JPH01195669A - 溶融炭酸塩型燃料電池及び該電池への電解質補給方法 - 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、溶融炭酸塩型燃料電池に係り、特に電解質の
補給を容易にすると共に、電解質の流出防止構造を備え
た７容融炭酸塩型燃料電池及びそれへ電解質を補給する
方法に関する。

〔従来の技術〕

溶融炭酸塩型燃料電池は炭酸リチウム、炭酸力り等の炭
酸塩混合物を電解質とし、これに反応ガスを供給して、
６５０℃付近の高温で電池反応を行なわすが高温のため
電解質は運転中溶融状態になっている。

したがって、ｆｆｉ池内に流入する反応ガスによって電
解質が蒸気の電池外部に持ち出されたり、さらに電池外
周部から流出したりして、電解質の量が僅かずつ漸減す
る。この為、電池を長時間運転するには電解質を補給す
ることが必要である。

従来、電解質補給方法に付いては、例えば特開昭６１−
８０７６０号公報に示されているように、電極ホルダー
の端部に電解質を溜めておくリザーバを形成し、あらか
じめそのリザーバ内に電解質を溜めておき、補給孔より
電解質を反応部へ補給する方法や特開昭６１−８８４５
８号公報に示されているように、電解質を補給する為の
電解質吸収体をガス流路に設け、そこにｆｆｉ解質を補
給する補給孔をセパレータに加工すると共に、電解質を
外部から補給する為のパイプを取り付ける方法が知られ
ている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、特開昭６１−８０７６０号公報の方法では、あ
るきまった量だけしかリザーブできず、運転中にリザー
ブ量がゼロになった場合、電池を分解して再リザーブし
なければならないという管理上の問題がある。さらに、
電池の運転状態によっては。

過剰の電解質量が外周部より流出する怖れがある。

又、特開昭６１−８８４５８号公報の方法では、溶融炭
酸塩型燃料電池の電解質として用いられるアルカリ金属
炭Ｎ！塩が、常温では固体であり、融点も約４９０℃か
ら５００’Ｃと高い為、補給パイプ内等で凝固すること
があり、これを防止する為に。

装置各部をヒータ等で電解質融点以上に加熱する必要が
あり、装置全体が複雑なものとなる欠点がある。

本発明の目的は、溶融炭酸塩型燃料電池において、上記
の課題を解決し簡単に電解質が補給できる溶融炭酸塩型
燃料電池及びそれへの補給方法を提供するものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、上記目的達成のため、アルカリ金属炭酸塩電
解質を保持する電解質板と該電解質板を挾持するアノー
ド及びカソードと１両電極に反応ガスを供給する流路を
形成し、その流路を囲繞した冷却ガス流路を設けたセパ
レータからなる溶融炭酸塩型燃料電池において、前記電
解ｒ１１板周辺を電解質で囲繞した溶融炭酸塩型燃料電
池となし、前記電解質板を囲繞した電解質は電池（セパ
レータ）周辺の温度を制御して電解質を溶融させ、電解
質板側面より内部に向けて移行させる電解質補給方法を
採用することにより解決した。

〔作用〕

アルカリ金属炭酸塩電解質の融点は、約４９０℃から５
００℃と高く、常温では、固体である。

本発明ではこれを電池全周辺部すなわちセパレータ端部
全周辺部間に、補給電解質を設虹し、その補給電解質の
内側に多孔質電解質板を配置し、電池を組立てる。

電池反応を行なわすため昇温するが、昇温中及び電池運
転中に電池周辺部の温度が電解質の融点に達すると、電
解質は溶は始め液体となる。もし電解質板中の電解質が
不足した場合、電解質板の毛細管現象により、この溶融
した電解質が電解質板に吸収される。

しかして、ある程度電解質板中に電Ｍ、質が補給された
のを見計らい、冷却用ガスにより電池周辺部の温度を電
解質の融点以下に降温し、補給用電１’ｌ’ｉ！質を液
状から固体状へ戻すことができる。しかして再び、電解
質板中の電解質が電池運転中に不足してきたら電池周辺
部の温度を電解質の融点まで上昇させて液体にして補給
する。

このように、電池運転中において、電池周辺部の温度を
コントロールすることにより必要に応じて必要及び定常
的な補給ができる。

ここでの電池周辺部の温度をコントロールする為には、
セパレータを二分割にし、二分割されたセパレータの各
々の片面に反応ガス通路を設け、その反対面の全周辺部
に冷却ガス流路溝を設け。

２枚のセパレータの冷却ガス流路溝を合せて接合する構
造とし、溝内に必要量の冷却ガスを流通することによっ
て達成される。

又、電解質補給時、液状となっている電解質が、電池外
部へ流出するのを防止するには、電池（セパレータ）外
周部に電解質溜りを設けることにより防止できる。

又、固体の補給用電解質を配置する面積を広く設計し、
電解質板に近い側から順々に温度を上昇させ溶解し、電
解質板に補給することもできる。

この方法によれば、補給用電解質の一部は固体のままで
存在するので、電池のドライシールの役目もはたすこと
ができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図より説明する。

本燃料電池は、電解質を保持した電解質板４を挾んで対
向して設けられたアノード２．カソード３からなる単位
電池がセパレータ１を介して積層されている。反応ガス
は、セパレータ１と電Ｍ、質板４に設けられたマニホー
ルド１１内よりセパレータ１の反応ガス流路５へ供給さ
れる。この時、セパレータ１の表、裏で反応ガス流路５
は互いに直行するように形成されている。さらに、電解
質板４の全周辺部に補給用の電解質６を設けている。

又、セパレータ１の反応ガス流路５の反対側の面には冷
却ガス流路用溝９を設け、セパレータ側面の冷却ガス供
給用溝７から、冷却ガス１０が電池周辺部に流れるよう
になっている。

第２図に、補給用電解質の設置状況を示す。

電池組立時に、セパレータ１の端部全周辺上に、Ｌ　ｉ
　ＣＯａ　：　Ｋ２Ｃ○ａ　＝６３　：　３８　（ｍｏ
Ｑ比）の炭酸塩を一度６００℃で溶融したのち、凝固さ
せて固体状の補給用電解質６に形成したものを設置する
。しかして、補給用電解質６の内面に炭酸塩を保持する
為に、リチウムアルミネート粉末とアルミナ繊維とを混
合した多孔質電解質板４を設置する。

本発明のセパレータ１は、第３図に例示するように」上
セパレータ１ａ及び下セパレータ１ｂに二分割され、上
セパレータ１ａ及び下セパレータ１ｂともそれぞれ水平
面上に、反応ガスを流す為の複数の溝を設は反応ガス流
路５としである。そして、一方の面には、セパレータ１
端部全周辺部に冷却ガス流路用溝９を反応ガス流路５を
囲む如く設けである。又、冷却ガスを供給及び排出を行
う為に冷却ガス供給用溝７と冷却ガス排出用溝８を互い
に、冷却ガス流路用溝９に対して、反対側になるように
設けている。

更に、セパレータ１には反応ガスを反応ガス流路５へ供
給する為に、数個のマニホールド１１をそれぞれ設けて
いる。尚、図面では内部マニホールド１１を示したが外
部マニホールドにしてもよい。このような、上セパレー
タ１ａと下セパレータ１ｂとを反応ガス流路５が、それ
ぞれ直行し外側になるように、又、冷却ガス流路用溝９
．冷却ガス供給用溝７．同排気用溝８が、それぞれ通路
口状になるように接合し、上、下一体化構造とする。次
に、詳細を第４図の本燃料電池積層断面図により示す。

電池運転中に、電解質板４中の電解質が不足して電池性
能が低下すると、セパレータ１の端部周辺部の冷却ガス
流路用溝９に流している冷却ガス１０の量を制御して、
反応熱による熱で電池周辺部の温度を電解質の融点以上
に上昇させて固体状にある補給用電解質６を液状に溶融
する。溶融された補給用電解質６は、多孔質電解質板４
の端部から電解質板４の毛管現象により自動釣に、矢印
Ｘのように内部へ浸透していき、反応部へ補給される。

しかして、ある一定量の電解質が補給されたのを見計ら
い、電池周辺部の温度を電解質融点以下に冷却ガス１０
の量を調整して降温し補給用電解質６を固体状に戻す。

このように、電池周辺部の温度をコンミルロールするこ
とによりその場、その場において補給量をコントロール
することができ、常に必要量の電解質を反応部に保つこ
とができる。

又、補給は、電解質板４の全周辺から行うので均一に補
給することができる。

この電解質を補給する時、電池外部の雰囲気圧力をＰｌ
とし、電池内部圧力をＰ２とした時Ｐｔ〉■〕２とし圧
力差を利用することにより補給をスムーズに行うと共に
、電池外周部に、電解質が流出しないようにする構造を
とることもできる。

尚且つ、長時間運転することにより、本補給用電解質の
量にて補えなかった場合には、第５図の如く、電池を一
旦降温し補給電解質６（板状にしたもの６８及び棒状に
したもの６ｂ）を電池周辺部内に挿入することにより補
給して、運転を再開することができる。

