JPH07105968A

JPH07105968A - 溶融炭酸塩型燃料電池とその製造方法及びその運転方法

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Publication number: JPH07105968A
Application number: JP5251657A
Authority: JP
Inventors: Seiji Yoshioka; 省二吉岡; Yoji Fujita; 洋司藤田; Kenro Mitsuta; 憲朗光田; Hiroaki Urushibata; 広明漆畑
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1993-10-07
Filing date: 1993-10-07
Publication date: 1995-04-21

Abstract

(57)【要約】【目的】エネルギー変換効率に優れ、長時間電池特性
を高く保つことが可能な溶融炭酸塩型燃料電池を得る。【構成】常圧または高圧で動作する溶融炭酸塩型燃料
電池の酸化剤ガス中の酸素濃度を高く設定した。また、
燃料ガス中の水素濃度を低く設定した。また、酸化剤電
極として、ナトリウム、コバルト、ニッケルを含む複合
酸化物を用いた。また、電解質としてリチウム、ナトリ
ウム炭酸塩にストロンチウム、カルシウム、バリウム、
マグネシウムの炭酸塩のうち少なくとも１つを含むもの
を用いた。

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
関するものである。さらに詳しくは安定性に優れた溶融
炭酸塩型燃料電池の運転方法、酸化剤電極の材料と製造
方法及び電解質の材料に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】水素と酸素を電気化学反応を利用して、
高効率で電気エネルギーに変換できる燃料電池には用い
る電解質の種類によってリン酸型、溶融炭酸塩型、固体
電解質型、固体高分子型などがある。

【０００３】電解質が６５０℃で液体となるアルカリ金
属の炭酸塩を用いる燃料電池は溶融炭酸塩型燃料電池と
呼ばれ、一般に燃料電極、電解質マトリクス、酸化剤電
極から構成されている。燃料電極にはニッケル等の遷移
金属の多孔性燒結体が用いられており、酸化剤電極には
燃料電極と同様に高い電子伝導性を有するニッケル等の
酸化物多孔体が用いられている。また、電解質マトリク
スにはＬｉＡｌＯ₂ 粒子の焼結体に電解質を含浸させて
用いられている。電解質にはリチウム、カリウムの炭酸
塩の２元系が主として用いられており、それらの組成比
はイオン導電率を高く、かつ融点を電池の動作温度であ
る６５０℃より低くする必要から共晶塩組成またはその
組成に近い炭酸塩が用いられている。特に酸化剤電極の
電極反応速度の点からはリチウム、カリウム炭酸塩が有
利であり、広く用いられている。実用に供せられる溶融
炭酸塩型燃料電池は一般に燃料電極、酸化剤電極で電解
質マトリクスを挟み、重ね合わせて単電池とし、セパレ
ーターと呼ばれるステンレス／ニッケル薄板と単電池と
を順次、直列に複数個積み重ねた構造となっている。

【０００４】溶融炭酸塩型燃料電池の燃料ガスとしては
メタンガスと水蒸気またはメタンを改質器を用いて水蒸
気改質した水素、二酸化炭素、水蒸気を主成分として供
給し、酸化剤ガスとしては酸素、窒素、二酸化炭素を含
むガスが用いられている。燃料電極で電極反応に関与す
る化学種は水素、二酸化炭素及び水蒸気である。これら
の組成比の違いによってガスの熱力学的な物性が異な
り、燃料ガス中の水素濃度が高いほど電池特性は高くな
る。一方、酸化剤ガスについては酸素、二酸化炭素濃度
が高いほど電池特性は高くなる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】溶融炭酸塩型燃料電池
は運転圧力が高いほど高い特性を示す。これは水素、酸
素及び二酸化炭素の分圧が運転圧力と共に高くなるから
である。そのため、１気圧を越える高圧での運転は電池
特性を高くするのに有効な手段である。

【０００６】しかし、リチウム化ニッケル酸化物を主成
分とする従来の酸化剤電極では、酸化剤ガス中の二酸化
炭素と反応して酸性溶解反応により電解質マトリクス中
にニッケルイオンとなって溶けだし、燃料電極側から拡
散してくる水素によってマトリクス中で還元／析出さ
れ、析出した金属ニッケルが電池の両電極を短絡させ、
電池特性を低下させると共に短絡電流により発電効率が
低下するという問題があった。この酸化剤電極の酸性溶
解反応は二酸化炭素分圧に比例して増大するため、高圧
力運転においてはこの分圧が必然的に高くなるので、特
に高圧運転下での溶融炭酸塩型燃料電池の短絡による寿
命は、常圧と比較して短くなるという問題があった。

【０００７】また、リチウム、カリウム炭酸塩を主成分
とする電解質を用いた場合、その酸性度が高いため、酸
化剤電極の酸性溶解反応が促進されるという問題があっ
た。

【０００８】本発明は電池寿命に係わる問題点に対して
なされたものであり、高圧下における溶融炭酸塩型燃料
電池を長時間にわたって高い特性に維持することのでき
る安定性に優れた溶融炭酸塩型燃料電池を実現すること
を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る溶
融炭酸塩型燃料電池の運転方法は、常圧または高圧運転
における酸化剤ガス中の酸素濃度を１５容積％以上６０
容積％以下の組成にしたものである。

【００１０】請求項２の発明に係る溶融炭酸塩型燃料電
池の運転方法は、常圧または高圧運転における燃料ガス
中の水素濃度を３０容積％以上５０容積％以下にしたも
のである。

【００１１】請求項３の発明に係る溶融炭酸塩型燃料電
池は、酸化剤電極材料としてリチウム化ニッケル酸化物
に替えて、電解質マトリクスへの金属イオンの溶解量の
小さいナトリウム、コバルト複合酸化物またはナトリウ
ム、コバルト、ニッケル複合酸化物をリチウム化させた
ものを用いた。

【００１２】請求項４の発明に係る溶融炭酸塩型燃料電
池の製造方法は、酸化剤電極材料の構成材料としてナト
リウム、コバルトの複合酸化物、またはナトリウム、コ
バルト、ニッケルの複合酸化物を含む酸化剤電極の空孔
内にあらかじめ炭酸リチウムを含む炭酸塩を含浸させた
後、溶融炭酸塩型燃料電池を組み立て、酸素を含むガス
を酸化剤電極に供給して５００℃以上に加熱することに
より、ナトリウム、コバルト複合酸化物またはナトリウ
ム、コバルト、ニッケル複合酸化物のリチウム塩を酸化
剤電極内に生じさせるようにしたものである。

【００１３】請求項５の発明に係る溶融炭酸塩型燃料電
池は、電解質材料として炭酸リチウムと炭酸ナトリウム
の２元系炭酸塩またはストロンチウム、マグネシウム、
バリウム、カルシウムのうち少なくとも１種類の炭酸塩
をリチウム、ナトリウム２元系炭酸塩に加えた３元系炭
酸塩を用いたものである。

【００１４】請求項６の発明に係る溶融炭酸塩型燃料電
池は、電解質材料としてリチウム、ナトリウム、マグネ
シウムの３元系炭酸塩を用いたものである。

【００１５】

【作用】請求項１の発明に係る溶融炭酸塩型燃料電池の
運転方法は、高圧下において酸化剤ガス中の酸素濃度を
高くすることにより、短絡による特性の低下を抑えるこ
とができるようにしたものである。酸素ガス濃度はニッ
ケルイオンの電解質へ溶解度に影響しないが、酸化剤ガ
ス中の酸素ガス濃度を高くすると、電解質への酸素の溶
解量が増加すると考えられ、そのためマトリクス中の酸
化雰囲気の領域が広くなり、マトリクス中のニッケルイ
オンが金属ニッケルに還元されにくい条件にすることが
できる。

【００１６】請求項２の発明に係る溶融炭酸塩型燃料電
池の運転方法は、高圧下において燃料ガス中の水素濃度
を低くすることにより、酸化剤ガスと同様に短絡による
特性の低下を抑えることができるようにしたものであ
る。水素の電解質マトリクス中への溶解度が低下し、還
元雰囲気の領域が狭くなり、電解質マトリクス中に溶出
した金属イオンが金属ニッケルに還元されにくい条件に
することができる。

【００１７】請求項３の発明に係る溶融炭酸塩型燃料電
池は、ナトリウム、コバルト複合酸化物またはナトリウ
ム、コバルト、ニッケル複合酸化物を酸化剤電極材料に
用いることによって電解質マトリクス中に溶出する金属
イオンの量が減少し、短絡による特性低下を遅延させる
ことができるようにしたものである。これはナトリウ
ム、コバルト複合酸化物の酸性溶解反応の生成物である
金属イオンがニッケルイオンに比べて溶解度が低いため
と考えられる。

【００１８】請求項４の発明に係る溶融炭酸塩型燃料電
池の製造方法は、ナトリウム、コバルト複合酸化物また
はナトリウム、コバルト、ニッケル複合酸化物に電池組
立後、電子伝導性を持たせ、酸化剤電極として機能させ
るためのリチウム化を簡単に行えるようにしたものであ
る。

【００１９】請求項５の発明に係る溶融炭酸塩型燃料電
池は電解質材料として、炭酸リチウムと炭酸ナトリウム
の２元系炭酸塩またはストロンチウム、マグネシウム、
バリウム、カルシウムのうち少なくとも１種類の炭酸塩
をリチウム、ナトリウム２元系炭酸塩に加えた３元系炭
酸塩を用いるようにしたもので、塩基度が高くなり、金
属イオンの溶解度が低くなる。そのため酸化剤電極の溶
出を抑えることが可能になる。また、一般にリチウム、
ナトリウム系電解質での酸化剤電極反応は、常圧ではス
ーパーオキサイドパスで進行するのに対し、高圧下では
電池特性に有利なパーオキサイドパスで酸化剤電極反応
が進行するためと考えられるため、圧力を上げることに
よる電池特性の向上が従来のリチウム、カリウム系電解
質よりも大きくなる。

【００２０】請求項６の発明に係る溶融炭酸塩型燃料電
池は電解質材料として、リチウム、ナトリウム、マグネ
シウムの３元系炭酸塩を用いるようにしたもので、塩基
度が高くなり、金属イオンの溶解度が低くなる。そのた
め酸化剤電極の溶出を抑えることが可能になる。

【００２１】

【実施例】

実施例１．以下、この発明の実施例１を図に基づいて説
明する。図１は本発明の一実施例の溶融炭酸塩型燃料電
池の構成を示す斜視図である。図において１は酸化剤電
極であり、ニッケル金属の粉体を水素雰囲気下で焼成し
た空孔率８０％のニッケル多孔体を酸化剤電極としたも
のである。２は燃料電極で、ニッケルーアルミ合金粉体
を酸化剤電極と同様にして焼成したのち空孔率６０％に
調整したものである。３は電解質マトリクスでリチウム
アルミネートを有機物バインダーと共にシート成形した
ものである。電解質マトリクス３を酸化剤電極１、燃料
電極２で挟み、さらにその上下に燃料極集電板４と酸化
剤電極集電板５とで押さえつけて一体化したものを酸化
剤電極マニホールド６と呼ばれる酸化剤ガスが流れるフ
レームと燃料電極マニホールド７の間に組み込まれる。
６、７のマニホールドは腐食を抑制するため大気と接触
する部分にはアルミコーティング処理をし、耐食性のあ
るアルミの酸化物層を設けている。８は熱電対孔で電池
の温度を６５０℃一定に保つために熱電対を挿入するた
めのものである。酸化剤電極の酸化及びリチウム化は電
池昇温と同時に行った（in-situ酸化）。電解質マトリ
クスは、電解質の溶融しない３００℃前後で有機物を焼
き飛ばしセラミック多孔焼結体とした。電解質の量は両
電極および電解質マトリクスの多孔度から計算される空
孔体積の６２％になるようにした。

【００２２】上記のように構成した溶融炭酸塩型燃料電
池単セルを６５０℃で動作させた。燃料ガス組成として
水素／二酸化炭素／水蒸気＝７２／１８／１０の割合と
し、燃料利用率４０％＠１５０ｍＡ／ｃｍ² で連続発電
試験を行った。図２はこの時の電池特性である。図にお
いて９は開回路電圧（無負荷時の電池電圧）、１０は電
池の負荷特性で電池の経時変化特性を示している。溶融
炭酸塩型燃料電池が酸化剤電極の溶解が原因で短絡が発
生した時、図２に示されるように電池特性が低下する。
短絡による寿命は電池電圧が１０ｍＶ低下した時とし
た。電池特性が低下する原因は短絡以外に電池抵抗の経
時的な増加や燃料ガス、酸化剤ガスの漏れによっても引
き起こされるため、これらの要因を抵抗測定、ガス分析
で補正して短絡発生時間を見積もった。

【００２３】実施例２．以下、実施例２について説明す
る。試験には図１に示す溶融炭酸塩型燃料電池単電池を
用いて、短絡による寿命の酸化剤ガス中の酸素濃度依存
性を試験した。図３は酸化剤ガス中の酸素濃度と短絡に
よる寿命の関係を示したものである。運転圧力は１１で
示される常圧（気圧）、１２で示される３気圧、１３で
示される９気圧の３通りの条件で行った。また、それぞ
れに対してパラメーターである酸化剤ガス中の酸素濃度
を１５％、４０％、６０％に変えた試験を行った。この
時、酸化剤ガス中の二酸化炭素濃度は３０％一定とし、
窒素で１００％とした。また、試験を効率よく行うため
に、短絡が早く発生するように電解質マトリクスは０．
５ｍｍの薄いものを用いた。３気圧と９気圧の試験は溶
融炭酸塩型燃料電池全体を窒素で満たした筺体と呼ばれ
る密閉容器に入れて試験を行った。燃料ガスと酸化剤ガ
スは電解質マトリクスで隔離されているが、その間に圧
力差が生じるとガスの電解質マトリクスを通してガスリ
ークが起こる。従って高圧力運転では、燃料ガス、酸化
剤ガスそして筺体中のガスの圧力差を±１ｍｍＡｑ以下
に制御した。

【００２４】以下、酸素濃度の効果の詳細について説明
する。常圧、高圧どちらの場合でも酸化剤ガス中の酸素
濃度が高いほど短絡発生時間は遅延することを確認し
た。酸素はヘンリーの法則によって、その分圧に比例し
て電解質マトリクスに溶解する。溶解酸素種は燃料電極
で電解質に溶解し、拡散してきた水素と反応して水にな
ると考えられる。酸素の溶解度は水素の１／１０程度で
あるため電解質マトリクス中でのニッケルが析出しない
酸化雰囲気の領域は小さい。酸素濃度を増加させること
によって、この領域を広げることができる。

【００２５】実施例３．以下、実施例３について説明す
る。試験には図１に示す溶融炭酸塩型燃料電池単電池を
用いて、短絡による寿命の燃料ガス中の水素濃度依存性
を試験した。図４に燃料ガス中の水素濃度と短絡による
寿命の関係を示した。運転圧力は１４で示される常圧
（気圧）、１５で示される３気圧、１６で示される９気
圧の３通りの条件で行った。また、それぞれに対してパ
ラメーターである燃料ガス中の水素濃度を３０％、４０
％、５０％に変えた試験を行った。この時、燃料ガス中
の二酸化炭素濃度は水素濃度に対し、１／４とし、水蒸
気量は全体の１０％とし、窒素で１００％とした。

【００２６】以下、酸素濃度の効果の詳細について説明
する。常圧、高圧どちらの場合でも燃料ガス中の水素濃
度が低いほど短絡発生時間は遅延することを確認した。
水素の酸素同様はヘンリーの法則によって、その分圧に
比例して電解質マトリクスに溶解する。溶解水素種は酸
化剤電極で電解質に溶解し、拡散してきた水素と反応し
て水になると考えられる。水素濃度を低下させることに
よって、還元領域を減少させ、ニッケルが析出しない酸
化雰囲気の領域を相対的に広げることができる。

【００２７】実施例４．以下、実施例４における酸化剤
電極材料としてのナトリウム、コバルト複合酸化物の製
造法を説明する。酸化コバルト（Ｃｏ₃Ｏ₄）と炭酸ナ
トリウム（Ｎａ₂ＣＯ₃）の粉末を出発原料物質とし
た。これらを２対３のモル比で混合し、両者が均一に分
散するように自動式乳鉢で６時間程度混ぜ合わせた。こ
れを空気中９５０℃で５時間焼成した後、ボールミルで
平均粒径が５μｍ程度になるまで粉砕した。こうして合
成した複合酸化物はＸ線回折分析による定性分析からＮ
ａＣｏＯ₂、ＮａＣｏ₂Ｏ₄、Ｎａ₃Ｃｏ₄Ｏ₈、Ｎａ₃Ｃｏ₅
Ｏ₁₀等を含んでいることが確認された。この合成反応は
一般にＣｏ₃Ｏ₄＋３Ｘ／２Ｎａ₂Ｃｏ₃ → ３Ｎａ_xＣｏＯ₂＋３Ｘ／２ＣＯ₂ ・・・・（１）（１）式のように表される。そして有機系のバインダー
と混ぜ合わせたスラリーからシート状に成形した後、バ
インダーを３００℃で焼き飛ばし溶融炭酸塩型燃料電池
の酸化剤電極に供した。

【００２８】実施例５．以下、実施例５における酸化剤
電極材料としてのナトリウム、コバルト、ニッケル複合
酸化物の製造法を説明する。まず、実施例４と同じ方法
でナトリウム、コバルト複合酸化物粉末を作製し、これ
にニッケル金属粉末を混合し、ナトリウム、コバルト、
ニッケルのモル比が２対３対２の原料粉末を調整した。
これを有機系のバインダーと混ぜ合わせたスラリーから
シート状に成形した後、バインダーを３００℃で焼き飛
ばし溶融炭酸塩型燃料電池の酸化剤電極に供した。

【００２９】実施例６．以下、実施例６について説明す
る。図５は実施例４、実施例５で作製した溶融炭酸塩型
燃料電池の酸化剤電極の組立図である。１８で示される
電解質マトリクスを１９の酸化剤電極と２０の燃料電極
で挟んだ構造となっている。一般に酸化剤電極は酸化雰
囲気で用いられるために金属酸化物が用いられるが、電
子伝導率が低いので、リチウム化して抵抗の低いリチウ
ム塩にしてはじめて燃料電池の酸化剤電極として使用す
ることができる。リチウム化のために１７の酸化剤電極
の空孔の中に炭酸リチウムを含む炭酸塩を含浸させ、昇
温時に電解質の溶融する約５００℃以上でリチウム化さ
せた。

【００３０】実施例７．以下、実施例７について説明す
る。溶融炭酸塩型燃料電池の電解質として炭酸リチウム
と炭酸ナトリウムのモル比として５３対４７、５８対４
２の２通りを用いて高圧単電池発電試験を行った。運転
終了後、電解質マトリクス中に析出したニッケルを原子
吸光分析法で分析した。通常用いられる炭酸リチウム、
炭酸カリウム共晶塩の場合、３気圧（二酸化炭素分圧は
０．９気圧）で運転した場合、ニッケルの析出速度は１
２μｇ／ｃｍ² ｈｒであるが、リチウム、ナトリウム系
の場合、ニッケルの析出量は６．２μｇ／ｃｍ² ｈｒに
減少した。全圧が５気圧または９気圧で運転した場合に
もニッケルの析出量は炭酸リチウム、炭酸カリウム共晶
塩系と比較して約１／２に減少した。

【００３１】実施例８．以下、実施例８について説明す
る。実施例７で用いた炭酸リチウムと炭酸ナトリウムの
モル比５３対４７の共晶塩に５モル％のアルカリ土類金
属炭酸塩を混合した電解質を用いた。用いたアルカリ土
類金属炭酸塩はストロンチウム、マグネシウム、バリウ
ム、カルシウムの炭酸塩である。この３元系炭酸塩の製
法について説明する。炭酸リチウムと炭酸ナトリウムの
モル比５３対４７の共晶塩と、アルカリ土類金属炭酸塩
を真空乾燥器で２時間乾燥した後、自動乳鉢で３時間湿
度２０％の乾燥質中で混合し、坩堝に入れ、空気／二酸
化炭素雰囲気の電気炉で９００℃で溶融させた。自然に
冷却した後、ボールミルで粉砕して電解質に供した。

【００３２】上記の３元系電解質を用いて常圧、高圧で
溶融炭酸塩型燃料電池試験を行った。運転終了後、電解
質マトリクス中に析出したニッケルを原子吸光分析法で
分析した結果、３気圧（二酸化炭素分圧は０．９気圧）
で運転した場合、ニッケルの析出速度は３．０μｇ／ｃ
ｍ² ｈｒに減少した。全圧が５気圧または９気圧で運転
した場合にもニッケルの析出量は炭酸リチウム、炭酸カ
リウム共晶塩系と比較して約１／４に減少した。

【００３３】図６は運転圧力と電池電圧の関係を示した
ものである。２１は炭酸リチウム、炭酸ナトリウム系の
電解質を用いた場合であり、２２は炭酸リチウム、炭酸
カリウム系の電解質を用いた結果である。圧力増加によ
る電圧の上昇（圧力ゲイン）は炭酸リチウム、炭酸ナト
リウム系の電解質を用いた方が大きかった。この電解質
の酸化剤電極反応速度はリチウム／カリウム系に比べて
遅いのは常圧での現象であり、高圧では同等かもしくは
早いと考えられる。

【００３４】

【発明の効果】以上のように、請求項１の発明によれ
ば、高圧下において酸化剤ガス中の酸素濃度を高くする
ようにしたので、短絡による特性の低下を抑える効果が
ある。

【００３５】また、請求項２の発明によれば、高圧下に
おいて燃料ガス中の水素濃度を低くするようにしたの
で、酸化剤ガスと同様に短絡による特性の低下を抑える
効果がある。

【００３６】また、請求項３の発明によれば、ナトリウ
ム、コバルト複合酸化物またはナトリウム、コバルト、
ニッケル複合酸化物を酸化剤電極材料に用いるようにし
たので電解質マトリクス中に溶出する金属イオンの量が
減少し、短絡による特性低下を遅延させる効果がある。

【００３７】また、請求項４の発明によれば、ナトリウ
ム、コバルト複合酸化物またはナトリウム、コバルト、
ニッケル複合酸化物を含む酸化剤電極の空孔内にあらか
じめ炭酸リチウムを含む炭酸塩を含浸させた後、溶融炭
酸塩型燃料電池を組み立て、酸素を含むガスを５００℃
以上に加熱することにより、ナトリウム、コバルト複合
酸化物またはナトリウム、コバルト、ニッケル複合酸化
物のリチウム塩を酸化剤電極内に生じさせるようにした
ので、酸化剤電極として機能させるためのリチウム化を
簡単に行える効果がる。

【００３８】請求項５の発明によれば、炭酸リチウムと
炭酸ナトリウムの２元系炭酸塩またはストロンチウム、
マグネシウム、バリウム、カルシウムのうち少なくとも
１種類の炭酸塩をリチウム、ナトリウム２元系炭酸塩に
加えた３元系炭酸塩を電解質として用いるようにしたの
で、酸化剤電極の溶出を抑える効果がある。また、圧力
を上げることによる電池特性の上昇が従来のリチウム、
カリウム系電解質よりも大きくできる効果がある。

【００３９】請求項６の発明によれば、リチウム、ナト
リウム、マグネシウムの３元系炭酸塩を電解質として用
いるようにしたので酸化剤電極の溶出を従来よりも大幅
に低減できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１による溶融炭酸塩型燃料電
池の構成を示す斜視図である。

【図２】この発明の実施例１の溶融炭酸塩型燃料電池の
経時変化特性である。

【図３】この発明の実施例２によるＮｉ短絡の影響を示
す寿命曲線である。

【図４】この発明の実施例３によるＮｉ短絡の影響を示
す寿命曲線である。

【図５】この発明の実施例６による溶融炭酸塩型燃料電
池の断面図である。

【図６】この発明の実施例８による溶融炭酸塩型燃料電
池の電圧ー圧力特性図である。

【符号の説明】

１酸化剤電極２燃料電極３電解質マトリクス４燃料電極集電板５酸化剤電極集電板６酸化剤電極マニホールド７燃料電極マニホールド８熱電対挿入孔９開回路電位（無負荷時の電池電圧）１０電池特性（負荷時の電池電圧）１１常圧運転における短絡寿命依存性１２３気圧運転における短絡寿命依存性１３９気圧運転における短絡寿命依存性１４常圧運転における短絡寿命依存性１５３気圧運転における短絡寿命依存性１６９気圧運転における短絡寿命依存性１７酸化剤電極中の空孔１８電解質マトリクス１９酸化剤電極２０燃料電極２１リチウム/ナトリウム炭酸塩電解質の圧力ゲイン２２リチウム/カリウム炭酸塩電解質の圧力ゲイン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者漆畑広明尼崎市塚口本町８丁目１番１号三菱電機株式会社中央研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料ガスと酸化剤ガスとを供給して常圧
または高圧で運転され、酸化剤ガスに少なくとも酸素及
び二酸化炭素を含む溶融炭酸塩型燃料電池において、上
記燃料電池に供給する酸化剤ガス中の酸素ガス濃度を１
５容積％以上６０容積％以下としたことを特徴とする溶
融炭酸塩型燃料電池の運転方法。
【請求項２】燃料ガスと酸化剤ガスとを供給して常圧
または高圧で運転され、燃料ガスに少なくとも水素、二
酸化炭素及び水蒸気を含む溶融炭酸塩型燃料電池におい
て、上記燃料電池に供給する燃料ガス中の水素ガス濃度
を３０容積％以上５０容積％以下としたことを特徴とす
る溶融炭酸塩型燃料電池の運転方法。
【請求項３】燃料電極、電解質マトリクス、酸化剤電
極を有する溶融炭酸塩型燃料電池において、酸化剤電極
の構成材料としてナトリウム、コバルトの複合酸化物、
またはナトリウム、コバルト、ニッケルの複合酸化物を
用いることを特徴とする溶融炭酸塩型燃料電池。
【請求項４】構成材料としてナトリウム、コバルトの
複合酸化物、またはナトリウム、コバルト、ニッケルの
複合酸化物を含む酸化剤電極の空孔内にあらかじめ炭酸
リチウム含む炭酸塩を含浸させた後、溶融炭酸塩型燃料
電池を組み立て、酸素を含むガスを酸化剤電極に供給し
て５００℃以上に加熱することにより、ナトリウム、コ
バルト複合酸化物またはナトリウム、コバルト、ニッケ
ル複合酸化物のリチウム塩を酸化剤電極内に生じさせる
ことを特徴とする溶融炭酸塩型燃料電池の製造方法。
【請求項５】１気圧を越える高圧で運転される溶融炭
酸塩型燃料電池において、電解質としてリチウム、ナト
リウムの２元系炭酸塩またはストロンチウム、マグネシ
ウム、バリウム、カルシウムのうち少なくとも１種類の
炭酸塩をリチウム、ナトリウム２元系炭酸塩に加えた３
元系炭酸塩を用いたことを特徴とする溶融炭酸塩型燃料
電池。
【請求項６】常圧で運転される溶融炭酸塩型燃料電池
において、イオン導電体である電解質としてリチウム、
ナトリウム、マグネシウムの３元系炭酸塩を用いたこと
を特徴とする溶融炭酸塩型燃料電池。