JPH0646570B2 - 溶融炭酸塩燃料電池 - Google Patents
溶融炭酸塩燃料電池Info
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- JPH0646570B2 JPH0646570B2 JP60089235A JP8923585A JPH0646570B2 JP H0646570 B2 JPH0646570 B2 JP H0646570B2 JP 60089235 A JP60089235 A JP 60089235A JP 8923585 A JP8923585 A JP 8923585A JP H0646570 B2 JPH0646570 B2 JP H0646570B2
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- gas
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、溶融炭酸塩などの溶融塩を電解質とし、ガス
状の活物質を用いた燃料電池の構成に関する。
状の活物質を用いた燃料電池の構成に関する。
従来の技術 溶融塩を電解質に用いた燃料電池を代表する溶融炭酸塩
燃料電池の基本構成を第３図に示す。炭酸カリウム、炭
酸リチウムなどの混合炭酸塩（例えばモル比でLi2CO3：
K2CO3＝62：38）とアルミン酸リチウムの微粉末を混合
し、ホットプレスした電解質体１（アルミン酸リチウム
重量比５５パーセント）を、ニッケル焼結体より成るア
ノード２ａと、リチウムニッケル酸化物のカソード２ｂ
とで挾み、それぞれのガス室には集電と電極の固定を兼
ねた集電体３が配されている。アノードガスａ，カソー
ドガスｃの活物質ガスはガス室１３入口から供給され、
排ガスはガス室出口から排出される。
燃料電池の基本構成を第３図に示す。炭酸カリウム、炭
酸リチウムなどの混合炭酸塩（例えばモル比でLi2CO3：
K2CO3＝62：38）とアルミン酸リチウムの微粉末を混合
し、ホットプレスした電解質体１（アルミン酸リチウム
重量比５５パーセント）を、ニッケル焼結体より成るア
ノード２ａと、リチウムニッケル酸化物のカソード２ｂ
とで挾み、それぞれのガス室には集電と電極の固定を兼
ねた集電体３が配されている。アノードガスａ，カソー
ドガスｃの活物質ガスはガス室１３入口から供給され、
排ガスはガス室出口から排出される。
電池の実用化に際しては、第３図に示した単電池を直列
に加圧積層しなければならないが、活物質ガスの供給方
法に大きく分けて２種類ある。すなわち活物質ガスの供
給分配のためのガス流路を電池の内部に設け、溶融炭酸
塩の封止効果（ウエットシール効果）を利用する内部マ
ニホールド型と、活物質ガスの分配器６を電池外部に設
け、電池本体との間の封止を特別な封止材を用いて行う
外部マニホールド型とがある。このうち第４図に示した
外部マニホールド型では、内部マニホールド型に比べ電
解質体１やバイポーラ板４の構成が簡単で大規模の積層
化に適していると考えられるが反面、各単電池の絶縁性
を保ちながら耐溶融塩性を有するガス封止材８を見出す
必要がある。
に加圧積層しなければならないが、活物質ガスの供給方
法に大きく分けて２種類ある。すなわち活物質ガスの供
給分配のためのガス流路を電池の内部に設け、溶融炭酸
塩の封止効果（ウエットシール効果）を利用する内部マ
ニホールド型と、活物質ガスの分配器６を電池外部に設
け、電池本体との間の封止を特別な封止材を用いて行う
外部マニホールド型とがある。このうち第４図に示した
外部マニホールド型では、内部マニホールド型に比べ電
解質体１やバイポーラ板４の構成が簡単で大規模の積層
化に適していると考えられるが反面、各単電池の絶縁性
を保ちながら耐溶融塩性を有するガス封止材８を見出す
必要がある。
発明が解決しようとする問題点 従来、外部マニホールド型の封止材８としては酸化イッ
トリウムで安定化した酸化ジリコニウムなどの無機繊維
から成るフェルトを用いる方法がある。（たとえばＤＯ
Ｅレポート ＤＯＥ／ＥＴ／1540−２） この方法で目的は達成されているようではあるが、繊維
状酸化ジルコニウムが高価であるうえ、電池運転中に電
解質体の溶融炭酸塩が封止材８に用いたフェルト中へ移
動し、電解質体の溶融炭酸塩が不足する。また、このよ
うな移動がおこると、フェルト中に移動した溶融炭酸塩
は共通電解質として働き、その結果電池性能の低下をも
たらす。また溶融炭酸塩の移動がおこっていない部分で
は当然のことながらの通気度は高く、従ってその封止効
果は充分でない。その様子を第５図に封止部の拡大図と
して示した。
トリウムで安定化した酸化ジリコニウムなどの無機繊維
から成るフェルトを用いる方法がある。（たとえばＤＯ
Ｅレポート ＤＯＥ／ＥＴ／1540−２） この方法で目的は達成されているようではあるが、繊維
状酸化ジルコニウムが高価であるうえ、電池運転中に電
解質体の溶融炭酸塩が封止材８に用いたフェルト中へ移
動し、電解質体の溶融炭酸塩が不足する。また、このよ
うな移動がおこると、フェルト中に移動した溶融炭酸塩
は共通電解質として働き、その結果電池性能の低下をも
たらす。また溶融炭酸塩の移動がおこっていない部分で
は当然のことながらの通気度は高く、従ってその封止効
果は充分でない。その様子を第５図に封止部の拡大図と
して示した。
その他の封止方法としては電池に用いている電解質体
や、溶融炭酸塩の含浸量を減らした電解質体をアルカリ
炭酸塩が凝固していない温度にてそのまま封止材として
用いる方法があるが、無機繊維からなるフェルトの場合
でも発生した共通電解質となる問題が起こり、本質的な
解決とはなっていない。
や、溶融炭酸塩の含浸量を減らした電解質体をアルカリ
炭酸塩が凝固していない温度にてそのまま封止材として
用いる方法があるが、無機繊維からなるフェルトの場合
でも発生した共通電解質となる問題が起こり、本質的な
解決とはなっていない。
本発明は、外部マニホールド型積層燃料電池の活物質ガ
ス分配装置と電池本体との間の封止方法を改善し、積層
燃料電池の性能向上と長寿命化を図ったものである。
ス分配装置と電池本体との間の封止方法を改善し、積層
燃料電池の性能向上と長寿命化を図ったものである。
問題点を解決するための手段 活物質ガス分配装置と電池本体との間の封止材として、
電池に用いている電解質体を用いると、電池運転時にお
いて共通電解質となり電池劣化の原因となるが、たとえ
ば廃熱利用用の熱交換器を活物質ガス分配器の封止材と
接する部分に取り付けるなどして封止材として用いた電
解質体の温度を炭酸塩の融点以下の温度に下げて電解質
体を凝固させると共通電解質の問題を避けることができ
る。本発明はこのようにして特別な材料を用いずに、電
池の運転状態で活物質ガス分配装置と電池本体とを信頼
性よく封止するものである。
電池に用いている電解質体を用いると、電池運転時にお
いて共通電解質となり電池劣化の原因となるが、たとえ
ば廃熱利用用の熱交換器を活物質ガス分配器の封止材と
接する部分に取り付けるなどして封止材として用いた電
解質体の温度を炭酸塩の融点以下の温度に下げて電解質
体を凝固させると共通電解質の問題を避けることができ
る。本発明はこのようにして特別な材料を用いずに、電
池の運転状態で活物質ガス分配装置と電池本体とを信頼
性よく封止するものである。
作用 以上のように活物質ガス分配器と電池本体との間の封止
材として電池の電解質に用いた炭酸塩を用い、かつその
炭酸塩の温度を下げて凝固させると導電性を極度に低下
させることができる。したがって炭酸塩を溶融状態で用
いた時のような電池性能の劣化を招くことなく、しかも
活物質ガス分配器を構成する材料や電池本体を構成する
バイポーラ板、電解質体などと密着性のよい封止構造を
得ることができる。
材として電池の電解質に用いた炭酸塩を用い、かつその
炭酸塩の温度を下げて凝固させると導電性を極度に低下
させることができる。したがって炭酸塩を溶融状態で用
いた時のような電池性能の劣化を招くことなく、しかも
活物質ガス分配器を構成する材料や電池本体を構成する
バイポーラ板、電解質体などと密着性のよい封止構造を
得ることができる。
実施例 封止材として用いる炭酸塩の温度を下げる方法として
は、電池本体内部の封止材に近い部位に冷却管を設ける
など種々あるが、本発明の実施例としてここでは第１図
に示したように活物質ガス分配器の周辺部分、すなわち
封止材と接する部分に廃熱利用の熱交換冷却器を設けた
例を実施例としてあげる。
は、電池本体内部の封止材に近い部位に冷却管を設ける
など種々あるが、本発明の実施例としてここでは第１図
に示したように活物質ガス分配器の周辺部分、すなわち
封止材と接する部分に廃熱利用の熱交換冷却器を設けた
例を実施例としてあげる。
実施例に用いた積層電池の電解質体１は、混合炭酸塩
（例えばモル比でLi2CO：K2CO3＝62：38とし、融点４９
５℃としたもの）と、アルミン酸リチウム粉末との混合
物をホットプレスで製造した。電極２はニッケル粉末の
１５cm角の焼結体を用いた。またバイポーラ板４（ステ
ンレス鋼ＳＵＳ３０４）の上下両面の互いに異なる向か
い合った端部に突起を設け、アノードガスａとカソード
ガスｃとを互いに交差する方向から供給できるようにし
た。電極の電解質体への圧接と集電体としての機能を兼
ねたステンレス鋼金網３をバイポーラ板４と電極２との
間に配し、ガス室を形成した。このようにして構成した
単電池を３セル積み重ね、端部に同じくＳＵＳ３０４か
らなる電池端板５を配し、上下からエアシリンダー１４
で1.5kg/cm2の一定加重で加圧した。
（例えばモル比でLi2CO：K2CO3＝62：38とし、融点４９
５℃としたもの）と、アルミン酸リチウム粉末との混合
物をホットプレスで製造した。電極２はニッケル粉末の
１５cm角の焼結体を用いた。またバイポーラ板４（ステ
ンレス鋼ＳＵＳ３０４）の上下両面の互いに異なる向か
い合った端部に突起を設け、アノードガスａとカソード
ガスｃとを互いに交差する方向から供給できるようにし
た。電極の電解質体への圧接と集電体としての機能を兼
ねたステンレス鋼金網３をバイポーラ板４と電極２との
間に配し、ガス室を形成した。このようにして構成した
単電池を３セル積み重ね、端部に同じくＳＵＳ３０４か
らなる電池端板５を配し、上下からエアシリンダー１４
で1.5kg/cm2の一定加重で加圧した。
以上のような積層電池の側面にステンレス鋼ＳＵＳ３０
４製の活物質ガス分配器６を取り付け、積層電池との間
に封止材として電解質体８を配した。これらの活物質ガ
ス分配器６はエアーシリンダーによって常に一定加重
（1.5kg/cm2）で電池本体に締め付けられるようにし
た。本発明の実施例ではこの活物質ガス分配器６の周辺
部の封止材８と接する部分に沿って冷却管７を構成し
た。またその熱媒として空気９を用いたが、廃熱利用の
形態によって他の熱媒、たとえば溶融硝酸ナトリウムな
どを用いてもよい。さらに封止部の温度を測定するため
に封止部及びその周辺にいくつかの熱電対を設けた。
４製の活物質ガス分配器６を取り付け、積層電池との間
に封止材として電解質体８を配した。これらの活物質ガ
ス分配器６はエアーシリンダーによって常に一定加重
（1.5kg/cm2）で電池本体に締め付けられるようにし
た。本発明の実施例ではこの活物質ガス分配器６の周辺
部の封止材８と接する部分に沿って冷却管７を構成し
た。またその熱媒として空気９を用いたが、廃熱利用の
形態によって他の熱媒、たとえば溶融硝酸ナトリウムな
どを用いてもよい。さらに封止部の温度を測定するため
に封止部及びその周辺にいくつかの熱電対を設けた。
電池の運転開始時にはこれらの電池系を電気炉内で一旦
５５０℃まで昇温し、封止部の電解質体が溶融して活物
質ガス分配器６および電池本体と充分密着させたのち冷
却管７により冷却し、封止部の温度を炭酸塩の融点以下
の４５０℃に保った。封止部以外の電池本体は６５０℃
まで昇温し、電池運転を行った。
５５０℃まで昇温し、封止部の電解質体が溶融して活物
質ガス分配器６および電池本体と充分密着させたのち冷
却管７により冷却し、封止部の温度を炭酸塩の融点以下
の４５０℃に保った。封止部以外の電池本体は６５０℃
まで昇温し、電池運転を行った。
第２図に本発明による封止法で活物質ガス分配器と電池
本体の間の封止を行った時の３セル積層電池Ａの性能
を、繊維状酸化ジルコニウムＢ、溶融した電解質体Ｃ，
繊維状酸化アルミニウムＤをそれぞれ封止材に用いた場
合の性能と比較して表した。なお、運転温度は６５０
℃，電流密度は１５０mA/cm2、活物質ガスを水素として
その流量を２／分・cm2とした。繊維状酸化ジルコニ
ウムＢや繊維状酸化アルミニウムＤを用いた電池では封
止効果が充分でなく、溶融状態の電解質体では共通電解
質のため性能低下が著しいのに対して、本発明による封
止法を採用すると長期にわたって安定した性能が得られ
ることがわかった。封止部およびその周辺に設けた熱電
対による電池本体の温度分布の測定結果によれば、電極
部分においてはほぼ６５０℃を示しており、封止のため
に封止部を冷却した影響はほとんどないことがわかっ
た。
本体の間の封止を行った時の３セル積層電池Ａの性能
を、繊維状酸化ジルコニウムＢ、溶融した電解質体Ｃ，
繊維状酸化アルミニウムＤをそれぞれ封止材に用いた場
合の性能と比較して表した。なお、運転温度は６５０
℃，電流密度は１５０mA/cm2、活物質ガスを水素として
その流量を２／分・cm2とした。繊維状酸化ジルコニ
ウムＢや繊維状酸化アルミニウムＤを用いた電池では封
止効果が充分でなく、溶融状態の電解質体では共通電解
質のため性能低下が著しいのに対して、本発明による封
止法を採用すると長期にわたって安定した性能が得られ
ることがわかった。封止部およびその周辺に設けた熱電
対による電池本体の温度分布の測定結果によれば、電極
部分においてはほぼ６５０℃を示しており、封止のため
に封止部を冷却した影響はほとんどないことがわかっ
た。
発明の効果 以上のように本発明によれば、積層型溶融炭酸塩燃料電
池の活物質ガス分配器と、電池本体との封止材として特
別な材料を使わずにすみ、しかも長期間にわたって信頼
性のある封止ができるので、溶融炭酸塩燃料電池の大規
模積層化技術の進展に寄与するところは極めて大であ
る。
池の活物質ガス分配器と、電池本体との封止材として特
別な材料を使わずにすみ、しかも長期間にわたって信頼
性のある封止ができるので、溶融炭酸塩燃料電池の大規
模積層化技術の進展に寄与するところは極めて大であ
る。
第１図は活物質ガス分配器の封止部に冷却管を配した本
発明の実施例における積層電池を示した説明図、第２図
は実施例における電池の性能を従来の電池の性能と比較
して示した図、第３図は溶融炭酸塩燃料電池の単電池構
成を示す図、第４図は積層外部マニホールド型溶融炭酸
塩燃料電池の構成を示す図、第５図は綿状酸化ジルコニ
ウムによる封止を示した図である。 １……電解質体、２……カソード、３……集電体、４…
…バイポーラ板、５……電池端板、６……活物質ガス分
配器（マニホールド）、７……冷却管、８……凝固した
電解質体からなる封止材、９……冷却用空気、１０……
繊維状酸化ジルコニウムの封止材、１１……溶融塩がし
み出した部分、１２……H2（アノードガス）がもれる部
分。
発明の実施例における積層電池を示した説明図、第２図
は実施例における電池の性能を従来の電池の性能と比較
して示した図、第３図は溶融炭酸塩燃料電池の単電池構
成を示す図、第４図は積層外部マニホールド型溶融炭酸
塩燃料電池の構成を示す図、第５図は綿状酸化ジルコニ
ウムによる封止を示した図である。 １……電解質体、２……カソード、３……集電体、４…
…バイポーラ板、５……電池端板、６……活物質ガス分
配器（マニホールド）、７……冷却管、８……凝固した
電解質体からなる封止材、９……冷却用空気、１０……
繊維状酸化ジルコニウムの封止材、１１……溶融塩がし
み出した部分、１２……H2（アノードガス）がもれる部
分。
Claims (1)
- 【請求項１】溶融塩を構成要素とする電解質体と、前記
電解質体を挟持する一対の電極と、前記電極のアノード
側とカソード側の表面を別個に壁面とするガス室と、前
記電極と電気的に接触するように前記ガス室内に配した
集電体と、前記集電体と接し隣接する単電池との境界と
なるバイポーラ板を具備する単電池を複数個積層して直
列接続して積層型電池を構成し、前記積層型電池の側面
端部に封止材を配し、アノードガスの供給口と排出口、
カソードガスの供給口と排出口がそれぞれ同一側面に来
るように構成し、かつ各単電池の前記ガス室へのアノー
ドガス、カソードガスの供給・排出が、前記積層型電池
の側面に前記封止材を介して設けた活物質ガス分配器に
よって行われる外部マニホールド型溶融炭酸塩燃料電池
において、 前記活物質ガス分配器の封止材と接する部位を冷却する
手段を設け、前記封止材中のアルカリ炭酸塩をその融点
以下に冷却することによって封止材中のアルカリ炭酸塩
が凝固した状態とすることを特徴とする溶融炭酸塩燃料
電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60089235A JPH0646570B2 (ja) | 1985-04-25 | 1985-04-25 | 溶融炭酸塩燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60089235A JPH0646570B2 (ja) | 1985-04-25 | 1985-04-25 | 溶融炭酸塩燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61248369A JPS61248369A (ja) | 1986-11-05 |
| JPH0646570B2 true JPH0646570B2 (ja) | 1994-06-15 |
Family
ID=13965079
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60089235A Expired - Lifetime JPH0646570B2 (ja) | 1985-04-25 | 1985-04-25 | 溶融炭酸塩燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0646570B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0652660B2 (ja) * | 1987-10-02 | 1994-07-06 | 株式会社日立製作所 | 溶融炭酸塩型燃料電池 |
| US6114058A (en) * | 1998-05-26 | 2000-09-05 | Siemens Westinghouse Power Corporation | Iron aluminide alloy container for solid oxide fuel cells |
| JP5064023B2 (ja) * | 2006-12-28 | 2012-10-31 | ドゥサン ヘヴィー インダストリーズ アンド コンストラクション カンパニー リミテッド | 溶融炭酸塩燃料電池の電解質含浸空気極製造方法 |
-
1985
- 1985-04-25 JP JP60089235A patent/JPH0646570B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61248369A (ja) | 1986-11-05 |
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