JPH04342439A - 固体電解質型燃料電池用封着材および封着方法 - Google Patents
固体電解質型燃料電池用封着材および封着方法Info
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- JPH04342439A JPH04342439A JP3111711A JP11171191A JPH04342439A JP H04342439 A JPH04342439 A JP H04342439A JP 3111711 A JP3111711 A JP 3111711A JP 11171191 A JP11171191 A JP 11171191A JP H04342439 A JPH04342439 A JP H04342439A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
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- Y02E60/50—Fuel cells
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は固体電解質型燃料電池用
封着材およびその封着方法に関するものである。更に詳
しく述べるならば本発明は、固体電解質型燃料電池の本
体ユニットにガス通路用マニホールドを比較的低温で溶
融封着することができ、かつ燃料電池の使用温度に耐え
る封着部を形成することのできる封着材、および封着方
法に関するものである。
封着材およびその封着方法に関するものである。更に詳
しく述べるならば本発明は、固体電解質型燃料電池の本
体ユニットにガス通路用マニホールドを比較的低温で溶
融封着することができ、かつ燃料電池の使用温度に耐え
る封着部を形成することのできる封着材、および封着方
法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、固型電解質型燃料電池、例えば、
順次に積層された、（Ｌａ， Ｓｒ）ＭｎＯ３製空気電
極層、８モル％ Ｙ２Ｏ３−ＺｒＯ２製固体電解質層お
よびＮｉ／ＺｒＯ２サーメット製燃料電極層からなる単
電池、並びに、前記単電池をＬａ（Ｃｒ， Ｍｇ）Ｏ３
製セパレータにより電気的に接続して構成される燃料電
池の開発が活発に行われている。
順次に積層された、（Ｌａ， Ｓｒ）ＭｎＯ３製空気電
極層、８モル％ Ｙ２Ｏ３−ＺｒＯ２製固体電解質層お
よびＮｉ／ＺｒＯ２サーメット製燃料電極層からなる単
電池、並びに、前記単電池をＬａ（Ｃｒ， Ｍｇ）Ｏ３
製セパレータにより電気的に接続して構成される燃料電
池の開発が活発に行われている。
【０００３】固体電解質型燃料電池は、他の方式の燃料
電池に比較して効率、および耐久性においてすぐれてい
るが、その実用温度が１０００〜１０５０℃という高温
であり、かつ燃料電極側は還元性雰囲気を形成するが空
気電極側は酸性雰囲気を形成するなど、その使用条件は
極めて苛酷であり、このため固体電解質型燃料電池の実
用化の達成のためには、解決すべき多数の問題点がある
。
電池に比較して効率、および耐久性においてすぐれてい
るが、その実用温度が１０００〜１０５０℃という高温
であり、かつ燃料電極側は還元性雰囲気を形成するが空
気電極側は酸性雰囲気を形成するなど、その使用条件は
極めて苛酷であり、このため固体電解質型燃料電池の実
用化の達成のためには、解決すべき多数の問題点がある
。
【０００４】固体電解質型燃料電池として、図１に示さ
れているように、多孔質管状支持層１、の外側に管状空
気電極層２、その外側に一部を帯状に開口するようにし
て管状固体電解質層３、更にその外側に、管状燃料電極
層４及び管状空気電極層２の開口部上に帯状インタコネ
クタ５を順次に配置した円筒型燃料電池が知られている
。この円筒型燃料電池においては、多孔質管状支持層１
の中空部から矢印６の方向に空気が供給され、管状燃料
電極層４の外側に矢印７の方向に燃料ガスが供給される
。このような円筒型燃料電池は、これを１ユニットとし
て多段化する場合、空間利用効率が低いという問題点を
有している。
れているように、多孔質管状支持層１、の外側に管状空
気電極層２、その外側に一部を帯状に開口するようにし
て管状固体電解質層３、更にその外側に、管状燃料電極
層４及び管状空気電極層２の開口部上に帯状インタコネ
クタ５を順次に配置した円筒型燃料電池が知られている
。この円筒型燃料電池においては、多孔質管状支持層１
の中空部から矢印６の方向に空気が供給され、管状燃料
電極層４の外側に矢印７の方向に燃料ガスが供給される
。このような円筒型燃料電池は、これを１ユニットとし
て多段化する場合、空間利用効率が低いという問題点を
有している。
【０００５】この問題点を解決するために、空気電極層
、固体電解質層、および燃料電極層をそれぞれ平板状に
形成し、これを積層して構成された平板状・固体電解質
型燃料電池が提案されている。平板状・固体電解質型燃
料電池の本体は、後に詳しく説明するように、１個の単
電池、又は２個以上の単電池の積層体からなるものであ
って、各単電池は、１対のセパレータの間に挟持され、
かつ順次に積層された、平板状空気電極層、平板状固体
電解質層および燃料電極層からなるものである。
、固体電解質層、および燃料電極層をそれぞれ平板状に
形成し、これを積層して構成された平板状・固体電解質
型燃料電池が提案されている。平板状・固体電解質型燃
料電池の本体は、後に詳しく説明するように、１個の単
電池、又は２個以上の単電池の積層体からなるものであ
って、各単電池は、１対のセパレータの間に挟持され、
かつ順次に積層された、平板状空気電極層、平板状固体
電解質層および燃料電極層からなるものである。
【０００６】上記のような平板状・固体電解質型燃料電
池においては、その単電池の各々に、ガス（燃料ガス、
又は酸素含有ガス （空気））を供給、又は排出するた
めのマニホールドを封着材により密封・連結して、これ
らを一体化する必要がある。この密封・連結方法として
、従来、ロー付け法、および拡散接合法などが知られて
いたが、これらの密封・連結に際して解決すべき多くの
問題点があった。
池においては、その単電池の各々に、ガス（燃料ガス、
又は酸素含有ガス （空気））を供給、又は排出するた
めのマニホールドを封着材により密封・連結して、これ
らを一体化する必要がある。この密封・連結方法として
、従来、ロー付け法、および拡散接合法などが知られて
いたが、これらの密封・連結に際して解決すべき多くの
問題点があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】固体電解質型燃料電池
は、一般に１０００℃〜１０５０℃の高温における酸化
・還元反応を利用するものである。通常使用温度が１０
００℃〜１０５０℃の場合、この使用条件下において、
溶融、変質、劣化などを生じることのない封着部を形成
するためには、上記温度よりかなり高い温度、例えば１
５００℃の温度で溶融封着されるような高温封着材の使
用が必要であると考えられていた。
は、一般に１０００℃〜１０５０℃の高温における酸化
・還元反応を利用するものである。通常使用温度が１０
００℃〜１０５０℃の場合、この使用条件下において、
溶融、変質、劣化などを生じることのない封着部を形成
するためには、上記温度よりかなり高い温度、例えば１
５００℃の温度で溶融封着されるような高温封着材の使
用が必要であると考えられていた。
【０００８】しかしながら、燃料電池単電池を、その封
着のために、上記のような高温に加熱すると、空気電極
層を形成している材料（Ｌａ， Ｓｒ）ＭｎＯ３が焼結
されて収縮し、空気の流通透過が困難になり、特に、１
１５０℃以上の温度に加熱されると、空気電極層形成材
は、固体電解質層形成材料（８モル％Ｙ２Ｏ３−ＺｒＯ
２）と固相反応して電気的不良導体を形成してしまうと
いう問題点を生ずる。
着のために、上記のような高温に加熱すると、空気電極
層を形成している材料（Ｌａ， Ｓｒ）ＭｎＯ３が焼結
されて収縮し、空気の流通透過が困難になり、特に、１
１５０℃以上の温度に加熱されると、空気電極層形成材
は、固体電解質層形成材料（８モル％Ｙ２Ｏ３−ＺｒＯ
２）と固相反応して電気的不良導体を形成してしまうと
いう問題点を生ずる。
【０００９】従って、封着材は、燃料電池構成要素を変
質させることのない比較的低温で、封着することが可能
であり、しかも、封着後は、燃料電池の使用温度におい
て、溶融或は変質劣化することがなく、しかも、封着す
べき材料の熱膨張により破損することのないものでなけ
ればならない。更に、封着材は、封着すべき材料に対し
て良好な接着性を有し、かつ完全に気密であってガスの
流通をしゃ断するとともに良好な電気的絶縁性を有する
封着部を形成するものでなければならない。
質させることのない比較的低温で、封着することが可能
であり、しかも、封着後は、燃料電池の使用温度におい
て、溶融或は変質劣化することがなく、しかも、封着す
べき材料の熱膨張により破損することのないものでなけ
ればならない。更に、封着材は、封着すべき材料に対し
て良好な接着性を有し、かつ完全に気密であってガスの
流通をしゃ断するとともに良好な電気的絶縁性を有する
封着部を形成するものでなければならない。
【００１０】しかしながら上記の要件のすべてを満足す
ることのできる封着材は未だ提供されていなかった。
ることのできる封着材は未だ提供されていなかった。
【００１１】本発明は固体電解質型燃料電池に対し、そ
の単電池を、その材質、性能に悪影響を及ぼすことのな
い比較的低温においてガス通路用マニホールドに密封連
結することができ、その封着部が前記燃料電池の使用条
件において溶融、又は変質劣化或は破損することがなく
、封着すべき材料に対しすぐれた接着性を有し、更に、
完全に気密であってガスの流通をしゃ断するとともにす
ぐれた電気絶縁性を有する封着部を形成することのでき
る封着材、および封着方法を提供しようとするものであ
る。
の単電池を、その材質、性能に悪影響を及ぼすことのな
い比較的低温においてガス通路用マニホールドに密封連
結することができ、その封着部が前記燃料電池の使用条
件において溶融、又は変質劣化或は破損することがなく
