JPH11135134A - 溶融炭酸塩型燃料電池用電極及びその製造方法 - Google Patents
溶融炭酸塩型燃料電池用電極及びその製造方法Info
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- JPH11135134A JPH11135134A JP9312928A JP31292897A JPH11135134A JP H11135134 A JPH11135134 A JP H11135134A JP 9312928 A JP9312928 A JP 9312928A JP 31292897 A JP31292897 A JP 31292897A JP H11135134 A JPH11135134 A JP H11135134A
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- 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
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Inert Electrodes (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 溶融炭酸塩型燃料電池のカソード電極の長寿
命化を図る。 【解決手段】 Ｎｉ粉１に焼結助剤２と焼結防止剤３と
を混合し、更に、結合剤４、分散剤５、空孔形成剤６を
混合工程Ｉで混合し、スラリー７とする。これを成形工
程IIで板状に成形した後乾燥させてテープ８にする。次
いで、脱脂工程III で脱脂して、焼成工程IVで還元雰囲
気にて高温で焼成し、厚さが０．２〜０．６５mmの多孔
質体９を作る。次に、酸化工程Ｖで５００℃以上で昇温
する過程で酸化させて空隙率が５０〜６０％のカソード
電極１０とする。厚さを従来のものよりも大幅に小さく
して比表面積を小さくし、溶融炭酸塩への反応を少なく
することにより、Ｎｉ溶出量を少なくする。
命化を図る。 【解決手段】 Ｎｉ粉１に焼結助剤２と焼結防止剤３と
を混合し、更に、結合剤４、分散剤５、空孔形成剤６を
混合工程Ｉで混合し、スラリー７とする。これを成形工
程IIで板状に成形した後乾燥させてテープ８にする。次
いで、脱脂工程III で脱脂して、焼成工程IVで還元雰囲
気にて高温で焼成し、厚さが０．２〜０．６５mmの多孔
質体９を作る。次に、酸化工程Ｖで５００℃以上で昇温
する過程で酸化させて空隙率が５０〜６０％のカソード
電極１０とする。厚さを従来のものよりも大幅に小さく
して比表面積を小さくし、溶融炭酸塩への反応を少なく
することにより、Ｎｉ溶出量を少なくする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明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させるエネルギー
部門で用いる燃料電池、特に、溶融炭酸塩型燃料電池の
電極のうち、カソード電極とその製造方法に関するもの
である。
ネルギーを直接電気エネルギーに変換させるエネルギー
部門で用いる燃料電池、特に、溶融炭酸塩型燃料電池の
電極のうち、カソード電極とその製造方法に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】溶融炭酸塩型燃料電池は、電解質として
溶融炭酸塩を多孔質物質にしみ込ませてなる電解質板
（タイル）をカソード（酸素極）とアノード（燃料極）
の両電極で両面から挟み、カソード側に酸化ガスを供給
すると共に、アノード側に燃料ガスを供給することによ
りカソード側とアノード側で反応が行われるようにした
ものを１セルとし、各セルをセパレータを介し積層して
スタックとするようにしてある。
溶融炭酸塩を多孔質物質にしみ込ませてなる電解質板
（タイル）をカソード（酸素極）とアノード（燃料極）
の両電極で両面から挟み、カソード側に酸化ガスを供給
すると共に、アノード側に燃料ガスを供給することによ
りカソード側とアノード側で反応が行われるようにした
