JPH0158833B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0158833B2 JPH0158833B2 JP58141133A JP14113383A JPH0158833B2 JP H0158833 B2 JPH0158833 B2 JP H0158833B2 JP 58141133 A JP58141133 A JP 58141133A JP 14113383 A JP14113383 A JP 14113383A JP H0158833 B2 JPH0158833 B2 JP H0158833B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrolyte
- electrolyte matrix
- matrix
- powder
- cracking
- 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.)
- Expired
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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
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は、溶融炭酸塩を電解質として用いる燃
料電池の電解質マトリツクスに係り、特に熱サイ
クルに対する強度性を向上させた電解質マトリツ
クスに関する。
料電池の電解質マトリツクスに係り、特に熱サイ
クルに対する強度性を向上させた電解質マトリツ
クスに関する。
従来、水素のように酸化され易いガスと、酸素
のように酸化力のあるガスとを電気化学反応プロ
セスを経て反応させることにより直流電力を得る
ようにした燃料電池が広く知られている。この燃
料電池は、使用する電解質によつてリン酸型、溶
融炭酸塩型、固体電解質型等に大別される。
のように酸化力のあるガスとを電気化学反応プロ
セスを経て反応させることにより直流電力を得る
ようにした燃料電池が広く知られている。この燃
料電池は、使用する電解質によつてリン酸型、溶
融炭酸塩型、固体電解質型等に大別される。
ところで、上記のような燃料電池のうち、溶融
炭酸塩型の燃料電池は、650℃近辺の温度で動作
させるようにしたもので、その主要部は通常、炭
酸リチウム、炭酸カリウム等の炭酸塩の電解質
と、リチウムアルミネート等のセラミツクス系保
持材とを平板状に一体化してなる電解質マトリツ
クスの両面にニツケル合金等のガス拡散極を当て
がつて単位電池を構成し、この単位電池を複数
個、相互間に双極性隔離板を介在させて積層した
積層体に構成されている。
炭酸塩型の燃料電池は、650℃近辺の温度で動作
させるようにしたもので、その主要部は通常、炭
酸リチウム、炭酸カリウム等の炭酸塩の電解質
と、リチウムアルミネート等のセラミツクス系保
持材とを平板状に一体化してなる電解質マトリツ
クスの両面にニツケル合金等のガス拡散極を当て
がつて単位電池を構成し、この単位電池を複数
個、相互間に双極性隔離板を介在させて積層した
積層体に構成されている。
しかしながら、上記のように構成された従来の
電解質マトリツクスにあつては、電解質保持材と
溶融温度以下の固相状態の電解質との熱膨張率差
および電解質マトリツクスと電極、セルハウジン
グとの熱膨張率差によつて、降温時に電解質マト
リツクスに貫通割れの発生することが往々にして
あつた。そこで、このような不具合を解消するた
めに、カンタル線やアルミナ（Al2O3）繊維等を
補強用繊維として、混入し、これらによつて貫通
割れに至るまでの強度を向上させることが考えら
れている。しかし、一度微小な割れが発生する
と、この割れに応力が集中して大きな割れに発展
することに変わりはなかつた。また、補強用繊維
として用いられるカンタル線やアルミナ繊維は電
解質と化学反応を起こすため、長期にわたつて補
強の役割を果さない問題もあつた。
電解質マトリツクスにあつては、電解質保持材と
溶融温度以下の固相状態の電解質との熱膨張率差
および電解質マトリツクスと電極、セルハウジン
グとの熱膨張率差によつて、降温時に電解質マト
リツクスに貫通割れの発生することが往々にして
あつた。そこで、このような不具合を解消するた
めに、カンタル線やアルミナ（Al2O3）繊維等を
補強用繊維として、混入し、これらによつて貫通
割れに至るまでの強度を向上させることが考えら
れている。しかし、一度微小な割れが発生する
と、この割れに応力が集中して大きな割れに発展
することに変わりはなかつた。また、補強用繊維
として用いられるカンタル線やアルミナ繊維は電
解質と化学反応を起こすため、長期にわたつて補
強の役割を果さない問題もあつた。
〔発明の目的〕
本発明は、このような事情に鑑みてなされたも
ので、その目的とするところは溶融炭酸塩を電解
質として用いる燃料電池に組込まれる電解質マト
リツクスにおいて、耐熱サイクル性に勝れた電解
質マトリツクスを提供することにある。
ので、その目的とするところは溶融炭酸塩を電解
質として用いる燃料電池に組込まれる電解質マト
リツクスにおいて、耐熱サイクル性に勝れた電解
質マトリツクスを提供することにある。
本発明に係る電解質マトリツクスは、へき開性
を有するセラミツクス粉末が混入されてなること
を特徴としている。
を有するセラミツクス粉末が混入されてなること
を特徴としている。
上述したへき開性を有するセラミツクス粉末の
へき開強度は、電解質保持材と電解質との結合強
度よりも小さい。したがつて、電解質保持材と電
解質との間の熱膨張率差および電解質マトリツク
スと電極・セルホルダーとの間の熱膨張率差によ
つて、降温時に電解質マトリツクスに熱応力が発
生すると、上述したへき開性を有するセラミツク
粉末がへき開することにより熱応力を吸収し、電
解質マトリツクス全体の割れ、すなわち、貫通割
れの発生を防止する。このようなへき開面に発生
する割れは、１個当りの割れとしては小さいた
め、次の昇温時に溶融炭酸塩によつてふさがれ、
ほとんど問題とはならず、結局電解質マトリツク
スの耐熱サイクル性を向上させることができる。
また、炭酸塩に対して化学的に安定な繊維を補強
用として混入すると、貫通割れに至る強度をさら
に向上させることができる。
へき開強度は、電解質保持材と電解質との結合強
度よりも小さい。したがつて、電解質保持材と電
解質との間の熱膨張率差および電解質マトリツク
スと電極・セルホルダーとの間の熱膨張率差によ
つて、降温時に電解質マトリツクスに熱応力が発
生すると、上述したへき開性を有するセラミツク
粉末がへき開することにより熱応力を吸収し、電
解質マトリツクス全体の割れ、すなわち、貫通割
れの発生を防止する。このようなへき開面に発生
する割れは、１個当りの割れとしては小さいた
め、次の昇温時に溶融炭酸塩によつてふさがれ、
ほとんど問題とはならず、結局電解質マトリツク
スの耐熱サイクル性を向上させることができる。
また、炭酸塩に対して化学的に安定な繊維を補強
用として混入すると、貫通割れに至る強度をさら
に向上させることができる。
以下、本発明の実施例を説明する。
実施例 １
へき開性を有するセラミツクスとしての弗素金
雲母〔KMg3（AlSi3O10）F2、80meshパス〕粉末
と、電解質保持材としてのγ−リチウムアルミネ
ート（γ−LiAlO2）粉末と、電解質としての炭
酸リチウム（Li2CO3）粉末、炭酸カリウム
（K2CO3）粉末とを体積比が10.0：26.6：31.8：
31.6となるよう湿式混合して、乾燥したのち、
440℃、300Kg／cm2、15分の条件で加熱加圧成形し
て直径60m、厚さ3.1mmの電解質マトリツクスを
得た。
雲母〔KMg3（AlSi3O10）F2、80meshパス〕粉末
と、電解質保持材としてのγ−リチウムアルミネ
ート（γ−LiAlO2）粉末と、電解質としての炭
酸リチウム（Li2CO3）粉末、炭酸カリウム
（K2CO3）粉末とを体積比が10.0：26.6：31.8：
31.6となるよう湿式混合して、乾燥したのち、
440℃、300Kg／cm2、15分の条件で加熱加圧成形し
て直径60m、厚さ3.1mmの電解質マトリツクスを
得た。
実施例 ２
へき開性を有するセラミツクスとしての弗素金
雲母粉末と、電解質保持材としてのγ−リチウム
アルミネート粉末と、電解質としての炭酸リチウ
ム粉末、炭酸カリウム粉末と、補強材としてのリ
チウムジルコネート繊維とを体積比が10.0：
21.6：31.8：31.6：5.0となるよう湿式混合して、
乾燥したのち、440℃、300Kg／cm2、15分の条件
で、ホツトプレスして、直径60m、厚さ3.4mmの
電解質マトリツクスを得た。
雲母粉末と、電解質保持材としてのγ−リチウム
アルミネート粉末と、電解質としての炭酸リチウ
ム粉末、炭酸カリウム粉末と、補強材としてのリ
チウムジルコネート繊維とを体積比が10.0：
21.6：31.8：31.6：5.0となるよう湿式混合して、
乾燥したのち、440℃、300Kg／cm2、15分の条件
で、ホツトプレスして、直径60m、厚さ3.4mmの
電解質マトリツクスを得た。
このようにして得られた実施例１、２の電解質
マトリツクスおよび従来の電解質マトリツクスに
ついて、歪み率と応力との関係を測定したところ
図に示す結果を得た。なお、図中×印点が貫通割
れの生じた値を示している。この図から、従来例
に比べ、実施例１の電解質マトリツクスでは歪み
率で約0.4％大きい変形に耐えられることが確認
された。また実施例２の電解質マトリツクスで
は、貫通割れに至る強度の向上も確認された。
マトリツクスおよび従来の電解質マトリツクスに
ついて、歪み率と応力との関係を測定したところ
図に示す結果を得た。なお、図中×印点が貫通割
れの生じた値を示している。この図から、従来例
に比べ、実施例１の電解質マトリツクスでは歪み
率で約0.4％大きい変形に耐えられることが確認
された。また実施例２の電解質マトリツクスで
は、貫通割れに至る強度の向上も確認された。
一方、耐熱サイクル性を確認するため、実施例
１の電解質マトリツクスと従来例の電解質マトリ
ツクスとを用いて、単セルを形成し、室温から
650℃に昇温後、室温に降温する熱サイクルを加
えたところ、従来例の電解質マトリツクスを使用
したセルでは３回の熱サイクル後、燃料ガスに５
体積％含有したヘリウムが酸化剤ガスの出口ガス
中に、0.5体積％含有されているのが検出され、
電解質マトリツクスに貫通割れの生していること
が、確認された。しかし実施例１の電解質マトリ
ツクスを使用したセルについては、６回の熱サイ
クル後も、ヘリウムは0.02体積％以下で、貫通割
れの発生していないことが確認され本発明の有用
性が立証された。
１の電解質マトリツクスと従来例の電解質マトリ
ツクスとを用いて、単セルを形成し、室温から
650℃に昇温後、室温に降温する熱サイクルを加
えたところ、従来例の電解質マトリツクスを使用
したセルでは３回の熱サイクル後、燃料ガスに５
体積％含有したヘリウムが酸化剤ガスの出口ガス
中に、0.5体積％含有されているのが検出され、
電解質マトリツクスに貫通割れの生していること
が、確認された。しかし実施例１の電解質マトリ
ツクスを使用したセルについては、６回の熱サイ
クル後も、ヘリウムは0.02体積％以下で、貫通割
れの発生していないことが確認され本発明の有用
性が立証された。
なお、上述した実施例では、へき開性を有する
セラミツクス粉末として、弗素金雲母〔KMg
（AlSi3O10）F2〕を用いているが、白雲母〔KAl2
（AlSi3O10）（OH）2〕、ソーダ雲母〔NaAl2
（AlSi3O10）（OH）2〕、金雲母〔KMg3（AlSi3O10）
（OH）2〕、黒雲母〔KMg3K（Mg、Fo）3（AlS3O10）
（OH）2〕、鱗雲母〔KLi2Al（Si4O10）（OH）2〕、弗
素四ケイ素雲母〔KMg25（Si4O10）F2〕、テニオ
ライト〔KMg2Li（Si4O10）F2〕等を用いてもよ
い。また、補強繊維としては、リチウムジルコネ
ートのかわりに、リチウムアルミネート
（LiAlO2）、チタン酸ストロンチウム（SrTiO3）、
BN、Si3N4、SiC、LiTiO3、等を用いてもよい。
さらに電解質保持材はLiAlO2粉末に限らないし、
成形法もホツトプレスに限られるものではない。
セラミツクス粉末として、弗素金雲母〔KMg
（AlSi3O10）F2〕を用いているが、白雲母〔KAl2
（AlSi3O10）（OH）2〕、ソーダ雲母〔NaAl2
（AlSi3O10）（OH）2〕、金雲母〔KMg3（AlSi3O10）
（OH）2〕、黒雲母〔KMg3K（Mg、Fo）3（AlS3O10）
（OH）2〕、鱗雲母〔KLi2Al（Si4O10）（OH）2〕、弗
素四ケイ素雲母〔KMg25（Si4O10）F2〕、テニオ
ライト〔KMg2Li（Si4O10）F2〕等を用いてもよ
い。また、補強繊維としては、リチウムジルコネ
ートのかわりに、リチウムアルミネート
（LiAlO2）、チタン酸ストロンチウム（SrTiO3）、
BN、Si3N4、SiC、LiTiO3、等を用いてもよい。
さらに電解質保持材はLiAlO2粉末に限らないし、
成形法もホツトプレスに限られるものではない。
図は本発明に係る電解質マトリツクスの応力・
歪み率特性と、従来の電解質マトリツクスのそれ
とを比較して示す図である。
歪み率特性と、従来の電解質マトリツクスのそれ
とを比較して示す図である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 溶融炭酸塩を電解質として用いる燃料電池の
電解質マトリツクスにおいて、へき開性を有する
セラミツクス粉末が混入されてなることを特徴と
する燃料電池用電解質マトリツクス。 ２ 前記マトリツクスには、補強用繊維も混入さ
れてなることを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の燃料電池用電解質マトリツクス。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58141133A JPS6035468A (ja) | 1983-08-03 | 1983-08-03 | 燃料電池用電解質マトリツクス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58141133A JPS6035468A (ja) | 1983-08-03 | 1983-08-03 | 燃料電池用電解質マトリツクス |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6035468A JPS6035468A (ja) | 1985-02-23 |
| JPH0158833B2 true JPH0158833B2 (ja) | 1989-12-13 |
Family
ID=15284931
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58141133A Granted JPS6035468A (ja) | 1983-08-03 | 1983-08-03 | 燃料電池用電解質マトリツクス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6035468A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2585226B2 (ja) * | 1986-07-07 | 1997-02-26 | 株式会社東芝 | 溶融炭酸塩燃料電池用電解質マトリツクス |
| JP2615935B2 (ja) * | 1988-11-04 | 1997-06-04 | 石川島播磨重工業株式会社 | 溶融炭酸塩型燃料電池の電解質板 |
-
1983
- 1983-08-03 JP JP58141133A patent/JPS6035468A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6035468A (ja) | 1985-02-23 |
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