JPH01176669A - 溶融炭酸塩型燃料電池 - Google Patents

溶融炭酸塩型燃料電池

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JPH01176669A
JPH01176669A JP63000393A JP39388A JPH01176669A JP H01176669 A JPH01176669 A JP H01176669A JP 63000393 A JP63000393 A JP 63000393A JP 39388 A JP39388 A JP 39388A JP H01176669 A JPH01176669 A JP H01176669A
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Masahito Takeuchi
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Koichi Mitsugi
三次 浩一
Hideo Okada
秀夫 岡田
Yoshio Iwase
岩瀬 嘉男
Satoshi Kuroe
黒江 聡
Yuichi Kamo
友一 加茂
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は溶融炭酸塩型燃料電池に係り、特にセパレータ
及び電解質板のガス供給路を溶融炭酸塩に腐食されにく
い絶縁耐食性材料で被覆する溶融炭酸塩型燃料電池に関
する。
〔従来の技術〕
天然ガス等のガスをエネルギー源とし、電気化学反応を
利用して所定の電力を発生する燃料電池において、11
!池の内部損失を低減するため、特開昭58−2163
65号、特開昭59−27467号及び、特開昭59−
27468号で開示されているように、電極の外周面と
接触する金属集電枠(セパレータ)を用いることは知ら
れている。このような単位電池構造では発電能力に限界
がある。従って大容量の出力が得られる電池にするため
には、電極、電解質板及びセパレータをそれぞれ大型化
し、さらに、これらを積層する必要がありその技術開発
は重要である。
その大型化、積層を確実に行うためには、ガス送入口を
大きくし又、ガス送入口を多くして電極全面に均一にガ
スがゆきわたるようにしなれればならない。
例えば電極面積100cj程度の小型溶融炭酸塩ドガス
供給路は円筒型A1つあれば充分であった。
KW級、MW級の電池を構成しようとする場合には、セ
パレータ、電極、電解質板等を大型化し。
更に、多数の単位セルを並列、直列、あるいは直1を 並列に積層しなければならない、その他のガス供給路の
拡大とその複数化、さらにはガス供給路の構造が複雑化
してくる。一般にはセパレータと電解質板が接するウェ
ットシール部は絶縁されているが、カソードガス供給路
と、アノードガス供給路は絶縁されていない。
このような燃料電池を長時間運転した場合、電解質が電
池反応ガス供給路へ流出、移動して導電性材料であるガ
ス供給等で酸素と炭酸塩及び電子によりパレステックリ
アクシミン反応によりローカルセルの発生により電流の
損失という問題がある。〔文献:ジャーナル エレクト
ロケミカルソサエティ エレクトロケミカル サイエン
スアンド チクノロシイ 2−1986 286頁(J
 、 E Q ectrochem、 Soc、 、 
E Q ectro−Chea+ica Q上記従来技
術は、溶融炭酸塩燃料電池のセパレータは導電性材料で
あり、カソードガス供給路内に、fl!解質板から炭酸
塩が流出、移動した際、供給路の壁に炭酸塩が付着(ぬ
れ)することにより電池の発電状態、すなわちカソード
ガスの酸素と炭酸塩、そして電子により(1)、(2)
式のようにローカルセルを形成することによって電流の
損失が起きるなどの問題があった。
1/20z+C()z+2e−−+COa”−−−・−
o)2 L l  + COa!−4L i COn 
     −(2)電池を積層するとトータル電圧が高
くなるので一層電流が流れやすく電流損失の影響も大き
くなる。さらに溶融炭酸塩燃料電池を長時間運転すると
、炭酸塩が消失し電池内部の抵抗が増大し電池性能が低
下する。また炭酸塩がセパレータのガス供給路に流出、
移動することにより、セパレータの鉄と炭酸リチウムに
より(3)式のように腐食がおころ。
2 F e + LizCOa+ −Ox→2 LiF
 e Oz+CC)s      −(3)本発明の目
的はセパレータの電池反応ガス供給路を絶縁被覆するこ
とにより炭酸塩流出によるローカルセルの発生を防止し
さらにセパレータの鉄と炭酸リチウムとによる腐食を防
止して長期的に上記問題点は、炭酸塩を電解質とする電
解質板と、該電解質板を挟んで対向する一対の陰陽電極
とから成る溶融炭酸塩燃料電池本体と、該陰陽電極の極
