JPH0222504B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、電解質層における、いわゆるウエツ
トシール部の機械的強度の向上を図れるようにし
た溶融炭酸塩燃料電池に関する。 〔発明の技術的背景とその問題点〕 従来、高能率のエネルギー変換装置として、燃
料電池が広く知られている。燃料電池は、使用す
る電解質によつてりん酸塩型、溶融炭酸塩型、固
体電解質型に分類される。なかでも溶融炭酸塩燃
料電池は、動作温度が高いため、電極反応が起り
易く、高価な貴金属触媒を必要としないこと、ま
た、発電効率が高いことなどの大きな特徴を有し
ている。 溶融炭酸塩燃料電池は、対向配置された一対の
多孔質電極板と、この電極板間に介在させたアル
カリ炭酸塩を電解質とする電解質層とからなる単
位電池を、通常、インタコネクタを介して複数積
層して構成されている。そして、単位電池を中心
にした一方のインタコネクタには、対応する一方
の多孔質電極板に燃料ガスを拡散させるためのガ
ス通路が形成されており、また、他方のインタコ
ネクタには対応する他方の多孔質電極板に酸化剤
ガスを拡散させるためのガス通路が形成されてい
る。これら両ガス通路の分離は、通常、各インタ
コネクタの周縁部に形成された環状の突部を電解
質層の周縁部に圧接させる、いわゆるウエツトシ
ール方式によつて行われている。 ところで、上記のような、電解質層のうち、い
わゆるペースト型電解質層と呼ばれるものは、保
持材に、粉末状のγ−リチウム・アルミネートを
用い、この粉末と炭酸塩とを混合し、金型成形に
よつて形成された、いわゆる電解質タイルと称さ
れる板状に構成されている。 この電解質板は機械的強度に劣り、常温での抗
折強度は高々10Kg／mm²程度である。このため、上
述したウエツトシール部では、炭酸塩の溶融・凝
固時の大きな体積変化、あるいはまた、電解質層
とインタコネクタ周縁部との熱膨張率の差等に起
因した割れが発生し易いという問題があつた。特
にこのような問題は、単位電池の大型化を図るう
えで極めて顕著な問題となることが予想され、こ
れがために単位電池の大型化、すなわち、電池の
大容量化を実現できなかつた。 〔発明の目的〕 本発明は、かかる問題点に基づきなされたもの
であり、その目的とするところは、電解質板にお
けるウエツトシール部の機械的強度の向上を図る
ことにより、電解質板の耐熱サイクル性能の向上
が図れ、もつて大容量の電池の実現に寄与できる
溶融炭酸塩燃料電池を提供することにある。 〔発明の概要〕 本発明において、電解質板は、炭酸塩電解質と
主保持材との混合体中に、補助保持材としての不
織布を、全面に亘つて埋設し、かつ、前記周縁部
に埋設したものであることを特徴としている。 〔発明の効果〕 本発明において、電解質板は、炭酸塩電解質と
主保持材との混合体中に、補助保持材としての不
織布を、全面に亘つて埋設し、かつ、前記周縁部
に埋設したものであるため、周縁部の強度を向上
させることができる。しかも、この場合には、溶
融・凝固時の体積変化が極めて大きい炭酸塩の含
有量は、上記ウエツトシール部では少ないため、
特にウエツトシール部は熱的な体積変化が少ない
ことになる。このため、単位電池の大型化に伴な
うウエツトシール部の熱的原因による割れを防止
でき、単位電池の大型化、すなわち電池の大容量
化に大きく寄与することになる。 なお、本発明における電解質板の上記ウエツト
シール部以外の部分での電解質含有量は、従来と
何ら変わることがないので、これによる電池反応
への影響はない。 〔発明の実施例〕 以下、本発明の実施例を説明する。 第１図は本実施例における単位電池を示した図
で、図中２０は電解質板である。この電解質板２
０は、周縁部分を除いて、多孔質のガス拡散電極
である空気極２と燃料極３とで挾持され、その周
縁部が、周縁部に突周壁４ａおよび５ａを設けて
浅底空間を形成したインタコネクタ４および５の
上記突周壁４ａおよび５ａの先端部によつて挾持
されている。インタコネクタ４と空気極２との間
の空間部６には空気極２の弾性的な支持機能と集
電機能とを兼ね備えた導電性の波板状電極支持体
７が介挿され、また、インタコネクタ５と燃料極
３との間の空間部８には燃料極３の弾性的な支持
機能と集電機能とを兼ね備えた波板状電極支持体
９が介挿されている。インタコネクタ４には、前
記空間部６に酸化剤ガスを導入する導入口１０が
設けられ、インタコネクタ５には、前記空間部８
に燃料ガスを導入する導入口１１および水と炭酸
ガスとを排出する排出口１２が設けられている。 本実施例に係る電解質板２０は、電解質２１と
主保持材２２との混合体中に、全面に亘つて２枚
の補助保持材２３ａおよび２３ｂが埋設され、周
縁部分には、さらに３枚の補助保持材２３ｃ，２
３ｄ，２３ｅおよび２３ｆ，２３ｇ，２３ｈが埋
設されたものとなつている。 電解質２１は、具体的には炭酸リチウム
（Li₂CO₃）と炭酸カリウム（K₂CO₃）とを重量比
して７：８の割合で混合して構成されている。ま
た、主保持材２２は、上記電解質２１の重量の33
％のγ−リチウム・アルミネート（τ−LiAlO₃）
の粉末で構成されている。また、補助保持材２３
ａ〜２３ｈは、炭素繊維からなる織布で構成され
ている。この織布としては、たとえば7μｍ径の
炭素繊維を約3000本束ねて織つたものが用いられ
ており、その単位面積当りの重量は200ｇ／m²で
ある。 なお、上記電解質板２０は、以下の工程によつ
て製造されたものである。すなわち炭酸リチウム
28ｇと、炭酸カリウム32ｇと、γ−リチウム・ア
ルミネート40ｇとをボールミルで混合し、５×５
cm²のホツトプレス型に通常成形量の約1/6を均一
に充填し、しかる後、補助保持材２３ｃおよび２
３ｆをホツトプレス型の周縁部分に敷設し、さら
にこの上面に通常成形量の約1/6の混合粉を充填
した後、補助保持材２３ａをホツトプレス型の全
面に敷設するという工程を繰り返し、電解質板２
０の中央部が５層構造、周縁部が11層構造となる
如く構成されたものに対し、400℃、300Kg／cm²の
条件でホツトプレスして、５×５cm、厚さ1.8mm
の板状に形成されたものである。なお、上記中央
部と周縁部との中間部が７層構造となるように、
補助保持材２３ｄおよび２３ｇは、補助保持材２
３ｃ，２３ｅ，２３ｆおよび２３ｈよりも僅か広
い面積となつている。このようにして得られた電
解質板２０の相対密度は98％であつた。 この電解質板２０に対して、前述と同様の温度
サイクル試験を行なつたところ、30回の繰り返し
後でも電解質板の割れは発生しなかつた。 そして、この場合には、保持材としてγ−リチ
ウム・アルミネートの粉末と、炭酸繊維からなる
織布とを使用しているため、ウエツトシール部の
みならず、全体の機械的強度も向上し、さらに優
れた耐熱サイクル性能を発揮することが判つた。
また、電解質板に埋設された織布の枚数は周縁部
と他の部分との境界部で段界的に変化するので、
両者の熱膨張差による熱応力が一部分に集中する
ことがなく、熱的に極めて安定したものであるこ
とも判つた。 なお、上述の実施例では補助保持材として炭素
繊維の織布を用いたが、特にこれに限定されるも
のではない。たとえば、ZrO₂、Al₂O₃、SiC、
Si₃N₄、Y₂O₃またはK₂O・6TiO₂などの酸化物、
炭化物、窒化物、炭素、これらの複化合物または
これらの混合物の繊維を用いてもよい。また、上
記補助保持材として不織布あるいは繊維体を用い
てもよい。要するに本発明は、その要旨を逸脱し
ない範囲で種々変形可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る溶融炭酸塩燃料
電池を構成する単位電池の模式的断面図である。 ２０……電解質板、２……空気極、３……燃料
極、４，５……インタコネクタ、６，８……空間
部、７，９……電極支持体、１０，１１……導入
口、１２……排出口、２１……電解質、２２……
主保持材、２３ａ〜２３ｈ……補助保持材。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 炭酸塩電解質を保持材で保持して形成された
   電解質板と、この電解質板を挾持する一対の多孔
   質電極板と、上記電解質板の両面周縁部に圧接さ
   れ、上記一対の電極板の背面側に形成されるガス
   通路同士を分離するシール部材とを具備した溶融
   炭酸塩燃料電池において、前記電解質板は、前記
   炭酸塩電解質と主保持材との混合体中に、補助保
   持材としての不織布を、全面に亘つて埋設し、か
   つ、前記周縁部に埋設したものであることを特徴
   とする溶融炭酸塩燃料電池。