JPS58129780A - 溶融炭酸塩燃料電池積層体 - Google Patents

溶融炭酸塩燃料電池積層体

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JPS58129780A
JPS58129780A JP57011849A JP1184982A JPS58129780A JP S58129780 A JPS58129780 A JP S58129780A JP 57011849 A JP57011849 A JP 57011849A JP 1184982 A JP1184982 A JP 1184982A JP S58129780 A JPS58129780 A JP S58129780A
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JP
Japan
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fuel
fuel cell
gas
methanol
fuel gas
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Pending
Application number
JP57011849A
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English (en)
Inventor
Kenji Murata
謙二 村田
Masatsugu Yoshimori
吉森 正嗣
Hakaru Ogawa
斗 小川
Tamotsu Shirogami
城上 保
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
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPS58129780A publication Critical patent/JPS58129780A/ja
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • H01M8/0625Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material in a modular combined reactor/fuel cell structure
    • 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
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 i昼 本発明はφ融成酸塩燃料電池に係り、特に使用燃料ヲメ
タノール等のアルコールとし、その改質〔従来技術及び
その問題点、要求〕 電池発電システムは、燃料電池本体の外部に設けた改質
装置によって、メタン−1しと水蒸気とから水素及び−
酸化炭素を主成分とする混合ガスに改質し、これを燃料
電池本体に供給していた。しかしながら、この様にメタ
ノールの改質全燃料電池本体の外部に設置した改質装置
を用いて行う発電プラントの構成方法は以下の欠点を有
している。
■ 改質器全別途必要とするので、発電プラントの単位
籠気出力当りの所要面積が増大する。
■ メタノ−〜改質装置は、改質燃料量に応じ熱効率と
の最適サイズがあるので、発電プラントの′透気出力の
規模に応じサイズを変化させる必要がある。特に改質反
応全90%以りの熱効率で行うには、処理量としてIM
W以旧の′電気出力に相当する規模の改質装置が必要と
なる。
■ 改質装置から燃料電池へ改質した燃料ガスを移送す
る配管を必要としこの配管は高温のガスを移送できる様
な保温を施す必要がある。
この様な欠点全解決する方法として燃料ガスの改質を燃
料電池内部で行う方法が特開昭55−12700号公報
に提案されている。第1図及び第2図は特開昭55−1
2700号公報に記載されているものである。第1図に
おいて燃料電池単セル1はアノード2、電解質層3、及
びカソード4 V(よって構成されている。そして、隣
り合わせの燃料電池単セル1の間は隔離板5によって隔
離されている。
この隔離板5は、第2図で示されるように一方の面には
、カソード4に酸化剤を供給するための溝状の酸化剤ガ
ス流通路6が設けられ、また他方の面には、アノード2
に燃料を供給する波形状の改質済ガス流通路7aが設け
られている。この改質済ガス流通路7aは隔離板5に波
形シート部材8を取り付けてつくられる。また、この波
形/−ヒト部材のアノード極に接しない燃料ガス流通縁
7bには改質触媒9(たとえば0uO−ZnO等の触媒
が用いられる。)が充填されている。
このような構成を持つ燃料電池装置は、アノード側で必
要とするH2 k燃料ガス流通路7bにおいてアルコ−
υ等の形で供給された燃料から次の反応によって得るこ
とができる。
OH,OH+ H20→Co2+3H2しかしながら、
改質触媒を波形シート部材8のアノード極に接しない燃
料ガス流通路7bに設ける等起電素子近傍にのみ改質反
応層を設ける構成では、特に低負荷時に改質反応に伴う
熱除去量が大きすぎて未改質ガス入口付近の温度が低く
なりすぎ、燃料電池本体アノードの平面方向の温度分布
を均一に維持する事が困難となる。この温度不均一は、
燃料電池内部に熱膨張差にょる応力を生じせしめ、気密
部の破壊につながっていく。
又、積層した各屯電池の波形シート部材の表と裏に燃料
ガスと改質済ガスという組成の異なったガス全流通させ
るためVCU、例えば、排出ガス用のガス分配器内部に
燃料ガス(未改質ガス)を各単電池波形シートの改質反
応を行う部分に供給する通路を設ける等、ガス流路構造
が複雑になる。
〔本発明の目的〕
本発明の目的は、このような従来技術の欠点に鑑み、燃
料ガス流路構造をことさらに複雑にせず、また低負荷時
における燃料電池本体アノードの平面方向の温度分布を
均一に維持出来る様にして、屠体を提供することにある
〔本発明の概要〕
本発明はメタノール燃料の改質反応全行う改質層を、燃
料電池積層体側面に設けたガス分配器の燃料ガス入口と
積層体各電池との間の空間に設ける事によシ、燃料ガス
流路構造を複雑にする事な酸塩燃料電池積層体である。
〔発明の実施例〕
本発明の実施例を図面を用いて説明する。第3燃料電池
積層体を示すもので、第3図はその縦断面図、第4図は
第3図のA矢方向視の平面図である。第6図は第3図に
用いた単電池を積層した本体の斜視図、m5図は第3図
の燃料電池積層体を屠体の構成を詳細に説明する。第6
図に示した単電池20’t 100層と、マンガン・ニ
ッケル合金系の集゛醒体21a、21bと、アルミナ製
の絶縁板22a、22bと、ステンレス製の補強板23
a 、23bと、ステンレス製の4本の締付バー24a
、24bと4本の締付ロッド25ヲ用vhテ、高870
0 mm、幅、奥行とも300mmの定格出力10KW
の燃料電池積層体内部の本体38を構成した。次いで、
上記にメタノール水蒸気混合ガス入口26aと、下部に
リサイクル燃料ガス入口26bを備え、メタノール水蒸
気混合ガス入口26aが設けられた空間40aを内側に
、リサイクル燃料ガス入口26bが設けられた空間40
b ’i内側に内部空間を2分割するように、厚み40
1mの表面を0uO−C!r20.で被覆したニラケシ
多孔質焼結体のメタノール改質層27ヲ取シつけた燃料
ガス供給側ガス分配器31aと、下部に使用済燃料ガス
排出口30fc有し、外面に屈曲したステンレスパイプ
29を溶接してメタノール水混合液体気化器41とした
燃料ガス排出側ガス分配器31bと、酸化剤ガス供給側
、排出側の図示しないガス分配器を取りつけて外部を断
熱層でおおって燃料電池積層体を構成した。また屈曲し
たステンレスパイプ29の一端はメタノール水蒸気混合
ガス入口26aに接続され、他端はメタノールと水の混
合液体導入ポンプ32の排出側に接続され、ポンプ:3
2の導入側はメタノールと水の供給源に接続されている
。さらに第5図に示すように酸化剤ガスリサイクル装置
37、燃料カスリサイクル装置36、排出燃料ガス燃焼
バーナー39と、供給ポンプ41.直流負荷装置40を
燃料電池8fを運転1〜た。この際メタノールと水との
混合液体は、導入ポンプ26で燃料ガス排出側ガス分配
器31b外面に設けた屈曲したバイブ29に導入されこ
こで気化し、燃料ガス供給側ガス分配器31a内部に設
けた0uO−Or203被覆ニッケル多孔質体のメタノ
ール改質層27で改質されて燃料”酸池積屠体層体に使
用した単゛戒池の構成を述べる。アノード51は、90
wt%Ni 、 10 wt%Orの合金粉末を用い、
片面に燃料ガスの通流する溝51aを有するようにカル
ポキンメチルセνロースをバインダーとし、還元雰囲気
中で焼結したもので、多孔度60%、全体厚み1.5m
m、溝深さO,13mm、縦、横300mmであった。
このアノード51を周囲に爪52a、52bを有する厚
さ0.2tnmのステンレスの板で包みこみ、この板を
燃料ガス、酸化剤ガスの混合を防止するアノード側セパ
レータ52とした。また2辺にカソード54積載くぼみ
531)を有し、両端部を折り曲げた厚d0.2imの
ステンレスの波形状板のカソード側セパレータ53ヲ、
そのカソード54に接しない側の凸部53a f:、ア
ノード側セパレータ52に電子ビーム溶接し、カソード
側セパレータ53とアノード側セパレーク52と全一体
化した。カソード54はニッケルの繊維を300 mm
 X 280 mm 、厚き0.5羽のマット状に形成
した後、これをアルカリ水溶液中で3価の酸化物とした
後乾燥しプロピレンカーボネートと過塩累酸リチウムの
混合溶液中で′嘔気化学的に還元させ、表面(i7Li
イオンの拡散した2価のニッケル酸化物としたものをカ
ソード側セパレータ53のくぼみに積載した。電解質層
55は、窒化ボロンの短繊維、直径3μ、長さ0.2問
を補強材とし、これとβ型リチウムアルミネートとバイ
ンダーとを重量比で15 : 80 : 5の割合で混
合して0.5闘の厚みのシート55aとした後、このシ
ート55aとアノード51との間にこの7)55aのi
tの3倍の重量のモル比で62対38のLi2Co、と
に、00゜の混合粉末の電解質55bを付与して構成し
た。
〔発明の効果〕
本発明の構成をとる事により、以下の効果が得られた。
■ 従来の燃料電池積層体に較べ、燃料ガス供給側のガ
ス分配器の重量全15%増加し、燃料ガス排出側のガス
分配器の重量全10%増加するだけで、内部構造体の構
成及び外形の変化なしに、すなわち積層体構成の大幅な
変化なしに燃料電池8fで燃料ガスの改質を行う事がで
き外部に大掛シな改質装置を要しない。
■ ば気出力10 KWという比較的小規模な改質反応
も行わせる事ができた。
■ 定格の20%の通気出力を、定格の3096の燃料
流量で運転した際、従来の燃料電池積層体のアノードの
温度分布±50°Cに較べ、本発明の温度分布は±20
00となった。
□ ■ ガス分配器外壁温度は、300〜400°Cで
従来の燃料電池積層体に較べ100〜200°C低下し
、これに伴い積層体外部を覆う断熱層の厚みを従来の2
00 m711から30%減少させる事ができた。燃料
電池8f層体をコンパクトに構成できる。
■ 分配器内の改質層が同時にガス流の邪魔板となって
、燃料電池積層体各年電池へのガスの流量分布を均一と
する事が出来た。
〔発明の変形例〕
第6図のリブ付多孔質アノード51’e第7図に断面を
示したように電解質層側に孔径の大なる領域60a q
形成し、かつ逆の燃料ガスの通流する溝60c側を孔径
の小なる領域60bの2重構造とすると共に溝60a内
面に改質反応を起させるため、OuO−0r2o3の触
媒層60d ?設けたリブ付多孔質アノード60として
形成すれば、第3図に示した燃料ガス供給側ガス分配器
31aの内部に設けたOuO−Or20gで被覆したニ
ッケル多孔質焼結体改質層27の厚み全40朋から20
mMに減少きせる事ができる。
この際、l0KW定格の燃料電池を定格の30%の流量
で定格の20係の出力全書る様に運転したところ、気化
したメタノールの90%は分配器内に設けた改質層で改
質された。一方、定格出力で運転したところ、気化した
メタノールの50%がガス分配器内の改質層で改質され
、残りはリブ付多孔質アノード成極で改質された。この
構成では、前記第3図に示した実施例構成VC,較べ1
50mA/m”  の定′屯流で運転した際、作Rib
屯圧を単電池あたり0,03V、I:昇させる事ができ
た。これは定格に近い運転ではアノードの中心付近まで
一部の燃料ガスを気化メタノールとして供給できるため
反応が均一に起るからでおる。
又、第6図に示した構成のアノード51と電解質55の
組み合わせに変えて、第8図に示す構成に変える事も出
来る。すなわち、第8図において、70は粒度の異なる
2種の5rTiO,の微粉末を用い、大きな孔径を有す
る領域70aと、小さな孔径を有する領域70bと、大
なる孔径の部分に溝70cを有す様に焼成し、かつ溝を
有する側を下側にし硫酸ニッケルの溶液をスプレーで吹
きつけて還元雰囲気で処理する事により溝70c f形
成する部位近傍70dの表面全Ni金属で被覆したセラ
ミック多孔質基板である。組立時にはLi、003とに
2Co3の混合粉末の電解質を小孔径の領域70b側の
t面70eに付与し、最初の電池起動時の加熱によって
電解質を溶融し、その液を小孔径の領域70bに含浸さ
せる事により電解質を多孔質基板70+に保持させる。
燃料としてQよ、メタノール以外にエタノ−n=f使用
する事も可能アある。
メタノールと水の混合液体の気化全行わせる場所は燃料
ガス排出側ガス分配器の外壁面とは限らない他のガス分
配器の外壁面を利用する事も可能でおる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の燃料改質器内蔵型燃料達池装置の積層体
本体を示す縦断面図、第2図は第1図の流側を示す縦断
面図、第4図は第3図のA矢方向視を示す平面図、第5
図は第3図に示す燃料電池積I一体を用いた発磁システ
ムのブロック図、第6図は第3図に示す積層体を構成す
る本体の斜視図、第7図、第8図は本発明の変形例の要
部を示す縦断面図である0 20・・・単電池 27・・・メタノ−lし改質層 29・・・パイプ 31a、31b・・・ガス分配器 j8・・・本体 41・・・メタノ−lし、水混合液体気化器51・・ア
ノード 52・・アノード側セパレータ 53・・・カソード側セパレータ 54・・・カソード 55・・・電解質層 代理人 弁理士 則 近 意 佑(ほか1名)第  6
  図 33I:) 第7図 第  8  図 、7De ’toct  ’7oc

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 弧 れた燃料を気化させて燃料ガスとする側壁にとりつけた
    ガス分配器に設けた気化器と、ガス分配器内を燃料ガス
    入口側と単電池側とに空間を二分割する燃料ガスの改質
    を行う多孔質のメタノール改料電池積層体。
JP57011849A 1982-01-29 1982-01-29 溶融炭酸塩燃料電池積層体 Pending JPS58129780A (ja)

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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60138855A (ja) * 1983-12-27 1985-07-23 Toshiba Corp 燃料電池
JPS60241674A (ja) * 1984-05-15 1985-11-30 Toshiba Corp 溶融炭酸塩型燃料電池
JPS6124169A (ja) * 1984-07-13 1986-02-01 Mitsubishi Electric Corp 溶融炭酸塩形燃料電池
JPS61193371A (ja) * 1985-02-20 1986-08-27 Mitsubishi Electric Corp 燃料電池発電装置
JPS61193372A (ja) * 1985-02-20 1986-08-27 Mitsubishi Electric Corp 内部改質形燃料電池
JPH03105865A (ja) * 1989-09-20 1991-05-02 Hitachi Ltd 内部改質型燃料電池およびそれを用いた発電プラント

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