性をそろえて所定数積層し、該積層した個個の該溶融炭
酸塩燃料電池本体同士を分離するようその間に配置した
セパレータとから成り、該セパレータが該セパレータを
挟んで相対する電極にそれぞれ対応した電池反応ガスを
供給するガス供給路をそれぞれ独立に有する溶融炭酸塩
燃料電池において、該ガス供給路の内面を絶縁耐食被覆
することによって解決される。
〔作用〕
溶融炭酸塩燃料電池の一対の陰陽電極にそれぞれ対応し
たそれぞれ電池反応ガスを送給するセパレータのガス供
給路の内面を絶縁耐食性材料で被覆して該ガス供給路に
炭酸塩流出時のローカルセル発生防止を行う。
〔実施例〕
以下本発明の一実施例を第1図〜第8図を用いて説明す
る。溶融炭酸塩燃料電池は第3図に示すネ反 ように電解質板3と、その電解買いを挟んで対向する一
対の電極、すなわちカソード4.アノード5及び一対の
電極の外側に設けられたセパレータ1(金属製)を有し
ていてセパレータ1.及び電解質板3を貫通したカソー
ドガス供給路2から空気とCOxが、アノードガス供給
路11からH2と。
4に供給された二酸化炭素が酸素と電子に反応し炭酸イ
オンとなりアノードへ移動する。
アノード5では燃料の水素と炭酸イオンが反応して二酸
化炭素や水を生成するとともに電子を外カソードニーO
z + COz + 2 e″″→COa″″−(4)
アノード:Hz+C0a−→H20+C02+ 2 e
・・・(5) 全体として Hz+−〇2→HzO・・・(6) と−二と−さらに炭酸イオンを媒体として炭酸塩を溶融
状態で使用するため、電池の作動温度は炭酸塩溶融温度
より高い約650℃である。
そのため炭酸塩mがカソードガス供給 路11内、およびセパレータ1の外部に流出し、アノー
ド側のセパレータ1とカソード側のセパレータ1をつな
ぐ炭酸塩の膜が形成される。そうすると上述したように
その部分で酸素が二酸化炭素と電子に反応し炭酸イオン
となり、7ノード5へ移動するという現像すなわちパレ
スティックリアクションの反応が起きローカルセルを形
成し電流損失が生じる。そのため電池本来の反応によっ
て生じた電子を100%外部へ電流として取り出せない
ことになる。
第4図は従来の溶融炭酸塩燃料電池の単体セルの横断面
図、第5図は第4図のカソード4の位置における上部の
断面図である。
セパレータ1のアノードガス供給路11がら供給された
HzとCOzの燃料ガスはアノード室7に入りアノード
5の全面に一様に接触し、カソードガス供給路2から供
給されるo2及びCOxによってカソード4で生成され
る炭酸塩(COs”−)を電解質3を通して反応させ方
シード4とアノード5から電気エネルギーを取出すもの
である。
第6図は電池全体の寸法を大きくし大きな出方を得るた
めのカソードガス供給路2、アノードガス供給路11.
カソードガス出口部8、アノードガス出口部12を大き
くし両反応ガスが電極表面に均一に拡散するようにした
ものである。
また、各供給路と出口部を大きくシ1表面積を大きくし
たことにより電解質流出時のローカルセルの影響が少な
くなる。
第1図はローカルセル発生を防止するための本発明の第
1の実施例でセパレータ1の電池反応ガス供給路を絶縁
被覆ガス供給路13としたものである。
第2図は本発明の第2実施例でセパレータ1のガス供給
路に絶縁管ガス供給路14を挿入し、前述のローカルセ
ルの発生防止を行ったものである。
このようにセパレータ1及び電解質板3の貫通するガス
供給路を耐食性絶縁材料で被覆することにより炭酸塩流
出、移動によるローカルセルの発生は起らない、従って
電子の授受はなく電流損失もなくなり電池の発電によっ
て得られた電流は100%外部に回収することができる
さらに、流出した炭酸塩とセパレータ1の鉄の反応によ
って起こる腐食もなくなるので炭酸塩の消耗もなく常に
安定状態を保つことができることになる6次に第1図の
セパレータ1の絶縁被覆ガス供給路13をアルミナで絶
縁処理した実験結果フ る4 00 X 400 m、厚さ2■の基板に炭酸塩
電解質(炭酸リチウム:炭酸カリウム=62:38モル
比)を含浸して用いた。セパレータ1には、5US31
0を用い、電解質板と同寸法のもので、カッニドガス供
給路2、アノードガス供給路11、とそれぞれ2ケ所も
うけた。
このアノード5としてニッケル電極板300X300m
を用い、カソード4には酸化ニッケル電極板300X3
0−0閤を用いた。アノードガスとして15%0x−3
0%Coz−55%N2混合ガスを供給し発電試験を実
施した。650℃の温度における電池性能を調べた結果
、初期特性として電流密度150mA/cdに於いて単
体セル電池竜圧は、第7図に示すように、0.90V 
を得ることができた。さらに150mA/aJでの連続
発電試験においても第8図に示すようにほとんど低下は
みられず、2500時間経過後で0.87V。
5000時間後で0.85Vであった。
絶縁被覆なしの場合は2500時間経過後で約0.85
V、5000時間後で約0.80vであった。これによ
り絶縁の効果は長時間側で安定した出力が得られるとい
うことが分る。
この時の積層セルの出力は初期において486W250
0時間経過後470Wであった。
さらに第2図で示すように絶縁管ガス供給路14を用い
た結果においても上記と同様の特性を得ることができた
このように、溶融炭酸塩燃料電池を構成する金属製セパ
レータ、および電解質板3を貫通するカソードガス供給
路2およびアノードガス供給路り電解質板3からカソー
ドガス供給路2内に炭酸塩の流出、移動を防止すること
ができる。別通路を通して炭酸塩がカソードガス供給路
2内に流出してきても、金属製セパレータのカソードガ
ス供給路2内も絶縁しておくことによりローカルセルに
よる電子の授受の場がないため電流が流れず電流の損失
はない、さらに腐食を防ぐことにより電池性能の安定化
がはかれることが実験によって明らかになった。
なお、耐食性電気絶縁材料として用いることができるも
のはアルミナ、ジルコニア、チタニア。
炭化ケイ素、リチウムアルミネート、窒化ケイ素、τ などの酸化物、チッ化物などがありこれらの粉末をカソ
ードガス供給路2およびアノードガス供給路11の表面
に塗布あるいは吹付て焼結処理する゛方法、およびアル
ミナ等のパイプをガス供給路に埋設するなどの方法が有
効である。
本実施例ではガス供給路を絶縁耐食被覆することを記述
したが、セパレータ1の他の部分でも前述のローカルセ
ルの発生や腐食が起る個所があれば、その部分を部分的
に絶縁耐食被覆できることは当然である。
〔発明の効果〕
本発明によれば、溶融炭酸塩燃料電池のガス供給路の内
面を絶縁耐食材料で被覆することにより。
炭酸塩流出によって起きるガス供給路でのローカルセル
の発生と腐食を防止することができるので。
長期的に安定した性能の良い電池を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例を示すセパレータのガス供給路
の絶縁被覆を示す断面斜視図、第2図は絶縁被覆に絶縁
管を用いた場合のセパレータの断面斜視図、第3図は単
体セルを積層した溶融炭酸塩燃料電池の全体構成を示す
断面斜視図、第4図は単体セルの断面図、第5図、第6
図はカソード部の上部断面図、第7図、及び第8図はガ
ス供給路をアルミナで絶縁処理した単体セル実験時の電
流密度と電圧との関係図と時間に対する電圧の低下の程
度を示す図である。 1・・・セパレータ、2・・・カソードガス供給路、3
・・・電解質板、4・・・カソード、5・・・アナード
、工1・・・舜 7ノードガス供給孔、13・・・絶縁被覆ガス供給路、
14・・・絶縁管ガス供給路。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、炭酸塩を電解質とする電解質板と、該電解質板を挟
    んで対向する一対の陰陽電極とから成る溶融炭酸塩型燃
    料電池本体と、該陰陽電極の極性をそろえて所定数積層
    し、該積層した個々の該溶融炭酸塩型燃料電池本体同士
    を分離するようその間に配置したセパレータとから成り
    、該セパレータが該セパレータを挟んで相対する電極に
    それぞれ対応した電池反応ガスを供給するガス供給路を
    それぞれ独立に有する、溶融炭酸塩型燃料電池において
    、該ガス供給路の内面を絶縁耐食被覆することを特徴と
    する溶融炭酸塩型燃料電池。 2、該絶縁耐食被覆をアルミナ、ジルコニア、チタニア
    、炭化ケイ素、リチウムアルミネート、窒化ケイ素のい
    ずれか1つ以上の粉末の塗布焼結処理で行うことを特徴
    とする特許請求の範囲第1項記載の溶融炭酸塩型燃料電
    池。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01140561A (ja) * 1987-08-28 1989-06-01 Mitsubishi Electric Corp 溶融炭酸塩形燃料電池発電システム用対電解質保護材料
JP2003054852A (ja) * 2001-08-07 2003-02-26 Toshiba Elevator Co Ltd ガバナロープ引上げレバー、ガバナロープ引上げ冶具、引上げ方法、エレベータ調速機試験装置及び試験方法

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JPS61267268A (ja) * 1985-05-21 1986-11-26 Mitsubishi Electric Corp 溶融炭酸塩形燃料電池用流路板

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