、封着すべき材料に対しすぐれた接着性を有し、更に、
完全に気密であってガスの流通をしゃ断するとともにす
ぐれた電気絶縁性を有する封着部を形成することのでき
る封着材、および封着方法を提供しようとするものであ
る。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は比較的低いガラ
ス軟化温度を有する特定組成のアルミノ珪酸ガラス薄膜
と、比較的高いガラス軟化温度を有する特定組成の高シ
リカガラス薄膜との積層体からなる封着材を用いること
により上記課題の解決に成功したものである。
ス軟化温度を有する特定組成のアルミノ珪酸ガラス薄膜
と、比較的高いガラス軟化温度を有する特定組成の高シ
リカガラス薄膜との積層体からなる封着材を用いること
により上記課題の解決に成功したものである。
【００１３】すなわち本発明の固体電解質型燃料電池用
封着材は、固体電解質型燃料電池の本体部にガス通路用
マニホールドを密封連結するための封着材であって、下
記要素： （Ａ）シリカと、アルミナとを含み、かつ、 ７７０℃
〜 ９５０℃のガラス軟化温度を有するアルミノ珪酸ガ
ラスからなる少なくとも１枚の低軟化点ガラス薄膜と、
および（Ｂ）シリカと、アルミナとを含み、かつ１４５
０℃〜１５５０℃のガラス軟化温度を有する高シリカガ
ラスからなる少なくとも１枚の高軟化点ガラス薄膜と、
の積層体からなることを特徴とするものである。上記の
固体電解質型燃料電池用封着剤において、低軟化点ガラ
ス薄膜のアルミノ珪酸は、５２〜５８重量％のシリカと
、２０〜２２重量％のアルミナとを含むことが好ましく
、また、高軟化点ガラス薄膜の高シリカガラスは、９４
〜９８重量％のシリカと、０．２〜０．８重量％のアル
ミナとを含むことが好ましく、更に、低軟化点ガラス薄
膜の合計膜厚さの、高軟化点ガラス薄膜の合計膜厚さに
対する比は、５０：５０〜３５：６５の範囲内にあるこ
とが好ましい。
封着材は、固体電解質型燃料電池の本体部にガス通路用
マニホールドを密封連結するための封着材であって、下
記要素： （Ａ）シリカと、アルミナとを含み、かつ、 ７７０℃
〜 ９５０℃のガラス軟化温度を有するアルミノ珪酸ガ
ラスからなる少なくとも１枚の低軟化点ガラス薄膜と、
および（Ｂ）シリカと、アルミナとを含み、かつ１４５
０℃〜１５５０℃のガラス軟化温度を有する高シリカガ
ラスからなる少なくとも１枚の高軟化点ガラス薄膜と、
の積層体からなることを特徴とするものである。上記の
固体電解質型燃料電池用封着剤において、低軟化点ガラ
ス薄膜のアルミノ珪酸は、５２〜５８重量％のシリカと
、２０〜２２重量％のアルミナとを含むことが好ましく
、また、高軟化点ガラス薄膜の高シリカガラスは、９４
〜９８重量％のシリカと、０．２〜０．８重量％のアル
ミナとを含むことが好ましく、更に、低軟化点ガラス薄
膜の合計膜厚さの、高軟化点ガラス薄膜の合計膜厚さに
対する比は、５０：５０〜３５：６５の範囲内にあるこ
とが好ましい。
【００１４】また、本発明の固体電解質型燃料電池の封
着方法は、順次に積層された燃料電極層、固体電解質層
、および空気電極層、並びにセパレーターを含んでなる
少なくとも１層の固体電解質型燃料電池単電池の各々に
、ガス通路用マニホールドを密封連結するために、前記
電池単電池と、前記マニホールドとの接合部を、封着材
を軟化させながら封着し、この軟化封着部を冷却固化す
る方法であって、前記封着材が、下記要素：（Ａ）シリ
カと、アルミナとを含み、かつ、 ７７０℃〜 ９５０
℃のガラス軟化温度を有するアルミノ珪酸ガラスからな
る少なくとも１枚の低軟化点ガラス薄膜と、および（Ｂ
）シリカと、アルミナとを含み、かつ１４５０℃〜１５
５０℃のガラス軟化温度を有する高シリカガラスからな
る少なくとも１枚の高軟化点ガラス薄膜との積層物から
なり、そして前記軟化封着操作が１０００℃〜１１５０
℃の温度において行われる、ことを特徴とするものであ
る。上記の固体電解質型燃料電池の封着方法において、
低軟化点ガラス薄膜のアルミノ珪酸は、５２〜５８重量
％のシリカと、２０〜２２重量％のアルミナとを含むこ
とが好ましく、また、高軟化点ガラス薄膜の高シリカガ
ラスは、９４〜９８重量％のシリカと、０．２〜０．８
重量％のアルミナとを含むことが好ましく、更に、低軟
化点ガラス薄膜の合計膜厚さの、高軟化点ガラス薄膜の
合計膜厚さに対する比は、５０：５０〜３５：６５の範
囲内にあることが好ましい。
着方法は、順次に積層された燃料電極層、固体電解質層
、および空気電極層、並びにセパレーターを含んでなる
少なくとも１層の固体電解質型燃料電池単電池の各々に
、ガス通路用マニホールドを密封連結するために、前記
電池単電池と、前記マニホールドとの接合部を、封着材
を軟化させながら封着し、この軟化封着部を冷却固化す
る方法であって、前記封着材が、下記要素：（Ａ）シリ
カと、アルミナとを含み、かつ、 ７７０℃〜 ９５０
℃のガラス軟化温度を有するアルミノ珪酸ガラスからな
る少なくとも１枚の低軟化点ガラス薄膜と、および（Ｂ
）シリカと、アルミナとを含み、かつ１４５０℃〜１５
５０℃のガラス軟化温度を有する高シリカガラスからな
