JPH01211865A - 溶融炭酸塩型燃料電池の電解質板 - Google Patents
溶融炭酸塩型燃料電池の電解質板Info
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- JPH01211865A JPH01211865A JP63036811A JP3681188A JPH01211865A JP H01211865 A JPH01211865 A JP H01211865A JP 63036811 A JP63036811 A JP 63036811A JP 3681188 A JP3681188 A JP 3681188A JP H01211865 A JPH01211865 A JP H01211865A
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
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- H01M8/0289—Means for holding the electrolyte
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- 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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- 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
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- Y02E60/50—Fuel cells
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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。
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〕
この発明は溶融炭酸塩型燃料電池の電解質板に係り、特
に電解質板の線膨張係数に関する。
に電解質板の線膨張係数に関する。
溶融炭酸塩型燃料電池は第４図に示すように炭酸リチウ
ムと炭酸カリウムの共晶塩をリチウムアルミスートの電
解質マトリックスに含浸させた電解質板３．アノード電
極１とカソード電極２．各電極にガスを供給するためア
ノードガス室６とカソードガス室？、’！池を組み立て
るとともにカソードガスとアノードガスを分離するガス
セパレータ５．を極を電解質板に押しつける支持板４Ａ
、４Ｂおよびウェットシール部８Ａ、８Ｂなどから構成
され、アノード電極１では（２）式の反応 Ｈｚ ＋ Ｃ０３”−−Ｈｚ Ｏ＋ ＣＯｔ ” ２８
−（２１により水素が酸化され、またカソード電極２で
は（３）式 ％式％（３） の反応により酸素が還元され、全体として水素と酸素と
から水を性成して外部回路に電流を供給する１種の発電
装置である。
ムと炭酸カリウムの共晶塩をリチウムアルミスートの電
解質マトリックスに含浸させた電解質板３．アノード電
極１とカソード電極２．各電極にガスを供給するためア
ノードガス室６とカソードガス室？、’！池を組み立て
るとともにカソードガスとアノードガスを分離するガス
セパレータ５．を極を電解質板に押しつける支持板４Ａ
、４Ｂおよびウェットシール部８Ａ、８Ｂなどから構成
され、アノード電極１では（２）式の反応 Ｈｚ ＋ Ｃ０３”−−Ｈｚ Ｏ＋ ＣＯｔ ” ２８
−（２１により水素が酸化され、またカソード電極２で
は（３）式 ％式％（３） の反応により酸素が還元され、全体として水素と酸素と
から水を性成して外部回路に電流を供給する１種の発電
装置である。
このようなで溶融炭酸塩型燃料電池においてはセルにヒ
ートサ１°クルがかかるとセル各部が異なった材料で構
成されているため各材料の線膨張係数の差に起因してセ
ル内部に応力が発生する。
ートサ１°クルがかかるとセル各部が異なった材料で構
成されているため各材料の線膨張係数の差に起因してセ
ル内部に応力が発生する。
電極、電解質板、ガスセパレータというセル構成上の主
要部材のなかで、熱応力の影響を最も受けやすいのがセ
ラミックスで構成される電解π板であり、もし熱応力に
耐えられないときは電解質板は割れる。電解質板の電極
と対向する部分が割れると電解質板の両側に配置されて
いる電極に供給されているアノードガスである燃料ガス
とカソードガスである酸化剤ガスとが混合してセルの特
性が低下する。またガスセパレータと接触する部分が割
れると、この部分より燃料ガスあるいは酸化剤ガスが系
外にもれてガスの利用率が低下しセルの特性が低下する
。
要部材のなかで、熱応力の影響を最も受けやすいのがセ
ラミックスで構成される電解π板であり、もし熱応力に
耐えられないときは電解質板は割れる。電解質板の電極
と対向する部分が割れると電解質板の両側に配置されて
いる電極に供給されているアノードガスである燃料ガス
とカソードガスである酸化剤ガスとが混合してセルの特
性が低下する。またガスセパレータと接触する部分が割
れると、この部分より燃料ガスあるいは酸化剤ガスが系
外にもれてガスの利用率が低下しセルの特性が低下する
。
以上の理由からセルの運転時点はもとよりセル温度の昇
降時においても電解質板はこの熱応力に耐える必要があ
る。
降時においても電解質板はこの熱応力に耐える必要があ
る。
従って電解質板について熱応力に着目した開発がなされ
るべきであるが、従来このような検討はあまり行われて
いない。
るべきであるが、従来このような検討はあまり行われて
いない。
この発明は上述の点に爛みてなされ、その目的は電解π
板の線膨張係数を最適化するようにして、セルの運転時
やヒートサイクル時に割れることのない溶融炭酸塩型燃
料電池の電解質板を提供することにある。
板の線膨張係数を最適化するようにして、セルの運転時
やヒートサイクル時に割れることのない溶融炭酸塩型燃
料電池の電解質板を提供することにある。
（課題を解決するための手段〕
上記の目的はこの発明によれば電解質マトリックスに溶
融炭酸塩を含浸した電解質板をガスセパレータを介して
７ノード電極とカソード電橋で挟持してなる溶融炭酸塩
型燃料電池の電解質板３において、電解π板のｖＡ豚強
張係数がＧ、Ｅをそれぞれガスセパレータと電極の線膨
張係数としたときに 式０．３５≦Ｌ／（ｃ＋Ｅ）≦１．０−−−−−−−−
−−１ｘ＋を満足するようにして達成される。
融炭酸塩を含浸した電解質板をガスセパレータを介して
７ノード電極とカソード電橋で挟持してなる溶融炭酸塩
型燃料電池の電解質板３において、電解π板のｖＡ豚強
張係数がＧ、Ｅをそれぞれガスセパレータと電極の線膨
張係数としたときに 式０．３５≦Ｌ／（ｃ＋Ｅ）≦１．０−−−−−−−−
−−１ｘ＋を満足するようにして達成される。
電解質板マトリックスに溶融塩を含浸したものの線膨張
係数りは電解質マトリックスの気孔率によって変化する
ので気孔率の調整によってガスセパレータと電極の線膨
張係数の値に応じ上記の式を満足させることができる。
係数りは電解質マトリックスの気孔率によって変化する
ので気孔率の調整によってガスセパレータと電極の線膨
張係数の値に応じ上記の式を満足させることができる。
式（１）を満足するときに電解質板は熱応力に耐えるこ
とができ割れをまぬがれる。
とができ割れをまぬがれる。
次にこの発明の実施例を図面に基づいて説明する。
γ−リチウムアルミネートとアルミナファイバを用いて
気孔率の異なる電解質マトリックスを作製し、炭酸リチ
ウムと炭酸カリウムの共晶塩（Ｌｆ ｔＣ０３／にｚｃ
ｏ ３ ＝ ６２ ／ ３８モル％）を含浸させた。得
られた電解質板の線膨張係数りを測定した。結果を第３
図に示す。第３図は電解質マトリックスの気孔率（％）
と電解質板の線膨張係数りとの関係を示している。これ
は気孔率が増えるに従い、炭酸塩の線膨張係数に近づき
、気孔率が減少すると完全に焼結された気孔率ゼロのγ
−リチウムアルミネートの線膨張係数に近づく、電解質
板の線膨張係数しは炭酸塩の線膨張係数と気孔率ゼロの
それとの中間の値を示す。
気孔率の異なる電解質マトリックスを作製し、炭酸リチ
ウムと炭酸カリウムの共晶塩（Ｌｆ ｔＣ０３／にｚｃ
ｏ ３ ＝ ６２ ／ ３８モル％）を含浸させた。得
られた電解質板の線膨張係数りを測定した。結果を第３
図に示す。第３図は電解質マトリックスの気孔率（％）
と電解質板の線膨張係数りとの関係を示している。これ
は気孔率が増えるに従い、炭酸塩の線膨張係数に近づき
、気孔率が減少すると完全に焼結された気孔率ゼロのγ
−リチウムアルミネートの線膨張係数に近づく、電解質
板の線膨張係数しは炭酸塩の線膨張係数と気孔率ゼロの
それとの中間の値を示す。
ガスセパレータの材料としてステンレスを用いると、こ
のときの線膨張係数Ｇは１．８０Ｘ１０弓（ｔ−’）で
ある。また電極としては線膨張係数Ｅは１．４０Ｘ１０
−’（℃−’）のものを使用した。
のときの線膨張係数Ｇは１．８０Ｘ１０弓（ｔ−’）で
ある。また電極としては線膨張係数Ｅは１．４０Ｘ１０
−’（℃−’）のものを使用した。
電解質板の耐割れ性を試験するために気孔率の異なる電
解質マトリックスを用いた電解１［とガスセパレータと
電極とによりセルを構成し、アノード電極側に燃料ガス
である水素ガスを、カソード電極側には酸化剤ガスとし
て酸素ガスと炭酸ガスと窒素ガスの混合ガスを供給した
。セルは室温と６５０℃の間でヒートサイクルを繰返し
、５回サイクル終了後に温度６５０℃でかつ差圧１００
０ｍ水柱のもとてアノード側からカソード側へのガスの
クロスリーク量を測定した。電解質板、ガスセパレータ
および電極の線膨張係数（Ｌ、Ｇ、Ｅ）を用いてＬ／
（Ｇ＋Ｅ）を求め、これとクロスリーク量との関係を求
めると第１図が得られる。比Ｌ／（Ｇ＋Ｅ）の値が０．
３５〜１．０の最適範囲にあるとクロスリーク量は１０
０ ｍｌ／ｓｉｎの値より小さい。
解質マトリックスを用いた電解１［とガスセパレータと
電極とによりセルを構成し、アノード電極側に燃料ガス
である水素ガスを、カソード電極側には酸化剤ガスとし
て酸素ガスと炭酸ガスと窒素ガスの混合ガスを供給した
。セルは室温と６５０℃の間でヒートサイクルを繰返し
、５回サイクル終了後に温度６５０℃でかつ差圧１００
０ｍ水柱のもとてアノード側からカソード側へのガスの
クロスリーク量を測定した。電解質板、ガスセパレータ
および電極の線膨張係数（Ｌ、Ｇ、Ｅ）を用いてＬ／
（Ｇ＋Ｅ）を求め、これとクロスリーク量との関係を求
めると第１図が得られる。比Ｌ／（Ｇ＋Ｅ）の値が０．
３５〜１．０の最適範囲にあるとクロスリーク量は１０
０ ｍｌ／ｓｉｎの値より小さい。
１を越えるとクロスリーク量は急速に増大する傾向を示
す、比Ｌ／ （Ｇ＋Ｅ）の値が最適範囲にあるときは電
解質板に削れは検出されない。
す、比Ｌ／ （Ｇ＋Ｅ）の値が最適範囲にあるときは電
解質板に削れは検出されない。
電解質板とガスセパレータ間のウェットシールの目安で
あるウェットシールリーク量について上記と同しく温度
６５０℃、差圧１０００ｍ水柱のもとて測定を行った結
果が第２図に示される。ウェットシール逍の挙動はクロ
スリーク量の場合と近イ以している。比Ｌ／（Ｇ＋Ｅ）
の値につきクロスリーク量の場合と同一の最適範囲を適
用できる。
あるウェットシールリーク量について上記と同しく温度
６５０℃、差圧１０００ｍ水柱のもとて測定を行った結
果が第２図に示される。ウェットシール逍の挙動はクロ
スリーク量の場合と近イ以している。比Ｌ／（Ｇ＋Ｅ）
の値につきクロスリーク量の場合と同一の最適範囲を適
用できる。
クロスリーク量とウェットシールリーク量につき比Ｌ／
（Ｇ＋Ｅ）の値の上限を１としたときの電解質板の線
膨張係数りは３．２ Ｘ １０−’（℃−’）でありこ
のとき電解質板の気孔率は７７％となる。−方、比Ｌ／
（Ｇ十Ｅ）の値が下限の０．３５であるときはＬは１．
１２ＸｌＯ−’（’Ｃ−’）でありこのとき電解質板の
気孔率は５５％となる。
（Ｇ＋Ｅ）の値の上限を１としたときの電解質板の線
膨張係数りは３．２ Ｘ １０−’（℃−’）でありこ
のとき電解質板の気孔率は７７％となる。−方、比Ｌ／
（Ｇ十Ｅ）の値が下限の０．３５であるときはＬは１．
１２ＸｌＯ−’（’Ｃ−’）でありこのとき電解質板の
気孔率は５５％となる。
この発明によれば、電解質マトリックスに溶融ｔＲ酸塩
を含浸した電解質板をガスセパレータを介してアノード
電極とカソード電極で挟持してなる熔融炭酸塩型燃料電
池の電解質板において、電解質板の線膨張係数りがＧ、
Ｅをそれぞれガスセパレータと電極の線膨張係数とした
ときに弐 〇、３５≦Ｌ／ （Ｇ＋Ｅ）≦１．０を
満足するようにしたのでセル温度を変化させたときに電
解質板、ガスセパレータ、電極相互の熱膨張率の差によ
り電解質板に発生した熱応力が電解質板の耐破壊強度内
に収まり、電解質板の割れが防止できる。そのためにセ
ルの温度が大きく変化するようなセル運転においても安
定したセル特性を得ることができる。
を含浸した電解質板をガスセパレータを介してアノード
電極とカソード電極で挟持してなる熔融炭酸塩型燃料電
池の電解質板において、電解質板の線膨張係数りがＧ、
Ｅをそれぞれガスセパレータと電極の線膨張係数とした
ときに弐 〇、３５≦Ｌ／ （Ｇ＋Ｅ）≦１．０を
満足するようにしたのでセル温度を変化させたときに電
解質板、ガスセパレータ、電極相互の熱膨張率の差によ
り電解質板に発生した熱応力が電解質板の耐破壊強度内
に収まり、電解質板の割れが防止できる。そのためにセ
ルの温度が大きく変化するようなセル運転においても安
定したセル特性を得ることができる。
第１図はこの発明の実施例に係る燃料電池のクロスリー
ク牙と線膨張係数の比Ｌ／ （Ｇ十Ｅ）との関係を示す
グラフ、第２図はこの発明の実施例に係る燃料電池のウ
ェットシールリーク量と線膨張係数の比Ｌ ／ （Ｇ
＋ Ｅ）の関係を示すグラフ、第３図はこの発明の実施
例に係る電解質マ） ＩＪソクスの線膨張係数と気孔率
との関係を示すグラフ、第４図は溶融炭酸塩型燃料電池
の構成を示す模式断面図である。 ３：ＮＭ質板、１ニアノード電極、２：カッー岸１【バ
１シジーＥイーミ１号ζｔり上こ Ｌ／（Ｇ−Ｅ）第１
図 Ｓ算Ｈ會ら彊イ季）号【Ｃり比 Ｌ／（Ｇ十Ｅ）第２図 気孔率（％） 第３図 第４図
ク牙と線膨張係数の比Ｌ／ （Ｇ十Ｅ）との関係を示す
グラフ、第２図はこの発明の実施例に係る燃料電池のウ
ェットシールリーク量と線膨張係数の比Ｌ ／ （Ｇ
＋ Ｅ）の関係を示すグラフ、第３図はこの発明の実施
例に係る電解質マ） ＩＪソクスの線膨張係数と気孔率
との関係を示すグラフ、第４図は溶融炭酸塩型燃料電池
の構成を示す模式断面図である。 ３：ＮＭ質板、１ニアノード電極、２：カッー岸１【バ
１シジーＥイーミ１号ζｔり上こ Ｌ／（Ｇ−Ｅ）第１
図 Ｓ算Ｈ會ら彊イ季）号【Ｃり比 Ｌ／（Ｇ十Ｅ）第２図 気孔率（％） 第３図 第４図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）電解質マトリックスに溶融炭酸塩を含浸した電解質
板をガスセパレータを介してアノード電極とカソード電
極で挟持してなる溶融炭酸塩型燃料電池の電解質板にお
いて、電解質板の線膨張係数ＬがＧ、Ｅをそれぞれガス
セパレータと電極の線膨張係数としたときに式 ０．３
５≦Ｌ／（Ｇ＋Ｅ）≦１．０・・・・・・・・（１） を満足することを特徴とする溶融炭酸塩型燃料電池の電
解質板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63036811A JPH01211865A (ja) | 1988-02-19 | 1988-02-19 | 溶融炭酸塩型燃料電池の電解質板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63036811A JPH01211865A (ja) | 1988-02-19 | 1988-02-19 | 溶融炭酸塩型燃料電池の電解質板 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01211865A true JPH01211865A (ja) | 1989-08-25 |
Family
ID=12480159
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63036811A Pending JPH01211865A (ja) | 1988-02-19 | 1988-02-19 | 溶融炭酸塩型燃料電池の電解質板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01211865A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100738650B1 (ko) * | 2005-04-19 | 2007-07-11 | 한국과학기술원 | 플라즈마 디스플레이 패널용 격벽의 제조방법 |
| JP4897928B2 (ja) * | 2009-03-24 | 2012-03-14 | パナソニック株式会社 | 固体高分子形燃料電池および固体高分子形燃料電池用セパレータ |
-
1988
- 1988-02-19 JP JP63036811A patent/JPH01211865A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100738650B1 (ko) * | 2005-04-19 | 2007-07-11 | 한국과학기술원 | 플라즈마 디스플레이 패널용 격벽의 제조방법 |
| JP4897928B2 (ja) * | 2009-03-24 | 2012-03-14 | パナソニック株式会社 | 固体高分子形燃料電池および固体高分子形燃料電池用セパレータ |
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