JPS6097554A - 溶融炭酸塩燃料電池 - Google Patents
溶融炭酸塩燃料電池Info
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- JPS6097554A JPS6097554A JP58203701A JP20370183A JPS6097554A JP S6097554 A JPS6097554 A JP S6097554A JP 58203701 A JP58203701 A JP 58203701A JP 20370183 A JP20370183 A JP 20370183A JP S6097554 A JPS6097554 A JP S6097554A
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- Japan
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- electrolyte
- electrolyte plate
- fuel cell
- periphery
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- H01M8/0295—Matrices for immobilising electrolyte melts
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- H01M8/14—Fuel cells with fused electrolytes
- H01M8/141—Fuel cells with fused electrolytes the anode and the cathode being gas-permeable electrodes or electrode layers
- H01M8/142—Fuel cells with fused electrolytes the anode and the cathode being gas-permeable electrodes or electrode layers with matrix-supported or semi-solid matrix-reinforced electrolyte
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- H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
- H01M2300/0048—Molten electrolytes used at high temperature
- H01M2300/0051—Carbonates
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- 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】
〔発明の技術分野〕
本発明は、電解質層における、いわゆるウェットシール
部の機械的強度の向上を図れるようにした溶融炭酸塩燃
料電池に関する。
部の機械的強度の向上を図れるようにした溶融炭酸塩燃
料電池に関する。
従来、高能率のエネルギー変換装置として、給料電池が
広く知られている。燃料電池は、使弔する電解質によっ
てシん酸塩型、溶融炭酸塩型、固体電解質型に分類され
る。なかでも溶融炭酸塩燃料電池は、動作温度が高いた
め、電極反応が起シ易く、高価な貴金属触媒を必要とし
ないこと、また、発電効率が高いことなどの大きな特徴
を有している。
広く知られている。燃料電池は、使弔する電解質によっ
てシん酸塩型、溶融炭酸塩型、固体電解質型に分類され
る。なかでも溶融炭酸塩燃料電池は、動作温度が高いた
め、電極反応が起シ易く、高価な貴金属触媒を必要とし
ないこと、また、発電効率が高いことなどの大きな特徴
を有している。
溶融炭酸塩燃料電池は、対向配置された一対、ｂ多孔質
電極板と、この電極板間に介在させた゛′ジルカリ炭酸
塩を電解質とする電解質層とからがる単位電池を、通常
、インクコネクタを介して複数積層して構成されている
。そして、単位電池を中ｌＬ？にした一方のインタコネ
クタには、灼応する一方の多孔ａｔ電極板燃料ガスを拡
散させるためのガス通路が形成されており、また、他方
のインタコネクタには対応する他方の多孔貫電極板に酸
化剤ガスを拡散させるだめのが入通路が形成されている
。これら両ガス通路の分離は、通常、各インクコネクタ
の周縁部に形成された環状の突部を電解質層の周縁部に
圧接させる、いわゆるウェットシール方式によって行わ
れている。
電極板と、この電極板間に介在させた゛′ジルカリ炭酸
塩を電解質とする電解質層とからがる単位電池を、通常
、インクコネクタを介して複数積層して構成されている
。そして、単位電池を中ｌＬ？にした一方のインタコネ
クタには、灼応する一方の多孔ａｔ電極板燃料ガスを拡
散させるためのガス通路が形成されており、また、他方
のインタコネクタには対応する他方の多孔貫電極板に酸
化剤ガスを拡散させるだめのが入通路が形成されている
。これら両ガス通路の分離は、通常、各インクコネクタ
の周縁部に形成された環状の突部を電解質層の周縁部に
圧接させる、いわゆるウェットシール方式によって行わ
れている。
ところで、上記のような、電解質層のうち、いわゆるペ
ースト型電解質層と呼ばれるものは、保持材に、粉末状
のγ−リチウム・アルミネートを用い、この粉末と炭酸
塩とを混合し、金型成形によって形成された、いわゆる
電解質タイルと称される板状に構成されている。
ースト型電解質層と呼ばれるものは、保持材に、粉末状
のγ−リチウム・アルミネートを用い、この粉末と炭酸
塩とを混合し、金型成形によって形成された、いわゆる
電解質タイルと称される板状に構成されている。
この電解質板は機械的強度に劣シ、常温での抗折強度は
高々１０１ψ／１１４２程度である。このため。
高々１０１ψ／１１４２程度である。このため。
上述したウェットシール部では、炭酸塩の溶融・、暫同
時の大きな体積変化、あるいはまた、電解、ト層とイン
タコネクタ周縁部との熱膨張率の差二等に起因した割れ
が発生し易いという問題がめ′つだ。特にこのような問
題は、単位電池の大型−ゴヒを図るうえで極めて顕著な
問題となることが１予想され、これがために単位電池の
大型化、す９．な、わち、電池の大容量化を実現でき々
かった。
時の大きな体積変化、あるいはまた、電解、ト層とイン
タコネクタ周縁部との熱膨張率の差二等に起因した割れ
が発生し易いという問題がめ′つだ。特にこのような問
題は、単位電池の大型−ゴヒを図るうえで極めて顕著な
問題となることが１予想され、これがために単位電池の
大型化、す９．な、わち、電池の大容量化を実現でき々
かった。
：“−ＣＩ＋発明の目的〕
゛ハ：；本発明は、かかる問題点に基づきなされたもの
であり、その目的とするところは、電解質板におけるウ
ェットシール部の機械的強度の向上を図ることにより、
電解質板の耐熱サイクル性能の向上が図れ、もって大容
量の電池の実現に寄与できる溶融炭酸塩燃料電池を提供
することにある。
であり、その目的とするところは、電解質板におけるウ
ェットシール部の機械的強度の向上を図ることにより、
電解質板の耐熱サイクル性能の向上が図れ、もって大容
量の電池の実現に寄与できる溶融炭酸塩燃料電池を提供
することにある。
本発明は、炭酸塩電解質を保持材で保持してなる電解質
板の周縁部、すなわちウェットシール部における上記保
持材の含有量を他の部分における保持材の含有量に比し
て犬となるように″ａ電解質板構成したことを特徴とし
ている。
板の周縁部、すなわちウェットシール部における上記保
持材の含有量を他の部分における保持材の含有量に比し
て犬となるように″ａ電解質板構成したことを特徴とし
ている。
本発明は、電解質板の周縁部、すなわちウェットシール
部における保持材の含有量ヲ他の部分に比べ増やしてい
るので、周縁部の強度を向上させることができる。しか
も、この場合には、事態・凝固時の体積変化が極めて大
きい炭酸塩（”Ｉｔ）含有量は、上記ウェットシール部
では少ない″ため、特にウェットシール部は熱的な体積
変化が少ないことになる。このため、単位電池の犬“１
型化に伴なうウェットシール部の熱的原因によ”、２１
割れを防止でき、単位電池の大型化、すなわ・１川電池
の大容量化に大きく寄与することになる。
部における保持材の含有量ヲ他の部分に比べ増やしてい
るので、周縁部の強度を向上させることができる。しか
も、この場合には、事態・凝固時の体積変化が極めて大
きい炭酸塩（”Ｉｔ）含有量は、上記ウェットシール部
では少ない″ため、特にウェットシール部は熱的な体積
変化が少ないことになる。このため、単位電池の犬“１
型化に伴なうウェットシール部の熱的原因によ”、２１
割れを防止でき、単位電池の大型化、すなわ・１川電池
の大容量化に大きく寄与することになる。
なお、本発明における電解質板の上記ウェットシール部
以外の部分での電解質含有量は、従来と何ら変わること
がないので、これによる電池反応への影響はない。
以外の部分での電解質含有量は、従来と何ら変わること
がないので、これによる電池反応への影響はない。
以下、本発明の詳細な説明する。
実施例１
第１図は本実施例における単位電池を示した図で、図中
ムは電解質板である。この電解質板１は、周縁部分を除
いて、多孔質のガス拡散電極である空気極２と燃料極３
とで挾持され、その周縁部が、周縁部に突周壁４ａおよ
び５ａを設けて浅底空間を形成したインタコネクタ４お
よび５の上記突周壁４ａおよび５ａの先端部によって挾
持されている。インタコネクタイと空気極２との間の空
間部６には空気極２の弾性的な支持機能と集電機能とを
兼ね備えた導電性の！床板状電接支持体７が介挿され、
また、インタ１ｉ［ネクタ５と燃料極３との間の空間部
８には燃を極３の弾性的な支持機能と集電機能とを兼ね
備えた波板状電極支持体９が介挿されている。
ムは電解質板である。この電解質板１は、周縁部分を除
いて、多孔質のガス拡散電極である空気極２と燃料極３
とで挾持され、その周縁部が、周縁部に突周壁４ａおよ
び５ａを設けて浅底空間を形成したインタコネクタ４お
よび５の上記突周壁４ａおよび５ａの先端部によって挾
持されている。インタコネクタイと空気極２との間の空
間部６には空気極２の弾性的な支持機能と集電機能とを
兼ね備えた導電性の！床板状電接支持体７が介挿され、
また、インタ１ｉ［ネクタ５と燃料極３との間の空間部
８には燃を極３の弾性的な支持機能と集電機能とを兼ね
備えた波板状電極支持体９が介挿されている。
：１イ：１１、ンタコネクタ４には、前記空間部６に酸
化剤ガ弓スを導入する導入口１０が設けられ、インタフ
！！ネクタ５には、前記空間部８に燃料ガスを導入する
導入口１１および水と炭酸ガスとを排出する排出口１２
が設けられている。
化剤ガ弓スを導入する導入口１０が設けられ、インタフ
！！ネクタ５には、前記空間部８に燃料ガスを導入する
導入口１１および水と炭酸ガスとを排出する排出口１２
が設けられている。
しかして、電解質板りは、具体的には、炭酸リチウム（
Ｌｉ２ＣＯ３）と炭酸カリウム（Ｋ２ＣＯ２）とを重量
比にして７二８の割合で混合した電解質１５と、この電
解質を保持するｒ−１）チウム・アルミネート（γ−Ｌ
ｉ ＡｔＯ２）からなる保持材１６４ ；ｔ！ｒａｔ
ｌｋ以下のような混合比および工程で製造したＦ＠１
ｍ−１１ ものである。
Ｌｉ２ＣＯ３）と炭酸カリウム（Ｋ２ＣＯ２）とを重量
比にして７二８の割合で混合した電解質１５と、この電
解質を保持するｒ−１）チウム・アルミネート（γ−Ｌ
ｉ ＡｔＯ２）からなる保持材１６４ ；ｔ！ｒａｔ
ｌｋ以下のような混合比および工程で製造したＦ＠１
ｍ−１１ ものである。
すなわち、炭酸リチウム粉末と、炭酸カリウム粉末と、
ｒ−リチウム・アルミネート粉末とを重量比にして７：
８：８５の割合で混合した第１の混合粉１０１１を５
Ｘ ５ ｃｍ”のポットプレス型の周縁部分に充填し、
同２８：３２：４０の割合で混合した第２の混合粉３０
１Ｉを上記ポットプレス型の周縁部分以外の部分に充填
した後、上記第１および第２の混合粉の境界部を適度に
）１攪拌して、境界部におけるｒ−リチウム・アル１１
