JP2752101B2 - 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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- JP2752101B2 JP2752101B2 JP63252383A JP25238388A JP2752101B2 JP 2752101 B2 JP2752101 B2 JP 2752101B2 JP 63252383 A JP63252383 A JP 63252383A JP 25238388 A JP25238388 A JP 25238388A JP 2752101 B2 JP2752101 B2 JP 2752101B2
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- molten carbonate
- carbonate fuel
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- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
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- H01M2008/147—Fuel cells with molten carbonates
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- H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
- H01M2300/0048—Molten electrolytes used at high temperature
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Description
【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明は溶融炭酸塩を電解質とする燃料電池に係り、
特に電解質板と接するガス分離板のシール面耐食構成に
関するものである。
特に電解質板と接するガス分離板のシール面耐食構成に
関するものである。
（ロ）従来の技術 溶融炭酸塩燃料電池は、第１図の分解斜視図に示すよ
う、電解質板（１）の両面に夫々アノード極（２）・カ
ソード極（３）を配置したセル（４）と、前記各極背面
に各反応ガス供給室を形成するガス分離板（５）とを交
互に積重し、上下端板（図示せず）間で積重方向に締付
けて電池スタックに構成される。この場合ステンレス鋼
製ガス分離板（５）のシール面（６）は電解質板（１）
の周辺部に密接してウエットシール部を構成し、燃料ガ
スと酸化剤ガスのリークを防止するようにしている。し
かし、電解質である溶融炭酸塩は腐食性が強いため長期
の使用によりガス分離板（５）のシール面が腐食されて
シール性が低下し、各反応ガスのリーク及びクロスリー
クを生じる。
う、電解質板（１）の両面に夫々アノード極（２）・カ
ソード極（３）を配置したセル（４）と、前記各極背面
に各反応ガス供給室を形成するガス分離板（５）とを交
互に積重し、上下端板（図示せず）間で積重方向に締付
けて電池スタックに構成される。この場合ステンレス鋼
製ガス分離板（５）のシール面（６）は電解質板（１）
の周辺部に密接してウエットシール部を構成し、燃料ガ
スと酸化剤ガスのリークを防止するようにしている。し
かし、電解質である溶融炭酸塩は腐食性が強いため長期
の使用によりガス分離板（５）のシール面が腐食されて
シール性が低下し、各反応ガスのリーク及びクロスリー
クを生じる。
このようなウエットシール部の腐食を防止するため、
ガス分離板のシール面にアルミナもしくはジルコニアな
どのセラミック被覆層を設けることは周知である。しか
し金属（ステンレス鋼）の上に直接被覆されたセラミッ
クス層は密着性が必ずしも良好でなく、特に電池の運転
・停止によるヒートサイクルを受けると両者の熱膨張率
の差により、セラミックス被覆層のひび割れ、はく離な
どが生じ、ガスシール性が低下するという問題があっ
た。
ガス分離板のシール面にアルミナもしくはジルコニアな
どのセラミック被覆層を設けることは周知である。しか
し金属（ステンレス鋼）の上に直接被覆されたセラミッ
クス層は密着性が必ずしも良好でなく、特に電池の運転
・停止によるヒートサイクルを受けると両者の熱膨張率
の差により、セラミックス被覆層のひび割れ、はく離な
どが生じ、ガスシール性が低下するという問題があっ
た。
（ハ）発明が解決しようとする課題 本発明は前記欠点を解消し長時間に亘って、良好なガ
スシール性を維持するシール面の腐食層を提供するもの
である。
スシール性を維持するシール面の腐食層を提供するもの
である。
（ニ）課題を解決するための手段 本発明はガス分離板の電解質板と密接するシール面
に、アルミニウム・ジルコニウム・チタン・タングステ
ンから選ばれた金属の炭化物にステンレス構成金属の一
種を含有するサーメットの第１被覆層を介してアルミナ
もしくはジルコニアからなる第２被覆層を形成した二層
耐食層を有するものである。
に、アルミニウム・ジルコニウム・チタン・タングステ
ンから選ばれた金属の炭化物にステンレス構成金属の一
種を含有するサーメットの第１被覆層を介してアルミナ
もしくはジルコニアからなる第２被覆層を形成した二層
耐食層を有するものである。
（ホ）作用 本発明ではガス分離板のシール面とアルミナもしくは
ジルコニア層との間に介在する前記サーメット層（下地
層）がステンレス鋼とセラミックク層とのほぼ中間の熱
膨張率を有し、且つサーメットにステンレス鋼の構成金
属種が存在するため、セラミックス層との密着性が良好
となると共にヒートサイクルによるセラミックス層のひ
び割れやはく離などを生ずることなく長期に亘って安定
なガスシールを保持させることができる。
ジルコニア層との間に介在する前記サーメット層（下地
層）がステンレス鋼とセラミックク層とのほぼ中間の熱
膨張率を有し、且つサーメットにステンレス鋼の構成金
属種が存在するため、セラミックス層との密着性が良好
となると共にヒートサイクルによるセラミックス層のひ
び割れやはく離などを生ずることなく長期に亘って安定
なガスシールを保持させることができる。
（ヘ）実施例 第１図は溶融炭酸塩燃料電池の要部分解斜面図、第２
図は本発明ガス分離板の斜視図、第３図は同上の要部拡
大断面図である。
図は本発明ガス分離板の斜視図、第３図は同上の要部拡
大断面図である。
本発明によるシール面の腐食層は次のようにして形成
される。まずガス分離板（５）は、そのシール面（６）
を除き、マスキングを施した後プラズマ溶射により第３
図に示すようシール面（６）上にサーメット被覆層
（７）を形成する（厚み１〜５μｍ）。この層（７）
は、アルミニウム・ジルコニウム・チタン・タングステ
ンから選ばれた金属の炭化物にステンレス鋼の構成金属
（例えば鉄・ニッケル・コバルト・クロム・銅）の一種
を含有し、本発明実施例ではTiC−Ni（重量比5:1）を用
いた。ついでこの第１被覆層（７）上に同じくプラズマ
溶射によりアルミナもしくはジルコニアからなるセラミ
ックスの第２被覆層（８）を形成した（厚み１〜５μ
ｍ）。
される。まずガス分離板（５）は、そのシール面（６）
を除き、マスキングを施した後プラズマ溶射により第３
図に示すようシール面（６）上にサーメット被覆層
（７）を形成する（厚み１〜５μｍ）。この層（７）
は、アルミニウム・ジルコニウム・チタン・タングステ
ンから選ばれた金属の炭化物にステンレス鋼の構成金属
（例えば鉄・ニッケル・コバルト・クロム・銅）の一種
を含有し、本発明実施例ではTiC−Ni（重量比5:1）を用
いた。ついでこの第１被覆層（７）上に同じくプラズマ
溶射によりアルミナもしくはジルコニアからなるセラミ
ックスの第２被覆層（８）を形成した（厚み１〜５μ
ｍ）。
このようにしてシール面（６）に形成された二層耐食
層（９）の厚みは２〜10μｍ程度であり、これ以上厚く
するとはく離しやすくなるため10μｍ以下、特に５〜６
μｍ程度が望ましい。
層（９）の厚みは２〜10μｍ程度であり、これ以上厚く
するとはく離しやすくなるため10μｍ以下、特に５〜６
μｍ程度が望ましい。
尚実施例のTiC−Niの他にWC−Fe、TaC−Crなどのサー
メットを用いて同様の効果が得られる。又夫々のサーメ
ットにおいて金属種の含有量として５重量％以下あるい
は50重量％以上になると密着効果か低下するので、10〜
30重量％の範囲が好ましい。
メットを用いて同様の効果が得られる。又夫々のサーメ
ットにおいて金属種の含有量として５重量％以下あるい
は50重量％以上になると密着効果か低下するので、10〜
30重量％の範囲が好ましい。
このような耐食層（９）を有するガス分離板（５）を
用いて電池に組立てた。第４図は単セルの模式的断面図
を示す。
用いて電池に組立てた。第４図は単セルの模式的断面図
を示す。
電池は650℃まで昇温後、燃料ガスとして80％H2−20
％CO2の混合ガスをアノード極（２）に、酸化剤ガスと
して70％空気−30％CO2の混合ガスをカソード極（３）
に夫々供給し、電池特性を測定した。比較のため、シー
ル面にプラズマ溶射でアルミナもしくはジルコニアのみ
からなる耐食層を形成した従来電池についても同様の測
定を行った。
％CO2の混合ガスをアノード極（２）に、酸化剤ガスと
して70％空気−30％CO2の混合ガスをカソード極（３）
に夫々供給し、電池特性を測定した。比較のため、シー
ル面にプラズマ溶射でアルミナもしくはジルコニアのみ
からなる耐食層を形成した従来電池についても同様の測
定を行った。
第５図の特性図は150mA/cm2の放電電流密度での平均
単セル電圧の経時変化及び開路電圧を示したものであ
る。尚400時間及び800時間経過時に運転（650℃）−停
止（20℃）−再運転のヒートサイクルテストを行った。
単セル電圧の経時変化及び開路電圧を示したものであ
る。尚400時間及び800時間経過時に運転（650℃）−停
止（20℃）−再運転のヒートサイクルテストを行った。
従来電池（Ｂ）ではヒートサイクル後に電圧が低下
し、その時の燃料ガス出口のガス組成を分析するとN2量
が400時間後５％、800時間後12％であった。これはシー
ル面に気密性が低下し反応ガスの混合が生じたためであ
る。一方本発明電池（Ａ）ではヒートサイクル後も電圧
の低下は見られず、燃料ガス出口のガス組成分析結果も
N2量が400時間後0.7％及び800時間後0.9％と少なかっ
た。
し、その時の燃料ガス出口のガス組成を分析するとN2量
が400時間後５％、800時間後12％であった。これはシー
ル面に気密性が低下し反応ガスの混合が生じたためであ
る。一方本発明電池（Ａ）ではヒートサイクル後も電圧
の低下は見られず、燃料ガス出口のガス組成分析結果も
N2量が400時間後0.7％及び800時間後0.9％と少なかっ
た。
又1000時間後運転を終了し電池を分解したところ従来
電池の耐食層にひび割れがみられたのに対し、本発明の
二層耐食層では認められなかった。
電池の耐食層にひび割れがみられたのに対し、本発明の
二層耐食層では認められなかった。
（ト）発明の効果 本発明ではガス分離板の電解質板と接するシール面
に、アルミナもしくはジルコニアのセラミックス耐食層
を形成するに先立ち、予め下地層としてステンレス鋼と
セラミックス層とのほぼ中間の熱膨張率を有する炭化物
系サーメットを被覆したので、セラミックス層の密着性
が良好となると共にヒートサイクルによるセラミックス
層のひび割れやはく離を生ずることがなく、溶融炭酸塩
に対するシール面の耐食性を著しく改善し、長期に亘っ
て安全なガスシール性を維持することができる。
に、アルミナもしくはジルコニアのセラミックス耐食層
を形成するに先立ち、予め下地層としてステンレス鋼と
セラミックス層とのほぼ中間の熱膨張率を有する炭化物
系サーメットを被覆したので、セラミックス層の密着性
が良好となると共にヒートサイクルによるセラミックス
層のひび割れやはく離を生ずることがなく、溶融炭酸塩
に対するシール面の耐食性を著しく改善し、長期に亘っ
て安全なガスシール性を維持することができる。
第１図は溶融炭酸塩燃料電池の要部分解斜面図、第２図
は本発明によるガス分離板の斜面図、第３図は同上の要
部拡大断面図、第４図は本発明による単セルの模式的な
断面図、第５図は電池性能を比較して示す特性図であ
る。 1:電解質板、2:アノード極、3:カソード極、5:ガス分離
板、6:シール面、7:サーメット層（第１層）、8:セラミ
ックス層（第２層）、9:二層耐食層。
は本発明によるガス分離板の斜面図、第３図は同上の要
部拡大断面図、第４図は本発明による単セルの模式的な
断面図、第５図は電池性能を比較して示す特性図であ
る。 1:電解質板、2:アノード極、3:カソード極、5:ガス分離
板、6:シール面、7:サーメット層（第１層）、8:セラミ
ックス層（第２層）、9:二層耐食層。
フロントページの続き (72)発明者 古川 修弘 大阪府守口市京阪本通２丁目18番地 三 洋電機株式会社内 (56)参考文献 特開 昭59−201371（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−91961（ＪＰ，Ａ) 特公 昭51−29849（ＪＰ，Ｂ１)
Claims (2)
- 【請求項１】アノード極、カソード極間に介在する電解
質板と、前記各極背面に各反応ガス供給室を構成するス
テンレス鋼製ガス分離板とを備える溶融炭酸塩燃料電池
において、前記ガス分離板の前記電解質板と接するシー
ル面に、アルミニウム・ジルコニウム・チタン・タング
ステンから選ばれた金属の炭化物にステンレス構成金属
の１種を含むサーメットの第１被覆層を介してアルミナ
もしくはジルコニアからなる第２被覆層を形成した二層
耐食層を有することを特徴とする溶融炭酸塩燃料電池。 - 【請求項２】請求項１において前記ステンレス構成金属
は鉄・ニッケル・コバルト・クロム・銅を含むことを特
徴とする溶融炭酸塩燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63252383A JP2752101B2 (ja) | 1988-10-06 | 1988-10-06 | 溶融炭酸塩燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63252383A JP2752101B2 (ja) | 1988-10-06 | 1988-10-06 | 溶融炭酸塩燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02100270A JPH02100270A (ja) | 1990-04-12 |
| JP2752101B2 true JP2752101B2 (ja) | 1998-05-18 |
Family
ID=17236555
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63252383A Expired - Fee Related JP2752101B2 (ja) | 1988-10-06 | 1988-10-06 | 溶融炭酸塩燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2752101B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101015899B1 (ko) | 2004-12-22 | 2011-02-23 | 삼성에스디아이 주식회사 | 연료전지용 금속제 분리판 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04138670A (ja) * | 1990-09-28 | 1992-05-13 | Fuji Electric Co Ltd | 固体電解質型燃料電池 |
| DE19538034C1 (de) * | 1995-10-12 | 1997-01-09 | Siemens Ag | Hochtemperatur-Brennstoffzelle mit wenigstens einer elektrisch isolierenden Schicht und Verfahren zum Herstellen einer Hochtemperatur-Brennstoffzelle |
| JP4840989B2 (ja) * | 2006-09-08 | 2011-12-21 | 株式会社リコー | 光沢付与シート、および画像形成装置 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5129849A (ja) * | 1974-09-06 | 1976-03-13 | Hitachi Ltd | |
| JPS59201371A (ja) * | 1983-04-30 | 1984-11-14 | Agency Of Ind Science & Technol | 溶融炭酸塩型燃料電池 |
| JPS6391961A (ja) * | 1986-10-03 | 1988-04-22 | Sanyo Electric Co Ltd | 溶融炭酸塩型燃料電池 |
-
1988
- 1988-10-06 JP JP63252383A patent/JP2752101B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101015899B1 (ko) | 2004-12-22 | 2011-02-23 | 삼성에스디아이 주식회사 | 연료전지용 금속제 분리판 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02100270A (ja) | 1990-04-12 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |