JPH0646568B2 - 溶融塩燃料電池 - Google Patents
溶融塩燃料電池Info
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- JPH0646568B2 JPH0646568B2 JP59171820A JP17182084A JPH0646568B2 JP H0646568 B2 JPH0646568 B2 JP H0646568B2 JP 59171820 A JP59171820 A JP 59171820A JP 17182084 A JP17182084 A JP 17182084A JP H0646568 B2 JPH0646568 B2 JP H0646568B2
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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
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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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、溶融炭酸塩などの溶融塩を電解質とし、ガス
状の活物質を用いた燃料電池の改良に関する。
状の活物質を用いた燃料電池の改良に関する。
従来例の構成とその問題点 溶融塩を電解質に用いた燃料電池を代表する溶融炭酸塩
燃料電池の構成の従来例を第４図に示す。炭酸カリウ
ム，炭酸リチウムなどの混合炭酸塩（Ｌｉ２ＣＯ３：Ｋ
２ＣＯ３＝６２：３８）をアルミン酸リチウムの微粉末
と混合しホットプレスした電解質体１（アルミン酸リチ
ウム重量比５５％）をニッケル焼結体より成る燃料極
（負極）２と、リチウムニッケル酸化物の酸化極（正
極）３とで挟み、それぞれのガス室４，５には集電と電
極の固定を兼ねた集電体６，７が配されている。活物質
ガスは、ガス室入口８，９から供給され、排ガスはガス
室出口１０，１１から排出される。１２はバイポーラ板
である。
燃料電池の構成の従来例を第４図に示す。炭酸カリウ
ム，炭酸リチウムなどの混合炭酸塩（Ｌｉ２ＣＯ３：Ｋ
２ＣＯ３＝６２：３８）をアルミン酸リチウムの微粉末
と混合しホットプレスした電解質体１（アルミン酸リチ
ウム重量比５５％）をニッケル焼結体より成る燃料極
（負極）２と、リチウムニッケル酸化物の酸化極（正
極）３とで挟み、それぞれのガス室４，５には集電と電
極の固定を兼ねた集電体６，７が配されている。活物質
ガスは、ガス室入口８，９から供給され、排ガスはガス
室出口１０，１１から排出される。１２はバイポーラ板
である。
この溶融炭酸塩型燃料電池に用いる酸化剤ガスは空気と
二酸化炭素の混合ガスで、このガスが正極で還元されて
生じた炭酸イオンが溶融塩中に放出される。一方、負極
では燃料として供給した水素ガスが炭酸イオンと反応
し、水と二酸化炭素が発生する。その際、電解質中の電
流は炭酸イオンの移動によって担われている。このよう
に電解質体１には、燃料ガスと酸化剤ガスの混合を防ぐ
仕切り板としての役割と、正極反応によって生じた炭酸
イオンを速やかに負極上の反応部位に運ぶ役割がある。
二酸化炭素の混合ガスで、このガスが正極で還元されて
生じた炭酸イオンが溶融塩中に放出される。一方、負極
では燃料として供給した水素ガスが炭酸イオンと反応
し、水と二酸化炭素が発生する。その際、電解質中の電
流は炭酸イオンの移動によって担われている。このよう
に電解質体１には、燃料ガスと酸化剤ガスの混合を防ぐ
仕切り板としての役割と、正極反応によって生じた炭酸
イオンを速やかに負極上の反応部位に運ぶ役割がある。
しかしながら、第４図に示した従来型の燃料電池の運転
を続けると、電解質体中の溶融炭酸塩電解質の量が減少
し、これらの重要な役割に支障をきたすようになる。す
なわち、電解質体の乾燥，ひび割れによって酸化剤ガス
と燃料ガスの混合が発生したり、電池内部抵抗の増加が
生じたりする。
を続けると、電解質体中の溶融炭酸塩電解質の量が減少
し、これらの重要な役割に支障をきたすようになる。す
なわち、電解質体の乾燥，ひび割れによって酸化剤ガス
と燃料ガスの混合が発生したり、電池内部抵抗の増加が
生じたりする。
第５図に従来の電池の寿命試験の結果を示して電解質量
が減少する様子を具体的にした。150mA/cm2の一定電流
で運転を続けると、運転開始後約１０００時間で電池出
力電圧の低下が始まり、その後１０００時間毎に0.025
Ｖの割合で出力電圧が下がって行き、約５０００時間後
には運転開始時より0.1Ｖ低い0.65Ｖまで低下した。そ
の間、図中黒丸で示した内部抵抗は0.6Ω／cm2から1.2
Ω／cm2まで上昇した。この内部抵抗の増加は明らかに
電解質体中の電解質の散逸に由来している。なお、運転
温度は６５０℃である。
が減少する様子を具体的にした。150mA/cm2の一定電流
で運転を続けると、運転開始後約１０００時間で電池出
力電圧の低下が始まり、その後１０００時間毎に0.025
Ｖの割合で出力電圧が下がって行き、約５０００時間後
には運転開始時より0.1Ｖ低い0.65Ｖまで低下した。そ
の間、図中黒丸で示した内部抵抗は0.6Ω／cm2から1.2
Ω／cm2まで上昇した。この内部抵抗の増加は明らかに
電解質体中の電解質の散逸に由来している。なお、運転
温度は６５０℃である。
電池運転中の電解質の散逸・乾燥による電池性能の低下
を防止するために、あらかじめ余分の炭酸塩を電解質体
中に保持させておいたり、運転途中で炭酸塩を直接添加
したりする方法も検討されているが、炭酸塩の量の制御
が難しかったり、運転操作が複雑になつたりするなど、
種々の問題をかかえていた。またそれらの方法は炭酸塩
の減少の主たる２つの原因、すなわち、１）電極，集電
体，パイポーラ板などの他の電池構成材料への浸み出
し、２）活物質ガス中への蒸散、のうち前者に対しては
有効であったが、後者については根本的解決とならなか
った。
を防止するために、あらかじめ余分の炭酸塩を電解質体
中に保持させておいたり、運転途中で炭酸塩を直接添加
したりする方法も検討されているが、炭酸塩の量の制御
が難しかったり、運転操作が複雑になつたりするなど、
種々の問題をかかえていた。またそれらの方法は炭酸塩
の減少の主たる２つの原因、すなわち、１）電極，集電
体，パイポーラ板などの他の電池構成材料への浸み出
し、２）活物質ガス中への蒸散、のうち前者に対しては
有効であったが、後者については根本的解決とならなか
った。
このように、従来の電池では電解質の蒸散，乾燥を根本
的に防ぐことができず、実用化のために不可欠な長寿命
化の大きな障害となっていた。
的に防ぐことができず、実用化のために不可欠な長寿命
化の大きな障害となっていた。
発明の目的 本発明は、溶融塩燃料電池の電解質を補給し、同時に電
解質の量を制御できる構成にすることにより、電池の長
寿命化を図ることを目的とする。
解質の量を制御できる構成にすることにより、電池の長
寿命化を図ることを目的とする。
発明の構成 本発明は、活物質ガスの給気側前段に溶融塩バブラーを
設け、そのバブラーを経たガスを電池内部に導入するよ
うに構成したことを特徴とするものである。
設け、そのバブラーを経たガスを電池内部に導入するよ
うに構成したことを特徴とするものである。
実施例の説明 溶融炭酸塩は正極材料であるリチウムニッケル酸化物に
比べて、負極に用いたニッケルの方が接触角が大きく、
その結果一般に負極側の方が電解質不足の状態になりや
すい。したがって本発明の実施例として負極ガス給気前
段に溶融塩バブラーを備えた例を示す。第１図に本発明
による電池系を示し、第２図に溶融塩バブラーの構造図
を示した。１３は第４図のような構成の燃料電池本体で
あり、その負極側のガス室には燃料の供給路１４とガス
排出路１５が、また正極側のガス室には酸化剤ガスの供
給路１６とガス排出路１７が接続されている。１８は燃
料供給路１４のバイパス路に設けた溶融塩バブラーであ
る。燃料電池本体１３及び溶融塩バブラ１８は電気炉１
９内に設置されている。
比べて、負極に用いたニッケルの方が接触角が大きく、
その結果一般に負極側の方が電解質不足の状態になりや
すい。したがって本発明の実施例として負極ガス給気前
段に溶融塩バブラーを備えた例を示す。第１図に本発明
による電池系を示し、第２図に溶融塩バブラーの構造図
を示した。１３は第４図のような構成の燃料電池本体で
あり、その負極側のガス室には燃料の供給路１４とガス
排出路１５が、また正極側のガス室には酸化剤ガスの供
給路１６とガス排出路１７が接続されている。１８は燃
料供給路１４のバイパス路に設けた溶融塩バブラーであ
る。燃料電池本体１３及び溶融塩バブラ１８は電気炉１
９内に設置されている。
通常の運転時には、コック２０をとじ、コック２１を開
けるが、電池内の電解質を添加したり、電解質の散逸を
防止しながら運転する場合には、コック２０を開けコッ
ク２１をとじて水素ガスが電気炉内に設けた溶融塩バブ
ラ１８を経て、電池本体１４に供給される。第２図に示
した溶融塩バブラーでは水素ガス供給管２２から供給さ
れた水素ガスは、ガス吹き込み管の先より、溶融塩リザ
ーブ室に貯められた電解質溶融塩中に吹き込まれ、気泡
となる。生成した気泡が液面にてはじける際に発生した
飛沫が溶融塩の霧となって水素ガス中に混入し排気管２
４から電池におくられる。本実施例では溶融塩バブラー
を溶融塩燃料電池と同じ電気炉内に配し、溶融塩の融点
以上の温度（〜６５０℃）となるようにした。
けるが、電池内の電解質を添加したり、電解質の散逸を
防止しながら運転する場合には、コック２０を開けコッ
ク２１をとじて水素ガスが電気炉内に設けた溶融塩バブ
ラ１８を経て、電池本体１４に供給される。第２図に示
した溶融塩バブラーでは水素ガス供給管２２から供給さ
れた水素ガスは、ガス吹き込み管の先より、溶融塩リザ
ーブ室に貯められた電解質溶融塩中に吹き込まれ、気泡
となる。生成した気泡が液面にてはじける際に発生した
飛沫が溶融塩の霧となって水素ガス中に混入し排気管２
４から電池におくられる。本実施例では溶融塩バブラー
を溶融塩燃料電池と同じ電気炉内に配し、溶融塩の融点
以上の温度（〜６５０℃）となるようにした。
また、溶融塩バブラーの容量及び運転条件は用いる溶融
塩燃料電池の大きさ・構成によっても異なるが実施例と
して用いた電極面積約２５cm2の単一電池に対しては、
リザーブ室には８０mlの溶融塩を用い、電解質の補給時
には水素ガスの吹き込み供給ガス流量は８０〜２００ml
/minであった。吹き込み供給ガス流量が多すぎると、溶
融塩によるガス流路の閉塞を来し、逆に少ないと電解質
の補給効果が少なかった。
塩燃料電池の大きさ・構成によっても異なるが実施例と
して用いた電極面積約２５cm2の単一電池に対しては、
リザーブ室には８０mlの溶融塩を用い、電解質の補給時
には水素ガスの吹き込み供給ガス流量は８０〜２００ml
/minであった。吹き込み供給ガス流量が多すぎると、溶
融塩によるガス流路の閉塞を来し、逆に少ないと電解質
の補給効果が少なかった。
一方、電池内部では水素ガス中の溶融炭酸塩の霧は、電
池構成材料表面、特に高比表面積を有する負極や電解質
保持体の表面に付着し、液化する。こうして液化した溶
融炭酸塩は電解質保持体に吸収保持され、電解質として
働く。
池構成材料表面、特に高比表面積を有する負極や電解質
保持体の表面に付着し、液化する。こうして液化した溶
融炭酸塩は電解質保持体に吸収保持され、電解質として
働く。
電解質を溶かす溶媒を補給する手段として、バブラーを
用いる方法は、アルカリ水溶液型の燃料電池などですで
に試みられているが、本発明による方法は溶融炭酸塩な
どの電解質自身を霧状にして直接補給するものであり明
らかに異なる。またリン酸型燃料電池において検討され
ているような電解質のガスによる補給に比べると飛躍的
に大量補給が可能であり、したがって本発明によって、
電池運転時の電解質量の制御が容易になった。
用いる方法は、アルカリ水溶液型の燃料電池などですで
に試みられているが、本発明による方法は溶融炭酸塩な
どの電解質自身を霧状にして直接補給するものであり明
らかに異なる。またリン酸型燃料電池において検討され
ているような電解質のガスによる補給に比べると飛躍的
に大量補給が可能であり、したがって本発明によって、
電池運転時の電解質量の制御が容易になった。
本発明の溶融塩バブラーを用いて行なった電池の寿命試
験結果を第３図に示した。図中白丸で示した運転開始２
００時間後から溶融塩バブラーを通して水素ガスの給気
を行なったものは５５００時間経っても性能の劣化が見
られなかった。また黒丸で示した運転開始３０００時間
後から３８００時間後まで溶融塩バブラーを用いたもの
は、補液によって性能が急激に回復し、補液を停止する
と蒸散によって徐々に性能が低下する様子を端的に表し
ている。
験結果を第３図に示した。図中白丸で示した運転開始２
００時間後から溶融塩バブラーを通して水素ガスの給気
を行なったものは５５００時間経っても性能の劣化が見
られなかった。また黒丸で示した運転開始３０００時間
後から３８００時間後まで溶融塩バブラーを用いたもの
は、補液によって性能が急激に回復し、補液を停止する
と蒸散によって徐々に性能が低下する様子を端的に表し
ている。
発明の効果 以上のように本発明によれば、溶融塩燃料電池の電解質
の添加が容易であり、電解質の量を制御できるので、従
来の電池に比べて飛躍的に長寿命になる。
の添加が容易であり、電解質の量を制御できるので、従
来の電池に比べて飛躍的に長寿命になる。
第１図は発明による電池系の構成例を示すブロック図、
第２図は溶融塩バブラーの構成例を示す縦断面図、第３
図は本発明による溶融炭酸塩型燃料電池の寿命試験結果
を示した図、第４図は溶融炭酸塩燃料電池の要部縦断面
図、第５図は従来の燃料電池の寿命試験の結果を表した
図である。 １……電解質体、２……負極、３……正極、４，５……
ガス室、６，７……集電体、８，９……ガス室入口、１
０，１１……ガス室出口、１３……電池本体、１４……
燃料ガス供給路、１６……酸化剤ガス供給路、１８……
溶融塩バブラ、２３……溶融炭酸塩。
第２図は溶融塩バブラーの構成例を示す縦断面図、第３
図は本発明による溶融炭酸塩型燃料電池の寿命試験結果
を示した図、第４図は溶融炭酸塩燃料電池の要部縦断面
図、第５図は従来の燃料電池の寿命試験の結果を表した
図である。 １……電解質体、２……負極、３……正極、４，５……
ガス室、６，７……集電体、８，９……ガス室入口、１
０，１１……ガス室出口、１３……電池本体、１４……
燃料ガス供給路、１６……酸化剤ガス供給路、１８……
溶融塩バブラ、２３……溶融炭酸塩。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩城 勉 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−264055（ＪＰ，Ａ)
Claims (2)
- 【請求項１】溶融塩を構成要素とする電解質体と、前記
電解質体を挟持する一対の電極と、前記電極の負極側と
正極側の表面を別個に壁面とするガス室と、前記電極と
電気的に接触するように前記ガス室内に配した導電性の
集電体と、前記電極の負極側を壁面とするガス室と正極
側を壁面とするガス室へ燃料ガス、酸化剤ガスを供給、
もしくは反応ガスを排出するガス供給管と排出管を具備
する単一の溶融塩燃料電池、もしくは前記単一の溶融塩
燃料電池を複数個電気的に直列に積層した積層型溶融塩
燃料電池において、燃料ガスあるいは酸化剤ガスの供給
管の少なくとも一方に電解質溶融塩の霧化装置を備えた
ことを特徴とする溶融塩燃料電池。 - 【請求項２】霧化装置が、溶融した状態の電解質溶融塩
を貯めるリザーブ室と、その電解質溶融塩の中に、燃料
ガス、もしくは酸化剤ガスを気泡状にして吹き込む管、
およびそれらのガスを装置外より給気、排気する管より
なり、前記リザーブ室の上部には生成した気泡がはじけ
る空隙を有するバブラーで構成されたことを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の溶融塩燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59171820A JPH0646568B2 (ja) | 1984-08-17 | 1984-08-17 | 溶融塩燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59171820A JPH0646568B2 (ja) | 1984-08-17 | 1984-08-17 | 溶融塩燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6149381A JPS6149381A (ja) | 1986-03-11 |
| JPH0646568B2 true JPH0646568B2 (ja) | 1994-06-15 |
Family
ID=15930340
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59171820A Expired - Lifetime JPH0646568B2 (ja) | 1984-08-17 | 1984-08-17 | 溶融塩燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0646568B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| PL441399A1 (pl) * | 2022-06-07 | 2023-12-11 | Politechnika Warszawska | Sposób regeneracji elektrolitu w węglanowym ogniwie paliwowym |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4518432A (en) * | 1983-01-20 | 1985-05-21 | Henkel Corporation | Slag briquette |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4530887A (en) * | 1984-06-06 | 1985-07-23 | Energy Research Corporation | Fuel cell system with electrolyte conservation and/or replenishment |
-
1984
- 1984-08-17 JP JP59171820A patent/JPH0646568B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| PL441399A1 (pl) * | 2022-06-07 | 2023-12-11 | Politechnika Warszawska | Sposób regeneracji elektrolitu w węglanowym ogniwie paliwowym |
| PL249289B1 (pl) * | 2022-06-07 | 2026-03-23 | Politechnika Warszawska | Sposób regeneracji elektrolitu w węglanowym ogniwie paliwowym |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6149381A (ja) | 1986-03-11 |
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