JPH0246654A - 溶融炭酸塩燃料電池用燃料極の処理方法 - Google Patents
溶融炭酸塩燃料電池用燃料極の処理方法Info
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- JPH0246654A JPH0246654A JP63197502A JP19750288A JPH0246654A JP H0246654 A JPH0246654 A JP H0246654A JP 63197502 A JP63197502 A JP 63197502A JP 19750288 A JP19750288 A JP 19750288A JP H0246654 A JPH0246654 A JP H0246654A
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- Japan
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- fuel electrode
- battery
- shrinkage
- thickness
- cell
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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
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/88—Processes of manufacture
- H01M4/8878—Treatment steps after deposition of the catalytic active composition or after shaping of the electrode being free-standing body
- H01M4/8896—Pressing, rolling, calendering
-
- 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
- H01M8/14—Fuel cells with fused electrolytes
- H01M2008/147—Fuel cells with molten carbonates
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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
- H01M8/14—Fuel cells with fused electrolytes
- H01M8/148—Measures, other than selecting a specific electrode material, to reduce electrode dissolution
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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
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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- Sustainable Energy (AREA)
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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】
（イ）産業上の利用分野
この発明は溶融炭酸塩を電解質として用いる燃料電池用
燃料極の処理方法に関するものである。
燃料極の処理方法に関するものである。
←） 従来の技術
溶融炭酸塩燃料電池の基本構成は、第１図の単セル模式
図に示すように、溶融炭酸塩を含有する電解質板（１］
の両面に、ニッケルを主体とする燃料極（２）とニッケ
ル酸化物よりなる酸化剤極ｒ３１を夫々配置し、各種＋
２１ ＋３１の背面に夫々集電板（４）及び波板＋５１
を介在させてガス分離板（６）で締付けられる。
図に示すように、溶融炭酸塩を含有する電解質板（１］
の両面に、ニッケルを主体とする燃料極（２）とニッケ
ル酸化物よりなる酸化剤極ｒ３１を夫々配置し、各種＋
２１ ＋３１の背面に夫々集電板（４）及び波板＋５１
を介在させてガス分離板（６）で締付けられる。
この場合各ガス分離板（６）が電解質板１１１の周辺部
に圧接してウェットシール部（７１を形成する。
に圧接してウェットシール部（７１を形成する。
電池発電時には天然ガス、石炭などの炭化水素燃料をス
チーム改質した水素含有ガスを燃料ガスとして燃料極（
２１Ｋ 、また空気と炭酸ガスの混合ガスを酸化剤極（
３：に夫々供給し、電池作動温度６５０°Ｃ前後で電気
化学反応を行はせる。
チーム改質した水素含有ガスを燃料ガスとして燃料極（
２１Ｋ 、また空気と炭酸ガスの混合ガスを酸化剤極（
３：に夫々供給し、電池作動温度６５０°Ｃ前後で電気
化学反応を行はせる。
しかしながら燃料極（１１は電池長期作動中水素雰囲気
中で焼結板のニッケル粒子表面が金属状態を維持してお
シ、シかも６５０℃の高温下で２〜４曽の圧力（面圧）
下におかれるため、ニッケル粒子の焼結凝集が進行して
収縮を起し、燃料極（２）の厚みが減少する。その結果
燃料極（２）と電解質板（１）や集電板（４）などの電
池構成材との接触不良による内部抵抗の増大をまねき、
電池特性劣化の主な原因の１つとなっていた。
中で焼結板のニッケル粒子表面が金属状態を維持してお
シ、シかも６５０℃の高温下で２〜４曽の圧力（面圧）
下におかれるため、ニッケル粒子の焼結凝集が進行して
収縮を起し、燃料極（２）の厚みが減少する。その結果
燃料極（２）と電解質板（１）や集電板（４）などの電
池構成材との接触不良による内部抵抗の増大をまねき、
電池特性劣化の主な原因の１つとなっていた。
このような問題を解決するため、特公昭６〇−１０４２
２号公報には、収縮防止剤（形状安定剤で燃料極に添加
するという方法が提案されておりニッケル単独の場合に
比し電池長期運転中の形状安定性は改善されているもの
の未だ充分とは云えず、電池組立時の燃料極の厚みが１
０００時間程度の作動で７〜１０９６減少することはや
むを得ないのが現状である。
２号公報には、収縮防止剤（形状安定剤で燃料極に添加
するという方法が提案されておりニッケル単独の場合に
比し電池長期運転中の形状安定性は改善されているもの
の未だ充分とは云えず、電池組立時の燃料極の厚みが１
０００時間程度の作動で７〜１０９６減少することはや
むを得ないのが現状である。
ｅ→ 発明が解決しようとする課題
この発明は電池作動時の厚み変化がより小さい改良され
た燃料極を提供し、電池特性の劣化を抑制するものであ
る。
た燃料極を提供し、電池特性の劣化を抑制するものであ
る。
に）課題を解決するための手段
この発明は電池作動中の燃料極の厚み減少が電池作動後
の初期に著しい点に着目し、電池組立て前に電池作動条
件よりきびしい条件下で加速処理を施すことにより比較
的短時間で初期の厚み減少を予め発生させ、電池作動中
の厚み減少を最小限におさえるものである。
の初期に著しい点に着目し、電池組立て前に電池作動条
件よりきびしい条件下で加速処理を施すことにより比較
的短時間で初期の厚み減少を予め発生させ、電池作動中
の厚み減少を最小限におさえるものである。
（ホ）作 用
この発明では燃料極を処理して初期の厚み減少を予め発
生させて後電池に組込むものであるから、電池作動中の
収縮による厚み減少が少なくなシ、電池構成部材との接
触不良を抑制して電池の長期作動時の劣化を著しく改善
する。
生させて後電池に組込むものであるから、電池作動中の
収縮による厚み減少が少なくなシ、電池構成部材との接
触不良を抑制して電池の長期作動時の劣化を著しく改善
する。
（へ）実施例
本発明燃料極の作成例を説明する。
原材料としてニッケル・クロム合金粉末（Ｎｉ−１０ｗ
ｔ％Ｃｒ、２００メツシユ）を用意した。この粉末をド
クターブレード法により成型して水素炉中１０００°Ｃ
程度で１０〜５０分間焼結した。
ｔ％Ｃｒ、２００メツシユ）を用意した。この粉末をド
クターブレード法により成型して水素炉中１０００°Ｃ
程度で１０〜５０分間焼結した。
これにより厚みｔａｎの焼結板（孔性度約７０％）を得
た。
た。
通常この焼結板を燃料極として電池に組込まれるが、こ
の場合電池作動時間に対する燃料極の厚み減少傾向は、
第２図に示すように、組立後の作動初期１００時間で１
０％前後の厚み減少を起し、その後の減少率はかな〕緩
慢である。
の場合電池作動時間に対する燃料極の厚み減少傾向は、
第２図に示すように、組立後の作動初期１００時間で１
０％前後の厚み減少を起し、その後の減少率はかな〕緩
慢である。
本発明はこの点に着目して電池組込み前に燃料極の前処
理を行っｔｏ 即ち燃料極上に、電池作動時にか＼る面圧２〜３〜より
高い約５智の面圧がか＼るよう、ステンレス製の抑圧材
を載せ、不活性、気流中で電池作動温度６５０℃よル高
い７００〜７５０°Ｃまで昇温し、この状態で１５〜２
０時間保持した。このように電池作動条件下よりきびし
い温度と圧力下での加速処理を行うことにより、電池作
動時と同様の焼結収縮が加速的に進行し、前記のような
比較的短時間で燃料極の平均厚みがα９１５に減少して
１０％の収縮を起した。尚雰囲気ガス気流は、窒素ガス
でもよいが、処理前空気にふれてニッケル合金粒子表面
が酸化されるおそれのある場合水素や電池に使用する燃
料ガスのような還元性ガスの方が好ましい。
理を行っｔｏ 即ち燃料極上に、電池作動時にか＼る面圧２〜３〜より
高い約５智の面圧がか＼るよう、ステンレス製の抑圧材
を載せ、不活性、気流中で電池作動温度６５０℃よル高
い７００〜７５０°Ｃまで昇温し、この状態で１５〜２
０時間保持した。このように電池作動条件下よりきびし
い温度と圧力下での加速処理を行うことにより、電池作
動時と同様の焼結収縮が加速的に進行し、前記のような
比較的短時間で燃料極の平均厚みがα９１５に減少して
１０％の収縮を起した。尚雰囲気ガス気流は、窒素ガス
でもよいが、処理前空気にふれてニッケル合金粒子表面
が酸化されるおそれのある場合水素や電池に使用する燃
料ガスのような還元性ガスの方が好ましい。
次に前記処理を施した燃料極を用いて電池に組立て作動
試験を行っな。比較例として同組成のニッケル・クロム
合金粉末を用い、成型厚みを調整して焼結後の厚みが（
１９１１１１の燃料極をそのま＼組込んだ電池について
も作動試験を行った。
試験を行っな。比較例として同組成のニッケル・クロム
合金粉末を用い、成型厚みを調整して焼結後の厚みが（
１９１１１１の燃料極をそのま＼組込んだ電池について
も作動試験を行った。
第３図のけ）及び＃１】は、これら電池の１０００時間
までの放電時間に対する単セル電圧及び内部抵抗の変化
を夫々示す特性図、第４図は燃料極の初期と１０００時
間作動後の厚み変化を示す・図である。第５図から本発
明による電池（実線）は、電流密度１５０ ｍＡ／−で
１０００時間放電後の電圧低下がＱ、ＱＩＶであり、内
部抵抗は約α３Ω−一のはソ一定値を示すに対し、比較
例電池（点線）は、１０００時間放電後の電圧低下が約
α０８Ｖあ夛、抵抗は約１Ω−表で徐々に増大している
ことがわかる。又、第４図から本発明燃料極の放電試験
後の厚みは約α８５閤で、電池組立時の厚みより約５５
％の減少であるに対し、比較例の燃料極は放電試験後の
厚みが約α７５肋で、電池組立時の厚みより約１７％減
少していた。
までの放電時間に対する単セル電圧及び内部抵抗の変化
を夫々示す特性図、第４図は燃料極の初期と１０００時
間作動後の厚み変化を示す・図である。第５図から本発
明による電池（実線）は、電流密度１５０ ｍＡ／−で
１０００時間放電後の電圧低下がＱ、ＱＩＶであり、内
部抵抗は約α３Ω−一のはソ一定値を示すに対し、比較
例電池（点線）は、１０００時間放電後の電圧低下が約
α０８Ｖあ夛、抵抗は約１Ω−表で徐々に増大している
ことがわかる。又、第４図から本発明燃料極の放電試験
後の厚みは約α８５閤で、電池組立時の厚みより約５５
％の減少であるに対し、比較例の燃料極は放電試験後の
厚みが約α７５肋で、電池組立時の厚みより約１７％減
少していた。
このように比較例燃料極の厚み減少が著しいため電池構
成部材との接触不良を起し、これが内部抵抗の増大や電
圧低下の原因となるに対し、本発明による電池は燃料極
の厚み減少が少〈なり、長期間安定した特性を維持する
。
成部材との接触不良を起し、これが内部抵抗の増大や電
圧低下の原因となるに対し、本発明による電池は燃料極
の厚み減少が少〈なり、長期間安定した特性を維持する
。
（ト） 発明の効果
上述の如く本発明によれば、電池組込み前燃料極に電池
作動条件よりきびしい条件下で加速処理を施すことＫよ
り、比較的短時間で作動初期の厚み減少を予め発生させ
ているので、電池作動中の焼結、収縮による厚み減少を
抑制して電池構成部材との接触不良を防止し、電池の長
期作動時の劣化を著しく改善することができる。
作動条件よりきびしい条件下で加速処理を施すことＫよ
り、比較的短時間で作動初期の厚み減少を予め発生させ
ているので、電池作動中の焼結、収縮による厚み減少を
抑制して電池構成部材との接触不良を防止し、電池の長
期作動時の劣化を著しく改善することができる。
第１図は燃料電池単セルの模式的断面図、第２図は電池
作動時間に対する燃料極の厚み減少傾向を示す図、第６
図（イ）及び（ロ））は族１ｗ、時間に対する単セル電
圧及び内部抵抗の変化を夫々示す特性図で、実線は本発
明による電池点線は比較電池の場合である。第４図は本
発明及び比較例の各燃料極について、初期と作動後の厚
み変化２示す図である。
作動時間に対する燃料極の厚み減少傾向を示す図、第６
図（イ）及び（ロ））は族１ｗ、時間に対する単セル電
圧及び内部抵抗の変化を夫々示す特性図で、実線は本発
明による電池点線は比較電池の場合である。第４図は本
発明及び比較例の各燃料極について、初期と作動後の厚
み変化２示す図である。
Claims (1)
- （１）ニッケルを主体とする焼結板よりなる燃料極を、
電池組込み前に、不活性もしくは還元雰囲気中において
電池作動温度及び締付圧（極面圧）より夫々少くとも高
い温度及び面圧下で所定時間加熱加圧状態に保持し、予
め厚みを減少せしめたことを特徴とする溶融炭酸塩燃料
電池用燃料極の処理方法
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63197502A JPH0246654A (ja) | 1988-08-08 | 1988-08-08 | 溶融炭酸塩燃料電池用燃料極の処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63197502A JPH0246654A (ja) | 1988-08-08 | 1988-08-08 | 溶融炭酸塩燃料電池用燃料極の処理方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0246654A true JPH0246654A (ja) | 1990-02-16 |
Family
ID=16375538
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63197502A Pending JPH0246654A (ja) | 1988-08-08 | 1988-08-08 | 溶融炭酸塩燃料電池用燃料極の処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0246654A (ja) |
-
1988
- 1988-08-08 JP JP63197502A patent/JPH0246654A/ja active Pending
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