JPH0434860A - 溶融炭酸塩型燃料電池 - 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 本発明は、ガス漏れ防止部材を設けた溶融炭酸塩型燃料
電池に関する。

従来の技術 従来の溶融炭酸塩型燃料電池は第４図に示すように、電
解質を含む電解質板２１とこれを挟持するアノード２２
．カソード２３の画電極、および反応ガス供給空間Ａ°
を形成するとともに各単電池を電気的に結合するリブ部
２９を有するバイポーラプレート２６により構成されて
いる。またアノード２２またはカソード２３とバイポー
ラプレート２６の間には前記電極とバイポーラプレート
２６を電気的に結合する孔あき板からなる集電板２４．
２４°、波形板からなる集電板２５，２５゜をそれぞれ
介在させている。電池から所定の出力を得るためには、
電解質板２１がアノードガスとカソードガスを完全に隔
離していることが重要な要件であり、何等かの原因によ
り電解質板２１を通して反応ガスの混合が発生すると所
定の出力が得られないことになる。このような反応ガス
の混合は交差混合（クロスリーク）と呼ばれ、電池の性
能を左右する要因として極めて重要である。

発明が解決しようとする課題 近年、溶融炭酸塩型燃料電池においては電解質板２１を
テープ成形などの手法により製作することが一般的とな
り、電解質板２１の厚さも１−内外と極めて薄型化して
きている。厚さが薄くなることにより、必然的に強度は
低下し、特に剪断応力に対して弱いといった問題がある
。この問題が特に重要となるのはウェットシール部分２
８における電解質板２１の剪断割れである。この問題は
主に電池の始動段階で発生するもので、アノード２２、
カソード２３の電極や孔あき板からなる集電板２４，２
４’、波形板からなる集電板２５゜２５゛などの集電体
などの構成部材の厚み管理が充分でない場合に発生しや
すい。溶融炭酸塩型燃料電池では一般に１〜３−／ｄ程
度のスタック圧を印加しているため、前記構成部材の厚
み管理が不完全な状態で電池を構成し始動しようとする
と、第４図（ｂ）に示すようにウェットシール部２８と
の境界部分周辺において電解質板２１に剪断応力が働き
、電解質板２１にクラック３２が発生する確率が高くな
る。第４図（ａ）は外部マニホルドタイプの溶融炭酸塩
型燃料電池の断面を示しているが、こうした問題は内部
マニホルドタイプの電池でも起こる問題であり　さらに
電池組込み状態で主要構成要素の焼成を行なうタイプの
溶融炭酸塩型燃料電池においては、焼成過程における厚
み減少が大きいために極めて重要な問題となる。

また当初、前記電極や前記集電体の厚み管理を厳密に行
なっていた場合でも、長時間の運転においては電極が腐
食したり、クリープすることによって厚みが少しずつ減
少し、結果として剪断応力が働き電解質板２１にクラッ
ク３２を発生することになる。従来こうした問題に対し
ては特別な対策がなされておらず、電池の信頼性の面で
問題があった。本発明はこのような課題を解決するもの
で、ウェットシール部との境界近傍における電解質板の
クラック発生を予防し、電池の信頼性を向上することを
目的とする。

課題を解決するための手段 この課題を解決するため本発明の溶融炭酸塩型燃料電池
は、バイポーラプレートの外周にあるリブが電解質板と
接してウェットシール部を構成している箇所の、リブと
電解質板との境界近傍に、電解質板を挟持する形でガス
漏れ防止部材を設けたもので、さらにこのガス漏れ防止
部材を電解質板と同等の組成としたものである。

作用 そこで、本発明ではウェットシール部を構成している箇
所のリブと電解質板の境界近傍に電解質板を挟持する形
でガス漏れ防止部材を設けることにより、これが厚みの
不整合による剪断クラックの発生を予防するとともに、
電解質板本体にクラックが発生した場合でも、前記ガス
漏れ防止部材がガスの漏洩を阻止する作用をする。

実施例 以下、本発明の溶融炭酸塩型燃料電池の実施例を図面を
参照しながら説明する。

（実施例１） 第１の実施例として第１図（ａ）に本発明による外部マ
ニホルドタイプ・の溶融炭酸塩型燃料電池のウェットシ
ール部分の断面図を示す。図において電解質板１はアノ
ード２とカソード３の画電極に挟持され、その端部周辺
部分はバイポーラプレート６のりブ部９と密着してウェ
ットシール部８を構成している。反応ガス空間Ａは各単
電池間を電気的に結合するバイポーラプレート６のり゛
ブ部９により形成され、アノード２またはカソード３と
バイポーラプレート６間に前記電極とバイポーラプレー
ト６を電気的に結合する孔あき板からなる集電板４，４
゛波形板からなる集電板５．５′をそれぞれ介在させて
いる。

アノード２例の孔あき板からなる集電板４と波形板から
なる集電板５はリブ部９の内壁９′に当接しているが、
カソード３例の孔あき板からなる集電板４′と波形板か
らなる集電板５°の端部はバイポーラプレート６の端部
と面一の線まで延伸した構成となっている。ガス漏れ防
止部材７．．７’の厚さは電極と同じ１．０＋＋ＩＩ＋
＋であり、アノード２側のガス漏れ防止部材７は図に示
すようにバイポーラプレート６のリブ部９の内壁９′と
アノード２の間に設置され、カソード３例のガス漏れ防
止部材７゛は一端はカソード３の端部に当接し、−他端
はリブ部９の外周と面一の線まで延伸して設置され、さ
らにこれらガス漏れ防止部材７，７°は孔あき板からな
る集電体４，４′によって、電解質板１に圧着される構
成となっている。本実施例ではガス漏れ防止部材７，７
″および電解質板１は全（同一組成であり、４　Ｑ　ｗ
　ｔ％ＬｉＡｅＯ２−６０ｗｔ％Ｌ　ｉ／ＫＣＯ３（Ｌ
　ｉ　：　Ｋ＝６２　：３８　ｍ　ｏ　Ｑ％）のペース
トタイプ混合物からなっている。

この構成を有する試験電池および従来のガス漏れ防止部
材７，７°を設置しない構成の試験電池について、電極
など構成要素の厚さを故意に正常値からずらした状態で
電池を組み立て、ウェットシール部８の境界部分周辺の
電解質板１の状態がどのようになっているか試験を行な
った。試験には有効電極面積５００　ｃ＋＃の単電池を
用いた。電解質板１および各電極の厚さは１ｍｍとした
。また試験中、アノードガスとしてはＨ２６６％−Ｃ０
２１６％−８２０１８％のガスを、またカソードガスと
してはＡｉｒ７０％−ＣＯ２３０％のガスを供給した。

試験に用いた電極など構成要素の厚さの不整合性は次の
２つのモードで規定した。すなわちモード１ではアノー
ド２側集電体４の厚さがカソード３側集電体４゛よりも
０．５園薄く、モード２では１■薄い設定とした。電池
に印加するスタック圧を２ｂ／ｃｊとして試験電池を始
動させ、動作中のクロスリーク量（アノード排出ガス中
に含まれる窒素ガス量で代表させる）を調べ、さらに１
００時間後に電池を解体してウェットシール部分８がど
のような状態であるか観察した。

その結果、モード１では従来の構成による電池はクロス
リーク４％を示し、電解質１はすでに第４図（ｂ）で示
したようにウェットシール部分２８との境界部周辺にお
いて一部剪断割れ３２が発生しているのが観察された。

しかし本発明による電池ではクロスリークは１％以下で
あり、ウェットシール部分８との境界部周辺では電解、
質板１の変形が認められるものの、ガス漏れ防止部材７
，７°が補強する形となるためにクラックの発生はみら
れなかった。さらにモード２の試験結果では従来の構成
による電池ではクロスリークが１０％以上見られ電池性
能も著しく低い状態であった。電解質板２１はウェット
シール部分８との境界部分で完全に剪断されており、ガ
ス隔離能を完全に失っている状態であった。本発明の構
成による電池においても第１図（ｂ）に示すように電解
質板１の剪断状１’！ｌ１ｌＯが観察されたが、ガス漏
れ防止部材７，７゛および電解質板１の端部がバイポー
ラプレート６のリブ部９の内壁９°との間でウェットシ
ールを形成する形となっているため、クロスリークは２
％と比較的小さく、電池性能への影響は小さいものであ
った。

（実施例２） 外部マニホルドタイプ溶融炭酸塩型燃料電池における本
発明の第２の実施例を第２図に示す。この場合アノード
２例のガス漏れ防止部材１１の厚さは反応ガス供給空間
の高さと同じ２．５ｍであり、他方カソード３例のガス
漏れ防止部材１１′の厚さは１曜で、第２図（ａ）に示
すような構成となっている。本構成の試験電池について
、実施例１と同様の試験を行なった。試験に用いた電極
など構成要素の厚さ、材料も実施例１と同じである。

試験の結果、モード１ではクロスリークは１％以下であ
り、ウェットシール部分８との境界部における電解質板
ｌの変形も判明し難しいほど軽微であった。

さらにモード２の試験では第２図（ｂ）に示すように電
解質１へのクラック１２の発生が観察されたが、ガス漏
れ防止部材１１および電解質板１がバイポーラプレート
６のリブ部９の内壁９゛との間で強固なウェットシール
を形成する形となっているため、クロスリークは１％と
小さく、電池性能への影響はほとんど見られなかった。

（実施例３） 次に内部マニホルドタイプ溶融炭酸塩型燃料電池におけ
る本発明の第３の実施例を第３図に示す。この場合ガス
漏れ防止部材１３．１３’は幅５ｍ、厚さは電極と同じ
１．０ｍで電解質板１と同一組成からなる。本構成の試
験電池について、前記実施例と同様の試験を行なったと
ころ、このような内部マニホルドタイプの場合にもモー
ド１．２いずれの試験においても、クロスリークは１％
程度と小さく、電池性能への影響はほとんど見られなか
った。

以上の各実施例において、ガス漏れ防止部材７、’？’
　　１１．１１’　　１３．１３’の組成は電解質板１
の組成と全（同じ組成のものを使用しているが、前記ガ
ス漏れ防止部材材料として電解質板１と多生組成が異な
ったものを使用しても良い。

また実施例では前記ガス漏れ防止部材に用いる電解質保
持材としてＬｉＡｅ０２を使用したが、これは他の材料
例えばＺｒ０ｔ、ＭｇＯなどを使用したものでも良く、
また電解質を含んだ性状が実施例にあるようにペースト
タイプである必要はなく焼結タイプのものでも良い。さ
らに実施例では前記ガス漏れ防止部材の幅、厚さ、形状
なども実施例に示した以外のものであっても良い。要す
るに本発明は電解質板１がウェットシール部を構成して
いる部分８の内側に前記ガス漏れ防止部材を設けた溶融
炭酸塩型燃料電池であって、その組成、性状は問わない
。

発明の効果 以上の実施例の説明で明らかなように本発明の溶融炭酸
塩型燃料電池は、バイポーラプレート外周にあるリブが
電解質板と接して、ウェットシール部を構成している箇
所のリブと電解質板との境界近傍に電解質板を挟持する
形でガス漏れ防止部材を設けることにより電極や集電体
などの構成部材の厚みの差によるウェットシールとの境
界近傍における電解質板のクラック発生を予防し、クラ
ックが発生した状態においても反応ガスのクロスリーク
を最小限に抑えることができる。また長時間の運転に起
因する電池構成部材の厚み変化による同様のクラック発
生、クロスリーク発生を抑止でき、電池の信頼性を大き
く向上させる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の外部マニホルドタイプ
溶融炭酸塩型燃料電池の要部の構成を示図、第３図は同
第３の実施例の内部マニホルドタイプ溶融炭酸塩型燃料
電池の要部の構成を示す断＊２　　図 ＋Ｉ、Ｉ＋’−Ｊ’ス渇れ戸オと訃校 −η 前、１はモード１の動作後の状態を示す電池断面図であ
る。 １・・・・・・電解質板、２・・・・・・アノード、３
・・・・・・カソード、６・・・・・・バイポーラプレ
ート、７．７゛１１、ｌｌ’、１３．１３’・・・・・
・ガス漏れ防止゛部材、８・・・・・・ウェットシール
部、９・・・・・・リブ部。 代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　ほか１名昧 ぐ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）溶融塩を含む電解質板とこれを挟持するアノード
   とカソード、およびバイポーラプレートからなる溶融炭
   酸塩型燃料電池において、前記バイポーラプレート外周
   にあるリブが電解質板と接してウェットシール部を構成
   している箇所のリブと電解質板との境界近傍に電解質板
   を挟持する形でガス漏れ防止部材を設けてなる溶融炭酸
   塩型燃料電池。
2. （２）ガス漏れ防止部材が電解質板と同等の組成からな
   る請求項１記載の溶融炭酸塩型燃料電池。