JP2952966B2 - 溶融炭酸塩型燃料電池の積層体 - Google Patents
溶融炭酸塩型燃料電池の積層体Info
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- JP2952966B2 JP2952966B2 JP2144844A JP14484490A JP2952966B2 JP 2952966 B2 JP2952966 B2 JP 2952966B2 JP 2144844 A JP2144844 A JP 2144844A JP 14484490 A JP14484490 A JP 14484490A JP 2952966 B2 JP2952966 B2 JP 2952966B2
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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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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は溶融炭酸塩型燃料電池の積層体に関し、特
にその電解質移動の影響を遅らせ、かつ制御するための
改良に関するものである。
にその電解質移動の影響を遅らせ、かつ制御するための
改良に関するものである。
［従来の技術］ 溶融炭酸塩型燃料電池の積層体については周知であ
り、種々の従来文献や特許に記載されている。例えば、
特開昭63−279575号公報には、代表的な溶融炭酸塩型燃
料電池の積層体について詳細に紹介されている。代表的
な単電池の構成において、多孔質の焼結ニッケル−クロ
ムから成るアノード電極及び多孔質酸化ニッケルから成
るカソード電極が、多孔質電解質マトリクスの主要面上
に配置されており、アルミン酸リチウム（LiAlO2）、又
はその他の不活性セラミックから成るマトリクスには、
溶融アルカリ金属炭酸塩型電解質（例えばLi2CO3/K2C
O3）が満たされ、アノード電極の背面にはアノードの反
応ガス流路、カソード電極の背面にはカソードの反応ガ
ス流路が設けられている。典型的な積層体では数十から
数百の単電池が積層される。
り、種々の従来文献や特許に記載されている。例えば、
特開昭63−279575号公報には、代表的な溶融炭酸塩型燃
料電池の積層体について詳細に紹介されている。代表的
な単電池の構成において、多孔質の焼結ニッケル−クロ
ムから成るアノード電極及び多孔質酸化ニッケルから成
るカソード電極が、多孔質電解質マトリクスの主要面上
に配置されており、アルミン酸リチウム（LiAlO2）、又
はその他の不活性セラミックから成るマトリクスには、
溶融アルカリ金属炭酸塩型電解質（例えばLi2CO3/K2C
O3）が満たされ、アノード電極の背面にはアノードの反
応ガス流路、カソード電極の背面にはカソードの反応ガ
ス流路が設けられている。典型的な積層体では数十から
数百の単電池が積層される。
第４図は特開昭63−279575号公報に記載されている従
来の溶融炭酸塩型燃料電池の積層体の一部切欠斜視図で
ある。図において、（１）は単電池、（２）は燃料入口
側の積層体面、（３）は酸化剤ガス入口側の積層体対
面、（５）はマニホールドを取り付けるための多孔質に
よるガスケット（ガス封止部材）であり、電解質による
ウェットシールによって積層体面とマニホールドとの間
のガスシールが行われる。
来の溶融炭酸塩型燃料電池の積層体の一部切欠斜視図で
ある。図において、（１）は単電池、（２）は燃料入口
側の積層体面、（３）は酸化剤ガス入口側の積層体対
面、（５）はマニホールドを取り付けるための多孔質に
よるガスケット（ガス封止部材）であり、電解質による
ウェットシールによって積層体面とマニホールドとの間
のガスシールが行われる。
このように構成された積層体を運転すると、電解質が
ガスケットを伝わってカソード端板（12）側からアノー
ド端板（11）側に向かって移動し、アノード端セルでは
電解質が氾濫し、カソード端セルでは電解質が涸渇した
状態になる。このような電解質移動によって、生じた電
解質の氾濫と涸渇により、電池の性能は著しく損なわれ
そのため積層体全体の運転にも支障をきたすことにな
る。
ガスケットを伝わってカソード端板（12）側からアノー
ド端板（11）側に向かって移動し、アノード端セルでは
電解質が氾濫し、カソード端セルでは電解質が涸渇した
状態になる。このような電解質移動によって、生じた電
解質の氾濫と涸渇により、電池の性能は著しく損なわれ
そのため積層体全体の運転にも支障をきたすことにな
る。
このような電解質移動の影響を遅らせる方法として
は、カソード端（12）とアノード端（11）の電解質の貯
蔵能力を他の単電池よりも多くする方法（特開昭63−27
9575号公報に開示）や、その公報の別の実施例として第
５図に示したようにアノード端セルの外側にセパレータ
（９）を介して多孔質貯蔵層（R1（15））を設け、カソ
ード端セルの外側にもセパレータ（９）を介して多孔質
貯蔵層（R2（16））を設けたものが提案されている。こ
こでは、R1（15）は酸化剤ガスにさらし、R2（16）には
電解質を貯蔵しておき、燃料ガス雰囲気にさらしてい
る。
は、カソード端（12）とアノード端（11）の電解質の貯
蔵能力を他の単電池よりも多くする方法（特開昭63−27
9575号公報に開示）や、その公報の別の実施例として第
５図に示したようにアノード端セルの外側にセパレータ
（９）を介して多孔質貯蔵層（R1（15））を設け、カソ
ード端セルの外側にもセパレータ（９）を介して多孔質
貯蔵層（R2（16））を設けたものが提案されている。こ
こでは、R1（15）は酸化剤ガスにさらし、R2（16）には
電解質を貯蔵しておき、燃料ガス雰囲気にさらしてい
る。
尚、図中のC1はNO.1セルのカソード、A1はNO.1セルの
アノードというように50セル構成の断面図として番号を
与えている。
アノードというように50セル構成の断面図として番号を
与えている。
この状態で積層体を運転すると、電解質はカソード端
（12）側からアノード端側（11）へ移動する。この時、
カソード端セル（A1及びC1）からは電解質か流出する
が、貯蔵層R2（16）から流出した電解質がカソード端セ
ル（A1及びC1）に補給される。アノード端セル（A50及
びC50）には電解質が流入してくるが、貯蔵層R1（15）
へ流出していく、このようにして上下の端セルでの電解
質の増減の速度を遅らすことができる。
（12）側からアノード端側（11）へ移動する。この時、
カソード端セル（A1及びC1）からは電解質か流出する
が、貯蔵層R2（16）から流出した電解質がカソード端セ
ル（A1及びC1）に補給される。アノード端セル（A50及
びC50）には電解質が流入してくるが、貯蔵層R1（15）
へ流出していく、このようにして上下の端セルでの電解
質の増減の速度を遅らすことができる。
［発明が解決しようとする課題］ 従来の電解質貯蔵層を設置した燃料電池積層体では、
端セルと貯蔵層間の電解質移動量がセル間の移動量に比
べて小さく、充分に電解質移動を遅らせることができ
ず、また、貯蔵層と電極の細孔分布の関係によって移動
量が決定し、電解質移動の影響を遅らせることができな
いばかりか、助長してしまうことがあるなどの問題があ
った。
端セルと貯蔵層間の電解質移動量がセル間の移動量に比
べて小さく、充分に電解質移動を遅らせることができ
ず、また、貯蔵層と電極の細孔分布の関係によって移動
量が決定し、電解質移動の影響を遅らせることができな
いばかりか、助長してしまうことがあるなどの問題があ
った。
この発明は上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、任意に操作できる独立した電気回路を備え
た貯蔵層を積層体の両端に配することにより、アノード
端とカソード端の電解質を自由に補給、抜取りできる溶
融炭酸塩型燃料電池の積層体を得ることを目的とする。
れたもので、任意に操作できる独立した電気回路を備え
た貯蔵層を積層体の両端に配することにより、アノード
端とカソード端の電解質を自由に補給、抜取りできる溶
融炭酸塩型燃料電池の積層体を得ることを目的とする。
［課題を解決するための手段］ この発明に係る溶融炭酸塩型燃料電池の積層体は、カ
ソード端の外側に絶縁板を介して配設され、セラミック
多孔体を介してカソード端と接続され、カソード端との
間に任意の電位を印加できる回路が接続された多孔体プ
レート及びアノード端の外側に絶縁板を介して配設さ
れ、セラミック多孔体を介してアノード端と接続され、
アノード端との間に任意の電位を印加できる回路が接続
された多孔体プレートを備えたものである。
ソード端の外側に絶縁板を介して配設され、セラミック
多孔体を介してカソード端と接続され、カソード端との
間に任意の電位を印加できる回路が接続された多孔体プ
レート及びアノード端の外側に絶縁板を介して配設さ
れ、セラミック多孔体を介してアノード端と接続され、
アノード端との間に任意の電位を印加できる回路が接続
された多孔体プレートを備えたものである。
［作用］ この発明における多孔体プレートは、プレート側の電
位をカソード端より正にすることにより、プレート内の
電解質を隣接するカソード端セルに補給することができ
る。また、プレート側の電位をアノード端により負にす
ることにより、隣接するアノード端セルの電解質を吸収
することができる。これにより、カソード端セルの電解
質涸渇及びアノード端セルの電解質氾濫を防止すること
ができる。
位をカソード端より正にすることにより、プレート内の
電解質を隣接するカソード端セルに補給することができ
る。また、プレート側の電位をアノード端により負にす
ることにより、隣接するアノード端セルの電解質を吸収
することができる。これにより、カソード端セルの電解
質涸渇及びアノード端セルの電解質氾濫を防止すること
ができる。
［実施例］ 以下この発明の一実施例を図について説明する。
第１図はこの発明の一実施例による溶融炭酸塩型燃料
電池の積層体を示す断面図である。図において（15）は
アノード端板（11）の外側に絶縁板（13）を介して配設
された多孔体プレートで、マニホールド（６）のセラミ
ック多孔体ガスケット（５）を介して、アノード端（A5
0及び端板（11））と接続され、独立した回路でアノー
ド端板との間に電位を印加できるようになっている。ま
た、（16）はカソード端板（12）の外側に絶縁板（14）
を介して配設された多孔体プレートでセラミック多孔体
ガスケット（５）を介して、カソード端（C1及び端板
（12））と接続され、独立した回路でカソード端板との
間に電位を印加できるようになっている。
電池の積層体を示す断面図である。図において（15）は
アノード端板（11）の外側に絶縁板（13）を介して配設
された多孔体プレートで、マニホールド（６）のセラミ
ック多孔体ガスケット（５）を介して、アノード端（A5
0及び端板（11））と接続され、独立した回路でアノー
ド端板との間に電位を印加できるようになっている。ま
た、（16）はカソード端板（12）の外側に絶縁板（14）
を介して配設された多孔体プレートでセラミック多孔体
ガスケット（５）を介して、カソード端（C1及び端板
（12））と接続され、独立した回路でカソード端板との
間に電位を印加できるようになっている。
多孔体プレートはどのような材料のものを用いても良
いが、電極材料をそのまま用いると毛管力と印加電位の
バランスを調節しやすいので、電極材料のNiOが良い。
また、カソード端板側の多孔体プレート（16）には、あ
らかじめ電解質を含浸しておく。
いが、電極材料をそのまま用いると毛管力と印加電位の
バランスを調節しやすいので、電極材料のNiOが良い。
また、カソード端板側の多孔体プレート（16）には、あ
らかじめ電解質を含浸しておく。
この状態の燃料電池積層体を運転すると、電解質はカ
ソード端（（12）,C1）側からアノード端（A50,（1
1））側へ移動する。この時、カソード端セル（A1及びC
1）からはガスケット（５）を流れるリーク電流に応じ
て電解質が流出するが、多孔体プレート（16）とカソー
ド端（12）の間に電圧をカソード端が負になるよう印加
するとその電圧に応じて多孔体プレート（16）からカソ
ード端（12）に電解質が移動するため、カソード端セル
内の電解質は一定の量を保つことができる。また、アノ
ード端セル（A50及びC50）には電解質が流入してくる
が、多孔体プレート（15）とアノード端（11）の間に電
圧をアノード端の方が正になるように印加するとその電
圧に応じて、アノード端（11）から多孔体プレート（1
5）に電解質が移動するためアノード端セル内の電解質
を一定の量に保つことができる。ここでガスケット
（５）の質が均質であるならば、印加する電圧の大きさ
は端板の厚さをTE、絶縁板の厚さをTi、単セルの厚さを
TCとし、ガスケットの断面積を単セル付近のをAC、端板
からプレートにかけてのをAPとなし、単セルの電圧をVC
とすると Ｖ＝VC×（TA＋Ti）AC/（TC・AP） 程度になる。
ソード端（（12）,C1）側からアノード端（A50,（1
1））側へ移動する。この時、カソード端セル（A1及びC
1）からはガスケット（５）を流れるリーク電流に応じ
て電解質が流出するが、多孔体プレート（16）とカソー
ド端（12）の間に電圧をカソード端が負になるよう印加
するとその電圧に応じて多孔体プレート（16）からカソ
ード端（12）に電解質が移動するため、カソード端セル
内の電解質は一定の量を保つことができる。また、アノ
ード端セル（A50及びC50）には電解質が流入してくる
が、多孔体プレート（15）とアノード端（11）の間に電
圧をアノード端の方が正になるように印加するとその電
圧に応じて、アノード端（11）から多孔体プレート（1
5）に電解質が移動するためアノード端セル内の電解質
を一定の量に保つことができる。ここでガスケット
（５）の質が均質であるならば、印加する電圧の大きさ
は端板の厚さをTE、絶縁板の厚さをTi、単セルの厚さを
TCとし、ガスケットの断面積を単セル付近のをAC、端板
からプレートにかけてのをAPとなし、単セルの電圧をVC
とすると Ｖ＝VC×（TA＋Ti）AC/（TC・AP） 程度になる。
なお、上記実施例ではカソード端板（12）側の多孔体
プレートに電解質を含浸させておいて、その電解質をも
ってカソード端セルの電解質を補給させていたが、第２
図に示すように多孔体プレート（16）に電解質補給管
（17）設けて接続して、そこから随時電解質を補給して
も良い。
プレートに電解質を含浸させておいて、その電解質をも
ってカソード端セルの電解質を補給させていたが、第２
図に示すように多孔体プレート（16）に電解質補給管
（17）設けて接続して、そこから随時電解質を補給して
も良い。
なお、上記実施例では多孔体プレートを絶縁板を介し
て端板の外側に設置し、積層体の一部をなすように配し
たが第３図に示すようにマニホールドの一部分に配して
も良く、また、積層体から離れた部分に任意の形状で設
置して良い。但し、多孔体と端セルはセラミック多孔体
で接続され、また、独立した電気回路で接続されていな
ければならない。
て端板の外側に設置し、積層体の一部をなすように配し
たが第３図に示すようにマニホールドの一部分に配して
も良く、また、積層体から離れた部分に任意の形状で設
置して良い。但し、多孔体と端セルはセラミック多孔体
で接続され、また、独立した電気回路で接続されていな
ければならない。
また、上記実施例ではアノード端が上部にある場合を
示したが、カソード端が上部にあっても良く、その際カ
ソード端（12）側の多孔体プレートの上部に適当な露出
部を設けることにより、簡単に電解質を補給することが
できるようにすることも可能である。
示したが、カソード端が上部にあっても良く、その際カ
ソード端（12）側の多孔体プレートの上部に適当な露出
部を設けることにより、簡単に電解質を補給することが
できるようにすることも可能である。
［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、電解質の吸収、補給
ができる多孔体プレートを端板の外側に絶縁板を介して
設置し、セラミック多孔体を介して接続し、上記多孔体
プレートと端板との間に任意の電位を印加できる電気回
路を設けたので、電解質量が一定し長寿命でコンパクト
な溶融炭酸塩型燃料電池の積層体が得られる効果があ
る。
ができる多孔体プレートを端板の外側に絶縁板を介して
設置し、セラミック多孔体を介して接続し、上記多孔体
プレートと端板との間に任意の電位を印加できる電気回
路を設けたので、電解質量が一定し長寿命でコンパクト
な溶融炭酸塩型燃料電池の積層体が得られる効果があ
る。
第１図はこの発明の一実施例による溶融炭酸塩型燃料電
池の積層体の断面側面図、第２図はこの発明の他の実施
例を示す電解質補給管を含む断面側面図、第３図はこの
発明の他の実施例を示す断面側面図、第４図は従来の溶
融炭酸塩型燃料電池の積層体を示す正面図、第５図は従
来の溶融炭酸塩型燃料電池の積層体を示す断面側面図で
ある。 図において、（１）は単電池、（５）はガスケット、
（６）はマニホールド、（９）はセパレーター、（10）
はマトリクス、（11）はアノード端板、（12）はカソー
ド端板、（13）、（14）は絶縁板、（15）、（16）は多
孔体プレートである。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
池の積層体の断面側面図、第２図はこの発明の他の実施
例を示す電解質補給管を含む断面側面図、第３図はこの
発明の他の実施例を示す断面側面図、第４図は従来の溶
融炭酸塩型燃料電池の積層体を示す正面図、第５図は従
来の溶融炭酸塩型燃料電池の積層体を示す断面側面図で
ある。 図において、（１）は単電池、（５）はガスケット、
（６）はマニホールド、（９）はセパレーター、（10）
はマトリクス、（11）はアノード端板、（12）はカソー
ド端板、（13）、（14）は絶縁板、（15）、（16）は多
孔体プレートである。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
Claims (1)
- 【請求項１】アノード電極、アノードの反応ガス流路、
カソード電極、カソードの反応ガス流路、及びマトリク
スから成る単電池、並びにセパレータを順次積層し、そ
の積層方向の一端部にカソード端、他端部にアノード端
を有するものにおいて、上記カソード端の外側に絶縁板
を介して配設され、セラミック多孔体を介してカソード
端と接続され、カソード端との間に任意の電位を印加で
きる回路が接続された多孔体プレート、及び上記アノー
ド端の外側に絶縁板を介して配設され、セラミック多孔
体を介してアノード端と接続され、アノード端との間に
任意の電位を印加できる回路が接続された多孔体プレー
トを備えたことを特徴とする溶融炭酸塩型燃料電池の積
層体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2144844A JP2952966B2 (ja) | 1990-05-31 | 1990-05-31 | 溶融炭酸塩型燃料電池の積層体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2144844A JP2952966B2 (ja) | 1990-05-31 | 1990-05-31 | 溶融炭酸塩型燃料電池の積層体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0436965A JPH0436965A (ja) | 1992-02-06 |
| JP2952966B2 true JP2952966B2 (ja) | 1999-09-27 |
Family
ID=15371740
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2144844A Expired - Fee Related JP2952966B2 (ja) | 1990-05-31 | 1990-05-31 | 溶融炭酸塩型燃料電池の積層体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2952966B2 (ja) |
-
1990
- 1990-05-31 JP JP2144844A patent/JP2952966B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0436965A (ja) | 1992-02-06 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |