JPH065305A - Molten carbonate fuel cell - Google Patents

Molten carbonate fuel cell

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JPH065305A
JPH065305A JP4159294A JP15929492A JPH065305A JP H065305 A JPH065305 A JP H065305A JP 4159294 A JP4159294 A JP 4159294A JP 15929492 A JP15929492 A JP 15929492A JP H065305 A JPH065305 A JP H065305A
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JP
Japan
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molten carbonate
fuel cell
electrolyte
end plate
cathode
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JP4159294A
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Japanese (ja)
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Hideo Maeda
秀雄 前田
Hiroaki Urushibata
広明 漆畑
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
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Abstract

PURPOSE:To provide a molten carbonate fuel cell in which deterioration of performance of a fuel cell can be prevented, and in which seal performance can be improved by improving a seal body itself for reducing electrolyte movement quantity in the seal body. CONSTITUTION:A molten carbonate fuel cell is composed of a fuel cell lamination body comprising unit cells and separators laminated on each other in order, and manifolds applied to side surfaces of it through seal bodies. The seal body 5 is composed of ceramic fiber 20 and hole-sealing material 21 carried by them. The hole-sealing material 21 is not good electric conductive material, but its volume is expanded by chemical reaction with molten carbonate electrolyte or material generated from the molten carbonate electrolyte, and its reaction product by chemical reaction with the molten carbonate electrolyte or material generated by the molten carbonate electrolyte is not good electric conductive material.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、溶融炭酸塩型燃料電
池に関し、特に電解質移動速度を遅らせ、かつ、ガスシ
ール機能を向上させる溶融炭酸塩型燃料電池の積層体構
造に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a molten carbonate fuel cell, and more particularly to a laminated structure of a molten carbonate fuel cell which delays an electrolyte migration speed and improves a gas sealing function.

【0002】[0002]

【従来の技術】図5は従来の溶融炭酸塩型燃料電池の積
層体の一部切り欠け斜視図であり、図において1は単電
池、2は燃料入口側の積層体面、3は酸化剤ガス入口側
の積層体面、5はマニホールド(図示せず)を取り付け
るための多孔質によるシール体、11はアノード端板、
12はカソード端板である。
2. Description of the Related Art FIG. 5 is a partially cutaway perspective view of a laminated body of a conventional molten carbonate fuel cell, in which 1 is a single cell, 2 is a surface of the laminated body on the fuel inlet side, and 3 is an oxidant gas. The inlet side laminate surface, 5 is a porous seal body for mounting a manifold (not shown), 11 is an anode end plate,
12 is a cathode end plate.

【0003】ここで、単電池1は、多孔質の焼結ニッケ
ルーアルミからなるアノード電極および多孔質酸化ニッ
ケルからなるカソード電極が、多孔質電解質マトリクス
の主表面上に配置されており、アルミン酸リチウム(L
iAlO2)またはその他の不活性セラミックからなる
マトリクスには、溶融アルカリ金属炭酸塩型電解質(例
えばLi2CO3/K2CO3)が満たされ、アノード電極
の背面にはアノードの反応ガス流路、カソード電極の背
面にはカソード反応ガス流路が設けられて構成されてい
る。さらに、溶融炭酸塩型燃料電池の積層体は、単電池
1がアノード端板11とカソード端板12との間に数十
〜数百積層され、燃料入口および出口側の積層体面、酸
化剤ガス入口および出口側の積層体面のそれぞれにシー
ル体5を介してマニホールドが取り付けられて構成され
ている。
Here, in the unit cell 1, an anode electrode made of porous sintered nickel-aluminum and a cathode electrode made of porous nickel oxide are arranged on the main surface of a porous electrolyte matrix. Lithium (L
A matrix of iAlO 2 ) or other inert ceramic is filled with a molten alkali metal carbonate type electrolyte (eg Li 2 CO 3 / K 2 CO 3 ), and the anode reaction gas flow path is on the back of the anode electrode. A cathode reaction gas channel is provided on the back surface of the cathode electrode. Further, in the laminated body of the molten carbonate fuel cell, the unit cell 1 is laminated in several tens to several hundreds between the anode end plate 11 and the cathode end plate 12, and the surface of the laminated body on the fuel inlet and outlet sides, the oxidant gas A manifold is attached to each of the inlet-side and outlet-side surfaces of the laminate through a seal body 5.

【0004】つぎに、上記従来の溶融炭酸塩型燃料電池
の動作について説明する。燃料電池を運転温度まで昇温
すると単電池1内に仕込まれている電解質が溶融し、単
電池1内のアノード電極、カソード電極およびマトリク
スに吸収されるとともに、電池側面と接するシール体5
にも吸収される。このとき、電解質によるウエットシー
ルによって積層体面とマニホールドとの間のガスシール
が行われる。こうした状態の燃料電池を運転すると、シ
ール体5中の電解質はカソード端板12側からアノード
端板11側にかけてイオン短絡を起こすことになり、電
気的な力によりカソード端板12側からアノード端板1
1側に向かって移動し、アノード端セルでは電解質が氾
濫し、一方カソード端セルでは電解質が枯渇した状態と
なる。
Next, the operation of the above conventional molten carbonate fuel cell will be described. When the temperature of the fuel cell is raised to the operating temperature, the electrolyte charged in the unit cell 1 is melted and absorbed by the anode electrode, the cathode electrode and the matrix in the unit cell 1, and is in contact with the side surface of the cell.
Is also absorbed. At this time, gas sealing between the laminate surface and the manifold is performed by wet sealing with an electrolyte. When the fuel cell in this state is operated, the electrolyte in the seal body 5 causes an ionic short circuit from the cathode end plate 12 side to the anode end plate 11 side, and the cathode end plate 12 side to the anode end plate is caused by an electric force. 1
Moving toward the 1st side, the electrolyte is flooded in the anode end cell, while the electrolyte is depleted in the cathode end cell.

【0005】しかし、上記電解質移動によって生じた電
解質の氾濫と枯渇とにより、電池の性能が著しく損なわ
れ、積層体の運転にも支障をきたすという欠点あった。
However, due to the electrolyte flooding and depletion caused by the migration of the electrolyte, the performance of the battery is significantly impaired and the operation of the laminate is also impaired.

【0006】その改善策として、アノード端板11とカ
ソード端板12とに電解質を貯蔵する多孔質貯蔵層を設
けて、電解質移動の影響を遅らせる積層体構造(特開昭
63ー279575号公報)や、低融点結晶化ガラスに
より完全なガスシール体を形成し、シール体を通しての
電解質移動を阻止する積層体構造(特開昭63ー165
75号公報)が提案されている。
[0006] As a remedy for this, a laminated structure for delaying the effect of electrolyte migration is provided by providing a porous storage layer for storing an electrolyte on the anode end plate 11 and the cathode end plate 12 (JP-A-63-279575). Alternatively, a laminated body structure that forms a complete gas seal body with low melting point crystallized glass and prevents the electrolyte migration through the seal body (JP-A-63-165).
No. 75) is proposed.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】従来の溶融炭酸塩型燃
料電池は以上のように構成しているので、燃料電池の運
転の際にシール体5中の電解質がカソード端板12側か
らアノード端板11側に向かって移動し、この電解質移
動によって生じた電解質の氾濫と枯渇とにより、電池の
性能が著しく損なわれ、積層体の運転にも支障をきたす
というという課題があった。
Since the conventional molten carbonate fuel cell is constructed as described above, the electrolyte in the seal body 5 moves from the cathode end plate 12 side to the anode end during operation of the fuel cell. There was a problem that the performance of the battery was significantly impaired by the movement and the exhaustion of the electrolyte caused by the movement of the electrolyte toward the plate 11 side, and the operation of the laminate was also hindered.

【0008】また、アノード端板11とカソード端板1
2とに電解質を貯蔵する多孔質貯蔵層を設けてなる改善
策としての燃料電池積層体では、端セルの電解質変化許
容量が増大するので、シール体5を介して起こる電解質
変化量が一定の場合には電解質移動の影響を遅らせるこ
とができるが、電解質移動は依然として生じているので
根本的な解決にはなっていない。しかも、シール体5を
通しての電解質移動は電気的な力によるカソード端板1
2側からアノード端板11側への移動の他に、毛管力に
よる電解質含有量を均一にする方向への移動があり、通
常は電気的な力による移動の逆方向に働いて総移動量を
減少させているが、端セルの貯蔵能力を増大すると貯蔵
能力の増大したセルとそうでないセルとの毛管力の釣り
合いから総移動量が増大し、移動の影響が遅れないどこ
ろか接近する単セルの寿命をかえって縮めてしまうとい
う課題もあった。
Further, the anode end plate 11 and the cathode end plate 1
In the fuel cell stack as an improvement measure in which a porous storage layer for storing an electrolyte is provided in 2 and, since the allowable amount of electrolyte change of the end cells is increased, the amount of electrolyte change that occurs through the seal body 5 is constant. In some cases the effect of electrolyte migration can be delayed, but it is not a fundamental solution as electrolyte migration is still occurring. Moreover, the movement of the electrolyte through the sealing body 5 is caused by the electric force of the cathode end plate 1.
In addition to the movement from the 2 side to the anode end plate 11 side, there is a movement in the direction in which the electrolyte content is made uniform by the capillary force, and normally, the total movement amount works by acting in the opposite direction of the movement by the electric force. Although it is decreasing, when the storage capacity of the end cells is increased, the total transfer amount increases due to the balance of the capillary force between the cells with increased storage capacity and the cells that do not, and the effect of the transfer is not delayed. There was also the problem of shortening the service life.

【0009】また、シール体5を低融点結晶化ガラスと
する改善策としての燃料電池積層体では、単電池1内で
も電解質が腐食や蒸発等により消費されており、各セル
内の電解質が減少していくので、運転を続けていくうち
に、各セルでの電解質枯渇による性能低下が生じるとい
う課題もあった。そのために、各電池内に電解質を補給
することが考えられるが、運転中では端セルにしか補給
できず、また全セルに均一に補給するには運転を停止し
て室温まで下げる必要があった。
Further, in the fuel cell stack as an improvement measure in which the sealing body 5 is a low melting point crystallized glass, the electrolyte is consumed even in the unit cell 1 due to corrosion, evaporation, etc., and the electrolyte in each cell is reduced. Therefore, there is also a problem that performance deterioration due to electrolyte depletion occurs in each cell as the operation is continued. Therefore, it is conceivable to replenish the electrolyte in each battery, but only the end cells can be replenished during operation, and in order to uniformly replenish all cells, it was necessary to stop the operation and lower it to room temperature. .

【0010】この発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたもので、シール体自身を改良し、シール
体中の電解質移動量の低減を図り、燃料電池の性能低下
を防止し、かつ、シール性能を向上させる溶融炭酸塩型
燃料電池を得ることを第1の目的とする。
The present invention has been made to solve the above problems, and improves the seal body itself to reduce the amount of movement of electrolyte in the seal body and prevent the performance of the fuel cell from being deteriorated. Moreover, it is a first object to obtain a molten carbonate fuel cell with improved sealing performance.

【0011】また、シール体自身を改良し、シール体の
電気電導度を積層体方向で変化させ、運転を停止するこ
となく端セルに添加した電解質が積層体の各セルに均一
に分布させることにより、燃料電池の性能低下を防止
し、かつ、稼働率を向上させる溶融炭酸塩型燃料電池を
得ることを第2の目的とする。
Further, the sealing body itself is improved so that the electric conductivity of the sealing body is changed in the direction of the stack so that the electrolyte added to the end cells can be uniformly distributed in each cell of the stack without stopping the operation. A second object of the present invention is to obtain a molten carbonate fuel cell that prevents deterioration of the performance of the fuel cell and improves the operating rate.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】この発明の第1の発明に
係る溶融炭酸塩型燃料電池は、電気良導体でなく、溶融
炭酸塩型電解質あるいは溶融炭酸塩型電解質より生成さ
れた物質と化学反応して体積が膨張し、かつ、溶融炭酸
塩型電解質あるいは溶融炭酸塩型電解質より生成された
物質との化学反応による反応生成物が電気良導体でない
封孔材料を、セラミクス繊維の布あるいはフェルト中に
担持させてシール体を構成したものである。
The molten carbonate fuel cell according to the first aspect of the present invention is not a good electric conductor, but a molten carbonate type electrolyte or a chemical reaction with a substance produced from the molten carbonate type electrolyte. Then, the sealing material whose volume expands and whose reaction product by the chemical reaction with the molten carbonate type electrolyte or the substance generated from the molten carbonate type electrolyte is not a good electric conductor is placed on the ceramic fiber cloth or felt. The carrier is carried to form a seal body.

【0013】また、この発明の第2の発明に係る溶融炭
酸塩型燃料電池は、電気良導体でなく、溶融炭酸塩型電
解質あるいは溶融炭酸塩型電解質より生成された物質と
の化学反応による反応生成物が電気良導体でなく、か
つ、溶融炭酸塩型電解質の主要金属イオンの内の1つの
金属イオンと優先的に反応する封孔材料を、セラミクス
繊維の布あるいはフェルト中に担持させてシート体を構
成したものである。
Further, the molten carbonate fuel cell according to the second aspect of the present invention is not a good electric conductor, but a reaction produced by a chemical reaction with a molten carbonate electrolyte or a substance produced from the molten carbonate electrolyte. The material is not a good electric conductor, and the sealing material that reacts preferentially with one of the main metal ions of the molten carbonate type electrolyte is carried on the cloth or felt of ceramic fiber to form a sheet. It is composed.

【0014】また、この発明の第3の発明に係る溶融炭
酸塩型燃料電池は、単純炭酸塩からなる封孔材料を、セ
ラミクス繊維の布あるいはフェルト中に担持させてシー
ル体を構成したものである。
In the molten carbonate fuel cell according to the third aspect of the present invention, a sealing material is formed by supporting a sealing material made of simple carbonate on a cloth or felt of ceramic fiber. is there.

【0015】また、この発明の第4の発明に係る溶融炭
酸塩型燃料電池は、燃料電池積層体の積層方向に対する
垂直方向のシール体の断面積を、カソード端板側で大き
く、アノード端板側で小さくなるように構成したもので
ある。
Also, in the molten carbonate fuel cell according to the fourth aspect of the present invention, the cross-sectional area of the seal body in the direction perpendicular to the stacking direction of the fuel cell stack is large on the cathode end plate side and is large on the anode end plate side. It is configured to be smaller on the side.

【0016】また、この発明の第5の発明に係る溶融炭
酸塩型燃料電池は、シール体の空孔率を、カソード端板
側で大きく、アノード端板側で小さくなるように構成し
たものである。
The molten carbonate fuel cell according to the fifth aspect of the present invention is configured such that the porosity of the seal body is large on the cathode end plate side and small on the anode end plate side. is there.

【0017】[0017]

【作用】この発明の第1の発明においては、シール体中
の封孔材料が、燃料電池積層体を運転のために温度をあ
げた際に、マトリクスを介してシール体中に入り込む溶
融した溶融炭酸塩型電解質と反応して反応生成物を生成
する。このことは、電解質との反応により封孔材料の体
積が実質的に膨張したこととなり、未反応の封孔材料と
反応生成物とが、シール体のセラミック繊維の布あるい
はフェルトの空孔を塞ぎ、ガスシール機能が高められ
る。また、電気良導体でない封孔材料および反応生成物
によって塞がれてシール体中の空孔体積が低減し、カソ
ード端板からアノード端板にかけての電解質のイオン電
導性(電気電導性)が下がり、カソード端板からアノー
ド端板に向かう電解質移動量が低減される。
According to the first aspect of the present invention, the sealing material in the seal body melts into the seal body through the matrix when the temperature of the fuel cell stack is raised for operation. It reacts with the carbonate type electrolyte to produce a reaction product. This means that the volume of the sealing material has substantially expanded due to the reaction with the electrolyte, and the unreacted sealing material and the reaction product block the pores of the ceramic fiber cloth or felt of the seal body. , The gas seal function is enhanced. Also, the pore volume in the seal body is reduced by being blocked by the sealing material and the reaction product which are not good electrical conductors, and the ionic conductivity (electrical conductivity) of the electrolyte from the cathode end plate to the anode end plate is lowered, The amount of electrolyte migration from the cathode end plate to the anode end plate is reduced.

【0018】また、この発明の第2の発明においては、
シール体中の封孔材料が、マトリクスを介して入り込む
溶融した電解質の主要金属イオンの内の1つの金属イオ
ンと優先的に反応することにより、シール体中の電解質
組成が変化して融点の上昇をもたらし、シール体中で電
解質が凝固し、シール体の空孔を塞ぎ、ガスシール機能
が高まるとともに、電気電導性が下がり電解質移動量が
低減される。
In the second invention of the present invention,
The sealing material in the seal body reacts preferentially with one of the main metal ions of the molten electrolyte that enters through the matrix, thereby changing the electrolyte composition in the seal body and increasing the melting point. As a result, the electrolyte is solidified in the seal body, the pores of the seal body are closed, the gas sealing function is enhanced, the electric conductivity is lowered, and the amount of movement of the electrolyte is reduced.

【0019】また、この発明の第3の発明においては、
シール体中の封孔材料は、マトリクスを介して入り込む
溶融した電解質と化学反応しないが、電解質に溶けてい
き、あるいは電解質が封孔材料に固溶していき、次第に
シール体中の電解質の融点が上昇し、凝固してシール体
の空孔を塞ぎ、ガスシール機能が高まるとともに、電気
電導性が下がり電解質移動量が低減される。
According to the third aspect of the present invention,
The sealing material in the sealing body does not chemically react with the molten electrolyte that enters through the matrix, but it dissolves in the electrolyte, or the electrolyte gradually dissolves into the sealing material, gradually melting the melting point of the electrolyte in the sealing body. Rises and solidifies to close the pores of the seal body, which enhances the gas sealing function, lowers the electrical conductivity, and reduces the amount of movement of the electrolyte.

【0020】また、この発明の第4の発明においては、
燃料電池積層体の積層方向に対する垂直方向のシール体
の断面積が、カソード端板側で大きく、アノード端板側
で小さく構成しているので、シール体の電気電導度が積
層体方向で変化し、運転を停止することなく端セルに添
加した電解質が積層体の各セルに均一に分布し、燃料電
池の性能低下を防止し、稼働率が上がる。
In the fourth invention of the present invention,
Since the cross-sectional area of the seal body in the direction perpendicular to the stacking direction of the fuel cell stack is large on the cathode end plate side and small on the anode end plate side, the electrical conductivity of the seal body changes in the stacking direction. The electrolyte added to the end cells is evenly distributed to each cell of the stack without stopping the operation, which prevents the performance of the fuel cell from being deteriorated and improves the operating rate.

【0021】また、この発明の第5の発明においては、
燃料電池積層体の積層方向に対する垂直方向のシール体
の空孔率が、カソード端板側で大きく、アノード端板側
で小さく構成しているので、シール体の電気電導度が積
層体方向で変化し、運転を停止することなく端セルに添
加した電解質が積層体の各セルに均一に分布し、燃料電
池の性能低下を防止し、稼働率が上がる。
In the fifth aspect of the present invention,
Since the porosity of the seal body in the direction perpendicular to the stacking direction of the fuel cell stack is large on the cathode end plate side and small on the anode end plate side, the electrical conductivity of the seal body changes in the stacking direction. Then, without stopping the operation, the electrolyte added to the end cells is uniformly distributed in each cell of the stack, which prevents the performance of the fuel cell from being deteriorated and improves the operating rate.

【0022】[0022]

【実施例】以下、この発明の実施例を図について説明す
る。 実施例1.この実施例1は、この発明の第1の発明に係
る一実施例である。図1はこの発明の実施例1を示す溶
融炭酸塩型燃料電池におけるシール体の拡大断面模式
図、図2はこの発明の実施例1を示す溶融炭酸塩型燃料
電池におけるシール体と積層体との接続部分の部分断面
図であり、図において図5に示した従来の溶融炭酸塩型
燃料電池と同一または相当部分には同一符号を付し、そ
の説明を省略する。図において、20はシール体5を構
成するセラミクス繊維、21は封孔材料、22はアノー
ド電極、23はカソード電極、24はマトリクスであ
る。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Example 1. The first embodiment is an embodiment according to the first invention of the present invention. 1 is an enlarged schematic cross-sectional view of a sealing body in a molten carbonate fuel cell showing a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a sealing body and a laminated body in a molten carbonate fuel cell showing the first embodiment of the present invention. 6 is a partial cross-sectional view of the connecting portion of FIG. 5, in which the same or corresponding portions as those of the conventional molten carbonate fuel cell shown in FIG. In the figure, 20 is a ceramic fiber constituting the seal body 5, 21 is a sealing material, 22 is an anode electrode, 23 is a cathode electrode, and 24 is a matrix.

【0023】ここで、シール体5はセラミクス繊維20
中に封孔材料21を担持させて構成している。また、セ
ラミクス繊維20中への含浸方法としては、様々な方法
があるが、含浸後のシール体5の取扱上の簡易性を考慮
すると、有機バインダおよび可塑剤を含んだ溶液に上記
粉末をスリラー上に混濁させて含浸させるのが望まし
い。
Here, the seal body 5 is the ceramic fiber 20.
The sealing material 21 is carried in the inside. In addition, there are various methods for impregnating the ceramic fibers 20, but in consideration of the ease of handling the seal body 5 after impregnation, the above powder is added to a solution containing an organic binder and a plasticizer. It is desirable that the above is turbid and impregnated.

【0024】つぎに、上記実施例1の動作について説明
する。セラミクス繊維20中に封孔材料21を担持した
シール体5を用いた燃料電池積層体を運転するために温
度を上げると、各単電池1内に仕込まれた電解質が溶融
し、単電池1内のアノード電極22、カソード電極23
およびマトリクス24内に吸収される。ここで、マトリ
クス24とシール体5とが接触しているので、シール体
5にも電解質が入り込むことになる。シール体5中に入
り込んだ電解質は封孔材料21と接触し反応により生成
物を生成する。
Next, the operation of the first embodiment will be described. When the temperature is raised to operate the fuel cell stack using the seal body 5 in which the sealing material 21 is carried in the ceramic fiber 20, the electrolyte charged in each cell 1 is melted, and the inside of the cell 1 is melted. Anode electrode 22 and cathode electrode 23 of
And absorbed into the matrix 24. Here, since the matrix 24 and the seal body 5 are in contact with each other, the electrolyte also enters the seal body 5. The electrolyte that has entered the sealing body 5 comes into contact with the sealing material 21 and reacts to generate a product.

【0025】封孔材料21として、例えばZrO2を用
いれば、次の反応がおこる。 ZrO2+K2CO3→K2ZrO3+CO2↑ したがって、セラミクス繊維20の空孔中にK2ZrO3
が生成されるので、未反応のZrO2と反応生成物であ
るK2ZrO3とが空孔を塞ぐように存在する。このこと
は、封孔材料21が実質的に膨張したことになり、シー
ル体5の空孔体積が減少することになる。
If, for example, ZrO 2 is used as the sealing material 21, the following reaction will occur. ZrO 2 + K 2 CO 3 → K 2 ZrO 3 + CO 2 ↑ Therefore, K 2 ZrO 3 is contained in the pores of the ceramic fiber 20.
Therefore, unreacted ZrO 2 and the reaction product K 2 ZrO 3 exist so as to close the pores. This means that the sealing material 21 is substantially expanded, and the pore volume of the seal body 5 is reduced.

【0026】また、シール体5中の空孔を塞いでいるZ
rO2とK2ZrO3は電気良導体ではなく、空孔体積が
減少しているので、カソード端板12からアノード端板
11にかけての電解質のイオン電導性が下がり、電気的
な力によるカソード端板12側からアノード端板11側
に向かう電解質移動量が低減される。
Further, Z that closes the holes in the seal body 5
Since rO 2 and K 2 ZrO 3 are not good electrical conductors and have a reduced pore volume, the ionic conductivity of the electrolyte from the cathode end plate 12 to the anode end plate 11 is reduced, and the cathode end plate due to an electric force is reduced. The amount of movement of the electrolyte from the 12 side toward the anode end plate 11 side is reduced.

【0027】このように上記実施例1によれば、シール
体5のセラミクス繊維20中に封孔材料21を担持して
いるので、溶融した電解質がシール体5中に入り込んだ
際に封孔材料21と反応して封孔材料が実質的に膨張
し、シール体5の空孔体積を減少でき、ガスの透過度が
下がりガスシール性を向上できる。さらに、封孔材料2
1および反応生成物(ZrO2およびK2ZrO3)は電
気良導体でなく、シール体5中の電気電導度が下がり電
気的な力による電解質の移動量が減少し、電解質移動に
よる電解質の氾濫と枯渇が抑えられ、電池の性能低下を
防止できる。
As described above, according to the first embodiment, since the sealing material 21 is carried in the ceramic fibers 20 of the seal body 5, when the molten electrolyte enters the seal body 5, the seal material is sealed. By reacting with 21, the sealing material is substantially expanded, the pore volume of the seal body 5 can be reduced, the gas permeability is lowered, and the gas sealability can be improved. Further, the sealing material 2
1 and the reaction products (ZrO 2 and K 2 ZrO 3 ) are not good electric conductors, the electric conductivity in the seal body 5 is lowered, and the amount of movement of the electrolyte due to an electric force is reduced. Depletion can be suppressed and deterioration of battery performance can be prevented.

【0028】なお、上記実施例1では、封孔材料21と
してZrO2を用いるものとしているが、封孔材料21
としては、電解質あるいは電解質より生成した物質と化
学反応して体積が膨張するものであって、それ自身電気
良導体でなく、さらに反応によって生じた反応生成物も
電気良導体でないものであればよく、例えばMoO3
WO3、ZrO2やGeO2といった原子番号22以上の
周期表IV族、VA族、VI族およびVIIA族の酸化物および
窒化物粉末、あるいは周期表IIIB族の窒化物あるいは
窒化珪素などを用いることができる。
In the first embodiment, ZrO 2 is used as the sealing material 21, but the sealing material 21
As for, as long as it is a substance that expands in volume by chemically reacting with an electrolyte or a substance generated from the electrolyte, is not a good electric conductor itself, and the reaction product generated by the reaction is also not a good electric conductor, for example, MoO 3 ,
Use of oxides and nitride powders of group IV, group VA, group VI and group VIIA having an atomic number of 22 or more, such as WO 3 , ZrO 2 and GeO 2 , or nitrides or silicon nitrides of group IIIB of the periodic table. You can

【0029】実施例2.この実施例2は、この発明の第
2の発明に係る一実施例である。この実施例2では、溶
融炭酸塩型電解質としてLi2CO3とK2CO3とのモル
比62:38の共晶塩を用い、封孔材料21としてK2
CO3と優先的に反応するTiO2粉末を用い、上記実施
例1と同様にしてシール体5中に担持させている。
Example 2. The second embodiment is an embodiment according to the second invention of the present invention. In Example 2, using a eutectic salt molar ratio 62:38 with Li 2 CO 3 and K 2 CO 3 as a molten carbonate electrolyte, K 2 as sealing material 21
A TiO 2 powder that reacts preferentially with CO 3 is used and is carried in the seal body 5 in the same manner as in Example 1 above.

【0030】つぎに、上記実施例2の動作について説明
する。燃料電池積層体を運転するために温度をあげる
と、各単電池1内に仕込まれた電解質が溶融し、単電池
1内のアノード電極22、カソード電極23およびマト
リクス24内に吸収される。さらに、電解質はマトリク
ス24を介してシール体5内に入り込む。シール体5中
に入り込んだ電解質は封孔材料21と接触し、次の反応
により生成物を生成する。 2TiO2+K2CO3→K2Ti25+CO2
Next, the operation of the second embodiment will be described. When the temperature is raised to operate the fuel cell stack, the electrolyte charged in each unit cell 1 is melted and absorbed in the anode electrode 22, the cathode electrode 23 and the matrix 24 in the unit cell 1. Further, the electrolyte enters the seal body 5 through the matrix 24. The electrolyte that has entered the sealing body 5 comes into contact with the sealing material 21 and produces a product by the following reaction. 2TiO 2 + K 2 CO 3 → K 2 Ti 2 O 5 + CO 2

【0031】この時、封孔材料21として用いたTiO
2は電解質中の一方の成分であるK2CO3と優先的に反
応することから、シール体5中の電解質はLi2CO3
割合が高くなる。封孔材料21のTiO2が全て反応し
たとすると、シール体5中の電解質の組成はLi2CO3
がモル比で90%を越え、それにともなって融点も70
0℃以上となり、通常運転温度である650℃では凝固
する。したがって、セラミクス繊維20の空孔中には電
解質が凝固するとともにTiO2とK2Ti25が存在
し、シール体5の空孔体積が減少することになる。
At this time, the TiO used as the sealing material 21
Since 2 reacts preferentially with K 2 CO 3 , which is one of the components in the electrolyte, the electrolyte in the seal body 5 has a high Li 2 CO 3 ratio. Assuming that all of the TiO 2 of the sealing material 21 has reacted, the composition of the electrolyte in the sealing body 5 is Li 2 CO 3
Exceeds 90% by molar ratio, and the melting point is 70
It becomes 0 ° C. or higher and solidifies at 650 ° C. which is a normal operating temperature. Therefore, the electrolyte solidifies in the pores of the ceramic fiber 20 and TiO 2 and K 2 Ti 2 O 5 are present, so that the pore volume of the seal body 5 is reduced.

【0032】また、シール体5中の空孔を塞いでいるT
iO2とK2Ti25は電気良導体ではなく、空孔体積が
減少しているので、カソード端板12からアノード端板
11にかけての電解質のイオン電導性が下がり、電気的
な力によるカソード端板12側からアノード端板11側
に向かう電解質移動量が低減される。
Further, the T that closes the holes in the seal body 5
Since iO 2 and K 2 Ti 2 O 5 are not good electrical conductors and have a reduced void volume, the ionic conductivity of the electrolyte from the cathode end plate 12 to the anode end plate 11 is reduced, and the cathode due to electric force is used. The amount of movement of the electrolyte from the end plate 12 side toward the anode end plate 11 side is reduced.

【0033】このように上記実施例2によれば、Li2
CO3とK2CO3との共晶塩を電解質として用いた場合
に、シール体5のセラミクス繊維20中に電解質の一方
の成分であるK2CO3と優先的に反応するTiO2を封
孔材料21として用いているので、溶融した電解質がシ
ール体5中に入り込んだ際に、K2CO3がTiO2と反
応して電解質組成がLi2CO3リッチとなって融点が上
昇し、シール体5中で電解質の凝固を生じさせて、シー
ル体5の空孔体積を減少でき、ガスの透過度が下がりガ
スシール性を向上できる。さらに、封孔材料21および
反応生成物(TiO2およびK2Ti25)、Li2
3、K2CO3は電気良導体でなく、シール体5中の電
気電導度が下がり電気的な力による電解質の移動量が減
少し、電解質移動による電解質の氾濫と枯渇が抑えら
れ、電池の性能低下を防止できる。
As described above, according to the second embodiment, Li 2
When a eutectic salt of CO 3 and K 2 CO 3 is used as the electrolyte, the ceramic fiber 20 of the sealing body 5 is sealed with TiO 2 which preferentially reacts with K 2 CO 3 which is one component of the electrolyte. Since it is used as the pore material 21, when the melted electrolyte enters the seal body 5, K 2 CO 3 reacts with TiO 2 to make the electrolyte composition rich in Li 2 CO 3 and raise the melting point. The solidification of the electrolyte is caused in the seal body 5, the pore volume of the seal body 5 can be reduced, the gas permeability is lowered, and the gas sealability can be improved. Furthermore, the sealing material 21, the reaction products (TiO 2 and K 2 Ti 2 O 5 ), Li 2 C
O 3 and K 2 CO 3 are not good electric conductors, the electric conductivity in the sealing body 5 is lowered, the amount of movement of the electrolyte due to an electric force is reduced, and the electrolyte is prevented from being flooded and depleted due to the movement of the electrolyte. It is possible to prevent performance degradation.

【0034】なお、上記実施例2では、封孔材料21と
して、電解質の1成分であるK2CO3と優先的に反応す
るTiO2粉末を用いるものとしているが、TiO2の他
に、MoO3、WO3、ZrO2を、またはそれらの2種
以上の混合物を用いることができる。
In the second embodiment, as the sealing material 21, TiO 2 powder which reacts preferentially with K 2 CO 3 which is one component of the electrolyte is used. However, in addition to TiO 2 , MoO is also used. 3 , WO 3 , ZrO 2 or a mixture of two or more thereof can be used.

【0035】また、シール体5のセラミック繊維20に
ジルコニアフェルトを用いた場合には、通常シール体5
の重量に対して1割程度の電解質が含まれるので、この
電解質の組成を変えるには、TiO2ならフェルトに対
して重量比で3%以上担持することが望ましい。
When zirconia felt is used for the ceramic fibers 20 of the seal body 5, the normal seal body 5 is used.
Since about 10% of the electrolyte is contained with respect to the weight of TiO 2 , in order to change the composition of this electrolyte, it is desirable that TiO 2 is supported in a weight ratio of 3% or more with respect to the felt.

【0036】実施例3.この実施例3は、この発明の第
2の発明に係る他の実施例である。上記実施例2では、
電解質成分のK2CO3と優先的に反応するTiO2粉末
を封孔材料21として用いるものとしているが、この実
施例3では、電解質成分のLi2CO3と優先的に反応す
るGeO2粉末を封孔材料21として用いるものとし、
同様の効果を奏する。
Example 3. The third embodiment is another embodiment according to the second invention of the present invention. In the second embodiment,
Although the TiO 2 powder that preferentially reacts with the electrolyte component K 2 CO 3 is used as the sealing material 21, in this Example 3, the GeO 2 powder that preferentially reacts with the electrolyte component Li 2 CO 3 is used. Is used as the sealing material 21,
Has the same effect.

【0037】実施例4.この実施例4は、この発明の第
3の発明に係る一実施例である。この実施例4では、溶
融炭酸塩型電解質としてLi2CO3とK2CO3とのモル
比62:38の共晶塩を用い、封孔材料21として電解
質成分の1成分であるK2CO3を用い、上記実施例1と
同様にしてシール体5中に担持させている。
Example 4. The fourth embodiment is an embodiment according to the third invention of the present invention. In Example 4, using eutectic salt molar ratio 62:38 with Li 2 CO 3 and K 2 CO 3 as a molten carbonate electrolyte, which is one component of the electrolyte component as a sealing material 21 K 2 CO 3 was used and carried in the seal body 5 in the same manner as in the above-mentioned Example 1.

【0038】つぎに、上記実施例4の動作について説明
する。燃料電池積層体を運転するために温度をあげる
と、各単電池1内に仕込まれた電解質が溶融し、単電池
1内のアノード電極22、カソード電極23およびマト
リクス24内に吸収される。さらに、電解質はマトリク
ス24を介してシール体5内に入り込む。この時、封孔
材料21であるK2CO3はシール体5中に入り込んでき
た電解質に溶けていき、あるいは電解質が封孔材料21
に固溶していき、次第に電解質の融点が上昇し、空孔中
に凝固する。
Next, the operation of the fourth embodiment will be described. When the temperature is raised to operate the fuel cell stack, the electrolyte charged in each unit cell 1 is melted and absorbed in the anode electrode 22, the cathode electrode 23 and the matrix 24 in the unit cell 1. Further, the electrolyte enters the seal body 5 through the matrix 24. At this time, K 2 CO 3 that is the sealing material 21 is dissolved in the electrolyte that has entered the seal body 5, or the electrolyte is the sealing material 21.
The solid solution gradually dissolves in the pores, and the melting point of the electrolyte gradually rises to solidify in the pores.

【0039】したがって、セラミクス繊維20の空孔中
には電解質が凝固するとともに封孔材料21が存在し、
シール体5の空孔体積が減少することになる。
Therefore, in the pores of the ceramic fiber 20, the electrolyte solidifies and the sealing material 21 exists,
The pore volume of the seal body 5 is reduced.

【0040】また、シール体5中の空孔を塞いでいるL
2CO3およびK2CO3は電気良導体ではなく、空孔体
積が減少しているので、カソード端板12からアノード
端板11にかけての電解質のイオン電導性が下がり、電
気的な力によるカソード端板12側からアノード端板1
1側に向かう電解質移動量が低減される。
Further, L which closes the hole in the seal body 5
Since i 2 CO 3 and K 2 CO 3 are not good electrical conductors and have a reduced pore volume, the ionic conductivity of the electrolyte from the cathode end plate 12 to the anode end plate 11 is reduced, and the cathode due to electric force is used. Anode end plate 1 from the end plate 12 side
The amount of movement of the electrolyte toward the first side is reduced.

【0041】このように上記実施例4によれば、Li2
CO3とK2CO3との共晶塩を電解質として用いた場合
に、シール体5のセラミクス繊維20中に電解質の一方
の成分であるK2CO3(単純炭酸塩)を封孔材料21と
して用いているので、溶融した電解質がシール体5中に
入り込んだ際に、K2CO3が電解質に溶けていき電解質
組成が変化して融点が上昇し、シール体5中で電解質の
凝固を生じさせて、シール体5の空孔体積を減少でき、
ガスの透過度が下がりガスシール性を向上できる。さら
に、Li2CO3、K2CO3は電気良導体でなく、シール
体5中の電気電導度が下がり電気的な力による電解質の
移動量が減少し、電解質移動による電解質の氾濫と枯渇
が抑えられ、電池の性能低下を防止できる。
As described above, according to the fourth embodiment, Li 2
When a eutectic salt of CO 3 and K 2 CO 3 is used as an electrolyte, K 2 CO 3 (simple carbonate), which is one component of the electrolyte, is contained in the ceramic fiber 20 of the sealing body 5 as a sealing material 21. Therefore, when the molten electrolyte enters the seal body 5, K 2 CO 3 dissolves in the electrolyte, the electrolyte composition changes and the melting point rises, and the electrolyte solidifies in the seal body 5. It is possible to reduce the pore volume of the seal body 5,
The gas permeability is lowered and the gas sealing property can be improved. Furthermore, Li 2 CO 3 and K 2 CO 3 are not good electric conductors, and the electric conductivity in the seal body 5 is reduced, the amount of movement of the electrolyte due to electric force is reduced, and the flooding and depletion of the electrolyte due to the movement of the electrolyte are suppressed. Therefore, it is possible to prevent deterioration of battery performance.

【0042】なお、上記実施例4では、封孔材料21と
してK2CO3を用いるものとしているが、封孔材料21
としては、溶融炭酸塩型電解質の組成の1成分の単純炭
酸塩、または周期表IA族、IIA族の炭酸塩を用いて
も、同様の効果を奏する。
In the fourth embodiment, K 2 CO 3 is used as the sealing material 21, but the sealing material 21
The same effect can be obtained by using a simple carbonate as a component of the composition of the molten carbonate type electrolyte or a carbonate of Group IA or IIA of the periodic table.

