JPH04137464A - 燃料電池用電極の製造方法 - Google Patents
燃料電池用電極の製造方法Info
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- JPH04137464A JPH04137464A JP2259995A JP25999590A JPH04137464A JP H04137464 A JPH04137464 A JP H04137464A JP 2259995 A JP2259995 A JP 2259995A JP 25999590 A JP25999590 A JP 25999590A JP H04137464 A JPH04137464 A JP H04137464A
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- Japan
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- electrode
- intermetallic compound
- fuel cell
- porous
- gas
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- 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
- Inert Electrodes (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〕
本発明は、溶融炭酸塩型燃料電池に係り、特に電極のク
リープ変形及びシンタリングと電極材料の溶出を防止し
、長期的に安定した燃料電池及びその製造方法並びに燃
料電池用電極及びその製造方法を提供することにある。
リープ変形及びシンタリングと電極材料の溶出を防止し
、長期的に安定した燃料電池及びその製造方法並びに燃
料電池用電極及びその製造方法を提供することにある。
燃料電池における電極は、運転中に高温圧縮によるクリ
ープ変形や電極粒子のシンタリングが起り、電極細孔容
積の減少に伴うガス拡散性の低下や、電極比表面積の減
少による触媒活性の低下により電池性能が経時的に低下
する問題があった。
ープ変形や電極粒子のシンタリングが起り、電極細孔容
積の減少に伴うガス拡散性の低下や、電極比表面積の減
少による触媒活性の低下により電池性能が経時的に低下
する問題があった。
また、電極材料が炭酸塩電解質(例えば、K2CO□+
Li2Co3混合塩)の中に溶出して電池性能が低下す
る問題があった。
Li2Co3混合塩)の中に溶出して電池性能が低下す
る問題があった。
この様な問題を解決するために、従来においてもNi多
孔質電極にセラミックス材料を混在させる方法(特開昭
61−271749号公報及び特開昭61.−2672
67号公報)やセラミックス粉末を電極材料でコーティ
ングする方法(特開昭59−107543号公報)及び
電極原料粉末をセラミックスでコーティングする方法(
特開昭63−668571号公報)等が開示されている
。
孔質電極にセラミックス材料を混在させる方法(特開昭
61−271749号公報及び特開昭61.−2672
67号公報)やセラミックス粉末を電極材料でコーティ
ングする方法(特開昭59−107543号公報)及び
電極原料粉末をセラミックスでコーティングする方法(
特開昭63−668571号公報)等が開示されている
。
しかし、セラミックス材料を添加した電極では、接触抵
抗が増大する一方、不活性物質の共存により電極の触媒
活性が低下する。また、熱サイクルによる電極の亀裂発
生の原因ともなる。セラミックス材料を電極材料でコー
ティングして成る電極は高温圧縮によるクリープ変形を
抑制できるが、十分な電池性能が得られない。
抗が増大する一方、不活性物質の共存により電極の触媒
活性が低下する。また、熱サイクルによる電極の亀裂発
生の原因ともなる。セラミックス材料を電極材料でコー
ティングして成る電極は高温圧縮によるクリープ変形を
抑制できるが、十分な電池性能が得られない。
一方、多孔質電極の表面層にCr、Al、Zr等を含有
して電極のシンタリングやクリープ変形を抑制する方法
(特開昭55−74065号公報)が開示されている。
して電極のシンタリングやクリープ変形を抑制する方法
(特開昭55−74065号公報)が開示されている。
しかし、これらの方法は電極原料のシンタリング抑制に
は一応の効果を発揮するが、高温圧縮によるクリープ変
形を抑制する効果は少ない。またこれらの添加物は経時
的に炭酸塩電解質と反応して9次第にその効果が低下す
る一方、電解質を消耗してしまう問題がある。
は一応の効果を発揮するが、高温圧縮によるクリープ変
形を抑制する効果は少ない。またこれらの添加物は経時
的に炭酸塩電解質と反応して9次第にその効果が低下す
る一方、電解質を消耗してしまう問題がある。
また、多孔質金属焼結体に、Cr v A Q + G
。
。
並びにY、Ce、Zr等を含む塩類を水溶液にとかして
含浸し、乾燥、焼結して電極表面に酸化物等を析出させ
る方法(特開昭62−5566号公報)が開示されてい
る。この方法によれば、金属粒子間に酸化物が析出し、
電極粒子の移動を抑制してシンタリングを防止する効果
はあるが、電極の活性点を被覆し性能が低下する一方、
電極と集電体との接触抵抗が増大するなどの問題がある
。
含浸し、乾燥、焼結して電極表面に酸化物等を析出させ
る方法(特開昭62−5566号公報)が開示されてい
る。この方法によれば、金属粒子間に酸化物が析出し、
電極粒子の移動を抑制してシンタリングを防止する効果
はあるが、電極の活性点を被覆し性能が低下する一方、
電極と集電体との接触抵抗が増大するなどの問題がある
。
また、特開平1−204365号公報によれば、T i
t A Q t N iの3成分から成る金属間化合物
を原料として多孔質電極を作る方法が開示されている。
t A Q t N iの3成分から成る金属間化合物
を原料として多孔質電極を作る方法が開示されている。
しかし、Tiはクリープ変形を抑制する効果は少なく、
電極触媒としての活性には必ずしも有効でない。また提
案の方法によれば、Ni −Al−Tiから成る金属間
化合物は粉末をアトマイズ法により製作している。しか
し、アトマイズ法によって形成される粉末粒子は比表面
積が小さく、電極触媒としては好適でない。
電極触媒としての活性には必ずしも有効でない。また提
案の方法によれば、Ni −Al−Tiから成る金属間
化合物は粉末をアトマイズ法により製作している。しか
し、アトマイズ法によって形成される粉末粒子は比表面
積が小さく、電極触媒としては好適でない。
また特開昭51−45742号公報によれば、多孔質体
と金属成分並びに塩化物をアルミナ緩衝剤との混合体と
して加熱し、多孔質体に金属成分を反応せしめた後、こ
の金属成分を、水、ra、アルカリで溶出させるラネー
ニッケル型電極が開示されている。この方式の電極は電
極表面が活性化され、初期には優れた性能を発揮するが
、金属成分の溶出処理を行うために、電極のシンタリン
グやクリープ変形を防止する点で全く効果がなく、長期
的には従来の多孔質電極と同程度の性能に戻ってしまう
ことが判明している。
と金属成分並びに塩化物をアルミナ緩衝剤との混合体と
して加熱し、多孔質体に金属成分を反応せしめた後、こ
の金属成分を、水、ra、アルカリで溶出させるラネー
ニッケル型電極が開示されている。この方式の電極は電
極表面が活性化され、初期には優れた性能を発揮するが
、金属成分の溶出処理を行うために、電極のシンタリン
グやクリープ変形を防止する点で全く効果がなく、長期
的には従来の多孔質電極と同程度の性能に戻ってしまう
ことが判明している。
本発明の目的は、電池運転における電極のクリープ変形
及びシンタリングを防止すると共に、電極活性並びに電
子伝導性に優れ、長期にわたって安定した電池性能を発
揮できる燃料電池用電極及びその製造方法並びに、その
電極を用いた燃料電池及びその製造方法を提供すること
にある。
及びシンタリングを防止すると共に、電極活性並びに電
子伝導性に優れ、長期にわたって安定した電池性能を発
揮できる燃料電池用電極及びその製造方法並びに、その
電極を用いた燃料電池及びその製造方法を提供すること
にある。
上記目的を達成するために、本発明に係る燃料電池用電
極は、Ni多孔質板とハロゲン化アルミニウムガスを接
触反応させて金属間化合物を形成する気相拡散強化型電
極より成る。
極は、Ni多孔質板とハロゲン化アルミニウムガスを接
触反応させて金属間化合物を形成する気相拡散強化型電
極より成る。
すなわち、本発明は、アノード及びカソードと、これら
の電極に挾持された電解質板を備えた燃料電池において
、前記電極は表面から内部までNiとAlの金属間化合
物より成ることを特徴とする燃料電池である。
の電極に挾持された電解質板を備えた燃料電池において
、前記電極は表面から内部までNiとAlの金属間化合
物より成ることを特徴とする燃料電池である。
また、本発明は、アノード及びカソードと、これらの電
極に挾持された電解質板を備えた燃料電池において、前
記電極は表面から内部までNiとAlの金属間化合物よ
り成る多孔質電極であることを特徴とする燃料電池であ
る。ここで、金属間化合物はA Q N i 3. A
Q N i及びAl3NLのうちの一種又は二種以上
より成るものがよい。
極に挾持された電解質板を備えた燃料電池において、前
記電極は表面から内部までNiとAlの金属間化合物よ
り成る多孔質電極であることを特徴とする燃料電池であ
る。ここで、金属間化合物はA Q N i 3. A
Q N i及びAl3NLのうちの一種又は二種以上
より成るものがよい。
また、本発明は、表面から内部までNiとAlの金属間
化合物より成る多孔質部材で形成したことを特徴とする
燃料電池用電極である。
化合物より成る多孔質部材で形成したことを特徴とする
燃料電池用電極である。
また、本発明は、Ni多孔質板を製造する工程と、この
Ni多孔質板とハロゲン化アルミニウムガスを加熱接触
させてNi基体内にAlを拡散浸透させて表面から内部
までNiとAlの金属間化合物から成る多孔質電極を製
造する工程を含む燃料電池用電極の製造方法である。
Ni多孔質板とハロゲン化アルミニウムガスを加熱接触
させてNi基体内にAlを拡散浸透させて表面から内部
までNiとAlの金属間化合物から成る多孔質電極を製
造する工程を含む燃料電池用電極の製造方法である。
また、本発明は、Ni粉末とハロゲン化アルミニウムガ
スを加熱接触させてNiとAlの金属間化合物粉末を製
造する工程と、この金属間化合物粉末より多孔質電極を
製造する工程を含む燃料電池用電極の製造方法である。
スを加熱接触させてNiとAlの金属間化合物粉末を製
造する工程と、この金属間化合物粉末より多孔質電極を
製造する工程を含む燃料電池用電極の製造方法である。
また1本発明は、Ni粉末をハロゲン化アルミニウムガ
スとH2ガスの混合ガス中で加熱してNiとAlの金属
間化合物を形成しつつ同時に焼結することを特徴とする
燃料電池用電極の製造方法である。ここで、ハロゲン化
アルミニウムガスはAlCQ、及び/又はAlCΩであ
るものがよい。
スとH2ガスの混合ガス中で加熱してNiとAlの金属
間化合物を形成しつつ同時に焼結することを特徴とする
燃料電池用電極の製造方法である。ここで、ハロゲン化
アルミニウムガスはAlCQ、及び/又はAlCΩであ
るものがよい。
また1本発明は、Ni多孔質板によりアノード及び/又
はカソードを形成して電池を組み立てる工程と、この電
池内部にハロゲン化アルミニウムガスを供給して電池内
部にてNi多孔質板を表面から内部までNiとAflの
金属間化合物の多孔質電極にする工程を含む燃料電池の
製造方法である。
はカソードを形成して電池を組み立てる工程と、この電
池内部にハロゲン化アルミニウムガスを供給して電池内
部にてNi多孔質板を表面から内部までNiとAflの
金属間化合物の多孔質電極にする工程を含む燃料電池の
製造方法である。
本発明によれば、NiとAlの反応はハロゲン化物の存
在において、またはハロゲン化アルミニウムの形態にお
いて低温域で進行し、Ni基体内部に拡散浸透してNi
とAlの金属間化合物を生成する。
在において、またはハロゲン化アルミニウムの形態にお
いて低温域で進行し、Ni基体内部に拡散浸透してNi
とAlの金属間化合物を生成する。
金属間化合物としては、AlNi、、AlNi、Al、
Ni2の形態が好ましく、これらの物質は耐クリープ性
、耐シンタリング性、耐溶融塩性に優れる。また、電極
触媒としての性能に優れ、高い電子伝導性を示す。
Ni2の形態が好ましく、これらの物質は耐クリープ性
、耐シンタリング性、耐溶融塩性に優れる。また、電極
触媒としての性能に優れ、高い電子伝導性を示す。
ここで、ハロゲン化アルミニウムは200’C以下で気
相となるAlCQ、及び下記(1)式の反応によって生
成するAlCQガスが特に有効である。
相となるAlCQ、及び下記(1)式の反応によって生
成するAlCQガスが特に有効である。
2Al(s)+AlCQ3(g)=3AlCQ(g)・
・・(1) ここで、(S)は固体、(g)は気体を示す。
・・(1) ここで、(S)は固体、(g)は気体を示す。
また、AlI、及びAlBr、等も有効であるが、Ag
F2はガス化が困難であり、Niとの反応が進行し難い
。
F2はガス化が困難であり、Niとの反応が進行し難い
。
一方、Alと塩化物を同時に加熱接触させて下記(2)
式及び(3)式のごとく、間接的にAlCQ。
式及び(3)式のごとく、間接的にAlCQ。
ガスを生成させて、Niと反応させ金属間化合物を形成
しても良い。
しても良い。
Al(s)+3NH4CQ(s)=
AuCll、(g)+3NH,(g)+3/2H2(g
)・・・(2) N x (s ) + A (l C123(g )
+ 3 / 2 H2(g ) =NiAl(s)+3
H(、Q −・−(3)Ni多孔質板又はNi
粉末とハロゲン化アルミニウムを反応させ、Ni基体内
部にAl1を拡散浸透させるための温度は、450℃〜
750℃が好ましい。450℃以下ではNi基体内部へ
のAR拡散浸透が充分でなく、耐クリープ性、及び耐シ
ンタリング性が不足する。一方、750’C以上で処理
するともろくなる一方、電極又はNi粒子の比表面積が
著しく低下し、充分な電極性能を発揮しない。
)・・・(2) N x (s ) + A (l C123(g )
+ 3 / 2 H2(g ) =NiAl(s)+3
H(、Q −・−(3)Ni多孔質板又はNi
粉末とハロゲン化アルミニウムを反応させ、Ni基体内
部にAl1を拡散浸透させるための温度は、450℃〜
750℃が好ましい。450℃以下ではNi基体内部へ
のAR拡散浸透が充分でなく、耐クリープ性、及び耐シ
ンタリング性が不足する。一方、750’C以上で処理
するともろくなる一方、電極又はNi粒子の比表面積が
著しく低下し、充分な電極性能を発揮しない。
また、Ni基体内部にAρ拡散浸透させるときの雰囲気
ガスとしては、N2ガスやArガスなどの不活性ガス雰
囲気又はN2ガスやNH,ガスなどの還元性ガス雰囲気
が好ましい。02ガスや空気雰囲気中では、AffがN
i基体内部に拡散浸透せず金属間化合物が形成できない
。
ガスとしては、N2ガスやArガスなどの不活性ガス雰
囲気又はN2ガスやNH,ガスなどの還元性ガス雰囲気
が好ましい。02ガスや空気雰囲気中では、AffがN
i基体内部に拡散浸透せず金属間化合物が形成できない
。
先ず、第1@に基いてN1−Al金属間化合物の製造に
ついて説明する。第1図は、Ni基体へのAl拡散浸透
モデルを示す。塩化アンモニウム(NH,Cβ)は、3
38℃以上で塩化水素(HCQ )とアンモニアガス(
N H3)とに解離し、発生したHCNはAlと反応し
て塩化アルミニウムガス(AlCQx)と水素(N2)
とを生成する。AlCQ xはNi粒子表面に吸着した
あと、塩化物((llx)がN2及び/又はNH3によ
って引抜かれ、Ni粒子表面に活性なΔΩ層が形成され
る。AM層は不活性又は還元雰囲気で450℃以上の温
度にて加熱処理することによりNi粒子基体内部に拡散
浸透してN1−Alilt属間化合属音化合物る。
ついて説明する。第1図は、Ni基体へのAl拡散浸透
モデルを示す。塩化アンモニウム(NH,Cβ)は、3
38℃以上で塩化水素(HCQ )とアンモニアガス(
N H3)とに解離し、発生したHCNはAlと反応し
て塩化アルミニウムガス(AlCQx)と水素(N2)
とを生成する。AlCQ xはNi粒子表面に吸着した
あと、塩化物((llx)がN2及び/又はNH3によ
って引抜かれ、Ni粒子表面に活性なΔΩ層が形成され
る。AM層は不活性又は還元雰囲気で450℃以上の温
度にて加熱処理することによりNi粒子基体内部に拡散
浸透してN1−Alilt属間化合属音化合物る。
実施例I
Ni基体内部へのAl拡散浸透深さを調べた。
第2図に示す気相Al拡散反応装置を用いて、厚さ20
0μmの純Ni板(100m角)をN2雰囲気中で65
0℃に加熱し、その中にA Q CQ。
0μmの純Ni板(100m角)をN2雰囲気中で65
0℃に加熱し、その中にA Q CQ。
+Al(ll+H,混合ガスを200mQ/winの供
給速度で供給して2時間保持した。放冷後、供試Ni板
を取り出して、その断面をSEM (走査型電子M微j
1り観察とWDX (波長分散型X線分析装置)による
Alの分布状態を調べた。その結果を第3図のX線写真
で示す、ArはNi板の両側から40μmの深さまで拡
散浸透した。
給速度で供給して2時間保持した。放冷後、供試Ni板
を取り出して、その断面をSEM (走査型電子M微j
1り観察とWDX (波長分散型X線分析装置)による
Alの分布状態を調べた。その結果を第3図のX線写真
で示す、ArはNi板の両側から40μmの深さまで拡
散浸透した。
実施例2
Ni粉末C粒径4〜6μm)を200X200薦角、深
さ1.Ongmのグラファイト鋳型に入れN2雰囲気中
で焼結してNi多孔質板を製作した。
さ1.Ongmのグラファイト鋳型に入れN2雰囲気中
で焼結してNi多孔質板を製作した。
このNi多孔質板(気孔率60vo1%、厚み0.8m
)を100mm角に切り出して実施例1と同様にしてN
2雰囲気中で650℃に加熱し、その中にAIIICQ
、+AlCQ+H,混合ガスを200mQ/耐nで供給
し、2時間保持した。放冷後、供試Ni多孔質板を取り
出して、その断面のNi粒子をSEM−WDXによりA
lの分布状況を調べた。その結果を第4図(a)(b)
に示す。Alを拡散処理した電極の粒子断面のSEM(
第4図(a))と電極の粒子断面に分布するAlをWD
X (波長分散型X線分析)により分析した結果を示す
(第4図(b))。Ar拡散処理をした電極はNi粒子
内部全体にAlが分布していることが確認された。多孔
質板のNi粒子径は約6〜8μmであり、AlはNi粒
子内部全面に分布していた。
)を100mm角に切り出して実施例1と同様にしてN
2雰囲気中で650℃に加熱し、その中にAIIICQ
、+AlCQ+H,混合ガスを200mQ/耐nで供給
し、2時間保持した。放冷後、供試Ni多孔質板を取り
出して、その断面のNi粒子をSEM−WDXによりA
lの分布状況を調べた。その結果を第4図(a)(b)
に示す。Alを拡散処理した電極の粒子断面のSEM(
第4図(a))と電極の粒子断面に分布するAlをWD
X (波長分散型X線分析)により分析した結果を示す
(第4図(b))。Ar拡散処理をした電極はNi粒子
内部全体にAlが分布していることが確認された。多孔
質板のNi粒子径は約6〜8μmであり、AlはNi粒
子内部全面に分布していた。
実施例3
Ni粉末(粒径2〜4μm)を実施例2と同様に焼結し
て作製したNi多孔質板(気孔率67%、厚み0.65
m)を100■角にして、Al拡散剤(金属Aln粉末
25wt%基塩化アンモニウム、5wt%+アルミナ粉
末72.5wt%)の中に充填し、Ar雰囲気中で10
0℃/minで昇温した。450℃、550℃、650
℃、750℃で各2時間保持してAI2拡散処理をした
。その処理温度と結晶形態をXRD (X線回折袋N)
で測定した。X線回折結果を第5図(a)〜(d)に示
す。450℃ではわずかにAlNi、が検出されており
、550℃ではAl2Ni、、650℃ではAflNi
、750℃ではAl、Nizとなりそれぞれ金属間化合
物が形成された。
て作製したNi多孔質板(気孔率67%、厚み0.65
m)を100■角にして、Al拡散剤(金属Aln粉末
25wt%基塩化アンモニウム、5wt%+アルミナ粉
末72.5wt%)の中に充填し、Ar雰囲気中で10
0℃/minで昇温した。450℃、550℃、650
℃、750℃で各2時間保持してAI2拡散処理をした
。その処理温度と結晶形態をXRD (X線回折袋N)
で測定した。X線回折結果を第5図(a)〜(d)に示
す。450℃ではわずかにAlNi、が検出されており
、550℃ではAl2Ni、、650℃ではAflNi
、750℃ではAl、Nizとなりそれぞれ金属間化合
物が形成された。
実施例4
実施例3で作製したNi多孔質板を100m+角に切り
出し、第2図に示すAl拡散反応装置を用いてN3雰囲
気中で650℃及び750℃で加熱し、 A Q CQ
3+A Q CQ、+H2混合ガスを200mQ/wi
nで供給し、2時間保持した。放冷後、供試Ni多孔質
板を取り出して、XRDにより結晶形態を調べた。その
結果、650℃ではAlNi、750℃ではA Q、N
i、となり実施例3と同様に金属間化合物が形成され
た。
出し、第2図に示すAl拡散反応装置を用いてN3雰囲
気中で650℃及び750℃で加熱し、 A Q CQ
3+A Q CQ、+H2混合ガスを200mQ/wi
nで供給し、2時間保持した。放冷後、供試Ni多孔質
板を取り出して、XRDにより結晶形態を調べた。その
結果、650℃ではAlNi、750℃ではA Q、N
i、となり実施例3と同様に金属間化合物が形成され
た。
比較例1
実施例3で作製したNi多孔質板を1.2m o Q
/ Qの硝酸アルミニウム溶液の中に浸漬して乾燥し、
次に、N2ガス雰囲気で650℃、2時間焼成したあと
N2ガス雰囲気で850℃、1時間還元処理をした。放
冷後、供試電極中のAlを分析した結果アルミニウムが
3.8wt%含有していた。XRDにより結晶形態を調
べたところNiとAl203が検出された。
/ Qの硝酸アルミニウム溶液の中に浸漬して乾燥し、
次に、N2ガス雰囲気で650℃、2時間焼成したあと
N2ガス雰囲気で850℃、1時間還元処理をした。放
冷後、供試電極中のAlを分析した結果アルミニウムが
3.8wt%含有していた。XRDにより結晶形態を調
べたところNiとAl203が検出された。
実施例5
比較例1で作製した電極と実施例3で作製した電極につ
いて耐クリープ性試験をした。耐クリープ性試験は、供
試電極を100−角に切り出し、電極の細孔容積に対し
て20vo 0%相当量の炭酸塩電解質を含浸し、5U
S3″10穿孔板(厚さ0.3m+a、空隙率43%)
に挾持して上下端板で挾み電極に荷重を7kgf/aJ
かけた。端板を介して68%H2−17%Co2−15
%H20混合ガスを1.OmQ/winで供給し、65
0℃で50.0時間保持した。冷却後、供試電極を取り
出して電極厚みを測定し、試験前の厚みとの差からクリ
ープ変形量を求めた。測定結果を第1表に示す。
いて耐クリープ性試験をした。耐クリープ性試験は、供
試電極を100−角に切り出し、電極の細孔容積に対し
て20vo 0%相当量の炭酸塩電解質を含浸し、5U
S3″10穿孔板(厚さ0.3m+a、空隙率43%)
に挾持して上下端板で挾み電極に荷重を7kgf/aJ
かけた。端板を介して68%H2−17%Co2−15
%H20混合ガスを1.OmQ/winで供給し、65
0℃で50.0時間保持した。冷却後、供試電極を取り
出して電極厚みを測定し、試験前の厚みとの差からクリ
ープ変形量を求めた。測定結果を第1表に示す。
第
表
高温でAΩ拡散処理をした電極はど耐クリープ性に優れ
ている。
ている。
実施例6
電極のシンタリング特性を電極比表面積の変化を測定し
て評価した。実施例5で実験した電極について実験前と
実験後の比表面積をN2吸着法で測定して変化率を求め
た。その結果を第2表に示す。Al拡散処理をしてN1
−Al金属間化合物を形成した電極は比表面積の変化が
少なく、特に高温で処理した電極はど優れていた。
て評価した。実施例5で実験した電極について実験前と
実験後の比表面積をN2吸着法で測定して変化率を求め
た。その結果を第2表に示す。Al拡散処理をしてN1
−Al金属間化合物を形成した電極は比表面積の変化が
少なく、特に高温で処理した電極はど優れていた。
実施例7
電極の性能評価をするために、アノード単極性能試験を
行なった。供試電極として、比較例1で作製した電極、
並びに実施例3で作製したNi多孔質板と450’C〜
750℃でAl拡散処理をして金属間化合物を形成した
電極を用いた。
行なった。供試電極として、比較例1で作製した電極、
並びに実施例3で作製したNi多孔質板と450’C〜
750℃でAl拡散処理をして金属間化合物を形成した
電極を用いた。
実験は、供試電極を30■φの円盤状に切り出して使用
し、参照極に金電極を用いて、02+CO2(1: 2
vo n比)の混合ガスを100mQ/akinで通気
した。供試電極には、H2+C02(4:1voIl比
)の混合ガスを300mQ/+ainで供給した。電解
質にはに2CO,+L x z C03(38: 62
モル比)を用いて650℃でi−V特性を測定した。電
流密度150mA/dにおける電位(IRフリー)を測
定しアノード分極を求めた。実験結果を第3表に示す。
し、参照極に金電極を用いて、02+CO2(1: 2
vo n比)の混合ガスを100mQ/akinで通気
した。供試電極には、H2+C02(4:1voIl比
)の混合ガスを300mQ/+ainで供給した。電解
質にはに2CO,+L x z C03(38: 62
モル比)を用いて650℃でi−V特性を測定した。電
流密度150mA/dにおける電位(IRフリー)を測
定しアノード分極を求めた。実験結果を第3表に示す。
アノード分極値は未処理のNi多孔質板が最も小さく、
Al拡散処理温度が高くなるにつれて若干増大する傾向
にあった。750℃以上でAfl拡散処理をすると分極
が大きくアノードとして好ましくない。
Al拡散処理温度が高くなるにつれて若干増大する傾向
にあった。750℃以上でAfl拡散処理をすると分極
が大きくアノードとして好ましくない。
実施例8
溶融炭酸塩型燃料電池としての特性を評価するため、単
セルによる電池性能試験をした。アノード用供試電極と
して、比較例1に作製した電極及び実施例3で作製した
Ni多孔質板並びに550℃と650℃でAl拡散処理
をして得た金属間化合物電極を用いた。カソードにはす
べてNiO−Ag電極(気孔率67%、厚み0.81m
m)を用いた。電解質板は、リチウムアルミネートを保
持材としたマトリックス型電解質板(炭酸塩電解質58
voQ%)を適用した。アノード側に68%H,−17
%C○2−15%H20混合ガスを供給し、カソード側
には30%02−15%CO255%N2混合ガスを供
給した。電極面積はいずれも100aJであり、ガス利
用率はアノード、カソード共60%一定とした。負荷電
流密度150m A / dにおけるセル電圧(V)の
経時変化を測定した。連続5000時間の発電試験を第
6図に示す。19は比較例1のアノードセルの電池特性
2oはNi多孔質アノードセルの電池特性、21は55
0’CAl拡散処理アノードセルの電池特性22は65
0’CAM拡散処理アノードセルの電池特性を示す。ま
た、発電試験後に電池を解体してWl極(アノード)厚
みを測定しクリープ変形率を求めた。その結果は第4表
に示す。Aff拡散処理をして、金属間化合物を形成し
た電極をアノードに用いたセルは長時間にわたって安定
した性能を発揮した。また、実験終了後に測定したアノ
ードのクリープ変形率もきわめて小さかった。
セルによる電池性能試験をした。アノード用供試電極と
して、比較例1に作製した電極及び実施例3で作製した
Ni多孔質板並びに550℃と650℃でAl拡散処理
をして得た金属間化合物電極を用いた。カソードにはす
べてNiO−Ag電極(気孔率67%、厚み0.81m
m)を用いた。電解質板は、リチウムアルミネートを保
持材としたマトリックス型電解質板(炭酸塩電解質58
voQ%)を適用した。アノード側に68%H,−17
%C○2−15%H20混合ガスを供給し、カソード側
には30%02−15%CO255%N2混合ガスを供
給した。電極面積はいずれも100aJであり、ガス利
用率はアノード、カソード共60%一定とした。負荷電
流密度150m A / dにおけるセル電圧(V)の
経時変化を測定した。連続5000時間の発電試験を第
6図に示す。19は比較例1のアノードセルの電池特性
2oはNi多孔質アノードセルの電池特性、21は55
0’CAl拡散処理アノードセルの電池特性22は65
0’CAM拡散処理アノードセルの電池特性を示す。ま
た、発電試験後に電池を解体してWl極(アノード)厚
みを測定しクリープ変形率を求めた。その結果は第4表
に示す。Aff拡散処理をして、金属間化合物を形成し
た電極をアノードに用いたセルは長時間にわたって安定
した性能を発揮した。また、実験終了後に測定したアノ
ードのクリープ変形率もきわめて小さかった。
実施例9
本実施例では改良された電極製造方法について説明する
。
。
電極製造フローを第7図に示す。Ni粉末(敦子径3〜
5μm)に2%カルボキシメチルセルロース(CMC)
溶液を添加して混練し、粘度300±20ボイスの原料
スラリーを調製した。このスラリーをドクターブレード
装置で厚さ約0.80閣、幅400−に成形したあと5
0〜80℃で乾燥し、次にトンネル炉に導入してH2雰
囲気で800℃、0.5時間焼結したあと、Al拡散炉
に導き、H2−塩化アルミガス雰囲気で650℃、0.
5時間Al拡散処理をしてN1−Al金属間化合物電極
を作成した。この電極は気孔率67%平均細孔径6.5
μm、厚さ0.65mであった。
5μm)に2%カルボキシメチルセルロース(CMC)
溶液を添加して混練し、粘度300±20ボイスの原料
スラリーを調製した。このスラリーをドクターブレード
装置で厚さ約0.80閣、幅400−に成形したあと5
0〜80℃で乾燥し、次にトンネル炉に導入してH2雰
囲気で800℃、0.5時間焼結したあと、Al拡散炉
に導き、H2−塩化アルミガス雰囲気で650℃、0.
5時間Al拡散処理をしてN1−Al金属間化合物電極
を作成した。この電極は気孔率67%平均細孔径6.5
μm、厚さ0.65mであった。
XRDにより結晶形態を調べたところ第8図に示すごと
くAgNi、とAgNiのピークが検出された。
くAgNi、とAgNiのピークが検出された。
この電極をアノード及びカソードに適用して単セルを組
立て実施例8に準じて発電試験をした。
立て実施例8に準じて発電試験をした。
負荷電流密度150mA/atにおけるセル電圧の経時
変化を調べた。その実験結果を第5表に示す。
変化を調べた。その実験結果を第5表に示す。
第 5 表
初期に若干低い電圧であったが、1000h以後、30
00hまで非常に安定した性能を発揮した。実験終了後
電池を解体して、電解質板中に溶出したニッケル量を原
子吸光分析法で調べた。その結果電解質中のニッケルは
検出限界以下であり、金属間化合物を形成した電極はニ
ッケルの溶出を抑制することを確認した。
00hまで非常に安定した性能を発揮した。実験終了後
電池を解体して、電解質板中に溶出したニッケル量を原
子吸光分析法で調べた。その結果電解質中のニッケルは
検出限界以下であり、金属間化合物を形成した電極はニ
ッケルの溶出を抑制することを確認した。
比較例2
Ni多孔質板(気孔率67%。平均細孔径7゜2μm、
厚さ0.7■)をアノード及びカソードに適用して単セ
ルを組立て、実施例8に準じて発電試験をした。負荷電
流密度150mA/cdにおける電池電圧の経時変化を
調べた。実験結果を第9図に示す。23は、この比較例
2のセルの電池特性を示す。
厚さ0.7■)をアノード及びカソードに適用して単セ
ルを組立て、実施例8に準じて発電試験をした。負荷電
流密度150mA/cdにおける電池電圧の経時変化を
調べた。実験結果を第9図に示す。23は、この比較例
2のセルの電池特性を示す。
実施例10
比較例2で用いたNi多孔質板をアノード及びカソード
に適用して単セルを組立てた。電池温度を650’Cに
昇温してから、アノード側に10%AlCQ3−90%
H2混合ガスを200mQ/winで2時間通気して電
池内部でAl拡散処理をして金属間化合物を形成した。
に適用して単セルを組立てた。電池温度を650’Cに
昇温してから、アノード側に10%AlCQ3−90%
H2混合ガスを200mQ/winで2時間通気して電
池内部でAl拡散処理をして金属間化合物を形成した。
つづいてアノード側に68%H,−17%Co2−15
%H20混合ガスを、カソード側に30%02−15C
○255N2ガスを供給して実施例8に準じて発電試験
を行った。負電流密度150mA/a#における電池電
圧の経時変化を調べた。実験結果を比較例2と合わせて
第9図に示す。24は、この実施例10のセルの電池特
性を示す。比較例2のセルは電池電圧が時間経過と共に
低下したが、実施例10のセルは初期性能において若干
低いが、しだいに上昇し安定したセル性能を発揮した。
%H20混合ガスを、カソード側に30%02−15C
○255N2ガスを供給して実施例8に準じて発電試験
を行った。負電流密度150mA/a#における電池電
圧の経時変化を調べた。実験結果を比較例2と合わせて
第9図に示す。24は、この実施例10のセルの電池特
性を示す。比較例2のセルは電池電圧が時間経過と共に
低下したが、実施例10のセルは初期性能において若干
低いが、しだいに上昇し安定したセル性能を発揮した。
実施例11
従来、電極は、原料Ni粉末を成形したあと、還元雰囲
気で加熱焼結して製造される。この場合、還元焼結過程
においてNiのシンタリングが進み、第10図に示すご
とく、電極の比表面積が低下する一方、電極細孔容積も
小さくなる問題があった。
気で加熱焼結して製造される。この場合、還元焼結過程
においてNiのシンタリングが進み、第10図に示すご
とく、電極の比表面積が低下する一方、電極細孔容積も
小さくなる問題があった。
図において、25は焼結前のNi粒子、26は還元焼結
後のNi粒子を示す。
後のNi粒子を示す。
この様な問題点を解決するため、本発明者らは、第11
図のごとく、原料Ni粉末を成形したあと、塩化アルミ
ニウムガス(AI2CQx)とH2ガスの混合ガス雰囲
気中で加熱して、Ni−Al2金属間化合物を形成しな
がら焼結をするAff拡散−焼結同時処理方法について
試みた。27はAl拡散−焼結同時処理電極の粒子を示
す。電極の比表面積の測定結果を第6表に、電極の細孔
特性を第12図に示す。28は還元焼結電極の細孔特性
、29はAM拡散−焼結同時処理電極の細孔特性を示す
。同時処理によって得られた電極は従来の還元焼結電極
に比べて、比表面積並びに細孔容積とも大幅に改善され
ることが解る。
図のごとく、原料Ni粉末を成形したあと、塩化アルミ
ニウムガス(AI2CQx)とH2ガスの混合ガス雰囲
気中で加熱して、Ni−Al2金属間化合物を形成しな
がら焼結をするAff拡散−焼結同時処理方法について
試みた。27はAl拡散−焼結同時処理電極の粒子を示
す。電極の比表面積の測定結果を第6表に、電極の細孔
特性を第12図に示す。28は還元焼結電極の細孔特性
、29はAM拡散−焼結同時処理電極の細孔特性を示す
。同時処理によって得られた電極は従来の還元焼結電極
に比べて、比表面積並びに細孔容積とも大幅に改善され
ることが解る。
第6表
〔発明の効果〕
本発明に係る電極を適用した燃料電池によれば、電池運
転中における電極のクリープ変形及びシンタリングを抑
制し、長期間にわたり高い性能が維持できる。またNi
の溶出防止に優れた効果を発揮する。
転中における電極のクリープ変形及びシンタリングを抑
制し、長期間にわたり高い性能が維持できる。またNi
の溶出防止に優れた効果を発揮する。
また、本発明に係る製造方法によれば、上記特性の電極
及びそれを用いた燃料電池を容易に製造することができ
る。
及びそれを用いた燃料電池を容易に製造することができ
る。
第1図はNi基体へのへ〇拡散浸透モデルを示す説明図
、第2図は気相Al拡散反応装置を示す構成図、第3図
はNi基体へのAl拡散状況を示すSEM−WDX分析
結果を示すX線写真、第4図(a)(b)はAM拡散電
極断面のSEM−WDX分析結果を示す粒子構造写真、
第5図(a)〜(d)はAl拡散処理温度を変えた電極
XRD分析結果を示すグラフ、第6図は単セル性能試験
結果を示すグラフ、第7図はN1−Al金属間化合物電
極製造フローの例を示す図、第8図はN1−Al金属間
化合物電極のXRD分析結果を示すグラフ、第9図は単
セル性能試験結果を示すグラフ、第10図は還元焼結電
極の粒子形状を示す断面図、第11図はAl拡散−焼結
同時処理電極の粒子形状の断面図、第12図は電極の細
孔分布特性を示すグラフである。 19・・・比較例1アノードセルの電池特性、20・・
・Ni多孔質板アノードセルの電池特性、21・・・5
50℃A11l拡散処理アノードセルの電池特性、22
・・・650℃Al拡散処理アノードセルの電池特性、
23・・・比較例2セルの電池特性、 24・・・実施例10セルの電池特性、25・・・焼結
前のNi粒子、 26・・・還元焼結後のNi粒子、 27・・・Al拡散−焼結同時処理電極の粒子、28・
・・還元焼結電極の細孔特性、 29・・・All拡散−焼結同時処理電極の細孔特性。
、第2図は気相Al拡散反応装置を示す構成図、第3図
はNi基体へのAl拡散状況を示すSEM−WDX分析
結果を示すX線写真、第4図(a)(b)はAM拡散電
極断面のSEM−WDX分析結果を示す粒子構造写真、
第5図(a)〜(d)はAl拡散処理温度を変えた電極
XRD分析結果を示すグラフ、第6図は単セル性能試験
結果を示すグラフ、第7図はN1−Al金属間化合物電
極製造フローの例を示す図、第8図はN1−Al金属間
化合物電極のXRD分析結果を示すグラフ、第9図は単
セル性能試験結果を示すグラフ、第10図は還元焼結電
極の粒子形状を示す断面図、第11図はAl拡散−焼結
同時処理電極の粒子形状の断面図、第12図は電極の細
孔分布特性を示すグラフである。 19・・・比較例1アノードセルの電池特性、20・・
・Ni多孔質板アノードセルの電池特性、21・・・5
50℃A11l拡散処理アノードセルの電池特性、22
・・・650℃Al拡散処理アノードセルの電池特性、
23・・・比較例2セルの電池特性、 24・・・実施例10セルの電池特性、25・・・焼結
前のNi粒子、 26・・・還元焼結後のNi粒子、 27・・・Al拡散−焼結同時処理電極の粒子、28・
・・還元焼結電極の細孔特性、 29・・・All拡散−焼結同時処理電極の細孔特性。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、アノード及びカソードと、これらの電極に挾持され
た電解質板を備えた燃料電池において、前記電極はNi
とAlの金属間化合物より成ることを特徴とする燃料電
池。 2、アノード及びカソードと、これらの電極に挾持され
た電解質板を備えた燃料電池において、前記電極はNi
とAlの金属間化合物より成る多孔質電極であることを
特徴とする燃料電池。 3、請求項1又は2において、金属間化合物はAlNi
_3、AlNi及びAl_3Ni_2のうちの一種又は
二種以上より成る燃料電池。 4、NiとAlの金属間化合物より成る多孔質部材で形
成したことを特徴とする燃料電池用電極。 5、Ni多孔質板を製造する工程と、このNi多孔質板
とハロゲン化アルミニウムガスを加熱接触させてNi基
体内にAlを拡散浸透させて表面から内部までNiとA
lの金属間化合物から成る多孔質電極を製造する工程を
含む燃料電池用電極の製造方法。 6、Ni粉末とハロゲン化アルミニウムガスを加熱接触
させてNiとAlの金属間化合物粉末を製造する工程と
、この金属間化合物粉末より多孔質電極を製造する工程
を含む燃料電池用電極の製造方法。 7、Ni粉末をハロゲン化アルミニウムガスとH_2ガ
スの混合ガス中で加熱してNiとAlの金属間化合物を
形成しつつ焼結することを特徴とする燃料電池用電極の
製造方法。8、請求項5〜7のいずれかにおいて、ハロ
ゲン化アルミニウムガスはAlCl_3及び/又はAl
Clである燃料電池用電極の製造方法。 9、Ni多孔質板によりアノード及び/又はカソードを
形成して電池を組み立てる工程と、この電池内部にハロ
ゲン化アルミニウムガスを供給して電池内部にてNi多
孔質板を表面から内部までNiとAlの金属間化合物の
多孔質電極にする工程を含む燃料電池の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2259995A JPH0750610B2 (ja) | 1990-09-28 | 1990-09-28 | 燃料電池用電極の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2259995A JPH0750610B2 (ja) | 1990-09-28 | 1990-09-28 | 燃料電池用電極の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04137464A true JPH04137464A (ja) | 1992-05-12 |
| JPH0750610B2 JPH0750610B2 (ja) | 1995-05-31 |
Family
ID=17341833
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2259995A Expired - Fee Related JPH0750610B2 (ja) | 1990-09-28 | 1990-09-28 | 燃料電池用電極の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0750610B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008166195A (ja) * | 2006-12-28 | 2008-07-17 | Doosan Heavy Industries & Construction Co Ltd | 溶融炭酸塩燃料電池の電解質含浸空気極製造方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6362154A (ja) * | 1986-09-01 | 1988-03-18 | Mitsubishi Metal Corp | 燃料電池のアノード電極製造用アトマイズドNi合金粉末およびその製造法 |
| JPH01204365A (ja) * | 1988-02-08 | 1989-08-16 | Fuji Electric Co Ltd | 溶融炭酸塩型燃料電池のアノード電極 |
-
1990
- 1990-09-28 JP JP2259995A patent/JPH0750610B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6362154A (ja) * | 1986-09-01 | 1988-03-18 | Mitsubishi Metal Corp | 燃料電池のアノード電極製造用アトマイズドNi合金粉末およびその製造法 |
| JPH01204365A (ja) * | 1988-02-08 | 1989-08-16 | Fuji Electric Co Ltd | 溶融炭酸塩型燃料電池のアノード電極 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008166195A (ja) * | 2006-12-28 | 2008-07-17 | Doosan Heavy Industries & Construction Co Ltd | 溶融炭酸塩燃料電池の電解質含浸空気極製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0750610B2 (ja) | 1995-05-31 |
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|---|---|---|---|
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