ものを１セルとし、各セルをセパレータを介し積層して
スタックとするようにしてある。
【０００３】上記溶融炭酸塩型燃料電池の電極のうち、
酸化ニッケル（ＮｉＯ）を主成分とするカソード電極
は、従来、原料粉としてＮｉ粉を粉末冶金的手法によ
り、Ｎｉ粉に対して１〜５重量％の結合剤、同じく１〜
５重量％の分散剤、同じく１〜５重量％の空孔形成剤、
水と混合してスラリーとした後、板状に成形し、乾燥後
に還元雰囲気で７５０℃の温度で焼成して、空隙率が７
０〜８０％、厚さが０．８mm〜１．０mm、比表面積が
０．０５〜０．４ｍ2 ／ｇの金属多孔質体とし、次い
で、電池外あるいは電池内で炭酸塩が溶解する温度、た
とえば、５００℃以上に昇温する過程で酸化させて、空
隙率が６０〜６５％、比表面積が１〜２ｍ2 ／ｇの金属
酸化物多孔質体の電極として作り、使用するようにして
いる。
酸化ニッケル（ＮｉＯ）を主成分とするカソード電極
は、従来、原料粉としてＮｉ粉を粉末冶金的手法によ
り、Ｎｉ粉に対して１〜５重量％の結合剤、同じく１〜
５重量％の分散剤、同じく１〜５重量％の空孔形成剤、
水と混合してスラリーとした後、板状に成形し、乾燥後
に還元雰囲気で７５０℃の温度で焼成して、空隙率が７
０〜８０％、厚さが０．８mm〜１．０mm、比表面積が
０．０５〜０．４ｍ2 ／ｇの金属多孔質体とし、次い
で、電池外あるいは電池内で炭酸塩が溶解する温度、た
とえば、５００℃以上に昇温する過程で酸化させて、空
隙率が６０〜６５％、比表面積が１〜２ｍ2 ／ｇの金属
酸化物多孔質体の電極として作り、使用するようにして
いる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のよう
に製造された溶融炭酸塩型燃料電池のＮｉＯを主成分と
するカソード電極は、比表面積が大きく、酸化ガス中の
炭酸ガスとの反応により溶融炭酸塩中にＮｉＯが溶解す
る表面積が大きいので、溶融炭酸塩中に溶出して行く量
が多く、電池の寿命に係る大きな問題がある。すなわ
ち、ＮｉＯを主成分とするカソード電極は、酸化ガス中
の炭酸ガス（ＣＯ2 ）との反応により ＮｉＯ＋ＣＯ2 →Ｎｉ++＋ＣＯ3 -- の溶解反応を起し、多孔質体の表面から溶解して溶融炭
酸塩中に溶出して行く性質があるが、上記した従来のカ
ソード電極の場合は、溶解される表面積が大きいため、
初期溶解反応による溶出量が多い。
に製造された溶融炭酸塩型燃料電池のＮｉＯを主成分と
するカソード電極は、比表面積が大きく、酸化ガス中の
炭酸ガスとの反応により溶融炭酸塩中にＮｉＯが溶解す
る表面積が大きいので、溶融炭酸塩中に溶出して行く量
が多く、電池の寿命に係る大きな問題がある。すなわ
ち、ＮｉＯを主成分とするカソード電極は、酸化ガス中
の炭酸ガス（ＣＯ2 ）との反応により ＮｉＯ＋ＣＯ2 →Ｎｉ++＋ＣＯ3 -- の溶解反応を起し、多孔質体の表面から溶解して溶融炭
酸塩中に溶出して行く性質があるが、上記した従来のカ
ソード電極の場合は、溶解される表面積が大きいため、
初期溶解反応による溶出量が多い。
【０００５】溶出したＮｉ++は、アノード側から拡散し
て来た水素により電解質板の溶融炭酸塩中で還元されて
金属Ｎｉとなって析出し、この析出した金属Ｎｉにより
カソードとアノード間の短絡が生じ、電池の電流が電池
内部で消費されることになって電池の発電効率を低下す
るという問題があり、又、上記電解質板中での還元反応
において、炭酸塩中のＮｉ++イオンは、炭酸塩中で飽和
することはなく、継続的にカソード電極の表面から炭酸
塩中へのＮｉの溶出が続くので、電池運転中にカソード
電極が減肉し、多孔質構造を粗にして脆弱化し、電池運
転中の圧縮下で破壊に至り、電池性能が劣化し、電池の
寿命が短かくなる問題がある。
て来た水素により電解質板の溶融炭酸塩中で還元されて
金属Ｎｉとなって析出し、この析出した金属Ｎｉにより
カソードとアノード間の短絡が生じ、電池の電流が電池
内部で消費されることになって電池の発電効率を低下す
るという問題があり、又、上記電解質板中での還元反応
において、炭酸塩中のＮｉ++イオンは、炭酸塩中で飽和
することはなく、継続的にカソード電極の表面から炭酸
