JPH02256167A - 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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- JPH02256167A JPH02256167A JP1076058A JP7605889A JPH02256167A JP H02256167 A JPH02256167 A JP H02256167A JP 1076058 A JP1076058 A JP 1076058A JP 7605889 A JP7605889 A JP 7605889A JP H02256167 A JPH02256167 A JP H02256167A
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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】
［発明の目的］
（産業上の利用分野）
本発明は、溶融炭酸塩型燃料電池に関し、特に導電性を
有する一対の電極間に挟まれて配置される電解質板を改
良した溶融炭酸塩型燃料電池に係わる。
有する一対の電極間に挟まれて配置される電解質板を改
良した溶融炭酸塩型燃料電池に係わる。
（従来の技術）
溶融炭酸塩型燃料電池の基本構造を第４図に示す。導電
性を有する一対の電極であるアノード（燃料極）■及び
カソード（空気極）２間には、アルカリ炭酸塩からなる
電解質を保持した電解質板３が挟まれて配置されている
。前記電解質板３の両面周縁には、２つのハウジング４
ａ、 ４ｂが当接され、これらハウジング４ａ、 ４ｂ
内に前記アノード１及びカソード２をそれぞれ収納して
いる。前記一方のハウジング４ａ内面と前記アノードｌ
の間及び前記他方のハウジング４ｂ内面と前記カソード
２の間には、夫々波形の集電板５ａ、 ５ｂが配置され
ている。前記アノードｌが位置する一方の前記ハウジン
グ４ａには、燃料ガス（Ｎ２、ＣＯ２）を前記アノード
ｌに供給するための供給口６及び排気ガス（ＣＯ２、Ｎ
２ｏ）を排気するための排気ロアがそれぞれ開口されて
いる。前記カソード２が位置する他方の前記ハウジング
４ｂには、酸化剤ガス（空気、Ｃ０２）を前記カソード
２に供給するための供給口８及び排気ガス（Ｎ２）を排
気するための排気口９かそれぞれ開口されている。
性を有する一対の電極であるアノード（燃料極）■及び
カソード（空気極）２間には、アルカリ炭酸塩からなる
電解質を保持した電解質板３が挟まれて配置されている
。前記電解質板３の両面周縁には、２つのハウジング４
ａ、 ４ｂが当接され、これらハウジング４ａ、 ４ｂ
内に前記アノード１及びカソード２をそれぞれ収納して
いる。前記一方のハウジング４ａ内面と前記アノードｌ
の間及び前記他方のハウジング４ｂ内面と前記カソード
２の間には、夫々波形の集電板５ａ、 ５ｂが配置され
ている。前記アノードｌが位置する一方の前記ハウジン
グ４ａには、燃料ガス（Ｎ２、ＣＯ２）を前記アノード
ｌに供給するための供給口６及び排気ガス（ＣＯ２、Ｎ
２ｏ）を排気するための排気ロアがそれぞれ開口されて
いる。前記カソード２が位置する他方の前記ハウジング
４ｂには、酸化剤ガス（空気、Ｃ０２）を前記カソード
２に供給するための供給口８及び排気ガス（Ｎ２）を排
気するための排気口９かそれぞれ開口されている。
上述した第４図に示す溶融炭酸塩型燃料電池は、高温下
で電解質板３中の混合アルカリ炭酸塩を溶融させ、アノ
ード１にハウジング４ａの供給口６を通して燃料ガス（
Ｈ２、ｃｏ２）を、カソード２にハウジング４ｂの供給
口８を通して酸化剤ガス（空気、Ｃ０２）を夫々供給し
、アノードｌで下記（１）式の反応を、カソード２で下
記（２）式の反応を起こさせて運転するものである。
で電解質板３中の混合アルカリ炭酸塩を溶融させ、アノ
ード１にハウジング４ａの供給口６を通して燃料ガス（
Ｈ２、ｃｏ２）を、カソード２にハウジング４ｂの供給
口８を通して酸化剤ガス（空気、Ｃ０２）を夫々供給し
、アノードｌで下記（１）式の反応を、カソード２で下
記（２）式の反応を起こさせて運転するものである。
Ｈ２＋ＣＯ３−’→Ｈ２ＣＯ２＋２ｃｍ −−・（１）
１／２０２ ＋ Ｃ０２＋２（３−→Ｃ０３−−（２＞
上記溶融炭酸塩型燃料電池に使用される電解質板は、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
転時に液体となる前記電解質の流出を防止するための保
持材と、昇降温時の割れ発生を防止するための保持材と
から構成されている。混合アルカリ炭酸塩は、Ｌｉ
ＣＯ３、Ｋ２ＣＯ３及びＮａ ２Ｃｏ３の３種のうちの
２種又は３種の混合塩の形で使用される。保持刊として
は、粒径が０．０５−０．５ μｍの７−Ｌ１ＡρＯ２
やβ−ＬｉＡΩ０２からなる微粉末か、補強祠としては
ＬｉＡΩ０２からなる繊維が使用される。
１／２０２ ＋ Ｃ０２＋２（３−→Ｃ０３−−（２＞
上記溶融炭酸塩型燃料電池に使用される電解質板は、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
転時に液体となる前記電解質の流出を防止するための保
持材と、昇降温時の割れ発生を防止するための保持材と
から構成されている。混合アルカリ炭酸塩は、Ｌｉ
ＣＯ３、Ｋ２ＣＯ３及びＮａ ２Ｃｏ３の３種のうちの
２種又は３種の混合塩の形で使用される。保持刊として
は、粒径が０．０５−０．５ μｍの７−Ｌ１ＡρＯ２
やβ−ＬｉＡΩ０２からなる微粉末か、補強祠としては
ＬｉＡΩ０２からなる繊維が使用される。
前記電解質板は、炭酸イオン（ＣＯ３−３）の移動を媒
介とするだけでなく、アノード及びカソード間の反応ガ
スの直接混合（ガスクロスオーバ）を阻止するためのガ
ス透過障壁層としても機能する。こうした機能を果たす
には、電解質板中に電解質が充分に保持されていること
が必要である。
介とするだけでなく、アノード及びカソード間の反応ガ
スの直接混合（ガスクロスオーバ）を阻止するためのガ
ス透過障壁層としても機能する。こうした機能を果たす
には、電解質板中に電解質が充分に保持されていること
が必要である。
電解質の流出（電解質ロス）は、内部抵抗の増大を招く
ばかりか、ガスクロスオーバの発生原因となる。
ばかりか、ガスクロスオーバの発生原因となる。
ところで、従来の電解質板は混合アルカリ炭酸塩からな
る電解質粉末とＬｉＡΩ０２からなる保持月を有機バイ
ンダと共に混合した後、該混合物をプレス又はシート成
形する、いわゆるペースト法が知られれている。かかる
方法により製造された電解質板は、成形時に存在する電
解質もしくはバインダが保持刊の形成する微細構造の制
御を困難とし、保持構造が弱い電解質板になる。このた
め、前述した電解質ロスが生じ易く、電池の長寿命化を
達成することが困難となる。
る電解質粉末とＬｉＡΩ０２からなる保持月を有機バイ
ンダと共に混合した後、該混合物をプレス又はシート成
形する、いわゆるペースト法が知られれている。かかる
方法により製造された電解質板は、成形時に存在する電
解質もしくはバインダが保持刊の形成する微細構造の制
御を困難とし、保持構造が弱い電解質板になる。このた
め、前述した電解質ロスが生じ易く、電池の長寿命化を
達成することが困難となる。
このようなことから、適切な微細構造を得る方法として
予め保持材のみで多孔質体を形成した後、該多孔質体に
混合アルカリ炭酸塩からなる電解質を含浸させるマトリ
ックス法が知られている。かかる方法によれば、前記ペ
ースト法に比べて電解質ロスを低減できるものの、長時
間の燃料電池の運転において電解質ロスを防止する上で
は不十分であった。
予め保持材のみで多孔質体を形成した後、該多孔質体に
混合アルカリ炭酸塩からなる電解質を含浸させるマトリ
ックス法が知られている。かかる方法によれば、前記ペ
ースト法に比べて電解質ロスを低減できるものの、長時
間の燃料電池の運転において電解質ロスを防止する上で
は不十分であった。
（発明が解決しようとする課題）
本発明は、上記従来の課題を解決するためになされたも
ので、電解質板の電解質の流出を低減して、電解質の流
出に伴う内部抵抗の増大、ガスクロスオーバの発生を抑
制し得る長寿命の溶融炭酸塩型燃料電池を提供しようと
するものである。
ので、電解質板の電解質の流出を低減して、電解質の流
出に伴う内部抵抗の増大、ガスクロスオーバの発生を抑
制し得る長寿命の溶融炭酸塩型燃料電池を提供しようと
するものである。
［発明の構成］
（課題を解決するための手段）
本発明は、保持材及び補強材からなる気孔率４０〜６５
％の多孔質体に混合アルカリ炭酸塩からなる電解質及び
アルカリ土類金属炭酸塩を溶融状態で含浸してなる電解
質板を備えたことを特徴とする溶融炭酸塩型燃料電池で
ある。
％の多孔質体に混合アルカリ炭酸塩からなる電解質及び
アルカリ土類金属炭酸塩を溶融状態で含浸してなる電解
質板を備えたことを特徴とする溶融炭酸塩型燃料電池で
ある。
以下、本発明に係わる溶融炭酸塩型燃料電池を第１図及
び第２図を参照して詳細に説明する。
び第２図を参照して詳細に説明する。
本発明の溶融炭酸塩型燃料電池は、アノード（燃料極）
１１、カソード（空気極）１２及びこれら電極１１．１
２間に配置され、電解質を保持した電解質板Ｉ３を備え
ている。これらアノード１１、カソード１２及び電解質
板１３を単位セルとし、複数の単位セルがセパレータ１
４を挟んで積層されている。前記電解質板１３上面に配
置された前記アノード１■の対向する一対の縁部は、前
記電解質板１３の縁部から所望距離へだてて内側に位置
し、かつ前記アット１１が存在しない前記電解質板１３
の両縁部と前記セパレータ１４の間にはエツジシール板
１．５ａが配置されている。前記電解質板１３下面に配
置された前記カソード】２の前記エツジシール板１．５
ａと直交する一対の縁部は、前記電解質板１３の縁部か
ら所望距離へだてて内側に位置し、かつ前記カソード１
２が存在しない前記電解質板１３の両縁部と前記セパレ
ータｊ４の間には、エツジシール板１５ｂが配置されて
いる。前記アノード１１、セパレータ１４及びエツジシ
ール板１５ａで区画された空間（燃料ガス流通空間）に
は、集電板としての導電性を有する孔開き板１６ａ１波
板１７ａが前記アノード１１側から順次積層されている
。前記カノード１２、セパレタ１４及びエツジシール板
１５ｂで区画された空間（酸化剤ガス流通空間）には、
集電板としての導電性を有する孔開き板１６ｂ１波板１
．７ ｂが前記カッド１２側から順次積層されている。
１１、カソード（空気極）１２及びこれら電極１１．１
２間に配置され、電解質を保持した電解質板Ｉ３を備え
ている。これらアノード１１、カソード１２及び電解質
板１３を単位セルとし、複数の単位セルがセパレータ１
４を挟んで積層されている。前記電解質板１３上面に配
置された前記アノード１■の対向する一対の縁部は、前
記電解質板１３の縁部から所望距離へだてて内側に位置
し、かつ前記アット１１が存在しない前記電解質板１３
の両縁部と前記セパレータ１４の間にはエツジシール板
１．５ａが配置されている。前記電解質板１３下面に配
置された前記カソード】２の前記エツジシール板１．５
ａと直交する一対の縁部は、前記電解質板１３の縁部か
ら所望距離へだてて内側に位置し、かつ前記カソード１
２が存在しない前記電解質板１３の両縁部と前記セパレ
ータｊ４の間には、エツジシール板１５ｂが配置されて
いる。前記アノード１１、セパレータ１４及びエツジシ
ール板１５ａで区画された空間（燃料ガス流通空間）に
は、集電板としての導電性を有する孔開き板１６ａ１波
板１７ａが前記アノード１１側から順次積層されている
。前記カノード１２、セパレタ１４及びエツジシール板
１５ｂで区画された空間（酸化剤ガス流通空間）には、
集電板としての導電性を有する孔開き板１６ｂ１波板１
．７ ｂが前記カッド１２側から順次積層されている。
このような複数の単位セルがセパレータＩ４を挟んで積
層されたスタック発電要素の４つの側面には、枠状のフ
ランジ１８を有するマニホールド１９がそれぞれ配置さ
れている。また、前記スタック発電要素の４つの側面と
前記マニホールド１９のフランジ１８との間にはそれぞ
れ枠状のマニホールドシール板２０が介在されている。
層されたスタック発電要素の４つの側面には、枠状のフ
ランジ１８を有するマニホールド１９がそれぞれ配置さ
れている。また、前記スタック発電要素の４つの側面と
前記マニホールド１９のフランジ１８との間にはそれぞ
れ枠状のマニホールドシール板２０が介在されている。
前記燃料ガス流通空間が表出する前記発電要素の側面に
対応するのマニホールド（図示せず）には、燃料ガス２
１を供給するための供給管２２が取り付けられている。
対応するのマニホールド（図示せず）には、燃料ガス２
１を供給するための供給管２２が取り付けられている。
この供給管２２と反対側のマニホールド１９には、ガス
排出管２３が取着されている。また、前記酸化剤ガス流
通空間が表出する前記発電要素の側面に対応するのマニ
ホールド（図示せず）には、酸化剤ガス２４を供給する
ための供給管２５か取り付けられている。この供給管２
５と反対側のマニホールド１９には、ガス排出管２６か
取着されている。
排出管２３が取着されている。また、前記酸化剤ガス流
通空間が表出する前記発電要素の側面に対応するのマニ
ホールド（図示せず）には、酸化剤ガス２４を供給する
ための供給管２５か取り付けられている。この供給管２
５と反対側のマニホールド１９には、ガス排出管２６か
取着されている。
前記電極１１．１２は、例えばニッケルベースアロイ又
は多孔質のニッケルベースアロイの焼結体から形成され
る。
は多孔質のニッケルベースアロイの焼結体から形成され
る。
前記セパレータ１４、エツジシール１５ａ 、 １．５
ｂ 。
ｂ 。
孔開き板ｌｅａ 、 １６ｂ及び波板Ｌ７ａ 、 １．
７ｂは、例えばステンレス鋼から形成される。
７ｂは、例えばステンレス鋼から形成される。
前記燃料ガス２１としては、例えば水素（Ｈ２）と二酸
化炭素（ＣＯ２）との混合ガスなどを使用できる。前記
酸化剤ガス２４としては、例えば空気又は酸素（０□）
と二酸化炭素（ＣＯ２）との混合ガスなどを使用できる
。
化炭素（ＣＯ２）との混合ガスなどを使用できる。前記
酸化剤ガス２４としては、例えば空気又は酸素（０□）
と二酸化炭素（ＣＯ２）との混合ガスなどを使用できる
。
前記電解質板１３は、保持材及び補強祠からなる気孔率
４０〜６５％の多孔質体に混合アルカリ炭酸塩からなる
電解質及びアルカリ土類金属炭酸塩を溶融状態で含浸し
た構成になっている。
４０〜６５％の多孔質体に混合アルカリ炭酸塩からなる
電解質及びアルカリ土類金属炭酸塩を溶融状態で含浸し
た構成になっている。
前記多孔質体の一方の構成成分である保持祠としては、
例えば粒径が０．０５〜０．５μｍのγ−Ｌ ｉ Ａｆ
ＩＯ２やβ−ＬｉＡｊｌｌＯ２からなる微粉末を挙げる
ことができる。この保持材としては、１ｇ当りの初期比
表面積が７〜４０ｍ２のものを用いることが望ましい。
例えば粒径が０．０５〜０．５μｍのγ−Ｌ ｉ Ａｆ
ＩＯ２やβ−ＬｉＡｊｌｌＯ２からなる微粉末を挙げる
ことができる。この保持材としては、１ｇ当りの初期比
表面積が７〜４０ｍ２のものを用いることが望ましい。
前記多孔質体の他方の構成成分である補強材としては、
例えばγ−ＬｊＡρ０２やβＬｊＡρｏ２からなる繊維
、アルミナフィラー等を挙げることができる。
例えばγ−ＬｊＡρ０２やβＬｊＡρｏ２からなる繊維
、アルミナフィラー等を挙げることができる。
前記多孔質体を構成する保持材と補強材との比率は、保
持材２０〜８０重量％、補強材８０〜２０重量％の範囲
とすることが望ましい。
持材２０〜８０重量％、補強材８０〜２０重量％の範囲
とすることが望ましい。
前記多孔質体の気孔率を限定したのは、次のように理由
によるものである。即ち、第３図に示すように多孔質体
の気孔率を４０％未満にすると電解質板に占める絶縁材
料である保持材や補強材の量が多くなって電解質板の内
部抵抗が高くなり、電油性能が著しく低下する。一方、
多孔質体の気孔率が６５％を高温下でのスランプ率が大
きくなり、電解質を保持できなくなる。
によるものである。即ち、第３図に示すように多孔質体
の気孔率を４０％未満にすると電解質板に占める絶縁材
料である保持材や補強材の量が多くなって電解質板の内
部抵抗が高くなり、電油性能が著しく低下する。一方、
多孔質体の気孔率が６５％を高温下でのスランプ率が大
きくなり、電解質を保持できなくなる。
前記電解質である混合アルカリ炭酸塩としては、例えば
炭酸リチウム（Ｌｉ ２Ｃｏ３）と炭酸カリウム（Ｋ２
ＣＯ３）の混合物、Ｌｉ ２ ｃｏ３と炭酸ナトリウム
（Ｎａ ２ ＣＯ３）の混合物、Ｌ１２ＣＯ３とに２Ｃ
Ｏ３とＮａ２ＣＯ３の混合物等を挙げることができる。
炭酸リチウム（Ｌｉ ２Ｃｏ３）と炭酸カリウム（Ｋ２
ＣＯ３）の混合物、Ｌｉ ２ ｃｏ３と炭酸ナトリウム
（Ｎａ ２ ＣＯ３）の混合物、Ｌ１２ＣＯ３とに２Ｃ
Ｏ３とＮａ２ＣＯ３の混合物等を挙げることができる。
前記アルカリ土類金属炭酸塩としては、例えば炭酸マグ
ネシウム（Ｍｇ Ｃ０３）と炭酸バリウム（ＢａＣＯ３
）、炭酸カルシウム（Ｃａ ＣＯ，）及び炭酸ストロン
チウム（ＳｒＣＯ３）から選ばれる少なくとも１種を挙
げることができる。かかるアルカリ土類炭酸塩の多孔質
体中に含浸される割合は、混合アルカリ炭酸塩に対して
５〜１５モル％の範囲とすることが望ましい。この理由
は、アルカリ土類金属炭酸塩の割合を５モル％未満にす
ると、その配合効果である電解質ロスの低減化を達成で
きない。一方、アルカリ土類金属炭酸塩の配合割合が１
５モル％を越えると電池の初期動作時において所望の電
圧を取出すことができなくなる。
ネシウム（Ｍｇ Ｃ０３）と炭酸バリウム（ＢａＣＯ３
）、炭酸カルシウム（Ｃａ ＣＯ，）及び炭酸ストロン
チウム（ＳｒＣＯ３）から選ばれる少なくとも１種を挙
げることができる。かかるアルカリ土類炭酸塩の多孔質
体中に含浸される割合は、混合アルカリ炭酸塩に対して
５〜１５モル％の範囲とすることが望ましい。この理由
は、アルカリ土類金属炭酸塩の割合を５モル％未満にす
ると、その配合効果である電解質ロスの低減化を達成で
きない。一方、アルカリ土類金属炭酸塩の配合割合が１
５モル％を越えると電池の初期動作時において所望の電
圧を取出すことができなくなる。
前記アルカリ土類金属炭酸塩のより好ましい多孔質体中
の含浸割合は、混合アルカリ炭酸塩に対して６〜１４モ
ル％、更に好ましい含浸割合は８〜１２モル％の範囲で
ある。
の含浸割合は、混合アルカリ炭酸塩に対して６〜１４モ
ル％、更に好ましい含浸割合は８〜１２モル％の範囲で
ある。
上述した電解質板は、例えば次のような方法により製造
される。
される。
■まず、保持祠、補強材及び有機バインダを有機溶媒の
存在下で混合する。ここに用いる有機バインダとしては
、例えばポリビニルブチラール、フタル酸ジブチル、ア
クリル樹脂等を挙げることができる。前記有機溶媒とし
ては、例えばトルエン、キシレン、メチルエチルケトン
等を挙げることができる。つづいて、前記混合物を通常
のシート成形法（例えばドクターブレード法、カレンダ
ーロール法、スリップキャスト法、冷間押出し法等）に
よりグリーンシートを成形した後、脱脂することにより
所定の気孔率を有する多孔質体を作製する。一方、混合
アルカリ炭酸塩からなる電解質及びアルカリ土類金属炭
酸塩の混合物を前記多孔質体と同様な方法によりシート
成形してシート状物を作製する。次いで、前記多孔質体
上に前記シート状物を重ね、該シート状物を溶融して多
孔質体に含浸させることにより電解質板を製造する。
存在下で混合する。ここに用いる有機バインダとしては
、例えばポリビニルブチラール、フタル酸ジブチル、ア
クリル樹脂等を挙げることができる。前記有機溶媒とし
ては、例えばトルエン、キシレン、メチルエチルケトン
等を挙げることができる。つづいて、前記混合物を通常
のシート成形法（例えばドクターブレード法、カレンダ
ーロール法、スリップキャスト法、冷間押出し法等）に
よりグリーンシートを成形した後、脱脂することにより
所定の気孔率を有する多孔質体を作製する。一方、混合
アルカリ炭酸塩からなる電解質及びアルカリ土類金属炭
酸塩の混合物を前記多孔質体と同様な方法によりシート
成形してシート状物を作製する。次いで、前記多孔質体
上に前記シート状物を重ね、該シート状物を溶融して多
孔質体に含浸させることにより電解質板を製造する。
■前記■の方法により作製した電解質板を予め混合アル
カリ炭酸塩からなる電解質を含浸させたアノードと無含
浸のカソードの間に配置し、前述した第１図に示す単位
セルとし、複数の単位セルをセパレータを挾んで積層し
てスタック発電要素とした後、この発電要素の４つの側
面にマニホールドを取付けて燃料電池を組立てる。この
後、作動温度まで昇温させ、前記電解質板の気孔部分に
前記アノード中の溶融した混合アルカリ炭酸塩を拡散、
充填して電解質板を製造する。
カリ炭酸塩からなる電解質を含浸させたアノードと無含
浸のカソードの間に配置し、前述した第１図に示す単位
セルとし、複数の単位セルをセパレータを挾んで積層し
てスタック発電要素とした後、この発電要素の４つの側
面にマニホールドを取付けて燃料電池を組立てる。この
後、作動温度まで昇温させ、前記電解質板の気孔部分に
前記アノード中の溶融した混合アルカリ炭酸塩を拡散、
充填して電解質板を製造する。
（作用）
本発明によれば、保持材及び補強材からなる気孔率４０
〜６５％の多孔質体に混合アルカリ炭酸塩からなる電解
質及びアルカリ土類金属炭酸塩を溶融状態で含浸してな
る電解質板を用いることによって、発電特性を損うこと
なく、運転時において前記多孔質体の保持構造により電
解質を良好に保持性できると共に、前記アルカリ土類金
属炭酸塩による電解質の溶融、液体状態における粘度を
増大を図ることができる。その結果、電解質の流出（電
解質ロス）を低減でき、電解質ロスに伴う電解質板の抵
抗増大、クロスオーバの発生を抑制できる。従って、長
時間の運転が可能な長寿命の溶融炭酸塩型燃料電池を得
ることができる。
〜６５％の多孔質体に混合アルカリ炭酸塩からなる電解
質及びアルカリ土類金属炭酸塩を溶融状態で含浸してな
る電解質板を用いることによって、発電特性を損うこと
なく、運転時において前記多孔質体の保持構造により電
解質を良好に保持性できると共に、前記アルカリ土類金
属炭酸塩による電解質の溶融、液体状態における粘度を
増大を図ることができる。その結果、電解質の流出（電
解質ロス）を低減でき、電解質ロスに伴う電解質板の抵
抗増大、クロスオーバの発生を抑制できる。従って、長
時間の運転が可能な長寿命の溶融炭酸塩型燃料電池を得
ることができる。
（実施例）
以下、本発明の実施例を詳細に説明する。
実施例１
まず、比表面積がｌＯ〜２０ｍ２／ｇのＬｊＡρ０２及
びＬｌｌ！０２繊維を各々７０ｇ。
びＬｌｌ！０２繊維を各々７０ｇ。
３０ｇ秤量し、アルミナポットに入れ、トルエンを加え
た。つづいて、有機バインダとしてポリビニルブチラー
ル及びフタル酸ジブチルを各々２６ｇ１４ｇを秤量し、
前記アルミナポットに入れ、２０時時間式混合してスラ
リーを調製した。ひきつづき、このスラリーをキャリア
シート上に展開し、乾燥して０．５１程度のマトリック
スグリーンシートとした。この後、マトリックスグリー
ンシートを大気中で脱脂してマトリックス多孔質体を作
製した。
た。つづいて、有機バインダとしてポリビニルブチラー
ル及びフタル酸ジブチルを各々２６ｇ１４ｇを秤量し、
前記アルミナポットに入れ、２０時時間式混合してスラ
リーを調製した。ひきつづき、このスラリーをキャリア
シート上に展開し、乾燥して０．５１程度のマトリック
スグリーンシートとした。この後、マトリックスグリー
ンシートを大気中で脱脂してマトリックス多孔質体を作
製した。
なお、この多孔質体は気孔率が５５％であった。
また、電解質としての混合アルカリ炭酸塩（Ｌｉ ２
ＣＯ３； ６２ｍｏｌ％、Ｋ２ＣＯ３；３８ｍｏｌ％）
にＭｇＣＯ３をｌｏｍｏｌ％添加した。つづいて、この
混合粉末を用いて上記マトリックス多孔質体と同様な方
法によりシート状物を作製した。
ＣＯ３； ６２ｍｏｌ％、Ｋ２ＣＯ３；３８ｍｏｌ％）
にＭｇＣＯ３をｌｏｍｏｌ％添加した。つづいて、この
混合粉末を用いて上記マトリックス多孔質体と同様な方
法によりシート状物を作製した。
次いで、前記マトリックス多孔質体上に前記シート状物
を重ね、５５０℃まで昇温し、該シート状物を溶融状態
とすることによりその混合アルカリ炭酸塩及びＭｇＣ０
，を多孔質体に含浸して厚さ０．５１１１１１の電解質
板を製造した。
を重ね、５５０℃まで昇温し、該シート状物を溶融状態
とすることによりその混合アルカリ炭酸塩及びＭｇＣ０
，を多孔質体に含浸して厚さ０．５１１１１１の電解質
板を製造した。
実施例２〜４
電解質としての混合アルカリ炭酸塩
（Ｌｉ □ＣＯ３； ８２ＩＩｌｏ１％、Ｋ２ ＣＯ３
；１８ｍｏｌ％）にＢａ ＣＯ３、Ｃａ ＣＯ３及びＳ
ｒ ＣＯ３をそれぞれ１ＯＩＩｌｏ１％添加した。つづ
いて、これら混合粉末を用いて実施例１でのマトリック
ス多孔質体の作製と同様な方法により３種のシート状物
を作製した。
；１８ｍｏｌ％）にＢａ ＣＯ３、Ｃａ ＣＯ３及びＳ
ｒ ＣＯ３をそれぞれ１ＯＩＩｌｏ１％添加した。つづ
いて、これら混合粉末を用いて実施例１でのマトリック
ス多孔質体の作製と同様な方法により３種のシート状物
を作製した。
次いで、実施例１と同様なマトリックス多孔質体上に前
記各シート状物を重ね、５５０℃まで昇温し、該シート
状物を溶融状態とすることによりその混合アルカリ炭酸
塩及びアルカリ土類炭酸塩（Ｂ ａ ＣＯ３、Ｃａ Ｃ
Ｏｉ又はＳｒ ＣＯ３）を多孔質体にそれぞれ含浸して
厚さ０．５ ｍｍの３種の電解質板を製造した。
記各シート状物を重ね、５５０℃まで昇温し、該シート
状物を溶融状態とすることによりその混合アルカリ炭酸
塩及びアルカリ土類炭酸塩（Ｂ ａ ＣＯ３、Ｃａ Ｃ
Ｏｉ又はＳｒ ＣＯ３）を多孔質体にそれぞれ含浸して
厚さ０．５ ｍｍの３種の電解質板を製造した。
比較例１〜３
まず、電解質としての混合アルカリ炭酸塩（Ｌｉ ２
ＣＯ３； ６２ｍｏｌ％、Ｋ２ＣＯ３；３ｇｌｌ１ｏ１
％）のみを用いて実施例１でのマトリックス多孔質体の
作製と同様な方法によりシート状物を作製した。つづい
て、気孔率５５％、４０％及び７０％のマトリックス多
孔質体（気孔率が５５％）上に前記シート状物を重ね、
５５０℃まで昇温し、該シート状物を溶融状態とするこ
とによりその混合アルカリ炭酸塩を多孔質体にそれぞれ
含浸して厚さ０．５ ｍｍの３種の電解質板を製造した
。
ＣＯ３； ６２ｍｏｌ％、Ｋ２ＣＯ３；３ｇｌｌ１ｏ１
％）のみを用いて実施例１でのマトリックス多孔質体の
作製と同様な方法によりシート状物を作製した。つづい
て、気孔率５５％、４０％及び７０％のマトリックス多
孔質体（気孔率が５５％）上に前記シート状物を重ね、
５５０℃まで昇温し、該シート状物を溶融状態とするこ
とによりその混合アルカリ炭酸塩を多孔質体にそれぞれ
含浸して厚さ０．５ ｍｍの３種の電解質板を製造した
。
比較例４
まず、電解質としての混合アルカリ炭酸塩（Ｌｊ ２
ｃｏ３； Ｂ２ｍｏｌ％、Ｋ２ＣＯ９；３８ｍｏｌ％）
に１０〜２０ｍ２／ｇのＬｉＡρ０２及びＬｉＡ、ＱＯ
２繊維を各々７０重量％、３０重量％配合し、アルミナ
ポットに入れ、トルエンを加えて２０時間混合、粉砕し
た後、乾燥した。次いで４６５℃、３００ ｋｇ／ｃｍ
２の条件で１時間プレス成形して厚さ０．２ｍｌ１１の
電解質板を製造した。
ｃｏ３； Ｂ２ｍｏｌ％、Ｋ２ＣＯ９；３８ｍｏｌ％）
に１０〜２０ｍ２／ｇのＬｉＡρ０２及びＬｉＡ、ＱＯ
２繊維を各々７０重量％、３０重量％配合し、アルミナ
ポットに入れ、トルエンを加えて２０時間混合、粉砕し
た後、乾燥した。次いで４６５℃、３００ ｋｇ／ｃｍ
２の条件で１時間プレス成形して厚さ０．２ｍｌ１１の
電解質板を製造した。
前記実施例１〜４及び比較例１〜４の各電解質板と、ニ
ッケルベースアロイからなるアノード、カソードと、ス
テンレス鋼からなるセパレータ、エツジシール板、孔開
き板、波板を用いて前述した第１図及び第２図に示す溶
融炭酸塩燃料電池を組立てた。各燃料電池のアノードに
燃料ガスとしてのＨ２８０ｖｏ１％とＣＯ２２０ｖｏ１
％の混合ガスを供給し、カソードに酸化剤ガスとしての
ａｉｒ ７０ｖｏ１％とＣＯ２３０ｖｏ１％の混合ガス
をそれぞれ供給し、６５０℃で１５０ ｍＡ ／ ｃｍ
２の負荷条件で発電試験を行なった。発電試験は、３０
００時間の連続運転を行ない、３０００時間経過後の電
池性能及び電解質ロス量を調べた。その結果を、下記第
１表に示す。
ッケルベースアロイからなるアノード、カソードと、ス
テンレス鋼からなるセパレータ、エツジシール板、孔開
き板、波板を用いて前述した第１図及び第２図に示す溶
融炭酸塩燃料電池を組立てた。各燃料電池のアノードに
燃料ガスとしてのＨ２８０ｖｏ１％とＣＯ２２０ｖｏ１
％の混合ガスを供給し、カソードに酸化剤ガスとしての
ａｉｒ ７０ｖｏ１％とＣＯ２３０ｖｏ１％の混合ガス
をそれぞれ供給し、６５０℃で１５０ ｍＡ ／ ｃｍ
２の負荷条件で発電試験を行なった。発電試験は、３０
００時間の連続運転を行ない、３０００時間経過後の電
池性能及び電解質ロス量を調べた。その結果を、下記第
１表に示す。
第１表から明らかなように５５％の気孔率を有するマト
リックス多孔質体に混合アルカリ炭酸塩のみを含浸させ
たアルカリ土類金属炭酸塩を含まない比較例１の電解質
板では、電解質ロスが３２％と多く、かつ電圧低下も１
８６ｍＶと大きい。これに対し、本実施例１〜４の電解
質板では３０００時間運転後でも電解質ロス量が２０％
以内で、電圧低下も５０ｍ Ｖ以内に抑えられることが
わかる。
リックス多孔質体に混合アルカリ炭酸塩のみを含浸させ
たアルカリ土類金属炭酸塩を含まない比較例１の電解質
板では、電解質ロスが３２％と多く、かつ電圧低下も１
８６ｍＶと大きい。これに対し、本実施例１〜４の電解
質板では３０００時間運転後でも電解質ロス量が２０％
以内で、電圧低下も５０ｍ Ｖ以内に抑えられることが
わかる。
また、気孔率が４０％以下のマトリックス多孔質体（気
孔率３５％）を用いた比較例２の電解質板では、内部抵
抗の増加により初期性能が４３５ｍＶと著しく低く 、
ａｏｏｏ時間の連続発電を行うことができなかった。一
方、気孔率が６５％以上のマトリックス多孔質体（気孔
率７０％）を用いた比較例３の電解質板では、初期のス
ランプにより初期性能が７１０ｍＶと著しく低く、さら
に負荷時での電圧低下が著しいため、３０００時間の連
続発電を行うことができなかった。更に、ホットプレス
により製造した比較例４の電解質板では電解質ロス量が
大きく 、３０００時間の連続運転により電圧が２８１
ｍＶも低下した。
孔率３５％）を用いた比較例２の電解質板では、内部抵
抗の増加により初期性能が４３５ｍＶと著しく低く 、
ａｏｏｏ時間の連続発電を行うことができなかった。一
方、気孔率が６５％以上のマトリックス多孔質体（気孔
率７０％）を用いた比較例３の電解質板では、初期のス
ランプにより初期性能が７１０ｍＶと著しく低く、さら
に負荷時での電圧低下が著しいため、３０００時間の連
続発電を行うことができなかった。更に、ホットプレス
により製造した比較例４の電解質板では電解質ロス量が
大きく 、３０００時間の連続運転により電圧が２８１
ｍＶも低下した。
実施例５〜８
気孔率６０％の多孔質ニッケルベースアロイからなるア
ノードに電解質としての混合アルカリ炭酸塩（Ｌｉ
ＣＯ３；６２ｍｏｌ％、Ｋ、Ｃｏ、；Ｈｍｏｌ％）を溶
融法により８０ｍｇ／ｃｍ２含浸させた。
ノードに電解質としての混合アルカリ炭酸塩（Ｌｉ
ＣＯ３；６２ｍｏｌ％、Ｋ、Ｃｏ、；Ｈｍｏｌ％）を溶
融法により８０ｍｇ／ｃｍ２含浸させた。
しかして、上記実施例１〜４の各電解質板、前記電解質
が含浸された気孔率６０％の多孔質質ニッケルベースア
ロイからなるアノード、電解質無添加の気孔率６０％の
多孔質質ニッケルベースアロイからなるカソードを用い
た以外、Ｅｘａｍｐｌｅ １−１で説明したのと同様な
第１図及び第２図に示す溶融炭酸塩燃料電池を組立てた
。各燃料電池のアットに燃料ガスとしてのＨ２８０ｖｏ
１％とＣＯ２２０ｖｏ１％の混合ガスを供給し、カソー
ドに酸化剤ガスとしてのａｉｒ ７０ｖｏ１％とＣ０２
３０ｖｏ１％の混合ガスをそれぞれ供給しながら１０時
間かけて６５０℃まで昇温した。この後、６５０℃で１
５０ｍＡ／ｃＩ１１２の負荷条件で発電試験を行なった
。発電試験は、３０００時間の連続運転を行ない、３０
００時間経過後の電池性能及び電解質ロス量を調べた。
が含浸された気孔率６０％の多孔質質ニッケルベースア
ロイからなるアノード、電解質無添加の気孔率６０％の
多孔質質ニッケルベースアロイからなるカソードを用い
た以外、Ｅｘａｍｐｌｅ １−１で説明したのと同様な
第１図及び第２図に示す溶融炭酸塩燃料電池を組立てた
。各燃料電池のアットに燃料ガスとしてのＨ２８０ｖｏ
１％とＣＯ２２０ｖｏ１％の混合ガスを供給し、カソー
ドに酸化剤ガスとしてのａｉｒ ７０ｖｏ１％とＣ０２
３０ｖｏ１％の混合ガスをそれぞれ供給しながら１０時
間かけて６５０℃まで昇温した。この後、６５０℃で１
５０ｍＡ／ｃＩ１１２の負荷条件で発電試験を行なった
。発電試験は、３０００時間の連続運転を行ない、３０
００時間経過後の電池性能及び電解質ロス量を調べた。
その結果、実施例５〜８の電解質板では３０００時間運
転後でも電解質ロス量が２５２６以内で、電圧低下も９
０ｍ Ｖ以内に抑えられることが確認された。
転後でも電解質ロス量が２５２６以内で、電圧低下も９
０ｍ Ｖ以内に抑えられることが確認された。
［発明の効果］
