JPH0349181B2 - - Google Patents
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- JPH0349181B2 JPH0349181B2 JP57014013A JP1401382A JPH0349181B2 JP H0349181 B2 JPH0349181 B2 JP H0349181B2 JP 57014013 A JP57014013 A JP 57014013A JP 1401382 A JP1401382 A JP 1401382A JP H0349181 B2 JPH0349181 B2 JP H0349181B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrolyte
- electrode
- anode
- cathode
- pores
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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
- H01M8/141—Fuel cells with fused electrolytes the anode and the cathode being gas-permeable electrodes or electrode layers
- H01M8/142—Fuel cells with fused electrolytes the anode and the cathode being gas-permeable electrodes or electrode layers with matrix-supported or semi-solid matrix-reinforced electrolyte
-
- 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
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04276—Arrangements for managing the electrolyte stream, e.g. heat exchange
- H01M8/04283—Supply means of electrolyte to or in matrix-fuel cells
-
- 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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- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Description
本発明は溶融塩型燃料電池に係り、特に長期に
わたり安定した電池性能を維持するのに好適な電
極に関する。 溶融塩型燃料電池はアノード及びカソードと両
電極間に配設される電解質体とアノード及びカソ
ードに反応ガスを供給するガス室を配設したセパ
レータから構成される。電解質体はアルカリ炭酸
塩電解質とそれを保持するマトリツクス材から成
り、電池作動の650℃付近で電解質は溶融して液
状となりマトリツクス材に保持されている。しか
しながら、溶融電解質は電解質体と密着している
アノード及びカソードに吸収される問題があり、
電極材料によつては電解質と反応してしまい、電
解質体の電解質量が減少し、イオン電導性が著し
くそこなわれて電池性能が低下する。一方、電解
質が不足状態となつた電解質体は小さな空孔が発
生し、アノードガスがカソード側に流出したり、
またその逆の現象が生じ、電池性能、発電効率が
低下し、ひいては電池運転が不可能となる。 本発明の目的は、以上の様な従来技術の欠点を
補い長期にわたつて高性能を維持する燃料電池を
提供することにある。 本発明の意図するところは、あらかじめアノー
ド及び／又はカソードの細孔の一部にその電極材
料と反応するよりも多くの電解質を保持しておく
ことにより、電解質体から電極への電解質の流
出、移動を防ぐにある。又、電極の細孔内を拡散
する反応ガスと電極細孔の一部に予め保持された
電解質により、電極と電解質及び反応ガスが接触
する三相界面を形成して電気化学的に発電させる
ことにある。 ところで、溶融塩型燃料電池は電極と電解質及
び反応ガスが接触する三相界面において電気化学
反応が進行する。 電解質を電極細孔内に保持するにあたつて、電
解質が電極細孔の全てに充満した場合には反応ガ
スの拡散が著しく遅くなり、三相界面が形成され
にくく電気化学反応が損なわれる。したがつて、
電極の細孔内で電気化学反応を有効に進めるため
のその保持量としては、電極材料と反応するより
も多くの量で、かつ電極細孔容積の50vol％以下
であることが望ましい。50vol％以上ではガス拡
散性が悪くなり電池性能が低下する。 なお、電極表面に電解質及び電解質充填材料を
予め含浸させて非孔性のバブル プレツシヤー
バリア層を形成した（特願昭57−70178号）場合
には、電解質体の電解質が電極に吸収されるのを
防止することはできるが、電解質を含浸した層内
に反応ガスが拡散しないので、該層内で三相界面
を形成することができず、本発明の目的である長
期にわたつて高い電池性能を維持することはでき
ない。 以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明
する。 実施例 １ 予めリチウム化した多孔質ニツケル焼結体電極
（100×100mm、厚さ1.5mm、気孔率59％）にアルカ
リ炭酸塩電解質（炭酸リチウム＋炭酸カリウム＝
62：38モル比）4.42ｇを均一にふりかけて電気炉
に入れて530℃、１時間チツ素雰囲気中で加熱し、
電極細孔内に電解質を含浸した。電解質の担持量
は電極細孔容積の約25vol％であつた。この電極
をアノード及びカソードに用い単電池を構成し、
反応ガスとしてアノード側に50％水素−チツ素、
カソード側に25％酸素−25％炭酸ガス−チツ素か
ら成る混合ガスを供給し、650℃で電池性能を測
定した。 その結果、電流密度100ｍＡ／cm2において初期
性能が0.72V、100時間経過後で0.77V、200時間
経過後で0.75Vであつた。 実施例 ２ 多孔質ニツケル電極（平均細孔径8.5μｍ、気孔
率68vol％）の細孔内にアルカリ炭酸塩電解質を、
その細孔容積に対して０〜90vol％添加した電極
を作製し、アノードの単極測定を行なつた。 アノードの単極測定から求めた負荷電流密度
100ｍＡ／cm2における過電圧と電極細孔容積に占
める電解質量の関係を第１表に示す。アノード細
孔容積に対して電解質の量が50vol％以下におい
て低い過電圧を示した。
わたり安定した電池性能を維持するのに好適な電
極に関する。 溶融塩型燃料電池はアノード及びカソードと両
電極間に配設される電解質体とアノード及びカソ
ードに反応ガスを供給するガス室を配設したセパ
レータから構成される。電解質体はアルカリ炭酸
塩電解質とそれを保持するマトリツクス材から成
り、電池作動の650℃付近で電解質は溶融して液
状となりマトリツクス材に保持されている。しか
しながら、溶融電解質は電解質体と密着している
アノード及びカソードに吸収される問題があり、
電極材料によつては電解質と反応してしまい、電
解質体の電解質量が減少し、イオン電導性が著し
くそこなわれて電池性能が低下する。一方、電解
質が不足状態となつた電解質体は小さな空孔が発
生し、アノードガスがカソード側に流出したり、
またその逆の現象が生じ、電池性能、発電効率が
低下し、ひいては電池運転が不可能となる。 本発明の目的は、以上の様な従来技術の欠点を
補い長期にわたつて高性能を維持する燃料電池を
提供することにある。 本発明の意図するところは、あらかじめアノー
ド及び／又はカソードの細孔の一部にその電極材
料と反応するよりも多くの電解質を保持しておく
ことにより、電解質体から電極への電解質の流
出、移動を防ぐにある。又、電極の細孔内を拡散
する反応ガスと電極細孔の一部に予め保持された
電解質により、電極と電解質及び反応ガスが接触
する三相界面を形成して電気化学的に発電させる
ことにある。 ところで、溶融塩型燃料電池は電極と電解質及
び反応ガスが接触する三相界面において電気化学
反応が進行する。 電解質を電極細孔内に保持するにあたつて、電
解質が電極細孔の全てに充満した場合には反応ガ
スの拡散が著しく遅くなり、三相界面が形成され
にくく電気化学反応が損なわれる。したがつて、
電極の細孔内で電気化学反応を有効に進めるため
のその保持量としては、電極材料と反応するより
も多くの量で、かつ電極細孔容積の50vol％以下
であることが望ましい。50vol％以上ではガス拡
散性が悪くなり電池性能が低下する。 なお、電極表面に電解質及び電解質充填材料を
予め含浸させて非孔性のバブル プレツシヤー
バリア層を形成した（特願昭57−70178号）場合
には、電解質体の電解質が電極に吸収されるのを
防止することはできるが、電解質を含浸した層内
に反応ガスが拡散しないので、該層内で三相界面
を形成することができず、本発明の目的である長
期にわたつて高い電池性能を維持することはでき
ない。 以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明
する。 実施例 １ 予めリチウム化した多孔質ニツケル焼結体電極
（100×100mm、厚さ1.5mm、気孔率59％）にアルカ
リ炭酸塩電解質（炭酸リチウム＋炭酸カリウム＝
62：38モル比）4.42ｇを均一にふりかけて電気炉
に入れて530℃、１時間チツ素雰囲気中で加熱し、
電極細孔内に電解質を含浸した。電解質の担持量
は電極細孔容積の約25vol％であつた。この電極
をアノード及びカソードに用い単電池を構成し、
反応ガスとしてアノード側に50％水素−チツ素、
カソード側に25％酸素−25％炭酸ガス−チツ素か
ら成る混合ガスを供給し、650℃で電池性能を測
定した。 その結果、電流密度100ｍＡ／cm2において初期
性能が0.72V、100時間経過後で0.77V、200時間
経過後で0.75Vであつた。 実施例 ２ 多孔質ニツケル電極（平均細孔径8.5μｍ、気孔
率68vol％）の細孔内にアルカリ炭酸塩電解質を、
その細孔容積に対して０〜90vol％添加した電極
を作製し、アノードの単極測定を行なつた。 アノードの単極測定から求めた負荷電流密度
100ｍＡ／cm2における過電圧と電極細孔容積に占
める電解質量の関係を第１表に示す。アノード細
孔容積に対して電解質の量が50vol％以下におい
て低い過電圧を示した。
【表】
実施例 ３
多孔質酸化ニツケル電極（平均細孔径7.9μｍ、
気孔率54vol％）の細孔内にアルカリ炭酸塩電解
質を、その細孔容積に対して０〜90vol％添加し
た電極を作製し、カソードの単極測定を行なつ
た。 カソードの単極測定から求めた負荷電流密度
100ｍＡ／cm2における過電圧と電極細孔容積に占
める電解質量の関係を第２表に示す。カソード細
孔容積に対して電解質の量が50vol％以下におい
て低い過電圧を示した。
気孔率54vol％）の細孔内にアルカリ炭酸塩電解
質を、その細孔容積に対して０〜90vol％添加し
た電極を作製し、カソードの単極測定を行なつ
た。 カソードの単極測定から求めた負荷電流密度
100ｍＡ／cm2における過電圧と電極細孔容積に占
める電解質量の関係を第２表に示す。カソード細
孔容積に対して電解質の量が50vol％以下におい
て低い過電圧を示した。
【表】
比較例 １
多孔質ニツケル焼結体電極（100×100mm、厚さ
1.5mm、気孔率59％）をアノード及びカソードに
用い単電池を構成し、実施例１と同じ条件で電池
性能を調べた。電流密度100ｍＡ／cm2において初
期電池性能は0.78Vを示したが、50時間経過後で
は0.62Vまで低下した。またこのときのカソード
側出口ガスをガスクロマトグラフで分析したとこ
ろ水素が0.38vol％検出され、アノードガスがカ
ソードガス側へクロスオーバしたことが認められ
た。 本発明の電池により電解質体の電解質が電極に
吸収されることが抑制され、また電極の細孔内に
予め保持された電極材料と反応するよりも多くの
電解質により電極細孔内で電気化学反応が進行す
ることにより、長期にわたり安定した電池性能が
得られる。また電解質体を反応ガスが通過するク
ロスオーバを防止できる。
1.5mm、気孔率59％）をアノード及びカソードに
用い単電池を構成し、実施例１と同じ条件で電池
性能を調べた。電流密度100ｍＡ／cm2において初
期電池性能は0.78Vを示したが、50時間経過後で
は0.62Vまで低下した。またこのときのカソード
側出口ガスをガスクロマトグラフで分析したとこ
ろ水素が0.38vol％検出され、アノードガスがカ
ソードガス側へクロスオーバしたことが認められ
た。 本発明の電池により電解質体の電解質が電極に
吸収されることが抑制され、また電極の細孔内に
予め保持された電極材料と反応するよりも多くの
電解質により電極細孔内で電気化学反応が進行す
ることにより、長期にわたり安定した電池性能が
得られる。また電解質体を反応ガスが通過するク
ロスオーバを防止できる。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ アノード及びカソードと両電極間に配設され
る電解質体と燃料及び酸化剤がそれぞれアノード
側に配設される燃料室及びカソード側に配設され
る酸化剤室に供給されることにより電気化学的に
発電がなされる燃料電池において、該アノード及
び／又は該カソードの細孔の一部に電極材料と反
応するよりも多くの電解質が予め保持されてお
り、該細孔内を反応ガスが拡散することを特徴と
する溶融塩型燃料電池。 ２ 特許請求の範囲第１項において、前記アノー
ド及び／又はカソードの細孔の一部に電極材料と
反応するよりも多く且つ電極細孔容積の50vol％
よりも少ない量の電解質が予め保持されているこ
とを特徴とする溶融塩型燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57014013A JPS58131666A (ja) | 1982-01-29 | 1982-01-29 | 溶融塩型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57014013A JPS58131666A (ja) | 1982-01-29 | 1982-01-29 | 溶融塩型燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58131666A JPS58131666A (ja) | 1983-08-05 |
| JPH0349181B2 true JPH0349181B2 (ja) | 1991-07-26 |
Family
ID=11849306
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57014013A Granted JPS58131666A (ja) | 1982-01-29 | 1982-01-29 | 溶融塩型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58131666A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03133063A (ja) * | 1989-10-19 | 1991-06-06 | Hitachi Ltd | 溶融炭酸塩型燃料電池 |
| US8007859B2 (en) * | 2006-12-28 | 2011-08-30 | Boditechmed Inc. | Manufacturing method of electrolyte filled cathode for molten carbonate fuel cell |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4329403A (en) * | 1981-04-27 | 1982-05-11 | Energy Research Corporation | Electrolyte-electrode assembly for fuel cells |
-
1982
- 1982-01-29 JP JP57014013A patent/JPS58131666A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58131666A (ja) | 1983-08-05 |
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