【誤訳訂正書】
【提出日】令和1年10月8日(2019.10.8)
【誤訳訂正１】
【訂正対象書類名】特許請求の範囲
【訂正対象項目名】全文
【訂正方法】変更
【訂正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池ガスケット用ガラスコーティング組成物であって、
重量基準で同量の水の存在下でアルカリ性溶液を形成するのに有効なガラス成分、
バインダー成分、
水が５０体積％を超える液体担体
を含み、
前記組成物が、組成物の硬化の抑制に有効な遅延剤をさらに含むことを特徴とする組成物。
【請求項２】
前記遅延剤が、１種類以上の有機遅延剤または無機遅延剤、好ましくは無機遅延剤、より好ましくは炭素を含有しない無機遅延剤、特にホウ砂などのボレートから選択される、請求項１に記載のガラスコーティング組成物。
【請求項３】
前記遅延剤が、リグニン化合物、たとえばリグノスルホネート、たとえばそれらのカルシウム塩、ナトリウム塩、および／またはアンモニウム塩；ヒドロキシカルボン（ＨＣ）酸、たとえばグルコン酸、クエン酸、酒石酸、またはリンゴ酸、ならびにそれらの塩、好適にはそれらの水溶性塩；ビニルポリマー、たとえばスルホネート基、カルボン酸基、および／または芳香環基を含有するビニルポリマー、たとえばスルホネート官能化アクリルアミド−アクリル酸コポリマー；糖類、すなわち単糖、二糖、および多糖、たとえば、炭水化物、たとえばアルカリカーボネート、二糖、たとえばスクロース、および多糖、たとえばセルロース、たとえば、ヒドロキシエチルセルロース（ＨＥＣ）および／またはカルボキシメチルヒドロキシエチルセルロース（ＣＭＨＥＣ）；酸化亜鉛；ホスフェート、たとえばリン酸、ポリリン酸、およびホスホン酸の塩、たとえばアミノトリス（メチレンホスホン酸）、エチレンジアミンテトラ（メチレンホスホン酸）、ジエチレントリアミンペンタ（メチレンホスホン酸）、ならびに第一リン酸カルシウム、亜鉛、またはマグネシウム；フルオレート；ボレート、たとえばアルカリボレート、たとえば、メタホウ酸ナトリウム、四ホウ酸ナトリウム（ホウ砂とも呼ばれる）、および／または五ホウ酸カリウム；および／またはそれらの誘導体、またはそれらの混合物からなる群の１つ以上から選択される、請求項１または２に記載のガラスコーティング組成物。
【請求項４】
前記遅延剤が、ヒドロキシカルボン酸およびそれらの塩などのヒドロキシ基を含有するもの、たとえばクエン酸、酒石酸、サリシクリック酸（ｓａｌｉｃｙｃｌｉｃ  ａｃｉｄ）、グルコン酸、グルコヘプトネート、およびグルコノ−δ−ラクトン；糖類、たとえば単糖および二糖またはヒドロキシル化多糖、たとえばＨＥＣおよびＣＭＨＥＣ；ならびにホウ酸およびその塩、たとえばホウ砂から選択される、請求項１、２、または３のいずれか一項に記載のガラスコーティング組成物。
【請求項５】
前記遅延剤が水溶性であり、典型的には前記組成物中に完全に溶解する、請求項１〜４のいずれか一項に記載のガラスコーティング組成物。
【請求項６】
前記組成物中の遅延剤の量が、０．０２〜２０重量％の間、たとえば０．０５〜１０重量％の間、たとえば０．５〜５重量％の間または１〜５重量％である、および／または前記組成物中の遅延剤の量が、少なくとも０．０２重量％、たとえば少なくとも０．１重量％、たとえば少なくとも０．４重量％または少なくとも０．７５重量％である、および／または前記組成物中の遅延剤の量が、最大２５重量％の遅延剤、たとえば最大１５重量％、８重量％または６重量％である、請求項１〜５のいずれか一項に記載のガラスコーティング組成物。
【請求項７】
前記ガラス成分が、水中、たとえば重量基準で同量の水中で固化および硬化する種類のものであり、好ましくは、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、ＢａＯ、Ｂｉ２Ｏ３、ＣａＯ、Ｃｓ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｌａ２Ｏ３、Ｌｉ２Ｏ、ＭｇＯ、Ｎａ２Ｏ、ＰｂＯ、Ｒｂ２Ｏ、Ｓｂ２Ｏ３、ＳｎＯ、ＳｒＯ、ＴｉＯ２、Ｙ２Ｏ３、および／またはＺｎＯから選択される化合物の１つ以上を含み、たとえば前記ガラス成分は、ＢａＯ、ＺｎＯ、Ｂ２Ｏ３、ＣａＯ、および／またはＡｌ２Ｏ３の１つ以上から選択され、たとえばＢａＯ、Ｂ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３および／またはＣａＯの１つ以上から選択される、請求項１〜６のいずれか一項に記載のガラスコーティング組成物。
【請求項８】
前記ガラス成分が、前記組成物の１０〜９０重量％、より好ましくは２０〜８０重量％、最も好ましくは３０〜７５重量％の範囲内で存在する、請求項１〜７のいずれか一項に記載のガラスコーティング組成物。
【請求項９】
前記バインダーが、セルロースバインダー；アクリレートホモポリマーもしくはコポリマー；酢酸ビニルホモポリマーもしくはコポリマー；エチレンコポリマー；および／またはポリビニルブチラール、好ましくはアクリレートホモポリマーもしくはコポリマーまたは酢酸ビニルホモポリマーもしくはコポリマー、特にアクリレートホモポリマーもしくはコポリマーからなる群の１つ以上から選択される、請求項１〜８のいずれか一項に記載のガラスコーティング組成物。
【請求項１０】
コア層を含む燃料電池の２つの接合面をシールするためのガスケットであって、請求項１〜９のいずれか一項に記載の組成物による第１および第２のコーティング層の間に前記コア層が介在する、ガスケット。
【請求項１１】
前記コア層が、弾性変形可能なコア層であり、好ましくは前記弾性層が、１種類以上のプレートレットフィラー、たとえば剥離バーミキュライトおよび／またはマイカを含み、特に好ましくは前記コア層が化学的剥離バーミキュライト（ＣＥＶ）および／または熱的剥離バーミキュライト（ＴＥＶ）を含有し、最も好ましくは、前記弾性コア層がＣＥＶを含有する、請求項１０に記載のガスケット。
【請求項１２】
燃料電池の２つの接合面をシールするためのガスケットを含む燃料電池であって、前記ガスケットが請求項１０又は１１に記載のものである燃料電池。
【請求項１３】
請求項１０又は１１に記載の１つ以上のガスケットを含む、固体酸化物形燃料電池または固体酸化物形燃料電池の構成要素。
【請求項１４】
ガラス組成物、好ましくは請求項１〜９のいずれか一項に記載のガラス組成物の硬化を抑制するための請求項１〜９のいずれか一項に記載のような遅延剤の使用。
【請求項１５】
固体酸化物形燃料電池の製造方法、または固体酸化物形燃料電池のシール方法であって、請求項１０又は１１に記載の少なくとも１つのガスケットを固体酸化物形電池中に組み込むステップを含む方法。
【請求項１６】
請求項１０又は１１に記載のガスケットの製造方法であって、
ａ）請求項１〜９のいずれか一項に記載のガラス組成物を、ガスケットコア層の互いに反対側の表面のそれぞれの上にコーティングして、それらの上にコーティング層を形成するステップと、
ｂ）シールされる接合面の間の燃料電池中に前記コーティングされたガスケットを配置するステップと、
ｃ）場合により、前記ガスケットを加熱して、残留する揮発性有機成分を除去するステップと、
ｄ）場合により、前記ガスケットを加熱して、前記コーティング層を焼結させるステップと、
ｅ）場合により、さらに加熱して、前記コーティング層をぬれ性にするステップと
を含む方法。
【請求項１７】
請求項１０又は１１に記載のガスケットの製造方法であって、
ａ）請求項１〜９のいずれか一項に記載のガラス組成物を、シールされる前記接合面のそれぞれの上にコーティングするステップと、
ｂ）シールされる前記コーティングされた接合面の間にガスケットコア層を配置するステップと、
ｃ）前記コーティングされた表面および介在するガスケットコア層をともに接合するステップと、
ｄ）場合により、前記ガスケットを加熱して、残留する揮発性有機成分を除去するステップと、
ｅ）場合により、前記ガスケットを加熱して、前記コーティング層を焼結させるステップと、
ｆ）場合により、さらに加熱して、前記コーティング層をぬれ性にするステップと
を含む方法。
【誤訳訂正２】
【訂正対象書類名】明細書
【訂正対象項目名】全文
【訂正方法】変更
【訂正の内容】
【発明の詳細な説明】
【発明の名称】ガラスコーティング組成物
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池ガスケット用のガラスコーティング組成物に関し、特に、本発明は、固体酸化物形の燃料電池／電解槽（ＳＯＦＣおよびＳＯＥＣ）の中に使用するための燃料電池ガスケット弾性コア材料のガラスコーティングに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＳＯＦＣまたはＳＯＥＣのスタックは、効率的に作動するために有効な高温ガスケットが必要となる。このようなシールは、燃料、たとえば水素の漏れ、燃料と酸化剤との混合、および酸化剤の漏れを実施的に防止可能となる必要がある。シールは、応力を回避するための周囲の部品と同様の熱膨張係数も有するべきことが理解される。シールは、スタックの部品およびガスと化学的に適合性である必要もある。さらに、一部のシールは電気絶縁性である必要がある。
【０００３】
従来、ＳＯＦＣスタックのガスケットは、接着性ガスケット（たとえガラス／ガラスセラミックまたはろう付け）または非接着性（圧縮性）ガスケット（たとえば、“Ａ  ｒｅｖｉｅｗ  ｏｆ  ｓｅａｌｉｎｇ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  ａｐｐｌｉｃａｂｌｅ  ｔｏ  ｓｏｌｉｄ  ｏｘｉｄｅ  ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓ  ｃｅｌｌｓ”  Ｐ．Ｌｅｓｓｉｎｇ，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｓｃｉｅｎｃｅ，２００７，４２（１０），３４６５−３４７６参照）のいずれかであった。より最近では、複合材料ガスケットが開発されている。これらのガスケットは、圧縮性ガスケットおよび接着性ガスケットの両方の性質および材料を併せ持つ。
【０００４】
接着性ガスケットは、主としてガラスおよびガラスセラミックを含有し、これらは燃料電池の関連する接合面に機械的および化学的に接着することによって機能する。ガラスシールは、ＳＯＦＣ作動温度より高温で軟化して粘性流となり、気密シールを形成するように設計される。ＳＯＦＣが作動温度まで冷却されると、ガラスシールは固化して剛性の接着シールを形成する。
【０００５】
一般に、ガラスシールを取り付けるためのガラス組成物は、テルピネオールなどの有機溶媒および／または有機ポリマービヒクルを含む。しかし、このような組成物は、一般にＶＯＣ含有量のため望ましくない。さらに、このような物質による燃料電池の汚染を発生しうる。
【０００６】
米国特許出願公開第２０１３／１０８９４６Ａ号明細書および米国特許出願公開第２０１２／３１８０２２Ａ号明細書には、有機バインダー担体ビヒクルを有し、バインダーがテルピネオールなどの分散剤化合物とエタノールなどの溶媒とを場合により含む、燃料電池用ガラス組成物が記載されている。同様に、米国特許第６，６５６，６２５Ｂ号明細書には、有機バインダー担体ビヒクルのみが言及されている。
【０００７】
したがって水性ガラスコーティング組成物を使用することが有利となる。しかし、高温ガラスコーティング組成物の場合のそのような組成物の課題として、望ましいガラスは、予期せぬことにガラスを水と混合した直後に固化および硬化が起こることが分かっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１３／１０８９４６Ａ号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１２／３１８０２２Ａ号明細書
【特許文献３】米国特許第６，６５６，６２５Ｂ号明細書
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】“Ａ  ｒｅｖｉｅｗ  ｏｆ  ｓｅａｌｉｎｇ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  ａｐｐｌｉｃａｂｌｅ  ｔｏ  ｓｏｌｉｄ  ｏｘｉｄｅ  ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓ  ｃｅｌｌｓ”  Ｐ．Ｌｅｓｓｉｎｇ，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｓｃｉｅｎｃｅ，２００７，４２（１０），３４６５−３４７６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって本発明の少なくとも１つの態様の目的は、前述またはその他の課題の１つ以上に対処することである。特に、本発明の目的は、そのような燃料電池ガスケット用の水性ガラスコーティング組成物を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１の態様によると、燃料電池ガスケット用のガラスコーティング組成物であって、
重量基準で同量の水の存在下でアルカリ性溶液を形成するのに有効なガラス成分、
バインダー成分、
水が５０体積％を超える液体担体を含み、組成物が、組成物の硬化の抑制に有効な遅延剤（retarder）をさらに含むことを特徴とする組成物が提供される。
【００１２】
驚くべきことに、アルカリ性ガラス、特に水中でアルカリ性溶液を形成するガラスは、水性環境中で硬化および固化する傾向にあり、それによって、非常に短い貯蔵安定性のためにガラスコーティング組成物として役に立たなくなることが分かった。しかし本発明者らは、驚くべきことに、そのような水性環境中で、硬化プロセスを遅延するためにアルカリ遅延剤が有効であることを発見した。このような遅延剤はコンクリート用途で知られているが、それらが水性ガラス粉末のこの異なる化学環境で有効であることは驚くべきことである。
【００１３】
典型的には、遅延剤は、組成物のアルカリ性で生じる硬化を抑制する。そのようなものであるので、一般に遅延剤は、組成物の硬化時間を延長させ、組成物の貯蔵寿命を長くする。
【００１４】
したがって、本発明の組成物は貯蔵安定性組成物である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
遅延剤は１種類以上の有機または無機の遅延剤から選択することができる。好適な有機遅延剤は、リグニン、たとえばリグノスルホネート、たとえばそれらのカルシウム塩、ナトリウム塩、および／またはアンモニウム塩；ヒドロキシカルボン（ＨＣ）酸、たとえばグルコン酸、クエン酸、酒石酸、またはリンゴ酸、ならびにそれらの塩、好適にはそれらの水溶性塩；ビニルポリマー、たとえばスルホネート基、カルボン酸基、および／または芳香環基を含有するビニルポリマー、たとえばスルホネート官能化アクリルアミド−アクリル酸コポリマー；糖類、すなわち単糖、二糖、および多糖、たとえば、炭水化物、たとえばアルカリカーボネート、二糖、たとえばスクロース、および多糖、たとえばセルロース、たとえば、ヒドロキシエチルセルロース（ＨＥＣ）および／またはカルボキシメチルヒドロキシエチルセルロース（ＣＭＨＥＣ）；および／またはそれらの誘導体、またはそれらの混合物を主成分とするものの１種類以上である。好適な無機遅延剤は、酸化亜鉛；ホスフェート、たとえばリン酸、ポリリン酸、およびホスホン酸の塩、たとえばアミノトリス（メチレンホスホン酸）、エチレンジアミンテトラ（メチレンホスホン酸）、ジエチレントリアミンペンタ（メチレンホスホン酸）、ならびに第一リン酸カルシウム、亜鉛、またはマグネシウム；フルオレート；ボレート、たとえばアルカリボレート、たとえば、メタホウ酸ナトリウム、四ホウ酸ナトリウム（ホウ砂とも呼ばれる）、および／または五ホウ酸カリウム；および／またはそれらの誘導体、またはそれらの混合物の１つ以上である。
【００１６】
好適な遅延剤は、ヒドロキシカルボン酸およびそれらの塩などのヒドロキシ基を含有するもの、たとえばクエン酸、酒石酸、サリシクリック酸（ｓａｌｉｃｙｃｌｉｃ  ａｃｉｄ）、グルコン酸、グルコヘプトネート、およびグルコノ−δ−ラクトン；糖類、たとえば単糖および二糖またはヒドロキシル化多糖、たとえばＨＥＣおよびＣＭＨＥＣ；ならびにホウ酸およびその塩、たとえばホウ砂である。
【００１７】
ＶＯＣ含有量、および炭化に関する潜在的問題のため、好ましい遅延剤は無機遅延剤であり、より好ましくはＶＯＣ含有量のない無機遅延剤である。典型的には、遅延剤は炭素を含有しない無機遅延剤である。
【００１８】
好ましくは、遅延剤は水溶性である。好ましい一実施形態では、遅延剤は、１種類以上の水溶性ボレート、たとえばホウ砂；ヒドロキシカルボン酸；単糖および二糖；可溶性炭水化物および／または可溶性セルロースから選択される。特に好ましい遅延剤は、ホウ砂などのボレートである。
【００１９】
本発明への使用に好適な市販の遅延剤は、たとえば、Ｂｏｒａｘ（Ｒｉｏ  Ｔｉｎｔｏ  Ｍｉｎｅｒａｌｓより入手可能）である。
好ましくは、組成物中の遅延剤の量は０．０２〜２０重量％の間、たとえば０．０５〜１０重量％の間、たとえば０．５〜５重量％の間または１〜５重量％の間である。好ましくは、組成物中の遅延剤の量は少なくとも０．０２重量％、たとえば少なくとも０．１重量％、たとえば少なくとも０．４重量％または少なくとも０．７５重量％である。好ましくは、組成物中の遅延剤の量は最大２５重量％の遅延剤であってよく、たとえば最大１５重量％、８重量％、または６重量％であってよい。
