JPH0689733A

JPH0689733A - 溶融塩燃料電池装置

Info

Publication number: JPH0689733A
Application number: JP5114403A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Yanagihara; 伸行柳原; Junji Niikura; 順二新倉; Hisaaki Gyoten; 久朗行天; Akihiro Hosoi; 昭宏細井
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-05-17
Filing date: 1993-05-17
Publication date: 1994-03-29

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は上記問題点に鑑み、炭酸塩を電解質
とする高温作動形の溶融塩燃料電池装置の発電を停止さ
せるときに水分吸着剤を用いて乾燥したガス雰囲気中に
保持するとともに、前記燃料電池の発熱を利用して前記
水分吸着剤を再生することを目的とする。【構成】還元性ガスを燃料とし、酸化性ガスを酸化剤
として発電させる溶融塩燃料電池本体２と熱による再生
が可能な水分吸着剤３を内蔵した乾燥器４とを密封可能
な共通の容器１内に配置させ、前記乾燥器４はその内蔵
する水分吸着剤３と前記容器内雰囲気とが接触できる通
気構造を有することを特徴とする溶融塩燃料電池装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は水素・一酸化炭素などを
燃料とし、酸素、空気、炭酸ガスなどを酸化剤として、
溶融塩を電解質とする高温作動型燃料電池装置に関す
る。高温作動型燃料電池装置は高温下での化学反応速度
が大きいことを利用して高電流密度を得ようとしたもの
である。

【０００２】

【従来の技術】一般に、高温作動型燃料電池は電解質と
して高温下でもイオンの移動が可能である溶融塩、たえ
ばＣＯ₃ ^2- の導電性を有する炭酸塩などが用いられて
いる。そして燃料として水素、酸化剤として空気中の酸
素と炭酸ガスの混合物を用いて、つぎに示すような反応
を行わせる溶融塩燃料電池を構成する。

【０００３】

【化１】

【０００４】上記反応式から明らかなように燃料極側で
は水素が電解質のＣＯ₃ ^2-と反応して消費され、反応生
成物として水と炭酸ガスができる。一方酸化剤極側（以
下空気極側とする）では酸素と炭酸ガスは電解質へＣＯ
₃ ^2-の形になって消費される。ここで燃料極で生成した
炭酸ガスは空気極に供給して消費されるので全体反応と
してはＨ₂＋1/2Ｏ₂→Ｈ₂Ｏとなり、水素と酸素から水が
生成する。電解質中ではＣＯ₃ ^2-イオンの移動のみであ
り、炭酸ガスは物質収支関与しないことになる。したが
って、ＣＯ₃ ^2-を有する電解質は通常の発電時、または
停止時においても変化しないことが重要である。

【０００５】この種の燃料電池は溶融塩を電解質とし、
この電解質を含有する保持体を両面より、空気極と燃料
極ではさみ、空気極側のガス室に炭酸ガスと空気の混合
ガスを、燃料極側のガス室に水素を各々供給される構成
となっている。また両電極間より電気を取りやすくする
ために集電体が各々のガス室に設けられている。一方供
給された空気と炭酸ガスの混合物は電気化学反応をした
後系外に排出され、同じように水素は炭酸ガスと水とな
って排出される流路が設けられている。しかも常圧に近
い圧力で発電する場合は特別な高圧容器は不要である。

【０００６】性能向上を図る試みの一つとして、燃料電
池本体を高圧容器内に配置し、やや高い圧力の雰囲気で
発電することもある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】この様な構成で、しか
も高い温度で発電する場合は外部から供給する燃料や空
気中に水分などが含有しても発電時は高温状態になるた
め、水蒸気となって排出されるので電解質と反応するこ
とはない。しかしながら、燃料電池の発電をメンテナン
スなどの理由で停止する場合があり、この操作は実用上
管理面で必要な事である。この時、燃料電池の温度が常
温近くまで下がる以前に再発電して温度を上昇させる場
合には大きな影響はないが、比較的長い間停止する場合
には当然、常温まで温度が下がる。燃料電池の温度が下
がると燃料電池本体のある周辺部の空気、または置換用
ガス（不活性ガス）中に含まれている水分が電解質と反
応して電解質（とくに炭酸塩）が潮解現象をひきおこ
し、変質してしまう。潮解した電解質は溶解状態となっ
て一部電解質の保持体からクリープして電池外部に漏出
し、短絡現象の原因にもなり、さらには電解質が減少し
て、電解質保持体の電気抵抗が大きくなり電池性能の低
下にまで至る問題点があった。

【０００８】本発明は上記問題点に鑑み、炭酸塩を電解
質とする高温作動形の溶融塩燃料電池装置の発電を停止
させるときに水分吸着剤を用いて乾燥したガス雰囲気中
に保持するとともに、前記燃料電池の発熱を利用して前
記水分吸着剤を再生することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、還元性ガスを
燃料とし、酸化性ガスを酸化剤として発電させる溶融塩
燃料電池本体と熱による再生が可能な水分吸着剤を内蔵
した乾燥器とを密封可能な共通の容器内に配置させ、前
記乾燥器はその内蔵する水分吸着剤と前記容器内雰囲気
とが接触できる通気構造を設けた溶融塩燃料電池装置で
ある。

【００１０】

【作用】本発明は、還元性ガス（Ｈ₂，ＣＯなど）を燃
料とし、酸化性ガス（Ｏ₂，ＣＯ ₂，空気など）を酸化剤
として発電させる溶融塩燃料電池と熱による再生が可能
な水分吸着剤を内蔵した乾燥器とを密封可能な共通の容
器内に配置させ、前記乾燥器はその内蔵する水分吸着剤
と前記容器内雰囲気とが接触できる通気構造を有するこ
とを特徴とする溶融塩燃料電池装置である。

【００１１】さらに本発明は熱による再生が可能な水分
吸着剤として無機質多孔体材料、たとえば、ゼオライ
ト，アルミナ，モレキュラシーブ，およびＣａやＭｇな
どの塩化物，酸化物などを用い、燃料電池の発電を停止
し常温付近で保持する時にはこれら水分吸着剤が燃料電
池容器内部の水分を吸収除去して電池を乾燥状態に保
ち、発電を再開した時には前記燃料電池の発熱や補助熱
源などによる熱で再生されることを特徴とする溶融塩燃
料電池装置である。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の溶融塩燃料電池装置の詳細を
図１に示す実施例によって説明する。基本構成は密封可
能な容器１内に内蔵される燃料電池本体２および乾燥器
４とからなり、乾燥器４は熱による再生が可能な水分吸
着剤３を内蔵しかつ前記水分吸着剤と容器内雰囲気とが
接触できる通気構造を有している。

【００１３】本実施例は常圧運転の例であり、熱による
再生が可能な水分吸着剤として無機質多孔体を用い、ま
た乾燥器の通気構造としてはステンレス鋼板の多孔板を
用いている。この装置の特徴的な作用は、燃料電池発電
中には燃料電池の発熱等を利用して水分吸着剤を再生し
あるいは活性状態に保持しておき、燃料電池を休止させ
室温付近で保持する際には水分吸着剤により容器内を乾
燥状態に保持することである。

【００１４】以下、その構成と動作を詳細に説明する。
密封可能な容器１内において乾燥器４は電池本体２の架
台２５の下に設置され、架台２５の一部には通気を容易
にするために多数の孔を設けてある。電池本体２には電
解質保持体５をはさんで両側に空気極６を持つ空気室７
と燃料極８を持つ燃料室９がある。

【００１５】空気室７側には酸化剤を供給する入口側パ
イプ１０と排出側パイプ１１が継手１２を通して連結さ
れている。１３と１４は入口側と出口側のバルブであ
り、酸化剤ガスの供給と停止操作をおこなうものであ
る。燃料室側９には燃料を供給する入口側パイプ１５と
排出側パイプ１６が継手１７を通して連結されている。
１８と１９は入口側と出口側のバルブであり、燃料ガス
の供給と停止操作をおこなうものである。装置全体を底
板２０でボルト２１で締めて容器内を密封状態に出来
る。

【００１６】まず補助ヒータ２２などを用いて燃料電池
の温度を上昇させ、燃料電池自体の発熱量を合わせて温
度５００〜６５０℃で発電させた。発電状態では、酸化
剤供給・排出バルブ１３・１４および継手１２は開いて
いる。同様に燃料供給・排出バルブ１８・１９および継
手１７も開いている。

【００１７】電池が運転状態にある時は電池の温度が６
５０℃前後あるために、容器内に置かれた乾燥器の温度
も高くなる。本実施例では電池本体を覆う断熱材のうち
乾燥器に面する側の断熱材を少なくすることで電池運転
中の乾燥器の温度を３７０℃前後に保っている。一般に
この温度では無機質多孔体は吸着水分を放出し、再生お
よび活性状態を保持することができる。容器内部の排気
ガス出口２３のバルブ２４は内部の水分吸着剤から脱着
された水分、あるいは本実施例では採用していないが可
燃性ガスの滞留防止、金属材料の腐食防止を目的として
容器内に微量に流通させている不活性ガス等を排出させ
るために開の状態である。

【００１８】発電を停止した場合は、直接各バルブ１
３，１４，１８，１９，２４）を閉じるか、又は不活性
ガスを通して水素ガスと置換して各バルブ（１３，１
４，１８，１９，２４）を閉じる。容器内部の温度が常
温近くまで低下して来ると容器内の雰囲気に含有される
水分が、乾燥器内の水分吸着剤３に吸収除去される。時
間の経過と共に、容器内の水分が殆んど存在しなくな
り、乾燥状態の雰囲気となる。この水分吸着剤３に吸収
された水分は燃料電池の発電時の温度（５００〜６５０
℃）の熱量でもって水分を排出出口２３より排出させて
再生する。

【００１９】次に本発明の効果について以下の方法で試
験を行った。溶融塩燃料電池自体は公知の方法で試作し
た。空気極はリチウムを含むニッケルの複合酸化物の焼
結体を、燃料極はニッケルの焼結多孔体を、電解質は、
炭酸カリウムの混合物６０ｗｔ％に対しアルミン酸リチ
ウム粉末４０ｗｔ％の割合に混合し、温度５００℃でホ
ットプレスして製作した。

【００２０】無機質多孔体としてゼオライトを燃料電池
１００Ｗ当り３００〜５００ｇ程用いた。まず、燃料と
して水素ガス、酸化剤として炭酸ガスを含む空気を理論
量の数倍を供給し、作動温度６５０℃，電流密度１００
ｍＡ／ｃｍ²で３００時間発電した後、発電を停止し、
常温まで温度を低下させ、約５日間と１０日間放置した
後、再び所定の温度と電流密度で発電した時の性能を調
べた。乾燥器を用いない従来例、容器内の水分を除いた
本発明の実施例の性能を（表１）に示す。

【００２１】

【表１】

【００２２】初期性能と比べて低下度合を百分率で表わ
した。（表１）より明らかなように、従来例は５日間放
置で３０〜４０％，１０日間放置で６０％以上の性能低
下であるのに対して、本発明の実施例では性能低下は数
％程度であり、従来例と比べて１０倍以上の性能向上と
なっている。

【００２３】従来例では、電解質保持体中の電解質がガ
ス中の水分を吸収して潮解現象をおこし、外部に一部漏
出しており、電解質の変質による抵抗の増大と考えられ
る。この現象は実験によって確認している。

【００２４】

【発明の効果】以上の様に本発明によれば、溶融塩燃料
電池装置はメンテナンスによる発電停止時でも性能の低
下が殆んどなく、安定した性能を持続した上で、長寿命
化がはかることができる。その上、燃料電池の発電と吸
着剤の再生が同時にできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の溶融塩燃料電池装置の構成
図

【符号の説明】

１耐圧容器２電池本体３水分吸着剤４乾燥器４’多孔板５電解質保持体７空気室９燃料室１０酸化剤供給用入口側パイプ１５燃料供給用入口側パイプ２２補助ヒータ２５架台

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者細井昭宏大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】還元性ガスを燃料とし、酸化性ガスを酸化
剤として発電させる溶融塩燃料電池本体と熱による再生
が可能な水分吸着剤を内蔵した乾燥器とを密封可能な共
通の容器内に配置させ、前記乾燥器はその内蔵する水分
吸着剤と前記容器内雰囲気とが接触できる通気構造を有
することを特徴とする溶融塩燃料電池装置。