JPH054786B2 - - Google Patents
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- JPH054786B2 JPH054786B2 JP61167952A JP16795286A JPH054786B2 JP H054786 B2 JPH054786 B2 JP H054786B2 JP 61167952 A JP61167952 A JP 61167952A JP 16795286 A JP16795286 A JP 16795286A JP H054786 B2 JPH054786 B2 JP H054786B2
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- 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
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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
- H01M2008/147—Fuel cells with molten carbonates
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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
- H01M2300/00—Electrolytes
- H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
- H01M2300/0048—Molten electrolytes used at high temperature
- H01M2300/0051—Carbonates
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- 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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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
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- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Description
〔産業上の利用分野〕
本発明は燃料電池、特に溶融塩型の燃料電池に
好適なシール材を有する溶融塩型燃料電池に関す
る。 〔従来の技術〕 燃料電池は燃料の有する化学エネルギーを直接
電気エネルギーに変換できるので発電効率が高
く、かつ有害ガスあるいは液体の発生が少く、低
騒音であるために環境調和性に優れており、将来
有望な新電源としてその開発が盛んである。中で
も、溶融塩型燃料電池は特に発電効率が高く、か
つLNGから石炭に至るまで燃料の多様化が可能
であり、その早期実用化が望まれる。 溶融塩型燃料電池はカソード及びアノードの一
対のガス拡散性多孔質電極と該電極間に配設され
るアルカリ金属炭酸塩の溶融電解質を保持してな
る電解質体と、前記一対のガス拡散性多孔質電極
の一方に酸化剤を供給するための酸化剤の流通で
きる室及び前記一対のガス拡散性多孔質電極の他
方に燃料を供給するための燃料の流通できる室を
もつて単位電池を構成してなる。 また、実用規模の溶融塩型燃料電池発電プラン
トにおいては、前記単位電池を多数段直列に積層
することにより電池電圧を高め、かつ電池を大形
化して電極有効面積を広くすることにより大電流
を取り出し、電池出力の大容量化を図ることにな
り、一般に第１図の如く構成される。 電解質体１の両側にカソード２及びアノード３
が配設され、さらにその外側に酸化剤の流通でき
る室４，４′及び燃料の流通できる室５，５′を具
備するセパレータ６，６′が配設される。１から
６で単位電池が構成され、これが順次積み重ねら
れて積層電池が構成される。上端板には酸化剤の
流通できる室が具備され、下端板には燃料の流通
できる室が具備される。また、各カソードと各酸
化剤の流通できる室の間及び各アノードと各燃料
の流通できる室の間にそれぞれコレクタ（集電
体）が設けられることが多い。 しかし、このような構造を有する溶融塩型燃料
電地においては反応ガスの電池外部への漏洩の可
能性が多分に考えられる。特に、電解質体１とセ
パレータ６及び６′の相接する電池の周辺端部に
