JPH01186562A - 燃料電池 - Google Patents
燃料電池Info
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- JPH01186562A JPH01186562A JP63004733A JP473388A JPH01186562A JP H01186562 A JPH01186562 A JP H01186562A JP 63004733 A JP63004733 A JP 63004733A JP 473388 A JP473388 A JP 473388A JP H01186562 A JPH01186562 A JP H01186562A
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- Japan
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- nickel
- metal
- electrode
- nitrate
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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
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/88—Processes of manufacture
- H01M4/8878—Treatment steps after deposition of the catalytic active composition or after shaping of the electrode being free-standing body
- H01M4/8882—Heat treatment, e.g. drying, baking
- H01M4/8885—Sintering or firing
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/88—Processes of manufacture
- H01M4/8875—Methods for shaping the electrode into free-standing bodies, like sheets, films or grids, e.g. moulding, hot-pressing, casting without support, extrusion without support
-
- 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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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Thermal Sciences (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
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〕
本発明は燃料電池に係り、特に性能向上及び長寿命化に
好適な電極を備えた溶融炭酸塩型燃料電池に関する。
好適な電極を備えた溶融炭酸塩型燃料電池に関する。
従来の溶融塩型燃料電池では、ニッケル粉末の焼結多孔
体を電極として用いていたが、ニッケル粒子のクリープ
（熱圧縮変形）が発生し電池性能として良好な結果が得
られなかった。このために、ニッケル粉末の焼結多孔体
をクロム、イツトリウム、アルミニウムの硝酸塩水溶液
に浸漬しアルカリ水溶液で中和して水酸化物とし、セル
内外で熱処理して酸化物にしたものを電極としていた。
体を電極として用いていたが、ニッケル粒子のクリープ
（熱圧縮変形）が発生し電池性能として良好な結果が得
られなかった。このために、ニッケル粉末の焼結多孔体
をクロム、イツトリウム、アルミニウムの硝酸塩水溶液
に浸漬しアルカリ水溶液で中和して水酸化物とし、セル
内外で熱処理して酸化物にしたものを電極としていた。
しかし、母材のニッケル粉末を焼結させた後に酸化物を
添加しているので、酸化物は表面にのみ点存しており、
ニッケルメタル内部にまでは金属酸化物は混在しておら
ず、粒子自身のクリープに対しては、未解決の問題があ
った。
添加しているので、酸化物は表面にのみ点存しており、
ニッケルメタル内部にまでは金属酸化物は混在しておら
ず、粒子自身のクリープに対しては、未解決の問題があ
った。
さらに、電極母体に使用しているニッケル粉体の焼結体
は、平均細孔径が６μｍであったので。
は、平均細孔径が６μｍであったので。
電極中で電解質を保持することもむずかしく、電極電解
質板間の電解質制御に問題があった。そこで、この問題
を解決するのに平均粒径０．８μｍのニッケル微粉末を
焼結板に塗布し薄層を成形後焼結して使用することが提
案されている。（例えば電気化学協会秋孕大会講演要旨
集１９８６）Ｌかし、ここでは電極電解質板間の電解質
移動に関する制御はできるが、電極の厚さ方向への電解
質の濡れ制御については不充分である。
質板間の電解質制御に問題があった。そこで、この問題
を解決するのに平均粒径０．８μｍのニッケル微粉末を
焼結板に塗布し薄層を成形後焼結して使用することが提
案されている。（例えば電気化学協会秋孕大会講演要旨
集１９８６）Ｌかし、ここでは電極電解質板間の電解質
移動に関する制御はできるが、電極の厚さ方向への電解
質の濡れ制御については不充分である。
また、使用しているニッケル粉体の比表面積が、約Ｑ、
５ｍ２／ｇできわめて小さく、電気化学的反応の場が小
さくなり性能が低くなるという欠点があった。
５ｍ２／ｇできわめて小さく、電気化学的反応の場が小
さくなり性能が低くなるという欠点があった。
上記従来技術は母材成形に対し、ニッケル粉体を焼結さ
せてから酸化物を添加しているのでニッケル表面にのみ
金属酸化物が点在しており、ニッケル粒子内に金属酸化
物を取り込むという点について配慮されておらず、母体
自身のクリープについて問題が残っていた。
せてから酸化物を添加しているのでニッケル表面にのみ
金属酸化物が点在しており、ニッケル粒子内に金属酸化
物を取り込むという点について配慮されておらず、母体
自身のクリープについて問題が残っていた。
さらに、従来は平均細孔径６μｍのニッケル多孔質板に
平均粒径０．８μｍのニッケル微粉末を塗布し薄層を焼
結成形しているので、電極電解質板間の電解質移動に対
する制御はできるが、電極の縦方向への電解質の濡れ性
の点について配慮されておらず、電極への均等な濡れ制
御について問題があった。
平均粒径０．８μｍのニッケル微粉末を塗布し薄層を焼
結成形しているので、電極電解質板間の電解質移動に対
する制御はできるが、電極の縦方向への電解質の濡れ性
の点について配慮されておらず、電極への均等な濡れ制
御について問題があった。
そして、従来使用してきたニッケル粉末の比表面積は、
約０．５ｍ２／ｇであったために電気化学的反応場が小
さいという問題があった。
約０．５ｍ２／ｇであったために電気化学的反応場が小
さいという問題があった。
本発明の目的は、電極母材自身の耐クリープ性の向上、
電極内での導電性の向上、電極内での均等な濡れ制御及
び比表面積の拡大をはかることである。
電極内での導電性の向上、電極内での均等な濡れ制御及
び比表面積の拡大をはかることである。
上記目的は、燃料電池において、ニッケル、銅。
鉄、マ゛ンガンおよびコバルトのうちの少なくとも１種
以上を含む金属に、アンモニウム塩溶液中で金属硝酸塩
を添加し、所要の処理を施した後焼結してなる、金属酸
化物を担持し高比表面積で微細孔を有する金属を用いて
電極を製造することにより達成される。
以上を含む金属に、アンモニウム塩溶液中で金属硝酸塩
を添加し、所要の処理を施した後焼結してなる、金属酸
化物を担持し高比表面積で微細孔を有する金属を用いて
電極を製造することにより達成される。
一例としてニッケル粉末を用いるものについて説明する
。まず、ニッケル粉末を焼結させる前にニッケル粉末に
金属酸化物を沈着させる。これはアンモニウム塩溶液中
で金属硝酸塩を添加することにより行われ、この時ニッ
ケル粉末表面を硝酸イオンが酸化し、後にアンモニウム
イオンがニッケル酸化物を溶解する。液中にはニッケル
ーアンモニウム錯塩が生成する。
。まず、ニッケル粉末を焼結させる前にニッケル粉末に
金属酸化物を沈着させる。これはアンモニウム塩溶液中
で金属硝酸塩を添加することにより行われ、この時ニッ
ケル粉末表面を硝酸イオンが酸化し、後にアンモニウム
イオンがニッケル酸化物を溶解する。液中にはニッケル
ーアンモニウム錯塩が生成する。
その後、蒸発乾固してニッケルメタル及び担持金属酸化
物を核としてニッケル水酸化物を沈澱させる。さらに予
備焼成して、担持金属酸化物を取り込んだ、高比表面積
で微細孔を持ったニッケル粉末の調製ができる。
物を核としてニッケル水酸化物を沈澱させる。さらに予
備焼成して、担持金属酸化物を取り込んだ、高比表面積
で微細孔を持ったニッケル粉末の調製ができる。
この粉末を利用して例えば金網に塗布し還元焼結すれば
、電解質を吸い上げ保持できる微細孔層と、ガスの流通
が容易で電解質で充満されない細孔との２つの細孔が確
保できる電極を作ることができる。またこの電極を溶融
炭酸型燃料電池の電極として用いれば、電池の性能を著
しく向上させ。
、電解質を吸い上げ保持できる微細孔層と、ガスの流通
が容易で電解質で充満されない細孔との２つの細孔が確
保できる電極を作ることができる。またこの電極を溶融
炭酸型燃料電池の電極として用いれば、電池の性能を著
しく向上させ。
かつ長寿命の電池を得ることができる。ニッケルの他に
も鉄、銅、マンガン、コバルトのうち少なくとも１種類
を含む粉末を用いても同様な結果を得ることができる。
も鉄、銅、マンガン、コバルトのうち少なくとも１種類
を含む粉末を用いても同様な結果を得ることができる。
例えば金属としてニッケルを用いた場合には、ニッケル
粉体にアンモニウム塩溶液中で金属酸化物を沈着させる
。この時、金属酸化物源として硝酸塩を使用することに
より、沈着反応で副生じた硝酸イオンがニッケル表面を
酸化する。続いて液中のアンモニウムイオンがニッケル
