JPH05101832A - 炭酸塩燃料電池のアノード - Google Patents

炭酸塩燃料電池のアノード

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JPH05101832A
JPH05101832A JP3216725A JP21672591A JPH05101832A JP H05101832 A JPH05101832 A JP H05101832A JP 3216725 A JP3216725 A JP 3216725A JP 21672591 A JP21672591 A JP 21672591A JP H05101832 A JPH05101832 A JP H05101832A
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nickel
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Rafael A Donado
ラフアエル・エイ・ドナド
Kenneth E Hrdina
ケネス・イー・ハーデイナ
Robert J Remick
ロバート・ジエイ・レミツク
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Institute of Gas Technology
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 長期間にわたって燃料電池の運転に必要な高
電力密度を与える溶融アルカリ金属炭酸塩燃料電池を得
るための、良好な機械的性質、電気的性質及び電気触媒
的性質を示す多孔質アノードを提供することを目的とす
る。 【構成】 本発明に係る溶融アルカリ金属炭酸塩燃料電
池用の多孔質アノードは、リチウムフェライト、並びに
ニッケル、コバルト、ニッケル／鉄、コバルト／鉄、ニ
ッケル／鉄／アルミニウム、コバルト／鉄／アルミニウ
ム及びそれらの混合物より成る群から選ばれる金属又は
金属合金から成り、ここでリチウムフェライト及び鉄を
含めてこのアノード複合体の総鉄含量は、アルミニウム
が存在する場合にそのアルミニウムがアノードの約５重
量％以下であるという条件で、アノードの総重量基準で
約２５〜約８０重量％である。このリチウムフェライト
含有アノードはスリップ注型法で製造することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は溶融アルカリ金属炭酸塩
燃料電池、特にアルカリ金属炭酸塩電解質と長期の高温
運転期間にわたって接触する多孔質アノードに関する。
更に具体的には、本発明はニッケル、コバルト又はそれ
らの混合物より成り、かつリチウムフェライト及び鉄を
更に含んで成る、溶融アルカリ金属炭酸塩燃料電池の多
孔質アノードに関する。このアノード複合体のフェライ
ト及び金属鉄を含めてアノードの総鉄含量は約２５重量
％を越えることが重要である。本発明のアノードは溶融
アルカリ炭酸塩燃料電池の運転条件下で良好な機械的性
質、良好な電気的性質及び良好な電気触媒的（ｅｌｅｃ
ｔｒｏｃａｔａｌｙｔｉｃ）性質を示す。
【０００２】
【従来の技術】溶融炭酸塩燃料電池は一般に電流コレク
タを持つ２つの電極、即ちカソードとアノード、２つの
電極と接触する電解質タイル及び電池成分を物質的に保
持する電池ハウジングを含む。約５００〜約７００°Ｃ
の範囲の燃料電池の運転条件下で、電解質タイル全体、
炭酸塩及び不活性な支持体物質はペーストを形成してお
り、従ってこのタイプの電解質ダイヤフラムはペースト
電解質として知られる。電解質は電極と直接接触し、そ
こで３相反応（ガス−電解質−電極）が起こる。アノー
ド領域では水素が消費され、水、二酸化炭素及び電子が
生成する。電子は外部回路を通ってカソードに流れ、目
的とされる電流の流れを作る。アノードにおいては、反
応体ガスの迅速流入、化学反応生成物の迅速流出及び生
成電子の迅速流出ができるようになっていなければなら
ない。高水準の安定な長期性能を保つために、電解質と
電極の設計及び諸性質は両方共にガス−電解質−電極の
界面において最適化され、かつ安定化されなければなら
ない。
【０００３】クロムと合金を形成しているか、又は酸化
アルミニウムを含有するコバルト又はニッケルの多孔質
アノードは従来から溶融炭酸塩燃料電池において用いら
れてきた。主としてコバルト又はニッケルより成り、か
つ燃料電池の運転中アノードの気孔率と表面積を維持す
る、クロム、酸化ジルコニウム又は酸化アルミニウムよ
り成る安定剤を有する改良された溶融アルカリ金属炭酸
塩燃料電池用多孔質アノードは米国特許第４，２４７，
６０４号明細書によって教示される。ニッケル−クロム
の溶融炭酸塩燃料電池用アノードも米国特許第４，４０
４，２６７号及び同第４，７１４，５８６号明細書によ
って教示される。米国特許第４，３１７，８６６号明細
書には溶融炭酸塩燃料電池用アノードの材料として高純
度のセリアが教示される。
【０００４】ニッケル及び鉄はある種の特定のタイプの
燃料電池において電極材料として特定の様式で使用され
てきた。米国特許第４，１７５，１５３号明細書には燃
料電池の電極において、特にアルカリ炭酸塩液体電解質
燃料電池において有用であると教示される非多孔質の密
な表面層を有するニッケルと鉄より成る中空繊維構造体
が教示される。米国特許第３，２９１，７５３号明細書
には炭素支持体材料上にニッケルと鉄との触媒金属合金
を有していてもよい燃料電池用電極が教示される。米国
特許第４，１２７，４６８号明細書には金属合金が広く
ニッケル及び鉄を含んでいることができる、燃料電池に
おいて有用な多孔質金属合金電極の製造法が教示され
る。
【０００５】米国特許第４，７８０，４３７号明細書に
は、酸素化剤（ｏｘｙｇｅｎａｔｅｓ）としてリチウム
と多分結合されているリチウム化（ｌｉｔｈｉａｔｅ
ｄ）ニッケル酸化物又は他の遷移金属酸化物、例えばＬ
ｉＦｅＯ2 、より成る多孔質のカソードをテープキャス
ティング成型することによって製造される、電極を横断
する長い気孔を持つ溶融炭酸塩燃料電池用電極が教示さ
れる。米国特許第４，５６４，５６７号明細書にはＬｉ
ＦｅＯ2 を含んでいてもよい、アルカリ金属がドープさ
れた遷移金属酸化物より成る、溶融炭酸塩燃料電池用の
セラミック燃料電池カソードが教示される。
【０００６】リチウムバッテリーにおいて有用な各種の
電極材料に関する特許は多数存在する。即ち、米国特許
第４，８５１，３０６号明細書にはリチウム合金／Ｆｅ
Ｓ、又はリチウム合金／ＦｅＳ2 及び一方の相がアルミ
ニウムより成り、他方の相が鉄の５０％以下がニッケル
又はコバルトにより置換されていてもよいアルミニウム
と鉄より成る２つのリチウム合金相から形成された電極
が教示される。米国特許第４，７６１，４８７号明細書
にはバッテリー用のＬｉ／Ｆｅ／Ｓカソードが教示され
る。米国特許第４，７３１，３０７号明細書にはバッテ
リー用のリチウム化ＦｅＳ2 カソード材料が教示され
る。米国特許第４，３４０，６５２号明細書にはリチウ
ム電気化学電池用のＬｉ−Ｆｅ−Ｏ三成分系正電極が教
示される。米国特許第４，１６４，０６９号明細書には
電気化学電池の正電極金属としてのＬｉ2 ＦｅＳ2 が教
示される。米国特許第４，１５８，７２０号及び同第
４，３２４，８４６号明細書にはリチウム／アルミニウ
ム／フェライトの負電極を有する二次電気化学電池が教
示される。米国特許第４，７２８，５９０号明細書には
硫化鉄、硫化ニッケル及び硫化リチウムの正電極を有す
る二次電気化学電池が教示される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は長期間
にわたって実際の燃料電池の運転に必要な高電力密度を
与える、安定なアノードを有する溶融アルカリ金属炭酸
塩燃料電池を提供することである。
【０００８】本発明のもう１つの目的は溶融炭酸塩燃料
電池の運転条件下で長い運転期間にわたって良好な機械
的性質、電気的性質及び電気触媒的性質を示す改良され
た溶融アルカリ金属炭酸塩燃料電池用多孔質アノードを
提供することである。
【０００９】本発明の更にもう１つの目的はニッケル、
コバルト及びそれらの混合物、鉄及びリチウムフェライ
トの改良された溶融アルカリ金属炭酸塩燃料電池用多孔
質アノードを提供することである。
【００１０】本発明の更にもう１つの目的はニッケル、
コバルト及びそれらの混合物、鉄及びリチウムフェライ
トの溶融アルカリ金属炭酸塩燃料電池用多孔質金属アノ
ードの製造法を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明に係る溶融アルカ
リ金属炭酸塩燃料電池の多孔質アノードはリチウムフェ
ライトと、ニッケル、コバルト、ニッケル／鉄、コバル
ト／鉄、ニッケル／鉄／アルミニウム、コバルト／鉄／
アルミニウム及びそられの混合物より成る群から選ばれ
る金属又は金属合金との複合体から成る。フェライト及
び鉄合金を含めて、この複合体の総鉄含量はアノード構
造体の総重量に基づいて約２５〜約８０重量％である。
本発明のアノードに存在する鉄の総量は重要であって、
その総量が約２５重量％未満では、初期性能が満足でき
るものであるが、機械的強さが貧弱なために望まれるも
のよりも急速に劣化する。約８０重量％より多い場合
は、電気抵抗が大きくなり過ぎて目的とされる電池の高
い電気性能が達成されなくなる。本発明に係る溶融アル
カリ金属炭酸塩燃料電池の多孔質アノードは、アノード
中に高価で、かつ性能発揮上不可欠な金属クロムの安定
剤としての存在を必要とする米国特許第４，２４７，６
０４号明細書が教示するニッケル９０％−クロム１０％
のアノードと略同等の性能特性を示す。
【００１２】本発明の多孔質アノードは米国特許第４，
２４７，６０４号明細書が教示する金属粉末をプレス成
型して未加工圧縮粉（ｇｒｅｅｎ ｃｏｍｐａｃｔ）を
形成する方法に比較して相対的に単純なスリップ注型法
で、そして続いて焼結することによって製造することが
できる。
【００１３】本発明による溶融アルカリ金属炭酸塩燃料
電池の多孔質アノードはリチウムフェライトと、金属ニ
ッケル、金属コバルト、ニッケル／鉄合金、コバルト／
鉄合金、ニッケル／コバルト／鉄合金、ニッケル／鉄／
アルミニウム合金及びコバルト／鉄／アルミニウム合金
より成る群から選ばれる金属又は金属合金との複合体か
ら成る。この複合体において、フェライト相を含めて鉄
の総含量は、アルミニウムが存在する場合はそのアルミ
ニウムが総アノード構造体に対して約５重量％以下、好
ましくは約１〜約３重量％であるという条件で、アノー
ド構造体の総重量に基づいて約２０〜８０重量％であ
る。鉄は金属、酸化物又はアルカリ金属塩として、及び
それらの混合物として存在することができ、他方ニッケ
ル金属とコバルト金属及び鉄含有合金は始め金属とし
て、又はアノード環境中で金属に還元される酸化物の混
合物として存在することができる。鉄含有金属合金を出
発材料として用いる場合、アノードの総鉄含量はアノー
ド構造体を形成している全成分の総重量に基づいて約３
０〜５０重量％であるのが好ましく、そして約３５〜約
４５重量％であるのが特に好ましい。出発材料としてリ
チウムフェライト及び金属酸化物を採用する場合、リチ
ウムフェライトの総含量は総アノード構造体の約６０〜
約９０重量％で、残りがニッケル若しくはコバルト又は
それらの混合物であるのが好ましく、そして総リチウム
フェライト含量がアノード構造体を形成している全成分
の総重量に基づいて７０重量％であるのが特に好まし
い。本発明の最終アノード構造体は気孔率が約４０％〜
６０％で、かつ気孔の約９０％以上が約１５ミクロン以
下の直径を有するのが適当である。
【００１４】本発明の多孔質アノードは米国特許第４，
０７９，１７１号明細書に記載されるタイプの溶融炭酸
塩燃料電池における使用に特に適合する。斯る燃料電池
は炭酸リチウムと炭酸ナトリウム又は同カリウムの二成
分又は三成分電解質系を有する。運転条件下にあるこれ
らの燃料電池において、アルカリ金属塩は過半がリチウ
ムフェライトＬｉＦｅＯ2 である。
【００１５】本発明による多孔質アノードはニッケル、
ニッケル酸化物、コバルト、コバルト酸化物、ニッケル
／アルミニウム合金、コバルト／アルミニウム合金及び
それらの混合物より成る群から選ばれる金属の粉末を
鉄、鉄酸化物、リチウムフェライト及びそれらの混合物
より成る群から選ばれる鉄の粉末と、アノード構造物を
形成する全成分の総重量基準で約２５〜約８０重量％の
鉄を含む粉末混合物を形成する量で混合することによっ
て製造することができる。この混合物を形成する際に使
用される粉末の粒径は約１〜約４０ミクロンであるもの
が好ましい。粉末混合物を取り扱い、加工し、所望とさ
れる形状に維持することができるように粉末混合物に強
度を与えるのに、有機ベースのアクリル系バインダーヌ
は水をベースとするセルロース系バインダーを使用する
系など適当なバインダー系がいずれも用いることができ
る。バインダーに加えて、テープを注型する際に一般に
用いられるバインダー系は更に脱泡剤、解膠剤及び可塑
剤を含んでいてもよい。粘度が２００〜１０，０００ｃ
ｐ、好ましくは８００−４，５００ｃｐの粉末混合物と
バインダー系とのスラリーを形成するのに十分な液体溶
剤が加えられる。有機ベースのバインダー系を用いる場
合の適当な溶剤としてアセトン及び塩化メチンを挙げる
ことができ、また水ベースのバインダー系を用いる場合
に適当な溶剤として水を挙げることができる。スラリー
は次にドクターナイフを用いて薄いテープにスリップ注
型される。テープは溶剤としてアセトン又は塩化メチレ
ンが用いられている場合は室温で、また溶剤として水が
用いられている場合は約６０°Ｃで溶剤を蒸発させるこ
とによって乾燥される。乾燥時間は約１〜８時間の範囲
であることができる。バインダーは約４００〜約８００
°Ｃに１０分乃至４時間加熱することによって除去され
る。残った粉末混合物は窒素と水素の雰囲気のような化
学的に還元性の雰囲気下、約８００〜約１１００°Ｃで
約１５分乃至約１時間焼結される。テープは次に室温ま
で冷却される。この時点でテープに水酸化リチウム・Ｌ
ｉＯＨ又は炭酸リチウム・Ｌｉ2 ＣＯ3を加えることが
できる。この添加はテープに粉末リチウム材料を被覆
し、そしてリチウム化合物が溶融しかつその多孔質構造
体の中に鉄含有合金に存在する鉄の約２５〜約８５％を
ＬｉＦｅＯ2 に転化するのに十分な量で浸入させるよう
にリチウム化合物の融点以上の温度に加熱することによ
って行われる。アノード構造体へのリチウム化合物のこ
の予備組立(pre-assembly)填入は燃料電池の総リチウム
残留量を高めるために用いられるが、これは本発明の主
題である複合アノード構造体の製造法の要件ではない。
【００１６】鉄含有合金中の鉄と水酸化リチウム又は炭
酸リチウムとの、本発明の複合体アノードのリチウムフ
ェライト相を形成する反応は予備組立酸化プロセスにお
いて、又は炭酸塩燃料電池の初期昇温中に組立済み電池
において外部的に行ってもよい。この反応に必要とされ
るリチウムは組立前にアノード構造体中に填入されたリ
チウム化合物に由来するものであってもよいし、あるい
は溶融電解質自体に由来するものであってもよい。この
現場反応はアノードを室温から約６５０°Ｃへの初期昇
温中に燃料ガスに代えて露点が６０°Ｃである水素０．
５％／窒素９９．５％のガス混合物でパージし、このガ
スを約１〜約４８時間保持することによって行うことが
できる。その後水素と一酸化炭素を含有する燃料ガスを
アノード画室に通し、通過させるとき、昇温中に同様に
酸化されたアノード構造体中に存在するニッケル及びコ
バルトは全てその金属形態に還元され、後にＬｉＦｅＯ
2がその酸化形態で残される。
【００１７】所望とされるＬｉＦｅＯ2 相を得るための
別法はＬｉＦｅＯ2 粉末と金属又は金属酸化物の粉末と
を使用して前記加工プロセスを初めることである。この
方法を採用するときは追加のリチウムは必要とされず、
加工時に用いられるニッケル酸化物及びコバルト酸化物
は総て燃料ガスがアノードに加えられる時に金属成分に
還元される。
【００１８】本発明のアノードは、ニッケル、コバル
ト、鉄及びリチウムフェライトが全て良好な電気触媒
（ｅｌｅｃｔｒｏｃａｔａｌｙｓｔ）であるので、良好
な電気触媒作用を備える。ニッケル／鉄又はコバルト／
鉄合金から加工したアノードは良好な電気的性質を持つ
強力で安定なアノードとなる。リチウムフェライト相を
形成する際のニッケル／鉄合金の正確な作用は完全には
分からないが、グレン境界上での鉄酸化物の内部形成が
優れた強度特性をもたらし、一方パーティクル、即ち粒
子の表面上でのリチウムフェライトの外部形成が優れた
ぬれ特性をもたらすと考えられる。
【００１９】次の実施例は本発明の具体的実施を詳細に
説明するための特定の材料と特定のプロセス条件の使用
を示しているが、これら実施例は本発明を例証するため
のものであって、いかなる意味においても本発明を限定
するものと解すべきではない。
【００２０】実施例１ ３ｃｍ2 の実験室規模の溶融アルカリ金属炭酸塩燃料電
池用に多孔質アノードを本発明の方法に従ってニッケル
粉末と鉄粉末から総鉄量を４０重量％として製造した。
平均直径３ミクロンのニッケル粉末１２６グラムを平均
直径５ミクロン未満の鉄粉末８４グラムと混合した。混
合しながらアクリルベースのバインダー１８重量％のバ
インダー系１１５グラムと塩化メチレン２９グラムを加
えてスラリーを形成した。開口１．１ｍｍのドクターナ
イフ及び３８００ｃｐのスリップ粘度を用いて上記スラ
リーをスリップ注型して薄いテープを形成した。テープ
から液体溶剤を室温で１夜風乾することによって蒸発さ
せた。乾燥テープを次にＨ2 １０％／Ｎ2 ９０％の雰囲
気下で室温から４００°Ｃまで４時間にわたって加熱し
てバインダーを除去した。テープを次に、炉内温度を４
００°Ｃから８５０°Ｃに３時間１５分で昇温し、８５
０°Ｃに４５分間保持し、次いで炉を自然の速度で室温
まで冷却させることによって焼結した。テープを取り出
し、そのテープにＬｉＯＨをテープ中に存在する鉄の７
５％と反応するのに十分な量で被覆し、そしてテープを
炉に戻した。テープをＨ2 １０％／Ｎ2 ９０％の雰囲気
下で７４０°Ｃまで加熱し、この温度に３時間保持して
ＬｉＯＨを溶融させかつ多孔質金属に含浸させた。
【００２１】焼結された多孔質プラックを水銀ポロシメ
トトリーで測定すると、プラックの気孔率は５３％、気
孔の８０％は直径２．２〜８．２ミクロンで、平均孔寸
法は４．６８ミクロンであることが見い出された。
【００２２】形成されたアノードの厚さは０．７３ｍｍ
であった。
【００２３】実施例２ 実施例１で製造したアノードを、アルカリ金属炭酸塩６
０％及びアルミン酸リチウム支持体４０％の電解質と気
孔率７９％で平均孔寸法が８．２ミクロンである多孔質
のニッケルカソードを用いている溶融アルカリ金属炭酸
塩燃料電池に組み込み、組み立てた。
【００２４】この燃料電池をＨ2 ７５％及びＣＯ2 ２５
％の乾燥組成を持つ水分が加えられた燃料を用いて運転
した。即ち、電池を６５０°Ｃの運転温度まで２４時間
にわたって加熱し、２０００時間運転を続けた。このと
きの電池特性は次の通りであった。
【表１】
【００２５】上記の運転結果は現在用いられているＮｉ
／Ｃｒアノードで見い出されるとの同程度に良好な安定
な電池運転であることを示す。
【００２６】実施例３ ３ｃｍ2 の実験室規模の溶融アルカリ金属炭酸塩燃料電
池用に多孔質アノードを本発明の方法に従って最終構造
体における鉄含量を４０重量％にして製造した。平均寸
法３ミクロンのニッケル粉末６８．８ｇを平均寸法５ミ
クロンのＮｉＯ粉末８．０ｇ、粒子寸法５ミクロン未満
のＦｅ2 Ｏ 3 ８．９ｇ及び平均寸法５ミクロンの鉄粉
末４４ｇと混合した。この粉末類とアクリルベースのバ
インダー１８重量％のバインダー系８０ｇ及び塩化メチ
レン１７ｇを混合してスラリーを形成した。開口１．４
ｍｍを有するドクターナイフ及び１０００ｃｐのスリッ
プ粘度を用いてスラリーをスリップ注型してテープを形
成した。液体溶剤を室温で一夜蒸発させた。テープを炉
に入れ、Ｈ2 １０％／Ｎ2 ９０％の雰囲気下で４００°
Ｃまで４時間にわたって加熱することによってバインダ
ーを除去した。テープを４００°Ｃから７００°Ｃまで
４時間３０分にわたってゆっくり加熱し、続いて７００
°Ｃから８００°Ｃまで５０分にわたって加熱し、８０
０°Ｃに３０分保持することによってその酸化物粉末を
還元し、かつ金属粉末を焼結、合金化した。テープを次
に炉が自然の速度で室温まで冷却されるまゝその炉の中
に入れたままにして置いた。テープを取り出し、それに
ＬｉＯＨを焼結テープの１０％に等しい重量で被覆し
た。このテープの一部分を炉に再度入れ、Ｈ2 １０％／
Ｎ2 ９０％の雰囲気下、７４０°Ｃで３時間加熱した。
炉内雰囲気を次に６０°Ｃの露点を持つＨ2 ０．５％／
Ｎ2 ９９．５％の混合物に変えた。この雰囲気はニッケ
ルに対して還元性であるが、純粋の鉄に対しては酸化性
である。テープをこの雰囲気下に７４０°Ｃで２４時間
保持した。この時間中に水酸化リチウムとテープ内の鉄
／ニッケル合金との反応により少量のリチウムフェライ
トが生成した。
【００２７】実施例４ 実施例３で製造したアノードを用いて実施例２に記載の
通りの実験室規模の燃料電池を組み立てた。アノードは
ＬｉＯＨの添加前に測定して平均孔径４．２ミクロン、
気孔率６７％の多孔質であった。電池を２０００時間運
転した。その電池特性は次の通りであった。
【表２】
【００２８】実施例５ ３ｃｍ2 の実験室規模の溶融アルカリ金属炭酸塩燃料電
池用に多孔質アノードを本発明の方法に従って最終生成
物中の鉄含量を４０重量％、アルミニウム含量を１．８
重量％、残りをニッケルとして製造した。アルミニウム
を３重量％含有するニッケル合金６２ｇを２０ミクロン
未満の粒子寸法を持つ粉末として用い、これを直径５ミ
クロン未満の粒子寸法を持つＦｅ2 Ｏ3 粉末５７ｇと混
合した。アクリルベースのバインダー１８重量％のバイ
ンダー系７４ｇ及び塩化メチレン３７ｇを振動ミリング
しながら添加してスラリーを形成した。開口１．１ｍｍ
のドクターナイフ及び５７５０ｃｐのスリップ粘度を用
いてスラリーをスリップ注型した。室温で一夜乾燥する
ことによってテープから液体を蒸発させた。乾燥テープ
をＨ2 １０％／Ｎ2 ９０％の雰囲気下にある炉内に入
れ、１０００°Ｃまで５時間にわたって加熱した。この
温度を２時間保持し、次いで炉を室温まで自然な冷却速
度で冷却させた。テープに若干のそり（ｗａｒｐｉｎ
ｇ）が認められたので、より低加熱速度が推奨される。
【００２９】実施例６ 実施例５で製造したアノードを使用して実施例２に記載
した通りの実験室規模の燃料電池を組み立てた。アノー
ドは気孔率５４％、平均孔径６．３ミクロンの多孔質で
あった。電池を２０００時間運転した。達成された電池
特性は次の通りであった。
【表３】
【００３０】実施例７ ３ｃｍ2 の実験室規模の溶融アルカリ金属炭酸塩燃料電
池用に多孔質アノードを本発明の方法に従って、３５重
量％のＮｉＯと６５重量％のＬｉＦｅＯ2 とを混合する
ことによってニッケル３０重量％、リチウムフェライト
７０重量％となして酸化ニッケルとリチウムフェライト
から製造した。即ち、平均粒子寸法５ミクロンのＮｉＯ
粉末１９．１ｇを直径が３〜５ミクロンの粒子から構成
される直径２０〜４０ミクロンの凝集物を有するＬｉＦ
ｅＯ2 粉末３５ｇと混合した。これら粉末にアクリルベ
ースのバインダー１８重量％のバインダー系３４ｇ及び
塩化メチレン９ｇを添加し、振動ミル中で混合してスラ
リーを形成した。開口１．４ｍｍのドクターナイフ及び
２５７５ｃｐのスラリー粘度を用いてスラリーをスリッ
プ注型してテープを形成した。室温で一夜風乾すること
によってテープから液体溶剤を蒸発させた。乾燥テープ
を露点６０°ＣのＨ2 １％／Ｎ2 ９９％の雰囲気下にあ
る炉内に入れ、１０４０°Ｃまで９時間にわたって加熱
し、１０４０°Ｃに１２分間保持し、そして炉の自然な
冷却速度で室温まで冷却させた。
【００３１】実施例８ 実施例７で製造したアノードを用いて実施例２に記載の
通りの実験室規模の燃料電池を組み立てた。アノードは
気孔率４４％、平均孔直径、１．９ミクロンの多孔質で
あった。電池を５００時間運転したとき次の電池特性が
達成された。
【表４】
【００３２】実施例９ ３ｃｍ2 の実験室規模の溶融アルカリ金属炭酸塩燃料電
池用に多孔質アノードをニッケル／アルミニウム合金か
ら本発明の方法に従っておおよそ鉄を５６重量％、ニッ
ケルを４３重量％及びアルミニウムを１重量％として製
造した。加工は、粒子寸法２０ミクロン未満のニッケル
９７％／アルミニウム３％合金粉末６２ｇを平均粒子寸
法５ミクロンのＦｅ2 Ｏ3 粉末１１４ｇと混合し、これ
に振動ミル中でアクリルベースのバインダー１８重量％
のバインダー系２１５ｇ及び塩化メチレン８４ｇを加え
ることによって達成した。生成スラリーを開口１．８ｍ
ｍのドクターナイフ及びスリップ粘度１１５０ｃｐを用
いてスリップ注型して薄いテープを形成した。室温で一
夜風乾することによって液体溶剤を蒸発させた。乾燥テ
ープをコントロールされた雰囲気の炉に入れ、Ｈ2 １０
％／Ｎ2 ９０％の雰囲気下で室温から１０００°Ｃまで
５時間かけて加熱した。温度を１０００°Ｃに２時間保
持し、次いで炉を自然な冷却速度で冷却させた。
【００３３】実施例１０ 実施例９で製造したアノードを用いて実施例２に記載し
た通りの実験室規模の燃料電池を組み立てた。アノード
は気孔率４６％、平均孔径１．６ミクロンの多孔質であ
った。電池を６５０時間運転したとき次の電池特性が達
成された。
【表５】
【００３４】以上の特定の実施例は本発明による金属合
金リチウムフェライト複合アノードには幾つかの満足で
きる加工法があり、また斯るアノードは安定な電池性能
を与えることを示すものである。
【００３５】以上、明細書において本発明をある種の特
定の態様に関連させて記載し、かつ多数の細部を説明の
ために述べたが、本発明には更に他の態様が可能であ
り、かつ本明細書に記載される細部のうちある種のもの
は本発明の基本的な原理から逸脱しない範囲でかなり変
更可能なことは当業者には明白であろう。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ケネス・イー・ハーデイナ アメリカ合衆国イリノイ州60025，グレン ヴユー，チエストナツト 2000 (72)発明者 ロバート・ジエイ・レミツク アメリカ合衆国イリノイ州60439，ボリン グブルツク，フエザー・サウンド・ドライ ブ 630

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 リチウムフェライトを含み、残りがニッ
    ケル、コバルト、ニッケル／鉄、コバルト／鉄、ニッケ
    ル／鉄／アルミニウム、コバルト／鉄／アルミニウム及
    びそれらの混合物より成る群から選ばれる金属又は金属
    合金である、溶融アルカリ金属炭酸塩燃料電池の多孔質
    アノードにして、該フェライト及び該鉄を含めて該アノ
    ード複合体の総鉄含量が、アルミニウムが存在する場合
    に該アルミニウムが該アノードの５重量％以下を占める
    という条件で、該アノードの総重量に基づいて２５〜８
    ０重量％である、前記多孔質アノード。
  2. 【請求項２】 総鉄含量が３０〜５０重量％である、請
    求項１記載の溶融アルカリ金属炭酸塩燃料電池の多孔質
    アノード。
  3. 【請求項３】 総鉄含量が３５〜４５重量である、請求
    項１記載の溶融アルカリ金属炭酸塩燃料電池の多孔質ア
    ノード。
  4. 【請求項４】 アルミニウムがアノードに対して１〜３
    重量％存在する、請求項１記載の溶融アルカリ金属炭酸
    塩燃料電池の多孔質アノード。
  5. 【請求項５】 金属が主としてニッケルである、請求項
    １記載の溶融アルカリ金属炭酸塩燃料電池の多孔質アノ
    ード。
  6. 【請求項６】 金属が主としてコバルトである、請求項
    １記載の溶融アルカリ金属炭酸塩燃料電池の多孔質アノ
    ード。
  7. 【請求項７】 リチウムフェライトが総鉄の５０〜８５
    重量％を構成する量で存在する、請求項１記載の溶融ア
    ルカリ金属炭酸塩燃料電池の多孔質アノード。
  8. 【請求項８】 リチウムフェライトが総鉄の６０〜８０
    重量％を構成する量で存在する、請求項１記載の溶融ア
    ルカリ金属炭酸塩燃料電池の多孔質アノード。
  9. 【請求項９】 気孔率が４０〜６０％である、請求項１
    記載の溶融アルカリ金属炭酸塩燃料電池の多孔質アノー
    ド。
  10. 【請求項１０】 気孔の９０％以上が１５ミクロン以下
    の直径を有する、請求項１記載の溶融アルカリ金属炭酸
    塩燃料電池の多孔質アノード。
  11. 【請求項１１】 総鉄含量が３０〜６０％であり、金属
    が主としてニッケルであり、そしてリチウムフェライト
    が総鉄の５０〜８５％を構成する量で存在する、請求項
    １記載の溶融アルカリ金属炭酸塩燃料電池の多孔質アノ
    ード。
  12. 【請求項１２】 気孔率が４０〜６０％であり、そして
    気孔の９０％以上が１５ミクロン以下の直径を有する、
    請求項１１記載の溶融アルカリ金属炭酸塩燃料電池の多
    孔質アノード。
  13. 【請求項１３】 総鉄含量が３０〜６０％であり、金属
    が主としてコバルトであり、そしてリチウムフェライト
    が総鉄の５０〜８５％を構成する量で存在する、請求項
    １記載の溶融アルカリ金属炭酸塩の多孔質アノード。
  14. 【請求項１４】 気孔率が４０〜６０％であり、そして
    気孔の９０％以上が１５ミクロン以下の直径を有する、
    請求項１３記載の溶融アルカリ金属炭酸塩燃料電池の多
    孔質アノード。
  15. 【請求項１５】 ニッケル、酸化ニッケル、コバルト、
    酸化コバルト、ニッケル／アルミニウム合金及びコバル
    ト／アルミニウム合金、並びにそれらの混合物より成る
    群から選ばれる金属の粉末と鉄、酸化鉄及びリチウムフ
    ェライトより成る群から選ばれる鉄の粉末とを、アルミ
    ニウムが存在する場合は該アルミニウムがアノード構造
    体を形成する全成分の総重量の５重量％以下を占めると
    いう条件で、該総重量に基づいて２５〜８０重量％の鉄
    を含む粉末混合物を形成する量で混合し；該粉末混合物
    にバインダー系及びスラリーを形成するのに十分な液体
    を加え；該スラリーをスリップ注型して薄いテープを形
    成し；該液体を蒸発させ；該バインダーを除去して薄い
    テープ形態の粉末混合物をもたらすように加熱し；薄い
    テープ形態の該粉末混合物を化学的に還元性の雰囲気の
    下で焼結して多孔質構造体を形成し；そして該多孔質構
    造体を溶融水酸化リチウム又は溶融炭酸リチウムと接触
    させて該鉄の実質的量をリチウムフェライトに転化させ
    る；工程を含んで成る、安定な、高性能の、溶融アルカ
    リ金属炭酸塩燃料電池の多孔質金属アノードの製造法。
  16. 【請求項１６】 総鉄含量が３０〜５０重量％である、
    請求項１５記載の方法。
  17. 【請求項１７】 アルミニウムがアノード構造体に対し
    て１〜３重量％の量で存在する、請求項１５記載の方
    法。
  18. 【請求項１８】 金属が主としてニッケルである、請求
    項１５記載の方法。
  19. 【請求項１９】 金属が主としてコバルトである、請求
    項１５記載の方法。
  20. 【請求項２０】 リチウムフェライトが総鉄の５０〜８
    ５重量％を構成する量で存在する、請求項１５記載の方
    法。
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