おいてその可能性が大である。かかる構造の溶融
塩型燃料電池におけるガスシール法としては、通
常ウツエツトシール法と呼ばれる方法が採用され
ている。すなわち、電解質体１とセパレータ６及
び６′の接触面に溶融した電解質液膜を形成して
反応ガスの電池外部への漏洩を防止せんとするも
のである。 また、他の一つの方法としてドライシール法と
呼ばれる方法がある。セパレータ６及び６′間の
電解質体１の周辺端部に絶縁性ガスケツト、例え
ば緻密なセラミツクス板を配設して、反応ガス及
び電解質の電池外部への漏洩、流出を防止する方
法がある（例えば、特願昭59−101708号（特開昭
60−246570号公報）。 リン酸型燃料電池など電池運転温度の低い他の
種類の燃料電池においては、反応ガスや電解質液
の電池外部への漏洩、流出を防止するためのシー
ル対策として、以下に示す如き方法が開示されて
いる。 特開昭58−157063号公報においては、高温下の
リン酸に耐え、溶融可能なシール材を配置し、熱
処理してシール材が単電池とガス分離板に融着す
るようにしたもので、シール材としては４フツ化
エチレン−６フツ化プロピレン共重合体及びパー
フロアルキルビニルエーテル共重合体を請求して
いる。 また、特開昭58−119172号公報においてはフロ
ロシリコーンゴム接着剤を開示しており、特開昭
58−164155号公報においてはポリ４フツ化エチレ
ンやフツ素ゴムを開示しており、それらの材料を
用いることができる。 〔発明が解決しようとする問題点〕 本発明の主たる対象とする溶融塩型燃料電池に
おいては、運転温度が650℃前後の高温であり、
かつ適用される電解質が腐食性の強いアルカリ金
属炭酸塩であり、上記のごときシール材を含め
て、このような環境に耐え得る好適な材料を見い
出すのが困難な現状にある。 したがつて、前述のごときウエツトシール法あ
るいは緻密セラミツクス板などを用いる。言うな
ればドライシール法を適用せざる得ない状況にあ
る。 しかし、ウエツトシール法の信頼性はあまり高
くない。また、前記構造の溶融塩型燃料電池にお
いては、電解質液の電池外部への流出の可能性も
大である。すなわち、約650℃の高温状態で長時
間電池の運転を継続することにより、電解質体中
に保持されている電解質液が徐々に電池外部へ流
出することが予想される。このような状況が進行
すれば、ウエツトシール法によるガスシール特性
の信頼性が低下するであろうし、また電解質体中
の電解質量が不足し、電解質体にピンホールやク
ラツクが起こり、酸化材、燃料あるいは生成ガス
のクロスオーバ現象が生じ、電池性能の低下する
原因にもなり、さらに安全性の面でも問題を生じ
る可能性がある。 一方、他の一つの方法であるドライシール法に
おいても次の如き問題点がある。 この方法では、緻密なセラミツクス板のごとき
剛体に近いものを用いており、荷重変形が少ない
ため、電解質体や電極の物性に基づき、それら電
池構成部材及び絶縁性ガスケツトの寸法精度を厳
密に抑える必要があり、またセパレータあるいは
絶縁性ガスケツトのシール面を工夫しないとかな
り高い圧力で締め付けない限りそのシール特性が
向上しないなどの難点がある。さらに、締め付け
圧力を高くしてそのシール特性を向上させたとし
ても、電極と電解質体あるいはコレクターとの接
触状態が最適化されず、例えば電極の圧縮クリー
プ変形、電解質体から電極への電解質の過剰な移
動、電極のコレクター開口部へのダレコミ等によ
り、電池性能を最高の状態に維持できないなどの
副次的な問題点も発生する危険性がある。 本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解消
して、新規なシール材を適用して長期にわたつて
安定なシール特性と電池特性を維持できる溶融塩
型燃料電池を提供するにある。 〔問題点を解決するための手段〕 上記目的は、溶融塩型燃料電池のシール手段を
改善することにより達成される。 本発明の特徴とするところは、一対の隔置され
たガス拡散性多孔質電極と該電極間に配設される
電解質を保持してなる電解質体とを酸化剤の流通
できる室及び／又は燃料の流通できる室を具備す
るセパレータにて挟むことにより構成される単位
電池を複数個積層してなる積層形溶融塩型燃料電
池において、気密性を必要とする部分のシール材
として、電池運転温度以下で溶融状態を形成した
るのちに固体状態に変化し、電池運転条件下でそ
の状態を維持しうる材料を含んでなるシール材を
用いることにある。 具体的には、好ましくは、電池の運転温度、一
般的は550〜700℃より低い温度で溶融、溶解する
材料とそれを保持する材料とから構成されるシー
ル材を適用することにより、気密性を必要とする
部分においてウエツトシール状態が形成される。
このままでは、従来より適用されているウエツト
シール法に他ならないが、この融解状態物質の化
学的性質を利用するか、若しくは外部からの強制
的な化学変化を利用することにより、それを固体
状態に変化させてドライシール状態に変えること
ができれば、ウエツトシール法とドライシール法
の両者の特徴を生かすことになり、本発明はその
点に着目してなされた発明である。 すなわち、ウエツトシール状態でシール材中の
融解物質液膜により気密性を向上させ、反応ガス
あるいは生成ガスの電池外部への漏洩を防止する
ことができる。このようにして形成されたシール
部位の長期安定性、信頼性を図るには、融解物質
液や電解質液の電池端部あるいは外部への流出を
防止できる状態が好ましく、上記の如くウエツト
シール状態からドライシール状態に変化させるこ
とにより、電池組立時のシール材や電池構成部材
である電極、電解質体の厳密な寸法精度の管理を
必要とすることなくその目的である電解質液の外
部への流出防止を容易に達成することができ、ま
たその気密性も維持改善できる。 さらに具体的に述べれば、本発明の特徴とする
電池運転温度以下で溶融状態を形成したるのちに
固体状態に変化し、電池運転条件下でその状態を
維持しうる材料として、アルカリ金属及び／又は
アルカリ土類金属の水酸化物をあげることができ
る。それらの水酸化物のうちで特に好ましい水酸
化物としては第１表に掲げるごとく、リチウム、
ナトリウム、カリウム、ルビジウム、ストロンチ
ウム、バリウムの水酸化物であり、それらのいず
れかあるいは混合物を含むシール材を用いて本発
明の目的を達成することができる。 例えば、水酸化リチウムの融点は467℃であり、
その温度以上になると溶融した状態になり、それ
を含んでなるシール材中で液状物質になることで
気密性を必要とする部位で液膜を形成して気密性
が向上する。そのような状態になつたところで炭
酸ガス含有ガスを通気することにより、該水酸化
物は炭酸塩に変換して固体状態になり、ドライシ
ール状態若しくはそれに近い状態になる。それに
近い状態とは気密性を必要とするシール部位の炭
酸ガスと接触した部分が固体状態になり、接触し
ないシール部位内部はウエツトシール状態になつ
ていることを意味する。 上記の例では、水酸化リチウムが炭酸リチウム
に変化し、その融点が720℃となるため、電池運
転温度範囲の550〜700℃より高いため固体状態に
なる。しかも、第１表に示したように、水酸化物
の単位モル当りの容積化よりも炭酸塩のそれの方
が大きいため、水酸化物が炭酸塩に変化すること
によりシール材中に空隙が発生してシール性がそ
こなわれることもない。リチウム塩の場合も同様
である。水酸化物を炭酸塩に変化させるためには
前記したごとく、炭酸ガス含有ガスを通気させる
必要があるが、電池発電時に供給する酸化剤や燃
料中にはそれぞれ炭酸ガスが含有されているの
で、その時点でシール部位の水酸化物が炭酸塩に
変化して固体状態になつてもよい。
好適なシール材を有する溶融塩型燃料電池に関す
る。 〔従来の技術〕 燃料電池は燃料の有する化学エネルギーを直接
電気エネルギーに変換できるので発電効率が高
く、かつ有害ガスあるいは液体の発生が少く、低
騒音であるために環境調和性に優れており、将来
有望な新電源としてその開発が盛んである。中で
も、溶融塩型燃料電池は特に発電効率が高く、か
つLNGから石炭に至るまで燃料の多様化が可能
であり、その早期実用化が望まれる。 溶融塩型燃料電池はカソード及びアノードの一
対のガス拡散性多孔質電極と該電極間に配設され
るアルカリ金属炭酸塩の溶融電解質を保持してな
る電解質体と、前記一対のガス拡散性多孔質電極
の一方に酸化剤を供給するための酸化剤の流通で
きる室及び前記一対のガス拡散性多孔質電極の他
方に燃料を供給するための燃料の流通できる室を
もつて単位電池を構成してなる。 また、実用規模の溶融塩型燃料電池発電プラン
トにおいては、前記単位電池を多数段直列に積層
することにより電池電圧を高め、かつ電池を大形
化して電極有効面積を広くすることにより大電流
を取り出し、電池出力の大容量化を図ることにな
り、一般に第１図の如く構成される。 電解質体１の両側にカソード２及びアノード３
が配設され、さらにその外側に酸化剤の流通でき
る室４，４′及び燃料の流通できる室５，５′を具
備するセパレータ６，６′が配設される。１から
６で単位電池が構成され、これが順次積み重ねら
れて積層電池が構成される。上端板には酸化剤の
流通できる室が具備され、下端板には燃料の流通
できる室が具備される。また、各カソードと各酸
化剤の流通できる室の間及び各アノードと各燃料
の流通できる室の間にそれぞれコレクタ（集電
