JPS60160571A - 溶融炭酸塩燃料電池の電解質保持材 - Google Patents

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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、炭酸塩の優れた保持機能を長期に亘って維持
できる溶融炭酸塩燃料電池の電解質保持材に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

従来、高能率のエネルギ変換装置として燃料電池が広く
知られている。燃料電池は、使用する電解質によって、
リン酸塩型、溶融炭酸塩型、固体電解質型に分類される
。なかでも、浴融炭酸塩燃料電池は、動作温度が高いた
め、電極反応が起こシ易く、高価な貴金属触媒を必要と
しないこと、また発電熱効率が高いことなどの大きな特
徴を有している＠ このような溶融炭酸塩燃料電池は、通常、対向配置され
た一対の多孔質電極板、すなわち酸化剤極および燃料極
と、これら電極間に介在させたアルカリ炭酸塩を電解質
とする電解質層とからなる単位電池を通常、インタコネ
クタを介して複数積層して構成されている。そして運転
時においては、上記アルカリ炭酸塩を５００〜７５０℃
の高温下で溶融状態にし、この炭酸塩と、各電極板にそ
れぞれ拡散された酸化剤ガスおよび燃料ガスとを反応さ
せて、電気化学的プロセスによって直流出力を得るよう
にしている。

ところで、このような溶融炭酸塩燃料電池の電解質層は
、溶融状態の炭酸塩を用いるので、炭酸塩と、これを保
持する保持材とで構成されている。保持材としては、従
来、例えば粉末状のジルコニア、チタン酸カリウム、ア
ルミナ、アルミン酸リチウム等が用いられていた。

しかしながら、ジルコニアやチタン酸カリウムは、強力
な溶解力を有する炭酸塩に対して十分な化学的安定性を
有するものではないため、長時間の運転による電解質保
持能力の低下は否めなかった。

また、アルミナやアルミン酸リチウムは、溶融炭酸塩と
の反応により粒成長を起こすので、炭酸塩の密度の経時
的低下をもたらし、電池特性の低下を招く。

これらの保持材にあって、アルミン酸リチウムは、炭酸
塩に対する化学的安定性が最も高い。

このような理由から現在のところ炭酸塩の保持材として
、専らアルミン酸リチウムが使用されている。

しかし、アルミン酸リチウムは前述の如く粒成長を起こ
す性質を有しているので、アルミンｔｓ　ＩＪチウムに
替わる保持材の出現が望まれてい乏のが実情である。

〔発明の目的〕

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであシ、その
目的とするところは、炭酸塩を長期に亘って安定に保持
することのできる溶融炭酸塩燃料電池の炭酸塩′保持材
を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明に係る電解質保持材は希土類元素と硼素とを含む
複合酸化物からなることを特徴としている。上記複合酸
化物としては、たとえばＬａＢＯｓ　＝　Ｃｅ　ＢＯｓ
またはＳｍＢＯｓが用いられる。

〔発明の効果〕

本発明者等は、保持材の研究の過程で希土類元素と硼素
とを含む複合酸化物、特にＬａＢＯｓ　。

Ｃ’ｅ　ＢＯ、ＳｍＢＯ３が炭酸塩に対し、極めて安定
であることを見出した。その理由は未だ明らかではない
が、本発明に係る保持材で溶融炭酸塩を保持し、ＣＯ２
ガス雰囲気下、６５０℃、１００時間の反応試験では、
以下のような結果を、得ることができた。

すなわち、従来用いられたジルコニア、チタン酸カリウ
ムは、反応前後でその容量が１５％雪上減少したのに対
重本発明に係る保持材の古れは５係以内の減少に止ま−
た。

厄前後でその粒径変化量が８％以上であったのに対し、
本発明に係る保持材のそれは４％以内に収まっているこ
とが確認された。

このように、本発明によれば、炭酸塩を長期にわたって
安定に保持することのできる溶融炭酸塩燃料電池の電解
質保持材を提供できる。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例につき詳述する。

実施例Ｉ Ｌ　ａＢＯ３からなる保持部材粉末２ｇと、炭酸リチウ
ム粉末２８ｇと、炭酸カリウム粉末３，２ｇとを混合し
、ホットプレスによって直径１２叫厚さ５飼の板状試験
片を成形した。得られた試験片をＡｕ容器中に収納踵Ｃ
Ｏ２雰囲気下、６５０℃で１００時間放置し、と。上記
反応試験の前後における試験片の組成変化および保持材
粉末の粒径変化をそれぞれＸ線回折およびＳＥＭｉ察に
よシ調査した。

Ｘ線回折で、反応前後におけるそれぞれの炭酸リチウム
のピーク値の積分強度値と、Ｌ！ＬＢＯ３のピーク値の
積分強度値との相対強度比をめ九ところ、反応前後での
相対強度比が５係の減セ ゆに止まっていることが確認された。

また、ＳＥＭ観察では、保持材粉末の粒径変化が反応前
後で４係以内に収まっていることが確認された。

これに対し、比較例としてジルコニア、チタン酸カリウ
ムを保持材粉末に用い、上記実施例１と同様の試験を行
なった。

この結果、Ｘ線回折での相対強度比は、反応前後でジル
コニアが１５係減少、チタン酸カリウムが２０係減少と
いう結果であった。また、粒径変化については、反応前
後でジルコニアが８係減少、チタン酸カリウムが１０係
減少という結果であった。

以上の結果から明らかな如く、Ｌ　ａ　ＢＯｓを保持材
とした場合には、ノルコニアやチタン酸カリウムに比べ
優れた炭酸塩の保持能力を有する。

したがって前述した効果を得ることができる。

実施例２ 保持材粉末としてＣｅ　ＢＯ３を用い、前記実施例１と
同様の試験を行なったところ、反応前後での相対強度比
が５％減少に止マシ、粒径変化が４％以内の変化に止ま
った。

実施例３ 保持材粉末としてＳｍＢＯｓを用い、前記実施例１と同
様の試験を行なったところ、反応前後での相対強度比が
５％減少に止まり、粒径変化が４係の減少に止まった。

以上の如く６、保持材にＣｅ　ＢＯｓ　、ＳｍＢｏ　３
を用いても、本発明の効果を奏することができる。

なお、本発明に係る保持材は、電解質板における含有量
が２０〜７０重量係であれば、よシ良好なる電解質保持
機能を発揮する。

まだ、本発明に係る保持材と、アルミン酸リチウムとの
混合体を、例えば骨材と補助保持材の如く組合わせて用
いるようにしても、本発明の効果を発揮することができ
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　希土類元素と硼素とを含む複合酸化物からなる
   溶融炭酸塩燃料電池の電解質保持材〇（２）前記複合酸
   化物は、ＬａＢＯ３ｐ　ＣｅＢＯ３またはＳｍＢＯ３か
   らなるものであることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の溶融炭酸塩燃料電池の電解質保持材。