JPH0564425B2 - - Google Patents

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JPH0564425B2
JPH0564425B2 JP59194207A JP19420784A JPH0564425B2 JP H0564425 B2 JPH0564425 B2 JP H0564425B2 JP 59194207 A JP59194207 A JP 59194207A JP 19420784 A JP19420784 A JP 19420784A JP H0564425 B2 JPH0564425 B2 JP H0564425B2
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JP
Japan
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current collector
bipolar plate
electrode
copper
battery
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JP59194207A
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JPS6171558A (ja
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Junji Niikura
Hisaaki Gyoten
Akihiro Hosoi
Tsutomu Iwaki
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication of JPH0564425B2 publication Critical patent/JPH0564425B2/ja
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0206Metals or alloys
    • HELECTRICITY
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    • H01M2300/0048Molten electrolytes used at high temperature
    • H01M2300/0051Carbonates
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    • H01M8/0228Composites in the form of layered or coated products
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Description

【発明の詳細な説明】
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、空
気、酸素、炭酸ガスなどを酸化剤とし、高温で動
作する溶融炭酸塩燃料電池に関するものであり、
特に電極、集電体間の接触抵抗の低減に関するも
のである。 従来例の構成とその問題点 アルカリ金属炭酸塩を電解質とする溶融炭酸塩
燃料電池は、動作温度が600〜700℃と高温である
うえ、溶融した炭酸塩自体が激しい腐食性を有し
ているために、材料面での問題が重要となつてい
る。このような環境下において電池構成要素の一
つである集電体または構造によつては集電体を兼
ねるタイプのバイポーラ板は機械的強度とともに
耐熱性、耐食性、電気導電性を有していなけれな
らない。 従来、溶融炭酸塩燃料電池の集電体(または、
集電体の機能を兼ねるバイポーラ板材料)1とし
てはSUS316等のステンレス鋼材料のそのまま使
用していた。しかし、これらの材料は電解質体5
に接する酸化剤極3側は、もちろん還元性雰囲気
である燃料極4側においてすら第1図に示すよう
に材料中に含まれるクロム、モリブデン等と長期
間の動作中に電極から滲み出してきた炭酸塩およ
び燃料中に含まれている水蒸気などとが反応し
て、還元されにくくかつ電気抵抗の大きい酸化被
膜2,2′を表面に形成し、電極との接触抵抗の
増大を引き起こしていた。 そしてこの抵抗のために高電流密度における出
力電圧が低下するという致命的問題が生じてい
た。燃料極4側におけるこのような問題を解決す
るため、燃料極4側の集電体1表面にニツケル被
