KR20070100826A

KR20070100826A - 저 알카리 밀봉 프릿, 및 상기 프릿을 이용한 봉지 및디바이스

Info

Publication number: KR20070100826A
Application number: KR1020077019893A
Authority: KR
Inventors: 제프리 이. 코트라이트; 리사 에이. 램버슨; 파멜라 에이. 머리; 로버트 엠. 모레나
Original assignee: 코닝 인코포레이티드
Priority date: 2005-02-03
Filing date: 2006-01-30
Publication date: 2007-10-11
Also published as: JP2012197223A; US20060172875A1; WO2006083807A3; JP2008529256A; CN101111950B; US7214441B2; CA2595945A1; EP1844507A4; WO2006083807A2; EP1844507A2; JP5462314B2; BRPI0606885A2; JP5291939B2; CN101111950A; TW200702313A; AU2006210980A1

Abstract

본 발명은 고체 산화물 연료 전지 다바이스에 관한 것으로서, 상기 디바이스는 600℃-900℃의 중간 온도 범위에서의 밀봉 온도에서 수소 가스 침투에 대한 저항성을 갖는 밀봉 물질을 포함하며, 봉지가 100×10^-7/℃ 내지 120×10^-7/℃ 범위의 CTE를 가지며, 여기서, 상기 밀봉 물질은 다음(중량%)을 포함한다: (i) 80중량% 내지 100중량%의 유리 프릿, 상기 유리 프릿은 몰%로 SiO₂ 15-65; Li₂O 0-5; Na₂O 0-5; K₂O 0-10; MgO 0-5; CaO 0-32; Al₂O₃ 0-10; B₂O₃ 0-50; SrO 0-25를 포함하는 조성을 가지며, 여기서 알카리의 총량은 10몰% 미만임; 및 (ii) 0중량% 내지 30중량%의 지르코니아 또는 백류석 첨가물.

밀봉 프릿, 봉지, 디바이스, 알카리

Description

저 알카리 밀봉 프릿, 및 상기 프릿을 이용한 봉지 및 디바이스 {Low alkali sealing frits, and seals and devices utilizing such frits}

본 발명은 알카리-아연-실리케이트 프릿과 같은 유리 밀봉 프릿에 관한 것이다. 좀 더 상세하게는, 상기 프릿은 고체 산화물 연료 전지(SOFC)용 밀봉 프릿으로서 적합하다.

600℃ 내지 1000℃의 온도 범위에서 밀봉하는 프릿은 다수의 상업 유리 제품의 저온 밀봉에 사용되는 B₂O₃ 또는 P₂O₅계 프릿과 최신 세라믹, 구조적 구성 요소들의 고온 연결에 사용되는 다양한 다수의 실리케이트 사이의 중간 클래스의 물질을 대표한다.

저온 프릿은 브라운관(CRT), 백열전구 등과 같은 밀봉 제품에서 600℃ 미만의 온도에서 사용된다. 고온 프릿은 고온의, 섬유 강화된, 구조적 세라믹을 구현할 수 있는 제품을 생산하기 위하여 1000℃를 초과하는 온도에서 사용된다.

중간 온도범위에서 밀봉하는 매우 오래된 제품은 ZnO-B₂O₃-SiO₂ 프릿이다. 또 다른 것은 900℃ 내지 1000℃ 사이에서 사용하기 위해 고안된 Li₂O 변형 ZnO-Al₂O₃-SiO₂ 프릿이다. 600℃ 내지 900℃ 사이의 범위에서 밀봉하는 프릿은 다수의 적용에 있어 매우 중요하다. 이러한 프릿의 필요성은 고체 산화물 연료 전지(SOFC)용 밀봉제 프릿의 요구를 통해서 분명해지고 있다.

또한, 연료 전지 디바이스는 높은 열적 순환 및 높은 열적 구배를 경험하며, 이는 연료 전지 스택 구성 요소들 내의 열적 응력을 유도한다. 따라서 봉지는 고온의 변동을 견딜 수 있어야 하며 전해질 시트 및 프레임과 상용성을 갖는 열팽창계수를 가져야할 필요가 있다. 상기 봉지가 상기 프레임 또는 전해질 시트의 열팽창 속도와 다른 속도에서 팽창한다면 균열이 생기거나 또는 상기 전해질 시트의 균열을 초래할 수 있을 것이다. 상기 봉지 또는 전해질 시트 중 어느 하나의 결함은 전해질 디바이스의 교체를 필요로한다.

미국 특허 제6,291,092호는 고체 산화물에의 사용에 적합한 B₂O₃-가 없는 프릿 봉지를 개시하고 있다. 이러한 프릿 봉지는 다수의 적용에서 성공적으로 사용되어 왔다. 그러나, 상기 연료 전지 디바이스 중 일부는 강철 구성 요소(프레임 또는 기판)를 사용한다. 미국 특허 제6,291,092호의 표 1에 개시된 프릿 봉지는 상대적으로 고함량의 ZnO를 함유하며, Cr 및 Al과 같은 다수의 스테인레스 강 합금 성분과의 산화환원 반응에 의한 적합한 조건 하에서 환원될 수 있는 화합물을 함유한다.

따라서 고체 산화물 연료 전지를 대체할 수 있는 프릿 봉지 화합물에 대한 필요성이 최근 상당수의 연구 대상이 되고 있다.

발명의 요약

본 발명에 따른 밀봉 물질의 한가지 이점은 이러한 구성 요소들의 CTE들과 상용성을 갖는 CTE를 갖는 온도 범위(700-900℃)에서 연료 전지 디바이스 구성 요소들을 밀봉한다는 점이다. 본 발명의 밀봉 물질의 또 다른 이점은 결과적으로 얻어지는 봉지가 상기 SOFC 환경에서 내구성을 갖는다는 점이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 700℃-900℃의 중간 온도 범위에서의 밀봉 온도에서 수소 가스 침투에 대한 저항성을 갖는 밀봉 물질을 포함하는 고체 산화물 연료 전지 다바이스로서, 봉지가 70×10^-7/℃ 내지 120×10^-7/℃ 범위의 CTE를 가지며, 여기서, 상기 밀봉 물질은 다음을 포함한다:

(i) 80중량% 내지 100중량%의 유리 프릿, 상기 유리 프릿은 몰%로 SiO₂ 15-65; SrO 0-25; Li₂O 0-5; Na₂O 0-5; K₂O 0-10; MgO 0-5; CaO 0-32; Al₂O₃ 0-10; B₂O₃ 0-50을 포함하는 조성을 가지며, 여기서 알카리의 총량은 10몰% 미만임; 및

(ii) 0중량% 내지 30중량%의 지르코니아 또는 백류석 첨가물.

상기 봉지는 80×10^-7/℃ 내지 120×10^-7/℃, 좀 더 바람직하게는 90×10^-7/℃ 내지 120×10^-7/℃, 더욱 바람직하게는 100×10^-7/℃ 내지 120×10^-7/℃ 범위의 CTE를 갖는 것이 바람직하다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 고체 산화물 연료 전지 디바이스 밀봉 물질은 다음의 성분들을 몰%로 포함한다: SiO₂ 15-65; Li₂O 0-5; Na₂O 0-5; K₂O 0-5; MgO 0-5; CaO 0-32; Al₂O₃ 0-10; B₂O₃ 0-45; SrO 10-25, 여기서 알카리의 총량은 10 몰% 미만임. 본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 프릿 유리는 필러와 혼합된 후 소성될 때, 700℃-900℃의 중간 온도 범위에서의 밀봉 온도에서 수소 가스 침투에 대한 저항성을 갖는 봉지를 형성하며, 상기 봉지는 70×10^-7/℃ 내지 120×10^-7/℃의 CTE를 갖는다.

본 발명의 부가적인 특징 및 이점은 부분적으로는 후술되는 상세한 설명에서 설명될 것이며, 부분적으로는 후술되는 상세한 설명으로부터 당업자에게 용이하게 명백해지거나, 또는 상세한 설명을 포함하여 다음의 청구범위 및 첨부된 도면에 기술된 본 발명을 실시함으로써 인식될 것이다.

전술된 일반적인 설명 및 후술되는 상세한 설명은 단지 본 발명을 예시적이고 구체적으로 나타낸 것으로서, 청구된 발명의 본질 또는 특성을 이해하기 위한 개관 또는 구조적 체제를 제공하기 위한 것으로 의도된다는 점이 이해되어야 한다. 첨부된 도면은 본 발명의 이해를 더욱 돕기 위하여 제공되며, 본 명세서에 포함되어 그 일부를 구성한다. 본 도면은 본 발명의 원리 및 작동을 설명하기 위하여 부여된 설명과 함께 본 발명의 다양한 실시형태를 설명한다.

