JPH0221100B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPH0221100B2
JPH0221100B2 JP57172507A JP17250782A JPH0221100B2 JP H0221100 B2 JPH0221100 B2 JP H0221100B2 JP 57172507 A JP57172507 A JP 57172507A JP 17250782 A JP17250782 A JP 17250782A JP H0221100 B2 JPH0221100 B2 JP H0221100B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
matrix
fuel cell
tape
electrolyte
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.)
Expired - Lifetime
Application number
JP57172507A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS5871564A (ja
Inventor
Ansonii Reizaa Kaaru
Reonaado Marikuru Donarudo
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
RTX Corp
Original Assignee
United Technologies Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by United Technologies Corp filed Critical United Technologies Corp
Publication of JPS5871564A publication Critical patent/JPS5871564A/ja
Publication of JPH0221100B2 publication Critical patent/JPH0221100B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • 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
    • H01M8/14—Fuel cells with fused electrolytes
    • H01M8/141—Fuel cells with fused electrolytes the anode and the cathode being gas-permeable electrodes or electrode layers
    • H01M8/142—Fuel cells with fused electrolytes the anode and the cathode being gas-permeable electrodes or electrode layers with matrix-supported or semi-solid matrix-reinforced electrolyte
    • 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
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2404—Processes or apparatus for grouping fuel cells
    • 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
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
    • H01M8/244—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes with matrix-supported molten electrolyte
    • 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
    • H01M8/14—Fuel cells with fused electrolytes
    • H01M2008/147—Fuel cells with molten carbonates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0048—Molten electrolytes used at high temperature
    • H01M2300/0051—Carbonates
    • 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)
  • Inert Electrodes (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、溶融炭酸塩燃料電池に係り、更に詳
細には溶融炭酸塩燃料電池のためのマトリツクス
材料に係る。
溶融炭酸塩燃料電池は当技術分野に於て良く知
られており、例えば米国特許第4009321及び同第
4079171号に記載されている。この溶融炭酸塩燃
料電池に使用される電解質は室温に於ては固体で
あり、500〜750℃の燃料電池運転温度に於ては融
液状態になる。かかる種類の良く知られた電解質
はリチウム−カリウム−ナトリウムの三元炭酸塩
組成物、リチウム−カリウム二元炭酸塩組成物、
リチウム−ナトリウム二元炭酸塩組成物、カリウ
ム−ナトリウム二元炭酸塩組成物の如きアルカリ
金属の炭酸塩の組成物である。電解質はアノード
電極とカソード電極との間にサンドイツチ状に挟
まれた実質的に不活性なマトリツクス内に配置さ
れる。マトリツクスは構造上の完全性を有するこ
とに加えて、電解質と共働して、その両側に導入
される燃料ガス及び酸化ガスを完全に分離するも
のでなければならない。電解質とマトリツクスと
が組合せられたものはしばしば電解質タイルと呼
ばれる。マトリツクスは一般に燃料電池の環境と
両立し得る1μ以下のセラミツク粒子より形成さ
れる。例えばアルミン酸リチウムは上述の三元及
び二元炭酸塩組成物に対し実質的に不活性であ
り、これらの電解質を使用する燃料電池に於てマ
トリツクス材料として使用されて良いものであ
る。
一般にかかる電解質タイルはアルカリ金属の炭
酸塩と混合された不活性材料を圧縮成型すること
によつて製造される。かかるマトリツクス構造体
の製造方法には多数の欠点がある。圧縮成型は比
較的高コストな成型法であり、比較的長時間を要
し、比較的多量のエネルギを要し、又比較的多額
の投資を要するものである。かかる方法により成
型された電解質タイルは比較的厚く、脆弱なセラ
ミツクシートである。従つてかかる電解質タイル
は割れ易く、それ故燃料電池の設計に際しては、
電解質タイルがその融点以上の温度に加熱される
までそのタイルに及ぼされる撓み力及び圧縮力が
最小限に抑えられるようタイルに平坦な表面を与
えるよう細心の注意が払われなければならない。
かかる種類のマトリツクス構造体を使用する場
合に於けるハンドリング性が悪く寸法公差の要件
が厳しいという問題により、市販の燃料電池の大
きさが大きくされ、燃料電池の商品価値が低下さ
れる。更にかかる種類の圧縮成型された電解質タ
イルには寿命を制限する機能上の問題が存在す
る。燃料電池が運転されると腐食反応、蒸発、及
び表面移動により電解質が消費される。典型的な
電解質タイルを組込まれた燃料電池に於ては、燃
料電池はマトリツクスの比較的大きい小孔より引
出される。アルミン酸リチウムは圧縮成型によつ
ては燃料電池の運転温度に於て小孔の大きさを小
さい一様な値にするに十分なほどタイル内に充填
することができないものであり、従つて電解質タ
イルより引出された電解質は二層構造体（マトリ
ツクスと電解質）を収縮させ、その結果反応ガス
の混合や燃料電池の内部抵抗の増大に繁がるガス
ポケツトが生成する。
溶融炭酸塩燃料電池のマトリツクス材料に於け
る他の一つの問題は、例えば日常のメインテナン
ス中に燃料電池が受ける冷熱サイクルより生じ
る。1200〜1400〓（649〜760℃）の溶融炭酸塩燃
料電池運転温度より室温までの冷熱サイクルは珍
しくない。かかる冷熱サイクルのうちに特にシー
ル領域に於て電解質タイル材料中に割れが発生
し、更には反応ガスが混合してしまうことがあ
る。
本発明の目的は、臨界的なほどには脆弱でな
く、溶融炭酸塩燃料電池の組立時及び運転中に於
ける撓み力及び圧縮力に耐え得るマトリツクス材
料を提供することである。
本発明は溶融炭酸塩燃料電池のための複合マト
リツクス材料であつて、マトリツクステープ部と
泡障壁部とを含む複合マトリツクス材料に関する
ものである。マトリツクステープ部はセラミツク
粒子と、溶融炭酸塩の環境に対し不活性な粒子
と、燃料電池の運転条件下に於ては燃焼によつて
消失し又は蒸発する有機重合体バインダとよりな
るシートである。泡障壁部は溶融炭酸塩燃料電池
の運転条件下に於て電解質との関連でガス透過性
を有する材料よりなり微小小孔を有するイオン透
過性のシートであり、マトリツクステープに接合
される。
本発明の他の一つの局面は、シール性、安定
性、及び性能特性を改善されたかかるマトリツク
ス材料を組込まれた溶融炭酸塩燃料電池を含んで
いる。
以下に添付の図を参照しつつ本発明を実施例に
ついて詳細に説明する。
本発明による複合マトリツクスのテープ部には
三つの構成要素が存在する。第一の構成要素は好
ましくは約1μ以下の不活性粒子である。この不
活性粒子は、電解質が保持されることを確保すべ
く、最終的なマトリツクス内に微小な（例えば約
0.15〜0.3μの平均小孔寸法）小孔を発生する。γ
構造のアルミン酸リチウムが好ましい不活性材料
であるが、セリア、チタン酸ストロンチウム、ジ
ルコン酸ストロンチウムの如く溶融炭酸塩に対し
不活性である他の材料も使用されて良い。
本発明による複合マトリツクスのテープ部の第
二の構成要素は、直径約25μ以上、好ましくは約
50μ（例えば50〜150μ）の平均寸法範囲を有する
耐食性セラミツク粒子材料である。このセラミツ
ク粒子の機能は主に割れを低減することである。
この粒子は上述の不活性粒子材料と同一の材料に
て形成されても良く、また粒子寸法が大きくされ
表面積が小さくされることにより溶融炭酸塩電解
質に対する反応性が小さくされればアルミナの如
きより反応性の大きい材料にて形成されても良
い。このことにより一般には溶融炭酸塩電解質と
は両立しないものと考えられているセラミツク材
料を使用することができる。この点に関し、1980
年６月９日付にて出願され本願出願人と同一の出
願人の所有に係る米国特許出願第158019号を参照
されたい。
本発明による複合マトリツクスのテープ部の第
三の構成要素は一時的なプラスチツクバインダで
ある。このバインダは三つの重要な構造上の特性
であるハンドリング性、可撓性、形状適合性を与
える。溶融炭酸塩燃料電池の運転温度以下の温度
に於て分解する任意の重合体が使用されて良い
が、ポリビニル・ブチラル（Monsanto Butvar
Ｂ−98）が好ましい。用途の目的に応じて、種々
の可塑剤及び流動性制御剤の如き他の修正剤が重
合体に添加されて良い。
これらの構成要素は有機溶媒と混合され、離型
剤にて処理された型の表面に付着される。構成要
素の混合物が乾燥した後かくして形成されたテー
プは型より取出され、溶融炭酸塩燃料電池に組込
まれる状態にされる。これらの構成要素の量は変
化されて良いが、不活性粒子の量が約40〜45体積
％であり、割れ低減のためのより大きいセラミツ
ク粒子の量が約５〜30体積％、好ましくは約15体
積％であり、残部が可塑バインダ材料である組成
範囲にて使用されることが好ましい。これらの材
料は塩素化炭化水素及びアルコールの如き有機溶
媒とボールミル内にて混合されることが好まし
い。
従来のカーテン被覆装置やドクターブレードが
使用されることが好ましいが、ブラシによる塗布
や噴射の如き任意の方法により上述の混合材料を
型の表面に付着させることができる。ドクターブ
レードを用いて電子セラミツクテープを製造する
方法について説明しているJ.C.Williamsにより著
された「Doctor−Blade Process」（「Treatise
On Materials Science and Technology」、第
９巻、Ceramic Fabrication Processes、
Franklin F.Y.Wang、ed.）を参照されたい。
上述の被覆工程に於ては、型の表面はガラスで
あることが好ましく、Teflon（登録商標）（du
Pont De Nemours ＆ Co.、Inc.）やミツロウ
（beeswax）の如き種々の離型剤が使用されたが、
ミツロウは容易に適用し得るものであり且複数回
の成型工程に亙り持続するものであることが解つ
た。ミツロウは過塩化エチレンに溶解された状態
で清浄な布を用いて型に塗布されて良い。アメリ
カ合衆国オハイオ州、クリーブランド所在のThe
Kindt−Collins Co.より販売されているMaster
Sheet Waxがかかる目的で使用されるに特に適
したものであることが解つた。型の表面より除去
する前に塗布毎に乾燥させつつマトリツクス混合
物の幾つかの層を型の表面に付着させることが特
に好ましい。
塩素化炭化水素及びアルコールは、成型中に於
けるマトリツクステープ材料を適正に乾燥させ又
その流動性を制御するための好ましい有機溶媒で
あることが解つた。過塩化エチレンの如き塩素化
炭化水素と混合されたエタノールやブタノールの
如きアルコールは、マトリツクステープの材料の
スラリーに好ましい流動性を与えるものであるこ
とが解つた。ドクターブレードを用いる場合であ
あろうとカーテン被覆装置を用いる場合であろう
と、マトリツクステープ材料の層を型に付着させ
て成型するに好ましいスラリーの粘性は800〜
1200cpsである。混合、成型、及び最終製品とし
てのテープに所要の性質を付与することを補助す
る他の材料が添加された。生メンヘーデン油の如
き開コウ剤はセラミツク粒子を分散させることを
補助する。またDow Antifoam−Ａの如き泡止
め剤は捕捉されたガスの泡を乾燥中に放出させる
ことを補助する。Monsanto Santicuzer＃８の
如き可塑剤は乾燥されたテープの脆化を防止をす
る。またメンヘーデン油は可撓性に寄与する。
テープ内にガスの泡が捕捉されるので、テープ
を乾燥させるに先立つてそれらの泡を除去する必
要がある。このことを補助すべく、ブタノールの
如き低蒸気圧を有する溶媒を使用することによ
り、より有効的には成型されたばかりのテープを
溶媒蒸気にて飽和された雰囲気中に保持すること
により、テープの乾燥が遅延せしめられなければ
ならない。典型的には乾燥を15分間遅延させるこ
とによりガスの泡を放出させることができる。泡
止め剤を使用することによりガスの泡を壊し、そ
れらをテープ外へ放出させることが補助される。
乾燥に先立つてテープ内に捕捉されたガスの泡を
除去するために溶媒蒸気処理が採用される場合に
は、溶媒として上述の塩素化炭化水素又はアルコ
ールの何れかが使用されて良い。もつとも過塩化
エチレンとエタノールとの共沸混合物が使用され
ることが好ましい。処理時間は泡を除去するに十
分な時間でなければならず、多くの場合少くとも
５分間の処理時間が必要である。
アノード電位に於て安定である任意の金属が本
発明に係る泡障壁シートとして使用されて良い
が、ニツケル、銅、及びこれらの合金が特に好ま
しい。かかる金属製の泡障壁シートは粉末焼結法
の如き従来の金属成型法により形成される。泡障
壁シートが組込まれる燃料電池の構造上の考慮さ
れるべき点に応じて、泡障壁シートは任意の所要
の大きさにて形成されて良いが、約0.093〜0.83
m2の大きさにて形成されることが好ましい。上述
の方法に従つて形成される泡障壁シートは、約25
〜35体積％の有孔度及び約1μ又はそれ以下の平
均小孔寸法を有することが好ましい。
上述の如きマトリツクステープとの関連でアノ
ードの電位に於て安定な金属（例えばニツケル）
が使用されることが好ましいが、ステンレス鋼又
はHastalloy（登録商標）（Cabot Corporation）
の如きニツケル合金などのカソード電位に於て安
定な金属も使用されて良く、微小な小孔を有する
プレードがカソードに当接して配置された状態に
て燃料電池が構成されて良い。更に、微小小孔を
有する焼結されたセラミツク材を製造し、それを
マトリツクステープに使用することが行われて良
く、その場合にはマトリツクステープはアノード
またはカソードの何れに接触した状態で配置され
ても良い。更に、マトリツクステープの一方の側
にアノード電位に於て安定な金属を含み且マトリ
ツクステープの他方の側にカソード電位に於て安
定な金属を含む組合せ、又はセラミツク焼塊との
関連で上述の金属の何れかを含む組合せが使用さ
れて良い。
燃料電池の環境に於て泡障壁シート及びマトリ
ツクステープと両立し得る任意の結合剤がそれら
を互いに固定するために使用されて良い。しかし
テープの有機重合バインダが接着剤して作用する
よう、マトリツクステープを泡障壁シートに対し
ホツトプレスすることが好ましい。
更に、ハンドリング性及び運転機能上の観点か
らは微小小孔を有する泡障壁シートをマトリツク
ステープに結合することが好ましいが、必ずしも
そうする必要はない。例えばカソード及びマトリ
ツクステープは互いに独立して燃料電池内に積層
状態にて組込まれて良い。もつともそれらが接合
されればそれらがより良好に互いに整合される。
マトリツクステープは微小小孔を有する泡障壁シ
ートに比して少くとも0.5cm、好ましくは0.5〜1.3
cmだけ大きく形成されることが好ましいが、これ
らは互いに同一の大きさであつても良い。
一体的なマトリツクステープ及び泡障壁シート
により溶融炭酸塩燃料電池に与えられる重要な利
点は、燃料電池の電解質にて充填されたセラミツ
クマトリツクスと構造金属との間の熱膨脹係数が
相違することが要因となつて冷熱サイクル中にセ
ラミツクマトリツクスに割れが発生しても、泡障
壁シートによつて反応ガスが混合することが防止
されるということである。アノード及びアノード
レール（図に於て符号３にて示されている）は互
いに完全には嵌合するものではないので、マトリ
ツクス材料が割れ内に入り込み、これによりマト
リツクスを通つて反応ガスが混合してしまうこと
がある。本発明による一体的なマトリツクステー
プ及び泡障壁シートによればこのようなことも防
止される。
作動に於ては、溶融炭酸塩燃料電池の運転に於
ける高温度に基いて、マトリツクステープ／泡障
壁シート構成要素の微小小孔を有する泡障壁シー
トはアノードの金属及びシール材料に接合する。
このことにより特に冷熱サイクル中に於ける燃料
電池のシールが改善される。
本発明によるマトリツクステープ／泡障壁シー
ト構成要素を組込まれた溶融炭酸塩燃料電池にて
行われた試験に於ては、3000時間の期間中にも本
発明に係る泡障壁シートを使用した燃料電池の内
部抵抗及び燃料電池を横切る圧力降下の増大は測
定されなかつた。更に反応ガスの混合も生じなか
つた。また８回に互る室温と649〜760℃との間の
冷熱サイクル試験に於ても、マトリツクスの割れ
や反応ガスの混合の兆候は見受けられなかつた。
驚くべきことに、本発明に係る微小小孔シート
（泡障壁シート）は、燃料電池の運転中に於ける
マトリツクスの安定性を増大し、またマトリツク
ステープのハンドリングを容易にするだけでな
く、燃料電池の内部抵抗や燃料電池内に於けるア
ノードの分極化の如き性能特性の低下を生じるこ
となく、マトリツクスの安定性及びマトリツクス
テープのハンドリング性を向上させる。このよう
なことは全く予期しなかつたことである。
本発明に係るマトリツクステープの従来のマト
リツクスと比較した場合の他の一つの利点は、柔
軟且従順であるということである。このことによ
り、本発明に係るマトリツクステープが溶融炭酸
塩燃料電池の電極間に配置された場合に、マトリ
ツクステープが電極の不規則な表面に適合してそ
れらがより密に接触し、これによりさもなくば所
要のイオン移動に干渉する空間が排除される。
マトリツクステープが形成された後、マトリツ
クスを充填するに十分な電解質を含む燃料電池を
長時間（例えば40000時間）に亙り運転させるに
十分な電解質をマトリツクスが含むに十分な小孔
容積を有するアノード内に電解質が押し込まれ
る。かかるアノードは一般に約50〜70体積％、好
ましくは約50〜55体積％の有孔度を有し、その小
孔の約30〜95％、好ましくは約95％が電解質にて
充填された状態にて製造される。燃料電池は電解
質が溶融する前にプラスチツクバインダを分解し
て除去し、これにより電解質がアノードより出て
マトリツクス内に入り、マトリツクス及び泡障壁
シートの小孔を充填するよう、徐々に加熱され
る。燃料電池のシール及びカソードにもこのアノ
ード電解質源より電解質が供給されて良い。
788ｇの過塩素化エチレンと、260ｇの第二イソ
ブタノールと、36ｇのDow−Corning Antifom
−Ａとが、1200ｇの704℃にて４時間力焼された
ジエツトミルされたγ構造のアルミン酸リチウム
と混合され、アルミン酸リチウムを完全に分散さ
せるべくアルミナ球を用いて24時間ボールミルさ
れた。次いで150ｇのMonsanto Santicizer＃８
（Ｎ−エチル−オルト及びパラ−トルエンスルホ
ンアミド）と、750ｇの変性エタノールと、275ｇ
のMonsanto ButvarB−98（ポリビニル・ブチラ
ル）が添加され、更に48時間ボールミルによる処
理が行われた。次いでアルミナ球が除去され、60
ｇの生メンヘーデン油と632ｇの120グリツトの
Alunbum−38（Al2O3）が添加された。次いでそ
れ以上研磨が生じない状態で各成分を混合すべ
く、ボールミルがその内部にアルミナ球がない状
態で回転された。次いでアルミナが沈澱しないよ
うな状態にて捕捉されている気泡の殆どを放出さ
せる十分な速度（１〜2rpm）にてボールミルが
回転された。かくして形成された溶液がミツロウ
離型剤にて処理されたガラスシートにドクターブ
レードを用いて塗布された。かくして溶液は229
〜305μの厚さにまで塗布され、約127〜152μの厚
さになるまで５〜15分間空気中にて乾燥された。
被覆の厚さが305〜635μになるまでかかるプロセ
スが繰返された。最終的に乾燥した状態にて得ら
れるテープは型の表面より容易に除去し得るもの
であり、十分な柔軟性を有するものであつた。か
くして得られたテープの硬度をシヨアＡ硬度計に
て測定したところ、その硬度は94であつた。
約0.5〜10重量％（好ましくは約２重量％）の
クロム粉末の混合物がニツケル粉末（平均直径
25.4〜127μ）の残部に添加された。かくして混合
された粉末がセラミツク担体プレート上に広げら
れ、871〜1093℃の温度にて10％水素、残部窒素
なる雰囲気中にて焼結された。マトリツクステー
プ及び金属製の微小小孔シートが形成された後、
それらのテープ及びシートは約500〜2000psi（3.4
〜13.8MPa）の圧力にて約93〜204℃（135℃が好
ましい）の温度にて互いにホツトプレスされた。
複合体全体の厚さが約508μとなるよう、テープ
の厚さは約381μであり、微小小孔シートの厚さ
は約127μであることが好ましい。
次いで全小孔の約95％が電解質にて予め充填さ
れた多孔質のニツケルアノードと多孔質のニツケ
ルカソード（酸化ニツケルも使用された）との間
にマトリツクステープを配置し、各燃料電池の間
に分離板を配置し、以下のスケジユールに従つて
加熱することにより、0.093m2のシートよりなる
10個の電池にて構成された溶融炭酸塩燃料電池積
層体が組立てられた。この例は10個の燃料電池よ
りなる燃料電池積層体の電極組立体について説明
されているが、かかるプロセスに従つて熱処理さ
れてよい約500個のかかる電極マトリツクス組立
体にて燃料電池積層体が構成されても良い。上述
の10個の燃料電池よりなる燃料電池積層体は、毎
時40℃の昇温率にて空気中にて室温より205℃に
まで加熱された。温度が205℃に到達した時点で、
燃料電池積層体はその温度に６時間保持された。
次いで燃料電池積層体の温度が毎時40℃の昇温率
にて315℃にまで昇温され、その温度に６時間保
持された。このことによりテープより全ての溶媒
が除去され、重合体の蒸発化が開始した。次いで
燃料電池積層体の温度が毎時40℃の昇温率にて
470℃にまで昇温され、その温度に２時間保持さ
れた。この時点で重合体の完全な熱分解及び蒸発
化が生じた。しかる後燃料電池積層体内に還元ガ
スが導入され、約650℃の燃料電池積層体の運転
温度に到達するまで、燃料電池積層体の温度が電
解質の融点（約490℃）以上に昇温された。
以上に於ては本発明を特定の不活性粒子、セラ
ミツク粒子、重合体バインダ、溶媒、泡障壁層、
及び離型剤との関連で説明したが、勿論燃料電池
の運転条件下に於て溶融炭酸塩と両立し得る任意
の材料が使用されて良い。
添付の図面に於て、複合マトリツクス材料が符
号１に示されており、１ａはマトリツクステープ
部を示しており、１ａは微小小孔を有する泡障壁
層を示している。アノード２は泡障壁層１ｂに当
接している。燃料ガスを酸化ガスより効果的に分
離すべく、レール３及び４によつて燃料電池の縁
部にガスシール機能が与えられている。燃料電池
の間には分離板５が設けられており、この分離板
５は燃料ガスと酸化ガスとを分離するだけでな
く、燃料電池積層体に電流を通す機能を果す。カ
ソード触媒層７を含むカソードは符号６にて示さ
れている。
以上に於ては本発明を特定の実施例について詳
細に説明したが、本発明はかかる実施例に限定さ
れるものではなく、本発明の範囲内にて種々の実
施例が可能であることは当業者にとつて明らかで
あろう。
【図面の簡単な説明】
添付の図面は本発明によるマトリツクス材料を
組込まれた溶融炭酸塩燃料電池を示す分解斜視図
である。 １……複合マトリツクス材料、１ａ……マトリ
ツクステープ部、１ｂ……泡障壁層、２……アノ
ード、３，４……レール、５……分離板、６……
カソード、７……カソード触媒層。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １ 溶融炭酸塩燃料電池のためのマトリツクス材
    料にして、約25〜35体積％の有孔度を有しマトリ
    ツクステープに接合された微小小孔を有するガス
    透過性のアノード安定金属層を含み、前記マトリ
    ツクステープは溶融炭酸塩電解質に対し不活性で
    あり約1μ以下の粒子寸法を有する粒子と、約25μ
    以上の粒子寸法を有するセラミツク粒子と、有機
    重合体バインダ材料とを含み、前記有機重合体バ
    インダ材料は少くとも約25体積％の量にて存在
    し、前記マトリツクステープは室温に於て可撓性
    を有し、柔軟であり、従順であるマトリツクス材
    料。
JP57172507A 1981-09-30 1982-09-30 溶融炭酸塩燃料電池用マトリツクス材料 Granted JPS5871564A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US307338 1981-09-30
US06/307,338 US4411968A (en) 1981-09-30 1981-09-30 Molten carbonate fuel cell integral matrix tape and bubble barrier

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS5871564A JPS5871564A (ja) 1983-04-28
JPH0221100B2 true JPH0221100B2 (ja) 1990-05-11

Family

ID=23189292

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP57172507A Granted JPS5871564A (ja) 1981-09-30 1982-09-30 溶融炭酸塩燃料電池用マトリツクス材料

Country Status (8)

Country Link
US (1) US4411968A (ja)
JP (1) JPS5871564A (ja)
AU (1) AU551584B2 (ja)
BR (1) BR8205468A (ja)
CA (1) CA1177883A (ja)
DE (1) DE3235240A1 (ja)
FR (1) FR2513818B1 (ja)
GB (1) GB2108311B (ja)

Families Citing this family (44)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4526845A (en) * 1981-09-30 1985-07-02 United Technologies Corporation Molten carbonate fuel cell integral matrix tape and bubble barrier
JPS58131662A (ja) * 1982-01-29 1983-08-05 Hitachi Ltd 燃料電池
US4507262A (en) * 1982-10-07 1985-03-26 General Electric Company Bubble pressure barrier and electrode composite
CA1215107A (en) * 1983-04-06 1986-12-09 Chang V. Chi Fuel cell with silicon carbide shim
US4643955A (en) * 1983-04-15 1987-02-17 The United States Of America As Represented By The Department Of Energy Molten carbonate fuel cell reduction of nickel deposits
US4540640A (en) * 1983-04-29 1985-09-10 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Coated powder for electrolyte matrix for carbonate fuel cell
US4526812A (en) * 1983-04-29 1985-07-02 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Coated powder for electrolyte matrix for carbonate fuel cell
EP0125595B1 (en) * 1983-05-09 1987-08-12 Kabushiki Kaisha Toshiba Porous gas diffusion electrode and method of producing the same
US4661423A (en) * 1984-02-01 1987-04-28 Tokyo Shibaura Denki Kabushiki Kaisha Fuel cell electrolyte matrix and method for manufacturing the same
USH16H (en) 1984-03-02 1986-01-07 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Fuel cell electrode and method of preparation
US4540642A (en) * 1984-03-30 1985-09-10 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Cell design for lithium alloy/metal sulfide battery
US4620995A (en) * 1984-05-29 1986-11-04 Marusan Packing Manufacturing Co. Surface coated gasket sheet
US4596751A (en) * 1984-12-10 1986-06-24 United Technologies Corporation Molten carbonate fuel cell with improved electrolyte storage
US4704340A (en) * 1985-04-08 1987-11-03 Gas Research Institute Molten carbonate electrolyte creepage barrier
US4992342A (en) * 1985-04-19 1991-02-12 Energy Research Corporation Stabilized carbonate fuel cell cathode
JPS6271171A (ja) * 1985-09-24 1987-04-01 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 溶融炭酸塩型燃料電池における電解質含浸法
JPS6282657A (ja) * 1985-10-08 1987-04-16 Fuji Electric Co Ltd 溶融炭酸塩燃料電池の電解質板
JPS62133676A (ja) * 1985-12-06 1987-06-16 Toppan Printing Co Ltd 溶融炭酸塩型燃料電池用電解質タイルの製法
JPS62176063A (ja) * 1986-01-28 1987-08-01 Toppan Printing Co Ltd 溶融炭酸塩型燃料電池の電解質タイルの製法
US4714586A (en) * 1986-01-29 1987-12-22 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Method of preparing a dimensionally stable electrode for use in a MCFC
US4663250A (en) * 1986-03-12 1987-05-05 Institute Of Gas Technology Reduction of electrode dissolution
US4714661A (en) * 1986-07-08 1987-12-22 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Molten carbonate fuel cell
US4975342A (en) * 1986-07-24 1990-12-04 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Fuel cell
JPS63146364A (ja) * 1986-12-08 1988-06-18 Fuji Electric Co Ltd 溶融炭酸塩形燃料電池の電解質含浸方法
US4780437A (en) * 1987-02-11 1988-10-25 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Fabrication of catalytic electrodes for molten carbonate fuel cells
US4761348A (en) * 1987-03-17 1988-08-02 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Electrolytic cell stack with molten electrolyte migration control
US4755439A (en) * 1987-03-25 1988-07-05 International Fuel Cells Corporation Fuel cell configuration for contaminated fuel gases and method of using the same
JPS643964A (en) * 1987-06-26 1989-01-09 Hitachi Ltd Manufacture of molten carbonate fuel cell
JPH01107460A (ja) * 1987-10-21 1989-04-25 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 燃料電池用電解質板の製造方法
US5071717A (en) * 1988-09-08 1991-12-10 International Fuel Cells Corporation Coated cathode substrate
US4983472A (en) * 1989-11-24 1991-01-08 International Fuel Cells Corporation Fuel cell current collector
DE4238292C1 (de) * 1992-11-13 1994-03-17 Deutsche Aerospace Verfahren zur Herstellung einer Lithiumaluminat-Matrixschicht für eine Schmelzcarbonat-Brennstoffzelle
US5580673A (en) * 1993-01-19 1996-12-03 Energy Research Corporation Carbonate fuel cell matrix
US5312582A (en) * 1993-02-04 1994-05-17 Institute Of Gas Technology Porous structures from solid solutions of reduced oxides
KR0125747B1 (ko) * 1993-06-29 1997-12-22 김광호 용융탄산염 연료전지용 매트릭스판 및 그 제조방법
JP3350167B2 (ja) * 1993-09-03 2002-11-25 株式会社東芝 溶融炭酸塩型燃料電池
US5869203A (en) * 1996-12-13 1999-02-09 Energy Research Corporation Electrolyte matrix for molten carbonate fuel cells
US20030170539A1 (en) * 2002-02-05 2003-09-11 Gencell Corporation Aqueous electrode binder and electrodes and fuel cells including same
US6890679B2 (en) * 2002-08-23 2005-05-10 Fuelcell Energy, Inc. Dual-porosity ribbed fuel cell cathode
EP1730807A1 (en) * 2004-03-31 2006-12-13 Ansaldo Fuel Cells S.p.A. AN AQUEOUS ELECTROLYTE MIXTURE FOR MCFCs
JP4821096B2 (ja) * 2004-07-13 2011-11-24 トヨタ自動車株式会社 燃料電池の製造方法
US8057955B2 (en) * 2006-03-31 2011-11-15 Fuelcell Energy, Inc. Wet-seal caulk for carbonate fuel cell
KR100765177B1 (ko) * 2006-04-20 2007-10-15 안살도 퓨얼 셀즈 에스.피.에이. 전해질 이동 제어를 위한 용융 탄산염 연료 전지 스택
US11431016B2 (en) 2017-04-12 2022-08-30 Fuelcell Energy, Inc. Binder for electrolyte matrix for molten carbonate fuel cells

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL277819A (ja) * 1961-04-29
US3400019A (en) * 1961-12-26 1968-09-03 Pullman Inc Electrode including nonmetallic substrate
GB1037666A (en) * 1962-03-30 1966-08-03 Gen Electric Fuel cell
GB1108881A (en) * 1963-07-26 1968-04-03 Energy Conversion Ltd Improvements in fuel cells
US3513029A (en) * 1964-09-10 1970-05-19 Leesona Corp Fuel cell and electrodes therefor
US3458361A (en) * 1966-03-31 1969-07-29 Texas Instruments Inc Fuel cell electrode comprising sintered porous body impregnated with barium oxide
US3669752A (en) * 1966-04-04 1972-06-13 Bolt Beranek & Newman Method of operating fuel cell
US3505120A (en) * 1966-11-23 1970-04-07 Texas Instruments Inc Fuel cell comprising foraminous silver electrode having a porous layer of magnesium oxide
US3622394A (en) * 1966-11-23 1971-11-23 Texas Instruments Inc An electrolyte-matrix material for use in molten carbonate fuel cells
US4009321A (en) * 1969-03-28 1977-02-22 American Gas Association, Inc. High temperature fuel cell electrolyte
US3953237A (en) * 1971-07-06 1976-04-27 Brunswick Corporation Electric energy sources such as fuel cells and batteries
US3878296A (en) * 1971-08-18 1975-04-15 United Aircraft Corp Reaction of lithium carbonate and fibrous aluminum oxide to produce lithium aluminate
US4001042A (en) * 1975-09-02 1977-01-04 United Technologies Corporation Screen printing fuel cell electrolyte matrices using polyethylene oxide as the inking vehicle
US4000006A (en) * 1975-09-02 1976-12-28 United Technologies Corporation Screen printing fuel cell electrolyte matrices
US4017664A (en) * 1975-09-02 1977-04-12 United Technologies Corporation Silicon carbide electrolyte retaining matrix for fuel cells
US4079171A (en) * 1977-06-06 1978-03-14 Institute Of Gas Technology Molten carbonate fuel cell electrolyte
US4173662A (en) * 1977-12-23 1979-11-06 United Technologies Corporation Process for forming a fuel cell matrix
US4185145A (en) * 1978-09-11 1980-01-22 United Technologies Corporation Fuel cell electrolyte reservoir layer and method for making
US4247604A (en) * 1978-11-20 1981-01-27 Institute Of Gas Technology Carbonate fuel cell anodes
US4279971A (en) * 1979-11-05 1981-07-21 General Electric Company Electrolyte structure with strontium titanate matrix for molten carbonate fuel cells
US4322482A (en) * 1980-06-09 1982-03-30 United Technologies Corporation Electrolyte matrix for molten carbonate fuel cells

Also Published As

Publication number Publication date
FR2513818B1 (fr) 1986-04-18
CA1177883A (en) 1984-11-13
BR8205468A (pt) 1983-08-23
GB2108311A (en) 1983-05-11
JPS5871564A (ja) 1983-04-28
US4411968A (en) 1983-10-25
GB2108311B (en) 1984-12-19
DE3235240A1 (de) 1983-04-21
AU8876282A (en) 1983-04-14
DE3235240C2 (ja) 1991-10-24
AU551584B2 (en) 1986-05-08
FR2513818A1 (fr) 1983-04-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4411968A (en) Molten carbonate fuel cell integral matrix tape and bubble barrier
RU2182387C2 (ru) Биполярная сепараторная пластина топливной ячейки с протонной обменной мембраной
US3901733A (en) Thin film solid electrolyte structures and process of making same
JPS58156B2 (ja) 炭化ケイ素よりなる電解質保持マトリツクスを有する燃料電池
US4526845A (en) Molten carbonate fuel cell integral matrix tape and bubble barrier
US4581302A (en) Molten carbonate fuel cell matrix tape
JPS63232269A (ja) 電気化学的電池密封複合体
US5071717A (en) Coated cathode substrate
JP2846738B2 (ja) 溶融炭酸塩−燃料電池の製造方法
US4929517A (en) Electrochemical cell assembly
US4913706A (en) Method for making a seal structure for an electrochemical cell assembly
US4478776A (en) Method of making molten carbonate fuel cell ceramic matrix tape
EP0509424A2 (en) Composite active electrolyte-matrix and laminated component tapes for molten carbonate fuel cells
US4538348A (en) Molten carbonate fuel cell matrix tape and assembly method
JPH11283641A (ja) 溶融炭酸塩型燃料電池電解質板用粉末および溶融炭酸塩型燃料電池電解質板の製造方法
EP0508745B1 (en) Fuel cell with a molten carbonate electrolyte retained in a matrix
JPS58129775A (ja) 燃料電池
GB2209621A (en) Fuel cell electrolyte matrix
JP2997518B2 (ja) 溶融炭酸塩型燃料電池
JP2944097B2 (ja) 溶融炭酸塩型燃料電池
JPS6240822B2 (ja)
JPS6124160A (ja) 溶融炭酸塩形燃料電池の電解質タイル構造
KR100215422B1 (ko) 용융탄산염 연료전지용 전해질 지지체 제조방법
EP0306567A1 (en) A fuel cell electrolyte matrix and a method for its manufacture
JPH06188012A (ja) 溶融炭酸塩型燃料電池