JPH0244655A - Molten carbonate fuel cell - Google Patents
Molten carbonate fuel cellInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、燃料電極と酸化剤電極とを有するセルと、
燃料ガス流路と酸化剤ガス流路とを分離するセパレータ
板とを交互に積層してなるスタックを備えた溶融炭酸塩
型燃料電池に関するものである。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention provides a cell having a fuel electrode and an oxidizer electrode;
The present invention relates to a molten carbonate fuel cell equipped with a stack formed by alternately laminating separator plates that separate a fuel gas flow path and an oxidant gas flow path.
第3図は例えば特開昭62−188177号公報に示さ
れた従来の溶融炭酸塩を燃料電池を示す斜視図であり、
図において、 (1) 、 (2)はそれぞれ燃料ガス
および酸化剤ガス供給用マニホールドであり、マニホー
ルド”(tl 、 (21とスタックのガスシール面に
はジルコニアフェルトなどのガスケット材が使用されて
いる。第4図は第3図のマニホールド(1)。FIG. 3 is a perspective view showing a conventional molten carbonate fuel cell disclosed in, for example, Japanese Unexamined Patent Publication No. 62-188177.
In the figure, (1) and (2) are manifolds for supplying fuel gas and oxidant gas, respectively, and gasket materials such as zirconia felt are used for the gas sealing surfaces of the manifolds (21 and 21) and the stack. .Figure 4 shows the manifold (1) in Figure 3.
(2)を外した状態を示す斜視図であり、図において、
(3)はセパレータ板で、アノードになる燃料電極(4
)に対向して設けられた燃料ガス流路と、カソードにな
る酸化剤電極(5)に対向して設けられた酸化剤ガス流
路とを分離している。(2) is a perspective view showing a state in which it is removed, and in the figure,
(3) is a separator plate, and the fuel electrode (4) is the anode.
) is separated from the oxidant gas flow path provided opposite to the oxidizer electrode (5) serving as the cathode.
溶融炭酸塩型燃料電池は、セルとセパレータ板(3)と
を交互に積層して形成されるスタックで、 (11)は
その上端に設けられたカソード端板、(12)は七の下
端に設けられたアノード端板(12)である。A molten carbonate fuel cell is a stack formed by alternately stacking cells and separator plates (3), in which (11) is a cathode end plate provided at its upper end, and (12) is a cathode end plate provided at its lower end. An anode end plate (12) is provided.
(6) 、 (7)は燃料ガス流路と酸化剤ガス流路と
にそれぞれ設けられた流路板、(8)は燃料電極(4)
と酸化剤電極(5)との間に介在した電解質層で、燃料
電極(4)、酸化剤電極(5)および電解質層(8)で
セルを構成している。この燃料電極(4)は、例えばニ
ッケルの多孔質板で形成され、酸化剤電極(5)は、例
えばNiOの多孔体で形成されている。また、電解質層
(8)はLiAl0zの多孔質体にLi2CO3−K2
CO3などの混合溶融塩を含浸したものが使われる。(
9)は酸化剤電極(5)を保持し1発生した電流を通過
せしめる酸化剤側の集電板、(10)は燃料側の集電板
(13)。(6) and (7) are flow path plates provided respectively in the fuel gas flow path and the oxidant gas flow path, and (8) is the fuel electrode (4).
The fuel electrode (4), the oxidant electrode (5), and the electrolyte layer (8) constitute a cell. The fuel electrode (4) is formed of, for example, a porous plate of nickel, and the oxidizer electrode (5) is formed of, for example, a porous body of NiO. In addition, the electrolyte layer (8) is made of Li2CO3-K2 in a porous body of LiAl0z.
A material impregnated with a mixed molten salt such as CO3 is used. (
9) is a current collector plate on the oxidizer side that holds the oxidizer electrode (5) and allows the generated current to pass therethrough; (10) is a current collector plate (13) on the fuel side.
(14)はそれぞれセパレータ板(3)K設けられ、電
池の内外を分離シールする燃料側ウェットシール部およ
び酸化剤側ウェットシール部である。(14) are a fuel side wet seal part and an oxidant side wet seal part, each of which is provided with a separator plate (3)K to separate and seal the inside and outside of the battery.
次に、この徨の溶融炭酸塩型燃料電池の動作について説
明する。燃料電池は、燃料ガス供給用マニホールド(1
)から供給される水素などの燃料ガスと、酸化剤ガス供
給用マニホールド(2)から供給される空気などの酸化
剤ガスの持つ化学エネルギーを、電気化学的な反応によ
って直接電気エネルギーにに換し、電力を得る装置であ
る。この電気化学反応を効率良く行なわせるために、一
般には多孔質な電極(41、(s)が使われる。Next, the operation of this molten carbonate fuel cell will be explained. The fuel cell has a fuel gas supply manifold (1
), and the chemical energy of the oxidizing gas such as air supplied from the oxidizing gas supply manifold (2) are directly converted into electrical energy through an electrochemical reaction. , is a device that obtains electric power. In order to carry out this electrochemical reaction efficiently, a porous electrode (41, (s)) is generally used.
燃料電極(4)および酸化剤電極(5)における反応は
次のとおりである。The reactions at the fuel electrode (4) and oxidizer electrode (5) are as follows.
燃料電池 H2+ C01−ζu20 +CO2+
2e ”(1)酸化剤11i極CO2+−02+ 2
e −) CO3−・・・(z1燃料電極(4)では、
式(llのように、燃料ガス流路を流れる燃料ガス中の
H2は電解質中のCOと反応し、水とCO2と電子とを
生成する。この電子は、燃料電極(4)を通して外部負
荷に送られた後、酸化剤電極(5)K流れこむ。酸化剤
電極(5)では、この電子とCOzおよび酸化剤ガス流
路を流れる酸化剤ガス中の02からC01−を生成し、
電解質層(8)中に溶解することによって電池反応が進
行する。Fuel cell H2+ C01-ζu20 +CO2+
2e ” (1) Oxidizer 11i pole CO2+ -02+ 2
e −) CO3−...(In the z1 fuel electrode (4),
As shown in equation (ll), H2 in the fuel gas flowing through the fuel gas flow path reacts with CO in the electrolyte to generate water, CO2, and electrons. These electrons are transferred to an external load through the fuel electrode (4). After being sent, K flows into the oxidant electrode (5).The oxidant electrode (5) generates CO1- from the electrons, COz, and 02 in the oxidant gas flowing through the oxidant gas flow path.
The battery reaction progresses by dissolving in the electrolyte layer (8).
従来の解融炭酸塩型燃料電池は、電気化学学会誌(J、
Electrochem、Soc、Val 、 133
、 p 105 )に力・されているようK、カソー
ド端セルおよびそれに近いセルの電解質が7ノード端セ
ルおよびそれに近いセルに運転中にマニホールド(1)
、 (21のシール用ガスケットを介してマイグレー
ション移動するため、第5図に示すようにカソード端セ
ルおよびそれに近いセルでは電解質不足が著しく、アノ
ード端セルおよびそれに近いセルでは電解質過剰になり
、内部抵抗が大きくなり電池特性が低下するという問題
点があった。Conventional molten carbonate fuel cells are described in the Journal of the Electrochemical Society (J,
Electrochem, Soc, Val, 133
, p 105) so that the electrolyte of the cathode end cell and the near cell is 7 in the manifold (1) during operation to the end cell and the near cell.
, (Because migration occurs through the sealing gasket of 21, as shown in Figure 5, there is a significant electrolyte shortage in the cathode end cell and the cells near it, and there is an excess of electrolyte in the anode end cell and cells near it, resulting in a decrease in internal resistance. There was a problem in that the battery characteristics became large and the battery characteristics deteriorated.
