ガラスフレーク、金属フレーク、セラミックフレーク、カオリナイトなどの粘土、好ましくはタルク又はマイカ、より好ましくはタルクからなる群から選択され得る。

従って、更なる一態様では、本発明は、
少なくとも２５％乾燥重量／重量の化学的に剥離されたバーミキュライトと、
少なくとも１５％乾燥重量／重量のタルクと
を含む、燃料電池のためのガスケットシール材料であって、タルクは、１０μｍ以下の平均粒径を有する、ガスケットシール材料を提供する。

本発明の第２の態様は、好ましくは、本発明の第１の又は更なる態様によるガスケットシール材料を含む、燃料電池の２つの合わせ面をシールするためのガスケットを提供する。

本発明の第３の態様は、本発明の第２の態様による１つ以上のガスケットを含む燃料電池又は燃料電池構成要素を提供する。

本発明の第４の態様は、本発明の第１の態様又は更なる態様によるガスケットシール材料を作製するための方法を提供する。

本発明の第５の態様は、本発明の第２の態様によるガスケットを作製する方法を提供する。

本発明の第６の態様は、燃料電池を作製する方法又は燃料電池をシールする方法であって、本発明の第２の態様による少なくとも１つのガスケットを組み込むことを含む方法を提供する。

本発明の第７の態様は、燃料電池をシールするように適合されたガスケットを形成することにおける、本発明の第１の又は更なる態様によるガスケットシール材料の使用を提供する。

本発明の第８の態様は、燃料電池の１つ以上の合わせ面をシールすることにおける、本発明の第１の又は更なる態様によるガスケットシール材料の使用を提供する。

本発明の第９の態様は、燃料電池の１つ以上の合わせ面をシールする方法であって、本発明の第１の又は更なる態様によるガスケットシール材料を合わせ面に配置すること、又は本発明の第１の又は更なる態様によるガスケットシール材料で合わせ面をコーティングすることを含む方法を提供する。

本明細書を通して、「含んでいる」又は「含む」という用語は、特定された構成要素を含むことを意味するが、他の構成要素の存在を排除するものではない。

本明細書において、燃料電池は、任意の適切な種類のものであり得るが、一般的に固体酸化物燃料電池である。

燃料電池のシールは、スタックにおけるセル間、又はセルとエンドプレートとの間、又はこれらの他の合わせ面間にあり得る。従って、本明細書における合わせ面は、スタックにおけるセル又はセルとエンドプレートとの合わせ面を含む。

本明細書に記載の任意選択の特徴は、必要に応じて、特に添付の特許請求の範囲に記載の組み合わせで個々に又は互いに組み合わせて使用することができる。本明細書に記載されているように、本発明のそれぞれの例示的実施形態における任意選択の特徴は、必要に応じて、本発明の任意の他の態様又は例示的実施形態にも適用可能である。換言すれば、本明細書を読む当業者は、本発明の異なる態様間で交換可能且つ組み合わせ可能であるとして、本発明のそれぞれの態様又は実施形態の任意選択の特徴を考慮すべきである。

本発明の第１の態様は、燃料電池のためのガスケットシール材料を提供する。ガスケットシール材料は、少なくとも２５％乾燥重量／重量の化学的に剥離されたバーミキュライト（ｃｅｖ）と、少なくとも１５％乾燥重量／重量の板状充填剤とを含み、充填剤は、１０μｍ以下の平均粒径を有する。充填剤は、ガスケットシール材料の少なくとも２５％乾燥重量／重量、より好ましくはガスケットシール材料の少なくとも３０％乾燥重量／重量、最も好ましくはガスケットシール材料の少なくとも４０％乾燥重量／重量で存在し得る。充填剤は、ガスケットシール材料の１５〜７５％乾燥重量／重量、より好ましくは３０〜７０％乾燥重量／重量、最も好ましくは４０〜６０％乾燥重量／重量の範囲で存在し得る。

本発明の更なる態様は、燃料電池のためのガスケットシール材料を提供する。ガスケットシール材料は、少なくとも２５％乾燥重量／重量の化学的に剥離されたバーミキュライト（ＣＥＶ）と、少なくとも１５％乾燥重量／重量のタルクとを含み、タルクは、１０μｍ以下の平均粒径を有する。タルクは、ガスケットシール材料の少なくとも２５％乾燥重量／重量、より好ましくはガスケットシール材料の少なくとも３０％乾燥重量／重量、最も好ましくはガスケットシール材料の少なくとも４０％乾燥重量／重量で存在し得る。タルクは、ガスケットシール材料の１５〜７５％乾燥重量／重量、より好ましくは３０〜７０％乾燥重量／重量、最も好ましくは４０〜６０％乾燥重量／重量の範囲で存在し得る。

ＣＥＶは、ガスケットシール材料の少なくとも３０％乾燥重量／重量、より好ましくはガスケットシール材料の少なくとも３５％乾燥重量／重量、最も好ましくはガスケットシール材料の少なくとも４０％乾燥重量／重量で存在し得る。ＣＥＶは、ガスケットシール材料の２５〜８５％乾燥重量／重量、より好ましくは３０〜７０％乾燥重量／重量、最も好ましくは４０〜６０％乾燥重量／重量の範囲で存在し得る。

本発明の第１の又は更なる態様のガスケットシール材料は、シートの形態などの任意の適切な形態で提供され得る。このようなシートは、ガスケットとして又はガスケットのシール層として使用するために適切な形状に切断又は形成され得る。

或いは、ガスケットシール材料は、合わせ面上に湿潤されている間にコーティングによって塗布され、続いて乾燥され得る。

適切には、本発明の第１の又は更なる態様のガスケットシール材料は、１．１ｇ／ｃｍ^３以下、より好ましくは１．０ｇ／ｃｍ^３以下、最も好ましくは０．９ｇ／ｃｍ^３以下の使用前の密度を有する。例えば、本発明の第１の又は更なる態様のガスケットシール材料は、０．７５〜１．１ｇ／ｃｍ^３、例えば０．８５〜１．１ｇ／ｃｍ^３、特に０．８５〜０．９５ｇ／ｃｍ^３の使用前の密度を有し得る。好ましくは、本発明の第１の又は更なる態様のガスケットシール材料は、０．７ｇ／ｃｍ^３の使用前の密度を有し得る。好ましくは、本発明の第１の又は更なる態様のガスケットシール材料は、０．８ｇ／ｃｍ^３の使用前の密度を有し得る。

本発明の第１の又は更なる態様の比較的低密度のガスケットシール材料は、燃料電池に使用する際に利点を提供すると考えられる。例えば、低密度のガスケットシール材料は、材料が柔らかく且つ容易に適合性であるという結果をもたらすと考えられる。ガスケットシール材料は、改善されたシールを提供し、燃料電池スタックにおける厚み公差を補償するように容易に圧縮可能であることが見出された。更に、低密度のガスケットシール材料は、使用前に必ずしも圧密化を必要としない。

適切には、本発明の第１の態様のガスケットシール材料は、少なくとも４０％乾燥重量／重量の化学的に剥離されたバーミキュライトと、少なくとも３０％乾燥重量／重量の板状充填剤とを含む。例えば、本発明の第１の態様のガスケットシール材料は、少なくとも４０％乾燥重量／重量の化学的に剥離されたバーミキュライトと、少なくとも４０％乾燥重量／重量の板状充填剤とを含むことができる。好ましくは、本発明の第１の態様のガスケットシール材料は、約４５〜５５％乾燥重量／重量の化学的に剥離されたバーミキュライトと、約４５〜５５％乾燥重量／重量の板状充填剤とを含むことができる。

適切には、本発明の更なる態様のガスケットシール材料は、少なくとも４０％乾燥重量／重量の化学的に剥離されたバーミキュライトと、少なくとも３０％乾燥重量／重量のタルクとを含む。例えば、本発明の更なる態様のガスケットシール材料は、少なくとも４０％乾燥重量／重量の化学的に剥離されたバーミキュライトと、少なくとも４０％乾燥重量／重量のタルクとを含むことができる。好ましくは、本発明の更なる態様のガスケットシール材料は、約４５〜５５％乾燥重量／重量の化学的に剥離されたバーミキュライトと、約４５〜５５％乾燥重量／重量のタルクとを含むことができる。

バーミキュライトは、変性したマイカ鉱物であると一般的に理解されている含水層状ケイ酸塩鉱物である。従って、バーミキュライトという用語は、同じ又は類似の方法で形成されており、ハイドロビオタイトなどのバーミキュライトとして一般的に公知であると理解されている関連する鉱物にも及ぶ。

化学的に剥離されたバーミキュライト（ＣＥＶ）は、バーミキュライト鉱石を化学的に処理し、それを水中で膨潤させることによって形成される。１つの可能な調製方法では、鉱石を飽和塩化ナトリウム溶液で処理してマグネシウムイオンをナトリウムイオンと交換し、次いで塩化ｎ−ブチルアンモニウムでナトリウムイオンをｎ−ブチルアンモニウムイオンと交換する。或いは、鉱石を一段階プロセスにおいて飽和クエン酸リチウム溶液で処理することができる。処理された鉱石を水で洗浄すると膨潤が起こる。次いで、膨潤した材料を高剪断にかけて、非常に細かい（直径５０μｍ未満）バーミキュライト粒子の水性懸濁液を生成する。他の化学処理剤が当業者に知られている。水を懸濁液から除去して乾燥ＣＥＶ粒子を形成することができる。しかしながら、ＣＥＶは、このスラリー形態でより一般的に使用されている。

それにもかかわらず、乾燥ＣＥＶは、当業者に周知のものなどの適切な乾燥技術によって調製することができる。適切な乾燥技術は、ケーキ乾燥及び粉砕、フィルム乾燥及び粉砕、ロータリー熱風乾燥、噴霧乾燥、凍結乾燥、空気乾燥、部分的に乾燥した固体の流動床乾燥並びに真空棚乾燥を含む真空方法を含む。

タルクは、ガスケットシール材料における充填剤と同じように機能する。

１０μｍ以下の平均粒径を有する限り、任意の適切な板状充填剤を使用することができる。適切なタルクの例は、Ｒｉｃｈａｒｄ Ｂａｋｅｒ Ｈａｒｒｉｓｏｎ Ｌｉｍｉｔｅｄから入手可能なＭａｇｓｉｌ Ｕｌｔｒａｆｉｎｅ Ｄｉａｍｏｎｄ Ｄ２５００である。

適切には、２５％超の乾燥重量／重量、より好ましくは５０％超の乾燥重量／重量、最も好ましくは７５％超の乾燥重量／重量、特に９０％超の乾燥重量／重量の、本発明のガスケットシール材料における板状充填剤は、２μｍを超える粒径を有する。

好ましくは、板状充填剤は、２〜１０μｍ、例えば２〜６μｍの平均粒径を有する。特に、板状充填剤は、３〜６μｍの平均粒径、例えば約５〜６μｍの平均粒径を有することができる。

粒径を決定する適切な方法は、Ｍａｌｖｅｒｎ Ｍａｓｔｅｒｓｉｚｅｒ ３０００ Ｈｙｄｒｏを使用することである。

適切には、本発明の第１の又は更なる態様のガスケットシール材料は、ガスケットを形成することにおける使用前に厚密化を必要としない。

適切には、本発明の第１の又は更なる態様のガスケットシール材料は、９５％乾燥重量／重量以上、より好ましくは９６％重量／重量超、最も好ましくは９８％重量／重量超、特に９９％重量／重量超又は約１００％重量／重量の化学的に剥離されたバーミキュライトと板状充填剤／タルクとの組み合わせを含む。

本発明の第１の又は更なる態様のガスケットシール材料は、例えば、ガスケットシール材料の０〜１０％又は０〜８％乾燥重量／重量、より典型的には０〜５％乾燥重量／重量、最も典型的には０〜３％乾燥重量／重量の範囲の１つ以上の添加剤を含むことができる。適切な添加剤は、粉砕ガラス、繊維、ゴム又は他の充填剤などの強化剤から選択され得る。

化学的に剥離されたバーミキュライトと板状充填剤／タルクとの組み合わされたレベルは、ガスケットシール材料において１００％乾燥重量／重量を超えることなく、前述のレベルに加えて、他の添加剤の存在下で９０％乾燥重量／重量であり得、その結果、いかなる場合でも前述の範囲で選択されたレベルが適宜組み合わされるべきであることが理解されるであろう。

本発明の第２の態様は、本発明の第１の又は更なる態様によるガスケットシール材料を含む、燃料電池の２つの合わせ面をシールするためのガスケットを提供する。本発明の第１の又は更なる態様に関して説明したガスケットシール材料の全ての特徴は、ガスケットシール材料から形成されたガスケットにも関する。

好ましくは、本明細書において、固体酸化物燃料電池（ＳＯＦＣ）は、固体酸化物電解セル（ＳＯＥＣ）を含む。本発明のガスケットは、ガス漏れを低減するためにＳＯＦＣ又はＳＯＥＣに使用するためのガスケットであることが好ましい。

ガスケットシール材料は、燃料電池に加えて、他の適切なガスケット用途に使用され得ることが理解されるであろう。典型的な実施形態は、様々な産業用途のためのスチールコアガスケットを含む。

本発明の第２の態様のガスケットは、多層又は単層であり得る。単層ガスケットの場合、ガスケットシール材料は、ガスケット全体を形成するように成形されるが、多層ガスケット（２つ以上の層を有することができる）では、ガスケットシール材料は、ガスケットの１つ以上のシール層を形成することができ、他の層は、独立して別々のコア層、１つ若しくは複数のコーティング層、１つ若しくは複数の支持層及び／又は他の層から構成され得る。例えば、第２の態様のガスケットシール材料は、コア層を形成することができ、他のコーティング層を有することができる。なお更に、ガスケットは、典型的には、必ずしもそうではないが、一般的に隣接している、第１の又は更なる態様による２つのシール材料層間に挟まれたコアの形態であり得る。このようなガスケットは、典型的には、合わせ部品の合わせ面間に挟まれ、これによってそれらの間にシールを提供するように成形される。或いは、ガスケットは、典型的には、必ずしもそうではないが、一般的に隣接している支持層及びその上のシール材料層の形態であり得る。ガスケットは、積層体の形態であり得るが、支持層は、シール層によって相互貫入されることもできる。このような相互貫入は、例えば、シール層によって相互貫入されたガーゼ又はワイヤーメッシュ支持体によって達成され、これによってシール層を強化することができる。

多層ガスケットでは、更なる層をシール材料層に適用することができる。例えば、シール層は、使用時、シール層とそれぞれの合わせ面との間に挟まれる更なる層又はコーティングを有することができる。このような更なる層は、当業者に知られており、ガスケットが使用される用途に依存する。

本発明の第２の態様のガスケットは、本発明の第１の又は更なる態様によるガスケットシール材料からなるシール層と、任意選択でコア層、任意選択で１つ以上のコーティング層及び／又は任意選択でシール層のための支持体とを含むことができる。

本発明の第２の態様のガスケットは、本発明の第１の又は更なる態様によるガスケットシール材料からなるコア層を含むことができ、コア層は、第１及び第２のコーティング層間に挟まれる。例えば、当業者に知られており、燃料電池用途に適したガラス、ガラス−セラミック及び／又はセラミック材料を含むコーティング層を含む任意の適切なコーティング層を使用することができる。

存在する場合、コーティング層は、好ましくは、シール層の表面の少なくとも一部を覆う。一般的に、コーティング層は、シール層の実質的に全表面を覆うようにシール層と隣接している。しかしながら、コーティング層は、シール層の縁部と重なり合い、これらのそれぞれの周縁部で合体し、これによってシール層をコーティング層内にシールすることができる。好ましくは、コーティング層は、使用時にコーティング層がそれぞれの合わせ面と接触するように、ガスケットの１つの外層又は両方の外層を形成する。より好ましくは、ガスケット層は、使用時にシール層のいずれも合わせ面と実質的に接触しないように配置される。しかしながら、シール層の１００％未満のコーティングの覆いを有することも可能であり、任意選択でシール層の幾つかが使用時に合わせ面に接触することも可能である。

本発明の第３の態様は、本発明の第２の態様による１つ以上のガスケットを含む燃料電池又は燃料電池構成要素を提供する。好ましくは、燃料電池は、固体酸化物燃料電池（ＳＯＦＣ）又は固体酸化物電解セル（ＳＯＥＣ）である。本発明の第２の態様に関して説明したガスケットの全ての特徴は、ガスケットを含む燃料電池又は燃料電池部品にも関する。

本発明の第４の態様は、本発明の第１の又は更なる態様によるガスケットシール材料を作製するため方法を提供する。この方法は、化学的に剥離されたバーミキュライトと板状充填剤／タルクとを混合して、これらの混合物を形成することを含む。化学的に剥離されたバーミキュライトは、混合前にスラリー形態であるか若しくは乾燥していることができ、又は乾燥前に固形分を増加させるためにスラリー形態と乾燥形態との組み合わせであり得る。本発明の第１の又は更なる態様に関して説明したガスケットシール材料の全ての特徴は、ガスケットシール材料を作製するための方法にも関する。

適切には、化学的に剥離されたバーミキュライトと板状充填剤／タルクとは、緊密に混合され、好ましくはそれぞれがガスケットシール材料全体に均一に分配されているため、一般的にほぼ均質な混合物を形成する。

この方法は、スラリー形態の化学的に剥離されたバーミキュライトと乾燥した板状充填剤／タルクとを混合することを含み得る。スラリー形態では、液体は、希釈剤として作用し、一般的に水である。しかしながら、原則として、任意の適切な液体希釈剤を使用することができる。液体希釈剤が水である場合、これは、混合物に添加され得、又は化学的に剥離されたバーミキュライト及び／若しくは板状充填剤／タルクが供給される希釈剤として存在することができる。例えば、化学的に剥離されたバーミキュライトは、水中の懸濁物の形態で供給され得、それは、バーミキュライト鉱石から直接調製され得る。

本発明の第４の態様の方法は、混合物を乾燥する工程（即ち混合後）を含むことができる。任意の適切な乾燥方法を使用することができる。例えば、混合物は、従来のオーブン中で乾燥され得、又は燃料電池用途において燃料電池の加熱中に乾燥され得る。乾燥工程の長さ及び温度は、例えば、混合物の正確な含有量に依存することになる。典型的には、液体希釈剤は、一般的に、乾燥中に蒸発するが、実際には、いくらかの残留液体希釈剤も乾燥混合物／ガスケットシール材料に存在することができる。

本発明の第４の態様の方法は、混合物からシートを形成する工程を含むことができる。典型的には、この方法がシートを形成する工程を含む場合、このように形成されたシートは、任意の適切な方法によって乾燥され得る。

本発明の第５の態様は、本発明の第２の態様によるガスケットを作製する方法を提供する。

本発明の第５の態様の方法は、
本発明の第１の又は更なる態様によるガスケットシール材料を作製する工程と、
任意選択で、ガスケットシール材料を必要なガスケット形状に形成する（好ましくは切断する）工程と
を含むことができる。

適切には、（一度作製された）ガスケットは、シールされる合わせ面間の燃料電池に配置される。

本発明の第５の態様の方法は、
本発明の第１の又は更なる態様によるガスケットシール材料を作製する工程と、
シールされる合わせ面の１つ以上にガスケットシール材料をコーティングする工程と、
ガスケットシール材料でコーティングされた表面を共に合わせる工程と、
任意選択で、ガスケットを加熱する工程と
を含むことができる。

この方法では、ガスケットシール材料は、典型的には、液体懸濁物又はペースト型配合物の形態で合わせ面にコーティングされる。

本発明の第５の態様の方法は、
本発明の第１の又は更なる態様によるガスケットシール材料を作製する工程と、
任意選択で、ガスケットシール材料を必要なガスケット形状に形成（好ましくは切断）してコア層を提供する工程と、
コア層の対向面の１つ又はそれぞれをコーティング層でコーティングする工程と
を含むことができる。

適切には、（一度作製された）ガスケットは、シールされる合わせ面間の燃料電池に配置される。コーティングは、合わせ面上への配置前又は後にガスケットコア層に適用され得る。例えば、合わせ面は、コーティング層でコーティングされ得、ガスケットコア層は、コーティング層上に配置され得、及び次いで更なるコーティング層は、コア層上にコーティングされ得る。適切なコーティング層は、燃料電池用途に適したガラス、ガラス−セラミック又はセラミックである。

本発明の第２の態様に関して説明したガスケットの全ての特徴は、ガスケットを作製する方法にも関する。

本発明の第６の態様は、燃料電池を作製する方法又は燃料電池をシールする方法を提供する。この方法は、本発明の第２の態様による少なくとも１つのガスケットを燃料電池に組み込むことを含む。好ましくは、燃料電池は、固体酸化物燃料電池（ＳＯＦＣ）又は固体酸化物電解セル（ＳＯＥＣ）である。本発明の第２の態様に関して説明したガスケットの全ての特徴は、燃料電池に組み込まれたガスケットにも関する。

本発明の第７の態様は、燃料電池をシールするように適合されたガスケットを形成することにおける、本発明の第１の又は更なる態様によるガスケットシール材料の使用を提供する。好ましくは、燃料電池は、固体酸化物燃料電池（ＳＯＦＣ）又は固体酸化物電解セル（ＳＯＥＣ）である。本発明の第１の又は更なる態様に関して説明したガスケットシール材料の全ての特徴は、ガスケットシール材料の使用にも関する。

本発明の第８の態様は、燃料電池の１つ以上の合わせ面をシールすることにおける、本発明の第１の又は更なる態様によるガスケットシール材料の使用を提供する。好ましくは、燃料電池は、固体酸化物燃料電池（ＳＯＦＣ）又は固体酸化物電解セル（ＳＯＥＣ）である。本発明の第１の又は更なる態様に関して説明したガスケットシール材料の全ての特徴は、ガスケットシール材料の使用にも関する。

本発明の第９の態様は、燃料電池の１つ以上の合わせ面をシールする方法であって、本発明の第１の又は更なる態様によるガスケットシール材料を合わせ面に配置すること、又は本発明の第１の又は更なる態様によるガスケットシール材料で合わせ面をコーティングすることを含む方法を提供する。好ましくは、燃料電池は、固体酸化物燃料電池（ＳＯＦＣ）又は固体酸化物電解セル（ＳＯＥＣ）である。本発明の第１の又は更なる態様に関して説明したガスケットシール材料の全ての特徴は、ガスケットシール材料の使用にも関する。

本発明をよりよく理解するために、且つ本発明をどのように実施することができるかを示すために、ここで、例として以下の実験データ及び図を参照する。

６００℃における試験材料の漏れ速度を示す。 ７００℃における試験材料の漏れ速度を示す。 ８００℃における試験材料の漏れ速度を示す。 比較例についての圧縮率曲線を示す。 本発明による実施例の圧縮率曲線を示す。 本発明による実施例及び比較例についての１０００時間漏れ速度の結果を示す。

一般的に、本明細書における実施例を調製するためにほとんどの液体が最初に添加され、次いでタルクなどの板状充填剤が添加間に混合しながら３回に分けて添加される。次いで、最終のより長い撹拌段階前に、液体（スラリー）の最後を終わりに添加する。このような混合は、混合物中で板状充填剤の塊が形成されるのを防ぐことが判明している。

実施例１は、以下の通り作製される。
バーミキュライトスラリー（Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ｖｅｒｍｉｃｕｌｉｔｅ Ｐｒｏｄｕｃｔｓから入手可能なマイクロライトＨＴＳ）６２．５ｋｇ
Ｍａｇｓｉｌ Ｄ２５００タルク ９．９ｋｇ（ｄ_５０平均粒径５．３ミクロン）
脱イオン水 ２０．３ｋｇ

比較例１は、以下の通り作製した。
バーミキュライトスラリー １０２．６ｋｇ
Ｍａｇｓｉｌ Ｄ２００タルク １９．４ｋｇ（ｄ_５０平均粒径２１．３ミクロン）

実施例１及び比較例１の両方の場合において、成分は、専用ミキサーを使用することによって制御された方法で添加される。ミキサーは、独立して作動するブレンダー（プロペラ）及び攪拌機（パドル）を有する。これらの両方は、混合サイクル中に異なる速度設定を有する。攪拌機は、５７．５ｒｐｍ（サイドスクレーパーパドル）で作動される。ブレンダーは、４１２．８ｒｐｍ（混合容器の底にある「プロペラ」ブレード）で作動される。

手順
１．４７ｋｇのスラリーを添加する。
２．２０．３ｋｇの水を添加する。
３．攪拌機を３５％の力で周期的に攪拌機の方向を変えて、ブレンダーをｌ００％の力で（ブレンダーは方向を変えない）３分かけて３．３ｋｇのタルクを添加する。
４．工程３のような攪拌機及びブレンダーで１分間混合する。
５．工程３のような攪拌機及びブレンダーで３分かけて３．３ｋｇのタルクを添加する。
６．１分間混合する。
７．工程３のような攪拌機及びブレンダーで３分かけて３．３ｋｇのタルクを添加する。
８．１５．５ｋｇのスラリーを添加する。
９．工程３のような攪拌機及びブレンダーで２分間混合する。
１０．次いで撹拌機を３５％（周期的に方向を変えて）で、ブレンダーを９０％で更に３５分間混合する。

塗布方法
前述の実施例のペーストは、スラリーの形態で塗布される。スラリーを形成シートに塗布し、湿潤固形含有量及び所望の乾燥厚さを知ることから計算される適切な「湿潤厚さ」にドクターブレードを設定する。約０．５ｍｍの所望の乾燥フィルムが必要である場合、適切な湿潤フィルムを流延し、室温で４８時間乾燥させ、その後、乾燥したペーストのフィルムを形成シートから取り除く。

実施例１及び比較例１の試験試料は、以下の仕様に従って作製された。
環状ガスケットサイズ外径（ＯＤ）４０ｍｍ×内径（ＩＤ）３０ｍｍ

漏れ試験は、以下の試験条件を使用した。
圧力：１００ミリバールのヘリウム
ガスケット応力：５ＭＰａ
期間：それぞれの温度６００、７００、８００℃で４８時間
圧力降下の測定：１時間ごと（１時間滞留し、次いで１時間測定し、１時間滞留し、１時間測定し、合計４８時間）
Ｐｌａｔｅｎｓ Ｓｔｅｅｌ ２５３Ｍａの滑らかな表面（高温ステンレス鋼）
加熱方法：クラムシェル炉
加熱速度：１分当たり５℃

試験結果を図１〜３に示し、これらは、実施例１及び比較例１について時間の関数としての漏れ速度を実証する。漏れ速度は、１秒当たりのガスケットの円周１メートル（厳密には内径と外径との間の距離の中間点の円周）当たりのガス（ヘリウム）のｍｇとして表される。それぞれの場合、ガスケット応力は、５ＭＰａであり、内部ガス圧力は、１００ミリバールであった。

ガスケットのサイズは、外径４０ｍｍ、内径３０ｍｍであった。試料の厚さは、チャートに示すように０．５ｍｍであった。

前述の通り作製した実施例１及び比較例１の試験片について、以下の試験条件で圧縮試験を行った。
装置：厚さを測定するＬＶＤＴ付き油圧プレス（３つのＬＶＤＴ、１２０度間隔）
圧縮速度：１秒当たり０．１ＭＰａ

合わせフランジは、３．２マイクロメートルの表面粗さ（Ｒａ）を有した。

試験試料の寸法は、１７８×９４×０．５ｍｍであった。

図４及び５は、それぞれ比較例１及び実施例１の試験試料についての圧縮率曲線を示す。実施例１は、均等な圧縮下で比較例１よりもはるかに低い応力を示す。

図６は、実施例１及び比較例１によるシール材料についての６３０℃及び１５ＭＰａガスケット応力での１０００時間漏れ速度を示す。明らかに、実施例１のガスケットは、平均してはるかに低い漏れ速度を有する。

本明細書において値が％重量／重量で示される場合、これらは、他に示さない限り乾燥重量に基づく。

本明細書における「約」という用語は、±１０％を意味する。

平均粒径は、ｄ_５０を意味し、Ｍａｌｖｅｒｎ Ｍａｓｔｅｒｓｉｚｅｒ ３０００ Ｈｙｄｒｏを用いて決定することができる。

本出願に関連する本明細書と同時に又は以前に提出され、本明細書と共に公開調査されている全ての論文及び文献に注目が向けられ、全てのそのような論文及び文献の内容は、参照により本明細書に組み込まれる。

本明細書（添付する特許請求の範囲及び図面を含む）に開示した全ての特徴及び／又はそのように開示した方法若しくはプロセスの全ての工程は、少なくともそのような特徴及び／又は工程の幾つかが相互に排他的である場合の組み合わせを除いて、任意の組み合わせで組み合わされ得る。

本明細書に開示されたそれぞれの特徴（添付する特許請求の範囲、要約及び図面を含む）は、他に明示的に述べられていない限り、同じ、均等な又は同様の目的を果たす代替の特徴によって置き換えられ得る。従って、特に記載されない限り、開示されているそれぞれの特徴は、一般的な一連の均等な又は同様の特徴の単なる一例である。

本発明は、前述の実施形態の詳細に限定されない。本発明は、本明細書に開示した（添付する特許請求の範囲及び図面を含む）特徴の任意の新規な１つ若しくは任意の新規な組み合わせ、又はそのように開示した任意の方法若しくはプロセスの工程の任意の新規な１つ若しくは任意の新規な組み合わせにも及ぶ。

Claims (27)

1. 少なくとも２５％乾燥重量／重量の化学的に剥離されたバーミキュライトと、
   少なくとも１５％乾燥重量／重量の板状充填剤と
   を含む、燃料電池のためのガスケットシール材料であって、前記板状充填剤は、１０μｍ以下の平均粒径を有する、ガスケットシール材料。
2. 少なくとも２５％乾燥重量／重量の化学的に剥離されたバーミキュライトと、
   少なくとも１５％乾燥重量／重量のタルクと
   を含む、燃料電池のためのガスケットシール材料であって、前記タルクは、１０μｍ以下の平均粒径を有する、ガスケットシール材料。
3. 前記板状充填剤は、ガスケットシール材料の少なくとも２５％乾燥重量／重量、より好ましくはガスケットシール材料の少なくとも３０％乾燥重量／重量、最も好ましくはガスケットシール材料の少なくとも４０％乾燥重量／重量で存在する、請求項１に記載のガスケットシール材料。
4. 前記タルクは、ガスケットシール材料の少なくとも２５％乾燥重量／重量、より好ましくはガスケットシール材料の少なくとも３０％乾燥重量／重量、最も好ましくはガスケットシール材料の少なくとも４０％乾燥重量／重量で存在する、請求項２に記載のガスケットシール材料。
5. 前記ＣＥＶは、ガスケットシール材料の少なくとも３０％乾燥重量／重量、より好ましくはガスケットシール材料の少なくとも３５％乾燥重量／重量、最も好ましくはガスケットシール材料の少なくとも４０％乾燥重量／重量で存在する、請求項１〜４のいずれか一項に記載のガスケットシール材料。
6. １．１ｇ／ｃｍ^３以下、例えば０．７５〜１．１ｇ／ｃｍ^３の使用前の密度を有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載のガスケットシール材料。
7. 前記ガスケットシール材料における前記板状充填剤の２５％乾燥重量／重量超、より好ましくは５０％乾燥重量／重量超、最も好ましくは７５％乾燥重量／重量超、特に前記板状充填剤の９０％乾燥重量／重量超は、２μｍを超える平均粒径を有する、請求項１、３、５又は６のいずれか一項に記載のガスケットシール材料。
8. 前記ガスケットシール材料における前記タルクの２５％乾燥重量／重量超、より好ましくは５０％乾燥重量／重量超、最も好ましくは７５％乾燥重量／重量超、特に前記タルクの９０％乾燥重量／重量超は、２μｍを超える平均粒径を有する、請求項２、４、５又は６のいずれか一項に記載のガスケットシール材料。
9. 前記板状充填剤は、２〜１０μｍ、例えば２〜６μｍ、特に３〜６μｍの平均粒径、例えば約５〜６μｍの平均粒径を有する、請求項１、３又は５〜７のいずれか一項に記載のガスケットシール材料。
10. 前記タルクは、２〜１０μｍ、例えば２〜６μｍ、特に３〜６μｍの平均粒径、例えば約５〜６μｍの平均粒径を有する、請求項２、４又は５〜７のいずれか一項に記載のガスケットシール材料。
11. 化学的に剥離されたバーミキュライトと板状充填剤／タルクとの組み合わせを９５％乾燥重量／重量超、より好ましくは９６％重量／重量超、最も好ましくは９８％重量／重量超、特に９９％重量／重量超又は約１００％重量／重量で含む、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のガスケットシール材料。
12. 前記燃料電池は、固体酸化物燃料電池（ＳＯＦＣ）又は固体酸化物電解セル（ＳＯＥＣ）である、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のガスケットシール材料。
13. 請求項１〜１２のいずれか一項に記載のガスケットシール材料を含む、燃料電池の２つの合わせ面をシールするためのガスケット。
14. 請求項１３に記載の１つ以上のガスケットを含む燃料電池又は燃料電池構成要素。
15. 請求項１〜１２のいずれか一項に記載のガスケットシール材料を含む燃料電池又は燃料電池構成要素。
16. 請求項１〜１２のいずれか一項に記載のガスケットシール材料を作製するための方法であって、前記化学的に剥離されたバーミキュライトと前記板状充填剤／タルクとを混合して、これらの混合物を形成することを含む方法。
17. 液体希釈剤は、化学的に剥離されたバーミキュライトと板状充填剤／タルクとの前記混合物中に存在する、請求項１６に記載の方法。
18. 前記液体希釈剤は、水、典型的には脱イオン水である、請求項１７に記載の方法。
19. 前記混合物は、混合後に乾燥される、請求項１７又は１８に記載の方法。
20. 請求項１３に記載のガスケットを作製する方法であって、
    請求項１〜１２のいずれか一項に記載のガスケットシール材料を作製する工程と、
    任意選択で、前記ガスケット材料を必要なガスケット形状に形成する（好ましくは切断する）工程と
    を含む方法。
21. 請求項１３に記載のガスケットを作製する方法であって、
    請求項１〜１２のいずれか一項に記載のガスケットシール材料を作製する工程と、
    シールされる前記合わせ面の１つ以上に前記ガスケットシール材料をコーティングする工程と、
    前記ガスケットシール材料でコーティングされた前記面を共に合わせる工程と、
    任意選択で、前記ガスケットを加熱する工程と
    を含む方法。
22. 請求項１３に記載のガスケットを作製する方法であって、
    請求項１〜１２のいずれか一項に記載のガスケットシール材料を作製する工程と、
    前記ガスケットシール材料を必要なガスケット形状に形成してコア層を提供する工程と、
    前記コア層の対向面の１つ又はそれぞれをコーティング層でコーティングする工程と
    を含む方法。
23. 前記コーティングは、シールされる合わせ面上への配置前又は後に前記ガスケットコア層に塗布される、請求項２２に記載の方法。
24. 前記合わせ面は、コーティング層でコーティングされ、前記ガスケットコア層は、前記コーティング層上に配置され、及び次いで更なるコーティング層は、前記コア層上にコーティングされる、請求項２３に記載の方法。
25. 燃料電池を作製する方法又は燃料電池をシールする方法であって、請求項１３に記載の少なくとも１つのガスケットを前記燃料電池に組み込むことを含む方法。
26. 燃料電池をシールするように適合されたガスケットを形成することにおける、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のガスケット材料の使用。
27. 燃料電池の１つ以上の合わせ面をシールすることにおける、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のガスケットシール材料の使用。