JPH01209667A - 溶融炭酸塩型燃料電池 - Google Patents
溶融炭酸塩型燃料電池Info
- Publication number
- JPH01209667A JPH01209667A JP63032632A JP3263288A JPH01209667A JP H01209667 A JPH01209667 A JP H01209667A JP 63032632 A JP63032632 A JP 63032632A JP 3263288 A JP3263288 A JP 3263288A JP H01209667 A JPH01209667 A JP H01209667A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrolyte
- loss
- fuel cell
- carbonate
- molten carbonate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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-
- 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
Landscapes
- Fuel Cell (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】
［発明の目的］
（産業上の利用分野）
本発明は電解質ロスを低減した溶融炭酸塩型燃料電池に
関する。
関する。
（従来の技術）
溶融炭酸塩型燃料電池は、対向して配置された一対のガ
ス拡散電極、すなわち燃料極と空気極との間に電解質と
して炭酸塩を保持して単位電池とし、通常この単位電池
をインターコネクタを介在させて慢数積層して構成され
ている。このような構成の溶融炭酸塩型燃料電池は、高
温下で炭酸塩を溶融させ、積層体の燃料極に水素や一酸
化炭素を含む燃料ガスを、また空気極に酸素及び二酸化
炭素を含む混合ガスをそれぞれ流通させることにより運
転される。
ス拡散電極、すなわち燃料極と空気極との間に電解質と
して炭酸塩を保持して単位電池とし、通常この単位電池
をインターコネクタを介在させて慢数積層して構成され
ている。このような構成の溶融炭酸塩型燃料電池は、高
温下で炭酸塩を溶融させ、積層体の燃料極に水素や一酸
化炭素を含む燃料ガスを、また空気極に酸素及び二酸化
炭素を含む混合ガスをそれぞれ流通させることにより運
転される。
通常、溶融炭酸塩型燃料電池には、電解質タイルと呼ば
れる電解質板が使用されている。
れる電解質板が使用されている。
この電解質板は、基本的には混合アルカリ炭酸塩からな
る電解質と高温運転時に液体となる電解質の流出を防止
するための保持材から構成される。
る電解質と高温運転時に液体となる電解質の流出を防止
するための保持材から構成される。
電解質板は、通常、混合アルカリ炭酸塩としてＬｉ２Ｃ
Ｏ３、Ｋ２ＣＯ３、Ｎ ａ ２ Ｃ０３の３種のうちの
２種もしくは３種の混合塩を重量パーセントで５０〜７
０％を含み、残部は保持材としてＬＩＡｆＩＯ２の混合
アルカリ炭酸塩の微粉末が用いられている（特開昭５４
−３２３６号）。
Ｏ３、Ｋ２ＣＯ３、Ｎ ａ ２ Ｃ０３の３種のうちの
２種もしくは３種の混合塩を重量パーセントで５０〜７
０％を含み、残部は保持材としてＬＩＡｆＩＯ２の混合
アルカリ炭酸塩の微粉末が用いられている（特開昭５４
−３２３６号）。
電解質板は炭酸イオンの移動に介在するばかりでなく、
画電極の反応ガスの直接混合（クロスオーバー）を阻止
するためのガス透過障壁層としての機能を果たす。この
機能を果たすには電解質板中に電解質が十分保持されて
いなければならず、電解質の流出（電解質ロス）は内部
抵抗の増大をもたらすばかりでなく、ガスのクロスオー
バーの、発生原因ともなる。現状の電解質板では数千時
間の電池作動により電解質ロスが進行し、この電解質ロ
スが電池の長寿命化を妨げる最大の要因の一つに考えら
れている。
画電極の反応ガスの直接混合（クロスオーバー）を阻止
するためのガス透過障壁層としての機能を果たす。この
機能を果たすには電解質板中に電解質が十分保持されて
いなければならず、電解質の流出（電解質ロス）は内部
抵抗の増大をもたらすばかりでなく、ガスのクロスオー
バーの、発生原因ともなる。現状の電解質板では数千時
間の電池作動により電解質ロスが進行し、この電解質ロ
スが電池の長寿命化を妨げる最大の要因の一つに考えら
れている。
電解質は主に（１）気体状態での蒸発（２）液体状態で
の流出の２種類の形態で消失し、（１）に比べ（２）に
よる損失が支配的であると考えられる。液体状態での流
出は、保持材の炭酸塩に対する保持機能が不十分なため
に生じるため、例えばマグネシウム・アルミニウムスピ
ネル化合物（Ｍ ｇ ｌ−、Ａ ！ｌ ２０４−ｘ）と
炭酸リチウム（Ｌ ｉ２ Ｃ０３）を反応させて比表面
積を大きくしたり、材質を変えるなどの方法が採られて
いる（特開昭５８−４２１７８号）。しかしこの方法で
は長時間に亙って起きる電解質ロスを防ぐことはできな
い。他方、電解質ロスに対し補給機能を設ける方法もあ
るが、電解質板目体が経時変化して電解質を保持できな
い構造になれば補給を行っても電解質ロスを抑制するこ
とは困難であり、電池の長寿命化を計るには低電解質ロ
ス化を目的と本発明はこのような問題点を解決するため
になされたもので、電解質板からの電解質ロスの低減化
を計ることにより、電解質の減少の結果生じる電池性能
の低下、ガスのクロスオーバーの発生を抑制し、長寿命
化が可能な溶融炭酸塩型燃料電池を提供することを目的
とする。
の流出の２種類の形態で消失し、（１）に比べ（２）に
よる損失が支配的であると考えられる。液体状態での流
出は、保持材の炭酸塩に対する保持機能が不十分なため
に生じるため、例えばマグネシウム・アルミニウムスピ
ネル化合物（Ｍ ｇ ｌ−、Ａ ！ｌ ２０４−ｘ）と
炭酸リチウム（Ｌ ｉ２ Ｃ０３）を反応させて比表面
積を大きくしたり、材質を変えるなどの方法が採られて
いる（特開昭５８−４２１７８号）。しかしこの方法で
は長時間に亙って起きる電解質ロスを防ぐことはできな
い。他方、電解質ロスに対し補給機能を設ける方法もあ
るが、電解質板目体が経時変化して電解質を保持できな
い構造になれば補給を行っても電解質ロスを抑制するこ
とは困難であり、電池の長寿命化を計るには低電解質ロ
ス化を目的と本発明はこのような問題点を解決するため
になされたもので、電解質板からの電解質ロスの低減化
を計ることにより、電解質の減少の結果生じる電池性能
の低下、ガスのクロスオーバーの発生を抑制し、長寿命
化が可能な溶融炭酸塩型燃料電池を提供することを目的
とする。
本発明溶融炭酸塩型燃料電池はＬｉ２ＣＯ３、Ｋ Ｃ
ｏ もしくはＮ ａ ２ ＣＯ３のうちの２種以上を
含む混合アルカリ炭酸塩等からなる電解質と、Ｌ ｉＡ
Ｄ ０２の微粉末混合物等からなる保持材に、電解質に
対して６〜１５モル％のＭｇＣＯ３を添加することによ
り電解質板からの電解質のロスを抑制させ溶融炭酸塩型
燃料電池の長寿命化を計ったものである。
ｏ もしくはＮ ａ ２ ＣＯ３のうちの２種以上を
含む混合アルカリ炭酸塩等からなる電解質と、Ｌ ｉＡ
Ｄ ０２の微粉末混合物等からなる保持材に、電解質に
対して６〜１５モル％のＭｇＣＯ３を添加することによ
り電解質板からの電解質のロスを抑制させ溶融炭酸塩型
燃料電池の長寿命化を計ったものである。
発明者等は電解質ロスの低減化に対し種々の検討を行い
、先ず保持材を含む溶融状態の電解質の流動特性と電解
質ロスとの間に密接な関係があることを見出だした。即
ち、第１図にみられるように溶融した電解質（Ｌｉ Ｃ
Ｏ／Ｋ Ｃｏ３−６２／３８ｍｏ１％）中に保持材Ｌ
ｉＡＤ Ｏ２を混入することにより混合物の粘性が徐々
に増加し、ある一定量に達すると固体に近い状態になる
。その点が保持材の電解質に対する臨界容積濃度であり
、それ以下の含有量では流動性のあるペースト状の流動
体となる。ここで、電解質に含有される保持材の量を一
定としく以後この流動体を模擬流動体と呼ぶ）さらに電
解質にＭｇＣＯ３を添加することにより電解質板の粘性
がさらに高くなって保持性が向上し、電解質の流出を抑
制する効果を持つことを見出だした。その理由は明らか
ではないが、添加材により保持材を被覆する溶媒和層を
含む粒子間の結合力が強化され見掛上の容積濃度が増加
したものと推測される。
、先ず保持材を含む溶融状態の電解質の流動特性と電解
質ロスとの間に密接な関係があることを見出だした。即
ち、第１図にみられるように溶融した電解質（Ｌｉ Ｃ
Ｏ／Ｋ Ｃｏ３−６２／３８ｍｏ１％）中に保持材Ｌ
ｉＡＤ Ｏ２を混入することにより混合物の粘性が徐々
に増加し、ある一定量に達すると固体に近い状態になる
。その点が保持材の電解質に対する臨界容積濃度であり
、それ以下の含有量では流動性のあるペースト状の流動
体となる。ここで、電解質に含有される保持材の量を一
定としく以後この流動体を模擬流動体と呼ぶ）さらに電
解質にＭｇＣＯ３を添加することにより電解質板の粘性
がさらに高くなって保持性が向上し、電解質の流出を抑
制する効果を持つことを見出だした。その理由は明らか
ではないが、添加材により保持材を被覆する溶媒和層を
含む粒子間の結合力が強化され見掛上の容積濃度が増加
したものと推測される。
ここでＭｇＣＯ３の添加量を電解質量に対しモルパーセ
ントで６〜１５％としたのは、６％より少ない添加量で
は電解質ロスを抑制する効果が僅かであるためである。
ントで６〜１５％としたのは、６％より少ない添加量で
は電解質ロスを抑制する効果が僅かであるためである。
またＭｇＣＯ３の添加量を増加すると模擬流動体の粘度
は上昇して電解質ロスも低下するが、添加量が１５％を
越えるとその効果は飽和し、同時に電解質の液抵抗が増
加して電池の性能が低下する。このためＭｇＣＯ３の添
加の上限は１５％とする。さらに電解質ロスと液抵抗の
両特性を考慮すると実用上は７〜１３％とすることが望
ましい。
は上昇して電解質ロスも低下するが、添加量が１５％を
越えるとその効果は飽和し、同時に電解質の液抵抗が増
加して電池の性能が低下する。このためＭｇＣＯ３の添
加の上限は１５％とする。さらに電解質ロスと液抵抗の
両特性を考慮すると実用上は７〜１３％とすることが望
ましい。
ＭｇＣ０の原料としては、ＭｇＣＯ３のままでもよいし
、また、塩基性炭酸マグネシウム（４ＭｇＣＯ−Ｍｇ（
ＯＨ） ・５Ｈ２０）などＭｇＣＯ３を含む化合物で
あればよい。
、また、塩基性炭酸マグネシウム（４ＭｇＣＯ−Ｍｇ（
ＯＨ） ・５Ｈ２０）などＭｇＣＯ３を含む化合物で
あればよい。
ところで前述したように電解質の粘性は保持材の量によ
り変化するが、ＭｇＣＯ３の効果は保持材の量にかかわ
らず有効であり、その量によって制限されることは無い
。しかし、低電解質ロス化を十分発揮させるには、実用
上は電解質量に対する保持材の量を重量パーセントで３
０〜５０％とすることが望ましい。さらに、保持材の１
ｇ当たりの切期比表面積としては７〜４０ｒ＆とするこ
とが望ましい。
り変化するが、ＭｇＣＯ３の効果は保持材の量にかかわ
らず有効であり、その量によって制限されることは無い
。しかし、低電解質ロス化を十分発揮させるには、実用
上は電解質量に対する保持材の量を重量パーセントで３
０〜５０％とすることが望ましい。さらに、保持材の１
ｇ当たりの切期比表面積としては７〜４０ｒ＆とするこ
とが望ましい。
電解質板の製造に関しては、通常のフレキシブルペース
ト法、ドクターブレード法、ホットプレス法、ホットロ
ーラー法など電解質板として成形できればいずれの方法
でもよい。
ト法、ドクターブレード法、ホットプレス法、ホットロ
ーラー法など電解質板として成形できればいずれの方法
でもよい。
（作用）
本発明のごとくＭｇＣＯ３を添加した電解質板を用いる
ことにより、発電特性を損なうことなく電解質ロスを低
減し、電解質ロスの結果化じる電池性能の劣化やクロス
オーバーの発生を防ぎ、長時間の運転が可能な長寿命溶
融炭酸塩型燃料電池を提供することができる。
ことにより、発電特性を損なうことなく電解質ロスを低
減し、電解質ロスの結果化じる電池性能の劣化やクロス
オーバーの発生を防ぎ、長時間の運転が可能な長寿命溶
融炭酸塩型燃料電池を提供することができる。
（雰琲；実施例）
以下、実施例をもって本発明の詳細な説明する。
Ｌ ｌ ２ Ｃ０３とＫ ２ ＣＯｓをモルパーセント
で６２対３８の割合で混合した電解質に対し、モルパー
セントで０％、５％、１０％、１５％、２０％になるよ
うにＭｇＣＯ３を添加した。次いで、この電解質混合粉
末に比表面積が１０〜２０ｄ１ｇのＬ ｉＡ １０２を
重量パーセントで６５対３５となるように調合し、アル
ミナポットに入れアセトンを加えて２０時間混合・粉砕
した後乾燥した。
で６２対３８の割合で混合した電解質に対し、モルパー
セントで０％、５％、１０％、１５％、２０％になるよ
うにＭｇＣＯ３を添加した。次いで、この電解質混合粉
末に比表面積が１０〜２０ｄ１ｇのＬ ｉＡ １０２を
重量パーセントで６５対３５となるように調合し、アル
ミナポットに入れアセトンを加えて２０時間混合・粉砕
した後乾燥した。
乾燥後の粉末を金型に均一に充填し、４６５℃、３００
ｋｇ／ｃ−で１時間プレスし、厚さ２．３關の電解質
板を成形した。
ｋｇ／ｃ−で１時間プレスし、厚さ２．３關の電解質
板を成形した。
得られた電解質板と電極とを組み合わせて電池を構成し
、燃料側に水素と二酸化炭素の混合ガスを、また酸化剤
側に空気と二酸化炭素の混合ガスを流して６５０℃で１
５０ ｍＡ／ｃＪの負荷条件で発電試験を行った。
、燃料側に水素と二酸化炭素の混合ガスを、また酸化剤
側に空気と二酸化炭素の混合ガスを流して６５０℃で１
５０ ｍＡ／ｃＪの負荷条件で発電試験を行った。
運転は２０００時間連続で行い、２０００時間経過後の
電池性能と電解質ロス量を測定した。
電池性能と電解質ロス量を測定した。
第１表に示すように、ＭｇＣＯ３量を含まない比較例１
（従来用いられていた電解質板）およびＭ ｇ Ｃ０３
ｍの少ない比較例２の２０００時間後の電解質ロスはそ
れぞれ４５％および３６％に達し、また電池性能もそれ
ぞれ０．５８２Ｖおよび０．６３１Ｖと低い。これに対
し、実施例１、実施例２及び比較例３の２０００時間後
の電解質ロスはそれぞれ１４％、１２％、１２％と著し
く低くなっている。しかしＭｇＣＯ３が２０ｍｏ １％
と多い比較例３は、電解質ロスは少ないものの電池性能
は０．２３０Ｖと実施例１および実施例２に比べ極めて
低い。
（従来用いられていた電解質板）およびＭ ｇ Ｃ０３
ｍの少ない比較例２の２０００時間後の電解質ロスはそ
れぞれ４５％および３６％に達し、また電池性能もそれ
ぞれ０．５８２Ｖおよび０．６３１Ｖと低い。これに対
し、実施例１、実施例２及び比較例３の２０００時間後
の電解質ロスはそれぞれ１４％、１２％、１２％と著し
く低くなっている。しかしＭｇＣＯ３が２０ｍｏ １％
と多い比較例３は、電解質ロスは少ないものの電池性能
は０．２３０Ｖと実施例１および実施例２に比べ極めて
低い。
以下余白
第 １ 表
比較例４は前述の特開昭５８−４２１７８号に対応する
ものであり、マグネシウム・アルミニウムスピネル化合
物と炭酸リチウムとの反応により得られる保持材を用い
た場合を示す。つまりマグネシウム・アルミニウムスピ
ネル化合物と混合アルカリ炭酸塩（Ｌ ｌ ２ ＣＯ３
とに２Ｃ０３とをモル％で６２対３８の割合で混合）と
をそれぞれ重量％で３５対６５となるように調合した。
ものであり、マグネシウム・アルミニウムスピネル化合
物と炭酸リチウムとの反応により得られる保持材を用い
た場合を示す。つまりマグネシウム・アルミニウムスピ
ネル化合物と混合アルカリ炭酸塩（Ｌ ｌ ２ ＣＯ３
とに２Ｃ０３とをモル％で６２対３８の割合で混合）と
をそれぞれ重量％で３５対６５となるように調合した。
次いで、前述の方法に従って電解質板を成形し、前記と
同様に２０００時間の電池試験を行なった。
同様に２０００時間の電池試験を行なった。
この結果、比較例４では電解質ロスが３９％に達し、そ
のときの電池性能も０．６１５Ｖと低かった。
のときの電池性能も０．６１５Ｖと低かった。
［発明の効果］
以上詳述した如く、本発明によれば電解質板中に炭酸マ
グネシウムを添加すると電池性能を損なうことなく電解
質ロスを低減でき、長寿命の溶融炭酸塩型燃料電池を提
供できる。
グネシウムを添加すると電池性能を損なうことなく電解
質ロスを低減でき、長寿命の溶融炭酸塩型燃料電池を提
供できる。
第１図は電解質量に対する保持材の含有率と粘度の関係
を示す図である。
を示す図である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）電解質と、保持材とを含む電解質板を備えた溶融炭
酸塩型燃料電池において、電解質板中に電解質に対して
６〜１５モル％の炭酸マグネシウムを添加したことを特
徴とする溶融炭酸塩型燃料電池。 ２）電解質として炭酸リチウム、炭酸カリウム、もしく
は炭酸ナトリウムのうち少なくとも２種を含む混合アル
カリ炭酸塩を用いたことを特徴とする請求項１記載の溶
融炭酸塩型燃料電池。 ３）保持材としてリチウムアルミネートを用いたことを
特徴とする請求項１記載の溶融炭酸塩型燃料電池
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63032632A JPH01209667A (ja) | 1988-02-17 | 1988-02-17 | 溶融炭酸塩型燃料電池 |
| US07/310,309 US4895774A (en) | 1988-02-17 | 1989-02-14 | Molten carbonate fuel cell |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63032632A JPH01209667A (ja) | 1988-02-17 | 1988-02-17 | 溶融炭酸塩型燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01209667A true JPH01209667A (ja) | 1989-08-23 |
Family
ID=12364230
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63032632A Pending JPH01209667A (ja) | 1988-02-17 | 1988-02-17 | 溶融炭酸塩型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01209667A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0455086A (ja) * | 1990-06-22 | 1992-02-21 | Meidensha Corp | ロウ材の製造方法 |
| KR100348718B1 (ko) * | 1999-11-04 | 2002-08-14 | 한국과학기술연구원 | 용융 탄산염 연료 전지(ＭＣＦＣ)용 Ｌｉ/Ｎａ 전해질그린 시트의 제조 방법 및 Ｌｉ/Ｎａ 전해질을 포함하는ＭＣＦＣ의 전처리 및 운전 방법 |
-
1988
- 1988-02-17 JP JP63032632A patent/JPH01209667A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0455086A (ja) * | 1990-06-22 | 1992-02-21 | Meidensha Corp | ロウ材の製造方法 |
| KR100348718B1 (ko) * | 1999-11-04 | 2002-08-14 | 한국과학기술연구원 | 용융 탄산염 연료 전지(ＭＣＦＣ)용 Ｌｉ/Ｎａ 전해질그린 시트의 제조 방법 및 Ｌｉ/Ｎａ 전해질을 포함하는ＭＣＦＣ의 전처리 및 운전 방법 |
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