JPH0696785A

JPH0696785A - 溶融炭酸塩型燃料電池

Info

Publication number: JPH0696785A
Application number: JP4243621A
Authority: JP
Inventors: Kazuaki Nakagawa; 和明中川; Hideyuki Ozu; 秀行大図; Yoshihiro Akasaka; 芳浩赤坂; Hiroshi Tateishi; 浩史立石; Motoo Yabuki; 元央矢吹
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1992-09-11
Filing date: 1992-09-11
Publication date: 1994-04-08

Abstract

(57)【要約】【目的】電解質板中の電解質の流出を低減して、電解質
の流出に伴う内部抵抗の増大、ガスクロスオ―バの発生
を抑制し得る長寿命の溶融炭酸塩型燃料電池を提供する
ことを目的とする。【構成】混合アルカリ炭酸塩を含む電解質と、前記電解
質が含浸された保持材および補強材を含む多孔質体とか
らなる電解質板を備えた溶融炭酸塩型燃料電池におい
て、前記多孔質体は、式（１）；Ｌｉ_1-xＡｌ_1+x/3Ｏ
₂（ただし、ｘは０．０７６≦ｘ≦０．２４を示す）に
て表される粒径１．０μｍ以下のリチウムアルミネート
粒子を含むことを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、溶融炭酸塩型燃料電池
に関し、特に導電性を有する一対の電極間に挟まれて配
置される電解質板を改良した溶融炭酸塩型燃料電池に係
わる。

【０００２】

【従来の技術】溶融炭酸塩型燃料電池の基本構造を図１
に示す。導電性を有する一対の電極であるアノ―ド（燃
料極）１及びカソ―ド（空気極）２間には、アルカリ炭
酸塩からなる電解質を保持した電解質板３が挟まれて配
置されている。前記電解質板３の両面周縁には、２つの
ハウジング４ａ、４ｂが当接され、これらハウジング４
ａ、４ｂ内に前記アノ―ド１及びカソ―ド２をそれぞれ
収納している。前記一方のハウジング４ａ内面と前記ア
ノ―ド１の間及び前記他方のハウジング４ｂ内面と前記
カソ―ド２の間には、それぞれ波形の集電板５ａ、５ｂ
が配置されている。前記アノ―ド１が位置する一方の前
記ハウジング４ａには、燃料ガス（Ｈ₂、ＣＯ₂）を前
記アノ―ド１に供給するための供給口６及び排出ガス
（ＣＯ₂、Ｈ₂Ｏ）を排気するための排気口７がそれぞ
れ開口されている。前記カソ―ド２が位置する他方の前
記ハウジング４ｂには、酸化剤ガス（空気、ＣＯ₂）を
前記カソ―ド２に供給するための供給口８及び排出ガス
（Ｎ₂）を排気するための排気口９がそれぞれ開口され
ている。

【０００３】上述した図１に示す溶融炭酸塩型料電池
は、高温下で電解質板３中の混合アルカリ炭酸塩を溶融
させ、アノ―ド１にハウジング４ａの供給口６を通して
燃料ガス（Ｈ₂、ＣＯ₂）を、カソ―ド２にハウジング
４ｂの供給口８を通して酸化剤ガス（空気、ＣＯ₂）を
それぞれ供給し、アノ―ド１で下記(1) 式の反応を、カ
ソ―ド２で下記(2) 式の反応を起こさせて運転するもの
である。Ｈ₂＋ＣＯ₃ ^2-→Ｈ₂Ｏ＋ＣＯ＋２ｅ^- …(1) 1/2 Ｏ₂＋ＣＯ₂＋２ｅ^- →ＣＯ₃ ^2- …(2)

【０００４】ところで、上記溶融炭酸塩型燃料電池に使
用される電解質板は基本的には混合アルカリ炭酸塩から
なる電解質と、前記電解質を保持する多孔質体とから構
成される。前記混合アルカリ炭酸塩は、Ｌｉ₂ＣＯ₃、
Ｋ₂ＣＯ₃及びＮａ₂ＣＯ₃の３種のうちの２種又は３
種の混合塩の形で使用される。また、前記多孔質体はＬ
ｉＡｌＯ₂を主成分としたものが用いられる。

【０００５】前記電解質板は、炭酸イオン（ＣＯ₃ ^2-）
の移動を媒介とするだけでなく、アノ―ド及びカソ―ド
間の反応ガスの直接混合（ガスクロスオ―バ）を阻止す
るためのガス透過障壁層としても機能する。こうした機
能を果たすには、電解質板中に電解質が充分に保持され
ていることが必要である。電解質の流出（電解質ロス）
は、内部抵抗の増大を招くばかりか、ガスクロスオ―バ
の発生原因となる。

【０００６】このようなことから、前記機能を果たす適
切な微細構造を有する電解質板として、高温運転時に液
体となる前記電解質の流出を防止するための保持材と、
昇温時の割れ発生等を防止するための補強材とからなる
多孔質体に前記混合アルカリ炭酸塩からなる電解液を含
浸したものが広く採用されている。

【０００７】前記保持材としては、粒径が０．０５〜
０．５μｍのγ−ＬｉＡｌＯ₂やβ−ＬｉＡｌＯ₂から
なる微粉末が、前記補強材としては粒径２０〜６０μｍ
のＬｉＡｌＯ₂が、それぞれ使用される。

【０００８】しかしながら、前記構成の電解質板にあっ
ても長時間の燃料電池の運転においては微細構造に変化
が生じ、電解質ロスが発生し、十分な寿命特性が得られ
ない等の問題があった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来の
問題点を解決するためになされたもので、電解質板の微
細構造の変化を低減し、前記電解質板中の電解質の流出
を低減して、電解質の流出に伴う内部抵抗の増大、ガス
クロスオ―バの発生を抑制し得る長寿命の溶融炭酸塩型
燃料電池を提供しようとするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係わる溶融炭酸
塩型燃料電池は、混合アルカリ炭酸塩を含む電解質と、
前記電解質が含浸された保持材および補強材を含む多孔
質体とからなる電解質板を備えた溶融炭酸塩型燃料電池
において、

【００１１】前記多孔質体は、式（１）；Ｌｉ_1-xＡｌ
_1+x/3Ｏ₂（ただし、ｘは０．０７６≦ｘ≦０．２４を
示す）にて表される粒径１．０μｍ以下のリチウムアル
ミネート粒子を含むことを特徴とするものである。

【００１２】また、本発明に係わる別の溶融炭酸塩型燃
料電池は混合アルカリ炭酸塩を含む電解質と、前記電解
質が含浸された保持材および補強材を含む多孔質体とか
らなる電解質板を備えた溶融炭酸塩型燃料電池におい
て、

【００１３】前記多孔質体は、式（１）；Ｌｉ_1-xＡｌ
_1+x/3Ｏ₂（ただし、ｘは０．０７６≦ｘ≦０．２４を
示す）にて表される粒径１．０μｍ以下のリチウムアル
ミネート粒子と、式（２）；Ｌｉ_1-xＡｌ_1+x/3Ｏ
₂（ただし、ｘは−０．１０９≦ｘ≦−０．０３８を示
す）にて表される粒径５．０μｍ以上のリチウムアルミ
ネート粒子とを含むことを特徴とするものである。以
下、本発明に係わる溶融炭酸塩型燃料電池を図２、図３
を参照して詳細に説明する。

【００１４】本発明の溶融炭酸塩型燃料電池は、アノ―
ド（燃料極）１１、カソ―ド（空気極）１２及びこれら
電極１１、１２間に配置され、電解質を保持した電解質
板１３を備えている。これらアノ―ド１１、カソ―ド１
２及び電解質板１３を単位セルとし、複数の単位セルが
セパレ―タ１４を挟んで積層されている。前記電解質板
１３上面に配置された前記アノ―ド１１の対向する一対
の縁部は、前記電解質板１３の縁部から所望距離へだて
て内側に位置し、かつ前記アノ―ド１１が存在しない前
記電解質板１３の両縁部と前記セパレ―タ１４の間には
エッジシ―ル板１５ａが配置されている。前記電解質板
１３下面に配置された前記カソ―ド１２の前記エッジシ
―ル板１５ａと直交する一対の縁部は、前記電解質板１
３の縁部から所望距離へだてて内側に位置し、かつ前記
カソ―ド１２が存在しない前記電解質板１３の両縁部と
前記セパレ―タ１４の間には、エッジシ―ル板１５ｂが
配置されている。前記アノ―ド１１、セパレ―タ１４及
びエッジシ―ル板１５ａで区画された空間（燃料ガス流
通空間）には、集電板としての導電性を有する孔開き板
１６ａ、波板１７ａが前記アノ―ド１１側から順次積層
されている。前記カソ―ド１２、セパレ―タ１４及びエ
ッジシ―ル板１５ｂで区画された空間（酸化剤ガス流通
空間）には、集電板としての導電性を有する孔開き板１
６ｂ、波板１７ｂが前記カソ―ド１２側から順次積層さ
れている。このような複数の単位セルがセパレ―タ１４
を挟んで積層されたスタック発電要素の４つの側面に
は、枠状のフランジ１８を有するマニホ―ルド１９がそ
れぞれ配置されている。また、前記スタック発電要素の
４つの側面と前記マニホ―ルド１９のフランジ１８との
間にはそれぞれ枠状のマニホ―ルドシ―ル板２０が介在
されている。前記燃料ガス流通空間が表出する前記発電
要素の側面に対応するのマニホ―ルド（図示せず）に
は、燃料ガス２１を供給するための供給管２２が取り付
けられている。この供給管２２と反対側のマニホ―ルド
１９には、ガス排出管２３が取着されている。また、前
記酸化剤ガス流通空間が表出する前記発電要素の側面に
対応するのマニホ―ルド（図示せず）には、酸化剤ガス
２４を供給するための供給管２５が取り付けられてい
る。この供給管２５と反対側のマニホ―ルド１９には、
ガス排出管２６が取着されている。前記電極１１、１２
は、例えばニッケルベ―スアロイ又は多孔質のニッケル
ベ―スアロイの焼結体から形成される。前記セパレ―タ
１４、エッジシ―ル１５ａ、１５ｂ、孔開き板１６ａ、
１６ｂ及び波板１７ａ、１７ｂは、例えばステンレス鋼
から形成される。

【００１５】前記燃料ガス２１としては、例えば水素
（Ｈ₂）と二酸化炭素（ＣＯ₂）との混合ガスなどを使
用できる。前記酸化剤ガス２４としては、例えば空気又
は酸素（Ｏ₂）と二酸化炭素（ＣＯ₂）との混合ガスな
どを使用できる。前記電解質板１３は、以下に詳述する
保持材および補強材を含む多孔質体と、前記多孔質体に
含浸された電解質とから構成されている。（Ａ）多孔質体

【００１６】この多孔質体は、式（１）；Ｌｉ_1-xＡｌ
_1+x/3Ｏ₂（ただし、ｘは０．０７６≦ｘ≦０．２４を
示す）にて表される粒径１．０μｍ以下のリチウムアル
ミネート粒子（γ−またはβ−のリチウムアルミネート
粒子）を含む。かかるリチウムアルミネート粒子は、主
に保持材として機能する。前記式（１）で表されるリチ
ウムアルミネート粒子は、粒径が０．０５〜０．５μ
ｍ、初期比表面積が７ｍ² ／ｇ〜４０ｍ² ／ｇであるこ
とが望ましい。

【００１７】前記式（１）におけるｘを規定したのは、
次のような理由によるものである。前記ｘを０．０７６
未満にすると、前記電解質板を組み込んだ燃料電池の運
転中において、Ｌｉの溶出を抑制することが困難にな
る。一方、前記ｘが０．２４を越えるとＬｉの取り込み
を起こす。

【００１８】前記多孔質体中には、前記式（１）で表さ
れるリチウムアルミネート粒子のほかに、主に補強材と
して機能する式（２）；Ｌｉ_1-xＡｌ_1+x/3Ｏ₂（ただ
し、ｘは−０．１０９≦ｘ≦−０．０３８を示す）にて
表される粒径５．０μｍ以上、好ましくは粒径２０〜６
０μｍのγ−またはβ−リチウムアルミネート粒子、ま
たはＬｉＡｌＯ₂で表される粒径５．０μｍ以上、好ま
しくは粒径２０〜６０μｍのγ−またはβ−リチウムア
ルミネート粒子をさらに含むことを許容する。

【００１９】前記式（２）におけるｘを規定したのは、
次のような理由によるものである。前記ｘを−０．１０
９未満にすると、前記電解質板を組み込んだ燃料電池の
運転中において、Ｌｉの溶出が起こる。一方、前記ｘが
−０．０３８を越えるとＬｉの取り込みを抑制すること
が困難になる。

【００２０】前記保持材として主に機能するリチウムア
ルミネート粒子と前記補強材として主に機能するリチウ
ムアルミネート粒子との配合割合は前者のリチウムアル
ミネート粒子を５０〜９０重量％、、より好ましくは６
０〜９０重量％、後者のリチウムアルミネート粒子を１
０〜５０重量％、より好ましくは１０〜４０重量％にす
ることが望ましい。この理由は、後者のリチウムアルミ
ネート粒子の割合を１０重量％未満にすると機械的強度
が劣化し、耐サーマルサイクル性が低下する恐れがあ
る。一方、後者のリチウムアルミネート粒子の割合が５
０重量％を越えると前者の保持材として主に機能するリ
チウムアルミネート粒子の比率が相対的に低下して多孔
質体による電解質の保持能力を低下させる恐れがある。

【００２１】前記多孔質体は、例えば気孔率が４０〜６
５％であることが望ましい。このような気孔率の多孔質
体は、前記電解質を良好に保持すると共に所定の強度を
維持することが可能になる。（Ｂ）電解質この電解質は、混合アルカリ炭酸塩、または前記混合ア
ルカリ炭酸塩とアルカリ土類炭酸塩もしくはアルカリ土
類酸化物との混合物から形成される。

【００２２】前記混合アルカリ炭酸塩としては、例えば
炭酸リチウム（Ｌｉ₂ＣＯ₃）と炭酸カリウム（Ｋ₂Ｃ
Ｏ₃）の混合物、Ｌｉ₂ＣＯ₃と炭酸ナトリウム（Ｎａ
₂ＣＯ₃の混合物、Ｌｉ₂ＣＯ₃とＫ₂ＣＯ₃とＮａ₂
ＣＯ₃の混合物等を挙げることができる。

【００２３】前記アルカリ土類炭酸塩としては、例えば
炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、炭酸バリウムから
選ばれる少なくとも１種を上げることができ、これらは
１種または２種以上の混合物で用いられる。前記アルカ
リ土類酸化物としては、例えば酸化カルシウム、酸化マ
グネシウム、酸化バリウムから選ばれる少なくとも１種
を上げることができ、これらは１種または２種以上の混
合物で用いられる。前記アルカリ土類炭酸塩もしくはア
ルカリ土類酸化物は、電解質中に２〜１５モル％、より
好ましくは５〜１０モル％の範囲で配合されることが望
ましい。上述した電解質板は、例えば次のような方法に
製造される。

【００２４】（１）まず、保持材、補強材および有機バ
インダを有機溶媒の存在下で混合する。ここに用いる有
機バインダとしては、例えばポリビニルブチラール、フ
タル酸ジブチルル、アクリル樹脂等を挙げることができ
る。前記有機溶媒としては、例えばトルエン、キシレ
ン、メチルエチルケトン等を挙げることができる。つづ
いて、前記混合物を通常のシート成形法（例えばドクタ
―ブレ―ド法、カレンダロール法、ストリップキャスト
法、冷間押出し法等）によりグリーンシートを成形した
後、脱脂することにより所定の気孔率を有する多孔質体
を作製する。一方、混合アルカリ炭酸塩からなる電解質
を前記多孔質体と同様な方法によりシート成形してシー
ト状物を作製する。次いで、前記多孔質体上に前記シー
ト状物を重ね、前記シート状物を溶融して前記多孔質体
に含浸させることにより電解質板を製造する。

【００２５】（２）前記（１）の方法により作製した電
解質板を予め混合アルカリ炭酸塩からなる電解質を含浸
させたアノードと無含浸のカソードの間に配置し、前述
した図２に示す単位セルとし、複数の単位セルをセパレ
ータを挟んで積層してスタック発電要素とした後、この
発電要素の４つの側面にマニホ―ルドを取付けて燃料電
池を組立てる。この後、作動温度まで昇温させ、昇温過
程で前記電解質素材中の有機バインダの揮散により生じ
た気孔部分に前記電極中の溶融した電解質を拡散、充填
して電解質板を製造する。

【００２６】

【作用】本発明によれば、混合アルカリ炭酸塩を含む電
解質と、前記電解質が含浸された保持材および補強材を
含む多孔質体とからなる電解質板において、前記多孔質
体として式（１）；Ｌｉ_1-xＡｌ_1+x/3Ｏ₂（ただし、
ｘは０．０７６≦ｘ≦０．２４を示す）にて表される粒
径１．０μｍ以下のリチウムアルミネート粒子を含むも
のを用いることによって、発電特性を損うことなく、運
転時での電解質板中の電解質の流出（電解質ロス）を低
減でき、電解質ロスに伴う電解質板の抵抗増大、クロス
オ―バの発生を抑制できる。従って、長時間の運転が可
能な長寿命の溶融炭酸塩型燃料電池を得ることができ
る。

【００２７】すなわち、前記式（１）で表されるリチウ
ムアルミネートにおいてｘ＝０で粒径１．０μｍ以下
（例えば０．５μｍ）の主に保持材として機能するリチ
ウムアルミネートを含む多孔質体を形成し、前記多孔質
体に前記電解質を含浸させて形成した電解質板を用いて
構成した燃料電池について、１０００時間程度の運転を
実施すると、ｘ＝０．０７０付近までＬｉの優先的な溶
出が生じ、電解質板の電解質中のＬｉ量が増加する。そ
の結果、１．０μｍ以下のリチウムアルミネート粒子が
溶解して減少し、多孔質体の孔の径が増加するため電解
質の保持性能が低下し、電解質板からの電解質の流出
（電解質ロス）を招く。

【００２８】このようなことから、多孔質体の主に保持
材として機能するリチウムアルミネート粒子として前記
式（１）で表されるｘをｘ≧０．０７６にすることによ
って、Ｌｉの優先的な溶出を回避でき、前記運転中の電
解質板の電解質中へのリチウムアルミネート粒子の溶解
を抑制できる。一方、前記式（１）で表されるｘがｘ＞
０．２４０であると、リチウムアルミネート粒子がＬｉ
を補うために電解質中のＬｉを取り込み、リチウムアル
ミネート粒子径が増加する。これに伴って、多孔質体の
孔の径が増加し電解質の保持性能が低下する。したがっ
て、前記式（１）で表されるｘをｘ≦０．２４０にする
ことによって電解質中のＬｉの取り込みを抑制して、前
記保持材として機能するリチウムアルミネート粒子自体
の粒成長を抑制できる。その結果、前記電解質の保持性
能を維持し、電解質板からの電解質の流出（電解質ロ
ス）を防止することができる。

【００２９】また、本発明によれば混合アルカリ炭酸塩
を含む電解質と、前記電解質が含浸された保持材および
補強材を含む多孔質体とからなる電解質板において、前
記多孔質体として式（１）；Ｌｉ_1-xＡｌ_1+x/3Ｏ
₂（ただし、ｘは０．０７６≦ｘ≦０．２４を示す）に
て表される粒径１．０μｍ以下のリチウムアルミネート
粒子と式（２）；Ｌｉ_1-xＡｌ_1+x/3Ｏ₂（ただし、ｘ
は−０．１０９≦≦−０．０３８を示す）にて表される
粒径５．０μｍ以上のリチウムアルミネート粒子とを含
むものを用いることによって、発電特性を損うことな
く、運転時での電解質板中の電解質の流出（電解質ロ
ス）をより効果的に低減でき、電解質ロスに伴う電解質
板の抵抗増大、クロスオ―バの発生を抑制できる。従っ
て、さらに長時間の運転が可能な長寿命の溶融炭酸塩型
燃料電池を得ることができる。

【００３０】すなわち、前記式（２）で表されるリチウ
ムアルミネートにおいてｘ＝０で粒径５．０μｍ以上
（例えば１０μｍ）の主に補強材として機能するリチウ
ムアルミネートを含む多孔質体を形成し、前記多孔質体
に前記電解質を含浸させて形成した電解質板を用いて構
成した燃料電池について、１０００時間程度の運転を実
施すると、ｘ＝−０．０３０付近までＬｉが優先的に多
孔質体に取込まれ、電解質中のＬｉ量が減少する。その
結果、前述した保持材としてのリチウムアルミネート粒
子の溶解と、前記補強材として機能するリチウムアルミ
ネート粒子のＬｉの取込みによって、１．０μｍ以下の
リチウムアルミネート粒子の溶解による消滅と、５．０
μｍ以上のリチウムアルミネート粒子の成長とが起こ
る。また、前記式（２）で表されるｘが−０．１０９＜
ｘであると、ｘ＝０．１０９付近までＬｉの優先的な溶
出が生じ、補強材として機能する粒子の粒子径が減少す
る。その結果、耐サーマルサイクル性が低下する。

【００３１】このようなことから、多孔質体の主に保持
材として機能するリチウムアルミネート粒子として前記
式（１）で表されるものを、主に補強材として機能する
リチウムアルミネート粒子として前記式（２）で表され
る組成（−０．１０９≦ｘ≦−０．０３８）にすること
によって、保持材として機能するリチウムアルミネート
粒子の電解質への溶解および前記補強材として機能する
リチウムアルミネート粒子への取込みによる消滅を防止
できると共に、前記保持材として機能するリチウムアル
ミネート粒子自体の粒成長を抑制できる。その結果、前
記電解質の保持性能を長時間に亘って維持して電解質板
からの電解質の流出（電解質ロス）を効果的に防止する
ことができる。

【００３２】

【実施例】以下、本発明の実施例を詳細に説明する。実施例１〜９、比較例１

【００３３】まず、原料である水酸化リチウム（ＬｉＯ
Ｈ）と酸化アルミニウム（γ−Ａｌ₂Ｏ₃）の仕込比を
変えて比表面積が１０〜２０ｍ² ／ｇで、かつγ−Ｌｉ
_1-xＡｌ_1+x/3Ｏ₂で表され、ｘが下記表１に示す値の
リチウムアルミネート（保持材）を調整した。

【００３４】また、原料である水酸化リチウム（ＬｉＯ
Ｈ）と酸化アルミニウム（γ−Ａｌ₂Ｏ₃）の仕込比を
変えて粒径が２０〜６０μｍで、かつＬｉ_1-xＡｌ
_1+x/3Ｏ₂で表され、ｘが下記表１に示す値のリチウム
アルミネート粉末（補強材）を調整した。

【００３５】次いで、前記リチウムアルミネート（保持
材）およびリチウムアルミネート粉末（補強材）をアル
ミナポットに入れ、トルエン、ポリビニルブチラール、
フタル酸ジブチルと共に２０時間湿式混合し、５種のス
ラリーを調製した。つづいて、前記各スラリーをキャリ
アシートに展開し、厚さ０．５ｍｍのマトリックスグリ
ーンシートとした。この後、前記各マトリックスグリー
ンシートを大気中で脱脂して多孔質体を作製した。

【００３６】次いで、電解質としての混合アルカリ炭酸
塩（Ｌｉ₂ＣＯ₃；６２モル％、Ｋ₂ＣＯ₃；３８モル
％）を用いて前記多孔質体と同様な方法によりシート状
物とした後、前記各多孔質体に前記シート状物をそれぞ
れ重ね、５５０℃まで昇温して前記シート状物を溶融状
態とすることにより前記混合アルカリ炭酸塩を多孔質体
に含浸して厚さ０．５ｍｍの１０種の電解質板を製造し
た。比較例２

【００３７】まず、比表面積が１０〜２０ｍ² ／ｇのγ
−ＬｉＡｌＯ₂粉末（保持材）および粒径２０〜６０μ
ｍのＬｉＡｌＯ₂粒子（補強材）を５０：５０の重量比
でアルミナポットに入れ、トルエン、ポリビニルブチラ
ール、フタル酸ジブチルと共に２０時間湿式混合し、ス
ラリーを調製した。つづいて、前記スラリーをキャリア
シートに展開し、厚さ０．５ｍｍのマトリックスグリー
ンシートとした。この後、前記マトリックスグリーンシ
ートを大気中で脱脂して多孔質体を作製した。

【００３８】次いで、電解質としての混合アルカリ炭酸
塩（Ｌｉ₂ＣＯ₃；６２モル％、Ｋ₂ＣＯ₃；３８モル
％）を用いて前記多孔質体と同様な方法によりシート状
物とした後、前記多孔質体に前記シート状物を重ね、５
５０℃まで昇温して前記シート状物を溶融状態とするこ
とにより前記混合アルカリ炭酸塩を多孔質体に含浸して
厚さ０．５ｍｍの電解質板を製造した。

【００３９】実施例１〜９および比較例１、２の各電解
質板と、ニッケルベ―スアロイからなるアノ―ド、カソ
―ドと、ステンレス鋼からなるセパレ―タ、エッジシ―
ル板、孔開き板、波板を用いて前述した図２及び図３に
示す溶融炭酸塩型燃料電池を組立てた。各燃料電池のア
ノ―ドに燃料ガスとしてのＨ₂８０ｖｏｌ％とＣＯ₂２
０ｖｏｌ％の混合ガスを供給し、カソ―ドに酸化剤ガス
としての空気７０ｖｏｌ％とＣＯ₂３０ｖｏｌ％の混合
ガスをそれぞれ供給し、６５０℃で１５０ｍＡ／ｃｍ²
の負荷条件で発電試験を行なった。発電試験は、５００
０時間の連続運転を行ない、作動電位降下を測定した
後、冷却した電池から電解質板を取り出した。また、取
り出した電解質板を酢酸溶液（氷酢酸１０ｖｏｌ％、無
水酢酸１０ｖｏｌ％、エタノール８０ｖｏｌ％）に浸漬
して混合アルカリ炭酸塩に溶解し、その溶解前後の重量
変化から電解質ロス量を測定した。これらの結果を下記
表１に併記した。

【００４０】

【表１】

【００４１】前記表１から明らかなように、γ−Ｌｉ
_1-xＡｌ_1+x/3Ｏ₂（ただし、ｘは０．０７６≦ｘ≦
０．２４を示す）にて表される粒径１．０μｍ以下のリ
チウムアルミネート粒子を保持材として含む多孔質体を
有する電解質板を組み込んだ溶融炭酸塩型燃料電池で
は、比較例１、２の燃料電池に比べて作動電位降下が小
さく、また電解質ロスも少ないことがわかる。特に、前
記保持材とＬｉ_1-xＡｌ_1+x/3Ｏ₂（ただし、ｘは−
０．１０９≦ｘ≦−０．０３８を示す）にて表される粒
径５．０μｍ以上のリチウムアルミネート粒子を補強材
として含む多孔質体を有する電解質板（実施例７〜９）
を組み込んだ溶融炭酸塩型燃料電池では、作動電位降下
がより小さく、また電解質ロスも一層少ないことがわか
る。

【００４２】

【発明の効果】以上詳述した如く、本発明によれば電解
質板中の電解質の流出を低減して、電解質の流出に伴う
内部抵抗の増大、ガスクロスオ―バの発生を抑制でき、
長時間運転が可能な溶融炭酸塩型燃料電池を提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】溶融炭酸塩型燃料電池の基本構造を示す概略
図。

【図２】本発明に係わる溶融炭酸塩型燃料電池の一般的
に構成を示す斜視図。

【図３】図２の燃料電池の要部拡大斜視図。

【符号の説明】

１１…アノード、１２…カソード、１３…電解質板、１
４…セパレータ、１９…マニホ―ルド、２１…燃料ガ
ス、２４…酸化剤ガス。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者立石浩史神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝総合研究所内 (72)発明者矢吹元央神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝総合研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】混合アルカリ炭酸塩を含む電解質と、前
記電解質が含浸された保持材および補強材を含む多孔質
体とからなる電解質板を備えた溶融炭酸塩型燃料電池に
おいて、前記多孔質体は、式（１）；Ｌｉ_1-xＡｌ_1+x/3Ｏ
₂（ただし、ｘは０．０７６≦ｘ≦０．２４を示す）に
て表される粒径１．０μｍ以下のリチウムアルミネート
粒子を含むことを特徴とする溶融炭酸塩型燃料電池。
【請求項２】混合アルカリ炭酸塩を含む電解質と、前
記電解質が含浸された保持材および補強材を含む多孔質
体とからなる電解質板を備えた溶融炭酸塩型燃料電池に
おいて、前記多孔質体は、式（１）；Ｌｉ_1-xＡｌ_1+x/3Ｏ
₂（ただし、ｘは０．０７６≦ｘ≦０．２４を示す）に
て表される粒径１．０μｍ以下のリチウムアルミネート
粒子と、式（２）；Ｌｉ_1-xＡｌ_1+x/3Ｏ₂（ただし、
ｘは−０．１０９≦ｘ≦−０．０３８を示す）にて表さ
れる粒径５．０μｍ以上のリチウムアルミネート粒子と
を含むことを特徴とする溶融炭酸塩型燃料電池。