JP2528922B2 - 溶融炭酸塩型燃料電池 - Google Patents
溶融炭酸塩型燃料電池Info
- Publication number
- JP2528922B2 JP2528922B2 JP63000396A JP39688A JP2528922B2 JP 2528922 B2 JP2528922 B2 JP 2528922B2 JP 63000396 A JP63000396 A JP 63000396A JP 39688 A JP39688 A JP 39688A JP 2528922 B2 JP2528922 B2 JP 2528922B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- carbonate
- electrolyte
- fuel cell
- melting point
- matrix
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- 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
- H01M8/02—Details
- H01M8/0289—Means for holding the electrolyte
- H01M8/0295—Matrices for immobilising electrolyte melts
-
- 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
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はアルカリ金属炭酸塩やアルカリ土類金属炭酸
塩を電解質として用いる燃料電池に係り、特に電池の長
寿命化に好適な電解質板を有する溶融炭酸塩型燃料電池
に関する。
塩を電解質として用いる燃料電池に係り、特に電池の長
寿命化に好適な電解質板を有する溶融炭酸塩型燃料電池
に関する。
第３図に従来の燃料電池の構成を示す分解斜視図を示
す。単位電池は、アノード２及びカソード３とこれら両
電極に挟持された、電解質を保持したマトリツクスから
なる電解質板１、及びアノード側に燃料ガスを供給する
アノード側セパレータ４、カソード側に酸化剤ガスを供
給するセパレータ５より構成されており、実際の電池で
は、この単位電池を複数積層している。従来の電解質板
１を得る方法は、シート状のマトリツクスを数枚積層し
その中間層間に電解質として混合炭酸塩層を配し、電池
組立後、電池昇温過程でマトリツクス中に電解質を含浸
させる方法がとられているが、電池運転中にセパレータ
材の腐蝕や蒸発によつて電解質が消失し、電池性能が低
下するという問題がある。しかし先に記した第３図の様
な電池構造では電解質を補給することが非常に困難であ
る。
す。単位電池は、アノード２及びカソード３とこれら両
電極に挟持された、電解質を保持したマトリツクスから
なる電解質板１、及びアノード側に燃料ガスを供給する
アノード側セパレータ４、カソード側に酸化剤ガスを供
給するセパレータ５より構成されており、実際の電池で
は、この単位電池を複数積層している。従来の電解質板
１を得る方法は、シート状のマトリツクスを数枚積層し
その中間層間に電解質として混合炭酸塩層を配し、電池
組立後、電池昇温過程でマトリツクス中に電解質を含浸
させる方法がとられているが、電池運転中にセパレータ
材の腐蝕や蒸発によつて電解質が消失し、電池性能が低
下するという問題がある。しかし先に記した第３図の様
な電池構造では電解質を補給することが非常に困難であ
る。
そこで電解質を補給する方法として、特開昭58−2316
6号公報に見られる様にカソード側セパレータ内に、電
解質をマトリックス中に補給するための電解質保持材を
有する電解質溜及びこれに電解質を供給するための各部
材間を貫通する電解質通路を設けた構造の燃料電池が考
案されている。
6号公報に見られる様にカソード側セパレータ内に、電
解質をマトリックス中に補給するための電解質保持材を
有する電解質溜及びこれに電解質を供給するための各部
材間を貫通する電解質通路を設けた構造の燃料電池が考
案されている。
しかし上記従来技術は電池構造が複雑になる上、電池
面積が大きくなる為製造コスト高に繋り、又電解質をマ
トリックスの両端から補給する為均一に含浸させること
が困難であり、電解質通路が閉塞する等の欠点が考えら
れる。
面積が大きくなる為製造コスト高に繋り、又電解質をマ
トリックスの両端から補給する為均一に含浸させること
が困難であり、電解質通路が閉塞する等の欠点が考えら
れる。
本発明は、上記従来技術の欠点を解決するためになさ
れたもので、電池構造を複雑化することなしにマトリッ
クス中へ均等に電解質を補給することのできる溶融炭酸
塩型燃料電池を提供することを目的とするものである。
れたもので、電池構造を複雑化することなしにマトリッ
クス中へ均等に電解質を補給することのできる溶融炭酸
塩型燃料電池を提供することを目的とするものである。
上記目的は、電解質板中に、先に含浸される炭酸塩よ
りも融点の高い組成からなる少なくとも１種類以上の炭
酸塩層を電解質リザーブ層として配置することにより達
成される。
りも融点の高い組成からなる少なくとも１種類以上の炭
酸塩層を電解質リザーブ層として配置することにより達
成される。
すなわち本発明は、アルカリ金属またはアルカリ土類
金属炭酸塩の溶融物を電解質として用いる燃料電池にお
いて、アルカリ金属またはアルカリ土類金属炭酸塩の溶
融物を保持させたマトリツクス中に、前記炭酸塩より融
点が高いアルカリ金属またはアルカリ土類金属炭酸塩か
らなる電解質リザーブ層を少なくとも１層以上配設した
電解質板を有し、電解質の消失に伴って燃料電池の作動
温度を変化させ、逐次該アルカリ金属やアルカリ土類金
属炭酸塩からなる層を溶解して電解質とし得るようにし
たことを特徴とする溶融炭酸塩型燃料電池である。
金属炭酸塩の溶融物を電解質として用いる燃料電池にお
いて、アルカリ金属またはアルカリ土類金属炭酸塩の溶
融物を保持させたマトリツクス中に、前記炭酸塩より融
点が高いアルカリ金属またはアルカリ土類金属炭酸塩か
らなる電解質リザーブ層を少なくとも１層以上配設した
電解質板を有し、電解質の消失に伴って燃料電池の作動
温度を変化させ、逐次該アルカリ金属やアルカリ土類金
属炭酸塩からなる層を溶解して電解質とし得るようにし
たことを特徴とする溶融炭酸塩型燃料電池である。
本発明における電解質板は、電解質保持体であるシー
ト状マトリツクスを数枚積層し、そのシート間に各々融
点の異なる組成からなる炭酸塩の層を少なくとも２層以
上配設した構成としたものを昇温し、最も融点の低い炭
酸塩層を溶融し、マトリックスに含浸させることによつ
て得られる。
ト状マトリツクスを数枚積層し、そのシート間に各々融
点の異なる組成からなる炭酸塩の層を少なくとも２層以
上配設した構成としたものを昇温し、最も融点の低い炭
酸塩層を溶融し、マトリックスに含浸させることによつ
て得られる。
融点を異なつたものにするためには、２種類以上の炭
酸塩の混合比を変えたものから作ることもできるし、ま
たは炭酸塩の種類を変化させてもよい。例えば、Li2CO3
−K2CO3二元系を用いた場合は、最も融点の低い層はLi2
CO3とK2CO3のモル比を62対38にし、他の層はこのモル比
を変化させたものにする。また、Li2CO3−K2CO3−Na2CO
3三元系を用いた場合は、融点の最も低い層をLi2CO3 4
3.5モル,K2CO3 31.5モル,Na2CO3 25.0モルの混合層とし
て、それ以外の層ではこの組成を変化させる。また、こ
れら炭酸塩の層の配置は、マトリツクスの中央に最も融
点の低い炭酸塩層を配設し、アノード及びカソード側に
向けて順次融点が高い炭酸塩層を配設するようにするの
が有効である。
酸塩の混合比を変えたものから作ることもできるし、ま
たは炭酸塩の種類を変化させてもよい。例えば、Li2CO3
−K2CO3二元系を用いた場合は、最も融点の低い層はLi2
CO3とK2CO3のモル比を62対38にし、他の層はこのモル比
を変化させたものにする。また、Li2CO3−K2CO3−Na2CO
3三元系を用いた場合は、融点の最も低い層をLi2CO3 4
3.5モル,K2CO3 31.5モル,Na2CO3 25.0モルの混合層とし
て、それ以外の層ではこの組成を変化させる。また、こ
れら炭酸塩の層の配置は、マトリツクスの中央に最も融
点の低い炭酸塩層を配設し、アノード及びカソード側に
向けて順次融点が高い炭酸塩層を配設するようにするの
が有効である。
マトリツクス中に融点の異なつた炭酸塩層を２層以上
配設した電解質板をセル内に組立後、セル昇温工程で温
度を上げて行くとマトリックス中の有機バインダが分散
飛散した後、最も融点の低い炭酸塩層が溶解し、マトリ
ックス中に浸み込む。溶融した炭酸塩は隣接したマトリ
ックス中ばかりでなくさらに外側のマトリックス中へも
未溶解の炭酸塩層を通して浸透し、全マトリツクス中の
空孔と未溶解の炭酸塩層の空孔が満たされることにより
電解質の含浸がなされ未溶解の炭酸塩層を電解質のリザ
ーブ層とした電解質板が得られる。
配設した電解質板をセル内に組立後、セル昇温工程で温
度を上げて行くとマトリックス中の有機バインダが分散
飛散した後、最も融点の低い炭酸塩層が溶解し、マトリ
ックス中に浸み込む。溶融した炭酸塩は隣接したマトリ
ックス中ばかりでなくさらに外側のマトリックス中へも
未溶解の炭酸塩層を通して浸透し、全マトリツクス中の
空孔と未溶解の炭酸塩層の空孔が満たされることにより
電解質の含浸がなされ未溶解の炭酸塩層を電解質のリザ
ーブ層とした電解質板が得られる。
上記により得られた電解質板を用いた燃料電池は、リ
ザーブ層の炭酸塩の融点よりも低い温度を電池の初期運
転温度として選択し運転を行い、運転中溶解していた炭
酸塩が不足してくると、運転温度を上昇させ２次運転温
度へ移行し、リザーブ層の炭酸塩を溶解してマトリツク
ス中へ含浸させる。運転温度の変化は炭酸塩層に比例さ
れてもよいし、あるいは複数層を同時に溶融する温度で
段階的に変化させてもさしつかえない。また、以上から
明らかなように、リザーブ層の炭酸塩が溶解しマトリッ
クスに含浸するため、層の厚さが減少することや、電解
質板全体としての厚さもそれに合わせて薄くなっても電
池性能には問題ないことはいうまでもない。
ザーブ層の炭酸塩の融点よりも低い温度を電池の初期運
転温度として選択し運転を行い、運転中溶解していた炭
酸塩が不足してくると、運転温度を上昇させ２次運転温
度へ移行し、リザーブ層の炭酸塩を溶解してマトリツク
ス中へ含浸させる。運転温度の変化は炭酸塩層に比例さ
れてもよいし、あるいは複数層を同時に溶融する温度で
段階的に変化させてもさしつかえない。また、以上から
明らかなように、リザーブ層の炭酸塩が溶解しマトリッ
クスに含浸するため、層の厚さが減少することや、電解
質板全体としての厚さもそれに合わせて薄くなっても電
池性能には問題ないことはいうまでもない。
以下、本発明の一実施例を図面に基づき説明する。第
１図は電解質リザーブ層を一層有した電解質板の縦断面
図である。電解質を保持したマトリックス型電解質保持
材６と電解質リザーブ層７とから構成した。
１図は電解質リザーブ層を一層有した電解質板の縦断面
図である。電解質を保持したマトリックス型電解質保持
材６と電解質リザーブ層７とから構成した。
第２図は第１図の電解質板を得る前の電解質板の各構
成部材を垂直方法に積層したものの縦断面図である。第
２図により実施例の電解質板を得た方法を説明する。
成部材を垂直方法に積層したものの縦断面図である。第
２図により実施例の電解質板を得た方法を説明する。
電解質含浸前のシート状マトリックス型電解質保持材
６を４枚積層し下から２枚目と３枚目の間に従来より用
いている混合組成Li2CO3:K2CO3＝62:38モル％、融点489
℃の炭酸塩層８を挿入した。又下から３枚目と４枚目の
間に混合組成Li2CO3:K2CO3＝75:25モル％、融点約600℃
の炭酸塩層を電解質のリザーブ層７として配置した。
６を４枚積層し下から２枚目と３枚目の間に従来より用
いている混合組成Li2CO3:K2CO3＝62:38モル％、融点489
℃の炭酸塩層８を挿入した。又下から３枚目と４枚目の
間に混合組成Li2CO3:K2CO3＝75:25モル％、融点約600℃
の炭酸塩層を電解質のリザーブ層７として配置した。
上記積層体をセル内に組立後、炭酸塩層８の融点まで
昇温し炭酸塩層８の炭酸塩を融解しマトリックス型電解
質保持材６及び電解質リザーブ層７に含浸させ第１図に
示した電解質板を得た。ここで炭酸塩層８に使用した炭
酸塩の量はマトリツクス型電解質保持材６及び電解質リ
ザーブ層７の空孔を満たすに足る量にした。
昇温し炭酸塩層８の炭酸塩を融解しマトリックス型電解
質保持材６及び電解質リザーブ層７に含浸させ第１図に
示した電解質板を得た。ここで炭酸塩層８に使用した炭
酸塩の量はマトリツクス型電解質保持材６及び電解質リ
ザーブ層７の空孔を満たすに足る量にした。
本電解質板を用いて燃料電池は初期運転温度550℃に
て運転し電解質の消失による電池性能の低下する傾向が
現われたとき電池運転温度を上昇させ650℃にて運転を
行い、この時リザーブ層７の炭酸塩を融解しマトリック
ス６中に含浸させた。
て運転し電解質の消失による電池性能の低下する傾向が
現われたとき電池運転温度を上昇させ650℃にて運転を
行い、この時リザーブ層７の炭酸塩を融解しマトリック
ス６中に含浸させた。
第４図に本発明を用いた電池の運転結果を従来のもの
と比較して示す。図中のプロットは電流密度150mA/cmに
おける電池電圧を示すものである。運転条件は標準運転
条件に従つた。
と比較して示す。図中のプロットは電流密度150mA/cmに
おける電池電圧を示すものである。運転条件は標準運転
条件に従つた。
本発明によれば、電池構造を複雑化することなしに電
解質をリザーブすることができるとともに、複雑な補給
装置を必要としないで均一にマトリックス中に電解質を
補給でき、燃料電池の長寿命化を達成することができ
る。
解質をリザーブすることができるとともに、複雑な補給
装置を必要としないで均一にマトリックス中に電解質を
補給でき、燃料電池の長寿命化を達成することができ
る。
第１図は本発明の一実施例の電解質リザーブ層を有した
電解質板の縦断面図、第２図は第１図の電解質板を得る
ための昇温前の各構成部材を垂直方向に積層したものの
縦断面図、第３図は従来の燃料電池の分解斜視図であ
る。第４図は本発明を用いた燃料電池の運転結果を示し
た図である。 １……電解質板、２……アノード、３……カソード、４
……アノード側セパレータ、５……カソード側セパレー
タ、６……マトリックス型電解質保持材、７……電解質
リザーブ層、８……炭酸塩層。
電解質板の縦断面図、第２図は第１図の電解質板を得る
ための昇温前の各構成部材を垂直方向に積層したものの
縦断面図、第３図は従来の燃料電池の分解斜視図であ
る。第４図は本発明を用いた燃料電池の運転結果を示し
た図である。 １……電解質板、２……アノード、３……カソード、４
……アノード側セパレータ、５……カソード側セパレー
タ、６……マトリックス型電解質保持材、７……電解質
リザーブ層、８……炭酸塩層。
フロントページの続き (72)発明者 高島 正 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式 会社日立製作所日立工場内 (56)参考文献 特開 昭64−3967（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−318074（ＪＰ，Ａ)
Claims (5)
- 【請求項１】第１のアルカリ金属またはアルカリ土類金
属の炭酸塩、を有する電解質板をアノードとカソードと
で挟持してなる溶融炭酸塩型燃料電池において、該電解
質板は、前記炭酸塩を保持させたマトリックス中に、前
記炭酸塩より融点が高い第２のアルカリ金属またはアル
カリ土類金属の炭酸塩、からなる電解質リザーブ層が少
なくとも１層以上配設されたことを特徴とする溶融炭酸
塩型燃料電池。 - 【請求項２】特許請求の範囲第１項に記載の溶融炭酸塩
型燃料電池において、前記電解質リザーブ層が少なくと
も２層以上配設され、すべての前記電解質リザーブ層の
前記第２の炭酸塩は燃料電池の初期運転温度より高い融
点を有し、且つ、前記電解質リザーブ層の少なくとも一
層は他の電解質リザーブ層と異なる融点の前記第２の炭
酸塩からなることを特徴とする溶融炭酸塩型燃料電池。 - 【請求項３】特許請求の範囲第２項に記載の溶融炭酸塩
型燃料電池において、前記マトリックスの中央部に、最
も融点の低い前記第２の炭酸塩からなる電解質リザーブ
層を、アノード及びカソード側に向かって順次融点の高
い前記第２の炭酸塩からなる電解質リザーブ層を配設し
たことを特徴とする溶融炭酸塩型燃料電池。 - 【請求項４】特許請求の範囲第１〜３項のいずれか一つ
に記載の溶融炭酸塩型燃料電池において、前記第１また
は前記第２の炭酸塩が単一炭酸塩あるいは複合炭酸塩か
らなることを特徴とする溶融炭酸塩型燃料電池。 - 【請求項５】第１のアルカリ金属またはアルカリ土類金
属の炭酸塩を有する電解質板をアノードとカソードとで
挟持してなる溶融炭酸塩型燃料電池の運転方法におい
て、該電解質板は、前記炭酸塩を保持させたマトリック
ス中に、前記炭酸塩より融点が高い第２のアルカリ金属
またはアルカリ土類金属の炭酸塩からなる電解質リザー
ブ層が少なくとも１層以上配設され、前記第１の炭酸塩
の不足に伴って、前記燃料電池の作動温度を変化させ、
逐次前記第２の炭酸塩からなるリザーブ層を溶解して電
解質として得ることを特徴とする溶融炭酸塩型燃料電池
の運転方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63000396A JP2528922B2 (ja) | 1988-01-06 | 1988-01-06 | 溶融炭酸塩型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63000396A JP2528922B2 (ja) | 1988-01-06 | 1988-01-06 | 溶融炭酸塩型燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01183069A JPH01183069A (ja) | 1989-07-20 |
| JP2528922B2 true JP2528922B2 (ja) | 1996-08-28 |
Family
ID=11472645
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63000396A Expired - Fee Related JP2528922B2 (ja) | 1988-01-06 | 1988-01-06 | 溶融炭酸塩型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2528922B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7939219B2 (en) | 2005-05-27 | 2011-05-10 | Fuelcell Energy, Inc. | Carbonate fuel cell and components thereof for in-situ delayed addition of carbonate electrolyte |
-
1988
- 1988-01-06 JP JP63000396A patent/JP2528922B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01183069A (ja) | 1989-07-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA1082304A (en) | Electrolyte reservoir for a fuel cell | |
| US7939219B2 (en) | Carbonate fuel cell and components thereof for in-situ delayed addition of carbonate electrolyte | |
| EP0137327B1 (en) | Liquid fuel cell | |
| EP1537614B1 (en) | Dual-porosity ribbed fuel cell cathode | |
| JP2635991B2 (ja) | 電解電池積重体 | |
| JPS6130385B2 (ja) | ||
| KR20080016858A (ko) | 용융 탄산염 연료전지에 사용하기 위한 하이 리튬 전해질및 그 제조 방법 | |
| JP2528922B2 (ja) | 溶融炭酸塩型燃料電池 | |
| EP0235948B1 (en) | Fuel cell | |
| CN102428597A (zh) | 用于电池的电极板 | |
| JPH0652656B2 (ja) | 溶融炭酸塩型燃料電池 | |
| US7070875B2 (en) | Fuel-cell assembly comprising an electrolyte reservoir | |
| JP2612781B2 (ja) | 燃料電池 | |
| JPS63241868A (ja) | 燃料電池スタツク | |
| CA1202070A (en) | Fuel cell with multiple porosity electrolyte matrix assembly | |
| JP2633522B2 (ja) | 燃料電池 | |
| JPH077671B2 (ja) | 燃料電池 | |
| JPH06101338B2 (ja) | 燃料電池 | |
| JPH0831451A (ja) | ナトリウム−硫黄電池 | |
| JPS60198059A (ja) | マトリツクス形燃料電池の電解質補給構造 | |
| JPH01231273A (ja) | 溶融炭酸塩燃料電池の製造方法 | |
| JPS6137736B2 (ja) | ||
| WO2001093358A1 (de) | Brennstoffzellenanordnung mit elektrolytreservoir | |
| JPS6250946B2 (ja) | ||
| JPS6132360A (ja) | 燃料電池 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |