(57)【要約】      （修正有）【課題】ガスリークを防止し、被接着物の破壊を回避する固体酸化物形燃料電池用シール材を提供する。【解決手段】固体酸化物形燃料電池用シール材１ａ，１ｂ，１ｃは、構成元素にケイ素を含むガラス粉と酸化マグネシウム粉とマグネシウムのケイ酸塩粉とを混合した混合粉からなる。前記シール材１ａ，１ｂは、混合粉に有機溶媒と有機分散材とを混合してペースト状にして塗布したものである。前記シール材１ｃは、混合粉に有機バインダを混合し、有機バインダを混合した混合粉をプレス成型し、プレス成型した混合粉を焼成して固形化したものである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
構成元素にケイ素を含むガラス粉と酸化マグネシウム粉とマグネシウムのケイ酸塩粉とを混合した混合粉からなることを特徴とする固体酸化物形燃料電池用シール材。
【請求項２】
請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池用シール材において、
前記構成元素にケイ素を含むガラス粉と前記酸化マグネシウム粉との混合比が、重量比で８５：１５乃至５０：５０であることを特徴とする固体酸化物形燃料電池用シール材。
【請求項３】
請求項１または２に記載の固体酸化物形燃料電池用シール材において、
前記構成元素にケイ素を含むガラス粉と前記酸化マグネシウム粉の混合粉に対する前記マグネシウムのケイ酸塩粉の混合比が、重量比で９５：５乃至８０：２０であることを特徴とする固体酸化物形燃料電池用シール材。
【請求項４】
構成元素にケイ素を含むガラス粉と酸化マグネシウム粉とマグネシウムのケイ酸塩粉とを混合した混合粉を作製する第１の混合工程と、
前記混合粉に有機溶媒と有機分散材とを混合してペースト状にする第２の混合工程とを有することを特徴とする固体酸化物形燃料電池用シール材の製造方法。
【請求項５】
構成元素にケイ素を含むガラス粉と酸化マグネシウム粉とマグネシウムのケイ酸塩粉とを混合した混合粉を作製する第１の混合工程と、
前記混合粉に有機バインダを混合する第２の混合工程と、
前記有機バインダを混合した混合粉をプレス成型する成型工程と、
前記プレス成型した混合粉を焼成する焼成工程とを有することを特徴とする固体酸化物形燃料電池用シール材の製造方法。
【請求項６】
請求項４または５に記載の固体酸化物形燃料電池用シール材の製造方法において、
前記構成元素にケイ素を含むガラス粉と前記酸化マグネシウム粉との混合比が、重量比で８５：１５乃至５０：５０であることを特徴とする固体酸化物形燃料電池用シール材の製造方法。
【請求項７】
請求項４乃至６のいずれか１項に記載の固体酸化物形燃料電池用シール材の製造方法において、
前記構成元素にケイ素を含むガラス粉と前記酸化マグネシウム粉の混合粉に対する前記マグネシウムのケイ酸塩粉の混合比が、重量比で９５：５乃至８０：２０であることを特徴とする固体酸化物形燃料電池用シール材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体酸化物形燃料電池に係り、特に燃料ガスおよび酸化剤ガスのリークを防止するシール材とその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
固体酸化物形燃料電池（Solid Oxide Fuel Cells、以下、ＳＯＦＣとする）は、燃料と酸化剤の２種類のガスをそれぞれ酸素イオン導電性固体電解質によって隔てられた、燃料極と空気極に供給して、それぞれの電極で電気化学反応を進行させて外部に電力を取り出す電池であり、電池の構成材料の全てに固体物質を用いるものの総称である。ＳＯＦＣの単セルの電圧は１Ｖ程度と低く、実際の燃料電池として動作させる際には、実用上十分な発電量を得るために単セルを積層して直列接続（スタック化）する必要がある。このとき、隣接する単セルを電気的に接続すると同時にマニホールドを介して燃料極と空気極のそれぞれに燃料ガスと空気とを適正に分配、供給し排出する目的で、各単セル間に金属またはセラミックスからなるセパレータが配置される。セパレータはインタコネクタとも呼ばれる。
