JP4666975B2 - 溶融炭酸塩形燃料電池用電極 - Google Patents
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Description
da=0.497dc+0.12±0.5[μm]
の範囲内にあるものである。ここで、カソード中央空孔径dcは5から7μmの範囲であることが好ましい。
da=0.388dc’+0.12±0.5[μm]
の範囲内にあるものである。ここで、カソード中央空孔径dc’は6から9μmの範囲であることが好ましい。
da=0.497dc+0.12±0.5[μm]
の範囲内に設定されているものである。この範囲にアノードとカソードの中央空孔径を一定の関係に保った場合、高CO濃度燃料で燃料電池を運用しても、電解質の分布が改善され、電圧低下率が抑えられて安定性が増すことになる。ここで、カソード中央空孔径dcは5から7μmの範囲であることが好ましい。この場合、電解質保持能力が高まり、より発電性能が向上する。
da=0.388dc’+0.12±0.5[μm]
の範囲内に設定することにより、同様に、電解質の分布が改善され、電圧低下率が抑えられて安定性が増すことになる。ここで、カソード中央空孔径dc’は6から9μmの範囲であることが好ましい。この場合、電解質保持能力が高まり、より発電性能が向上する。
h:メニスカス高さ,γlg:液体/ガスの界面張力
<数4>
電解質密度ρ(kg m-3):ρ=2337−0.3984×(T+273) (546<T<992)
<数5>
界面張力γlg (mN m-1):γlg=287.1−0.05578×(T+273) (546<T<992)
ただし、T:温度(℃)
<数6>
接触角θcal(degree):
θcal =11.7×(CO2/(H2+H2O+CO+CO2))+60.4
<数7>
α=−160.1×V2−316.5×V−143.1
ただし、V:Ni極5の電位(V)
<数8>
β=62.0×V+116.8
で示すことができ、溶融炭酸塩型燃料電池の運転温度650℃における接触角はNi極5の電位とガス組成比 CO2/(H2+H2O+CO+CO2) をパラメータとした下記の実験式より算出できる。
<数9>
θcal=(−160.1×V2−316.5×V−143.1)×(CO2/(H2+H2O+CO+CO2)) +62.0×V+116.8
図22にEセルの連続運転結果、図23にはその連続運転における出力電圧の低下分を内部抵抗分と反応抵抗分に分離した結果を示す。なお、図23の高H2濃度燃料dでの電圧低下量は、燃料を変えた後の電圧が安定した時点を基準にしている。高CO濃度燃料aでの出力電圧の性能低下は運転初期より大きく、また運転時間1550,1700,2600,3080時間に15時間以上OCV(高H2濃度燃料を用いて運転する)にしたことによって出力電圧および内部抵抗が回復し、その後も同程度の電圧低下率で電池性能は低下した。このことから、Aセルと全く同様の現象が生じており、アノード1も一部酸化されていると考えられた。さらに高H2濃度燃料dに変えた後は、電圧低下率は小さくなり安定した発電ができ、図1で示した結果と同様な結果が得られた。これらの結果より、図19で示したEセルの電解質分布は高CO濃度燃料において不適であることがわかった。
図24にFセルの連続運転結果、図25にはその連続運転における出力電圧の低下分を内部抵抗分と反応抵抗分に分離した結果を示す。図20はアノードFを電池に組み込んだセルFの高CO濃度燃料条件における電解質分布である。なお、図25の高H2濃度燃料dでの電圧低下量は、燃料を変えた後の電圧が安定した時点を基準にしている。装置トラブル(アノードバブラー温度異常、計画停電処置、負荷装置故障)により15時間以上OCVに保持したため電圧にばらつきがあるが、高CO濃度燃料aでの出力電圧の低下率はAセル、Eセルに比べ極めて小さく、内部抵抗の経時増加も極めて小さかった。特に、運転時間1800時間から3000時間の間では内部抵抗が上昇しているにもかかわらず出力電圧が上昇した。これは電極中の電解質量が最適なレベルに移行している状態と考えられた。また、運転時間7000時間以降の高H2濃度燃料dにおいても安定した性能を示した。このことからFセルは高CO濃度燃料および高H2濃度燃料に適した電池といえることがわかった。
図26にGセルの連続運転結果、図27にはその連続運転における出力電圧の低下分を内部抵抗分と反応抵抗分に分離した結果を示す。図21はアノードGを電池に組み込んだセルGの高CO濃度燃料条件における電解質分布である。電圧低下の原因は内部抵抗の増加の影響のみであり、15時間以上OCVに保持した場合でも内部抵抗および出力電圧の変化は見られなかった。したがって、この内部抵抗の増加はアノード1の酸化が原因ではなく、カソード2のカレントコレクター(C/C)の腐食が原因と考えられた。これらの傾向は、従来のセルでの高H2濃度燃料における出力電圧変化パターンと同様であり、電極を改良したことによる効果が現れている。しかし、GセルはFセルよりも内部抵抗の経時増加が大きかった。
図28にAセルのデータも加えた4つのセルの連続運転結果の比較を示す。Fセルの初期電圧は最も低いが、寿命の観点からは最も性能が良いことがわかり、Fセルの電極構造が適していることがわかった。
2 カソード
3 電解質
4 電解質板
Claims (2)
- H2/CO濃度比が1.2以下の燃料ガスまたは燃料改質ガスが使用される溶融炭酸塩形燃料電池用電極において、NiOを主体とするカソードの中央空孔径dcが4から10μmの範囲内にあるときに、Niを主体とするアノードの中央空孔径daが、
da=0.497dc+0.12±0.5[μm]
の範囲内にあるものである溶融炭酸塩形燃料電池用電極。 - H2/CO濃度比が1.2以下の燃料ガスまたは燃料改質ガスが使用される溶融炭酸塩形燃料電池用電極において、酸化前のNiを主体とするカソードの中央空孔径dc’が5から13μmの範囲内にあるときに、Niを主体とするアノードの中央空孔径daが、
da=0.388dc’+0.12±0.5[μm]
の範囲内にあるものである溶融炭酸塩形燃料電池用電極。
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JP2004234193A JP4666975B2 (ja) | 2004-08-11 | 2004-08-11 | 溶融炭酸塩形燃料電池用電極 |
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---|---|---|---|---|
JPS57185678A (en) * | 1981-04-27 | 1982-11-15 | Energy Res Corp | High temperature fuel battery assembly |
JPS6035471A (ja) * | 1983-08-03 | 1985-02-23 | Agency Of Ind Science & Technol | 燃料電池用電極 |
JPS61140072A (ja) * | 1984-12-10 | 1986-06-27 | 株式会社東芝 | 燃料電池 |
JPS62223985A (ja) * | 1986-03-26 | 1987-10-01 | Babcock Hitachi Kk | 複合発電システム |
JPS63102171A (ja) * | 1986-10-20 | 1988-05-07 | Sanyo Electric Co Ltd | 溶融炭酸塩型燃料電池 |
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2004
- 2004-08-11 JP JP2004234193A patent/JP4666975B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
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