JPH0227665A - 溶融炭酸塩型燃料電池の電解質板 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は溶融炭酸塩型燃料電池の電解質板に係り、特
に電解質保持性と耐割れ性に優れる電解質板に関する。

（従来の技術〕 溶融炭酸塩型燃料電池は、電解質板の両側にアノード電
極とカソード電極を配置して構成されており、これらの
電極にそれぞれアノードガスとカソードガスが供給され
、電極の内部にてそれぞれアノード反応およびカソード
反応が連続的に起こり、発電する仕組みである。ここで
、電解質板には、次の機能がある。

■両側に供給されているアノードガスとカソードガスを
遮断する。

■アノード電極とカソード電極を電子的に絶縁する。

■カソード側からアノード側に向かって連続的に炭酸イ
オンを伝達する。

そのために電解質板としては ■運転中に割れないこと。

■電子絶縁が破壊されない程度の厚さがあること。

■内部に充分な量の電解質を保持しており、炭酸イオン
の移動に伴う抵抗が小さいこと。

等の性質が必要とされる。

そこで、これらの性質を満足させるために、従来は例え
ば特開昭５８−１１７６５６号公報に開示されているよ
うに、電解質板の主材料であるγ−リチウムアルミネー
トに径の大きい粒子を混合して電解質板の割れを防止す
る方法、あるいは特開昭５９−２０３３７１号公報や特
開昭６１−２２５７７２号公報、特開昭６２−２４５６
６号公報に開示されているように、繊維状の材料を添加
し、電解質板の割れを防止する方法等が知られている。

また、この他の方法としては、特開昭６２−２９５３６
１号公報に開示されているように、電解質マトリックス
の内部に板状の補強材を入れる方法、特開昭６１−２８
１４７０号公報に開示されているように、電解質マトリ
ックスを構成する粒子の大きさを電解質マトリックスの
厚さ方向において変化させることにより、電解質板中の
電解質の移行散逸を防止する方法等が知られている。

〔発明が解決しようとする！！！題〕

しかしながら、これらの従来の方法にあってはいずれも
１枚の電解質板に上記所要の３つの機能を同時にもたせ
ようとしているために電解質板を割れに＜＜シようとす
ると電解質の保持能力が低下し、逆に保持能力を上げよ
うとすると割れが発生するという状況で充分満足できる
ものがなかった。

この発明は上述の点に鑑みてなされ、その目的は上記所
要機能を１枚の電解質板に集約せず複数の層で電解質板
を構成し各層に機能分離させるようにして、所要機能を
全て満足する溶融炭酸塩型燃料電池の電解質板を提供す
ることにある。

〔課題を解決するための手段〕

上述の目的はこの発明によれば電解質によって含浸され
るとともにアノード電極４ａとカソード電極４ｂとによ
り挟持される溶融炭酸塩型燃料電池の電解質板５におい
て、少なくとも金属粒子を焼結して形成されるガス絶縁
層５ａと、γ−リチウムアルミネートの粒子を含む電子
絶縁層５ｂとを備えることによって達成される。

ガス絶縁層５ａは燃料ガスと反応ガスとが相互に混合す
るのを防止する。ガス絶縁層は金属粒子を焼結して、ま
たは金属粒子とγ−リチウムアルミネート等の電解質保
持材とを混合焼結して、あるいはまた金属粒子と電解質
保持材とアルミナビーズ等の割れ防止材とを混合焼結し
て調製される。

いずれも多孔質であり電解質を充分に保持することがで
きるように調製される。電子絶縁層５ｂはＴ−リチウム
アルミネートの粒子を焼結しであるいはγ−リチウムア
ルミネートと割れ防止材とを混合焼結して調製される。

いずれも多孔質であり電解質を充分保持することができ
るように調製される。

〔作用〕

焼結された金属粒子は細孔径が小さくして電解質保持能
力を高めても、熱的に破損することがない、電子絶縁層
はセラミックスよりなりアノード電極とカソード電極を
電子的に絶縁する。

〔実施例〕

次にこの発明の実施例を図面に基いて説明する。

第１図はこの発明の実施例に係る電解質板５を使用する
溶融炭酸塩型燃料電池の模式断面図である。

電解質板５はガス絶縁層５ａと電子絶縁層５ｂとからな
る。この電解質板５はアノード電極４ａとカソード電極
４ｂによってサンドイッチされる。

アノードセル枠８ａとカソードセル枠８ｂとが両側より
電極と異なる部位で電解質板５を挟持する。

アノード波板６ａ、カソード波板６ｂがそれぞれアノー
ド電極とカソード電極とをアノード波板６ａとカソード
波板６ｂのスプリング使用で電解質板におしつける。ア
ノードガス室７ａとカソードガス室７ｂにはそれぞれ燃
料ガスと酸化性ガスがアノードガス供給口９ａ、カソー
ドガス供給口９ｂより供給され、電気化学反応を終了し
たガスはアノードガス排出口１０ａとカソードガス排出
口１０ｂより排出される。

