JPS62285364A - 溶融炭酸塩燃料電池 - Google Patents
溶融炭酸塩燃料電池Info
- Publication number
- JPS62285364A JPS62285364A JP61128632A JP12863286A JPS62285364A JP S62285364 A JPS62285364 A JP S62285364A JP 61128632 A JP61128632 A JP 61128632A JP 12863286 A JP12863286 A JP 12863286A JP S62285364 A JPS62285364 A JP S62285364A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- anode
- molten carbonate
- fuel cell
- nickel
- electrolyte
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/90—Selection of catalytic material
- H01M4/9041—Metals or alloys
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
- H01M8/04225—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells during start-up
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/8605—Porous electrodes
- H01M4/8621—Porous electrodes containing only metallic or ceramic material, e.g. made by sintering or sputtering
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M2004/8678—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells characterised by the polarity
- H01M2004/8684—Negative electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/14—Fuel cells with fused electrolytes
- H01M2008/147—Fuel cells with molten carbonates
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2300/00—Electrolytes
- H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
- H01M2300/0048—Molten electrolytes used at high temperature
- H01M2300/0051—Carbonates
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
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】
３、発明の詳細な説明
産業上の利用分野
本発明は電解質として溶融した炭酸塩を用いた溶融炭酸
塩燃料電池に関する。
塩燃料電池に関する。
従来の技術
溶融炭酸塩燃料電池の一般的な構成を第４図に示す。炭
酸カリウム、炭酸リチウムなどの混合炭酸塩（例えば、
Ｌｉ２ＣＯ５：に２ＧＯｓ ＝ ６２ ：３８モル比）
とアルミン酸リチウムとの混合粉末をホットプレスした
電解質体１（巨ＡＪ０２重量比５６％）をニッケル焼結
体より成るアノード２と、リチウムニッケル酸化物のカ
ソード３とで挟み、それぞれのガス室には集電と電極の
固定を兼ねた集電体４が配されている。活物質ガスはガ
ス室入口から供給され排ガスはガス室出口から排出され
る。
酸カリウム、炭酸リチウムなどの混合炭酸塩（例えば、
Ｌｉ２ＣＯ５：に２ＧＯｓ ＝ ６２ ：３８モル比）
とアルミン酸リチウムとの混合粉末をホットプレスした
電解質体１（巨ＡＪ０２重量比５６％）をニッケル焼結
体より成るアノード２と、リチウムニッケル酸化物のカ
ソード３とで挟み、それぞれのガス室には集電と電極の
固定を兼ねた集電体４が配されている。活物質ガスはガ
ス室入口から供給され排ガスはガス室出口から排出され
る。
この溶融炭酸塩燃料電池に用いるカソードガスは空気と
二酸化炭素の混合ガスで、このガスがカソードで還元さ
れて生じた炭酸イオンが溶融塩中に放出される。一方ア
ノードでは燃料として供給した水素ガスが炭酸イオンと
反応し、水と二酸化炭素が発生する。その際、電解質中
の電流は炭酸イオンの移動によって担われている。この
ように電解質体にはアノードガスとカソードガスの混合
を防ぐ仕切り板としての役割と、カソード反応によって
生じた炭酸イオンを速かにアノード上の反応部位に運ぶ
役割がある。アノードでは、ニッケル焼結体の細孔を満
たした電解質のメニスカス、すなわち電解質と、ニッケ
ルとガスの王者が隣接する三相帯域において電極反応が
進行する。したがって有効な三相帯域を広く有すること
が高性能のアノードであることの条件であり、そのため
に従来ニッケル粉末の粒径を変えたり、焼結体の細孔の
孔径を変化させてきた。
二酸化炭素の混合ガスで、このガスがカソードで還元さ
れて生じた炭酸イオンが溶融塩中に放出される。一方ア
ノードでは燃料として供給した水素ガスが炭酸イオンと
反応し、水と二酸化炭素が発生する。その際、電解質中
の電流は炭酸イオンの移動によって担われている。この
ように電解質体にはアノードガスとカソードガスの混合
を防ぐ仕切り板としての役割と、カソード反応によって
生じた炭酸イオンを速かにアノード上の反応部位に運ぶ
役割がある。アノードでは、ニッケル焼結体の細孔を満
たした電解質のメニスカス、すなわち電解質と、ニッケ
ルとガスの王者が隣接する三相帯域において電極反応が
進行する。したがって有効な三相帯域を広く有すること
が高性能のアノードであることの条件であり、そのため
に従来ニッケル粉末の粒径を変えたり、焼結体の細孔の
孔径を変化させてきた。
発明が解決しようとする問題点
溶融炭酸塩燃料電池は６５０°Ｃの高温で長期間運転す
るので、金属の焼結体であるアノードは焼結が進み、電
池運転開始時のアノードにおける細孔の孔径やニッケル
粒子の粒径が変化する。したがって、できるだけ広い三
相帯を得ることができるような粒径や孔径を長期間維持
することは極めて困難である。その結果、第３図に示す
ように電池運転途中に炭酸塩電解質が、アノードのガス
室表面まであふれ出たり、逆にアノードを殆んど濡らさ
ずに三相帯を形成しなくなる。
るので、金属の焼結体であるアノードは焼結が進み、電
池運転開始時のアノードにおける細孔の孔径やニッケル
粒子の粒径が変化する。したがって、できるだけ広い三
相帯を得ることができるような粒径や孔径を長期間維持
することは極めて困難である。その結果、第３図に示す
ように電池運転途中に炭酸塩電解質が、アノードのガス
室表面まであふれ出たり、逆にアノードを殆んど濡らさ
ずに三相帯を形成しなくなる。
本発明はこれらの問題点を解決して長時間にわたる電池
運転中においても、三相帯が減少することのない、安定
した電極性能を得ることを目的とするものである。
運転中においても、三相帯が減少することのない、安定
した電極性能を得ることを目的とするものである。
問題点を解決するだめの手段
本発明は、アノードガス雰囲気で溶融炭酸塩に対する接
触角が異なるニッケルと銅を混合してアノードの構成材
料としたものである。これによりアノード中に３種類の
細孔すなわち、１）ニッケルに取り囲まれた細孔〜、１
１）銅に取り囲まれた細孔、１１１）ニッケルと銅に取
り囲まれた細孔が形成される。
触角が異なるニッケルと銅を混合してアノードの構成材
料としたものである。これによりアノード中に３種類の
細孔すなわち、１）ニッケルに取り囲まれた細孔〜、１
１）銅に取り囲まれた細孔、１１１）ニッケルと銅に取
り囲まれた細孔が形成される。
なおこれらの細孔は電解質によって満たされるだめの最
大孔径がそれぞれ異なる。
大孔径がそれぞれ異なる。
作用
溶融炭酸塩の表面張力をγ、溶融炭酸塩が、電解質保持
体の保持力や集電体、バイポーラ板へのクリープ現象に
よって、アノードから出ようとする圧力をＰ１アノード
雰囲気での金属と炭酸塩の接触角をθとすると、細孔が
電解質によって満たされるための孔径ｄは ４γμｓθ ｄ＝□ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・（１）ニッケルとの接触角をθＮ１．ｓ銅との接触角
をθｃｕとすると、 θｃｕ ＜θＮｌ ・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・（２）であるから、１ｉｉ）のニッケル
と銅に取り囲まれた細孔の接触角θＣｕ −ｎｉは、ニ
ッケルと銅の割合に応じて多少異なるが θＣｕ＜θＣ１１−Ｎ工くθＮ１・・・・・・・・・・
・・（３）である。したがって、電解質によって満たさ
れるための孔径ｄは と幅を持つことになる。言い換えると、電池運転中の焼
結進行によって孔径が変化しても（４）式の範囲であれ
ば従来のアノードにおいて見られたような電解質のあふ
れ出しやアノードの完全乾燥は発生せずに１有効な三相
帯を広く得ることができる。
体の保持力や集電体、バイポーラ板へのクリープ現象に
よって、アノードから出ようとする圧力をＰ１アノード
雰囲気での金属と炭酸塩の接触角をθとすると、細孔が
電解質によって満たされるための孔径ｄは ４γμｓθ ｄ＝□ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・（１）ニッケルとの接触角をθＮ１．ｓ銅との接触角
をθｃｕとすると、 θｃｕ ＜θＮｌ ・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・（２）であるから、１ｉｉ）のニッケル
と銅に取り囲まれた細孔の接触角θＣｕ −ｎｉは、ニ
ッケルと銅の割合に応じて多少異なるが θＣｕ＜θＣ１１−Ｎ工くθＮ１・・・・・・・・・・
・・（３）である。したがって、電解質によって満たさ
れるための孔径ｄは と幅を持つことになる。言い換えると、電池運転中の焼
結進行によって孔径が変化しても（４）式の範囲であれ
ば従来のアノードにおいて見られたような電解質のあふ
れ出しやアノードの完全乾燥は発生せずに１有効な三相
帯を広く得ることができる。
その様子を第１図に模式的に示した。この傾向は電解質
Ｅに接する面に銅粉末の割合を多くし、ガスＧ室側にニ
ッケル粉末の割合を多くすると著しくなる。図中Ｃｕは
銅粒子、Ｎ１はニッケル粒子を示す。
Ｅに接する面に銅粉末の割合を多くし、ガスＧ室側にニ
ッケル粉末の割合を多くすると著しくなる。図中Ｃｕは
銅粒子、Ｎ１はニッケル粒子を示す。
実施例１
以下、本発明の実施例として、二種類のアノードＡ、Ｂ
を示す。人は平均粒径１μｍのニッケル粉末と同じく平
均粒径１μｍの銅粉末を等重量混合して焼結した電極で
あり、Ｂは電解質と接触する側が７５重量パーセントの
銅粉末を含み、ガス室側が２５重量パーセントの銅粉末
を含むニッケルとの混合粉末の焼結体電極であり、Ａ、
Ｂとも厚さは１ ｍｍである。第２図にそれらのアノー
ドＡ。
を示す。人は平均粒径１μｍのニッケル粉末と同じく平
均粒径１μｍの銅粉末を等重量混合して焼結した電極で
あり、Ｂは電解質と接触する側が７５重量パーセントの
銅粉末を含み、ガス室側が２５重量パーセントの銅粉末
を含むニッケルとの混合粉末の焼結体電極であり、Ａ、
Ｂとも厚さは１ ｍｍである。第２図にそれらのアノー
ドＡ。
Ｂと、比較のため従来のニッケル粉末だけからなるアノ
ードＣを用いた溶融炭酸塩燃料電池の性能の経時変化を
示した。Ｃに比べてＡ、Ｂは性能劣化が少なく、特にＢ
は長時間にわたって安定した性能を得ることができだ。
ードＣを用いた溶融炭酸塩燃料電池の性能の経時変化を
示した。Ｃに比べてＡ、Ｂは性能劣化が少なく、特にＢ
は長時間にわたって安定した性能を得ることができだ。
まだＡ、Ｂは燃料の利用率も低下することなく高く維持
することができた。
することができた。
以上の実施例は焼結式のアノードについてであるが、電
極粉末を発泡金属や有機バインダーで固定、保持させて
電池に組み込み、電池起動時の昇温で焼結する方式の非
焼結式アノードについても同じ結果となった。
極粉末を発泡金属や有機バインダーで固定、保持させて
電池に組み込み、電池起動時の昇温で焼結する方式の非
焼結式アノードについても同じ結果となった。
発明の効果
本発明のアノードは長期間にわたって安定した電極性能
を維持できるので、このアノードを組み込んだ溶融炭酸
塩燃料電池の寿命特性を飛躍的に改善できる。
を維持できるので、このアノードを組み込んだ溶融炭酸
塩燃料電池の寿命特性を飛躍的に改善できる。
第１図は本発明のアノードの細孔部を模式的に表した図
、第２図は本発明のアノードを組み込んだ燃料電池の性
能を示した図、第３図は従来のニッケル粉末だけからな
るアノードが電池運転中に性能劣化していく様子を表し
た図、第４図は溶融炭酸塩燃料電池の構成略図である。 Ｃｕ・・・・・・銅粉末、Ｎｉ・・・・・・ニッケル粉
末、Ｅ・・・・・・電解質、Ｇ・・・・・・ガス。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名第１
図 第３図 電シｂ！転開始晦 第４図 パ イ ホ゛ 土 フ 仮 し４Ｉ−１
、第２図は本発明のアノードを組み込んだ燃料電池の性
能を示した図、第３図は従来のニッケル粉末だけからな
るアノードが電池運転中に性能劣化していく様子を表し
た図、第４図は溶融炭酸塩燃料電池の構成略図である。 Ｃｕ・・・・・・銅粉末、Ｎｉ・・・・・・ニッケル粉
末、Ｅ・・・・・・電解質、Ｇ・・・・・・ガス。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名第１
図 第３図 電シｂ！転開始晦 第４図 パ イ ホ゛ 土 フ 仮 し４Ｉ−１
Claims (2)
- （１）アノードの構成材料として、ニッケルと銅の混合
粉末を用いたことを特徴とする溶融炭酸塩燃料電池。 - （２）銅粉末の割合が、ガス室側で小さく電解質体側で
大きくなるようにしたアノードを用いた特許請求の範囲
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 |
|---|---|---|---|
| JP61128632A JPS62285364A (ja) | 1986-06-03 | 1986-06-03 | 溶融炭酸塩燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61128632A JPS62285364A (ja) | 1986-06-03 | 1986-06-03 | 溶融炭酸塩燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62285364A true JPS62285364A (ja) | 1987-12-11 |
Family
ID=14989611
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61128632A Pending JPS62285364A (ja) | 1986-06-03 | 1986-06-03 | 溶融炭酸塩燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62285364A (ja) |
-
1986
- 1986-06-03 JP JP61128632A patent/JPS62285364A/ja active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0240662A2 (en) | Reduction of electrode dissolution in electrochemical generators | |
| JPH0736334B2 (ja) | 溶融炭酸塩形燃料電池の電極 | |
| US3306780A (en) | Sintered nickel-carbon gas diffusion electrode for fuel cells | |
| JPH0785876A (ja) | 溶融炭酸塩燃料電池用陽電極の製造方法 | |
| US4752500A (en) | Process for producing stabilized molten carbonate fuel cell porous anodes | |
| JPS62285364A (ja) | 溶融炭酸塩燃料電池 | |
| US3269867A (en) | Fuel cell | |
| JPS5987767A (ja) | 溶融塩型燃料電池電極の製造方法 | |
| JPH0520872B2 (ja) | ||
| JPH077668B2 (ja) | 溶融炭酸塩形燃料電池用電極 | |
| JPH0311503B2 (ja) | ||
| JPS6124164A (ja) | 溶融炭酸塩型燃料電池の電解質保持体 | |
| JPH07183038A (ja) | 溶融炭酸塩型燃料電池用集電板 | |
| JPS6124152A (ja) | 溶融炭酸塩型燃料電極の製造方法 | |
| JPS63257182A (ja) | 溶融炭酸塩燃料電池用カソ−ドの製法 | |
| JP3852177B2 (ja) | 溶融炭酸塩型燃料電池用カソードの処理方法 | |
| JPH01130467A (ja) | 水素吸蔵合金電極 | |
| JPH0378747B2 (ja) | ||
| JPS63170863A (ja) | 溶融炭酸塩燃料電池 | |
| JPS6124165A (ja) | 溶融炭酸塩型燃料電池の電解質保持体 | |
| JPS6017865A (ja) | 溶融塩燃料電池 | |
| JPS6366861A (ja) | 溶融炭酸塩燃料電池 | |
| JPH0719606B2 (ja) | 溶融炭酸塩燃料電池 | |
| JPH0548581B2 (ja) | ||
| JPH0474833B2 (ja) |