JPH0550104B2 - - Google Patents
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- JPH0550104B2 JPH0550104B2 JP58119740A JP11974083A JPH0550104B2 JP H0550104 B2 JPH0550104 B2 JP H0550104B2 JP 58119740 A JP58119740 A JP 58119740A JP 11974083 A JP11974083 A JP 11974083A JP H0550104 B2 JPH0550104 B2 JP H0550104B2
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- 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
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/023—Porous and characterised by the material
- H01M8/0241—Composites
- H01M8/0245—Composites in the form of layered or coated products
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- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/8605—Porous electrodes
- H01M4/8621—Porous electrodes containing only metallic or ceramic material, e.g. made by sintering or sputtering
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- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
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- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
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- H01M8/0236—Glass; Ceramics; Cermets
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- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
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- H—ELECTRICITY
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- 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
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- Y02E60/50—Fuel cells
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- Ceramic Engineering (AREA)
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- Fuel Cell (AREA)
Description
産業上の利用分野
本発明は水素、一酸化炭素などを燃料とし、酸
素、空気、炭酸ガスなどを酸化剤として、溶融塩
を電解質とする高温発電型の燃料電池に関する。 従来例の構成とその問題点 一般に、溶融塩燃料電池は電解質として高温下
でもイオンの移動が可能である溶融塩たとえば
CO2-/3の導電性を有する炭酸塩などが用いられて
いる。そして燃料として水素、酸化剤として空気
中の酸素を用いて、つぎに示す反応を行なわせる
燃料電池を構成する。 燃料極側：H2＋CO2- 3→H2Ｏ＋CO2＋2e- 酸化剤極側：１／2O2＋CO2＋2e-→CO2- 3 上記反応式から明らかなように燃料極側では水
素が電解質のCO2- 3と反応して消費され、反応生
成物として水と炭酸ガスとができる。一方酸化剤
側では酸素と炭酸ガスは電解質へCO2- 3の形にな
つて消費される。ここで燃料極側で生成した炭酸
ガスは酸化剤極に供給され、そこで消費されるの
で全体的にはH2＋１／2O2の反応式となり、水素
と酸素から水が生成する。電解質中ではCO2- 3イ
オンの移動のみであり、炭酸ガスは物質収支上関
与しないことになる。したがつて、CO2- 3を有す
る電解質を通して、電極間で電流を取り出すこと
になつている。 従来は、集電体などにはステンレス鋼（酸化剤
側）やニツケル（燃料側）をそのまま使用してい
た。したがつて、空気中の酸素などによつて著し
く、酸化され、しかも電解質による腐食から、酸
化性皮膜を形成し、大きな抵抗を形成する要因と
なつていた。この酸化物の抵抗が大きいために、
高電流密度による発電を継続すると電圧性能が悪
くなる問題点を有している。 発明の目的 そこで本発明はリチウムと導電性金属の複合酸
化物は高温時の抵抗が低く、しかも耐熱、耐酸
化、耐食性に優れている点に着目して、この金属
酸化物を利用して、上記問題点を解消した。すな
わち、還元性ガスを燃料とし、酸化性ガスを酸化
剤として、溶融塩を電解質とする高温発電型の燃
料電池において、前記燃料電池を構成する各部材
間の接触抵抗の減少を図るために、電解質を挾持
している酸化剤極と燃料極の背面で接する両電極
の集電体（兼スペーサ）の表面および前記集電体
（兼スペーサ）と両電極ガス室内で接触する部分
の表面にリチウムと導電性の金属の複合酸化物か
らなる皮膜層を形成させ、燃料電池内部で発生す
る抵抗を減少させ、高電流密度で発電を継続して
も性能の低下がないようにして高性能な燃料電池
を得ることを目的とする。 発明の構成 電解質を含む電解質保持体を挾持して酸化剤極
と燃料極があり、酸化剤極と端板間に集電体（兼
スペーサ）を、燃料極を端板間に集電体（兼スペ
ーサ）を各々配置し、集電体（兼スペーサ）の表
面にリチウムと導電性金属の複合酸化物の皮膜層
を形成させ、導電性と通気性があるように多孔体
としてある。 実施例の説明 第１図は溶融炭酸塩燃料電池の構成を示すもの
であり、１は酸化剤極２と燃料極３で挾持される
電解質保持体である。酸化剤極２と燃料極３と端
板６，７間には各々集電体（兼スペーサ）４ある
いは５が挾持されている。 集電体４および５は第２図イに示すように通気
性のある多孔体となつており、さらにロに示すよ
うに表面にリチウムと導電性金属の複合酸化物の
皮膜層Ｂを形成している。 第３図は端板６あるいは７の一例を示し、９は
ガス供給口であり、凹凸１０はガス室と電流経路
を形成している。なお本実施例では単電池を例に
しているため端板のみを示すが、電池を複数個積
層する場合には端板とは別に各電池間に、両面に
凹凸１０を設けた形状をしたバイポーラ板と呼ば
れる部材を使用することになる。以下の実施例は
端板のみについて記載するがバイポーラ板の場合
も同じ適用がなされる。端板、バイポーラ板の場
合ともにこの凸部の表面で集電体の表面と接触す
るので、この間の接触抵抗が高くならないように
集電体と接する面又はその周囲に前記の金属酸化
物の皮膜層を形成している。 つぎに本発明の実施例についてさらに詳細に説
明する。まず、酸化剤電極はニツケルの酸化物
NiOを主成分とし、これに電導性を高めるためリ
チウムを添加した。そしてLiNiO系の焼結多孔体
を酸化剤電極として用いた。燃料極にはニツケル
焼結多孔体を用いた。いずれも公知の方法で製造
した。電極の大きさは40mm×50mm、厚さ各々0.8
mmとした。 溶融塩としては62モル％Li2CO3、38モル％、
K2CO3の混合物で、この混合物60w％に対してア
ルミン酸リチウム粉末40W％を加え、電解質体と
した。集電体は１mm厚のステンレス鋼製の多孔体
を各々用いた。そして第１図の様な構成で燃料電
池を構成し、端板もステンレス鋼製とした。さら
に接触抵抗が大きくならないように、リチウムを
含むニツケル酸化物粉末をペースト状にして、集
電体の表面と集電体と接触する端板内側に塗布
し、乾燥した後、熱処理をして密着性をよくし
た。なお、リチウムとニツケルの複合酸化物粉末
の主成分はLi2Ni8O10でこれに有機溶剤とバイン
ダー（５％）を添加し、遊星ボールミルで1h粉
砕混合してペーストを得た。また熱処理は最高温
度1000℃、室温加湿窒素雰囲気下で1h焼成を行
なつている。 従来型と比較するために、本発明による電池を
前記の各電池部材および上述の方法でリチウムと
ニツケルの複合酸化物の皮膜を形成させた集電
体、端板を用いて組立てた。また集電体、端板以
外の条件は全く同じにして燃料電池を構成してこ
れを従来型とし、性能試験を行なつた。試験条件
としては、温度：650℃、酸化剤：30％炭酸ガス
を含む空気、燃料：純粋な水素ガスとした。初期
電圧、300時間、500時間後の電圧を比較して調べ
た。電流密度100ma／cm2発電時の結果を表に示
す。
素、空気、炭酸ガスなどを酸化剤として、溶融塩
を電解質とする高温発電型の燃料電池に関する。 従来例の構成とその問題点 一般に、溶融塩燃料電池は電解質として高温下
でもイオンの移動が可能である溶融塩たとえば
CO2-/3の導電性を有する炭酸塩などが用いられて
いる。そして燃料として水素、酸化剤として空気
中の酸素を用いて、つぎに示す反応を行なわせる
燃料電池を構成する。 燃料極側：H2＋CO2- 3→H2Ｏ＋CO2＋2e- 酸化剤極側：１／2O2＋CO2＋2e-→CO2- 3 上記反応式から明らかなように燃料極側では水
素が電解質のCO2- 3と反応して消費され、反応生
成物として水と炭酸ガスとができる。一方酸化剤
側では酸素と炭酸ガスは電解質へCO2- 3の形にな
つて消費される。ここで燃料極側で生成した炭酸
ガスは酸化剤極に供給され、そこで消費されるの
で全体的にはH2＋１／2O2の反応式となり、水素
と酸素から水が生成する。電解質中ではCO2- 3イ
オンの移動のみであり、炭酸ガスは物質収支上関
与しないことになる。したがつて、CO2- 3を有す
る電解質を通して、電極間で電流を取り出すこと
になつている。 従来は、集電体などにはステンレス鋼（酸化剤
側）やニツケル（燃料側）をそのまま使用してい
た。したがつて、空気中の酸素などによつて著し
く、酸化され、しかも電解質による腐食から、酸
化性皮膜を形成し、大きな抵抗を形成する要因と
なつていた。この酸化物の抵抗が大きいために、
高電流密度による発電を継続すると電圧性能が悪
くなる問題点を有している。 発明の目的 そこで本発明はリチウムと導電性金属の複合酸
化物は高温時の抵抗が低く、しかも耐熱、耐酸
化、耐食性に優れている点に着目して、この金属
酸化物を利用して、上記問題点を解消した。すな
わち、還元性ガスを燃料とし、酸化性ガスを酸化
剤として、溶融塩を電解質とする高温発電型の燃
料電池において、前記燃料電池を構成する各部材
間の接触抵抗の減少を図るために、電解質を挾持
している酸化剤極と燃料極の背面で接する両電極
の集電体（兼スペーサ）の表面および前記集電体
（兼スペーサ）と両電極ガス室内で接触する部分
の表面にリチウムと導電性の金属の複合酸化物か
らなる皮膜層を形成させ、燃料電池内部で発生す
る抵抗を減少させ、高電流密度で発電を継続して
も性能の低下がないようにして高性能な燃料電池
を得ることを目的とする。 発明の構成 電解質を含む電解質保持体を挾持して酸化剤極
と燃料極があり、酸化剤極と端板間に集電体（兼
スペーサ）を、燃料極を端板間に集電体（兼スペ
ーサ）を各々配置し、集電体（兼スペーサ）の表
面にリチウムと導電性金属の複合酸化物の皮膜層
を形成させ、導電性と通気性があるように多孔体
としてある。 実施例の説明 第１図は溶融炭酸塩燃料電池の構成を示すもの
であり、１は酸化剤極２と燃料極３で挾持される
電解質保持体である。酸化剤極２と燃料極３と端
板６，７間には各々集電体（兼スペーサ）４ある
いは５が挾持されている。 集電体４および５は第２図イに示すように通気
性のある多孔体となつており、さらにロに示すよ
うに表面にリチウムと導電性金属の複合酸化物の
皮膜層Ｂを形成している。 第３図は端板６あるいは７の一例を示し、９は
ガス供給口であり、凹凸１０はガス室と電流経路
を形成している。なお本実施例では単電池を例に
しているため端板のみを示すが、電池を複数個積
層する場合には端板とは別に各電池間に、両面に
凹凸１０を設けた形状をしたバイポーラ板と呼ば
れる部材を使用することになる。以下の実施例は
端板のみについて記載するがバイポーラ板の場合
も同じ適用がなされる。端板、バイポーラ板の場
合ともにこの凸部の表面で集電体の表面と接触す
るので、この間の接触抵抗が高くならないように
集電体と接する面又はその周囲に前記の金属酸化
物の皮膜層を形成している。 つぎに本発明の実施例についてさらに詳細に説
明する。まず、酸化剤電極はニツケルの酸化物
NiOを主成分とし、これに電導性を高めるためリ
チウムを添加した。そしてLiNiO系の焼結多孔体
を酸化剤電極として用いた。燃料極にはニツケル
焼結多孔体を用いた。いずれも公知の方法で製造
した。電極の大きさは40mm×50mm、厚さ各々0.8
mmとした。 溶融塩としては62モル％Li2CO3、38モル％、
K2CO3の混合物で、この混合物60w％に対してア
ルミン酸リチウム粉末40W％を加え、電解質体と
した。集電体は１mm厚のステンレス鋼製の多孔体
を各々用いた。そして第１図の様な構成で燃料電
池を構成し、端板もステンレス鋼製とした。さら
に接触抵抗が大きくならないように、リチウムを
含むニツケル酸化物粉末をペースト状にして、集
電体の表面と集電体と接触する端板内側に塗布
し、乾燥した後、熱処理をして密着性をよくし
た。なお、リチウムとニツケルの複合酸化物粉末
の主成分はLi2Ni8O10でこれに有機溶剤とバイン
ダー（５％）を添加し、遊星ボールミルで1h粉
砕混合してペーストを得た。また熱処理は最高温
度1000℃、室温加湿窒素雰囲気下で1h焼成を行
なつている。 従来型と比較するために、本発明による電池を
前記の各電池部材および上述の方法でリチウムと
ニツケルの複合酸化物の皮膜を形成させた集電
体、端板を用いて組立てた。また集電体、端板以
外の条件は全く同じにして燃料電池を構成してこ
れを従来型とし、性能試験を行なつた。試験条件
としては、温度：650℃、酸化剤：30％炭酸ガス
を含む空気、燃料：純粋な水素ガスとした。初期
電圧、300時間、500時間後の電圧を比較して調べ
た。電流密度100ma／cm2発電時の結果を表に示
す。
【表】
表から明らかな様に、従来例は集電体の表面が
高温酸化されたり、一部腐食したりして抵抗の大
きい酸化皮膜を形成し、電極との接触面で電圧ド
ロツプを発生し、燃料電池の性能が徐々に低下し
ている。これに対して、実施例は集電体の表面に
導電性、耐熱性、耐食性に優れたリチウムと導電
性金属としてのニツケルとの複合酸化物の皮膜を
形成させているので、電極との接触面での抵抗は
大きくならず、燃料電池の性能を低下させること
なく発電することができた。 上記実施例では集電体としてパンチングメタル
を用いたがネツトの様な形状でもよい。またリチ