膜を形成する方法が考えられており、これにより
一応の効果を得ている。しかしながらニツケルは
コスト的に高く、電気抵抗も500℃で銅が4.6μ
Ω・cm、銀が4.7μΩ・cmであるのに対してニツケ
ルは34.2μΩ・cmと大きく、最適の材料ではなか
つた。さらに、集電体1の燃料極4側は燃料中の
水素による水素脆性をきたす恐れがあるがニツケ
ルは水素の拡散係数が銅の10倍程度大きく、集電
体基体材料の水素脆性を抑止する保護膜としての
機能は期待できなかたつた。 発明の目的 そこで本発明では、溶融炭酸塩燃料電池におい
て燃料極と集電体間の接触抵抗を長期間にわたり
低く保ち、かつ集電体基体を水素脆性から保護
し、長期間にわたり高い性能を示すことができる
溶融炭酸塩燃料電池を得る事を目的としている。 発明の構成 本発明は、銅が高い導電性を有し電気導電材料
として極めて一般的な材料でありながら、溶融炭
酸塩燃料電池の燃料極環境下において耐食性に優
れていることを見出し、さらに銅がニツケルなど
よりも小さな水素拡散係数を有していることに着
目し、銅を集電体表面に被膜として付けることに
より前記の問題点を解決するものであり、溶融炭
酸塩を電解質とする溶融炭酸塩燃料電池におい
て、集電体、または集電体を兼ねるバイポーラ板
のすくなくとも燃料極と接触する表面に銅の被膜
を形成させ、昇温状態において前記集電体の銅被
膜は還元性または不活性雰囲気下におき、金属銅
の状態を保持させるものである。 実施例の説明 以下、本発明を実施例に従つて説明する。第2
図は本実施例で用いた集電体を兼ねるタイプのバ
イポーラ板の一部を示しており、従来例と同一要
素には同一番号を付し説明を省略する。 バイポーラ板1は厚さ0.2mmのSUS304板の図の
ような形状にしたものであり全体は20cm角の大き
さを有している。集電体1の凸部6はそれぞれ電
極に接触し、集電体の役割を果す部分である。本
実施例ではこのバイポーラ板の燃料極4側の表面
に以下のようにして銅の被膜7を形成させた。 まずバイポーラ板をよく洗浄した後、銅メツキ
浴を用いて厚さ10〜50μの銅被膜を形成させる。
次にこれを800℃、水素気流中で処理し、銅を母
材中に拡散させ、銅被膜7を形成させた。この
際、被膜の厚さは10〜20μ程度が最適である。 また本発明とは直接関係しないが、測定上酸化
剤極側の集電体−電極間の接触抵抗を無視できる
ように集電体の酸化剤極側表面には銀ペースト8
を塗布し、前記の熱処理で同時に焼き付けをおこ
なつた。 このようにして表面に銅被膜を形成した集電体
を溶融炭酸塩燃料電池に組み込み、電池の性能試
験を行なつた。電池構成は前記バイポーラ板1、
電解質体5、燃料極4、酸化剤3からなり、燃料
極4としてはニツケル粉末の焼結体、酸化剤極3
としてはニツケルリチウム酸化物の多孔体を、電
解質体5には炭酸リチウム−炭酸カリウム混合物
にアルミン酸リチウム粉末を加えホツトプレスし
たものを用いた。電池には燃料ガスとして水素80
%−炭酸ガス20%混合ガスを60℃のバブラーに通
し60℃飽和水蒸気圧で加湿したものを供給し、ま
た酸化剤ガスとしては空気70%−炭酸ガス30%混
合ガスを供給した。またガス供給量は放電電流密
度150mA/cm2において水素利用率が60%、酸素
利用率が40%となるような固定流量とし、動作温
度は650℃で動作させた。以下の電池運転試験は
すべてこの条件下で行つた。 また比較のため従来例のステンレス鋼のみから
なるバイポーラ板を用いた電池についても燃料極
側表面はステンレス鋼のまま、酸化剤極側表面に
は銀ペーストを塗布、焼き付けし、同じ条件で試
験をおこなつた。 第3図に運転開始直後、および電流密度150m
A/cm2で1000時間連続運転した後の放電曲線を示
す。運転開始直後の放電特性は本発明による電池
A(銅被膜を形成させた電池)および従来例のス
テンレス鋼をそのまま用いた電池Bとも一点鎖線
で表される同等の初期性能を有し、150mA/cm2
での各電池の出力は0.84〜0.86Vの範囲にあつた。
1000時間経つた時点では電池A(図中の実線で表
示)は小さい性能低下を示すものの、初期性能に
近い性能を示した。一方電池B(図中の破線で表
示)では集電体の接触抵抗に起因するとみられる
内部抵抗の増加により、性能の低下がみられる。
このことは運転試験後の電池Bのバイポーラ板集
電体部分に低導電性の被膜が形成されていたこと
からも確認された。一方、銅被膜を表面に形成さ
せた本発明による電池Aの集電体ついては燃料極
側では組立時と比較して全く変化がなく、銅の金
