JPH02126563A - 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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- JPH02126563A JPH02126563A JP63277340A JP27734088A JPH02126563A JP H02126563 A JPH02126563 A JP H02126563A JP 63277340 A JP63277340 A JP 63277340A JP 27734088 A JP27734088 A JP 27734088A JP H02126563 A JPH02126563 A JP H02126563A
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
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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］
本発明は燃料の有する化学エネルギーを直接電気エネル
ギーに変換するエネルギ一部門で用いる燃料電池のうち
、特に、電解質として溶融炭酸塩を用いる溶融炭酸塩型
燃料電池の電解質板に関するものである。
ギーに変換するエネルギ一部門で用いる燃料電池のうち
、特に、電解質として溶融炭酸塩を用いる溶融炭酸塩型
燃料電池の電解質板に関するものである。
［従来の技術］
現在までに提案されている溶融炭酸塩型燃料電池として
は、電解質としての溶融炭酸塩を、多孔質のマトリック
ステープにしみ込ませてなる電解質板を作り、この電解
質板をカソード（酸素極）とアノード（燃料極）の両電
極で両面から挟み、カソード側に酸化ガスを供給すると
共にアノード側に燃料ガスを供給することによりカソー
ドとアノードとの間で発生する電位差により発電が行わ
れるようにしたものを１セルとし、各セルをセパレータ
を介して多層に積層させてスタックとし、このスタック
を適当な締付力で締め付けるようにしておる。
は、電解質としての溶融炭酸塩を、多孔質のマトリック
ステープにしみ込ませてなる電解質板を作り、この電解
質板をカソード（酸素極）とアノード（燃料極）の両電
極で両面から挟み、カソード側に酸化ガスを供給すると
共にアノード側に燃料ガスを供給することによりカソー
ドとアノードとの間で発生する電位差により発電が行わ
れるようにしたものを１セルとし、各セルをセパレータ
を介して多層に積層させてスタックとし、このスタック
を適当な締付力で締め付けるようにしておる。
上記溶融炭酸塩型燃料電池に用いられる電解質板は、従
来より種々の方法により製造されているが、その製造方
法の１つとして、数μ以下のセラミックス粒子、たとえ
ば、リチウムアルミネート（ＬｉＡｅ０２ ）粉末によ
り多数の空孔を有するマトリックスを形成し、このマト
リックスに電解質を含浸させ、マトリックスの空隙に電
解質を保持させるようにして電解質板とするものがある
。
来より種々の方法により製造されているが、その製造方
法の１つとして、数μ以下のセラミックス粒子、たとえ
ば、リチウムアルミネート（ＬｉＡｅ０２ ）粉末によ
り多数の空孔を有するマトリックスを形成し、このマト
リックスに電解質を含浸させ、マトリックスの空隙に電
解質を保持させるようにして電解質板とするものがある
。
かかる方法により得られた電解質板は、カソードとアノ
ードの画電極により挟まれて電池を構成するが、カソー
ド側に供給される酸化ガスとアノード側に供給される燃
料ガスを完全に分離しなければならない。しかし、電解
質板は、燃料電池の運転、停止に伴い室温と燃料電池の
運転温度（約６５０°Ｃ）との間で熱的に繰返し作動さ
れることによる大きな応力を受ける。最大の応力は燃料
電池が遮断されて電解質が液相より同相へ移動する際に
発生する。かかる相変化に伴なって体積が急激に変化し
てエネルギーを放出するが、このエネルギーは電解質板
に割れを生じさせることによって逃がされる。電解質板
に表裏方向に貫通する割れか生じると、最早、電解質板
は、酸化ガスと燃料ガスとを分離する能力を維持できず
、酸化ガスと燃料カスが直接接触してしまい、電池出力
の低下らしくは爆発の危険性を生じるという問題がある
。
ードの画電極により挟まれて電池を構成するが、カソー
ド側に供給される酸化ガスとアノード側に供給される燃
料ガスを完全に分離しなければならない。しかし、電解
質板は、燃料電池の運転、停止に伴い室温と燃料電池の
運転温度（約６５０°Ｃ）との間で熱的に繰返し作動さ
れることによる大きな応力を受ける。最大の応力は燃料
電池が遮断されて電解質が液相より同相へ移動する際に
発生する。かかる相変化に伴なって体積が急激に変化し
てエネルギーを放出するが、このエネルギーは電解質板
に割れを生じさせることによって逃がされる。電解質板
に表裏方向に貫通する割れか生じると、最早、電解質板
は、酸化ガスと燃料ガスとを分離する能力を維持できず
、酸化ガスと燃料カスが直接接触してしまい、電池出力
の低下らしくは爆発の危険性を生じるという問題がある
。
かかる問題を解決するために、従来では、上記したよう
な数μ以下のりチウムアルミネート粒子を支持粒子とす
るマトリックスを形成するに際し、上記粒子よりもはる
かに大きい（５０〜１５０μ）リチウムアルミネートの
粗粒子を、上記支持粒子としての数μ以下のりチウムア
ルミネート粒子に対し適宜の割り合い（たとえば、数μ
以下のりチウムアルミネート粒子９０ ＶＯ（％に対し
ｉｏ ｖｏ（％）で混入し、電解質板に発生する表裏方
向への貫通割れを、上記混入したりチウムアルミネート
の粗粒子で低減し、電解質板の強化を図るようにしたも
の（特開昭５７−２７５６９号公報）、あるいは、上記
のような電解質板の強化手段として、１００μ以上の長
さを有し且つ長ざ１と直径ｄの比１／ｄが１０以上から
なるリチウムアルミネート長繊維を、マトリックスに混
入し、該リチウムアルミネート長繊維により電解質板の
貫通割れを低減させるようにして電解質板の強化を図る
ようにしたもの（特公昭６３−２６５１１号公報）、等
が提案されている。
な数μ以下のりチウムアルミネート粒子を支持粒子とす
るマトリックスを形成するに際し、上記粒子よりもはる
かに大きい（５０〜１５０μ）リチウムアルミネートの
粗粒子を、上記支持粒子としての数μ以下のりチウムア
ルミネート粒子に対し適宜の割り合い（たとえば、数μ
以下のりチウムアルミネート粒子９０ ＶＯ（％に対し
ｉｏ ｖｏ（％）で混入し、電解質板に発生する表裏方
向への貫通割れを、上記混入したりチウムアルミネート
の粗粒子で低減し、電解質板の強化を図るようにしたも
の（特開昭５７−２７５６９号公報）、あるいは、上記
のような電解質板の強化手段として、１００μ以上の長
さを有し且つ長ざ１と直径ｄの比１／ｄが１０以上から
なるリチウムアルミネート長繊維を、マトリックスに混
入し、該リチウムアルミネート長繊維により電解質板の
貫通割れを低減させるようにして電解質板の強化を図る
ようにしたもの（特公昭６３−２６５１１号公報）、等
が提案されている。
［発明が解決しようとする課題］
ところが、上記特開昭５７−２７５６９号公報に記載さ
れたものでは、電解質板の強化用添加物としてリチウム
アルミネートの粗粒子を適宜の割り合いで混入し、電解
質板に発生しようとする貫通割れを、上記混入されたり
チウムアルミネート粗粒子の部分でストップさせるよう
にしようとするものであり、又、特公昭６３−２６５１
１号公報に記載のものでは、電解質板の強化用添加物と
してリチウムアルミネート長繊維を混入して、電解質板
に発生しようとする貫通割れを上記リチウムアルミネー
ト長繊維によりストップさせようとするものであるが、
いずれの従来例も、電解質板の強化用添加物としてリチ
ウムアルミネートの粗粒子か長繊維を単に混入する方式
であるため、第３図に強化用添加物として粗粒子２を混
入してなる電解質板１について示す如く、燃料電池を運
転温度から室温に冷却するときの炭酸塩の凝固時に、強
化用添加物としての粗粒子２の周囲と炭酸塩の界面に隙
間３が生じ、上記炭酸塩が固まるときに電解質板１に生
じた多数の割れ４が上記隙間３と連通して電解質板１を
貫通してしまうおそれがある。強化用添加物としてリチ
ウムアルミネート長繊維を混入させた場合でも、燃料電
池の冷却時に炭酸塩が固体になるときには繊維と炭酸塩
との界面に隙間が出来て、同様の問題がある。
れたものでは、電解質板の強化用添加物としてリチウム
アルミネートの粗粒子を適宜の割り合いで混入し、電解
質板に発生しようとする貫通割れを、上記混入されたり
チウムアルミネート粗粒子の部分でストップさせるよう
にしようとするものであり、又、特公昭６３−２６５１
１号公報に記載のものでは、電解質板の強化用添加物と
してリチウムアルミネート長繊維を混入して、電解質板
に発生しようとする貫通割れを上記リチウムアルミネー
ト長繊維によりストップさせようとするものであるが、
いずれの従来例も、電解質板の強化用添加物としてリチ
ウムアルミネートの粗粒子か長繊維を単に混入する方式
であるため、第３図に強化用添加物として粗粒子２を混
入してなる電解質板１について示す如く、燃料電池を運
転温度から室温に冷却するときの炭酸塩の凝固時に、強
化用添加物としての粗粒子２の周囲と炭酸塩の界面に隙
間３が生じ、上記炭酸塩が固まるときに電解質板１に生
じた多数の割れ４が上記隙間３と連通して電解質板１を
貫通してしまうおそれがある。強化用添加物としてリチ
ウムアルミネート長繊維を混入させた場合でも、燃料電
池の冷却時に炭酸塩が固体になるときには繊維と炭酸塩
との界面に隙間が出来て、同様の問題がある。
そこで、本発明は、強化用添加物として粗粒子又は繊維
を混入した場合において燃料電池の冷却時に炭酸塩が固
体になるときでも、上記混入した強化用添加物の周囲と
炭酸塩の界面に隙間が生じるようなことがなく、したが
って貫通割れが生じないような電解質板を提供しようと
するものである。
を混入した場合において燃料電池の冷却時に炭酸塩が固
体になるときでも、上記混入した強化用添加物の周囲と
炭酸塩の界面に隙間が生じるようなことがなく、したが
って貫通割れが生じないような電解質板を提供しようと
するものである。
［課題を解決するための手段］
本発明は、上記目的を達成するために、電解質としての
溶融炭酸塩を保持させるマトリックスを形成する支持粒
子内に、多孔質の粗粒子又は繊維を強化用添加物として
混入させ、且つ該マトリックスに含浸させた電解質を強
化用添加物中に入り込ませた構成とする。
溶融炭酸塩を保持させるマトリックスを形成する支持粒
子内に、多孔質の粗粒子又は繊維を強化用添加物として
混入させ、且つ該マトリックスに含浸させた電解質を強
化用添加物中に入り込ませた構成とする。
［作 用］
マトリックスに含浸された電解質は、強化用添加物とし
ての多孔質の粗粒子又は繊維中に入り込み、燃料電池の
冷却時に電解質が固体になるとき、上記粗粒子や繊維の
中の電解質と該粗粒子や繊維周囲の電解質とがつながっ
たまま固化するので、強化用添加物としての粗粒子や繊
維の周囲と電解質との界面に隙間が生じることがなく、
したがって、貫通割れを生じさせることがない。
ての多孔質の粗粒子又は繊維中に入り込み、燃料電池の
冷却時に電解質が固体になるとき、上記粗粒子や繊維の
中の電解質と該粗粒子や繊維周囲の電解質とがつながっ
たまま固化するので、強化用添加物としての粗粒子や繊
維の周囲と電解質との界面に隙間が生じることがなく、
したがって、貫通割れを生じさせることがない。
［実 施 例コ
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
第１図は本発明の一実施例を示すもので、数μ以下のり
チウムアルミネート粒子の如きセラミック粒子を支持粒
子として、該支持粒子内に該支持粒子よりはるかに大き
い粒子２ （第３図参照）を強化用添加物として適宜の
割り合いで混入してマトリックス１ａを形成する場合に
おいて、上記粒子２に代えて、多数の空孔を有するよう
に成形された多孔質のりチウムアルミネート粗粒子５を
強化用添加物として支持粒子内に混入してマトリックス
１ａを形成し、このマトリックス１ａに、電解質として
溶融炭酸塩（たとえば、Ｌｉｐ Ｃｏｔ 又Ｌｔ Ｋ２
ＣＯ３） ヲ含浸さセ、粗粒子５の中にも電解質が入
り込んだ電解質板１とする。
チウムアルミネート粒子の如きセラミック粒子を支持粒
子として、該支持粒子内に該支持粒子よりはるかに大き
い粒子２ （第３図参照）を強化用添加物として適宜の
割り合いで混入してマトリックス１ａを形成する場合に
おいて、上記粒子２に代えて、多数の空孔を有するよう
に成形された多孔質のりチウムアルミネート粗粒子５を
強化用添加物として支持粒子内に混入してマトリックス
１ａを形成し、このマトリックス１ａに、電解質として
溶融炭酸塩（たとえば、Ｌｉｐ Ｃｏｔ 又Ｌｔ Ｋ２
ＣＯ３） ヲ含浸さセ、粗粒子５の中にも電解質が入
り込んだ電解質板１とする。
上記強化用添加物としての多孔質の粗粒子５の大きざ、
該粗粒子５に形成する空孔の大きさ（空孔径）、空孔の
量（空孔率）、粗粒子５の量（添加率）等は、次のよう
にする。
該粗粒子５に形成する空孔の大きさ（空孔径）、空孔の
量（空孔率）、粗粒子５の量（添加率）等は、次のよう
にする。
すなわち、粗粒子５の大きさは、小さすぎると燃料電池
の熱的繰返し作動により多数生じる割れが貫通するのを
防止しきれず、又、大きすぎると、大きい粒子が多数存
在することになってマトリックス１ａの構造的完全性が
低下し、又、マトリックスのガス分離能力が低減するこ
とになるので、長さは２０〜１５０μ程度とする。かか
る大きざの粗粒子５に形成する空孔径は平均で０．３〜
５μとし、空孔率は３０〜６０％とする。又、粗粒子５
の添加率は、貫通割れを防止する上で支持粒子に対し５
〜３０ ｖｏｅ％が有効であることが実験により確認さ
れている。
の熱的繰返し作動により多数生じる割れが貫通するのを
防止しきれず、又、大きすぎると、大きい粒子が多数存
在することになってマトリックス１ａの構造的完全性が
低下し、又、マトリックスのガス分離能力が低減するこ
とになるので、長さは２０〜１５０μ程度とする。かか
る大きざの粗粒子５に形成する空孔径は平均で０．３〜
５μとし、空孔率は３０〜６０％とする。又、粗粒子５
の添加率は、貫通割れを防止する上で支持粒子に対し５
〜３０ ｖｏｅ％が有効であることが実験により確認さ
れている。
本発明の電解質板１を用い、この電解質板１の両面をカ
ソード（酸素極）とアノード（燃料極）の画電極で挟み
、カソード側に酸化ガスを、又、アノード側に燃料ガス
をそれぞれ供給するようにしたものを１セルとし、かか
るセルをセパレータを介し多層に積層して積層式燃料電
池を構成した場合において、燃料電池の運転と運転停止
を繰り返すとき、電解質板１は燃料電池の運転温度（６
５０℃）と室温との間で熱的に繰り返し作動されること
により大きな応力を受けることにより、又、運転温度か
ら室温に冷却されて電解質が固化することにより、電解
質板１には多数の割れが生じ、従来の強化用添加物とし
て粗粒子を単に混入した方式では該粗粒子周囲の界面に
更に隙間が生じて、上記多数の割れが該隙間を通して貫
通するおそれがあったことは前記したが、本発明の電解
質板１では、強化用添加物としての粗粒子５が多孔質と
してあって、この粗粒子５の多孔を通して粗粒子５内に
電解質が入り込み、粗粒子５の内部と外部で電解質が連
続した状態になるようにしであるので、上記燃料電池の
冷却時に電解質が固体になるときは、第２図に示す如く
電解質６ （図中の点を密集した部分）が粗粒子５の孔
７内に入ったまま固化し、粗粒子５周辺の電解質と一連
になり、粗粒子５の周囲に一連の隙間が形成されなくな
る。これにより電解質板１の両面から生じた割れ４が粗
粒子５に達していても、この両面からの割れ４が貫通す
ることを防止することができる。
ソード（酸素極）とアノード（燃料極）の画電極で挟み
、カソード側に酸化ガスを、又、アノード側に燃料ガス
をそれぞれ供給するようにしたものを１セルとし、かか
るセルをセパレータを介し多層に積層して積層式燃料電
池を構成した場合において、燃料電池の運転と運転停止
を繰り返すとき、電解質板１は燃料電池の運転温度（６
５０℃）と室温との間で熱的に繰り返し作動されること
により大きな応力を受けることにより、又、運転温度か
ら室温に冷却されて電解質が固化することにより、電解
質板１には多数の割れが生じ、従来の強化用添加物とし
て粗粒子を単に混入した方式では該粗粒子周囲の界面に
更に隙間が生じて、上記多数の割れが該隙間を通して貫
通するおそれがあったことは前記したが、本発明の電解
質板１では、強化用添加物としての粗粒子５が多孔質と
してあって、この粗粒子５の多孔を通して粗粒子５内に
電解質が入り込み、粗粒子５の内部と外部で電解質が連
続した状態になるようにしであるので、上記燃料電池の
冷却時に電解質が固体になるときは、第２図に示す如く
電解質６ （図中の点を密集した部分）が粗粒子５の孔
７内に入ったまま固化し、粗粒子５周辺の電解質と一連
になり、粗粒子５の周囲に一連の隙間が形成されなくな
る。これにより電解質板１の両面から生じた割れ４が粗
粒子５に達していても、この両面からの割れ４が貫通す
ることを防止することができる。
本発明者等は、本発明の電解質板１を用いた１００Ｍ角
の燃料電池を作り、運転温度（６５０℃）と室温を交互
に繰り返し、これの繰り返しを２０回行った実験の結果
、クロスリークはなく、これにより本発明の電解質板１
には貫通割れが生じないことが確認された。
の燃料電池を作り、運転温度（６５０℃）と室温を交互
に繰り返し、これの繰り返しを２０回行った実験の結果
、クロスリークはなく、これにより本発明の電解質板１
には貫通割れが生じないことが確認された。
なお、上記実施例では、強化用添加物として２０〜１５
０μのりチウムアルミネート粗粒子５を数μ以下の支持
粒子内に混入させてマトリックスを形成させる場合を示
したが、上記リチウムアルミネート粗粒子５に代えて、
多数の孔を有するへちま型をなす多孔質のりチウムアル
ミネート長繊維を混入し、電解質が上記リチウムアルミ
ネート長繊維中に入り込み、燃料電池を運転温度（６５
０℃）から室温に冷却したときにリチウムアルミネート
長繊維中に入った電解質が固化して、リチウムアルミネ
ート長繊維の周囲に一連の隙間が生じないようにしたも
のとしてもよい。上記リチウムアルミネート長繊維の大
きさは、１００μ以上の長さで、且つ長ざ１と直径ｄの
比１／ｄが１０以上の太さとし、この繊維を多孔質に成
形したものを使用する。
０μのりチウムアルミネート粗粒子５を数μ以下の支持
粒子内に混入させてマトリックスを形成させる場合を示
したが、上記リチウムアルミネート粗粒子５に代えて、
多数の孔を有するへちま型をなす多孔質のりチウムアル
ミネート長繊維を混入し、電解質が上記リチウムアルミ
ネート長繊維中に入り込み、燃料電池を運転温度（６５
０℃）から室温に冷却したときにリチウムアルミネート
長繊維中に入った電解質が固化して、リチウムアルミネ
ート長繊維の周囲に一連の隙間が生じないようにしたも
のとしてもよい。上記リチウムアルミネート長繊維の大
きさは、１００μ以上の長さで、且つ長ざ１と直径ｄの
比１／ｄが１０以上の太さとし、この繊維を多孔質に成
形したものを使用する。
［発明の効果］
以上述べた如く、本発明の電解質板によれば、電解質を
保持するためのマトリックスを形成する際に、貫通割れ
防止のために混入する強化用添加物として多孔質の粗粒
又は繊維を混入し、電解質を上記粗粒又は繊維中に含浸
させるようにしておるので、燃料電池を運転温度から室
温に冷却するときに電解質が固体になるが、このとき強
化用添加物としての多孔質の粗粒又は繊維に入った電解
質もそのままの状態で固体になることから上記粗粒や繊
維の周囲と電解質の界面に一連の隙間が生じることを防
止できて、電解質板に小さな割れが生じてもこの割れを
貫通させるおそれをなくし得る、という優れた効果を奏
し得る。
保持するためのマトリックスを形成する際に、貫通割れ
防止のために混入する強化用添加物として多孔質の粗粒
又は繊維を混入し、電解質を上記粗粒又は繊維中に含浸
させるようにしておるので、燃料電池を運転温度から室
温に冷却するときに電解質が固体になるが、このとき強
化用添加物としての多孔質の粗粒又は繊維に入った電解
質もそのままの状態で固体になることから上記粗粒や繊
維の周囲と電解質の界面に一連の隙間が生じることを防
止できて、電解質板に小さな割れが生じてもこの割れを
貫通させるおそれをなくし得る、という優れた効果を奏
し得る。
第１図は本発明の一実施例を示す電解質板の概略断面図
、第２図は電解質が固まるときの状態を示す部分拡大図
、第３図は従来の電解質板の一例を示す概略断面図であ
る。 １・・・電解質板、１ａ・・・マトリックス、４・・・
割れ、５・・・リチウムアルミネート粗粒子、６・・・
電解質、７・・・孔。
、第２図は電解質が固まるときの状態を示す部分拡大図
、第３図は従来の電解質板の一例を示す概略断面図であ
る。 １・・・電解質板、１ａ・・・マトリックス、４・・・
割れ、５・・・リチウムアルミネート粗粒子、６・・・
電解質、７・・・孔。
Claims (1)
- （１）電解質としての溶融炭酸塩をマトリックスに含浸
させてなり且つカソードとアノードの両電極で両面から
挟んで燃料電池を構成する溶融炭酸塩型燃料電池の電解
質板において、上記マトリックスを形成する支持粒子内
に、多孔質の強化用添加物を所要の割り合いで混入し、
且つ該強化用添加物中に溶融炭酸塩を含浸させてなるこ
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 |
|---|---|---|---|
| JP63277340A JP2615935B2 (ja) | 1988-11-04 | 1988-11-04 | 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 |
|---|---|---|---|
| JP63277340A JP2615935B2 (ja) | 1988-11-04 | 1988-11-04 | 溶融炭酸塩型燃料電池の電解質板 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02126563A true JPH02126563A (ja) | 1990-05-15 |
| JP2615935B2 JP2615935B2 (ja) | 1997-06-04 |
Family
ID=17582162
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63277340A Expired - Lifetime JP2615935B2 (ja) | 1988-11-04 | 1988-11-04 | 溶融炭酸塩型燃料電池の電解質板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2615935B2 (ja) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6035468A (ja) * | 1983-08-03 | 1985-02-23 | Agency Of Ind Science & Technol | 燃料電池用電解質マトリツクス |
-
1988
- 1988-11-04 JP JP63277340A patent/JP2615935B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6035468A (ja) * | 1983-08-03 | 1985-02-23 | Agency Of Ind Science & Technol | 燃料電池用電解質マトリツクス |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2615935B2 (ja) | 1997-06-04 |
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