【0043】実施例5.この実施例5は、この発明の第
4の発明に係る一実施例である。図3はこの発明の実施
例5を示す溶融炭酸塩型燃料電池における積層体の断面
模式図である。
Example 5. The fifth embodiment is an embodiment according to the fourth invention of the present invention. Example 3 FIG. 3 is a schematic sectional view of a laminated body in a molten carbonate fuel cell showing Example 5 of the present invention.

【0044】上記実施例5では、燃料電池積層体の積層
方向のシール体5の幅を、カソード端板12側からアノ
ード端板11に向かって、狭く構成し、つまり燃料電池
積層体の積層方向に対し垂直方向のシール体5の断面積
を、カソード端板12側からアノード端板11に向かっ
て小さくなるように構成している。ここでは、有効面積
5000cm2の20セルの積層体とし、積層体中での
電気電導度が0.01〜0.1S/cm・Ω程度のジル
コニア繊維のフェルトを使用した場合、カソード端板1
2側では0.07cm2、アノード端板11側では0.
02cm2という断面積の違いを積層方向に滑らかに分
布させると効果が高い。
In the fifth embodiment, the width of the seal body 5 in the stacking direction of the fuel cell stack is narrowed from the cathode end plate 12 side toward the anode end plate 11, that is, the stacking direction of the fuel cell stack is set. On the other hand, the cross-sectional area of the seal body 5 in the vertical direction is configured to decrease from the cathode end plate 12 side toward the anode end plate 11. Here, a stack of 20 cells of the effective area 5000 cm 2, when the electrical conductivity in a laminate using a felt zirconia fibers of about 0.01~0.1S / cm · Ω, the cathode end plate 1
2 side is 0.07 cm 2 , and the anode end plate 11 side is 0.
The effect is high when the difference in cross-sectional area of 02 cm 2 is smoothly distributed in the stacking direction.

【0045】図4はこの発明の実施例5を示す溶融炭酸
塩型燃料電池におけるシール体と単電池との間の電解質
の移動を説明する断面模式図であり、図においてiは任
意のセル番号を、Tはシール体5からセルへの電解質流
入量を、Gはシール体5内の各電池境界の区切り断面を
通過する電解質量をそれぞれ表している。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view for explaining the movement of the electrolyte between the sealing body and the unit cell in the molten carbonate fuel cell according to the fifth embodiment of the present invention, where i is an arbitrary cell number. , T represents the amount of electrolyte flowing from the seal body 5 into the cell, and G represents the electrolytic mass passing through the cross section of the seal body 5 at each cell boundary.

【0046】次に、上記実施例5の動作を説明する。燃
料電池積層体を運転するために温度を上げると、各単電
池1内に仕込まれた電解質が溶融し、マトリクスを介し
てシール体5にも入り込む。この時シール体5中の電解
質量は隣接するセル内の電解質量に依存するが、この実
施例5では、およそシール体5の重量の10〜20%程
度の含有率となる。こうした状態で燃料電池を運転する
と、シール体5内の電解質は電池の電圧が駆動力となっ
てカソード端板12側からアノード端板11側に移動す
る。
Next, the operation of the fifth embodiment will be described. When the temperature is raised to operate the fuel cell stack, the electrolyte charged in each unit cell 1 melts and enters the seal body 5 via the matrix. At this time, the electrolytic mass in the seal body 5 depends on the electrolytic mass in the adjacent cells, but in Example 5, the content rate is about 10 to 20% of the weight of the seal body 5. When the fuel cell is operated in such a state, the electrolyte in the seal body 5 moves from the cathode end plate 12 side to the anode end plate 11 side by the cell voltage as a driving force.

【0047】このときの各単電池1の境界を通過する電
解質移動量Gは上記駆動力による移動と毛管力による逆
流により決定され、シール体5の断面積に比例する。こ
こで、Aは断面積、kは定数である。 G=kA (式1) セル番号をカソード端板12側端セル1からアノード端
板11側端セル20まで採番し、電解質移動量Gとシー
ル体5から各セルへの電解質流入量で収支をとると、次
式で表される。 Ti=Gi-1−Gi、(但しG0=0、G20=0) (式2)
At this time, the amount of movement G of the electrolyte passing through the boundary of each unit cell 1 is determined by the movement due to the driving force and the backflow due to the capillary force, and is proportional to the sectional area of the seal body 5. Here, A is a cross-sectional area and k is a constant. G = kA (Equation 1) Cell numbers are numbered from the end cell 1 on the cathode end plate 12 side to the end cell 20 on the anode end plate 11 side, and the balance is obtained by the electrolyte transfer amount G and the electrolyte inflow amount from the sealing body 5 to each cell. Then, it is expressed by the following equation. T i = G i-1 −G i (where G 0 = 0, G 20 = 0) (Equation 2)

【0048】1セル当たりに△Aの割合で断面積が狭く
なるとすると、上記(式1)、(式2)式は次式で表さ
れる。 Ti=k△A (式3) すなわち、セル当たりの断面積の狭くなる率を一定とす
ると、各セルに均等に電解質を分配することになる。但
し、カソード端板12側端セルは電解質が出て行く一方
なので、適当な時期に電解質を補給する必要がある。そ
の補給方法は、チューブを用いてセルに直接補給して
も、シール体5を介して補給してもよい。
Assuming that the cross-sectional area becomes narrower at a rate of ΔA per cell, the above equations (1) and (2) are expressed by the following equations. T i = kΔA (Equation 3) That is, assuming that the rate of narrowing the cross-sectional area per cell is constant, the electrolyte is evenly distributed to each cell. However, since the electrolyte is only going out from the end cell on the cathode end plate 12 side, it is necessary to replenish the electrolyte at an appropriate time. The replenishment method may be replenishment directly to the cell using a tube or via the seal body 5.

【0049】この構成の燃料電池の電解質分布の経時変
化を計算したところ、改良前の燃料電池では、1000
0時間ももたなかったものが、100000時間以上の
運転が可能であることが分かった。
When the change with time of the electrolyte distribution of the fuel cell of this constitution was calculated, it was 1000 in the fuel cell before improvement.
It was found that it was possible to operate for 100,000 hours or more, even though it did not last for 0 hours.

【0050】実施例6.この実施例6は、この発明の第
5の発明の係る一実施例である。上記実施例5では、積
層方向に対し垂直方向のシール体5の断面積を、シール
体5の幅を変えてカソード端板12側からアノード端板
11側に向かって小さくするものとしているが、この実
施例6では、封孔材料21の担持量をカソード端板12
側からアノード端板11側に向かって徐々に多くし、シ
ール体5の空孔率を、カソード端板12側からアノード
端板11側に向かって小さくするものとし、同様の効果
を奏する。
Example 6. The sixth embodiment is an embodiment according to the fifth invention of the present invention. In the fifth embodiment, the cross-sectional area of the seal body 5 in the direction perpendicular to the stacking direction is reduced from the cathode end plate 12 side toward the anode end plate 11 side by changing the width of the seal body 5. In the sixth embodiment, the amount of the sealing material 21 carried is set to the cathode end plate 12
Side to the anode end plate 11 side, the porosity of the seal body 5 is reduced from the cathode end plate 12 side to the anode end plate 11 side, and the same effect is achieved.

【0051】[0051]

【発明の効果】この発明は、以上のように構成されてい
るので、以下に記載されるような効果を奏する。
Since the present invention is constituted as described above, it has the following effects.

【0052】この発明の第1の発明に係る溶融炭酸塩型
燃料電池は、電気良導体でなく、溶融炭酸塩型電解質あ
るいは溶融炭酸塩型電解質より生成された物質と化学反
応して体積が膨張し、かつ、溶融炭酸塩型電解質あるい
は溶融炭酸塩型電解質より生成された物質との化学反応
による反応生成物が電気良導体でない封孔材料を、セラ
ミクス繊維の布あるいはフェルト中に担持させてシール
体を構成しているので、封孔材料が電解質と反応して実
質的に体積を膨張しシール体の空孔を塞ぎ、ガスシール
機能を高めることができるとともに、電気電導性が下が
り電解質の移動量を低減することができる。
The molten carbonate fuel cell according to the first aspect of the present invention expands in volume by chemically reacting with a molten carbonate type electrolyte or a substance produced from the molten carbonate type electrolyte, rather than being a good electric conductor. In addition, the sealing material is carried on the cloth or felt of the ceramic fiber by loading the sealing material whose reaction product by the chemical reaction with the molten carbonate type electrolyte or the substance generated from the molten carbonate type electrolyte is not a good electric conductor. Since it is configured, the sealing material reacts with the electrolyte to substantially expand the volume and close the pores of the seal body, which can enhance the gas sealing function, lower the electric conductivity, and reduce the movement amount of the electrolyte. It can be reduced.

【0053】また、この発明の第2の発明に係る溶融炭
酸塩型燃料電池は、電気良導体でなく、溶融炭酸塩型電
解質あるいは溶融炭酸塩型電解質より生成された物質と
の化学反応による反応生成物が電気良導体でなく、か
つ、溶融炭酸塩型電解質の主要金属イオンの内の1つの
金属イオンと優先的に反応する封孔材料を、セラミクス
繊維の布あるいはフェルト中に担持させてシール体を構
成しているので、封孔材料が電解質成分の特定の金属炭
酸塩と反応して、電解質組成を変化させ、融点が上昇さ
れて凝固し、シール体の空孔を塞ぎ、ガスシール機能を
高めることができるとともに、電気電導性が下がり電解
質の移動量を低減することができる。
The molten carbonate fuel cell according to the second aspect of the present invention is not a good electric conductor, but a reaction produced by a chemical reaction with a molten carbonate electrolyte or a substance produced from the molten carbonate electrolyte. The material is not a good electric conductor, and the sealing material that reacts preferentially with one of the main metal ions of the molten carbonate type electrolyte is carried on the ceramic fiber cloth or felt to form the seal body. Since it is composed, the sealing material reacts with the specific metal carbonate of the electrolyte component, changing the electrolyte composition, raising the melting point and solidifying, blocking the pores of the sealing body, and enhancing the gas sealing function. In addition, the electric conductivity is lowered and the amount of movement of the electrolyte can be reduced.

【0054】また、この発明の第3の発明に係る溶融炭
酸塩型燃料電池は、単純炭酸塩からなる封孔材料を、セ
ラミクス繊維の布あるいはフェルト中に担持させてシー
ル体を構成しているので、電解質を取り込ん高融点の混
合物となりシール体中で実質的に空孔を塞ぎ、ガスシー
ル機能を高めることができるとともに、電気電導性が下
がり電解質の移動量を低減することができる。
Further, in the molten carbonate fuel cell according to the third aspect of the present invention, the sealing material is constituted by supporting the sealing material made of simple carbonate on the cloth or felt of ceramic fiber. Therefore, the mixture of the high melting point that takes in the electrolyte is formed, and the pores are substantially closed in the seal body, so that the gas sealing function can be enhanced, and the electric conductivity is lowered and the movement amount of the electrolyte can be reduced.

【0055】また、この発明の第4の発明に係る溶融炭
酸塩型燃料電池は、燃料電池積層体の積層方向に対する
垂直方向のシール体の断面積を、カソード端板側で大き
く、アノード端板側で小さくなるように構成しているの
で、シール体の電気電導度が積層体方向で変化し、運転
を停止することなく端セルに添加した電解質が積層体の
各セルに均一に分布し、燃料電池の性能低下を防止し、
稼働率が上がる。
Further, in the molten carbonate fuel cell according to the fourth aspect of the present invention, the cross-sectional area of the seal body in the direction perpendicular to the stacking direction of the fuel cell stack is large on the cathode end plate side and the anode end plate. Since it is configured to be small on the side, the electrical conductivity of the seal body changes in the stack direction, the electrolyte added to the end cells without stopping the operation is uniformly distributed in each cell of the stack, Prevents deterioration of fuel cell performance,
Occupancy rate goes up.

【0056】また、この発明の第5の発明に係る溶融炭
酸塩型燃料電池は、シール体の空孔率を、カソード端板
側で大きく、アノード端板側で小さくなるように構成し
ているので、シール体の電気電導度が積層体方向で変化
し、運転を停止することなく端セルに添加した電解質が
積層体の各セルに均一に分布し、燃料電池の性能低下を
防止し、稼働率が上がる。
Further, the molten carbonate fuel cell according to the fifth aspect of the present invention is configured such that the porosity of the seal body is large on the cathode end plate side and small on the anode end plate side. Therefore, the electric conductivity of the seal changes in the direction of the stack, and the electrolyte added to the end cells is evenly distributed to each cell of the stack without stopping the operation, preventing the performance of the fuel cell from decreasing and operating. The rate goes up.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】この発明の実施例1を示す溶融炭酸塩型燃料電
池におけるシール体の拡大断面模式図である。
FIG. 1 is an enlarged schematic sectional view of a sealing body in a molten carbonate fuel cell showing Example 1 of the present invention.

【図2】この発明の実施例1を示す溶融炭酸塩型燃料電
池におけるシール体と積層体との接続部分の部分断面図
である。
FIG. 2 is a partial cross-sectional view of a connecting portion between a seal body and a laminate in the molten carbonate fuel cell showing Example 1 of the present invention.

【図3】この発明の実施例5を示す溶融炭酸塩型燃料電
池における積層体の拡大断面模式図である。
FIG. 3 is an enlarged schematic sectional view of a laminated body in a molten carbonate fuel cell showing Example 5 of the present invention.

【図4】この発明の実施例5を示す溶融炭酸塩型燃料電
池におけるシール体と単電池との間の電解質の移動を説
明する断面模式図である。
FIG. 4 is a schematic sectional view illustrating movement of an electrolyte between a seal body and a unit cell in a molten carbonate fuel cell according to a fifth embodiment of the present invention.

【図5】従来の溶融炭酸塩型燃料電池の積層体の一部切
り欠け斜視図である。
FIG. 5 is a partially cutaway perspective view of a laminated body of a conventional molten carbonate fuel cell.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 単電池 5 シール体 11 アノード端板 12 カソード端板 20 セラミクス繊維 21 封孔材料 22 アノード電極 23 カソード電極 24 マトリクス DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cell 5 Seal body 11 Anode end plate 12 Cathode end plate 20 Ceramics fiber 21 Sealing material 22 Anode electrode 23 Cathode electrode 24 Matrix

─────────────────────────────────────────────────────
─────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成4年11月2日[Submission date] November 2, 1992

【手続補正1】[Procedure Amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0023[Name of item to be corrected] 0023

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0023】ここで、シール体5はセラミクス繊維20
中に封孔材料21を担持させて構成している。また、セ
ラミクス繊維20中への含浸方法としては、様々な方法
があるが、含浸後のシール体5の取扱上の簡易性を考慮
すると、有機バインダおよび可塑剤を含んだ溶液に上記
粉末をスラリー状に混濁させて含浸させるのが望まし
い。
Here, the seal body 5 is the ceramic fiber 20.
The sealing material 21 is carried in the inside. In addition, there are various methods for impregnating the ceramic fibers 20, but in consideration of the ease of handling the seal body 5 after impregnation, the above powder is slurried in a solution containing an organic binder and a plasticizer. It is desirable to make it cloudy and impregnate.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 アノード電極、アノードのガス流路、カ
ソード電極、カソードの反応ガス流路およびマトリクス
からなる単電池とセパレータとをアノード端板とカソー
ド端板との間に順次積層してなる燃料電池積層体と、前
記マトリクスに満たされた溶融炭酸塩型電解質と、前記
燃料電池積層体の各側面にシール体を介してあてがわ
れ、前記各単電池のガス流路に反応ガスを流通させるマ
ニホールドとを備えた溶融炭酸塩型燃料電池において、
前記シール体は、電気良導体でなく、前記溶融炭酸塩型
電解質あるいは前記溶融炭酸塩型電解質より生成された
物質と化学反応して体積が膨張し、かつ、前記溶融炭酸
塩型電解質あるいは前記溶融炭酸塩型電解質より生成さ
れた物質との化学反応による反応生成物が電気良導体で
ない封孔材料を、セラミクス繊維の布あるいはフェルト
中に担持させて構成したことを特徴とする溶融炭酸塩型
燃料電池。
1. A fuel obtained by sequentially stacking a unit cell including an anode electrode, an anode gas flow path, a cathode electrode, a cathode reaction gas flow path, and a matrix and a separator between an anode end plate and a cathode end plate. A cell stack, a molten carbonate type electrolyte filled in the matrix, and a fuel cell stack are applied to each side of the fuel cell stack via a seal, and a reaction gas is circulated in a gas flow path of each unit cell. In a molten carbonate fuel cell equipped with a manifold,
The seal body is not a good electric conductor, and the volume thereof expands by chemically reacting with the molten carbonate type electrolyte or a substance generated from the molten carbonate type electrolyte, and the molten carbonate type electrolyte or the molten carbonate A molten carbonate fuel cell, characterized in that a sealing material whose reaction product by a chemical reaction with a substance generated from a salt-type electrolyte is not a good electric conductor is carried on a cloth or felt of ceramic fiber.
【請求項2】 アノード電極、アノードのガス流路、カ
ソード電極、カソードの反応ガス流路およびマトリクス
からなる単電池とセパレータとをアノード端板とカソー
ド端板との間に順次積層してなる燃料電池積層体と、前
記マトリクスに満たされた2種以上の炭酸塩からなる溶
融炭酸塩型電解質と、前記燃料電池積層体の各側面にシ
ール体を介してあてがわれ、前記各単電池のガス流路に
反応ガスを流通させるマニホールドとを備えた溶融炭酸
塩型燃料電池において、前記シール体は、電気良導体で
なく、前記溶融炭酸塩型電解質あるいは前記溶融炭酸塩
型電解質より生成された物質との化学反応による反応生
成物が電気良導体でなく、かつ、前記溶融炭酸塩型電解
質の主要金属イオンの内の1つの金属イオンと優先的に
反応する封孔材料を、セラミクス繊維の布あるいはフェ
ルト中に担持させて構成したことを特徴とする溶融炭酸
塩型燃料電池。
2. A fuel obtained by sequentially stacking a cell consisting of an anode electrode, an anode gas flow path, a cathode electrode, a cathode reaction gas flow path and a matrix and a separator between an anode end plate and a cathode end plate. A cell stack, a molten carbonate type electrolyte composed of two or more kinds of carbonates filled in the matrix, and a gas of each unit cell, which is applied to each side surface of the fuel cell stack via a seal. In a molten carbonate fuel cell provided with a manifold for circulating a reaction gas in a flow path, the sealing body is not a good electric conductor, and the molten carbonate electrolyte or a substance generated from the molten carbonate electrolyte. A sealing material which is not a good electric conductor and which preferentially reacts with one metal ion of the main metal ions of the molten carbonate type electrolyte. , A molten carbonate fuel cell, characterized in that the molten carbonate fuel cell is constituted by being supported on a cloth or felt of ceramic fiber.
【請求項3】 アノード電極、アノードのガス流路、カ
ソード電極、カソードの反応ガス流路およびマトリクス
からなる単電池とセパレータとをアノード端板とカソー
ド端板との間に順次積層してなる燃料電池積層体と、前
記マトリクスに満たされた溶融炭酸塩型電解質と、前記
燃料電池積層体の各側面にシール体を介してあてがわ
れ、前記各単電池のガス流路に反応ガスを流通させるマ
ニホールドとを備えた溶融炭酸塩型燃料電池において、
前記シール体は、単純炭酸塩からなる封孔材料を、セラ
ミクス繊維の布あるいはフェルト中に担持させて構成し
たことを特徴とする溶融炭酸塩型燃料電池。
3. A fuel obtained by sequentially stacking a cell consisting of an anode electrode, an anode gas flow path, a cathode electrode, a cathode reaction gas flow path and a matrix and a separator between an anode end plate and a cathode end plate. A cell stack, a molten carbonate type electrolyte filled in the matrix, and a fuel cell stack are applied to each side of the fuel cell stack via a seal, and a reaction gas is circulated in a gas flow path of each unit cell. In a molten carbonate fuel cell equipped with a manifold,
The molten carbonate fuel cell is characterized in that the sealing body is formed by supporting a sealing material made of simple carbonate on a ceramic fiber cloth or felt.
【請求項4】 アノード電極、アノードのガス流路、カ
ソード電極、カソードの反応ガス流路およびマトリクス
からなる単電池とセパレータとをアノード端板とカソー
ド端板との間に順次積層してなる燃料電池積層体と、前
記マトリクスに満たされた溶融炭酸塩型電解質と、前記
燃料電池積層体の各側面にシール体を介してあてがわ
れ、前記各単電池のガス流路に反応ガスを流通させるマ
ニホールドとを備えた溶融炭酸塩型燃料電池において、
前記燃料電池積層体の積層方向に対する垂直方向の前記
シール体の断面積を、前記カソード端板側で大きく、前
記アノード端板側で小さくなるように構成したことを特
徴とする溶融炭酸塩型燃料電池。
4. A fuel obtained by sequentially stacking a cell consisting of an anode electrode, an anode gas flow path, a cathode electrode, a cathode reaction gas flow path and a matrix and a separator between an anode end plate and a cathode end plate. A cell stack, a molten carbonate type electrolyte filled in the matrix, and a fuel cell stack are applied to each side of the fuel cell stack via a seal, and a reaction gas is circulated in a gas flow path of each unit cell. In a molten carbonate fuel cell equipped with a manifold,
A molten carbonate fuel characterized in that a cross-sectional area of the seal body in a direction perpendicular to the stacking direction of the fuel cell stack is large on the cathode end plate side and small on the anode end plate side. battery.
【請求項5】 アノード電極、アノードのガス流路、カ
ソード電極、カソードの反応ガス流路およびマトリクス
からなる単電池とセパレータとをアノード端板とカソー
ド端板との間に順次積層してなる燃料電池積層体と、前
記マトリクスに満たされた溶融炭酸塩型電解質と、前記
燃料電池積層体の各側面にシール体を介してあてがわ
れ、前記各単電池のガス流路に反応ガスを流通させるマ
ニホールドとを備えた溶融炭酸塩型燃料電池において、
前記シール体の空孔率を、前記カソード端板側で大き
く、前記アノード端板側で小さくなるように構成したこ
とを特徴とする溶融炭酸塩型燃料電池。
5. A fuel obtained by sequentially stacking a cell consisting of an anode electrode, an anode gas flow channel, a cathode electrode, a cathode reaction gas flow channel and a matrix and a separator between an anode end plate and a cathode end plate. A cell stack, a molten carbonate type electrolyte filled in the matrix, and a fuel cell stack are applied to each side of the fuel cell stack via a seal, and a reaction gas is circulated in a gas flow path of each unit cell. In a molten carbonate fuel cell equipped with a manifold,
A molten carbonate fuel cell characterized in that the porosity of the sealing body is configured to be large on the cathode end plate side and small on the anode end plate side.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115595588A (en) * 2022-10-27 2023-01-13 江阴市珞珈绿碳科技有限公司(Cn) Titanate-based anode corrosion inhibitor for molten carbonate electrolytic system and preparation method thereof

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