JPH04115466A

JPH04115466A - 燃料電池発電方法

Info

Publication number: JPH04115466A
Application number: JP2236098A
Authority: JP
Inventors: Chiaki Nagai; 永井　千秋; Katsuya Morimoto; 勝哉森本; Seiji Terada; 誠二寺田; Hayamizu Ito; 伊東　速水
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 1990-09-05
Filing date: 1990-09-05
Publication date: 1992-04-16

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〕本発明は、溶融炭酸塩型燃料電池の発電方法に関するも
のである。

〔従来の技術］従来、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等
のアルカリ金属炭酸塩の１又は２以上を組み合わせて電
解質とし、この電解質をリチウムアルミネート等の耐溶
融塩性の粉末とともに板状に加工し、この電解質板をＮ
ｉ系多孔賞板からなるアノード（燃料極）とカソード（
空気極）との間に保持して構成した溶融炭酸塩型燃料電
池が知られている。

そして、本発明者らは、長寿命化が可能な燃料電池とし
て、−アルカリ金属炭酸塩にアルカリ金属タングステン
酸塩を添加した電解質板（以下、改良電解質板という）
を備えた燃料電池を開発し、特願昭６１−２１００８０
号（特開昭６３−６６８６１号公報）、特願平２−５７
４２５号として既に特許出願している。

この長寿命化の機構は、電解質中に溶解したタングステ
ン酸イオンを、溶存する燃料Ｈ２にて還元し、タングス
テン（−）をアノード上に還元・析出させ、この−が触
媒能を発揮すること、及びタングステン酸イオンの還元
反応に関連し、溶融塩中の溶解酸素イオン（０ト）の分
圧Ｐｏ２−が変化し、腐食の低減を図ることができる機
構である。

［発明が解決しようとする課題〕したがって、タングステン酸イオンの還元反応は、溶存
Ｈ２量、すなわちアノードガス中のＨ２分圧（（入口Ｐ
Ｈ２＋出口ＰＨ，）／２）に依存する。

また、燃料電池を高Ｈ２利用率（人口１４２を殆ど消費
する）で操作する場合、アノードガス中のＨ２分圧に上
限があり、−の還元反応が遅くなるので、長寿命化効果
の発現が遅くなるという問題があった。

本発明は上記の諸点に鑑みなされたもので、アルカリ金
属炭酸塩にアルカリ金属タングステン酸塩を添加した電
解質板の効果を好適に発揮することができる燃料電池発
電方法を提供することを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段及び作用〕上記の目的を達
成するために、本発明の燃料電池発電方法は、電解質と
して、炭酸リチウム、炭酸カリウム、炭酸ナトリウムか
らなる群より選ばれたアルカリ金属炭酸塩にアルカリ金
属タングステン酸塩を添加した化合物を用い、ニッケル
系多孔質板をアノード及びカソードとする溶融炭酸塩型
燃料電池において、燃料の利用率が低い状態にて電池を操作し、アノード出
口ガスを８２リツチガスとＨｚリーンガスとに分離した
後、Ｈ２リンチガスをアノード入口ヘリサイクルするこ
とを特徴としている。

本発明において、Ｆ燃料の利用率が低い状態」とは、電
池での燃料利用率（（消費）１２＋（：０　）／（供給
１、＋Ｃ０））を４０％以下、好適には１０〜３０％と
して操作する状態のことをいう。

また、アルカリ金属タングステン酸塩としては、タング
ステン酸カリウム（Ｋ２ＷＯａ）　、タングステン酸ナ
トリウム（ＮａＪＯ４）、タングステン酸リチウム（Ｌ
ｉｚＷＯ４）等が用いられる。

そして、アルカリ金属タングステン酸塩の添加量は、カ
リウム塩の場合、電解質に対して外枠で０．１〜７．０
ｗｔ％である。すなわち、電解質（例えば、ＬｉｚＣＯ
ｉ　６２ｍｏ１％、ＫｚＣＯｓ　３８＋＊ｏ１％）１０
０重量部に対して、タングステン酸カリウムを０．１〜
７．０重量部添加する。

タングステン酸カリウムの添加量が７．０ｗｔ％を越え
る場合は、タングステンイオンの還元に消費されるＨ２
が多くなり、電池性能に影響し、また、コストダウンの
効果がなくなるので好ましくない。

一方、タングステン酸カリウムの添加量がＱ、１ｗｔ％
未溝の場合は、電極反応の促進効果が発揮されず、した
がって、電池の発電性能が発揮されないので好ましくな
い。

アルカリ金属タングステン酸塩を添加することにより、
次式の反応が生じる。

ｗｏ、”−ｃ＋＋＋（Ｖｌ）＋４ｏ”−（１）ｉｉ（Ｖ
ｌ）＋ＣＯ，”−＋Ｈｚ−＋Ｗ（ＩＶ）＋　　ｃｏｚ＋
ｔｈｏ　　　　　　　　　　（２）Ｗ（ＴＶ）＋ＣＯ３
”＋Ｉｈ−ｂＷ（ＩＩ　）十　Ｃｏ、＋１ｌＺＯ（３）
Ｗ（ＩＩ　）＋ＣＯ３”−＋Ｈｚ→Ｗ　　＋　ＣＯ２＋
Ｈ２０（４）２Ｗ（ＩＩ）→−±−（ＩＶ　’）　　　
　　　　　　　　　（５）式（１）に見られるように、
電解質中の溶解酸素イオン（０ト）濃度が変わり、電解
質中の腐食性の低減が期待できる。また式（４）、式（
５）において、−はアノード表面に析出する。すなわち
、タングステン酸イオンをアノード近傍の電解質中に溶
存するＨ２により還元し、Ｎｉアノード多孔質板表面に
−を析出させることを促進する。

なお、上記の式中のＨ２は、溶存Ｈ２であり、溶存量は
（入口ｐＨ，十出口ＰＨｊ／２に比例する。

〔実施例］以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。第１
図は本発明の燃料電池発電方法を実施するための装置の
一例を示すもので、１０はリフオーマ−１１２は燃料電
池、１４はアノード、１６はカソード、１８は燃焼部、
２０は分離器、２２は冷却器、２４はアノード出口ライ
ン、２６はＨｚリッチガスライン、２８はＨ２リーンガ
スラインを示している。分離器２０は、例えば、無機多
孔質又は高分子ガス分離膜を使用した構造のものである
。

リフオーマ−１０にて、天然ガス、メタノール等の燃料
ガスを水蒸気改質する。改質ガス（Ｈ！、Ｃｏ）を燃料
電池１２のアノード１４に供給し、カソード１６には酸
化ガス（空気）、ＣＯ□を供給して発電する。

燃料の利用率４０％以下、望ましくは１０〜３０％にて
運転し、アノード出口ガス（）１２、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ）
を分離器２０に導入して、Ｈ２リッチガスとＨ２リーン
ガスとに分離した後、Ｈ２リッチガスをアノード人口ヘ
リサイクルする。

〔発明の効果〕

本発明は上記のように構成されているので、つぎのよう
な効果を奏する。

（１）燃料利用率が低い状態で電池を操作し、Ｈ２リン
チガスを循環するので、燃料中のＨ２分圧が高くなり、
アルカリ金属タングステン酸塩添加の効果を好適に発揮
させることができる。

（２）高い電池電圧を得ることができる。すなわち、燃
料電池の電圧Ｅは次式で与えられる（ア（３）電池に流
入するガス量を多くすることができ、電池の温度分布の
均一化、冷却が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の燃料電池発電方法を実施する装置の一
例を示す説明図である。１０・・・リフオーマ−１１２・・・燃料電池、１４・
・・アノード、１６・・・カソード、１８・・・燃焼部
、２０・・・分離器、２２・・・冷却器、２４・・・ア
ノード出口ライン、２６・・・Ｈ２リッチガスライン、
２８・・・Ｈ２り一ンガスライン出　願　人　　川崎重工業株式会社代　理　人　　弁理士　塩出　真− が高いほど、高い電圧が得られる。なお、Ｆはファラデ
一定数、Ｅｏは標準電極電位である。

Claims

【特許請求の範囲】１　電解質として、炭酸リチウム、炭酸カリウム、炭酸
ナトリウムからなる群より選ばれたアルカリ金属炭酸塩
にアルカリ金属タングステン酸塩を添加した化合物を用
い、ニッケル系多孔質板をアノード及びカソードとする
溶融炭酸塩型燃料電池において、燃料の利用率が低い状態にて電池を操作し、アノード出
口ガスをＨ＿２リッチガスとＨ＿２リーンガスとに分離
した後、Ｈ＿２リッチガスをアノード入口へリサイクル
することを特徴とする燃料電池発電方法。