JPH06188012A - 溶融炭酸塩型燃料電池 - Google Patents
溶融炭酸塩型燃料電池Info
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- JPH06188012A JPH06188012A JP43A JP33631792A JPH06188012A JP H06188012 A JPH06188012 A JP H06188012A JP 43 A JP43 A JP 43A JP 33631792 A JP33631792 A JP 33631792A JP H06188012 A JPH06188012 A JP H06188012A
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Classifications
-
- 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
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 電解質板のクラック発生を長期間にわたって
抑制し、電池特性を飛躍的に向上させることができる溶
融炭酸塩型燃料電池の提供を目的としている。 【構成】 アノードとカソードとの間には、電解質保持
材料としてのリチウムアルミネート１と補強材としての
アルミナとを含み且つ電解質成分が含浸される構造の電
解質板が設けられた溶融炭酸塩型燃料電池において、上
記アルミナは、６角板状のアルミナ２及び／又は繊維形
状のアルミナ３から構成されていることを特徴とする。
抑制し、電池特性を飛躍的に向上させることができる溶
融炭酸塩型燃料電池の提供を目的としている。 【構成】 アノードとカソードとの間には、電解質保持
材料としてのリチウムアルミネート１と補強材としての
アルミナとを含み且つ電解質成分が含浸される構造の電
解質板が設けられた溶融炭酸塩型燃料電池において、上
記アルミナは、６角板状のアルミナ２及び／又は繊維形
状のアルミナ３から構成されていることを特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、溶融炭酸塩型燃料電池
に関し、特に溶融炭酸塩型燃料電池の電解質板に関す
る。
に関し、特に溶融炭酸塩型燃料電池の電解質板に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】上記溶融炭酸塩型燃料電池はＬｉ2 ＣＯ
3 、Ｋ2 ＣＯ3 等の混合アルカリ金属炭酸塩を多孔質セ
ラミックス材料に保持した電解質板と、ニッケル焼結体
よりなるアノードと、酸化ニッケル焼結体を主体とする
カソードで構成され、前記アノードに水素を主体とする
燃料ガスが、カソードに空気と炭酸ガス（ＣＯ2 ）との
混合ガスが各々供給される。そして、運転時の電池温度
は、約６５０℃に設定されている。
3 、Ｋ2 ＣＯ3 等の混合アルカリ金属炭酸塩を多孔質セ
ラミックス材料に保持した電解質板と、ニッケル焼結体
よりなるアノードと、酸化ニッケル焼結体を主体とする
カソードで構成され、前記アノードに水素を主体とする
燃料ガスが、カソードに空気と炭酸ガス（ＣＯ2 ）との
混合ガスが各々供給される。そして、運転時の電池温度
は、約６５０℃に設定されている。
【０００３】ここで、前記電解質板は電解質が含浸され
たマトリックスシートから成っており、具体的には、電
解質のしみ出しを防止するための保持材（リチウムアル
ミネート）と、電池昇降温時の電解質板の割れ（クラッ
ク）を防止するための補強材（アルミナ粒子）とから構
成されている。そして、このように構成された電解質板
はアノード、カソードの反応ガスの混合（クロスリー
ク）を阻止し、しかも十分な炭酸イオン（ＣＯ3 2- )の
伝導性を有する必要がある。
たマトリックスシートから成っており、具体的には、電
解質のしみ出しを防止するための保持材（リチウムアル
ミネート）と、電池昇降温時の電解質板の割れ（クラッ
ク）を防止するための補強材（アルミナ粒子）とから構
成されている。そして、このように構成された電解質板
はアノード、カソードの反応ガスの混合（クロスリー
