JPH0652660B2 - 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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- JPH0652660B2 JPH0652660B2 JP62247861A JP24786187A JPH0652660B2 JP H0652660 B2 JPH0652660 B2 JP H0652660B2 JP 62247861 A JP62247861 A JP 62247861A JP 24786187 A JP24786187 A JP 24786187A JP H0652660 B2 JPH0652660 B2 JP H0652660B2
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- electrolyte
- separator
- internal manifold
- fuel
- cathode
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- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
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- H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
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- 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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- 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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- General Chemical & Material Sciences (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は燃料電池に係り、特にシールおよび電解質補給
に好適な積層型溶融炭酸塩型燃料電池に関する。
に好適な積層型溶融炭酸塩型燃料電池に関する。
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
又は有害液体の発生が少なく、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。中でも溶融炭酸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。
ルギーに変換できるので発電効率が高く、かつ有害ガス
又は有害液体の発生が少なく、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。中でも溶融炭酸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。
溶融炭酸塩型燃料電池はカソードおよびアノードの一対
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および前記一対の
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って単位電池を構成している。
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および前記一対の
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って単位電池を構成している。
また、実用規模の溶融炭酸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、かつ電池を大型化して電極有効面
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。
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、かつ電池を大型化して電極有効面
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。
単位電池は、溶融炭酸塩電解質保持体である電解質体
１、該電解質体１の両側に配設されたガス拡散性電極で
あるカソード２およびアノード３と、これらの外側に配
設された複数の燃料流通室８および酸化剤流通室６を有
するセパレータ５とからなる単位電池が順次積み重ねら
れて構成されている。また各カソード２と各酸化剤流通
室６との間にはそれぞれコレクタ（集電体、図示せず）
が設けられていることが多い。
１、該電解質体１の両側に配設されたガス拡散性電極で
あるカソード２およびアノード３と、これらの外側に配
設された複数の燃料流通室８および酸化剤流通室６を有
するセパレータ５とからなる単位電池が順次積み重ねら
れて構成されている。また各カソード２と各酸化剤流通
室６との間にはそれぞれコレクタ（集電体、図示せず）
が設けられていることが多い。
電解質体１は、γ−リチウムアルミネート粉末および繊
維（粉末／繊維＝80/20、重量比）を電解質保持材とす
る気孔率45〜50％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）を電
池組立後に含浸させて用いる。その形状は、面積がセパ
レータ５と同様のものとする。また、カソード２および
アノード３はそれぞれNi−酸化物系、Ni系の材料よりな
るガス拡散性多孔質焼結体であり、形状はセパレータ５
より20％ほど面積が小さく、セパレータ５内の内部マニ
ホールド12の枠内に収められる。電池運転温度は650℃
である。カソード２（酸素極）、アノード３（水素極）
で生じる電池反応は、全反応式H2+1/2O2→H2O+57.8(kca
l/mol)で全体では発熱を伴う反応である。したがって実
用の電池では電池本体の冷却が必要であるため、反応ガ
スは運転温度より低い温度で導入され熱収支が制御され
る。
維（粉末／繊維＝80/20、重量比）を電解質保持材とす
る気孔率45〜50％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）を電
池組立後に含浸させて用いる。その形状は、面積がセパ
レータ５と同様のものとする。また、カソード２および
アノード３はそれぞれNi−酸化物系、Ni系の材料よりな
るガス拡散性多孔質焼結体であり、形状はセパレータ５
より20％ほど面積が小さく、セパレータ５内の内部マニ
ホールド12の枠内に収められる。電池運転温度は650℃
である。カソード２（酸素極）、アノード３（水素極）
で生じる電池反応は、全反応式H2+1/2O2→H2O+57.8(kca
l/mol)で全体では発熱を伴う反応である。したがって実
用の電池では電池本体の冷却が必要であるため、反応ガ
スは運転温度より低い温度で導入され熱収支が制御され
る。
しかし、このような構造を有する溶融炭酸塩型燃料電池
においては、反応ガスの電池外部への漏洩のおそれがあ
る。特に電解質体１とセパレータ５が接する電解質保持
体周辺端部９においてその可能性が大きい。かかる構造
の溶融炭酸塩型燃料電池におけるガスシール法として
は、通常ウェッ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５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。
においては、反応ガスの電池外部への漏洩のおそれがあ
る。特に電解質体１とセパレータ５が接する電解質保持
体周辺端部９においてその可能性が大きい。かかる構造
の溶融炭酸塩型燃料電池におけるガスシール法として
は、通常ウェッ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５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、他の方法としてドライシール法と呼ばれる方法が
ある。この方法はセパレータ５間の電解質保持体周辺端
部９に絶縁性ガスケット、例えば緻密なセラミックス板
を配設して、反応ガスおよび電解質の電池外部への漏
洩、流出を防止するものである。例えば特開昭58-19902
3号公報参照。
ある。この方法はセパレータ５間の電解質保持体周辺端
部９に絶縁性ガスケット、例えば緻密なセラミックス板
を配設して、反応ガスおよび電解質の電池外部への漏
洩、流出を防止するものである。例えば特開昭58-19902
3号公報参照。
燃料電池を長期間運転した場合、電解質の電池外部への
流出、漏洩、蒸散、構成部材の腐食等で電解質が消失し
ていくので電解質体に保持されている炭酸塩量が減少
し、それに伴って電池性能も低下してくる。このような
場合は、電解質を補給すれば性能は回復する。電解質の
補給法としては、特開昭58-161266号公報において、複
数のセル窓を切り欠いた枠体を設け、そのセル窓ごとに
単位電池を収容保持してセルユニットを構成するとによ
り、単位電池の電極面積を大きくすることなく大容量の
燃料電池を形成し、枠体を構成する下部枠の上面にマト
リックスへの電解質補給用としての電解質溜溝が形成さ
れていることを特徴とする溶融炭酸塩型燃料電池が開示
されている。また、特開昭58-103785号公報において
は、セパレータに設けられているガス流路と同一面上に
電解質リザーバ用の溝を設け、この溝とマトリックスを
連通する孔を設けることにより、吸湿、蒸発によるマト
リックス内の電解質量の変化を補償し、マトリックス内
に一定量の電解質を保持する方法が開示されている。
流出、漏洩、蒸散、構成部材の腐食等で電解質が消失し
ていくので電解質体に保持されている炭酸塩量が減少
し、それに伴って電池性能も低下してくる。このような
場合は、電解質を補給すれば性能は回復する。電解質の
補給法としては、特開昭58-161266号公報において、複
数のセル窓を切り欠いた枠体を設け、そのセル窓ごとに
単位電池を収容保持してセルユニットを構成するとによ
り、単位電池の電極面積を大きくすることなく大容量の
燃料電池を形成し、枠体を構成する下部枠の上面にマト
リックスへの電解質補給用としての電解質溜溝が形成さ
れていることを特徴とする溶融炭酸塩型燃料電池が開示
されている。また、特開昭58-103785号公報において
は、セパレータに設けられているガス流路と同一面上に
電解質リザーバ用の溝を設け、この溝とマトリックスを
連通する孔を設けることにより、吸湿、蒸発によるマト
リックス内の電解質量の変化を補償し、マトリックス内
に一定量の電解質を保持する方法が開示されている。
本発明の主たる対象とする溶融炭酸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
がって、前述のごときウェットシール法又は緻密なセラ
ミックス板などを用いる、いわゆるドライシール法を適
用せざるを得ない状況にある。
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
がって、前述のごときウェットシール法又は緻密なセラ
ミックス板などを用いる、いわゆるドライシール法を適
用せざるを得ない状況にある。
しかし、ウェットシール法の信頼性はあまり高くない。
また、前記構造の溶融炭酸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きい。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。このような状態
が進行すれば、ウェッ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、流出電解質によるセパ
レータ材の腐食が進行することも考えられる。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
クラックが生じ、酸化剤、燃料あるいは生成ガスのクロ
スオーバー現象が生じ、電池性能が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。
また、前記構造の溶融炭酸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きい。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。このような状態
が進行すれば、ウェッ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、流出電解質によるセパ
レータ材の腐食が進行することも考えられる。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
クラックが生じ、酸化剤、燃料あるいは生成ガスのクロ
スオーバー現象が生じ、電池性能が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、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、緻密なセラミッ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および
絶縁性ガスケッ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ットのシール
面を工夫しないとかなり高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との接触状態が最適化
されず、電極の圧縮クリープ変形、電解質の圧縮変形に
よる電極への電解質の過剰な移動、電極がコレクタの開
口部へ落ち込むことなどにより、電池性能を最良の状態
に維持できないなどの副次的な問題も発生する危険性が
ある。
る。この方法では、緻密なセラミッ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および
絶縁性ガスケッ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ットのシール
面を工夫しないとかなり高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との接触状態が最適化
されず、電極の圧縮クリープ変形、電解質の圧縮変形に
よる電極への電解質の過剰な移動、電極がコレクタの開
口部へ落ち込むことなどにより、電池性能を最良の状態
に維持できないなどの副次的な問題も発生する危険性が
ある。
また、長期的な電池の運転では電池端部を電解質が染み
出る経路、電池内部および又は外部で構成材料との腐食
反応によって電解質が消失する経路、燃料ガス又は酸化
剤中へ電解質が蒸散して消失する経路が考えられてい
る。反応ガスへの蒸散、電池内部腐食での消費を除いた
電解質の消失については、信頼性の高いシール技術を開
発して電解質の消失を低減させる必要がある。従来技術
では、電解質体に保持されている電解質が上記の経路を
へて消失することに関しての配慮がなされておらず、電
解質体の炭酸塩含浸量が不足し電解質体の両側で対向す
る反応ガス同志の気密性が低下し、ガスのクロスオーバ
ーが生じる。この場合電池性能が低下する原因になる。
また、安全性の面でも問題が生じる可能性がある。これ
らの防止には電解質を補給することで電池性能は回復す
るが、これまで種々提案されている電解質の補給方法
は、いずれも構造が複雑であり実用上問題がある。
出る経路、電池内部および又は外部で構成材料との腐食
反応によって電解質が消失する経路、燃料ガス又は酸化
剤中へ電解質が蒸散して消失する経路が考えられてい
る。反応ガスへの蒸散、電池内部腐食での消費を除いた
電解質の消失については、信頼性の高いシール技術を開
発して電解質の消失を低減させる必要がある。従来技術
では、電解質体に保持されている電解質が上記の経路を
へて消失することに関しての配慮がなされておらず、電
解質体の炭酸塩含浸量が不足し電解質体の両側で対向す
る反応ガス同志の気密性が低下し、ガスのクロスオーバ
ーが生じる。この場合電池性能が低下する原因になる。
また、安全性の面でも問題が生じる可能性がある。これ
らの防止には電解質を補給することで電池性能は回復す
るが、これまで種々提案されている電解質の補給方法
は、いずれも構造が複雑であり実用上問題がある。
本発明の目的は、電解質体の電解質の外部への漏洩を防
ぐことができ、電解質の補給が容易にできるようにした
溶融炭酸塩型燃料電池を提供することにある。
ぐことができ、電解質の補給が容易にできるようにした
溶融炭酸塩型燃料電池を提供することにある。
かかる目的達成のため、本発明は、溶融炭酸塩電解質を
保持する電解質保持体をガス拡散性のカソード及びノー
ドで挟んで構成される単位電池をセパレータを介して複
数積層してなり、前記電解質保持体の周囲に酸化剤給排
用内部マニホールドの一部を構成する貫通孔及び燃料給
排用内部マニホールドの一部を構成する貫通孔を有し、
前記カソード及びアノードは前記内部マニホールドの枠
内に配置され、前記セパレータは酸化剤給排用内部マニ
ホールドの一部を構成する貫通孔及び燃料給排用内部マ
ニホールドの一部を構成する貫通孔を周囲に有し前記カ
ソードに面する側に前記酸化剤給排用内部マニホールド
と連通して前記カソードに酸化剤を給排する流路を有し
前記アノードに面する側に前記燃料給排用内部マニホー
ルドと連通して前記アノードに燃料を給排する流路を有
する、溶融炭酸塩型燃料電池において、 前記セパレータの前記内部マニホールドの一部を構成す
る貫通孔より外側部分の少なくとも一部に平均細孔径が
前記電解質保持体の平均細孔径より大きな多孔質体を充
填し前記電解質保持体に補給するための電解質を保持さ
せた電解質保持溝を設けると共に、前記電解質保持溝の
さらに外側部分に前記電解質保持体及びセパレータを貫
通して前記電解質保持溝を含む前記電解質保持体の周辺
端部を電解質の融点以下に冷却し、前記セパレータが接
する前記電解質保持体の周辺端部に電解質を凝固させて
シールを形成するための冷媒を流す冷却剤流路を設けた
ことを特徴とするものである。
保持する電解質保持体をガス拡散性のカソード及びノー
ドで挟んで構成される単位電池をセパレータを介して複
数積層してなり、前記電解質保持体の周囲に酸化剤給排
用内部マニホールドの一部を構成する貫通孔及び燃料給
排用内部マニホールドの一部を構成する貫通孔を有し、
前記カソード及びアノードは前記内部マニホールドの枠
内に配置され、前記セパレータは酸化剤給排用内部マニ
ホールドの一部を構成する貫通孔及び燃料給排用内部マ
ニホールドの一部を構成する貫通孔を周囲に有し前記カ
ソードに面する側に前記酸化剤給排用内部マニホールド
と連通して前記カソードに酸化剤を給排する流路を有し
前記アノードに面する側に前記燃料給排用内部マニホー
ルドと連通して前記アノードに燃料を給排する流路を有
する、溶融炭酸塩型燃料電池において、 前記セパレータの前記内部マニホールドの一部を構成す
る貫通孔より外側部分の少なくとも一部に平均細孔径が
前記電解質保持体の平均細孔径より大きな多孔質体を充
填し前記電解質保持体に補給するための電解質を保持さ
せた電解質保持溝を設けると共に、前記電解質保持溝の
さらに外側部分に前記電解質保持体及びセパレータを貫
通して前記電解質保持溝を含む前記電解質保持体の周辺
端部を電解質の融点以下に冷却し、前記セパレータが接
する前記電解質保持体の周辺端部に電解質を凝固させて
シールを形成するための冷媒を流す冷却剤流路を設けた
ことを特徴とするものである。
上述の構成によれば、電池運転温度の周辺温度で電解質
を溶融させることにより電解質保持体周辺端部にウェッ
トシールが形成される。すなわち、電解質自信の融体液
膜によりシール層が形成される。これによって電解質保
持体周辺端部の気密性が向上し、燃料、空気の反応ガス
およびそれらからの生成ガスの電池外部への漏洩が防止
できる。またウェットシール部分を電解質の融点以下に
冷却して電解質を凝固させ、凝固した塩でシール層を形
成することにより、さらに緻密なシール機能が得られ
る。そして、このシール層は、電池周辺部に設けられた
冷却流路を流通する冷媒により冷却されることにより電
池運転時において恒久的に保たれる。
を溶融させることにより電解質保持体周辺端部にウェッ
トシールが形成される。すなわち、電解質自信の融体液
膜によりシール層が形成される。これによって電解質保
持体周辺端部の気密性が向上し、燃料、空気の反応ガス
およびそれらからの生成ガスの電池外部への漏洩が防止
できる。またウェットシール部分を電解質の融点以下に
冷却して電解質を凝固させ、凝固した塩でシール層を形
成することにより、さらに緻密なシール機能が得られ
る。そして、このシール層は、電池周辺部に設けられた
冷却流路を流通する冷媒により冷却されることにより電
池運転時において恒久的に保たれる。
また、冷却流路を流通する冷媒を遮断又は流量を減じて
塩を徐々に溶融させることにより、溶融した電解質は毛
細管現象によって電解質保持溝から電解質体に吸収され
移動するので、必要なときに必要な量だけ電解質体に電
解質を補給することができる。
塩を徐々に溶融させることにより、溶融した電解質は毛
細管現象によって電解質保持溝から電解質体に吸収され
移動するので、必要なときに必要な量だけ電解質体に電
解質を補給することができる。
以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて説明する。
第２図は本発明の実施例を示す図であり、内部チャンバ
ー19をセパレータ５内部に組み込んだ構造、いうなれば
内部チャンバー構造をとる。この内部チャンバー19は、
多数積層されることで１つの冷却流路を形成する。セパ
レータ５には、電解質補給機構である電解質保持溝21が
設けてある。電池組立時に電解質体１に保持できる電解
質量の100％を超過する分をLiAlO2を保持材として電解
質保持溝21に充填する。電池組立後まず始めにいっさい
の冷却処理を行なうことなく650℃で数時間保持し電解
質体１に十分炭酸塩を含浸させる。この保持時間中に電
解質は端部においても十分に含浸し、気密性が必要とさ
れる部分である電解質保持体周辺端部９（第１図に斜線
で示す部分）は自身の液膜によるウェットシールが形成
される。この際、過剰量の電解質は一時溶融するが、溝
21中に保持されている。続いてチャンバー19に冷媒を導
入して電解質保持体周辺端部９にドライシール部を形成
する。すなわち、電解質保持体周辺端部９が混合炭酸塩
の融点（488℃）以下に冷却されるように冷媒の温度、
流量を最適制御すれば、緻密なドライシール状態に移行
しウェットシール状態よりも気密性は大きく向上すると
考えられる。一度ドライシールに移行したらその冷媒の
導入条件、運転条件を定常的に維持して電池を運転する
ことで、電解質保持体周辺端部９および内部マニホール
ド開口部12aからの電解質の染み出しを、さらに周縁部
の腐食を抑える効果がある。
ー19をセパレータ５内部に組み込んだ構造、いうなれば
内部チャンバー構造をとる。この内部チャンバー19は、
多数積層されることで１つの冷却流路を形成する。セパ
レータ５には、電解質補給機構である電解質保持溝21が
設けてある。電池組立時に電解質体１に保持できる電解
質量の100％を超過する分をLiAlO2を保持材として電解
質保持溝21に充填する。電池組立後まず始めにいっさい
の冷却処理を行なうことなく650℃で数時間保持し電解
質体１に十分炭酸塩を含浸させる。この保持時間中に電
解質は端部においても十分に含浸し、気密性が必要とさ
れる部分である電解質保持体周辺端部９（第１図に斜線
で示す部分）は自身の液膜によるウェットシールが形成
される。この際、過剰量の電解質は一時溶融するが、溝
21中に保持されている。続いてチャンバー19に冷媒を導
入して電解質保持体周辺端部９にドライシール部を形成
する。すなわち、電解質保持体周辺端部９が混合炭酸塩
の融点（488℃）以下に冷却されるように冷媒の温度、
流量を最適制御すれば、緻密なドライシール状態に移行
しウェットシール状態よりも気密性は大きく向上すると
考えられる。一度ドライシールに移行したらその冷媒の
導入条件、運転条件を定常的に維持して電池を運転する
ことで、電解質保持体周辺端部９および内部マニホール
ド開口部12aからの電解質の染み出しを、さらに周縁部
の腐食を抑える効果がある。
上記シールについて実験による実証は行なっていない
が、運転時の単位セル平面上での温度分布について計算
によりシミュレーションを行なったところ好適な結果が
得られた。電解質保持体周辺端部９の冷却温度を400
℃、燃料ガスおよび酸化剤の入口温度を600℃として熱
収支を計算すると第３図のごときセパレータ５上の温度
分布を得た。すなわち、シール部分である電解質保持体
周辺端部９は電解質の融点（488℃）以下に保たれてお
り、凝固状態を保ちながらの運転が技術的に可能なこと
が示唆された。この状態を維持すれば、端部シールに関
しては十分に効果が期待できる。
が、運転時の単位セル平面上での温度分布について計算
によりシミュレーションを行なったところ好適な結果が
得られた。電解質保持体周辺端部９の冷却温度を400
℃、燃料ガスおよび酸化剤の入口温度を600℃として熱
収支を計算すると第３図のごときセパレータ５上の温度
分布を得た。すなわち、シール部分である電解質保持体
周辺端部９は電解質の融点（488℃）以下に保たれてお
り、凝固状態を保ちながらの運転が技術的に可能なこと
が示唆された。この状態を維持すれば、端部シールに関
しては十分に効果が期待できる。
しかし、さらに長時間運転を続けていくと、電極２、３
を通しての蒸散等により電解質の散逸が起こる。これ
は、シールの改善では不可避な問題である。このように
電解質体１中の電解質量が減少し電池性能が低下する場
合、電解質保持溝21の炭酸塩を溶融させて補充を行な
う。詳細な方法を以下に記す。冷却によりドライシール
部となった電解質保持体周辺端部９は炭酸塩の融点以下
に保持されている。このとき冷媒を遮断又は流量を減じ
て塩を徐々に溶融させる。ただし、電解質保持溝21中に
はLiAlO2焼結体のような耐炭酸塩性の多孔質焼結体を充
填し電解質を保持させておく。その平均細孔径を、電極
部材＞電解質保持溝中の保持体＞電解質体とする。溶融
した電解質は毛細管現象によって電解質保持溝21から電
解質体１に吸収され移動する。電解質体１への炭酸塩吸
収が飽和したら、再度冷媒を導入してドライシール部を
形成する。
を通しての蒸散等により電解質の散逸が起こる。これ
は、シールの改善では不可避な問題である。このように
電解質体１中の電解質量が減少し電池性能が低下する場
合、電解質保持溝21の炭酸塩を溶融させて補充を行な
う。詳細な方法を以下に記す。冷却によりドライシール
部となった電解質保持体周辺端部９は炭酸塩の融点以下
に保持されている。このとき冷媒を遮断又は流量を減じ
て塩を徐々に溶融させる。ただし、電解質保持溝21中に
はLiAlO2焼結体のような耐炭酸塩性の多孔質焼結体を充
填し電解質を保持させておく。その平均細孔径を、電極
部材＞電解質保持溝中の保持体＞電解質体とする。溶融
した電解質は毛細管現象によって電解質保持溝21から電
解質体１に吸収され移動する。電解質体１への炭酸塩吸
収が飽和したら、再度冷媒を導入してドライシール部を
形成する。
上述のように本発明は、電池運転温度（650℃）の周辺
温度で電解質を溶融させてウェットシールを形成する。
すなわち電解質自身の融体液膜により電解質保持体周辺
端部９にシール層が形成される。これにより気密性が向
上し、燃料、空気の反応ガスおよびそれらからの生成ガ
スの電池外部への漏洩が防止できる。さらにシール層が
電解質の融点以下に冷却され電解質が凝固し、凝固した
塩でドライシール状態のシール層が形成させるので、さ
らに緻密なシール機能を有するようになる。これにより
シール層からの電解質の外部への流出等がなくなり、部
材の腐食が低減し、電池の長期的安定性が達成できる。
温度で電解質を溶融させてウェットシールを形成する。
すなわち電解質自身の融体液膜により電解質保持体周辺
端部９にシール層が形成される。これにより気密性が向
上し、燃料、空気の反応ガスおよびそれらからの生成ガ
スの電池外部への漏洩が防止できる。さらにシール層が
電解質の融点以下に冷却され電解質が凝固し、凝固した
塩でドライシール状態のシール層が形成させるので、さ
らに緻密なシール機能を有するようになる。これにより
シール層からの電解質の外部への流出等がなくなり、部
材の腐食が低減し、電池の長期的安定性が達成できる。
また、冷却流路を流通する冷媒を遮断又は流量を減じて
塩を徐々に溶融させることにより、溶融した電解質は毛
細管現象によって電解質保持溝から電解質体に吸収され
移動する。したがって、必要なときに必要な量だけ電解
質体に電解質を補給することが可能になる。
塩を徐々に溶融させることにより、溶融した電解質は毛
細管現象によって電解質保持溝から電解質体に吸収され
移動する。したがって、必要なときに必要な量だけ電解
質体に電解質を補給することが可能になる。
上述のとおり、本発明によれば、電池外部への電解質漏
洩が防止されるので、電池構成材の劣化防止、電池性能
の維持に顕著な効果がある。また、電解質体中の電解質
不足を補償できるので、電池の長寿命化にも大きな効果
がある。
洩が防止されるので、電池構成材の劣化防止、電池性能
の維持に顕著な効果がある。また、電解質体中の電解質
不足を補償できるので、電池の長寿命化にも大きな効果
がある。
第１図は溶融炭酸塩型燃料電池の基本構造を示す斜視
図、第２図は本発明の実施例に係る燃料電池の横断面
図、第３図はセパレータ上における温度分布を模擬計算
した図である。 １…溶融炭酸塩電解質保持体である電解質体、２，３…
ガス拡散性電極であるカソードおよびアノード、５…セ
パレータ、６…酸化剤流通室、８…燃料流通室、９…電
解質保持体周辺端部、12…内部マニホールド、21…電解
質補給機構である電解質保持溝。
図、第２図は本発明の実施例に係る燃料電池の横断面
図、第３図はセパレータ上における温度分布を模擬計算
した図である。 １…溶融炭酸塩電解質保持体である電解質体、２，３…
ガス拡散性電極であるカソードおよびアノード、５…セ
パレータ、６…酸化剤流通室、８…燃料流通室、９…電
解質保持体周辺端部、12…内部マニホールド、21…電解
質補給機構である電解質保持溝。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡田 秀夫 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 岩瀬 嘉男 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 小林 成嘉 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 加茂 友一 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 三次 浩一 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (56)参考文献 特開 昭60−246570（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−248369（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】溶融炭酸塩電解質を保持する電解質保持体
をガス拡散性のカソード及びアノードで挟んで構成され
る単位電池をセパレータを介して複数積層してなり、前
記電解質保持体の周囲に酸化剤給排用内部マニホールド
の一部を構成する貫通孔及び燃料給排用内部マニホール
ドの一部を構成する貫通孔を有し、前記カソード及びア
ノードは前記内部マニホールドの枠内に配置され、前記
セパレータは酸化剤給排用内部マニホールドの一部を構
成する貫通孔及び燃料給排用内部マニホールドの一部を
構成する貫通孔を周囲に有し前記カソードに面する側に
前記酸化剤給排用内部マニホールドと連通して前記カソ
ードに酸化剤を給排する流路を有し前記アノードに面す
る側に前記燃料給排用内部マニホールドと連通して前記
アノードに燃料を給排する流路を有する、溶融炭酸塩型
燃料電池において、 前記セパレータの前記内部マニホールドの一部を構成す
る貫通孔より外側部分の少なくとも一部に平均細孔径が
前記電解質保持体の平均細孔径より大きな多孔質体を充
填し前記電解質保持体に補給するための電解質を保持さ
せた電解質保持溝を設けると共に、前記電解質保持溝の
さらに外側部分に前記電解質保持体及びセパレータを貫
通して前記電解質保持溝を含む前記電解質保持体の周辺
端部を電解質の融点以下に冷却し、前記セパレータが接
する前記電解質保持体の周辺端部に電解質を凝固させて
シールを形成するための冷媒を流す冷却剤流路を設けた
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 |
|---|---|---|---|
| JP62247861A JPH0652660B2 (ja) | 1987-10-02 | 1987-10-02 | 溶融炭酸塩型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62247861A JPH0652660B2 (ja) | 1987-10-02 | 1987-10-02 | 溶融炭酸塩型燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0193064A JPH0193064A (ja) | 1989-04-12 |
| JPH0652660B2 true JPH0652660B2 (ja) | 1994-07-06 |
Family
ID=17169732
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62247861A Expired - Fee Related JPH0652660B2 (ja) | 1987-10-02 | 1987-10-02 | 溶融炭酸塩型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0652660B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6858337B2 (en) * | 2002-12-27 | 2005-02-22 | Utc Fuel Cells, Llc | Reversible fuel cell power plant |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60246570A (ja) * | 1984-05-22 | 1985-12-06 | Agency Of Ind Science & Technol | 溶融炭酸塩型燃料電池 |
| JPH0646570B2 (ja) * | 1985-04-25 | 1994-06-15 | 松下電器産業株式会社 | 溶融炭酸塩燃料電池 |
-
1987
- 1987-10-02 JP JP62247861A patent/JPH0652660B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0193064A (ja) | 1989-04-12 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
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