JPH0678176B2 - 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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- JPH0678176B2 JPH0678176B2 JP3111711A JP11171191A JPH0678176B2 JP H0678176 B2 JPH0678176 B2 JP H0678176B2 JP 3111711 A JP3111711 A JP 3111711A JP 11171191 A JP11171191 A JP 11171191A JP H0678176 B2 JPH0678176 B2 JP H0678176B2
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- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Glass Compositions (AREA)
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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。
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。
【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1000℃〜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1500℃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1000℃〜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1500℃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、1150℃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−ZrO2）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、1150℃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−ZrO2）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℃〜 9
50℃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℃〜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℃〜 9
50℃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℃〜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℃〜 9
50℃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℃〜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、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℃〜 9
50℃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℃〜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、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)MnO3により形
成され、固体電解質層は、８モル％Y2O3-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。
成され、固体電解質層は、８モル％Y2O3-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52
〜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、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。
〜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、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。
【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1050℃より
高く1150℃未満の軟化温度を有するガラスに変化する。
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1050℃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1000
℃〜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(S
iO2)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。
℃〜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(S
iO2)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5
0：50〜35：65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50／50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・S
r)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。
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5
0：50〜35：65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50／50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・S
r)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1000
℃〜1150℃の温度において行われる。この封着温度が10
00℃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。
℃〜1150℃の温度において行われる。この封着温度が10
00℃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Na
O, 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。
O, 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。
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。
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。
【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 Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ…平板状燃料電池単電池の側面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 林 幹夫 千葉県船橋市豊富町585番地 住友セメン ト株式会社 新規事業本部内 (72)発明者 今井 一郎 千葉県船橋市豊富町585番地 住友セメン ト株式会社 新規事業本部内 (72)発明者 安田 勇 東京都港区芝浦１丁目16番25号 東京瓦斯 株式会社内 (72)発明者 小山 俊彦 東京都港区芝浦１丁目16番25号 東京瓦斯 株式会社内
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℃〜 9
50℃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℃〜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℃〜 9
50℃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℃〜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 JPH04342439A (ja) | 1992-11-27 |
| JPH0678176B2 true 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) |
Families Citing this family (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 |
| JP5451653B2 (ja) * | 2011-01-06 | 2014-03-26 | 日本電信電話株式会社 | ガスシール材 |
-
1991
- 1991-05-16 JP JP3111711A patent/JPH0678176B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04342439A (ja) | 1992-11-27 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |