JP6519861B2

JP6519861B2 - スプレー塗布用スラリー

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Publication number: JP6519861B2
Application number: JP2015071162A
Authority: JP
Inventors: 欣宏神谷
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2015-03-31
Filing date: 2015-03-31
Publication date: 2019-05-29
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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。

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。

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_２Ｏ_３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。

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_２Ｏ_４（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。

特開２０１１−９９１５９号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。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。ＢＣＡの添加割合を変えた乾燥塗膜の表面観察写真である。有機溶媒量を変えた乾燥塗膜の表面観察写真である。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。ＳＯＦＣ用のインターコネクタの断面模式図である。セルスタックの一例を示す斜視図である。

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Ｃ_１０Ｈ_２０Ｏ_４（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。

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_２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（Ｏ^２−）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。

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_２→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_２→Ｈ_２Ｏ）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。

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。

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。

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。

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。

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。

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：Ｃ_６Ｈ_１２Ｏ_２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。

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。

セラミック粉末の原料としては、Ｍｎ_３Ｏ_４、Ｃｏ_３Ｏ_４、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）_２Ｏ_４、Ｍｎ_１．５（Ｃｏ・Ｃｕ）_１．５Ｏ_４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。

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）_２Ｏ_４、Ｍｎ_１．５（Ｃｏ・Ｃｕ）_１．５Ｏ_４等のスピネル系のコーティング層とする場合、Ｍｎ_３Ｏ_４、Ｃｏ_３Ｏ_４、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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）_２Ｏ_４、Ｍｎ_１．５（Ｃｏ・Ｃｕ）_１．５Ｏ_４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。

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。

[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。

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。

（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_３Ｏ_４、Ｃｏ_３Ｏ_４、ＣｕＯを用い、Ｍｎ_１．５Ｃｏ_１．１Ｃｕ_９，４Ｏ_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。

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。

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。

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。

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。

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Ｍｎ_１．５Ｃｏ_１．１Ｃｕ_０．４Ｏ_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。

（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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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Ｍｎ_１．５Ｃｏ_１．１Ｃｕ_０．４Ｏ_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。

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。

（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。

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Ｍｎ_１．５Ｃｏ_１．１Ｃｕ_０．４Ｏ_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。

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。

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

Claims

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。
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。