JPS6174262A - 溶融塩燃料電池用カソ−ドの製造法 - Google Patents
溶融塩燃料電池用カソ−ドの製造法Info
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- JPS6174262A JPS6174262A JP59195028A JP19502884A JPS6174262A JP S6174262 A JPS6174262 A JP S6174262A JP 59195028 A JP59195028 A JP 59195028A JP 19502884 A JP19502884 A JP 19502884A JP S6174262 A JPS6174262 A JP S6174262A
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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、６００〜７００℃程度で作動する溶融塩燃料
電池用カソードの製造法に関するものである。
電池用カソードの製造法に関するものである。
従来の技術
溶融炭酸塩等の溶融塩を電解質として用いる燃料電池は
、池のリン酸系や固体電解質系とともに、エネルギーの
多様化、省石油対策、省エネルギーな゛どの一環として
の発電方式の改革に貢献できるものと期待され、精力的
な開発が進められてきている。これらのうちでも溶融炭
酸塩燃料電池は、リン酸系のような白金族触媒を必要と
しないし、固体電解質系はどには高温度を要しない利点
を有している。また、６００℃近傍で作動するので、効
率向上の目的で利用する廃熱も良質であり、この廃熱の
回収利用は、省エネルギーの立場から極義 めで有意ゞであるといえる。しかし、電極の一層の高性
能化、とくに長寿命化、その他構成材料の耐食性の向上
、経済性の確保などの課題が多く残っている。
、池のリン酸系や固体電解質系とともに、エネルギーの
多様化、省石油対策、省エネルギーな゛どの一環として
の発電方式の改革に貢献できるものと期待され、精力的
な開発が進められてきている。これらのうちでも溶融炭
酸塩燃料電池は、リン酸系のような白金族触媒を必要と
しないし、固体電解質系はどには高温度を要しない利点
を有している。また、６００℃近傍で作動するので、効
率向上の目的で利用する廃熱も良質であり、この廃熱の
回収利用は、省エネルギーの立場から極義 めで有意ゞであるといえる。しかし、電極の一層の高性
能化、とくに長寿命化、その他構成材料の耐食性の向上
、経済性の確保などの課題が多く残っている。
溶融炭酸塩燃料電池のカソードとしては、リチウム化し
た酸化ニッケルが焼結体の形で利用されているのが最も
一般的である。なお、アノードとしてはニッケルの焼結
体、電解質にはいわゆるタイルに保持されたアルカリ炭
酸塩が用いられている。
た酸化ニッケルが焼結体の形で利用されているのが最も
一般的である。なお、アノードとしてはニッケルの焼結
体、電解質にはいわゆるタイルに保持されたアルカリ炭
酸塩が用いられている。
前記のカソードは、ニッケル焼結体のままで電池に組込
み、電解質に含まれている炭酸リチウムと大気中の酸素
によって、電池を作動温度あるいはそれ以上の高温度に
保つことにより、リチウム化と酸化とを同時に行なわせ
る方法がある。その池に改良された方法として、あらか
じめニッケル焼結体と水酸化リチウムとを空気中で加熱
してリチウム化した酸化ニッケル焼結体とする方法や、
ニッケル粉末と水酸化リチウムとでリチウム化シた酸化
ニッケル粉末を製造し、これを焼結する方法などが提案
されている。
み、電解質に含まれている炭酸リチウムと大気中の酸素
によって、電池を作動温度あるいはそれ以上の高温度に
保つことにより、リチウム化と酸化とを同時に行なわせ
る方法がある。その池に改良された方法として、あらか
じめニッケル焼結体と水酸化リチウムとを空気中で加熱
してリチウム化した酸化ニッケル焼結体とする方法や、
ニッケル粉末と水酸化リチウムとでリチウム化シた酸化
ニッケル粉末を製造し、これを焼結する方法などが提案
されている。
このようにリチウム化した酸化ニッケルには、酸化ニッ
ケルにはないすぐれた電導性を示し、しかも酸化性雰囲
気中での炭酸塩に対する耐食性もあり、酸素のイオン化
反応もスムースに行わせる性質をもつことから採用され
ているのである。
ケルにはないすぐれた電導性を示し、しかも酸化性雰囲
気中での炭酸塩に対する耐食性もあり、酸素のイオン化
反応もスムースに行わせる性質をもつことから採用され
ているのである。
発明が解決しようとする問題点
前記の従来のカソードの製法では、電極の形状は、リチ
ウム化した酸化ニッケルが焼結により結合して保たれて
いるので、導電性や反応性の点ではほぼ問題がないとこ
ろまで向上しているが、いずれの方法も製法がやや複雑
でちるとともに、強度の向上を中心に検討されてきたの
で、作動中の温度によりさらに焼結が進み、供給する酸
化ガスの拡散や反応生成物の反応部分からの速やかな除
去に問題が生じ、電池性能が低下するなどの問題があっ
た。
ウム化した酸化ニッケルが焼結により結合して保たれて
いるので、導電性や反応性の点ではほぼ問題がないとこ
ろまで向上しているが、いずれの方法も製法がやや複雑
でちるとともに、強度の向上を中心に検討されてきたの
で、作動中の温度によりさらに焼結が進み、供給する酸
化ガスの拡散や反応生成物の反応部分からの速やかな除
去に問題が生じ、電池性能が低下するなどの問題があっ
た。
本発明は、このようなカソードの問題点を解決し、特性
の優秀な、しかも長寿命で製法も簡単なカソードを提供
するものである。
の優秀な、しかも長寿命で製法も簡単なカソードを提供
するものである。
問題点を解決するための手段
本発明は、カソードとして働く材料、例えば、ニッケル
、マンガン、銅、コバルト、鉄など特に好ましくはニッ
ケルを結着剤とともにスクリーン。
、マンガン、銅、コバルト、鉄など特に好ましくはニッ
ケルを結着剤とともにスクリーン。
エキスバンドメタル、パンチングメタル、発泡状メタル
などの多孔体に塗着し、必要ならば加圧を加えて焼結せ
ずに電池に組み込むことを特徴とする。
などの多孔体に塗着し、必要ならば加圧を加えて焼結せ
ずに電池に組み込むことを特徴とする。
作用
本発明の最も簡単な工程としては、ニッケルと結着剤溶
液とのペーストを芯材に塗着し、スリットを通過させる
ことにより表面を平滑化し、乾燥する工程により製造す
る方法である。強度をさらに要する場合には、乾燥後に
加圧を加えてもよい。
液とのペーストを芯材に塗着し、スリットを通過させる
ことにより表面を平滑化し、乾燥する工程により製造す
る方法である。強度をさらに要する場合には、乾燥後に
加圧を加えてもよい。
また、さらに取扱いの上で強度を必要とする場合には、
結着剤として溶液の池の熱可塑性の樹脂粉末をも加えて
おき、表面の平滑化後、あるいは加圧後にこの樹脂粉末
が溶融する温度以上に加熱することも好ましい。結着剤
としてはカルホキ／メチルセルロース、ポリビニルアル
コール、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンなど公知の高分
子材料が用いられる。
結着剤として溶液の池の熱可塑性の樹脂粉末をも加えて
おき、表面の平滑化後、あるいは加圧後にこの樹脂粉末
が溶融する温度以上に加熱することも好ましい。結着剤
としてはカルホキ／メチルセルロース、ポリビニルアル
コール、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンなど公知の高分
子材料が用いられる。
が、電池の作動中に一層焼結が進み、多孔度が減少して
力゛ノード中への気体の拡散や電解質の分布の点で問題
が生じ、そのために性能が低下することに鑑み、電池に
組立てる１祭には何らの焼結も行わず、作’ｌｉｌＨＭ
ａ度への昇温中あるいは作動時の温度でリチウム化した
ニッケル酸化物に転化するとともに軽く焼結が生じるよ
うにすることにより、製法の簡易化と同時に長寿命化も
可能にするものである。
力゛ノード中への気体の拡散や電解質の分布の点で問題
が生じ、そのために性能が低下することに鑑み、電池に
組立てる１祭には何らの焼結も行わず、作’ｌｉｌＨＭ
ａ度への昇温中あるいは作動時の温度でリチウム化した
ニッケル酸化物に転化するとともに軽く焼結が生じるよ
うにすることにより、製法の簡易化と同時に長寿命化も
可能にするものである。
本発明による電極において、多孔性の導電体に塗着して
いるニッケル粉末を主体とする層は、電池の作動温度と
して好ましい６００〜７０ｏ℃に昇温する際に、内部に
存在している結着剤は、分解し結着剤の機能は失ってし
まう。したがってこれらへ結着剤の役割は、電極の電池
組立て前までの操作中での強度を持たせるだめのもので
ある。
いるニッケル粉末を主体とする層は、電池の作動温度と
して好ましい６００〜７０ｏ℃に昇温する際に、内部に
存在している結着剤は、分解し結着剤の機能は失ってし
まう。したがってこれらへ結着剤の役割は、電極の電池
組立て前までの操作中での強度を持たせるだめのもので
ある。
したがって、このように加熱により結着の機能は失って
しまうが、今度はニッケルがリチウム化したニッケル酸
化物になり、さらにこの作！ｖＪ温度でゆっくりと焼結
が始まり、これによって電極としての強度が十分になり
、また高湿度での焼結をしていないので、従来の焼結式
電極に比べると焼結の進行が極めて緩慢であるから長期
にわたって良好な性能を維持するのである。
しまうが、今度はニッケルがリチウム化したニッケル酸
化物になり、さらにこの作！ｖＪ温度でゆっくりと焼結
が始まり、これによって電極としての強度が十分になり
、また高湿度での焼結をしていないので、従来の焼結式
電極に比べると焼結の進行が極めて緩慢であるから長期
にわたって良好な性能を維持するのである。
このように本発明では、カソードとして働き、しかも６
００〜７００℃で軽く焼結する材料であれば、たとえば
コバルト、マンガン、鉄、銅などの粉末も使いうるが、
性能、耐食性などの点でニッケルが最もよい。
００〜７００℃で軽く焼結する材料であれば、たとえば
コバルト、マンガン、鉄、銅などの粉末も使いうるが、
性能、耐食性などの点でニッケルが最もよい。
また、電池に組立てた後のリチウム化金属酸化物の形成
を容易にするために、これら金属に水酸化リチウムや炭
酸リチウムを加えたものを用いてもよい。
を容易にするために、これら金属に水酸化リチウムや炭
酸リチウムを加えたものを用いてもよい。
実施例
カーボニルニッケル粉末５ｏｏｇとポリエチレン粉末４
０ｇを十分混合し、これにカルボキシメチルセルロース
の２重量％水溶液を加えてペースト状にする。
０ｇを十分混合し、これにカルボキシメチルセルロース
の２重量％水溶液を加えてペースト状にする。
このペーストを厚さ０．１１聾、孔径２． Ｏｗｎ 、
孔間隔２．５間のニッケル製のパンチングメタルの両面
に塗着し、１．３＋ｍのスリット間を通して表面を平滑
にする。これを１００ Ｋｐ ／ ｃｒｄの圧力で軽く
加圧し、ついで１４０℃で２０分間加熱して、加えたポ
リエチレンを溶解させる。この加熱時の雰囲気は空気中
でよい。
孔間隔２．５間のニッケル製のパンチングメタルの両面
に塗着し、１．３＋ｍのスリット間を通して表面を平滑
にする。これを１００ Ｋｐ ／ ｃｒｄの圧力で軽く
加圧し、ついで１４０℃で２０分間加熱して、加えたポ
リエチレンを溶解させる。この加熱時の雰囲気は空気中
でよい。
このような簡単な工程で得られたニッケル多孔体をその
まま電池に組み込む。なお、このニッケル多孔体は充分
な強度を有していて、取扱い中に破損などの現象はまっ
たく認められない。
まま電池に組み込む。なお、このニッケル多孔体は充分
な強度を有していて、取扱い中に破損などの現象はまっ
たく認められない。
この電極をカソードとし、燃料極には、公知のニッケル
を主とする焼結式電極を用いた。また、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との混
合塩を５６重量％、アルミン酸リチウム粉末４５重量％
を含むペーストタイプの構造のものを用いた。
を主とする焼結式電極を用いた。また、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との混
合塩を５６重量％、アルミン酸リチウム粉末４５重量％
を含むペーストタイプの構造のものを用いた。
燃料ガスとしては、水素８０％、炭酸ガス２０係、酸化
剤としては、空気６５％、炭酸ガス３５チの混合気体を
それぞれ用いた。なお、いずれも容積比である。また、
作動温度は６６０〜６６０℃である。
剤としては、空気６５％、炭酸ガス３５チの混合気体を
それぞれ用いた。なお、いずれも容積比である。また、
作動温度は６６０〜６６０℃である。
前記の本発明によるカソードを用いた電池をＡとし、水
酸化リチウムを含浸したニッケル焼結多孔体を用いる従
来型の燃料電池Ｂを次の条件で比較した。
酸化リチウムを含浸したニッケル焼結多孔体を用いる従
来型の燃料電池Ｂを次の条件で比較した。
電流密度１００ｍＡ／ｄの時の作動試験結果を第１図に
示す。第１図に示すように作動時間５００時間までは特
性において大きな差は見られないが、それ以降特性にお
いて差が見られる。本発明によるカソードを用いた電池
Ａは、１ｏ○○時間経過までは０．８２Ｖ／セルの端子
電圧を示しているが、従来型Ｂは、○、ｓｏＶ／セルと
なり性能が劣化している。さらに２０００時間では、そ
れぞれ０．７４■と０，７ｖである。この原因としてＢ
におけるカソードは、リチウムをドープしたニッケルの
焼結体であるため、時間の経過とともに本発明の電極よ
りも焼結が進み易く、このために電、極面積の減少や、
いわゆる三相界面の減少を招き、結果として電圧低下が
起こる。この現象は時間の経過とともに増大している。
示す。第１図に示すように作動時間５００時間までは特
性において大きな差は見られないが、それ以降特性にお
いて差が見られる。本発明によるカソードを用いた電池
Ａは、１ｏ○○時間経過までは０．８２Ｖ／セルの端子
電圧を示しているが、従来型Ｂは、○、ｓｏＶ／セルと
なり性能が劣化している。さらに２０００時間では、そ
れぞれ０．７４■と０，７ｖである。この原因としてＢ
におけるカソードは、リチウムをドープしたニッケルの
焼結体であるため、時間の経過とともに本発明の電極よ
りも焼結が進み易く、このために電、極面積の減少や、
いわゆる三相界面の減少を招き、結果として電圧低下が
起こる。この現象は時間の経過とともに増大している。
これに対して本発明のカソードにおいては、ニッケル粉
末を発泡状ニッケルに担持させた構成で焼結していない
ので、時間経過によっても過焼結が准みにくく、したが
ってＢと比べて電圧の低下の度合が減少しているものと
思われる。すなわち、 ・本発明のカソードでは、こ
の作動中で、の軽い焼結で電瞳が働いているので、公知
の焼結体のようにすでに高温度で十分焼結した場合と異
なり、過焼結が極めてゆっくり進むのみであることがあ
げられる。つまり、焼結が進み過ぎると多孔度、孔径と
も小さくなり、気体や電解質の拡散が阻害され、また電
極と電解質と気体による三Ｆ目帯も減少し、性能が劣化
するが、本発明によるものではこのような悪影響を受け
る度合が少ないのである。
末を発泡状ニッケルに担持させた構成で焼結していない
ので、時間経過によっても過焼結が准みにくく、したが
ってＢと比べて電圧の低下の度合が減少しているものと
思われる。すなわち、 ・本発明のカソードでは、こ
の作動中で、の軽い焼結で電瞳が働いているので、公知
の焼結体のようにすでに高温度で十分焼結した場合と異
なり、過焼結が極めてゆっくり進むのみであることがあ
げられる。つまり、焼結が進み過ぎると多孔度、孔径と
も小さくなり、気体や電解質の拡散が阻害され、また電
極と電解質と気体による三Ｆ目帯も減少し、性能が劣化
するが、本発明によるものではこのような悪影響を受け
る度合が少ないのである。
第２図は、これら電池Ａ、Ｈの運転２００時間（１００
ｍＡ／、ｉ連続放電）後に調べた電流−電圧特性である
。図より明らかなように、本発明のような焼結工程を加
えない簡単な方法によるカソードを用いても、初期にお
ける特性は従来の・焼結式に比べて劣ることはないこと
がわかる。
ｍＡ／、ｉ連続放電）後に調べた電流−電圧特性である
。図より明らかなように、本発明のような焼結工程を加
えない簡単な方法によるカソードを用いても、初期にお
ける特性は従来の・焼結式に比べて劣ることはないこと
がわかる。
発明の効果
以上のように、本発明によれば、簡単な工程で作動時で
の焼結の進み過ぎを抑制して長寿命の溶融塩燃料電池用
カソードを得ることができる。
の焼結の進み過ぎを抑制して長寿命の溶融塩燃料電池用
カソードを得ることができる。
第１図は異なるカソードを用いた燃料電池の連続放電時
の電圧の比較を示す図、第２図は電流−電圧特性の比較
を示す図である。
の電圧の比較を示す図、第２図は電流−電圧特性の比較
を示す図である。
Claims (2)
- （１）導電性多孔体の少なくとも一方の面に、金属と結
着剤とからなる層を形成し、焼結工程を経ずに電池に組
込むことを特徴とする溶融塩燃料電池用カソードの製造
法。 - （２）導電性の多孔体が、スクリーン、エキスパンドメ
タル、パンチングメタルまたは発泡状メタルである特許
請求の範囲第１項記載の溶融塩燃料電池用カソードの製
造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59195028A JPS6174262A (ja) | 1984-09-18 | 1984-09-18 | 溶融塩燃料電池用カソ−ドの製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59195028A JPS6174262A (ja) | 1984-09-18 | 1984-09-18 | 溶融塩燃料電池用カソ−ドの製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6174262A true JPS6174262A (ja) | 1986-04-16 |
| JPH0570266B2 JPH0570266B2 (ja) | 1993-10-04 |
Family
ID=16334329
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59195028A Granted JPS6174262A (ja) | 1984-09-18 | 1984-09-18 | 溶融塩燃料電池用カソ−ドの製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6174262A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004523059A (ja) * | 2000-09-16 | 2004-07-29 | エム・テー・ウー・シーエフシー・ソルーションズ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング | 溶融炭酸塩形燃料電池の製造方法および溶融炭酸塩形燃料電池 |
| JP2014220107A (ja) * | 2013-05-08 | 2014-11-20 | 株式会社ワイヤードジャパン | 空気マグネシウム電池とそのカソード製造方法 |
-
1984
- 1984-09-18 JP JP59195028A patent/JPS6174262A/ja active Granted
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004523059A (ja) * | 2000-09-16 | 2004-07-29 | エム・テー・ウー・シーエフシー・ソルーションズ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング | 溶融炭酸塩形燃料電池の製造方法および溶融炭酸塩形燃料電池 |
| JP2014220107A (ja) * | 2013-05-08 | 2014-11-20 | 株式会社ワイヤードジャパン | 空気マグネシウム電池とそのカソード製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0570266B2 (ja) | 1993-10-04 |
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