JPH0367469A - 溶融炭酸塩型燃料電池の積層体 - Google Patents
溶融炭酸塩型燃料電池の積層体Info
- Publication number
- JPH0367469A JPH0367469A JP1203221A JP20322189A JPH0367469A JP H0367469 A JPH0367469 A JP H0367469A JP 1203221 A JP1203221 A JP 1203221A JP 20322189 A JP20322189 A JP 20322189A JP H0367469 A JPH0367469 A JP H0367469A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cathode
- anode
- cell
- electrolyte
- reaction gas
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
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
-
- 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
- H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
-
- 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
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- 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
-
- 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
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- H01M8/2457—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with both reactants being gaseous or vaporised
-
- 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
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
- H01M8/2484—Details of groupings of fuel cells characterised by external manifolds
- H01M8/2485—Arrangements for sealing external manifolds; Arrangements for mounting external manifolds around a stack
-
- 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
- H01M2008/147—Fuel cells with molten carbonates
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2300/00—Electrolytes
- H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
- H01M2300/0048—Molten electrolytes used at high temperature
- H01M2300/0051—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
Landscapes
- 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)
- Processing And Handling Of Plastics And Other Materials For Molding In General (AREA)
- Air Bags (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
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、溶融炭酸塩型燃料電池の積層体に関し、特
にその電解質移動の影響を遅らせ、かつ制御するための
改良に関するものである。
にその電解質移動の影響を遅らせ、かつ制御するための
改良に関するものである。
溶融炭酸塩型燃料電池の積層体については周知であり、
種々の従来文献や特許に記載されている。
種々の従来文献や特許に記載されている。
例えば特開昭６３−２７９５７５号公報には、代表的な
溶融炭酸塩型燃料電池の積層体について詳細に紹介され
たいる０代表的なｌｌ電池の槽底において、多孔室の焼
結ニッケルークロムから成るアノード電極、及び多孔質
酸化ニッケルから成るカソード電極が、多孔質電解質マ
トリックスの対向する主要面上に配置されており、アル
ミン酸リチウム（Ｌｉ＾１０ｇ） 、又は、その他の不
活性セラミックからなるマトリックスには、溶融アルカ
リ金属炭酸塩電解室（例えばＬｉ＊ＣＯｚ／ＫｚＣＯｓ
）が満たされ、アノード電極の背面にはアノードの反応
ガス流路、カソード電極の背面にはカソードの反応ガス
流路が設けられている。典型的な積層体では数百の単電
池が積層される。第２図は特開昭６３−２７９５７５号
公報に記載されている、従来の溶融炭酸塩型燃料電池の
