JPH0282458A - 溶融炭酸塩燃料電池 - Google Patents
溶融炭酸塩燃料電池Info
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- JPH0282458A JPH0282458A JP63232802A JP23280288A JPH0282458A JP H0282458 A JPH0282458 A JP H0282458A JP 63232802 A JP63232802 A JP 63232802A JP 23280288 A JP23280288 A JP 23280288A JP H0282458 A JPH0282458 A JP H0282458A
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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
-
- 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
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
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- General Chemical & Material Sciences (AREA)
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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】
（イ）産業上の利用分野
本発明は溶融炭酸塩を電解質とする燃料電池に係り、特
に電解質板と接するガス分離板のシール面耐食構成に関
するものである。
に電解質板と接するガス分離板のシール面耐食構成に関
するものである。
（ロ）従来の技術
溶融炭酸塩燃料電池は、第１図の分解斜面図に示すよう
、電解質板（］）の両面に夫々アノード極（２）・カソ
ード極（３）を配置したセル（４）と、前記各極背面に
各反応ガス供給室を形成するガス分離板（５）とを交互
に積重し、上下端板（図示せず）間で積重方向に締付け
て電池スタックに構成される。この場合ステンレス鋼製
ガス分離板（５）のシール面（６）は電解質板（１）の
周辺部に密接してウェットシール部を構成し、燃料ガス
と酸化剤ガスのリークを防止するようにしている。しか
し、電解質である溶融炭酸塩は腐食性が強いため長期の
使用によりガス分離板（５）のシール面が腐食されてシ
ール性が低下し、各反応ガスのリーク及びクロスリーク
を生じる。
、電解質板（］）の両面に夫々アノード極（２）・カソ
ード極（３）を配置したセル（４）と、前記各極背面に
各反応ガス供給室を形成するガス分離板（５）とを交互
に積重し、上下端板（図示せず）間で積重方向に締付け
て電池スタックに構成される。この場合ステンレス鋼製
ガス分離板（５）のシール面（６）は電解質板（１）の
周辺部に密接してウェットシール部を構成し、燃料ガス
と酸化剤ガスのリークを防止するようにしている。しか
し、電解質である溶融炭酸塩は腐食性が強いため長期の
使用によりガス分離板（５）のシール面が腐食されてシ
ール性が低下し、各反応ガスのリーク及びクロスリーク
を生じる。
このようなウェットシール部の腐食を防止するため、ガ
ス分離板のシール面にアルミナもしくはジルコニアなど
のセラミックス被覆層を設けることは周知である。しか
し金属（ステンレス′に４）の上に直接被覆されたセラ
ミックス層は密着性が必ずしも良好でなく、特に電池の
運転・停止によるヒートサイクルを受けると両者の熱膨
張率の差により、セラミックス被覆層のひび割れ、はく
離などが生じ、ガスシール性が低下するという問題があ
った。
ス分離板のシール面にアルミナもしくはジルコニアなど
のセラミックス被覆層を設けることは周知である。しか
し金属（ステンレス′に４）の上に直接被覆されたセラ
ミックス層は密着性が必ずしも良好でなく、特に電池の
運転・停止によるヒートサイクルを受けると両者の熱膨
張率の差により、セラミックス被覆層のひび割れ、はく
離などが生じ、ガスシール性が低下するという問題があ
った。
（ハ）発明が解決しようとする課題
本発明は前記欠点を解消し長時間に亘って、良好なガス
シール性を維持するシール面の耐食層を提供するもので
ある。
シール性を維持するシール面の耐食層を提供するもので
ある。
（ニ）課題を解決するための手段
本発明はガス分離板の電解質板と密接するシール面に、
炭素・窒素・ホウ素・ケイ素から選ばれた元素と周期表
ＩＶａ族・Ｖａ族・Ｖｉａ族から選ばれた金属との化合
物からなる第１層（下地層）と、アルミナもしくはジル
コニアからなる第２層との二層被覆層を形成したことを
特徴とする。
炭素・窒素・ホウ素・ケイ素から選ばれた元素と周期表
ＩＶａ族・Ｖａ族・Ｖｉａ族から選ばれた金属との化合
物からなる第１層（下地層）と、アルミナもしくはジル
コニアからなる第２層との二層被覆層を形成したことを
特徴とする。
（ホ）作用
本発明ではガス分離板のシール面とアルミナもしくはジ
ルコニア層との間に介在する前記化合物層（下地層）が
ステンレス鋼とセラミックス層とのほぼ中間の熱膨張率
を有するため、セラミックス層との密着性が良好となる
と共にヒートサイクルによるセラミックス層のひび割れ
やはく離などを生ずることなく長期に亘って安定なガス
シールを保持させることができる。
ルコニア層との間に介在する前記化合物層（下地層）が
ステンレス鋼とセラミックス層とのほぼ中間の熱膨張率
を有するため、セラミックス層との密着性が良好となる
と共にヒートサイクルによるセラミックス層のひび割れ
やはく離などを生ずることなく長期に亘って安定なガス
シールを保持させることができる。
（へ）実施例
第１図は溶融炭酸塩燃料電池の要部分解斜面図、第２図
は本発明ガス分離板の斜面図、第３図は同上の要部拡大
１ｔｌｉ面図である。
は本発明ガス分離板の斜面図、第３図は同上の要部拡大
１ｔｌｉ面図である。
本発明によるシール面の耐食層は次のようにして形成さ
れる。先ずガス分離板（５）は、そのシール面（６）を
除き、マスキングを施した後プラズマ溶射により第３図
に示すようシール面（６）上に化合物層（７）を形成す
る（厚み１〜５７１ｍ ）。この化合物層（７）は、周
期表ｒＶａ族・Ｖａ族・Ｖｌａ族に属するＴｉ、Ｔａ、
Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｖ、ＣｒＷ等から選ばれた金属の炭
素化合物、窒素化合物、ホウ素化合物、ケイ素化合物で
あり、本発明実施例ではＴ ｉ Ｃ，Ｔ ｉ Ｎ、Ｔ
ｉ Ｂ、及びＴｉＳ、を用いた。ついでこの化合物層（
７）上に同じくプラズマ１８射によりアルミナもしくは
ジルコニアからなるセラミックス層（８）を形成した（
厚み１〜５）ｌ、ｍ）。
れる。先ずガス分離板（５）は、そのシール面（６）を
除き、マスキングを施した後プラズマ溶射により第３図
に示すようシール面（６）上に化合物層（７）を形成す
る（厚み１〜５７１ｍ ）。この化合物層（７）は、周
期表ｒＶａ族・Ｖａ族・Ｖｌａ族に属するＴｉ、Ｔａ、
Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｖ、ＣｒＷ等から選ばれた金属の炭
素化合物、窒素化合物、ホウ素化合物、ケイ素化合物で
あり、本発明実施例ではＴ ｉ Ｃ，Ｔ ｉ Ｎ、Ｔ
ｉ Ｂ、及びＴｉＳ、を用いた。ついでこの化合物層（
７）上に同じくプラズマ１８射によりアルミナもしくは
ジルコニアからなるセラミックス層（８）を形成した（
厚み１〜５）ｌ、ｍ）。
に
のようにしてシール面（キ）に形成された二層被覆層（
９）の厚みは２〜１０μｍ程度であり、これ以−ヒ厚く
するとはく離しやすくなるため１０／Ｊｍ以下、特に５
〜６μｍ程度が望ましい。
９）の厚みは２〜１０μｍ程度であり、これ以−ヒ厚く
するとはく離しやすくなるため１０／Ｊｍ以下、特に５
〜６μｍ程度が望ましい。
このような耐食層（９）を有するガス分離板（５）を用
いて電池に組立てた。第４図は単セルの模式的断面図を
示す。
いて電池に組立てた。第４図は単セルの模式的断面図を
示す。
電池は６５０℃まで昇温後、燃料ガスとして８０％Ｉ（
、−２０％ＣＯ７の混合ガスをアノード極（２）に、酸
化剤ガスとして７０％空気−３０％ＣＯ７の混合ガスを
カソード極（３）に夫々供給し、電池特性を測定した。
、−２０％ＣＯ７の混合ガスをアノード極（２）に、酸
化剤ガスとして７０％空気−３０％ＣＯ７の混合ガスを
カソード極（３）に夫々供給し、電池特性を測定した。
比較のため、シール面にプラズマ溶射てアルミナもしく
はジルコニアのみからなる耐食層を形成した従来電池に
ついても同様の測定を行った。
はジルコニアのみからなる耐食層を形成した従来電池に
ついても同様の測定を行った。
第５図の特性図は１５０ ｍＡ／ｃｍ”の放電電流密度
での平均単セル電圧の経時変化及び開路電圧を示したら
のである。尚４００時間及び８００時間経過時に運転（
６５０℃）−停止（２０℃）−再運転のヒートサイクル
テストを行った。
での平均単セル電圧の経時変化及び開路電圧を示したら
のである。尚４００時間及び８００時間経過時に運転（
６５０℃）−停止（２０℃）−再運転のヒートサイクル
テストを行った。
従来電池ＣＢ）ではヒートサイクル後に電圧が低下し、
その時の燃料ガス出口のガス組成を分析するとＮ、ｉが
４００時間後５％、ＳＯＯ時間？＆ ｌ ２９ｉであっ
た。これはシール面の気密性が低下し反応ガスの混合が
生じたためである。−力木発明電池（Ａ）ではヒートサ
イクル後ら電圧の低下は見られず、燃料ガス出口のガス
組成分析結果らＮｉ量が４００時間後０．７％及び８０
０時間後１．４％と少なかった。
その時の燃料ガス出口のガス組成を分析するとＮ、ｉが
４００時間後５％、ＳＯＯ時間？＆ ｌ ２９ｉであっ
た。これはシール面の気密性が低下し反応ガスの混合が
生じたためである。−力木発明電池（Ａ）ではヒートサ
イクル後ら電圧の低下は見られず、燃料ガス出口のガス
組成分析結果らＮｉ量が４００時間後０．７％及び８０
０時間後１．４％と少なかった。
又１０００時間後時間後終了し電池を分解したところ従
来電池の耐食層にひび割れがみられたのに対し、本発明
の二層耐食層では認められなかった。
来電池の耐食層にひび割れがみられたのに対し、本発明
の二層耐食層では認められなかった。
尚上記実施例で用いたＴｉＣ，ＴｉＮ、ＴｉＢ７、及び
Ｔｉ５ｚなどの化合物の他、ガス分離板との良好な密着
性を維持でき、その熱膨張率が１０’ −１，０−’
（１／ｄｅｇ） 程度で、耐熱性と成程度の耐食性を
有する化合物も用いることができる。このような化合物
を列記すれば次の通りである。
Ｔｉ５ｚなどの化合物の他、ガス分離板との良好な密着
性を維持でき、その熱膨張率が１０’ −１，０−’
（１／ｄｅｇ） 程度で、耐熱性と成程度の耐食性を
有する化合物も用いることができる。このような化合物
を列記すれば次の通りである。
（１）炭素化合物
’「ａＣ，ＺｒＣ，ＨｆＣ，ＮｂＣ，ＶＣ。
Ｃｒ、Ｃ，、ＷＣなど
（２）窒素化合物
Ｔａｇ、ＺｒＮ、ＨｆＮ、ＮｂＮ、ＶＮ、Ｃｒｙ、ＷＮ
など （３） ホウ素化合物 ＴａＢ、ＺｒＢｔ、ＨｆＢ２、Ｎ ｂ Ｂ ＋、＼ｌＢ
、、Ｃｒ Ｂ １、Ｗ、Ｂなど （４）ケイ素化合物 Ｔ ａ Ｓ ＋ ｔ、ＺｒＳｉ、、Ｎ ｂ Ｓ ｌ ！
Ｖ Ｓ １ｒ、（：ｒＳｉｔ、ＷＳｉ、など（ト）発明
の効果 本発明ではガス分離板の電解質板と接するシール面に、
アルミナもしくはジルコニアのセラミックス耐食層を形
成するに先立ち、予め下地層としてステンレス鋼とセラ
ミックス層とのほぼ中間の熱膨張率を有する特別の化合
物層を被覆したので、セラミックス層の密着性が良好と
なると共にヒートサイクルによるセラミックス層のひび
割れやはく離を生ずることがなく、溶融炭酸塩に対する
シール面の耐食性を著しく改善し、長期に亘って安全な
ガスシール性を維持することができる。
など （３） ホウ素化合物 ＴａＢ、ＺｒＢｔ、ＨｆＢ２、Ｎ ｂ Ｂ ＋、＼ｌＢ
、、Ｃｒ Ｂ １、Ｗ、Ｂなど （４）ケイ素化合物 Ｔ ａ Ｓ ＋ ｔ、ＺｒＳｉ、、Ｎ ｂ Ｓ ｌ ！
Ｖ Ｓ １ｒ、（：ｒＳｉｔ、ＷＳｉ、など（ト）発明
の効果 本発明ではガス分離板の電解質板と接するシール面に、
アルミナもしくはジルコニアのセラミックス耐食層を形
成するに先立ち、予め下地層としてステンレス鋼とセラ
ミックス層とのほぼ中間の熱膨張率を有する特別の化合
物層を被覆したので、セラミックス層の密着性が良好と
なると共にヒートサイクルによるセラミックス層のひび
割れやはく離を生ずることがなく、溶融炭酸塩に対する
シール面の耐食性を著しく改善し、長期に亘って安全な
ガスシール性を維持することができる。
第１図は溶融炭酸塩燃料電池の要部分解斜面図、第２図
は本発明によるガス分離板の斜面図、第３図は同上の要
