JPH01124961A - 溶融炭酸塩型燃料電池の電解質板 - Google Patents
溶融炭酸塩型燃料電池の電解質板Info
- Publication number
- JPH01124961A JPH01124961A JP62282815A JP28281587A JPH01124961A JP H01124961 A JPH01124961 A JP H01124961A JP 62282815 A JP62282815 A JP 62282815A JP 28281587 A JP28281587 A JP 28281587A JP H01124961 A JPH01124961 A JP H01124961A
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- Japan
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- electrolyte plate
- electrolyte
- porosity
- pore size
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- Pending
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- 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
- H01M8/0289—Means for holding the electrolyte
- H01M8/0295—Matrices for immobilising electrolyte melts
-
- 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
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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- General Chemical & Material Sciences (AREA)
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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
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は溶融炭酸塩型燃料電池の電解質板に係り、特
に炭酸塩の保持性に優れ、電極とのなじみがよく割れに
くい電解質板の構造に関する。
に炭酸塩の保持性に優れ、電極とのなじみがよく割れに
くい電解質板の構造に関する。
一般の溶融炭酸塩型燃料電池は第３図に示すように炭酸
塩を含浸した電解質板３をはさんで配置されたアノード
電極４．カソード電極５．ガス分離板１および２．波形
の集電板６．７（波形方向は互いに直角）等から成うて
いる。電解質板３は電解質の保持性を高めるために比較
的緻密なものが用いられる。
塩を含浸した電解質板３をはさんで配置されたアノード
電極４．カソード電極５．ガス分離板１および２．波形
の集電板６．７（波形方向は互いに直角）等から成うて
いる。電解質板３は電解質の保持性を高めるために比較
的緻密なものが用いられる。
これは電解質板内の細孔径が小さくなり、溶融塩の浸透
圧が高くなるためである。比較的緻密な電解質板はドク
タブレード法を用いて製作することができる。
圧が高くなるためである。比較的緻密な電解質板はドク
タブレード法を用いて製作することができる。
しかしながら上述のような比較的緻密な電解質板は次の
ような問題点のあることがわかった。
ような問題点のあることがわかった。
■比較的緻密な電解質板は気孔率が小さいため固くかつ
もろいのでヒートサイクルをかけると割れやすい、これ
を防ぐためアルミナ繊維等を混合することが行われるが
十分な効果が得られていない。
もろいのでヒートサイクルをかけると割れやすい、これ
を防ぐためアルミナ繊維等を混合することが行われるが
十分な効果が得られていない。
■比較的緻密な電解質板は上述の理由により固いため電
極とのなじみが悪く電橋性能が十分でない。
極とのなじみが悪く電橋性能が十分でない。
この発明は上述の点に鑑みてなされ、その目的は電解質
板を多層構造とすることによりヒートサイクルに対し割
れにくいうえ電極とのなじみが良く、しかも電解質保持
性能に優れた電解質板を提供することにある。
板を多層構造とすることによりヒートサイクルに対し割
れにくいうえ電極とのなじみが良く、しかも電解質保持
性能に優れた電解質板を提供することにある。
本発明者等はこれまでパルプをバインダとしこれとアル
ミン酸リチウム粉末とを混合し抄紙法により電解質板を
製作する研究を進めてきたが、この方法を用いると細孔
径、気孔率の比較的大きな電解質板が得られ、この電解
質板が柔軟性に富み、ヒートサイクルに対して割れに（
いことを見出した０本発明者はこのような知見に基いて
本発明を行った。
ミン酸リチウム粉末とを混合し抄紙法により電解質板を
製作する研究を進めてきたが、この方法を用いると細孔
径、気孔率の比較的大きな電解質板が得られ、この電解
質板が柔軟性に富み、ヒートサイクルに対して割れに（
いことを見出した０本発明者はこのような知見に基いて
本発明を行った。
この発明によれば上記の目的はアノード電極とカソード
電極間に配設され、溶融炭酸塩の電解質が含浸される電
解質板において、細孔径分布の平均値および気孔率の小
さい内層部と電極と接し細孔径分布の平均値および気孔
率の大きい外層部とを備えることによって達成される。
電極間に配設され、溶融炭酸塩の電解質が含浸される電
解質板において、細孔径分布の平均値および気孔率の小
さい内層部と電極と接し細孔径分布の平均値および気孔
率の大きい外層部とを備えることによって達成される。
内層部の細孔径分布は最小０．０１μｍから最大３ｐｍ
の範囲内のいづれかに設けられる。また気孔率は４０〜
６０％の範囲に設けられる。このとき溶融炭酸塩の保持
性が良好である。
の範囲内のいづれかに設けられる。また気孔率は４０〜
６０％の範囲に設けられる。このとき溶融炭酸塩の保持
性が良好である。
外層部の細孔径分布は最小０．０１μｍから最大１１０
０ＩＩの範囲内のいづれかにあればよい、気孔率分布は
例えば６０及至８０％のうちのいづれかに設定される。
０ＩＩの範囲内のいづれかにあればよい、気孔率分布は
例えば６０及至８０％のうちのいづれかに設定される。
内層部は例えばドクタブレード法で製造することができ
、外層部は例えば抄紙法によって製造することができる
。内層部と外層部は成型後、積層一体色される。
、外層部は例えば抄紙法によって製造することができる
。内層部と外層部は成型後、積層一体色される。
アノード電極としてはニッケル金属、ニッケル・コバル
ト合金、ニッケル・クロム合金、ニッケルとりチウムア
ルミネートのようなセラミックスの複合材料、ニッケル
・コバルト合金とリチウムアルミネートのようなセラミ
ックスの複合材料等が用いられる。
ト合金、ニッケル・クロム合金、ニッケルとりチウムア
ルミネートのようなセラミックスの複合材料、ニッケル
・コバルト合金とリチウムアルミネートのようなセラミ
ックスの複合材料等が用いられる。
カソード電極としては、ニッケルの酸化物、銅の酸化物
、銀の酸化物などが用いられる。
、銀の酸化物などが用いられる。
溶融炭酸塩としては炭酸リチウムと炭酸カリウムの共晶
塩の他、上記２成分に炭酸ナトリウムを加えた三成分系
の共晶塩、炭酸リチウムと炭酸カリウムにアルカリ土類
の炭酸塩を加えた三成分系の共晶塩等が、蒸気圧、導電
率、腐蝕性の観点から用いられる。
塩の他、上記２成分に炭酸ナトリウムを加えた三成分系
の共晶塩、炭酸リチウムと炭酸カリウムにアルカリ土類
の炭酸塩を加えた三成分系の共晶塩等が、蒸気圧、導電
率、腐蝕性の観点から用いられる。
電解質板としてはアルミン酸リチウムの他セリア、チタ
ン酸ストロンチウム等の材料が用いられる。電解質板は
その細孔内に電解質を保持するとと本に、アノード電極
とカソード電極の細孔内の電解質量を適当値に保持する
。電解質板内の電解質と、電橋内部の電解質とはイオン
的につながっているが、アノード電極とカソード電極と
は電解質板により電子的に絶縁される。さらに電解質板
はその内部に満たされた溶融炭酸塩電解質によって、ア
ノードガスとカソードガスが相互にリークすることがな
いようガスセールの働きもする。
ン酸ストロンチウム等の材料が用いられる。電解質板は
その細孔内に電解質を保持するとと本に、アノード電極
とカソード電極の細孔内の電解質量を適当値に保持する
。電解質板内の電解質と、電橋内部の電解質とはイオン
的につながっているが、アノード電極とカソード電極と
は電解質板により電子的に絶縁される。さらに電解質板
はその内部に満たされた溶融炭酸塩電解質によって、ア
ノードガスとカソードガスが相互にリークすることがな
いようガスセールの働きもする。
内層部は細孔径の平均値が小さいので溶融塩電解質をよ
く保持する。外層部はこれに対し細孔径の平均値が大き
いので溶融塩の保持性は若干劣るが、気孔率が大きいの
で柔軟性に冨む。
く保持する。外層部はこれに対し細孔径の平均値が大き
いので溶融塩の保持性は若干劣るが、気孔率が大きいの
で柔軟性に冨む。
次にこの発明の実施例を図面に基いて説明する。
実施例
粒径ｏ、ｓ〜１μ・ｍのアルミン酸リチウム２５０ｇに
トリクレン−エタノール混合溶媒４００ ｇ 、可塑剤
としてフタル酸オクチル５ｇ、バインダとしてポルビニ
ルブチラール５ｇを加え、ボールミルで所定時間混合分
散させ、得られたスラリをドクタブレード装置を用いポ
リエステルフィルム上に展延する。ポリエステル上のシ
ートを乾燥しかつ剥離して０．８謹厚の内層部３Ａ用シ
ートを得ることができる。
トリクレン−エタノール混合溶媒４００ ｇ 、可塑剤
としてフタル酸オクチル５ｇ、バインダとしてポルビニ
ルブチラール５ｇを加え、ボールミルで所定時間混合分
散させ、得られたスラリをドクタブレード装置を用いポ
リエステルフィルム上に展延する。ポリエステル上のシ
ートを乾燥しかつ剥離して０．８謹厚の内層部３Ａ用シ
ートを得ることができる。
次に粒径０．５〜１μｍのアルミン酸リチウム２５０ｇ
と木材パルプ１３ｇと水とを混合させる。さらに高分子
凝集剤を加えてアルミン酸リチウムと木材パルプを凝集
させ、抄造用スラリを得る。この抄造用スラリを通常の
紙漉き法と同じ方法で抄紙し、０．４■厚の外層部３Ｂ
用シートを得ることができる。
と木材パルプ１３ｇと水とを混合させる。さらに高分子
凝集剤を加えてアルミン酸リチウムと木材パルプを凝集
させ、抄造用スラリを得る。この抄造用スラリを通常の
紙漉き法と同じ方法で抄紙し、０．４■厚の外層部３Ｂ
用シートを得ることができる。
上述の方法で得られたドクタブレード法によるシートの
両側を抄紙法シートではさみかつ軽くおしつけて一体化
し第１図に示すような電解質板の成型体を得ることがで
きる。
両側を抄紙法シートではさみかつ軽くおしつけて一体化
し第１図に示すような電解質板の成型体を得ることがで
きる。
比較例
実施例のドクタブレード法と同一の方法で１．６■厚の
シートを成型し、電解質板の成型体を得ることができる
。
シートを成型し、電解質板の成型体を得ることができる
。
実施例と比較例で述べた成型体を用いて電池を組立て昇
温させる。昇温の過程でバインダ、パルプ等が焼散し、
電解質板が形成される０組立てに用いる電極にはあらか
じめ炭酸塩を含浸しておく。
温させる。昇温の過程でバインダ、パルプ等が焼散し、
電解質板が形成される０組立てに用いる電極にはあらか
じめ炭酸塩を含浸しておく。
約５５０℃で炭酸塩が溶融すると、溶融塩は浸透圧の差
によって電解質板側に移行する。ここでカソード電極に
は酸素ガスと炭酸ガスと窒素ガスの混合ガスを、アノー
ド電極には水素ガスと炭酸ガスの混合ガスを流し、１５
０ｍＡ／ｅｊの電流密度でヒートサイクル試験（室温二
６５０℃）を行う、温度の昇降は外部曽のヒータを利用
する。第２図に結果を示す０曲線Ａは実施例に係る電解
質板を用いた燃料電池のセル電圧特性１曲線Ｂは比較例
の電解質板を用いた電池のセル電圧特性である０曲線Ａ
は初期性能も高＜１５回のヒートサイクル試験後も特性
低下はみられない、初期性能の向上は電極とのなじみが
よくなったことによる。これに対し曲線Ｂは初期特性も
若干低く、１回目のヒートサイクルで特性が急激に下が
った。これは電解質板に割れが生じたためである０曲線
Ａ、Ｂともに出力が生じていることから電解質の保持性
は良好である０曲線Ｃは温度を示す。
によって電解質板側に移行する。ここでカソード電極に
は酸素ガスと炭酸ガスと窒素ガスの混合ガスを、アノー
ド電極には水素ガスと炭酸ガスの混合ガスを流し、１５
０ｍＡ／ｅｊの電流密度でヒートサイクル試験（室温二
６５０℃）を行う、温度の昇降は外部曽のヒータを利用
する。第２図に結果を示す０曲線Ａは実施例に係る電解
質板を用いた燃料電池のセル電圧特性１曲線Ｂは比較例
の電解質板を用いた電池のセル電圧特性である０曲線Ａ
は初期性能も高＜１５回のヒートサイクル試験後も特性
低下はみられない、初期性能の向上は電極とのなじみが
よくなったことによる。これに対し曲線Ｂは初期特性も
若干低く、１回目のヒートサイクルで特性が急激に下が
った。これは電解質板に割れが生じたためである０曲線
Ａ、Ｂともに出力が生じていることから電解質の保持性
は良好である０曲線Ｃは温度を示す。
実施例１で製作したシートのうちドクタブレード法によ
るものは水銀圧入法で測定したところ細孔径分布は０．
０１〜１μｍの範囲にあり、平均値は０．３．ｕｍであ
る。気孔率は５０％である。また抄紙法によるシートは
細孔径分布はｏ、ｏｉ〜３０＃ｍの範囲であり、気孔率
は７０％である。ドクタブレード法を用いると細孔径分
布が０．０１〜３μｍで気孔率が４０〜６０％のものが
容易に得られる。また抄紙法によると細孔径分布が０．
０１〜１００μｍで気孔率が６０〜８０％のものが容易
に得られる。これらのものはいづれも本発明に適用する
ことができる。
るものは水銀圧入法で測定したところ細孔径分布は０．
０１〜１μｍの範囲にあり、平均値は０．３．ｕｍであ
る。気孔率は５０％である。また抄紙法によるシートは
細孔径分布はｏ、ｏｉ〜３０＃ｍの範囲であり、気孔率
は７０％である。ドクタブレード法を用いると細孔径分
布が０．０１〜３μｍで気孔率が４０〜６０％のものが
容易に得られる。また抄紙法によると細孔径分布が０．
０１〜１００μｍで気孔率が６０〜８０％のものが容易
に得られる。これらのものはいづれも本発明に適用する
ことができる。
以上のように、この発明では電解質を保持する機能を受
持つ内層部３Ａと、燃料電池のヒートサイクルによって
破損しない外層部３Ｂとにより電解質板を構成している
ので、内層部３Ａがヒートサイクルによって破損した場
合においても外層部３Ｂによって内層部３Ａが保護され
燃料電池の運転に支障をきたすことがない。
持つ内層部３Ａと、燃料電池のヒートサイクルによって
破損しない外層部３Ｂとにより電解質板を構成している
ので、内層部３Ａがヒートサイクルによって破損した場
合においても外層部３Ｂによって内層部３Ａが保護され
燃料電池の運転に支障をきたすことがない。
” なお上記抄紙法による外層部の気孔率が８０％以下
に制限されているのは、８０％を越したときの細孔径が
電解質を保持し得なくなるという理由による。
に制限されているのは、８０％を越したときの細孔径が
電解質を保持し得なくなるという理由による。
この発明によればアノード電極とカソード電極間に配設
され溶融炭酸塩の電解質が含浸される電解質板において
、細孔径分布の平均値が小さい内層部と、電極に接し気
孔率の大きい外層部とを備えるので細孔径の細、かい内
部層によって電解質がよ（保持されて電極・内に三相界
面が十分形成され、同時に気孔率の大きい外層部によっ
て熱衝撃がよく吸収されて電解質板の破損が防止され、
その結果燃料電池の信頗性が大きく向上する。
され溶融炭酸塩の電解質が含浸される電解質板において
、細孔径分布の平均値が小さい内層部と、電極に接し気
孔率の大きい外層部とを備えるので細孔径の細、かい内
部層によって電解質がよ（保持されて電極・内に三相界
面が十分形成され、同時に気孔率の大きい外層部によっ
て熱衝撃がよく吸収されて電解質板の破損が防止され、
その結果燃料電池の信頗性が大きく向上する。
第１図はこの発明の実施例に係る電解質板の模式断面図
、第２図はこの発明の実施例に係る電解質板の特性図、
第３図は従来の燃料電池の模式断面図である。 ３Ａ・・・内層部、３Ｂ・・・外層部。 ’１５１１！］ セル電圧（Ｖ） セル逼崖（”Ｃ）
、第２図はこの発明の実施例に係る電解質板の特性図、
第３図は従来の燃料電池の模式断面図である。 ３Ａ・・・内層部、３Ｂ・・・外層部。 ’１５１１！］ セル電圧（Ｖ） セル逼崖（”Ｃ）
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）アノード電極とカソード電極間に配設され溶融炭酸
塩の電解質が含浸される電解質板において、気孔率及び
細孔径分布の平均値が小さい内層部と、電極に接し気孔
率及び細孔径分布の平均値の大きい外層部とを備えるこ
とを特徴とする溶融炭酸塩型燃料電池の電解質板。 ２）特許請求の範囲第１項記載の電解質板において内層
部の気孔率は４０〜６０％細孔径分布は０．０１乃至３
μｍの範囲にあることを特徴とする溶融炭酸塩型燃料電
池の電解質板。 ３）特許請求の範囲第１項記載の電解質板において、外
層部の気孔率は６０及至８０％細孔径分布は０．０１〜
１００μｍの範囲であることを特徴とする溶融炭酸塩型
燃料電池の電解質板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62282815A JPH01124961A (ja) | 1987-11-09 | 1987-11-09 | 溶融炭酸塩型燃料電池の電解質板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62282815A JPH01124961A (ja) | 1987-11-09 | 1987-11-09 | 溶融炭酸塩型燃料電池の電解質板 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01124961A true JPH01124961A (ja) | 1989-05-17 |
Family
ID=17657444
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62282815A Pending JPH01124961A (ja) | 1987-11-09 | 1987-11-09 | 溶融炭酸塩型燃料電池の電解質板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01124961A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20030014895A (ko) * | 2001-08-13 | 2003-02-20 | 와우텍 주식회사 | 휴대용 연료전지 시스템 |
-
1987
- 1987-11-09 JP JP62282815A patent/JPH01124961A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20030014895A (ko) * | 2001-08-13 | 2003-02-20 | 와우텍 주식회사 | 휴대용 연료전지 시스템 |
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