積層体の一部切欠斜視図である０図において、＋１）は
単電池、（２）は燃料入口側の積層体面、（３）は酸化
剤ガス入口側の積層体面、（４）は集電板、（５）はマ
ニホールドを取り付けるための多孔質によるガスケット
（ガス封止部材）であり、電解質によるウェットシール
によって積層体面とマニホールドとの間のガスシールが
行なわれる。
溶融炭酸塩型燃料電池の積層体について詳細に紹介され
たいる０代表的なｌｌ電池の槽底において、多孔室の焼
結ニッケルークロムから成るアノード電極、及び多孔質
酸化ニッケルから成るカソード電極が、多孔質電解質マ
トリックスの対向する主要面上に配置されており、アル
ミン酸リチウム（Ｌｉ＾１０ｇ） 、又は、その他の不
活性セラミックからなるマトリックスには、溶融アルカ
リ金属炭酸塩電解室（例えばＬｉ＊ＣＯｚ／ＫｚＣＯｓ
）が満たされ、アノード電極の背面にはアノードの反応
ガス流路、カソード電極の背面にはカソードの反応ガス
流路が設けられている。典型的な積層体では数百の単電
池が積層される。第２図は特開昭６３−２７９５７５号
公報に記載されている、従来の溶融炭酸塩型燃料電池の
積層体の一部切欠斜視図である０図において、＋１）は
単電池、（２）は燃料入口側の積層体面、（３）は酸化
剤ガス入口側の積層体面、（４）は集電板、（５）はマ
ニホールドを取り付けるための多孔質によるガスケット
（ガス封止部材）であり、電解質によるウェットシール
によって積層体面とマニホールドとの間のガスシールが
行なわれる。
このように構成された積層体を運転すると、電解質が移
動し電解質組成まで再分配されることが知られており、
溶融炭酸塩型燃料電池の実用化のための大きな障害とな
っていた。電解質の移動現象については、例えば、Ｈ，
Ｒ，クンツによって雑誌（Ｊ、 Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅ
ｓｉｅａｌ Ｓｏｃ、、Ｖｏｌ、１３４＋第１０５頁
（１９８９年〉）に詳しく解説されている。
動し電解質組成まで再分配されることが知られており、
溶融炭酸塩型燃料電池の実用化のための大きな障害とな
っていた。電解質の移動現象については、例えば、Ｈ，
Ｒ，クンツによって雑誌（Ｊ、 Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅ
ｓｉｅａｌ Ｓｏｃ、、Ｖｏｌ、１３４＋第１０５頁
（１９８９年〉）に詳しく解説されている。
第３図はその解説の中で使われている。積層体の断面構
成図である０図中、（６）はマニホールド、（７）はリ
チウムイオン（Ｌｉ” ） とカリウムイオン（Ｋ”
）の移動方向、（８）は炭酸イオン（ｃｏｓ”−）移
動方向である。また、説明をわかりやすくするために、
単電池（１１について下からアノード電極とアノードの
反応ガス流路で構成されるアノード（Ａ）とカソード電
極とカソードの反応ガス流路で構成されるカソード（Ｃ
）に区別して番号をつけ、積層順にＡＩ。
成図である０図中、（６）はマニホールド、（７）はリ
チウムイオン（Ｌｉ” ） とカリウムイオン（Ｋ”
）の移動方向、（８）は炭酸イオン（ｃｏｓ”−）移
動方向である。また、説明をわかりやすくするために、
単電池（１１について下からアノード電極とアノードの
反応ガス流路で構成されるアノード（Ａ）とカソード電
極とカソードの反応ガス流路で構成されるカソード（Ｃ
）に区別して番号をつけ、積層順にＡＩ。
ＣＩ、 Ａ２． Ｃ２・Ａ１００． Ｃ１００のように
記載した。
記載した。
従って、第３図は１００個の単電池（１１を積層した積
層体である。また、（９）は不遇気性のセパレータ、Ｄ
Ｉはマトリックスの位置、（２１）は積層体の一端部に
配設されたカソード端、（２２）は他端部に配設された
アノード端を示している。さて、電解質の移動現象とし
ては、８１１体のカソード端（２１）に向かうにつれて
単電池は電解質が個渇した状態になるのに対して、積層
体のアノード端（２２）に向かうにつれて単電池は電解
質が氾濫（フランディング）した状態になる。マニホー
ルドガスケット（６）を通るリーク電流が積層体のアノ
ード側へ向かう電解質の移動の原因であることが知られ
ている。このような電解質の個渇や氾濫により電池の性
能が著しく損なわれる。現在の技術では、マニホールド
ガスケット（６）を電解質によるウェットシールとせざ
るお得ず、従って常に電解質によって濡らされていて各
Ｊ１１電池１１）に接している。マニホールドガスケッ
ト（６）は例えばＡｌ−Ｃ２間、＾２−Ｃ３間−・−・
、＾９９Ｃ１００間をそれぞれ短絡しており、微小では
あるがリーフ電流がこの間を流れる。このため必然的に
リチウムイオン（Ｌｉ” ） とカリウムイオン（×
０）は矢印（７）に示すように上の単電池へ移動し、炭
酸イオン（ＣＯ３”−） は矢印（８）に示すように下
の単電池へ移動する。この時、リチウムイオン（Ｌｉ”
） とカリウムイオン（に゛）は上の単電池で二酸化
炭素と反応して炭酸リチウムや炭酸カリウムを生じるが
、下の単電池では炭酸イオンは二酸化炭素となって単電
池外に放出される。このため、結局上の単電池の電解質
量が増大し、下の単電池の電解質量が現象して電解質の
移動を引き起こすことになる。またリチウムイオン（Ｌ
ｉ” ）とカリウムイオン（Ｋ゛）の輸率に差があるの
で、電解質組成（リリウムとカリウムの比）をも変化さ
せてしまい、電解質の導電率を下げ、電池の性能を下げ
ることにもなる。
層体である。また、（９）は不遇気性のセパレータ、Ｄ
Ｉはマトリックスの位置、（２１）は積層体の一端部に
配設されたカソード端、（２２）は他端部に配設された
アノード端を示している。さて、電解質の移動現象とし
ては、８１１体のカソード端（２１）に向かうにつれて
単電池は電解質が個渇した状態になるのに対して、積層
体のアノード端（２２）に向かうにつれて単電池は電解
質が氾濫（フランディング）した状態になる。マニホー
ルドガスケット（６）を通るリーク電流が積層体のアノ
ード側へ向かう電解質の移動の原因であることが知られ
ている。このような電解質の個渇や氾濫により電池の性
能が著しく損なわれる。現在の技術では、マニホールド
ガスケット（６）を電解質によるウェットシールとせざ
るお得ず、従って常に電解質によって濡らされていて各
Ｊ１１電池１１）に接している。マニホールドガスケッ
ト（６）は例えばＡｌ−Ｃ２間、＾２−Ｃ３間−・−・
、＾９９Ｃ１００間をそれぞれ短絡しており、微小では
あるがリーフ電流がこの間を流れる。このため必然的に
リチウムイオン（Ｌｉ” ） とカリウムイオン（×
０）は矢印（７）に示すように上の単電池へ移動し、炭
酸イオン（ＣＯ３”−） は矢印（８）に示すように下
の単電池へ移動する。この時、リチウムイオン（Ｌｉ”
） とカリウムイオン（に゛）は上の単電池で二酸化
炭素と反応して炭酸リチウムや炭酸カリウムを生じるが
、下の単電池では炭酸イオンは二酸化炭素となって単電
池外に放出される。このため、結局上の単電池の電解質
量が増大し、下の単電池の電解質量が現象して電解質の
移動を引き起こすことになる。またリチウムイオン（Ｌ
ｉ” ）とカリウムイオン（Ｋ゛）の輸率に差があるの
で、電解質組成（リリウムとカリウムの比）をも変化さ
せてしまい、電解質の導電率を下げ、電池の性能を下げ
ることにもなる。
このような電解質の再分配を解消しようとする努力はな
かなか効果をもたらしていないが、電解質移動の影響を
遅らせる方法としては、カソード＠（２１）とアノード
１（２２）の電解質の貯蔵能力を他の単電池よりも多く
して電解質の個渇や氾濫の影響を小さくする方法が特開
昭６３年−２７９５７５号公報に開示されている。この
構成を第４図に示した。
かなか効果をもたらしていないが、電解質移動の影響を
遅らせる方法としては、カソード＠（２１）とアノード
１（２２）の電解質の貯蔵能力を他の単電池よりも多く
して電解質の個渇や氾濫の影響を小さくする方法が特開
昭６３年−２７９５７５号公報に開示されている。この
構成を第４図に示した。
図において、α１とＯ＠はそれぞれ電解質の貯蔵能力を
多くするために厚さを厚くしたカソード端と７ノード端
である。この構成によれば、ＡＩ −ＣＩのセルが個渇
し、Ａ１００− Ｃ１００のセルが氾濫して積層体が運
転できなくなるまでの時間を第３図の１１１Ｍ体に比べ
て遅らせることができる。しかし動作しているセルに対
する凋渇や氾濫の許容範囲は狭く、従って大幅な改善は
見込めない、また、通常の単電池に用いたよりも厚いカ
ソード０３とアノード端（２）を特別に作成する必要が
あり、通常の単電池の量産化ラインに組み込むことがで
きないので、コストが大幅に上昇するという欠点があっ
た。さらに、上記公報には別の実施例として、第５図に
示したように、アノード端Ａ１００の外側にセパレータ
（９）を介して第１の多孔質貯蔵層（Ｒ１（＋９）を設
けると共に、カソード端（ＣＩ）の外側にセパレータ（
９）を介して第２の多孔質貯蔵層（Ｒ２０１を設けたも
のが提案されている。これは、電解質をＲ２αＯに貯蔵
しておこうというものである。ＲＩＱ５１の側面には酸
化剤ガス側の積層体面（３）側において縁面ガスシール
を行なわずに酸化剤ガス雰囲気下にさらし、一方、Ｒ２
Ｑｌの側面には燃料ガス側の積層体面（２）側において
縁面ガスシールを行なわずに燃料ガス雰囲気下にさらす
というものである。
多くするために厚さを厚くしたカソード端と７ノード端
である。この構成によれば、ＡＩ −ＣＩのセルが個渇
し、Ａ１００− Ｃ１００のセルが氾濫して積層体が運
転できなくなるまでの時間を第３図の１１１Ｍ体に比べ
て遅らせることができる。しかし動作しているセルに対
する凋渇や氾濫の許容範囲は狭く、従って大幅な改善は
見込めない、また、通常の単電池に用いたよりも厚いカ
ソード０３とアノード端（２）を特別に作成する必要が
あり、通常の単電池の量産化ラインに組み込むことがで
きないので、コストが大幅に上昇するという欠点があっ
た。さらに、上記公報には別の実施例として、第５図に
示したように、アノード端Ａ１００の外側にセパレータ
（９）を介して第１の多孔質貯蔵層（Ｒ１（＋９）を設
けると共に、カソード端（ＣＩ）の外側にセパレータ（
９）を介して第２の多孔質貯蔵層（Ｒ２０１を設けたも
のが提案されている。これは、電解質をＲ２αＯに貯蔵
しておこうというものである。ＲＩＱ５１の側面には酸
化剤ガス側の積層体面（３）側において縁面ガスシール
を行なわずに酸化剤ガス雰囲気下にさらし、一方、Ｒ２
Ｑｌの側面には燃料ガス側の積層体面（２）側において
縁面ガスシールを行なわずに燃料ガス雰囲気下にさらす
というものである。
第１多孔質貯蔵層Ｒ１（１９，第２多孔質貯蔵層Ｒ２０
Ｉは電池としての機能を持たない電子導電性の多孔質部
材から戒り、電解質が増減しても積層体に悪影響を与え
ることがない、従って多孔質部材に電解質が満ばいまた
は空になることが許容される分だけ第４図の構成のもの
よりも優れており、積層体の寿命も長くなると予想され
る。ところが我々の実験結果では、貯蔵層Ｒ２０１から
カソードＣ１及びアノードＡ１００から貯蔵層Ｒ１０９
への電解質の移動が不充分で第４図の構成のものの方が
むしろ良く機能することが明ら−かになった。この理由
は以下のように考えられる。第３図の構成のものでは貯
蔵層Ｒ１０９と貯蔵層Ｒ２０１とは反応ガス流路を持た
ず側面のわずかな面積の部分でしか反応ガスと接してい
ない、このため、Ｒ２−Ｃｌ間及びＡ１０Ｏ−Ｒ１間で
ガスケット（５）を介してわずかな電流が流れただけで
Ｒ１０５１及びＲ２（６１で大きな濃度分極を生じ、Ｒ
２−Ｃ１間、Ａ１０Ｏ−Ｒ１間の電気化学的電位差がな
くなってしまう。従って、貯蔵層Ｒ２０１からカソード
Ｃ１及びアノードＡ１００から貯蔵層Ｒ１０９への電解
質の移動が起こらなくなる。なお、貯蔵層ＲＩＱ９．Ｒ
２Ｑｌの構成は、やはり通常のセルとは全く異なってお
り、コストが大幅に上昇するという問題点もある。
Ｉは電池としての機能を持たない電子導電性の多孔質部
材から戒り、電解質が増減しても積層体に悪影響を与え
ることがない、従って多孔質部材に電解質が満ばいまた
は空になることが許容される分だけ第４図の構成のもの
よりも優れており、積層体の寿命も長くなると予想され
る。ところが我々の実験結果では、貯蔵層Ｒ２０１から
カソードＣ１及びアノードＡ１００から貯蔵層Ｒ１０９
への電解質の移動が不充分で第４図の構成のものの方が
むしろ良く機能することが明ら−かになった。この理由
は以下のように考えられる。第３図の構成のものでは貯
蔵層Ｒ１０９と貯蔵層Ｒ２０１とは反応ガス流路を持た
ず側面のわずかな面積の部分でしか反応ガスと接してい
ない、このため、Ｒ２−Ｃｌ間及びＡ１０Ｏ−Ｒ１間で
ガスケット（５）を介してわずかな電流が流れただけで
Ｒ１０５１及びＲ２（６１で大きな濃度分極を生じ、Ｒ
２−Ｃ１間、Ａ１０Ｏ−Ｒ１間の電気化学的電位差がな
くなってしまう。従って、貯蔵層Ｒ２０１からカソード
Ｃ１及びアノードＡ１００から貯蔵層Ｒ１０９への電解
質の移動が起こらなくなる。なお、貯蔵層ＲＩＱ９．Ｒ
２Ｑｌの構成は、やはり通常のセルとは全く異なってお
り、コストが大幅に上昇するという問題点もある。
従来の溶融炭酸塩型燃料電池の積層体は以上のように構
成されているので、積層体のカソード端とアノード端で
の電解質の涸渇と氾濫が起こりやすく、電池の経済寿命
よりも以前に積層体の運転を停止せざるお得なかった。
成されているので、積層体のカソード端とアノード端で
の電解質の涸渇と氾濫が起こりやすく、電池の経済寿命
よりも以前に積層体の運転を停止せざるお得なかった。
また、カソード端とアノード端へ電解質を補給及び吸収
する構成が、通常のセルと異なる特別仕様のものである
ために、通常のセルの量産化ラインに組み込むことがで
きず、コストが大幅に上昇するという問題点があった。
する構成が、通常のセルと異なる特別仕様のものである
ために、通常のセルの量産化ラインに組み込むことがで
きず、コストが大幅に上昇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、通常のセルと同様仕様の電極を用いて、カソ
ード端とアノード端へ電解質を有効に補給及び吸収でき
る溶融炭酸塩型燃料電池の積層体を得ることを目的とす
る。
たもので、通常のセルと同様仕様の電極を用いて、カソ
ード端とアノード端へ電解質を有効に補給及び吸収でき
る溶融炭酸塩型燃料電池の積層体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の積層体は、カソ
ード端の外側にセパレータを介して配設され、アノード
電極とアノードの反応ガス流路を有すると共にマトリッ
クスを有しないハーフセルアノード、及びアノード端の
外側にセパレータを介して配設され、カソード電極とカ
ソードの反応ガス流路を有すると共にマトリックスを有
しないハーフセルカソードを備えたものである。
ード端の外側にセパレータを介して配設され、アノード
電極とアノードの反応ガス流路を有すると共にマトリッ
クスを有しないハーフセルアノード、及びアノード端の
外側にセパレータを介して配設され、カソード電極とカ
ソードの反応ガス流路を有すると共にマトリックスを有
しないハーフセルカソードを備えたものである。
この発明におけるハーフセルアノードは、隣接するカソ
ード端に電解質を供給し、ハーフセルカソードは隣接す
るアノード端の電解質を吸収するので、積層体のカソー
ド端において電解質涸渇に至る時間を大幅に送らせるこ
とができる。また、ハーフセルカソードの反応ガス流路
にあふれた電解質は流速によって反応ガスマニホールド
内にふき飛ばされるので、アノード端における電解質氾
濫については全く起こる心配がない。また、ハーフセル
アノードとハーフセルカソードは通常のアノード、カソ
ードと同様の構造であり、コストが上がることはない。
ード端に電解質を供給し、ハーフセルカソードは隣接す
るアノード端の電解質を吸収するので、積層体のカソー
ド端において電解質涸渇に至る時間を大幅に送らせるこ
とができる。また、ハーフセルカソードの反応ガス流路
にあふれた電解質は流速によって反応ガスマニホールド
内にふき飛ばされるので、アノード端における電解質氾
濫については全く起こる心配がない。また、ハーフセル
アノードとハーフセルカソードは通常のアノード、カソ
ードと同様の構造であり、コストが上がることはない。
以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図はこの発明の一実施例による溶融炭酸塩型燃料電池の
積層体を示す断面構成図である。
図はこの発明の一実施例による溶融炭酸塩型燃料電池の
積層体を示す断面構成図である。
図において、ａＤはカソード端ＣＩの外側にセパレータ
（９）を介して配設されたハーフセルアノードで、通常
の単セルのアノード側の反応ガス流路とアノード電極、
及びガスシール構造を備えている。これはアノードＡＩ
、アノードＡ２などと同様の構造とすることができる。
（９）を介して配設されたハーフセルアノードで、通常
の単セルのアノード側の反応ガス流路とアノード電極、
及びガスシール構造を備えている。これはアノードＡＩ
、アノードＡ２などと同様の構造とすることができる。
ただ単セルと異なりカソード電極、カソード側の反応ガ
ス流路とマトリックスを含まないため、ハーフセルアノ
ードという名称を用い、ＡＯと略記する。また、（２）
はアノード端ＡＯＯの外側にセパレータ（９）を介して
配設されたハーフセルカソードで、通常の単セルのカソ
ード側の反応ガス流路とカソード電極、及びガスシール
構造を備えている。これはカソードＣ１，カソードＣ２
などと同様の構造とすることができる。
ス流路とマトリックスを含まないため、ハーフセルアノ
ードという名称を用い、ＡＯと略記する。また、（２）
はアノード端ＡＯＯの外側にセパレータ（９）を介して
配設されたハーフセルカソードで、通常の単セルのカソ
ード側の反応ガス流路とカソード電極、及びガスシール
構造を備えている。これはカソードＣ１，カソードＣ２
などと同様の構造とすることができる。
ただ、やはり単セルと異なリアノード電極、アノード側
の反応ガス流路とマトリックスを含まないため、ハーフ
セルカソードという名称を用い、Ｃ１０１と略記する。
の反応ガス流路とマトリックスを含まないため、ハーフ
セルカソードという名称を用い、Ｃ１０１と略記する。
ハーフセルアノードＡＯとハーフセルカソードＣ１０１
はそれぞれマトリックスを含まないため、オーム損を生
しくことなく、電流はほとんど集電板（４）に集電され
る。これは第５図に示した従来の構成の電池のＲ１，Ｒ
２を備えた場合と同様である。従って、ＡＯとＣ１０１
が電解質の涸渇や氾濫に至っても積層体の機能には全く
支承をきたす心配がない、それに加えて極端に電解質が
全くない状態や反応ガス流路にまであふれるような状況
がＡＯとＣ１０１には特別に許容される。
はそれぞれマトリックスを含まないため、オーム損を生
しくことなく、電流はほとんど集電板（４）に集電され
る。これは第５図に示した従来の構成の電池のＲ１，Ｒ
２を備えた場合と同様である。従って、ＡＯとＣ１０１
が電解質の涸渇や氾濫に至っても積層体の機能には全く
支承をきたす心配がない、それに加えて極端に電解質が
全くない状態や反応ガス流路にまであふれるような状況
がＡＯとＣ１０１には特別に許容される。
この点第４図の従来の構成のものにおいて、Ａ１とＣ１
００の電解質量の許容範囲が狭いのと比べて、大幅な改
善がある。また、ＡＯとＣ１０１は反応ガス流路を有す
るので、電解質がほとんどない状態から反応ガス流路に
まであふれた状態まで、その反応ガス雰囲気下での電気
化学的電位に保つことができる。即ちＡＯとｃ ｔｏｉ
はマニホールドガスケソト（５）を介してのリーク電
流に対して電極の多くの面積が反応ガスに接しているた
めに濃度分極はほとんど生じず、ＡＯ−Ｃ１間、及びＡ
１００Ｃ１０１間に有効な電気化学的電位差を保つこと
ができる。従って他のＡｌ−Ｃ２間、Ａ２−Ｃ５間・・
−・・Ａ９９− ＣＩ ００間のリーク電流とほぼ同じ
リーク電流が流れるので、ＡＯ−Ｃ１間及びＡ１０Ｏ−
Ｃ１０１間では他のＡｌ−Ｃ２間、Ａ２−Ｃ５間−・・
・Ａ９９−Ｃ１００間とほぼ同じスピードで電解質が移
動する。また、第５図の構成の従来例の場合、Ｒ１に移
動してきた電解質で満ばいになると、他に吸収するもの
がなく、またＲ１を酸化剤ガス雰囲気下の電位に保つこ
とができないので、それ以上に電解質を受は取ることが
できなかった。このためこの従来例ではＡ １００．
Ｃ１００への電解質の氾濫が起こり始めていた。これ
に対し、この実施例におけるハーフセルカソードＣ１０
１は反応ガス流路を有し、ここに反応ガスが流れていな
いため、電解質は反応ガス流路にあふれた後、反応ガス
の流れに沿って酸化剤出口側のマニホールドへ排出され
る。従ってハーフセルカソードＣ１０１が電解質で満ば
いになっても、さらに電解質を吸収することがでる。し
かも酸化剤ガスに接している電極面積が大きいために濃
度分極を起こすことなく引き続き酸化剤ガス雰囲気下の
電位に保つことができるので、Ａ１０Ｏ−Ｃ１０１間の
電解質の移動は絶えることがない、つまりＡ １００．
Ｃ１００への電解質の氾濫は起こらないと考えられ
る。一方、ＡＯでの電解質涸渇に対しては、電池の経済
寿命の途中で定期点検などの折にＡＯに電解質を補給し
ておくことで解決することができ、Ｃ１０１に電解質が
満たんになっていても特にこれを除去するなどのメイン
テナンスをする必要はなく、引き続いて運転を継続する
ことができる。なお、初期にはＡＯに電解質を満たんに
入れ、Ｃ１０１は空にして運転することができるが、こ
れも反応ガス流路があって反応ガスと電極との接触が充
分あるために可能になる。これはこの発明の特徴であり
、従来例（第５図）のＲ２では積層体面の側面にしか反
応ガスとの接触を待たないので、Ｒ２が満たんになると
電解液による液膜で金属部分が覆われてしまい、わずか
なリーク電流でもすぐに濃度分極を起こし、Ｒ２−Ｃｌ
間に電気化学的電位差が生じえないのでＲ２からＣＩへ
の電解質の移動が起こらず、従ってＲ２を満たんにする
ことはできなかった。
００の電解質量の許容範囲が狭いのと比べて、大幅な改
善がある。また、ＡＯとＣ１０１は反応ガス流路を有す
るので、電解質がほとんどない状態から反応ガス流路に
まであふれた状態まで、その反応ガス雰囲気下での電気
化学的電位に保つことができる。即ちＡＯとｃ ｔｏｉ
はマニホールドガスケソト（５）を介してのリーク電
流に対して電極の多くの面積が反応ガスに接しているた
めに濃度分極はほとんど生じず、ＡＯ−Ｃ１間、及びＡ
１００Ｃ１０１間に有効な電気化学的電位差を保つこと
ができる。従って他のＡｌ−Ｃ２間、Ａ２−Ｃ５間・・
−・・Ａ９９− ＣＩ ００間のリーク電流とほぼ同じ
リーク電流が流れるので、ＡＯ−Ｃ１間及びＡ１０Ｏ−
Ｃ１０１間では他のＡｌ−Ｃ２間、Ａ２−Ｃ５間−・・
・Ａ９９−Ｃ１００間とほぼ同じスピードで電解質が移
動する。また、第５図の構成の従来例の場合、Ｒ１に移
動してきた電解質で満ばいになると、他に吸収するもの
がなく、またＲ１を酸化剤ガス雰囲気下の電位に保つこ
とができないので、それ以上に電解質を受は取ることが
できなかった。このためこの従来例ではＡ １００．
Ｃ１００への電解質の氾濫が起こり始めていた。これ
に対し、この実施例におけるハーフセルカソードＣ１０
１は反応ガス流路を有し、ここに反応ガスが流れていな
いため、電解質は反応ガス流路にあふれた後、反応ガス
の流れに沿って酸化剤出口側のマニホールドへ排出され
る。従ってハーフセルカソードＣ１０１が電解質で満ば
いになっても、さらに電解質を吸収することがでる。し
かも酸化剤ガスに接している電極面積が大きいために濃
度分極を起こすことなく引き続き酸化剤ガス雰囲気下の
電位に保つことができるので、Ａ１０Ｏ−Ｃ１０１間の
電解質の移動は絶えることがない、つまりＡ １００．
Ｃ１００への電解質の氾濫は起こらないと考えられ
る。一方、ＡＯでの電解質涸渇に対しては、電池の経済
寿命の途中で定期点検などの折にＡＯに電解質を補給し
ておくことで解決することができ、Ｃ１０１に電解質が
満たんになっていても特にこれを除去するなどのメイン
テナンスをする必要はなく、引き続いて運転を継続する
ことができる。なお、初期にはＡＯに電解質を満たんに
入れ、Ｃ１０１は空にして運転することができるが、こ
れも反応ガス流路があって反応ガスと電極との接触が充
分あるために可能になる。これはこの発明の特徴であり
、従来例（第５図）のＲ２では積層体面の側面にしか反
応ガスとの接触を待たないので、Ｒ２が満たんになると
電解液による液膜で金属部分が覆われてしまい、わずか
なリーク電流でもすぐに濃度分極を起こし、Ｒ２−Ｃｌ
間に電気化学的電位差が生じえないのでＲ２からＣＩへ
の電解質の移動が起こらず、従ってＲ２を満たんにする
ことはできなかった。
なお、ハーフセルアノードＡＯとハーフセルカソードＣ
１０１は他のアノード、カソードと同様の構成であるか
ら積層する部材と手間がマトリックスを除いてｌ単セル
分ふえるだけで、特別の仕様の部材を必要としない、数
百セル（実施例では簡単のため１００セルとしたが）の
積層単電池のうち１セル分増加させるだけで積層体の寿
命を大幅に延ばすことができ、その経済性への効果は大
である。
１０１は他のアノード、カソードと同様の構成であるか
ら積層する部材と手間がマトリックスを除いてｌ単セル
分ふえるだけで、特別の仕様の部材を必要としない、数
百セル（実施例では簡単のため１００セルとしたが）の
積層単電池のうち１セル分増加させるだけで積層体の寿
命を大幅に延ばすことができ、その経済性への効果は大
である。
なお、この発明による電池の構成の唯一ともいうべき欠
点はＡＯ，Ｃ１０１に流れる反応ガスの分が発電に用い
ることができないことであるが、もともと端部のセルは
セル温度が低いために発電効率が悪いこと、数百骨の１
のロスであることなどを考えると、あまり気にしなくて
もよい欠点と考えられる。しかし、反応ガスの無駄を除
くためには、ＡＯ，Ｃｌ０Ｉの反応ガス流路の出口側を
ある程度閉塞すればよく、流路出口の閉塞であるから、
ＡＯ，Ｃｌ０Ｉへの反応ガスの供給に支承をきたすこと
はなく、反応ガスの無駄を最小限にすることができる。
点はＡＯ，Ｃ１０１に流れる反応ガスの分が発電に用い
ることができないことであるが、もともと端部のセルは
セル温度が低いために発電効率が悪いこと、数百骨の１
のロスであることなどを考えると、あまり気にしなくて
もよい欠点と考えられる。しかし、反応ガスの無駄を除
くためには、ＡＯ，Ｃｌ０Ｉの反応ガス流路の出口側を
ある程度閉塞すればよく、流路出口の閉塞であるから、
ＡＯ，Ｃｌ０Ｉへの反応ガスの供給に支承をきたすこと
はなく、反応ガスの無駄を最小限にすることができる。
以上のように、この発明によれば、アノード電極、アノ
ードの反応ガス流路、カソード電極、カソードの反応ガ
ス流路、及びマトリフクスから成る単電池、並びにセパ
レータを順次積層し、その積層方向の一端部にカソード
端、他端部にアノード端を有するものにおいて、カソー
ド端の外側にセパレータを介して配設され、アノード電
極とアノードの反応ガス流路を有すると共にマトリ・ノ
クスを有しないハーフセルアノード、及びアノード端の
外側にセパレータを介して配設され、カソード電極とカ
ソードの反応ガス流路を有すると共にマトリフクスを有
しないハーフセルカソードを備えたことにより、従来よ
りも電解質移動の影響を小さくすることができ、従来に
比べてコストを下げることができる溶融炭酸塩型燃料電
池の積層体を得ることができる効果がある。
ードの反応ガス流路、カソード電極、カソードの反応ガ
ス流路、及びマトリフクスから成る単電池、並びにセパ
レータを順次積層し、その積層方向の一端部にカソード
端、他端部にアノード端を有するものにおいて、カソー
ド端の外側にセパレータを介して配設され、アノード電
極とアノードの反応ガス流路を有すると共にマトリ・ノ
クスを有しないハーフセルアノード、及びアノード端の
外側にセパレータを介して配設され、カソード電極とカ
ソードの反応ガス流路を有すると共にマトリフクスを有
しないハーフセルカソードを備えたことにより、従来よ
りも電解質移動の影響を小さくすることができ、従来に
比べてコストを下げることができる溶融炭酸塩型燃料電
池の積層体を得ることができる効果がある。
第１図はこの発明の一実施例による溶融炭酸塩型燃料電
池の積層体を示す断面構成図、第２図は従来の積層体を
一部切欠いて示す斜視図、第３図〜第５図はそれぞれ従
来の積層体を示す断面構成図である。 図において（１１は単電池、（５）はマニホールドガス
ケソト、（９）はセパレータ、ＯＩはマトリフクス、α
υはハーフセルアノード、（２）はハーフセルカソード
である。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。 第１図
池の積層体を示す断面構成図、第２図は従来の積層体を
一部切欠いて示す斜視図、第３図〜第５図はそれぞれ従
来の積層体を示す断面構成図である。 図において（１１は単電池、（５）はマニホールドガス
ケソト、（９）はセパレータ、ＯＩはマトリフクス、α
υはハーフセルアノード、（２）はハーフセルカソード
である。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。 第１図
Claims (1)
- アノード電極、アノードの反応ガス流路、カソード電極
、カソードの反応ガス流路、及びマトリックスから成る
単電池、並びにセパレータを順次積層し、その積層方向
の一端部にカソード端、他端部にアノード端を有するも
のにおいて、上記カソード端の外側にセパレータを介し
て配設され、アノード電極とアノードの反応ガス流路を
有すると共にマトリックスを有しないハーフセルアノー
ド、及び上記アノード端の外側にセパレータを介して配
設され、カソード電極とカソードの反応ガス流路を有す
ると共にマトリックスを有しないハーフセルカソードを
備えたことを特徴とする溶融炭酸塩型燃料電池の積層体
。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1203221A JPH0812784B2 (ja) | 1989-08-03 | 1989-08-03 | 溶融炭酸塩型燃料電池の積層体 |
| US07/499,656 US5019464A (en) | 1989-08-03 | 1990-03-27 | Molten carbonate fuel battery with electrolyte migration control |
| NL9000977A NL9000977A (nl) | 1989-08-03 | 1990-04-24 | Gesmolten carbonaatbrandstofbatterij. |
| IT67582A IT1240500B (it) | 1989-08-03 | 1990-07-24 | Batteria a combustibile in carbonato fuso |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1203221A JPH0812784B2 (ja) | 1989-08-03 | 1989-08-03 | 溶融炭酸塩型燃料電池の積層体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0367469A true JPH0367469A (ja) | 1991-03-22 |
| JPH0812784B2 JPH0812784B2 (ja) | 1996-02-07 |
Family
ID=16470465
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1203221A Expired - Lifetime JPH0812784B2 (ja) | 1989-08-03 | 1989-08-03 | 溶融炭酸塩型燃料電池の積層体 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5019464A (ja) |
| JP (1) | JPH0812784B2 (ja) |
| IT (1) | IT1240500B (ja) |
| NL (1) | NL9000977A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5413878A (en) * | 1993-10-28 | 1995-05-09 | The United States Of America As Represented By The Department Of Energy | System and method for networking electrochemical devices |
| EP1588444B1 (en) * | 2002-12-24 | 2009-11-11 | Fuelcell Energy, Inc. | Inactive end cell assembly for fuel cells for improved electrolyte management and electrical contact |
| US20040121200A1 (en) * | 2002-12-24 | 2004-06-24 | Richard Johnsen | Inactive end cell assembly for fuel cells for improved electrolyte management and electrical contact |
| MXPA06003091A (es) * | 2003-09-23 | 2006-06-20 | Ansaldo Fuel Cells Spa | Control de la migracion de electrolitos enpilas de celdas de combustible de carbonato fundido (cccf) de area grande. |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4579788A (en) * | 1983-10-18 | 1986-04-01 | Institute Of Gas Technology | High temperature fuel cell wet seal |
| US4643954A (en) * | 1985-12-23 | 1987-02-17 | The United States Of America As Represented By The Department Of Energy | Device for equalizing molten electrolyte content in a fuel cell stack |
| US4761348A (en) * | 1987-03-17 | 1988-08-02 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Electrolytic cell stack with molten electrolyte migration control |
-
1989
- 1989-08-03 JP JP1203221A patent/JPH0812784B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1990
- 1990-03-27 US US07/499,656 patent/US5019464A/en not_active Expired - Fee Related
- 1990-04-24 NL NL9000977A patent/NL9000977A/nl active Search and Examination
- 1990-07-24 IT IT67582A patent/IT1240500B/it active IP Right Grant
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| IT1240500B (it) | 1993-12-17 |
| NL9000977A (nl) | 1991-03-01 |
| IT9067582A1 (it) | 1992-01-24 |
| US5019464A (en) | 1991-05-28 |
| IT9067582A0 (it) | 1990-07-24 |
| JPH0812784B2 (ja) | 1996-02-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Blurton et al. | Metal/air batteries: their status and potential—a review | |
| JP2635991B2 (ja) | 電解電池積重体 | |
| US9419299B2 (en) | Battery cells with lithium ion conducting tape-cast ceramic, glass and glass-ceramic membranes | |
| US4833046A (en) | Metal-hydrogen secondary battery | |
| US11837701B2 (en) | Bipolar lead acid battery cells with increased energy density | |
| GB2023918A (en) | Galvanic cell | |
| CN100561791C (zh) | 改进了电解质管理和电接触的燃料电池用非活性端电池组件 | |
| JPH0367469A (ja) | 溶融炭酸塩型燃料電池の積層体 | |
| US6979512B2 (en) | Colloidal battery | |
| JP2612781B2 (ja) | 燃料電池 | |
| JP2952966B2 (ja) | 溶融炭酸塩型燃料電池の積層体 | |
| CN218769681U (zh) | 一种高电压内串的软包固态电池 | |
| JP3094767B2 (ja) | 燃料電池の電解質補給方法 | |
| JPS60246570A (ja) | 溶融炭酸塩型燃料電池 | |
| EP1588444B1 (en) | Inactive end cell assembly for fuel cells for improved electrolyte management and electrical contact | |
| JPH11297340A (ja) | 溶融炭酸塩型燃料電池 | |
| KR0174849B1 (ko) | 밀폐형 축전지의 고율 충방전 특성 향상법 | |
| KR200302559Y1 (ko) | 리튬 이온 폴리머 전지 | |
| JPH0530291Y2 (ja) | ||
| MXPA06003091A (es) | Control de la migracion de electrolitos enpilas de celdas de combustible de carbonato fundido (cccf) de area grande. | |
| JPH0224970A (ja) | 溶融炭酸塩型燃料電池の電解質補給法 | |
| JPH0244655A (ja) | 溶融炭酸塩型燃料電池 | |
| JPH1032018A (ja) | 密閉形鉛蓄電池 | |
| JPH0531272B2 (ja) | ||
| JPH0652660B2 (ja) | 溶融炭酸塩型燃料電池 |