以上詳述した如く、本発明によれば発電特性を損うこと
なく、電解質板中の電解質の流出を低減化し、電解質ロ
スに伴う電解質板の抵抗増大、ガスクロスオーバの発生
を抑制でき、ひいては長時間の運転が可能な長寿命の溶
融炭酸塩型燃料電池を提供できる。
なく、電解質板中の電解質の流出を低減化し、電解質ロ
スに伴う電解質板の抵抗増大、ガスクロスオーバの発生
を抑制でき、ひいては長時間の運転が可能な長寿命の溶
融炭酸塩型燃料電池を提供できる。
第１図は本発明に係わる溶融炭酸塩型燃料電池の一般的
な構成を示す斜視図、第２図は第１図の燃料電池の要部
を分解して示す斜視図、第３図は電解質板の気孔率と電
気抵抗及びスランプ率との関係を示す特性図、第４図は
溶融炭酸燃料電池の基本構成を示す概略図である。 １１・・・アノード、１２・・・カソード、１３・・・
電解質板、１４・・・セパレータ、１９・・・マニホー
ルド、２１・・・燃料コガス、２２・・・酸化剤ガス、
２１．２４・・・供給管、２３．１２６・・・排出管。 一ノ 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦
な構成を示す斜視図、第２図は第１図の燃料電池の要部
を分解して示す斜視図、第３図は電解質板の気孔率と電
気抵抗及びスランプ率との関係を示す特性図、第４図は
溶融炭酸燃料電池の基本構成を示す概略図である。 １１・・・アノード、１２・・・カソード、１３・・・
電解質板、１４・・・セパレータ、１９・・・マニホー
ルド、２１・・・燃料コガス、２２・・・酸化剤ガス、
２１．２４・・・供給管、２３．１２６・・・排出管。 一ノ 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦
Claims (2)
- （１）保持材及び補強材からなる気孔率４０〜６５％の
多孔質体に混合アルカリ炭酸塩からなる電解質及びアル
カリ土類金属炭酸塩を溶融状態で含浸してなる電解質板
を備えたことを特徴とする溶融炭酸塩型燃料電池。 - （２）多孔質体に含浸されるアルカリ土類金属炭は、混
合アルカリ炭酸塩に対し５〜１５ｍｏｌ％の範囲である
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 (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1076058A JP2944097B2 (ja) | 1989-03-28 | 1989-03-28 | 溶融炭酸塩型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1076058A JP2944097B2 (ja) | 1989-03-28 | 1989-03-28 | 溶融炭酸塩型燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02256167A true JPH02256167A (ja) | 1990-10-16 |
| JP2944097B2 JP2944097B2 (ja) | 1999-08-30 |
Family
ID=13594175
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1076058A Expired - Fee Related JP2944097B2 (ja) | 1989-03-28 | 1989-03-28 | 溶融炭酸塩型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2944097B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012507129A (ja) * | 2008-10-30 | 2012-03-22 | コミッサリア ア レネルジー アトミーク エ オ ゼネルジ ザルタナテイヴ | 低剛性の電解質、およびそのような電解質を含む電気化学システム |
-
1989
- 1989-03-28 JP JP1076058A patent/JP2944097B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012507129A (ja) * | 2008-10-30 | 2012-03-22 | コミッサリア ア レネルジー アトミーク エ オ ゼネルジ ザルタナテイヴ | 低剛性の電解質、およびそのような電解質を含む電気化学システム |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2944097B2 (ja) | 1999-08-30 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |