JPH01183072A - 燃料電池の運転方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、溶融炭酸塩電解質を用いる燃料電池の運転方
法に係り、特にスタンバイの状態における電池の性能の
安定維持に関する。

〔従来の技術〕

、一般に、溶融炭酸塩電解質を用いる燃料電池ではスタ
ンバイの状態で炭酸ガス、窒素ガス等の不活性ガスを電
極へ供給するが、両電極へ同一ガスを供給するための電
極反応は起こらず、両電極は等電位となる。

また、電解質はぬれやすい電極の側にひっばられてゆく
ので、正極が酸化ニッケルの場合、正極の側に４またよ
り、負極の電解質が不足し、反応面積が減少して電池の
性能はスタンバイ時に、発電再開すると段階的に低下す
る傾向がある。

なお、上記スタンバイの状態とは燃料電池を発電休止時
に、電池の温度を溶融炭酸塩電解質の融点と同等以上に
維持して、いつでも発電再開できる状態を云い、燃料電
池は上記電解質が溶融している６　５０　’Ｃ付近の温
度が運転される。

所で、燃料電池は長時間、連続して発電するとその性能
は、負轡側の電解算の不足により徐々に低下してゆく。

この現象の機構は明らかでないが、負極側で生成する水
蒸気が電解質の消失に関係しているのではないかと思わ
れる。

このような燃料電池の性能を回復させるには、従来、燃
料電池の温度を上昇するか、または反応ガスの圧力を高
くする方法が一般に用いられているが、これらはいずれ
も−時的なもので、ス爛ンバイの状態において性能の低
下を防止する有効な方法は考えられていなかった。

なお、熱変形（焼結）が進行した負極を再生させる方法
としては、例えば特開昭６０−２１６４５８号公報によ
り開示されているように、発電を休止し、負極に酸化性
ガスを供給して還元し、負極の表面を荒らして多孔度や
比表面積を増大させるものが従来技術によれば、燃料電
池の温度を上昇するか、反応ガスの圧力を高くして電池
性能を向上させているが、電池の温度を上昇すると材料
の腐蝕と電解質の蒸散が促進され、電池の寿命低下をも
たらす。また、反応ガスの圧力を高くすると、負極およ
び正極に差圧がかからないようにガス圧力を制御するの
が困難になり、さらにガスシールの問題を考える必要が
生じる。

然して、これらの方法は温度、圧力といった外部要因に
よって一時的に性能を向上させるものであり、これらを
取り除くと元の性能を戻ってしまうという欠点があった
。

本発明は、溶融炭酸塩を用いた燃料電池において、スタ
ンバイの状態における電池性能の低下を防止する一方、
発電中における性能の低下をも回復し、長期間にわたっ
て安定した電池の性能を雑本発明では、発電休止時に、
電池の温度を電解質の融点と同等以上に維持した状態で
、正極に酸素および炭酸ガスを主成分とする混合ガスを
供給し、他方負極に不活性ガスを供給することにより上
記正極の電位を上記負極の電位よりも高くしたことを特
徴とする。

〔作用〕

本発明では、燃料電池のスタンバイの状態で、給してお
り、正極では下記（１）式に示す反応が起こり、負極で
は下記（２）式に示す反応が起る。

０２＋２ＣＯ２＋２ｅ−ｅ２ＣＯ３２−−（１）ＣＯｓ
２−＃Ｃ○２＋１／２０ｘ＋　２　ｅ−−（２）この結
果、正極の電位は負極の電位よりも高くなる。

正極は酸化ニッケルを主成分にした材料により構成され
ているので、負極よりもぬれやすく、正極に電解質がか
たよるが、正極に生成した炭酸イオン（ＣＯ５２−）が
負極に移動する。また、上記により正極と負極の間に電
位差が発生するので、電解質は負極に移動し負極側の電
解質の不足を解消して電池の性能が低下するのを防止す
る。

なお、上記方法により燃料電池を維持すれば、スタンバ
イ時のみならず、長期間の連続発電に伴う電池性能の低
下をも回復させることができる。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する
。

本実施例そは、燃料電池の負極はＮｉを主成分とし、正
極はＮ　ｉ　Ｏを主成分とする多孔質板を用い、電解質
板としてＬｉＡΩＯｘ　、微粉末にＡΩ２０８繊維を２
０ｗｔ％添加したマトリックスに混合炭酸塩を含浸させ
たものを用いている。混合炭酸塩の組成はＬｉ２ＣＯ３
とに２Ｃ○３をモル比で６２　’：　３８に混合したも
のである。

本実施例においては、このような材料により構成された
燃料電池の発電中にスタンバイの状態で、負極に炭酸ガ
スを供給する一方正極に空気と炭酸ガスの混合ガスを体
積比で７＝３の割合にして供給するが、その供給量は発
電時の１／１５とする。

その結果、前記「作用Ｊの項で説明したように、正極で
は（１）式に示す反応が、また負極では（２）式に示す
反応が起って、正極の電位は負極の電位より高くなり、
負極の側の電解質の不足が解消して電池性能の低下を防
止することができる。

以下、従来法と本実施例による場合の性能比較試験を行
なった結果について説明する。

第１図および第２図は燃料電池の平均セル電圧の経時変
化を示す特性図で、第１図に示す性能比較試験−１では
、電極の有効面積９００ｄ、５セル積層した内部マニホ
ールド型の燃料電池を作り、ヒータで６５０℃に昇温し
た。図中、０〜５００時間（図中、Ａの部分）は従来法
による場合を、また５００時間以降（図中、Ｂの部分）
は本実施例による場合を示している。

また、第２図に示す性能比較試験−２では、電極の有効
面積９００ｃｎ？、３セル積層した内部ホールド型の燃
料電池を２台作り、１台は従来法により、また他の１台
は本実施例により試験した結果登示している。なお、図
中、Ａは従来法による場合、Ｂは本実施例による場合を
示す。

これらの試験では、負極には天然ガスの改質ガスを、ま
た正極には空気と炭酸ガスを７：３の体積比にした混合
ガスを供給し、燃料電池の締付圧力を３　ｋｇ／Ｊにし
、電流密度１５０ｍＡ／ｃ＋＆で発電した。

燃料電池をスタンバイの状態にした時点を図中、矢印に
して表示したが、従来法ではこのとき負極と正極に炭酸
ガスを供給し、本実施例の場合は負極に炭酸ガスを、ま
た正極に発電中の供給量を１／１５に減量した空気と炭
酸ガスの混合ガスを供給した。

性能比較試験−１では、本発明による場合、スタンバイ
時に各セルは約０．５　ｖの開路電圧を示し、この結果
から正極の電位が負極の電位より高くなっていることが
わかった。

また、本実施例によれば燃料電池の性能がスタンバイ時
に安定しており、しかもこれを長時間にわたって持続さ
せることができることを確認できた。

さらに、長期間の連続運転により燃料電池の性能が徐々
に低下してくるが、本実施例による方法で燃料電池を維
持すれば、電解質が負極に移動するのでその性能を回復
することができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、溶融炭酸塩電解質を用いた燃料電池に
おいて、スタンバイの状態における電池性能の低下を防
止する一方、発電中における性能の低下をも回復し、長
時間にわたって安定した電池の性能を維持することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は試験条件を異にした場合の平均セ
ル電圧の経時変化特性図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、多孔質ガス電極の間に溶融炭酸塩を電解質として保
   持する型の燃料電池の発電休止時に、電池の温度を上記
   電解質の融点と同等以上に維持した状態で、正極に酸素
   および炭酸ガスを主成分とする混合ガスを供給し、他方
   負極に不活性ガスを供給することにより上記正極の電位
   を上記負極の電位よりも高くしたことを特徴とする燃料
   電池の運転方法。