JPS61248363A - 溶融塩燃料電池 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、６０Ｑ〜７００°Ｃ程度で作動する燃料電池
、とくに溶融塩燃料電池の電極に関するものである。

従来の技術 従来溶融塩燃料電池としては、溶融アルカリ炭酸塩を用
いる系が最も一般的である。すなわち、炭酸リチウムそ
れに炭酸ナトリウム、炭酸カリウムなどの混合物を電解
質とし、これをアルミン酸リチウムなどの耐溶融塩性の
粉末とともに板状に加工し、これを燃料極と酸素極の間
に保持して電池を構成している。

つぎに、酸素極としては、酸化性雰囲気中で耐溶融炭酸
塩性を必要とするところからリチウムをドープした酸化
ニッケルが最も普通に考えられ試験されてきた。これは
導電性や触媒作用も有しているので酸素極の有力な候補
になっている。

一方、燃料極としては、還元性雰囲気中で溶融炭酸塩に
耐える必要があるところから、多くの導電性材料のうち
ニッケルが最も多く取り上げられ、これに作動時での過
焼結を抑制する目的でクロムなどの添加剤が用いられて
いる。

すなわち、最も一般的な電池構成材料として、リチウム
ドープニッケル酸化物多孔性酸素極、溶融炭酸アルカリ
塩十アルミン酸リチウム電解質体、ニッケル多孔体燃料
極の組合せである。

発明が解決しようとする問題点 このような各構成要素を用いて構成された溶融塩燃料電
池の特性とくに寿命の向上にはなお多くの努力すべき課
題解決がある。

たとえば、電極と電解質体との密着性の長期維持、電解
質の電槽や電極への移動により電解質保持体中での電解
質の不足など電解質に起因する問題点ら がある。こげか、電極などの耐食性の問題、過焼結によ
る電極の多孔度の減少にともなう性能の低下などととも
に重要である。

この電極と電解質の密着性の長期維持と電解質の移動に
ともなう電解質保持体中の電解質の不足などを抑制する
だめの手段として、電極、電解質体間に余分の電解質を
塗布するなどの試みがあり、一応の効果がある。すなわ
ち、このような手段により、電解質の不足による性能の
低下の抑制はかなり　可能になった。しかし、長期の作
動になるとやはり電極と電解質体との密着性の低下や電
解質の移動にともなう電解質保持体中での電解質の不足
を生じ性能の低下をもたらすことがわかった。

問題点を解決するための手段 本発明は、水素を王とする燃料、空気を主とする酸化剤
、それに溶融塩を電解質として用いる溶融塩燃料電池に
おいて、酸素極と燃料極のいずｎかあるいは両方に窒化
ホウ素の層を形成させるとともに、電極と電解質体間に
電解質層を形成しておくことを特徴とするものである。

作　　　用 このような手段によって、電極と電解質体の間にも十分
電解質を存在せしめるとともに、電解質が電極面から電
極内を通って電槽壁や配管部分などへ移動することを極
力抑制し、これによって、電極と電解質体間や電解質保
持体内の電解質の不足を抑制し、また、電極と電解質と
の密着性の長期維持も可能になり、これらによって溶融
塩燃料電池の高性能と長寿命化を可能にするものである
。

なお、窒化ホウ素の添加法としては、電極面に形成する
場合には、電極面に粉末をすり込むように圧着せしめる
ことが最も簡単である。また、結着剤とともにうずく塗
着したり、スプレー塗布なども有効な方法である。その
他に均一性でしかも密着性の点ですぐれた多孔層の形成
手段として、窒化ホウ素をスパッタリングで形成させて
もよい。

しかし、工業的には操作が簡単で均一性の点でもほぼ良
好である粉末の圧着法、あるいは接着剤とともにうずく
塗着する方法で十分である。また、電極中に含浸させる
場合は、窒化ホウ素の微粉末を界面活性剤を含む水や有
機溶媒に分散させたものを電極に加えればよい。

窒化ホウ素の添加量としての下限はないが、電極面に加
える場合には０．６〜５１１ｆ／ｄ程度、内部に加える
場合には、電極としては１＋＋ｌｌ１１程度の厚さが用
いられるので、誠に換算すると０．５〜２６ｑ／ｃｄ程
度がよい。

また、電極と電解質体との間に形成する電解質層として
は、炭酸塩のみでもよいが、一部にアルミナなど電解質
保持体の材料となる粉末を混合して、溶融した場合の流
動性を調節してもよい。なお、この層は電解質体面、電
極面のいずれに形成しておいてもよいが、両面に形成し
ておくことがより好ましい。

実施例 以下本発明を燃料極、酸素極それぞれについて、いずれ
の極にも用いた場合、いずれか一方に用いた場合につい
て実施例を用いて説明する。なお、窒化ホウ素はガス極
のガス側面に形成した。

カーボニルニッケル９２部、クロム粉末８部の混合粉末
を用い、線径０．１８順、１６メツシユのニッケルネッ
トを芯材とし、公知の方法で水素気流中９５０°Ｃで焼
結して多孔度７６％、厚さ約０．７ｍｍのニッケルを主
とする焼結体を得る。これを燃料極とし、ガスと接する
片面に窒化ホウ素の粉末を０．５ｙｔｕ）／ｃｄ程度の
量になるように軽く圧着せしめる。

一方、カーボニルニッケル１ｏＯ部に炭酸リチウム３２
部を加え、空気中９００”Ｃで１時間加熱、酸化せしめ
、これを粉砕後に多孔度９６％、厚さ約１　、２ｍｍ　
、平均孔径１５０ｍμの発泡状ニッケル板に加工光てん
し、加圧により厚さを０．９＋ｏ＋に調整Ｌ〜、酸素極
とした。その多孔度は約７８チである。この電極のガス
と接する面に、窒化ホウ素の粉末を０．９〜／ｄ程度の
量になるように圧着して多孔層を形成させる。

電解質およびその保持体としては、炭酸リチウムと炭酸
カリウムの混合塩を６２チ、アルミン酸リチウム粉末４
８チ（重量比）からなるペーストとし、これをホットプ
レスにより厚さ１．１闇としたものを用いた。

つぎに、この炭酸リチウムと炭酸カリウムの混合粉末を
５チのポリビニルブチラール、エタノール溶液に分散せ
しめたものを、電解質体の両面に約１００１１１ｐ／ｄ
塗着せしめ、また、燃料極と酸素極の電解質と接する面
にも約６０ｑ／ｃｄ塗着せしめた。

このようにして構成した電池をＡとし、酸素極にのみ本
発明を通用し、燃料極側には、窒化ホウ素層も電解質粉
末層も形成していない電池をＢ。

燃料極にのみ本発明を適用した電池をＣとした。

これら本発明の電池に対して、いずれの極にも窒化ホウ
素の層と電解質粉末の層を形成させなかった電池を比較
のために加えてＤとした。

各電池を６６０″Ｃに保ち、燃料として炭酸ガス２０％
を含む水素（容積比）を、同じく酸化剤としては炭酸ガ
ス３０％を含む空気をそれぞれ理論値の２倍と３倍供給
して作動させた。

本発明はとくに寿命の向上に対して効果が大きいので各
電池の寿命特性について述べる。図は、各電池を１００
　ｍＡ／ｄの電流密度で連続放電した際の時間−電圧の
関係である。作動時間５０ｏＯ時間で、本発明の電池Ａ
、Ｂ、Ｃは、従来例りよりも電圧の低下が少なく、本発
明のうちでもＡが最もすぐれた電圧を維持していること
が明らかである。その理由としては、本発明の電池では
、電極に設けた窒化ホウ素の多孔層が、あたかも常温の
電解液で作動させるガス拡散電極のフンソ樹脂防水剤の
ような働きをして、溶融炭酸塩が電池を通して電槽など
他の部分へ移動することを抑制する効果があることと、
電解質体と電極の間に電解質層を設けたこととにより、
電解質の十分な存在とその移動の抑制が可能となり、電
解質体と電極の接触も良好に保たれる。これらによって
良好な電圧が長期にわたって維持できるのである。なお
、窒化ホウ素の多孔層を両極に設けた電池への放電経過
時における電圧低下は最も少なく、ついで溶融炭酸塩に
ぬれ易い酸素極にもうけた電池Ｂの低下がつぎに少なく
、以下Ｃ，Ｄの順に大きくなっている。

また、実施例では、電極のガスと接する面にのみ窒化ホ
ウ素の多孔層を形成させたが、この形成とともに電極内
部に窒化ホウ素を含浸したり、電極の電解質側にも形成
させることも長寿命化にとって有効である。

発明の効果 以上のように本発明の電極を備えた溶融塩燃料電池は、
従来の電池に比べて、作動時間による電圧低下が少なく
長寿命になることがわかった。また、その理由としては
、電極に設けた窒化ホウ素の層と、電極と電解質体の間
に設けた電解質層とにより、電解質体に十分な電解質が
存在し、これが電極を通して電槽などへ移動することを
抑制できることにある。

以上のように、本発明は、簡単な方法で電極を処理し、
電解質層を設けることにより、寿命にすぐれた溶融塩燃
料電池を提供できるものである。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の一実施例による溶融塩燃料電池の連続放電
時の寿命特性を示す図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）電解質として溶融塩を用いた燃料電池であって、
   電極に窒化ホウ素を添加するとともに、電極の電解質と
   接する面に電解質層を付与したことを特徴とする溶融塩
   燃料電池。
2. （２）電極中、電極の電解質と接する面、電極のガスと
   接する面の少なくともいずれかに窒化ホウ素の層を形成
   した特許請求の範囲第１項記載の溶融塩燃料電池。
3. （３）電極の電解質層が、電解質のみか、又は電解質保
   持体を含んだいずれかである特許請求の範囲第１項記載
   の溶融塩燃料電池。