【０００３】
図１は本発明の実施の形態に係るＳＯＦＣスタックの構成例を示す要部断面図であるが、従来においてもＳＯＦＣスタックの構成は図１と同様であるので、図１の符号を用いて従来のＳＯＦＣスタックを説明する。図１において、１ａ，１ｂ，１ｃはシール材、２は単セル、３はセパレータ、４ａは給気側のマニホールド、４ｂは排気側のマニホールド、５は燃料ガスまたは酸化剤ガスの給気経路、６は排気ガスの排気経路である。なお、図１に示した矢印は、燃料ガスと排気ガスの流れ、または酸化剤ガスと排気ガスの流れを意味する。
【０００４】
図１のＳＯＦＣスタックでは、７００℃〜９００℃の高温下で燃料ガスおよび酸化剤ガスのリークを極力抑制することが必要であり、そのために様々なシール材をＳＯＦＣスタックの各部材間に配置することが提案されている。シール材としては、例えばいわゆる水ガラスにアルミナ、シリカ、マグネシア、ジルコニアなどのセラミックス粒子を分散させた高温用接着剤や、軟化させることによりシール性を確保するガラス粉末などが知られている。
【０００５】
【非特許文献１】A.BIEBERLE et al.，「GLASS SEALS」，Oxygen Ion and Mixed Conductors and Their Technological Applications，Kluwer Academic Publishers，2000，p.389-397
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＳＯＦＣスタックのシール材料は、被接着物を接着するとともにガスのリークを防止できることが必要とされる。また、ＳＯＦＣの起動／停止に伴って常温と７００℃〜９００℃の高温との間を行きつ戻りつする熱サイクルが繰り返されるため、シール材料は被接着物との熱膨張率の整合性が必要とされる。
【０００７】
しかしながら、ＳＯＦＣスタックのシール材として、水ガラスにセラミックス粒子を分散させた高温用接着剤を用いた場合、水ガラスの硬化中に水などが気化して蒸発し、シール材の中に空孔が生成されるため、ガスリークを十分に満足し得る程度に防止することができないという問題点があった。また、シール材として高温用接着剤を用いた場合、高温で残存する物質はセラミックスのみとなり、シール性はセラミックスの粒径分布に強く依存する。このため、セラミックスの粒径分布を最適化できたとしても、粒子と粒子の界面が必ず存在するため、この界面からのガスリークの防止は十分に満足しうるものではない。
【０００８】
また、ＳＯＦＣスタックのシール材としてガラス粉末を単独で使用する場合、ガラスの軟化温度がＳＯＦＣスタックの運転温度と同等若しくは運転温度より低いため、熱膨張率を被接着物と整合させたガラスを使用した場合は、軟化したガラスが液状となって流出したりガラスの耐圧性が不十分になったりして、ガスリークが生じる可能性があった。また、軟化温度がＳＯＦＣスタックの運転温度より高く、かつ熱膨張率が被接着物と整合するガラスを設計してシール材に使用した場合、このガラスは結晶化する性質の強い結晶化ガラスとなり、長期使用の際に、結晶化によるガラス物性の変化により熱膨張の変動に伴う応力によるガラスの割れや被接着物の破壊などが生じやすく、ガスリークが生じることを免れない。
【０００９】
本発明は、こうした事情を考慮してなされたものであり、ガスリークが生じることがなく、かつ被接着物を破壊することがないＳＯＦＣ用シール材とその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の固体酸化物形燃料電池用シール材は、構成元素にケイ素を含むガラス粉と酸化マグネシウム粉とマグネシウムのケイ酸塩粉とを混合した混合粉からなるものである。
また、本発明の固体酸化物形燃料電池用シール材の１構成例において、前記構成元素にケイ素を含むガラス粉と前記酸化マグネシウム粉との混合比は、重量比で８５：１５乃至５０：５０である。
また、本発明の固体酸化物形燃料電池用シール材の１構成例において、前記構成元素にケイ素を含むガラス粉と前記酸化マグネシウム粉の混合粉に対する前記マグネシウムのケイ酸塩粉の混合比は、重量比で９５：５乃至８０：２０である。
【００１１】
また、本発明の固体酸化物形燃料電池用シール材の製造方法は、構成元素にケイ素を含むガラス粉と酸化マグネシウム粉とマグネシウムのケイ酸塩粉とを混合した混合粉を作製する第１の混合工程と、前記混合粉に有機溶媒と有機分散材とを混合してペースト状にする第２の混合工程とを有するものである。
また、本発明の固体酸化物形燃料電池用シール材の製造方法は、構成元素にケイ素を含むガラス粉と酸化マグネシウム粉とマグネシウムのケイ酸塩粉とを混合した混合粉を作製する第１の混合工程と、前記混合粉に有機バインダを混合する第２の混合工程と、前記有機バインダを混合した混合粉をプレス成型する成型工程と、前記プレス成型した混合粉を焼成する焼成工程とを有するものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、構成元素にケイ素を含むガラス粉と酸化マグネシウム粉とマグネシウムのケイ酸塩粉とを混合した混合粉によりシール材を構成することにより、固体酸化物形燃料電池のガスリークを防止することができ、またシール材と被接着物との熱膨張の違いによる被接着物の破壊を回避することができる。
【００１３】
また、構成元素にケイ素を含むガラス粉と酸化マグネシウム粉とマグネシウムのケイ酸塩粉とを混合した混合粉を作製する第１の混合工程と、混合粉に有機溶媒と有機分散材とを混合する第２の混合工程とにより、ペースト状のシール材を作製することができる。
【００１４】
また、構成元素にケイ素を含むガラス粉と酸化マグネシウム粉とマグネシウムのケイ酸塩粉とを混合した混合粉を作製する第１の混合工程と、混合粉に有機バインダを混合する第２の混合工程と、有機バインダを混合した混合粉をプレス成型する成型工程と、プレス成型した混合粉を焼成する焼成工程とにより、固形化したシール材を作製することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
［第１の実施の形態］
図１は本発明の第１の実施の形態に係るＳＯＦＣスタックの構成例を示す要部断面図である。図１において、１ａ，１ｂ，１ｃはシール材、２は単セル、３はセパレータ、４ａは金属若しくはセラミックスからなる給気側のマニホールド、４ｂは金属若しくはセラミックスからなる排気側のマニホールド、５は燃料ガスまたは酸化剤ガスの給気経路、６は排気ガスの排気経路である。各単セル２は、電解質の一方の面に燃料極を配置し、電解質の反対側の面に空気極を配置した構成を有する。燃料ガスまたは酸化剤ガスは、給気側のマニホールド４ａから給気経路５を通って各単セル２の燃料極または空気極に供給され、その排気ガスは排気経路６を通って排気側のマニホールド４ｂに排出される。
【００１６】
本実施の形態のＳＯＦＣ用シール材（以下、シール材という）は、構成元素にケイ素を含むガラス粉と酸化マグネシウム粉とマグネシウムのケイ酸塩粉とを所定の比率で混合したものである。ガラスは酸化ケイ素を含むことが必要である。結晶化ガラスは結晶化後の熱膨張挙動が不安定であるのに対し、非晶質ガラスはシールを行う温度において軟化した状態若しくは軟化を経て固化した状態であり、優れたガスリーク抑制能力を持つ。したがって、非晶質ガラスを用いる方が望ましい。
【００１７】
構成元素にケイ素を含むガラスの軟化温度および熱膨張率を調整するために、ガラスにＮａ若しくはＫを加えることが可能である。ただし、ＮａやＫは、ＳＯＦＣの他部材と構成元素にケイ素を含むガラスとの反応を助長する働きがあるため、構成元素にケイ素を含むガラス中に含まれるＮａ成分若しくはＫ成分が好ましくは５重量％以下、より好ましくは１重量％以下であることが望ましい。
【００１８】
構成元素にケイ素を含むガラスの軟化温度は、ＳＯＦＣの運転温度と同程度の７００℃乃至９５０℃にすることができるが、長期間の運転時のガラスの流出を防ぐために、ＳＯＦＣの運転温度よりも５０℃程度高いことが望まれる。例えば８００℃で運転するＳＯＦＣの場合、ガラスの軟化温度が８５０℃であることが望ましい。また、ＳＯＦＣの運転にあたっては、運転初期に一度ガラスの軟化温度までＳＯＦＣの温度を上昇させ、ガラスを軟化させた後、運転温度まで温度を下げて運転することが望ましい。このような軟化点を有するガラス材料をＳＯＦＣの動作温度に合わせて適切に選択することにより、セルとセパレータの間に発生する応力によるガスシールの破損やセルの破壊を防ぐことができる。
【００１９】
本実施の形態のシール材は、構成元素にケイ素を含むガラスと熱膨張係数が１３８×１０-7℃-1を有する酸化マグネシウムとの混合比により、被接着物との熱膨張率の差異を調整することができるが、被接着物の熱膨張係数が１００×１０-7℃-1乃至１２０×１０-7℃-1である場合、シール材中の構成元素にケイ素を含むガラスの比率をガスリーク抑制が発揮できる量確保するため、ガラス粉と酸化マグネシウム粉との混合比が重量比で８５：１５乃至５０：５０であることが望ましく、より好ましくは８０：２０乃至７０：３０であることが望ましい。また、この重量比を実現するために、構成元素にケイ素を含むガラスの熱膨張係数が７０×１０-7℃-1乃至１１０×１０-7℃-1であることが望ましい。
【００２０】
本実施の形態のシール材は、ガラスと酸化マグネシウムの熱膨張率の違いによる局所的な熱膨張率の違いの緩和と構成元素にケイ素を含むガラスと酸化マグネシウムのシール材中の局在化とを防ぐために、両材料の中間的組成を持つマグネシウムのケイ酸塩を混合することを特徴としている。このマグネシウムのケイ酸塩による効果を十分に発揮するためには、被接着物であるＳＯＦＣの他の構成部材の熱膨張係数の平均が９０×１０-7℃-1乃至１００×１０-7℃-1である場合は、混合するマグネシウムのケイ酸塩として、熱膨張係数９０×１０-7℃-1乃至１００×１０-7℃-1を有する化学式ＭｇＳｉＯ3（ＭｇＯ．ＳｉＯ2）で表される構造をもつマグネシウムのケイ酸塩を用いることが望ましい。
【００２１】
また、被接着物であるＳＯＦＣの他の構成部材の熱膨張係数の平均が１００×１０-7℃-1乃至１２０×１０-7℃-1である場合は、混合するマグネシウムのケイ酸塩として、熱膨張係数１１０×１０-7℃-1乃至１２０×１０-7℃-1を有する化学式Ｍｇ2ＳｉＯ4（２ＭｇＯ．ＳｉＯ2）で表される構造をもつマグネシウムのケイ酸塩を用いることが望ましい。
【００２２】
また、ガラス粉と酸化マグネシウム粉の混合粉に対するマグネシウムのケイ酸塩粉の混合比は、重量比で９５：５乃至８０：２０であることが望ましく、より好ましくは９０：１０乃至８５：１５であることが望ましい。マグネシウムのケイ酸塩粉の混合量が不足すると、シール材と被接着物との熱膨張の局所的なミスマッチが起こり、被接着物の破壊、例えば金属部品と比較して応力に弱いセラミックスで構成される電解質の破壊などが起こり、所期の効果が得られない。また、マグネシウムのケイ酸塩粉の混合量が過剰になると、シール材中の構成元素にケイ素を含むガラスの比率がガスリーク抑制を発揮できる量だけ確保できなくなり、所期の効果が得られない。
【００２３】
本実施の形態のシール材に混合する、マグネシウムのケイ酸塩粉は、天然原料から製造されるものを含むため、粉末中の不純物として酸化アルミニウムや酸化バリウムなどを含む。これらの不純物の総量は、マグネシウムのケイ酸塩粉全体に対する重量比で５重量％以下であることが望ましく、特にＮａ若しくはＫを含む化合物の割合は粉末全体に対する重量比で１重量％以下であることが望ましい。
【００２４】
構成元素にケイ素を含むガラスに混合する酸化マグネシウムおよびマグネシウムのケイ酸塩の平均粒径は共に１０μ以下、好ましくは３μｍ以下を有するものである。特に、酸化マグネシウムの平均粒径は、より好ましくは０．５μｍ乃至３μｍを有するものが好ましい。
【００２５】
従来の水ガラスはＳＯＦＣの運転温度（７００〜９００℃）では分解しいわゆるガラス状の物質にはならず、酸化ケイ素などの酸化物となるため、乾燥中に生じた水などが蒸発することによるシール材の空孔を充填することができない。これに対して、本実施の形態で用いた、構成元素にケイ素を含むガラスはＳＯＦＣの運転温度で軟化しいわゆるガラス状の物質となるため、シール材に生じた空孔を充填することができ、ガスシール性を確保することができる。さらに、このガラスに酸化マグネシウム粉を混合することによりガラスの流出を防止して耐圧性を確保する。さらに、この両材料の中間的組成を持つマグネシウムのケイ酸塩粉を混合することにより、構成元素にケイ素を含むガラスと酸化マグネシウムの熱膨張率の違いによる局所的な熱膨張率の違いを緩和すると共に、ガラスと酸化マグネシウムをシール材中に均一に分散させて、運転時や熱サイクル時にガラスと酸化マグネシウムの各々が凝集することを抑制する。これにより、本実施の形態では、ＳＯＦＣスタックのガスリークを防止することができ、またシール材と被接着物との熱膨張の違いによる被接着物の破壊を回避することができる。
【００２６】
次に、本実施の形態のシール材の製造方法について説明する。図２は本実施の形態のシール材の製造方法を示すフローチャートである。シール材を製造するには、まず構成元素にケイ素を含むガラス粉と酸化マグネシウム粉とマグネシウムのケイ酸塩粉とを前記の比率で混合する（図２ステップＳ１）。次に、ステップＳ１で作製した混合粉にテレピン油等の有機溶媒とブチル酸エステルなどのエステル類等からなる有機分散材とを混合してペースト状にする（ステップＳ２）。これで、ペースト状のシール材の製造が完了する。
【００２７】
ポリエチレングリーコール単品を有機溶媒および有機分散材として使用することも可能である。ぺースト中の有機溶媒と有機分散材の総量は、ぺーストの全重量に対して１０％乃至３０％であることが望ましい。なお、ガラスの粒径は、１μｍ乃至１５μｍが適当である。
以上のように、シール材をペースト化することにより、ＳＯＦＣスタックを作製する際にシール材が必要な箇所（図１の１ａ，１ｂ，１ｃ）に必要な量のシール材を配置することが容易になる。
【００２８】
また、本実施の形態のペースト状のシール材を用いて、スクリーン印刷などの印刷を行えば、シール材の量の均一化が容易に実現できる。ただし、ペースト中には重量比で１０％乃至３０％の有機物質が含まれているため、乾燥および脱脂時に有機物が蒸発することによる空孔がペースト中に生成される。本実施の形態のシール材では、運転時にシール材中のガラス成分が十分に軟化しているため、ガスシール能力に不足はない。ただし、シール性を十分に確保するためには、ペーストを塗布後有機溶媒の沸点付近で高々１時間焼成する工程と、分散材の燃焼温度で高々１時間焼成する工程とを順番に行い、さらに必要に応じてこの２つの焼成工程を繰り返し行うことが望ましい。有機溶媒の沸点付近および分散材の燃焼温度付近で一度温度を拘束することで、急激な有機溶媒の気化および分散材の燃焼による二酸化炭素の発生を抑えることができ、ＳＯＦＣの運転温度に至るまでに生じる空孔の生成をコントロールする（すなわち、最小限にする）効果を得ることができる。前記のとおり、本実施の形態では、シール材に生じた空孔を軟化したガラスにより充填することができるが、あらかじめその空孔の生成を最小限にとどめることは、シール性の確度を上げる意味で有用な工程となる。
【００２９】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態に係るシール材の製造方法について説明する。図３は本実施の形態のシール材の製造方法を示すフローチャートである。シール材を製造するには、第１の実施の形態と同様に、構成元素にケイ素を含むガラス粉と酸化マグネシウム粉とマグネシウムのケイ酸塩粉とを混合する（図３ステップＳ３）。続いて、ステップＳ３で作製した混合粉にポリビニルブチラール等の有機バインダを混合する（ステップＳ４）。次に、ステップＳ４で作製した混合粉を例えば静水圧プレスなどによりプレス成型する（ステップＳ５）。最後に、プレス成型した混合粉を焼成する（ステップＳ６）。これで、固形化したシール材の製造が完了する。
【００３０】
ステップＳ４において、混合粉中の有機バインダの量は、混合粉に対する重量比で３重量％乃至５重量％であることが望ましい。また、ステップＳ６の焼成処理における焼成温度は、構成元素にケイ素を含むガラスの軟化温度以上であることが必要で、好ましくは軟化温度より２０℃乃至３０℃高いことが望ましい。この焼成処理により、シール材の固体としての形を維持することが可能となる。
【００３１】
本実施の形態のシール材は、７００℃における比抵抗が空気中で１０×１０8Ω・ｃｍ、乾燥水素中で１０×１０7Ω・ｃｍであり、９００℃における比抵抗が空気中で１０×１０7Ω・ｃｍ、乾燥水素中で１０×１０6Ω・ｃｍであることから、ガスシールを行うシール材としての能力を持つと同時に、ＳＯＦＣの絶縁部品としての利用も可能である。
【００３２】
［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第１、第２の実施の形態の具体例である。ここでは、厚さ１ｍｍ、直径６０ｍｍの燃料極であるニッケル−ジルコニアサーメット上に厚さ２０μｍの電解質である１モル％アルミナ添加１０モル％スカンジアドープジルコニアを配置したものを基板とし、この基板の電解質面に空気極材料であるＬａＮｉ0.6Ｆｅ0.4Ｏ3を厚さ５０μｍで塗布して単セル２とした。
【００３３】
一方、熱膨張係数が７４×１０-7℃-1で、軟化温度が８８０℃のガラス粉（旭硝子社製のＲ２７３）と平均粒径が３μｍの酸化マグネシウム粉と平均粒径が５μｍのマグネシウムのケイ酸塩（Ｍｇ2ＳｉＯ4（２ＭｇＯ．ＳｉＯ2））とを７０：２０：１０の重量比で秤量した粉をボールミルで２４時間混合して混合粉を作製した。この混合粉の熱膨張係数は、１１０×１０-7℃-1であった。
【００３４】
混合粉の一部に、第１の実施の形態で説明したように、テレピン油からなる有機溶媒とブチル酸オクテルエステルからなる有機分散材を混合してペースト状のシール材１ａ，１ｂを作製した。
また、混合粉の残りに、第２の実施の形態で説明したように、ポリビニルアルコールからなる有機バインダを混合し、金型を用いて静水圧プレスによりプレス成型し、９００℃で２時間焼成して、マニホールド形状に合わせた例えば円環状の厚さ１ｍｍの固形化したシール材１ｃを作製した。
【００３５】
熱膨張係数１２０×１０-7℃-1の金属製のセパレータ３内に、図１に示すように単セル２を配置し、この単セル２の端縁部にペースト状のシール材１ａを１．１ｍｍ厚、１ｍｍ幅に塗布した。シール材１ａは、ペーストの塗布と１５０℃で１時間の乾燥と４００℃で１時間の脱脂とからなる工程を２回繰り返すことで、所望の厚さおよび幅とした。同様に、セパレータ３間にペースト状のシール材１ｂを塗布した。
【００３６】
マニホールド部については、各マニホールド４ａ間および各マニホールド４ｂ間にシール材１ｃを配置した。シール性の確度を増すために、マニホールド部には図１の上下方向から１００ｇ／ｃｍ2の荷重をかけた。なお、マニホールド４ａ，４ｂとシール材１ｃとの固着は必ずしも１００ｇ／ｃｍ2の荷重により実現しているわけではないので、荷重をかけることは必須ではない。集電体としては白金リード線を用いた。以上の構成でＳＯＦＣスタックを構成した。
【００３７】
こうして組み立てたＳＯＦＣスタックを電気炉内に配置し、１時間に５０℃の速度で９００℃まで昇温して２時間放置した後、運転温度である８００℃まで１時間に５０℃の速度で降温し、燃料極に燃料ガスとして３％水蒸気添加水素を供給し、空気極に酸化剤ガスとして空気を供給し、ＳＯＦＣスタックに発電を開始させた。ＳＯＦＣスタックの開回路電圧は１．１３Ｖであり、ネルンストの式から計算される開回路電圧とほぼ一致した。ＳＯＦＣスタックからのガスリークはなく、十分封止されていることを確認した。
【００３８】
また、マニホールド４ａ，４ｂとして金属製の管を使用する場合、マニホールド４ａ，４ｂが各単セル２同士を接続する電気的な経路とならないようにする必要がある。本実施の形態では、マニホールド部に用いたシール材１ｃにより、各マニホールド４ａ間、および各マニホールド４ｂ間の絶縁性が確保されていることを確認できた。これにより、マニホールド４ａ，４ｂをＳＯＦＣスタックに取り付けたときに、マニホールド４ａ，４ｂが各単セル２同士を接続する電気的な経路とならないようにすることができる。
【００３９】
８００℃で運転を１０００時間継続した後の開回路電圧に変化はなく、ガスリークなどに起因するスタック温度の異常上昇も観測されなかった。そこで、１時間に５０℃の速度で常温までＳＯＦＣスタックの温度を下げ、再び８００℃に昇温し、開回路電圧とスタック温度を測定したところ、初回の値と変化がなかった。このような降温と昇温の熱サイクルを５回繰り返したが、ＳＯＦＣスタックの開回路電圧およびスタック温度に変化はなかった。５回の熱サイクルを経た後にＳＯＦＣスタックの外見を観察したが、水素が漏れた痕跡はなく、セルなどの破壊も観測されなかった。こうして、熱サイクルに対する本発明のシール材のガスシールの安定性を確認することができた。
【００４０】
比較例として、シール材の構成材料からマグネシウムのケイ酸塩を除き、これ以外は本実施の形態と同様にしてＳＯＦＣスタックを作製し、発電試験を行った。１回目の昇温時の開回路電圧は１．１３Ｖであり、シール性の確保が確認できたが、２回目の昇温時の開回路電圧は０．９５Ｖとなり、スタック温度も８２０℃まで上昇し、ガスリークが観測された。降温後にＳＯＦＣスタックの外見を観察したところ、ペースト化したガラスで封着した付近の電解質膜が一部はがれており、その付近に水素ガスが燃えた跡があった。このような跡が残った理由は、ガラスと酸化マグネシウム電解質の局所的な熱膨張率の違いにより電解質の破壊が生じたためと推測される。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、固体酸化物形燃料電池に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る固体酸化物形燃料電池スタックの構成例を示す要部断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係るシール材の製造方法を示すフローチャートである。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係るシール材の製造方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４３】
１ａ，１ｂ，１ｃ…シール材、２…単セル、３…セパレータ、４ａ，４ｂ…マニホールド、５…給気経路、６…排気経路。
【図１】
2007149430.tif 000003
【図２】
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【図３】
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