JPH11273694A - Molten carbonate fuel cell - Google Patents

Molten carbonate fuel cell

Info

Publication number
JPH11273694A
JPH11273694A JP10078928A JP7892898A JPH11273694A JP H11273694 A JPH11273694 A JP H11273694A JP 10078928 A JP10078928 A JP 10078928A JP 7892898 A JP7892898 A JP 7892898A JP H11273694 A JPH11273694 A JP H11273694A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrolyte
holding layer
lithium aluminate
electrolyte holding
electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP10078928A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Morohiro Tomimatsu
師浩 富松
Hideyuki Ozu
秀行 大図
Yoshihiro Akasaka
芳浩 赤坂
Kazuaki Nakagawa
和明 中川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP10078928A priority Critical patent/JPH11273694A/en
Publication of JPH11273694A publication Critical patent/JPH11273694A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電解質保持粒子の粒成長に伴う電解質保持層
の細孔の粗大化による、電解質板中へのニッケルの析出
を防ぎ、ニッケル短絡の発生を抑制することにより、長
寿命の溶融炭酸塩型燃料電池を提供する。 【解決手段】 本発明は、導電性を有する第1の粉末に
より形成される多孔質体からなる燃料極1と、導電性を
有する第2の粉末により形成される多孔質体からなる酸
化剤極2と、前記燃料極1に燃料ガスを供給するための
燃料ガス供給装置と、前記酸化剤極2に酸化剤ガスを供
給するための酸化剤ガス供給装置と、前記燃料極1およ
び前記酸化剤極2の間に配置され、α−リチウムアルミ
ネートを主体とし、平均細孔直径が第2の粉末の平均粒
径より小さい電解質保持層3aを有する電解質板3とを
備えることを特徴とする溶融炭酸塩型燃料電池である。
PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent deposition of nickel in an electrolyte plate due to coarsening of pores of an electrolyte holding layer accompanying grain growth of electrolyte holding particles, and to suppress occurrence of a nickel short circuit, thereby improving the length of the electrolyte holding layer. Disclosed is a long-life molten carbonate fuel cell. SOLUTION: The present invention relates to a fuel electrode 1 made of a porous material formed of a first powder having conductivity, and an oxidant electrode made of a porous material formed of a second powder having conductivity. 2, a fuel gas supply device for supplying a fuel gas to the fuel electrode 1, an oxidant gas supply device for supplying an oxidant gas to the oxidant electrode 2, the fuel electrode 1 and the oxidant An electrolyte plate 3 disposed between the poles 2 and having an electrolyte holding layer 3a mainly composed of α-lithium aluminate and having an average pore diameter smaller than the average particle diameter of the second powder. It is a carbonate fuel cell.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、導電性を有する一
対の電極間に配置され、複数の電解質保持層を積層した
電解質板を備えた溶融炭酸塩型燃料電池に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a molten carbonate fuel cell having an electrolyte plate disposed between a pair of conductive electrodes and having a plurality of electrolyte holding layers laminated thereon.

【0002】[0002]

【従来の技術】図3は、溶融炭酸塩型燃料電池の基本構
造を示す概略図である。図3において、導電性を有する
一対の電極である燃料極(以下、アノードと称する)1
および酸化剤極(以下、カソードと称する)2の間に
は、混合アルカリ炭酸塩からなる電解質を保持した電解
質板3が組み込まれている。この電解質板3を高温下で
溶融させ、アノード1にハウジング4aの供給口6を通
じて燃料ガス(H2 、CO2 )を、カソード2にハウジ
ング4bの供給口8を通じて酸化剤ガス(空気、CO
2 )をそれぞれ供給すると、アノード1で下記(1)式
の反応が、カソード2では下記(2)式の反応がそれぞ
れ生じ、排気口7から排出ガス(CO2 、H2O)が、
排気口9から排出ガス(N2 )がそれぞれ排出される。
2. Description of the Related Art FIG. 3 is a schematic view showing the basic structure of a molten carbonate fuel cell. In FIG. 3, a fuel electrode (hereinafter, referred to as an anode) 1 is a pair of electrodes having conductivity.
An electrolyte plate 3 holding an electrolyte made of a mixed alkali carbonate is incorporated between the oxidizer electrode (hereinafter referred to as a cathode) 2 and the oxidizer electrode 2. The electrolyte plate 3 is melted at a high temperature, the fuel gas (H 2 , CO 2 ) is supplied to the anode 1 through the supply port 6 of the housing 4a, and the oxidant gas (air, CO 2 ) is supplied to the cathode 2 through the supply port 8 of the housing 4b.
2 ), a reaction of the following formula (1) occurs at the anode 1 and a reaction of the following formula (2) occurs at the cathode 2, and exhaust gas (CO 2 , H 2 O) is discharged from the exhaust port 7.
Exhaust gas (N 2 ) is exhausted from the exhaust port 9.

【0003】 H2 + CO3 2- → H2 O + CO2 + 2e- (1) 1/2O2 + CO2 + 2e- → CO3 2- (2) 一方、前記溶融炭酸塩型燃料電池に使用される電解質板
3は、基本的には、高温運転時に液体となる電解質の流
出を防止するための電解質保持粒子から構成された多孔
質体に、混合アルカリ炭酸塩からなる電解質を含浸させ
たものである。ここで、通常、アルカリ炭酸塩は、Li
2 CO3 、K2 CO3 およびNa2 CO3 の3種類のう
ちの2種類または3種類の混合塩の形で使用される。ま
た、電解質保持粒子としては、通常、一次粒子の平均粒
径がサブミクロン(例えば、0.05μm以上0.2μ
m以下)であるγ−LiAlO2 からなる微粉末が使用
される。
[0003] H 2 + CO 3 2- → H 2 O + CO 2 + 2e - (1) 1 / 2O 2 + CO 2 + 2e - → CO 3 2- (2) On the other hand, the molten carbonate fuel cell The electrolyte plate 3 is basically made by impregnating an electrolyte made of mixed alkali carbonate into a porous body composed of electrolyte holding particles for preventing the outflow of an electrolyte that becomes a liquid during high-temperature operation. It is a thing. Here, usually, the alkali carbonate is Li
It is used in the form of a mixed salt of two or three of the three types of 2 CO 3 , K 2 CO 3 and Na 2 CO 3 . Further, as the electrolyte holding particles, the average particle diameter of the primary particles is usually submicron (for example, 0.05 μm or more and 0.2 μm or less).
fine powder is used consisting of gamma-LiAlO 2 is m or less).

【0004】さらに、通常、電解質板3には、昇降温時
に電解質板3の割れ発生や潰れを防止するために補強剤
粒子または補強剤繊維が添加される。補強剤粒子として
は、平均粒径が数十ミクロン(例えば15μm)以上の
粗粒子が用いられ、補強繊維としてはアスペクト比(L
/D、L:繊維長、D:繊維径)が約100〜500の
ものが用いられる。
[0004] Usually, reinforcing particles or reinforcing fibers are added to the electrolyte plate 3 in order to prevent the occurrence and cracking of the electrolyte plate 3 when the temperature rises and falls. Coarse particles having an average particle size of several tens of microns (for example, 15 μm) or more are used as the reinforcing particles, and the reinforcing fibers have an aspect ratio (L).
/ D, L: fiber length, D: fiber diameter) of about 100 to 500 are used.

【0005】一方、アノード1およびカソード2は粒径
1〜30μmのニッケルベースアロイまたはニッケル粉
末を用いた多孔質焼結体である。電池の起電反応として
は、アノード1に水素を含む燃料ガスを、また、カソー
ド2に酸化剤ガスをそれぞれ反応ガスとして供給するこ
とによって、ガス拡散電極の多孔質体内における電解質
および反応ガスの反応サイト(三相界面)で生じ、これ
を一対の電極間から電気エネルギとしてとりだすことが
できる。
On the other hand, the anode 1 and the cathode 2 are porous sintered bodies using a nickel base alloy or nickel powder having a particle size of 1 to 30 μm. As for the electromotive reaction of the battery, a fuel gas containing hydrogen is supplied to the anode 1 and an oxidant gas is supplied to the cathode 2 as a reaction gas, whereby the reaction between the electrolyte and the reaction gas in the porous body of the gas diffusion electrode is performed. It occurs at a site (three-phase interface) and can be extracted as electric energy from between a pair of electrodes.

【0006】ところで、この種の溶融炭酸塩型燃料電池
において、電解質板3は、炭酸イオン(CO3 2-)の移
動は媒介するが、電子伝導に対しては絶縁体でなければ
ならない。さらに、燃料ガスと酸化剤ガスが直接反応し
ないためのガス障壁層としての機能も持っている。しか
し、従来の溶融炭酸塩型燃料電池においては以下の二つ
の問題点がある。第一の問題点は、電解質保持粒子であ
るセラミック粉末からなる多孔質体シート(以下、電解
質保持層という)の細孔構造が電解質が保持できない孔
(以下、粗孔という)になり、十分電解質を保持できな
くなることによって、ガス障壁層として機能しなくな
り、アノード1側の水素とカソード2側の酸素が直接電
界質内で反応して、水が発生することである。これをガ
スクロスオーバーである。第二の問題点は、電池運転中
にカソード2のニッケルが電解質中に溶出し、電解質板
3中に析出することにより、アノード1とカソード2間
でニッケル短絡が発生することである。前記二つの問題
点が溶融炭酸塩型燃料電池の最大の寿命制約要因となっ
ていた。
In this type of molten carbonate fuel cell, the electrolyte plate 3 mediates the movement of carbonate ions (CO 3 2− ), but must be an insulator for electron conduction. Further, it also has a function as a gas barrier layer for preventing the fuel gas and the oxidizing gas from reacting directly. However, the conventional molten carbonate fuel cell has the following two problems. The first problem is that the pore structure of a porous sheet (hereinafter, referred to as an electrolyte retaining layer) made of ceramic powder, which is an electrolyte retaining particle, becomes pores that cannot retain an electrolyte (hereinafter, referred to as coarse pores), and a sufficient amount of electrolyte can be obtained. Cannot function as a gas barrier layer, and hydrogen on the anode 1 side and oxygen on the cathode 2 side react directly in the electrolyte to generate water. This is a gas crossover. The second problem is that nickel in the cathode 2 elutes into the electrolyte during the operation of the battery and precipitates in the electrolyte plate 3, thereby causing a nickel short circuit between the anode 1 and the cathode 2. The above two problems have been the greatest life limiting factor of the molten carbonate fuel cell.

【0007】このニッケル短絡は、電解質保持層の細孔
の粗大化と密接に関係している。すなわち、電解質保持
層の細孔が粗大化すると、まず、カソードの酸化ニッケ
ル粒子が粒子状態で電解質板3中に拡散侵入しはじめ
る。さらに、細孔の粗大化が進むと、粗孔が発生し、粗
孔を通って電解質板3内部に燃料ガスが侵入するように
なり、電解質中に溶けだしたカソード2のニッケルイオ
ンが電解質板中で還元されて析出するようになる。この
ようにして電解質板中のニッケル量が増してくると、析
出ニッケルがアノード1からカソード2まで連結し、ニ
ッケル短絡が発生する。
This nickel short circuit is closely related to the coarsening of the pores of the electrolyte holding layer. That is, when the pores of the electrolyte holding layer become coarse, first, nickel oxide particles of the cathode begin to diffuse and invade into the electrolyte plate 3 in a particle state. Furthermore, as the pores become coarser, coarse pores are generated, fuel gas enters the inside of the electrolyte plate 3 through the coarse holes, and nickel ions of the cathode 2 dissolved in the electrolyte are deposited in the electrolyte plate. To be precipitated. When the amount of nickel in the electrolyte plate increases in this way, the precipitated nickel is connected from the anode 1 to the cathode 2 and a nickel short circuit occurs.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の溶融炭酸塩型燃料電池においては、電解質保持粒子の
粒成長に伴う電解質保持層の細孔の粗大化により、電解
質板中にニッケルが析出し、ニッケル短絡が発生する問
題があった。本発明は、このような課題を解決するため
になされたもので、電解質板中へのニッケルの析出を防
ぎ、ニッケル短絡の発生を抑制することにより、長寿命
の溶融炭酸塩型燃料電池を提供することを目的とする。
As described above, in the conventional molten carbonate fuel cell, nickel is contained in the electrolyte plate due to coarsening of the pores of the electrolyte retention layer accompanying the grain growth of the electrolyte retention particles. There was a problem of precipitation and nickel short circuit. The present invention has been made to solve such problems, and provides a long-life molten carbonate fuel cell by preventing the deposition of nickel in an electrolyte plate and suppressing the occurrence of a nickel short circuit. The purpose is to do.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】第1の発明は、導電性を
有する第1の粉末により形成される多孔質体からなる燃
料極と、導電性を有する第2の粉末により形成される多
孔質体からなる酸化剤極と、前記燃料極に燃料ガスを供
給するための燃料ガス供給装置と、前記酸化剤極に酸化
剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給装置と、前記燃
料極および前記酸化剤極の間に配置され、α−リチウム
アルミネートを主体とし、平均細孔直径が第2の粉末の
平均粒径より小さい電解質保持層を有する電解質板とを
備えることを特徴とする溶融炭酸塩型燃料電池である。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a fuel electrode comprising a porous body formed of a first powder having conductivity, and a porous electrode formed of a second powder having conductivity. An oxidant electrode comprising a body, a fuel gas supply device for supplying a fuel gas to the fuel electrode, an oxidant gas supply device for supplying an oxidant gas to the oxidant electrode, the fuel electrode and the fuel electrode; A molten carbonic acid, comprising an electrolyte plate disposed between the oxidizer electrodes and having an electrolyte holding layer mainly composed of α-lithium aluminate and having an average pore diameter smaller than the average particle diameter of the second powder. It is a salt type fuel cell.

【0010】第2の発明は、複数の電解質保持層を積層
した電解質板を備え、少なくとも一層は前記α−リチウ
ムアルミネートを主体とした電解質保持層を有すること
を特徴とする第1の発明に記載の溶融炭酸塩型燃料電池
である。
A second aspect of the present invention is directed to the first aspect, comprising an electrolyte plate on which a plurality of electrolyte holding layers are laminated, wherein at least one layer has an electrolyte holding layer mainly composed of α-lithium aluminate. It is a molten carbonate type fuel cell of the description.

【0011】第3の発明は、前記燃料極に接する電解質
保持層の平均細孔直径が他の電解質保持層の平均細孔直
径に比べて大きいことを特徴とする第2の発明に記載の
溶融炭酸塩型燃料電池である。
[0011] In a third aspect of the present invention, the average pore diameter of the electrolyte retaining layer in contact with the fuel electrode is larger than the average pore diameter of the other electrolyte retaining layers. It is a carbonate fuel cell.

【0012】すなわち、本発明の例として、電解質保持
層を3層積層して電解質板を構成し、中央の1枚にα−
リチウムアルミネートを主体とした電解質保持粒子から
構成されている電解質保持層を用いたときのユニットセ
ル起電部の断面概略図を図1に示す。
That is, as an example of the present invention, an electrolyte plate is formed by laminating three electrolyte holding layers, and α-
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a unit cell electromotive section when an electrolyte holding layer composed of electrolyte holding particles mainly composed of lithium aluminate is used.

【0013】本発明者らは、α−リチウムアルミネート
が従来のγ−リチウムアルミネートに比べ、溶融炭酸型
燃料電池の運転雰囲気で極めて安定であり、電池運転中
に粒子形態がほとんど変化しないことを見いだした。さ
らに、このα−リチウムアルミネートを主体にした電解
質保持粒子を用いて電解質保持層を構成すると、その細
孔分布もほとんど変化しない。従って、このα−リチウ
ムアルミネート電解質保持層の平均細孔直径が酸化剤極
の酸化ニッケル粉末の平均粒径より小さくなるように作
成し、電解質板3の積層体に用いると(例えば図1の3
aの位置)、このα−リチウムアルミネート電解質保持
層は長時間の発電の間も酸化剤極2の酸化ニッケル粒子
の粒径よりも細かな細孔径を維持するため、酸化ニッケ
ル(NiO)粒子51はこのα−リチウムアルミネート
電解質保持層より燃料極1側に拡散することができな
い。さらに、このα−リチウムアルミネート電解質保持
層は粗孔を生じないので燃料ガスの電解質板3中への侵
入も抑制でき、それより酸化剤極2側でのニッケルイオ
ンの還元された還元析出ニッケルNi50もない。従っ
て、ニッケルが燃料極1から酸化剤極2まで連結するこ
とがなく、ニッケル短絡を抑制できる。
The present inventors have found that α-lithium aluminate is much more stable in the operating atmosphere of a molten carbonic acid fuel cell than conventional γ-lithium aluminate, and that the particle morphology hardly changes during battery operation. Was found. Further, when the electrolyte holding layer is formed using the electrolyte holding particles mainly composed of α-lithium aluminate, the pore distribution hardly changes. Therefore, when the α-lithium aluminate electrolyte holding layer is formed so that the average pore diameter is smaller than the average particle diameter of the nickel oxide powder of the oxidizing agent electrode, and used for the laminate of the electrolyte plate 3 (for example, FIG. 3
a), the α-lithium aluminate electrolyte holding layer maintains a fine pore diameter smaller than the particle diameter of the nickel oxide particles of the oxidant electrode 2 even during a long-time power generation, so that the nickel oxide (NiO) particles No. 51 cannot diffuse from the α-lithium aluminate electrolyte holding layer to the fuel electrode 1 side. Further, since the .alpha.-lithium aluminate electrolyte holding layer does not form coarse pores, it is possible to suppress the penetration of the fuel gas into the electrolyte plate 3, thereby reducing the nickel ions on the oxidant electrode 2 side. There is no Ni50 either. Therefore, nickel is not connected from the fuel electrode 1 to the oxidant electrode 2, and nickel short circuit can be suppressed.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、本発明の第1の実施形態に
ついて詳細に説明する。図2は、複数のユニットセルを
積層した構造を有する溶融炭酸塩型燃料電池の一部を示
す断面図である。電解質板3は、アノード1とカソード
2の間に配置されている。前記電解質板3は、多孔質体
に少なくともリチウム炭酸塩などの炭酸塩を含む電解質
を含浸させることによって形成されている。前記電解質
板3、前記アノード1および前記カソード2によりユニ
ットセルが構成されている。波板形状のアノード側、カ
ソード側の集電板15、16は、前記アノード1及び前
記カソード2の前記電解質板3と反対側の面にそれぞれ
配置されている。燃料ガスは前記アノード1と前記集電
板15とで形成された流路17を通る。酸化剤ガスは、
前記カソード2と前記集電板16とで形成された流路1
8を流通する。セパレータ19は、積層された複数の前
記ユニットセルの間には配置され、それらユニットセル
の仕切りとして機能する。前記セパレータ19は、前記
各流路17、18を分離するためのインターコネクタ1
0と、前記電解質板3の周縁部を挟むように配置された
2枚のエッジシール板11、12とから構成されてい
る。前記エッジシール板11、12は、前記電解質板の
周縁部と接してウェットシールを形成し、前記ユニット
セルの発電部を外部雰囲気からシールドする役目をなし
ている。また、前記エッジシール板11、12は、それ
ぞれ前記電解質板3の周縁部の挟持部においてスプリン
グ部材13、14により、通常、5kg/cm2 以下の
面圧が両側から加えられることにより、前記ウェットシ
ールの性能が確保される。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described in detail. FIG. 2 is a sectional view showing a part of a molten carbonate fuel cell having a structure in which a plurality of unit cells are stacked. The electrolyte plate 3 is disposed between the anode 1 and the cathode 2. The electrolyte plate 3 is formed by impregnating a porous body with an electrolyte containing at least a carbonate such as a lithium carbonate. The electrolyte plate 3, the anode 1, and the cathode 2 constitute a unit cell. The corrugated anode-side and cathode-side current collectors 15 and 16 are arranged on the surfaces of the anode 1 and the cathode 2 opposite to the electrolyte plate 3, respectively. The fuel gas passes through a flow path 17 formed by the anode 1 and the current collector 15. The oxidizing gas is
The flow path 1 formed by the cathode 2 and the current collecting plate 16
8 is distributed. The separator 19 is arranged between the stacked unit cells, and functions as a partition for the unit cells. The separator 19 is an interconnector 1 for separating the flow paths 17 and 18.
0 and two edge seal plates 11 and 12 arranged so as to sandwich the peripheral edge of the electrolyte plate 3. The edge seal plates 11 and 12 form a wet seal in contact with the periphery of the electrolyte plate, and serve to shield the power generation unit of the unit cell from an external atmosphere. In addition, the edge seal plates 11 and 12 are generally applied with a surface pressure of 5 kg / cm 2 or less from both sides by spring members 13 and 14 at a sandwiching portion of a peripheral portion of the electrolyte plate 3, so that the wetness is reduced. The performance of the seal is ensured.

【0015】前記電解質板3は、例えば、リチウムアル
ミネートを主成分とする電解質保持層に電解質を溶融状
態で含浸した構成を有する。前記電解液としては、例え
ば、炭酸リチウムと炭酸カリウムの混合物、炭酸リチウ
ムと炭酸ナトリウムの混合物、炭酸リチウムと炭酸カリ
ウムと炭酸ナトリウムの混合物などの混合アルカリ炭酸
塩を挙げることができる。前記電解液は、前記混合アル
カリ炭酸塩にさらにアルカリ土類炭酸塩を添加した組成
を有することを許容する。
The electrolyte plate 3 has, for example, a structure in which an electrolyte is impregnated in a molten state in an electrolyte holding layer mainly composed of lithium aluminate. Examples of the electrolyte include a mixed alkali carbonate such as a mixture of lithium carbonate and potassium carbonate, a mixture of lithium carbonate and sodium carbonate, and a mixture of lithium carbonate, potassium carbonate and sodium carbonate. The electrolytic solution is allowed to have a composition obtained by further adding an alkaline earth carbonate to the mixed alkali carbonate.

【0016】前記電解質保持層は、通常、緻密で均一な
多孔質体シートを得るためにドクターブレード法で製造
されるため、製造上、1枚の電解質保持層の厚さに限界
がある。従って、ガス障壁性やニッケル短絡の観点から
ある程度の厚さが必要な前記電解質板3は、通常、複数
の前記電解質保持層を積層して構成される。
Since the electrolyte holding layer is usually manufactured by a doctor blade method in order to obtain a dense and uniform porous sheet, the thickness of one electrolyte holding layer is limited in manufacturing. Therefore, the electrolyte plate 3 requiring a certain thickness from the viewpoint of gas barrier properties and nickel short-circuit is usually formed by laminating a plurality of the electrolyte holding layers.

【0017】前記アノード1は、例えばニッケル若しく
はニッケル基合金などの導電性粉末の焼結体のような多
孔質体から形成される。前記カソード2は、例えばニッ
ケルやニッケル基合金の酸化物及びそのリチウム化物、
若しくはリチウムコバルテートやリチウムフェライト等
の導電性粉末の焼結体のような多孔質体から形成され
る。なお、ニッケルやニッケル基合金の酸化物は通常電
池内で電解質によりリチウム化されて高い導電性を示す
ようになる。
The anode 1 is formed of a porous material such as a sintered body of a conductive powder such as nickel or a nickel-based alloy. The cathode 2 is made of, for example, an oxide of nickel or a nickel-based alloy and a lithium compound thereof,
Alternatively, it is formed from a porous body such as a sintered body of a conductive powder such as lithium cobaltate or lithium ferrite. Note that an oxide of nickel or a nickel-based alloy is usually lithiated by an electrolyte in a battery and exhibits high conductivity.

【0018】本発明においては、前記電解質板3を構成
する複数層の電解質保持層のうち、少なくとも1層は電
解質保持粒子としてα−リチウムアルミネートを主体と
して用い、かつその平均細孔直径が、前記カソード2を
構成する導電性粉末の平均粒径より小さい。なお、電解
質保持層の少なくとも90wt%以上はα−リチウムア
ルミネートであることが好ましく、95wt%以上がα
−リチウムアルミネートであることがより好ましい。残
部はほぼγ−リチウムアルミネートとなるが、γ型等の
異結晶形が多くなると、それが相変化に伴う粒子の凝集
・粒成長の中心となり、多孔質体の微細構造の変化が加
速されるからである。本発明の例として、3層の電解質
保持層を積層して電解質板を構成し、中央の1枚にα−
リチウムアルミネートを保持材とする電解質保持層を用
いたときのユニットセル起電部の断面概略図を図1に示
す。
In the present invention, at least one of the plurality of electrolyte holding layers constituting the electrolyte plate 3 mainly uses α-lithium aluminate as electrolyte holding particles and has an average pore diameter of: The conductive powder constituting the cathode 2 is smaller than the average particle diameter. Preferably, at least 90 wt% or more of the electrolyte holding layer is α-lithium aluminate, and 95 wt% or more is α-lithium aluminate.
-More preferably, it is lithium aluminate. The remainder is almost γ-lithium aluminate, but when the number of heterocrystalline forms such as γ-type increases, it becomes the center of agglomeration and grain growth of the particles accompanying the phase change, and the change of the microstructure of the porous body is accelerated. This is because that. As an example of the present invention, an electrolyte plate is formed by laminating three electrolyte holding layers, and α-
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a unit cell electromotive section when an electrolyte holding layer using lithium aluminate as a holding material is used.

【0019】本発明者らは、α−リチウムアルミネート
が従来のγ−リチウムアルミネートに比べ、溶融炭酸型
燃料電池の運転雰囲気で極めて安定であり、電池運転中
に粒子形態がほとんど変化しないことを見いだした。さ
らに、このα−リチウムアルミネートを主体として電解
質保持粒子に用いた電解質保持層を構成すると、その細
孔分布もほとんど変化しない。従って、α−リチウムア
ルミネート電解質保持層の平均細孔直径がカソード2の
酸化ニッケル粉末の平均粒径より小さい電解質保持層を
作成し、電解質板の積層体に用いると(例えば図1の3
aの位置)、このα−リチウムアルミネート電解質保持
層3aは長時間の発電の間もカソード2の酸化ニッケル
粒子の粒径よりも細かな細孔径を維持するため、酸化ニ
ッケル粒子はこのα−リチウムアルミネート電解質保持
層3aよりアノード1側に拡散することができない。さ
らに、このα−リチウムアルミネート電解質保持層3a
は粗孔を生じないので燃料ガスの電解質板中への侵入も
抑制でき、このα−リチウムアルミネート電解質保持層
3aよりカソード2側でのニッケルイオンの還元析出も
ない。従って、ニッケルがアノード1からカソード2ま
で連結することがなく、ニッケル短絡を抑制できる。
The present inventors have found that α-lithium aluminate is extremely stable in the operating atmosphere of a molten carbonic acid fuel cell compared to conventional γ-lithium aluminate, and that the particle morphology hardly changes during battery operation. Was found. Further, when an electrolyte holding layer mainly composed of α-lithium aluminate is used for the electrolyte holding particles, the pore distribution hardly changes. Therefore, when an electrolyte holding layer in which the average pore diameter of the α-lithium aluminate electrolyte holding layer is smaller than the average particle diameter of the nickel oxide powder of the cathode 2 is prepared and used for a laminate of electrolyte plates (for example, 3 in FIG. 1)
a position), the α-lithium aluminate electrolyte holding layer 3 a maintains a fine pore diameter smaller than the particle diameter of the nickel oxide particles of the cathode 2 even during long-time power generation. It cannot diffuse to the anode 1 side from the lithium aluminate electrolyte holding layer 3a. Further, the α-lithium aluminate electrolyte holding layer 3a
Since no coarse pores are formed, penetration of the fuel gas into the electrolyte plate can be suppressed, and there is no reduction precipitation of nickel ions on the cathode 2 side from the α-lithium aluminate electrolyte holding layer 3a. Therefore, nickel is not connected from the anode 1 to the cathode 2, and a nickel short circuit can be suppressed.

【0020】電解質保持層の平均細孔直径は、電解質保
持粒子の粒子径やドクターブレード法の際のバインダ量
をコントロールすることによって制御される。以下に、
前記α−リチウムアルミネート電解質保持層の製造方法
について説明する。まず、α−リチウムアルミネート電
解質保持粒子および有機バインダ、可塑剤を有機溶媒の
存在下で混合して、スラリーを調整する。
The average pore diameter of the electrolyte holding layer is controlled by controlling the particle diameter of the electrolyte holding particles and the amount of binder in the doctor blade method. less than,
A method for producing the α-lithium aluminate electrolyte holding layer will be described. First, the slurry is prepared by mixing the α-lithium aluminate electrolyte holding particles, the organic binder, and the plasticizer in the presence of an organic solvent.

【0021】ここで、α−リチウムアルミネート粒子の
平均粒径は、0.2〜0.6μmであることが望まし
い。0.2μmより粒径が小さいと粒子同士の凝集・粒
成長を生じやすい。0.6μmより大きいと電解質保持
層の細孔径が大きくなり、電解質の保持性が悪くなる。
電解質保持層の強度を増すために電解質保持層粉末に補
強材としてアルミナ、リチウムアルミネート、ジルコニ
ア、リチウム化ジルコニアなどの粗粒子および繊維など
を添加することが好ましい。補強材粗粒子の平均粒径と
しては5〜50μmであることが好ましい。補強材繊維
としては繊維径1〜20μm、繊維長5〜3000μm
であることが好ましい。
Here, the average particle size of the α-lithium aluminate particles is desirably 0.2 to 0.6 μm. When the particle size is smaller than 0.2 μm, aggregation and particle growth of the particles tend to occur. If it is larger than 0.6 μm, the pore size of the electrolyte holding layer becomes large, and the holding ability of the electrolyte is deteriorated.
In order to increase the strength of the electrolyte holding layer, it is preferable to add coarse particles and fibers such as alumina, lithium aluminate, zirconia, and lithiated zirconia as reinforcing materials to the electrolyte holding layer powder. The average particle size of the reinforcing material coarse particles is preferably 5 to 50 μm. Fiber diameter 1-20 μm, fiber length 5-3000 μm as reinforcement fiber
It is preferred that

【0022】また、有機バインダとしては、例えばポリ
ビニルブチラール、アクリル樹脂などを挙げることがで
きる。前記可塑剤としては例えばフタル酸ジ−n−ブチ
ルなどをあげることができる。バインダ量は、保持材と
補強材の重量の約40%であることが望ましい。
Examples of the organic binder include polyvinyl butyral and acrylic resin. Examples of the plasticizer include di-n-butyl phthalate. Desirably, the binder amount is about 40% of the weight of the holding material and the reinforcing material.

【0023】さらに、前記有機溶媒としては、例えばエ
チルアルコール、n−ブタノール、メチルエチルケトン
などが挙げられる。次に前記スラリーをキャリアフィル
ムを用いたドクターブレード法によりシート成形し、乾
燥する。この場合、出発原料、成形条件などを制御する
ことにより所定のシートが作成される。引き続き、前記
シートをキャリアフィルムから剥離し、燃料電池のセル
寸法に合わせて切断する。
Further, examples of the organic solvent include ethyl alcohol, n-butanol, methyl ethyl ketone and the like. Next, the slurry is formed into a sheet by a doctor blade method using a carrier film, and dried. In this case, a predetermined sheet is created by controlling starting materials, molding conditions, and the like. Subsequently, the sheet is peeled from the carrier film, and cut in accordance with the cell dimensions of the fuel cell.

【0024】α−リチウムアルミネート電解質保持層の
一層の厚さとしては、50μm以上であることが望まし
い。50μm未満であると、ニッケル障壁層としての効
果が低くなるからである。
The thickness of the α-lithium aluminate electrolyte holding layer is desirably 50 μm or more. If the thickness is less than 50 μm, the effect as a nickel barrier layer is reduced.

【0025】以下、本発明の実施例を詳細に説明する。 (実施例1)まず、平均粒径0.4μmのα−リチウム
アルミネート電解質保持粒子と平均粒径30μmのα−
リチウムアルミネート補強材粗粒子を70:30の体積
比でアルミナポットに入れ、エタノール、ポリビニルブ
チラール、フタル酸ジブチルと共に20時間湿式混合し
てスラリーを調整した。つづいて、前記スラリーをキャ
リアシート上に展開し、厚さ0.4mmのグリーンシー
トを成形した。この後、前記グリーンシートを大気中で
脱脂して、α−リチウムアルミネート電解質保持層を作
成した。この電解質保持層の平均細孔直径を水銀圧入法
で測定したところ、約0.4μmであった。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. Example 1 First, α-lithium aluminate electrolyte holding particles having an average particle diameter of 0.4 μm and α-lithium aluminate having an average particle diameter of 30 μm were used.
The lithium aluminate reinforcing material coarse particles were put in an alumina pot at a volume ratio of 70:30, and wet-mixed with ethanol, polyvinyl butyral, and dibutyl phthalate for 20 hours to prepare a slurry. Subsequently, the slurry was spread on a carrier sheet to form a green sheet having a thickness of 0.4 mm. Thereafter, the green sheet was degreased in the air to form an α-lithium aluminate electrolyte holding layer. When the average pore diameter of the electrolyte retaining layer was measured by a mercury intrusion method, it was about 0.4 μm.

【0026】次に、上記のようにして得られたα−リチ
ウムアルミネート電解質保持層を3層積層し、電解質と
しての混合アルカリ炭酸塩(Li2 CO3 :62mol
%、K2 CO3 :38mol%)を550℃まで昇温し
てこの電解質保持層に溶融含浸することにより、厚さ
1.2mmの電解質板を作成した。
Next, three layers of the α-lithium aluminate electrolyte holding layer obtained as described above are laminated, and a mixed alkali carbonate (Li 2 CO 3 : 62 mol) is used as an electrolyte.
%, K 2 CO 3 : 38 mol%) was heated to 550 ° C. and melt-impregnated into the electrolyte holding layer to prepare an electrolyte plate having a thickness of 1.2 mm.

【0027】このようにして得られた電解質板を、あら
かじめ混合アルカリ炭酸塩からなる電解質を含浸させた
アノードと、平均粒径0.8μmの酸化ニッケル粉末か
らなる無含浸のカソードとの間に配置し、ステンレス鋼
からなるセパレータ19、エッジシール板11、12、
波板形状の集電板15、16を用いて前述した図1、図
2に示す溶融炭酸塩型燃料電池を組み立てた。
The electrolyte plate thus obtained is placed between an anode previously impregnated with an electrolyte composed of a mixed alkali carbonate and a non-impregnated cathode composed of nickel oxide powder having an average particle size of 0.8 μm. And a separator 19 made of stainless steel, edge seal plates 11 and 12,
The above-described molten carbonate fuel cell shown in FIGS. 1 and 2 was assembled using the corrugated collector plates 15 and 16.

【0028】(実施例2)まず、実施例1とて平均細孔
直径0.4μmのα−リチウムアルミネート電解質保持
層を作成した。次に、実施例1のα−リチウムアルミネ
ート電解質保持層と同様にして、平均粒径0.4μmの
γ−リチウムアルミネート電解質保持粒子と平均粒径3
0μmのγ−リチウムアルミネート補強材粗粒子を用い
て、平均細孔直径約0.4μm、厚さ0.4mmのγ−
リチウムアルミネート電解質保持層を作成した。
Example 2 First, as in Example 1, an α-lithium aluminate electrolyte holding layer having an average pore diameter of 0.4 μm was prepared. Next, similarly to the α-lithium aluminate electrolyte holding layer of Example 1, γ-lithium aluminate electrolyte holding particles having an average particle diameter of 0.4 μm and an average particle diameter of 3 μm were used.
Using γ-lithium aluminate reinforcing material coarse particles of 0 μm, γ-lithium particles having an average pore diameter of about 0.4 μm and a thickness of 0.4 mm are used.
A lithium aluminate electrolyte holding layer was formed.

【0029】上記のようにして得られたα−リチウムア
ルミネート電解質保持層1層をカソード側に、γ−リチ
ウムアルミネート電解質保持層2層をアノード側に、計
3層積層し、電解質としての混合アルカリ炭酸塩(Li
2 CO3 :62mol%、K2 CO3 :38mol%)
を550℃まで昇温してこの電解質保持層に溶融含浸す
ることにより、厚さ1.2mmの電解質板を作成した。
The α-lithium aluminate electrolyte holding layer thus obtained was laminated on the cathode side, and the γ-lithium aluminate electrolyte holding layer was laminated on the anode side, for a total of three layers. Mixed alkali carbonate (Li
2 CO 3 : 62 mol%, K 2 CO 3 : 38 mol%)
Was heated to 550 ° C., and the electrolyte holding layer was melt-impregnated to prepare an electrolyte plate having a thickness of 1.2 mm.

【0030】以上のようにして得られた電解質板を、あ
らかじめ混合アルカリ炭酸塩からなる電解質を含浸させ
たアノードと、平均粒径0.8μmの酸化ニッケル粉末
からなる無含浸のカソードとの間に配置し、ステンレス
鋼からなるセパレータ19、エッジシール板11、1
2、波板形状の集電板15、16を用いて前述した図
1、図2に示す溶融炭酸塩型燃料電池を組み立てた。
The electrolyte plate obtained as described above was placed between an anode previously impregnated with an electrolyte composed of a mixed alkali carbonate and a non-impregnated cathode composed of nickel oxide powder having an average particle diameter of 0.8 μm. A separator 19 made of stainless steel and an edge seal plate 11, 1
2. The molten carbonate fuel cell shown in FIGS. 1 and 2 was assembled using the corrugated collector plates 15 and 16.

【0031】(実施例3)実施例2と同様な方法で平均
細孔直径0.4μmのα−リチウムアルミネート電解質
保持層と平均細孔直径0.4μmのγ−リチウムアルミ
ネート電解質保持層とを作成した。
Example 3 An α-lithium aluminate electrolyte holding layer having an average pore diameter of 0.4 μm and a γ-lithium aluminate electrolyte holding layer having an average pore diameter of 0.4 μm were prepared in the same manner as in Example 2. It was created.

【0032】上記のようにして得られたα−リチウムア
ルミネート電解質保持層1層をγ−リチウムアルミネー
ト電解質保持層2層の間に配置し計3層積層し、電解質
としての混合アルカリ炭酸塩(Li2 CO3 :62mo
l%、K2 CO3 :38mol%)を550℃まで昇温
してこの電解質保持層に溶融含浸することにより、厚さ
1.2mmの電解質板を作成した。
One layer of the α-lithium aluminate electrolyte holding layer obtained as described above is disposed between two layers of the γ-lithium aluminate electrolyte holding layer, and a total of three layers are laminated. (Li 2 CO 3 : 62mo
(1%, K 2 CO 3 : 38 mol%) was heated to 550 ° C. and melt-impregnated into the electrolyte holding layer to prepare an electrolyte plate having a thickness of 1.2 mm.

【0033】以上のようにして得られた電解質板を、あ
らかじめ混合アルカリ炭酸塩からなる電解質を含浸させ
たアノードと、平均粒径0.8μmの酸化ニッケル粉末
からなる無含浸のカソードとの間に配置し、ステンレス
鋼からなるセパレータ19、エッジシール板11、1
2、波板形状の集電板15、16を用いて前述した図
1、図2に示す溶融炭酸塩型燃料電池を組み立てた。
The electrolyte plate obtained as described above was placed between an anode previously impregnated with an electrolyte composed of a mixed alkali carbonate and a non-impregnated cathode composed of nickel oxide powder having an average particle size of 0.8 μm. A separator 19 made of stainless steel and an edge seal plate 11, 1
2. The molten carbonate fuel cell shown in FIGS. 1 and 2 was assembled using the corrugated collector plates 15 and 16.

【0034】(実施例4)実施例2と同様な方法で平均
細孔直径0.4μmのα−リチウムアルミネート電解質
保持層と平均細孔直径0.4μmのγ−リチウムアルミ
ネート電解質保持層とを作成した。
Example 4 An α-lithium aluminate electrolyte holding layer having an average pore diameter of 0.4 μm and a γ-lithium aluminate electrolyte holding layer having an average pore diameter of 0.4 μm were prepared in the same manner as in Example 2. It was created.

【0035】上記のようにして得られたα−リチウムア
ルミネート電解質保持層1層をアノード側に、γ−リチ
ウムアルミネート電解質保持層2層をカソード側に、計
3層積層し、電解質としての混合アルカリ炭酸塩(Li
2 CO3 :62mol%、K2 CO3 :38mol%)
を550℃まで昇温してこの電解質保持層に溶融含浸す
ることにより、厚さ1.2mmの電解質板を作成した。
One layer of the α-lithium aluminate electrolyte holding layer obtained as described above was laminated on the anode side, and two layers of the γ-lithium aluminate electrolyte holding layer were stacked on the cathode side, for a total of three layers. Mixed alkali carbonate (Li
2 CO 3 : 62 mol%, K 2 CO 3 : 38 mol%)
Was heated to 550 ° C., and the electrolyte holding layer was melt-impregnated to prepare an electrolyte plate having a thickness of 1.2 mm.

【0036】以上のようにして得られた電解質板を、あ
らかじめ混合アルカリ炭酸塩からなる電解質を含浸させ
たアノードと、平均粒径0.8μmの酸化ニッケル粉末
からなる無含浸のカソードとの間に配置し、ステンレス
鋼からなるセパレータ19、エッジシール板11、1
2、波板形状の集電板15、16を用いて前述した図
1、図2に示す溶融炭酸塩型燃料電池を組み立てた。
The electrolyte plate obtained as described above is placed between an anode previously impregnated with an electrolyte composed of a mixed alkali carbonate and a non-impregnated cathode composed of nickel oxide powder having an average particle size of 0.8 μm. A separator 19 made of stainless steel and an edge seal plate 11, 1
2. The molten carbonate fuel cell shown in FIGS. 1 and 2 was assembled using the corrugated collector plates 15 and 16.

【0037】(実施例5)実施例2と同様な方法で平均
細孔直径0.4μmのα−リチウムアルミネート電解質
保持層と平均細孔直径0.4μmのγ−リチウムアルミ
ネート電解質保持層とを作成した。
Example 5 An α-lithium aluminate electrolyte holding layer having an average pore diameter of 0.4 μm and a γ-lithium aluminate electrolyte holding layer having an average pore diameter of 0.4 μm were prepared in the same manner as in Example 2. It was created.

【0038】上記のようにして得られたγ−リチウムア
ルミネート電解質保持層1層を、2層のα−リチウムア
ルミネート電解質保持層の間に配置し計3層積層し、電
解質としての混合アルカリ炭酸塩(Li2 CO3 :62
mol%、K2 CO3 :38mol%)を550℃まで
昇温してこの電解質保持層に溶融含浸することにより、
厚さ1.2mmの電解質板を作成した。
One layer of the γ-lithium aluminate electrolyte holding layer obtained as described above is arranged between two α-lithium aluminate electrolyte holding layers, and a total of three layers are laminated. Carbonate (Li 2 CO 3 : 62
mol%, K 2 CO 3 : 38 mol%) by raising the temperature to 550 ° C. and impregnating the electrolyte holding layer by melting.
An electrolyte plate having a thickness of 1.2 mm was prepared.

【0039】以上のようにして得られた電解質板を、あ
らかじめ混合アルカリ炭酸塩からなる電解質を含浸させ
たアノードと、平均粒径0.8μmの酸化ニッケル粉末
からなる無含浸のカソードとの間に配置し、ステンレス
鋼からなるセパレータ19、エッジシール板11、1
2、波板形状の集電板15、16を用いて前述した図
1、図2に示す溶融炭酸塩型燃料電池を組み立てた。
The electrolyte plate obtained as described above was placed between an anode previously impregnated with an electrolyte composed of a mixed alkali carbonate and a non-impregnated cathode composed of nickel oxide powder having an average particle size of 0.8 μm. A separator 19 made of stainless steel and an edge seal plate 11, 1
2. The molten carbonate fuel cell shown in FIGS. 1 and 2 was assembled using the corrugated collector plates 15 and 16.

【0040】(比較例1)実施例2と同様な方法で平均
細孔直径0.4μmのγ−リチウムアルミネート電解質
保持層を作成した。上記のようにして得られたγ−リチ
ウムアルミネート電解質保持層を3層積層し、電解質と
しての混合アルカリ炭酸塩(Li2 CO3 :62mol
%、K2 CO3 :38mol%)を550℃まで昇温し
てこの電解質保持層に溶融含浸することにより、厚さ
1.2mmの電解質板を作成した。
Comparative Example 1 A γ-lithium aluminate electrolyte holding layer having an average pore diameter of 0.4 μm was prepared in the same manner as in Example 2. Three layers of the γ-lithium aluminate electrolyte holding layer obtained as described above are laminated, and a mixed alkali carbonate (Li 2 CO 3 : 62 mol) as an electrolyte
%, K 2 CO 3 : 38 mol%) was heated to 550 ° C. and melt-impregnated into the electrolyte holding layer to prepare an electrolyte plate having a thickness of 1.2 mm.

【0041】以上のようにして得られた電解質板を、あ
らかじめ混合アルカリ炭酸塩からなる電解質を含浸させ
たアノードと、平均粒径0.8μmの酸化ニッケル粉末
からなる無含浸のカソードとの間に配置し、ステンレス
鋼からなるセパレータ19、エッジシール板11、1
2、波板形状の集電板15、16を用いて前述した図
1、図2に示す溶融炭酸塩型燃料電池を組み立てた。
The electrolyte plate obtained as described above was placed between an anode previously impregnated with an electrolyte composed of a mixed alkali carbonate and a non-impregnated cathode composed of nickel oxide powder having an average particle diameter of 0.8 μm. A separator 19 made of stainless steel and an edge seal plate 11, 1
2. The molten carbonate fuel cell shown in FIGS. 1 and 2 was assembled using the corrugated collector plates 15 and 16.

【0042】(比較例2)まず、平均粒径0.6μmの
α−リチウムアルミネート電解質保持粒子と平均粒径3
0μmのα−リチウムアルミネート補強材粗粒子を7
0:30の体積比でアルミナポットに入れ、エタノー
ル、ポリビニルブチラール、フタル酸ジブチルと共に2
0時間湿式混合してスラリーを調整した。続いて、前記
スラリーをキャリヤシート上に展開し、厚さ0.4mm
のグリーンシートを成形した。この後、前記グリーンシ
ートを大気中で脱脂してα−リチウムアルミネート電解
質保持層を作成した。この電解質保持層の平均細孔直径
を水銀圧入法で測定したところ、約1μmであった。
Comparative Example 2 First, α-lithium aluminate electrolyte holding particles having an average particle diameter of 0.6 μm and an average particle diameter of 3 μm
0 μm α-lithium aluminate reinforcing material coarse particles
Put in an alumina pot at a volume ratio of 0:30, and add ethanol, polyvinyl butyral, and dibutyl phthalate to a pot.
The slurry was prepared by wet mixing for 0 hour. Subsequently, the slurry was spread on a carrier sheet and had a thickness of 0.4 mm.
Green sheets were formed. Thereafter, the green sheet was degreased in the air to form an α-lithium aluminate electrolyte holding layer. When the average pore diameter of the electrolyte retaining layer was measured by a mercury intrusion method, it was about 1 μm.

【0043】さらに、実施例2と同様な方法で平均細孔
直径0.4μmのγ−リチウムアルミネート電解質保持
層を作成した。上記のようにして得られたα−リチウム
アルミネート電解質保持層1層をカソード側に、γ−リ
チウムアルミネート電解質保持層2層をアノード側に、
計3層積層し、電解質としての混合アルカリ炭酸塩(L
2 CO3 :62mol%、K2 CO3 :38mol
%)を550℃まで昇温してこの電解質保持層に溶融含
浸することにより、厚さ1.2mmの電解質板を作成し
た。
Further, a γ-lithium aluminate electrolyte holding layer having an average pore diameter of 0.4 μm was prepared in the same manner as in Example 2. One layer of the α-lithium aluminate electrolyte holding layer obtained as described above is on the cathode side, and two layers of γ-lithium aluminate electrolyte holding layer are on the anode side.
A total of three layers are laminated, and a mixed alkali carbonate (L
i 2 CO 3 : 62 mol%, K 2 CO 3 : 38 mol
%) To 550 ° C. and melt impregnated in the electrolyte holding layer to prepare an electrolyte plate having a thickness of 1.2 mm.

【0044】以上のようにして得られた電解質板を、あ
らかじめ混合アルカリ炭酸塩からなる電解質を含浸させ
たアノードと、平均粒径0.8μmの酸化ニッケル粉末
からなる無含浸のカソードとの間に配置し、ステンレス
鋼からなるセパレータ19、エッジシール板11、1
2、波板形状の集電板15、16を用いて前述した図
1、図2に示す溶融炭酸塩型燃料電池を組み立てた。
The electrolyte plate obtained as described above was placed between an anode previously impregnated with an electrolyte composed of a mixed alkali carbonate and a non-impregnated cathode composed of nickel oxide powder having an average particle diameter of 0.8 μm. A separator 19 made of stainless steel and an edge seal plate 11, 1
2. The molten carbonate fuel cell shown in FIGS. 1 and 2 was assembled using the corrugated collector plates 15 and 16.

【0045】次に、本発明の第2の実施形態について説
明する。電解質板3を構成する複数枚の電解質保持層の
うち、アノード1に接する部分の電解質保持層の平均細
孔径が他の部分に比べて大きい。このような電解質板3
を用いると、アノード1に接する部分の電解質保持層の
構造が粗になり座屈し易くなるため、電池を組んで締め
付けた際にアノード1との接触界面の電解質保持層が崩
れて保持材がアノード1の細孔に食い込む。これによ
り、自然に電解質板3から電解質がアノード1内部に引
き込まれるため、良好なアノードと電解質版の接触界面
が形成され、長時間の運転で電解質ロスによりアノード
1の電解質保持量が減少しても安定した性能を維持でき
る。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. Among the plurality of electrolyte holding layers constituting the electrolyte plate 3, the portion of the electrolyte holding layer in contact with the anode 1 has a larger average pore diameter than the other portions. Such an electrolyte plate 3
When the battery is used, the structure of the electrolyte holding layer in contact with the anode 1 becomes coarse and buckling is likely to occur, so that when the battery is assembled and tightened, the electrolyte holding layer at the contact interface with the anode 1 collapses and the holding material becomes Bites into one pore. As a result, the electrolyte is naturally drawn into the anode 1 from the electrolyte plate 3, so that a good contact interface between the anode and the electrolyte plate is formed, and the electrolyte retention amount of the anode 1 is reduced due to electrolyte loss over a long operation. Can also maintain stable performance.

【0046】(実施例6)実施例1と同様の方法で、バ
インダー量を調整して平均細孔直径が約0.4μmと約
0.6μmの2種類のα−リチウムアルミネート電解質
保持層を作製した。上記のようにして得られたα−リチ
ウムアルミネート電解質保持層のうち、平均細孔直径が
約0.4μmのもの2枚と約0.6μmのもの1枚の計
3枚を積層し、電解質としての混合アルカリ炭酸塩(L
2 CO3 :62mol%、K2 CO3 :38mol
%)を550℃まで昇温して、この電解質保持層に溶融
含浸することにより、厚さ1.2mmの電解質板3を作
製した。
Example 6 In the same manner as in Example 1, the amount of the binder was adjusted to form two types of α-lithium aluminate electrolyte holding layers having an average pore diameter of about 0.4 μm and about 0.6 μm. Produced. Among the α-lithium aluminate electrolyte holding layers obtained as described above, two sheets each having an average pore diameter of about 0.4 μm and one sheet having an average pore diameter of about 0.6 μm were laminated, and a total of three sheets were formed. Mixed alkali carbonate (L
i 2 CO 3 : 62 mol%, K 2 CO 3 : 38 mol
%) Was raised to 550 ° C., and the electrolyte retaining layer was melt-impregnated to produce an electrolyte plate 3 having a thickness of 1.2 mm.

【0047】以上のようにして得られた電解質板を、あ
らかじめ混合アルカリ炭酸塩からなる電解質を含浸させ
たアノードと、平均粒径0.8μmの酸化ニッケル粉末
からなる無含浸のカソードとの間に平均細孔直径が約
0.6μmの電解質保持層がアノード側にくるように配
置し、ステンレス鋼からなるセパレータ19、エッジシ
ール板11、12、波板形状の集電板15、16を用い
て前述した図1、図2に示す溶融炭酸塩型燃料電池を組
み立てた。
The electrolyte plate obtained as described above was placed between an anode previously impregnated with an electrolyte composed of a mixed alkali carbonate and a non-impregnated cathode composed of nickel oxide powder having an average particle diameter of 0.8 μm. An electrolyte holding layer having an average pore diameter of about 0.6 μm is arranged on the anode side, and a separator 19 made of stainless steel, edge seal plates 11 and 12, and corrugated current collector plates 15 and 16 are used. The molten carbonate fuel cell shown in FIGS. 1 and 2 was assembled.

【0048】以上のようにして組み立てた実施例1〜
6、比較例1〜2の溶融炭酸塩型燃料電池は、アノード
には燃料ガスとしてH2 80vol%とCO2 20vo
l%の混合ガスを供給し、カソードには酸化剤ガスとし
て空気70vol%とCO2 30vol%の混合ガスを
供給し、650℃で150mA/cm2の負荷条件で5
000時間発電試験を行った。試験後、化学分析により
単位面積当たりの電解質板中のニッケル析出量及び作動
電位降下を求めた。結果を表1に示す。
Examples 1 to 5 assembled as described above
6. In the molten carbonate fuel cells of Comparative Examples 1 and 2, 80 vol% of H 2 and 20 vol of CO 2 were used as fuel gas at the anode.
1% of a mixed gas, a mixed gas of 70 vol% of air and 30 vol% of CO 2 as an oxidizing agent gas is supplied to the cathode, and a pressure of 5 mA at 650 ° C. and 150 mA / cm 2.
A 000 hour power generation test was performed. After the test, the amount of nickel deposited in the electrolyte plate per unit area and the working potential drop were determined by chemical analysis. Table 1 shows the results.

【0049】[0049]

【表1】 [Table 1]

【0050】表1から明らかなように、カソード粒子の
平均粒径より平均細孔直径が小さいα−リチウムアルミ
ネート電解質保持層を少なくとも1枚電解質板に用いた
実施例1〜6においては、5000時間発電試験後も電
解質板中のニッケル析出量が10mg/cm2 以下と少
ない。α−リチウムアルミネート電解質保持層を用いな
かった比較例1、およびα−リチウムアルミネート電解
質保持層の平均細孔直径がカソード粒子の平均粒径より
大きな比較例2においては、5000時間発電試験後の
電解質板中のニッケル析出量が20mg/cm2 以上と
多く、ニッケル短絡の発生が早いと考えられる。
As is apparent from Table 1, in Examples 1 to 6 in which at least one α-lithium aluminate electrolyte holding layer having an average pore diameter smaller than the average particle diameter of the cathode particles was used for the electrolyte plate, the average particle diameter was 5,000. Even after the time power generation test, the amount of nickel deposited on the electrolyte plate is as small as 10 mg / cm 2 or less. In Comparative Example 1 in which the α-lithium aluminate electrolyte holding layer was not used, and in Comparative Example 2 in which the average pore diameter of the α-lithium aluminate electrolyte holding layer was larger than the average particle size of the cathode particles, after the power generation test for 5000 hours The amount of nickel deposited in the electrolyte plate was as large as 20 mg / cm 2 or more, and it is considered that nickel short-circuit occurred quickly.

【0051】更に、アノードに接する部分のα−リチウ
ムアルミネート電解質保持層の平均細孔径が他の部分に
比べて大きい場合の実施例6が作動電位降下が一番小さ
かった。
Further, Example 6 in which the average pore diameter of the .alpha.-lithium aluminate electrolyte holding layer in the part in contact with the anode was larger than the other parts, showed the smallest drop in the operating potential.

【0052】[0052]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
カソード粒子の平均粒径より平均細孔直径が小さいα−
リチウムアルミネート電解質保持層を少なくとも1層電
解質板に用いることによって、発電中の電解質板中への
ニッケル析出を抑制することができ、これによりニッケ
ル短絡発生時間が延びて、長寿命の溶融炭酸塩型燃料電
池を得ることができる。
As described in detail above, according to the present invention,
Α- having an average pore diameter smaller than the average particle diameter of the cathode particles
By using the lithium aluminate electrolyte holding layer for at least one layer electrolyte plate, it is possible to suppress nickel deposition in the electrolyte plate during power generation, thereby increasing the nickel short-circuit occurrence time and providing a long-life molten carbonate. Type fuel cell can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る溶融炭酸塩型燃料電池のユニット
セル起電部の概略断面図。
FIG. 1 is a schematic sectional view of a unit cell electromotive section of a molten carbonate fuel cell according to the present invention.

【図2】本発明に係る溶融炭酸塩型燃料電池の一例を示
す断面図。
FIG. 2 is a sectional view showing an example of a molten carbonate fuel cell according to the present invention.

【図3】本発明に係る溶融炭酸塩型燃料電池の基本構造
を示す概略図。
FIG. 3 is a schematic diagram showing a basic structure of a molten carbonate fuel cell according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 アノード(燃料極) 2 カソード(酸化剤極) 3 電解質板 3a α−リチウムアルミネート電解質保持層 4a、4b ハウジング 5a、5b 集電板 6、8 供給口 7、9 排気口 10 インターコネクタ 11、12 エッジシール板 13、14 スプリング部材 15、16 集電板 17、18 流路 19 セパレータ 50 還元析出ニッケル(Ni) 51 酸化ニッケル(NiO)粒子 Reference Signs List 1 anode (fuel electrode) 2 cathode (oxidant electrode) 3 electrolyte plate 3a α-lithium aluminate electrolyte holding layer 4a, 4b housing 5a, 5b current collector plate 6, 8 supply port 7, 9 exhaust port 10 interconnector 11, 12 Edge seal plate 13,14 Spring member 15,16 Current collector plate 17,18 Flow path 19 Separator 50 Reduction precipitated nickel (Ni) 51 Nickel oxide (NiO) particles

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中川 和明 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Kazuaki Nakagawa 1 Tokoba Toshiba-cho, Komukai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Inside the Toshiba R & D Center

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 導電性を有する第1の粉末により形成さ
れる多孔質体からなる燃料極と、導電性を有する第2の
粉末により形成される多孔質体からなる酸化剤極と、前
記燃料極に燃料ガスを供給するための燃料ガス供給装置
と、前記酸化剤極に酸化剤ガスを供給するための酸化剤
ガス供給装置と、前記燃料極および前記酸化剤極の間に
配置され、α−リチウムアルミネートを主体とし、平均
細孔直径が第2の粉末の平均粒径より小さい電解質保持
層を有する電解質板とを備えることを特徴とする溶融炭
酸塩型燃料電池。
1. A fuel electrode comprising a porous body formed of a first powder having conductivity, an oxidizer electrode comprising a porous body formed of a second powder having conductivity, and the fuel A fuel gas supply device for supplying a fuel gas to an electrode, an oxidant gas supply device for supplying an oxidant gas to the oxidant electrode, and a fuel gas supply device disposed between the fuel electrode and the oxidant electrode; A molten carbonate fuel cell comprising: an electrolyte plate mainly composed of lithium aluminate and having an electrolyte holding layer having an average pore diameter smaller than the average particle diameter of the second powder.
【請求項2】 複数の電解質保持層を積層した電解質板
を備え、少なくとも一層は前記α−リチウムアルミネー
トを主体とした電解質保持層を有することを特徴とする
請求項1記載の溶融炭酸塩型燃料電池。
2. The molten carbonate type according to claim 1, further comprising an electrolyte plate on which a plurality of electrolyte holding layers are laminated, wherein at least one layer has an electrolyte holding layer mainly composed of the α-lithium aluminate. Fuel cell.
【請求項3】 前記燃料極に接する電解質保持層の平均
細孔直径が他の電解質保持層の平均細孔直径に比べて大
きいことを特徴とする請求項2記載の溶融炭酸塩型燃料
電池。
3. The molten carbonate fuel cell according to claim 2, wherein the average pore diameter of the electrolyte retaining layer in contact with the fuel electrode is larger than the average pore diameter of the other electrolyte retaining layers.
JP10078928A 1998-03-26 1998-03-26 Molten carbonate fuel cell Pending JPH11273694A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10078928A JPH11273694A (en) 1998-03-26 1998-03-26 Molten carbonate fuel cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10078928A JPH11273694A (en) 1998-03-26 1998-03-26 Molten carbonate fuel cell

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH11273694A true JPH11273694A (en) 1999-10-08

Family

ID=13675543

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP10078928A Pending JPH11273694A (en) 1998-03-26 1998-03-26 Molten carbonate fuel cell

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH11273694A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3350167B2 (en) Molten carbonate fuel cell
JP5430009B2 (en) Removal of impurity phase from electrochemical devices
KR100889266B1 (en) Combined structure between unit cell and separator of solid oxide fuel cell
JP2846738B2 (en) Method for producing molten carbonate-fuel cell
JP2002216807A (en) Cathode current collector for solid oxide fuel cells
KR20100132534A (en) Anode of Molten Carbonate Fuel Cell with Ceramic Additives
JP3492709B2 (en) Molten carbonate fuel cell
JPH09259906A (en) Molten carbonate fuel cell
JP2005149795A (en) Electrolyte / electrode assembly and method for producing the same
KR20110126786A (en) Solid oxide fuel cell using metal foam support and manufacturing method
JP3162881B2 (en) Solid oxide fuel cell
JPH11273694A (en) Molten carbonate fuel cell
KR20200078039A (en) SOLID ELECTROLYTE FOR Li-AIR BATTERIES, METHOD OF PREPARING THE SAME AND Li-AIR BATTERIES COMPRISING THE SAME
JP2944097B2 (en) Molten carbonate fuel cell
KR20120031036A (en) Porous-metal supported sofc and methods for manufacturing the same
JP3108256B2 (en) Solid oxide fuel cell
EP2064764B1 (en) Anode for use in fuel cell and method for making same
JP7245210B2 (en) Electrochemical reaction single cell and electrochemical reaction cell stack
JPH0412591B2 (en)
JP7278241B2 (en) electrochemical reaction single cell
JP3213400B2 (en) Method for manufacturing solid oxide fuel cell
JP5093741B2 (en) Power generation cell for solid oxide fuel cell and manufacturing method thereof
JP3219220B2 (en) Air electrode precursor green sheet and molten carbonate fuel cell using the same
JP2799842B2 (en) Method for producing electrolyte plate for molten carbonate fuel cell and electrolyte plate for molten carbonate fuel cell
JPH0850899A (en) Cell for solid electrolyte fuel cell