ク）を阻止し、しかも十分な炭酸イオン（ＣＯ3 2- )の
伝導性を有する必要がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
電解質板では、長期間の電池運転において十分な安定性
が得らないという課題を有していた。これは、従来の電
解質板では、補強材としてのアルミナ粒子が球状である
ため、マトリックスシート形成時にアルミナ粒子が偏在
する。この結果、電池運転中に、アルミナ粒子の少ない
部分から微細なクラックが発生し、反応ガスのクロスリ
ークを生じるという理由によるものである。
電解質板では、長期間の電池運転において十分な安定性
が得らないという課題を有していた。これは、従来の電
解質板では、補強材としてのアルミナ粒子が球状である
ため、マトリックスシート形成時にアルミナ粒子が偏在
する。この結果、電池運転中に、アルミナ粒子の少ない
部分から微細なクラックが発生し、反応ガスのクロスリ
ークを生じるという理由によるものである。
【０００５】本発明は係る現状を考慮してなされたもの
であって、電解質板のクラック発生を長期間にわたって
抑制し、電池特性を飛躍的に向上させることができる溶
融炭酸塩型燃料電池の提供を目的としている。
であって、電解質板のクラック発生を長期間にわたって
抑制し、電池特性を飛躍的に向上させることができる溶
融炭酸塩型燃料電池の提供を目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、アノードとカソードとの間には、電解質保
持材料としてリチウムアルミネートと補強材としてのア
ルミナとを含み且つ電解質成分が含浸された電解質板が
設けられた構造の溶融炭酸塩型燃料電池において、上記
アルミナは、６角板状のアルミナ及び／又は繊維形状の
アルミナから構成されていることを特徴とする。
するために、アノードとカソードとの間には、電解質保
持材料としてリチウムアルミネートと補強材としてのア
ルミナとを含み且つ電解質成分が含浸された電解質板が
設けられた構造の溶融炭酸塩型燃料電池において、上記
アルミナは、６角板状のアルミナ及び／又は繊維形状の
アルミナから構成されていることを特徴とする。
【０００７】
【作用】上記構成の如く、アルミナが６角板状のアルミ
ナ及び／又は繊維形状のアルミナで構成されていれば、
両者は球状のアルミナに比して分散性に優れているの
で、マトリックスシート形成時に均一に分散されること
になる。したがって、電解質板にクラックが発生するの
を抑制できるので、反応ガスのクロスリークを抑えるこ
とが可能となる。
ナ及び／又は繊維形状のアルミナで構成されていれば、
両者は球状のアルミナに比して分散性に優れているの
で、マトリックスシート形成時に均一に分散されること
になる。したがって、電解質板にクラックが発生するの
を抑制できるので、反応ガスのクロスリークを抑えるこ
とが可能となる。
【０００８】
【実施例】本発明の一実施例を、図１〜図３に基づい
て、以下に説明する。 〔実施例〕図１に示すように、本発明に用いる電解質板
は、電解質保持体としてのγ−リチウムアルミネート
（平均粒径：０．１μｍ）１と、６角板状のアルミナ
（直径：約１μｍ、厚さ：約０．１μｍ）２と、繊維形
状のアルミナ（繊維径：約１μｍ）３とから成る混合焼
結板から構成されており、且つこの電解質板には電解質
としての混合炭酸塩が含浸されている。また、上記電解
質板は５層構造（図１では２層のみ図示）を成してお
り、且つその厚みは０．５±０．０５mmとなるように構
成されている。更に、このような構造の電解質板の一方
の面にはニッケル焼結体からなるアノード（図示せず）
が配置され、他方の面にはリチウム化酸化ニッケル焼結
体からなるカソード（図示せず）が配置されている。
て、以下に説明する。 〔実施例〕図１に示すように、本発明に用いる電解質板
は、電解質保持体としてのγ−リチウムアルミネート
（平均粒径：０．１μｍ）１と、６角板状のアルミナ
（直径：約１μｍ、厚さ：約０．１μｍ）２と、繊維形
状のアルミナ（繊維径：約１μｍ）３とから成る混合焼
結板から構成されており、且つこの電解質板には電解質
としての混合炭酸塩が含浸されている。また、上記電解
質板は５層構造（図１では２層のみ図示）を成してお
り、且つその厚みは０．５±０．０５mmとなるように構
成されている。更に、このような構造の電解質板の一方
の面にはニッケル焼結体からなるアノード（図示せず）
が配置され、他方の面にはリチウム化酸化ニッケル焼結
体からなるカソード（図示せず）が配置されている。
【０００９】ここで、上記構造の溶融炭酸塩型燃料電池
（単電池）を、以下のようにして作製した。先ず、以下
の組成となるようにスラリーを調整した。 γ−リチウムアルミネート １００重量部 ６角板状アルミナ ５重量部 繊維状アルミナ ２０重量部 バインダー（ポリビニルブチラール樹脂） ３０重量部 可塑剤（フタル酸ジオクチル又はポリエチレングリコール） ２０重量部 溶媒（エタノール又はＰ−キシレン） ３００重量部 次に、これらをボールミルにて十分混合し、スラリー中
に含まれた微小な気泡を減圧下で攪はん除去した後、こ
のスラリーを通常のテープキャスティング法によりテー
プ状（厚み：約０．３mm、幅：２００mm）に形成した。
次いで、このテープの長手方向を２００mm毎に切断し
て、一辺が２００mmの正方形シートを作製した。この
後、これらのシートを積層し、この積層シートを温度５
０〜１５０℃、圧力５０〜３００kg/cm2（好ましくは１
００〜２００ kg/cm2 ）で加圧成形した。これにより、
溶媒が飛散され、しかも可塑剤が軟化されるので、積層
体を一体化することができる。次に、この積層体を、空
気中で８００〜１１００℃まで昇温し、その過程でバイ
ンダーや可塑剤が分解されるので、最終的にはγ−リチ
ウムアルミネートが焼結されることになる。次いで、こ
の焼結体に、混合炭酸塩（Ｌｉ2 ＣＯ3 ：Ｋ2 ＣＯ3 ＝
６２：３８ mol％の割合の塩）を含浸することにより、
電解質板を作製した。
（単電池）を、以下のようにして作製した。先ず、以下
の組成となるようにスラリーを調整した。 γ−リチウムアルミネート １００重量部 ６角板状アルミナ ５重量部 繊維状アルミナ ２０重量部 バインダー（ポリビニルブチラール樹脂） ３０重量部 可塑剤（フタル酸ジオクチル又はポリエチレングリコール） ２０重量部 溶媒（エタノール又はＰ−キシレン） ３００重量部 次に、これらをボールミルにて十分混合し、スラリー中
に含まれた微小な気泡を減圧下で攪はん除去した後、こ
のスラリーを通常のテープキャスティング法によりテー
プ状（厚み：約０．３mm、幅：２００mm）に形成した。
次いで、このテープの長手方向を２００mm毎に切断し
て、一辺が２００mmの正方形シートを作製した。この
後、これらのシートを積層し、この積層シートを温度５
０〜１５０℃、圧力５０〜３００kg/cm2（好ましくは１
００〜２００ kg/cm2 ）で加圧成形した。これにより、
溶媒が飛散され、しかも可塑剤が軟化されるので、積層
体を一体化することができる。次に、この積層体を、空
気中で８００〜１１００℃まで昇温し、その過程でバイ
ンダーや可塑剤が分解されるので、最終的にはγ−リチ
ウムアルミネートが焼結されることになる。次いで、こ
の焼結体に、混合炭酸塩（Ｌｉ2 ＣＯ3 ：Ｋ2 ＣＯ3 ＝
６２：３８ mol％の割合の塩）を含浸することにより、
電解質板を作製した。
【００１０】しかる後、上記電解質板の両側に、アノー
ドとカソードとを配置することにより単電池を作製し
た。このようにして作製した電池を、以下（Ａ）電池と
称する。 〔比較例〕６角板状アルミナ及び繊維状アルミナの代わ
りに、球状のアルミナを添加して、電解質板用のスラリ
ーを作製する他は、上記実施例と同様にして電池を作製
した。
ドとカソードとを配置することにより単電池を作製し
た。このようにして作製した電池を、以下（Ａ）電池と
称する。 〔比較例〕６角板状アルミナ及び繊維状アルミナの代わ
りに、球状のアルミナを添加して、電解質板用のスラリ
ーを作製する他は、上記実施例と同様にして電池を作製
した。
【００１１】このようにして作製した電池を、以下
（Ｘ）電池と称する。 〔実験〕上記本発明の（Ａ）電池及び比較例の（Ｘ）電
池とにおけるサーマルサイクル時のアノード出口ガス中
のＮ2 クロスリーク量を調べたので、その結果を図２に
示す。尚、本実験における電池運転の際、酸化剤ガスと
しては空気−炭酸ガスの混合ガスを用い、燃料ガスとし
ては水素−炭酸ガスの混合ガスを加湿したものを用い
た。また、電池の運転温度は６５０℃とした。更に、サ
ーマルサイクルの昇降温度パターンを図３に示す。
（Ｘ）電池と称する。 〔実験〕上記本発明の（Ａ）電池及び比較例の（Ｘ）電
池とにおけるサーマルサイクル時のアノード出口ガス中
のＮ2 クロスリーク量を調べたので、その結果を図２に
示す。尚、本実験における電池運転の際、酸化剤ガスと
しては空気−炭酸ガスの混合ガスを用い、燃料ガスとし
ては水素−炭酸ガスの混合ガスを加湿したものを用い
た。また、電池の運転温度は６５０℃とした。更に、サ
ーマルサイクルの昇降温度パターンを図３に示す。
【００１２】図２より明らかなように、運転初期のクロ
スリーク量は両電池共１〜２％であって同等である。し
かしながら、比較例の（Ｘ）電池では、サーマルサイク
ルが２０回になるとクロスリーク量は約６％まで上昇
し、その後２２回目に30％まで急激に上昇するのに対し
て、本発明の（Ａ）電池では、サーマルサイクルを３０
回繰り返した後でもクロスリークの上昇は３％程度であ
り安定していることが認められる。 〔その他の事項〕 前記実施例においては電解質板は５層構造としたが、
積層枚数及び積層方法は適宜選択でき、また、単層であ
っても良いことは勿論である。 ６角板状アルミナと繊維状アルミナの混合比は上記実
施例に示す比率に限定するものではなく、また、これら
アルミナは混合する必要は必ずしもなく、単独で用いて
も上記実施例と同様の効果を奏する。 前記実施例では、粒子径が０．１μｍのリチウムアル
ミネートを用いているが、当該粒子径のものに限定する
ものではなく、粒子径が０．０５〜０．５μｍのもので
あっても上記実施例と同様の効果がある。
スリーク量は両電池共１〜２％であって同等である。し
かしながら、比較例の（Ｘ）電池では、サーマルサイク
ルが２０回になるとクロスリーク量は約６％まで上昇
し、その後２２回目に30％まで急激に上昇するのに対し
て、本発明の（Ａ）電池では、サーマルサイクルを３０
回繰り返した後でもクロスリークの上昇は３％程度であ
り安定していることが認められる。 〔その他の事項〕 前記実施例においては電解質板は５層構造としたが、
積層枚数及び積層方法は適宜選択でき、また、単層であ
っても良いことは勿論である。 ６角板状アルミナと繊維状アルミナの混合比は上記実
施例に示す比率に限定するものではなく、また、これら
アルミナは混合する必要は必ずしもなく、単独で用いて
も上記実施例と同様の効果を奏する。 前記実施例では、粒子径が０．１μｍのリチウムアル
ミネートを用いているが、当該粒子径のものに限定する
ものではなく、粒子径が０．０５〜０．５μｍのもので
あっても上記実施例と同様の効果がある。
【００１３】尚、このような粒子径の範囲に限定するの
は、粒子径が０．５μｍを超えると電解質の保持能力が
低下する一方、０．０５μｍ未満であれば多孔質の気孔
径が小さくなり過ぎるという問題を有するからである。 ６角板状或いは繊維状のアルミナの混合比としては、
上記実施例に示す範囲に限定するものではなく、リチウ
ムアルミネートに対する重量比で２０〜７５wt％であれ
ば上記と同様の効果を奏する。
は、粒子径が０．５μｍを超えると電解質の保持能力が
低下する一方、０．０５μｍ未満であれば多孔質の気孔
径が小さくなり過ぎるという問題を有するからである。 ６角板状或いは繊維状のアルミナの混合比としては、
上記実施例に示す範囲に限定するものではなく、リチウ
ムアルミネートに対する重量比で２０〜７５wt％であれ
ば上記と同様の効果を奏する。
【００１４】尚、このような範囲に限定するのは、２０
wt％未満ではアルミナの量が少なすぎてクラックを生じ
る虞れが生じるがある一方、７５wt％を超えるとリチウ
ムアルミネートが少なくなるため電解質の保持能力が低
下するという問題を有するためである。
wt％未満ではアルミナの量が少なすぎてクラックを生じ
る虞れが生じるがある一方、７５wt％を超えるとリチウ
ムアルミネートが少なくなるため電解質の保持能力が低
下するという問題を有するためである。
【００１５】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、電
解質板にクラックが発生するのを抑制できるので、反応
ガスのクロスリークを抑えることが可能となる。したが
って、長期にわたって安定な溶融炭酸塩型燃料電池を提
供することができるという優れた効果を奏する。
解質板にクラックが発生するのを抑制できるので、反応
ガスのクロスリークを抑えることが可能となる。したが
って、長期にわたって安定な溶融炭酸塩型燃料電池を提
供することができるという優れた効果を奏する。
【図１】本発明の溶融炭酸塩型燃料電池に用いる電解質
板の一例を示す模式図である。
板の一例を示す模式図である。
【図２】本発明の（Ａ）電池及び比較例の（Ｘ）電池に
おけるサーマルサイクル特性を示すグラフである。
おけるサーマルサイクル特性を示すグラフである。
【図３】サーマルサイクル特性測定時の昇降温パターン
を示すグラフである。
を示すグラフである。
１ γ−リチウムアルミネート ２ ６角板状のアルミナ ３ 繊維形状のアルミナ
Claims (1)
- 【請求項１】 アノードとカソードとの間には、電解質
保持材料としてのリチウムアルミネートと補強材として
のアルミナとを含み且つ電解質成分が含浸される構造の
電解質板が設けられた溶融炭酸塩型燃料電池において、 上記アルミナは、６角板状のアルミナ及び／又は繊維形
状のアルミナから構成されていることを特徴とする溶融
炭酸塩型燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP43A JPH06188012A (ja) | 1992-12-16 | 1992-12-16 | 溶融炭酸塩型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP43A JPH06188012A (ja) | 1992-12-16 | 1992-12-16 | 溶融炭酸塩型燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06188012A true JPH06188012A (ja) | 1994-07-08 |
Family
ID=18297871
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP43A Pending JPH06188012A (ja) | 1992-12-16 | 1992-12-16 | 溶融炭酸塩型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06188012A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101251374B1 (ko) * | 2011-01-31 | 2013-04-05 | 한국과학기술연구원 | 강화 리튬알루미네이트 매트릭스를 포함하는 용융탄산염 연료전지, 그 제조방법 및 리튬 소스 공급방법 |
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1992
- 1992-12-16 JP JP43A patent/JPH06188012A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101251374B1 (ko) * | 2011-01-31 | 2013-04-05 | 한국과학기술연구원 | 강화 리튬알루미네이트 매트릭스를 포함하는 용융탄산염 연료전지, 그 제조방법 및 리튬 소스 공급방법 |
| US8999598B2 (en) | 2011-01-31 | 2015-04-07 | Korea Institute Of Science & Technology | Molten carbonate fuel cells including reinforced lithium aluminate matrix, method for preparing the same, and method for supplying lithium source |
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