JP2988673B2 - 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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- H01M8/141—Fuel cells with fused electrolytes the anode and the cathode being gas-permeable electrodes or electrode layers
- H01M8/142—Fuel cells with fused electrolytes the anode and the cathode being gas-permeable electrodes or electrode layers with matrix-supported or semi-solid matrix-reinforced electrolyte
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Description
【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は溶融炭酸塩燃料電池の改良に関する。
（従来の技術） たとえば水素（H2）ガスのような酸化され易いガス
と、たとえば酸素（O2）ガスのような酸化し易いガスと
を、電気化学反応プロセスを経て反応させることによ
り、直流電力を得る一つの手段として溶融炭酸塩型燃料
電池が知られている。すなわち、炭酸リチウム（Li2C
O3），炭酸カリウム（K2CO3），炭酸ナトリウム（Na2CO
3）の混合物、つまりLi2CO3−K2CO3,Li2CO3−Na2CO3,Li
2CO3−K2CO3−Na2CO3を電解質として用い、650℃程度の
温度で動作させる溶融炭酸塩型燃料電池が開発されてい
る。
と、たとえば酸素（O2）ガスのような酸化し易いガスと
を、電気化学反応プロセスを経て反応させることによ
り、直流電力を得る一つの手段として溶融炭酸塩型燃料
電池が知られている。すなわち、炭酸リチウム（Li2C
O3），炭酸カリウム（K2CO3），炭酸ナトリウム（Na2CO
3）の混合物、つまりLi2CO3−K2CO3,Li2CO3−Na2CO3,Li
2CO3−K2CO3−Na2CO3を電解質として用い、650℃程度の
温度で動作させる溶融炭酸塩型燃料電池が開発されてい
る。
しかして、この種の溶融炭酸塩型燃料電池は、通常次
のような構成（構造）を成している。すなわち、前記炭
酸塩の混合物と保持体としてのリチウムアルミネート
（LiAlO2）とを配合・混練し、成形して得た板状の電解
質保持体の両面に、Ni系合金の多孔質材から形成された
一対のガス拡散電極（アノード、カソード）を対接・配
置して形成した単位電池を、相互間に導電性の双極性隔
壁板を介在させて積層体に構成している。
のような構成（構造）を成している。すなわち、前記炭
酸塩の混合物と保持体としてのリチウムアルミネート
（LiAlO2）とを配合・混練し、成形して得た板状の電解
質保持体の両面に、Ni系合金の多孔質材から形成された
一対のガス拡散電極（アノード、カソード）を対接・配
置して形成した単位電池を、相互間に導電性の双極性隔
壁板を介在させて積層体に構成している。
（発明が解決しようとする課題） ところで、上記構成の溶融炭酸塩燃料電池において
は、前記カソードを構成しているリチウム化NiOが次の
反応 によって、電解質中に溶解し、電解質層中を拡散した がアノード側から拡散してきた水素と反応してNiとなっ
て析出するというプロセスによって、カソードが減量す
る一方、短絡が発生したりするなどの問題があった。こ
の改善策として、前記電界質成分の一部をアルカリ土類
金属の炭酸塩で置換することも試みられているが充分な
成果を上げるに至っていない。
は、前記カソードを構成しているリチウム化NiOが次の
反応 によって、電解質中に溶解し、電解質層中を拡散した がアノード側から拡散してきた水素と反応してNiとなっ
て析出するというプロセスによって、カソードが減量す
る一方、短絡が発生したりするなどの問題があった。こ
の改善策として、前記電界質成分の一部をアルカリ土類
金属の炭酸塩で置換することも試みられているが充分な
成果を上げるに至っていない。
本発明は上記事情に対処してなされたもので、その目
的は、カソードを成すリチウム化NiOの電解質中への溶
出を抑制し、長期間安定な性能を保持できる溶融炭酸塩
燃料電池を提供することにある。
的は、カソードを成すリチウム化NiOの電解質中への溶
出を抑制し、長期間安定な性能を保持できる溶融炭酸塩
燃料電池を提供することにある。
［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は、炭酸塩電解質層を一体的に保持する電解質
保持体と、前記電解質保持体に保持された炭酸塩電解質
層を介して配設されたNi系合金の多孔質材から形成され
た一対のガス拡散電極とを具備して成る溶融炭酸塩燃料
電池において、 前記炭酸塩電解質層は１〜20mol％の炭酸バリウム（B
aCO3）を含有し、電解質保持体が有する孔は孔径１μｍ
以下でかつ、カソード側のガス拡散電極は0.1〜5mol％
の酸化マグネシウム（MgO）を含有していることを特徴
とする。
保持体と、前記電解質保持体に保持された炭酸塩電解質
層を介して配設されたNi系合金の多孔質材から形成され
た一対のガス拡散電極とを具備して成る溶融炭酸塩燃料
電池において、 前記炭酸塩電解質層は１〜20mol％の炭酸バリウム（B
aCO3）を含有し、電解質保持体が有する孔は孔径１μｍ
以下でかつ、カソード側のガス拡散電極は0.1〜5mol％
の酸化マグネシウム（MgO）を含有していることを特徴
とする。
（作用） 炭酸バリウムを１〜20モル％含有する電解質中では、
従来の電解質中に比べて の溶解度または拡散係数が低減するので、電解質中での
拡散による の移動量が容易に減少する。一方、酸化マグネシウムを
0.1〜５モル％含有させて成るリチウム化NiOカソードの
場合、表面にクラックが生成し難くなるので、電解質中
に移動していくNiO微粒子が減少する。さらに、電解質
保持体は、孔径１μｍ以上の細孔が存在しないので、前
記カソードなどのガス拡散電極を成すリチウム化NiOか
ら発生したNiO微粒子（粒径１〜３μｍ）が、電解質中
に移動するのを抑制乃至防止し得る。
従来の電解質中に比べて の溶解度または拡散係数が低減するので、電解質中での
拡散による の移動量が容易に減少する。一方、酸化マグネシウムを
0.1〜５モル％含有させて成るリチウム化NiOカソードの
場合、表面にクラックが生成し難くなるので、電解質中
に移動していくNiO微粒子が減少する。さらに、電解質
保持体は、孔径１μｍ以上の細孔が存在しないので、前
記カソードなどのガス拡散電極を成すリチウム化NiOか
ら発生したNiO微粒子（粒径１〜３μｍ）が、電解質中
に移動するのを抑制乃至防止し得る。
（実施例） 以下本発明の実施例を説明する。
先ず、溶融炭酸塩燃料電池の構成に当り次のような部
材乃至要素を用意した。
材乃至要素を用意した。
電解質保持体。
最大孔径１μm,平均孔径0.5μm,空孔率40％，厚さ0.5
mmのγ−LiAlO2多孔体。
mmのγ−LiAlO2多孔体。
炭酸塩電解質。
58.9mol％Li2CO3−36.1mol％K2CO3−5.0mol％BaCO3混
合塩。
合塩。
しかして、この電解質混合塩は、上記電解質保持体に
一般に行われている手段によって含浸担持させた。
一般に行われている手段によって含浸担持させた。
カソード。
10％MgCO3水溶液に浸漬後、80℃で乾燥して表面にMgO
換算で約１％のMgCO3が被覆された平均孔径10μm,空孔
率80％厚さ1mmのNi多孔質焼結体（電池内で酸化・リチ
ウム化を実施）。
換算で約１％のMgCO3が被覆された平均孔径10μm,空孔
率80％厚さ1mmのNi多孔質焼結体（電池内で酸化・リチ
ウム化を実施）。
アノード。
平均孔径５μm,空孔率60％厚さ1mmのNi−3wt％Cr多孔
質焼結体。
質焼結体。
これらの部材乃至要素を用い、常套の手段によって溶
融炭酸塩燃料電池単セルを組み立てた。この溶融炭酸塩
燃料電池単セルについて、温度650℃、燃料に80vol％H2
−20vol％CO2（加湿）、酸化剤に70vol％Air−30vol％C
O2（いずれも1atm下）の条件で、2700時間運転した後、
この溶融炭酸塩燃料電池単セルを分解して、電解質層
（電解質保持体に電解質を含浸したもの）中のNi量およ
び濃度分布を調べた。なお、比較のため従来の溶融炭酸
塩燃料電池単セルについても電解質層中のNi量および濃
度分布を調べた。
融炭酸塩燃料電池単セルを組み立てた。この溶融炭酸塩
燃料電池単セルについて、温度650℃、燃料に80vol％H2
−20vol％CO2（加湿）、酸化剤に70vol％Air−30vol％C
O2（いずれも1atm下）の条件で、2700時間運転した後、
この溶融炭酸塩燃料電池単セルを分解して、電解質層
（電解質保持体に電解質を含浸したもの）中のNi量およ
び濃度分布を調べた。なお、比較のため従来の溶融炭酸
塩燃料電池単セルについても電解質層中のNi量および濃
度分布を調べた。
上記電解質層中のNi量および濃度分布調査，測定の結
果、電解質層中のNi量は従来例の場合12mg/cm2であった
の対して、本発明に係る場合は3.6mg/cm2と約1/3に過ぎ
ず、まだ、電解質層中のNiの濃度も第１図に示すように
カソード近傍でもアノード近傍でも従来例の場合（曲線
Ａ）に比べ、本発明に係る場合（曲線Ｂ）は低くなって
おり、本発明の有効性が確認された。
果、電解質層中のNi量は従来例の場合12mg/cm2であった
の対して、本発明に係る場合は3.6mg/cm2と約1/3に過ぎ
ず、まだ、電解質層中のNiの濃度も第１図に示すように
カソード近傍でもアノード近傍でも従来例の場合（曲線
Ａ）に比べ、本発明に係る場合（曲線Ｂ）は低くなって
おり、本発明の有効性が確認された。
さらに、上記と同様に構成した溶融炭酸塩燃料電池単
セルをそれぞれ用い、常套の手段により積層体とし溶融
炭酸塩燃料電池を構成して、上記と同じ条件でそれぞれ
作動させたところ、従来例の場合1000時間経過時点で出
力の低下が認められたのに対して、本発明に係る場合は
2700時間経過時点で出力の低下も認められず、長期間安
定な性能を保持することが確認された。
セルをそれぞれ用い、常套の手段により積層体とし溶融
炭酸塩燃料電池を構成して、上記と同じ条件でそれぞれ
作動させたところ、従来例の場合1000時間経過時点で出
力の低下が認められたのに対して、本発明に係る場合は
2700時間経過時点で出力の低下も認められず、長期間安
定な性能を保持することが確認された。
［発明の効果］ 上記具体例（実施例）から分るように、本発明に係る
溶融炭酸塩燃料電池は、リチウム化NiOカソードの減
量，電解質中での拡散移動，アノード側への析出による
短絡の発生およびこれらの現象に伴う性能劣化などが、
容易かつ、効果的に抑制乃至防止されている。つまり、
本発明に係る溶融炭酸塩燃料電池は、繁雑な構成，操作
など要せずに、安定した状態で所要の発電機能を長期間
に亘り保持・発揮する。
溶融炭酸塩燃料電池は、リチウム化NiOカソードの減
量，電解質中での拡散移動，アノード側への析出による
短絡の発生およびこれらの現象に伴う性能劣化などが、
容易かつ、効果的に抑制乃至防止されている。つまり、
本発明に係る溶融炭酸塩燃料電池は、繁雑な構成，操作
など要せずに、安定した状態で所要の発電機能を長期間
に亘り保持・発揮する。
第１図は本発明に係る溶融炭酸塩燃料電池の単セルおよ
び従来例の溶融炭酸塩燃料電池の単セルにおける電解質
層内のNiの濃度分布状態を示す曲線図である。
び従来例の溶融炭酸塩燃料電池の単セルにおける電解質
層内のNiの濃度分布状態を示す曲線図である。
Claims (1)
- 【請求項１】炭酸塩電解質層を一体的に保持する電解質
保持体と、前記電解質保持体に保持された炭酸塩電解質
層を介して配設されたNi系合金の多孔質材から形成され
た一対のガス拡散電極とを具備して成る溶融炭酸塩燃料
電池において、 前記炭酸塩電解質層は、１〜20mol％の炭酸バリウム（B
aCO3）を含有し、前記電解質保持体が有する孔は孔径１
μｍ以下で、かつカソード側の前記ガス拡散電極は0.1
〜5mol％の酸化マグネシウム（MgO）を含有しているこ
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 |
|---|---|---|---|
| JP1244036A JP2988673B2 (ja) | 1989-09-19 | 1989-09-19 | 溶融炭酸塩燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1244036A JP2988673B2 (ja) | 1989-09-19 | 1989-09-19 | 溶融炭酸塩燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03105867A JPH03105867A (ja) | 1991-05-02 |
| JP2988673B2 true JP2988673B2 (ja) | 1999-12-13 |
Family
ID=17112758
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1244036A Expired - Lifetime JP2988673B2 (ja) | 1989-09-19 | 1989-09-19 | 溶融炭酸塩燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2988673B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5589287A (en) * | 1993-10-18 | 1996-12-31 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Molten carbonate fuel cell |
| KR100224546B1 (ko) * | 1996-08-31 | 1999-10-15 | 박호군 | 용융 탄산염 연료 전지용 알칼리 토금속 산화물 첨가 환원전극 및 그의 제조 방법 |
| CN113571750B (zh) * | 2021-07-14 | 2023-03-17 | 湖北大学 | 一种宽禁带半导体电解质及其制备方法和宽禁带半导体电解质燃料电池及其组装方法 |
-
1989
- 1989-09-19 JP JP1244036A patent/JP2988673B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03105867A (ja) | 1991-05-02 |
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