この発明は、上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、電解質移動による電池特性低下を防止でき
る溶融炭酸塩型燃料電池を得ることを目的とする。The present invention was made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to obtain a molten carbonate fuel cell that can prevent deterioration of cell characteristics due to electrolyte movement.
この発明に係る溶融炭酸塩型燃料電池は、カソード端セ
ル、アノード端セルがスタックの中間セルよりも多くの
電解質を貯蔵するようになっているものである。The molten carbonate fuel cell according to the invention is such that the cathode end cell and the anode end cell store more electrolyte than the middle cells of the stack.
この発明においては、電解質はカソード端セルからアノ
ード端セルに向けてマイグレーション移動しても、あら
かじめカソード端セルには多量の電解質が貯蔵されてい
るので、長時間にわたって電解質はγノード端セル方向
に向けて供給される。In this invention, even if the electrolyte migrates from the cathode end cell to the anode end cell, a large amount of electrolyte is stored in the cathode end cell in advance, so the electrolyte will migrate toward the γ node end cell over a long period of time. will be supplied to
一方、アノード端セルではカソード端セルから移動して
くる電解質を長時間にわたって吸収、貯蔵する。On the other hand, the anode end cell absorbs and stores electrolyte moving from the cathode end cell for a long time.
以下、この発明の一実施例を図について説明する。第1
図において、(15)はカソード端セルの多孔質体で形
成された燃料ガス流路、(17)はウェットシール部(
13)の下方に設けられた多孔質体のスペーサである。An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1st
In the figure, (15) is the fuel gas flow path formed by the porous material of the cathode end cell, and (17) is the wet seal part (
13) is a porous spacer provided below.
ここでは、燃料ガス流路(16)、スペーサ(17)の
材質、気孔度、平均細孔径は燃料電極(15)と同じも
のを用いている。Here, the material, porosity, and average pore diameter of the fuel gas flow path (16) and spacer (17) are the same as those of the fuel electrode (15).
電池運転初期には燃料電極(15)、燃料ガス流路(1
6)、スペーサ(17)の空孔体積の50〜90%は電
解質であるLizCOs−KzCO3(62: 38m
o1%)が貯蔵されている。(18)はカソード端セル
の酸化剤電極でやはり他のセルより厚く作られており、
電解質も他のセルより多く空孔体積の40〜60%貯麓
されている。At the beginning of battery operation, the fuel electrode (15) and the fuel gas flow path (1
6), 50 to 90% of the pore volume of the spacer (17) is an electrolyte, LizCOs-KzCO3 (62: 38m
o1%) is stored. (18) is the oxidizer electrode of the cathode end cell, which is also made thicker than other cells,
Electrolyte is also stored at the base of 40 to 60% of the pore volume, which is higher than in other cells.
(19)はアノード端セルの燃料電極で、燃料電極(1
5)と同様に他のセルの燃料電極(4)に比らべて厚く
作っである。(20)も燃料ガス流路(16)と同様の
燃料ガス流路であり、(21)はウェットシール部(1
3)の−万に設けられた多孔質体のスペーサーで、燃料
ガス流路(20)、スペーサ(21)の材質、気孔質、
平均細孔径は、燃料電極(19)と同じものを用いてい
る。また、燃料電極(19)、燃料ガス流路(20)、
スペーサ(21)の運転初期の電解質量は空孔体積の5
〜10%になるように設定されている。(22)はアノ
ード端セルの酸化剤電極で、他のセルよりも厚く、また
電解質量も他のセルより少なく空孔体積の20%程度に
貯蔵されている。(19) is the fuel electrode of the anode end cell, and the fuel electrode (19) is the fuel electrode of the anode end cell.
Similar to 5), it is made thicker than the fuel electrode (4) of other cells. (20) is also a fuel gas flow path similar to the fuel gas flow path (16), and (21) is a wet seal portion (1
3) - A porous spacer provided at 10,000, the fuel gas flow path (20), the material of the spacer (21), the porous nature,
The average pore diameter used is the same as that of the fuel electrode (19). In addition, a fuel electrode (19), a fuel gas flow path (20),
The electrolyte mass of the spacer (21) at the initial stage of operation is 5 of the pore volume.
It is set to be ~10%. (22) is the oxidizer electrode of the anode end cell, which is thicker than the other cells and has a smaller amount of electrolyte than the other cells, which is stored in about 20% of the pore volume.
上記のように構成された溶融炭酸塩型燃料電池において
は、スタックの電解質移動はカソード端セルからアノー
ド端セルへ向けて、マニホールドシール用ガスケットを
通して起きる。本実施例では、カソード端セルの電極(
15)、(inを他のセルより厚(設計し電解質量も、
空孔体積の50〜b
料ガス流路(16)およびスペーサー(17)も燃料電
極(15)と同じ多孔質体で形成されており電解質を多
量に貯蔵している。したがって、カソード端セルは、長
時間にわたって電解質をアノード端セル方向へ供給でさ
る。In a molten carbonate fuel cell constructed as described above, stack electrolyte migration occurs from the cathode end cell to the anode end cell through the manifold sealing gasket. In this example, the cathode end cell electrode (
15), (in is thicker than other cells (designed and the electrolyte mass is also
The pore volume is 50-b.The material gas flow path (16) and spacer (17) are also formed of the same porous material as the fuel electrode (15), and store a large amount of electrolyte. Therefore, the cathode end cell is supplied with electrolyte towards the anode end cell for an extended period of time.
また、アノード端セルもカソード端セルと同様に電解質
の貯蔵スペースな太ざくするために、厚い’lit極(
in、(22)で設計し、多孔質体で形成した燃料ガス
流路(20)およびスペーサ(21)を採用している。Similarly to the cathode end cell, the anode end cell also has a thick 'lit electrode (
(22), and employs a fuel gas flow path (20) and a spacer (21) made of a porous material.
しかし、運転初期の電解質量てん量はカソード端セルと
は反対に少なくなっている。However, the electrolyte capacity at the beginning of operation is smaller than that of the cathode end cell.
したがって、アノード端セルではカソード端セルから移
動してくる電解質を長時間にわたって吸収、貯蔵するこ
とができる。Therefore, the anode end cell can absorb and store electrolyte moving from the cathode end cell for a long time.
なお、上記実施例では、カソード端板(II)K電解質
添加口を設けなかったが、第2図のような電解質添加口
に電解質添加パイプ(24)の付いたカソード端板(2
3)を使ってもよい。これにより。In the above embodiment, the cathode end plate (II) K was not provided with an electrolyte addition port, but the cathode end plate (II) with an electrolyte addition pipe (24) attached to the electrolyte addition port as shown in FIG.
3) may be used. Due to this.
カソード端セルに電解質が不足した場合に外部から電解
質を供給することができる。When the cathode end cell runs out of electrolyte, electrolyte can be supplied from the outside.
また、上記実施例では、外部マニホールド式の溶融炭酸
塩型燃料電池の場合について説明したが、内部マニホー
ルド式のスタックであってもMWの効果を萎する。Further, in the above embodiments, the case of an external manifold type molten carbonate fuel cell has been described, but even if an internal manifold type stack is used, the MW effect is reduced.
以上説明したように、この発明の溶融炭酸塩型燃料電池
によれば、カソード端セル、アノード端セルがスタック
の中間セルよりも多くの電解質を貯蔵するようになって
いるので、電解質移動による電池特性の低下を防止する
ことができるという効果がある。As explained above, according to the molten carbonate fuel cell of the present invention, the cathode end cell and the anode end cell store more electrolyte than the middle cells of the stack, so that the electrolyte movement causes This has the effect of preventing deterioration of characteristics.
第10は、この発明の一実施例による溶融炭酸塩型燃料
電池を示す斜視図、第2図はこの発明の変形例を示す正
面図、第3図は従来の溶融炭酸塩形燃料電池の一例を示
す斜視図、第4図は纂3図のマニホールドを外した状態
での溶融炭酸塩形燃料電池を示す斜視図、第5図は従来
の燃料電池の電解質量の経時変化を示す図である。
図において、(3)はセパレータ板、(4)は燃料電極
、(5)はば化剤電極、(8)は’!解賞層、(15)
はカソード端セルの燃料電極、(18)はカソード端セ
ルのは化剤titm、(19)はアノード端セルの燃料
電極、(22)はアノード端セルの酸化剤[4である。
なお、各図中、同一番号は、同一部分または、相当部分
を示す。
代理人 曾 我 道 照
4 虜科電掬
5 酵イL簀ηf橙
sat界π1
18 刀ソード場飴tI+111化帽r1打区19
7ノード痛tlLのtこ1ji4に22 7ノードA覧
Q+(、のめ槓ぺ看H電榴昂4図10 is a perspective view showing a molten carbonate fuel cell according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a front view showing a modification of the present invention, and FIG. 3 is an example of a conventional molten carbonate fuel cell. FIG. 4 is a perspective view showing the molten carbonate fuel cell with the manifold shown in FIG. 3 removed, and FIG. . In the figure, (3) is a separator plate, (4) is a fuel electrode, (5) is a fogging agent electrode, and (8) is '! Award layer, (15)
is the fuel electrode of the cathode end cell, (18) is the oxidizing agent titm of the cathode end cell, (19) is the fuel electrode of the anode end cell, and (22) is the oxidizing agent [4] of the anode end cell. Note that the same numbers in each figure indicate the same or equivalent parts. Agent Zeng Wa Dao Teru 4 Prisoner Denki 5 Fermentation L ηf Orange Sat Kai π 1 18 Katana Sword Field Candy tI + 111 Hat R1 Stroke Section 19
7 node pain tlL's tko1ji4 22 7 node A view Q +
Claims (1)
カソードである酸化剤電極とを有するセルと、前記燃料
電極に対向して設けられた燃料ガス流路と前記酸化剤電
極に対向して設けられた酸化剤ガス流路とを分離するセ
パレータ板とを交互に積層してなるスタック、並びに前
記燃料ガス流路と前記酸化剤ガス流路にそれぞれ燃料ガ
スと酸化剤ガスを供給するマニホールドを備えた溶融炭
酸塩型燃料電池において、前記スタックのカソード端セ
ル、スタックのアノード端セルがスタックの中間セルよ
りも多くの電解質を貯蔵するようになつていることを特
徴とする溶融炭酸塩型燃料電池。A cell having a fuel electrode as an anode and an oxidizer electrode as a cathode facing each other with an electrolyte layer interposed therebetween, a fuel gas flow path provided opposite to the fuel electrode, and a fuel gas flow path provided opposite to the oxidizer electrode. a stack formed by alternately laminating separator plates that separate the oxidant gas flow path and the oxidant gas flow path, and a manifold that supplies fuel gas and oxidant gas to the fuel gas flow path and the oxidant gas flow path, respectively. A molten carbonate fuel cell according to claim 1, wherein the cathode end cell of the stack and the anode end cell of the stack are adapted to store more electrolyte than the intermediate cells of the stack. .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63192667A JPH0244655A (en) | 1988-08-03 | 1988-08-03 | Molten carbonate fuel cell |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63192667A JPH0244655A (en) | 1988-08-03 | 1988-08-03 | Molten carbonate fuel cell |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0244655A true JPH0244655A (en) | 1990-02-14 |
Family
ID=16295038
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63192667A Pending JPH0244655A (en) | 1988-08-03 | 1988-08-03 | Molten carbonate fuel cell |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0244655A (en) |
-
1988
- 1988-08-03 JP JP63192667A patent/JPH0244655A/en active Pending
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