【００２０】
好ましくは、乾燥組成物、すなわち液体担体を含まない組成物は、０．０５〜２０重量％の間の遅延剤、たとえば０．１〜１０重量％の間の遅延剤、たとえば０．５〜７重量％または０．５〜２重量％の遅延剤を含む。好ましくは、乾燥組成物は、少なくとも０．０１重量％の遅延剤、たとえば少なくとも０．５重量％、たとえば少なくとも１重量％の遅延剤を含む。好ましくは、乾燥組成物は最大２０重量％の遅延剤、たとえば最大１５重量％の遅延剤を含む。
【００２１】
好適には、遅延剤成分は、一般にガラス成分の一部ではなく、組成物に加えられる。
好ましくは、遅延剤は上記量の１つで組成物中に溶解される。
使用中、組成物中のあらゆる有機バインダーまたは有機遅延剤は焼失する。したがって、使用中の組成物、すなわち液体担体およびバインダーを含まない組成物中に残存する無機遅延剤残留物の好ましい量は、０．０５〜２０重量％の遅延剤、たとえば０．１〜１０重量％の間の遅延剤、たとえば０．５〜７重量％または０．５〜３重量％の遅延剤で構成される。好ましくは、燃料電池中に使用中の組成物は、少なくとも０．０１重量％の遅延剤、たとえば少なくとも０．５重量％、たとえば少なくとも１重量％の遅延剤を含む。好ましくは燃料電池中に使用中の組成物は最大２０重量％の遅延剤、たとえば最大１５重量％の遅延剤を含む。
【００２２】
ガラス成分は、本発明の第１の態様で規定されるようなアルカリ性溶液を形成する任意のアルカリ性ガラス材料から選択することができる。ガラス成分は、非晶質、結晶性、または半結晶性であってよい。一般に、コーティング層は、用途によってあらゆる非晶質または結晶性の程度を含むことができ、完全に結晶性または非晶質の性質の材料の間の連続体中のあらゆる組成物であってよい。さらに、コーティングは、たとえば高温への曝露によって、経時により結晶含有量の比率がより高く変化する場合がある。好適には、ガラス成分は、ガラス、またはガラスとセラミック材料との混合物を含む。材料は、燃料電池スタックの選択された作動温度および圧縮応力においてコーティングが十分に変形可能となるように選択される。コーティング材料が結晶性を含む場合、これは、ＸＲＤおよびリートベルト方法を用いて作動温度において５〜７０％ｗ／ｗ、より典型的には１０〜６０％、最も典型的には、２０〜５０％ｗ／ｗの範囲内となりうる。
【００２３】
通常、ガラス成分は、ある量のＳｉ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｎａ、Ｃａ、Ｂａ、および／またはＢを種々の酸化された形態で含む。たとえば、典型的には、ガラスは、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、ＢａＯ、Ｂｉ２Ｏ３、ＣａＯ、Ｃｓ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｌａ２Ｏ３、Ｌｉ２Ｏ、ＭｇＯ、Ｎａ２Ｏ、ＰｂＯ、Ｒｂ２Ｏ、Ｓｂ２Ｏ３、ＳｎＯ、ＳｒＯ、ＴｉＯ２  Ｙ２Ｏ３、および／またはＺｎＯから選択される１種類以上の化合物を含む。たとえばガラス成分は、ＢａＯ、ＺｎＯ、Ｂ２Ｏ３、ＣａＯ、および／またはＡｌ２Ｏ３の１種類以上、たとえばＢａＯ、Ｂ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、および／またはＣａＯの１種類以上から選択される。コーティング層、特にガラス成分の厳密な組成は、組成物が塗布される燃料電池の作動条件、たとえば作動温度によって決定されることを当業者は理解されよう。好適には、コーティング層は、燃料電池用途のコーティング中への使用に適した１種類以上の好適なガラスおよび／またはガラスセラミック材料を含む。
【００２４】
好ましくは、ガラス成分は、ガラス粉末などのガラス材料の粒子を含む。好適には、ガラス成分は粉砕されている。たとえば、粒子は実質的に細長くない粒子であってよい。好適には、ガラス成分は実質的にガラス繊維の形態ではない。
【００２５】
好ましくは、ガラス成分の粒子は、１〜４０μｍの間、たとえば２〜３５μｍまたは３〜３０μｍのｄ５０を有する。ガラス成分の粒子は、３０〜１８０μｍの間、たとえば３５〜１５５μｍの間、たとえば４０〜１５０μｍの間のｄ９９を有することができる。
【００２６】
好ましくは、ガラス成分の粒子は、少なくとも０．５μｍ、１μｍ、たとえば少なくとも２μｍまたは３μｍのｄ５０を有する。好ましくは、ガラス成分の粒子は、最大５０μｍ、たとえば最大４０μｍ、または最大３５μｍ、または最大３０μｍのｄ５０を有する。
【００２７】
好ましくは、ガラス成分の粒子は、少なくとも２０μｍ、たとえば少なくとも３０μｍまたは少なくとも３５μｍ、または少なくとも４０μｍのｄ９９を有する。好ましくは、ガラス成分の粒子は、最大２００μｍ、たとえば最大１８０μｍ、または最大１５５μｍ、または最大１５０μｍのｄ９９を有する。
【００２８】
本発明への使用に適した種々の市販のガラス成分は、たとえば、日本山村硝子株式会社より入手可能な種々のガラス成分；たとえばＢａＯ、ＺｎＯ、Ｂ２Ｏ３、ＣａＯ、およびＡｌ２Ｏ３を含有するガラス成分；およびＳｃｈｏｔｔ  ＡＧ  ８４０２８  Ｌａｎｄｓｈｕｔ，Ｇｅｒｍａｎｙより入手可能なＳｃｈｏｔｔ  ＧＭ３１１０７、たとえばＢａＯ、Ｂ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、およびＣａＯを含有するガラス成分である。
【００２９】
好ましくは、ガラスによって形成されるアルカリ性溶液は、２５℃において１：１ｗ／ｗのガラス：水比で、ｐＨが少なくとも８、より好ましくは、少なくとも９、最も好ましくは、少なくとも９．５、たとえば、少なくとも１０、たとえば少なくとも１１である。
【００３０】
典型的には、ガラス成分は、水中、たとえば重量基準で同量の水中で固化および硬化が起こる種類のものである。
典型的には、本発明の刷毛型コーティング組成物は、配合物中に３０〜９０重量％のガラス成分、より典型的には４０〜８０重量％、最も典型的には５０〜７５重量％のガラス成分を有することができる。したがって、この場合、バインダー成分および液体担体成分は、実質的にコーティング配合物中の残分となる。吹き付け型配合物では、ガラス成分は、組成物の１０〜７０重量％、より典型的には、２０〜６０重量％、最も典型的には、３０〜５０重量％となることができ、この場合も残分は実質的にバインダー成分および液体担体成分から構成される。したがって一般に、ガラス成分は、組成物の１０〜９０重量％、より好ましくは２０〜８０重量％、最も好ましくは３０〜７５重量％の範囲内で存在する。
【００３１】
好ましくは、乾燥組成物中のガラス成分の量は、６０〜９９．４５重量％の間の範囲内である。たとえば、ガラス成分の量は、７０〜９８．５重量％の間、たとえば８０〜９８．５重量％の間または９０〜９７．５重量％の間の範囲内であってよい。典型的には、乾燥組成物は、重量基準で少なくとも６５重量％、たとえば少なくとも７５重量％、たとえば少なくとも８５重量％または９５重量％の量のガラス成分を含む。
【００３２】
使用中、有機物が焼失した後、ガラス成分の量は、７０〜９９．９５重量％の間の範囲内となりうる。たとえば、ガラス成分の量は、５０〜９９重量％の間、たとえば８０〜９９重量％の間または９０〜９９重量％の間の範囲内となりうる。典型的には、有機物の焼失後、組成物は、重量基準で少なくとも６５重量％、たとえば少なくとも７５重量％、たとえば少なくとも８５重量％または９５重量％の量のガラス成分を含む。
【００３３】
好ましくは、ガラス成分：遅延剤の比は、４０：１〜９０：１ｗ／ｗの間、たとえば５０：１〜８０：１ｗ／ｗの間、たとえば６０：１〜７０：１ｗ／ｗの間の範囲内である。典型的には、ガラス成分：遅延剤の比は、少なくとも４０：１ｗ／ｗ、たとえば少なくとも５０：１ｗ／ｗ、たとえば少なくとも６０：１ｗ／ｗである。典型的には、ガラス成分：遅延剤の比は、最大９０：１ｗ／ｗ、たとえば最大８０：１ｗ／ｗ、たとえば最大７０：１ｗ／ｗである。
【００３４】
好適には、バインダー成分は、アルカリ性条件、たとえばガラスによって形成される溶液のｐＨ、たとえば少なくともｐＨ８、より典型的には少なくとも９、最も典型的には少なくとも９．５、たとえば少なくともｐＨ１０、または少なくともｐＨ１１において安定である。
【００３５】
一般に、バインダーは、有機および／またはポリマーのバインダーの１種類以上から選択される。用途に適合させるためにバインダー混合物が必要となる場合がある。典型的には、バインダーは水分散性である。
【００３６】
バインダーがポリマーバインダーを含有する場合、そのバインダーは、積層作業の前に実質的に焼失するあらゆるバインダーから選択することができる。最小限の炭素付着物が残留するバインダーが好ましい。例は、セルロースバインダー；アクリレートホモポリマーもしくはコポリマー；酢酸ビニルホモポリマーもしくはコポリマー、エチレンコポリマー；および／またはポリビニルブチラールの１種類以上から選択することができる。好適なアクリルホモポリマーもしくはコポリマーは、たとえば、欧州特許出願公開第１５６６３６８Ａ２号明細書の段落［００２４］〜［００２８］において規定されるものなどで当業者に周知となっている。
【００３７】
好ましくは、バインダーは、１種類以上のアクリレートホモポリマーもしくはコポリマー、または酢酸ビニルホモポリマーもしくはコポリマーから選択される。典型的にはバインダーは１種類以上のアクリレートホモポリマーまたはコポリマーである。
【００３８】
好ましくは、組成物中のバインダーの量は、１〜２０重量％、たとえば２〜１５重量％、たとえば３〜１０重量％の範囲内である。好ましくは、組成物中のバインダーの量は、少なくとも０．１重量％、たとえば少なくとも０．５重量％、たとえば少なくとも１．５重量％である。好ましくは、組成物中のバインダーの量は、最大２５重量％、たとえば最大１５重量％、たとえば最大１２重量％である。
【００３９】
好ましくは、乾燥組成物中のバインダーの量は、０．５〜２０重量％、たとえば１〜１５重量％、たとえば２〜１０重量％の範囲内である。好ましくは、乾燥組成物中のバインダーの量は、少なくとも０．０５重量％、たとえば少なくとも０．１重量％、たとえば少なくとも０．５重量％である。好ましくは、乾燥組成物中のバインダーの量は、最大２０重量％、たとえば最大１８重量％、たとえば最大１２重量％である。
【００４０】
本発明における使用に適した種々の市販のバインダーは、たとえば、Ｓｙｎｔｏｍｅｒの安定化アクリルコポリマーであるＰｌｅｘｔｏｌ  Ｄ４９８；およびＳｙｎｔｏｍｅｒの安定化酢酸ビニル／ｖｅｏｖａであるＥｍｕｌｔｅｘ  ５７１７である。
【００４１】
前述の詳細のようにコーティング組成物は、一般に主として水、たとえば、少なくとも７０体積％が水、より典型的には少なくとも８０％、最も典型的には少なくとも９０体積％が水、たとえば少なくとも９５体積％である液体担体成分を含む。一般に、２５℃において他の液体担体は組成物中に存在しない。
【００４２】
好ましくは、液体担体成分は、組成物の１〜５５％、より典型的には１０〜４５％ｗ／ｗ、最も典型的には１０〜２５％ｗ／ｗの範囲内で存在する。好ましくは、組成物は、少なくとも１０重量％、たとえば少なくとも２０重量％、たとえば少なくとも２５重量％の量の液体担体成分を含む。好ましくは、組成物は、最大６０重量％、たとえば最大５０重量％、たとえば最大４０重量％または３０重量％の量の液体担体成分を含む。
【００４３】
コーティング組成物は、当業者に周知のさらなる添加剤をさらに含むことができ、たとえば、乳化剤；湿潤剤、分散剤、たとえばアクリルポリマー塩；増粘剤および／または懸濁剤、たとえばヒドロキシエチルセルロース；沈降防止剤、たとえばキサンタンガム；顔料、たとえば有機顔料；および／またはチキソトロープ剤の１種類以上を含むことができる。
【００４４】
好ましくは、組成物中の懸濁剤の量は、０．００２〜４重量％、たとえば０．０１〜２重量％、たとえば０．０３〜１重量％または０．０４〜０．５重量％または０．０４〜０．１重量％の範囲内である。好ましくは、組成物中の懸濁剤の量は、少なくとも０．００１重量％、たとえば少なくとも０．００５重量％または少なくとも０．０１重量％、たとえば少なくとも０．０３重量％または少なくとも０．０４重量％である。好ましくは、組成物中の懸濁剤の量は、最大４重量％、たとえば最大２重量％、たとえば最大１重量％または最大０．５重量％である。
【００４５】
好ましくは、乾燥組成物中の懸濁剤の量は、０．００５〜５重量％、たとえば０．０１〜３重量％、たとえば０．０３〜１重量％または０．０４〜０．５重量％、または０．０４〜０．１重量％の範囲内である。好ましくは、乾燥組成物中の懸濁剤の量、少なくとも０．００２重量％、たとえば少なくとも０．００５重量％、たとえば少なくとも０．０１重量％または少なくとも０．０３重量％または少なくとも０．０４重量％である。好ましくは、乾燥組成物中の懸濁剤の量は、最大５重量％、たとえば最大３重量％、たとえば最大１重量％または最大０．５重量％である。
【００４６】
好ましくは、組成物中の沈降防止剤の量は、０．００２〜４重量％、たとえば０．０１〜２重量％、たとえば０．０３〜１重量％または０．０４〜０．５重量％または０．０４〜０．１重量％の範囲内である。好ましくは、組成物中の沈降防止剤の量は、少なくとも０．００１重量％、たとえば少なくとも０．００５重量％または少なくとも０．０１重量％、たとえば少なくとも０．０３重量％または少なくとも０．０４重量％である。好ましくは、組成物中の沈降防止剤の量は、最大４重量％、たとえば最大２重量％、たとえば最大１重量％または最大０．５重量％である。
【００４７】
好ましくは、乾燥組成物中の沈降防止剤の量は、０．００５〜５重量％、たとえば０．０１〜３重量％、たとえば０．０３〜１重量％または０．０４〜０．５重量％、または０．０４〜０．１重量％の範囲内である。好ましくは、乾燥組成物中の沈降防止剤の量は、少なくとも０．００２重量％、たとえば少なくとも０．００５重量％、たとえば少なくとも０．０１重量％または少なくとも０．０３重量％または少なくとも０．０４重量％である。好ましくは、乾燥組成物中の沈降防止剤の量は、最大５重量％、たとえば最大３重量％、たとえば最大１重量％または最大０．５重量％である。
【００４８】
好ましくは、組成物中の顔料の量は、０．１〜２０重量％、たとえば０．５〜１５重量％、たとえば１〜１０重量％または１〜５重量％の範囲内である。好ましくは、組成物中の顔料の量は、少なくとも０．０５重量％、たとえば少なくとも０．１重量％または少なくとも０．５重量％、たとえば少なくとも１重量％である。好ましくは、組成物中の顔料の量は、最大２５重量％、たとえば最大１５重量％、たとえば最大１２重量％または最大８重量％である。
【００４９】
好ましくは、乾燥組成物中の顔料の量は、０．１〜２０重量％、たとえば０．５〜１５重量％、たとえば１〜１０重量％または１〜５重量％の範囲内である。好ましくは、乾燥組成物中の顔料の量は、少なくとも０．０５重量％、たとえば少なくとも０．１重量％、たとえば少なくとも０．５重量％または少なくとも１重量％である。好ましくは、乾燥組成物中の顔料の量は、最大２０重量％、たとえば最大１８重量％、たとえば最大１２重量％または最大１０重量％である。
【００５０】
有利には、顔料を使用することで、塗布中にコーティングが色を示すことができる。一般に、着色しなければコーティングは透明であり、コーティングの相対的な厚さのため、コーティングが塗布されたスタックまたはガスケットの部分の識別が困難となりうる。しかし顔料を使用することで、コーティングで覆われたスタックまたはガスケットの領域を容易に識別することができる。呈色によって、コーティングされたおよびコーティングされていないガスケットストックの間を使用者が区別することができる。さらに、たとえば異なる燃料電池作動温度で使用するための異なる種類の組成物を異なる色にすることができ、それによって異なる組成物を区別することができる。さらに、有機顔料の使用は、有機の焼失中に、顔料がコーティングから除去され、それによってコーティングが透明になり、したがってコーティング中に起こりうる劣化の原因が取り除かれることを意味する。
【００５１】
好ましくは、本明細書における遅延剤、ガラス成分、バインダー、液体担体、およびその他の添加剤の量に関する範囲、ならびに下限および上限は、本発明の状況においてあらゆる組合せで組み合わせることができることを理解されよう。
【００５２】
使用中、液体担体成分は、一般に乾燥中に蒸発し、コーティング層中のバインダー成分および残存するあらゆる液体担体成分は、使用前の燃料電池の加熱のために除去される。したがって、製造および初期乾燥の後、ガスケットはバインダー成分を含み、一方、使用中にバインダー成分は実質的に除去される。
【００５３】
本発明の第２の態様によると、コア層を含む燃料電池の２つの接合面をシールするためのガスケットが提供され、前記コア層は、本発明の第１の態様の組成物による第１および第２のコーティングの間に介在する。
【００５４】
さらに、本発明は、コーティング層の液体担体が乾燥によって実質的に除去された第２の態様によるガスケットに拡張される。さらに、本発明は、コーティング層のバインダーが使用中に除去された、または分解した第２の態様によるガスケットに拡張される。
【００５５】
好ましくは、コア層は、弾性変形可能なコア層である。典型的には、この弾性層は、剥離バーミキュライトおよび／またはマイカなどの１種類以上のプレートレットフィラーを含有することができ、たとえばコア層は化学的剥離バーミキュライト（ＣＥＶ）および／または熱的剥離バーミキュライト（ＴＥＶ）を含有することができる。好ましくは、弾性コア層はＣＥＶを含有する。
【００５６】
好適には、コーティング層は、コア層の表面の少なくとも一部を覆う。一般に、コーティング層は、コア層の表面全体を実質的に覆うようにコア層と隣接している。しかし、コーティング層は、それぞれの周辺部で結合するようにコア層の端部と重なることができ、それによってコア層をコーティング層中にシールすることができる。好ましくは、コーティング層はガスケットの外層を形成し、それによってコーティング層はそれぞれの接合面と使用中に接触し、より好ましくは、使用中にガスケット層は、コア層が接合面と実質的に接触しないように配列される。しかし、コア層が１００％未満のコーティング被覆率を有し、場合により一部のコア層も使用中に接合面に接触することもできる。
【００５７】
好ましくは、本発明のガスケットはＳＯＦＣまたはＳＯＥＣ用である。本発明のガスケットは、好ましくはガス漏れを軽減するためのＳＯＦＣまたはＳＯＥＣ用ガスケットである。
【００５８】
有利には、驚くべきことに本発明の第２の態様によるガスケットは使用中に改善された漏れ速度を示すことが分かった。驚くべきことに、改善された漏れ速度は、熱サイクル後に維持され、さらに、実際には一連の熱サイクル後に改善されうることも分かった。遅い漏れ速度はさらに、広範囲の圧力にわたって、および広範囲の温度にわたって得られた。さらに、有利には、向上したシールはあらゆる圧縮応力において見られるが、本発明の第２の態様によるガスケット、比較的低い圧縮応力において、典型的には０．５ＭＰａ未満、たとえば０．１ＭＰａにおいて特に改善されたシール特性が得られることが分かった。低圧縮応力においてＳＯＦＣまたはＳＯＥＣを作動させることによって、スタックモジュールにあまり嵩高くない圧縮システムを使用することができ、それによって、より高い設計の自由度および効率の改善が可能となる。さらに、より小さな表面応力のために、エッチングまたは機械加工が行われた板ではなくより薄い相互接続板を使用することができ、より向上した流動形状が可能となる。
【００５９】
コア層は、より低い温度、特にコーティングのガラス転移温度未満で、コーティングよりも高い圧縮性となることが意図される。これによって、すべてガラスのシールよりも熱機械的応力を低下させることができる。好ましくは、コア層は、その面する表面に対して垂直方向に圧縮可能である。前述したように、ガスケットのコア層は、剥離バーミキュライトを含むことができる。
【００６０】
好ましくは、剥離バーミキュライトは化学的剥離バーミキュライト（ＣＥＶ）である。ＣＥＶは、鉱石を処理し、それを水中に膨潤させることによって形成される。可能な製造方法の１つでは、鉱石を飽和塩化ナトリウム溶液で処理して、マグネシウムイオンをナトリウムと交換し、次に塩化ｎ−ブチルアンモニウムで処理して、ナトリウムをｎ−Ｃ４−Ｈ９ＮＨ３イオンと置換する。水で洗浄すると膨潤が起こる。次に、この膨潤した材料に高剪断を加えることで、非常に微細な（５０μｍ未満の直径）バーミキュライト粒子の水性懸濁液が得られる。
【００６１】
懸濁液から水を除去して、乾燥ＣＥＶ粒子を形成することもできる。好ましくは、乾燥ＣＥＶは、当業者に周知の技術などの好適な乾燥技術によって形成される。好適な乾燥技術としては、ケーキ乾燥および粉砕；フィルム乾燥および粉砕；回転熱風乾燥；噴霧乾燥；凍結乾燥；空気乾燥；部分的に乾燥した固体の流動床乾燥；ならびに真空棚乾燥などの真空方法が挙げられる。
【００６２】
典型的には、使用前の本発明のコア層の密度は１．７〜２．０ｇ／ｃｍ３、より典型的には約１．９ｇ／ｃｍ３である。
好ましくは、ＣＥＶは、コア層中の全剥離バーミキュライトの最大１００％ｗ／ｗ、典型的には８０〜１００％ｗ／ｗ、より典型的には９０〜１００％となり、一般に約１００％ＣＥＶｗ／ｗがコア層中の全剥離バーミキュライトとなる。コア層は、乾燥由来のＣＥＶ、すなわちコアガスケット組成物の形成および乾燥の前に乾燥状態でコア組成物に加えられるＣＥＶも含むことができる。しかし、一般に、ＣＥＶ源は、バーミキュライト構成から直接製造されるＣＥＶの水性分散体である。
【００６３】
好ましくは、ＣＥＶの比率は、コア層の少なくとも３０％ｗ／ｗ、より好ましくはコア層の少なくとも３５％ｗ／ｗである。
典型的には、ＣＥＶ量は、コア層の３０〜７０％ｗ／ｗ、より典型的には、コア層の３５〜６５％ｗ／ｗ、最も典型的にはコア層の４０〜５５％ｗ／ｗの範囲内である。
【００６４】
好ましくは、コア層は、湿潤ドウ組成物のカレンダー加工によって、または湿式ドウ組成物をドクターブレードで塗り広げた後に乾燥させることによって形成された剥離バーミキュライトの箔の形態である。
【００６５】
コア層は、剥離バーミキュライトに加えてさらなる成分を含むことができる。たとえば、コア層は、１種類以上の粗い、細かい、非常に細かい、および／または板状のフィラーなどの好適なフィラーをさらに含むことができる。たとえば、フィラーは、Ｍａｌｖｅｒｎ  Ｓｉｚｅｒ  ３６０１によって測定して約２０μｍのｄ５０を有する粗いフィラーであってよい。フィラーは約１２５ｍ２／ｇの表面積を有する非常に細かいフィラーであってよいし、および／またはフィラーは、板状フィラーなどの約７ｍ２／ｇの表面積を有する微粉砕されたフィラーであってよい。「約」は±１０％を意味する。
【００６６】
好ましいフィラーはタルクである。粗粒タルクフィラーの一例は、Ｒｉｃｈａｒｄ  Ｂａｋｅｒ  Ｈａｒｒｉｓｏｎ  Ｌｉｍｉｔｅｄ  ＩＧ１  ４ＴＱ，ＵＫより入手可能なＭａｇｓｉｌ  Ｄｉａｍｏｎｄ  Ｄ２００である。フィラーの別の一例は、Ｅｖｏｎｉｋ  Ｄｅｇｕｓｓａ  ＧｍｂＨ，６０２８７  Ｇｅｒｍａｎｙより入手可能な微細合成シリカフィラーＶＮ２である。好適なフィラーのさらに別の一例は、Ｍｉｎｅｌｃｏ  Ｌｔｄ  ＤＥ２１  ７ＢＥより入手可能な微粉砕板状マイカ材料ＭＫＴである。
【００６７】
好適な剥離バーミキュライトコア材料の一例は、Ｔｈｅｒｍｉｃｕｌｉｔｅ  ８６６（Ｆｌｅｘｉｔａｌｌｉｃより入手可能）である。
本発明の好ましい一実施形態では、剥離バーミキュライトは８０％〜１００％ｗ／ｗのＣＥＶであり、ＣＥＶの比率はコア層の少なくとも３０％ｗ／ｗである。
【００６８】
本発明の別の好ましい実施形態では、剥離バーミキュライトは８０〜１００％ｗ／ｗのＣＥＶであり；ＣＥＶの比率はコア層の少なくとも３０％ｗ／ｗであり；フィラーの比率はコア層の少なくとも４０％ｗ／ｗであり；コーティング層は好ましくはコア層と接触し；コーティング層は場合により０．１〜５０μｍの間の厚さを有し；場合によりガスケットは１０〜２１００μｍの範囲内の非圧縮厚さを有する。
【００６９】
好ましくは、フィラーの比率は、コア層の少なくとも４０％ｗ／ｗであり、最も好ましくはコア層の少なくとも４５％ｗ／ｗである。典型的には、フィラー量はコア層の７０〜３０％ｗ／ｗの範囲内、より典型的にはコア層の６５〜３５％ｗ／ｗ、最も典型的にはコア層の６０〜４８％ｗ／ｗの範囲内である。
【００７０】
典型的には、コア層は、１０〜２０００μｍの範囲内の厚さであり、より典型的には１００〜１５００μｍ、最も典型的には１００〜１２００μｍ、たとえば３００〜１０００μｍの範囲内の厚さである。
【００７１】
前述したように、ガスケットは、本発明の第１の態様の組成物のコーティング層をさらに含む。本発明のコーティング層は、ＳＯＦＣまたはＳＯＥＣの接合面を気密シールするように設計され、ガスケットのコア層のトポグラフィーに適合する。コーティング層は、接合面の表面の欠陥部分に適応するようにさらに使用可能であり、したがって直接漏れ通路を実質的にシールする機能を果たす。さらに、１つ以上のコーティング層がコア層に直接隣接して配置される場合、コーティング層は、コア層材料中の表面の欠陥部分に適応する機能を果たすことができ、コア層中の直接漏れ通路を実質的にシールすることもできる。したがって、コーティング層は好ましくは、コア層のトポグラフィーに適合する。したがって、好ましくは、コア層を直接コーティングして、コア層の互いに反対側の表面上に隣接する第１および第２のコートを形成することによって、好ましくはコーティング層が、コア層と接触するようにガスケット中に配置される。表面の欠陥および条痕が通常は本発明のコア層の表面上に存在するため、本発明のコーティング層は特に有利である。
【００７２】
有機物が焼失した後の燃料電池中に使用されるガラスコーティングの典型的な密度は２．５〜７．５ｇ／ｃｍ３の範囲内、たとえば３〜６．５ｇ／ｃｍ３の範囲内である。
コーティングの単位面積当たりの重量（ｍｇ／ｃｍ２）は、ガスケットに塗布されるコーティングの厚さによって決まるが、典型的には有機物焼失後に０．２〜１０ｍｇ／ｃｍ２の範囲内、たとえば３〜８ｍｇ／ｃｍ３の範囲内である。
【００７３】
好適には、スタック中の温度が作動温度である場合に、コーティング層は初期で１〜１０４Ｐａ・ｓの粘度を有することができる。しかし、時間がたつと、非晶質層が次第に結晶化して、操作温度における粘度が増加することがある。
【００７４】
本発明のコーティングは、コーティングがコア層表面の欠陥を満たし、それによって漏れ通路をシールするような方法で、コア層に適合できるようになる。一般にこれは作動温度において起こる。
【００７５】
ガラス成分中のガラスの種類は、スタックの所望の作動温度により変更することができる。たとえば、燃料スタックが特定の作動温度を有する場合、コーティングがそれらの温度で隣接表面に適合するように、材料の粘度がスタック作動温度に調整されるように、コーティング組成物を選択することができる。ガラス成分が、シールの使用される燃料電池の作動温度の範囲内またはそれより高温のぬれ流動（ｗｅｔｔｉｎｇ−ｆｌｏｗｉｎｇ）温度を有することが好ましい。たとえば、燃料電池スタックが７００℃の作動温度を有する場合、約７００〜８００℃のぬれ流動温度範囲を有するガラス成分を使用することができる。したがって、ガラス成分の好ましい必要シール温度は、軟化温度より高く、より典型的には、コーティングの軟化温度と半球温度との間であり、半球温度は一般にぬれ段階の開始を示す。燃料電池作動温度は、スタックの性質によって変動し、５００℃〜１０００℃の間となりうるが、一般に５５０℃〜９００℃の間であり、一般にコーティング組成物は最低作動温度でも依然として有効なシールが得られるべきである。したがって、種々の燃料電池の要求に適合させるために、ガラス成分の好ましい軟化温度範囲は４５０〜９５０℃の間であり、より好ましくは５００〜９００℃である。半球温度範囲は軟化温度の範囲よりも１０〜５００℃、より好ましくは１０〜２００℃高くなりうる。特定の燃料電池の燃料電池作動温度は、使用中に変化することがあるので、ガラス成分は好ましくはこれらの温度にわたって機能できるべきである。しかし、好ましい本発明のある実施形態では、初期サイクル中にぬれ段階またはさらには流動段階に到達できるように半球温度が燃料電池の作動温度の上限未満となることが好ましいが、その理由はこれによってコア層とコーティング層との間のシールが促進されるからである。ガラス成分の流動温度は、半球温度範囲よりも５〜１００℃高くなりうる。典型的な流動温度範囲は８００〜１５００℃であるが、ガラスセラミック複合材料の場合は、７５０〜１１００℃、より好ましくは８００〜１０５０℃となる。スタックに対する圧力もシール温度、半球温度、および流動温度に影響することは理解されるであろう。しかし、上記温度範囲は、大気圧において高温顕微鏡によって求めることができる。
【００７６】
好ましくは、各コーティング層は、有機物の焼失後に、０．１〜５０μｍの間、より典型的には０．５〜２５μｍの間、または１〜２０μｍの厚さを有する。
コーティング組成物の複数のコートを塗布することができるが、好ましくはコーティング組成物のただ１つのコートが、ガスケット中の各コーティング層のために塗布される。
【００７７】
有利には、ガラスコーティング層が低粘度であることで、隣接する表面のぬれが良好になり、剥離バーミキュライトの細孔に浸透することができる。
本発明の第３の態様によると、燃料電池の２つの接合面をシールするためのガスケットを含む燃料電池が提供され、このガスケットは本発明の第２の態様によるものである。
【００７８】
好ましくは、燃料電池は固体酸化物形燃料電池／電解槽（ＳＯＦＣおよびＳＯＥＣ）である。
本発明の別の一態様によると、燃料電池ガスケット中での本発明の第１の態様によるガラスコーティング組成物の使用が提供される。
【００７９】
本発明の別の一態様によると、本発明のいずれかの態様による１つ以上のガスケットを含む固体酸化物形セルまたは固体酸化物形セルの構成要素が提供される。
好ましくは、固体酸化物形セルは、本発明の第２の態様による少なくとも１つのガスケットを含む。場合により、固体酸化物形セルは、セルの電解質とカソードとの間、電解質とアノードとの間、カソードとアノードとの間、セルと相互接続部との間、相互接続部と相互接続部との間、相互接続部と端板との間、セルと端板との間、および／またはセルとセルとの間の１つ以上にガスケットを含むことができる。
【００８０】
本発明の別の一態様によると、固体酸化物形セル、特にＳＯＦＣまたはＳＯＥＣの中でのシール特性を改善するための、本発明のいずれかの態様によるガスケットの使用が提供される。
【００８１】
本発明の別の一態様によると、本発明のいずれかの態様による少なくとも１つのガスケットを固体酸化物形セル中に組み込むステップを含む、固体酸化物形セルの製造方法、または固体酸化物形セルのシール方法が提供される。
【００８２】
燃料電池の接合面は、同じまたは異なる材料から形成することができる。好ましくは、接合面は金属またはセラミックから形成される。最も好ましくは、接合面は高温フェライト鋼などの鋼から形成される。好適なステンレス鋼は、最高９００℃まで非常に安定なクロム−マンガン物層を形成するＣｒｏｆｅｒ  ２２  ＡＰＵである。
【００８３】
有利には、本発明の第２の態様によるガスケットの優れた性能によって、より小さい表面応力を使用しながら、依然としてガスシールを実現することができる。したがって、本発明を使用することで、より低い応力限界を有する燃料電池の部品を使用することもできる。このような部品としては、たとえば、エッチングや機械加工ではなくプレス加工によって好都合に製造できる薄い相互接続板が挙げられる。これによって、燃料電池の設計の自由度がより高くなり、より向上した流動形状が可能となる。典型的には、本発明の燃料電池の薄い金属板は、０．１〜１．５ｍｍの範囲内の厚さ、より好ましくは０．１〜１ｍｍの範囲内の厚さ、最も好ましくは０．１〜０．５ｍｍの範囲内の厚さである。
【００８４】
本発明の別の一態様によると、本発明の第２の態様によるガスケットの製造方法であって、
ａ．第１の態様のガラス組成物を、ガスケットコア層の互いに反対側の表面のそれぞれの上にコーティングして、それらの上にコーティング層を形成するステップと、
ｂ．シールされる接合面の間の燃料電池中にコーティングされたガスケットを配置するステップと、
ｃ．場合により、ガスケットを加熱して、残留する揮発性有機成分を除去するステップと、
ｄ．場合により、ガスケットを加熱して、コーティング層を焼結させるステップと、
ｅ．場合により、さらに加熱して、コーティング層をぬれ性にするステップとを含む方法が提供される。
【００８５】
ガスケットコア層は、本明細書に規定されるガスケットコア層から選択することができる。好ましくは、コア層は、剥離バーミキュライト、より好ましくは化学的剥離バーミキュライトを含む。
【００８６】
この方法は、コーティングステップａの前または後に、コア層を必要なガスケット形状に、成形、好ましくは切断するステップを含むことができる。場合により、成形、より好ましくは切断のステップは、ステップａの前に行われる。これによって、コーティング層からの分離が回避されるので、コア層の任意の未使用部分の再利用がより容易に行われる。
【００８７】
コーティング層は、当業者に周知のあらゆる方法でコア層に塗布することができる。好ましくは、コーティングは、液体懸濁液またはペースト状配合物の形態で塗布される。たとえば、コーティング層は、吹き付け、刷毛塗り、スパチュラ、ローラー、ドローバー、テープ、またはスクリーン印刷によって塗布することができる。塗布方法によって、コーティング配合物の含有量がある程度まで決定される。
【００８８】
コーティング組成物の含有量および比率が、厚さ、付着性などの配合物の所望の性質により変更できることは、当業者には明らかであろう。
コーティング組成物は、当業者に周知のあらゆる方法によって形成することができる。通常、コーティング組成物は、バインダー成分、液体担体、遅延剤およびガラス成分を混合することによって形成することができる。好適には、ガラス成分および遅延剤は異なる成分であり、別々に加えられるか、または別々の成分からあらかじめ混合されるかである。
【００８９】
コーティングされたコア層は、周囲温度で乾燥させることができる。乾燥ステップの長さおよび温度は、たとえばコーティング組成物の含有量、およびコーティング層の厚さによって決定される。一実施形態では、乾燥後に、ある比率の液体担体成分がコーティング中に残存する。有利には、この形態のコーティング層は、低温接着剤として機能することができ、したがって最初に使用する前に組合せされた構成要素の取り扱いの容易さを改善する機能を果たすことができる。
【００９０】
有利には、本発明による組成物は、従来技術の組成物よりも混合が容易であることが分かった。たとえば、テルピネオールなどの有機担体を用いた従来技術の組成物は、最大１２時間の混合を必要としうる。本発明による組成物は、ＩＫＡオーバーヘッドスターラー、たとえばＲＷベーシックエッグミキサー、またはＲＷ  ２０  Ｄｉｇｉｔａｌミキサーを用いた通常の運転条件での混合などの数分の混合後、たとえば３０分の混合、たとえば２０分、１０分、５または２分の混合後に適切な形態となることが分かった。さらに、本発明による組成物は、従来技術の組成物よりも乾燥しやすいことが分かった。たとえば、テルピネオールを使用する従来技術の組成物は、オーブン中最大２０分の加熱による乾燥が必要となりうる。対照的に、本発明による組成物は、オーブン加熱を必要とせずに適切な時間尺度で乾燥することが分かった。たとえば、本発明のコーティングは、１８〜２５℃の間などの周囲温度で、２０分、たとえば１０または５分の乾燥後に適切に乾燥することができる。
【００９１】
本発明のガスケットは、コーティング前に必要な形状に切断することができるが、典型的には、当業者に周知のあらゆる好適な方法によって、コーティングおよび初期乾燥の後に必要な形状に切断される。
【００９２】
好ましくは、スタック組立および加熱の前に、コーティング層をコア層に適合させる。
本発明のこのさらなる態様の熱処理ステップ（ｃ）〜（ｅ）の条件は、好ましくは、コーティング層がコア層の表面のあらゆる欠陥に適応するように最適化される。
【００９３】
熱処理プロセスは、段階的、連続的、または混合段階的で、連続温度勾配を用いて行うことができる。たとえば、温度は２０〜１００Ｋ／ｈの間、より好ましくは５０〜７０Ｋ／ｈの間、最も好ましくは５５〜６５Ｋ／ｈの間の比較的一定の速度で上昇させることができる。好ましくは、熱処理は、空気雰囲気中で行われる。
【００９４】
好ましくは、熱処理は、段階的方法で行われ、これは、加熱が完了するまで、温度を上昇させ、ある時間、特定の上昇レベルで実質的に維持し、次にさらに上昇、実質的に維持などを行うことを意味する。したがって、一実施形態では加熱は、あらゆる有機材料の制御された焼失を可能にする温度での維持を含むことができる。制御された焼失は、炭素形成の防を促進するために好都合である。次に温度は、コーティングのぬれおよび焼結が起こるさらなる高温まで上昇させることができる。
【００９５】
ステップ（ｃ）に関して、このステップは、スタックの加熱中の滞留時間を含むことができる。この滞留時間は、残留有機成分を実質的に焼失させるために、３５０〜５００℃の間、少なくとも３５０℃よりも高温、たとえば５００℃の温度で、たとえば１時間であってよい。
【００９６】
典型的には、ステップ（ｄ）で使用される温度は、ステップ（ｅ）の温度よりも高く、スタックの作動温度よりも高い。たとえば、ステップ（ｄ）の温度は、スタックの作動温度よりも４０〜７０℃高くなりうる。したがって、焼結ステップを使用することで、スタック作動温度に温度を調節可能となる前にガスケットの別の加熱計画が必要となりうる。有利には、本発明によるガスケットは、ステップ（ｄ）の焼結が不要となりうる。たとえば、本発明によるガスケットは、スタックが約７００℃以上の作動温度を有する場合など、焼結ステップが不要となる場合があり、またはスタックの作動温度より高温への加熱が不要となる場合がある。したがって、典型的には、スタックの温度は、スタックの要求のみに従って上昇させることができる。本発明によるガスケットは、スタックの温度要求から独立した特殊な加熱計画が不要となりうる。
【００９７】
有利には、熱処理によって、コーティング層がコア表面の欠陥を満たすことができる。さらに、コーティングは、直接漏れ通路を実質的にシールする。一実施形態では、コーティング層は、熱サイクル中に形成されるコアの亀裂をシールするように機能することができる。
【００９８】
本発明の別の一態様によると、本発明の第２の態様によるガスケットの製造方法であって、
ａ．本発明の第１の態様のガラス組成物を、シールされる接合面のそれぞれの上にコーティングするステップと、
ｂ．シールされるコーティングされた接合面の間にガスケットコア層を配置するステップと、
ｃ．コーティングされた表面および介在するガスケットコア層をともに接合するステップと、
ｄ．場合により、ガスケットを加熱して、残留する揮発性有機成分を除去するステップと、
ｅ．場合により、ガスケットを加熱して、コーティング層を焼結させるステップと、
ｆ．場合により、さらに加熱して、コーティング層をぬれ性にするステップとを含む方法が提供される。
【００９９】
本発明のこの態様によるコーティング層は、本発明のいずれかの態様のコーティング層に関連して記載したコーティング組成物および方法のいずれかによって、製造および接合面への塗布を行うことができる。好ましくはコーティング層は、ペーストの形態で接合面に塗布することができる。好ましくは、ガラス組成物の接合面への塗布方法は、押出成形によるビーディングなどの押出成形による。
【０１００】
ステップ（ｄ）〜（ｆ）は、本発明の前の態様のステップ（ｃ）〜（ｅ）および前述のそれらの任意選択の特徴に記載のように行うことができる。
この方法は、シールされるコーティングされた接合面の間に配置する前に、必要なガスケットの形状にガスケットコア層を成形、好ましくは切断するステップを含むことができる。
【０１０１】
有利には、この態様による方法によって、本発明によるガスケットの製造の材料効率をさらに高めることができる。ガスケットの形状は、一般に接合面の形状によって決定されるが、コア層材料は一般に大型シートで製造される。したがって、ガラスコーティングされたコア層シートの成形によって、廃棄することができる切断片が生じうる。したがって、最初にガラス組成物を接合面に塗布することによって、コーティング組成物の廃棄が回避される。さらに、この方法では、コア層の未使用部分の再利用をより容易に行うことができる。
【０１０２】
本発明の態様によるガスケットは、コーティング層の間に介在するコア層を含む。好ましくは、ガスケットのコーティング層は、コア層に実質的に隣接して配置され、典型的にはそれらの間で結合接触して配置される。したがって、コーティング層は、好ましくはコア層と連続的に接触し、そのためさらなる層はそれらの間には介在しない。コア層材料は、本明細書に規定される材料から選択することができる。好ましくは、コア層は、剥離バーミキュライト、より好ましくは化学的剥離バーミキュライトを含む。
【０１０３】
典型的には、本発明のコーティングされたガスケットは、１０〜２１００μｍ、より典型的には５０〜１５００μｍ、最も典型的には３００〜１０００μｍの範囲の非圧縮厚さを有する。
【０１０４】
通常、コーティング層は、スタックの作動温度で適度に流体であり適合性である。しかし、たとえば熱サイクル中、より低い温度では、コーティング層が固化することがある。したがって、コーティング層、コア層、および接合面の熱膨張係数（ＣＴＥ）は実質的に同じであってよい。典型的には、セルの接合面は、作動温度中に、１０〜１３．１０−６Ｋ−１の範囲内のＣＴＥを有する。熱サイクル中のシールの損傷を回避するために、これらの温度、さらに特に作動温度未満、したがってコーティング材料のＴｇ未満においてコーティング材料と接合面とのＣＴＥが一致すると特に有利である。好適には、コーティング材料は接合面に対して６００〜１０００℃の間で±２．１０−６Ｋ−１、より好ましくは±１．５．１０−６Ｋ−１のＣＴＥを有する。
【０１０５】
一般に、本発明の組成物は、刷毛型コーティングまたは吹き付け型コーティングの配合物として塗布される。組成物が吹き付けによって塗布される場合、組成物は典型的には多量の液体担体を含む。送出の理由で、吹き付け型コーティング組成物は刷毛型コーティング組成物よりも多量の液体担体が必要となる。したがって、組成物が刷毛型組成物で塗布される場合、組成物は一般に少ない量の液体担体を含む。刷毛型コーティング組成物は一般に、すべての非吹き付け塗布方法に好適である。
【０１０６】
本発明の別の一態様によると、ガラス組成物の硬化を防止するための遅延剤の使用が提供される。この目的に好適な遅延剤およびガラス組成物は本明細書、特に第１の態様に規定されている。
【０１０７】
本発明の別の一態様によると、ガラス組成物の硬化を抑制するための遅延剤の使用が提供される。この目的に好適な遅延剤およびガラス組成物は本明細書、特に第１の態様に規定されている。
定義
「貯蔵安定性」は、通常許容される温度および時間の貯蔵条件、すなわち５〜３０℃の間および１〜７日、より典型的には１５〜２５℃および１〜５日において、組成物が実質的に硬化しないことを意味する。
【０１０８】
本明細書において用語「液体」は、当業者により十分理解されているので定義は不要である。典型的には、液体という用語は、少なくとも５〜３５℃の間、より典型的には５〜３０℃の間の材料または組成物に適用可能である。
【０１０９】
本明細書において用語「固体酸化物形セル」は、固体酸化物形燃料電池または固体酸化物形電解槽を含む。
半球温度は、試料の高さがその直径の半分となる温度であり、ぬれ性に近づく指標となる。
【０１１０】
試料の高さが底面の幅の半分のなるときに、半球（すなわち球の半分の）温度に到達する。
本発明のよりよい理解のため、および本発明の実施形態を実施できる方法を示すため、これより例として以下の実施例を参照する。
実施例
以下のガラス粉末の試験を行った：
１  ＶＩＯＸ  Ｖ１４６７（１：１水分散体のｐＨ６〜７）
２  ＶＩＯＸ  Ｖ２２８９（１：１水分散体のｐＨ６）
３  ＦＬＸ  １０２（１：１水分散体のｐＨ１０）
４  ＦＬＸ  １０１（１：１水分散体のｐＨ１０）
５  Ｓｃｈｏｔｔ  ＧＭ３１１０７（１：１水分散体のｐＨ１０．５）。
比較試験
比較試験のために、蒸気ガラス粉末を以下の組成物中に混入した：
ガラス粉末          １００
Ｄｉｓｐｅｘ  Ｎ４０    １
水                    ４２
１％Ｎａｔｒｏｓｏｌ    １
１％Ｋｅｌｚａｎ        １
Ｄｉｓｐｅｘ  Ｎ４０：水中のメタクリル酸のナトリウム塩の溶液を含む湿潤剤および分散剤。
Ｎａｔｒｏｓｏｌ：１％ヒドロキシエチルセルロース溶液を含む増粘剤および懸濁剤。
Ｋｅｌｚａｎ：１％キサンタンガム溶液を含む沈降防止剤。
比較試験の結果
比較例１（ＶＩＯＸ  Ｖ１４６７を含有）：２時間後、ぎっしり詰まった沈殿物の上で水層が分離した。かろうじて再混合できた。２４時間に変化はなく、固化反応は起こらなかった。
【０１１１】
比較例２（ＶＩＯＸ  Ｖ２２８９を含有）：２時間後、やわらかい沈殿物の上で水層が分離した。再混合は容易である。２４時間に変化はなく、固化反応は起こらなかった。
比較例３（ＦＬＸ  １０２を含有）：組成物は、ほぼすぐに増粘を開始した。２時間後にペースト状のコンシステンシー。２４時間後、組成物は、濃厚で凝固したペーストとなり回収できなかった。
【０１１２】
比較例４（ＦＬＸ  １０１を含有）：１時間後、組成物はペースト状になった。２４時間後、組成物は非常に硬いペーストとなり、コーティングとして使用できなかった。
比較例５（Ｓｃｈｏｔｔ  ＧＭ３１１０７を含有）：数分以内に組成物は固体になった。
【０１１３】
上記例に示されるように、アルカリ性ガラスは水性分散体中で迅速に固化し、したがって貯蔵安定性が低いことが分かった。
本発明の試験
本発明による組成物の試験のため、ＦＬＸ  １０２およびＦＬＸ  １０１ガラス粉末を実施例１および２の以下の組成物中に混入した：
ガラス粉末          １００
Ｄｉｓｐｅｘ  Ｎ４０    １
水                    ４２
１％Ｎａｔｒｏｓｏｌ    １
１％Ｋｅｌｚａｎ        １
ホウ砂                  １．５
ホウ砂−四ホウ酸二ナトリウムを含む遅延剤。
本発明の試験の結果
実施例１（ＦＬＸ  １０２を含有）：２時間後、組成物は、再混合可能なぎっしり詰まった沈殿物を形成した。２４時間後、組成物は同じ形態であり、固化しなかった。４８時間後、依然として固化しなかった。
【０１１４】
実施例２（ＦＬＸ  １０１を含有）：２時間後、組成物の形態に変化はなかった。４８時間、一部沈殿が生じたが、組成物は容易に再混合可能であり、固化は見られなかった。
さらなる本発明の実施例３では、Ｓｃｈｏｔｔ  ＧＭ３１１０７ガラス粉末を以下の組成物中に混入した：
ガラス粉末              １００
Ｄｉｓｐｅｘ  Ｎ４０        １
水                        ４２．５
１％Ｎａｔｒｏｓｏｌ      １０
１％Ｋｅｌｚａｎ          １０
ホウ砂                      １．５
Ｐｌｅｘｔｏｌｄ４９８    １０
１０％黄色                  ２．２
１０％赤色                  ０．４
１０％黒色                  ０．５５
Ｐｌｅｘｔｏｌ  Ｄ４９８：高アルカリ性系での用途のために安定化されたアクリル分散体を含むバインダー。
黄色顔料：有機顔料Ｙｅｌｌｏｗ  ８３のＧｅｍｓｐｅｒｓｅ  ＥＰ８３水性分散体。
赤色顔料：有機赤色顔料のＧｅｍｓｐｅｒｓｅ  ＥＸ１６６水性分散体。
黒色顔料：カーボンブラックのＧｅｍｓｐｅｒｓｅ  ＥＰ７水性分散体。
【０１１５】
ホウ砂が溶解するまで、水、Ｄｉｓｐｅｘ、およびホウ砂を予備混合することによって上記組成物を形成した。次に撹拌しながらガラス粉末を加えた。ゆっくり撹拌しながら、あらかじめ作製したＮａｔｒｏｓｏｌおよびＫｅｌｚａｎの溶液を次に加え、続いてゆっくり撹拌しながらＰｌｅｘｔｏｌを加え、最後にゆっくり撹拌しながら顔料を加えた。
本発明の試験の結果
実施例３（Ｓｃｈｏｔｔを含有）：２日にわたって組成物の増粘は無視できる程度であった。沈殿も無視できる程度であり、沈殿物は容易に再混合可能であった。周囲温度で保管した場合は４日後、および冷蔵庫中に保管した場合は７日間、組成物は塗布に好適であることがさらに分かった。
【０１１６】
５０μ  ＫＢａｒ（ＲＫ  Ｐｒｉｎｔ  Ｃｏａｔ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ  Ｌｔｄ，Ｌｉｔｌｉｎｇｔｏｎ，Ｒｏｙｓｔｏｎ，ＳＧ８  ０ＱＺ，ＵＫより入手可能）を用いて実施例３の組成物をバーミキュライトガスケットコア層に塗布して均一なフィルムを得て、これを風乾した。乾燥させたフィルムは凝集性であり、無視できるチョーキングが生じる耐摩擦性であった。このシートを３７０℃まで加熱して有機物を焼失させた。シートを７００℃に加熱すると、透明の溶融ガラスコーティングが形成された。
【０１１７】
さらなる遅延剤について、ガラス組成物の遅延化／安定化の有効性の試験を行った。使用した配合物は、ホウ砂の代わりに以下のものを使用したことを除けば実施例３と同じであった。
実施例４．オルトホウ酸（Ｈ３ＢＯ３）
ホウ酸は、ｐＨ６．７の溶液の非常に弱い酸であり、水に対して十分な溶解性である。Ｄｉｓｐｅｘおよびガラスを加える前に、上記配合物中に１．４部の量でホウ酸を水成分中に溶解させた。
【０１１８】
粘度を監視すると以下の通りであった：初期−低粘度のなめらかな液体６時間−低粘度のなめらかな液体２４時間−低粘度のなめらかな液体。
実施例５．糖（スクロース）
ガラスを加える前に、水に溶解させることによって上記配合物に１．４部で加えた。
【０１１９】
粘度を監視すると以下の通りであった：初期−低粘度液体１時間−水っぽいペースト６時間−濃厚ペースト−粗粒なし２４時間−濃厚ペースト−粗粒なし４８時間−硬いペーストであるが依然として使用可能。
実施例６．酒石酸
ガラスを加える前に、水に溶解させることによって上記配合物に１．４部で加えた。
【０１２０】
粘度を監視すると以下の通りであった：
初期−低粘度液体
７時間−クリーム状コンシステンシー
２４時間−クリーム状コンシステンシー
７２時間−クリーム状コンシステンシー、粗粒および凝集なし。
実施例７．サリチル酸
前述のように１．４部で加えた。
【０１２１】
粘度を監視すると以下の通りであった：
初期−低粘度液体
４５分−低粘度液体
２４時間−水っぽいペースト、粗粒なし、依然として使用可能。
【０１２２】
上記例から分かるように、アルカリ性ガラスと遅延剤とを含有する本発明による水性組成物は、水性分散体中の固化に対して改善された抵抗性を示し、これらの高温ガラスの貯蔵安定性が実質的に改善される。
【０１２３】
本明細書に関連して本明細書と同時またはそれ以前に出願され、本明細書によって公開されるすべての論文および文献に注目され、すべてのこのような論文および文献の内容は参照により本明細書に援用される。
【０１２４】
本明細書（あらゆる添付の請求項、要約書、および図面を含む）中に開示されるすべての特徴、および／またはそのように開示される任意の方法またはプロセスのすべてのステップは、そのような特徴および／またはステップの少なくとも一部が相互に排他的となる場合の組合せを除いたあらゆる組合せで組み合わせることができる。
【０１２５】
本明細書（あらゆる添付の請求項、要約書、および図面を含む）中に開示されるそれぞれの特徴は、他に明記されなければ、同じ、同等、または類似の目的を果たす別の特徴で置き換えることができる。したがって、他に明記されなければ、開示されるそれぞれの特徴は、包括的な一連の同等または類似の特徴の単なる一例である。
【０１２６】
本発明は上記実施形態の詳細に限定されるものではない。本発明は、本明細書（あらゆる添付の請求項、要約書、および図面を含む）中に開示される特徴の任意の新しい１つもしくは任意の新しい組合せまで、またはそのように開示される任意の方法もしくはプロセスのステップの任意の新しい１つもしくは任意の新しい組合せまで拡張される。