JPH0241142B2 - - Google Patents

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JPH0241142B2
JPH0241142B2 JP58145156A JP14515683A JPH0241142B2 JP H0241142 B2 JPH0241142 B2 JP H0241142B2 JP 58145156 A JP58145156 A JP 58145156A JP 14515683 A JP14515683 A JP 14515683A JP H0241142 B2 JPH0241142 B2 JP H0241142B2
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Description

【発明の詳細な説明】
本発明は電極の製造法に関する。 融解炭酸塩燃料電池の電極設計においては、必
要なブリツジ(bridge)に炭酸塩電解質タイルを
与えるために、電極に炭酸塩成分を与えることが
きわめて重要である。これらの構造物において
は、必要な炭酸塩成分を与える一つの方法は、電
解質タイルを過剰の炭酸塩で満して過剰分の一部
が電極内に流れ込むようにするものである。電解
質は、燃料電池の使用中にタイルおよび電極にお
いて消耗し、燃料電池の有効寿命を制限する。 過剰の炭酸塩電解質の貯蔵は、電解質タイルの
厚さが増すことによつてタイル内で行うことがで
きる。しかしながら、タイル厚を増すと燃料電池
の出力が低下するので、タイル厚を増すことは望
ましくない。 タイル厚を増さなければならないことを避ける
ために、炭酸塩電解質を電極に直接供給する他の
方法が使用されている。この場合電極の厚さを増
す必要があるが、そのように厚さを増しても電池
性能に悪影響はない。しかしながら、電極に炭酸
塩電解質を供給する従来の方法は非効率的であ
り、したがつて電極特性に悪影響をおよぼしう
る。 特に、通常、炭酸塩電解質は高温(例えば、
600℃)において、電解質を直接に電極内にとか
し込むことによつて添加される。この作業を、燃
料電池の使用中に電極が通常さらされると思われ
るガスを用いて実施すると、電極の濡れが不十分
なものになり、電解質の吸収が妨げられる。した
がつて、この場合、使用する高温が電極特性に悪
影響を与える可能性があり、また添加される電解
質の量も十分なものではない。さらに、加熱時に
異なつたガスを使用することにより電解質の量を
増すことができるが、このガス組成の変更も電極
特性に悪影響をおよぼしうる。 したがつて、本発明の目的は、このような悪影
響を受けない、炭酸塩電解質を電極に添加する方
法を提供することである。 本発明のもう一つの目的は、融解炭酸塩燃料電
池のための改良電極を提供することである。 本発明の原理に従えば、前述の目的およびその
他の目的はアルカリ性水酸化物例えばアルカリ金
属水酸化物成分および/またはアルカリ土類金属
水酸化物成分を添加した電極において達成され
る。そのような成分は室温で電極構造物の気孔内
に添加し、それを電池内または電池外のどちらか
で二酸化炭素雰囲気において熱処理し、水酸化物
成分を炭酸塩に転換するようにする。したがつ
て、このようにして作られる電極は、初期選択と
室温における水酸化物成分の導入とによつて、容
易に制御かつ選択しうる量の所望の炭酸塩電解質
を含むことになる。 本発明のもう一つの側面においては、セラミツ
ク酸化物成分も電極に含まれる。この成分も加熱
中に水酸化物成分と反応して、焼結抵抗とより大
きな炭酸塩保持能力とをもたらす安定成分を与え
る。 添付の図面を用いた以下の詳細な説明により、
本発明の前述の効果およびその他の側面がさらに
明らかになるであろう。 第1図に、本発明の原理に従つた電極を示す。
この電極は炭酸塩電解質タイルを用いる燃料電池
において使用すべきものである。タイルの陽イオ
ンは任意のアルカリ性成分、例えばLi、K、Na
その他とすることができる。電極1は、好ましく
はニツケル合金(例えばLi−Co、Ni−Cr、その
他のNi合金)で作られる卑金属構造物を含む。 本発明の好ましい実施型においては、電極1
に、該電極とともに使用する炭酸塩タイルの陽イ
オンに類似のあらかじめ選択した陽イオン成分を
有するアルカリ金属および/またはアルカリ土類
金属の水酸化物をさらに充填または含浸させる。
この含浸は、所望の水酸化物の溶液を用いて、従
来から使用されている方法、例えば浸漬、吹付け
または真空ろ過により室温で実施する。使用する
特定の方法と電極の型とに応じて、適当な有機ま
たは無機容媒が水酸化物溶液を作るのに使用でき
る。好ましい溶媒は水、メタノール、エタノール
およびイソプロパノールである。 含浸させる水酸化物の量は、燃料電池使用中に
電極と電解質タイルとの間の必要な接触とブリツ
ジとを与えるものでなければならず、さらに使用
中に消耗した電解質を補充するための予備量を与
えるようなものでなければならない。含浸水酸化
物の量は、電極内で電極気孔容積の5〜85%を満
す電解質を与えるようなものであるのが好まし
い。 所望の水酸化物成分を電極に含浸させてから、
該水酸化物を約100℃よりも高い温度で二酸化炭
酸雰囲気にさらすことによつて炭酸塩電解質に転
換する。この処理は電池外または電池内で実施す
ることができ、できあがる電極は所望の炭酸塩成
分組成を有するものとなる。 本発明のもう一つの側面においては、電極1に
添加される水酸化物は、熱処理により炭酸塩電解
質を与えるのに加えて、さらに電極内の任意のセ
ラミツク酸化物または水酸化物を安定成分に転換
する。本発明のこの側面によれば、セラミツク酸
化物、例えばアルミナ、ジルコニア、酸化鉄等を
焼結後に任意の従来の方法を用いて電極に添加す
ることができ、それからこれらの酸化物は水酸化
物により所望の安定成分に転換される。この場
合、添加する水酸化物の量は、水酸化物を所望量
の炭酸塩電解質に転換するのと同様に、セラミツ
ク酸化物を転換するのに十分であるように選択し
なければならない。 好ましい実施型においては、電極に添加する水
酸化物はセラミツク酸化物との反応のために水酸
化リチウムを含んでいる。例えばZrO2、Al2O3
よびFe2O3のようなセラミツク酸化物の場合、そ
れぞれきわめて大きい焼結抵抗と安定性とを有す
るLi2ZrO3、LiAlO2およびLiFeO2成分が生成さ
れる。さらに、これらの成分は電極の気孔を満
し、電解質の貯蔵を良くし吸上げ性を高める。水
酸化リチウムとの反応できわめて安定なアルミン
酸リチウムが生成されるように、添加セラミツク
酸化物はAl2O3またはAl(OH)3を含むのが好まし
い。 以下、実施例と表を用いて本発明をさらに詳し
く説明する。 実施例 1 燃料電池用のニツケル−コバルト負極に、該電
池(第1表の電池149)の電解質タイルの組成に
類似のLi−K組成を有するアルカリ金属水酸化物
を含浸させた。水酸化物の量は、電極気孔容積の
約10%が炭酸塩で満されるようなものとした。水
酸化物の炭酸塩への転換は、初期電池加熱サイク
ル中にCO2の存在下で電池内で実施した。第1表
からわかるように、この電池の性能は、115m
A/cm2の場合、類似の成分から成り水酸化物処理
を受けていない電池(電池151)よりも35mV大
きい。
【表】 実施例 2 本実施例においては、水酸化物成分とセラミツ
ク酸化物との両方をニツケル基炭酸塩燃料電池負
極に添加して、炭酸塩電解質と安定な焼結抵抗成
分とが生成されるようにした。本実施例の流れ図
を第2図に示す。この図には、初期および最終負
極構造物に対する望ましい気孔率の範囲と水酸化
物およびセラミツク酸化物成分の添加による望ま
しい重量増加の範囲をも示してある。全部で4つ
の電池についてアルカリ金属水酸化物および水酸
化アルミニウムによる処理を実施した。 まず負極にAl(OH)3を電気化学的に含浸させ
た。Al(OH)3の量は所望の最終電極気孔率をも
とにして決定した。含浸のあと、電極にアルカリ
金属水酸化物(Li−K−OH)のメタノール溶液
を吹付けた。水酸化リチウムと水酸化アルミニウ
ムとの反応によりアルミン酸リチウムが生成さ
れ、二酸化炭酸の存在により残りのアルカリ金属
水酸化物のアルカリ金属炭酸塩への転換が起こつ
た。 これらの水酸化物処理負極を用いた燃料電池の
性能電圧を、非処理負極を用いた電池の場合と比
較した(第2表)。水酸化物で処理した電池はす
べてかなり改善された性能電圧を示した(115m
A/cm2のとき40〜75mV高い)。また、この安定
化負極の場合、電池耐久性も従来のニツケル負極
を用いた電池の耐久性よりもすぐれていた。この
ことは、アルミン酸リチウムにより与えられる焼
結抵抗に帰することができる。さらに、付加的な
効果が、電極気孔に生成されるアルミン酸リチウ
ムの微細粒子構造によつて得られる。この微細粒
子構造は、燃料室と酸化剤室との間の大きな差圧
に耐える電池の性能を改良するものである。
【表】
【表】 いずれの場合も、前述の構成は、本発明の適用
を示す数多くの可能な特定実施型を単に代表する
に過ぎないと解釈すべきである。本発明の意図と
範囲とを逸脱することなく、ほかに数多くの変形
実施例を容易に考えることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の原理による電極を示し、第2
図は本発明方法の一例を示す流れ図を示す。 図中、1は電極である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 室温において電極構造物の気孔内にアルカリ
    性水酸化物を添加し、該水酸化物を炭酸塩成分に
    転換するために該水酸化物を気孔内に含んでいる
    前記電極構造物を二酸化炭素の存在下で加熱する
    ことを特徴とする気孔を有する電極構造物から融
    解炭酸塩燃料電池で使用する電極を方法。 2 前記添加が含浸によるものである特許請求の
    範囲第1項に記載の方法。 3 前記含浸が吹付け、浸漬および真空ろ過のう
    ち一つによるものである特許請求の範囲第2項に
    記載の方法。 4 前記加熱を前記電極構造物を燃料電池内に収
    容してから実施する特許請求の範囲第1項に記載
    の方法。 5 前記加熱を前記電極構造物を燃料電池内に収
    容する前に実施する特許請求の範囲第1項に記載
    の方法。 6 添加する水酸化物の量が、生成される炭酸塩
    成分が電極気孔容積の約5〜85%を満たすような
    ものである特許請求の範囲第1項に記載の方法。 7 前記水酸化物がアルカリ水酸化物またはアル
    カリ土類水酸化物である特許請求の範囲第1項に
    記載の方法。 8 前記水酸化物がアルカリ金属水酸化物および
    アルカリ土類金属水酸化物のうちの一つである特
    許請求の範囲第7項に記載の方法。 9 前記水酸化物が水酸化リチウム、水酸化カリ
    ウムおよび水酸化ナトリウムのうちの一つである
    特許請求の範囲第8項に記載の方法。 10 室温において電極構造物の気孔内にアルカ
    リ性水酸化物およびセラミツク酸化物を添加し、
    それらを気孔内に含んでいる前記電極構造物を二
    酸化炭素の存在下で加熱することを特徴とする気
    孔を有する電極構造物から融解炭酸塩燃料電池で
    使用する電極を製造する方法。 11 前記セラミツク酸化物の添加が含浸による
    ものである特許請求の範囲第10項に記載の方
    法。 12 前記セラミツク酸化物の添加を前記水酸化
    物の添加に先立つて実施する特許請求の範囲第1
    0項に記載の方法。 13 前記セラミツク酸化物がアルミナ、ジルコ
    ニアおよび酸化鉄のうちの一つである特許請求の
    範囲第10項に記載の方法。 14 前記水酸化物が水酸化リチウムである特許
    請求の範囲第10項に記載の方法。
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JPS5951469A JPS5951469A (ja) 1984-03-24
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