JPH03105867A - 溶融炭酸塩燃料電池 - Google Patents
溶融炭酸塩燃料電池Info
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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】
［発明の目的］
（産業上の利用分野）
本発明は溶融炭酸塩燃料電池の改良に関する。
（従来の技術）
たとえば水素（Ｈ２）ガスのような酸化され易いガスと
、たとえば酸素（０２）ガスのような酸化し易いガスと
を、電気化学反応プロセスを経て反応させることにより
、直流電力を得る一つの手段として溶融炭酸塩型燃料電
池が知られている。すなわち、炭酸リチウム（Ｌｌ ２
ＣＯ３ ） ，炭酸カリウム（Ｋ２ ＣＯ３ ） ．
炭酸ナトリウム（Ｎａ ２ ＣＯ３ ）の混合物、つま
りＬ１２ ＣＯ３ −Ｋ ２ ＣＯ３ ， Ｌｉ２ Ｃ
ｏｇ −Ｎａ２ＣＯ３ ， Ｌ１２ ＣＯ３ −Ｋ ２
ＣＯ３ −Ｎａ２ ＣＯ３を電解質として用い、６５
０℃程度の温度で動作させる溶融炭酸塩型燃料電池が開
発されている。
、たとえば酸素（０２）ガスのような酸化し易いガスと
を、電気化学反応プロセスを経て反応させることにより
、直流電力を得る一つの手段として溶融炭酸塩型燃料電
池が知られている。すなわち、炭酸リチウム（Ｌｌ ２
ＣＯ３ ） ，炭酸カリウム（Ｋ２ ＣＯ３ ） ．
炭酸ナトリウム（Ｎａ ２ ＣＯ３ ）の混合物、つま
りＬ１２ ＣＯ３ −Ｋ ２ ＣＯ３ ， Ｌｉ２ Ｃ
ｏｇ −Ｎａ２ＣＯ３ ， Ｌ１２ ＣＯ３ −Ｋ ２
ＣＯ３ −Ｎａ２ ＣＯ３を電解質として用い、６５
０℃程度の温度で動作させる溶融炭酸塩型燃料電池が開
発されている。
しかして、この種の溶融炭酸塩型燃料電池は、通常次の
ような構成（構造）を成している。すなわち、前記炭酸
塩の混合物と保持体としてのりチウムアルミネート（Ｌ
ＩＡＩ ０ ２ ）とを配合・混練し、成形して得た板
状の電解質保持体の両面に、Ｎｉ系合金の多孔質材から
形成された一対のガス拡散電極（アノード、カソード）
を対接・配置して形成した単位電池を、相互間に導電性
の双極性隔壁板を介在させて積層体に構成している。
ような構成（構造）を成している。すなわち、前記炭酸
塩の混合物と保持体としてのりチウムアルミネート（Ｌ
ＩＡＩ ０ ２ ）とを配合・混練し、成形して得た板
状の電解質保持体の両面に、Ｎｉ系合金の多孔質材から
形成された一対のガス拡散電極（アノード、カソード）
を対接・配置して形成した単位電池を、相互間に導電性
の双極性隔壁板を介在させて積層体に構成している。
（発明が解決しようとする課題）
ところで、上記構成の溶融炭酸塩燃料電池においては、
前記カソードを構成しているリチウム化ＮｉＯが次の反
応 ＮｉＯ ＋ＣＯｚ→Ｎｉ２” ＋ＣＯ３ ２−によって
、電解質中に溶解し、電解質層中を拡散したＮ１＋がア
ノード側から拡散してきた水素と反応してＮ１となって
析出するというプロセスによって、カソードが減量する
一方、短絡が発生したりするなどの問題があった。この
改善策として、前記電界質或分の一部をアルカリ土類金
属の炭酸塩で置換することも試みられているが充分な戚
果を上げるに至っていない。
前記カソードを構成しているリチウム化ＮｉＯが次の反
応 ＮｉＯ ＋ＣＯｚ→Ｎｉ２” ＋ＣＯ３ ２−によって
、電解質中に溶解し、電解質層中を拡散したＮ１＋がア
ノード側から拡散してきた水素と反応してＮ１となって
析出するというプロセスによって、カソードが減量する
一方、短絡が発生したりするなどの問題があった。この
改善策として、前記電界質或分の一部をアルカリ土類金
属の炭酸塩で置換することも試みられているが充分な戚
果を上げるに至っていない。
本発明は上記事情に対処してなされたもので、その目的
は、カソードを戊すリチウム化ＮｉＯの電解質中ヘの溶
出を抑制し、長期間安定な性能を保持できる溶融炭酸塩
燃料電池を提供することにある。
は、カソードを戊すリチウム化ＮｉＯの電解質中ヘの溶
出を抑制し、長期間安定な性能を保持できる溶融炭酸塩
燃料電池を提供することにある。
［発明の構成〕
（課題を解決するための手段）
本発明は、炭酸塩電解質層を一体的に保持する電解質保
持体と、前記電界質保持体に保持された炭酸塩電解質層
を介して配設されたＮｉ系合金の多孔質材から形成され
た一対のガス拡散電極乙を具備して成る溶融炭酸塩燃料
電池において、前記炭酸塩電解質はｌ〜２０ｓｏｌ％の
炭酸バリウム（ＢａＣＯ３ ）を含有し、電解質保持体
が有する孔は孔径髪μ日以下でかつ、カソード側のガス
拡散電極は０．１〜５ｉｏ１％の酸化マグネシウム（Ｍ
ｇＯ）を含有していることを特徴とする。
持体と、前記電界質保持体に保持された炭酸塩電解質層
を介して配設されたＮｉ系合金の多孔質材から形成され
た一対のガス拡散電極乙を具備して成る溶融炭酸塩燃料
電池において、前記炭酸塩電解質はｌ〜２０ｓｏｌ％の
炭酸バリウム（ＢａＣＯ３ ）を含有し、電解質保持体
が有する孔は孔径髪μ日以下でかつ、カソード側のガス
拡散電極は０．１〜５ｉｏ１％の酸化マグネシウム（Ｍ
ｇＯ）を含有していることを特徴とする。
（作用）
炭酸バリウムを１−２０モル％含有する電解質中では、
従来の電解質中に比べてＮ１ の溶解度または拡散係数
が低減するので、電解質中での拡散によるＮ１２＋の移
動量が容易に減少する。一方、酸化マグネシウムを０．
１〜５モル％含有させて成るリチウム化ＮｉＯカソード
の場合、表面にクラツクが生成し難くなるので、電解質
中に移動してい＜ ＮｉＯ微粒子が減少する。さらに、
電解質保持体は、孔径工μ一以上の細孔が存在しないの
で、前記カフードなどのガス拡散電極を成すリチウム化
ＮｉＯから発生したＮｉＯ微粒子（粒径１〜３μｌ）が
、電解質中に移動するのを抑制乃至防止し得る。
従来の電解質中に比べてＮ１ の溶解度または拡散係数
が低減するので、電解質中での拡散によるＮ１２＋の移
動量が容易に減少する。一方、酸化マグネシウムを０．
１〜５モル％含有させて成るリチウム化ＮｉＯカソード
の場合、表面にクラツクが生成し難くなるので、電解質
中に移動してい＜ ＮｉＯ微粒子が減少する。さらに、
電解質保持体は、孔径工μ一以上の細孔が存在しないの
で、前記カフードなどのガス拡散電極を成すリチウム化
ＮｉＯから発生したＮｉＯ微粒子（粒径１〜３μｌ）が
、電解質中に移動するのを抑制乃至防止し得る。
（実施例）
以下本発明の実施例を説明する。
先ず、溶融炭酸塩燃料電池の構或に当り次のような部材
乃至要素を用意した。
乃至要素を用意した。
電解質保持体。
最大孔径１μ１，平均孔径０．５μ一，空孔率４０％，
厚さ ０．５ｍｍのγ−ＬｉＡ［０２多孔体。
厚さ ０．５ｍｍのγ−ＬｉＡ［０２多孔体。
炭酸塩電解質。
５８．９ｉｏ１％Ｌ１２ ＣＯ３−３６．ｌｍｏｌ％κ
２ ００３ −５．０ｉｏｌ％ＢａＣ０ ３混合塩。
２ ００３ −５．０ｉｏｌ％ＢａＣ０ ３混合塩。
しかして、この電解質混合塩は、上記電解質保持体に一
般に行われている手段によって含浸担持させた。
般に行われている手段によって含浸担持させた。
カソード。
１０％｝Ｉｇｃ０ ３水溶液に浸漬後、８０℃で乾燥し
て表面にＭｇＯ換算で約１％のＭｇＣ０ ３が被覆され
た平均孔径１０μ置，空孔率８０％厚さ ｉ＋ｕｓのｌ
ｌｌｌ多孔質焼結体（電池内で酸化・リチウム化を実施
）。
て表面にＭｇＯ換算で約１％のＭｇＣ０ ３が被覆され
た平均孔径１０μ置，空孔率８０％厚さ ｉ＋ｕｓのｌ
ｌｌｌ多孔質焼結体（電池内で酸化・リチウム化を実施
）。
アノード。
平均孔径５μ厘，空孔率ＢＯ％厚さ ｌｍｍのＮｌ−３
ｗｔ％Ｃｒ多孔質焼結体。
ｗｔ％Ｃｒ多孔質焼結体。
これらの部材乃至要素を用い、常套の手段によって溶融
炭酸塩燃料電池単セルを組み立てた。この溶融炭酸塩燃
料電池単セルについて、温度６５０℃、燃料に８０ｖｏ
ｌ％１１２ −２０ｖｏ［％ＣＯ２ （加湿）、酸化
剤に７０ｖｏｌ％Ａ１ｒ −３Ｑｖｏｌ％ｃｏ２ ｃ
いずれもｔａｔ＋ｉ下）の条件で、２７００時間運転し
た後、この溶融炭酸塩燃料電池ｔＩｉセルを分解して、
電解質層（電解質保持体に電解質を含浸したもの）中の
Ｎｉ量および濃度分布を調べた。なお、比較のため従来
の溶融炭酸塩燃料電池単セルについても電解質層中のＮ
ｉ量および濃度分布を調べた。
炭酸塩燃料電池単セルを組み立てた。この溶融炭酸塩燃
料電池単セルについて、温度６５０℃、燃料に８０ｖｏ
ｌ％１１２ −２０ｖｏ［％ＣＯ２ （加湿）、酸化
剤に７０ｖｏｌ％Ａ１ｒ −３Ｑｖｏｌ％ｃｏ２ ｃ
いずれもｔａｔ＋ｉ下）の条件で、２７００時間運転し
た後、この溶融炭酸塩燃料電池ｔＩｉセルを分解して、
電解質層（電解質保持体に電解質を含浸したもの）中の
Ｎｉ量および濃度分布を調べた。なお、比較のため従来
の溶融炭酸塩燃料電池単セルについても電解質層中のＮ
ｉ量および濃度分布を調べた。
上記電解質層中のＮｉＪｌｉｌおよび濃度分布調査．測
定の結果、電解質層中のＮｉ量は従来例の場合１２ａ＋
ｇ／Ｃ一であったの対して、本発明に係る場合は３，６
■／Ｃシと約１／３に過ぎず、また、電解質層中の８１
の濃度も３ｆ５１図に示すようにカソード近傍でもアノ
ード近傍でも従来例の場合（曲線Ａ）に比べ、本発明に
係る場合（曲線Ｂ）は低くなっており、本発明の有効性
が確認された。
定の結果、電解質層中のＮｉ量は従来例の場合１２ａ＋
ｇ／Ｃ一であったの対して、本発明に係る場合は３，６
■／Ｃシと約１／３に過ぎず、また、電解質層中の８１
の濃度も３ｆ５１図に示すようにカソード近傍でもアノ
ード近傍でも従来例の場合（曲線Ａ）に比べ、本発明に
係る場合（曲線Ｂ）は低くなっており、本発明の有効性
が確認された。
さらに、上記と同様に構成した溶融炭酸塩燃料電池単セ
ルをそれぞれ用い、常套の手段により積層体とし溶融炭
酸塩燃料電池を構成して、上記と同じ条件でそれぞれ作
動させたところ、従来例の場合１０００時間経過時点で
出力の低下が認められたのに対して、本発明に係る場合
は２７００時間経過時点で出力の低下も認められず、長
期間安定な性能を保持することが確認された。
ルをそれぞれ用い、常套の手段により積層体とし溶融炭
酸塩燃料電池を構成して、上記と同じ条件でそれぞれ作
動させたところ、従来例の場合１０００時間経過時点で
出力の低下が認められたのに対して、本発明に係る場合
は２７００時間経過時点で出力の低下も認められず、長
期間安定な性能を保持することが確認された。
［発明の効果］
上記具体例（実施例）から分るように、本発明に係る溶
融炭酸塩燃料電池は、リチウム化ＮｌＯカソードの減量
，電解質中での拡散移動，アノード側への析出による短
絡の発生およびこれらの現象に伴う性能劣化などが、容
易かつ、効果的に抑制乃至防止されている。つまり、本
発明に係る溶融炭酸塩燃料電池は、繁雑な構成．操作な
ど要せずに、安定した状態で所要の発電機能を長期間に
亘り保持・発揮する。
融炭酸塩燃料電池は、リチウム化ＮｌＯカソードの減量
，電解質中での拡散移動，アノード側への析出による短
絡の発生およびこれらの現象に伴う性能劣化などが、容
易かつ、効果的に抑制乃至防止されている。つまり、本
発明に係る溶融炭酸塩燃料電池は、繁雑な構成．操作な
ど要せずに、安定した状態で所要の発電機能を長期間に
亘り保持・発揮する。
第１図は本発明に係る溶融炭酸塩燃料電池の単セルおよ
び従来例の溶融炭酸塩燃料電池の単セルにおける電解質
層内のＮ１のａ度分布状態を示す曲線図である。
び従来例の溶融炭酸塩燃料電池の単セルにおける電解質
層内のＮ１のａ度分布状態を示す曲線図である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 炭酸塩電解質層を一体的に保持する電解質保持体と、前
記電界質保持体に保持された炭酸塩電解質層を介して配
設されたＮｉ系合金の多孔質材から形成された一対のガ
ス拡散電極とを具備して成る溶融炭酸塩燃料電池におい
て、 前記炭酸塩電解質は１〜２０ｍｏｌ％の炭酸バリウム（
ＢａＣＯ＿３）を含有し、電解質保持体が有する孔は孔
径１μｍ以下でかつ、カソード側のガス拡散電極は０．
１〜５ｍｏｌ％の酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を含有し
ていることを特徴とする溶融炭酸塩燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1244036A JP2988673B2 (ja) | 1989-09-19 | 1989-09-19 | 溶融炭酸塩燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1244036A JP2988673B2 (ja) | 1989-09-19 | 1989-09-19 | 溶融炭酸塩燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03105867A true JPH03105867A (ja) | 1991-05-02 |
| JP2988673B2 JP2988673B2 (ja) | 1999-12-13 |
Family
ID=17112758
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1244036A Expired - Lifetime JP2988673B2 (ja) | 1989-09-19 | 1989-09-19 | 溶融炭酸塩燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2988673B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5589287A (en) * | 1993-10-18 | 1996-12-31 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Molten carbonate fuel cell |
| US6153257A (en) * | 1996-08-31 | 2000-11-28 | Korea Institute Of Science And Technology | Process for preparing a cathode containing alkaline earth metal oxides for molten carbonate fuel cells |
| CN113571750A (zh) * | 2021-07-14 | 2021-10-29 | 湖北大学 | 一种宽禁带半导体电解质及其制备方法和宽禁带半导体电解质燃料电池及其组装方法 |
-
1989
- 1989-09-19 JP JP1244036A patent/JP2988673B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5589287A (en) * | 1993-10-18 | 1996-12-31 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Molten carbonate fuel cell |
| US6153257A (en) * | 1996-08-31 | 2000-11-28 | Korea Institute Of Science And Technology | Process for preparing a cathode containing alkaline earth metal oxides for molten carbonate fuel cells |
| CN113571750A (zh) * | 2021-07-14 | 2021-10-29 | 湖北大学 | 一种宽禁带半导体电解质及其制备方法和宽禁带半导体电解质燃料电池及其组装方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2988673B2 (ja) | 1999-12-13 |
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