酸化物をニッケルーアンモニウム錯塩として溶解する。
粉体にアンモニウム塩溶液中で金属酸化物を沈着させる
。この時、金属酸化物源として硝酸塩を使用することに
より、沈着反応で副生じた硝酸イオンがニッケル表面を
酸化する。続いて液中のアンモニウムイオンがニッケル
酸化物をニッケルーアンモニウム錯塩として溶解する。
これにより、ニッケル粒子が浸食される。ニッケル粒子
の浸食モデルを第２図に示す。そして、これを蒸発乾固
することにより溶出していたニッケルーアンモニウム錯
塩が残存ニッケル粒子及び金属酸化物を核にして沈着析
出する。これにより、微細化を持ち高比表面積のニッケ
ル粒子を得る。これを用いて多孔質の焼結板を作れば、
きわめて高比表面積の電極が作れる。さらに、電解質を
保持できる微細孔とガスの流通に容易な細孔と２つがで
きるので、濡れ性が大きく向上する。さらに、ニッケル
粒子内に金属酸化物がとり込んであるので、ニッケル粒
子自身のクリープも防げる。
の浸食モデルを第２図に示す。そして、これを蒸発乾固
することにより溶出していたニッケルーアンモニウム錯
塩が残存ニッケル粒子及び金属酸化物を核にして沈着析
出する。これにより、微細化を持ち高比表面積のニッケ
ル粒子を得る。これを用いて多孔質の焼結板を作れば、
きわめて高比表面積の電極が作れる。さらに、電解質を
保持できる微細孔とガスの流通に容易な細孔と２つがで
きるので、濡れ性が大きく向上する。さらに、ニッケル
粒子内に金属酸化物がとり込んであるので、ニッケル粒
子自身のクリープも防げる。
以下、本発明の実施例の１例として、ニッケル粉末を用
いるものについて図を用いて説明する。
いるものについて図を用いて説明する。
第１図は、本発明の電極製造フローである。
まず、炭酸アンモニウム・１水和物４８７．９７ ｇを
、蒸留水１３００ｍＱに溶解した。これにニッケル粉末
を２０００ｇ加え撹拌した。
、蒸留水１３００ｍＱに溶解した。これにニッケル粉末
を２０００ｇ加え撹拌した。
次に、硝酸リチウム１１７．２２ｇと硝酸アルミニウム
・９水和物６３７．７６ ｇを蒸留水７００ｍＱに溶解
させ、前記ニッケル粉末溶液に、滴下し沈着させ、−晩
装置させた。
・９水和物６３７．７６ ｇを蒸留水７００ｍＱに溶解
させ、前記ニッケル粉末溶液に、滴下し沈着させ、−晩
装置させた。
その後４００℃以下で予備焼成してニッケル粉末とした
６ そして、ＨＥ Ｃ８０ｇと蒸留水２０００ｍＱを撹拌し
、上記にて調製したニッケル粉末を加えて、スラリーと
した。これを金網に塗布し、７．’ＯＯ℃から８００℃
の水素中で焼成した。
６ そして、ＨＥ Ｃ８０ｇと蒸留水２０００ｍＱを撹拌し
、上記にて調製したニッケル粉末を加えて、スラリーと
した。これを金網に塗布し、７．’ＯＯ℃から８００℃
の水素中で焼成した。
本実施例によれば、ニッケル粉体中に金属酸化物を取り
込むことにより、ニッケル粉末自体の耐クリープ性が向
上した。また、第１表に示すように粉末の比表面積も７
３ｍ２／ｇ と驚異的な向上を見せた。さらに、粉末
の核にニッケル金属を存在させることにより導電性にも
問題がなくなった６そして、ニッケル粒子自身に微細孔
を持たせることで、電極成型時に電解質を吸い上げ保持
できる微細孔層と、ガスの流通に容易で電解質に充満さ
れない比較的大きな細孔との二つができた。第３図に示
すように、従来型はニッケル粉体の表面のみを伝わり、
微粉末層で電解質を制御しても電極内では保持されない
状態であった。本発明では、粒子内の微細孔により電解
質を吸い上げ、第４図のごとく、ニッケル表面を電解質
が濡し、きわめて効率良く反応を促進することができた
。そのため、電池の性能が従来よりも大幅に向上し、ま
た一定電流密度発電下での電圧低下も従来の１／３に減
少することができた。
込むことにより、ニッケル粉末自体の耐クリープ性が向
上した。また、第１表に示すように粉末の比表面積も７
３ｍ２／ｇ と驚異的な向上を見せた。さらに、粉末
の核にニッケル金属を存在させることにより導電性にも
問題がなくなった６そして、ニッケル粒子自身に微細孔
を持たせることで、電極成型時に電解質を吸い上げ保持
できる微細孔層と、ガスの流通に容易で電解質に充満さ
れない比較的大きな細孔との二つができた。第３図に示
すように、従来型はニッケル粉体の表面のみを伝わり、
微粉末層で電解質を制御しても電極内では保持されない
状態であった。本発明では、粒子内の微細孔により電解
質を吸い上げ、第４図のごとく、ニッケル表面を電解質
が濡し、きわめて効率良く反応を促進することができた
。そのため、電池の性能が従来よりも大幅に向上し、ま
た一定電流密度発電下での電圧低下も従来の１／３に減
少することができた。
第１表 ニッケル粉末物性
尚、本実施例ではニッケルを用いたが、ニッケルの他に
、鉄、銅、マンガン、およびコバルトのうち少なくとも
１種類を含むものについて、同様の結果を得ることがで
きた。
、鉄、銅、マンガン、およびコバルトのうち少なくとも
１種類を含むものについて、同様の結果を得ることがで
きた。
以上詳述したように本発明によれば、電極母材自身で耐
クリープ性の向上、電極の導電性の向上。
クリープ性の向上、電極の導電性の向上。
電極内での均等な濡れ制御及び反応比表面積の拡大にき
わめて効果的な結果を得ることができ、これによって溶
融炭酸型燃料電池の性能を著しく向上することができる
。
わめて効果的な結果を得ることができ、これによって溶
融炭酸型燃料電池の性能を著しく向上することができる
。
第１図は本発明における電極贋造フローである。
第２図は電極製造にともなうニッケル粒子の浸食モデル
。第３図は、電極使用時における電極の電解質による濡
れモデルであり、従来のものと本発明を比較したもので
ある。第４図は電極内のニッケル粒子を拡大視し、電極
使用時のようすを濡れを中心に表わした図である。 代理人 弁理士 小川ｉ、乃・） （１、 第１０ 電ぢｌ媒＆７０− 第２図 ニーＩ〒ル米１子の擾令七予゛ル ↓ ／ぐニア、 ゲ鼾イ１イに 率３図 電極の電解噺にＸろう宥れ冊子−１し 重文 躬４図
。第３図は、電極使用時における電極の電解質による濡
れモデルであり、従来のものと本発明を比較したもので
ある。第４図は電極内のニッケル粒子を拡大視し、電極
使用時のようすを濡れを中心に表わした図である。 代理人 弁理士 小川ｉ、乃・） （１、 第１０ 電ぢｌ媒＆７０− 第２図 ニーＩ〒ル米１子の擾令七予゛ル ↓ ／ぐニア、 ゲ鼾イ１イに 率３図 電極の電解噺にＸろう宥れ冊子−１し 重文 躬４図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、電解質を介在させて多孔質基板を電極とする型の燃
料電池において、ニッケル、銅、鉄、マンガンおよびコ
バルトのうちの少なくとも１種以上を含む金属に、アン
モニウム塩溶液中で金属硝酸塩を添加し、所要の処理を
施した後焼結してなる、金属酸化物を担持し高比表面積
で微細孔を有する金属を構成素材とした電極を備えるこ
とを特徴とする燃料電池。 ２、ニッケル、銅、鉄、マンガン及びコバルトのうち少
なくとも１種以上からなる金属が粉末であることを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の燃料電池。 ３、金属硝酸塩が硝酸リチウムと硝酸アルミニウムとの
混合物であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載の燃料電池。 ４、金属硝酸塩が硝酸リチウムと硝酸銀の混合物である
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の燃料電池
。 ５、金属硝酸塩が硝酸クロムであることを特徴とする特
許請求の範囲第１項記載の燃料電池。 ６、金属硝酸塩が硝酸コバルトであることを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の燃料電池。 ７、電極が多孔質の焼結板であることを特徴とする特許
請求の範囲第１項記載の燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63004733A JPH01186562A (ja) | 1988-01-14 | 1988-01-14 | 燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63004733A JPH01186562A (ja) | 1988-01-14 | 1988-01-14 | 燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01186562A true JPH01186562A (ja) | 1989-07-26 |
| JPH0551151B2 JPH0551151B2 (ja) | 1993-07-30 |
Family
ID=11592103
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63004733A Granted JPH01186562A (ja) | 1988-01-14 | 1988-01-14 | 燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01186562A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006310038A (ja) * | 2005-04-27 | 2006-11-09 | Nissan Motor Co Ltd | 固体酸化物形燃料電池用電極及びその製造方法 |
-
1988
- 1988-01-14 JP JP63004733A patent/JPH01186562A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006310038A (ja) * | 2005-04-27 | 2006-11-09 | Nissan Motor Co Ltd | 固体酸化物形燃料電池用電極及びその製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0551151B2 (ja) | 1993-07-30 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |