JPS6215768A - 溶融塩燃料電池の製造法 - Google Patents
溶融塩燃料電池の製造法Info
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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解質とする溶融塩燃料電池の製造法
に関するものであり、特にアルカリ金属炭酸塩を電解質
とする溶融炭酸塩燃料電池の製造法に関するものである
。
に関するものであり、特にアルカリ金属炭酸塩を電解質
とする溶融炭酸塩燃料電池の製造法に関するものである
。
従来の技術
従来、溶融炭酸塩燃料電池の製造においては電解質体お
よび空気極、燃料極とは全く別個に製造され、かつ非能
率的な方法によっていた。
よび空気極、燃料極とは全く別個に製造され、かつ非能
率的な方法によっていた。
たとえば電解質体は400〜500°Cで2o。
〜500 k7 / dの圧力を付与して成型するホッ
トプレス法により製造され、酸化剤極および燃料極とは
原料粉末を多孔質シートに焼結することにより製造して
いた。
トプレス法により製造され、酸化剤極および燃料極とは
原料粉末を多孔質シートに焼結することにより製造して
いた。
しかしこのような方法では生産の効率が悪く、大型化に
も適さないため近年ではより効率的な方法が検討され、
たとえば電解質体の製造においてはこれをテープ成型す
る方法が取り入れられてきている。
も適さないため近年ではより効率的な方法が検討され、
たとえば電解質体の製造においてはこれをテープ成型す
る方法が取り入れられてきている。
テープ成型の方法にはドクタープレート法、カレンダー
ロール法、ホットロール法、およヒ押出法などセラミッ
クの成型に一般的に利用されている方法が応用され、電
解質体の生産性が向上している。またこれらの手法は電
極の製造にも応用され生産性が向上してきた。
ロール法、ホットロール法、およヒ押出法などセラミッ
クの成型に一般的に利用されている方法が応用され、電
解質体の生産性が向上している。またこれらの手法は電
極の製造にも応用され生産性が向上してきた。
発明が解決しようとする問題点
ところで燃料電池は、単電池を複数個積層した形で使用
されるため、その組立てに際しては電池構成部品である
燃料極、電解質体、酸化剤極、バイポーラ板を順次積み
重ねていくという工程が必要である。しかしこの積層工
程はスタック数が数百セルにもなることが普通であるた
め、これに要する労力が極めて大きい。さらにこの工程
においてしばしば電解質体と電極との密着性の不良が発
生しやすく、スタック全体としての信頼性を維持してい
くには大きな困難が伴う。そこでこの問題に対しては電
解質体と電極とを一体的とする構成法が考えられた(特
開昭58−131667 号公報)。
されるため、その組立てに際しては電池構成部品である
燃料極、電解質体、酸化剤極、バイポーラ板を順次積み
重ねていくという工程が必要である。しかしこの積層工
程はスタック数が数百セルにもなることが普通であるた
め、これに要する労力が極めて大きい。さらにこの工程
においてしばしば電解質体と電極との密着性の不良が発
生しやすく、スタック全体としての信頼性を維持してい
くには大きな困難が伴う。そこでこの問題に対しては電
解質体と電極とを一体的とする構成法が考えられた(特
開昭58−131667 号公報)。
実際に一体化する方法としては電解質体上に電極材料を
溶射する方法や、電極材料ペーストを塗布した後にこれ
を焼結するなどの方法により電極層を形成したり、電解
質体と電極を加熱圧着することが実施されている。また
同様に一体化の方法として、炭酸塩、骨格形成用材料(
骨材)、有機溶媒、バインダーの混合物を一方の電極に
塗布後、他方の電極を重ねて加熱加圧して一体化するこ
とも検討されている(特開昭5f3−87774号公報
)。
溶射する方法や、電極材料ペーストを塗布した後にこれ
を焼結するなどの方法により電極層を形成したり、電解
質体と電極を加熱圧着することが実施されている。また
同様に一体化の方法として、炭酸塩、骨格形成用材料(
骨材)、有機溶媒、バインダーの混合物を一方の電極に
塗布後、他方の電極を重ねて加熱加圧して一体化するこ
とも検討されている(特開昭5f3−87774号公報
)。
しかし溶射法はガス拡散電極の微細な構造たとえば粒子
形状、空孔度などをコントロールすることが難しい。ま
た電極ペースト塗布後に焼結することは工程、コストの
面からはあまり好ましくない。
形状、空孔度などをコントロールすることが難しい。ま
た電極ペースト塗布後に焼結することは工程、コストの
面からはあまり好ましくない。
電解質体と電極を別個に製造しておき、これをあとから
加熱圧着する方法は強い加圧によりガス拡散電極の微細
構造が変化する恐れがあるうえ、電極の厚みが薄いこと
、バインダー添加量にも制限があることから強度等の面
から大面積のものを製造するのは困難がともなう。
加熱圧着する方法は強い加圧によりガス拡散電極の微細
構造が変化する恐れがあるうえ、電極の厚みが薄いこと
、バインダー添加量にも制限があることから強度等の面
から大面積のものを製造するのは困難がともなう。
また一般に溶融炭酸塩燃料電池における重要な課題とし
て電解質体の対熱衝撃性の向上という問題があるが、こ
れについてはこれまで金属の補強メツシュを電解質体中
に埋設して用いたり、セラミクス繊維を含ませたりする
方法をとっていた。
て電解質体の対熱衝撃性の向上という問題があるが、こ
れについてはこれまで金属の補強メツシュを電解質体中
に埋設して用いたり、セラミクス繊維を含ませたりする
方法をとっていた。
しかしメツシュは補強効果は大きいが電解質体中にメツ
シュを埋設する工程が繁雑であり、セラミクス繊維は短
かい繊維については工程的問題はないが、補強効果が弱
いといった問題があった。
シュを埋設する工程が繁雑であり、セラミクス繊維は短
かい繊維については工程的問題はないが、補強効果が弱
いといった問題があった。
問題点を解決するための手段
本発明は以上の問題を解決し、対熱衝撃性の高い電解質
電極一体化物を連続的に製造するため、ドクタープレー
ト法により電解質体を成型後その片面に電極をやはりド
クタープレート法で形成し、これらを背中合わせとし、
両者の間に対熱衝撃性向上のための補強体を挾持させて
合体させる製造法である。
電極一体化物を連続的に製造するため、ドクタープレー
ト法により電解質体を成型後その片面に電極をやはりド
クタープレート法で形成し、これらを背中合わせとし、
両者の間に対熱衝撃性向上のための補強体を挾持させて
合体させる製造法である。
作 用
このような本発明により対熱衝撃性の高い電解質電極一
体化物を容易に、かつ連続的に製造することができる。
体化物を容易に、かつ連続的に製造することができる。
実施例
以下、本発明の詳細な説明する。
本実施例でのドクタープレート用の電解質体および電極
スラリーは次に示す組成のものを用いた。
スラリーは次に示す組成のものを用いた。
電解質体
炭酸塩粉末 (Li2C03+に2C○3) 65重量
部62 : 3s 骨材粉末 (LiAlO2)46 バインダー(ポリビニルブチラール)6可塑剤 (DB
P+PEG) 4DBP:フタル酸ジブチ
ル PEG:ポリエチレングリコール 燃料極ペースト 電極材料 にッケル粉末) 100重量部バイン
ダー(ポリビニルブチラール) 3溶媒
(エタノール) s。
部62 : 3s 骨材粉末 (LiAlO2)46 バインダー(ポリビニルブチラール)6可塑剤 (DB
P+PEG) 4DBP:フタル酸ジブチ
ル PEG:ポリエチレングリコール 燃料極ペースト 電極材料 にッケル粉末) 100重量部バイン
ダー(ポリビニルブチラール) 3溶媒
(エタノール) s。
酸化種ペースト
電極材料 (リチウム化酸化ニッケル粉末)100重量
部他は同上 これらのペーストは材料をボールミルを用いて充分混合
させた後、減圧下で攪拌し、ペースト中に含まれた微小
な気泡を除去してから使用した。
部他は同上 これらのペーストは材料をボールミルを用いて充分混合
させた後、減圧下で攪拌し、ペースト中に含まれた微小
な気泡を除去してから使用した。
以下、第1図に従い、順を追って本発明による電解質体
電極一体化物の製造の実施例を説明する。
電極一体化物の製造の実施例を説明する。
まずキャリアシート1上にドクタープレート法により電
解質体テープ2を形成し、乾燥器3で乾燥する。ひき続
きドクタープレート法により燃料極4を形成し乾燥器5
で乾燥する。同様にして酸化種についても電解質体テー
プ上に酸化種ペーストを用いて電解質体と電極との一体
化物を製作する。ついでこの2種類のテープを電解質体
補強体がない場合と金属メツシュよりなる電解質体補強
体を挾みこんだ形の場合とについて両者の一体化を行っ
た。
解質体テープ2を形成し、乾燥器3で乾燥する。ひき続
きドクタープレート法により燃料極4を形成し乾燥器5
で乾燥する。同様にして酸化種についても電解質体テー
プ上に酸化種ペーストを用いて電解質体と電極との一体
化物を製作する。ついでこの2種類のテープを電解質体
補強体がない場合と金属メツシュよりなる電解質体補強
体を挾みこんだ形の場合とについて両者の一体化を行っ
た。
(1)補強体がない場合にはキャリアシートを剥がし、
両者を単に背中合せにし0.5に7/iで加圧して密着
する。この際、両者を背中合わせにし軽く加圧するだけ
で両テープは密着、一体化することができる。これはキ
ャリアシートに接していた面が極めて平滑であるためと
、テープ中に残存していた溶媒がバインダーによる接着
を助けているためである。
両者を単に背中合せにし0.5に7/iで加圧して密着
する。この際、両者を背中合わせにし軽く加圧するだけ
で両テープは密着、一体化することができる。これはキ
ャリアシートに接していた面が極めて平滑であるためと
、テープ中に残存していた溶媒がバインダーによる接着
を助けているためである。
(2)金属メツシュよりなる補強体を挾みこむ場合には
キャリアシートを剥がした後、両型解質体テープの密着
面に微量の溶媒を噴霧し、補強体を挾んで加圧密着した
。この場合には両テープの間に立体的な金属メツシュが
はいるため、加圧は1にり/C−と(1)の場合の2倍
加え、接着を助けるために溶媒の噴霧も行っている。
キャリアシートを剥がした後、両型解質体テープの密着
面に微量の溶媒を噴霧し、補強体を挾んで加圧密着した
。この場合には両テープの間に立体的な金属メツシュが
はいるため、加圧は1にり/C−と(1)の場合の2倍
加え、接着を助けるために溶媒の噴霧も行っている。
第2図にこのようにして製造された電解質体と電極との
一体化物の斜視図を示す。(a)は補強体がない場合で
電解質体6を電極7,8が挾持した形となっている。(
均゛は補強体9を電解質体の中心に埋設したものである
。
一体化物の斜視図を示す。(a)は補強体がない場合で
電解質体6を電極7,8が挾持した形となっている。(
均゛は補強体9を電解質体の中心に埋設したものである
。
以上のようにして製造した電解質体と電極との一体化物
の性能確認を行なうため前記の一体化物を用いて小型電
池を組立て、それを動作させた結果を述べる。
の性能確認を行なうため前記の一体化物を用いて小型電
池を組立て、それを動作させた結果を述べる。
電池には前記(功で製作した補強体を埋設した電解質電
極一体化物を使用した。また比較のため、電解質体テー
プと電極テープとを加熱下で加圧接着して一体化した従
来のいわゆるホットロール法で製作した。
極一体化物を使用した。また比較のため、電解質体テー
プと電極テープとを加熱下で加圧接着して一体化した従
来のいわゆるホットロール法で製作した。
電解質電極一体化物を用いて製作した従来例の電池につ
いても同様の条件で電池を組立て、性能を測定した。燃
料ガスとしては水素−炭酸ガス混合ガスを供給し、また
酸化剤ガスとして空気−炭酸ガス混合ガスを供給し、2
に9/cIAのスタック圧力を加えながらゆっくりと動
作温度6s o ’Cまで昇温した。さらに660°C
で100時間はど無負荷で動作させた。この電池昇温過
程、および無負荷運転の間に電解質体などにふくまれて
いるバインダー等はガス化したり燃焼したりし、電解質
体および電極内からほぼ除去される。また電極もこの過
程で焼結される。電池の放電特性は、100時間の無負
荷運転後に測定した。
いても同様の条件で電池を組立て、性能を測定した。燃
料ガスとしては水素−炭酸ガス混合ガスを供給し、また
酸化剤ガスとして空気−炭酸ガス混合ガスを供給し、2
に9/cIAのスタック圧力を加えながらゆっくりと動
作温度6s o ’Cまで昇温した。さらに660°C
で100時間はど無負荷で動作させた。この電池昇温過
程、および無負荷運転の間に電解質体などにふくまれて
いるバインダー等はガス化したり燃焼したりし、電解質
体および電極内からほぼ除去される。また電極もこの過
程で焼結される。電池の放電特性は、100時間の無負
荷運転後に測定した。
その結果、本実施例による燃料電池は150mA/dに
おいてo、5e−o、87V の端子電圧を示し、従来
のものでは0.86−0.seV でちった。これか
ら本実施例の製造法による溶融炭酸塩燃料電池は従来の
ものよりも多少とも優れた性能を示すことが確認された
。
おいてo、5e−o、87V の端子電圧を示し、従来
のものでは0.86−0.seV でちった。これか
ら本実施例の製造法による溶融炭酸塩燃料電池は従来の
ものよりも多少とも優れた性能を示すことが確認された
。
以上、本実施例においては電解質体および電極のスラリ
ー調製にあたシバインダーとしてポリビニルブチラール
を、可塑剤としてDBP、PEGを、溶媒としてエタノ
ール、トルエン系を使用しているが、これらは他のバイ
ンダー、可塑剤、溶媒を用いたものであっても良く、ま
た電解質体テープはこの段階では炭酸塩を含まず、マト
リクス骨材などからなるテープであっても良い。また電
極ペーストについてもその材料、組成はドクタープレー
ト法により電解質体に塗布できるようなものであればど
のようなものであっても良い。
ー調製にあたシバインダーとしてポリビニルブチラール
を、可塑剤としてDBP、PEGを、溶媒としてエタノ
ール、トルエン系を使用しているが、これらは他のバイ
ンダー、可塑剤、溶媒を用いたものであっても良く、ま
た電解質体テープはこの段階では炭酸塩を含まず、マト
リクス骨材などからなるテープであっても良い。また電
極ペーストについてもその材料、組成はドクタープレー
ト法により電解質体に塗布できるようなものであればど
のようなものであっても良い。
また補強体についても本実施例では金属メツシュを用い
ているが、これは他の補強体、たとえばエキスパンドメ
タル、金属繊維、セラミクス繊維からなるものであって
も良い。
ているが、これは他の補強体、たとえばエキスパンドメ
タル、金属繊維、セラミクス繊維からなるものであって
も良い。
要するに本発明は電解質体構成材料、バインダー、溶媒
とを主成分としたスラリーをドクタープレード法により
テープ状に成型した後、得られた電解質体の一方の面に
燃料極材料粉末、バインダー、溶媒とを主成分とするス
ラリーをドクタープレート法により重ねて塗布して燃料
極を形成させた電解質燃料極一体化物と、同様にして酸
化剤極を形成させた電解質酸化種一体化物とを電解質側
で加圧合体し、電解質体と電極を一体化物とすることを
特徴とする溶融塩燃料電池の製造法に関するものであり
、使用する材料、組成、装置の構成はいかなるものであ
っても良い。
とを主成分としたスラリーをドクタープレード法により
テープ状に成型した後、得られた電解質体の一方の面に
燃料極材料粉末、バインダー、溶媒とを主成分とするス
ラリーをドクタープレート法により重ねて塗布して燃料
極を形成させた電解質燃料極一体化物と、同様にして酸
化剤極を形成させた電解質酸化種一体化物とを電解質側
で加圧合体し、電解質体と電極を一体化物とすることを
特徴とする溶融塩燃料電池の製造法に関するものであり
、使用する材料、組成、装置の構成はいかなるものであ
っても良い。
発明の効果
本発明による製造法により、電解質体と電極の密着性が
良好な電解質電極一体化物を大寸法になっても極めて効
率的に製造することができる。さらにガス拡散電極の粒
子形状、空孔度などの微細構造を製造工程中の強い加圧
等により破壊することなく所望する形態のまま維持でき
、電極と電解質との密着も完全であるため、高い性能の
均質な電池を製造することができる利点がある。また金
属メツシュ等の補強体を電解質体中に埋設するのも容易
であり、製造に要するエネルギー、時間ともに経済的で
ある。
良好な電解質電極一体化物を大寸法になっても極めて効
率的に製造することができる。さらにガス拡散電極の粒
子形状、空孔度などの微細構造を製造工程中の強い加圧
等により破壊することなく所望する形態のまま維持でき
、電極と電解質との密着も完全であるため、高い性能の
均質な電池を製造することができる利点がある。また金
属メツシュ等の補強体を電解質体中に埋設するのも容易
であり、製造に要するエネルギー、時間ともに経済的で
ある。
第1図は本発明の一つの実施例の製造工程を示す図、第
2図は同実施例による電解質電極一体化物の斜視図で→
は補強体のないもの、(b)は補強体を埋設したものの
図である。 1・・・・・・キャリアシート、2・・・・・・電解質
体テープ、3・・・・・・乾燥器、4・・・・・・燃料
極、5・・・・・・乾燥器、6.6′・・・・・・電解
質体、7,7′・・・・・・燃料極、8,8′・・・・
・・酸化剤極、9・・・・・・補強体。
2図は同実施例による電解質電極一体化物の斜視図で→
は補強体のないもの、(b)は補強体を埋設したものの
図である。 1・・・・・・キャリアシート、2・・・・・・電解質
体テープ、3・・・・・・乾燥器、4・・・・・・燃料
極、5・・・・・・乾燥器、6.6′・・・・・・電解
質体、7,7′・・・・・・燃料極、8,8′・・・・
・・酸化剤極、9・・・・・・補強体。
Claims (3)
- (1)電解質体構成材料、バインダー、溶媒とを主成分
としたスラリーをドクタープレート法によりテープ状に
成型した後、得られた電解質体の一方の面に燃料極材料
粉末、バインダー、溶媒とを主成分とするスラリーをド
クタープレート法により重ねて塗布して燃料極を形成さ
せた電解質燃料一体化物と、同様にして酸化剤極を形成
させた電解質酸化種一体化物とを電解質面で一体化し電
解質体と電極の一体化物とすることを特徴とする溶融塩
燃料電池の製造法。 - (2)電解質燃料極一体化物と電解質酸化種一体化物と
を電解質面で合体する際、両者の間に電解質体補強体を
挾持させることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
の溶融塩燃料電池の製造法。 - (3)電解質体補強体が金属メッシュ、エキスパンドメ
タル、金属繊維、セラミック繊維からなることを特徴と
する特許請求の範囲第2項記載の溶融塩燃料電池の製造
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60154600A JPS6215768A (ja) | 1985-07-12 | 1985-07-12 | 溶融塩燃料電池の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60154600A JPS6215768A (ja) | 1985-07-12 | 1985-07-12 | 溶融塩燃料電池の製造法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6215768A true JPS6215768A (ja) | 1987-01-24 |
Family
ID=15587727
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60154600A Pending JPS6215768A (ja) | 1985-07-12 | 1985-07-12 | 溶融塩燃料電池の製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6215768A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPS647473A (en) * | 1987-06-30 | 1989-01-11 | Toshiba Corp | Manufacture of cathode electrode for fused carbonate fuel cell |
| JPH0712096A (ja) * | 1993-06-23 | 1995-01-17 | Hirose Tekkogyo Kk | 大型少数翼の軸流扇及びその製造方法 |
| JP2006041772A (ja) * | 2004-07-26 | 2006-02-09 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | リモコン送信機 |
| JP2007533865A (ja) * | 2004-04-15 | 2007-11-22 | ナムローゼ・フェンノートシャップ・ベーカート・ソシエテ・アノニム | 金属繊維非焼結体の製造方法 |
| JP2012505510A (ja) * | 2008-12-30 | 2012-03-01 | ドゥサン ヘヴィー インダストリーズ アンド コンストラクション カンパニー リミテッド | 溶融炭酸塩燃料電池のイン−シチュ焼結用燃料極製造方法 |
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-
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- 1985-07-12 JP JP60154600A patent/JPS6215768A/ja active Pending
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