JP2656083B2 - 溶融炭酸塩型燃料電池用電解質板の製造法 - Google Patents

溶融炭酸塩型燃料電池用電解質板の製造法

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JP2656083B2 JP63227012A JP22701288A JP2656083B2 JP 2656083 B2 JP2656083 B2 JP 2656083B2 JP 63227012 A JP63227012 A JP 63227012A JP 22701288 A JP22701288 A JP 22701288A JP 2656083 B2 JP2656083 B2 JP 2656083B2
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は溶融炭酸塩型燃料電池の電解質板の製造法に
関する。
従来の技術 従来の、溶融炭酸塩型燃料電池の電解質板の製造法は
大別して3通りの検討が行われている。第1はホットプ
レス法、第2はマトリックス法、第3はペースト法であ
る。
ホットプレス法は、電解質と電解質保持材料の混合粉
末を、電解質である炭酸塩の融点直下の温度(400℃程
度)において200〜500kg/cm2の圧力でプレス成形し、電
解質板を製造する方法である。しかし、この方法は生産
性が悪い、大面積化に適さない等の理由から最近ではあ
まり採用されていない。
マトリックス法は、あらかじめ成形助剤等によって電
解質板状に成形した電解質保持材料を、焼結して成形す
ると共に成形助剤等を焼散して電解質保持体のマトリッ
クス板とした後、電解質を含浸させて電解質板とする方
法である。そのため、焼結過程や電解質の含浸過程等が
必要である。
それに対して、ペースト法は、成形助剤等によって電
解質と電解質保持材料の混合物を電解質板状に成形し、
成形助剤等を焼散させて、そのまま電解質板とする方法
である。(この方法では電解質保持材料が焼結していな
いため、電池の作動状態では電解質板は溶融した炭酸塩
と電解質保持材料粉末との混合されたペースト状態であ
る。)従って、生産性の面のみを考えると、焼結過程や
電解質の含浸過程等が必要でないペースト法が優れてい
る。
発明が解決しようとする課題 しかしながら、ペースト法で作製した電解質板は、当
初から電解質保持材料に電解質を混合しているため、成
形された電解質板の緻密性に劣り、その結果電池を構成
した際に燃料ガスと酸化剤ガスのクロスリークを招き易
く、それが電池性能に悪影響を及ぼすという欠点があっ
た。
課題を解決するための手段 本発明は、電解質である炭酸塩を溶融状態で電解質保
持材料と混合する過程と、前記混合物を冷却固化する過
程と、前記冷却固化した混合物を粉砕する過程と、前記
粉砕した混合物を成形する過程を有することによって、
あるいは電解質材料と電解質保持材料を混合する過程
と、電解質と電解質保持材料の混合物を昇温し電解質で
ある炭酸塩を溶融させる過程と、前記溶融状態で電解質
と電解質保持材料を練合する過程と、前記練合物を冷却
固化する過程と、前記冷却固化した練合物を粉砕する過
程と、前記粉砕物を成形する過程を有することによっ
て、生産性に優れたペースト法によって製造された電解
質板の緻密性の向上を図るものである。
作用 本発明は、電解質である炭酸塩が溶融した状態で、電
解質と電解質保持材料を混合し、前記混合物を冷却固化
後、粉砕する過程を有することによって、あるいは電解
質と電解質保持材料の混合物を昇温し、電解質である炭
酸塩が溶融した状態で、練合し、前記練合物を冷却固化
後、粉砕する過程を有することによって、電解質と電解
質保持材料の親和性を高め、その結果、製造された電解
質板の緻密化がはかられ、燃料ガスと酸化剤ガスのクロ
スリークを抑制し、電池性能を安定化できる。
さらに、電解質である炭酸塩が溶融した状態で、電解
質と電解質保持材料を混合し、前記混合物を冷却固化
後、粉砕する過程、あるいは電解質と電解質保持材料の
混合物を昇温し、電解質である炭酸塩が溶融した状態
で、練合し、前記練合物を冷却固化後、粉砕する過程を
繰り返し行うことによって、電解質と電解質保持材料の
親和性をさらに高めることができ、より緻密にできる。
実施例 (実施例1) 電解質として、炭酸リチウムと炭酸カリウムの比が6
2:38mol%の混合炭酸塩粉末を、電解質保持材料として
比表面積が13m2/gのアルミン酸リチウム粉末を用いた。
まず650℃において溶融した状態の炭酸塩に、アルミン
酸リチウム粉末を60wt%の割合で混合し、冷却固化した
後、炭酸塩とアルミン酸リチウムの混合固化物を、32me
sh以下の粒状に粗粉砕、分級した。ついで、粗粉砕、分
級した粒状の混合物に、成形助剤として6wt%のポリビ
ニルブチラールと6wt%のフタル酸−n−ジブチルを加
えエタノール/トルエンの混合溶媒を用いて一晩ボール
ミルにかけ、ドクタブレード法によって電解質板状に成
形した。この電解質板状成形体を乾燥後、密度の測定を
行ったところ、1.9g/ccの高密度電解質板を得ることが
できた。
さらに、この電解質板状成形体に含まれた成形助剤を
焼散し、電池に組み込んで動作させ、燃料ガスと酸化剤
ガスのクロスリーク量を測定したところ、0.8%であっ
た。
比較のために、同様の材料を常温の炭酸塩が粉末状態
を保った状態で十分混合し、ボールミル過程以下、同様
の方法で電解質板状に成形し、乾燥後、密度の測定を行
ったところ、1.5g/ccであった。
さらに、この電解質板状成形体に含まれた成形助剤を
焼散し、電池に組み込んで動作させ、燃料ガスと酸化剤
ガスのクロスリーク量を測定したところ、5.8%であっ
た。
(実施例2) 電解質として、炭酸リチウムと炭酸カリウムの比が6
2:38mol%の混合炭酸塩粉末を、電解質保持材料として
比表面積が13m2/gのアルミン酸リチウム粉末を用いた。
まず炭酸塩とアルミン酸リチウム粉末を40:60wt%の割
合に混合した後、650℃に昇温して炭酸塩を溶融状態に
し、十分に練合した。ついでこの練合物を冷却固化した
後、32mesh以下の粒状に粗粉砕、分級した。さらに、粗
粉砕、分級した粒状の混合物に、成形助剤として6wt%
のポリビニルブチラールと6wt%のフタル酸−n−ジブ
チルを加えエタノール/トルエンの混合溶媒を用いて一
晩ボールミルにかけ、ドクタブレード法によって電解質
板状に成形した。この電解質板状成形体を乾燥後、密度
の測定を行ったところ、1.9g/ccの高密度電解質板を得
ることができた。
さらに、この電解質板状成形体に含まれた成形助剤を
焼散し、電池に組み込んで動作させ、燃料ガスと酸化剤
ガスのクロスリーク量を測定したところ、0.6%であっ
た。
比較のために、同様の材料を常温の炭酸塩が粉末状態
を保った状態で十分混合し、ボールミル過程以下、同様
の方法で電解質板状に成形し、乾燥後、密度の測定を行
ったところ、1.5g/ccであった。
さらに、この電解質板状成形体に含まれた成形助剤を
焼散し、電池に組み込んで動作させ、燃料ガスと酸化剤
ガスのクロスリーク量を測定したところ、5.8%であっ
た。
(実施例3) 電解質として、炭酸リチウムと炭酸カリウムの比が6
2:38mol%の混合炭酸塩粉末を、電解質保持材料として
比表面積が13m2/gのアルミン酸リチウム粉末を用いた。
まず炭酸塩とアルミン酸リチウム粉末を40:60wt%の割
合に混合した後、650℃に昇温して炭酸塩を溶融状態に
し、十分に練合し、この混合物を冷却固化した後、粗粉
砕を行った。ついで、この粉砕された炭酸塩とアルミン
酸リチウムの混合物を再度昇温して炭酸塩を溶融状態と
し、冷却固化後、粗粉砕した。同様の操作を3度繰り返
した後、32mesh以下の粒状に分級した。さらに、粗粉
砕、分級した粒状の混合物に、成形助剤として6wt%の
ポリビニルブチラールと6wt%のフタル酸−n−ジブチ
ルを加えエタノール/トルエンの混合溶媒を用いて一晩
ボールミルにかけ、ドクタブレード法によって電解質板
状に成形した。この電解質板状成形体を乾燥後、密度の
測定を行ったところ、2.0g/ccの高密度電解質板を得る
ことができた。
さらに、この電解質板状成形体に含まれた成形助剤を
焼散し、電池に組み込んで動作させ、燃料ガスと酸化剤
ガスのクロスリーク量を測定したところ、0.4%であっ
た。
比較のために、同様の材料を常温の炭酸塩が粉末状態
を保った状態で十分混合し、ボールミル過程以下、同様
の方法で電解質板状に成形し、乾燥後、密度の測定を行
ったところ、1.5g/ccであった。
さらに、この電解質板状成形体に含まれた成形助剤を
焼散し、電池に組み込んで動作させ、燃料ガスと酸化剤
ガスのクロスリーク量を測定したところ、5.8%であっ
た。
以上のように本実施例の有効性が明かとなった。ま
た、本実施例においては電解質板を成形するにあたり成
形助剤としてポリビニルブチラールとフタル酸−n−ジ
ブチルを、溶媒としてエタノール/トルエンの混合溶媒
を使用しているが、これは他の成形助剤、溶媒を用いた
ものであってもよく、また電解質板材料として、リチウ
ムとカリウムの混合炭酸塩粉末と比表面積が13m2/gのア
ルミン酸リチウム粉末を用いているが、これも他の炭酸
塩あるいは比表面積の異なるアルミン酸リチウム粉末や
アルミン酸リチウム以外の電解質保持材料であってもよ
い。また、成形法としてドクターブレード法を用いてい
るが、これも他の成形法、例えばカレンダーロール法、
ホットロール法等であっても良い。
発明の効果 以上のように本発明の製造法になる電解質板によれ
ば、電解質板の緻密性を向上させられ、それによって電
池性能の安定化をはかれる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−1765(JP,A) 特開 昭60−105174(JP,A)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電解質保持材料と電解質とが、あらかじめ
    電池の動作状態と同じ割合で混合されて製造される溶融
    炭酸塩型燃料電池用電解質板において、電解質である炭
    酸塩を溶融状態で電解質保持材料と混合する過程と、前
    記混合物を冷却固化する過程と、前記冷却固化した混合
    物を粉砕する過程と、前記粉砕した混合物を成形する過
    程を有することを特徴とする溶融炭酸塩型燃料電池用電
    解質板の製造法。
  2. 【請求項2】電解質保持材料と電解質とが、あらかじめ
    電池の動作状態と同じ割合で混合されて製造される溶融
    炭酸塩型燃料電池用電解質板において、電解質材料と電
    解質保持材料を混合する過程と、電解質と電解質保持材
    料の混合物を昇温し電解質である炭酸塩を溶融させる過
    程と、前記溶融状態で電解質と電解質保持材料を練合す
    る過程と、前記練合物を冷却固化する過程と、前記冷却
    固化した練合物を粉砕する過程と、前記粉砕物を成形す
    る過程を有することを特徴とする溶融炭酸塩型燃料電池
    用電解質板の製造法。
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