JPH04357672A - 燃料電池用電極の製造方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、炭酸溶融塩型の燃料電
池用電極の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】炭酸溶融塩型燃料電池とは、図２に示す
ように、炭酸リチウムや炭酸カリウムなどの炭酸溶融塩
からなる電解質１の両面を多孔質材からなるアノード２
（陽極）とカソード３（陰極）とで挟み、上記電解質１
及びアノード２とカソード３をコルゲート状のセパレー
タ４を介在させて多段に積層し、セパレータ４のアノー
ド２側に、石炭ガスや天然ガスやメタノールなどの水素
や一酸化炭素を含む燃料ガスが通る燃料ガス通路５を形
成し、且つ、セパレータ４のカソード３側に、空気など
の酸素を含むガスに二酸化炭素を加えた酸化剤ガスが通
る酸化剤ガス通路６を形成したものであって、酸化剤ガ
ス通路６に酸化剤ガスを供給すると、カソード３側で酸
化剤ガス中の二酸化炭素と酸素により炭酸イオンと電子
が生成され、生成された炭酸イオンと電子は電解質１を
アノード２側へ移動して、アノード２で燃料ガス通路５
へ供給された燃料ガス中の水素と反応し、水と二酸化炭
素が生成され、電気を発生するようになっている。

【０００３】上記したような炭酸溶融塩型燃料電池のカ
ソード３としては、従来、酸化ニッケル（ＮｉＯ）が使
用されているが、該カソード３は、多孔質のニッケル板
を燃料電池に組込んで、運転中に燃料電池内の高温環境
で酸化剤ガスによってニッケル板を酸化させて酸化ニッ
ケルとしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、酸化ニ
ッケルをカソード３とする従来の炭酸溶融塩型燃料電池
では、燃料電池が加圧条件下で運転されるため、電解質
１にカソード３中のニッケル分が溶出して短絡現象を引
き起こし燃料電池の寿命を低下させてしまうという問題
があった。

【０００５】本発明は、上述の実情に鑑み、電極からの
ニッケルなどの溶出を防止し得るようにした燃料電池用
電極の製造方法を提供することを目的とするものである
。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、燃料電池用の
板状の電極を製造する方法において、電極基材となる電
子伝導物質を結合剤で混練してスラリーとし、該スラリ
ーを脱泡処理したのち、移動するキャリヤ−フィルム上
に所要厚さにのばしてテープ状のスラリーとし、該テー
プ状スラリーを乾燥させたのち還元雰囲気中で高温焼成
し、そのまま炉冷してテープ状多孔質体を形成し、該テ
ープ状多孔質体にセラミックスのコロイド溶液を含侵さ
せて乾燥させたのち、テープ状多孔質体の表面に水酸化
リチウムまたは炭酸リチウムの溶液を塗布または含侵さ
せて乾燥させ、さらに、還元雰囲気中で低温で加熱処理
して板状の電極とすることを特徴とする燃料電池用電極
の製造方法にかかるものである。

【０００７】

【作用】電子伝導物質を焼結してテープ状多孔質体を形
成し、テープ状多孔質体にセラミックスとリチウムを含
侵させて低温で焼成することにより、テープ状多孔質体
にセラミックスが融着されて製造された電極の強度が向
上すると共に、電極を構成する電子伝導物質が半リチウ
ム化されて電子伝導物質の溶出が防止される。

【０００８】

【実施例】以下に本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。

【０００９】図１は燃料電池用電極の製造工程図である
。

【００１０】まず、電極基材となる電子伝導物質である
ニッケル粉７（例えば、ＩＮＣＯ社製Ｎｏ．２８７）と
結合剤８である水溶性アクリル樹脂と水を重量比で１０
０対１０対５０の割合でボールミル９にて混練し、スラ
リー１０とする。このスラリー１０を真空容器１７など
に入れ、スラリー１０内に含まれる気泡を除去する脱泡
処理をおこなったのち、いわゆるドクターブレード法に
て、一定の速度で移動するキャリヤ−フィルム１１上に
所要厚さにのばしてテープ状に形成し、テープ状スラリ
ー１２とする。このテープ状スラリー１２を湿度約５０
％の雰囲気中で、約１６時間放置して乾燥させる。

【００１１】この乾燥テープを、高温炉１３を用いて、
１０〜３０％水素−アルゴンの還元雰囲気中で８００〜
８５０℃で約３０分間焼成したのち、そのまま冷却する
。

【００１２】この炉冷されたテープ状スラリー１２は、
ニッケル粉のテープ状多孔質体１４を形成する。このニ
ッケル粉のテープ状多孔質体１４を硝酸を溶媒とした約
２０％濃度のアルミナコロイド溶液に約５分間浸漬して
、アルミナなどのセラミックスを含侵させたのち、室温
にて乾燥させる。

【００１３】更に、乾燥されたテープ状多孔質体１４に
、少なくとも水酸化リチウム（ＬｉＯＨ）または炭酸リ
チウム（ＬｉＣＯ３）の溶液を、塗布または含侵させ、
室温にて乾燥させる。

【００１４】この乾燥されたテープ状多孔質体１４を、
さらに低温炉１５を用いて、１０〜３０％水素−アルゴ
ン還元雰囲気中で約５００℃まで加熱して低温焼成し、
アルミナをテープ状多孔質体１４のニッケルに融着させ
ると共に、少なくともテープ状多孔質体１４の電解質側
となる面のニッケルを半リチウム化する。そのまま炉冷
後、テープ状多孔質体１４を所定のサイズに切断して製
品としての電極１６とする。

【００１５】その後、本発明の方法により製造された電
極１６を、溶融炭酸塩型の燃料電池のカソード３として
組込み、燃料電池を運転することにより、燃料電池内の
高温高圧の環境と酸化剤により、カソード３のニッケル
が酸化して酸化ニッケルになると共に、カソード３の電
解質１側の面などにおける半リチウム化されたニッケル
が完全にリチウム化される。

【００１６】このように、少なくともカソード３の電解
質１側の面がリチウム化されると、カソードからのニッ
ケルの溶出が防止され、しかも、電解質１から炭酸リチ
ウムや炭酸カリウム（ＫＣＯ３）がカソード３側へ移動
して消失することが防止されるので、燃料電池の寿命低
下が防止される。

【００１７】又、カソード３を構成する電極１６に融着
されたアルミナにより、電極１６の強度が向上され、圧
縮変形量が低下される。

【００１８】なお、含侵処理によってニッケル多孔質体
の空隙率は減少するため、ニッケル多孔質体の空隙率は
６０〜７０％程度とするのが好ましい。

【００１９】なお、電子伝導物質であるニッケル粉の代
りにクロム粉またはニッケル−２〜８％クロム合金粉を
使用してもよく、また、セラミックスはアルミナ（Ａｌ
２Ｏ３）の他に、アルミン酸リチウム（ＬｉＡｌＯ２）
、酸化チタン（ＴｉＯ２）の酸化マグネシウム（ＭｇＯ
）、チタン酸ストロンチウム（ＴｉＳｒＯ２）、ジルコ
ニア（ＺｒＯ２）のいずれか一種以上からなるものでも
よく、さらに、コロイド溶液は硝酸、炭酸、有機酸のい
ずれか一つの溶媒にて安定化されたものでもよく、上記
いずれの組合せであってもよい。

【００２０】また、本発明の燃料電池用電極の製造方法
は、前述の実施例のみに限定されるものではなく、本発
明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ること
は勿論である。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の燃料電池
用電極の製造方法によれば、電極からのニッケルなどの
電子伝導物質の溶出などを防止して燃料電池の寿命低下
を防止できるという優れた効果を奏し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法にかかる燃料電池用電極の製造工
程図である。

【図２】燃料電池の原理図である。

【符号の説明】

７　　　　ニッケル粉（電極基材となる電子伝導物質）
８　　　　結合材 ９　　　　ボールミル（混練用） １０　　スラリー １１　　キャリヤーフィルム １２　　テープ状スラリー １３　　高温炉（高温焼成用） １４　　テープ状多孔質体 １５　　低温炉（低温焼成用） １６　　電極 １７　　真空容器（脱泡処理用）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　燃料電池用の板状の電極を製造する方
   法において、電極基材となる電子伝導物質を結合剤で混
   練してスラリーとし、該スラリーを脱泡処理したのち、
   移動するキャリヤ−フィルム上に所要厚さにのばしてテ
   ープ状のスラリーとし、該テープ状スラリーを乾燥させ
   たのち還元雰囲気中で高温焼成し、そのまま炉冷してテ
   ープ状多孔質体を形成し、該テープ状多孔質体にセラミ
   ックスのコロイド溶液を含侵させて乾燥させたのち、テ
   ープ状多孔質体の表面に水酸化リチウムまたは炭酸リチ
   ウムの溶液を塗布または含侵させて乾燥させ、さらに、
   還元雰囲気中で低温で加熱処理して板状の電極とするこ
   とを特徴とする燃料電池用電極の製造方法。