JPS6288272A - 溶融炭酸塩燃料電池 - Google Patents
溶融炭酸塩燃料電池Info
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- JPS6288272A JPS6288272A JP60228341A JP22834185A JPS6288272A JP S6288272 A JPS6288272 A JP S6288272A JP 60228341 A JP60228341 A JP 60228341A JP 22834185 A JP22834185 A JP 22834185A JP S6288272 A JPS6288272 A JP S6288272A
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- chromium oxide
- fuel cell
- chromium
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- 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
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- 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
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- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/14—Fuel cells with fused electrolytes
- H01M2008/147—Fuel cells with molten carbonates
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- 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
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- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/8647—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells consisting of more than one material, e.g. consisting of composites
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- 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
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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】
〔発明の属する技術分野〕
この発明は、アノードおよびカソードからなる一対のガ
ス拡散性電極とこれら電極に挟持された電解値タイルを
有する溶融炭酸塩燃料電池に関する。
ス拡散性電極とこれら電極に挟持された電解値タイルを
有する溶融炭酸塩燃料電池に関する。
溶融炭酸塩燃料電池（以下の本文ではＭＣＦＣと略記す
る）は動作温度が高く、腐食性の強い溶融炭酸塩を使用
していることによって、電極にも苛酷な責務が課せられ
ている。ＭＣＦＣの電極、とくに本発明に関するアノー
ド電極に対する一般的な要求特性をまとめると以下のよ
うになる。
る）は動作温度が高く、腐食性の強い溶融炭酸塩を使用
していることによって、電極にも苛酷な責務が課せられ
ている。ＭＣＦＣの電極、とくに本発明に関するアノー
ド電極に対する一般的な要求特性をまとめると以下のよ
うになる。
（１１ガス雰囲気に対して安定であること。
（２） 耐熱性とくにクリープ強度が高いこと。
（３） 運転時に耐焼結性があること（空孔率、空孔
径２表面積などの経時変化がないこと）（４） 急激
な電解値流入がなくガスと反応できること。
径２表面積などの経時変化がないこと）（４） 急激
な電解値流入がなくガスと反応できること。
（５）電気伝導性が高いこと。
（６） 安価であること。
従来、ＭＣＦＣのアノードを極としては、ニッケル多孔
質電極板が広く使用されている。これはニッケルが耐食
性と導電性をバランスよく具備し、かつ良質の粉末が入
手しやすく、多孔質を極板の製造も比較的容易なためで
ある。
質電極板が広く使用されている。これはニッケルが耐食
性と導電性をバランスよく具備し、かつ良質の粉末が入
手しやすく、多孔質を極板の製造も比較的容易なためで
ある。
通常、ニッケル多孔質電極板は粒径が３〜７μｍのカー
ボニルニッケル粉末を用い、これを所望の寸法、形状を
有する黒鉛型などに充填し、還元性雰囲気中で約７００
０〜約１０００℃の温度で焼結することによって製造さ
れる。ＭＣＦＣのアノード電極としての望しい細孔容積
（空孔率）、平均空孔径または空孔径分布などは実験的
に決定されるが、これらは主に電解質タイルの多孔度お
よび電池の動作条件に依存する。良好な電池特性を得る
ため１こは、反応を行うのに十分なだけの電解質が電極
ｌこ流入し、かつ反応ガスの電極内の迅速な拡散を妨げ
るほどには電解質が電極に流入しないような空孔率、空
孔径などを電極が有する必要がある。
ボニルニッケル粉末を用い、これを所望の寸法、形状を
有する黒鉛型などに充填し、還元性雰囲気中で約７００
０〜約１０００℃の温度で焼結することによって製造さ
れる。ＭＣＦＣのアノード電極としての望しい細孔容積
（空孔率）、平均空孔径または空孔径分布などは実験的
に決定されるが、これらは主に電解質タイルの多孔度お
よび電池の動作条件に依存する。良好な電池特性を得る
ため１こは、反応を行うのに十分なだけの電解質が電極
ｌこ流入し、かつ反応ガスの電極内の迅速な拡散を妨げ
るほどには電解質が電極に流入しないような空孔率、空
孔径などを電極が有する必要がある。
一般的に言えば、前記条件を満たすための多孔質電極板
の空孔率は６０〜８０％、平均空孔径は１〜８μｍ（望
ましきは２〜６μｍ）とされ、ニッケル多孔質電極板は
これらの条件をほぼ満足しているものである。
の空孔率は６０〜８０％、平均空孔径は１〜８μｍ（望
ましきは２〜６μｍ）とされ、ニッケル多孔質電極板は
これらの条件をほぼ満足しているものである。
しかしながら、ニッケル多孔質電極板は、電池の運転下
において焼結が経時的に進行することにより、空孔率お
よび表面積などが減少して電池性能を低下させるという
欠点がある。
において焼結が経時的に進行することにより、空孔率お
よび表面積などが減少して電池性能を低下させるという
欠点がある。
本発明の目的は、耐焼結性に富んだ酸化クロムを含有す
るニッケル多孔質電極板をアノード電極に用いることに
よって、長期にわたって優れた電池性能を維持できるＭ
ＣＦＣを提供することである。
るニッケル多孔質電極板をアノード電極に用いることに
よって、長期にわたって優れた電池性能を維持できるＭ
ＣＦＣを提供することである。
この目的は本発明によれば、一対の拡散性電極すなわち
アノードおよびカソードと、これら電極で挟持された電
解質タイルを有する燃料電池において、酸化クロムを０
．３〜２（重量）チ含有するニッケル−酸化クロム多孔
質Ｖｔ種板を電池のアノードに用いることにより達成さ
れる。
アノードおよびカソードと、これら電極で挟持された電
解質タイルを有する燃料電池において、酸化クロムを０
．３〜２（重量）チ含有するニッケル−酸化クロム多孔
質Ｖｔ種板を電池のアノードに用いることにより達成さ
れる。
本発明に関するニッケル−酸化クロム合金粉末は、ニッ
ケルとクロムの酸化物を原料として混合。
ケルとクロムの酸化物を原料として混合。
粉砕および造粒し、これを還元処理してニッケルの酸化
物のみを選択的に還元させることで得られる。この合金
粉末の断面を顕微鏡で観察すると、ニッケルマトリック
ス中ｔこオングストロームオーダの酸化クロムの微細な
粒子が点在した組織形態を示している。また、この合金
粉末の粒径は還元条件の制御および還元後に粉砕処理を
施すことで任意のものを得ることができる。
物のみを選択的に還元させることで得られる。この合金
粉末の断面を顕微鏡で観察すると、ニッケルマトリック
ス中ｔこオングストロームオーダの酸化クロムの微細な
粒子が点在した組織形態を示している。また、この合金
粉末の粒径は還元条件の制御および還元後に粉砕処理を
施すことで任意のものを得ることができる。
なお、ニッケル−酸化クロム合金粉末の別の作り方とし
ては、ニッケル−クロム合金溶湯を水もしくはガスアト
マイズして合金微粒子を得、これを内部酸化処理してニ
ッケル−酸化クロム合金粉末にする方法がある。しかし
この方法ではＭＣＦＣの電極用粉末として必要な平均粒
径１０μｍ以下の球状の微粒子が得にくく、かつニッケ
ルマトリックス中に酸化クロムを微細かつ均一に分散さ
せることが困難である。このため本発明では化学的な方
法で製造した粉末を用いた。
ては、ニッケル−クロム合金溶湯を水もしくはガスアト
マイズして合金微粒子を得、これを内部酸化処理してニ
ッケル−酸化クロム合金粉末にする方法がある。しかし
この方法ではＭＣＦＣの電極用粉末として必要な平均粒
径１０μｍ以下の球状の微粒子が得にくく、かつニッケ
ルマトリックス中に酸化クロムを微細かつ均一に分散さ
せることが困難である。このため本発明では化学的な方
法で製造した粉末を用いた。
本発明においては、ニッケル−酸化クロム合金粉末の酸
化クロムの含有量は０．３〜２％ｌこ限定した。これは
、０．３％以下の酸化クロムでは電池運転中の焼結を防
止できないこと、逆Ｉｃ ２％以上の酸化クロムでは合
金粉末の焼結性が極端に低下するため多孔質電極板の製
造が困難になり、導電性も低下して電池性能が低下する
ためである。
化クロムの含有量は０．３〜２％ｌこ限定した。これは
、０．３％以下の酸化クロムでは電池運転中の焼結を防
止できないこと、逆Ｉｃ ２％以上の酸化クロムでは合
金粉末の焼結性が極端に低下するため多孔質電極板の製
造が困難になり、導電性も低下して電池性能が低下する
ためである。
この限定理由を実験結果にもとづいてより詳細に説明す
る。この実験では、平均粒径が５．５μｍ前後で酸化ク
ロムの含有量が０．１５ 、０．３ 、１．０ 。
る。この実験では、平均粒径が５．５μｍ前後で酸化ク
ロムの含有量が０．１５ 、０．３ 、１．０ 。
２．０，２．５，３％のニッケル−酸化クロム粉末を用
意した。また、比較のために平均粒径が４，７μｍのカ
ーボニルニッケル粉末を用いた。これら粉末を直径５０
ｍ 、深さ１．２■の黒鉛型に充填して、ニッケル−
酸化クロム系は真空中で１０００℃×ＩＨ１カーボニル
ニッケルは水素中で７５０℃ｘＩＨの条件で焼結して多
孔質焼結板を得た。この際、ニッケル−３−酸化クロム
は焼結が進行せず多孔質電極板の製造は不可であった。
意した。また、比較のために平均粒径が４，７μｍのカ
ーボニルニッケル粉末を用いた。これら粉末を直径５０
ｍ 、深さ１．２■の黒鉛型に充填して、ニッケル−
酸化クロム系は真空中で１０００℃×ＩＨ１カーボニル
ニッケルは水素中で７５０℃ｘＩＨの条件で焼結して多
孔質焼結板を得た。この際、ニッケル−３−酸化クロム
は焼結が進行せず多孔質電極板の製造は不可であった。
前記の多孔質焼結板の耐焼結性については６５０℃の水
素雰囲気中で長時間の加熱試験を行い、その時の空孔率
、空孔径および比表面積の変化を測定することで評価し
た。その試験結果を第１図に示す。第１図より、ニッケ
ルのみおよびニッケル−０．１５％酸化クロム多孔質電
極板は、時間の経過とともに空孔率。
素雰囲気中で長時間の加熱試験を行い、その時の空孔率
、空孔径および比表面積の変化を測定することで評価し
た。その試験結果を第１図に示す。第１図より、ニッケ
ルのみおよびニッケル−０．１５％酸化クロム多孔質電
極板は、時間の経過とともに空孔率。
比表面積は減少し、電池運転中に焼結しやすいことを示
した。一方、酸化クロムを０．３チ以上含有した多孔質
電極板は長時間加熱しても空孔率、比表面積はほとんど
変化せず、ニッケル−酸化クロム多孔質電極板に耐焼結
性を付与するためには０．３％以上の酸化クロムが必要
であることを確認した。空孔径の変化も比表面積の挙動
とほぼ同様であった。
した。一方、酸化クロムを０．３チ以上含有した多孔質
電極板は長時間加熱しても空孔率、比表面積はほとんど
変化せず、ニッケル−酸化クロム多孔質電極板に耐焼結
性を付与するためには０．３％以上の酸化クロムが必要
であることを確認した。空孔径の変化も比表面積の挙動
とほぼ同様であった。
次に、上記実験により得られた直径が３５醪で厚さが０
．８５〜１．０ｍのニッケル−酸化クロムの多孔質電極
板、および比較のニッケル多孔質電極板をアノードに用
いてＭＣＦＣを構成し、その電池性能を調べた。ＭＣＦ
Ｃはりチウムアルミネートを電解質保持材として共晶組
成電解質成分（４７，５重ｉｉ１％炭酸リチウムー５１
５重量％炭酸カリウム）を５５重量％含有する５０ｗφ
Ｘ２＠厚の電解質タイルをアノードとカソード開に配置
し、燃料室および酸化剤呈を備え、かつ集電子を兼ねた
ハウジングで電極板と電解質タイルを両面から押しつけ
た構造の単電池を構成した。このような単電池に、燃料
ガス組成はＨｚ ＋ ２０ ％ＣＯ□ 、酸化剤ガス組
成はＡｉｒ−）−３Ｑ％ＣＯ，からなるガスを０．５Ｌ
／ｍｉｎの流量で供給し、６５０℃で電流−電圧関係を
測定した。試験結果を第１表に示す。
．８５〜１．０ｍのニッケル−酸化クロムの多孔質電極
板、および比較のニッケル多孔質電極板をアノードに用
いてＭＣＦＣを構成し、その電池性能を調べた。ＭＣＦ
Ｃはりチウムアルミネートを電解質保持材として共晶組
成電解質成分（４７，５重ｉｉ１％炭酸リチウムー５１
５重量％炭酸カリウム）を５５重量％含有する５０ｗφ
Ｘ２＠厚の電解質タイルをアノードとカソード開に配置
し、燃料室および酸化剤呈を備え、かつ集電子を兼ねた
ハウジングで電極板と電解質タイルを両面から押しつけ
た構造の単電池を構成した。このような単電池に、燃料
ガス組成はＨｚ ＋ ２０ ％ＣＯ□ 、酸化剤ガス組
成はＡｉｒ−）−３Ｑ％ＣＯ，からなるガスを０．５Ｌ
／ｍｉｎの流量で供給し、６５０℃で電流−電圧関係を
測定した。試験結果を第１表に示す。
第 １ 表
この表から、酸化クロムを０．３〜２％含有するニッケ
ル−酸化りロム多孔質電他板をアノードに用いた燃料電
池の電池電圧は初期および２５０時間経過後でも優れて
いることがわかる。しかし、酸化クロムが２５％になる
と、その電池電圧は急激に低下しており、ニッケル−酸
化クロム多孔質電極板の酸化クロムの上限は２．０チで
あることを確認した。一方、ニッケルめみの多孔質電極
板をアノードおよびカソードの両方に用いた燃料電池の
初期の電池電圧は高い値を示しているが、１００時間経
過後では低下してあり、本発明のニッケル−酸化クロム
多孔質電極板の方が寿命特性の面では優れていると判断
できる。
ル−酸化りロム多孔質電他板をアノードに用いた燃料電
池の電池電圧は初期および２５０時間経過後でも優れて
いることがわかる。しかし、酸化クロムが２５％になる
と、その電池電圧は急激に低下しており、ニッケル−酸
化クロム多孔質電極板の酸化クロムの上限は２．０チで
あることを確認した。一方、ニッケルめみの多孔質電極
板をアノードおよびカソードの両方に用いた燃料電池の
初期の電池電圧は高い値を示しているが、１００時間経
過後では低下してあり、本発明のニッケル−酸化クロム
多孔質電極板の方が寿命特性の面では優れていると判断
できる。
以上の説明から明らかなように本発明によれば、酸化ク
ロムを０．３〜２％含有するニッケル−酸化クロム多孔
質電極板が耐焼結性に優れていることに鳥目し、これを
電池のアノードとして用いたことによりＭ ＣＦ Ｃの
長期にわたる電池性能を維持することが可能となる。
ロムを０．３〜２％含有するニッケル−酸化クロム多孔
質電極板が耐焼結性に優れていることに鳥目し、これを
電池のアノードとして用いたことによりＭ ＣＦ Ｃの
長期にわたる電池性能を維持することが可能となる。
第１図、第２図はそれぞれ各種多孔質電極板を６５０℃
で加熱試験を行った際の空孔率および比表面積の変化を
示すクラフである。 １：ニッケル多孔質板、２：ニッケル−０，１５チ酸化
クロム、３：ニッケル−０，３チ酸化クロム、４：ニッ
ケル−２％酸化クロム、５：ニッケル−２，５％酸化ク
ロム。
で加熱試験を行った際の空孔率および比表面積の変化を
示すクラフである。 １：ニッケル多孔質板、２：ニッケル−０，１５チ酸化
クロム、３：ニッケル−０，３チ酸化クロム、４：ニッ
ケル−２％酸化クロム、５：ニッケル−２，５％酸化ク
ロム。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）一対のガス拡散性電極すなわちアノードおよびカソ
ードとこれら電極に挟持された電解質タイルとを有する
燃料電池において、０．３〜２（重量）％の酸化クロム
を含むニッケル−酸化クロム多孔質電極板をアノード電
極として有することを特徴とする溶融炭酸塩燃料電池。 ２）特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、アノー
ド電極は、所定量の酸化ニッケルと酸化クロムの粉末を
混合、粉砕および造粒し、これを還元処理してニッケル
酸化物のみを選択的に還元して得た金属ニッケルと酸化
クロムの複合粉末を原料とすることを特徴とする溶融炭
酸塩燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60228341A JPS6288272A (ja) | 1985-10-14 | 1985-10-14 | 溶融炭酸塩燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60228341A JPS6288272A (ja) | 1985-10-14 | 1985-10-14 | 溶融炭酸塩燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6288272A true JPS6288272A (ja) | 1987-04-22 |
Family
ID=16874941
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60228341A Pending JPS6288272A (ja) | 1985-10-14 | 1985-10-14 | 溶融炭酸塩燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6288272A (ja) |
-
1985
- 1985-10-14 JP JP60228341A patent/JPS6288272A/ja active Pending
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