JPH0244655A - 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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- JPH0244655A JPH0244655A JP63192667A JP19266788A JPH0244655A JP H0244655 A JPH0244655 A JP H0244655A JP 63192667 A JP63192667 A JP 63192667A JP 19266788 A JP19266788 A JP 19266788A JP H0244655 A JPH0244655 A JP H0244655A
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- electrolyte
- end cell
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- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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- H—ELECTRICITY
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- 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
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- 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
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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〕
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。
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。
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）。
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）。
（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。
（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。
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。
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。
（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）。
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）。
（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。
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。
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。
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。
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。
次のとおりである。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
くる電解質を長時間にわたって吸収、貯蔵する。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
（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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
は反対に少なくなっている。
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。
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。
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。
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。
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。
質を供給することができる。
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。
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。
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。
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。
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
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
Claims (1)
- 電解質層を介在して対向するアノードである燃料電極と
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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63192667A JPH0244655A (ja) | 1988-08-03 | 1988-08-03 | 溶融炭酸塩型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63192667A JPH0244655A (ja) | 1988-08-03 | 1988-08-03 | 溶融炭酸塩型燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0244655A true JPH0244655A (ja) | 1990-02-14 |
Family
ID=16295038
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63192667A Pending JPH0244655A (ja) | 1988-08-03 | 1988-08-03 | 溶融炭酸塩型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0244655A (ja) |
-
1988
- 1988-08-03 JP JP63192667A patent/JPH0244655A/ja active Pending
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