JPH038065B2 - - Google Patents
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- JPH038065B2 JPH038065B2 JP59150691A JP15069184A JPH038065B2 JP H038065 B2 JPH038065 B2 JP H038065B2 JP 59150691 A JP59150691 A JP 59150691A JP 15069184 A JP15069184 A JP 15069184A JP H038065 B2 JPH038065 B2 JP H038065B2
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- JP
- Japan
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- fuel cell
- molten carbonate
- manifold
- corrosion
- main body
- Prior art date
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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
- H01M8/24—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
- H01M8/24—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
-
- 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)
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- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は、経時的な特性劣化を抑制するように
した溶融炭酸塩型燃料電池に関する。
した溶融炭酸塩型燃料電池に関する。
近年、次世代の燃料電池として溶融炭酸塩型燃
料電池の開発が進められている。溶融炭酸塩型燃
料電池は、炭素塩からなる電解質を高温下で溶融
状態にし、電極反応を生起させるもので、リン酸
型、固体電解質型等の他の燃料電池に比べ、電極
反応が起り易く、発電熱効率が高いうえ、効果な
貴金属触媒を必要としない等の特長を有してい
る。
料電池の開発が進められている。溶融炭酸塩型燃
料電池は、炭素塩からなる電解質を高温下で溶融
状態にし、電極反応を生起させるもので、リン酸
型、固体電解質型等の他の燃料電池に比べ、電極
反応が起り易く、発電熱効率が高いうえ、効果な
貴金属触媒を必要としない等の特長を有してい
る。
ところで、このような溶融炭酸塩型燃料電池で
高出力の発電プラントを構成するには、複数の単
位電池を直列に積層して燃料電池本体を構成し、
各単位電池の加算出力を得るようにしなければな
らない。このため、この種の燃料電池は、通常、
次のように構成される。
高出力の発電プラントを構成するには、複数の単
位電池を直列に積層して燃料電池本体を構成し、
各単位電池の加算出力を得るようにしなければな
らない。このため、この種の燃料電池は、通常、
次のように構成される。
すなわち、各単位電池は、一対の多孔質電極板
と、これらの間に介在させたアルカリ炭酸塩から
なる電解質板とから構成される。これら単位電池
は、セパレータを介して積層される。セパレータ
は、各単位電池間の電気的な接続機能と、各電極
板への反応ガスの通路を形成する機能と兼備えた
ものである。
と、これらの間に介在させたアルカリ炭酸塩から
なる電解質板とから構成される。これら単位電池
は、セパレータを介して積層される。セパレータ
は、各単位電池間の電気的な接続機能と、各電極
板への反応ガスの通路を形成する機能と兼備えた
ものである。
燃料電池本体の４つの側面には、反応ガスの分
配、回収機能を有するマニホールドが当てがわれ
ており、これらマニホールドのうちの一つに酸化
剤ガスを供給するとともに、隣接するマニホール
ドに燃料ガスを供給し、燃料電池本体で両ガスを
反応させて直流出力を得た後、それぞれの対向す
るマニホールドからガスを排出させるようにして
いる。上記各単位電池の周縁部には、これら両ガ
スの燃料電池本体内部における交差混合を防止す
るためのウエツトシール部が形成されている。
配、回収機能を有するマニホールドが当てがわれ
ており、これらマニホールドのうちの一つに酸化
剤ガスを供給するとともに、隣接するマニホール
ドに燃料ガスを供給し、燃料電池本体で両ガスを
反応させて直流出力を得た後、それぞれの対向す
るマニホールドからガスを排出させるようにして
いる。上記各単位電池の周縁部には、これら両ガ
スの燃料電池本体内部における交差混合を防止す
るためのウエツトシール部が形成されている。
ところで、このような構造の燃料電池には、次
のような問題があつた。
のような問題があつた。
すなわち、上記マニホールドの燃料電池本体側
面との接触部や、セパレータの周縁部は、ウエツ
トシールを形成するため溶融炭酸塩と接触状態に
ある。ところが、炭酸塩は、作動温度で溶融する
と腐蝕性を有するため、これら接触部位の耐食性
が問題となる。そこで、従来は、セパレータやマ
ニホールドの上記部位にアルミナ、ジルコニアな
どの酸化物セラミツク粉未をプラズマ溶射して耐
食層を形成していた。
面との接触部や、セパレータの周縁部は、ウエツ
トシールを形成するため溶融炭酸塩と接触状態に
ある。ところが、炭酸塩は、作動温度で溶融する
と腐蝕性を有するため、これら接触部位の耐食性
が問題となる。そこで、従来は、セパレータやマ
ニホールドの上記部位にアルミナ、ジルコニアな
どの酸化物セラミツク粉未をプラズマ溶射して耐
食層を形成していた。
しかしながら、上記の方法で形成された耐食層
には、微細な孔が多数存在し、この微細孔に溶融
炭酸塩が浸透して母材を腐蝕させてしまうという
問題があつた。このように母材が腐蝕すると、耐
食層が母材から剥離し、微小隙間を介して炭酸塩
が移動逸散してしまうことになる。したがつて、
従来の溶融炭酸塩型燃料電池は、経時的な劣化を
免れ得ないという問題があつた。
には、微細な孔が多数存在し、この微細孔に溶融
炭酸塩が浸透して母材を腐蝕させてしまうという
問題があつた。このように母材が腐蝕すると、耐
食層が母材から剥離し、微小隙間を介して炭酸塩
が移動逸散してしまうことになる。したがつて、
従来の溶融炭酸塩型燃料電池は、経時的な劣化を
免れ得ないという問題があつた。
本発明は、上述した問題点に鑑みなされたもの
であり、その目的とするところは、マニホールド
またはセパレータのウエツトシールを形成する面
の耐食性向上を図り、もつて経時的劣化の少ない
溶融炭酸塩型燃料電池を提供することにある。
であり、その目的とするところは、マニホールド
またはセパレータのウエツトシールを形成する面
の耐食性向上を図り、もつて経時的劣化の少ない
溶融炭酸塩型燃料電池を提供することにある。
本発明は、セパレータおよびマニホールドのウ
エツトシール部を形成する面に、酸化物セラミツ
クと酸化クロムとからなる耐食層を設けたことを
特徴としている。
エツトシール部を形成する面に、酸化物セラミツ
クと酸化クロムとからなる耐食層を設けたことを
特徴としている。
耐食層は、たとえば母材表面に酸化物セラミツ
クをプラズマ溶射した後、酸化クロム溶液を塗布
または噴霧して、しかる後熱処理を施して形成す
るようにしている。
クをプラズマ溶射した後、酸化クロム溶液を塗布
または噴霧して、しかる後熱処理を施して形成す
るようにしている。
本発明によれば、耐食性のある酸化クロムで、
酸化物セラミツク層の微細孔を塞ぐことができる
ため、従来のように溶融炭酸塩が微細孔に浸透す
るのを有効に防止することができる。したがつ
て、マニホールドまたはセパレータの耐食性を向
上させることができ、経時的特性の向上化を図る
ことができる。
酸化物セラミツク層の微細孔を塞ぐことができる
ため、従来のように溶融炭酸塩が微細孔に浸透す
るのを有効に防止することができる。したがつ
て、マニホールドまたはセパレータの耐食性を向
上させることができ、経時的特性の向上化を図る
ことができる。
以下、本発明の実施例について説明する。
実施例 １
幅２cm、長さ５cm、厚さ５mmのステンレス板
（SUS316）にアルミナをプラズマ溶射して、厚
さ0.2mmのアルミナ層を形成した。この上から
CrO3の水溶液を塗布し、550℃で熱処理した。上
記CrO3水溶液の塗布と熱処理とを、上記水溶液
がアルミナ層に浸透しなくなるまで繰返し、厚さ
0.1mmの耐食層を形成した。
（SUS316）にアルミナをプラズマ溶射して、厚
さ0.2mmのアルミナ層を形成した。この上から
CrO3の水溶液を塗布し、550℃で熱処理した。上
記CrO3水溶液の塗布と熱処理とを、上記水溶液
がアルミナ層に浸透しなくなるまで繰返し、厚さ
0.1mmの耐食層を形成した。
実施例 ２
幅２cm、長さ５cm、厚さ５mmのステンレス板
（SUS316）にジルコニアをプラズマ照射して、
厚さ0.2mmのジルコニア層を形成した。この上か
らCrO3の水溶液を噴霧後、550℃で熱処理した。
上記CrO3水溶液の塗布と熱処理とを、上記水溶
液がジルコニア層に浸透しなくなるまで繰返し、
厚さ0.12mmの耐食層を形成した。
（SUS316）にジルコニアをプラズマ照射して、
厚さ0.2mmのジルコニア層を形成した。この上か
らCrO3の水溶液を噴霧後、550℃で熱処理した。
上記CrO3水溶液の塗布と熱処理とを、上記水溶
液がジルコニア層に浸透しなくなるまで繰返し、
厚さ0.12mmの耐食層を形成した。
従来例
幅２cm、長さ５cm、厚さ５mmのステンレス板
（SUS316）にアルミナをプズマ照射して、厚さ
0.2mmのアルミナ耐食層を形成した。
（SUS316）にアルミナをプズマ照射して、厚さ
0.2mmのアルミナ耐食層を形成した。
上記実施例１、２および従来例の耐食層を
SEM観察したところ、従来例では、無数の微細
孔が観測されたが、実施例１および実施例２では
空孔が観測されなかつた。また、水銀圧入法で各
耐食層の空孔率を測定したとところ、従来例では
空孔率が20であつたのに対し、実施例１および実
施例２では測定不可能であり、微細孔が少なくと
も0.01μｍ以下であることが確認された。ちなみ
に、この程度の微細孔であれば、溶融炭酸塩型の
表面張力によつて、炭酸塩が耐食層に浸透するこ
とはない。
SEM観察したところ、従来例では、無数の微細
孔が観測されたが、実施例１および実施例２では
空孔が観測されなかつた。また、水銀圧入法で各
耐食層の空孔率を測定したとところ、従来例では
空孔率が20であつたのに対し、実施例１および実
施例２では測定不可能であり、微細孔が少なくと
も0.01μｍ以下であることが確認された。ちなみ
に、この程度の微細孔であれば、溶融炭酸塩型の
表面張力によつて、炭酸塩が耐食層に浸透するこ
とはない。
また、各サンプルの耐食層に、Li2CO3／
K2CO3＝62 38（モル比）の混合炭素塩粉末を１
ｇずつ乗せ、Air／CO2＝70／30（モル比）、650℃
の雰囲気下で100時間保持したところ、従来例で
は下地表面（母材）が腐蝕して、耐食層が剥離し
たのに対し、実施例１および実施例２では、耐食
層の剥離は無かつた。
K2CO3＝62 38（モル比）の混合炭素塩粉末を１
ｇずつ乗せ、Air／CO2＝70／30（モル比）、650℃
の雰囲気下で100時間保持したところ、従来例で
は下地表面（母材）が腐蝕して、耐食層が剥離し
たのに対し、実施例１および実施例２では、耐食
層の剥離は無かつた。
実施例 ３
図に示すような燃料電池本体１を構成した。こ
の燃料電池本体は、エンドプレート２ａ，２ｂの
間に、複数の単位電池３をセパレータ４を介して
積層したものである。単位電池は、一対の多孔質
電極板５ａ，５ｂの間に電解質板を介挿して構成
されている。電解質板は、Li2CO3／K2CO3＝
62／38（モル比）の混合炭酸塩粉末と、γ−リチ
ウムアルミネートの保持材とをホツトプレスして
得た。セパレータには、その両面に互いに直交す
る方向に延びる複数のガス通流溝６ａ，６ｂを形
成した。
の燃料電池本体は、エンドプレート２ａ，２ｂの
間に、複数の単位電池３をセパレータ４を介して
積層したものである。単位電池は、一対の多孔質
電極板５ａ，５ｂの間に電解質板を介挿して構成
されている。電解質板は、Li2CO3／K2CO3＝
62／38（モル比）の混合炭酸塩粉末と、γ−リチ
ウムアルミネートの保持材とをホツトプレスして
得た。セパレータには、その両面に互いに直交す
る方向に延びる複数のガス通流溝６ａ，６ｂを形
成した。
このように構成された燃料電池本体１の各側面
に、それぞれ角型環状のジルコニアフエルト７
ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄを介してマニホールド８
ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄを重合させた。ジルコニア
フエルト７ａ〜７ｄは、溶融炭酸塩を浸透させて
マニホールド８ａ〜８ｄとの間でウエツトシール
を構成する機能を有する。マニホールド８ａ〜８
ｄの上記ジルコニアフエルト７ａ〜７ｄとの接触
部には、前記実施例１と同様の方法によつて得ら
れた耐食層を形成した。そして、これらマニホー
ルド８ａ〜８ｄを図示しない手段で締付けて、燃
料電池を構成した。
に、それぞれ角型環状のジルコニアフエルト７
ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄを介してマニホールド８
ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄを重合させた。ジルコニア
フエルト７ａ〜７ｄは、溶融炭酸塩を浸透させて
マニホールド８ａ〜８ｄとの間でウエツトシール
を構成する機能を有する。マニホールド８ａ〜８
ｄの上記ジルコニアフエルト７ａ〜７ｄとの接触
部には、前記実施例１と同様の方法によつて得ら
れた耐食層を形成した。そして、これらマニホー
ルド８ａ〜８ｄを図示しない手段で締付けて、燃
料電池を構成した。
なお、比較のため、上記従来例と同様の方法で
耐食層を形成したマニホールド９ａ〜９ｄ（図示
せず）を用いて、上記と同様の燃料電池を構成し
た。
耐食層を形成したマニホールド９ａ〜９ｄ（図示
せず）を用いて、上記と同様の燃料電池を構成し
た。
これら燃料電池を650℃に昇温させ、マニホー
ルド８ａ，９ａ側からマニホールド８ａ，９ｃ側
へ酸化剤ガスＰを通流させるとともに、マニホー
ルド８ｂ，９ｂ側からマニホールド８ｄ，９ｄ側
へ燃料ガスＱを通流させ、200時間運転した。そ
の後、各マニホールド８ａ〜８ｄ，９ａ〜９ｄを
分解してジルコニアフエルトとの接触部を調べた
ところ、後者のマニホールドには、耐食層の剥離
が生じていたのに対し、前者のマニホールド８ａ
〜８ｄには剥離が生じていなかつた。
ルド８ａ，９ａ側からマニホールド８ａ，９ｃ側
へ酸化剤ガスＰを通流させるとともに、マニホー
ルド８ｂ，９ｂ側からマニホールド８ｄ，９ｄ側
へ燃料ガスＱを通流させ、200時間運転した。そ
の後、各マニホールド８ａ〜８ｄ，９ａ〜９ｄを
分解してジルコニアフエルトとの接触部を調べた
ところ、後者のマニホールドには、耐食層の剥離
が生じていたのに対し、前者のマニホールド８ａ
〜８ｄには剥離が生じていなかつた。
上述した各実施例から明らかな如く、本発明に
よれば、長期に亙つて溶融炭酸塩の移動逸散を防
止でき、経時的劣化の少ない溶融炭酸塩型燃料電
池を提供することができる。
よれば、長期に亙つて溶融炭酸塩の移動逸散を防
止でき、経時的劣化の少ない溶融炭酸塩型燃料電
池を提供することができる。
図は本発明の一実施例に係る溶融炭酸塩型燃料
電池の主要部の構成を示す図である。 １……燃料電池本体、２ａ，２ｂ……エンドプ
レート、３……単位電池、４……セパレータ、５
ａ，５ｂ……多孔質電極板、６ａ，６ｂ……ガス
通流溝、７ａ〜７ｄ……ジルコニアフエルト、８
ａ〜８ｄ……マニホールド、Ｐ……酸化剤ガス、
Ｑ……燃料ガス。
電池の主要部の構成を示す図である。 １……燃料電池本体、２ａ，２ｂ……エンドプ
レート、３……単位電池、４……セパレータ、５
ａ，５ｂ……多孔質電極板、６ａ，６ｂ……ガス
通流溝、７ａ〜７ｄ……ジルコニアフエルト、８
ａ〜８ｄ……マニホールド、Ｐ……酸化剤ガス、
Ｑ……燃料ガス。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 単位電池をセパレータを介して複数積層して
なる燃料電池本体と、この燃料電池本体の各側面
に当てがわれ前記各単位電池のガス通路に反応ガ
スを通流させるマニホールドとを備えた溶融炭酸
塩型燃料電池において、前記セパレータの表面で
かつ前記単位電池を構成する電解質層との間でウ
エツトシール部を形成する面および前記マニホー
ルドの表面でかつ前記燃料電池本体の側面との間
でウエツトシール部を形成する面のうちの少なく
とも一方に、酸化物セラミツクと酸化クロムとか
らなる耐食層を形成してなることを特徴とする溶
融炭酸塩型燃料電池。 ２ 前記耐食層は、前記セパレータまたはマニホ
ールドの母材表面に前記酸化物セラミツクをプラ
ズマ溶射した後、酸化クロム溶液を塗布または噴
霧して、しかる後熱処理を施して形成されたもの
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。 ３ 前記酸化物セラミツクは、アルミナであるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２
項記載の溶融炭酸塩型燃料電池。 ４ 前記酸化物セラミツクは、ジルコニアである
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項または第
２項記載の溶融炭酸塩型燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59150691A JPS6129074A (ja) | 1984-07-20 | 1984-07-20 | 溶融炭酸塩型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59150691A JPS6129074A (ja) | 1984-07-20 | 1984-07-20 | 溶融炭酸塩型燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6129074A JPS6129074A (ja) | 1986-02-08 |
| JPH038065B2 true JPH038065B2 (ja) | 1991-02-05 |
Family
ID=15502342
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59150691A Granted JPS6129074A (ja) | 1984-07-20 | 1984-07-20 | 溶融炭酸塩型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6129074A (ja) |
-
1984
- 1984-07-20 JP JP59150691A patent/JPS6129074A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6129074A (ja) | 1986-02-08 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |