JPH07335235A - 溶融炭酸塩型燃料電池及びその製造方法 - Google Patents
溶融炭酸塩型燃料電池及びその製造方法Info
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- JPH07335235A JPH07335235A JP6151667A JP15166794A JPH07335235A JP H07335235 A JPH07335235 A JP H07335235A JP 6151667 A JP6151667 A JP 6151667A JP 15166794 A JP15166794 A JP 15166794A JP H07335235 A JPH07335235 A JP H07335235A
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- sheet
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- electrode
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 いかなる細孔容積、いかなる大きさの電極を
用いても、電解質板の気密性を確保することができると
ともに、電極の濡れ具合が適正化されるようにして、溶
融炭酸塩型燃料電池の長寿命化及び高性能化を図る。 【構成】 電解質シート１２、１６と保持材シート１
４、１５とを燃料極１０と空気極１８との間に重ね合わ
せて組み込み、これらを焼成し電解質を溶融させて少な
くとも保持材シート１４、１５に含浸させるようにした
溶融炭酸塩型燃料電池であって、前記電解質シート１
２、１６に含有される電解質量が、保持材シート１４、
１５の細孔容積の１００％、及び燃料極１０と空気極１
８との合計細孔容積の０〜５０％、すなわち電極濡れ率
＝０〜０．５０の範囲に入る量に調整される。
用いても、電解質板の気密性を確保することができると
ともに、電極の濡れ具合が適正化されるようにして、溶
融炭酸塩型燃料電池の長寿命化及び高性能化を図る。 【構成】 電解質シート１２、１６と保持材シート１
４、１５とを燃料極１０と空気極１８との間に重ね合わ
せて組み込み、これらを焼成し電解質を溶融させて少な
くとも保持材シート１４、１５に含浸させるようにした
溶融炭酸塩型燃料電池であって、前記電解質シート１
２、１６に含有される電解質量が、保持材シート１４、
１５の細孔容積の１００％、及び燃料極１０と空気極１
８との合計細孔容積の０〜５０％、すなわち電極濡れ率
＝０〜０．５０の範囲に入る量に調整される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、長寿命で、優れた電池
性能を有し、さらには高い強度の電解質板を備え、保持
材シートの割れを防止するようにした溶融炭酸塩型燃料
電池及びその製造方法に関するものである。なお、本明
細書においては、電極濡れ率という用語が用いられてい
るが、これは次式のように定義付けられたものである。 電極濡れ率＝〔電解質量（容積）−保持材細孔容積〕／
電極細孔容積
性能を有し、さらには高い強度の電解質板を備え、保持
材シートの割れを防止するようにした溶融炭酸塩型燃料
電池及びその製造方法に関するものである。なお、本明
細書においては、電極濡れ率という用語が用いられてい
るが、これは次式のように定義付けられたものである。 電極濡れ率＝〔電解質量（容積）−保持材細孔容積〕／
電極細孔容積
【０００２】
【従来の技術】溶融炭酸塩型燃料電池は、作動温度が高
く利用可能な廃熱の質も高い高効率の発電技術として研
究開発が進められている。この溶融炭酸塩型燃料電池
は、燃料極（アノード）、空気極（カソード）の二つの
電極及びこれらの間のガスの混合を防止しかつイオン導
電性を確保するための電解質板などにより構成される
（例えば、特開平４−１１５４６６号公報参照）。また
電解質板は、リチウムアルミネート（ＬｉＡｌＯ2 ）粒
子等からなるセラミクス多孔質板（保持材）の細孔に電
解質を溶融含浸させたものである。
く利用可能な廃熱の質も高い高効率の発電技術として研
究開発が進められている。この溶融炭酸塩型燃料電池
は、燃料極（アノード）、空気極（カソード）の二つの
電極及びこれらの間のガスの混合を防止しかつイオン導
電性を確保するための電解質板などにより構成される
（例えば、特開平４−１１５４６６号公報参照）。また
電解質板は、リチウムアルミネート（ＬｉＡｌＯ2 ）粒
子等からなるセラミクス多孔質板（保持材）の細孔に電
解質を溶融含浸させたものである。
【０００３】電解質としては、炭酸リチウム、炭酸カリ
ウムの混合塩（例えばＬｉ2 ＣＯ3／Ｋ2 ＣＯ3 ＝６２m
ol ％／３８mol ％）などが用いられているが、燃料極
の長寿命化等を目的として、更にタングステン酸カリウ
ム等のタングステン酸塩を添加した電解質も検討されて
いる（例えば、特開昭６３−６６８６１号公報参照）。
電解質板の製造法としては、電池外で保持材を焼成し電
解質を含浸させた後、これを電池に組み込む方法と、
保持材、電解質各グリーンシートをテープキャスティン
グ等により成形し、これを電池内に組み込み電池内でバ
インダー等有機分を焼成除去し保持材に細孔を形成させ
た後、更に昇温し電解質を溶融させ保持材に含浸させ電
解質板とする方法がある。このうち後者の方法は、
グリーンシートという可塑性のあるシートを扱うため、
電池組込み時に割れにくく、また電池内で焼成するため
特別に製造用の焼成炉を必要としないという利点を有す
る。
ウムの混合塩（例えばＬｉ2 ＣＯ3／Ｋ2 ＣＯ3 ＝６２m
ol ％／３８mol ％）などが用いられているが、燃料極
の長寿命化等を目的として、更にタングステン酸カリウ
ム等のタングステン酸塩を添加した電解質も検討されて
いる（例えば、特開昭６３−６６８６１号公報参照）。
電解質板の製造法としては、電池外で保持材を焼成し電
解質を含浸させた後、これを電池に組み込む方法と、
保持材、電解質各グリーンシートをテープキャスティン
グ等により成形し、これを電池内に組み込み電池内でバ
インダー等有機分を焼成除去し保持材に細孔を形成させ
た後、更に昇温し電解質を溶融させ保持材に含浸させ電
解質板とする方法がある。このうち後者の方法は、
グリーンシートという可塑性のあるシートを扱うため、
電池組込み時に割れにくく、また電池内で焼成するため
特別に製造用の焼成炉を必要としないという利点を有す
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】電解質グリーンシート
の分量は、従来、保持材細孔容積に基づいて（例えば細
孔容積の０．９〜１．２倍）決定される場合が多かっ
た。しかしこの方法には、使用する電極の特性（細孔構
造等）が変わった場合は、電極と電解質板の電解質のバ
ランスが崩れ、以下のような問題を有していた。 （１） 電解質が不足する場合は、保持材の気密性が損
なわれガスのクロスリークが起こるため、開回路電圧が
低下し、更にはリークしてくる空気により燃料極（ニッ
ケル）が酸化を受け劣化する。 （２） 電解質の量が多過ぎる場合は、保持材の気密性
及び開回路電圧は確保されるものの電極が濡れ過ぎ、反
応界面が減少するため電池性能が低下する。
の分量は、従来、保持材細孔容積に基づいて（例えば細
孔容積の０．９〜１．２倍）決定される場合が多かっ
た。しかしこの方法には、使用する電極の特性（細孔構
造等）が変わった場合は、電極と電解質板の電解質のバ
ランスが崩れ、以下のような問題を有していた。 （１） 電解質が不足する場合は、保持材の気密性が損
なわれガスのクロスリークが起こるため、開回路電圧が
低下し、更にはリークしてくる空気により燃料極（ニッ
ケル）が酸化を受け劣化する。 （２） 電解質の量が多過ぎる場合は、保持材の気密性
及び開回路電圧は確保されるものの電極が濡れ過ぎ、反
応界面が減少するため電池性能が低下する。
【０００５】また、燃料電池長寿命化の阻害要因とし
て、電解質板の割れによるクロスリークがあげられる
が、本発明者らの検討により、これは電池起動時（電解
質板形成時）の細かい割れが、長時間の運転中に成長
し、クロスリーク量が増大することが多いことがわかっ
た。従来、前記の方法で電解質板を製造する場合、電
解質グリーンシート及び保持材グリーンシート、各２枚
を交互に、あるいは保持材／電解質／電解質／保持材の
順に重ねて電池に組み込み、１５０〜４００℃程度の範
囲で電池内で焼成しバインダー等有機分を除去し、更に
４９０℃程度まで昇温し電解質を溶融させ保持材シート
の細孔に含浸させ電解質板を形成している。
て、電解質板の割れによるクロスリークがあげられる
が、本発明者らの検討により、これは電池起動時（電解
質板形成時）の細かい割れが、長時間の運転中に成長
し、クロスリーク量が増大することが多いことがわかっ
た。従来、前記の方法で電解質板を製造する場合、電
解質グリーンシート及び保持材グリーンシート、各２枚
を交互に、あるいは保持材／電解質／電解質／保持材の
順に重ねて電池に組み込み、１５０〜４００℃程度の範
囲で電池内で焼成しバインダー等有機分を除去し、更に
４９０℃程度まで昇温し電解質を溶融させ保持材シート
の細孔に含浸させ電解質板を形成している。
【０００６】この時昇温速度が大きいと、セパレータ等
ステンレス材料の熱膨張により保持材シートが損傷する
と考えられ、大型電池になるほど昇温速度を遅くするな
ど、昇温パターンに種々の工夫がなされてきた。しかし
ながら焼成時の各シートの挙動について、本発明者が詳
細に検討した結果、焼成に伴う保持材シートの収縮率は
２〜３％以内であるのに対し、電解質シートの収縮率は
１０数％であり、しかも４００〜４９０℃の間で急激に
収縮することがわかった。この寸法変化は、セパレータ
の熱膨張量の３倍と大きく、しかも急激であるため、従
来の方法では、電解質シートの収縮による保持材シート
の損傷が原因の一つであることがわかった。すなわち、
図１３は、焼成時の保持材シート、焼成時の電解質シー
ト及びセパレータの寸法変化を示す。図１３から明らか
なように、保持材シートは１００℃付近で約２〜３％収
縮した後は、ほとんど寸法変化がない。これに対し、電
解質シートの方は、４００℃程度まではほぼ保持材シー
トと同じ挙動を示すが、融点である約４９１℃の直前に
１０数％と大きく収縮する。
ステンレス材料の熱膨張により保持材シートが損傷する
と考えられ、大型電池になるほど昇温速度を遅くするな
ど、昇温パターンに種々の工夫がなされてきた。しかし
ながら焼成時の各シートの挙動について、本発明者が詳
細に検討した結果、焼成に伴う保持材シートの収縮率は
２〜３％以内であるのに対し、電解質シートの収縮率は
１０数％であり、しかも４００〜４９０℃の間で急激に
収縮することがわかった。この寸法変化は、セパレータ
の熱膨張量の３倍と大きく、しかも急激であるため、従
来の方法では、電解質シートの収縮による保持材シート
の損傷が原因の一つであることがわかった。すなわち、
図１３は、焼成時の保持材シート、焼成時の電解質シー
ト及びセパレータの寸法変化を示す。図１３から明らか
なように、保持材シートは１００℃付近で約２〜３％収
縮した後は、ほとんど寸法変化がない。これに対し、電
解質シートの方は、４００℃程度まではほぼ保持材シー
トと同じ挙動を示すが、融点である約４９１℃の直前に
１０数％と大きく収縮する。
【０００７】本発明は上記の諸点に鑑み、適正な電解質
量について電極細孔容積等との相関を詳細に検討するこ
とにより得られた知見に基づいてなされたもので、本発
明の第１の目的は、電解質グリーンシートの電解質量
を、保持材の細孔容積の１００％、すなわち電極濡れ率
＝０、更に加うるに燃料極、空気極各電極の合計細孔容
積の０〜５０％、すなわち電極濡れ率＝０〜０．５、好
ましくは２０〜４５％を満たす量、すなわち電極濡れ率
＝０．２〜０．４５として、優れた電池性能を発揮する
ようにした溶融炭酸塩型燃料電池及びその製造方法を提
供することにある。また、前述の電解質板の割れという
問題点を解決するために、保持材シートへの補強材（例
えばアルミナ繊維、リチウムアルミネート繊維など）の
添加量を増大することが考えられるが、この方法には、
補強材の比表面積が小さいため、添加量の増大により保
持材シートの電解質保持能力が低下するという欠点があ
る。そこで、電解質シートの強度を低下させ、相対的に
保持材シートの強度を向上させることが考えられる。し
たがって、本発明の第２の目的は、電解質グリーンシー
トの強度を、保持材グリーンシートの強度よりも低下さ
せ、焼成時の電解質シートの収縮に際し、保持材シート
へかかる力を少なくするか、又は電解質シートのみに選
択的に割れを起こさせ、保持材シートの割れを未然に防
止するようにした溶融炭酸塩型燃料電池及びその製造方
法を提供することにある。
量について電極細孔容積等との相関を詳細に検討するこ
とにより得られた知見に基づいてなされたもので、本発
明の第１の目的は、電解質グリーンシートの電解質量
を、保持材の細孔容積の１００％、すなわち電極濡れ率
＝０、更に加うるに燃料極、空気極各電極の合計細孔容
積の０〜５０％、すなわち電極濡れ率＝０〜０．５、好
ましくは２０〜４５％を満たす量、すなわち電極濡れ率
＝０．２〜０．４５として、優れた電池性能を発揮する
ようにした溶融炭酸塩型燃料電池及びその製造方法を提
供することにある。また、前述の電解質板の割れという
問題点を解決するために、保持材シートへの補強材（例
えばアルミナ繊維、リチウムアルミネート繊維など）の
添加量を増大することが考えられるが、この方法には、
補強材の比表面積が小さいため、添加量の増大により保
持材シートの電解質保持能力が低下するという欠点があ
る。そこで、電解質シートの強度を低下させ、相対的に
保持材シートの強度を向上させることが考えられる。し
たがって、本発明の第２の目的は、電解質グリーンシー
トの強度を、保持材グリーンシートの強度よりも低下さ
せ、焼成時の電解質シートの収縮に際し、保持材シート
へかかる力を少なくするか、又は電解質シートのみに選
択的に割れを起こさせ、保持材シートの割れを未然に防
止するようにした溶融炭酸塩型燃料電池及びその製造方
法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段及び作用】上記の目的を達
成するために、本発明の溶融炭酸塩型燃料電池は、電解
質シートと保持材シートとを燃料極と空気極との間に重
ね合わせて組み込み、これらを焼成し電解質を溶融させ
て少なくとも保持材シートに含浸させるようにした溶融
炭酸塩型燃料電池であって、前記電解質シートに含有さ
れる電解質量が、保持材シートの細孔容積の１００％、
及び燃料極と空気極との合計細孔容積の０〜５０％、す
なわち、電極濡れ率＝０〜０．５０の範囲に入る量に調
整されるように構成される。この場合、電解質シートに
含有される電解質量が、保持材シートの細孔容積の１０
０％、及び燃料極と空気極との合計細孔容積の２０〜４
５％、すなわち、電極濡れ率＝０．２０〜０．４５の範
囲とすることが好ましい。
成するために、本発明の溶融炭酸塩型燃料電池は、電解
質シートと保持材シートとを燃料極と空気極との間に重
ね合わせて組み込み、これらを焼成し電解質を溶融させ
て少なくとも保持材シートに含浸させるようにした溶融
炭酸塩型燃料電池であって、前記電解質シートに含有さ
れる電解質量が、保持材シートの細孔容積の１００％、
及び燃料極と空気極との合計細孔容積の０〜５０％、す
なわち、電極濡れ率＝０〜０．５０の範囲に入る量に調
整されるように構成される。この場合、電解質シートに
含有される電解質量が、保持材シートの細孔容積の１０
０％、及び燃料極と空気極との合計細孔容積の２０〜４
５％、すなわち、電極濡れ率＝０．２０〜０．４５の範
囲とすることが好ましい。
【０００９】このように構成することにより、いかなる
細孔容積、大きさの電極を用いても、電解質板の気密性
を確保するとともに電極の濡れ具合が適正化され、電池
の長寿命化及び高性能化を図ることができる。電解質シ
ートに含有される電解質量が、上記の範囲未満の場合
は、電解質量が不足して保持材の気密性が損なわれ、ガ
スのクロスリークが起こるため、開回路電圧が低下し、
更にはリークしてくる空気により燃料極（ニッケル）が
酸化し、劣化する。一方、上記の範囲を超える場合は、
保持材の気密性及び開回路電圧は確保されるものの、電
極が濡れすぎて反応界面積が減少するため、電池性能が
低下する。
細孔容積、大きさの電極を用いても、電解質板の気密性
を確保するとともに電極の濡れ具合が適正化され、電池
の長寿命化及び高性能化を図ることができる。電解質シ
ートに含有される電解質量が、上記の範囲未満の場合
は、電解質量が不足して保持材の気密性が損なわれ、ガ
スのクロスリークが起こるため、開回路電圧が低下し、
更にはリークしてくる空気により燃料極（ニッケル）が
酸化し、劣化する。一方、上記の範囲を超える場合は、
保持材の気密性及び開回路電圧は確保されるものの、電
極が濡れすぎて反応界面積が減少するため、電池性能が
低下する。
【００１０】電極濡れ率は、前述のように、次式で定義
付けされており、電解質量は電解質シート中の電解質が
６５０℃にて溶融した時の容積を示す。電極濡れ率＝０
は、電解質をちょうど保持材細孔容積を満たす分の量だ
けセットした状態に、また電極濡れ率＝１は、計算上、
保持材細孔、電極細孔ともに１００％電解質で満たされ
た状態に相当する。 電極濡れ率＝〔電解質量（容積）−保持材細孔容積〕／
電極細孔容積…（１）
付けされており、電解質量は電解質シート中の電解質が
６５０℃にて溶融した時の容積を示す。電極濡れ率＝０
は、電解質をちょうど保持材細孔容積を満たす分の量だ
けセットした状態に、また電極濡れ率＝１は、計算上、
保持材細孔、電極細孔ともに１００％電解質で満たされ
た状態に相当する。 電極濡れ率＝〔電解質量（容積）−保持材細孔容積〕／
電極細孔容積…（１）
【００１１】図１は、本発明の溶融炭酸塩型燃料電池に
おける積層状態を示している。すなわち、燃料極１０、
電解質シート１２、保持材シート１４、電解質シート１
６、空気極１８の順に積層している。２０、２２はセパ
レータである。この場合、保持材シート１４は強度を大
きくするために、電解質シート１２、１６に比べて厚め
に形成しておくことが好ましい。
おける積層状態を示している。すなわち、燃料極１０、
電解質シート１２、保持材シート１４、電解質シート１
６、空気極１８の順に積層している。２０、２２はセパ
レータである。この場合、保持材シート１４は強度を大
きくするために、電解質シート１２、１６に比べて厚め
に形成しておくことが好ましい。
【００１２】また、図２に示すように、図１における保
持材シートとして、少なくとも２枚の保持材シート１
４、１５を重ね合わせることが好ましい。図２では、一
例として２枚の保持材シート１４、１５を背中合わせに
重ね合わせる場合を示しているが、３枚以上とすること
も可能である。このように、少なくとも２枚の保持材シ
ートを背中合わせに重ねることにより、焼成過程で密着
し堅固な１枚のシートとなるので、電解質シートの収縮
に対し比較的大きな耐力を持たせることができる。
持材シートとして、少なくとも２枚の保持材シート１
４、１５を重ね合わせることが好ましい。図２では、一
例として２枚の保持材シート１４、１５を背中合わせに
重ね合わせる場合を示しているが、３枚以上とすること
も可能である。このように、少なくとも２枚の保持材シ
ートを背中合わせに重ねることにより、焼成過程で密着
し堅固な１枚のシートとなるので、電解質シートの収縮
に対し比較的大きな耐力を持たせることができる。
【００１３】また、図３に示すように、燃料極１０、保
持材シート１４、電解質シート１１、電解質シート１
２、保持材シート１５、空気極１８の順に積層したり、
図４に示すように、燃料極１０、電解質シート１２、保
持材シート１４、電解質シート１６、保持材シート１
５、空気極１８の順に積層したりすることも可能であ
る。
持材シート１４、電解質シート１１、電解質シート１
２、保持材シート１５、空気極１８の順に積層したり、
図４に示すように、燃料極１０、電解質シート１２、保
持材シート１４、電解質シート１６、保持材シート１
５、空気極１８の順に積層したりすることも可能であ
る。
【００１４】図１〜図４に示す溶融炭酸塩型燃料電池に
おいて、さらに、電解質シートの強度が保持材シートの
強度よりも低くなるように構成することが好ましい。図
５はその一例として、電解質シート１２を複数枚に分割
して一つの平面内に並べ、一つの平面内で分割されてい
ない保持材シート１４と重ね合わせる。他の電解質シー
ト１１、１６、他の保持材シート１５についても同様に
構成する。この場合、電解質シートの収縮に起因する保
持材シートへの反力は、予め分割された電解質シートの
大きさの範囲に限定・分散されるため、引っ張り応力の
集中による保持材シートの割れが未然に防止できる。電
解質シートの分割の大きさについては、５cmでは無分割
で問題がなく、３０cmでは保持材シートが割れることが
あることから、一辺の長さを５〜３０cm、好ましくは７
〜２０cmとするのが適当である。
おいて、さらに、電解質シートの強度が保持材シートの
強度よりも低くなるように構成することが好ましい。図
５はその一例として、電解質シート１２を複数枚に分割
して一つの平面内に並べ、一つの平面内で分割されてい
ない保持材シート１４と重ね合わせる。他の電解質シー
ト１１、１６、他の保持材シート１５についても同様に
構成する。この場合、電解質シートの収縮に起因する保
持材シートへの反力は、予め分割された電解質シートの
大きさの範囲に限定・分散されるため、引っ張り応力の
集中による保持材シートの割れが未然に防止できる。電
解質シートの分割の大きさについては、５cmでは無分割
で問題がなく、３０cmでは保持材シートが割れることが
あることから、一辺の長さを５〜３０cm、好ましくは７
〜２０cmとするのが適当である。
【００１５】また、図６に示すように、電解質シート１
２にミシン目２４を設け、この電解質シート１２を一つ
の平面内で分割されていない保持材シート１４と重ね合
わせるようにしてもよい。他の電解質シート１１、１
６、他の保持材シート１５についても同様に構成する。
ミシン目２４は図７に示すように、電解質シート１２を
貫通するように設けられてもよく、または、図８に示す
ように、電解質シート１２を貫通しないようなミシン目
２４ａとしてもよい。このミシン目２４ａは、電解質シ
ートの上面、下面のいずれに設けられてもよい。また、
ミシン目は約１mm程度の間隔で設けられることが好まし
い。さらに、図９及び図１０に示すように、ミシン目の
代わりにＶノッチ等の切り欠き２６を設けてもよい。電
解質シートが完全に分割されていなくとも、電解質シー
トの引っ張り強度はミシン目又は切り欠きの切れ込み長
さの割合の分だけ低下するので有効であり、また完全に
分割されていないので電池の組立が図５の場合（電解質
シートが完全に分割された場合）よりも簡単である。
２にミシン目２４を設け、この電解質シート１２を一つ
の平面内で分割されていない保持材シート１４と重ね合
わせるようにしてもよい。他の電解質シート１１、１
６、他の保持材シート１５についても同様に構成する。
ミシン目２４は図７に示すように、電解質シート１２を
貫通するように設けられてもよく、または、図８に示す
ように、電解質シート１２を貫通しないようなミシン目
２４ａとしてもよい。このミシン目２４ａは、電解質シ
ートの上面、下面のいずれに設けられてもよい。また、
ミシン目は約１mm程度の間隔で設けられることが好まし
い。さらに、図９及び図１０に示すように、ミシン目の
代わりにＶノッチ等の切り欠き２６を設けてもよい。電
解質シートが完全に分割されていなくとも、電解質シー
トの引っ張り強度はミシン目又は切り欠きの切れ込み長
さの割合の分だけ低下するので有効であり、また完全に
分割されていないので電池の組立が図５の場合（電解質
シートが完全に分割された場合）よりも簡単である。
【００１６】本発明の溶融炭酸塩型燃料電池の製造方法
は、炭酸塩からなる電解質を含有する電解質シートと保
持材シートとを燃料極と空気極との間に重ね合わせるに
際し、電解質シートに含有される電解質量が、保持材シ
ートの細孔容積の１００％、及び燃料極と空気極との合
計細孔容積の０〜５０％の範囲となるように電解質量を
予め調整して重ね合わせ、これらを炭酸塩の融点以上の
温度に昇温させて溶融した電解質を少なくとも保持材シ
ートに含浸させ、電解質板として一体化することを特徴
としている。この場合、電解質シートに含有される電解
質料が、保持材シートの細孔容積の１００％、及び燃料
極と空気極との合計細孔容積の２０〜４５％の範囲に調
整することが好ましい。
は、炭酸塩からなる電解質を含有する電解質シートと保
持材シートとを燃料極と空気極との間に重ね合わせるに
際し、電解質シートに含有される電解質量が、保持材シ
ートの細孔容積の１００％、及び燃料極と空気極との合
計細孔容積の０〜５０％の範囲となるように電解質量を
予め調整して重ね合わせ、これらを炭酸塩の融点以上の
温度に昇温させて溶融した電解質を少なくとも保持材シ
ートに含浸させ、電解質板として一体化することを特徴
としている。この場合、電解質シートに含有される電解
質料が、保持材シートの細孔容積の１００％、及び燃料
極と空気極との合計細孔容積の２０〜４５％の範囲に調
整することが好ましい。
【００１７】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細
に説明するが、本発明は下記実施例に何ら限定されるも
のではなく、適宜変更して実施することが可能なもので
ある。 実施例ａ、ｂ、ｃ 比表面積が１１m 2 ／g の保持材（ＬｉＡｌＯ2 ）１０
０g 、バインダー４５g を含むスラリーをドクターブレ
ード装置にてシート化した。このシートを５０℃／hrで
昇温、４１０℃で１０時間焼成し、細孔容積を測定した
ところ０．６８cc／g であった。この保持材シートを用
い、細孔容積が各々０．１７、０．１１cc／g の燃料
極、空気極を用いて電池を構成するため、電極の濡れ率
が０となるよう電解質量（Ｌｉ2 ＣＯ3 ／Ｋ2 ＣＯ3 ＝
６２／３８：モル比）を設定し、電解質を２．７７g 、
バインダーを０．２５g 含んだ電解質シートとし、図４
に示すような積層順序、すなわち、燃料極、電解質シー
ト、保持材シート、電解質シート、保持材シート、空気
極の順に積層して電池を構成した。
に説明するが、本発明は下記実施例に何ら限定されるも
のではなく、適宜変更して実施することが可能なもので
ある。 実施例ａ、ｂ、ｃ 比表面積が１１m 2 ／g の保持材（ＬｉＡｌＯ2 ）１０
０g 、バインダー４５g を含むスラリーをドクターブレ
ード装置にてシート化した。このシートを５０℃／hrで
昇温、４１０℃で１０時間焼成し、細孔容積を測定した
ところ０．６８cc／g であった。この保持材シートを用
い、細孔容積が各々０．１７、０．１１cc／g の燃料
極、空気極を用いて電池を構成するため、電極の濡れ率
が０となるよう電解質量（Ｌｉ2 ＣＯ3 ／Ｋ2 ＣＯ3 ＝
６２／３８：モル比）を設定し、電解質を２．７７g 、
バインダーを０．２５g 含んだ電解質シートとし、図４
に示すような積層順序、すなわち、燃料極、電解質シー
ト、保持材シート、電解質シート、保持材シート、空気
極の順に積層して電池を構成した。
【００１８】電解質には、通例電解質の腐食性低減のた
めに数wt％のアルカリ土類炭酸塩等が添加されている
が、この添加物を含む電解質シートを用いても電池が構
成できることはいうまでもない。この電池を６５０℃ま
で昇温して、バインダー揮散、電解質を溶融、含浸さ
せ、電池内で電解質板を一体化した（実施例ａ）。同様
にして、各々電極の濡れ率が０．２５、０．４５となる
ように電解質シートを用いて電池を構成し、電池内で一
体化した（実施例ｂ、ｃ）。保持材、電解質及び電極濡
れ率の値を表１に示す。
めに数wt％のアルカリ土類炭酸塩等が添加されている
が、この添加物を含む電解質シートを用いても電池が構
成できることはいうまでもない。この電池を６５０℃ま
で昇温して、バインダー揮散、電解質を溶融、含浸さ
せ、電池内で電解質板を一体化した（実施例ａ）。同様
にして、各々電極の濡れ率が０．２５、０．４５となる
ように電解質シートを用いて電池を構成し、電池内で一
体化した（実施例ｂ、ｃ）。保持材、電解質及び電極濡
れ率の値を表１に示す。
【００１９】
【表１】
【００２０】実施例ａ、ｂ、ｃにおける電池について、
電解質の量をパラメータにして試験を実施した結果を図
１１に示す。横軸の電極濡れ率は、前記の（１）式によ
り定義されたものである。電池試験の結果、実施例ａ、
ｂ、ｃは、電池の開回路電圧、１５０mA／cm2 負荷時の
電圧とも高い値を示しており、電解質板の気密性及び電
極の濡れ具合が適正に保たれているものと考えられる。
電解質の量をパラメータにして試験を実施した結果を図
１１に示す。横軸の電極濡れ率は、前記の（１）式によ
り定義されたものである。電池試験の結果、実施例ａ、
ｂ、ｃは、電池の開回路電圧、１５０mA／cm2 負荷時の
電圧とも高い値を示しており、電解質板の気密性及び電
極の濡れ具合が適正に保たれているものと考えられる。
【００２１】比較例ｄ、ｅ、ｆ 比較例ｄは、表１に示すように、電極濡れ率が−０．５
０となるよう電池を構成したもので、電解質板の気密性
が不十分なためガスのクロスリークが起こり、図１１に
示すように、開回路電圧、負荷時の電圧とも低い値とな
っている。また比較例ｅ、ｆは、表１に示すように、そ
れぞれ電極濡れ率が０．７０、１．２０に相当するもの
であるが、図１１に示すように、開回路電圧は高いもの
の、負荷時の電圧が低い値となっており、電極が濡れ過
ぎていると考えられる。
０となるよう電池を構成したもので、電解質板の気密性
が不十分なためガスのクロスリークが起こり、図１１に
示すように、開回路電圧、負荷時の電圧とも低い値とな
っている。また比較例ｅ、ｆは、表１に示すように、そ
れぞれ電極濡れ率が０．７０、１．２０に相当するもの
であるが、図１１に示すように、開回路電圧は高いもの
の、負荷時の電圧が低い値となっており、電極が濡れ過
ぎていると考えられる。
【００２２】実施例ｇ、ｈ、ｉ 実施例ｇ、ｈ、ｉは、それぞれ実施例ａ、ｂ、ｃと同じ
条件で、図２に示す積層法、すなわち燃料極、電解質シ
ート、保持材シート、保持材シート、電解質シート、空
気極の順に積層し、電池を構成した場合である（表１参
照）。実施例ｇ、ｈ、ｉにおける電池について、実施例
ａ、ｂ、ｃの場合と同様の試験を行なったところ、図１
２に示すような結果が得られた。なお、図１２には、比
較のために、実施例ａ、ｂ、ｃの結果をも示している。
実施例ｇ、ｈ、ｉにおける電池では、実施例ａ、ｂ、ｃ
における電池に比べて、開回路電圧、１５０mA／cm2 負
荷時の電圧とも約２０mV程度高い電圧を示しており、図
２に示すような保持材シートを少なくとも２枚、背中合
わせに積層する方法を採用することにより、電解質板成
型時の割れをより低減でき、さらに高性能の電池を構成
することができた。
条件で、図２に示す積層法、すなわち燃料極、電解質シ
ート、保持材シート、保持材シート、電解質シート、空
気極の順に積層し、電池を構成した場合である（表１参
照）。実施例ｇ、ｈ、ｉにおける電池について、実施例
ａ、ｂ、ｃの場合と同様の試験を行なったところ、図１
２に示すような結果が得られた。なお、図１２には、比
較のために、実施例ａ、ｂ、ｃの結果をも示している。
実施例ｇ、ｈ、ｉにおける電池では、実施例ａ、ｂ、ｃ
における電池に比べて、開回路電圧、１５０mA／cm2 負
荷時の電圧とも約２０mV程度高い電圧を示しており、図
２に示すような保持材シートを少なくとも２枚、背中合
わせに積層する方法を採用することにより、電解質板成
型時の割れをより低減でき、さらに高性能の電池を構成
することができた。
【００２３】
【発明の効果】本発明は上記のように構成されているの
で、つぎのような効果を奏する。 （１） 電解質シートに含有される電解質量が、所定の
値の範囲内に入るように設定されているので、いかなる
細孔容積、いかなる大きさの電極を用いても、電解質板
の気密性を確保することができるとともに、電極の濡れ
具合が適正化され、電池の長寿命化及び高性能化を図る
ことができる。 （２） 電解質シートを予め分割するか、又はミシン目
もしくは切り欠きを設けて、電解質シートの強度を保持
材シートの強度よりも低下させることにより、焼成時の
電解質シートの収縮に際し、保持材シートへかかる力を
少なくするか、又は電解質シートのみに選択的に割れを
起こさせ、保持材シートの割れを未然に防止することが
できる。 （３） 少なくとも２枚の保持材シートを背中合わせに
積層する構成の場合は、電解質板成型時の割れをより低
減でき、さらに高性能の電池を得ることができる。
で、つぎのような効果を奏する。 （１） 電解質シートに含有される電解質量が、所定の
値の範囲内に入るように設定されているので、いかなる
細孔容積、いかなる大きさの電極を用いても、電解質板
の気密性を確保することができるとともに、電極の濡れ
具合が適正化され、電池の長寿命化及び高性能化を図る
ことができる。 （２） 電解質シートを予め分割するか、又はミシン目
もしくは切り欠きを設けて、電解質シートの強度を保持
材シートの強度よりも低下させることにより、焼成時の
電解質シートの収縮に際し、保持材シートへかかる力を
少なくするか、又は電解質シートのみに選択的に割れを
起こさせ、保持材シートの割れを未然に防止することが
できる。 （３） 少なくとも２枚の保持材シートを背中合わせに
積層する構成の場合は、電解質板成型時の割れをより低
減でき、さらに高性能の電池を得ることができる。
【図１】本発明は溶融炭酸塩型燃料電池における積層状
態の一例を示す構成図である。
態の一例を示す構成図である。
【図２】本発明の電池における積層状態の他の例を示す
構成図である。
構成図である。
【図３】本発明の電池における積層状態の他の例を示す
構成図である。
構成図である。
【図４】本発明の電池における積層状態のさらに他の例
を示す構成図である。
を示す構成図である。
【図５】本発明の電池における保持材シートと分割した
電解質シートとを示す説明図である。
電解質シートとを示す説明図である。
【図６】本発明の電池における保持材シートとミシン目
を入れた電解質シートとを示す説明図である。
を入れた電解質シートとを示す説明図である。
【図７】図６における電解質シートのミシン目部分の一
例を示す拡大断面図である。
例を示す拡大断面図である。
【図８】図６における電解質シートのミシン目部分の他
の例を示す拡大断面図である。
の例を示す拡大断面図である。
【図９】本発明の電池における保持材シートと切り欠き
を入れた電解質シートとを示す説明図である。
を入れた電解質シートとを示す説明図である。
【図１０】図９における電解質シートの切り欠き部分の
拡大断面図である。
拡大断面図である。
【図１１】本発明の実施例ａ、ｂ、ｃ、比較例ｄ、ｅ、
ｆにおける電極濡れ率と電池電圧との関係を示す図であ
る。
ｆにおける電極濡れ率と電池電圧との関係を示す図であ
る。
【図１２】本発明の実施例ｇ、ｈ、ｉ、実施例ａ、ｂ、
ｃにおける電極濡れ率と電池電圧との関係を示す図であ
る。
ｃにおける電極濡れ率と電池電圧との関係を示す図であ
る。
【図１３】従来の溶融炭酸塩型燃料電池における保持材
シート、電解質シート及びセパレータの温度による寸法
変化を示すグラフである。
シート、電解質シート及びセパレータの温度による寸法
変化を示すグラフである。
１０ 燃料極 １１ 電解質シート １２ 電解質シート １４ 保持材シート １５ 保持材シート １６ 電解質シート １８ 空気極 ２０ セパレータ ２２ セパレータ ２４ ミシン目 ２４ａ ミシン目 ２６ 切り欠き
Claims (11)
- 【請求項１】 電解質シートと保持材シートとを燃料極
と空気極との間に重ね合わせて組み込み、これらを焼成
し電解質を溶融させて少なくとも保持材シートに含浸さ
せるようにした溶融炭酸塩型燃料電池であって、前記電
解質シートに含有される電解質量が、保持材シートの細
孔容積の１００％、及び燃料極と空気極との合計細孔容
積の０〜５０％の範囲に入る量に調整されていることを
特徴とする溶融炭酸塩型燃料電池。 - 【請求項２】 電解質シートに含有される電解質量が、
保持材シートの細孔容積の１００％、及び燃料極と空気
極との合計細孔容積の２０〜４５％の範囲としたことを
特徴とする請求項１記載の溶融炭酸塩型燃料電池。 - 【請求項３】 燃料極、電解質シート、保持材シート、
電解質シート、空気極の順に積層してなることを特徴と
する請求項１又は２記載の溶融炭酸塩型燃料電池。 - 【請求項４】 燃料極、保持材シート、電解質シート、
電解質シート、保持材シート、空気極の順に積層してな
ることを特徴とする請求項１又は２記載の溶融炭酸塩型
燃料電池。 - 【請求項５】 燃料極、電解質シート、保持材シート、
電解質シート、保持材シート、空気極の順に積層してな
ることを特徴とする請求項１又は２記載の溶融炭酸塩型
燃料電池。 - 【請求項６】 保持材シートが少なくとも２枚のシート
を重ね合わせたものであることを特徴とする請求項３記
載の溶融炭酸塩型燃料電池。 - 【請求項７】 電解質シートの強度が保持材シートの強
度よりも低くなるようにしたことを特徴とする請求項１
〜６のいずれかに記載の溶融炭酸塩型燃料電池。 - 【請求項８】 電解質シートを複数枚に分割して一つの
平面内に並べ、一つの平面内で分割されていない保持材
シートと重ね合わせてなることを特徴とする請求項７記
載の溶融炭酸塩型燃料電池。 - 【請求項９】 電解質シートにミシン目又は切り欠きを
設け、この電解質シートを一つの平面内で分割されてい
ない保持材シートと重ね合わせてなることを特徴とする
請求項７記載の溶融炭酸塩型燃料電池。 - 【請求項１０】 炭酸塩からなる電解質を含有する電解
質シートと保持材シートとを燃料極と空気極との間に重
ね合わせるに際し、電解質シートに含有される電解質量
が、保持材シートの細孔容積の１００％、及び燃料極と
空気極との合計細孔容積の０〜５０％の範囲となるよう
に電解質量を予め調整して重ね合わせ、これらを炭酸塩
の融点以上の温度に昇温させて溶融した電解質を少なく
とも保持材シートに含浸させ、電解質板として一体化す
ることを特徴とする溶融炭酸塩型燃料電池の製造方法。 - 【請求項１１】 電解質シートに含有される電解質料
が、保持材シートの細孔容積の１００％、及び燃料極と
空気極との合計細孔容積の２０〜４５％の範囲に調整す
ることを特徴とする請求項１０記載の溶融炭酸塩型燃料
電池の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6151667A JPH07335235A (ja) | 1994-06-09 | 1994-06-09 | 溶融炭酸塩型燃料電池及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6151667A JPH07335235A (ja) | 1994-06-09 | 1994-06-09 | 溶融炭酸塩型燃料電池及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07335235A true JPH07335235A (ja) | 1995-12-22 |
Family
ID=15523608
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6151667A Pending JPH07335235A (ja) | 1994-06-09 | 1994-06-09 | 溶融炭酸塩型燃料電池及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07335235A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2023509992A (ja) * | 2020-05-18 | 2023-03-10 | 中国華能集団清潔能源技術研究院有限公司 | 溶融炭酸塩型燃料電池のセパレータ焙焼のオンライン評価方法 |
-
1994
- 1994-06-09 JP JP6151667A patent/JPH07335235A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2023509992A (ja) * | 2020-05-18 | 2023-03-10 | 中国華能集団清潔能源技術研究院有限公司 | 溶融炭酸塩型燃料電池のセパレータ焙焼のオンライン評価方法 |
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