JPS6168865A - 溶融塩燃料電池用電極 - 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、ＳＯＯ〜７００℃程度で作動する燃料電池と
≧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
と炭酸ナトリウム、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、これを燃料極と酸化極の間に
配して電池を構成している。

ここで酸化極としては、酸化性雰囲気中で耐溶融塩性を
必要とするところから、主にリチウムをドープした各種
金属酸化物が研究されている。リチウムをドープした酸
化ニッケルが最もすぐれた材料であるとして注目されて
いる。しかし、鉄やマンガン酸化物も取り上げられてい
る。耐食性の他に当然導電性が必要であり、触媒作用も
不可欠であるから、これらの観点から今後も新材料の開
発が進められよう。

一方、燃料極としては、還元性雰囲気中で溶融塩に耐え
る必要があり、導電性や触媒作用も必要であるところか
ら多くの金属が対象となり、ニッケルを主材料とする多
孔体が最も多（取り上げられている。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としては、ｅＩＪチウム
ドープニッケル酸化物／溶融炭酸アルカリ塩干アルミン
酸リチすム／ニッケルｅである。

゛発明が解決しようとする問題点 このように構成した溶融塩燃料電池には、特性と（に寿
命の上でなお多くの課題があり、長期にわたる信頼性は
得られていない。たとえば、電極と電解質体との密着性
の長期維持、電解質の電極さらには電槽部分などへの移
動により電解質保持体中での電解質の不足、電解質の分
解や蒸発など電解質に関する問題点が、電極や電槽など
の耐食性、過焼結による性能低下などの問題点とともに
あげられる。

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を抑制するため
の手段として、電極と電解質体との間に余分の電解質の
塗布などの試みがあり、一応の効果はある。しかし長期
にわたる作動では、やはりこれらの問題点が生じ、電池
性能の低下をもたらす。

そこで本発明は、電解質が酸化極や燃料極いわゆるガス
拡散電極から電槽壁１．バイポーラ板、配管部分などへ
移動することを極力抑制し、また、電極とくに酸化極の
電解質によるぬれの抑制により、電解質保持体中の電解
質の減少を抑制し、電圧の低下を防ぎさらには電極と電
解質体との接触の低下を抑制して同じく電圧の低下を少
なくし、溶融塩燃料電池の長寿命化を可能にすることを
目的とするものである。

問題点を解決するための手段 本発明は、溶融塩燃料電池において、酸化極と燃料極の
いずれかあるいは両極に、窒化ホウ素（ボロンナイトラ
イド）の粉末を含浸させたことを特徴とする。

窒化ホウ素の電極への添加法としては、界面活性剤を含
む水や、メタノール、エタノール、アセトンなどの有機
溶媒に窒化ホウ素の粉末を分散させ、これを電極にしみ
込ませて、電極中に窒化ホウ素の粉末を充てんする方法
が最も適し、一般的である。

この場合電極として、酸化極の場合には、リチウムをド
ープした金属酸化物を主とする多孔体を、燃料極の場合
には、金属の多孔体を用い、それぞれ窒化ホウ素粉末を
分散した液を含浸させればよい。また、窒化ホウ素の添
加量については、加えればそれだけの効果があるので下
限はないが、上限としては、添加量に限度があり、５０
　ｍ９ｋｒＡ程度である。

作用 電極内に添加された窒化ホウ素は、電極を通じての電解
質の移動を抑制するので、電解質体中での電解質の不足
、電極のぬれ過ぎによる性能の低下、特に電池電圧の低
下を抑制する。

実施例 以下本発明を燃料極、酸化極それぞれについて（・ずれ
の極にも用いた場合、し・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。

カーボニルニッケル９０重量部、クロム粉末１０重量部
の混合粉末を、多孔度９６％、平均孔径１５０μｍ、厚
さ１．２４１１＋の発泡状ニッケルに充てんし、水素気
流中９００℃で１５分間加熱して焼結体を得る。そして
窒化ホウ素粉末１０重量部をエチルアルコール９０重量
部に分散させ、この分散液を前記焼結体に含浸させ、窒
化ホウ素を５ｍν薗充てんする。これを燃料極とする。

一方、カーボニルニッケル１０重量部に対して炭酸リチ
ウム３．２重量部を加え、水素気流中９２０℃で１．．
２時間加熱する。こうして得られたリチウムドープ酸化
ニッケルを粉砕後、燃料極と同じ発泡状ニッケルに充て
んし、この場合は加圧して厚さをｏ、ｓＨに調整後空気
中９８０℃で２時間加熱焼結して焼結体を得た。これに
燃料極と同様に窒化ホウ素を６４偏になるように充てん
し、酸化極とした。

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５２重量％、アルミン酸リチウム粉
末４８重量％からなるペーストをホットプレス法により
作製した。厚さは平均１．２玉のものを用いた。

これらとステンレス鋼製の電槽を用いて電池を構成した
。この溶融炭酸塩燃料電池を人とし、燃料極にのみ本発
明の電極を用い、酸化極には窒化ホウ素を加えていない
ものを用いた電池をＢ、酸化極にのみ本発明の電極を用
いたものをＣとした。

これらに対して、いずれの極にも窒化ホウ素を加えなか
った電池をＤとする。

各電池を６６０°Ｃに保ち、燃料として炭酸ガス２ｏ容
積％を含む水素を、同じく酸化剤としては炭酸ガス２５
容積％を含む空気をそれぞれ計算量の約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犬き〜・の
で各電池の寿命特性について述べる。各電池を１２０ｍ
Ａ７ｍｌの電流密度で１０時間放電し、放電後約４時間
かけて室温近くにまで冷却し、３時間放置後再び３時間
で６６０°Ｃにまで昇温し、１２０、人７ｍｌで１０時
間放電する操作を繰り返し、１０時間放電−１０時間休
止の間欠放電をした。

図は放電累積時間と電圧の関係を示したものであり、本
発明の電池人が最もよく、以下Ｇ、Ｂ、比較例のＤの順
に電圧の維持特性にすぐれていることがわかる。その理
由としては、本発明の電池では、電極内に添加した窒化
ホウ素が、あたかも常温付近で作動させるガス拡散電極
に用いられるフッ素樹脂撥水剤のような働きをして、溶
融炭酸塩が電極内に不必要にしみ込んだり、電極を通し
てバイポーラ板や電槽壁など他の部分へ移動することな
どを抑制する効果があることによるものである。すなわ
ち、このような電解質の移動の抑制により、電解質体中
での電解質の不足や電極のぬれ過ぎによる性能低下を抑
制し、これによって電池電圧を良好に、しかも長期間高
く保つことができるのである。したがって、窒化ホウ素
を両極に添加した電池Ａが電圧が良好で時間の経過によ
る低下も少なく、ついで溶融炭酸塩にぬれ易い酸化極に
設けた電池Ｃの低下がつぎに少なく、以下Ｂ。

Ｄの順になったのである。

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
、従来の電極を備えた電池に比べて初期性能に若干すぐ
れるとともに、とくに作動時間経過による電圧の低下が
少なく、長寿命忙対する効果が大きい。

【図面の簡単な説明】

図は各種の電極を用いた電池の放電に伴う電池電圧の変
化を示す図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 電極内に窒化ホウ素粉末を添加した溶融塩燃料電池用電
   極。