JPH0736334B2 - 溶融炭酸塩形燃料電池の電極 - Google Patents

溶融炭酸塩形燃料電池の電極

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JPH0736334B2 JP59146319A JP14631984A JPH0736334B2 JP H0736334 B2 JPH0736334 B2 JP H0736334B2 JP 59146319 A JP59146319 A JP 59146319A JP 14631984 A JP14631984 A JP 14631984A JP H0736334 B2 JPH0736334 B2 JP H0736334B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は,溶融炭酸塩形燃料電池の電極に関し,特に
その変形による電池特性の低下の改善に関するものであ
る。
[従来の技術] 第5図に2つの電池が直列に積み重ねられた従来のこの
種の燃料電池の構成を示す。図において(1)は燃料側
の端板であり,材質としてステンレスが使用されるが燃
料ガスが接触する面にはニッケルが被覆されている。
(2a),(2b)は燃料側のガス流路板であり,ガス流路
を確保する働きと,電流を流す集電板としての働きを兼
ねている。材質としては,溶融塩と反応ガスに対する耐
食性からニッケル基の合金が選ばれている。そしてガス
の電極への拡散が円滑に行われるよう波型にプレス成型
されたものが用いられる。(3a),(3b)は,燃料側電
極であり例えばニッケル系合金粉末を還元雰囲気,及び
真空雰囲気において焼結して得られる電子伝導性の多孔
質体である。(4a),(4b)は電解質層と呼ばれるもの
であり,例えばアルミン酸リチウムの多孔質板に炭酸リ
チウムや炭酸ナトリウムといった電解質を含浸したもの
である。さらに(5a),(5b)は酸化剤側電極であり,
燃料側電極(3a),(3b)と同様な電子伝導性の多孔質
体から成っている。この酸化剤電極(5a),(5b)に
は,例えば原料としてニッケル粉末を用いる場合と,酸
化ニッケル粉末を用いる場合があるが,電池の動作状態
においては,いずれの場合も,酸化ニッケルにリチウム
イオンが侵入した状態の多孔質体となる。(6a),(6
b)は酸化剤側のガス流路板であり,燃料側のガス流路
板(2a),(2b)と同様な形状をしたステンレス製の波
型板より成っている。(7)は隣接する電池間で燃料ガ
スと酸化剤ガスが混合することを防ぐ働きをするセパレ
ータ板であり,燃料ガスに接する側にニッケルが被覆さ
れたステンレス板から成っている。(8)は酸化剤側の
端板で燃料側の端板(1)と同様の形状でステンレスに
て構成されている。
次にこの種の溶融炭酸塩形燃料電池の動作について説明
する。燃料電池は,水素などの燃料ガスと空気などの酸
化剤ガスが反応する際に放出する化学エネルギーを,電
気化学的な反応を起こさせることによって直接電気エネ
ルギーに変換して電力を得る装置である。
この電気化学反応を効率良く行わせるために,一般的に
多孔質な電極が使用される。また電解質として,溶融状
態の炭酸リチウムや炭酸カリウムなどの炭酸塩の混合物
が使用され,電解質中の炭酸イオン(CO3 2-)が電荷移
動に寄与する。
燃料側電極及び酸化剤側電極における反応は,下式
(1),(2)のようになっている。
燃料側電極 H2+CO3 2-→H2O+CO2+2e (1) 酸化剤側電極 CO2+1/202+2e→CO3 2- (2) 上記の反応の進行を,第5図に基づいて説明する。燃料
側電極(3a)および(3b)においては,それぞれ燃料側
のガス流路(2a)及び(2b)を流れる燃料ガス中の水素
と電解質層(4a)及び(4b)に含まれる炭酸イオンがそ
れぞれの単電池において式(1)のように反応し,水と
二酸化炭素と電子が生成する。
第5図において,上方の単電池の燃料側電極(3a)で生
じた電子は,燃料側のガス流路板(2a),燃料側の端板
(1)を通って外部負荷に送られた後,酸化剤側の端板
(8),酸化剤側のガス流路板(6b)を通って下方の単
電池の酸化剤側電極(5b)に至る。また,下方の単電池
の燃料側電極(3b)で生じた電子は燃料側のガス流路板
(2b),セパレータ板(7),酸化剤側のガス流路(6
b)を通って酸化剤側電極(5a)に至る。酸化剤側電極
(5a)及び(5b)においては,この流れ込んだ電子と酸
化剤ガス中に含まれる二酸化炭素と酸素が反応し,式
(2)のように炭酸イオンが生じ電解質層(4a)及び
(4b)中に溶解することによって電池反応が進行する。
[発明が解決しようとする問題点] 従来の溶融炭酸塩形燃料電池の電極は,以上のように構
成されており,高温(600〜700℃)および高圧(約5kg/
cm2)の電池運転条件のもとで徐々に圧縮され,多孔質
体の構造が変化し,電池特性が劣化するという問題点が
あった。
この発明はこのような問題点を解消するためになされた
もので,上記の電池運転条件のもとでも電極を構成する
多孔質体の構造が圧縮されて変化するのを防止して電池
特性の劣化を防ぐことのできる溶融炭酸塩形燃料電池の
電極を得ることを目的とするものである。
[問題点を解決するための手段] この発明に係る溶融炭酸塩形燃料電池の電極は,セパレ
ータ板と電解質層間に空間を形成し,かつその積層方向
を複数片で保持する電子伝導性補強板,空間のうちのセ
パレータ板側の部分にガス流路となるように構成したガ
ス流路部,空間のうちの電解質層側の部分に形成された
電極材となる電子伝導性多孔質体を充填した電極部を備
え,ガス流路部から電解質層へガス透過可能としたこと
を特徴とするものである。
[問題点を解決するための手段の作用] この発明における電子伝導性補強板は,電解質層側の空
間に電極の働きをする電子伝導性多孔質体が形成される
と共に,電極に機械的強度を持たせる骨格となり,電池
運転時の電極の変形を防止する。さらに電子伝導性補強
板は,ガス流路となるガス流路部を有するため,電極と
ガス流路板が一体化され,この間の接触抵抗の上昇を低
減する。
[実施例] 以下,この発明の一実施例を第5図の上方の単電池にお
ける燃料側に適用した場合について説明する。第1図及
び第2図はそれぞれこの発明の一実施例による溶融炭酸
塩形燃料電池の電極を示す断面図及び傾斜図である。図
において,(9)は,例えば従来のガス流路板に用いら
れているものと同様の金属の波状型押し板より成る電子
伝導性補強板である。この電子伝導性補強板(9)は,
セパレータ板(7)と電解質層(4a)間に空間を形成
し,その積層方向を複数片で保持しており,この空間に
はセパレータ板(7)側にガス流路となるガス流路部
(10),電解質層(4a)側に電極部(11)を備えてい
る。さらに,電極部(11)にはガス流路部(10)から電
解質層(4a)へガス透過可能な,例えばインコネル社の
287ニッケル粉末の焼結体などの電子伝導性多孔質体(1
3)が形成される。燃料側における電子伝導性補強板
(9)は,例えば商品名インコネル600などのニッケル
を成分に含む材料で構成されている。また,電子伝導性
補強板(9)の形状としては,例えば山の高さが3〜5m
m,山の間隔が4〜6mm程度で形成している。このような
波状型押し板による電子伝導性補強板(9)による電極
の製造法の一例を次に述べる。
上記波状型押し板(9)をカーボン板上に載せ,ニッケ
ル粉末(インコネル社の287粉末)をほぼ均等に波状型
押し板(9)上から散布する。そして,自動ふるい装置
により,10〜30分間振動を与えることにより,均一な厚
みのニッケル粉末層を形成する。次に,カーボン板に載
せた状態のままで,900℃の水素雰囲気下で30分間,仮焼
結を行う。仮焼結終了後カーボン板からコージライト板
へ電極を載せかえ1000℃の水素雰囲気下で30分間,本焼
結を行う。以上のようなプロセスでもって,ガス流路部
(10)とニッケルの多孔質体(13)が形成された電極部
(11)を有する溶融炭酸塩形燃料電池の電極を得る。
以上のように構成された電極とガス流路板とが一体とな
った電池部材の実施例の作用動作について説明する。電
子伝導性補強板(9)のガス流路部(10)を反応ガスが
流れ,すみやかに電極部(11)の電子伝導性多孔質体
(13)にそのガスが拡散し反応を起こす。650℃におい
て電池の運転中にかかる数kg/cm2の面圧では,電子伝導
性補強板(9)はほとんどクリープを起こさず,電極の
形状,寸法を保持する。またもともと,電子伝導性多孔
質体(13)と,ガス流路を兼ねる電子伝導性補強板
(9)とは互いに焼結した構造を持っているので電極と
ガス流路板との接触抵抗の増大という問題は生じない。
上記実施例では燃料側電極に適用した例について述べた
が,酸化剤側電極にも同様に適用できる。この場合の電
子伝導性補強板(9)は例えばステンレススチール(SU
S316L)などが耐食性の面から適当であり,また,リチ
ウムを添加した酸化ニッケルなどのセラミックスでもよ
い。一方,燃料側電極においては,コバルト系の材料で
もよい。
また上記実施例では電子伝導性補強板(9)として,金
属の波状型押し板を用いた場合について説明したが,第
3図に示すごとく金属の箱型の構造を持つものを電子伝
導性補強板(9)として用いても良く,第4図に示すよ
うに,エキスパンドメタルを電子伝導性補強板(9)と
して使用しても,上記実施例と同様の効果を持つ。
さらに,電子伝導性補強板(9)の電子伝導性多孔質
(13)形成側の表面に多孔質体保持用に金属メッシュを
設けてもよい。
[発明の効果] 以上のように,この発明によれば,セパレータ板と電解
質層間に空間を形成し,かつその積層方向を複数片で保
持する電子伝導性補強板,空間のうちのセパレータ板側
の部分にガス流路となるように構成したガス流路部,空
間のうちの電解質層側の部分に形成された電極材となる
電子伝導性多孔質体を充填した電極部を備え,ガス流路
部から電解質層へガス透過可能としたことを特徴とする
ことにより,ガス流路と電極とを一体化し,ガス流路板
と電極との接触抵抗の上昇を低減し,電極の変形を防止
できる溶融炭酸塩形燃料電池の電極が得られるという効
果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図はそれぞれこの発明の一実施例による
溶融炭酸塩形燃料電池の電極を示す断面図及び傾斜図,
第3図,第4図はそれぞれこの発明の他の実施例を示す
傾斜図,第5図は従来の溶融炭酸塩形燃料電池を示す傾
斜図である。 (9)……電子伝導性補強板,(10)……ガス流路部,
(11)……電極部,(13)……電子伝導性多孔質体。 なお,図中,同一符号は同一,又は相当部分を示す。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】セパレータ板と電解質層間に空間を形成
    し,かつその積層方向を複数片で保持する電子伝導性補
    強板,上記空間のうちの上記セパレータ板側の部分にガ
    ス流路となるように構成したガス流路部,上記空間のう
    ちの上記電解質層側の部分に形成された電極材となる電
    子伝導性多孔質体を充填した電極部を備え,上記ガス流
    路部から上記電解質層へガス透過可能としたことを特徴
    とする溶融炭酸塩形燃料電池の電極。
  2. 【請求項2】電子伝導性補強板は,金属型押し板で構成
    された特許請求の範囲第1項記載の溶融炭酸塩形燃料電
    池の電極。
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Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0432381A1 (de) * 1989-10-12 1991-06-19 Asea Brown Boveri Ag Bauteilanordnung zur Stromführung für keramische Hochtemperatur-Brennstoffzellen
US6383677B1 (en) * 1999-10-07 2002-05-07 Allen Engineering Company, Inc. Fuel cell current collector
US6777126B1 (en) 1999-11-16 2004-08-17 Gencell Corporation Fuel cell bipolar separator plate and current collector assembly and method of manufacture
US6602626B1 (en) 2000-02-16 2003-08-05 Gencell Corporation Fuel cell with internal thermally integrated autothermal reformer
WO2001071842A2 (en) 2000-03-17 2001-09-27 Allen Engineering Company, Inc. Fuel cell stack assembly
JP4686819B2 (ja) * 2000-06-02 2011-05-25 ソニー株式会社 燃料電池
JP4686820B2 (ja) * 2000-06-02 2011-05-25 ソニー株式会社 燃料電池
US6772617B1 (en) 2003-01-24 2004-08-10 Gencell Corporation Method and apparatus for in-situ leveling of progressively formed sheet metal
JP4888682B2 (ja) * 2005-04-27 2012-02-29 日産自動車株式会社 固体酸化物形燃料電池用電極及びその製造方法
JP5228699B2 (ja) * 2008-08-22 2013-07-03 トヨタ自動車株式会社 燃料電池
JP2015060749A (ja) * 2013-09-19 2015-03-30 三菱マテリアル株式会社 多孔質体
DE102016223781A1 (de) * 2016-11-30 2018-05-30 Robert Bosch Gmbh Brennstoffzelle mit verbesserter Robustheit
US20220102738A1 (en) * 2020-09-28 2022-03-31 Hyzon Motors Inc. Non-channeled and anisotropic flow field for distribution sections in fuel cells

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58131664A (ja) * 1982-01-29 1983-08-05 Hitachi Ltd 燃料電池
USH16H (en) * 1984-03-02 1986-01-07 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Fuel cell electrode and method of preparation

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