このような溶融炭酸塩型燃料電解質板５は以下のように
して調製される。

比表面積が約１２ｒｒｆ／ｇのＴ−リチウムアルミネー
トと、粒子径が約４０μｍのアルミナビーズを混合した
後に、これにイソプロピルアルコールとトルエンの混合
溶媒を添加し、十分に粉砕混合した。

この後に可塑剤としてポリエチレングリコールを添加し
、さらにバインダーとしてポリビニルブチラールを添加
し混合の後にドクターブレード法により、グリーンシー
トを作製する（シートＡ）。

平均粒子径が約４μ曽の酸化ニッケルと比表面積が約２
２ｒｒｆ／ｇのγ−リチウムアルミネートを混合の後に
、これにイソプロピルアルコールとトルエンの混合溶媒
を添加し、十分に混合した。この後にポリエチレングリ
コールを添加し、さらにポリビニルブチラールを添加混
合の後に、真空脱気して、スラリー中の気泡を除去した
後に、ドクターブレード法により、グリーンシートを作
製する（　シ　−ト　Ｂ　）　。

次に、炭酸リチウムと炭酸カリウムの比がモル比で６２
／３８の共晶塩をイソプロピルアルコールとトルエンの
混合溶媒に分散させ、これにポリエチレングリコールと
ポリビニルブチラールを添加し、十分に混合の後にドク
ターブレード法により、グリーンシートを作製する（シ
ートＣ）。

出来上がった３枚のシートをＡ−Ｃ−Ｂの順番に重ね５
０　ｋｇ　／　ｃｄの圧力でプレスして、最終的なグリ
ーンシートを得る（シートＤ）。

シートＤの性能を確認するために、第１図に示すような
電池を構成し、電気炉の中にセットし、昇温する。所定
の温度にてシートＤの中のバインダーを除去した後に温
度を５２０°Ｃまで徐々にあげ、シートＣの共晶塩を溶
融させた後に温度を６５０℃まで上昇させる。この温度
にて、電池を加圧し、試料に２ｋｇ／ｃ４の圧力がかか
るようにする。シートの性能として、シートの耐圧力が
測定される。

その結果が第２図曲線１２に示される。第２図のデータ
は同一のシートＤより切り出した試料を個別に組立て、
試験を行った結果である。

シートをＡ−Ｂ−Ｃの順に重ねても同様な結果が得られ
る。

（比較例） 比表面積が２２ｒｄ／ｇのγ−リチウムアルミネートと
粒子径が約４０ｐｍのアルミナビーズと繊維長さが約２
００μ−のアルミナファイバーを混合し、これをイソプ
ロピルアルコールとトルエンの混合溶媒に分散させる。

さらにこの分散液にポリエチレングリコールとポリビニ
ルブチラールを添加し、十分に混合の後にドクターブレ
ード法により、グリーンシートを作製する（これをシー
トＥとする）。

シートＥと実施例１において作製したシートＣを重ねあ
わせ、実施例に示す方法と同じ方法にて、シートＥの性
能を試験した。この結果は第２図曲線１２　に示される
。

第２図より明らかなように、実施例の場合と比較して、
耐圧力の絶対値が低く、しかも経時的な変化が大きく、
比較例と実施例を比べた場合、実施例の方が、優れてい
ることが分かる。

尚、実施例と比較例において、アノード電極とカソード
電極の間の絶縁性には、差が見受けられなかった。

〔発明の効果〕

この発明によれば、電解、質によって含浸されるととも
にアノード電極とカソード電極とにより挟持される溶融
炭酸塩型燃料電池の電解質板において、少なくとも金属
粒子を焼結して形成されるガス絶縁層と、γ−リチウム
アルミネートの粒子を含む電子絶縁層とを備えるので、
ガス絶縁層の焼結された金属粒子によって電解質の保持
性と耐割れ性が高まる。一方電子絶縁層によりアノード
電極とカソード電極とが電子的に絶縁され、電解質に要
求される３つの機能を全て備える溶融炭酸塩型燃料電池
の電解質板を供給することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）電解質によって含浸されるとともにアノード電極と
   カソード電極とにより挟持される溶融炭酸塩型燃料電池
   の電解質板において、少なくとも金属粒子を焼結して形
   成されるガス絶縁層と、γ−リチウムアルミネートの粒
   子を含む電子絶縁層とを備えることを特徴とする溶融炭
   酸塩型燃料電池の電解質板。