JPH0467565A - 燃料電池用電極 - Google Patents

燃料電池用電極

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JPH0467565A
JPH0467565A JP2180003A JP18000390A JPH0467565A JP H0467565 A JPH0467565 A JP H0467565A JP 2180003 A JP2180003 A JP 2180003A JP 18000390 A JP18000390 A JP 18000390A JP H0467565 A JPH0467565 A JP H0467565A
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JP
Japan
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metal
powder
ceramic
fuel cell
electrode
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Pending
Application number
JP2180003A
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English (en)
Inventor
Kazuhito Hado
一仁 羽藤
Junji Niikura
順二 新倉
Hisaaki Gyoten
久朗 行天
Noboru Taniguchi
昇 谷口
Koji Gamo
孝治 蒲生
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0467565A publication Critical patent/JPH0467565A/ja
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    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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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。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明(戴 燃料電池用電極 特に高温で作動する燃料
電池用電極に関する。
従来の技術 従来の燃料電池用電極 特に高温で作動する燃料電池用
電極の材料にζ友 ニッケル系合金粉末やニッケル系の
金属にセラミクスを混合した粉末またはセラミクス粉末
などが用いられてき九燃料電池用電極は 多孔質のガス
拡散電極であり、ガスと電極と電解質が交わる三相帯の
有効面積が大きいほど過電圧は小さしXo  そのため
電極性能は 電極の多孔度や平均孔径と密接な関係があ
また 電極(上 長時間にわたって最適な多孔度や平均
孔径を維持する必要があ4 実際には 高温作動下での
電極材料の過焼結のたぬ 電極の多孔度や細孔分布が変
化し 電極性能が劣化する問題があり、その対策として
、金属粉末にセラミクス粉末を混合、あるいは被覆して
用いられる試みもあった 発明が解決しようとする課題 しかしなか収 高温作動下での電極材料の過焼結防止対
策として金属粉末にセラミクスを混合する試みは セラ
ミクスを単純に混合したり、表面に被覆しただけでは 
バルク金属自身のクリープが起こるため十分な効果は得
られな(を課題を解決するための手段 本発明は金属のバルク内にセラミクスが分散した粒子か
らなる多孔質電極を燃料電池用電極に用いることを特徴
とする。また 金属を含む粉末とセラミクスを含む粉末
の少なくとも2種類以上の粉末を、メカニカルグライン
ディングの手法によって処理した粉末からなる燃料電池
用電極を用いることによって、また3表 金属を含む粉
末と、前記金属を含む粉末とは異なる組成の金属を含む
粉末と、セラミクスを含む粉末の少なくとも3種類以上
の粉末を、同時にメカニカルアロイングとメカニカルグ
ラインディングの手法によって処理した粉末からなる燃
料電池用電極である。
作用 金属のバルク内にセラミクスが分散した粒子からなる多
孔質電極ζよ 金属バルク外にセラミクスが混在する場
合に比べて、非常に高硬度の電極であム また メカニカルグラインディングは 出発物質に金属
とセラミクスの粒子を用いた場合、金属粒子とセラミク
ス粒子の衝突のエネルギーと、金属セラミクス間のずり
によって、金属粒子のバルク内までセラミクスを分散さ
せることが可能であム そのた取 セラミクスを内部ま
で分散させた高硬度の金属微粒子を得ることができる。
さらに 金属を含む粉末と、前記金属を含む粉末とは異
なる組成の金属を含む粉末と、セラミクスを含む粉末の
少なくとも3種類以上の粉末を、同時にメカニカルアロ
イングとメカニカルグラインディングの手法によって処
理した場合、同様の作用によって、合金化と同時&ミ 
金属粒子のバルク内までセラミクスを分散させることが
できる。
これらの材料を用いて燃料電池用電極を構成した場合、
高温作動下での過焼結による多孔度や細孔分布の経時変
化防止に絶大な効果を示す。
実施例 (実施例1) メカニカルグラインディングの手法で作製したアルミナ
が分散したニッケルを溶融炭酸塩型燃料電池用負極とし
て用い九 カルボニルニッケル粉末(平均粒径的2μm)9 ow
t%とアルミナ粉末(平均粒径的0.02μm)10w
t%をメノウ製のボールミル用ポットにアルゴン置換し
て封入し ディスク回転数300rpm、  ポットの
回転数650rpmの速度で24時間遊星ボールミルに
か(す、メカニカルグラインディングを行なつ九 その結果 平均粒径的6μmのNiバルク内までアルミ
ナが分散した粉末を得た この粉末をドクターブレード
法によりテープ状に成形L  650℃の還元雰囲気中
で焼結成形して負極とじ九正極にはリチウムドープした
酸化Niの多孔体を、電解質体には電解質保持体である
アルミン酸リチウムに60wt%の炭酸塩(炭酸リチウ
ム:炭酸カリウム=62:  38mo1%)と成型助
剤等を混合し テープキャスティング法にてタイル状に
成型し このタイル状成型体を昇温する事によって成形
助剤等を焼散し電解質体として電池に組み込んk また
燃料ガスには水素: 炭酸ガスの比が80:20のガス
を60℃で加湿したものを、酸化剤として空気: 炭酸
ガスの比が70+30のものを適用t、、  650℃
の温度でこの溶融炭酸塩型燃料電池の特性を調べ島 電圧−時間特性の結果を第1図に示す。燃料利用率60
%、  150mA/cm”において初期性能が0. 
82V、  6500時間後の性能が0.78Vであっ
た (実施例2) メカニカルグラインディングの手法で作製したアルミン
酸リチウムが分散したニッケルーアルミ合金を溶融炭酸
塩型燃料電池用負極として用いたまず、カルボニルニッ
ケル粉末(平均粒径約2μm)95wt%とアルミニウ
ム粉末(平均粒径約3μm)5wt%をステンレス製の
ボールミル用ポットにアルゴン置換して封入し ディス
ク回転数250rp瓜 ポットの回転数54Orpmの
速度で24時間遊星ボールミルにか(す、メカニカルア
ロイングによって、平均粒径約5μmの95%Ni−5
%A1合金を得た 上記Ni−Al合金粉末(平均粒径約5μm)93wt
%とアルミン酸リチウム粉末(平均粒径約0. 2μm
)7wt%をメノウ製のボールミル用ポットにアルゴン
置換して封入し ディスク回転数350rp瓜 ボット
の回転数76Orpmの速度で24時間遊星ボールミル
にかCす、メカニカルグラインディングを行なった その結果 平均粒径約7μmのNi−Al合金のバルク
内までアルミン酸リチウムが分散した粉末を得た この
粉末に3wt%のアリミナを混合しドクターブレード法
によりテープ状に成形し700℃の空気雰囲気中で焼結
成形しな さらに650℃の還元雰囲気中で還元して負
極とした正極にはリチウムドープした酸化N1の多孔体
を、電解質体には電解質保持体であるアルミン酸リチウ
ムに60wt%の炭酸塩(炭酸リチウム:炭酸カリウム
=62:  38mo1%)と成型助剤等を混合し テ
ープキャスティング法にてタイル状に成型し このタイ
ル状成型体を昇温する事によって成形助剤等を焼散し電
解質体として電池に組み込んに また燃料ガスには水素
: 炭酸ガスの比が8吐 20のガスを60℃で加湿し
たものを、酸化剤として空気: 炭酸ガスの比が7吐 
30のものを適用1.、 650℃の温度でこの溶融炭
酸塩型燃料電池の特性を調べへ 電圧−時間特性の結果を第2図に示す。燃料利用率70
%、 150mA/Cm”において初期性能が0.81
V、 7000時間後の性能が0. 77Vであった (実施例3) メカニカルアロイングとメカニカルグラインディングの
手法を同時に用いて作製したジルコニアが分散したニッ
ケルーアルミ合金を溶融炭酸塩型燃料電池用負極として
用いた カルボニルニッケル粉末(平均粒径約2μm)88.3
5wt%とアルミニウム粉末(平均粒径約3μm)4.
65wt%とジルコニア粉末(平均粒径約0.1μm)
7.0wt%をメノウ製のボールミル用ポットにアルゴ
ン置換して封入しディスク回転数250rprrK ボ
ットの回転数540rpmの速度で24時間遊星ボール
ミルにか仇 メカニカルアロイングとメカニカルグライ
ンディングを同時に行なって、金属バルク内までジルコ
ニアが分散した平均粒径約5μmの95%Ni−5%A
1合金を得九 この粉末に3wt%のアリミナを混合しドクターブレー
ド法によりテープ状に成形り、  700℃の空気雰囲
気中で焼結成形し丸 さら+、=650℃の還元雰囲気
中で還元して負極とした正極にはリチウムドープした酸
化Niの多孔体を、電解質体には電解質保持体であるア
ルミン酸リチウムに60wt%の炭酸塩(炭酸リチウム
:炭酸カリウム=62:  38mo1%)と成型助剤
等を混合し テープキャスティング法にてタイル状に成
型し このタイル状成型体を昇温する事によって成形助
剤等を焼散し電解質体として電池に組み込んに また燃
料ガスには水素: 炭酸ガスの比が80:20のガスを
60℃で加湿したものを、酸化剤として空気: 炭酸ガ
スの比が70:30のものを適用り、  650℃の温
度でこの溶融炭酸塩型燃料電池の特性を調べ島 電圧−時間特性の結果を第2図に示す。燃料利用率70
%  150mA/am”において初期性能が0.82
V、6000時間後の性能が0.77vであっ九 (実施例4) 比較のために単純混合で作製した アルミン酸リチウム
を混合したニッケルーアルミ合金を溶融炭酸塩型燃料電
池用負極として用い九 まず、 95%Ni−5%A1合金粉末(平均粒径的5
μm)93wt%とアルミン酸リチウム粉末(平均粒径
的0. 2μrl)7wt%を撹拌描潰機に24時間か
1す、単純混合を行なったその結LNi−A1合金粉末
とアルミン酸リチウム粉末が単純混合した粉末を得た 
この粉末に3wt%のアリミナを混合しドクターブレー
ド法1こよりテープ状に成形L  700℃の空気雰囲
気中で焼結成形し丸 さらく 650℃の還元雰囲気中
で還元して負極としな 正極にはリチウムドープした酸化Niの多孔体を、電解
質体には電解質保持体であるアルミン酸リチウムに60
wt%の炭酸塩(炭酸リチウム:炭酸カリウム=62:
  38mo1%)と成型助剤等を混合し テープキャ
スティング法にてタイル状に成型し このタイル状成型
体を昇温する事によって成形助剤等を焼散し電解質体と
して電池に組み込ん旭 また燃料ガスには水素: 炭酸
ガスの比が80:20のガスを60℃で加湿したものを
、酸化剤として空気: 炭酸ガスの比が70:30のも
のを適用L 650℃の温度でこの溶融炭酸塩型燃料電
池の特性を調べな 電圧−時間特性の結果を第2図に示す。燃料利用率70
%、  150mA/cm”におイテ初期性能が0.7
4V、 7000時間後の性能が0. 63vでありへ 以上 本実施例で示したよう番!  メカニカルグライ
ンディングによって金属粒子のバルク内までセラミクス
粉末を分散させた粉末からなる燃料電池用電極GL  
撹拌描潰法などの従来法によって金属粒子とセラミクス
粉末を単純混合した粉末からなる燃料電池用電極より、
初期性姐 寿命ともに優れていることが判明し九 さらに本実施例では 溶融炭酸塩型燃料電池に適用した
場合について示した力(これは他の燃料電池 例えばリ
ン酸型燃料電池や固体電解質型燃料電池に適用してL 
もちろんよl、%発明の効果 以上のように本発明i′!、、量産向きの簡便な方法て
 耐久性の高い燃料電池用電極を得ることができも
【図面の簡単な説明】
第1図から第4図は本発明の異なる実施例の燃料電池の
電圧−時間特性図であも 代理人の氏名 弁理士 粟野重孝 はか1北路1図 υf  −60% C,D、−150m八/cへw2 第2図 Llf−70% C,O,−150m^/cm2 Ti肩a  /  10  hr

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)金属のバルク内にセラミクスを分散した粒子から
    なる多孔質体であることを特徴とする燃料電池用電極。
  2. (2)金属を含む粉末とセラミクスを含む粉末の少なく
    とも2種類以上の粉末を、メカニカルグラインディング
    の手法によって処理した粉末からなることを特徴とする
    燃料電池用電極。
  3. (3)金属を含む粉末と、前記金属を含む粉末とは異な
    る組成の金属を含む粉末と、セラミクスを含む粉末の少
    なくとも3種類以上の粉末を、同時にメカニカルアロイ
    ングとメカニカルグラインディングの手法によって処理
    した粉末からなることを特徴とする燃料電池用電極。
  4. (4)金属を含む粉末よりセラミクスを含む粉末の方が
    平均粒径が小さいことを特徴とする請求項2または3記
    載の燃料電池用電極。
  5. (5)少なくともニッケルを含むことを特徴とする請求
    項1〜4のいずれかに記載の燃料電池用電極。
  6. (6)メカニカルアロイングまたはメカニカルグライン
    ディングの手法には遊星ボールミルを用いることを特徴
    とする請求項2〜5のいずれかに記載の燃料電池用電極
JP2180003A 1990-07-06 1990-07-06 燃料電池用電極 Pending JPH0467565A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998024139A1 (de) * 1996-11-29 1998-06-04 Forschungszentrum Jülich GmbH Dispersoidverstärkte elektrode

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998024139A1 (de) * 1996-11-29 1998-06-04 Forschungszentrum Jülich GmbH Dispersoidverstärkte elektrode
US6180277B1 (en) 1996-11-29 2001-01-30 Forschungszentrum J{umlaut over (u)}lich GmbH Dispersoid-reinforced electrode
AU731627B2 (en) * 1996-11-29 2001-04-05 Forschungszentrum Julich Gmbh Dispersoid-reinforced electrode

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