JPH0311558A - 溶融炭酸塩型燃料電池用電解質保持層 - Google Patents
溶融炭酸塩型燃料電池用電解質保持層Info
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- 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
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
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］
この発明は、溶融炭酸塩、特にアルカリ金属塩を電解質
とする溶融炭酸塩型燃料電池に関し、」二足電解質を保
持する溶融炭酸塩型燃料電池用電解質保持層に関するも
のである。
とする溶融炭酸塩型燃料電池に関し、」二足電解質を保
持する溶融炭酸塩型燃料電池用電解質保持層に関するも
のである。
［従来の技術］
第４図は一般的な溶融炭酸塩型燃料電池の構造を示す断
面構成図であり、図において、（１）はセルフレーム、
（２）は集電とカス流路を兼ねるコルゲート板、（３）
、（４）は対向する一対のガス拡散電極、（５）は両電
極（３）、（４）間に配置される電解質保持層である。
面構成図であり、図において、（１）はセルフレーム、
（２）は集電とカス流路を兼ねるコルゲート板、（３）
、（４）は対向する一対のガス拡散電極、（５）は両電
極（３）、（４）間に配置される電解質保持層である。
この電解質保持層（５）は主に電解質である溶融炭酸塩
に安定なセラミック材料を主成分とするもので、例えば
炭酸リチウム、炭酸カリウム等の混合溶融物を保持する
ことにより機能を果たすものである。保持Ｎはマトリッ
クスタイプ（保持粉末が互いに密着しているもの）とペ
ーストタイプ（保持粉末同士が必ずしも接触していない
もの）の２つに分かれるが、現在ではマトリックスタイ
プの方が大面積化が容易で製造能力が高いという理由か
ら主流となっている。マトリックスタイプはさらにその
保持粉末同士を焼結したものと、単なる粉体の集合体と
して未焼結のまま用いるものとに分けられる。
に安定なセラミック材料を主成分とするもので、例えば
炭酸リチウム、炭酸カリウム等の混合溶融物を保持する
ことにより機能を果たすものである。保持Ｎはマトリッ
クスタイプ（保持粉末が互いに密着しているもの）とペ
ーストタイプ（保持粉末同士が必ずしも接触していない
もの）の２つに分かれるが、現在ではマトリックスタイ
プの方が大面積化が容易で製造能力が高いという理由か
ら主流となっている。マトリックスタイプはさらにその
保持粉末同士を焼結したものと、単なる粉体の集合体と
して未焼結のまま用いるものとに分けられる。
次に動作について説明する。溶融炭酸塩型燃料電池は燃
料側、酸化剤側の両電極（３）（４）にそれぞれ水素及
び酸素と二酸化炭素を含むガスを供給し、炭酸塩が溶融
する高温下で運転される。ここで電解質保持層に要求さ
れる機能としては、以下のような項目が−１−けられる
。■電解質溶融時に電解質保持層は電解質保持能力が高
く両電極間のガスの隔壁を果たすこと、■内部抵抗が小
さく電池特性の向」二に有利であること、■電解質に対
し安定で長時間初１！Ｊｌのボア構造を保つこと、■ヒ
ートザイクルによる熱応力によりクラックが発生もしく
は成長しないこと、等が挙げられる。
料側、酸化剤側の両電極（３）（４）にそれぞれ水素及
び酸素と二酸化炭素を含むガスを供給し、炭酸塩が溶融
する高温下で運転される。ここで電解質保持層に要求さ
れる機能としては、以下のような項目が−１−けられる
。■電解質溶融時に電解質保持層は電解質保持能力が高
く両電極間のガスの隔壁を果たすこと、■内部抵抗が小
さく電池特性の向」二に有利であること、■電解質に対
し安定で長時間初１！Ｊｌのボア構造を保つこと、■ヒ
ートザイクルによる熱応力によりクラックが発生もしく
は成長しないこと、等が挙げられる。
［発明が解決しようとする課題］
しかるに従来の溶融炭酸塩型燃わＩ電池の電解質保持Ｎ
は 焼結型マトリックスタイプを用いた場合、機械的強
度はル較的高いものが得られるか、可撓性に乏しいため
、電池組みたて時にコンポーネントを積層した際にかえ
ってクラックが生じやすいという問題があった。またポ
ロシティ（ボア体積比率）が高い程、内部抵抗低減には
有利であるが、この焼結型マトリックスタイプは未焼結
タイプに比べ、高いポロシティを得るのが技術的ごこ困
難であり、さらここ製造工程が複雑でコスＩ・が割高に
なるという問題があった。
は 焼結型マトリックスタイプを用いた場合、機械的強
度はル較的高いものが得られるか、可撓性に乏しいため
、電池組みたて時にコンポーネントを積層した際にかえ
ってクラックが生じやすいという問題があった。またポ
ロシティ（ボア体積比率）が高い程、内部抵抗低減には
有利であるが、この焼結型マトリックスタイプは未焼結
タイプに比べ、高いポロシティを得るのが技術的ごこ困
難であり、さらここ製造工程が複雑でコスＩ・が割高に
なるという問題があった。
一方、未焼結型マトリックスタイプｌ−Ｊ電池刊みたて
時へこ可撓性を有するグリーンシートのまま積層される
ため（特開昭５８−７１５６’１号公報）、この時点て
クラックが生しることはないが、有機バイングーが焼き
飛はされた後の機械的強度は低いため、電池昇温時、或
いはヒーＩ・サイクル時等の熱応力によりクラックか生
じやすいことが問題となっていた。第５図は従来の未焼
結マトリックスタイプの電解質層が熱応力を受けてクラ
ックを生した様子を示Ｌ／た模式断面図である。貫通孔
となっている部分もあり、アノード、カソード間のガス
の隔壁が保たれなくなり、セル特性の低下を招くことに
なる。
時へこ可撓性を有するグリーンシートのまま積層される
ため（特開昭５８−７１５６’１号公報）、この時点て
クラックが生しることはないが、有機バイングーが焼き
飛はされた後の機械的強度は低いため、電池昇温時、或
いはヒーＩ・サイクル時等の熱応力によりクラックか生
じやすいことが問題となっていた。第５図は従来の未焼
結マトリックスタイプの電解質層が熱応力を受けてクラ
ックを生した様子を示Ｌ／た模式断面図である。貫通孔
となっている部分もあり、アノード、カソード間のガス
の隔壁が保たれなくなり、セル特性の低下を招くことに
なる。
そこで機械的強度を上げるためセラミック繊維を添加し
たり（特開昭５６−８２５８３号公報）、大粒径セラミ
ックスを添加してクラックが成長するのを抑制する方法
が試みられている（特開昭５８−７１５６４号公報）。
たり（特開昭５６−８２５８３号公報）、大粒径セラミ
ックスを添加してクラックが成長するのを抑制する方法
が試みられている（特開昭５８−７１５６４号公報）。
しかし前音は電解質に対して充分に安定な繊維祠料が得
られておらず、長時間電池運転後は効果が薄れること、
また後者は大粒径セラミックスがイオン移動の障害とな
って内部抵抗の増大につながるという問題があった。
られておらず、長時間電池運転後は効果が薄れること、
また後者は大粒径セラミックスがイオン移動の障害とな
って内部抵抗の増大につながるという問題があった。
この発明は」−記のような１７ｊＩ題点を解決するため
になされたもので、手間のかかる大面積板の焼結工程を
必要とぜず、電池組立時には可撓性を有するグリーンシ
ートして扱え、電池昇温時或いはヒートサイクル時のク
ラック発生を抑制する効果を有し、内部抵抗の低い溶融
炭酸塩型燃料電池用電解質保持層を得ることを目的とし
たものである。
になされたもので、手間のかかる大面積板の焼結工程を
必要とぜず、電池組立時には可撓性を有するグリーンシ
ートして扱え、電池昇温時或いはヒートサイクル時のク
ラック発生を抑制する効果を有し、内部抵抗の低い溶融
炭酸塩型燃料電池用電解質保持層を得ることを目的とし
たものである。
［課題を解決するための手段］
この発明の溶融炭酸塩型燃料電池用電解質保持層は、溶
融炭酸塩型燃料電池の電解質に対して安定な粒径が０．
１〜１０７１ｍのセラミックス粒子を主成分とし、」二
足電解質を保持する未焼結多孔質層中に、上記電解質に
対して安定で、貫通孔を有し、機械的強度の高い粒径が
数十μｍη以−１−のクラック成長抑制材を分散させた
ものである。
融炭酸塩型燃料電池の電解質に対して安定な粒径が０．
１〜１０７１ｍのセラミックス粒子を主成分とし、」二
足電解質を保持する未焼結多孔質層中に、上記電解質に
対して安定で、貫通孔を有し、機械的強度の高い粒径が
数十μｍη以−１−のクラック成長抑制材を分散させた
ものである。
［、パ用］
この発明における溶融炭酸塩型燃′＋′４電池電解質保
持層は、クラ・７り成長抑制材、例えは機械的強度の高
い大粒径焼結多孔質体が内部に分散されているため、熱
応力が生じても両極間の貫通りラックが生しにくく、ざ
らに大粒径焼結多孔質体はイオン導電性を持つことから
ことから内部抵抗も比較的低く保たれ、極めて良好な電
池特性および寿命が得られる。
持層は、クラ・７り成長抑制材、例えは機械的強度の高
い大粒径焼結多孔質体が内部に分散されているため、熱
応力が生じても両極間の貫通りラックが生しにくく、ざ
らに大粒径焼結多孔質体はイオン導電性を持つことから
ことから内部抵抗も比較的低く保たれ、極めて良好な電
池特性および寿命が得られる。
［実施例］
以下この発明の一実施例について説明する。第１図はこ
の発明の一実施例の電解質保持層を示す模式断面図で、
図において（５）は電解質保持層で、電解質を保持する
電解質に対して安定な０．１〜１０μｎ１のセラミック
ス粒子を主成分とする未焼結多孔質ｊｉ！（５ａ）に、
電解質に対して安定で、貫通孔を有し、機械的強度の高
い粒径が数十７１ ｍ以りのクラック成長抑制材、この
場合は大粒径焼結多孔質体（５ｈ）を分散させたもので
ある。
の発明の一実施例の電解質保持層を示す模式断面図で、
図において（５）は電解質保持層で、電解質を保持する
電解質に対して安定な０．１〜１０μｎ１のセラミック
ス粒子を主成分とする未焼結多孔質ｊｉ！（５ａ）に、
電解質に対して安定で、貫通孔を有し、機械的強度の高
い粒径が数十７１ ｍ以りのクラック成長抑制材、この
場合は大粒径焼結多孔質体（５ｈ）を分散させたもので
ある。
次に作用について説明する。第２図はこの発明の唱える
大粒径焼結多孔質体を含む未焼結マトリックスタイプの
電解質保持Ｎ（５）が、熱応力を受けてクラックを生じ
た様子を示した模式断面図である。第５ ＩＰＪに示し
たｒＸ来の未焼結マトリックスタイプの電解質保持層（
５）では、熱応力を受ζブてクラックを生じ、貫通孔と
なりでいる部分もあり、アノード、カソード間のガスの
隔壁が保たれなくなり、セル特性の低下を招くことにな
る。ところが、この発明ではクラックの成長が機械的強
度の高い大粒径焼結多孔質体によ−って抑制されている
ことがわかる。この効果により貫通するクラックの数は
皆無あるいはかなり少なくなり、ヒートサイクル等の熱
応力か発生してもセル特性は安定に保たれる。
大粒径焼結多孔質体を含む未焼結マトリックスタイプの
電解質保持Ｎ（５）が、熱応力を受けてクラックを生じ
た様子を示した模式断面図である。第５ ＩＰＪに示し
たｒＸ来の未焼結マトリックスタイプの電解質保持層（
５）では、熱応力を受ζブてクラックを生じ、貫通孔と
なりでいる部分もあり、アノード、カソード間のガスの
隔壁が保たれなくなり、セル特性の低下を招くことにな
る。ところが、この発明ではクラックの成長が機械的強
度の高い大粒径焼結多孔質体によ−って抑制されている
ことがわかる。この効果により貫通するクラックの数は
皆無あるいはかなり少なくなり、ヒートサイクル等の熱
応力か発生してもセル特性は安定に保たれる。
また、第３図の、説明図に示すように大粒径焼結多孔質
体はイオンを通ずことから特開昭５８−７１５６４号公
報が提唱するような単なる大粒径粒子を用いたものより
、イオン導電性は良好となり、セル特性向上に有利とな
る。
体はイオンを通ずことから特開昭５８−７１５６４号公
報が提唱するような単なる大粒径粒子を用いたものより
、イオン導電性は良好となり、セル特性向上に有利とな
る。
次に種々の電解質保持層の機能を検討した要素評価試験
結果を表に示す。試料として、比較例１：従来の未焼結
型７トリツクスタイプの電解質保持層、比較例２：従来
の未焼結型マトリックスタイプに大粒径粒子を添加した
電解質保持層、実施例：従来の未焼結型７トリツクスタ
イプに大粒径焼結多孔質体を添加し・た上記実施例の電
解質保持層を用いた。
結果を表に示す。試料として、比較例１：従来の未焼結
型７トリツクスタイプの電解質保持層、比較例２：従来
の未焼結型マトリックスタイプに大粒径粒子を添加した
電解質保持層、実施例：従来の未焼結型７トリツクスタ
イプに大粒径焼結多孔質体を添加し・た上記実施例の電
解質保持層を用いた。
表
表から、機械的強度の高い大粒径粒子を添加することに
より、ヒートサイクル時の耐クラツク性は向上すること
がわかる。また、大粒径粒子を添加した場合より、大粒
径多孔質体を添加した方が内ｇＢ低抵抗低くセル特性も
高いものとなる。よってより高いセル特性をより長く安
定なものにするには、この発明が提唱する大粒径焼結多
孔質体入りマトリックスを電解質保持層として使用する
ことが効果的なことは明らかである。
より、ヒートサイクル時の耐クラツク性は向上すること
がわかる。また、大粒径粒子を添加した場合より、大粒
径多孔質体を添加した方が内ｇＢ低抵抗低くセル特性も
高いものとなる。よってより高いセル特性をより長く安
定なものにするには、この発明が提唱する大粒径焼結多
孔質体入りマトリックスを電解質保持層として使用する
ことが効果的なことは明らかである。
また実施例には未焼活部電解質保持粉末及び焼結多孔質
体材料は共にγ型アルミン酸すチウ１、が用いたが、セ
リア、チタン酸スｌ−ロンチウム、ジルコン酸ストロン
チウム等のごとく溶融電解質に対して安定な材料はずへ
て使用可能となる。
体材料は共にγ型アルミン酸すチウ１、が用いたが、セ
リア、チタン酸スｌ−ロンチウム、ジルコン酸ストロン
チウム等のごとく溶融電解質に対して安定な材料はずへ
て使用可能となる。
なお、上記実施例ではマＩ・リックスタイプについての
み比較し効果を述べたが、大粒径焼結多孔質体添加の効
果はペーストタイプ、あるいはボットプレスタイル等に
添加しても、同様の効果が期待てきる。
み比較し効果を述べたが、大粒径焼結多孔質体添加の効
果はペーストタイプ、あるいはボットプレスタイル等に
添加しても、同様の効果が期待てきる。
さらに、添加粒子を焼結多孔質体と述べたが貫通孔を有
し、機械的強度が高く、電解質に安定なものであれはよ
く、へシカ、ノ、・、状構造体、三次元網状構造体等も
上記の機能を有ずれは同様な効果がＱ待てきるごどは清
う主でもない。
し、機械的強度が高く、電解質に安定なものであれはよ
く、へシカ、ノ、・、状構造体、三次元網状構造体等も
上記の機能を有ずれは同様な効果がＱ待てきるごどは清
う主でもない。
１−年明のＱＩＪ果］
以上のように、この発明によれば、溶融炭酸塩型燃料電
池の電解質に対して安定な粒径が０．１〜１０７１ｍの
セラミックス粒子を主成分とし、上記電解質を保持する
未焼結多孔質層中に、」二足電解質に対して安定で、貫
通孔を有し、機械的強度の高い粒径が数十／ｌｎｌ以」
二のクラック成長抑制材を分散させることにより、内部
抵抗を低く保ったまま、熱応力に対して安定な溶融炭酸
塩型燃料電池用電解質保持層が得られる効果がある。そ
の結果、電池特性を下げることなく、熱応力に強い溶融
炭酸塩型燃料電池が実現できる。
池の電解質に対して安定な粒径が０．１〜１０７１ｍの
セラミックス粒子を主成分とし、上記電解質を保持する
未焼結多孔質層中に、」二足電解質に対して安定で、貫
通孔を有し、機械的強度の高い粒径が数十／ｌｎｌ以」
二のクラック成長抑制材を分散させることにより、内部
抵抗を低く保ったまま、熱応力に対して安定な溶融炭酸
塩型燃料電池用電解質保持層が得られる効果がある。そ
の結果、電池特性を下げることなく、熱応力に強い溶融
炭酸塩型燃料電池が実現できる。
第１図はこの発明の一実施例の溶融炭酸塩型燃料電池用
電解質保持層の模式断面図、第２図はこの一実施例の電
解質保持層中の大粒径焼結多孔質体の熱応力によるクラ
ック成長抑制効果を示す模式断面図、第３図はこの一実
施例に係わる大粒径焼結多孔質体中にイオンが通ること
を示した説明図、第４図は一般的な溶融炭酸塩型燃料電
池を示す断面構成図、第５図は従来例の電解質保持層が
熱応力によりクラックを生した場合を示す模式断面図で
ある。 図において、（５）は電解質保持層、（５ａ）は未焼結
多孔質層、（５１））はクラック成長抑制材、この場合
は大粒径焼結多孔質体である。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
電解質保持層の模式断面図、第２図はこの一実施例の電
解質保持層中の大粒径焼結多孔質体の熱応力によるクラ
ック成長抑制効果を示す模式断面図、第３図はこの一実
施例に係わる大粒径焼結多孔質体中にイオンが通ること
を示した説明図、第４図は一般的な溶融炭酸塩型燃料電
池を示す断面構成図、第５図は従来例の電解質保持層が
熱応力によりクラックを生した場合を示す模式断面図で
ある。 図において、（５）は電解質保持層、（５ａ）は未焼結
多孔質層、（５１））はクラック成長抑制材、この場合
は大粒径焼結多孔質体である。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
Claims (1)
- 溶融炭酸塩型燃料電池の電解質に対して安定な粒径が０
．１〜１０μｍのセラミックス粒子を主成分とし、上記
電解質を保持する未焼結多孔質層中に、上記電解質に対
して安定で、貫通孔を有し、機械的強度の高い粒径が数
十μｍ以上のクラック成長抑制材を分散させた溶融炭酸
塩型燃料電池用電解質保持層。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1146204A JP2789678B2 (ja) | 1989-06-08 | 1989-06-08 | 溶融炭酸塩型燃料電池用電解質保持層 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1146204A JP2789678B2 (ja) | 1989-06-08 | 1989-06-08 | 溶融炭酸塩型燃料電池用電解質保持層 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0311558A true JPH0311558A (ja) | 1991-01-18 |
| JP2789678B2 JP2789678B2 (ja) | 1998-08-20 |
Family
ID=15402478
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1146204A Expired - Lifetime JP2789678B2 (ja) | 1989-06-08 | 1989-06-08 | 溶融炭酸塩型燃料電池用電解質保持層 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2789678B2 (ja) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02233519A (ja) * | 1989-03-06 | 1990-09-17 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 多孔質リチウムアルミネート粗粒子の製造方法 |
-
1989
- 1989-06-08 JP JP1146204A patent/JP2789678B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02233519A (ja) * | 1989-03-06 | 1990-09-17 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 多孔質リチウムアルミネート粗粒子の製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2789678B2 (ja) | 1998-08-20 |
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