JPH01206568A - 溶融炭酸塩型燃料電池の電解質板の製造方法 - Google Patents

溶融炭酸塩型燃料電池の電解質板の製造方法

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JPH01206568A
JPH01206568A JP63032132A JP3213288A JPH01206568A JP H01206568 A JPH01206568 A JP H01206568A JP 63032132 A JP63032132 A JP 63032132A JP 3213288 A JP3213288 A JP 3213288A JP H01206568 A JPH01206568 A JP H01206568A
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JP
Japan
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electrolyte plate
cell
plate
electrode
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JP63032132A
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Yoshinori Nishihara
啓徳 西原
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Fuji Electric Co Ltd
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Fuji Electric Co Ltd
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    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0289—Means for holding the electrolyte
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    • H—ELECTRICITY
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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〕 この発明は溶融炭酸塩型燃料電池に使用する電解質板の
製造方法に関する。
〔従来の技術〕
溶融炭酸塩型燃料電池は、第3図に示すように炭酸リチ
ウムと炭酸カリウムの共晶塩を含浸させたりチウムアル
ミネートWの電解質板2.多孔質ニッケルの焼結体で形
成されたアノードを極3゜酸化二ンケルの多孔質焼結体
で形成される六ソ〜ド電極4.各電極に反応ガスを供給
するアノード室5とカソード室6.電池を組立てる端板
IA。
IBおよびステンレス製の波板である1琢支持板7A、
7Bより構成されている。
アノード電極では(1)式の反応がおこる。
H2+C01i−→H20+ Co 2 +2 e−・
・・・・・・・・・・・−・・・・・(1)即ちアノー
ド電極では水素ガス(H2)が酸化され水蒸気と炭酸ガ
スと電子が生成する。−万力ソード電極では(2)式の
反応がおこる。
1/20□+C02+ 2 e−→CO3・・・・・・
・・・・・・・・・・−・・(2+これは酸素ガス(0
2)と炭酸ガス(CO2)とから炭酸イオンが生成する
反応で酸素の還元反応である。(11式と(2)式を総
合すると、結局水素と酸素とから水が形成され、その際
外部回路に電流がとり出される。溶融炭酸塩型燃料電池
は炭酸イオンを媒体とする一種の発電装置である。
この燃料電池において連続して安定した2気出力を得る
ためには、それぞれの電極内部に多くの三相界面(電極
(固体)と液体(溶融塩)と気体(反応ガス)からなる
反応部位)が存在することが必要である。
そこでこの反応部位について考えると、電極に関しては
次のことが要求される。
■比表面積が広いこと、 ■反応ガスの供給が容易であること、 ■電へ内部が適度に電解質でぬれていること、■′を他
部材が電気的につながっていること、■電極内部の電解
質が電解質板中の電解質とイオン的につながっているこ
と、などである。
電解質板については、 ■電解質板内部の細孔に電解質を保持し、アノード■甑
およびカソード電極内部の電解質とイオン的につながっ
ているこき、 ■アノード1極 ?Iとカソード1啄が電気的に短絡し
ないよう′1ニ気絶縁性を有すること、■アノード室の
反応ガスとカソード室の反応ガスが相互にもれないよう
ガスシール性を有していること、などが要求される。
即ちセルとして考える場合、電極が電解質により過剰に
ぬれた場合は、外部より供給された反応ガスの電極内部
への拡ヤと、反応生成物の′fIL極外部への退散が悪
くなり、セル特性が低下する。逆に電極内部の電解質が
不足しているときは、外部より反応ガスが拡散してきて
も、電極反応のおこる部分が少ないために、部分的に大
きな負荷がかかり、セル特性が低下する。この現象を電
解質板側からみると、電解質板はそれ自身で充分に電解
質を保持し、しかもこの状態で電極に適度な量の電解質
を存在させていることが必要である。
例えば、電解質板にあらかじめ電解質を含浸してからセ
ルを組立てる場合には、セル組立時セルを締め付は加圧
する時に生ずる電解質板の厚さ変化(セル積層時に締め
つけると電解質板の厚さが減少する)に相当する電解質
が押出され、tlfiに必要な電解質が供給される。こ
の場合電解質板の締めつけによる収縮率が問題となる。
即ち電解質板の収縮が大きいと押し出される電解質の量
が多くなり、その結果として!極が過剰にぬれる。逆に
電解質板の収縮が小さいと、電解質板から押し出される
′電解質の量が少なく、その結果電極内部の反応部位が
少なくなる。以上のように電解質板にあらかじめ電解質
を含浸してからセルを組立てるときは、′1解質板の収
縮率が問題となる。
〔発明が解決しようとする課粗〕
従来、電解質板の製法とセル組立時の電解質板の収縮率
との関係や、該収縮率と電極の電解質による適切なぬれ
状態およびセル特性との関係が不明な状1叩でセルが構
成されていたので、電極内部の電解質に過不足を生じセ
ル特性が低下する問題があった。
従来使用されている、例えばロール成形法により製作さ
れた電解質板の場合には、電解質板の焼成後の気孔の割
合(以下気孔率という)が約60〜70%付近ζこおい
て、セル組立時のMl極の電解質によるぬれ状態が適切
になることが、本発明者により確認されている。
しかしながら、混練法の一つである前記ロール成形法に
よって大型の電解質板を農作した場合、電解質板の機械
的強度が不足し、気孔率60%以上の電解質板は製作が
困難であるという問題があった。この発明の目的は、電
解質の保持性に優れ、燃料電池組立加圧時の電極への電
解質供給量が適切で、良好なセル特性が得られ、さらに
十分な機械的強度を有する電解質板の製造方法を提供す
ることにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記の目的は、溶融炭酸塩型燃料電池の電解質板をγ−
リチウムアルミネート粉体とセラミックス添加剤とパル
プの均一混合分散液を凝集させて抄造用スラリを調製し
、得られた抄造用スラリをF布上に堆噴させていわゆる
抄紙法によりシートを形成し、このシートを脱水加圧し
た後、焼成して前記シート中に存在するパルプを除去し
、気孔を60〜75慢の割合で含有せしめるように製造
′し、かかる電解質板に溶融炭酸塩を含浸しアノード1
極とカソード′1極とではさみ、電接内部に、谷線炭酸
塩と反応ガスからなる三相界面を形成するように成すこ
とによって達成される。
〔作用〕
この発明は、大型の電解質板においても、十分な機械強
度を有してかつ電解質板の気孔率をある程度任意に制御
できる抄紙法に着目して生れたものであって、抄紙法に
より製作した電解質板について、電解質板の厚さ変化(
締め付けによる1解質板の厚さ方向の収縮率)に及ぼす
電解質板の物性値について検討した。その結果、電解質
板の収縮率は電解質板の気孔率と良い相関があり、しか
も適度な収縮率を示す電解質板の気孔率範囲においても
、十分な機械的強度を有している電解質板が得られるこ
とが分かった。これは、従来のロール成形法と異なり、
抄紙法の場合には、電解質板の製作にあたり、パルプを
使用し、このパルプの上に電解質板材料をフロックとし
て凝集させるという独特な製造方法であることに由来し
ていると考えられる。
前記したように、γ−リチウムアルミネート粉末とセラ
ミックス添加物とパルプの混合分散液に凝集剤を添加し
、パルプ上にフロックを形成し、いわゆる抄紙法により
形成したシートを脱水加圧した後、焼成してシート中に
存在するパルプを除去し、気孔率を60〜75%にする
ことにより、十分な機械的強度を有し、かつセル組立時
の締め付けにより生ずる電解質板の収縮率を一定の範囲
に納め、これにより電極の電解質によるぬれを一定の範
囲に納め、良好な燃料電池の分極特性を得ることができ
る。
〔実施例〕
(実施例1) 比表面積が約20 rn 2/g  の1 1Jチウム
アルミネート粉末を水に分散させ、別の容器にセラミッ
クス添加剤としてのアルミナファイバーを水に分散させ
た。次にこの二つの分散液を混合し、十分に攪拌した。
さらに別の容器に所定]のパルプを分散させ、これを、
先の分散混合液に添加し、十分に攪拌混合した。混合が
完了した後に、これに凝集剤を添加し、パルプ上にフロ
ックを形成させた。次にこのフロックを涙布上に堆積さ
せてケーキ状のシートとした。出来上がったシート中の
水を脱水した後にプレス装置にて約70 k、/dの圧
力にてプレスした。この板を空気厚囲気ζごて焼成しシ
ート中に存在するパルプを除去し、電解質板を得た、こ
の電解質板の気孔率を測定した結果、気孔率は60.3
%であった。セル部材としての電解質板の特性を確認す
るために、焼成後の電解質板にLi2CO3/に2CO
3=62/38 モル係の共晶塩を含浸し、10dの電
極面積を有する小型セルにて試験をおこなった。試験条
件は温度650℃、アノードガス組成はH2/C02=
80/20モル%(50℃飽和水蒸気にて加湿)、カン
ードガス組成はAIR/C03=70/30モル係、で
ある。その結果を第1図falに示す。
第1図から明らかなように、良好なセル特性が得られた
。
なお、セル組立時の締付の加圧力は、セル各部材間の電
気接触抵抗や、シール性能上決められる所定圧力に設定
されるが、所定圧力を増大させても、セル特性にほとん
ど変化がないことが確認されている。これは、締付は荷
重による収縮率の変化の特性が、加圧と共に気孔が小と
なって剛性を増すためにほとんど飽和特性を示すことに
よるものと考えられる。
(実施例2) 実施例1と同様に作製した抄紙法シートを約40kf/
cr/lの圧力でプレスした。この電解質板の焼成後の
気孔率は74.5%であった。実施例1と同様に、小型
セルにて、特性試験を行った。この結果を第1図(b)
に示す。この電解質板を用いた場合にも実施例1と同様
、良好な特性が得られた。
(比較例1) 実施例1と同様に作製した抄紙法シートを20kg /
 Cr&の圧力でプレスした。このv1解質板の焼成後
の気孔率は76.7%であった。この′電解質板に実施
例1と同じ組成の共晶塩を含浸し、セル試験に供した。
試験結果を第1図(C1に示す。第1図から明らかなよ
うに、良好なセル特注は得られなかった。このセルにつ
いて特性不良の原因を究明すべく、試験終了後にセルを
分解調査した。その結果、セルのカソードが共晶塩にて
覆われ、カンードへの反応ガスの供給、あるいは、カソ
ード反応にて生成したガスの退散が悪かったことが分か
った。菫た、同時に電解質板の厚さ変化量(収縮率)が
大きく、カソードが共晶塩で埋もれた直接の原因は、電
解質板の過度の収縮によるカソードの濡れ過ぎであるこ
とが分かった。
(比較例2) 実施例1と同様に作製した抄紙法シートを200kp 
/ cr/lの圧力でプレスした。この電解質板の焼成
後の気孔率は53.5%であった。この電解質板に実施
例1と同じ組成の共晶塩を含浸し、セル試験に供した。
試験結果を第1図(dlに示す。第1区から明らかなよ
うに、良好なセル特性は得られなかった。このセルにつ
いて特性不良の原因を究明すべく、試険終了後分解調査
した結果、このセルの場合には、電解質板の収縮率が小
さく、電解質板自身の収縮が小さいために、セルの特性
を出すために必要な電解質が電極内に供給されず、いわ
ゆる電極の濡れ不足による特性不良であることが分かっ
た。
以上、実施例1および、実施例2、比較例1および比較
例2に代表される電解質板の気孔率とセル特性の関係を
第2図に示す。第2図より明らかなように、電解質板の
気孔率が60〜75%付近の範囲にあれば、良好なセル
特性が得られることが分かった。
〔発明の効果〕
この発明は、溶融炭酸塩型燃料電池の電解質板を、γ−
リチウムアルミネート粉末とセラミックス添加物とパル
プの混合分散液に凝集剤を添加し、パルプ上にフロック
を形成し、いわゆる抄紙法により形成した積層体シート
を脱水加圧した後、焼成して積層体中に存在するパルプ
を除去し、気孔率を60〜75チにするようにしたので
、電解質板は十分な機械的強度を有し、さらに電解質板
に予め電解質を含浸してセルを組み立てる場合、セル組
立時における電解質板の収縮により押し出される電解質
の量が電極に必要な電解質の債として適度となるために
良好かつ安定したセル特性が再現性よく得られ、るとい
う効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の実施例に係わり、比較例と共に雷、
解質板の各気孔率について、電流密度と燃料電池出力電
圧の関係を示した図、第2図は電解質板気孔率と燃料電
池出力電圧の関係を示した図、第3図は溶融炭酸塩型燃
料電池の構成図である。 2:1!解質板、3ニアノード電極、4:カン−0+O
OZoo          300τ点τ席師ν論2
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Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1)γ−リチウムアルミネート粉体とセラミックス添加
    剤とパルプの均一混合分散液を凝集させて抄造用スラリ
    を調製し、得られた抄造用スラリをろ布上に堆積させて
    シートを形成し、該シートを脱水加圧した後、焼成して
    前記シート中に存在するパルプを除去せしめることを特
    徴とする溶融炭酸塩型燃料電池の電解質板の製造方法。
JP63032132A 1988-02-15 1988-02-15 溶融炭酸塩型燃料電池の電解質板の製造方法 Pending JPH01206568A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5478663A (en) * 1994-03-22 1995-12-26 International Fuel Cells Corporation Edge seals for molten carbonate fuel cell stacks

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5478663A (en) * 1994-03-22 1995-12-26 International Fuel Cells Corporation Edge seals for molten carbonate fuel cell stacks

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