ミネート粉末の含有量が緩やかに変化するよう”１にし
、しかる後、この混合粉を４００Ｃ１３００に９７ｃｍ
”の条件でホットプレスして５Ｘ５ｍｓ厚さ２龍の板状
に形成されたものである。
ｒ−リチウム・アルミネート粉末とを重量比にして７：
８：８５の割合で混合した第１の混合粉１０１１を５
Ｘ ５ ｃｍ”のポットプレス型の周縁部分に充填し、
同２８：３２：４０の割合で混合した第２の混合粉３０
１Ｉを上記ポットプレス型の周縁部分以外の部分に充填
した後、上記第１および第２の混合粉の境界部を適度に
）１攪拌して、境界部におけるｒ−リチウム・アル１１
ミネート粉末の含有量が緩やかに変化するよう”１にし
、しかる後、この混合粉を４００Ｃ１３００に９７ｃｍ
”の条件でホットプレスして５Ｘ５ｍｓ厚さ２龍の板状
に形成されたものである。
しかして、このように構成された燃料電池に対して、２
００℃〜７００℃の温度サイクル試験を行なった。なお
、昇温速度は２００ ’Ｃ／ｈｒで、２００℃および７
００℃において各２時ＩＨｊ保持した。
００℃〜７００℃の温度サイクル試験を行なった。なお
、昇温速度は２００ ’Ｃ／ｈｒで、２００℃および７
００℃において各２時ＩＨｊ保持した。
この結果、２０回の温度サイクルを繰返しても、上記電
解質板りには異常が認められず、３０１ａ′、ｂ温度サ
イクルを繰返しても問題となる割れ叫弗生しなかった。
解質板りには異常が認められず、３０１ａ′、ｂ温度サ
イクルを繰返しても問題となる割れ叫弗生しなかった。
なお、比較のために、前記・第１１の混合粉のみで電解
質板を形成し、上述と同様の温度サイクル試験を行なっ
たところ、１０回の温度サイクルで、この電解質板の周
縁部には数本の亀裂が発生した。
質板を形成し、上述と同様の温度サイクル試験を行なっ
たところ、１０回の温度サイクルで、この電解質板の周
縁部には数本の亀裂が発生した。
以上の結果から本実施例に係る電解質板の周縁部、すな
わちウェットシール部の機械的強度は従来に比して向上
し、耐熱サイクル性能も２倍以上に向上することが判っ
た。しかも、この場合には、電解質板の周縁部とその他
の部分との境界部における保持材の含有量が緩やかに変
化するようにしているので、両者の熱膨張差による熱応
力が一部分に集中することがなく、熱的に極めて安定し
たものであることも判った。
わちウェットシール部の機械的強度は従来に比して向上
し、耐熱サイクル性能も２倍以上に向上することが判っ
た。しかも、この場合には、電解質板の周縁部とその他
の部分との境界部における保持材の含有量が緩やかに変
化するようにしているので、両者の熱膨張差による熱応
力が一部分に集中することがなく、熱的に極めて安定し
たものであることも判った。
実施例２
第２図は本実施例における単位電池全示した図で、第１
図と異なる点は電解質＆２０のみである。したがって、
第１図と同一部分には同一符号を付し、詳しい説明は省
くことにする。
図と異なる点は電解質＆２０のみである。したがって、
第１図と同一部分には同一符号を付し、詳しい説明は省
くことにする。
１「１本実施例に係る電解質板すは、電解質２にト主保
持材２２との混合体中に、全面に亘ってコ一枚の補助保
持材２３ｍおよび２３ｂが埋設され、周縁部分圧は、さ
らに３枚の補助保持材２３ｃ、２３ｄ、２３ｅおよび２
３ｆａ２３ｇｒｌｊｌＪＪ ｈが埋設されたものとなっ
ている。
持材２２との混合体中に、全面に亘ってコ一枚の補助保
持材２３ｍおよび２３ｂが埋設され、周縁部分圧は、さ
らに３枚の補助保持材２３ｃ、２３ｄ、２３ｅおよび２
３ｆａ２３ｇｒｌｊｌＪＪ ｈが埋設されたものとなっ
ている。
：’、ｓ解質２１は、具体的には炭ｉ １ＪチウムシＧ
沖’ｚｃＯ３） ト炭酸カリウム（Ｋ２ＣＯ２）トラ重
量比して７二８の割合で混合して構成されている。
沖’ｚｃＯ３） ト炭酸カリウム（Ｋ２ＣＯ２）トラ重
量比して７二８の割合で混合して構成されている。
また、主保持材２２は、上記電解質２１の重量の３３％
のｒ−リチウム・アルミネート（γ−ＬｉＡｔ０３ ）
の粉末で構成されている。また、補助保持材２３＆〜２
Ｊｈは、炭素繊維からなる織布で構成されている。この
織布としては、たとえば７μｍ径の炭素繊維を約３００
０本束ねて織ったものが用いられており、その単位面積
当りの重量は２００ｂ情２である。
のｒ−リチウム・アルミネート（γ−ＬｉＡｔ０３ ）
の粉末で構成されている。また、補助保持材２３＆〜２
Ｊｈは、炭素繊維からなる織布で構成されている。この
織布としては、たとえば７μｍ径の炭素繊維を約３００
０本束ねて織ったものが用いられており、その単位面積
当りの重量は２００ｂ情２である。
なお、上配電Ｍ質板２０は、以下の工程にょつて製造さ
れたものである。すなわち炭酸リチウム２８ｇと、炭酸
カリウム３２ｇと、ｒ−リチウム・アルミネート４ｏｇ
Ｌをゲールミルで混合し、５×５６ｎ２ のホットプレ
ス型に通常成形量の約１／６ｆ：均一に充填し、しかる
後、補助保持材２３ｃおよび２３１をホットプレス型の
周縁部分に敷設し、さらにこの上面に通常成形＋？ｌ、
の約１／６の混合粉を充填した後、補助保持材−ｋ ３
ａをホットプレス型の全面に敷設するとい、ｂ工程金
繰シ返し、電解質板２０の中央部が５１−構造、周、縁
部が１１層構造となる如く構成さどれ。たものに対し、
４００℃、 ３００ ｋｇ／ｃＩｎ２の条件刊ホットプ
レスして、５×５ｃｒｎ１厚さ１．８朋の板状に形成さ
れたものである。なお、上記中央価と周縁部との中間部
が７層構造となるように、補助保持材２３ｄおよび２３
ｆｇは、補助保持材２３ ｅ ｒ ２３６ ＋ ２３
ｆおよび２３ｈよシも僅か広い面積となっている。この
ようにして得られた゛電解質板１」の相対密度は９８％
であった。
れたものである。すなわち炭酸リチウム２８ｇと、炭酸
カリウム３２ｇと、ｒ−リチウム・アルミネート４ｏｇ
Ｌをゲールミルで混合し、５×５６ｎ２ のホットプレ
ス型に通常成形量の約１／６ｆ：均一に充填し、しかる
後、補助保持材２３ｃおよび２３１をホットプレス型の
周縁部分に敷設し、さらにこの上面に通常成形＋？ｌ、
の約１／６の混合粉を充填した後、補助保持材−ｋ ３
ａをホットプレス型の全面に敷設するとい、ｂ工程金
繰シ返し、電解質板２０の中央部が５１−構造、周、縁
部が１１層構造となる如く構成さどれ。たものに対し、
４００℃、 ３００ ｋｇ／ｃＩｎ２の条件刊ホットプ
レスして、５×５ｃｒｎ１厚さ１．８朋の板状に形成さ
れたものである。なお、上記中央価と周縁部との中間部
が７層構造となるように、補助保持材２３ｄおよび２３
ｆｇは、補助保持材２３ ｅ ｒ ２３６ ＋ ２３
ｆおよび２３ｈよシも僅か広い面積となっている。この
ようにして得られた゛電解質板１」の相対密度は９８％
であった。
この電解質板互Ｊに対して、前述と同様の温度サイクル
試験を行なったところ、３０回の繰り返し後でも電解質
板の割れは発生しなかった。
試験を行なったところ、３０回の繰り返し後でも電解質
板の割れは発生しなかった。
そして、この場合には、保持材としてγ−リチウム・ア
ルミネートの粉末と、炭酸繊維からなる織布とを使用し
ているため、ウェットシール部のみならず、全体の機械
的強度も向上し、さらに優れた耐熱サイクル性能を発揮
することが判った。また、電解質板に埋設された織布の
枚数は周縁部と他の部分との境界部で段界的に変化する
のでＭＪ述と同様に熱応力が一部分に集中することがな
く、熱的に極めて安定したもの邊たはこれらの混合物の
繊維を用いてもよい。
ルミネートの粉末と、炭酸繊維からなる織布とを使用し
ているため、ウェットシール部のみならず、全体の機械
的強度も向上し、さらに優れた耐熱サイクル性能を発揮
することが判った。また、電解質板に埋設された織布の
枚数は周縁部と他の部分との境界部で段界的に変化する
のでＭＪ述と同様に熱応力が一部分に集中することがな
く、熱的に極めて安定したもの邊たはこれらの混合物の
繊維を用いてもよい。
また、上記補助保持材として不織布あるいは繊維体を用
いてもよい。袂するに本発明は、その
いてもよい。袂するに本発明は、その
第１図は本発明の第１の実施例に係る溶融炭酸塩燃料電
池を構成する単位電池の模式的断面図、第２図は本発明
の第２の実施例に係る溶融炭酸塩燃料電池を構成する単
位電池の模式的断面図である。 １．２０・・・電解質板、２・・・空気極、３・・・燃
料極、４．５・・・インタコネクタ、６，８・・・空間
部、７．９・・・電極支持体、１０．１１・・・導入口
、１２・・・排出口、１５．２１・・・電解質、１６・
・・保持制、２２・・・主保持材、２３ａ〜２３ｈ・・
・補助保持材。 出願人 工業技術院長用、 Ｌｌｌｌｌ竿部第 １図図
池を構成する単位電池の模式的断面図、第２図は本発明
の第２の実施例に係る溶融炭酸塩燃料電池を構成する単
位電池の模式的断面図である。 １．２０・・・電解質板、２・・・空気極、３・・・燃
料極、４．５・・・インタコネクタ、６，８・・・空間
部、７．９・・・電極支持体、１０．１１・・・導入口
、１２・・・排出口、１５．２１・・・電解質、１６・
・・保持制、２２・・・主保持材、２３ａ〜２３ｈ・・
・補助保持材。 出願人 工業技術院長用、 Ｌｌｌｌｌ竿部第 １図図
Claims (1)
- （１） 炭酸塩電解質を保持材で保持して形成された電
解質板と、この電解質板を挾持する一対の多孔質電極板
と、上記電解質板の両面周縁部に圧接され、上記一対の
電極板の背面側に形成されるｆス通路同士を分離するシ
ール部材とを眞°仰した溶融炭酸塩燃料電池において、
岬曲１薬ｎ解゛質板は、前記周縁部における保持材含有
蝿゛如７１′他の部分における保持材含有量に比して犬
１１ｆＬ１ｇｔ〜二定さに嘔、３□特徴とオ、溶融炭っ
、燃料。 緑部から前記他の部分にかけて漸次減少するものである
ことｔ−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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58203701A JPS6097554A (ja) | 1983-11-01 | 1983-11-01 | 溶融炭酸塩燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58203701A JPS6097554A (ja) | 1983-11-01 | 1983-11-01 | 溶融炭酸塩燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6097554A true JPS6097554A (ja) | 1985-05-31 |
| JPH0222504B2 JPH0222504B2 (ja) | 1990-05-18 |
Family
ID=16478414
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58203701A Granted JPS6097554A (ja) | 1983-11-01 | 1983-11-01 | 溶融炭酸塩燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6097554A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6253570U (ja) * | 1985-09-24 | 1987-04-02 | ||
| JPS6253571U (ja) * | 1985-09-24 | 1987-04-02 | ||
| JPS62295356A (ja) * | 1986-06-13 | 1987-12-22 | Hitachi Ltd | 燃料電池 |
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-
1983
- 1983-11-01 JP JP58203701A patent/JPS6097554A/ja active Granted
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0222504B2 (ja) | 1990-05-18 |
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