ウムの相手としてニツケルを用いたが、コバル
ト、鉄のような金属でもよい。抵抗が小さくなる
複合酸化物が望ましい。また実施例では単電池で
あるが積層電池の場合でも同様な操作を行ない、
接触抵抗を小さくすることができる。 発明の効果 導電性、耐熱性、耐食性に優れたリチウム−金
属複合酸化物の皮膜層を集電体表面などに形成さ
せることにより、集電体と電極面の抵抗を小さく
し、長時間、性能低下の少ない燃料電池を提供す
ることができる。
高温酸化されたり、一部腐食したりして抵抗の大
きい酸化皮膜を形成し、電極との接触面で電圧ド
ロツプを発生し、燃料電池の性能が徐々に低下し
ている。これに対して、実施例は集電体の表面に
導電性、耐熱性、耐食性に優れたリチウムと導電
性金属としてのニツケルとの複合酸化物の皮膜を
形成させているので、電極との接触面での抵抗は
大きくならず、燃料電池の性能を低下させること
なく発電することができた。 上記実施例では集電体としてパンチングメタル
を用いたがネツトの様な形状でもよい。またリチ
ウムの相手としてニツケルを用いたが、コバル
ト、鉄のような金属でもよい。抵抗が小さくなる
複合酸化物が望ましい。また実施例では単電池で
あるが積層電池の場合でも同様な操作を行ない、
接触抵抗を小さくすることができる。 発明の効果 導電性、耐熱性、耐食性に優れたリチウム−金
属複合酸化物の皮膜層を集電体表面などに形成さ
せることにより、集電体と電極面の抵抗を小さく
し、長時間、性能低下の少ない燃料電池を提供す
ることができる。
第１図は溶融塩燃料電池の分解図、第２図は本
発明の一実施例の溶融炭酸塩燃料電池における集
電体（兼スペーサ）の外観斜視図と側面図、第３
図は端板の内部構造を示す図である。 １……電解質保持体、２……酸化剤極、３……
燃料極、４，５……集電体、６，７……端板、８
……複合酸化物の皮膜層、９……ガス供給口、１
０……凹凸部。
発明の一実施例の溶融炭酸塩燃料電池における集
電体（兼スペーサ）の外観斜視図と側面図、第３
図は端板の内部構造を示す図である。 １……電解質保持体、２……酸化剤極、３……
燃料極、４，５……集電体、６，７……端板、８
……複合酸化物の皮膜層、９……ガス供給口、１
０……凹凸部。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 還元性ガスを燃料とし、酸化性ガスを酸化剤
として、溶融炭酸塩を電解質とするものであつ
て、前記電解質を含有する電解質保持体と、前記
保持体の片面に配した酸化剤極と、前記保持体の
他面に配した燃料極と、前記酸化剤極と燃料極
各々の他面に配した集電体を具備し、少なくとも
酸化剤極側の集電体表面にリチウムと導電性金属
の複合酸化物の皮膜層を固着形成させたことを特
徴とする溶融炭酸塩燃料電池。 ２ 導電性金属がニツケル、鉄およびコバルトの
少なくとも一種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燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58119740A JPS6012670A (ja) | 1983-06-30 | 1983-06-30 | 溶融炭酸塩燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58119740A JPS6012670A (ja) | 1983-06-30 | 1983-06-30 | 溶融炭酸塩燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6012670A JPS6012670A (ja) | 1985-01-23 |
| JPH0550104B2 true JPH0550104B2 (ja) | 1993-07-28 |
Family
ID=14768953
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58119740A Granted JPS6012670A (ja) | 1983-06-30 | 1983-06-30 | 溶融炭酸塩燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6012670A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2658082B2 (ja) * | 1987-10-27 | 1997-09-30 | 石川島播磨重工業株式会社 | 溶融炭酸塩型燃料電池 |
| KR102037938B1 (ko) * | 2018-01-31 | 2019-10-30 | 한국과학기술연구원 | 고체산화물 연료전지용 공기극 집전체 및 이를 이용한 공기극 집전 방법 |
-
1983
- 1983-06-30 JP JP58119740A patent/JPS6012670A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6012670A (ja) | 1985-01-23 |
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