JPS6093760A - 溶融塩燃料電池 - Google Patents
溶融塩燃料電池Info
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- JPS6093760A JPS6093760A JP58201592A JP20159283A JPS6093760A JP S6093760 A JPS6093760 A JP S6093760A JP 58201592 A JP58201592 A JP 58201592A JP 20159283 A JP20159283 A JP 20159283A JP S6093760 A JPS6093760 A JP S6093760A
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- Japan
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- electrolyte body
- molten salt
- fuel cell
- metal
- aluminum
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0289—Means for holding the electrolyte
- H01M8/0295—Matrices for immobilising electrolyte melts
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/14—Fuel cells with fused electrolytes
- H01M2008/147—Fuel cells with molten carbonates
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2300/00—Electrolytes
- H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
- H01M2300/0048—Molten electrolytes used at high temperature
- H01M2300/0051—Carbonates
-
- 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
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- Y02E60/50—Fuel cells
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、溶融塩を電）ｖｒ質とし−（使用する溶融塩
燃料電池の電解質体の改良ｅ（：門するもので、特に炭
酸塩を電解質とする溶融炭酸塩燃料電池の電解質体に関
するものである。
燃料電池の電解質体の改良ｅ（：門するもので、特に炭
酸塩を電解質とする溶融炭酸塩燃料電池の電解質体に関
するものである。
従来例の構成とその問題点
現在溶融炭酸塩燃料電池の電解質体には大きく分けてペ
ーストタイプとマトリクス含浸タイプの２つが考えられ
ている。ペーストタイプの電解質体は溶融塩と、溶融塩
に対して安定な物質の粉末または繊維とを混合したもの
である。溶融炭酸塩燃料電池の場合は、粒径数く゛クロ
ン以下のアルミン酸リチウム（Ｌ ｉ Ａ １０２ ）
粉末を混合炭酸塩ＶＣ４０〜６０重量％で混合したもの
が用いられている。
ーストタイプとマトリクス含浸タイプの２つが考えられ
ている。ペーストタイプの電解質体は溶融塩と、溶融塩
に対して安定な物質の粉末または繊維とを混合したもの
である。溶融炭酸塩燃料電池の場合は、粒径数く゛クロ
ン以下のアルミン酸リチウム（Ｌ ｉ Ａ １０２ ）
粉末を混合炭酸塩ＶＣ４０〜６０重量％で混合したもの
が用いられている。
これは常温では固体であるが、電池動作温度においては
塩が溶融し、ペースト状態となって電池を作動させる。
塩が溶融し、ペースト状態となって電池を作動させる。
一方マトリクス含浸タイグの電解質体は、同じく溶融塩
に対して安定な物質からなるラム粉末を板状に成形した
後、高温で焼結し、これに炭酸塩を含浸させる手法かと
られている。
に対して安定な物質からなるラム粉末を板状に成形した
後、高温で焼結し、これに炭酸塩を含浸させる手法かと
られている。
これらの電解質体は製造およびそのｒ麦の操イ／１ト、
充分な機械的強度を備えていなければならないのは勿論
であるが、さらＶＣ！１．兜、降温時に伴なう割れを生
じないことが１つの重沙な米作となっている〇 一般に溶融塩燃料電池の運転１ｆＣ勢いては幾度かのヒ
ートサイクルが不可避のものとなっているが、このヒー
トサイクルによってこれら電解質体に生ずる割れが、電
池性能を低ドさせる原因として重大な問題となっている
。このヒートサイクルによる電解質体の割れは昇温、降
温時の温度の不均一性や、電解質体を構成する溶融塩と
保持材料との熱膨張係数の差、および電解質体と周辺の
電池構成材料との熱膨張係数の差によるものである。
充分な機械的強度を備えていなければならないのは勿論
であるが、さらＶＣ！１．兜、降温時に伴なう割れを生
じないことが１つの重沙な米作となっている〇 一般に溶融塩燃料電池の運転１ｆＣ勢いては幾度かのヒ
ートサイクルが不可避のものとなっているが、このヒー
トサイクルによってこれら電解質体に生ずる割れが、電
池性能を低ドさせる原因として重大な問題となっている
。このヒートサイクルによる電解質体の割れは昇温、降
温時の温度の不均一性や、電解質体を構成する溶融塩と
保持材料との熱膨張係数の差、および電解質体と周辺の
電池構成材料との熱膨張係数の差によるものである。
従来、この割れを防止する方法として主に次の３つの方
法が考えら、ｆｔてきた１、１つは電解質体にアルミナ
やアルミン酸リチウム等のセラζツク繊維を混入して補
強するものであり、第２の方法は故意に粒径の大きい粒
子を混入する事により微細な割れを生じさせ、大きい割
れが発生するのを抑えようとするものである。そして第
３の方法は金属線からなるメツツユを補強芯４．（とし
て用いるものである。しかしながら、アルξカ繊維は溶
融炭酸塩と反応して著しく強度が低下する問題があり、
他のセラミック繊維に：ひいても靭性妃欠けるために補
強効果が弱い。址た粒径の大きい粒子を混入する方法は
ヒートサイクルによる割れ防止には効果があるが、電解
質体の機械的強度には貢献しないためにこわれやずく、
製造上好ましくない。＃１１ｉ強芯材として金属メツツ
ユを用いる方法は機械的強度も向上するうえ、ヒートサ
イクルに対しても大きな割れを防止するのに効果がある
が、問題は金属材料が溶融炭酸塩によって腐食されるた
めに長期間の使用に耐えない事であった。
法が考えら、ｆｔてきた１、１つは電解質体にアルミナ
やアルミン酸リチウム等のセラζツク繊維を混入して補
強するものであり、第２の方法は故意に粒径の大きい粒
子を混入する事により微細な割れを生じさせ、大きい割
れが発生するのを抑えようとするものである。そして第
３の方法は金属線からなるメツツユを補強芯４．（とし
て用いるものである。しかしながら、アルξカ繊維は溶
融炭酸塩と反応して著しく強度が低下する問題があり、
他のセラミック繊維に：ひいても靭性妃欠けるために補
強効果が弱い。址た粒径の大きい粒子を混入する方法は
ヒートサイクルによる割れ防止には効果があるが、電解
質体の機械的強度には貢献しないためにこわれやずく、
製造上好ましくない。＃１１ｉ強芯材として金属メツツ
ユを用いる方法は機械的強度も向上するうえ、ヒートサ
イクルに対しても大きな割れを防止するのに効果がある
が、問題は金属材料が溶融炭酸塩によって腐食されるた
めに長期間の使用に耐えない事であった。
発明の目的
そこで本発明は前記の問題を解決し、機械的強１１１Ｋ
優れ、ヒートサイクルに対しても強く、長期間の使用に
も耐える電解質体を得る１！を目的とするＯ 発明の構成 本発明は表面に金属或は酸化物の形態」ｒ Ｊ： Ｏ・
その混合物の形態ｔｉｃ 、ｒ’、・けるアルミニウム
、チタン、ｊ・・よびジルコニウムより選ばれた少なく
とも一神からなる耐食皮膜を形成した金属メ・ノンユ、
斗／ＣＶ１、エギスパンドメタルを電解質体内部、寸だ
６１表面に設置してなる電ＩｆＪイタ′↓体を構成°皮
膜とするＲｉ融」δ１を燃料電池である。
優れ、ヒートサイクルに対しても強く、長期間の使用に
も耐える電解質体を得る１！を目的とするＯ 発明の構成 本発明は表面に金属或は酸化物の形態」ｒ Ｊ： Ｏ・
その混合物の形態ｔｉｃ 、ｒ’、・けるアルミニウム
、チタン、ｊ・・よびジルコニウムより選ばれた少なく
とも一神からなる耐食皮膜を形成した金属メ・ノンユ、
斗／ＣＶ１、エギスパンドメタルを電解質体内部、寸だ
６１表面に設置してなる電ＩｆＪイタ′↓体を構成°皮
膜とするＲｉ融」δ１を燃料電池である。
実施例の説明
以下、本発明を実施例によって説明する。補強芯材基体
として鉄系耐熱合金からなる２ｏメソシユの金属メツシ
ュを用い、これを表面の油等を除去するため充分に洗浄
する。次にこの金属メツシュ表面に、アルミニウムＲ粉
末と有機溶媒を主成分とするアルミニウムペーストを塗
布し乾燥する。
として鉄系耐熱合金からなる２ｏメソシユの金属メツシ
ュを用い、これを表面の油等を除去するため充分に洗浄
する。次にこの金属メツシュ表面に、アルミニウムＲ粉
末と有機溶媒を主成分とするアルミニウムペーストを塗
布し乾燥する。
これを真空中８００℃で２時間熱処理し、アルミニウム
ペーストの焼付けを行なった。この操作により金属７７
７１表面は実質的にアルミニウム層で被ダされ、金属メ
ツツユの線用内部へもアルミニウムが多少拡散した状態
となり、完全な耐食皮膜ができる。電解質体の原料とし
ては炭酸リチウム−炭酸カリウム混合塩（６８：３２ｍ
０１％）４５重量係にアルミン酸リチウムの微粉末５６
重量％を混合した粉末を用いた。これらを用いて以下の
手順で２０ ｃｍ Ｘ ２０ ｃｍの電解質体を製作し
た。
ペーストの焼付けを行なった。この操作により金属７７
７１表面は実質的にアルミニウム層で被ダされ、金属メ
ツツユの線用内部へもアルミニウムが多少拡散した状態
となり、完全な耐食皮膜ができる。電解質体の原料とし
ては炭酸リチウム−炭酸カリウム混合塩（６８：３２ｍ
０１％）４５重量係にアルミン酸リチウムの微粉末５６
重量％を混合した粉末を用いた。これらを用いて以下の
手順で２０ ｃｍ Ｘ ２０ ｃｍの電解質体を製作し
た。
まず板状の電解質体を製作するための金型に所定の厚さ
に前記混合粉末を充填する。次に電解質体の大きさに合
わせて切断した前記金属メツシュを置き、その上から再
び混合粉末を充填して混合炭酸塩の融点直下まで昇温し
ながら２００ Ｋｇ／ｃ〃ｒでホノトグレスする０こう
して製作された電解質体の厚みは約３〜４ ｍｍ、であ
り、常温での３点支持抗折力も２５０ Ｋｇ／ｃｒ１以
上と機械的強度も充分てあった。第１１１にこの電゛解
質体の断面図を示ず。
に前記混合粉末を充填する。次に電解質体の大きさに合
わせて切断した前記金属メツシュを置き、その上から再
び混合粉末を充填して混合炭酸塩の融点直下まで昇温し
ながら２００ Ｋｇ／ｃ〃ｒでホノトグレスする０こう
して製作された電解質体の厚みは約３〜４ ｍｍ、であ
り、常温での３点支持抗折力も２５０ Ｋｇ／ｃｒ１以
上と機械的強度も充分てあった。第１１１にこの電゛解
質体の断面図を示ず。
図中、１けアルミニウムの層であシ、２は金属メッツユ
基体、３は混合炭酸塩とアルミン酸リチウムの混合物で
ある。この電解質体と従来の耐食皮膜のない金属メツシ
ュを補強芯桐として用いた電解質体との性能を比較する
ため、これら２種類の電解質体を小型単電池に組み込ん
で試験を行なった。この際アノードとしてニッケル多孔
板、カン化剤とした。動作温度は６５ ｐ’＜、：、電
流密度１００υＩＡ／ｃｆ１１であった。この時の電池
電圧の変化を第２図に示す。本発明による電解質体を使
用ｊした電池Ａの場合は出力′５川は０．９ Ｖで安定
し７ているが、従来型の耐食材料層を有しない金属メツ
ツユを使用した電池Ｂの場合には１２０時ｍ１経辺した
頃から、＠、速に出カ電ＥＥが低下している。試験波電
池を解体したところ、双方とも金属メノンユが入ってい
るため電解質体の割れ、ヒビ等は見られなかったが電池
Ｂの金属メツシュはひどく腐食され、金属メツシュ周辺
の電解質体内に気泡を放出し、一部ではこｉｔらの気泡
が結合して電解質体に貫通穴を生じているのが観察され
た。さらに電解質体全体か腐食によるものと見られる反
応生成物により茶色に変色している状態も観察された。
基体、３は混合炭酸塩とアルミン酸リチウムの混合物で
ある。この電解質体と従来の耐食皮膜のない金属メツシ
ュを補強芯桐として用いた電解質体との性能を比較する
ため、これら２種類の電解質体を小型単電池に組み込ん
で試験を行なった。この際アノードとしてニッケル多孔
板、カン化剤とした。動作温度は６５ ｐ’＜、：、電
流密度１００υＩＡ／ｃｆ１１であった。この時の電池
電圧の変化を第２図に示す。本発明による電解質体を使
用ｊした電池Ａの場合は出力′５川は０．９ Ｖで安定
し７ているが、従来型の耐食材料層を有しない金属メツ
ツユを使用した電池Ｂの場合には１２０時ｍ１経辺した
頃から、＠、速に出カ電ＥＥが低下している。試験波電
池を解体したところ、双方とも金属メノンユが入ってい
るため電解質体の割れ、ヒビ等は見られなかったが電池
Ｂの金属メツシュはひどく腐食され、金属メツシュ周辺
の電解質体内に気泡を放出し、一部ではこｉｔらの気泡
が結合して電解質体に貫通穴を生じているのが観察され
た。さらに電解質体全体か腐食によるものと見られる反
応生成物により茶色に変色している状態も観察された。
以−］二のことから、電池Ｂにおいては電解質体に生じ
た貫通穴によってすｐ斗・１ガスと酸化剤ガスが混合し
、急激なｌｊＪ力電圧電圧ＩＪをきたしたものと考えら
れる。さらに電解質体を変（ｂ、させた腐食による反応
生成物も、何らかの形で電池性能を低下させているもの
と考えられる。
た貫通穴によってすｐ斗・１ガスと酸化剤ガスが混合し
、急激なｌｊＪ力電圧電圧ＩＪをきたしたものと考えら
れる。さらに電解質体を変（ｂ、させた腐食による反応
生成物も、何らかの形で電池性能を低下させているもの
と考えられる。
一方本発明による電池へにおいては、金属メツツユに腐
食は全く見られず、気泡の発生も、電解質体の変色も見
られなかった０こ九らのことから、金属メノンユ表面に
存在するアルミニウム層が溶融塩に対して優れた耐食性
を示し、電池の性能を向上させたことがわかる。このア
ルミニウムの耐食性については金属メノンユ表面のアル
ミニウム層が溶融炭酸塩と接触することによりその表面
が溶融炭酸塩に対して安定なアルはン酸リチウムの膜で
覆われ、内部を保護するようＫな、：）たものと考えら
れる。このように本発明による溶融塩撚ネ］電池におい
ては電解質体に設置される耐食化補強芯材が電解質体の
性能を長期間にわたり保持しつつ、熱応力＋機械的応力
による′１１Ｌ解′ｐ解体の１１．すれを防止するため
、電池性能の安定化、Ｊ（寿命化か＋ｉＪ能となってい
る。
食は全く見られず、気泡の発生も、電解質体の変色も見
られなかった０こ九らのことから、金属メノンユ表面に
存在するアルミニウム層が溶融塩に対して優れた耐食性
を示し、電池の性能を向上させたことがわかる。このア
ルミニウムの耐食性については金属メノンユ表面のアル
ミニウム層が溶融炭酸塩と接触することによりその表面
が溶融炭酸塩に対して安定なアルはン酸リチウムの膜で
覆われ、内部を保護するようＫな、：）たものと考えら
れる。このように本発明による溶融塩撚ネ］電池におい
ては電解質体に設置される耐食化補強芯材が電解質体の
性能を長期間にわたり保持しつつ、熱応力＋機械的応力
による′１１Ｌ解′ｐ解体の１１．すれを防止するため
、電池性能の安定化、Ｊ（寿命化か＋ｉＪ能となってい
る。
本実施例ではアルミニウムを・ベースト）形テ金属メツ
ツユに塗布する方法をホしたが、これは他の方法、たと
えばメ・ツキ、蒸着、溶射などＣ（よっても良い。
ツユに塗布する方法をホしたが、これは他の方法、たと
えばメ・ツキ、蒸着、溶射などＣ（よっても良い。
また本実施例では耐食材料としてアルミニウムの場合を
示したが、チタン、ジルコニラムシ（ついてもアルミニ
ウムと同様に表面Ｖこ１制食ゼ１の高い酸化物皮膜を形
成し、高い防食効果を示す。これらの材料およびその酸
化物の混合物についても同じことが言え、その皮膜形成
方法についてもペースト塗布、メッキ、蒸着、溶射など
が使用できる。
示したが、チタン、ジルコニラムシ（ついてもアルミニ
ウムと同様に表面Ｖこ１制食ゼ１の高い酸化物皮膜を形
成し、高い防食効果を示す。これらの材料およびその酸
化物の混合物についても同じことが言え、その皮膜形成
方法についてもペースト塗布、メッキ、蒸着、溶射など
が使用できる。
また補強芯材の基体については金属メツシュではなくエ
キスバンドメタルなどを用いても良く、電解質体内での
配置についても電解質体内部または表面に配置されてい
れば良い。
キスバンドメタルなどを用いても良く、電解質体内での
配置についても電解質体内部または表面に配置されてい
れば良い。
電解質体の製法もホントプレス法以外に、ｍＭマ１１ク
スに溶融塩を含浸させる方法、常温下での結着剤を利用
したスラリー捷たけプレス法による方法、溶融状態での
成形り法など、どれＫよっても良い。
スに溶融塩を含浸させる方法、常温下での結着剤を利用
したスラリー捷たけプレス法による方法、溶融状態での
成形り法など、どれＫよっても良い。
要するに電解質体の補強芯材表面に、アルミニウム、チ
タン、ジルコニウムふ−よびこれらの酸化物より選ばれ
た耐食皮膜を形成した形となっているものであれば良い
。
タン、ジルコニウムふ−よびこれらの酸化物より選ばれ
た耐食皮膜を形成した形となっているものであれば良い
。
発明の効果
以上のように本発明による＠融塩燃料電池は電解質体の
補強芯側としてのメツシュ、またはエキスパンドメタル
表面をアルミニウム、チタン、ジルコニウムなどからな
る耐食皮膜で保護する事によシ、優れた機械的強度と、
耐ヒートサイクル性を長期にわたって維持することがで
き、電池性能の向上と寿命の向上を果たすことが可能と
なる。
補強芯側としてのメツシュ、またはエキスパンドメタル
表面をアルミニウム、チタン、ジルコニウムなどからな
る耐食皮膜で保護する事によシ、優れた機械的強度と、
耐ヒートサイクル性を長期にわたって維持することがで
き、電池性能の向上と寿命の向上を果たすことが可能と
なる。
第１図は本発明の一実施例における溶融塩燃料電池にお
ける電解質体の断面図、第２図は電池電圧の経時変化の
図である。 電池。
ける電解質体の断面図、第２図は電池電圧の経時変化の
図である。 電池。
Claims (1)
- 表面に金属或は酸化物の形態およびその混合物の形態ｒ
（おけるアルミニウム、チタンおよびジルコニウムより
選ばれた少なくとも一種からなる耐食皮膜を形成した金
属メツシュ、またはエキス入／トメタルを電解質体内部
、または表面に設置したことを特徴とする溶融塩燃料電
池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58201592A JPS6093760A (ja) | 1983-10-27 | 1983-10-27 | 溶融塩燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58201592A JPS6093760A (ja) | 1983-10-27 | 1983-10-27 | 溶融塩燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6093760A true JPS6093760A (ja) | 1985-05-25 |
Family
ID=16443610
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58201592A Pending JPS6093760A (ja) | 1983-10-27 | 1983-10-27 | 溶融塩燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6093760A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6282654A (ja) * | 1985-10-08 | 1987-04-16 | Hitachi Ltd | 燃料電池 |
| JPS62295359A (ja) * | 1986-06-13 | 1987-12-22 | Hitachi Ltd | 燃料電池 |
| JP2007000845A (ja) * | 2005-06-27 | 2007-01-11 | Matsushita Electric Works Ltd | 塗装装置 |
-
1983
- 1983-10-27 JP JP58201592A patent/JPS6093760A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6282654A (ja) * | 1985-10-08 | 1987-04-16 | Hitachi Ltd | 燃料電池 |
| JPS62295359A (ja) * | 1986-06-13 | 1987-12-22 | Hitachi Ltd | 燃料電池 |
| JP2007000845A (ja) * | 2005-06-27 | 2007-01-11 | Matsushita Electric Works Ltd | 塗装装置 |
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