JPH03102777A - 燃料電池用電解質材料 - Google Patents
燃料電池用電解質材料Info
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- JPH03102777A JPH03102777A JP1239210A JP23921089A JPH03102777A JP H03102777 A JPH03102777 A JP H03102777A JP 1239210 A JP1239210 A JP 1239210A JP 23921089 A JP23921089 A JP 23921089A JP H03102777 A JPH03102777 A JP H03102777A
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- JP
- Japan
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- electrolyte
- carbonate
- fuel cells
- cathode
- fuel cell
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- 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
- H01M8/14—Fuel cells with fused electrolytes
- H01M8/144—Fuel cells with fused electrolytes characterised by the electrolyte material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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- H01M8/14—Fuel cells with fused electrolytes
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- H01M8/145—Fuel cells with fused electrolytes characterised by the electrolyte material comprising carbonates
-
- 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
- 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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- 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】
［産業上の利用分野］
本発明は燃料電池電解質材料に関し、特にＮｉなどから
なる多孔体を電極としかつ約５００℃以上で運転される
溶融塩型燃料電池に用いられる電解質の材料に係わるも
のである。
なる多孔体を電極としかつ約５００℃以上で運転される
溶融塩型燃料電池に用いられる電解質の材料に係わるも
のである。
［従来の技術と課題】
周知の如く、溶融塩型燃料電池として、炭酸リチウムや
炭酸カリウムなどのアルカリ炭酸塩を電解質として用い
る溶融塩炭酸塩型燃料電池（ＭＣＦＣ）が知られている
。このＭＣＦＣにおいては、アノード及びカソード電極
において下記式（１）及び式（２）で示される電気化学
反応が夫々生じ、両電極間を電子（ｅ−）またはイオン
（ＣＯｉ”−）の形で電流が流れる事を発電の基本原理
としている。
炭酸カリウムなどのアルカリ炭酸塩を電解質として用い
る溶融塩炭酸塩型燃料電池（ＭＣＦＣ）が知られている
。このＭＣＦＣにおいては、アノード及びカソード電極
において下記式（１）及び式（２）で示される電気化学
反応が夫々生じ、両電極間を電子（ｅ−）またはイオン
（ＣＯｉ”−）の形で電流が流れる事を発電の基本原理
としている。
Ｈ２＋ＣＯ，’−＋Ｈ２０＋ＣＯ２＋２ｅ− （１）
１／２ ０２ ＋ ＣＯｉ ＋ ２ ｅ − →ＣＯ３
２− （２）ところで、上記（１），（２）の電気
化学反応の速度が大きい程電池の発電能率は向上する。
１／２ ０２ ＋ ＣＯｉ ＋ ２ ｅ − →ＣＯ３
２− （２）ところで、上記（１），（２）の電気
化学反応の速度が大きい程電池の発電能率は向上する。
発電を行っていない状態（開回路）でのアノード，カソ
ード両電極間の電圧は（１），（２）式より熱力学的に
決っており、およそ１ｖである。しかし、電流を流して
発電を行う場合、電気抵抗による電圧降下（ＩＲ損失）
や電極で生じる逆起電力（分極）により両電極間の電圧
が小さくなる。この電圧降下の量の多少により電池性能
に優劣が生じる。
ード両電極間の電圧は（１），（２）式より熱力学的に
決っており、およそ１ｖである。しかし、電流を流して
発電を行う場合、電気抵抗による電圧降下（ＩＲ損失）
や電極で生じる逆起電力（分極）により両電極間の電圧
が小さくなる。この電圧降下の量の多少により電池性能
に優劣が生じる。
現在のＭＣＦＣにおける電解質組成は６２モル％炭酸リ
チウム／３Ｂモル％炭酸カリウムのものが多く用いれて
おり（日本化学会第５７秋季年会（含連合討論会）・化
学関係学協会委連合協議会研究発表会合同大会，講演予
稿集１ ． ｐ２７２，社団法人日本化学会．化学関係
学協会連合協議会編、及び第１５回境界委領域における
電気化学セミナー「高温型燃料電池の新しい展開Ｊ ｐ
４９ ，昭和６１年８月６日発行，電気化学協会関東支
部編）、通常約１５０＋ｇＡ ／ ｃｍ’の電流密度に
おいて０．７５ 〜０．８ Ｖ程度の発電性能となって
いるが、更に性能を改善することが大きな課題となって
いる。ＭＣＦＣにおける逆起電力は、カソード側におけ
る分極が大きな部分を占める事は経験的に知られている
。従って、カソードの分極特性を改善する事が燃料電池
の性能向上の有力な手段である。
チウム／３Ｂモル％炭酸カリウムのものが多く用いれて
おり（日本化学会第５７秋季年会（含連合討論会）・化
学関係学協会委連合協議会研究発表会合同大会，講演予
稿集１ ． ｐ２７２，社団法人日本化学会．化学関係
学協会連合協議会編、及び第１５回境界委領域における
電気化学セミナー「高温型燃料電池の新しい展開Ｊ ｐ
４９ ，昭和６１年８月６日発行，電気化学協会関東支
部編）、通常約１５０＋ｇＡ ／ ｃｍ’の電流密度に
おいて０．７５ 〜０．８ Ｖ程度の発電性能となって
いるが、更に性能を改善することが大きな課題となって
いる。ＭＣＦＣにおける逆起電力は、カソード側におけ
る分極が大きな部分を占める事は経験的に知られている
。従って、カソードの分極特性を改善する事が燃料電池
の性能向上の有力な手段である。
本発明は上記車情に鑑みてなされたもので、従来の炭酸
塩型燃料電池に比べて発電能率を高めることができる燃
料電池用電解質材料を提供することを目的とする。
塩型燃料電池に比べて発電能率を高めることができる燃
料電池用電解質材料を提供することを目的とする。
［課題を解決すための手段と作用］
本発明者らは、上記式（２）で示したカソード反応、即
ち溶融炭酸塩中での酸素の還元反応の機構を詳細に調査
したところ、その反応速度を向上せしめる手段を見出だ
し、その結果を電解質の化学組成に反映させた。
ち溶融炭酸塩中での酸素の還元反応の機構を詳細に調査
したところ、その反応速度を向上せしめる手段を見出だ
し、その結果を電解質の化学組成に反映させた。
通常、溶融炭酸塩中での酸素の還元反応の速度は、溶融
塩中の酸素イオンの電極表面への拡散速度に律速される
。従って、酸素イオンの電極表面への供給速度を増大さ
せる事がカソード反応の速度を増大させる事になる。し
かし、多孔体を電極として用いるＭＣＦＣの場合、反応
の大部分はメニスカスと呼ばれる電極／溶融炭酸塩／ガ
スの三相界面で生じる。このメニスカスにおいては、炭
酸塩は極めて薄いフィルム状となって電極の表面を覆う
状態になっている。この状態では溶融塩中の酸素イオン
が電極表面に達するための拡散距離は非常に小さく、酸
素イオンの拡散は酸素の還元反応の律速過程とはならな
い。
塩中の酸素イオンの電極表面への拡散速度に律速される
。従って、酸素イオンの電極表面への供給速度を増大さ
せる事がカソード反応の速度を増大させる事になる。し
かし、多孔体を電極として用いるＭＣＦＣの場合、反応
の大部分はメニスカスと呼ばれる電極／溶融炭酸塩／ガ
スの三相界面で生じる。このメニスカスにおいては、炭
酸塩は極めて薄いフィルム状となって電極の表面を覆う
状態になっている。この状態では溶融塩中の酸素イオン
が電極表面に達するための拡散距離は非常に小さく、酸
素イオンの拡散は酸素の還元反応の律速過程とはならな
い。
上記メニスカスが存在する場合、存在しない場合共に、
式（２）で示されるカソード反応（溶融炭酸塩中での酸
素の還元反応）の量は、ｔｒ１極表面に吸着した酸素を
含むアニオンの存在により低下している。即ち、ＭＣＦ
Ｃのように炭酸塩中での酸素の電極表面への拡散がカソ
ード反応の律速過ｆ’Ａにならない場合、何等かの方法
でこのアニオンのカソード反応抑制効果を低減すること
が、カソド反応の増大、即ち溶融塩型燃料電池の発電効
早の向上に直接桔ぶつく。
式（２）で示されるカソード反応（溶融炭酸塩中での酸
素の還元反応）の量は、ｔｒ１極表面に吸着した酸素を
含むアニオンの存在により低下している。即ち、ＭＣＦ
Ｃのように炭酸塩中での酸素の電極表面への拡散がカソ
ード反応の律速過ｆ’Ａにならない場合、何等かの方法
でこのアニオンのカソード反応抑制効果を低減すること
が、カソド反応の増大、即ち溶融塩型燃料電池の発電効
早の向上に直接桔ぶつく。
本発明者らは、以上の知見を元に種々の物質を探索した
結果、塩化カリウム、塩化ナトリウムなどを代表とする
塩化物がこのような作用をＨする事を究明した。即、溶
融炭酸塩中に存在する塩素イオンはカソード反応を抑制
する電極表面に吸着した酸素を含むアニオンに作用し、
電気化学的な活性を高め、その結果カソード電流が増大
する。
結果、塩化カリウム、塩化ナトリウムなどを代表とする
塩化物がこのような作用をＨする事を究明した。即、溶
融炭酸塩中に存在する塩素イオンはカソード反応を抑制
する電極表面に吸着した酸素を含むアニオンに作用し、
電気化学的な活性を高め、その結果カソード電流が増大
する。
即ち、本発明は、一組の多孔体電極と電Ｈ質及びその周
辺部品からなり、しかも高温でアノード側に燃料ガスを
、カソード側に空気，炭酸ガスなどを供給することによ
り生じる電気化学反応を利用して発電を行う燃料電池に
用いる電解質材料において、少なくとも一種の塩化物を
２〜ＩＯ重量％含有し、残部が炭酸リチウムと炭酸カリ
ウムと不可避不純物からなる事を特徴とする燃料電池用
電解質材料である。
辺部品からなり、しかも高温でアノード側に燃料ガスを
、カソード側に空気，炭酸ガスなどを供給することによ
り生じる電気化学反応を利用して発電を行う燃料電池に
用いる電解質材料において、少なくとも一種の塩化物を
２〜ＩＯ重量％含有し、残部が炭酸リチウムと炭酸カリ
ウムと不可避不純物からなる事を特徴とする燃料電池用
電解質材料である。
［丈施例］
以下、本発明の実施例について説明する。
電解質として本発明によるものを５種類（Ａ〜Ｅ）、本
発明の範囲外の量の塩化物を含有したものを２ＰＩ！類
（Ｆ，Ｇ）、および現在のＭＣＦＣで通常用いられてい
る化学組成を有するものを１種類（Ｈ）を準備した。下
記第１表は、それらの電解質の化学組成を示す。
発明の範囲外の量の塩化物を含有したものを２ＰＩ！類
（Ｆ，Ｇ）、および現在のＭＣＦＣで通常用いられてい
る化学組成を有するものを１種類（Ｈ）を準備した。下
記第１表は、それらの電解質の化学組成を示す。
第１表
第２表
（単位はｆｆｉ量％）
これらの電解質を塩浴とし、金線を電極として浸漬し、
その表面にメニスカスを形成させた状態でカソード電流
を測定した。但し、測定温度は６５０℃、ガス雰囲気と
しては１５％酸素，３０％炭酸ガス，５５％窒素ガスを
用いた。なお、カソード電流は浸漬電位より０．２ｖ卑
な電位で測定した。下記第２表はその測定結果を示す。
その表面にメニスカスを形成させた状態でカソード電流
を測定した。但し、測定温度は６５０℃、ガス雰囲気と
しては１５％酸素，３０％炭酸ガス，５５％窒素ガスを
用いた。なお、カソード電流は浸漬電位より０．２ｖ卑
な電位で測定した。下記第２表はその測定結果を示す。
電解質（Ａ−Ｅ）を用いた塩浴では通常のＭＣＦＣで使
用される電解質（Ｈ）を用いた場合と比較して、約２〜
３倍のカソード電流が得られることが明らかである。ま
た、本発明の範囲外で塩化物を含有する電解質（Ｆ，Ｇ
）では、得られるカソード電流は通常の電解質（Ｈ）の
場合とほぼ同等であり、塩化物の効果は小さいことが分
かる。
用される電解質（Ｈ）を用いた場合と比較して、約２〜
３倍のカソード電流が得られることが明らかである。ま
た、本発明の範囲外で塩化物を含有する電解質（Ｆ，Ｇ
）では、得られるカソード電流は通常の電解質（Ｈ）の
場合とほぼ同等であり、塩化物の効果は小さいことが分
かる。
［発明の効果］
以上詳述した如く本発明によれば、従来の炭酸塩型燃料
電池に比べて電極における分極が非常に小さく、もって
より発電効率の高い燃料電池用電解質材料を提供できる
。
電池に比べて電極における分極が非常に小さく、もって
より発電効率の高い燃料電池用電解質材料を提供できる
。
Claims (1)
- 一組の多孔体電極と電解質及びその周辺部品からなり、
しかも高温でアノード側に燃料ガスを、カソード側に空
気、炭酸ガスなどを供給することにより生じる電気化学
反応を利用して発電を行う燃料電池に用いる電解質材料
において、少なくとも一種の塩化物を２〜１０重量％含
有し、残部が炭酸リチウムと炭酸カリウムと不可避不純
物からなる事を特徴とする燃料電池用電解質材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1239210A JPH03102777A (ja) | 1989-09-14 | 1989-09-14 | 燃料電池用電解質材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1239210A JPH03102777A (ja) | 1989-09-14 | 1989-09-14 | 燃料電池用電解質材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03102777A true JPH03102777A (ja) | 1991-04-30 |
Family
ID=17041380
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1239210A Pending JPH03102777A (ja) | 1989-09-14 | 1989-09-14 | 燃料電池用電解質材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03102777A (ja) |
-
1989
- 1989-09-14 JP JP1239210A patent/JPH03102777A/ja active Pending
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