塩中へのＮｉの溶出が続くので、電池運転中にカソード
電極が減肉し、多孔質構造を粗にして脆弱化し、電池運
転中の圧縮下で破壊に至り、電池性能が劣化し、電池の
寿命が短かくなる問題がある。
【０００６】そこで、本発明は、溶融炭酸塩型燃料電池
において、炭酸ガスと反応して溶解反応を起すカソード
電極の単位面積当りの表面積を小さくして、つまり、多
孔質カソードの厚さを薄くし、又は空隙率を小さくして
電池を長時間にわたって高い特性を維持することができ
る安定性に優れた溶融炭酸塩型燃料電池用の電極とその
製造方法を提供しようとするものである。
において、炭酸ガスと反応して溶解反応を起すカソード
電極の単位面積当りの表面積を小さくして、つまり、多
孔質カソードの厚さを薄くし、又は空隙率を小さくして
電池を長時間にわたって高い特性を維持することができ
る安定性に優れた溶融炭酸塩型燃料電池用の電極とその
製造方法を提供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、電解質として溶融炭酸塩を多孔質物質に
しみ込ませてなる電解質板をカソードとアノードの両電
極で両面から挟み、カソード側に酸化ガスを供給すると
共にアノード側に燃料ガスを供給するようにしたセルを
セパレータを介し多層に積層してなる溶融炭酸塩型燃料
電池の上記カソード電極を、厚さが０．２〜０．６５mm
の多孔質電極とした構成とする。
決するために、電解質として溶融炭酸塩を多孔質物質に
しみ込ませてなる電解質板をカソードとアノードの両電
極で両面から挟み、カソード側に酸化ガスを供給すると
共にアノード側に燃料ガスを供給するようにしたセルを
セパレータを介し多層に積層してなる溶融炭酸塩型燃料
電池の上記カソード電極を、厚さが０．２〜０．６５mm
の多孔質電極とした構成とする。
【０００８】カソード電極は、厚さを、従来の０．８〜
１．０mmに比して大幅に小さい０．２〜０．６５mmとし
たことから、カソード内の炭酸塩含浸量を大幅に少なく
でき、溶融炭酸塩との反応が少なくなって、反応による
Ｎｉの溶出量を少なくすることができる。これに伴い電
極の劣化も少なくなり、又、炭酸塩の組成変化も少なく
なって電池の劣化も少なくなり、電池の寿命を延ばすこ
とができる。
１．０mmに比して大幅に小さい０．２〜０．６５mmとし
たことから、カソード内の炭酸塩含浸量を大幅に少なく
でき、溶融炭酸塩との反応が少なくなって、反応による
Ｎｉの溶出量を少なくすることができる。これに伴い電
極の劣化も少なくなり、又、炭酸塩の組成変化も少なく
なって電池の劣化も少なくなり、電池の寿命を延ばすこ
とができる。
【０００９】更に、空隙率を５０〜６０％と小さくする
ことにより、比表面積を更に小さくできると共に、溶融
後のカソード電極の空隙率が過大にならず、強度が保た
れる。
ことにより、比表面積を更に小さくできると共に、溶融
後のカソード電極の空隙率が過大にならず、強度が保た
れる。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。
を参照して説明する。
【００１１】図１は本発明の実施の一形態を示すもの
で、溶融炭酸塩型燃料電池のカソード電極を製造するプ
ロセスフローを示すものである。
で、溶融炭酸塩型燃料電池のカソード電極を製造するプ
ロセスフローを示すものである。
【００１２】原料粉としてのＮｉ粉１に、混合工程Ｉで
粒径に依存するが、Ｎｉ粉に対して０．１〜１５重量％
の焼結助剤２と同じくＮｉ粉に対して０．１〜１５重量
％の焼結防止剤３を添加して混合すると共に、メチルセ
ルロース系の結合剤４、アニオン系の分散剤５、電気泳
動用セルロース粉（メッシュ２００〜３００）の空孔形
成剤６を、ともにＮｉ粉に対して１〜５重量％混合して
スラリー７とした後、これを成形工程IIで板状（テープ
状）に成形して乾燥させ、乾燥テープ８とするる。次
に、これを脱脂工程III で脱脂処理後、焼成工程IVにて
真空又は還元雰囲気の下で従来よりも高温（９００℃以
上）で焼成して、空隙率が６０〜７０％、厚さが０．２
〜０．６５mmの多孔質体９を作るようにする。
粒径に依存するが、Ｎｉ粉に対して０．１〜１５重量％
の焼結助剤２と同じくＮｉ粉に対して０．１〜１５重量
％の焼結防止剤３を添加して混合すると共に、メチルセ
ルロース系の結合剤４、アニオン系の分散剤５、電気泳
動用セルロース粉（メッシュ２００〜３００）の空孔形
成剤６を、ともにＮｉ粉に対して１〜５重量％混合して
スラリー７とした後、これを成形工程IIで板状（テープ
状）に成形して乾燥させ、乾燥テープ８とするる。次
に、これを脱脂工程III で脱脂処理後、焼成工程IVにて
真空又は還元雰囲気の下で従来よりも高温（９００℃以
上）で焼成して、空隙率が６０〜７０％、厚さが０．２
〜０．６５mmの多孔質体９を作るようにする。
【００１３】次に、上記多孔質体９を、酸化工程Ｖで酸
化させて空隙率が５０〜６０％のカソード電極１０を製
造するようにする。
化させて空隙率が５０〜６０％のカソード電極１０を製
造するようにする。
【００１４】上記酸化工程Ｖは、電池外酸化と電池内酸
化の２通りがあり、電池内酸化の場合は、上記ＮｉＯ多
孔質体９をカソードとして電解質板に重ね合わせて電池
内に組み込み、カソード側に供給される酸化ガスにより
酸化させるようにするものであり、電池外酸化の場合と
同様に５００℃以上に昇温する過程で酸化させるように
する。
化の２通りがあり、電池内酸化の場合は、上記ＮｉＯ多
孔質体９をカソードとして電解質板に重ね合わせて電池
内に組み込み、カソード側に供給される酸化ガスにより
酸化させるようにするものであり、電池外酸化の場合と
同様に５００℃以上に昇温する過程で酸化させるように
する。
【００１５】本発明では、厚さが０．２〜０．６５mmの
カソード電極１０とするようにしてあるので、従来と同
じ空隙率であっても、単位面積当りの比表面積は従来よ
りも小さくなる。このため、カソード内の炭酸塩含浸量
も大幅に少なくでき、溶融炭酸塩との反応が少なくなっ
て、反応によるＮｉ溶出量を少なくすることができる。
カソード電極１０とするようにしてあるので、従来と同
じ空隙率であっても、単位面積当りの比表面積は従来よ
りも小さくなる。このため、カソード内の炭酸塩含浸量
も大幅に少なくでき、溶融炭酸塩との反応が少なくなっ
て、反応によるＮｉ溶出量を少なくすることができる。
【００１６】又、厚さを０．２〜０．６５mmにすること
に加えて、空隙率を５０〜６０％と小さくすることによ
り、比表面積を更に小さくすることができる。したがっ
て、溶融後のカソード電極は空隙率が過大にならず、強
度が充分に保たれる。
に加えて、空隙率を５０〜６０％と小さくすることによ
り、比表面積を更に小さくすることができる。したがっ
て、溶融後のカソード電極は空隙率が過大にならず、強
度が充分に保たれる。
【００１７】このように酸化ガス中の炭酸ガスと反応す
る表面積が小さいカソード電極とすることができたこと
から、炭酸ガスと反応して溶解反応を起す面積が小さく
て、溶融炭酸塩中へのＮｉ溶出量を少なくすることがで
き、これにより電極表面の変化が少なくなって電極の劣
化が少なくなり、又、溶融炭酸塩中へのＮｉ溶出量が少
なくなることから炭酸塩の組成変化も少なくなって電池
性能の劣化を防止できることになり、電池寿命を延長で
きる。
る表面積が小さいカソード電極とすることができたこと
から、炭酸ガスと反応して溶解反応を起す面積が小さく
て、溶融炭酸塩中へのＮｉ溶出量を少なくすることがで
き、これにより電極表面の変化が少なくなって電極の劣
化が少なくなり、又、溶融炭酸塩中へのＮｉ溶出量が少
なくなることから炭酸塩の組成変化も少なくなって電池
性能の劣化を防止できることになり、電池寿命を延長で
きる。
【００１８】一般に、カソード空孔内の炭酸塩含浸量は
電解質保持板付近で局在して存在するが、その局在範囲
は電解質保持板とカソードの界面から通常５０〜２００
μm（０．０５〜０．２mm）の層を成している。又、Ｎ
ｉ溶出量はカソード内の炭酸塩含浸量によって異なる
が、通常、発電電池では１５〜３５％の含浸量である。
したがって、厚さが０．４mm程度で含浸率３５％のとき
のＮｉ溶出量は、厚さ０．６５mmで含浸率が１５％のと
きの溶出量と同じである。カソードのＮｉ溶出量は時間
の約０．５〜０．６乗に比例すること、及び析出による
電極間短絡に至るのは約４０mg／cm2 であることから、
含浸率が１５％ではカソード電極１０の厚さは０．６５
mmであればよい。よって、本発明では、カソード電極１
０の厚さを０．２〜０．６５mmとした。
電解質保持板付近で局在して存在するが、その局在範囲
は電解質保持板とカソードの界面から通常５０〜２００
μm（０．０５〜０．２mm）の層を成している。又、Ｎ
ｉ溶出量はカソード内の炭酸塩含浸量によって異なる
が、通常、発電電池では１５〜３５％の含浸量である。
したがって、厚さが０．４mm程度で含浸率３５％のとき
のＮｉ溶出量は、厚さ０．６５mmで含浸率が１５％のと
きの溶出量と同じである。カソードのＮｉ溶出量は時間
の約０．５〜０．６乗に比例すること、及び析出による
電極間短絡に至るのは約４０mg／cm2 であることから、
含浸率が１５％ではカソード電極１０の厚さは０．６５
mmであればよい。よって、本発明では、カソード電極１
０の厚さを０．２〜０．６５mmとした。
【００１９】一方、空隙率は、小さいほど炭酸塩含浸量
が下がり、溶出量が低くなるが、下げ過ぎると電極とし
ての機能が損われるので、空隙率が５０％以下では発電
できない。酸化ニッケルカソードの空隙率が現状で６０
〜６５％であるのを５０％に下げると、空孔内の炭酸塩
量が一定であれば１０〜１５％低い値となり、炭酸塩含
浸率を下げたと同じ効果が得られる。又、空隙率を現状
から１割〜２割低下である５０％に下げる効果は、空隙
率が一定で厚さを１割〜２割下げる効果と同じである。
よって、本発明では、カソード電極の空隙率を５０〜６
０％とした。
が下がり、溶出量が低くなるが、下げ過ぎると電極とし
ての機能が損われるので、空隙率が５０％以下では発電
できない。酸化ニッケルカソードの空隙率が現状で６０
〜６５％であるのを５０％に下げると、空孔内の炭酸塩
量が一定であれば１０〜１５％低い値となり、炭酸塩含
浸率を下げたと同じ効果が得られる。又、空隙率を現状
から１割〜２割低下である５０％に下げる効果は、空隙
率が一定で厚さを１割〜２割下げる効果と同じである。
よって、本発明では、カソード電極の空隙率を５０〜６
０％とした。
【００２０】なお、上記実施の形態では、ＮｉＯを主成
分にしたカソード電極について説明したが、たとえば、
ＣｏＯを主成分にしたカソード電極の如く、ＮｉＯを主
成分にしたカソード電極以外でも、カソード成分の溶出
による炭酸塩組成が変化する場合において、炭酸塩の電
気伝導量が変化に至る際、これを防止するために溶出を
抑える必要があるときは、単位面積当りの表面積を小さ
くすることが有効である。
分にしたカソード電極について説明したが、たとえば、
ＣｏＯを主成分にしたカソード電極の如く、ＮｉＯを主
成分にしたカソード電極以外でも、カソード成分の溶出
による炭酸塩組成が変化する場合において、炭酸塩の電
気伝導量が変化に至る際、これを防止するために溶出を
抑える必要があるときは、単位面積当りの表面積を小さ
くすることが有効である。
【００２１】
【実施例】次に、本発明者等の行った実験結果を説明す
る。 (1) アノード電極と、成分の９９％がＮｉＯであるカソ
ード電極とを電解質保持板（厚さ０．９mm）で挟んでな
るセルを組んで電池とした。カソード電極は、厚さを
０．４mm程度のものと従来使用している０．８mm程度の
ものを用いた。又、カソード中の空孔への炭酸塩含浸量
を空孔体積の１５％のもの（□印）と３５％のもの（■
印）を用意した。すなわち、４種類の電池を用いた。
る。 (1) アノード電極と、成分の９９％がＮｉＯであるカソ
ード電極とを電解質保持板（厚さ０．９mm）で挟んでな
るセルを組んで電池とした。カソード電極は、厚さを
０．４mm程度のものと従来使用している０．８mm程度の
ものを用いた。又、カソード中の空孔への炭酸塩含浸量
を空孔体積の１５％のもの（□印）と３５％のもの（■
印）を用意した。すなわち、４種類の電池を用いた。
【００２２】アノードへのガスを水素ガス／炭酸ガス＝
４／１、カソードへのガスを空気／炭酸ガス＝１／１の
比で流し、運転温度を６５０℃として、運転時間を３０
０時間として運転したところ、カソードのＮｉが電解質
保持板へ溶出し、アノードガスによる電解質の還元領域
への移動後析出したので、化学分析により分析し、その
結果を電解質の単位当りに計算した値を図２のグラフに
示す。
４／１、カソードへのガスを空気／炭酸ガス＝１／１の
比で流し、運転温度を６５０℃として、運転時間を３０
０時間として運転したところ、カソードのＮｉが電解質
保持板へ溶出し、アノードガスによる電解質の還元領域
への移動後析出したので、化学分析により分析し、その
結果を電解質の単位当りに計算した値を図２のグラフに
示す。
【００２３】図２から明らかなように、カソードの厚さ
が厚いものの方がＮｉ溶出量が多いと言える。なお、グ
ラフでは２点出しの結果であるが、厚さにほぼ比例して
いることが分かる。又、同じ厚さのカソードの場合で
も、炭酸塩のカソード内含浸量による差も見られるが、
それは、含浸量の多いものは溶出量も多いからである。
が厚いものの方がＮｉ溶出量が多いと言える。なお、グ
ラフでは２点出しの結果であるが、厚さにほぼ比例して
いることが分かる。又、同じ厚さのカソードの場合で
も、炭酸塩のカソード内含浸量による差も見られるが、
それは、含浸量の多いものは溶出量も多いからである。
【００２４】前述したように、カソードの溶出量は時間
の約０．５〜０．６乗に比例すること、及び析出による
電極間短絡に至るのは約４０mg／cm2 であることから、
３００時間の運転結果では、短絡に至るまでの時間が電
池の実用運転時間である４００００時間であることを考
慮すると、３００時間では２．１mg／cm2 の溶出量まで
許容できる。因に、溶出は炭酸ガス分圧に比例するが、
この実験ではカソードガスの炭酸ガス分圧が高いため、
溶出結果は多めに評価していることになる。 (2) 次に、図３は電池運転によるＮｉ溶出量の運転時間
依存性についての結果を示すものである。
の約０．５〜０．６乗に比例すること、及び析出による
電極間短絡に至るのは約４０mg／cm2 であることから、
３００時間の運転結果では、短絡に至るまでの時間が電
池の実用運転時間である４００００時間であることを考
慮すると、３００時間では２．１mg／cm2 の溶出量まで
許容できる。因に、溶出は炭酸ガス分圧に比例するが、
この実験ではカソードガスの炭酸ガス分圧が高いため、
溶出結果は多めに評価していることになる。 (2) 次に、図３は電池運転によるＮｉ溶出量の運転時間
依存性についての結果を示すものである。
【００２５】アノード電極と、成分の９９％がＮｉＯで
あるカソード電極とを電解質保持板（厚さ０．９mm）で
挟んでなるセルを組んで電池とした。カソード電極の厚
さは０．９mm程度のものと従来使用している０．８mm程
度のものを用いた。又、カソード中の空孔への炭酸塩含
浸量を空孔体積の３５％のものを用意した。すなわち、
２種類の電池を用いた。
あるカソード電極とを電解質保持板（厚さ０．９mm）で
挟んでなるセルを組んで電池とした。カソード電極の厚
さは０．９mm程度のものと従来使用している０．８mm程
度のものを用いた。又、カソード中の空孔への炭酸塩含
浸量を空孔体積の３５％のものを用意した。すなわち、
２種類の電池を用いた。
【００２６】アノードへのガスを水素ガス／炭酸ガス＝
４／１、カソードへのガスを空気／炭酸ガス＝７／３の
比で流し、運転温度を６５０℃とし、燃料利用率を７５
％、カソード酸化ガス利用率を５０％、酸素利用率５０
％で運転したところ、カソードのＮｉが電解質保持板へ
溶出し、アノードガスによる電解質の還元領域への移動
後析出したので、化学分析により分析し、その結果を電
解質の単位当りに計算した。図３中、●印は、カソード
電極として厚さ０．９mmのものを用いた電池の電解質保
持板中のＮｉ溶出量を示し、又、○印は、カソード電極
として厚さ０．８mmの従来のものを用いた電池の電解質
保持板中のＮｉ溶出量を示す。なお、○印が複数あるの
は、複数の電池を用い、且つ一つのセルの複数位置を分
析したからである。
４／１、カソードへのガスを空気／炭酸ガス＝７／３の
比で流し、運転温度を６５０℃とし、燃料利用率を７５
％、カソード酸化ガス利用率を５０％、酸素利用率５０
％で運転したところ、カソードのＮｉが電解質保持板へ
溶出し、アノードガスによる電解質の還元領域への移動
後析出したので、化学分析により分析し、その結果を電
解質の単位当りに計算した。図３中、●印は、カソード
電極として厚さ０．９mmのものを用いた電池の電解質保
持板中のＮｉ溶出量を示し、又、○印は、カソード電極
として厚さ０．８mmの従来のものを用いた電池の電解質
保持板中のＮｉ溶出量を示す。なお、○印が複数あるの
は、複数の電池を用い、且つ一つのセルの複数位置を分
析したからである。
【００２７】図３において、時間とともにＮｉ溶出量が
増加しているが、カソード電極の厚さが厚い方が同じ時
間でも多くのＮｉが溶出していることが分かる。この場
合、０．１mmの違いで約２倍の違いである。したがっ
て、カソード電極の厚さは小さい方がＮｉの溶出量を減
らせることが分かる。
増加しているが、カソード電極の厚さが厚い方が同じ時
間でも多くのＮｉが溶出していることが分かる。この場
合、０．１mmの違いで約２倍の違いである。したがっ
て、カソード電極の厚さは小さい方がＮｉの溶出量を減
らせることが分かる。
【００２８】
【発明の効果】以上述べた如く、本発明の溶融炭酸塩型
燃料電池用電極及びその製造方法によれば、次の如き優
れた効果を奏し得る。 (i) カソード電極の厚さを０．２〜０．６５mmとしてあ
るので、従来のカソード電極に比して比表面積を大幅に
小さくすることができ、炭酸ガスとの反応による溶解反
応で表面から溶解する量を少なくすることができて、寿
命を延ばすことができる。 (ii)カソード電極を、厚さが０．２〜０．６５mmとなる
ようにし、且つ空隙率が５０〜６０％となるようにする
ことにより、比表面積を更に小さくすることができ、溶
融後のカソード電極の空隙率が過大にならず、強度を保
つことができる。 (iii) カソード電極の比表面積を小さくできることか
ら、溶解反応により溶融炭酸塩中に溶出する量を少なく
することができて、電極表面の変化を少なくでき、電極
の劣化も少なくなる。 (iv)溶解反応によって溶け出る量が少ないため、電池内
の溶融炭酸塩中に溶け込む量が少なくなり、炭酸塩の組
成変化が少なくなって電池の劣化も少なくなる。 (v) 溶融炭酸塩中への溶け込み量が少なくなるため、炭
酸塩中で再度金属等に還元析出する量が減少し、析出し
た金属によるカソードとアノード間の短絡による特性の
低下に至るまでの時間を飛躍的に延ばすことができる。 (vi)上記により電池を長時間にわたって高い特性を維持
することができる安定性に優れたカソード電極とするこ
とができる。
燃料電池用電極及びその製造方法によれば、次の如き優
れた効果を奏し得る。 (i) カソード電極の厚さを０．２〜０．６５mmとしてあ
るので、従来のカソード電極に比して比表面積を大幅に
小さくすることができ、炭酸ガスとの反応による溶解反
応で表面から溶解する量を少なくすることができて、寿
命を延ばすことができる。 (ii)カソード電極を、厚さが０．２〜０．６５mmとなる
ようにし、且つ空隙率が５０〜６０％となるようにする
ことにより、比表面積を更に小さくすることができ、溶
融後のカソード電極の空隙率が過大にならず、強度を保
つことができる。 (iii) カソード電極の比表面積を小さくできることか
ら、溶解反応により溶融炭酸塩中に溶出する量を少なく
することができて、電極表面の変化を少なくでき、電極
の劣化も少なくなる。 (iv)溶解反応によって溶け出る量が少ないため、電池内
の溶融炭酸塩中に溶け込む量が少なくなり、炭酸塩の組
成変化が少なくなって電池の劣化も少なくなる。 (v) 溶融炭酸塩中への溶け込み量が少なくなるため、炭
酸塩中で再度金属等に還元析出する量が減少し、析出し
た金属によるカソードとアノード間の短絡による特性の
低下に至るまでの時間を飛躍的に延ばすことができる。 (vi)上記により電池を長時間にわたって高い特性を維持
することができる安定性に優れたカソード電極とするこ
とができる。
【図１】本発明の実施の形態を示すシステムフロー図で
ある。
ある。
【図２】カソードの厚さと電解質板中のＮｉ溶出量との
関係を示す図である。
関係を示す図である。
【図３】Ｎｉ溶出量の分析値を運転時間による変化とし
て示した図である。
て示した図である。
Ｉ 混合工程 II 成形工程 III 脱脂工程 IV 焼成工程 Ｖ 酸化工程 １ Ｎｉ粉 ２ 焼結助剤 ３ 焼結防止剤 ４ 結合剤 ５ 分散剤 ６ 空孔形成剤 ７ スラリー ８ 乾燥テープ ９ 多孔質体 １０ カソード電極
Claims (2)
- 【請求項１】 電解質として溶融炭酸塩を多孔質物質に
しみ込ませてなる電解質板をカソードとアノードの両電
極で両面から挟み、カソード側に酸化ガスを供給すると
共にアノード側に燃料ガスを供給するようにしたセルを
セパレータを介し多層に積層してなる溶融炭酸塩型燃料
電池の上記カソード電極を、厚さが０．２〜０．６５mm
の多孔質電極としたことを特徴とする溶融炭酸塩型燃料
電池用電極。 - 【請求項２】 Ｎｉ粉を板状に成形した後、高温で還元
雰囲気にて焼成し、空隙率が６５〜７０％、厚さが０．
２〜０．６５mmの多孔質体を作り、次に、該多孔質体
を、酸化させて空隙率が５０〜６０％のカソード電極を
製造することを特徴とする溶融炭酸塩型燃料電池用電極
の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9312928A JPH11135134A (ja) | 1997-10-30 | 1997-10-30 | 溶融炭酸塩型燃料電池用電極及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9312928A JPH11135134A (ja) | 1997-10-30 | 1997-10-30 | 溶融炭酸塩型燃料電池用電極及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11135134A true JPH11135134A (ja) | 1999-05-21 |
Family
ID=18035166
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9312928A Pending JPH11135134A (ja) | 1997-10-30 | 1997-10-30 | 溶融炭酸塩型燃料電池用電極及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11135134A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009277391A (ja) * | 2008-05-12 | 2009-11-26 | Central Res Inst Of Electric Power Ind | 溶融炭酸塩形燃料電池の電極及びその製造方法並びに溶融炭酸塩形燃料電池 |
-
1997
- 1997-10-30 JP JP9312928A patent/JPH11135134A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009277391A (ja) * | 2008-05-12 | 2009-11-26 | Central Res Inst Of Electric Power Ind | 溶融炭酸塩形燃料電池の電極及びその製造方法並びに溶融炭酸塩形燃料電池 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040628 |
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| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050701 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050906 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20051021 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20060117 |