JPH077668B2 - 溶融炭酸塩形燃料電池用電極 - Google Patents
溶融炭酸塩形燃料電池用電極Info
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- JPH077668B2 JPH077668B2 JP60109813A JP10981385A JPH077668B2 JP H077668 B2 JPH077668 B2 JP H077668B2 JP 60109813 A JP60109813 A JP 60109813A JP 10981385 A JP10981385 A JP 10981385A JP H077668 B2 JPH077668 B2 JP H077668B2
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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、高温型、特に溶融炭酸塩を電解質とする燃
料電池における電極に関するものである。
料電池における電極に関するものである。
第２図に２つの電池が直列に積み重ねられたこの種の燃
料電池の一例を示す。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ツケルが被覆されている。（2
a）、（2b）は燃料側流路板であり、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、溶融炭酸塩と反応ガスに対する耐食
性からニツ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な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
極でありニツケル系合金粉末を主成分として得られる多
孔質体である。（4a）、（4b）は電解質層と呼ばれるも
のであり、アルミン酸リチウムの多孔質板に炭酸リチウ
ムや炭酸カリウムといつた電解質を含浸したものであ
る。（5a）、（5b）は酸化剤側電極であり、燃料側電極
（3a）、（3b）と同様な多孔質構造体から成つている。
この酸化剤側電極（5a）、（5b）には原料としてニツケ
ル粉末を用いる場合と、酸化ニツ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
酸化ニツケルにリチウムイオンが侵入した状態の多孔質
構造体となる。（6a）、（6b）は酸化剤側流路板であ
り、燃料側流路板（2a）、（2b）と同様な形状をしたス
テンレス製の波型板より成つている。（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は
ニツケルが被覆されたステンレス板から成つている。
（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。
料電池の一例を示す。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ツケルが被覆されている。（2
a）、（2b）は燃料側流路板であり、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、溶融炭酸塩と反応ガスに対する耐食
性からニツ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な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
極でありニツケル系合金粉末を主成分として得られる多
孔質体である。（4a）、（4b）は電解質層と呼ばれるも
のであり、アルミン酸リチウムの多孔質板に炭酸リチウ
ムや炭酸カリウムといつた電解質を含浸したものであ
る。（5a）、（5b）は酸化剤側電極であり、燃料側電極
（3a）、（3b）と同様な多孔質構造体から成つている。
この酸化剤側電極（5a）、（5b）には原料としてニツケ
ル粉末を用いる場合と、酸化ニツ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
酸化ニツケルにリチウムイオンが侵入した状態の多孔質
構造体となる。（6a）、（6b）は酸化剤側流路板であ
り、燃料側流路板（2a）、（2b）と同様な形状をしたス
テンレス製の波型板より成つている。（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は
ニツケルが被覆されたステンレス板から成つている。
（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つて直接電気エネ
ルギーに変換して電力を得る装置である。
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つて直接電気エネ
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なわせるために、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。
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（3a）、（3b）及び酸化剤側電極（5a）、
（5b）における反応は次のようになつている。
（5b）における反応は次のようになつている。
燃料側電極 H2＋CO3 2-→H2O＋CO2＋2e （式１） 酸化剤側電極 CO2＋1/2O2＋2e→CO3 2- （式２） 上記の反応の進行を、第２図に基づいて説明する。燃料
側電極（3a）、（3b）においては、燃料側のガス流路板
（2a）、（2b）を流れる燃料ガス中の水素と電解質層
（4a）、（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。
側電極（3a）、（3b）においては、燃料側のガス流路板
（2a）、（2b）を流れる燃料ガス中の水素と電解質層
（4a）、（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２図中で上方の単電池の燃料側電極（3a）で生じた電
子は燃料極側のガス流路板（2a）、燃料側の端板（１）
を通つ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）を通つて下方の単
電池の酸化剤側電極（5a）に至る。また、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板（6a）を通つて
酸化剤側電極（5a）に至る。酸化剤側電極（5a）、（5
b）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て（式２）のように
炭酸イオンが生じ、電解質層（4a）、（4b）中に溶解す
ることによつて電池反応が進行する。
子は燃料極側のガス流路板（2a）、燃料側の端板（１）
を通つ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）を通つて下方の単
電池の酸化剤側電極（5a）に至る。また、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板（6a）を通つて
酸化剤側電極（5a）に至る。酸化剤側電極（5a）、（5
b）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て（式２）のように
炭酸イオンが生じ、電解質層（4a）、（4b）中に溶解す
ることによつて電池反応が進行する。
従来の溶融炭酸塩形燃料電池は以上のように構成されて
おり、電極はニツケル粉末の焼結体によつて構成されて
いるので、高温でしかも圧力のかかる電池運転条件下で
は、電極の厚みが減少し、電解質層や流路板との接触抵
抗が増し、電池特性の劣化が生じるといつた問題点があ
つた。
おり、電極はニツケル粉末の焼結体によつて構成されて
いるので、高温でしかも圧力のかかる電池運転条件下で
は、電極の厚みが減少し、電解質層や流路板との接触抵
抗が増し、電池特性の劣化が生じるといつた問題点があ
つた。
この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、電池運転時の電極の厚み減少を防止できる溶
融炭酸塩形燃料電池用電極を得ることを目的とする。
たもので、電池運転時の電極の厚み減少を防止できる溶
融炭酸塩形燃料電池用電極を得ることを目的とする。
この発明に係る溶融炭酸塩形燃料電池用電極は、ニッケ
ル、銅、およびこれらの合金の何れかよりなる電子伝導
性多孔質基材の基質中に電極重量の0.2〜70重量パーセ
ントのセラミツクスが分散しているものである。
ル、銅、およびこれらの合金の何れかよりなる電子伝導
性多孔質基材の基質中に電極重量の0.2〜70重量パーセ
ントのセラミツクスが分散しているものである。
この発明におけるセラミツクスは、その粒子間距離が小
さいので、電子伝導性多孔質基材内の転位に対して分散
強化型の析出物として働くと考えられ、電極の耐クリー
プ性を増す。
さいので、電子伝導性多孔質基材内の転位に対して分散
強化型の析出物として働くと考えられ、電極の耐クリー
プ性を増す。
以下、この発明の一実施例を図をもとに説明する。第１
図はこの発明の一実施例による電極の断面を模式的に示
す断面図である。図において、（９）が電子電導性多孔
質基材の基質であり、この実施例においてはニツケル、
（10）はセラミツクスであり、この実施例においては酸
化アルミニウムである。
図はこの発明の一実施例による電極の断面を模式的に示
す断面図である。図において、（９）が電子電導性多孔
質基材の基質であり、この実施例においてはニツケル、
（10）はセラミツクスであり、この実施例においては酸
化アルミニウムである。
上記のようなニツケル多孔質基材の基質（９）中に酸化
アルミニウム（10）が分散した構造を持つ電極は、平均
粒径が２〜４μｍのニツケルにアルミニウムを0.5〜5wt
％固溶させたアトマイズ粉末を用いてドクターブレード
により平板状に形成し、600〜800℃において、水分量を
１〜50％にした水素雰囲気中で５時間から10時間保持し
て内部酸化を進行させ、さらに1000℃で市販純度の水素
雰囲気で30分から１時間保持して焼結を進めることによ
り得ることができる。
アルミニウム（10）が分散した構造を持つ電極は、平均
粒径が２〜４μｍのニツケルにアルミニウムを0.5〜5wt
％固溶させたアトマイズ粉末を用いてドクターブレード
により平板状に形成し、600〜800℃において、水分量を
１〜50％にした水素雰囲気中で５時間から10時間保持し
て内部酸化を進行させ、さらに1000℃で市販純度の水素
雰囲気で30分から１時間保持して焼結を進めることによ
り得ることができる。
次に上記実施例による電極のクリープテスト（creeptes
t）を行なつた結果を示す。試験は、市販純度の水素80
％と二酸化炭素20％の混合ガスを45℃で加湿したガス雰
囲気下において3.5Kg/cm2の面圧を電極に加え、700℃に
おいて65時間保持し、厚みの変化を測定することによつ
て実施した。このような試験において、従来のニツケル
のみの電極においては45〜50％の収縮が起きたのに対
し、この実施例による電極においては２〜10％の収縮し
か起きなかつた。つまり、第１図に示すように、ニツケ
ルの多孔質基材の基質（９）中に微細なセラミツクス粒
子（10）を分散させたために、これらセラミツクス粒子
（10）が電子伝導性多孔質基材（９）内の転移に対して
分散強化型の析出物として働くと考えられる。
t）を行なつた結果を示す。試験は、市販純度の水素80
％と二酸化炭素20％の混合ガスを45℃で加湿したガス雰
囲気下において3.5Kg/cm2の面圧を電極に加え、700℃に
おいて65時間保持し、厚みの変化を測定することによつ
て実施した。このような試験において、従来のニツケル
のみの電極においては45〜50％の収縮が起きたのに対
し、この実施例による電極においては２〜10％の収縮し
か起きなかつた。つまり、第１図に示すように、ニツケ
ルの多孔質基材の基質（９）中に微細なセラミツクス粒
子（10）を分散させたために、これらセラミツクス粒子
（10）が電子伝導性多孔質基材（９）内の転移に対して
分散強化型の析出物として働くと考えられる。
なお上記実施例では電子伝導性多孔質基材の基質として
ニツケル、セラミツクスとして酸化アルミニウムを用い
たものについて説明したが、クリープを抑制するという
効果を考えると、他の電子伝導性材料、たとえばニツケ
ルを主とした合金や銅、銅とニツケルの合金などでもよ
い。また分散させるセラミツクスの種類としても酸化ア
ルミニウムだけでなく、酸化ジルコニウム、酸化トリウ
ム、酸化セリウム、酸化ケイソ、酸化イツトリウム、酸
化マグネシウム、アルミン酸リチウム、チタン酸ストロ
ンチウムなどの金属酸化物や、シリコンナイトライド、
チタンカーバイドなどであつても上記実施例と同様の効
果を奏する。
ニツケル、セラミツクスとして酸化アルミニウムを用い
たものについて説明したが、クリープを抑制するという
効果を考えると、他の電子伝導性材料、たとえばニツケ
ルを主とした合金や銅、銅とニツケルの合金などでもよ
い。また分散させるセラミツクスの種類としても酸化ア
ルミニウムだけでなく、酸化ジルコニウム、酸化トリウ
ム、酸化セリウム、酸化ケイソ、酸化イツトリウム、酸
化マグネシウム、アルミン酸リチウム、チタン酸ストロ
ンチウムなどの金属酸化物や、シリコンナイトライド、
チタンカーバイドなどであつても上記実施例と同様の効
果を奏する。
また、電子伝導性多孔質基材の基質中に分散させるセラ
ミツクスの量は、少なすぎると殆んど効果が無くなり、
多すぎると電気抵抗が大となつて電池の内部抵抗が上昇
してしまうので、0.2〜70重量パーセントであることが
望ましく、特に0.5〜25重量パーセントが適当である。
また、セラミツクス粒子の大きさは数10Å〜１μｍが適
当である。また本発明に係わる電子伝導性多孔質基材の
気孔率は30％以下になるとガス流通が困難になり、90％
以上になると必要な機械的強度が得られなくなるので、
30〜90％が望ましく、特に40〜70％が適当である。
ミツクスの量は、少なすぎると殆んど効果が無くなり、
多すぎると電気抵抗が大となつて電池の内部抵抗が上昇
してしまうので、0.2〜70重量パーセントであることが
望ましく、特に0.5〜25重量パーセントが適当である。
また、セラミツクス粒子の大きさは数10Å〜１μｍが適
当である。また本発明に係わる電子伝導性多孔質基材の
気孔率は30％以下になるとガス流通が困難になり、90％
以上になると必要な機械的強度が得られなくなるので、
30〜90％が望ましく、特に40〜70％が適当である。
なお、この発明は燃料側電極に適用した場合に特に有効
であるが、酸化剤側電極に適用しても有効である。
であるが、酸化剤側電極に適用しても有効である。
以上のように、この発明によれば、ニッケル、銅、およ
びこれらの合金の何れかよりなる電子伝導性多孔質基材
の基質中に電極重量の0.2〜70重量パーセントのセラミ
ツクスが分散しているので、電池運転中における電極の
厚みの減少を少なくすることができる効果がある。
びこれらの合金の何れかよりなる電子伝導性多孔質基材
の基質中に電極重量の0.2〜70重量パーセントのセラミ
ツクスが分散しているので、電池運転中における電極の
厚みの減少を少なくすることができる効果がある。
第１図はこの発明の一実施例による電極の断面を模式的
に示す断面図、第２図は一般的な溶融炭酸塩形燃料電池
を示す斜視図である。 図において、（１）、（８）は端板、（2a）、（2b）は
燃料側流路板、（3a）、（3b）は燃料側電極、（4a）、
（4b）は電解質層、（5a）、（5b）は酸化剤側電極、
（6a）、（6b）は酸化剤側流路板、（７）はセパレータ
板、（９）は基質、（10）はセラミツクスである。
に示す断面図、第２図は一般的な溶融炭酸塩形燃料電池
を示す斜視図である。 図において、（１）、（８）は端板、（2a）、（2b）は
燃料側流路板、（3a）、（3b）は燃料側電極、（4a）、
（4b）は電解質層、（5a）、（5b）は酸化剤側電極、
（6a）、（6b）は酸化剤側流路板、（７）はセパレータ
板、（９）は基質、（10）はセラミツクスである。
Claims (5)
- 【請求項１】ニッケル、銅、およびこれらの合金の何れ
かよりなる電子伝導性多孔質基材の基質中に、電極重量
の0.2〜70重量パーセントのセラミックスが分散してい
る溶融炭酸塩形燃料電池用電極。 - 【請求項２】セラミックスは金属酸化物である特許請求
の範囲第１項記載の溶融炭酸塩形燃料電池用電極。 - 【請求項３】セラミックスの量が電極重量の0.5〜25重
量パーセントである特許請求の範囲第１項または第２項
記載の溶融炭酸塩形燃料電池用電極。 - 【請求項４】電子伝導性多孔質基材の気孔率が30〜90％
である特許請求の範囲第１項ないし第３項の何れかに記
載の溶融炭酸塩形燃料電池用電極。 - 【請求項５】電子伝導性多孔質基材の気孔率が40〜70％
である特許請求の範囲第４項記載の溶融炭酸塩形燃料電
池用電極。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60109813A JPH077668B2 (ja) | 1985-05-21 | 1985-05-21 | 溶融炭酸塩形燃料電池用電極 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60109813A JPH077668B2 (ja) | 1985-05-21 | 1985-05-21 | 溶融炭酸塩形燃料電池用電極 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61267267A JPS61267267A (ja) | 1986-11-26 |
| JPH077668B2 true JPH077668B2 (ja) | 1995-01-30 |
Family
ID=14519856
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60109813A Expired - Lifetime JPH077668B2 (ja) | 1985-05-21 | 1985-05-21 | 溶融炭酸塩形燃料電池用電極 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH077668B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62165864A (ja) * | 1986-01-17 | 1987-07-22 | Mitsubishi Metal Corp | 溶融炭酸塩型燃料電池用電極 |
| JPH01107456A (ja) * | 1987-10-20 | 1989-04-25 | Sanyo Electric Co Ltd | 溶融炭酸塩燃料電池の燃料極 |
| JPH01189866A (ja) * | 1988-01-25 | 1989-07-31 | Hitachi Ltd | 溶融塩型燃料電池用アノードとその製造方法 |
| DE19649376C1 (de) * | 1996-11-29 | 1998-09-03 | Forschungszentrum Juelich Gmbh | Durch keramische Partikel verstärkte Elektrode |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59135511A (ja) * | 1983-01-24 | 1984-08-03 | Komatsu Ltd | 光学式障害物検出装置 |
| JPS60150558A (ja) * | 1984-01-17 | 1985-08-08 | Agency Of Ind Science & Technol | 溶融炭酸塩型燃料電池の燃料極の製造方法 |
-
1985
- 1985-05-21 JP JP60109813A patent/JPH077668B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61267267A (ja) | 1986-11-26 |
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