る少なくとも１枚の高軟化点ガラス薄膜との積層物から
なり、そして前記軟化封着操作が１０００℃〜１１５０
℃の温度において行われる、ことを特徴とするものであ
る。上記の固体電解質型燃料電池の封着方法において、
低軟化点ガラス薄膜のアルミノ珪酸は、５２〜５８重量
％のシリカと、２０〜２２重量％のアルミナとを含むこ
とが好ましく、また、高軟化点ガラス薄膜の高シリカガ
ラスは、９４〜９８重量％のシリカと、０．２〜０．８
重量％のアルミナとを含むことが好ましく、更に、低軟
化点ガラス薄膜の合計膜厚さの、高軟化点ガラス薄膜の
合計膜厚さに対する比は、５０：５０〜３５：６５の範
囲内にあることが好ましい。
【００１５】
【作用】図２には、本発明の封着材および封着方法を適
用する平板状・固体電解質型燃料電池単電池の構成が示
されている。すなわち、図２において、１対の平板状セ
パレーター８の間に平板状空気電極層９、平板状固体電
解質層１０および平板状燃料電極層１１が順次に積層合
体されて、平板状燃料電池本体ユニットを形成している
。この平板状空気電極層９および平板状燃料電極層１１
は、それぞれ矢印１２、および１３の方向に伸びる溝を
有していて、この溝に沿って矢印の方向に空気、又は燃
料ガスを流すことができる。
用する平板状・固体電解質型燃料電池単電池の構成が示
されている。すなわち、図２において、１対の平板状セ
パレーター８の間に平板状空気電極層９、平板状固体電
解質層１０および平板状燃料電極層１１が順次に積層合
体されて、平板状燃料電池本体ユニットを形成している
。この平板状空気電極層９および平板状燃料電極層１１
は、それぞれ矢印１２、および１３の方向に伸びる溝を
有していて、この溝に沿って矢印の方向に空気、又は燃
料ガスを流すことができる。
【００１６】空気電極層は例えば（Ｌａ， Ｓｒ）Ｍｎ
Ｏ３により形成され、固体電解質層は、８モル％Ｙ２Ｏ
３−ＺｒＯ２系材料により形成され、燃料電極層は、
Ｎｉ−ＺｒＯ２材料により形成され、セパレーター層は
、 Ｌａ（Ｃｒ・Ｍｇ）Ｏ３ 材料により形成される。
Ｏ３により形成され、固体電解質層は、８モル％Ｙ２Ｏ
３−ＺｒＯ２系材料により形成され、燃料電極層は、
Ｎｉ−ＺｒＯ２材料により形成され、セパレーター層は
、 Ｌａ（Ｃｒ・Ｍｇ）Ｏ３ 材料により形成される。
【００１７】これらの層は平板状に一体に積層され、そ
のガス通路（燃用供給通路、燃料排出通路、空気供給通
路、および空気排出通路）を形成するために、単電池の
各側面にマニホールドが封着される。図３において、燃
料電池単電池１４は、順次に積層合体されたセパレータ
ー８ａ、燃料電極層１１、固体電解質層１０、空気電極
層９およびセパレーター８ｂにより構成され、その４側
面のうち側面Ａは、空気供給面であって空気供給マニホ
ールド（図示されていない）に連結され、側面Ｂは燃料
ガス供給面であって燃料ガス供給マニホールド（図示さ
れていない）に連結され、側面Ｃは燃料ガス排出面であ
って燃料ガス排出マニホールド１５ａに連結され、側面
Ｄは、空気排出面であって空気排出マニホールド１５ｂ
に連結されている。図３において１個の燃料電池単電池
と、それに連結されたマニホールドだけが図示されてい
るが、２個以上の単電池の積層体に対し上記のようにガ
ス通路用マニホールドが連絡されていてもよい。
のガス通路（燃用供給通路、燃料排出通路、空気供給通
路、および空気排出通路）を形成するために、単電池の
各側面にマニホールドが封着される。図３において、燃
料電池単電池１４は、順次に積層合体されたセパレータ
ー８ａ、燃料電極層１１、固体電解質層１０、空気電極
層９およびセパレーター８ｂにより構成され、その４側
面のうち側面Ａは、空気供給面であって空気供給マニホ
ールド（図示されていない）に連結され、側面Ｂは燃料
ガス供給面であって燃料ガス供給マニホールド（図示さ
れていない）に連結され、側面Ｃは燃料ガス排出面であ
って燃料ガス排出マニホールド１５ａに連結され、側面
Ｄは、空気排出面であって空気排出マニホールド１５ｂ
に連結されている。図３において１個の燃料電池単電池
と、それに連結されたマニホールドだけが図示されてい
るが、２個以上の単電池の積層体に対し上記のようにガ
ス通路用マニホールドが連絡されていてもよい。
【００１８】各燃料電池単電池と、マニホールドとが、
本発明の封着材を用い、本発明の封着方法により密封連
結される。
本発明の封着材を用い、本発明の封着方法により密封連
結される。
【００１９】本発明の封着材は、シリカ（好ましくは５
２〜５８重量％）と、アルミナ（好ましくは２０〜２２
重量％）を含み、かつ ７７０℃〜 ９５０℃、例えば
８７０℃、のガラス軟化温度を有するアルミノ珪酸ガ
ラスからなる少なくとも１枚の低軟化点ガラス薄膜（Ａ
）と、シリカ（好ましくは９４〜９８重量％）と、アル
ミナ（好ましくは０．２〜０．８重量％）とを含み、か
つ１４５０℃〜１５５０℃、例えば１５３０℃のガラス
軟化温度を有する高シリカガラスからなる少なくとも１
枚の高軟化点ガラス薄膜（Ｂ）とを積層したものである
。また、低軟化点ガラス薄膜（Ａ）の合計膜厚さの、高
軟化点ガラス薄膜（Ｂ）の合計膜厚さに対する比は、５
０：５０〜３５：６５であることが好ましく、４０：６
０〜３５：６５であることがより好ましい。
２〜５８重量％）と、アルミナ（好ましくは２０〜２２
重量％）を含み、かつ ７７０℃〜 ９５０℃、例えば
８７０℃、のガラス軟化温度を有するアルミノ珪酸ガ
ラスからなる少なくとも１枚の低軟化点ガラス薄膜（Ａ
）と、シリカ（好ましくは９４〜９８重量％）と、アル
ミナ（好ましくは０．２〜０．８重量％）とを含み、か
つ１４５０℃〜１５５０℃、例えば１５３０℃のガラス
軟化温度を有する高シリカガラスからなる少なくとも１
枚の高軟化点ガラス薄膜（Ｂ）とを積層したものである
。また、低軟化点ガラス薄膜（Ａ）の合計膜厚さの、高
軟化点ガラス薄膜（Ｂ）の合計膜厚さに対する比は、５
０：５０〜３５：６５であることが好ましく、４０：６
０〜３５：６５であることがより好ましい。
【００２０】上述のように低軟化点ガラス薄膜（Ａ）と
、高軟化点ガラス薄膜（Ｂ）とを積層して得られる封着
材を用いてこれに１０００℃〜１１５０℃の加熱封着操
作を施すとその初期段階において先づ低軟化点ガラス薄
膜が軟化（溶融）し、封着部分を濡らしてこれを封着し
、かつ軟化（溶融）した低軟化点ガラス中に、高軟化点
ガラス薄膜が浸漬されることになり、やがて、低軟化点
ガラスと高軟化点ガラスとは互に溶解混合合体して１０
５０℃より高く１１５０℃未満の軟化温度を有するガラ
スに変化する。
、高軟化点ガラス薄膜（Ｂ）とを積層して得られる封着
材を用いてこれに１０００℃〜１１５０℃の加熱封着操
作を施すとその初期段階において先づ低軟化点ガラス薄
膜が軟化（溶融）し、封着部分を濡らしてこれを封着し
、かつ軟化（溶融）した低軟化点ガラス中に、高軟化点
ガラス薄膜が浸漬されることになり、やがて、低軟化点
ガラスと高軟化点ガラスとは互に溶解混合合体して１０
５０℃より高く１１５０℃未満の軟化温度を有するガラ
スに変化する。
【００２１】この軟化温度は燃料電池の使用温度約１０
００℃〜１０５０℃より高く、従って、燃料電池の使用
温度において、封着部が軟化又は溶融することがない。 このような封着部を構成するガラスの組成は、低軟化点
ガラス薄膜（Ａ）と高軟化点ガラス薄膜（Ｂ）の組成お
よび重量比によって定まり、一般に７９．２〜８１．３
重量％のシリカ（ＳｉＯ２）および７．６〜８．６重量
％のアルミナ（Ａｌ２Ｏ３） を含有するものであるこ
とが好ましい。
００℃〜１０５０℃より高く、従って、燃料電池の使用
温度において、封着部が軟化又は溶融することがない。 このような封着部を構成するガラスの組成は、低軟化点
ガラス薄膜（Ａ）と高軟化点ガラス薄膜（Ｂ）の組成お
よび重量比によって定まり、一般に７９．２〜８１．３
重量％のシリカ（ＳｉＯ２）および７．６〜８．６重量
％のアルミナ（Ａｌ２Ｏ３） を含有するものであるこ
とが好ましい。
【００２２】低軟化点ガラス薄膜は、５〜 １００μｍ
の膜厚さを有することが好ましく、また高軟化点ガラス
薄膜の膜厚さは５〜 １２０μｍの範囲内にあることが
好ましい。また、低軟化点ガラス薄膜の、高軟化点ガラ
ス薄膜に対する合計膜厚さ比（（Ａ） ／（Ｂ））は前
述のように５０：５０〜３５：６５であることが好まし
く、４０：６０〜３５：６５であることがより好ましい
。この合計膜厚さ比（（Ａ） ／ （Ｂ））が５０／５
０より大きくなると、封着操作により形成される封着ガ
ラス部軟化点が１０００℃より低くなり、従って燃料電
池の使用温度において封着ガラス部が軟化・溶融すると
いう不都合を生ずることがある。また、前記膜厚さ比（
（Ａ） ／ （Ｂ））が３５／６５未満であると、封着
操作に要する温度が１１５０℃より高くなり、このよう
な封着温度では、燃料電池の構成要素、特に空気電極層
（（Ｌａ・Ｓｒ）ＭｎＯ３）が焼結・収縮し、かつ固体
電解質（安定化ジルコニア）と固相反応してその特性を
変化させるという不都合を生ずることがある。
の膜厚さを有することが好ましく、また高軟化点ガラス
薄膜の膜厚さは５〜 １２０μｍの範囲内にあることが
好ましい。また、低軟化点ガラス薄膜の、高軟化点ガラ
ス薄膜に対する合計膜厚さ比（（Ａ） ／（Ｂ））は前
述のように５０：５０〜３５：６５であることが好まし
く、４０：６０〜３５：６５であることがより好ましい
。この合計膜厚さ比（（Ａ） ／ （Ｂ））が５０／５
０より大きくなると、封着操作により形成される封着ガ
ラス部軟化点が１０００℃より低くなり、従って燃料電
池の使用温度において封着ガラス部が軟化・溶融すると
いう不都合を生ずることがある。また、前記膜厚さ比（
（Ａ） ／ （Ｂ））が３５／６５未満であると、封着
操作に要する温度が１１５０℃より高くなり、このよう
な封着温度では、燃料電池の構成要素、特に空気電極層
（（Ｌａ・Ｓｒ）ＭｎＯ３）が焼結・収縮し、かつ固体
電解質（安定化ジルコニア）と固相反応してその特性を
変化させるという不都合を生ずることがある。
【００２３】本発明方法において、軟化封着操作は１０
００℃〜１１５０℃の温度において行われる。この封着
温度が１０００℃未満の場合、低・および高軟化点ガラ
ス薄膜の軟化混合合体が十分に行われず、所望の組成と
、軟化温度を有する均質なガラス封着部を形成すること
ができない。 また、封着温度が１１５０℃をこえて高くなると、前述
のように燃料電池の構成要素、特に空気電極層が焼結・
収縮し、かつ、固体電解質（安定化ジルコニア）と固相
反応を生じて、その結果その性能が低下する。
００℃〜１１５０℃の温度において行われる。この封着
温度が１０００℃未満の場合、低・および高軟化点ガラ
ス薄膜の軟化混合合体が十分に行われず、所望の組成と
、軟化温度を有する均質なガラス封着部を形成すること
ができない。 また、封着温度が１１５０℃をこえて高くなると、前述
のように燃料電池の構成要素、特に空気電極層が焼結・
収縮し、かつ、固体電解質（安定化ジルコニア）と固相
反応を生じて、その結果その性能が低下する。
【００２４】本発明方法において、燃料電池本体の封着
すべき部分と、マニホールドの封着部とを突き合わせ、
これに、所定寸法に切断した本発明の封着材を、その低
軟化点ガラス薄膜部が、前記突き合わせ部に接するよう
に配置し、この封着材を、適宜の加熱手段、例えばＮ２
雰囲気電気炉などにより加熱して、封着材中の低・お
よび高軟化点ガラス薄膜層の軟化混合一体化、および封
着を施し、次にこれを冷却固化してガラス封着部を形成
する。
すべき部分と、マニホールドの封着部とを突き合わせ、
これに、所定寸法に切断した本発明の封着材を、その低
軟化点ガラス薄膜部が、前記突き合わせ部に接するよう
に配置し、この封着材を、適宜の加熱手段、例えばＮ２
雰囲気電気炉などにより加熱して、封着材中の低・お
よび高軟化点ガラス薄膜層の軟化混合一体化、および封
着を施し、次にこれを冷却固化してガラス封着部を形成
する。
【００２５】
本発明を下記実施例により具体的に説明する。
実施例１および２、並びに比較例１〜３（１）低軟化点
ガラス薄膜の製造 ５４重量％のＳｉＯ２、２１重量％のＡｌ２Ｏ３ 、お
よび残余量のＮａＯ， ＣａＯおよびその他の酸化物を
含むアルミノ珪酸ガラス（ガラス軟化点： ８７０℃）
から表１記載の膜厚さを有する低軟化点ガラス薄膜を製
造した。
ガラス薄膜の製造 ５４重量％のＳｉＯ２、２１重量％のＡｌ２Ｏ３ 、お
よび残余量のＮａＯ， ＣａＯおよびその他の酸化物を
含むアルミノ珪酸ガラス（ガラス軟化点： ８７０℃）
から表１記載の膜厚さを有する低軟化点ガラス薄膜を製
造した。
【００２６】（２）高軟化点ガラス薄膜の製造９８重量
％のＳｉＯ２と、０．４重量％のＡｌ２Ｏ３ と残余量
のＮａＯ， ＣａＯおよびその他の酸化物を含む、高シ
リカガラス（ガラス軟化点：１５３０℃以上）から表１
記載の膜厚さを有する高軟化点ガラス薄膜を作成した。
％のＳｉＯ２と、０．４重量％のＡｌ２Ｏ３ と残余量
のＮａＯ， ＣａＯおよびその他の酸化物を含む、高シ
リカガラス（ガラス軟化点：１５３０℃以上）から表１
記載の膜厚さを有する高軟化点ガラス薄膜を作成した。
【００２７】（３）封着材の作成
１枚の前記低軟化点ガラス薄膜と、１枚の前記高軟化点
ガラス薄膜とを積層して、封着材を形成した。
ガラス薄膜とを積層して、封着材を形成した。
【００２８】上記封着材を、２枚のイットリア安定化ジ
ルコニア膜 （固体電解質）（厚さ１５０μｍ）の間に
はさみ、これを、昇温速度２０℃／分で１１００℃迄加
熱し、この温度に１０００分間保持して、前記２枚の固
体電解質膜体の封着を行い、これを常温迄冷却した。得
られた封着物の接合状態を観察評価した。
ルコニア膜 （固体電解質）（厚さ１５０μｍ）の間に
はさみ、これを、昇温速度２０℃／分で１１００℃迄加
熱し、この温度に１０００分間保持して、前記２枚の固
体電解質膜体の封着を行い、これを常温迄冷却した。得
られた封着物の接合状態を観察評価した。
【００２９】また、上記封着材を、上記と同一条件下に
加熱し冷却固化して軟化混合合体物を作成し、そのガラ
ス軟化温度を測定した。
加熱し冷却固化して軟化混合合体物を作成し、そのガラ
ス軟化温度を測定した。
【００３０】更に、上記封着物を用い、上記と同一加熱
条件により平板状固体電解質型燃料電池本体の側面に、
ＺｒＯ２製マニホールドを封着し、その封着部の接合状
態を観察評価し、更に、この燃料電池を１０００℃にお
いて放電させた。上記テストの結果を表１に示す。
条件により平板状固体電解質型燃料電池本体の側面に、
ＺｒＯ２製マニホールドを封着し、その封着部の接合状
態を観察評価し、更に、この燃料電池を１０００℃にお
いて放電させた。上記テストの結果を表１に示す。
【表１】
【００３１】表１から明らかなように本発明の封着材お
よび封着方法を用いることにより平板状固体電解質型燃
料電池本体と、マニホールドとを１０００℃〜１１５０
℃の温度で容易に封着し、１０００℃〜１０５０℃の使
用温度において、不都合なく実用し得る燃料電池を得る
ことができた。
よび封着方法を用いることにより平板状固体電解質型燃
料電池本体と、マニホールドとを１０００℃〜１１５０
℃の温度で容易に封着し、１０００℃〜１０５０℃の使
用温度において、不都合なく実用し得る燃料電池を得る
ことができた。
【００３２】
【発明の効果】本発明の封着材および封着方法によって
、平板状固体電解質型燃料電池本体とマニホールドとを
、その構成要素に変化を与えることのない比較的低温に
おいて封着し、かつ、１０００℃〜１０５０℃の実用温
度において不都合なく使用可能な燃料電池を製造するこ
とが可能になった。
、平板状固体電解質型燃料電池本体とマニホールドとを
、その構成要素に変化を与えることのない比較的低温に
おいて封着し、かつ、１０００℃〜１０５０℃の実用温
度において不都合なく使用可能な燃料電池を製造するこ
とが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の円筒状固体電解質型燃料電池の構成を示
す斜視図である。
す斜視図である。
【図２】本発明の封着材および封着方法が適用される平
板状固体電解質型燃料電池単電池の構成要素および、そ
の積層構造を示す説明図である。
板状固体電解質型燃料電池単電池の構成要素および、そ
の積層構造を示す説明図である。
【図３】本発明の封着材および封着方法が適用される平
板状固体電解質型燃料電池単電池と、ガス通路用マニホ
ールドとの封着連結状態を示す説明図である。
板状固体電解質型燃料電池単電池と、ガス通路用マニホ
ールドとの封着連結状態を示す説明図である。
１…多孔質管状支持層
２…管状空気電極層
３…管状固体電解質層
４…管状燃料電極層
５…インタコネクタ
６，１２…空気流の方向
７，１３…燃料ガス流の方向
８，８ａ，８ｂ…セパレーター
９…平板状空気電極層
１０…平板状固体電解質層
１１…平板状燃料電極層
１４…燃料電池単電池
１５ａ，１５ｂ…マニホールド
Claims (8)
- 【請求項１】 固体電解質型燃料電池の本体部にガス
通路用マニホールドを密封連結するための封着材であっ
て、 下記要素： （Ａ）シリカと、アルミナとを含み、かつ、 ７７０℃
〜 ９５０℃のガラス軟化温度を有するアルミノ珪酸ガ
ラスからなる少なくとも１枚の低軟化点ガラス薄膜と、
および（Ｂ）シリカと、アルミナとを含み、かつ１４５
０℃〜１５５０℃のガラス軟化温度を有する高シリカガ
ラスからなる少なくとも１枚の高軟化点ガラス薄膜と、
の積層体からなることを特徴とする固体電解質型燃料電
池用封着材。 - 【請求項２】 前記低軟化点ガラス薄膜のアルミノ珪
酸ガラスが、５２〜５８重量％のシリカと２０〜２２重
量％のアルミナとを含む、請求項１に記載の固体電解質
型燃料電池用封着材。 - 【請求項３】 前記高軟化点ガラス薄膜の高シリカガ
ラスが、９４〜９８重量％のシリカと、０．２〜０．８
重量％のアルミナとを含む、請求項１に記載の固体電解
質型燃料電池用封着剤。 - 【請求項４】 前記低軟化点ガラス薄膜の合計膜厚さ
の、前記高軟化点ガラス薄膜の合計膜厚さに対する比が
５０：５０〜３５：６５の範囲内にある、請求項１に記
載の固体電解質型燃料電池用封着剤。 - 【請求項５】 順次に積層された燃料電極層、固体電
解質層、および空気電極層、並びにセパレーターを含ん
でなる少なくとも１層の固体電解質型燃料電池本体ユニ
ットの各々に、ガス通路用マニホールドを密封連結する
ために、前記電池本体ユニットと、前記マニホールドと
の接合部を、封着材を軟化させながら封着し、この軟化
封着部を冷却固化する方法であって、前記封着材が、下
記要素： （Ａ）シリカと、アルミナとを含み、かつ、 ７７０℃
〜 ９５０℃のガラス軟化温度を有するアルミノ珪酸ガ
ラスからなる少なくとも１枚の低軟化点ガラス薄膜と、
および（Ｂ）シリカと、アルミナとを含み、かつ１４５
０℃〜１５５０℃のガラス軟化温度を有する高シリカガ
ラスからなる少なくとも１枚の高軟化点ガラス薄膜との
積層物からなり、そして、前記軟化封着操作が１０００
℃〜１１５０℃の温度において行われる、固体電解質型
燃料電池の封着方法。 - 【請求項６】 前記低軟化点ガラス薄膜のアルミノ珪
酸ガラスが、５２〜５８重量％のシリカと２０〜２２重
量％のアルミナを含む、請求項５に記載の固体電解質型
燃料電池の封着方法。 - 【請求項７】 前記高軟化点ガラス薄膜の高シリカガ
ラスが、９４〜９８重量％のシリカと、０．２〜０．８
重量％のアルミナとを含む、請求項５に記載の固体電解
質型燃料電池の封着方法。 - 【請求項８】 前記低軟化点ガラス薄膜の合計膜厚さ
の、前記高軟化点ガラス薄膜の合計膜厚さに対する比が
、５０：５０〜３５：６５の範囲内にある、請求項５に
記載の固体電解質型燃料電池の封着方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3111711A JPH0678176B2 (ja) | 1991-05-16 | 1991-05-16 | 固体電解質型燃料電池用封着材および封着方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3111711A JPH0678176B2 (ja) | 1991-05-16 | 1991-05-16 | 固体電解質型燃料電池用封着材および封着方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04342439A true JPH04342439A (ja) | 1992-11-27 |
| JPH0678176B2 JPH0678176B2 (ja) | 1994-10-05 |
Family
ID=14568227
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3111711A Expired - Fee Related JPH0678176B2 (ja) | 1991-05-16 | 1991-05-16 | 固体電解質型燃料電池用封着材および封着方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0678176B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6803136B2 (en) * | 2000-04-10 | 2004-10-12 | Hybrid Power Generation Systems, Llc | Stacking and manifolding of unitized solid oxide fuel cells |
| US7455829B2 (en) | 2005-07-12 | 2008-11-25 | Honeywell International Inc. | Low temperature hydrogen generator |
| US7578167B2 (en) | 2005-05-17 | 2009-08-25 | Honeywell International Inc. | Three-wafer channel structure for a fluid analyzer |
| US7713653B2 (en) | 2006-10-06 | 2010-05-11 | Honeywell International Inc. | Power generation capacity indicator |
| US7879472B2 (en) | 2003-12-29 | 2011-02-01 | Honeywell International Inc. | Micro fuel cell |
| US7976971B2 (en) | 2006-05-11 | 2011-07-12 | Honeywell International Inc. | Power generator with a pneumatic slide valve |
| JP2012142243A (ja) * | 2011-01-06 | 2012-07-26 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | ガスシール材 |
-
1991
- 1991-05-16 JP JP3111711A patent/JPH0678176B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6803136B2 (en) * | 2000-04-10 | 2004-10-12 | Hybrid Power Generation Systems, Llc | Stacking and manifolding of unitized solid oxide fuel cells |
| US7879472B2 (en) | 2003-12-29 | 2011-02-01 | Honeywell International Inc. | Micro fuel cell |
| US7578167B2 (en) | 2005-05-17 | 2009-08-25 | Honeywell International Inc. | Three-wafer channel structure for a fluid analyzer |
| US7455829B2 (en) | 2005-07-12 | 2008-11-25 | Honeywell International Inc. | Low temperature hydrogen generator |
| US7976971B2 (en) | 2006-05-11 | 2011-07-12 | Honeywell International Inc. | Power generator with a pneumatic slide valve |
| US7713653B2 (en) | 2006-10-06 | 2010-05-11 | Honeywell International Inc. | Power generation capacity indicator |
| JP2012142243A (ja) * | 2011-01-06 | 2012-07-26 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | ガスシール材 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0678176B2 (ja) | 1994-10-05 |
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