JPH031447A - 燃料電池 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、燃料電池に使用する層状のカソード基板に関
する。

［従来の技術］ 溶融炭酸塩燃料電池は周知の技術であり、例えば、米国
特許４．００９，３２１号及び４，０７９，１７１号に
開示されている。このタイプの電池の電解質は、室温で
は固体であるが、一般に５００乃至７５０℃の範囲の作
動温度では液体である。このタイプの周知の電解質の幾
つかには、炭酸リチウム、炭酸カリウム、炭酸ナトリウ
ムから成るアルカリ金属の二成分及び三成分炭酸塩組成
物がある。電解質は、リブ付きアノード電極とリブ付き
カソード電極の間に挟まれた実質的に不活性のマトリッ
クス内に配置される。電解質と組み合わせるマトリック
スは、構造的に完全な状態を有することに加えて、反対
側に配置される燃料とオキシダントガスを完全に分離で
きるものでなければならない。

金属酸化物カソード基板で作動する溶融炭酸塩燃料電池
は、典型的に、高い電池内部抵抗（ＩＲ）を有する。燃
料電池の内部抵抗ＩＲが高くなる理由の一つは、カソー
ド基板に形成された金属酸化物のリブの上部と燃料電池
ガスハウジングとの間に形成される間隙、又は、リブの
上部と連結された燃料電池の間のセパレータプレートと
の間に形成される間隙によって生ずる接触抵抗によるも
のである。この間隙は、電池内において必要な電子の伝
達を妨げる。

製造工程中に生ずる歪みによって、リブの上部及び燃料
電池ハウジング又はセパレータプレートは、わずかに平
面の外側にあり、リブとハウジングの間の間隙のない良
好な接触を作ることが出来ない。現在行われている製造
方法においては、より良い制御及び操作を行うことによ
って、この欠点を修正することは、実際的でなく、また
コストもかかる。

［発明が解決しようとする課題］ 従って、この技術で必要とされることは、カソード基板
を改良して、カソード基板を、燃料電池ガスハウジング
又はセパレータプレートに接触するように配置した場合
に、電池内部抵抗ＩＲを減少させることである。

［課題を達成するための手段及び作用］本発明によれば
、金属酸化物の基板の接触面が金属粉末で被覆されたカ
ソードが提供される。この金属粉末は、金属酸化物基板
の接触面に保持され、燃料電池の形成中においてカソー
ドの取り扱いを容易にする。燃料電池の形成、起動、作
動中において、被覆された接触面は、燃料電池ノ１ウジ
ング又はセパレータプレートに隣接し、燃料電池の内部
抵抗をより低くする。

また、本発明により改良された高温形燃料電池は、アノ
ード、金属酸化物カソード、アノードとカソードの間に
挟まれた溶融電解質、アノードとカソードを囲むガスハ
ウジング又はセパレータプレートを有する。アノードと
カソードは、リブ付き面を有し、反応ガス用のハウジン
グを形成する溝部と接触する。本発明による改良には、
カソード接触面を粉末金属で被覆することも含まれる。

電池の組立てと起動においては、被覆した接触面をハウ
ジング又はセパレータプレートに接触させて配置し、ハ
ウジング又はセパレータプレートの接触面との間に存在
する間隙をなくす。

さらに、本発明によれば、カソード基板を金属粉末で被
覆し、カソード基板を燃料電池ガスハウジング又はセパ
レータプレートに高温で押し付け、燃料電池を作動温度
の状態にして、燃料電池を形成する方法が提供される。

［実施例］ 以下、添付図面を参照して、本発明の一実施例を説明す
る。

溶融炭酸塩燃料電池Ｉ２用カソードＩ８は、リブ付きの
接触面２２が形成された基板を有する。

溶融炭酸塩燃料電池は、マトリックス層１６を保持する
電解質を含む。マトリックス層１６の一方の面側にはカ
ソード電極１８が配置され、他方の面側にはアノード電
極２０が配置される。カソ−ド電極１８は、リブ付き基
板２２と、この基板２２とマトリックス層１６の間に配
置する触媒層２４とから成る。アノード電極２０は、リ
ブ付き基板２６と、基板２６とマトリックス層１６の間
に配置された触媒層２８とから成るという点で、カソー
ド電極１８と同様である。それぞれの電気化学電池は、
ガス不浸透性の平板状のセパレータプレート１４によっ
て互いに仕切られている。セパレータプレート１４は、
周知の方法、及び電池内の作動環境に適合し、それに耐
えることができる周知の物質によって作ることが出来る
。

第２図に示すように、典型的なカソード基板２２は、電
導性で、選択した電池電解質に適合し、クリープ（ｃｒ
ｅｅｐ）に耐えるような金属酸化物から構成される。金
属酸化物は、灰チタン石でもよいが、酸化ニッケルが好
ましい。カソード基板２２は、一方の側に、触媒層２４
と接触する平らな裏板を有し、他方の側に、燃料電池ガ
スハウジング又はセパレータプレート１４と接触するた
めに平行に延在する隆起したリブ２８を有するように形
成されている。それぞれのリブ２８の間には、電池を機
能させて最終的に電池を形成させるオキシダントを導入
するための溝部３０が形成されている。燃料電池ガスハ
ウジング１４は、ストック（ｓｔａｃｋ）　３００シリ
ーズのステンレススヂールによって作られるのが好まし
い。

カソードの接触面３４には、この接触面とハウジング１
４との間の間隙をふさぐのに十分な量の金属粉末３２で
被覆されている。典型的には、金属粉末３２の厚さは２
乃至８ミルであり、好ましくは、４乃至６ミルである。

特に、５ミルの厚さが理想的である。金属粉末３２とし
て、燃料電池がその作動温度に到達するときに、酸化し
、膨張して間隙をふさぐような金属を用いることができ
、ニッケル粉末を用いるのが好ましい。ニッケル粉末は
、はぼ２乃至１０ミクロンの粒径を有し、３乃至５ミク
ロンの範囲であることが好ましい。

この金属粉末層を付着させるために、カーテンコーティ
ング、及びドクターブレード、ブラッシング、吹きつけ
、又はめっきなどの幾つかの方法を使用することが出来
るが、スクリーン印刷が好ましい方法である。金属粉末
がカソードの接触面３４に合体及び付着できるようにす
るために、結合剤を使用する。これにより、シツピング
（ｓｈｉｐｐｉｎｇ）中、及び燃料電池１２の形成中に
、カソード１８を容易に処理することが出来る。典型的
な結合剤は、金属粉末の酸化と膨張の妨げにならないよ
うに、電池を加熱すると揮発性になって分解する。結合
剤としては、燃料電池の作動温度以下の温度で分解する
ポリマーを使用することができ・ポリビニルブチラル（
Ｍｏｎ５ａｎｔｏ　ＢｕｔｖａｒＢ９０）か好ましい。

結合剤を混合して、８乃至１５重量％、好ましくは１２
重量％のポリマーを含むスラリーを形成する。スラリー
のうちの残りはニッケル粉末である。結合剤により、処
理が容易になり、柔軟性、適合性が良好になる。

これを塗布するために、流量制御剤のような様々な柔軟
剤及び他の条件剤をポリマーに加えることが出来る。こ
の材料を、ボールミル中で、炭化水素塩化物やアルコー
ルのような有機溶媒に混合するのが好ましい。塗布中に
おける混合物の適当な乾燥及ｑ流量制御のために、好ま
しい有機溶媒は、炭化水素塩化物及びアルコールである
ことがわかった。また、テトラクロロエチレンのような
炭化水素塩化物と、エタノールやブタノールのようなア
ルコールとの混合物が、スリラーに適当な流動特性を与
えることがわかった。ドクターブレード又はカーテンコ
ートによって各層を鋳造するためには、スラリーの粘度
は、８００乃至１２００　ｃｐｓの範囲であることが好
ましい。混合、鋳造、及び最終的なスリラーの特性を良
好にするために、従来の他の物質も加えられる。天然の
メンヘーデン魚油のような解こう剤により、柔軟性を増
すことが出来る。また、ダウ消泡Ａ　（Ｄｏｗ　Ａｎｔ
ｉｆｏａｍ−Ａ）のような消泡剤によって、乾燥中にト
ラップされた気泡が漏れないように出来る。

スリラー中の気泡のエントラップメントは、乾燥前に気
泡の除去を必要とする。そのため、ブタノールのような
低い蒸気圧を有する溶媒を使用し、溶媒の蒸気で飽和し
た雰囲気下で、新しい鋳造混合物を保持することによっ
て、乾燥に時間をかけなければならない。典型的には、
気泡を除去するには、乾燥前に１５分の時間を要する。

消泡剤の使用は、気泡の崩壊と放出に役立つ。溶媒蒸気
の処理が、乾燥前にトラップされた気泡の除去に役立つ
とすれば、上記の炭化水素塩化物又はアルコール溶媒の
いずれも使用することが出来るが、テトラクロロエチレ
ンとエタノールの共沸混合物を使用することが好ましい
。処理には、殆どの場合に、気泡を除去するのに十分な
時間を要し、少なくとも５分間を要する。

カソード１８を金属粉末３２で被覆した後、１平方イン
チ当たり約４０ボンド乃至６０ボンド、好ましくは５０
ボンドの圧力下で、カソード基板の接触面３４と乾燥し
たスラリーをハウジング１４に押し付け、約１５０乃至
２５０°Ｆ１好ましくは２００°Ｆの温度にすることに
よって、燃料電池を組み立てる。この場合、上昇した温
度と圧力により、電気的な接触が良好になる。

その後、燃料電池にオキシダントと燃料ガスを導入する
ことによって、燃料電池を作動温度にする。温度の上昇
とオキシダントは、金属粉末を酸化して膨張させ、ハウ
ジングとカソードの間の間隙をふさぎ、電池の内部抵抗
ＩＲを低くするのに役立つ。電池を作動温度にすること
に加えて、カソードとハウジングを最初に加熱すること
により、結合剤を揮発させて分解し、その結合剤を金属
粉末から除去して、金属粉末の酸化と付随する膨張が可
能になる。このようにして、ニッケル粉末の膨張により
、カソード基板とハウジングの面の凹凸を埋めて、さら
に密接な接触とし、必要な電子の伝導の妨げとならない
ように空間を埋める。

従って、本発明によれば、燃料電池内で高い内部抵抗Ｔ
Ｒを引き起こす間隙を埋めるために、容易に処理できる
被覆されたカソード基板を提供することが出来る。

［発明の効果］ 上述したように、本発明によれば、カソード手段を接触
面を金属粉末で被覆して、カソードと燃料電池ハウジン
グ又はセパレータプレートとの間隙をふさぎ、これらの
間の接触を良好にして、燃料電池の内部抵抗を減少させ
ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は燃料電池全体の斜視図、第２図は本発明による
カソードの側面図である。 ２・・・溶融炭酸塩燃料電池 ４・・・セパレータプレート ６・・・マトリックス層、１８・・・カソード電極０・
・・アノード電極、　　２２・・・カソード基板４・・
・触媒層、　　　　　２６・・・リブ付き基板８・・・
リブ、　　　　　　３０・・・溝部２・・・金属粉末、
　　　３４・・・接触面代理人　弁理士　志　賀　富　
士　弥　（外１名）Ｆ／Ｇ、ｔ’

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）金属酸化物の接触面を有するカソード手段と、前
   記接触面を被覆する金属粉末とから成る、電池内部抵抗
   の低い燃料電池を生成する構成物であって、前記燃料電
   池の組立て及び始動において、前記被覆した接触面が燃
   料電池ハウジング又はセパレータプレートと接触するよ
   うに配置して、電池の内部抵抗を低くすることを特徴と
   する構成物。 （２）前記金属酸化物が酸化ニッケルであることを特徴
   とする請求項１項記載の構成物。（３）アノードとカソ
   ードを有する高温形燃料電池であって、該アノードとカ
   ソードのそれぞれの一方の面が溶融電解質に接続され、
   他方の面には、ガスハウジング又はセパレータプレート
   と接触するリブ付きの接触面が形成され、前記カソード
   の接触面は金属酸化物により構成され、前記カソードの
   接触面は薄い金属粉末で被覆され、前記燃料電池の組立
   て及び始動において、前記被覆された接触面が、前記電
   池ハウジング又はセパレータプレートと接触するように
   配置して、前記ハウジング又は前記接触面との間に生ず
   る間隙をふさぐことを特徴とする高温形燃料電池。 （４）前記金属酸化物が酸化ニッケルであることを特徴
   とする請求項３項記載の燃料電池。 （５）前記金属粉末がニッケルから成ることを特徴とす
   る請求項１項又は２項に記載の構成物。 （６）前記金属粉末がニッケルから成ることを特徴とす
   る請求項３項又は４項に記載の燃料電池。 （７）カソード基板を薄い金属粉末層で被覆する工程と
   、前記被覆したカソードを、電池の作動温度以下の高温
   で、ガスハウジングに押し付ける工程と、燃料電池を作
   動温度に上げる工程と、前記作動温度において前記燃料
   電池内にオキシダントを導入して、前記金属粉末層の酸
   化及びそれに付随する膨張を引き起こし、前記ガスハウ
   ジングとカソードとの間の間隙をふさぐ工程とから成る
   、燃料電池中における金属酸化物のカソード基板とガス
   ハウジング又はセパレータプレートとの間の間隙をふさ
   ぐ方法。