JPH07114929A - 直接内部改質方式溶融炭酸塩型燃料電池 - Google Patents
直接内部改質方式溶融炭酸塩型燃料電池Info
- Publication number
- JPH07114929A JPH07114929A JP5258638A JP25863893A JPH07114929A JP H07114929 A JPH07114929 A JP H07114929A JP 5258638 A JP5258638 A JP 5258638A JP 25863893 A JP25863893 A JP 25863893A JP H07114929 A JPH07114929 A JP H07114929A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- anode
- foil
- catalyst
- fuel cell
- plate
- Prior art date
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- Pending
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-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 電解液の飛散等による改質触媒の劣化を抑制
し、電池の長寿命化を図ることができる直接内部改質方
式溶融炭酸塩型燃料電池を提供することを目的としてい
る。 【構成】 電解液を保持した電解質板１の両面にアノー
ド２とカソード３とを配し、原料ガスを改質する改質触
媒１２を充填保持したコルゲート板５・９を前記アノー
ド２の背面側に配置した構造の直接内部改質方式溶融炭
酸塩型燃料電池において、前記アノード２とコルゲート
板９に充填保持した改質触媒１２との間に、水素ガス透
過性を有するニッケルフォイル８を配置したことを特徴
としている。
し、電池の長寿命化を図ることができる直接内部改質方
式溶融炭酸塩型燃料電池を提供することを目的としてい
る。 【構成】 電解液を保持した電解質板１の両面にアノー
ド２とカソード３とを配し、原料ガスを改質する改質触
媒１２を充填保持したコルゲート板５・９を前記アノー
ド２の背面側に配置した構造の直接内部改質方式溶融炭
酸塩型燃料電池において、前記アノード２とコルゲート
板９に充填保持した改質触媒１２との間に、水素ガス透
過性を有するニッケルフォイル８を配置したことを特徴
としている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は直接内部改質方式溶融炭
酸塩型燃料電池に関するものであり、詳しくはコルゲー
ト板に充填保持した改質触媒の電解液からの保護に関す
るものである。
酸塩型燃料電池に関するものであり、詳しくはコルゲー
ト板に充填保持した改質触媒の電解液からの保護に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】図６は従来の直接内部改質方式溶融炭酸
塩型燃料電池の単位セルの構造を示す断面図であり、図
７は図６に示した燃料電池の要部を示す分解斜視図であ
る。この直接内部改質方式溶融炭酸塩型燃料電池は、リ
チウムアルミネートと電解液（炭酸リチウム、炭酸カリ
ウム）とから成る電解質板６１の両面に、酸化ニッケル
を主成分とするカソード６２と、ニッケルを主成分とす
るアノード６３とが夫々配置された構造であり、これら
カソード６２及びアノード６３は夫々カソード枠６４及
びアノード枠６５によりコルゲート板６６・６７及び集
電板６８・６９を介して押圧されている。前記電解質板
６１の周辺部はカソード枠６４及びアノード枠６５のウ
ェットシール面７０により封止されている。また、アノ
ード側のコルゲート板６７には、フィードされてくるメ
タン等の原料ガスを水素リッチなガスに改質するための
改質触媒７１が充填保持されている。
塩型燃料電池の単位セルの構造を示す断面図であり、図
７は図６に示した燃料電池の要部を示す分解斜視図であ
る。この直接内部改質方式溶融炭酸塩型燃料電池は、リ
チウムアルミネートと電解液（炭酸リチウム、炭酸カリ
ウム）とから成る電解質板６１の両面に、酸化ニッケル
を主成分とするカソード６２と、ニッケルを主成分とす
るアノード６３とが夫々配置された構造であり、これら
カソード６２及びアノード６３は夫々カソード枠６４及
びアノード枠６５によりコルゲート板６６・６７及び集
電板６８・６９を介して押圧されている。前記電解質板
６１の周辺部はカソード枠６４及びアノード枠６５のウ
ェットシール面７０により封止されている。また、アノ
ード側のコルゲート板６７には、フィードされてくるメ
タン等の原料ガスを水素リッチなガスに改質するための
改質触媒７１が充填保持されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
直接内部改質方式溶融炭酸塩型燃料電池では、電解液が
アノード６３やウェットシール部７０から浸み出した
り、或いは蒸気となって飛散する場合がある。このよう
な場合、電解液は集電板６９に設けた孔を介してコルゲ
ート板６７側に流出し、該コルゲート板６７に充填保持
した改質触媒７１に付着することになる。そのため、改
質触媒７１の触媒活性が低下し、電池寿命特性が低下す
るという問題が生じる。
直接内部改質方式溶融炭酸塩型燃料電池では、電解液が
アノード６３やウェットシール部７０から浸み出した
り、或いは蒸気となって飛散する場合がある。このよう
な場合、電解液は集電板６９に設けた孔を介してコルゲ
ート板６７側に流出し、該コルゲート板６７に充填保持
した改質触媒７１に付着することになる。そのため、改
質触媒７１の触媒活性が低下し、電池寿命特性が低下す
るという問題が生じる。
【０００４】本発明は、かかる現状に鑑みてなされたも
のであり、電解液の飛散等による改質触媒の劣化を抑制
し、電池の長寿命化を図ることができる直接内部改質方
式溶融炭酸塩型燃料電池を提供することを目的としてい
る。
のであり、電解液の飛散等による改質触媒の劣化を抑制
し、電池の長寿命化を図ることができる直接内部改質方
式溶融炭酸塩型燃料電池を提供することを目的としてい
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、電解液を保持した電解質板の両面にアノ
ードとカソードとを配し、原料ガスを改質する改質触媒
を充填保持したコルゲート板を前記アノードの背面側に
配置した構造の直接内部改質方式溶融炭酸塩型燃料電池
において、前記アノードとコルゲート板に充填保持した
改質触媒との間に、水素ガス透過性を有するニッケルフ
ォイルを配置したことを特徴としている。
成するために、電解液を保持した電解質板の両面にアノ
ードとカソードとを配し、原料ガスを改質する改質触媒
を充填保持したコルゲート板を前記アノードの背面側に
配置した構造の直接内部改質方式溶融炭酸塩型燃料電池
において、前記アノードとコルゲート板に充填保持した
改質触媒との間に、水素ガス透過性を有するニッケルフ
ォイルを配置したことを特徴としている。
【０００６】
【作用】本発明は、上記のように構成することにより以
下のように作用する。そもそも、ニッケルは、溶融炭酸
塩型燃料電池の電解液として用いられる溶融塩に対して
接触角が大きいという特性を有している。したがって、
本発明の如く、アノードと改質触媒との間にニッケルか
ら成るフォイル（箔）を配置すれば、アノードやウェッ
トシール部から浸み出したり、或いは蒸気となって飛散
してくる電解液は、該フォイルの前記特性によってはじ
かれるので、改質触媒への電解液の付着が防止され、触
媒活性及び電池寿命特性が向上する。
下のように作用する。そもそも、ニッケルは、溶融炭酸
塩型燃料電池の電解液として用いられる溶融塩に対して
接触角が大きいという特性を有している。したがって、
本発明の如く、アノードと改質触媒との間にニッケルか
ら成るフォイル（箔）を配置すれば、アノードやウェッ
トシール部から浸み出したり、或いは蒸気となって飛散
してくる電解液は、該フォイルの前記特性によってはじ
かれるので、改質触媒への電解液の付着が防止され、触
媒活性及び電池寿命特性が向上する。
【０００７】また、ニッケルは水素ガス透過性を有する
ので、改質触媒とアノードとの間に該ニッケルフォイル
を配置した場合でも、改質触媒で改質された水素ガスの
アノード側への拡散を阻害するおそれがない。更には、
ニッケルは、高温（約６５０℃）のアノードガス雰囲気
下でも優れた安定性があり、腐食を起こし難いという特
性も有している。
ので、改質触媒とアノードとの間に該ニッケルフォイル
を配置した場合でも、改質触媒で改質された水素ガスの
アノード側への拡散を阻害するおそれがない。更には、
ニッケルは、高温（約６５０℃）のアノードガス雰囲気
下でも優れた安定性があり、腐食を起こし難いという特
性も有している。
【０００８】
【実施例】図１は本発明の一実施例に係る直接内部改質
方式溶融炭酸塩型燃料電池の単位セル（有効反応面積２
５０cm2 ）の構造を示す断面図であり、図２は図１に示
した燃料電池の要部を示す分解斜視図である。この直接
内部改質方式溶融炭酸塩型燃料電池は、リチウムアルミ
ネート粒末と有機バインダーとから成るスラリーをテー
プキャスト法によって作成した電解質板１を備え、該電
解質板１の一方の面にはニッケル合金多孔性焼結板から
成るアノード２が設けられ、他方の面にはリチウム化酸
化ニッケル多孔性焼結板から成るカソード３が設けられ
ている。前記カソード３の背面側には、ステンレス製の
パンチングメタル板から成る集電板４と、コルゲート板
５と、カソード枠６とが順次積層されている。一方、前
記アノード２の背面側には、ニッケル製のパンチングメ
タル板から成る集電板７と、ニッケルフォイル８と、コ
ルゲート板９と、アノード枠１０とが順次積層されてい
る。また、前記アノード枠１０には、電池内部側の底面
から側面にかけて電解液の漏れを防止するためのニッケ
ル板１１が設けられている。
方式溶融炭酸塩型燃料電池の単位セル（有効反応面積２
５０cm2 ）の構造を示す断面図であり、図２は図１に示
した燃料電池の要部を示す分解斜視図である。この直接
内部改質方式溶融炭酸塩型燃料電池は、リチウムアルミ
ネート粒末と有機バインダーとから成るスラリーをテー
プキャスト法によって作成した電解質板１を備え、該電
解質板１の一方の面にはニッケル合金多孔性焼結板から
成るアノード２が設けられ、他方の面にはリチウム化酸
化ニッケル多孔性焼結板から成るカソード３が設けられ
ている。前記カソード３の背面側には、ステンレス製の
パンチングメタル板から成る集電板４と、コルゲート板
５と、カソード枠６とが順次積層されている。一方、前
記アノード２の背面側には、ニッケル製のパンチングメ
タル板から成る集電板７と、ニッケルフォイル８と、コ
ルゲート板９と、アノード枠１０とが順次積層されてい
る。また、前記アノード枠１０には、電池内部側の底面
から側面にかけて電解液の漏れを防止するためのニッケ
ル板１１が設けられている。
【０００９】前記カソード側のコルゲート板５は、図３
に示すように、凹部と凸部とが連続して繰り返す形状を
成しており、各凹部及び凸部は酸化剤ガスの通路を形成
している。また、アノード側のコルゲート板９も、凹部
と凸部とが連続して繰り返す形状を成しており、各凹部
及び凸部が燃料ガスの通路を形成する点では、図３に示
したカソード側のコルゲート板５と同様の構成である
が、アノード側には、図４に示すように改質触媒１２と
して、市販のペレット状Ｎｉ／ＭｇＯ系触媒が充填保持
されている。
に示すように、凹部と凸部とが連続して繰り返す形状を
成しており、各凹部及び凸部は酸化剤ガスの通路を形成
している。また、アノード側のコルゲート板９も、凹部
と凸部とが連続して繰り返す形状を成しており、各凹部
及び凸部が燃料ガスの通路を形成する点では、図３に示
したカソード側のコルゲート板５と同様の構成である
が、アノード側には、図４に示すように改質触媒１２と
して、市販のペレット状Ｎｉ／ＭｇＯ系触媒が充填保持
されている。
【００１０】前記ニッケルフォイル８は、厚さ2.５μｍ
程度のニッケル箔でできており、改質触媒１２で改質さ
れた水素ガスがアノード２側に流入できる程度の水素ガ
ス透過性を有している。前記ニッケルフォイル８は、図
２に示すように、コルゲート板９に充填保持された改質
触媒１２の上流側から５０％程度の部分を覆うように配
置されている。このニッケルフォイル８は、プレスによ
って図１に示すように、コルゲート板９の凹凸に沿って
波状に加工されており、パンチングメタル板７との間の
隙間は、アノード反応で生成するＨ2 Ｏ、ＣＯ2 の拡散
路となっている。尚、プレスする際には、ニッケルフォ
イル８をコルゲート板９に設置し、その上にラバーシー
トを設置して行ない、コルゲート板９の凹凸に沿って波
状に加工した。
程度のニッケル箔でできており、改質触媒１２で改質さ
れた水素ガスがアノード２側に流入できる程度の水素ガ
ス透過性を有している。前記ニッケルフォイル８は、図
２に示すように、コルゲート板９に充填保持された改質
触媒１２の上流側から５０％程度の部分を覆うように配
置されている。このニッケルフォイル８は、プレスによ
って図１に示すように、コルゲート板９の凹凸に沿って
波状に加工されており、パンチングメタル板７との間の
隙間は、アノード反応で生成するＨ2 Ｏ、ＣＯ2 の拡散
路となっている。尚、プレスする際には、ニッケルフォ
イル８をコルゲート板９に設置し、その上にラバーシー
トを設置して行ない、コルゲート板９の凹凸に沿って波
状に加工した。
【００１１】このようにして作成した電池を、以下
（Ａ）電池と称する。 〔比較例〕図７に示すように、アノード側集電板６９と
改質触媒７１を充填保持したアノード側コルゲート板６
７との間に、ニッケルフォイルを介在させていない他
は、上記実施例１と同様にして電池を作成した。
（Ａ）電池と称する。 〔比較例〕図７に示すように、アノード側集電板６９と
改質触媒７１を充填保持したアノード側コルゲート板６
７との間に、ニッケルフォイルを介在させていない他
は、上記実施例１と同様にして電池を作成した。
【００１２】このようにして作成した電池を、以下
（Ｘ）電池と称する。 〔実験１〕本発明の（Ａ）電池及び比較例の（Ｘ）電池
を用いて、アノード出口におけるメタンガス濃度（メタ
ンガスリーク量）を測定したので、その結果を図５に示
す。尚、実験は、電池の昇温を行ない電池温度が６５０
℃になった時点で、燃料ガスとして水蒸気を含むメタン
ガスをアノード側に流入し、水素ガスに改質して発電を
行った。この際使用した燃料ガス量は、メタンガスベー
スによる算出で、燃料利用率４０％となるように調整し
た。また、発電は電流密度１５０ｍＡ／cm2下で行な
い、電池特性が安定した後、メタンガス濃度を測定し
た。
（Ｘ）電池と称する。 〔実験１〕本発明の（Ａ）電池及び比較例の（Ｘ）電池
を用いて、アノード出口におけるメタンガス濃度（メタ
ンガスリーク量）を測定したので、その結果を図５に示
す。尚、実験は、電池の昇温を行ない電池温度が６５０
℃になった時点で、燃料ガスとして水蒸気を含むメタン
ガスをアノード側に流入し、水素ガスに改質して発電を
行った。この際使用した燃料ガス量は、メタンガスベー
スによる算出で、燃料利用率４０％となるように調整し
た。また、発電は電流密度１５０ｍＡ／cm2下で行な
い、電池特性が安定した後、メタンガス濃度を測定し
た。
【００１３】図５から明らかなように、本発明の（Ａ）
電池及び比較例の（Ｘ）電池における未改質メタンガス
量は、放電初期においてはほとんど差が認められない
が、１０００時間を経過した当たりから顕著な差が認め
られる。即ち、比較例の（Ｘ）電池では、１０００時間
を越えた当たりから、未改質メタンガス量が著しく増加
し始めるのに対して、本発明の（Ａ）電池では３０００
時間放電後においても未改質メタンガス量がほとんど増
加していないことが認められる。
電池及び比較例の（Ｘ）電池における未改質メタンガス
量は、放電初期においてはほとんど差が認められない
が、１０００時間を経過した当たりから顕著な差が認め
られる。即ち、比較例の（Ｘ）電池では、１０００時間
を越えた当たりから、未改質メタンガス量が著しく増加
し始めるのに対して、本発明の（Ａ）電池では３０００
時間放電後においても未改質メタンガス量がほとんど増
加していないことが認められる。
【００１４】これは、比較例の（Ｘ）電池では、コルゲ
ート板に充填保持した改質触媒に電解液が付着して、触
媒活性が低下するのに対して、本発明の（Ａ）電池で
は、ニッケルフォイルによって改質触媒への電解液の付
着等が防止されるためである。また、ガス利用率を増加
させた高利用率（７５％）特性においても、同様の実験
を行ったが、本発明の（Ａ）電池は比較例の（Ｘ）電池
の電池特性と略同等であることから、改質触媒とアノー
ドとの間にニッケルフォイルを設置した場合でも、水素
ガスのアノード側への拡散が阻害されることによる特性
劣化は認められないことを確認した。 〔その他の事項〕 上記実施例においては、ニッケルフォイル８はアノ
ードガスの入口側から５０％程度の部分にだけ配置した
が、アノードガスの出口側まで全面に配置することも勿
論可能である。但し、電池内での改質反応は、アノード
ガスの入口側から５０％程度の部分でほぼ終了している
ことを考えると、アノードガスの入口側から５０％程度
の部分にだけ配置していれば十分である。 また、このニッケルフォイル８は、コルゲート板９
に充填保持した改質触媒１２で改質された水素ガスが十
分に透過することができる程度の厚みである必要があ
り、好ましくは５μｍ以下であり、特に好ましくは2.５
μｍ以下である。
ート板に充填保持した改質触媒に電解液が付着して、触
媒活性が低下するのに対して、本発明の（Ａ）電池で
は、ニッケルフォイルによって改質触媒への電解液の付
着等が防止されるためである。また、ガス利用率を増加
させた高利用率（７５％）特性においても、同様の実験
を行ったが、本発明の（Ａ）電池は比較例の（Ｘ）電池
の電池特性と略同等であることから、改質触媒とアノー
ドとの間にニッケルフォイルを設置した場合でも、水素
ガスのアノード側への拡散が阻害されることによる特性
劣化は認められないことを確認した。 〔その他の事項〕 上記実施例においては、ニッケルフォイル８はアノ
ードガスの入口側から５０％程度の部分にだけ配置した
が、アノードガスの出口側まで全面に配置することも勿
論可能である。但し、電池内での改質反応は、アノード
ガスの入口側から５０％程度の部分でほぼ終了している
ことを考えると、アノードガスの入口側から５０％程度
の部分にだけ配置していれば十分である。 また、このニッケルフォイル８は、コルゲート板９
に充填保持した改質触媒１２で改質された水素ガスが十
分に透過することができる程度の厚みである必要があ
り、好ましくは５μｍ以下であり、特に好ましくは2.５
μｍ以下である。
【００１５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