도 1은 예시적인 고체 산화물 연료 전지 디바이스 어셈블리를 개괄적으로 나타낸 투시도이고;

도 2는 도 1의 고체 산화물 연료 전지 디바이스 어셈블리의 파열된 일부를 개략적으로 나타낸 투시도이고;

도 3은 예시적인 연료 전지 디바이스의 투시도이다.

본 발명의 바람직한 실시형태들에 대하여 상세히 기술하기 위하여 참조가 이루어질 것이며, 실시예들이 첨부된 도면에서 설명된다. 가능하면, 동일하거나 또는 유사한 부분을 언급하기 위하여 도면 전체를 통해서 동일한 참조부호가 사용될 것이다. 고체 산화물 연료 전지(SOFC) 디바이스는 전체적으로 참조부호 10으로 나타낸다.

도 1은 통상적인 SOFC 디바이스 어셈블리(10)의 투시도이다. 도 2는 스택 연료 전지 디바이스(12)를 포함하는, 연료 전지 디바이스 어셈블리(10)의 일부를 나타낸다. 상기 SOFC 디바이스 어셈블리(10)는 각각이 고체 전해질, 캐소드 및 애노드 판의 층으로 구성된, 엇갈린 구조의 연료 전극 디바이스를 포함한다. 상기 고체 전해질은 일반적으로 이트륨(Y)-도핑된 ZrO₂이다. 연료 전지 디바이스(12)는 애노드(14), 캐소드(16) 및 전해질(도시되지 않음)을 포함한다. 각각의 연료 전지 디바이스(12)는 또한 전해질, 산화제 또는 연료의 공급을 위한 다수의 평행한 통로(20)를 포함하는 분배 부재(18)를 포함한다. 상기 통로(20)의 축은 공통 면에 놓인다.

분배 부재(18)는 바람직하게는 2개의 주름진 세라믹 판으로부터 제작된다. 상기 판들의 주름은 평행하게 배열되고, 하나의 판의 골이 다른 판의 피크에 결합된다. 이는 2mm 차수의 직경을 갖는 통로(20)를 형성한다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 다공성 지지 구조체(22)는 분배 부재(18)를 감싸며 분배 부재(18)를 가로질러 연장된다. 이는 상기 부재(18)의 피크 및 골과 접촉하여 고체 산화물 연료 전지 디바이스(12)의 애노드(14) 또는 캐소드(16) 챔버인 다수의 평행한 통로를 형성한다. 이들은 고체 산화물 연료 전지 디바이스(12)에 대해 전해질의 배급 및 제거를 제공한다. 상기 주름진 세라믹 판들은 통로(20) 사이에 구멍을 가져 연료가 통로(20)로부터 상기 고체 산화물 연료 전지 디바이스(10)의 애노드(14) 또는 캐소드(16) 챔버 내로 흐르는 것을 가능하게 한다.

도 3은 파열된, 교차하는 애노드(14)와 캐소드(16), 및 이들과 통로(20) 사이의 관계를 나타내는 투시도이다.

본 발명의 유리-프릿에 기초한 봉지는 각 전지(12)를 캡슐화하거나, 또는 각 전지(12) 사이에 베리어를 형성할 수 있다. 베리어를 형성할 때, 상기 유리-프릿에 기초한 봉지는 인접한 전지(12)들 사이에 샌드위치된 판의 형상을 취할 수 있다. 구조체(22)는 또한 본 발명의 유리 프릿으로 제조될 수 있다. 상기 유리-프릿에 기초한 봉지는 수소 가스가 하나의 전지(12)에서 다른 전지로 확산되는 것을 방지한다. 상기 유리-프릿에 기초한 봉지는 하나 이상의 SOFC 디바이스 구성 요소들이 또 다른 구성 요소에 밀봉될 필요가 있는 모든 곳에서 도 1-3에 도시된 것과 상이한 구조로 SOFC에서 사용될 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 고체 산화물 연료 전지 디바이스(10)는 700℃-800℃의 중간 온도 범위에서의 밀봉 온도에서 수소 가스의 침투에 대한 저항성을 갖는 밀봉 물질을 포함한다. 상기 밀봉 물질은 70×10^-7/℃ 내지 120×10^-7/℃의 CTE를 갖는다. 상기 밀봉 물질은 유리 프릿과 상기 밀(mill) 첨가물의 총 중량%이 100중량%가 되도록 80 내지 100중량%의 밀봉 유리 프릿 및 0 내지 30중량%의 밀 첨가물(예를 들어, 지르코니아 밀 또는 백류석 밀 첨가물)을 포함한다. 상기 첨가물의 평균 입경은 20㎛ 미만, 좀 더 바람직하게는 5㎛ 미만인 것이 바람직하다.

본 발명의 밀봉 유리 프릿은 상대적으로 소량의 알카리를 갖는다. 좀 더 바람직하게는, 본 발명에 따른 유리 프릿 조성물 내의 알카리의 양은 10몰% 미만, 바람직하게는 5몰% 미만이다. 바람직하게는, 상기 밀봉 유리 프릿은 ZnO를 함유하지 않는다. 바람직하게는, 상기 밀봉 유리 프릿은 ZnO가 H₂ 환경에서 환원되는 경향이 있으므로 ZnO를 함유하지 않는다.

본 발명의 일부 실시형태에 따르면, 상기 유리 프릿은 다음의 조성물(몰%)을 갖는다: SiO₂ 15-65; SrO 0-25; Li₂O 0-5; Na₂O₃ 0-5; K₂O 0-10; MgO 0-5; CaO 0-32; Al₂O₃ 0-10; B₂O₃ 0-50, 여기서 알카리의 총량은 10몰% 미만임. 바람직하게는 총 유리 형성체(즉, B₂O₃+SiO₂)는 50-75몰%; 바람직하게는 60-70몰% 범위내에 있어야 한다. 만약 상기 유리 프릿 물질이 ZnO; ZrO₂ 및/또는 TiO₂를 함유한다면, ZnO; ZrO₂ 및/또는 TiO₂의 총량은 5몰% 미만, 좀 더 바람직하게는 2몰% 미만이다.

일부 실시형태에 따르면, 상기 유리 프릿은 다음(몰%)을 포함하는 스트론튬 보로실리케이트 유리이다: SiO₂ 55-65; SrO 10-25; Li₂O 0-5; Na₂O₃ 0-5; K₂O 0-10; MgO 0-5; CaO 0-10; Al₂O₃ 0-10; B₂O₃ 0-20, 여기서 알카리의 총량은 10몰% 미만임. 상기 스트론튬 보로실리케이트 유리는 다음(몰%)을 포함하는 것이 바람직하다: CaO 0-5%, B₂O₃ 5-15%, K₂O 0-5%, Al₂O₃ 0-5%, MgO 1% 미만, 및 SrO 15-20%. 상기 스트론튬 보로실리케이트 유리는 약 725℃의 연화점, 및 약 90×10^-7/℃의 CTE를 갖는다. 상대적으로 낮은 CTE에 기인하여, 이러한 프릿 유리 조성물을 팽창-변형(상승) 필러와 함께 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 결과적으로 얻어지는 유리 블렌드의 CTE를 약 100 내지 120×10^-7/℃의 원하는 수준으로 상승시키기 위하여 Ca-안정화 지르크니아 또는 Y-안정화 지르코니아(YSZ)와 같은 높은 CTE 필러 10-20중량%를 상기 유리 프릿(80-90중량%)에 첨가한다.

전술한 스트론튬 보로실리케이트 유리 프릿/필러 블렌드로 형성된 봉지 물질은 초기 밀봉 사이클(800-850℃에서 1-5시간동안) 동안 부분적으로 불투명화되어 스트론튬 알루미노-실리케이트 결정 상 및 적어도 하나의 추가적인 결정 상을 형성한다. 상기 스트론튬 보로실리케이트 프릿 유리 조성물은 산화리튬을 함유하지 않는 경우 프릿의 CTE가 낮아지기 때문에(85-90×10^-7/℃에서 65-70×10^-7/℃로), 상대적으로 높은 CTE를 유지하기 위하여 산화리튬을 함유하는 것이 바람직하다. 상기 유리 조성물 내의 Li₂O의 바람직한 양은 1 내지 4몰%이다. 상기 유리 프릿은 칼시아(calcia)를 함유하는 것이 바람직하다. 칼시아의 바람직한 양은 5 내지 10몰%이다. 산화리튬-함유 프릿이 낮은 CTE의 스터프트(stuffed) 석영 상을 형성하고 85×10^-7/℃에서 60-65×10^-7/℃로의 공기-노화(통상적으로 725℃에서 100시간) 시 CTE 감소로 귀결되기 때문에, 칼시아는 연장된 노화 동안 CTE를 유지시키는 것을 돕는다. 상기 알루미나(Al₂O₃)의 함량은 이상적으로 낮게 유지되어야 하며, 바람직하게는 2 내지 5몰%의 범위로 유지되어야 하며, 그렇지 않으면 Si+4의 다른(Al+3 + Li+1) 치환이 가능하여 낮은 CTE 상의, 스터프트 β-석영으로 초래된다.

다른 실시형태에 따르면, 상기 유리 프릿은 다음(몰%)을 포함하는 칼슘 실리코-보레이트 유리 프릿이다: SiO₂ 20-30; SrO 0-10; K₂O 0-8; MgO 0-6; CaO 20-30; Al₂O₃ 0-10; B₂O₃35-45; 여기서 알카리의 총량은 10몰% 미만임. 다음의 함량인 것이 바람직하다: CaO 22-25몰%, B₂O₃ 38-42몰%; K₂O 0-6몰%; Al₂O₃ 2-5몰%; MgO 1몰% 미만, 및 SrO 0-3몰%. 이러한 칼슘 실리코-보레이트 유리 프릿은 좀 더 고 함량의 B₂O₃, 저 함량의 SiO₂ 및 저 함량의 SrO를 함유하므로 상기 스트론튬 보로-실리케이트 유리 프릿과는 상이하다. 저 함량의 SrO는 보다 나은 흐름성과 보다 안정한 프릿으로 귀결된다. 이러한 타입의 프릿 유리는 또한 위에서 나타낸 다른 알카리, 예를 들어, Li₂O 및/또는 Na₂O₃를 소량으로 함유할 수 있다. 그러나, 이러한 타입의 실리코-보레이트 유리 프릿 내의 알카리의 총량은 10몰% 미만, 바람직하게는 8몰% 미만, 좀 더 바람직하게는 5몰% 미만이다. 상기 칼슘 실리코-보레이트 유리 프릿은 알카리를 전혀 함유하지 않을 수 있다.

본 발명의 밀봉 블렌드는 유리 프릿 조성물을 몰%로 나타내며 총 블렌드 조성물(유리 프릿 및 필러)을 중량%로 나타내는 다음의 실시예에 의해 더욱 명확해질 것이다.

표 1에 나타낸 데이터는 6가지 실시예의 저 알카리(또는 무 알카리) 보론 실리케이트 유리 프릿 조성물 및 이들과 관련된 필러를 나타낸다. 특히, 이러한 프릿은 알카리 토 보로실리케이트 또는 실리코-보레이트 프릿 유리이다. 용융 후, 각각의 유리 프릿 조성물은 드라이 볼-밀링에 의해 30㎛ 미만, 예를 들어, 5.0㎛ 내지 20㎛의 평균 입경의 프릿으로 제조되었다. 실시예 1, 3, 4 및 6의 SOFC 밀링 물질에 대해 요구되는 높은 CTE 값 및 높은 연화점이 상기 상대적으로 높은 점성의 투명한 분말형 베이스 유리에 팽창계수 상승 필러를 첨가함으로써 충족된다. 예시적인 필러들은 5중량% 내지 30중량%, 바람직하게는 5 내지 20중량%의, 안정화 지르코니아(CTE≒200×10^-7/℃) 또는 백류석 K₂O·Al₂O₃·4SiO₂(CTE≒200×10^-7/℃) 첨가물이다. 제2 및 제3 실시예는 필러가 필요없다.

실시예 1의 프릿 유리는 필수적으로 불투명 유리, 바람직하게는 약 20-50부피%의 결정 상을 갖는 불투명 유리이다. 상기 블렌드는 CTE를 증가시키기 위하여 10중량%의 안정화 지르코니아 필러를 함유한다. 표 1에 나타낸 제1실시예의 유리 조성물에 의해 형성된 유리 프릿은 약 770℃의 연화점 및 약 850℃의 밀봉 온도를 갖는다.

표 1의 제2실시예는 완전 불투명화 유리-세라믹 프릿에 대응한다. 상기 프릿은 앞선 실시예들에 비하여 좀 더 낮은 함량의 SiO₂, 좀 더 높은 함량의 CaO 및 B₂O₃를 갖는다. 표 1에 나타낸 제2실시예의 유리 조성물에 의해 형성된 유리 봉지는 필러가 첨가되지 않았기 때문에 실시예 1보다 낮은 CTE 값을 갖는다. 상대적으로 낮은 CTE에도 불구하고, 상기 프릿은 다른 연료 전지 구성 요소들에 대해 우수한 접착력을 나타내었다.

제3실시예의 조성물은 실시예 2와 동일한 베이스 유리를 함유하나, 또한 CTE를 증가시키기 위한 안정화 지르코니아 필러를 포함한다.

제4실시예의 봉지 물질은 상기 제3실시예의 프릿 유리를 이용하나, 백류석 필러를 갖는다. 약 850℃의 밀봉 온도를 갖는다.

제5실시예는 알카리를 전혀 함유하지 않는 프릿 유리를 이용한다. 필러가 사용되지 않았으므로 CTE가 상대적으로 낮음에도 불구하고 상기 프릿은 다양한 연료 전지 구성 요소에 대해 우수한 결합 성질을 나타내었다.

제6실시예의 밀봉제 물질은 제5실시예의 유리와 유사한 유리 프릿을 이용하나, CTE를 상승시키기 위한 필러를 갖는다. 약 850℃의 밀봉 온도를 갖는다.

밀봉제 블렌드

상기 밀봉 물질은 유리 프릿과 밀 첨가물의 총 중량%가 100중량%가 되도록 80 내지 95중량%의 알카리 토-실리카-계 유리 프릿과 5 내지 30중량%, 바람직하게는 10 내지 30중량%의 밀 첨가물을 포함한다. 상기 첨가물의 평균 입경은 30㎛ 미만, 바람직하게는 20㎛ 미만, 더욱 바람직하게는 5㎛ 미만인 것이 바람직하다.

5개의 모든 블렌드들은 1000℃ 미만, 바람직하게는 700℃ 내지 900℃의 밀봉 온도에서 봉지를 생성하였다. 상기 필러를 함유하지 않는 유리는 가장 낮은 CTE 값을 갖는 봉지를 생성하였다. 따라서, 만약 좀 더 높은 CTE 값의 봉지가 요구된다면 약간의 필러 밀 첨가물이 또한 결과적으로 얻어지는 블렌드의 CTE를 요구되는 수준으로 상승시키기 위하여 요구되는 양으로 상기 혼합물에 첨가된다.

실시예 4의 유리 프릿/백류석 블렌드는 단지 20중량%의 백류석을 가졌다. 미세 분말의 천연 백류석이 상기 블렌드를 만드는데 사용될 수 있으나, 본 실시예에서 결과적으로 얻어지는 봉지의 CTE 값을 상승시키기 위하여 첨가된 백류석 소스는 유리-세라믹이었다(조성물(몰%): Na₂O₃ 4.7; K₂O 13.0; Al₂O₃ 18.0; SiO₂ 59.1; TiO₂ 5.1). 상기(유리-세라믹) 조성물이 1600℃ 내지 1650℃ 사이의 온도에서 용융된 후, 이로부터 얻어지는 물질은 1100℃에서 4시간동안 세라믹화(ceram)된 후 10-20㎛의 평균 입경으로 볼밀되었다.

본 발명의 사상 및 보호범위를 벗어나지 않고 당업자에 의해 본 발명에 대한 다양한 변형 및 변화가 이루어질 수 있음은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구항의 보호범위 및 그 동등 범위 내에 있는 한, 본 발명의 변형 및 변화를 포함하고자 한다.

Claims

700℃-900℃의 중간 온도 범위에서의 밀봉 온도에서 수소 가스 침투에 대한 저항성을 갖는 밀봉 물질을 포함하며, 봉지가 70×10^-7/℃ 내지 120×10^-7/℃ 범위의 CTE를 가지며, 여기서, 상기 밀봉 물질은 다음을 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 산화물 연료 전지 다바이스.

(i) 80중량% 내지 100중량%의 유리 프릿, 상기 유리 프릿은 몰%로 SiO₂ 15-65; Li₂O 0-5; Na₂O 0-5; K₂O 0-10; MgO 0-5; CaO 0-32; Al₂O₃ 0-10; B₂O₃ 0-50; SrO 0-25를 포함하는 조성을 가지며, 여기서 알카리의 총량은 10몰% 미만임; 및

(ii) 0중량% 내지 30중량%의 지르코니아 또는 백류석 첨가물.
제1항에 있어서, 상기 유리 프릿은 다음 조성물(몰%)을 갖는 것을 특징으로 하는 고체 산화물 연료 전지 디바이스:

SiO₂ 55-65

Al₂O₃ 0-10

Na₂O 0-5

K₂O 0-10

B₂O₃ 0-20

Li₂O 0-5

K₂O 0-2

SrO 0-25

CaO 0-32.
제2항에 있어서, 5 내지 20중량%의 20㎛ 미만의 평균입경을 갖는 알루미나, 지르코니아 또는 백류석 첨가물을 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 산화물 연료 전지 디바이스.
제1항에 있어서, 상기 유리 프릿 조성물이 다음(몰%)을 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 산화물 연료 전지 디바이스:

SiO₂ 20-30

CaO 22-25

Al₂O₃ 1-3

B₂O₃ 30-50

Na₂O₃ 0-5

K₂O 0-8

SrO 0-15

MgO 0-1.
제4항에 있어서, 상기 유리 프릿 내의 ZnO의 함량은 1몰% 미만인 것을 특징으로 하는 고체 산화물 연료 전지 디바이스.
다음의 조성물(몰%)을 갖는 유리 프릿을 포함하는 밀봉 물질:

SiO₂ 15-65; Li₂O 0-5; Na₂O 0-5; K₂O 0-10; MgO 0-5; CaO 0-32; Al₂O₃ 0-10; B₂O₃ 0-50; SrO 0-25, 여기서 알카리의 총량은 10몰% 미만임.
제6항에 있어서, 다음(몰%)을 포함하는 유리 프릿 조성물을 갖는 것을 특징으로 하는 밀봉 물질:

SiO₂ 55-65

CaO 0-10

Al₂O₃ 1-5

Li₂O 0-8

Na₂O 0-5

K₂O 0-5

SrO 0-15

MgO 0-1.
제6항에 있어서, 다음(몰%)을 포함하는 유리 프릿 조성물을 갖는 것을 특징으로 하는 밀봉 물질:

SiO₂ 20-30

CaO 20-30

Al₂O₃ 1-5

Na₂O₃ 0-5

K₂O 0-8

SrO 0-15

MgO 0-1.
제6항에 있어서, 1몰% 미만의 ZnO를 갖는 것을 특징으로 하는 밀봉 물질.
제6항에 있어서, 상기 유리 프릿이 필러와 혼합되고 소성된 후에 700℃-900℃의 중간 온도 범위에서의 밀봉 온도에서 수소 가스 침투에 대한 저항성을 갖는 봉지를 형성하며, 상기 봉지는 70×10^-7/℃ 내지 120×10^-7/℃의 CTE를 갖는 것을 특 징으로 하는 밀봉 물질.
제10항에 있어서, 상기 봉지는 100×10^-7/℃ 내지 120×10^-7/℃의 CTE를 갖는 것을 특징으로 하는 밀봉 물질.
700℃-900℃의 중간 온도 범위에서의 밀봉 온도에서 수소 가스 침투에 대한 저항성을 갖는 물질을 포함하며, 봉지가 70×10^-7/℃ 내지 120×10^-7/℃ 의 CTE를 가지며, 밀봉 물질이 다음(몰%)의 프릿 유리를 포함하는 것을 특징으로 하는 밀봉 물질: SiO₂ 15-65; Li₂O 0-5; Na₂O 0-5; K₂O 0-10; MgO 0-5; CaO 0-32; Al₂O₃ 0-10; B₂O₃ 0-45; SrO 10-25, 여기서 알카리의 총량은 10몰% 미만임.
제12항에 있어서, 안정화 지르코니아 필러를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 밀봉 물질.
제12항에 있어서, 상기 SiO₂ 및 B₂O₃의 총량은 50 내지 75몰%인 것을 특징으로 하는 밀봉 물질.
제14항에 있어서, 상기 SiO₂ 및 B₂O₃의 총량은 60 내지 70몰%인 것을 특징으 로 하는 밀봉 물질.
제10항에 있어서, 상기 SiO₂ 및 B₂O₃의 총량은 50 내지 75몰%인 것을 특징으로 하는 밀봉 물질.
제16항에 있어서, 상기 SiO₂ 및 B₂O₃의 총량은 60 내지 70몰%인 것을 특징으로 하는 밀봉 물질.