JPH02132763A - 溶融炭酸塩型燃料電池 - Google Patents
溶融炭酸塩型燃料電池Info
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- JPH02132763A JPH02132763A JP63285668A JP28566888A JPH02132763A JP H02132763 A JPH02132763 A JP H02132763A JP 63285668 A JP63285668 A JP 63285668A JP 28566888 A JP28566888 A JP 28566888A JP H02132763 A JPH02132763 A JP H02132763A
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- Japan
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- separator
- fuel cell
- molten carbonate
- electrode
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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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。
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、新規な溶融炭酸塩型燃料電池に係り、特に高
性能，長寿命電池を得るのに好適な溶融炭酸塩型燃料電
池に関する。
性能，長寿命電池を得るのに好適な溶融炭酸塩型燃料電
池に関する。
近年、石油資源の問題に対して、省エネルギー機器の開
発研究が重要な問題となっている。これに対して、ＬＮ
Ｇ及び石炭ガスを利用する溶融塩型燃料電池は、省エネ
ルギー及び石油代替エネルギーをめざすものであり、新
エネルギー開発の一環をなす火力発電技術である。
発研究が重要な問題となっている。これに対して、ＬＮ
Ｇ及び石炭ガスを利用する溶融塩型燃料電池は、省エネ
ルギー及び石油代替エネルギーをめざすものであり、新
エネルギー開発の一環をなす火力発電技術である。
第１図は溶融炭酸塩型燃料電池の基本構成を示し、該電
池は、電解質体１と該電解質体１の両側に配設されたカ
ソード２及びアノード３電極と、該カソード２及びアノ
ード３電極の両側に集電板４が配設され、隼電板４の両
側にセパレータ５が配設されている。
池は、電解質体１と該電解質体１の両側に配設されたカ
ソード２及びアノード３電極と、該カソード２及びアノ
ード３電極の両側に集電板４が配設され、隼電板４の両
側にセパレータ５が配設されている。
集電板４は多孔板が用いられる。また、セパレータ５に
は溝状の複数のガス流路が形成されている。
は溝状の複数のガス流路が形成されている。
溶融塩型燃料電池は，炭酸リチウム（Ｌ ｉｚｃ Ｏ
ａ）と炭酸カリウム（ Ｋ ｘｃ Ｏ ３）等のアルカ
リ金属塩を電解質として．その融点以上の６００〜７５
０℃の温度域で作動させる燃料電池である。その電池は
，アノード側に燃料である水素又は水素含有ガスを供給
し、カソード側に酸化剤である空気十炭酸ガスを供給す
ることにより下記式の電気化学的反応が進行して発電が
行われる。
ａ）と炭酸カリウム（ Ｋ ｘｃ Ｏ ３）等のアルカ
リ金属塩を電解質として．その融点以上の６００〜７５
０℃の温度域で作動させる燃料電池である。その電池は
，アノード側に燃料である水素又は水素含有ガスを供給
し、カソード側に酸化剤である空気十炭酸ガスを供給す
ることにより下記式の電気化学的反応が進行して発電が
行われる。
アノード（水素極）： ２Ｈｚ＋２Ｃｏ８→Ｃ．０２２
−＋２ＨｚＯ＋４ｅ″″ ・（１） カソード（空気極）： Ｏｚ＋２ＣＯｚ＋４ ｅ→２Ｃ
Ｏａ２− ・・・（２） すなわち，アノードの水素と炭酸イオンが反応して水と
炭酸ガスを生成すると共に、電子を外部回路に放出する
。一方、カソードでは酸素と炭酸ガスが外部回路からの
電子イオンが反応して炭酸イオンを生成する。
−＋２ＨｚＯ＋４ｅ″″ ・（１） カソード（空気極）： Ｏｚ＋２ＣＯｚ＋４ ｅ→２Ｃ
Ｏａ２− ・・・（２） すなわち，アノードの水素と炭酸イオンが反応して水と
炭酸ガスを生成すると共に、電子を外部回路に放出する
。一方、カソードでは酸素と炭酸ガスが外部回路からの
電子イオンが反応して炭酸イオンを生成する。
ここで、集電板４は、発電した電気を集める役目を有し
、セパレータ５は，前記集電板４で集電した電気を外部
へ取り出す役目を有している。
、セパレータ５は，前記集電板４で集電した電気を外部
へ取り出す役目を有している。
第２図は、電極の断面構造を示す。電極はＮｉ焼結体で
形成されているが、その内部には電極を補強するための
金網状の電極補強材８が入っている。
形成されているが、その内部には電極を補強するための
金網状の電極補強材８が入っている。
第３図は、溶融炭酸塩型燃料電池の基本構造を示す。セ
パレータ５は、薄板を波形に加工され、ガス流路９が確
保されている。このような電池構造においては、シール
部１０からのアノードガス及びカソードガスの洩れを防
止するため外部から圧縮力１１が負荷される。
パレータ５は、薄板を波形に加工され、ガス流路９が確
保されている。このような電池構造においては、シール
部１０からのアノードガス及びカソードガスの洩れを防
止するため外部から圧縮力１１が負荷される。
（発明が解決しようとする課題〕
第３図における集電板４及びセバレータ並びに第２図の
電極補強材８は、運転中には表面に溶融塩が付着し、し
かも６５０℃に加熱されるため、極めて厳しい腐食環境
に曝される。それに対しては、一般に耐食性の点からス
テンレス鋼例えばＳＯＳ３１６１Ｑが適用されている。
電極補強材８は、運転中には表面に溶融塩が付着し、し
かも６５０℃に加熱されるため、極めて厳しい腐食環境
に曝される。それに対しては、一般に耐食性の点からス
テンレス鋼例えばＳＯＳ３１６１Ｑが適用されている。
しかしながらステンレス鋼といえども上記のような環境
では腐食が著しい。特に、水素，２酸化炭素及び水蒸気
の環境であるアノード側では腐食が著しい。
では腐食が著しい。特に、水素，２酸化炭素及び水蒸気
の環境であるアノード側では腐食が著しい。
しかるに、上記集電板４，セバレータ５及び電極補強材
４が腐食すると、腐食生成物に電解質が吸収され電解質
の損耗をきたす。そのため、電池の寿命を短くする問題
が生じている。
４が腐食すると、腐食生成物に電解質が吸収され電解質
の損耗をきたす。そのため、電池の寿命を短くする問題
が生じている。
更に、腐食生成物は電気抵抗が高いため，例えばセパレ
ータの腐食が著しい場合は集電板４との間で電気的な接
触ロスを起すため、出力低下の原因となる。
ータの腐食が著しい場合は集電板４との間で電気的な接
触ロスを起すため、出力低下の原因となる。
本発明の目的は，セパレータ５，集電板４及び電極補強
材８の高温耐食性を向上させた溶融炭酸塩型燃料電池を
提供するにある。
材８の高温耐食性を向上させた溶融炭酸塩型燃料電池を
提供するにある。
電池アノード腐食環境を模擬して、市販のオーステナイ
ト及びフエライト系ステンレス鋼，Ｎｉ基合金，鉄基合
金，Ｃｏ基合金，炭素鋼，純銅及び純Ｎｉを用いて、電
池のアノード側腐食環境を模擬した環境で耐溶融塩性試
験を行った。その結果、純銅及び純Ｎｉはほとんど腐食
が認められず、他の合金材料に比べて耐゛溶融性が著し
く優れていることが判明した。
ト及びフエライト系ステンレス鋼，Ｎｉ基合金，鉄基合
金，Ｃｏ基合金，炭素鋼，純銅及び純Ｎｉを用いて、電
池のアノード側腐食環境を模擬した環境で耐溶融塩性試
験を行った。その結果、純銅及び純Ｎｉはほとんど腐食
が認められず、他の合金材料に比べて耐゛溶融性が著し
く優れていることが判明した。
しかし，純Ｃｕ，純Ｎｉは、高温強度が低いためセパレ
ータ５，集電板４，電極補強材８には適用できない。そ
れは第１図の外部圧縮圧１１が電池全体が負荷されると
セパレータ５，集電板４及び電極補強材にも応力が作用
する。例えば、セパレータ５の高温強度が低い場合には
、波形がつぶれてしまい、ガス流路９が確保されないば
かりでなく、それに関連して集電板４，電極２及び電解
質板１も落ち込み、発電不能となる。
ータ５，集電板４，電極補強材８には適用できない。そ
れは第１図の外部圧縮圧１１が電池全体が負荷されると
セパレータ５，集電板４及び電極補強材にも応力が作用
する。例えば、セパレータ５の高温強度が低い場合には
、波形がつぶれてしまい、ガス流路９が確保されないば
かりでなく、それに関連して集電板４，電極２及び電解
質板１も落ち込み、発電不能となる。
そこで、上記の基礎実験で得られた知見を基にして、本
発明に至った。
発明に至った。
純Ｎｉ及び純銅の著しく優れた耐食性を活かし、更に高
温強度を高めるために、Ｎｉと銅の合金を適用するもの
である。Ｎｉと銅は完全固溶体を作り高温強度が高い。
温強度を高めるために、Ｎｉと銅の合金を適用するもの
である。Ｎｉと銅は完全固溶体を作り高温強度が高い。
本発明はＮｉ−Ｃｕ合金をアノード側セパレータ，集電
板，電極補強材に適用した溶融炭酸塩型燃料電池である
。このＣｕを含むＮｉ基合金は特にＪＩＳ規格Ｈ３６６
１，３２６１が好ましく、重量でＣｕ残り、Ｎｉ６３．
０〜７０．０％，Ｍｎ２．５％以下，Ｆｅ２．５％以下
，Ｓｉ０．５ ％以下、Ｓ０．０２４％以下，Ｃ０．
３％以下の成分で、ＮｉとＣｕが主成分の材料である。
板，電極補強材に適用した溶融炭酸塩型燃料電池である
。このＣｕを含むＮｉ基合金は特にＪＩＳ規格Ｈ３６６
１，３２６１が好ましく、重量でＣｕ残り、Ｎｉ６３．
０〜７０．０％，Ｍｎ２．５％以下，Ｆｅ２．５％以下
，Ｓｉ０．５ ％以下、Ｓ０．０２４％以下，Ｃ０．
３％以下の成分で、ＮｉとＣｕが主成分の材料である。
この材料は、アノードガス腐食環境中における耐溶融塩
性が純Ｎｉｌ純銅と同様著しくすぐれているばかりでな
く、高温強度が高く，シかも電気抵抗が従来から適用さ
れてきたオーステナイト系ステンレス鋼の１７２と低く
、溶融塩型燃料電池用部材として優れた特性を有してい
る。
性が純Ｎｉｌ純銅と同様著しくすぐれているばかりでな
く、高温強度が高く，シかも電気抵抗が従来から適用さ
れてきたオーステナイト系ステンレス鋼の１７２と低く
、溶融塩型燃料電池用部材として優れた特性を有してい
る。
本発明の電池は、第１図に示したごとく、セパレータ５
と外枠６がロー付によって接合されていることが好まし
い。それは、圧力１１による機械的接触ではセパレータ
５と外枠６との間で電気的接触ロスを起すためである。
と外枠６がロー付によって接合されていることが好まし
い。それは、圧力１１による機械的接触ではセパレータ
５と外枠６との間で電気的接触ロスを起すためである。
第４図は，本発明の変形例を示すものである。
すなわち、本発明では中央に本発明のＮｉ−Ｃｕ合金よ
りも高温強度の高い合金の基材１２を挟んで第４図（ａ
）のごとく両面又は第４図（ｂ）のごとく片面にＮｉ−
Ｃｕ合金１３を張り合せたクラッド材をセパレータ又は
集電板へ適用してもよい。この材料は、表面のＮｉ−Ｃ
ｕ合金１３で耐溶融塩性を上げ、基板１３で高温強度を
更に高める。
りも高温強度の高い合金の基材１２を挟んで第４図（ａ
）のごとく両面又は第４図（ｂ）のごとく片面にＮｉ−
Ｃｕ合金１３を張り合せたクラッド材をセパレータ又は
集電板へ適用してもよい。この材料は、表面のＮｉ−Ｃ
ｕ合金１３で耐溶融塩性を上げ、基板１３で高温強度を
更に高める。
本発明の電池に適用されるＮｉ−Ｃｕ合金は、高温での
耐酸化性が弱いので、第４図のロー付工程の際の雰囲気
は、真空又は不活性ガス雰囲気で実施することが望まし
い。
耐酸化性が弱いので、第４図のロー付工程の際の雰囲気
は、真空又は不活性ガス雰囲気で実施することが望まし
い。
第１表は実施例で用いた供試材の化学組成（重量％）を
示す．Ｎα１は比較材の純Ｎｉであり、Ｎα２は本発明
のＪＩＳ規格Ｈ３２６１材である。
示す．Ｎα１は比較材の純Ｎｉであり、Ｎα２は本発明
のＪＩＳ規格Ｈ３２６１材である。
第 １ 表
第３表は６５０℃の引張試験結果を示す。引張第２表
腐食試験は、ガス雰囲気を電池のアノード側と同様Ｈ２
： ＣＯｚ＝ ８ ０ ： ２ ０ （水蒸気３ ｃｃ
／ ｈ添加）とし、アルミナルツボ内の混合炭酸塩に
試験片を浸漬し，６５０’Ｃ，３００時間の条件で実施
した。
： ＣＯｚ＝ ８ ０ ： ２ ０ （水蒸気３ ｃｃ
／ ｈ添加）とし、アルミナルツボ内の混合炭酸塩に
試験片を浸漬し，６５０’Ｃ，３００時間の条件で実施
した。
第２表は腐食試験結果を示す．比較材の純Ｎｉ及び本発
明材は，上記のような過酷な腐食試験条件においてもほ
とんど腐食せず優れた耐食性を示す。なお，上記と同一
腐食試験条件で実施した従来から適用されてきたＳＵＳ
３ １ ６１４の減肉厚さは１３．２５μｍであり、
前記２者に比べて著しく劣る。
明材は，上記のような過酷な腐食試験条件においてもほ
とんど腐食せず優れた耐食性を示す。なお，上記と同一
腐食試験条件で実施した従来から適用されてきたＳＵＳ
３ １ ６１４の減肉厚さは１３．２５μｍであり、
前記２者に比べて著しく劣る。
第３表
試験温度＝６５０″Ｃ
強さは、比較材の純Ｎｉが１ ０ ． ５ ｋｇ／ ｎ
ｍｎ２−であるのに対して発明材は２ １ ． ０ ｋ
ｇ／ ｍｍ２であり、本発明材が著しく高いことが明ら
かである。
ｍｎ２−であるのに対して発明材は２ １ ． ０ ｋ
ｇ／ ｍｍ２であり、本発明材が著しく高いことが明ら
かである。
実証試験として、アノード側金属部材に第１表に示した
成分の波板セパレータ（０．３ｔ），集電板（０，３ｔ
），電極補強材（０．１３φ）を適用し、第３図に示す
ような電池（電極面Ｍ：１００ｍ角）を作成して発電試
験を実施した。その結果、電池性能は従来よりも約１０
％向上した。また、発電試験後上記アノード側に適用し
た金属部材の腐食及び変形を調査したが、前記実験結果
と同様極めて軽微であった。
成分の波板セパレータ（０．３ｔ），集電板（０，３ｔ
），電極補強材（０．１３φ）を適用し、第３図に示す
ような電池（電極面Ｍ：１００ｍ角）を作成して発電試
験を実施した。その結果、電池性能は従来よりも約１０
％向上した。また、発電試験後上記アノード側に適用し
た金属部材の腐食及び変形を調査したが、前記実験結果
と同様極めて軽微であった。
以上のごとく、本発明材は、耐溶融塩性及び高温強度が
高いので、溶融炭酸塩型燃料電池用セパレータ５，集電
板４及び電極補強材８として好適であることが明らかで
ある。
高いので、溶融炭酸塩型燃料電池用セパレータ５，集電
板４及び電極補強材８として好適であることが明らかで
ある。
本発明材は耐溶融塩性が著しく優れているので、酸化ス
ケール生成に伴う炭酸塩の消耗及び電気抵抗の増加など
の欠点が抑制されるため、電池の長寿命化及び高性能化
に対して効果がある。
ケール生成に伴う炭酸塩の消耗及び電気抵抗の増加など
の欠点が抑制されるため、電池の長寿命化及び高性能化
に対して効果がある。
第１図は溶融炭酸塩型燃料電池の組立斜視図，第２図は
アノード，カソード電極の断面図．第３図は同じく溶融
炭酸塩型燃料電池の構造を示す断面図、第４図は本発明
Ｎｉ−Ｃｕ合金クラッド材の断面図である。 １・・・電解質板、２・・・アノード電極，３・・・カ
ソード電極、４・・・集電板、５・・・セパレータ、６
・・・外枠、７・・・ガス供給管、Ｓ・・・電極補強材
、９・・・ガス流路、１０・・・電池シール部、１１・
・・外圧，１２・・・基材、１３−Ｎｉ−Ｃｕ合金。 書（自発） 訂正明細書
アノード，カソード電極の断面図．第３図は同じく溶融
炭酸塩型燃料電池の構造を示す断面図、第４図は本発明
Ｎｉ−Ｃｕ合金クラッド材の断面図である。 １・・・電解質板、２・・・アノード電極，３・・・カ
ソード電極、４・・・集電板、５・・・セパレータ、６
・・・外枠、７・・・ガス供給管、Ｓ・・・電極補強材
、９・・・ガス流路、１０・・・電池シール部、１１・
・・外圧，１２・・・基材、１３−Ｎｉ−Ｃｕ合金。 書（自発） 訂正明細書
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、溶融炭酸塩が含浸されている電解質板の上下に電極
補強材が含まれているアノード電極及びカソード電極が
配置され、該アノード及びカソード電極の上、下に集電
板が配置され、該集電板の上、下にセパレータが配置さ
れる構造を有する溶融炭酸塩型燃料電池において、金網
形状を有する電極補強材、打抜多孔形状を有する集電板
及び波板形状を有するセパレータの少なくとも一種が重
量で、Ｎｉ６３．０〜７０．０％、Ｍｎ１．２５％以下
、Ｆｅ２．５％以下、Ｓｉ０．５％以下、Ｓ０．０２４
％以下、Ｃ０．３％以下及び残部Ｃｕを含む合金よりな
ることを特徴とする溶融炭酸塩型燃料電池。 ２、特許請求範囲第１項において、前記合金によって構
成される波板セパレータが電池外枠にロー付によって接
合されている溶融炭酸、塩型燃料電池。 ３、特許請求の範囲第２項において、波板セパレータと
ロー付接合される外枠が、ステンレス鋼、Ｎｉ基合金又
は鉄基合金である溶融炭酸塩型燃料電池。 ４、特許請求の範囲第１項〜第３項のいずれかににおい
て、セパレータ及び集電板が表面にＮｉ−Ｃｕ合金、内
面にステンレス鋼、Ｎｉ基合金、鉄基合金又はＣｏ基合
金との張り合わされた構造のクラッド材である溶融炭酸
塩型燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63285668A JPH02132763A (ja) | 1988-11-14 | 1988-11-14 | 溶融炭酸塩型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63285668A JPH02132763A (ja) | 1988-11-14 | 1988-11-14 | 溶融炭酸塩型燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02132763A true JPH02132763A (ja) | 1990-05-22 |
Family
ID=17694508
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63285668A Pending JPH02132763A (ja) | 1988-11-14 | 1988-11-14 | 溶融炭酸塩型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02132763A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1752560A1 (de) * | 2005-08-10 | 2007-02-14 | Wärtsilä Schweiz AG | Werkstück mit einem Schutz gegen Hochtemperaturkorrosion, sowie Hubkolbenbrennkraftmaschine, Turbine oder Verbrennungsanlage mit einem solchen Werkstück und die Verwendung einer Legierung als Hochtemperaturkorrosionsschutz |
| EP2039412A2 (de) | 2007-09-21 | 2009-03-25 | Wärtsilä Schweiz AG | Abgaspartikelfilter, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Abgaspartikelfilters |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6173850A (ja) * | 1984-09-14 | 1986-04-16 | Nippon Stainless Steel Co Ltd | 溶接割れ抵抗性の高いＮｉ−Ｃｕ合金 |
-
1988
- 1988-11-14 JP JP63285668A patent/JPH02132763A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6173850A (ja) * | 1984-09-14 | 1986-04-16 | Nippon Stainless Steel Co Ltd | 溶接割れ抵抗性の高いＮｉ−Ｃｕ合金 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1752560A1 (de) * | 2005-08-10 | 2007-02-14 | Wärtsilä Schweiz AG | Werkstück mit einem Schutz gegen Hochtemperaturkorrosion, sowie Hubkolbenbrennkraftmaschine, Turbine oder Verbrennungsanlage mit einem solchen Werkstück und die Verwendung einer Legierung als Hochtemperaturkorrosionsschutz |
| JP2007051372A (ja) * | 2005-08-10 | 2007-03-01 | Waertsilae Schweiz Ag | 対高温腐食保護手段を含む製品と、該製品を有する往復動ピストン燃焼機関、タービンまたは燃焼ユニットと、高温腐食保護手段としての合金の使用 |
| EP2039412A2 (de) | 2007-09-21 | 2009-03-25 | Wärtsilä Schweiz AG | Abgaspartikelfilter, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Abgaspartikelfilters |
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