JPH0570265B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、600〜700℃程度で作動する溶融塩燃
料電池用燃料極の製造法に関するものである。

従来例の構成とその問題点 従来より溶融塩燃料電池としては、炭酸溶融塩
を用いる系が最も一般的であり、この場合の炭酸
塩としては、アルカリ金属炭酸塩が取り上げられ
ている。すなわち炭酸リチウム、それに炭酸ナト
リウム、炭酸カリウムなどの混合物をアルミン酸
リチウムなどの耐溶融塩性の粉末とともに板状に
加工し、これを燃料極と酸化極の間に保持させて
電池が構成されている。

この電池の酸化極は、電極の一方の面は酸化性
雰囲気、他方の面は溶融塩電解質にそれぞれふれ
ていてしかも高温度であるから、耐食性が最も重
要であり、しかも酸素のイオン化の機能が必要で
あることから、その材料には制限が多く、現在の
ところでは、リチウム化したニツケル酸化物が最
も一般的である。

一方の燃料極としては、雰囲気が水素を主とす
る還元性であるから、酸化極よりは耐食性に関し
ては有利ではあるが、それでも高温度のもとで溶
融塩にふれるので、これに耐える材料が必要であ
り、導電性も考慮してニツケルが普通に使われて
いる。この場合のニツケル極としては、焼結式が
採用されていて、カーボニルニツケルなど公知の
粉末を導電性の芯材とともに還元性雰囲気中で焼
結して得られる。その他に導電性芯材として発泡
状の骨格を用いる場合も提案されているが、基本
的には電極の有効部分は焼結式のニツケル主体の
層から成り立つている。

このような電解質体と両電極を用いて構成した
溶融塩燃料電池の特性の向上と長寿命化には、な
お多くの課題がある。電池全体としては、各構成
材料の耐食性の向上、電極と電解質との密着性の
良好な保持、ガス拡散電極であるこれら両極の性
能維持のための三相帯の維持、作動中での焼結の
進行の抑制などである。また、もちろん製法が簡
単なことは、コスト低減のために不可欠である。

発明の目的 本発明は、前記各種の問題点のうち、とくに燃
料極に起因する課題を解決することを目的とする
もので、とくに製法の簡易化と作動中での焼結が
進行してもなお性能の良好さを維持して長寿命化
を可能にする燃料極を提供するものである。

発明の構成 本発明は、燃料極として働く材料であれば限定
はないが、とくに好ましいニツケルを用い、これ
を単独が、Zr、Cr、Alあるいはこれらの酸化物
を少量加えた粉末を用い、これを結着剤溶液とと
もにペースト状にし、これをスクリーン、エキス
パンドメタル、パンチングメタルなど通常の多孔
体に塗着し、必要ならば加圧を加えて焼結せずに
電池に組み込むことを特徴とする。

本発明の最も簡単な工程としては、芯材にペー
スト塗着、スリツト通過により表面の平滑化、乾
燥の工程により製造する方法である。強度をさら
に要する場合には、乾燥後に加圧を加えてもよ
い。また、さらに取扱いの上で強度を必要とする
場合には、結着剤として溶液の他に熱可塑性の樹
脂粉末をも加えておき、表面の平滑化後、あるい
は加圧後にこの樹脂粉末が溶融する温度以上に加
熱することも好ましい。結着剤としてはカルボキ
シメチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポ
リ塩化ビニル、ポリエチレンなど公知の高分子材
料が用いられうる。

本発明では、従来のニツケルを主体とする焼結
式電極が、電池の作動中に一層焼結が進み、多孔
度が減少して燃料極中への気体の拡散や電解質の
分布の点で問題が生じ、そのために性能が低下す
ることに着目し、電池に組立てる際には何らの焼
結も行なわず、作動温度への昇温中あるいは作動
時の温度で軽く焼結が生じるようにすることによ
り、製法の簡易化と同時に長寿命化も可能にする
ものである。

本発明による電極において、多孔性の導電体に
塗着しているニツケル粉末を主体とする層は、電
池の作動温度として好ましい600〜700℃に昇温す
る際に、内部に存在している結着剤は、分解し結
着剤の機能は失つてしまう。したがつてこれら結
着剤の役割は、電極の電池組立て前までの操作中
の強度を持たせるためのものである。したがつ
て、このように加熱により結着の機能は失つてし
まうが、今度は、この作動温度でゆつくりと焼結
が始まり、これによつて電極としての強度が十分
になり、また、高温度での焼結を行なつていない
ので、従来の焼結式電極に比べると焼結の進行が
極めて緩慢であるから長期にわたつて良好な性能
を維持するのである。

このように本発明では、燃料極として働き、し
かも600〜700℃で軽く焼結する材料であれば、た
とえばステンレス鋼系の粉末も使いうるが、性
能、耐食性などの点でニツケルが最もよい。ま
た、焼結の進行を抑制する目的で提案されている
Cr、Zr、Alあるいはこれらの酸化物の添加につ
いては、従来の焼結式電極ほどには必要としない
が、添加すればそれだけの効果はある。

実施例の説明 カーボニルニツケル粉末500ｇとポリエチレン
粉末40ｇを十分混合し、これにカルボキシメチル
セルロースの２重量％水溶液を加えてペースト状
にする。

このペーストを厚さ0.11mm、孔径2.0mm、孔間
隔2.5mmのニツケル製のパンチングメタルの両面
に塗着し、1.3mmのスリツト間を通して表面を平
滑にする。これを100Kg／cm²の圧力で軽く加圧し、
ついで140℃で20分間加熱して、加えたポリエチ
レンを溶解させる。この加熱時の雰囲気は空気中
でよい。

このような簡単な工程で得られたニツケル多孔
体をそのまま電池に組み込む。なお、このニツケ
ル多孔体は充分な強度を有していて、取扱い中に
破損などの現象はまつたく認められない。

この電極を燃料極とし、酸化極には、公知のリ
チウム化したニツケル酸化物からなる多孔体を用
いる。また、電解質およびその保持体としては、
炭酸リチウムと炭酸カリウムとの混合塩を55重量
％、アルミン酸リチウム粉末45重量％を含むペー
ストタイプの構造のものを用いた。

燃料ガスとしては、水素80％、炭酸ガス20％、
酸化剤としては、空気65％、炭酸ガス35％の混合
気体をそれぞれ用いた。なお、いずれも容積比で
ある。また、作動温度は650〜660℃である。

前記の本発明による燃料極を用いた電池をＡと
し、比較のために、Ａと同じカーボニルニツケル
に、過焼結の抑制のためにCrを重量比で20％加
えた粉末を用い、Ａと同じパンチングメタルを芯
材とし、水素中で850℃で15分間焼結した公知の
焼結式電極を用いた電池をＢとする。

第１図は、これら電池Ａ，Ｂの運転200時間
（100ｍＡ／cm²連続放電）後に調べた電流−電圧特
性である。図より明らかなように、本発明のよう
な焼結工程を加えない簡単な方法による燃料極を
用いても、初期における特性は従来の焼結式に比
べて少なくとも劣ることはないことがわかる。

つぎに第２図は、各電池を100ｍＡ／cm²の電流
密度で連続放電した際の電圧−時間特性を示す。
作動時間3500時間で、電池Ａでは燃料極に起因し
た電圧低下は極めて少ないのに対して、電池Ｂで
はゆつくりした低下が認められ、本発明の寿命向
上への効果は明らかである。その理由としては、
本発明の燃料極では、この作動中での軽い焼結で
電極が働いているので、公知の焼結体のようにす
でに高温度で十分焼結した場合と異なり、過焼結
が極めてゆつくり進むのみであることがあげられ
る。つまり、焼結が進み過ぎると多孔度、孔径と
も小さくなり、気体や電解質の拡散が阻害され、
また、電極と電解質と気体による三相帯も減少
し、性能が劣化するが、本発明によるものではこ
のような悪影響を受ける度合が少ないのである。

発明の効果 以上のように、本発明によれば、簡単な工程で
作動時での焼結の進み過ぎを抑制して長寿命の溶
融塩燃料電池用燃料極を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は燃料電池の電流−電圧特性の比較を示
す図、第２図は連続放電時の電圧の比較を示す図
である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 導電性の多孔体の少なくとも一方の面に、ニ
   ツケル粉末を主とし、これに結着剤を加えてペー
   スト状にしたものを塗着し、焼結工程を経ずに電
   池に組込むことを特徴とする溶融塩燃料電池用燃
   料極の製造法。 ２ 導電性の多孔体が、スクリーン、エキスパン
   ドメタルまたはパンチングメタルである特許請求
   の範囲第１項記載の溶融塩燃料電池用燃料極の製
   造法。