部拡大断面図、第４図は本発明による単セルの模式的な
断面図、第５図は電池性能を比較して示す特性図である
。 ｌ：を解質板、２ニアノード極、３：カソー ド極、５
：ガス分離板、６：シール面、７；化合物層（第１層）
、８：セラミックス層（第２層）、９ニニ層耐食層。
は本発明によるガス分離板の斜面図、第３図は同上の要
部拡大断面図、第４図は本発明による単セルの模式的な
断面図、第５図は電池性能を比較して示す特性図である
。 ｌ：を解質板、２ニアノード極、３：カソー ド極、５
：ガス分離板、６：シール面、７；化合物層（第１層）
、８：セラミックス層（第２層）、９ニニ層耐食層。
Claims (2)
- （１）アノード極、カソード極間に介在する電解質板と
、前記各極背面に各反応ガス供給室を構成するガス分離
板とを備える溶融炭酸塩燃料電池において、前記ガス分
離板の前記電解質板と接するシール面に、炭素・窒素・
ホウ素・ケイ素から選ばれた元素と周期表IVａ族・Ｖａ
族・VIａ族から選ばれた金属との化合物からなる第１層
と、アルミナもしくはジルコニアからなる第２層との二
層耐食被覆層を形成してなることを特徴とする溶融炭酸
塩燃料電池 - （２）請求項１において前記金属はチタン・タンタル・
ジルコニウム・ハフニウム・ニオブ・バナジウム・クロ
ム・タングステンであることを特徴とする溶融炭酸塩燃
料電池
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63232802A JP2755611B2 (ja) | 1988-09-16 | 1988-09-16 | 溶融炭酸塩燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63232802A JP2755611B2 (ja) | 1988-09-16 | 1988-09-16 | 溶融炭酸塩燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0282458A true JPH0282458A (ja) | 1990-03-23 |
| JP2755611B2 JP2755611B2 (ja) | 1998-05-20 |
Family
ID=16944993
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63232802A Expired - Fee Related JP2755611B2 (ja) | 1988-09-16 | 1988-09-16 | 溶融炭酸塩燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2755611B2 (ja) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5690434A (en) * | 1979-12-19 | 1981-07-22 | Hitachi Ltd | Optical information reproducing device |
| JPS57199903A (en) * | 1981-06-03 | 1982-12-08 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Position detector |
| JPS5826331A (ja) * | 1981-08-11 | 1983-02-16 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光学ヘツド |
| JPS59152543A (ja) * | 1983-02-21 | 1984-08-31 | Toshiba Corp | 光学式デイスクレコ−ド再生装置 |
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1988
- 1988-09-16 JP JP63232802A patent/JP2755611B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2755611B2 (ja) | 1998-05-20 |
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