JPH01217859A - 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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- JPH01217859A JPH01217859A JP63041131A JP4113188A JPH01217859A JP H01217859 A JPH01217859 A JP H01217859A JP 63041131 A JP63041131 A JP 63041131A JP 4113188 A JP4113188 A JP 4113188A JP H01217859 A JPH01217859 A JP H01217859A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
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- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0289—Means for holding the electrolyte
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-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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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。
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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
に電解質板の補強材ｌζ関する。
に電解質板の補強材ｌζ関する。
溶融炭酸塩型燃料電池は、第３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含浸させたりチウムアル
ミネーｈｍの電解質板２．多孔質ニッケルの焼結体で形
成されたアノード電極３゜酸化ニッケルの多孔質焼結体
で形成されるカソード電極４．各電極に反応ガスを供給
するアノード呈とカンード室、電池を組立てる端板ＩＡ
、ＩＢおよびステンレス裂の波板である電極支持板７Ａ
。
ウムと炭酸カリウムの共晶塩を含浸させたりチウムアル
ミネーｈｍの電解質板２．多孔質ニッケルの焼結体で形
成されたアノード電極３゜酸化ニッケルの多孔質焼結体
で形成されるカソード電極４．各電極に反応ガスを供給
するアノード呈とカンード室、電池を組立てる端板ＩＡ
、ＩＢおよびステンレス裂の波板である電極支持板７Ａ
。
７Ｂより構成されている。
アノード電極では（１）式の反応がおこる。
Ｈ２＋ＣＯ３−＋Ｈ２０＋Ｃ０２＋２ｅ 、−・−−
−−−−・−（１）即ちアノード電極では水素ガス（Ｈ
２）が酸化される。−万力ノード電極では（２）式の反
応がおこる。
−−−−・−（１）即ちアノード電極では水素ガス（Ｈ
２）が酸化される。−万力ノード電極では（２）式の反
応がおこる。
ｖ２ｏ２＋ｃｏ２＋２ｅ、ＣＯ３・・・・・・・・・・
・・・（２）これは酸素ガス（０２）と炭酸ガス（ＣＯ
２）とから炭酸イオンが生成する反応で酸素の還元反応
とみることができる。（１）式と（２）式を総合すると
、結局水素と酸素とから水が形成され、その際外部回路
に電流がとり出される。溶融炭酸塩型燃料電池は炭酸ガ
スを仲立にする一種の発電装置である。
・・・（２）これは酸素ガス（０２）と炭酸ガス（ＣＯ
２）とから炭酸イオンが生成する反応で酸素の還元反応
とみることができる。（１）式と（２）式を総合すると
、結局水素と酸素とから水が形成され、その際外部回路
に電流がとり出される。溶融炭酸塩型燃料電池は炭酸ガ
スを仲立にする一種の発電装置である。
このような溶融炭酸塩型燃料電池においては、電解質板
として溶融炭酸塩の保持力を高めるプこめにＩ ＩＪ
チウムアルミネート微粉体を用いて形成した微細な空孔
を有する多孔質体が使用される。
として溶融炭酸塩の保持力を高めるプこめにＩ ＩＪ
チウムアルミネート微粉体を用いて形成した微細な空孔
を有する多孔質体が使用される。
この電解質板において電池の運転温度６００〜７００℃
では炭酸塩は溶融状態であるが５００℃以下では固相に
なる。この相変化に際しては約５チの体積変化があり、
ざらに固相状態では熱膨張係数が３５．７Ｘ１０−６（
’Ｃ’）であって一般のセラミックスの３倍以上、金属
に比べてもかなり大きい。そのために電池の起動あるい
は停止時等において電解質板に熱応力が発生し、電解質
板が割れるという事態が生ずる。
では炭酸塩は溶融状態であるが５００℃以下では固相に
なる。この相変化に際しては約５チの体積変化があり、
ざらに固相状態では熱膨張係数が３５．７Ｘ１０−６（
’Ｃ’）であって一般のセラミックスの３倍以上、金属
に比べてもかなり大きい。そのために電池の起動あるい
は停止時等において電解質板に熱応力が発生し、電解質
板が割れるという事態が生ずる。
電解質板の割れを防止するために、電解質板の電解質マ
トリックスには補強材としてセラミックス繊維や大粒径
のセラミックス粒を配合する方法がとられる。しかしな
がらこのようなセラミックス補強材を用いたとしても前
述の通りセラミックスと炭酸塩の熱膨張係数が大きく異
なるために熱サイクルを受けた際に炭酸塩と補強材との
間に熱応力が発生し、セラミックス補強材が１回Ｑ）ヒ
ートサイクルで破損し、補強材としての効果が発揮この
発明は上述の点に鑑みてなされその目的は熱膨張係数が
炭酸塩電解質に近似するような補強材を用いることによ
り熱サイクルによって割れることのない補強材を提供し
、もって熱サイクル時の耐割れ性に優れる電解質板を得
ることにある。
トリックスには補強材としてセラミックス繊維や大粒径
のセラミックス粒を配合する方法がとられる。しかしな
がらこのようなセラミックス補強材を用いたとしても前
述の通りセラミックスと炭酸塩の熱膨張係数が大きく異
なるために熱サイクルを受けた際に炭酸塩と補強材との
間に熱応力が発生し、セラミックス補強材が１回Ｑ）ヒ
ートサイクルで破損し、補強材としての効果が発揮この
発明は上述の点に鑑みてなされその目的は熱膨張係数が
炭酸塩電解質に近似するような補強材を用いることによ
り熱サイクルによって割れることのない補強材を提供し
、もって熱サイクル時の耐割れ性に優れる電解質板を得
ることにある。
γ−リチウムアルミネートと粒状および繊維状補強材と
からなる電解質マｌ−＋）ックスに炭酸塩を含浸した電
解質板を電極で挾持した溶融炭酸塩型燃料電池の電解質
板２において、セラミックスコーティング１６を施した
炭酸リチウムまたは炭酸カリウム粉体１５よりなる粒状
補強材１４を備えるととＩこよって達成される。
からなる電解質マｌ−＋）ックスに炭酸塩を含浸した電
解質板を電極で挾持した溶融炭酸塩型燃料電池の電解質
板２において、セラミックスコーティング１６を施した
炭酸リチウムまたは炭酸カリウム粉体１５よりなる粒状
補強材１４を備えるととＩこよって達成される。
炭酸リチウムと炭酸カリウムの融点はそれぞれ７３２℃
、８９１℃であって電池の運転温度より高く、しかも熱
膨張係数はそれぞれ３８Ｘ１０−６（’Ｃ−１）、 ３
３ＸＩＱ−６（’Ｃ−１） で炭酸塩を解質のそれに
近い。したがって炭酸リチウムや炭酸カリウムの単独塩
は熱的にはこれを補強材として用いるに適している。し
かしながらこれらは溶融塩と接触すると互いに溶融しあ
うのでそれを防止するために炭酸リチウムや炭酸カリウ
ムの粒子をアルミナなどのセラミックスで被覆すること
が行われる。被覆材はアルミナの他ジルコニア、リチウ
ムアルミネートなどのセラミックスを用いることができ
る。炭酸リチウムや炭酸カリウムの粉体の粒径は最小で
も３０μｍの大粒径のものが用いられ、セラミックスコ
ーティングの厚さは１〜１０μｍの範囲に選ばれる。
、８９１℃であって電池の運転温度より高く、しかも熱
膨張係数はそれぞれ３８Ｘ１０−６（’Ｃ−１）、 ３
３ＸＩＱ−６（’Ｃ−１） で炭酸塩を解質のそれに
近い。したがって炭酸リチウムや炭酸カリウムの単独塩
は熱的にはこれを補強材として用いるに適している。し
かしながらこれらは溶融塩と接触すると互いに溶融しあ
うのでそれを防止するために炭酸リチウムや炭酸カリウ
ムの粒子をアルミナなどのセラミックスで被覆すること
が行われる。被覆材はアルミナの他ジルコニア、リチウ
ムアルミネートなどのセラミックスを用いることができ
る。炭酸リチウムや炭酸カリウムの粉体の粒径は最小で
も３０μｍの大粒径のものが用いられ、セラミックスコ
ーティングの厚さは１〜１０μｍの範囲に選ばれる。
炭酸リチウム（Ｌｉ２ＣＯ３）や炭酸カリウム（Ｋ２Ｃ
Ｏ２）の熱膨張係数は炭酸塩電解質（Ｌｉ２ＣＯ３／に
２Ｃ０３＝６２／３８（モルｔｓ）ヲ中心トする組成）
と近似するので炭酸リチウムや炭酸カリウムを補強材と
して用いたときに電解質との間に熱応力が発生すること
がない。炭酸リチウムや炭酸カリウムの粉体はセラミッ
クスコーティングされるので炭酸塩電解質と反応するこ
とがない。
Ｏ２）の熱膨張係数は炭酸塩電解質（Ｌｉ２ＣＯ３／に
２Ｃ０３＝６２／３８（モルｔｓ）ヲ中心トする組成）
と近似するので炭酸リチウムや炭酸カリウムを補強材と
して用いたときに電解質との間に熱応力が発生すること
がない。炭酸リチウムや炭酸カリウムの粉体はセラミッ
クスコーティングされるので炭酸塩電解質と反応するこ
とがない。
次にこの発明の実施例を図面に基いて説明する。
第１図は電解質マトリックスの粒状補強材１４の構造図
で炭酸リチウムまたは炭酸カリウムの粉体１５の粒子表
面がセラミックスコーティング１６で被覆される。こＱ
〕ようなセラミックコーティング１６は炭酸リチウムま
たは炭酸カリウムの粉体１５をフルイグイズドベッド（
流動層）で流動させながら例えば塩化アルミニウムガス
と酸素ガスを吹き込み、ＣＶＤ法で粉体表面にアルミナ
層を生成させることによって得ることができる。得られ
た粒状補強材１４を用いて第２図に示すような電解質板
２を形成することができる。電解質板２においてＬ ｌ
２ ＣＯ３とに２Ｃ０３の共晶塩からなる炭酸塩電解
質１２がγ−リチウムアルミネート１３（γ−Ｌ ｉ
ｋｌ Ｏ２）の微粒子からなる電解質マトリックスの間
に含浸される。電解質マトリックス１３には割れ防止の
ために粒状補強材１４と繊維状補強材１７とが予め添加
される。Ｌｉ２ＣＯ３やに２Ｃ０３の熱膨張係数は炭酸
塩電解質１２のそれに近似するのでこれらの粒状補強材
を用いたときに炭酸塩電解質１２との間に熱応力が発生
せず、粒状補強材１４が熱的に破損することがなくなる
。炭酸リチウムまたは炭酸カリウムの粉体１５の表面の
セラミックスコーティングは厚さを１〜１０μｍの範囲
にすると炭酸塩電解質との熱膨張係数の差によってセラ
ミックスコーチイブが割れることがない０）で補強材の
安定化が図られ内部のＬｉ２ＣＯ３やに２ＣＯ３が炭酸
塩電解質と接触することを防止することができる。
で炭酸リチウムまたは炭酸カリウムの粉体１５の粒子表
面がセラミックスコーティング１６で被覆される。こＱ
〕ようなセラミックコーティング１６は炭酸リチウムま
たは炭酸カリウムの粉体１５をフルイグイズドベッド（
流動層）で流動させながら例えば塩化アルミニウムガス
と酸素ガスを吹き込み、ＣＶＤ法で粉体表面にアルミナ
層を生成させることによって得ることができる。得られ
た粒状補強材１４を用いて第２図に示すような電解質板
２を形成することができる。電解質板２においてＬ ｌ
２ ＣＯ３とに２Ｃ０３の共晶塩からなる炭酸塩電解
質１２がγ−リチウムアルミネート１３（γ−Ｌ ｉ
ｋｌ Ｏ２）の微粒子からなる電解質マトリックスの間
に含浸される。電解質マトリックス１３には割れ防止の
ために粒状補強材１４と繊維状補強材１７とが予め添加
される。Ｌｉ２ＣＯ３やに２Ｃ０３の熱膨張係数は炭酸
塩電解質１２のそれに近似するのでこれらの粒状補強材
を用いたときに炭酸塩電解質１２との間に熱応力が発生
せず、粒状補強材１４が熱的に破損することがなくなる
。炭酸リチウムまたは炭酸カリウムの粉体１５の表面の
セラミックスコーティングは厚さを１〜１０μｍの範囲
にすると炭酸塩電解質との熱膨張係数の差によってセラ
ミックスコーチイブが割れることがない０）で補強材の
安定化が図られ内部のＬｉ２ＣＯ３やに２ＣＯ３が炭酸
塩電解質と接触することを防止することができる。
電解質板２の厚さは０．３〜３．０ｍｍ の範囲にある
。
。
このような薄板を形成するときはこれに使用する粉体粒
子の大きさが板厚の１４ｏ以下ζこしないと成膜が困難
となる。かつ粉体粒子の直径が３０μｍより小さくなる
と補強効果がなくなるからＬｉ。ＣＯ３やに２Ｃ０３の
粉体粒子の直径は板厚に応じて３０〜３００μｍの範囲
の大粒径が用いられる。直径が３０μｍ以上の大粒径の
粒状補強材を用いると微細割れの成長を防止することが
できると考えられる。炭酸リチウムまたは炭酸カリウム
から調製された粒状補強材はそれぞれ単独で用いること
ができるが、さらにコーティングされた状態で混合して
用いることもできる。このときはセラミックスコーティ
ングの一部が仮りに破損することがあっても、炭酸塩電
解質１２と同一のものが供給されるので電池の特性上影
響を与えることがない。
子の大きさが板厚の１４ｏ以下ζこしないと成膜が困難
となる。かつ粉体粒子の直径が３０μｍより小さくなる
と補強効果がなくなるからＬｉ。ＣＯ３やに２Ｃ０３の
粉体粒子の直径は板厚に応じて３０〜３００μｍの範囲
の大粒径が用いられる。直径が３０μｍ以上の大粒径の
粒状補強材を用いると微細割れの成長を防止することが
できると考えられる。炭酸リチウムまたは炭酸カリウム
から調製された粒状補強材はそれぞれ単独で用いること
ができるが、さらにコーティングされた状態で混合して
用いることもできる。このときはセラミックスコーティ
ングの一部が仮りに破損することがあっても、炭酸塩電
解質１２と同一のものが供給されるので電池の特性上影
響を与えることがない。
Ｉ径６０μｍの炭酸リチウムまたは炭酸カリウムの粉体
１５に２μｍ厚のアルミナコーティングを施した粒状補
強材１４を用いて電解質マトリックスを形成し共晶炭酸
塩を含浸させた電解質板２を６５０℃と室温の間でヒー
トサイクル試験にかケタ。１０回のヒートサイクルを行
ったあと分解し電解質板中の粒状補強材１４について電
子顕微鏡で調査したところ、割れは発生していないこと
が判明した。
１５に２μｍ厚のアルミナコーティングを施した粒状補
強材１４を用いて電解質マトリックスを形成し共晶炭酸
塩を含浸させた電解質板２を６５０℃と室温の間でヒー
トサイクル試験にかケタ。１０回のヒートサイクルを行
ったあと分解し電解質板中の粒状補強材１４について電
子顕微鏡で調査したところ、割れは発生していないこと
が判明した。
この発明によれば、γ−リチウムアルミネートと粒状お
よび繊維状補強材とからなる電解質マトリックスに炭酸
塩を含浸した電解質板を電極で挾持した溶融炭酸塩型燃
料電池の電解質板において、セラミックスコーチイブを
施した炭酸リチウムまたは炭酸カリウム粉体よりなる粒
状補強材を備えるので、炭酸リチウムまたは炭酸カリウ
ムの熱膨張係数が炭酸塩電解質の熱膨張係数と近似する
こととなり炭酸塩電解質との間ｌこ熱応力が発生しなく
なる。またセラミックスコーティングにより炭酸リチウ
ムまたは炭酸カリウムは炭酸塩電解質と隔絶されるので
相互に反応することがない。このようにして粒状補強材
は廿−マルサイクルによって熱破損を受けることがなく
安定に電解質板の補強材として機能し続ける。この結果
電解質板は燃料電池のヒートサイクルに対してその耐割
れ性が向上して信頼性に優れる溶融炭酸塩型燃料電池が
得られるようになる。
よび繊維状補強材とからなる電解質マトリックスに炭酸
塩を含浸した電解質板を電極で挾持した溶融炭酸塩型燃
料電池の電解質板において、セラミックスコーチイブを
施した炭酸リチウムまたは炭酸カリウム粉体よりなる粒
状補強材を備えるので、炭酸リチウムまたは炭酸カリウ
ムの熱膨張係数が炭酸塩電解質の熱膨張係数と近似する
こととなり炭酸塩電解質との間ｌこ熱応力が発生しなく
なる。またセラミックスコーティングにより炭酸リチウ
ムまたは炭酸カリウムは炭酸塩電解質と隔絶されるので
相互に反応することがない。このようにして粒状補強材
は廿−マルサイクルによって熱破損を受けることがなく
安定に電解質板の補強材として機能し続ける。この結果
電解質板は燃料電池のヒートサイクルに対してその耐割
れ性が向上して信頼性に優れる溶融炭酸塩型燃料電池が
得られるようになる。
第１図はこの発明の実施例に係る粒状補強材の構造を示
す模式断面図、第２図は電解質板の構造を示す模式断面
図、第３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。 ２・・・電解質板、１４・・粒状補強材、１５・・炭酸
リチウムまたは炭酸カリウムの粉体、１６・・セラミッ
クスコーティング。
す模式断面図、第２図は電解質板の構造を示す模式断面
図、第３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。 ２・・・電解質板、１４・・粒状補強材、１５・・炭酸
リチウムまたは炭酸カリウムの粉体、１６・・セラミッ
クスコーティング。
Claims (1)
- １）γ−リチウムアルミネートと粒状および繊維状補強
材とからなる電解質マトリックスに炭酸塩を含浸した電
解質板を電極で挾持した溶融炭酸塩型燃料電池の電解質
板において、セラミックスコーティングを施した炭酸リ
チウムまたは炭酸カリウム粉体よりなる粒状補強材を備
え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 |
|---|---|---|---|
| JP63041131A JPH01217859A (ja) | 1988-02-24 | 1988-02-24 | 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 |
|---|---|---|---|
| JP63041131A JPH01217859A (ja) | 1988-02-24 | 1988-02-24 | 溶融炭酸塩型燃料電池の電解質板 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01217859A true JPH01217859A (ja) | 1989-08-31 |
Family
ID=12599885
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63041131A Pending JPH01217859A (ja) | 1988-02-24 | 1988-02-24 | 溶融炭酸塩型燃料電池の電解質板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01217859A (ja) |
-
1988
- 1988-02-24 JP JP63041131A patent/JPH01217859A/ja active Pending
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