又、圧力差を利用しても、補給用電解質は、−旦液状に
して補給する為、電池外部に流出する可能性がある。こ
れを防止するには、セパレータ１の外周部に第４図の如
く、電解性情り１２を設けることにより、目的を達成す
ることができる。又、この電解性情り１２は、前記の補
給用電解質交換が可能となるよう、取り外せる構造とす
る。

尚、この電解性情り１２の材料として、耐蝕性材料、例
えば、セラミックスを使用する。

又、第６図の如く、固体の補給用電解質６を配置する面
積を広く設計すると共に、セパレータ１に冷却ガス流路
溝を９ａ、９ｂ、９ｃの如く複数個設けることにより、
電解質板４に近い側から順順に温度を上昇させて電解質
を溶解し、電解質板４に補給することもできる。この方
法によれば、補給用電解質６の一部は、固体のままで存
在するので、電池のドライシールの役目もはたすことが
できる。

なお、実施例では内部マニホールド型電池で説明したが
、外部マニホールドを用いるタイプでも本発明を容易に
実施することが可能である。

〔発明の効果〕

本発明の炭酸塩型燃料電池は中央の電解質板を囲んで補
給電解質を配するだけでよく、極めて簡単な構造となり
補給電解質は電池周辺部の温度を上昇さすだけで融解し
、電解質板に必要量だけ均等且つ短時間に移行させるこ
とができる。又、冷却すれば固化し、前記移行は停止し
、ドライシールを形成するので、補給電解質の移行を制
御し、電解質の損失を防止することができるが、前記温
度の上昇冷却は冷却ガスのコントロールで容易に行える
から長期連続して運転することができ、且つｆｆｌ池性
能も安定させることができる。又電解性情めを設けると
電解質の外部流出を防止することができ、補給電解質の
交換も簡単に行えるから電池の長寿命化や信頼性の向上
に役立つものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の全体斜視図、第２図は、補給用電解
質の設置状況を示す斜視図、第３図は、セパレータ構造
斜視図、第４図は、本発明の積層構造断面図、第５図は
、再補給用電解質の斜視図。 第６図は、本発明の他の例を示す積層構造断面図である
。 １・・・セパレータ、１ａ・・・上セパレータ、１ｂ−
８、下セパレータ、２・・・アノード、３・・・カソー
ド、４・・電解質板、５・・・反応ガス流路、６・・・
補給用電解質、６ａ・・板状にした補給用電解質、６ｂ
・・・棒状にした補給用電解質、７・・・冷却ガス供給
用溝、８１２．冷却ガス排気用溝、９　（９ａ、９ｂ、
９ｃ）・・・冷却ガス流路用溝、１０・・・冷却ガス、
１１・・・マニホー第１口 第３０ 第４０ 第５図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、アルカリ金属炭酸塩電解質を保持する電解質板と、
   該電解質板を挾持するアノード及びカソードと、両電極
   に反応ガスを供給するガス流路を形成し、その流路を囲
   繞した冷却ガス流路を設けたセパレータからなる溶融炭
   酸塩型燃料電池において前記電解質板周辺を補給電解質
   で囲繞してなる溶融炭酸塩型燃料電池。 ２、セパレータが二分割されており、各々の片面に複数
   の反応ガス流路を設け、その反対面全周辺部に冷却ガス
   流路溝を設け、２枚のセパレータの冷却ガス流路溝を合
   せて接合したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の溶融炭酸塩型燃料電池。 ３、冷却ガス流路が冷却ガス供給口と冷却ガス排出口を
   互いに冷却ガス通路に対し反対側に設けたことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の溶融炭酸塩型燃料電池
   。 ４、セパレータがその外周部に耐蝕性の電解質溜りを有
   することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の溶融
   炭酸塩型燃料電池。 ５、セパレータがその外周部に耐蝕性の電解質溜りを有
   し、その一部又は全部が着脱自在であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の溶融炭酸塩型燃料電池。 ６、アルカリ金属塩電解質を保持する電解質板と、該電
   解質板を挾持するアノード及びカソードと、両電極に反
   応ガスを供給するガス流路を形成し、その流路を囲繞し
   た冷却ガス流路を設けたセパレータからなる溶融炭酸塩
   型燃料電池において、前記電解質板周辺を補給電解質で
   囲繞し、電池（セパレータ）周辺部の温度を制御して電
   解質を溶融又は凝固し、電解質板側面より内部に向けて
   電解質の移行を制御することを特徴とする溶融炭酸塩型
   燃料電池の電解質補給方法。 ７、電解質の移行の制御が電池運転中に行なわれること
   を特徴とする特許請求の範囲第６項記載の溶融炭酸塩型
   燃料電池の電解質補給方法。 ８、電解質の溶融が内側より外側に向け順次行なわれる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第６項記載の溶融炭酸
   塩型燃料電池。