JP5308493B2 - 燃料電池セパレータのコーティング材及びコーティング方法、及び、燃料電池セパレータのコーティング材及びコーティング方法を用いたセルスタック - Google Patents
燃料電池セパレータのコーティング材及びコーティング方法、及び、燃料電池セパレータのコーティング材及びコーティング方法を用いたセルスタック Download PDFInfo
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Description
本発明は、燃料電池セパレータのコーティング材及びコーティング方法、及び、燃料電池セパレータのコーティング材及びコーティング方法を用いたセルスタックに係り、特に、固体酸化物型燃料電池を構成するセパレータの表面を塗装する燃料電池セパレータのコーティング材及びコーティング方法、及び、燃料電池セパレータのコーティング材及びコーティング方法を用いたセルスタックに関する。
燃料電池の一種である固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ；Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）は、６００℃〜９００℃という高温で動作する燃料電池である。また、固体酸化物型燃料電池は、構成部品が全て完全な固体であるという特徴を有し、高い発電効率が得られる燃料電池システムである。
図４に、固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）１０の発電原理を示す。図４（ａ）は、燃料が水素燃料である場合の発電原理を示し、図４（ｂ）は、燃料が一酸化炭素燃料である場合の発電原理を示す。固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）１０は、燃料として水素、一酸化炭素などを使用し、燃料極（アノード）１２、及び空気極（カソード）１３において、下記に示す電極反応が進行する型式の燃料電池１０である。
（水素燃料の場合の燃料極１２） Ｈ２＋Ｏ２−→Ｈ２Ｏ＋２ｅ
（一酸化炭素燃料の場合の燃料極１２） ＣＯ＋Ｏ２−→ＣＯ２＋２ｅ
（空気極１３） １／２Ｏ２＋２ｅ→Ｏ２−
この反応式に示されるように、空気極１３で発生した酸素イオン（Ｏ２−）が電解質２０を通過して燃料極１２へと移動する。一方、燃料極１２では、燃料である水素或いは一酸化炭素が酸素イオン（Ｏ２−）と反応して電子（２ｅ）を放出し、その電子（２ｅ）が外部回路を経由して空気極１３へと移動する。以下、本明細書においては、固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）１０の燃料については水素として説明する。
（水素燃料の場合の燃料極１２） Ｈ２＋Ｏ２−→Ｈ２Ｏ＋２ｅ
（一酸化炭素燃料の場合の燃料極１２） ＣＯ＋Ｏ２−→ＣＯ２＋２ｅ
（空気極１３） １／２Ｏ２＋２ｅ→Ｏ２−
この反応式に示されるように、空気極１３で発生した酸素イオン（Ｏ２−）が電解質２０を通過して燃料極１２へと移動する。一方、燃料極１２では、燃料である水素或いは一酸化炭素が酸素イオン（Ｏ２−）と反応して電子（２ｅ）を放出し、その電子（２ｅ）が外部回路を経由して空気極１３へと移動する。以下、本明細書においては、固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）１０の燃料については水素として説明する。
図５に、一般的な固体酸化物型燃料電池１０の単セルスタック１７の構成を斜視図で示す。固体酸化物型燃料電池１０の単セルスタック１７は、電解質２０と一対の電極である燃料極（アノード）１２及び空気極（カソード）１３とから構成されるＭＥＡセル１１、燃料極側セパレータ１４、及び空気極側セパレータ１５から構成される。そして、一個の単セルスタック１７自体は０．３Ｖ〜１．０Ｖ程度なので、必要な電圧とするために単セルスタック１７が数十枚〜数百枚重ねられ、積層されたセルスタック（図示せず）が形成される。そして、図１０に示すように、燃料極１２には燃料ガスである水素が供給され、空気極１３には酸化ガスである空気が供給される。
固体酸化物型燃料電池１０のセパレータ１４，１５は、セルスタック中の個々の単セルスタック１７間を仕切る。すなわち、図５に示す単セルスタック１７は、積層されてセルスタックを形成することから、固体酸化物型燃料電池１０のセパレータは、表面及び裏面の両面がそれぞれ燃料極１２側に面した燃料極側セパレータ１４及び空気極１３側に面した空気極セパレータ１５となり、セルスタック中の個々の単セルスタック１７間を仕切っている。これらのセパレータ１４，１５の役割は、燃料ガスと酸化ガスを分離し、燃料ガスと酸化ガスを燃料極１２及び空気極１３にそれぞれ供給して収容することである。そのため、一般的に、セパレータ１４，１５のそれぞれの表面には、溝加工により燃料ガス供給路２１及び酸化ガス供給路２２が設けられている。これらのセパレータ１４，１５には、導電性を有するコーティング材によりコーティングが施されるのが一般的である。
特許文献１には、Ｃｒを含む耐熱合金材料を用いて構成された固体酸化物型燃料電池用インターコネクタに対する導電性セラミックス材料からなる保護膜のコーティング方法が開示されている。ここでは、導電性セラミックス材料に低温焼結助剤、例えばＬｉ化合物を添加したスラリーをＣｒを含む耐熱合金材料の表面に塗布する。そして、７００℃〜９００℃において還元処理を行うと、低温焼結助剤、例えばＬｉ化合物は還元処理によりＬｉに還元される。次いで空気雰囲気中７５０℃〜８５０℃で焼成することが記載されている。
特許文献１に示すような燃料電池セパレータのコーティング材及びコーティング方法であると、７００〜９００℃での還元処理、及び７５０〜８５０℃での酸化処理などを行い初めてコーティングが終了する。このように、従来の燃料電池セパレータのコーティング材及びコーティング方法では、コーティングに大量の熱エネルギーが消費されるという問題があった。またコーティングの工程も煩雑であるという問題があった。
また、従来の燃料電池セパレータのコーティング材又はコーティング方法では、個々のセパレータのコーティングが終了しないとセパレータを燃料電池の組み立てることはできないという問題があった。
本願の目的は、かかる課題を解決し、コーティングに掛かるエネルギーを低減し、コーティングの工程を簡素化した燃料電池セパレータのコーティング材及びコーティング方法、及び、燃料電池セパレータのコーティング材及びコーティング方法を用いたセルスタックを提供することである。
上記目的を達成するため、本発明に係る燃料電池セパレータのコーティング材は、固体酸化物型燃料電池セパレータの塗装面に塗布されるコーティング材であって、導電性酸化物及び溶媒と、有機バインダーと、無機バインダーとから構成される固体酸化物型燃料電池セパレータのコーティング材において、前記有機バインダーは、溶媒を乾燥させる低温乾燥温度で硬化し、固体酸化物型燃料電池セルスタックの使用時に第１の動作温度まで加熱されることでガス化し、前記無機バインダーは、前記第１の動作温度より高い第２の動作温度まで加熱されることで溶融することを特徴とする。
上記構成により、燃料電池セパレータのコーティング材は、組み立てられたセルスタックの使用時の昇温に合わせて第１の高温範囲及び第２の高温範囲に設定することができ、コーティングに掛かるエネルギーを低減することができる。また、組み立てられたセルスタックの使用時の昇温に合わせて連続して第１の高温範囲及び第２の高温範囲に切り替えることが可能となり、コーティング工程を簡素化することができる。
また、燃料電池セパレータのコーティング材は、低温乾燥温度は、１００℃から２５０℃の範囲内であり、第１の動作温度は、５００℃から７００℃の範囲内であり、第２の動作温度は、７５０℃から９００℃の範囲内であることが好ましい。固体酸化物型燃料電池は、使用時に６００℃〜９００℃という高温で動作するため、組み立てられた固体酸化物型燃料電池のセルスタックの昇温に合わせて第１の高温範囲及び第２の高温範囲を設定できる。
また、燃料電池セパレータのコーティング材は、コーティング方法に用いられるコーティング材の導電性酸化物には、マンガン・コバルト（ＭｎＣｏ）酸化物、ニッケル・コバルト（ＮｉＣｏ）酸化物、ランタン・ストロンチウム・マンガン（ＬＳＭ）酸化物、ランタン・ストロンチウム・コバルト・鉄（ＬＳＣＦ）酸化物、ランタン・ストロンチウム・銅・鉄（ＬＳＣｕＦ）酸化物、ランタン・ストロンチウム・コバルト（ＬＳＣ）酸化物、サマリウム・ストロンチウム・コバルト（ＳＳＣ）酸化物、が含まれることが好ましい。このように、コーティング材は、被覆材及び接触材などの幅広い材料から選択できる。
また、燃料電池セパレータのコーティング材は、無機バインダーが、銀又は銀パラジウム合金であることが好ましい。
上記段落００１１、段落００１３、段落００１４、又は段落００１５に記載された固体酸化物型燃料電池セパレータのコーティング材が塗布されたセパレータを用いたセルスタックであることが好ましい。このように、本発明であるコーティング材が用いられた固体酸化物型燃料電池セパレータが用いられたセルスタックは、コーティングに掛かるエネルギーを低減し、コーティング工程を簡素化した燃料電池セパレータを備えることができる。
上記目的を達成するため、燃料電池セパレータのコーティング方法は、固体酸化物型燃料電池セパレータのコーティング方法において、導電性酸化物と溶媒とを混合したコーティング材に、少なくとも有機バインダー及び無機バインダーを添加したコーティング材をセパレータの塗装面に塗布するステップと、前記セパレータを、溶媒を乾燥させる低温乾燥温度まで加熱し、有機バインダーを硬化させてセパレータの塗装面に固着させるステップと、前記セパレータの塗装面に有機バインダーが硬化して固着したセパレータを用いて固体酸化物型燃料電池セルスタックを組み立てるステップと、組み立てられたセルスタックを使用時に第１の動作温度まで加熱し、有機バインダーをガス化させるステップと、さらに前記第１の動作温度より高い第２の動作温度まで加熱し、無機バインダーをセパレータの塗装面に溶着させ、セパレータの塗装面にコーティング層を形成させるステップと、を備えることを特徴とする。
上記構成により、燃料電池セパレータのコーティング方法は、組み立てられたセルスタックの使用時の昇温に合わせて第１の高温範囲及び第２の高温範囲に設定することができ、コーティングに掛かるエネルギーを低減することができる。また、組み立てられたセルスタックの使用時の昇温に合わせて連続して第１の高温範囲及び第２の高温範囲に切り替えることが可能となり、コーティング工程を簡素化することができる。
また、燃料電池セパレータのコーティング方法は、乾燥温度が、１００℃から２５０℃の範囲内であり、第１の動作温度は、５００℃から７００℃の範囲内であり、第２の動作温度は、７５０℃から９００℃の範囲内であることが好ましい。固体酸化物型燃料電池は、使用時に６００℃〜９００℃という高温で動作するため、組み立てられた固体酸化物型燃料電池のセルスタックの昇温に合わせて第１の高温範囲及び第２の高温範囲を設定できる。
また、燃料電池セパレータのコーティング方法は、コーティング方法に用いられるコーティング材の導電性酸化物には、マンガン・コバルト（ＭｎＣｏ）酸化物、ニッケル・コバルト（ＮｉＣｏ）酸化物、ランタン・ストロンチウム・マンガン（ＬＳＭ）酸化物、ランタン・ストロンチウム・コバルト・鉄（ＬＳＣＦ）酸化物、ランタン・ストロンチウム・銅・鉄（ＬＳＣｕＦ）酸化物、ランタン・ストロンチウム・コバルト（ＬＳＣ）酸化物、サマリウム・ストロンチウム・コバルト（ＳＳＣ）酸化物、が含まれることが好ましい。このように、コーティング材は、被覆材及び接触材などの幅広い材料から選択できる。
また、燃料電池セパレータのコーティング方法は、コーティング材に用いられる無機バインダーが、銀又は銀パラジウム合金であることが好ましい。
上記段落００１７、段落００１９、段落００２０、又は段落００２１に記載された固体酸化物型燃料電池セパレータのコーティング方法によってコーティング層が形成されたセパレータを含むセルスタックであることが好ましい。このように、本発明であるコーティング方法が用いられた固体酸化物型燃料電池セパレータが用いられたセルスタックは、コーティングに掛かるエネルギーを低減し、コーティング工程を簡素化した燃料電池セパレータを備えることができる。
以上のように、本発明に係る燃料電池セパレータのコーティング材およびコーティング方法及びコーティング方法、及び、燃料電池セパレータのコーティング材及びコーティング方法を用いたセルスタックによれば、コーティングに掛かるエネルギーを低減し、コーティング工程を簡素化した燃料電池セパレータのコーティング材およびコーティング方法及びコーティング方法、及び、燃料電池セパレータのコーティング材及びコーティング方法を用いたセルスタックを提供することができる。
（燃料電池セパレータのコーティング材）
以下に、図面を用いて本発明に係る燃料電池セパレータのコーティング材１の実施形態につき、詳細に説明する。図１に、本発明に係る燃料電池セパレータのコーティング材１の構成を示す。コーティング材１は、主原料２、溶媒３、分散剤４、無機バインダー５、及び有機バインダー６から構成される。
以下に、図面を用いて本発明に係る燃料電池セパレータのコーティング材１の実施形態につき、詳細に説明する。図１に、本発明に係る燃料電池セパレータのコーティング材１の構成を示す。コーティング材１は、主原料２、溶媒３、分散剤４、無機バインダー５、及び有機バインダー６から構成される。
コーティング材１の主原料２はマンガン・コバルト（ＭｎＣｏ）酸化物、又はニッケル・コバルト（ＮｉＣｏ）酸化物などの導電性を有する被覆材７のスピネル粒子、又はランタン・ストロンチウム・マンガン（ＬＳＭ）酸化物又はランタン・ストロンチウム・コバルト・鉄（ＬＳＣＦ）酸化物などの導電性を有する接触材８のスピネル粒子である。その他、ランタン・ストロンチウム・銅・鉄（ＬＳＣｕＦ）酸化物，ランタン・ストロンチウム・コバルト（ＬＳＣ）酸化物，サマリウム・ストロンチウム・コバルト（ＳＳＣ）酸化物などの導電性を有する接触材８のスピネル粒子がコーティング材１の主原料２として用いられる。このコーティング材１に占める主原料２の割合は略９０％である。
溶媒３は、例えば、潤滑剤であるポリメタクリレート（ＰＭＡ）又はイコサペンタエン酸（ＩＰＡ）などである。分散剤４は、スピネル粒子を液中に分散させるために加えられる。この分散剤には、例えば、ポリジメチルシロキサン（ＰＯＬＹＤＩＭＥＴＨＹＬＳＩＬＯＸＡＮＥ）及びシリカ（ＳＩＬＩＣＡ）の混合物、ポリジメチルシロキサン（ＰＯＬＹＤＩＭＥＴＨＹＬＳＩＬＯＸＡＮＥ）の水性エマルジョン（ＡＱＵＥＯＵＳ ＥＭＵＬＳＩＯＮ）などが含まれる。
無機バインダー５は、コーティング材１を高温範囲でセパレータの塗装面に溶着させるために添加されるバインダーである。この無機バインダー５は、例えば、銀又は銀パラジウム合金などが用いられる。この銀は、酸素透過性が高いという特徴を有する。また、融点が低いため溶着温度が低下するという特徴を有する。コーティング材１に占める無機バインダー５の割合は略５％である。また、有機バインダー６は、コーティング材１を低温乾燥温度においてセパレータの塗装面に固着させるために添加されるバインダーである。この有機バインダー６には、例えば、ポリビニール・ブチラール（ＰＯＬＹＶＩＮＹＬ ＢＵＴＹＲＡＬ）、ポリビニール・ブチラール（ＰＯＬＹＶＩＮＹＬ ＢＵＴＹＲＡＬ）,ビニール・アルコール（ＶＩＮＹＬ・ＡＬＣＯＨＯＬ）及びビニール・アセテート（ＶＩＮＹＬ・ＡＣＥＴＡＴＥ）の混合物などが含まれる。このコーティング材１に占める有機バインダー６の割合は略３％〜略５％である。
本実施形態では、コーティング材１は、例えば、マンガン・コバルト（ＭｎＣｏ）酸化物などのスピネル粒子である主原料２、分散剤４、無機バインダー５、及び有機バインダー６を順次混合してペースト状のコーティング材１を作成する。或いは、ペースト状のコーティング材１を、例えば、ポリメタクリレート（ＰＭＡ）又はイコサペンタエン酸（ＩＰＡ）などで希釈してスラリー状のコーティング材１を作成する。本実施形態では、このセパレータの塗装面へ塗布するコーティング材１は、スラリー状のコーティング材をスプレーにより塗布する静電塗装によるが、ペースト状のコーティング材を、例えば、シルクスクリーン、或いは刷毛塗りなどにより塗布しても良い。
本発明に係る燃料電池セパレータのコーティング材１の第１実施形態を説明する。主原料２、溶媒３を混合したコーティング材１に、低温乾燥温度で加熱されることで硬化してセパレータの塗布面に固着する有機バインダー６を添加し、ペースト状或いはスラリー状のコーティング材１とする。ここで、分散剤４を混合しても良い。そして、有機バインダー６が固着したセパレータにより燃料電池セルスタック１６を組み立てる。
これにより、燃料電池セパレータのコーティング１において、高温での還元処理や酸化処理が不要となり、低温にてコーティング材１を塗布面に固着させることができ、コーティングに掛かるエネルギーを低減することができる。また、セパレータの塗布面に有機バインダー６を固着させた状態でセパレータを燃料電池に組込むことが可能となり、コーティング工程を簡素化することができる。
次に、本発明に係る燃料電池セパレータのコーティング材１の第２実施形態を説明する。主原料２、溶媒３を混合したコーティング材１に、低温乾燥温度で加熱されることで硬化してセパレータの塗布面に固着する有機バインダー６、及び第２の高温範囲で加熱されるとセパレータの塗装面に溶着してコーティング層を形成する無機バインダー５を添加し、ペースト状或いはスラリー状のコーティング材１とする。ここで、分散剤４を混合しても良い。
そして、有機バインダー６が固着したセパレータにより燃料電池セルスタック１６を組み立てる。セパレータを燃料電池に組込んだ後に有機バインダー６を第１高温範囲で加熱してガス化させ、第２高温範囲に加熱して無機バインダー５をセパレータの塗装面に溶着させる。無機バインダー５は、第２高温範囲で加熱されるとセパレータの塗装面に溶着してコーティング層を形成する。
つまり、燃料電池セルスタック１６を組み立てる際には、セパレータには有機バインダー６を固着させておき、固体酸化物型燃料電池のセルスタックの昇温に合わせて第１高温範囲及び第２高温範囲を設定して有機バインダー６による固着を無機バインダー５による溶着に切り替える。この無機バインダー５による溶着に切り替えることで密着性のより高いコーティング層をセパレータの塗装面に形成させることができる。
なお、低温乾燥温度は略１００℃から略２５０℃の範囲内であり、第１高温範囲は略５００℃から略７００℃の範囲内であり、第２高温範囲は略７５０℃から略９００℃の範囲内である。
（燃料電池セパレータのコーティング方法）
以下に、ブロック図を用いて本発明に係る燃料電池セパレータのコーティング方法の実施形態につき、詳細に説明する。図２に、本発明に係る燃料電池セパレータの低温乾燥温度でのコーティング方法をブロック図で示す。また、図３に、本発明に係る燃料電池セパレータの高温加熱によるコーティング方法をブロック図で示す。
以下に、ブロック図を用いて本発明に係る燃料電池セパレータのコーティング方法の実施形態につき、詳細に説明する。図２に、本発明に係る燃料電池セパレータの低温乾燥温度でのコーティング方法をブロック図で示す。また、図３に、本発明に係る燃料電池セパレータの高温加熱によるコーティング方法をブロック図で示す。
図２に燃料電池セパレータの低温乾燥温度でのコーティング方法を示す。まず、溶媒３に後述する主原料２を加えて希釈したコーティング材に、少なくとも有機バインダー６を添加してセパレータの塗装面に塗布する（Ｓ１）。ここで、主原料２を分散剤４により溶液中に分散させても良い。本実施形態では、主原料２はマンガン・コバルト（ＭｎＣｏ）酸化物、又はニッケル・コバルト（ＮｉＣｏ）酸化物などの導電性被覆材のスピネル粒子を用いるが、ランタン・ストロンチウム・マンガン（ＬＳＣＦ）酸化物又はランタン・ストロンチウム・コバルト・鉄（ＬＳＣＦ）酸化物、ランタン・ストロンチウム・銅・鉄（ＬＳＣｕＦ）酸化物，ランタン・ストロンチウム・コバルト（ＬＳＣ）酸化物，サマリウム・ストロンチウム・コバルト（ＳＳＣ）酸化物などの導電性接触材のスピネル粒子を用いても良い。次に、セパレータを低温乾燥温度で加熱し、有機バインダー６を硬化させてセパレータの塗装面に固着させる（Ｓ２）。この低温乾燥温度は、略１００℃から略２５０℃の範囲内である。そして、セパレータの塗装面に有機バインダー６が硬化して固着したセパレータをパーツとして燃料電池に組込む（Ｓ３）。このように、燃料電池セパレータの低温乾燥温度でのコーティング方法は、添加された有機バインダー６によりコーティング材をセパレータの塗装面に固着させる方法である。
これにより、燃料電池セパレータのコーティングにおいて、高温での還元処理や酸化処理が不要となり、低温にてコーティング材を塗布面に固着させることができ、コーティングに掛かるエネルギーを低減することができる。また、セパレータの塗布面に有機バインダー６を固着させた状態でセパレータを燃料電池に組込むことが可能となり、コーティング工程を簡素化することができる。
図３に燃料電池セパレータの高温加熱によるコーティング方法を示す。このコーティング方法の前半は、図２のステップ（Ｓ１〜Ｓ３）とほぼ同様である。すなわち、溶媒３に主原料２を加えて希釈したコーティング材に、少なくとも有機バインダー６とともに無機バインダー５も添加してセパレータの塗装面に塗布する（Ｓ１）。本実施形態では、この無機バインダー５は銀又は銀パラジウム合金である。この銀又は銀パラジウム合金は、酸素透過性を有し、融点が低いことにより固着温度を低下させるという特徴を有する。従って、上述した特徴を有する無機バインダー５であれば銀又は銀パラジウム合金に限らずに用いることができる。次に、セパレータを低温乾燥温度で加熱し、有機バインダー６を硬化させてセパレータの塗装面に固着させる（Ｓ２）。そして、セパレータの塗装面に有機バインダー６が硬化して固着したセパレータを用いて燃料電池セルスタック１６を組み立てる（Ｓ３）。このセパレータを用いた燃料電池セルスタック１６の組立てが全て完了するまでＳ３を行い、組立てが完了すると、後半のステップへと進む（Ｓ４）。
まず、組み立てられた燃料電池セルスタック１６を使用時に第１高温範囲まで加熱し、有機バインダー６をガス化させる（Ｓ５）。つまり、セパレータの塗装面に固着した有機バインダー６は、燃料電池セルスタック１６の組立て完了までのコーティングとする。そして、組み立てられた燃料電池セルスタック１６を、さらに第２の高温範囲まで加熱し、無機バインダー５をセパレータの塗装面に溶着させ、セパレータの塗装面にコーティング層を形成させる（Ｓ６）。この無機バインダー５により密着性のより高いコーティング層をセパレータの塗装面に形成させることができる。
ここで、低温乾燥温度は略１００℃から略２５０℃の範囲内である。また、第１高温範囲は略５００℃から略７００℃の範囲内であり、第２高温範囲は略７５０℃から略９００℃の範囲内である。ここで、固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ；Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）は、６００℃〜９００℃という高温で動作する燃料電池である。従って、組み立てられた固体酸化物型燃料電池セルスタック１６の初期の使用時において、第１高温範囲から第２高温範囲へと温度上昇させることで、上述したステップ（Ｓ５及びＳ６）が昇温に合わせて実施でき、セパレータの塗装面に最終的なコーティング層が形成される。
本実施形態では、このセパレータの塗装面へのコーティング材の塗布方法は、スラリー状のコーティング材をスプレーにより塗布する静電塗装であるが、ペースト状のコーティング材を、例えば、シルクスクリーン、或いは刷毛塗りなどにより塗布しても良い。
１ （燃料電池セパレータ）のコーティング材、２ 主原料、３ 溶媒、４ 分散剤、５ 無機バインダー、６ 有機バインダー、７ 被覆材、８ 接触材、１０ （固体酸化物型）燃料電池、１１ ＭＥＡセル、１２ 空気極（カソード）、１３ 燃料極（アノード）、１４ 空気極側セパレータ、１５ 燃料極側セパレータ、１６ （燃料電池）セルスタック、１７ 単セルスタック、２０ 電解質、２１ 燃料ガス供給路、２２ 酸化ガス供給路。
Claims (9)
- 固体酸化物型燃料電池セパレータの塗装面に塗布されるコーティング材であって、導電性酸化物及び溶媒と、有機バインダーと、無機バインダーとから構成される固体酸化物型燃料電池セパレータのコーティング材において、前記有機バインダーは、溶媒を乾燥させる低温乾燥温度で硬化し、固体酸化物型燃料電池セルスタックの使用時に第１の動作温度まで加熱されることでガス化し、前記無機バインダーは、前記第１の動作温度より高い第２の動作温度まで加熱されることで溶融することを特徴とする固体酸化物型燃料電池セパレータのコーティング材。
- 請求項１に記載の固体酸化物型燃料電池セパレータのコーティング材であって、低温乾燥温度は、１００℃から２５０℃の範囲内であり、第１の動作温度は、５００℃から７００℃の範囲内であり、第２の動作温度は、７５０℃から９００℃の範囲内であることを特徴とする固体酸化物型燃料電池セパレータのコーティング材。
- 請求項１又は２に記載の固体酸化物型燃料電池セパレータのコーティング材であって、導電性酸化物には、マンガン・コバルト（ＭｎＣｏ）酸化物、ニッケル・コバルト（ＮｉＣｏ）酸化物、ランタン・ストロンチウム・マンガン（ＬＳＭ）酸化物、ランタン・ストロンチウム・コバルト・鉄（ＬＳＣＦ）酸化物、ランタン・ストロンチウム・銅・鉄（ＬＳＣｕＦ）酸化物、ランタン・ストロンチウム・コバルト（ＬＳＣ）酸化物、サマリウム・ストロンチウム・コバルト（ＳＳＣ）酸化物、が含まれることを特徴とする固体酸化物型燃料電池セパレータのコーティング材。
- 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の固体酸化物型燃料電池セパレータのコーティング材であって、無機バインダーは、銀又は銀パラジウム合金であることを特徴とする固体酸化物型燃料電池セパレータのコーティング材。
- 固体酸化物型燃料電池セパレータのコーティング方法において、
導電性酸化物と溶媒とを混合したコーティング材に、少なくとも有機バインダー及び無機バインダーを添加したコーティング材をセパレータの塗装面に塗布するステップと、
前記セパレータを、溶媒を乾燥させる低温乾燥温度まで加熱し、有機バインダーを硬化させてセパレータの塗装面に固着させるステップと、
前記セパレータの塗装面に有機バインダーが硬化して固着したセパレータを用いて固体酸化物型燃料電池セルスタックを組み立てるステップと、
組み立てられたセルスタックを使用時に第１の動作温度まで加熱し、有機バインダーをガス化させるステップと、
さらに前記第１の動作温度より高い第２の動作温度まで加熱し、無機バインダーをセパレータの塗装面に溶着させ、セパレータの塗装面にコーティング層を形成させるステップと、
を備えることを特徴とする固体酸化物型燃料電池セパレータのコーティング方法。 - 請求項５に記載の固体酸化物型燃料電池セパレータのコーティング方法であって、低温乾燥温度は、１００℃から２５０℃の範囲内であり、第１の動作温度は、５００℃から７００℃の範囲内であり、第２の動作温度は、７５０℃から９００℃の範囲内であることを特徴とする固体酸化物型燃料電池セパレータのコーティング方法。
- 請求項５又は６に記載の固体酸化物型燃料電池セパレータのコーティング方法であって、コーティング方法に用いられるコーティング材の導電性酸化物には、マンガン・コバルト（ＭｎＣｏ）酸化物、ニッケル・コバルト（ＮｉＣｏ）酸化物、ランタン・ストロンチウム・マンガン（ＬＳＭ）酸化物、ランタン・ストロンチウム・コバルト・鉄（ＬＳＣＦ）酸化物、ランタン・ストロンチウム・銅・鉄（ＬＳＣｕＦ）酸化物、ランタン・ストロンチウム・コバルト（ＬＳＣ）酸化物、サマリウム・ストロンチウム・コバルト（ＳＳＣ）酸化物、が含まれることを特徴とする固体酸化物型燃料電池セパレータのコーティング方法。
- 請求項５乃至７のいずれか１項に記載の固体酸化物型燃料電池セパレータのコーティング方法であって、コーティング材に用いられる無機バインダーは、銀又は銀パラジウム合金であることを特徴とする固体酸化物型燃料電池セパレータのコーティング方法。
- 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の固体酸化物型燃料電池セパレータのコーティング材が塗布されたセパレータを用いたセルスタック、又は、請求項５乃至８のいずれか１項に記載の固体酸化物型燃料電池セパレータのコーティング方法によってコーティング層が形成されたセパレータを含むセルスタック。
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