JPH033338B2 - - Google Patents

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JPH033338B2
JPH033338B2 JP59173744A JP17374484A JPH033338B2 JP H033338 B2 JPH033338 B2 JP H033338B2 JP 59173744 A JP59173744 A JP 59173744A JP 17374484 A JP17374484 A JP 17374484A JP H033338 B2 JPH033338 B2 JP H033338B2
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Kenji Murata
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、長期に亙つて安定した電池特性を維
持できるようにした溶融炭酸塩型燃料電池の製造
方法に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
周知の如く燃料電池は、例えば水素のように酸
化され易いガスと、酸素のように酸化力のあるガ
スとを適当な電解質の下で反応させ、電気化学的
プロセスによつて直流出力を得るようにしたもの
で、その使用する電解質によつてリン酸型、溶融
炭酸塩型、固体電解質型に大別される。
このような燃料電池のうち、溶融炭酸塩型のも
のは、600〜700℃の高温下で動作させるようにし
ているので、電極反応が起り易く、高価な貴金属
触媒を必要としない等の利点を有し、次世代のエ
ネルギ源として大いに期待されている。
溶融炭酸塩型燃料電池の要部をなす部分は、第
5図および第6図に示すように構成されている。
すなわち、図中1は、平板状に形成された電解質
層であり、炭酸リチウムや炭酸カリウムなどの炭
酸塩電解質をリチウムアルミネートなどのセラミ
ツク系保持材によつて保持して構成されている。
この電解質層1の両面には、ニツケル合金系から
なる一対のガス拡散電極(燃料極と酸化剤極)2
a,2bが設けられ単位電池3が構成される。そ
して、このような単位電池3が、以下に説明する
双極性隔離板4を介して複数積層され、燃料電池
が構成される。
双極性隔離板4は、各単位電池3の電気的な接
続機能と、各電極板2a,2bに導入するガスの
分流機能とを備えたもので、たとえばステンレス
鋼性の隔離板本体5の両面に、互いに直交する向
きにガス流路を形成するべく、ステンレス鋼性の
側壁部材6a,6b,7a,7bを各面の両辺部
に平行にろう付けしたもである。そして、これら
の側壁部材6a,6b,7a,7bと隔離板本体
5の面とによつて形成される溝部を上記ガス流路
(燃料ガス流路と酸化剤ガス流路)としている。
また、これら各ガス流路には、そこに流れるガス
を実質的に分流させるべくステンレス鋼性の波板
8a,8bが嵌込まれている。また、前記側壁部
材6a,6b,7a,7bの各端面には、ガス拡
散電極2a,2bをそれぞれ嵌合するための段部
が設けられている。そして、この段部にガス拡散
電極2a,2bを嵌合し、側壁部材6a,6b,
7a,7bの端部と電解質層1の端部とでウエツ
トシール部を構成し、ガス流路に導かれたガスの
漏洩を防止する構造となつている。このウエツト
シールは、例えば電解質がLi2CO3/K2CO3
62/38モル比からなる2元素共融組成からなる場
合、電解質層1が488℃で溶融することによつて
行われる。
ところで、このような溶融炭酸塩型燃料電池か
ら常に安定した出力を得るためには、少なくとも
上述した双極性隔離板4が次の条件を満たすこと
が必要である。すなわち、 各単位電池間の確実な導通を確保するため、
高い導電性を備えていること、 酸化剤ガスあるいは燃料ガスが存在する高温
下で、蒸発した溶融炭酸塩と接触することにな
るので、このような条件下にあつても、炭酸塩
に冒され難いこと、 反応ガスの供給経路が継続的に確保されるこ
と、 電極との均一な接触が確保でき、かつ接触抵
抗が小さいこと、 などである。
そこで、このような要求を満たすため、従来の
双極性隔離板は、例えばSUS−316に代表される
導電性、耐食性に優れたオーステナイト系ステン
レス鋼を用いるようにしていた。
しかしながら、導電性、耐食性に優れたオース
テナイト系ステンレス鋼といえども、電池運転時
においては高温の酸化剤ガスが接触する酸化剤極
側で高温空気酸化が起り、非導電性の酸化被膜が
形成される。このため、双極性隔離板と酸化剤極
との間の経時的な接触抵抗の増加を免がれ得ない
という不具合があつた。また、蒸発した溶融炭酸
塩電解質の強力な腐蝕力に起因した各電極板と双
極性隔離板との間の接触抵抗の増加も無視できな
かつた。
そこで、このような不具合を解決するため、従
来は、オーステナイト系ステンレス鋼を、少なく
ともリチウム塩を含む溶融アルカリ金属中に浸漬
して、空気中で熱処理を施すことによつて表面に
リチウムを含有する酸化物層を形成した双極性隔
離板を用いることがなされていた。このように、
双極性隔離板の表面にリチウムを含有させた酸化
物層を形成すれば、リチウムの有する電子伝導性
と、酸化物層の有する耐食性とによつて、経時的
劣化が少なく、しかも導電性に優れた双極性隔離
板を形成することができる。
ところが、上記の方法によつてリチウム含有酸
化物層を形成すると、生成した酸化被膜中のリチ
ウムが表面のみに分布していまい、所望の導電性
を得ることができないという問題があつた。
また、上記方法によつて形成された酸化物層
は、母材との間の密着性が芳しくなく、燃料電池
の昇温時の熱応力によつて酸化物層の剥離や割れ
を生じるという不具合があつた。このため、上記
酸化物層の剥離や割れを生じた部分では、炭酸塩
による腐蝕が進行し、結局、溶融炭酸塩型燃料電
池の経時的な特性劣化をもたらすという問題があ
つた。
〔発明の目的〕
本発明はこのような問題に鑑みなされたもので
あり、その目的とするところは、双極性隔離板の
導電性、耐食性を長期に亙つて維持でき、以て経
時的な特性劣化の少ない溶融炭酸塩型燃料電池の
製造方法を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明は、導電性金属板の少なくとも片面をリ
チウム含有の水溶液中に浸漬して電気化学的工程
によつて該金属板の表面にリチウムを含有した水
酸化物層を形成し、しかる後これを加熱処理して
上記水酸化物層を導電性酸化物層に転化させるこ
とによつて双極性隔離板を形成し、この双極性隔
離板を用いて溶融炭酸塩型燃料電池を構成するよ
うにしたことを特徴としている。
〔発明の効果〕
本発明によれば、導電性金属板をリチウム含有
の水溶液中に浸漬した後、電気化学的工程によつ
て該金属の表面にリチウム含有の水酸化物層を形
成するようにしているので、水酸化物層にリチウ
ムを均一に拡散させることができる。したがつ
て、得られた酸化物層は、リチウムが均一に拡散
されることによつて、高い電子伝導性を得ること
ができる。
また、このように電気化学的工程によつて水酸
化物層を形成し、さらにこの水酸化物層を酸化物
層に転化させるようにすると、得られた酸化物層
は、導電性金属板との間の密着性および弾力性に
優れたものとなる。このため、従来のように、昇
温時の熱応力によつて酸化物層が剥離したり、割
れたりすることがない。したがつて、双極性隔離
板の腐蝕による接触抵抗の増加が少なく、経時的
特性劣化の少ない溶融炭酸塩型燃料電池を製造す
ることができる。
〔発明の実施例〕
実施例 1 SUS−430(フエライト系ステンレス鋼)から
なる導電性金属板を用いて、第1図に示すような
板状部材11を2枚製造した。なお、この板状部
材11は、前述した双極性隔離板4と同様の構成
を有するため、第5図および第6図と同一の部分
には同一の符号を付して、この部分を重複した説
明は省くことにする。
一方、第2図に示すように、電解槽12の内部
に、水酸化カリウムと水酸化リチウムとを1:1
のモル比で混合した水溶液(1molKOH+
1molLiOH/l)13を収容し、この水溶液13
中に2枚の前記板状部材11を対向させて浸漬し
た。そして、板状部材11と、定電位パルス発生
装置14の各電極とを接続し、定電位パルス発生
装置14を駆動して、第3図に示すように、 +0.6V(vs−Hg/HgO)6sec、 −1.1V(vs−Hg/HgO)1sec、 の定電圧パルス電解を50時間行ない、前記板状部
材11の各対向する面にリチウムの含有した水酸
化物層を形成した。その後、板状部材11を洗浄
して、200℃で1時間乾燥させ、続いて500℃で2
時間の熱処理を施して上記水酸化物層をリチウム
含有の酸化物層に転化させ、2枚の双極性隔離板
を形成した。得られた双極性隔離板と、40mm角の
小形の単位電池とを、上記酸化物層が酸化剤極側
に配置されるように交互に積層し、通常の手段に
よつて反応ガスマニホールド、エンドプレート、
締付けバー等を組付けて燃料電池を形成した。
実施例 2 上述した実施例1における板状部材11を、
SUS−316(フエライト系ステンレス鋼)からな
る導電性部材で形成し、実施例1と同様の方法で
双極性隔離板を形成し、この双極性隔離板を用い
て燃料電池を組立てた。
実施例 2 前述した実施例1における板状部材11を純ニ
ツケルからなる導電性部材で形成し、上記実施例
1と同様の定電圧パルス電解法によつて該板状部
材の表面に水酸化物層を形成した。これを水洗
後、100℃で1時間乾燥させ、480℃で2時間熱処
理して双極性隔離板を得た。この双極性隔離板を
用いて前記実施例1と同様の方法によつて燃料電
池を組立てた。
比較例 SUS−430からなる導電性部材で第1図に示す
板状部材11を形成し、これを双極性隔離板とし
て用いて燃料電池を組立てた。
従来例 1 SUS−316からなる導電性部材で第1図に示す
板状部材11を形成し、これを双極性隔離板とし
て用いて燃料電池を組立てた。
従来例 2 SUS−316からなる導電性金属を用いて第1図
に示す板状部材11を形成し、この板状部材11
を、炭酸リチウムと炭酸カリウムとを1:1の重
量比で混合した炭酸塩の溶融物中に浸漬した後、
空気中で700℃、3時間の加熱処理を行ない、表
面に酸化物層の形成された双極性隔離板を形成し
た。得られた双極性隔離板を用いて燃料電池を組
立てた。
以上のようにして得られた各燃料電池を650℃
に昇温し、ガスマニホールドに70%Air/Co2
酸化剤ガスと、80%H2/Co2の燃料ガスとを供給
して燃料電池を運転させた。そして、150mA/
cm2時のセル電圧およびAC1KHzの交流抵抗の経時
変化を調べたところ、第4図に示す結果となつ
た。
この図から明らかな如く、実施例1から実施例
3に述べた方法で製造された燃料電池のセル電圧
A、B、Cは、比較例のセル電圧D、従来例1、
2のセル電圧E、Fに比べて、経時的な低下が少
なかつた。また、実施例1から実施例3に述べた
方法で製造された燃料電池の交流抵抗A′、B′、
C′は、比較例の交流抵抗D′、従来例1、2の交流
抵抗E′、F′に比べて、経時的な増加が少なかつ
た。
このように、上記実施例1〜3に係る燃料電池
は、長期に亙つて安定した電池特性を維持させる
得ることが確認できた。
なお、本発明は、上述した実施例に限定される
ものではない。
例えば、上記実施例1〜実施例3では、定電位
パルス電解法によつてリチウム含有の水酸化物層
を形成させるようにしたが、定電流パルス電解法
を用いて水酸化物層を形成するようにしてもよ
い。また、パルス電圧やパルス幅なども種々変更
して実施することができる。また、本発明による
導電性酸化物層の製造法は、カソード多孔質体に
も適用可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図乃至第4図は本発明の実施例方法を説明
するための図で、第1図は双極性隔離板を構成す
る板状部材の斜視図、第2図は同板状部材の表面
にリチウム含有水酸化物層を形成する定電位パル
ス電解工程を説明するための図、第3図は同工程
で印加されるパルスを示す波形図、第4図は本実
施例方法によつて得られた溶融炭酸塩型燃料電池
の特性を比較例および従来例と比較して説明する
ための特性図、第5図は従来の溶融炭酸塩型燃料
電池の要部を示す分解斜視図、第6図は同燃料電
池の要部の縦断面図である。 1……電解質層、2a,2b……ガス拡散電
極、3……単位電池、4……双極性隔離板、5…
…隔離板本体、、6a,6b,7a,7b……側
壁部材、8a,8b……波板、11……板状部
材、12……電解槽、13……水溶液、14……
定電位パルス発生装置。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 導電性金属板の少なくとも片面をリチウム含
    有の水溶液中に浸漬して電気化学的工程によつて
    該金属板の表面にリチウムを含有した水酸化物層
    を形成し、しかる後これを加熱処理して上記水酸
    化物層を導電性酸化物層に転化させて双極性隔離
    板を形成し、この双極性隔離板を介して単位電池
    を複数積層するようにしたことを特徴とする溶融
    炭酸塩型燃料電池の製造方法。 2 前記導電性金属板は、オーステナイト系ステ
    ンレス鋼、フエライト系ステンレス鋼、純ニツケ
    ルまたはこれらから選択された2者の層状板から
    なることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
    の溶融炭酸塩型燃料電池の製造方法。 3 前記双極性隔離板は、酸化剤ガスに接する側
    のみに前記酸化物層を形成したものであることを
    特徴とする特許請求の範囲第1項記載の溶融炭酸
    塩型燃料電池の製造方法。 4 前記電気化学的工程は、周期的に電位を陰、
    陽分極して電解する定電位パルス電解法による工
    程であることを特徴とする特許請求の範囲第1項
    記載の溶融炭酸塩型燃料電池の製造方法。
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JP2513638B2 (ja) * 1986-08-29 1996-07-03 株式会社東芝 耐溶融炭酸塩腐食材料の製造方法
JP2547752B2 (ja) * 1986-11-29 1996-10-23 株式会社東芝 溶融炭酸塩燃料電池の構造部材の表面処理方法
JPH0644488B2 (ja) * 1987-10-28 1994-06-08 株式会社日立製作所 溶融炭酸塩型燃料電池
JP4996864B2 (ja) * 2006-03-13 2012-08-08 トヨタ自動車株式会社 燃料電池用セパレータおよび燃料電池用セパレータの製造方法

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