属光沢を保つているのが観測された。 表は試験終了後、銅被膜を有する電池Aのバイ
ポーラ板から切り取つたサンプルaと、従来例に
よる電池のバイポーラ板から切り取つたサンプル
bの表面被膜の抵抗を第4図に示すようにして測
定した結果である。第4図において8は銀ペース
ト、9はリード、10はSUS304からなるバ
イポーラ板、11は酸化物被膜である。サンプル
aは抵抗が小さすぎて測定不可能であつた。これ
から電極との間の抵抗も極めて低く保たれている
と考えられる。
【表】 次に前述と同様の方法で銅被膜を形成させたス
テンレス鋼板を炭酸リチウム−炭酸カリウム混合
塩(68:32mol%)中に700℃水素−炭酸ガス
(80:20)雰囲気下で1000時間半浸漬し、その耐
食性能を評価した。 その結果、浸漬していた溶融炭酸塩中にはブラ
ンクと同じ量の銅しか検出されず、銅被膜は安定
であることが確認された。試料表面の状態観察に
おいても異常は認められなかつた。 さらに寿命試験用として別に本発明による電池
を組立て、5000時間のテストをおこない、燃料極
側の銅被膜およびステンレス鋼板の状態を観察し
たが、試験前の状態と差異は認められなかつた。 これらのことからバイポーラ板の表面に銅を主
成分とする被膜を形成させ、還元性雰囲気下に保
持することによつて電極との接触抵抗を長期間に
わたつて低く保つことができることがわかる。 なお、本実施例では被膜の形成方法としてメツ
キを用いているが、これはほかの方法、たとえば
溶射法、蒸着法等によつて形成してもよい。また
本実施例ではステンレス鋼からなる集電体を兼ね
たバイポーラ板に銅被膜を形成させて用いている
が、これは他の材料、たとえば軟鋼、ニツケル基
合金、特殊耐熱合金などであつてもよく、集電体
の形状もどのようなものであつてもよい。また、
銅被膜を形成させる部分についても集電体または
集電体を兼ねるバイポーラ板の少なくとも燃料極
と接触する部分を含んでいればよく、集電体全面
でも電極と接触する部分のみでもよい。また本実
施例では銅被膜形成後、水素中で熱処理を行なつ
ているが、これは特になくても良く、また電池を
組立てた状態で昇温することによつて行なつても
良い。 発明の効果 以上のように本発明による溶融炭酸塩燃料電池
は集電体表面に銅被膜を形成させることにより各
電極との接触抵抗を長期間維持するとができる。
また銅中における水素の拡散係数がニツケルと比
較して非常に小さいために集電体基体材料の水素
脆性が抑制される効果もある。さらに銅は燃料ガ
スからバイポーラ板基体金属への炭素の拡散に対
しても高い抵抗を持つことが期待され、浸炭によ
る脆化を抑制する効果もあり、電池の信頼性と寿
命が高められている。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の溶融炭酸塩燃料電池の集電体の
図、第2図は本発明の一実施例の溶融炭酸塩燃料
電池の集電体を兼ねるタイプのバイポーラ板の
図、第3図は電池の放電曲線、第4図は被膜抵抗
測定方法の図である。 1,1′……集電体(バイポーラ板)、2,2′
……低導電性酸化物被膜、3……酸化剤極、4…
…燃料極、5……電解質体、6……集電用突起、
7……銅被膜、8……銀ペースト、9……銀リー
ド、10……SUS304、11……酸化物被膜。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 燃料極と酸化剤極、およびこれら両極間に配
    置され溶融炭酸塩を電解質として含有している電
    解質体、および前記燃料極と酸化剤極の背面に接
    しそれ自身が電流の流路となるとともにガスの流
    路も形成する集電体を兼ねるバイポーラ板または
    前記燃料極と酸化剤極の背面に接する集電体と前
    記集電体に接するバイポーラ板とから構成される
    溶融炭酸塩燃料電池において、集電体または集電
    体を兼ねるバイポーラ板のすくなくとも燃料極と
    接触する表面に銅の被膜を形成させたことを特徴
    とする溶融炭酸塩燃料電池。
JP59194207A 1984-09-17 1984-09-17 溶融炭酸塩燃料電池 Granted JPS6171558A (ja)

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JPS6171558A JPS6171558A (ja) 1986-04-12
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