アノードやウェットシール部から浸み出したり、或いは
蒸気となって飛散してくる電解液は、ニッケルフォイル
によってはじかれるので、改質触媒への電解液の付着が
防止され、触媒活性及び電池寿命特性が向上する。
アノードやウェットシール部から浸み出したり、或いは
蒸気となって飛散してくる電解液は、ニッケルフォイル
によってはじかれるので、改質触媒への電解液の付着が
防止され、触媒活性及び電池寿命特性が向上する。
【図１】本発明の一実施例に係る直接内部改質方式溶融
炭酸塩型燃料電池の単位セルの構造を示す断面図であ
る。
炭酸塩型燃料電池の単位セルの構造を示す断面図であ
る。
【図２】図１に示した燃料電池の要部を示す分解斜視図
である。
である。
【図３】図１に示した燃料電池のカソード側コルゲート
板の斜視図である。
板の斜視図である。
【図４】図１に示した燃料電池のアノード側コルゲート
板の斜視図である。
板の斜視図である。
【図５】本発明の（Ａ）電池及び比較例の（Ｘ）電池を
用いた場合における、アノード出口でのメタンガス濃度
（メタンガスリーク量）を示すグラフである。
用いた場合における、アノード出口でのメタンガス濃度
（メタンガスリーク量）を示すグラフである。
【図６】従来の直接内部改質方式溶融炭酸塩型燃料電池
の単位セルの構造を示す断面図である。
の単位セルの構造を示す断面図である。
【図７】図６に示した燃料電池の要部を示す分解斜視図
である。
である。
１ 電解質板 ２ アノード ３ カソード ５ コルゲート板 ８ ニッケルフォイル ９ コルゲート板 １２ 改質触媒
Claims (1)
- 【請求項１】 電解液を保持した電解質板の両面にアノ
ードとカソードとを配し、原料ガスを改質する改質触媒
を充填保持したコルゲート板を前記アノードの背面側に
配置した構造の直接内部改質方式溶融炭酸塩型燃料電池
において、 前記アノードとコルゲート板に充填保持した改質触媒と
の間に、水素ガス透過性を有するニッケルフォイルを配
置したことを特徴とする直接内部改質方式溶融炭酸塩型
燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5258638A JPH07114929A (ja) | 1993-10-15 | 1993-10-15 | 直接内部改質方式溶融炭酸塩型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5258638A JPH07114929A (ja) | 1993-10-15 | 1993-10-15 | 直接内部改質方式溶融炭酸塩型燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07114929A true JPH07114929A (ja) | 1995-05-02 |
Family
ID=17323053
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5258638A Pending JPH07114929A (ja) | 1993-10-15 | 1993-10-15 | 直接内部改質方式溶融炭酸塩型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07114929A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1419546A1 (en) * | 2001-06-26 | 2004-05-19 | Fuelcell Energy, Inc. | Corrugated current collector for direct internal reforming fuel cells |
-
1993
- 1993-10-15 JP JP5258638A patent/JPH07114929A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1419546A1 (en) * | 2001-06-26 | 2004-05-19 | Fuelcell Energy, Inc. | Corrugated current collector for direct internal reforming fuel cells |
| EP1419546A4 (en) * | 2001-06-26 | 2010-03-10 | Fuelcell Energy Inc | INVERTED CURRENT COLLECTOR FOR DIRECT INTERNAL REFORM FUEL CELLS |
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