体）が設けられることが多い。 しかし、このような構造を有する溶融塩型燃料
電地においては反応ガスの電池外部への漏洩の可
能性が多分に考えられる。特に、電解質体１とセ
パレータ６及び６′の相接する電池の周辺端部に
おいてその可能性が大である。かかる構造の溶融
塩型燃料電池におけるガスシール法としては、通
常ウツエツトシール法と呼ばれる方法が採用され
ている。すなわち、電解質体１とセパレータ６及
び６′の接触面に溶融した電解質液膜を形成して
反応ガスの電池外部への漏洩を防止せんとするも
のである。 また、他の一つの方法としてドライシール法と
呼ばれる方法がある。セパレータ６及び６′間の
電解質体１の周辺端部に絶縁性ガスケツト、例え
ば緻密なセラミツクス板を配設して、反応ガス及
び電解質の電池外部への漏洩、流出を防止する方
法がある（例えば、特願昭59−101708号（特開昭
60−246570号公報）。 リン酸型燃料電池など電池運転温度の低い他の
種類の燃料電池においては、反応ガスや電解質液
の電池外部への漏洩、流出を防止するためのシー
ル対策として、以下に示す如き方法が開示されて
いる。 特開昭58−157063号公報においては、高温下の
リン酸に耐え、溶融可能なシール材を配置し、熱
処理してシール材が単電池とガス分離板に融着す
るようにしたもので、シール材としては４フツ化
エチレン−６フツ化プロピレン共重合体及びパー
フロアルキルビニルエーテル共重合体を請求して
いる。 また、特開昭58−119172号公報においてはフロ
ロシリコーンゴム接着剤を開示しており、特開昭
58−164155号公報においてはポリ４フツ化エチレ
ンやフツ素ゴムを開示しており、それらの材料を
用いることができる。 〔発明が解決しようとする問題点〕 本発明の主たる対象とする溶融塩型燃料電池に
おいては、運転温度が650℃前後の高温であり、
かつ適用される電解質が腐食性の強いアルカリ金
属炭酸塩であり、上記のごときシール材を含め
て、このような環境に耐え得る好適な材料を見い
出すのが困難な現状にある。 したがつて、前述のごときウエツトシール法あ
るいは緻密セラミツクス板などを用いる。言うな
ればドライシール法を適用せざる得ない状況にあ
る。 しかし、ウエツトシール法の信頼性はあまり高
くない。また、前記構造の溶融塩型燃料電池にお
いては、電解質液の電池外部への流出の可能性も
大である。すなわち、約650℃の高温状態で長時
間電池の運転を継続することにより、電解質体中
に保持されている電解質液が徐々に電池外部へ流
出することが予想される。このような状況が進行
すれば、ウエツトシール法によるガスシール特性
の信頼性が低下するであろうし、また電解質体中
の電解質量が不足し、電解質体にピンホールやク
ラツクが起こり、酸化材、燃料あるいは生成ガス
のクロスオーバ現象が生じ、電池性能の低下する
原因にもなり、さらに安全性の面でも問題を生じ
る可能性がある。 一方、他の一つの方法であるドライシール法に
おいても次の如き問題点がある。 この方法では、緻密なセラミツクス板のごとき
剛体に近いものを用いており、荷重変形が少ない
ため、電解質体や電極の物性に基づき、それら電
池構成部材及び絶縁性ガスケツトの寸法精度を厳
密に抑える必要があり、またセパレータあるいは
絶縁性ガスケツトのシール面を工夫しないとかな
り高い圧力で締め付けない限りそのシール特性が
向上しないなどの難点がある。さらに、締め付け
圧力を高くしてそのシール特性を向上させたとし
ても、電極と電解質体あるいはコレクターとの接
触状態が最適化されず、例えば電極の圧縮クリー
プ変形、電解質体から電極への電解質の過剰な移
動、電極のコレクター開口部へのダレコミ等によ
り、電池性能を最高の状態に維持できないなどの
副次的な問題点も発生する危険性がある。 本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解消
して、新規なシール材を適用して長期にわたつて
安定なシール特性と電池特性を維持できる溶融塩
型燃料電池を提供するにある。 〔問題点を解決するための手段〕 上記目的は、溶融塩型燃料電池のシール手段を
改善することにより達成される。 本発明の特徴とするところは、一対の隔置され
たガス拡散性多孔質電極と該電極間に配設される
電解質を保持してなる電解質体とを酸化剤の流通
できる室及び／又は燃料の流通できる室を具備す
るセパレータにて挟むことにより構成される単位
電池を複数個積層してなる積層形溶融塩型燃料電
池において、気密性を必要とする部分のシール材
として、電池運転温度以下で溶融状態を形成した
るのちに固体状態に変化し、電池運転条件下でそ
の状態を維持しうる材料を含んでなるシール材を
用いることにある。 具体的には、好ましくは、電池の運転温度、一
般的は550〜700℃より低い温度で溶融、溶解する
材料とそれを保持する材料とから構成されるシー
ル材を適用することにより、気密性を必要とする
部分においてウエツトシール状態が形成される。
このままでは、従来より適用されているウエツト
シール法に他ならないが、この融解状態物質の化
学的性質を利用するか、若しくは外部からの強制
的な化学変化を利用することにより、それを固体
状態に変化させてドライシール状態に変えること
ができれば、ウエツトシール法とドライシール法
の両者の特徴を生かすことになり、本発明はその
点に着目してなされた発明である。 すなわち、ウエツトシール状態でシール材中の
融解物質液膜により気密性を向上させ、反応ガス
あるいは生成ガスの電池外部への漏洩を防止する
ことができる。このようにして形成されたシール
部位の長期安定性、信頼性を図るには、融解物質
液や電解質液の電池端部あるいは外部への流出を
防止できる状態が好ましく、上記の如くウエツト
シール状態からドライシール状態に変化させるこ
とにより、電池組立時のシール材や電池構成部材
である電極、電解質体の厳密な寸法精度の管理を
必要とすることなくその目的である電解質液の外
部への流出防止を容易に達成することができ、ま
たその気密性も維持改善できる。 さらに具体的に述べれば、本発明の特徴とする
電池運転温度以下で溶融状態を形成したるのちに
固体状態に変化し、電池運転条件下でその状態を
維持しうる材料として、アルカリ金属及び／又は
アルカリ土類金属の水酸化物をあげることができ
る。それらの水酸化物のうちで特に好ましい水酸
化物としては第１表に掲げるごとく、リチウム、
ナトリウム、カリウム、ルビジウム、ストロンチ
ウム、バリウムの水酸化物であり、それらのいず
れかあるいは混合物を含むシール材を用いて本発
明の目的を達成することができる。 例えば、水酸化リチウムの融点は467℃であり、
その温度以上になると溶融した状態になり、それ
を含んでなるシール材中で液状物質になることで
気密性を必要とする部位で液膜を形成して気密性
が向上する。そのような状態になつたところで炭
酸ガス含有ガスを通気することにより、該水酸化
物は炭酸塩に変換して固体状態になり、ドライシ
ール状態若しくはそれに近い状態になる。それに
近い状態とは気密性を必要とするシール部位の炭
酸ガスと接触した部分が固体状態になり、接触し
ないシール部位内部はウエツトシール状態になつ
ていることを意味する。 上記の例では、水酸化リチウムが炭酸リチウム
に変化し、その融点が720℃となるため、電池運
転温度範囲の550〜700℃より高いため固体状態に
なる。しかも、第１表に示したように、水酸化物
の単位モル当りの容積化よりも炭酸塩のそれの方
が大きいため、水酸化物が炭酸塩に変化すること
によりシール材中に空隙が発生してシール性がそ
こなわれることもない。リチウム塩の場合も同様
である。水酸化物を炭酸塩に変化させるためには
前記したごとく、炭酸ガス含有ガスを通気させる
必要があるが、電池発電時に供給する酸化剤や燃
料中にはそれぞれ炭酸ガスが含有されているの
で、その時点でシール部位の水酸化物が炭酸塩に
変化して固体状態になつてもよい。
以下、本発明の実施例に基づいて、さらに具体
的にその内容を説明する。 実施例 １ 本発明の溶融塩型燃料電池の構成の概略の断面
図は第１図に示すごとくである。 カソード２及びアノード３をそれぞれセパレー
タ６及び６′に配設し、その両電極間に電解質体
１を挟み、その電解質体１の周縁端部にシール材
９を設けてなる構造の燃料電池である。 シール材９は次のようにして製作した。水酸化
バリウムとγ−リチウムアルミネート粉末を６：
４（重量比）の割合で混合したのち、振動ミルで
約３時間乾式粉砕し、かつ均密に混合した。この
操作はホツトミル内を窒素ガス雰囲気にして行つ
た。 この混合物を整粒したのち、水を加えて（約５
重量％）調湿したのち、コールドプレスで約50
Kg／cm2の圧力でプレス成形した。調湿操作も窒素
雰囲気で実施した。この成形体を外寸130mm角、
シール幅20mm、厚さ2.0mmの形状に切り出してシ
ール材９とした。なお、シール材９の各周辺には
φ6のガス流路孔１０を各辺にそれぞれ６ケ設け
た。 電解質板１は、γ−リチウムアルミネート粉末
及び繊維（粉末／繊維＝80／20、重量比）を電解
質保持材とする気孔率約60％の基板に電解質であ
る混合炭酸塩（炭酸リチウム／炭酸カリウム＝
62／38、モル比）を含浸したものを用いた。その
形状は90mm角、厚さ2.0mmとした。 また、カソード２及びアノード３はそれぞれ酸
化ニツケルに銀を含有（5atom％）させたもの及
びニツケルを用いており、それぞれSUS310及び
ニツケル金網に添着したガス拡散性多孔質焼結体
であり、その形状は80mm角、厚さはそれぞれ0.58
mm及び0.60mmのものを用いた。セパレータ６及び
６′はSUS310製であり、外寸130mm角、電極配設
部80mm角、厚さ約６mmのものを使用した。 これを組立てて５セル積層形燃料電池とし、以
下の実験を行つた。 この積層電池を約0.5Kg／cm2の電池締は圧力で
締めつけ、常温から50℃／ｈの昇温速度で650℃
まで昇温した。この場合、ベルジヤ内のガス雰囲
気は窒素ガス雰囲気とし、また電池内部にはアノ
ードガス及びカソードガスラインから窒素を0.5
／min流通した。650℃になつてから電池締付
圧力を２Kg／cm2に増加したのち、アノードガスラ
イン及びカソードガスラインから炭酸ガスを５
／minの流通した。この状態で約２時間保持し
たのち、シール特性を調べた。そのまま炭酸ガス
を流して行い、その出入口流量を計測した。その
結果、アノード例のシール率は99.2％、カソード
例のそれは99.8％であつた。 次に、発電実験を行つた。実験条件は反応温度
650℃、アノードガス組成は80％H2−20％CO2、
カソードガス組成は30％CO2−70％空気であり、
アノードガスは45℃水中をバブルして加湿した。
アノードガス流量は125／ｈ、カソードガス流
量は350／ｈとした。発電実験初期（30時間後）
の電池性能は150ｍＡ／cm2で0.78Vの電池電圧を
示し、500時間後においても性能低下はほとんど
認められなかつた。また、その時点でのシール特
性もアノード側、カソード例とも良好であり、そ
れぞれ99.5％、99.7％であつた。 一方、シール材を用いず、電解質体１の形状を
130mm角として、同様に組立、昇温、発電した電
池の実施例では、初期のシール率がアノード側で
95.5％、カソード例で93.5％であつたが、500時
間後においてそれぞれ88.5％、90.0％とそのシー
ル特性が低下していた。また、約100時間後から
ガスクロスオーバ現象も認められた。 なお、電池性能は初期（30時間後）において
150ｍＡ／cm2で0.77Vであつたが、500時間後には
0.53Vまで低下した。 実施例 ２ 実施例１と同様にして、水酸化バリウムのかわ
りに水酸化リチウム、水酸化ナトリウ、水酸化カ
リウム、又は水酸化ストロンチウムを用いてシー
ル材を成形し、実施例１と同様に実験した。 その結果、初期のシール率はアノード側、カソ
ード側共に99％以上であり、良好なシール特性を
示した。また、500時間後においてもいずれも約
99％若しくはそれ以上のシール特性を示した。 実施例 ３ 実施例１と同様にして、水酸化バリウムのかわ
りにリン酸リチウムを用いてシール材を成形し、
実施例１と同様に実験した。 500時間後においてもアノード側のシール率は
99.2％、カソード側のシール率は99.5％であつ
た。 実施例 ４ 外部マニホールド方式の５セル積層形燃料電池
を試作した。電極面積64cm2、外寸法はタテ70mm、
幅120mm、奥行120mmであり、この電池の外部マニ
ホールド取付面に外寸120mm×70mm、シール幅20
mmのシール材を電池端部とマニホールド間に挾ん
で装着した。シール材は実施例１と同一のシール
材を用いた。このようにして外部マニホールド型
積層電池を組立てた。 電池締付圧力及びマニホールド取付面の締圧を
それぞれ２Kg／cm2、５Kg／cm2とし、常温から650
℃まで昇温した。この場合、酸化剤用マニホール
ド及び燃料用マニホールドから窒素を0.5／
min流通した。650℃になつてから窒素のかわり
に炭酸ガスを５／minの流量で流通した。以
下、実施例１と同様にしてシール特性を測定した
ところ、シール率はアノード側が99.2％、カソー
ド側が98.9％であり、500時間後においてもシー
ル特性の低下は認められなかつた。 〔発明の効果〕 本発明によれば、ウエツトシール法とドライシ
ール法のそれぞれの利点を有効に発揮させること
ができ、顕著な効果がある。
的にその内容を説明する。 実施例 １ 本発明の溶融塩型燃料電池の構成の概略の断面
図は第１図に示すごとくである。 カソード２及びアノード３をそれぞれセパレー
タ６及び６′に配設し、その両電極間に電解質体
１を挟み、その電解質体１の周縁端部にシール材
９を設けてなる構造の燃料電池である。 シール材９は次のようにして製作した。水酸化
バリウムとγ−リチウムアルミネート粉末を６：
４（重量比）の割合で混合したのち、振動ミルで
約３時間乾式粉砕し、かつ均密に混合した。この
操作はホツトミル内を窒素ガス雰囲気にして行つ
た。 この混合物を整粒したのち、水を加えて（約５
重量％）調湿したのち、コールドプレスで約50
Kg／cm2の圧力でプレス成形した。調湿操作も窒素
雰囲気で実施した。この成形体を外寸130mm角、
シール幅20mm、厚さ2.0mmの形状に切り出してシ
ール材９とした。なお、シール材９の各周辺には
φ6のガス流路孔１０を各辺にそれぞれ６ケ設け
た。 電解質板１は、γ−リチウムアルミネート粉末
及び繊維（粉末／繊維＝80／20、重量比）を電解
質保持材とする気孔率約60％の基板に電解質であ
る混合炭酸塩（炭酸リチウム／炭酸カリウム＝
62／38、モル比）を含浸したものを用いた。その
形状は90mm角、厚さ2.0mmとした。 また、カソード２及びアノード３はそれぞれ酸
化ニツケルに銀を含有（5atom％）させたもの及
びニツケルを用いており、それぞれSUS310及び
ニツケル金網に添着したガス拡散性多孔質焼結体
であり、その形状は80mm角、厚さはそれぞれ0.58
mm及び0.60mmのものを用いた。セパレータ６及び
６′はSUS310製であり、外寸130mm角、電極配設
部80mm角、厚さ約６mmのものを使用した。 これを組立てて５セル積層形燃料電池とし、以
下の実験を行つた。 この積層電池を約0.5Kg／cm2の電池締は圧力で
締めつけ、常温から50℃／ｈの昇温速度で650℃
まで昇温した。この場合、ベルジヤ内のガス雰囲
気は窒素ガス雰囲気とし、また電池内部にはアノ
ードガス及びカソードガスラインから窒素を0.5
／min流通した。650℃になつてから電池締付
圧力を２Kg／cm2に増加したのち、アノードガスラ
イン及びカソードガスラインから炭酸ガスを５
／minの流通した。この状態で約２時間保持し
たのち、シール特性を調べた。そのまま炭酸ガス
を流して行い、その出入口流量を計測した。その
結果、アノード例のシール率は99.2％、カソード
例のそれは99.8％であつた。 次に、発電実験を行つた。実験条件は反応温度
650℃、アノードガス組成は80％H2−20％CO2、
カソードガス組成は30％CO2−70％空気であり、
アノードガスは45℃水中をバブルして加湿した。
アノードガス流量は125／ｈ、カソードガス流
量は350／ｈとした。発電実験初期（30時間後）
の電池性能は150ｍＡ／cm2で0.78Vの電池電圧を
示し、500時間後においても性能低下はほとんど
認められなかつた。また、その時点でのシール特
性もアノード側、カソード例とも良好であり、そ
れぞれ99.5％、99.7％であつた。 一方、シール材を用いず、電解質体１の形状を
130mm角として、同様に組立、昇温、発電した電
池の実施例では、初期のシール率がアノード側で
95.5％、カソード例で93.5％であつたが、500時
間後においてそれぞれ88.5％、90.0％とそのシー
ル特性が低下していた。また、約100時間後から
ガスクロスオーバ現象も認められた。 なお、電池性能は初期（30時間後）において
150ｍＡ／cm2で0.77Vであつたが、500時間後には
0.53Vまで低下した。 実施例 ２ 実施例１と同様にして、水酸化バリウムのかわ
りに水酸化リチウム、水酸化ナトリウ、水酸化カ
リウム、又は水酸化ストロンチウムを用いてシー
ル材を成形し、実施例１と同様に実験した。 その結果、初期のシール率はアノード側、カソ
ード側共に99％以上であり、良好なシール特性を
示した。また、500時間後においてもいずれも約
99％若しくはそれ以上のシール特性を示した。 実施例 ３ 実施例１と同様にして、水酸化バリウムのかわ
りにリン酸リチウムを用いてシール材を成形し、
実施例１と同様に実験した。 500時間後においてもアノード側のシール率は
99.2％、カソード側のシール率は99.5％であつ
た。 実施例 ４ 外部マニホールド方式の５セル積層形燃料電池
を試作した。電極面積64cm2、外寸法はタテ70mm、
幅120mm、奥行120mmであり、この電池の外部マニ
ホールド取付面に外寸120mm×70mm、シール幅20
mmのシール材を電池端部とマニホールド間に挾ん
で装着した。シール材は実施例１と同一のシール
材を用いた。このようにして外部マニホールド型
積層電池を組立てた。 電池締付圧力及びマニホールド取付面の締圧を
それぞれ２Kg／cm2、５Kg／cm2とし、常温から650
℃まで昇温した。この場合、酸化剤用マニホール
ド及び燃料用マニホールドから窒素を0.5／
min流通した。650℃になつてから窒素のかわり
に炭酸ガスを５／minの流量で流通した。以
下、実施例１と同様にしてシール特性を測定した
ところ、シール率はアノード側が99.2％、カソー
ド側が98.9％であり、500時間後においてもシー
ル特性の低下は認められなかつた。 〔発明の効果〕 本発明によれば、ウエツトシール法とドライシ
ール法のそれぞれの利点を有効に発揮させること
ができ、顕著な効果がある。
第１図は本発明の一実施例の電池構造を示す断
面図、第２図は内部マニホールド型電池構造を示
す電池中間部の上面図、第３図は外部マニホール
ド型構造を示す電池中間部の上面図である。 １……電解質体、２……カソード、３……アノ
ード、４，４′……酸化剤の流通できる室，５，
５′……燃料の流通できる室、６，６′……セパレ
ータ、９……シール材、１０……ガス供給又は排
出用流路孔、１１……内部マニホールド型電池の
シール材外周部位、１２……外部マニホールド型
電池のシール材露出面。
面図、第２図は内部マニホールド型電池構造を示
す電池中間部の上面図、第３図は外部マニホール
ド型構造を示す電池中間部の上面図である。 １……電解質体、２……カソード、３……アノ
ード、４，４′……酸化剤の流通できる室，５，
５′……燃料の流通できる室、６，６′……セパレ
ータ、９……シール材、１０……ガス供給又は排
出用流路孔、１１……内部マニホールド型電池の
シール材外周部位、１２……外部マニホールド型
電池のシール材露出面。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 一対の隔置されたガス拡散性多孔質電極と該
電極間に配設される電解質を保持してなる電解質
体とを酸化剤の流通できる室及び／又は燃料の流
通できる室を具備するセパレータにて挟むことに
より構成される単位電池を複数個積層してなる積
層形溶融塩型燃料電池において、気密性を必要と
する部分のシール材として、電池運転温度以下で
溶融状態を形成したるのちに固体状態に変化し、
電池運転条件下でその状態を維持しうる材料を含
んでなるシール材を用い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項記載の溶融塩型燃料電
池において、電池運転温度以下で溶融状態を形成
したるのちに固体状態に変化し、電池運転状態下
でその状態を維持しうる材料が、アルカリ金属及
び／又はアルカリ土類金属の水酸化物であること
を特徴とする溶融塩型燃料電池。 ３ 特許請求の範囲第２項記載の溶融塩型燃料電
池において、前記水酸化物がリチウム、ナトリウ
ム、カリウム、ルビジウム、ストロンチウム、バ
リウムの水酸化物のいずれかあるいは混合物であ
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 |
|---|---|---|---|
| JP61167952A JPS6326960A (ja) | 1986-07-18 | 1986-07-18 | 溶融塩型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61167952A JPS6326960A (ja) | 1986-07-18 | 1986-07-18 | 溶融塩型燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6326960A JPS6326960A (ja) | 1988-02-04 |
| JPH054786B2 true JPH054786B2 (ja) | 1993-01-20 |
Family
ID=15859088
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61167952A Granted JPS6326960A (ja) | 1986-07-18 | 1986-07-18 | 溶融塩型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6326960A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6577540B2 (ja) * | 2017-08-25 | 2019-09-18 | 本田技研工業株式会社 | 発電セル |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA1214514A (en) * | 1982-08-19 | 1986-11-25 | Pinakin S. Patel | Electrode structure and method of making same |
-
1986
- 1986-07-18 JP JP61167952A patent/JPS6326960A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6326960A (ja) | 1988-02-04 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |