JPH07201347A - 溶融炭酸塩型燃料電池 - Google Patents
溶融炭酸塩型燃料電池Info
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- JPH07201347A JPH07201347A JP5337424A JP33742493A JPH07201347A JP H07201347 A JPH07201347 A JP H07201347A JP 5337424 A JP5337424 A JP 5337424A JP 33742493 A JP33742493 A JP 33742493A JP H07201347 A JPH07201347 A JP H07201347A
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- 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】 電解質板のウェットシール部のクラック発生
を抑制ないし仮にクラックが発生した場合でもそのウェ
ットシール部でのガスクロスオーバを抑制した溶融炭酸
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からなる電解質を保持材
および補強材を含む多孔質体に含浸させた電解質板と、
前記電解質板を挟持する一対の多孔質電極板と、前記電
解質板の両面周縁部に当接され、前記一対の電極板の背
面側にガス通路を形成するための一対のエッジシール板
と、前記一対の電極板および前記電解質板の積層構造の
中の、前記電極板が当接される前記電解質板の電極反応
部と前記エッジシール板が当接され前記電解質板のウェ
ットシール部との境界を含む周辺部に対応する位置に介
在された金属箔とを具備したことを特徴としている。
を抑制ないし仮にクラックが発生した場合でもそのウェ
ットシール部でのガスクロスオーバを抑制した溶融炭酸
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からなる電解質を保持材
および補強材を含む多孔質体に含浸させた電解質板と、
前記電解質板を挟持する一対の多孔質電極板と、前記電
解質板の両面周縁部に当接され、前記一対の電極板の背
面側にガス通路を形成するための一対のエッジシール板
と、前記一対の電極板および前記電解質板の積層構造の
中の、前記電極板が当接される前記電解質板の電極反応
部と前記エッジシール板が当接され前記電解質板のウェ
ットシール部との境界を含む周辺部に対応する位置に介
在された金属箔とを具備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、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。
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多孔質電極板であるアノ
―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４ａ、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 、Ｃ
Ｏ2 ）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 、Ｈ2 Ｏ）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、Ｃ
Ｏ2 ）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。
に示す。導電性を有する一対の多孔質電極板であるアノ
―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４ａ、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 、Ｃ
Ｏ2 ）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 、Ｈ2 Ｏ）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、Ｃ
Ｏ2 ）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。
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。
【０００４】 Ｈ2 ＋ＣＯ3 2-→Ｈ 2Ｏ＋ＣＯ2 ＋２ｅ- …(1) 1/2 Ｏ2 ＋ＣＯ2 ＋２ｅ- →ＣＯ3 2- …(2) ところで、前述した構成の溶融炭酸塩型燃料電池におい
て、前記燃料ガス、酸化剤ガスの通路の分離は通常、エ
ッジシール板を電解質板の周縁部に圧接させる、いわゆ
るウェットシール方式によって行われている。つまり、
電解質板は機能的には前記多孔質電極板（アノード、カ
ソード）と直接接触する電極反応部と、ガスシールを目
的とするウェットシール部とから構成される。しかしな
がら、前記電解質板には燃料電池の起動・停止に起因す
る数回の熱サイクルが加わると、クラックが発生してガ
スリークを生じる問題があった。
て、前記燃料ガス、酸化剤ガスの通路の分離は通常、エ
ッジシール板を電解質板の周縁部に圧接させる、いわゆ
るウェットシール方式によって行われている。つまり、
電解質板は機能的には前記多孔質電極板（アノード、カ
ソード）と直接接触する電極反応部と、ガスシールを目
的とするウェットシール部とから構成される。しかしな
がら、前記電解質板には燃料電池の起動・停止に起因す
る数回の熱サイクルが加わると、クラックが発生してガ
スリークを生じる問題があった。
【０００５】このようなことから、米国アルゴンヌ国立
研究所；ゼエネラルエレクトリック社では鉄−クロム−
アルミニウムの合金網を補強材として内部に設けた電解
質板を報告している。また、特開昭６０−１７２１７４
号公報には金メッシュを補強材として内部に設けた電解
質板が開示されている。しかしながら、エッジシール板
とこの中に嵌合される多孔質電極板の面の不一致、つま
り段差部により電解質板に局所的に応力が加えられる
と、前記網やメッシュを補強材として内部に配置された
電解質板といえどもクラックの発生が避けられない。特
に、起動時において前記電解質板のウェットシール部に
クラックが発生する。その結果、反応ガスのクロスリー
クが生じる問題があった。
研究所；ゼエネラルエレクトリック社では鉄−クロム−
アルミニウムの合金網を補強材として内部に設けた電解
質板を報告している。また、特開昭６０−１７２１７４
号公報には金メッシュを補強材として内部に設けた電解
質板が開示されている。しかしながら、エッジシール板
とこの中に嵌合される多孔質電極板の面の不一致、つま
り段差部により電解質板に局所的に応力が加えられる
と、前記網やメッシュを補強材として内部に配置された
電解質板といえどもクラックの発生が避けられない。特
に、起動時において前記電解質板のウェットシール部に
クラックが発生する。その結果、反応ガスのクロスリー
クが生じる問題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記従来の
問題点を解決するためになされたもので、電解質板のウ
ェットシール部のクラック発生を抑制ないし仮にクラッ
クが発生した場合でもそのウェットシール部でのガスク
ロスオーバ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。
問題点を解決するためになされたもので、電解質板のウ
ェットシール部のクラック発生を抑制ないし仮にクラッ
クが発生した場合でもそのウェットシール部でのガスク
ロスオーバ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。
【０００７】
【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からなる電解質を
保持材および補強材を含む多孔質体に含浸させた電解質
板と、前記電解質板を挟持する一対の多孔質電極板と、
前記電解質板の両面周縁部に当接され、前記一対の電極
板の背面側にガス通路を形成するための一対のエッジシ
ール板と、前記一対の電極板および前記電解質板の積層
構造の中の、前記電極板が当接される前記電解質板の電
極反応部と前記エッジシール板が当接され前記電解質板
のウェットシール部との境界を含む周辺部に対応する位
置に介在された金属箔とを具備したことを特徴とするも
のである。
塩型燃料電池は、混合アルカリ炭酸塩からなる電解質を
保持材および補強材を含む多孔質体に含浸させた電解質
板と、前記電解質板を挟持する一対の多孔質電極板と、
前記電解質板の両面周縁部に当接され、前記一対の電極
板の背面側にガス通路を形成するための一対のエッジシ
ール板と、前記一対の電極板および前記電解質板の積層
構造の中の、前記電極板が当接される前記電解質板の電
極反応部と前記エッジシール板が当接され前記電解質板
のウェットシール部との境界を含む周辺部に対応する位
置に介在された金属箔とを具備したことを特徴とするも
のである。
【０００８】以下、本発明に係わる溶融炭酸塩型燃料電
池を図２〜図４を参照して詳細に説明する。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及びこれら電極板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１２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４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１３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。このよ
うに前記アノード１１、カソード１２と前記エッジシー
ル板１５ａ、１５ｂを前記電解質板１３の両面にそれぞ
れ配置することにより、前記電解質板１３は機能的には
前記アノード１１、カソード１２が当接される電極反応
部１３1 と前記エッジシール板１５ａ、１５ｂが当接さ
れるウェットシール部１３2 とから構成される。
池を図２〜図４を参照して詳細に説明する。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及びこれら電極板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１２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４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１３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。このよ
うに前記アノード１１、カソード１２と前記エッジシー
ル板１５ａ、１５ｂを前記電解質板１３の両面にそれぞ
れ配置することにより、前記電解質板１３は機能的には
前記アノード１１、カソード１２が当接される電極反応
部１３1 と前記エッジシール板１５ａ、１５ｂが当接さ
れるウェットシール部１３2 とから構成される。
【０００９】枠状の金属箔１６は、図４に示すように前
記電解質板１３の電極反応部１３1とウェットシール部
１３2 の境界を含む周辺部に位置する例えば前記アノー
ド１１と前記電解質板１３との間に介在されている。金
属箔は、図４に示す位置以外に前記カソード２と前記電
解質板１３の間、電解質板を複数枚に積層した場合には
それらの間に介在してもよい。いずれの場合も、前記電
解質板１３の電極反応部１３1 とウェットシール部１３
2 の境界を含む周辺部に対応するように前記金属箔を位
置させることが必要である。
記電解質板１３の電極反応部１３1とウェットシール部
１３2 の境界を含む周辺部に位置する例えば前記アノー
ド１１と前記電解質板１３との間に介在されている。金
属箔は、図４に示す位置以外に前記カソード２と前記電
解質板１３の間、電解質板を複数枚に積層した場合には
それらの間に介在してもよい。いずれの場合も、前記電
解質板１３の電極反応部１３1 とウェットシール部１３
2 の境界を含む周辺部に対応するように前記金属箔を位
置させることが必要である。
【００１０】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１７
ａ、波板１８ａ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１７
ｂ、波板１８ｂが前記カソ―ド１２側から順次積層され
ている。
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１７
ａ、波板１８ａ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１７
ｂ、波板１８ｂが前記カソ―ド１２側から順次積層され
ている。
【００１１】このような複数の単位セルがセパレ―タ１
４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１９を有するマニホ―ルド２０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２０のフランジ１９との
間にはそれぞれ枠状のマニホ―ルドシ―ル板２１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２２を供給するための供給管２３が取り付
けられている。この供給管２３と反対側のマニホ―ルド
２０には、ガス排出管２４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
２５を供給するための供給管２６が取り付けられてい
る。この供給管２６と反対側のマニホ―ルド２０には、
ガス排出管２７が取着されている。
４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１９を有するマニホ―ルド２０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２０のフランジ１９との
間にはそれぞれ枠状のマニホ―ルドシ―ル板２１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２２を供給するための供給管２３が取り付
けられている。この供給管２３と反対側のマニホ―ルド
２０には、ガス排出管２４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
２５を供給するための供給管２６が取り付けられてい
る。この供給管２６と反対側のマニホ―ルド２０には、
ガス排出管２７が取着されている。
【００１２】前記電極板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１７ａ、１７ｂ及び波板１８
ａ、１８ｂは、例えばステンレス鋼から形成される。
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１７ａ、１７ｂ及び波板１８
ａ、１８ｂは、例えばステンレス鋼から形成される。
【００１３】前記燃料ガス２２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２５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。
（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２５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。
【００１４】前記電解質板１３は、保持材および補強材
を多孔質体（例えば気孔率４０〜６５％）に電解質であ
る混合アルカリ炭酸塩を溶融状態で含浸した構成を有
し、単一層もしくは複数枚を積層した形態で使用され
る。
を多孔質体（例えば気孔率４０〜６５％）に電解質であ
る混合アルカリ炭酸塩を溶融状態で含浸した構成を有
し、単一層もしくは複数枚を積層した形態で使用され
る。
【００１５】前記混合アルカリ炭酸塩としては、例えば
炭酸リチウム（Ｌｉ2 ＣＯ3 ）と炭酸カリウム（Ｋ2 Ｃ
Ｏ3 ）の混合物、Ｌｉ2 ＣＯ3 と炭酸ナトリウム（Ｎａ
2 ＣＯ3 の混合物、Ｌｉ2 ＣＯ3 とＫ2 ＣＯ3 とＮａ2
ＣＯ3 の混合物等を挙げることができる。
炭酸リチウム（Ｌｉ2 ＣＯ3 ）と炭酸カリウム（Ｋ2 Ｃ
Ｏ3 ）の混合物、Ｌｉ2 ＣＯ3 と炭酸ナトリウム（Ｎａ
2 ＣＯ3 の混合物、Ｌｉ2 ＣＯ3 とＫ2 ＣＯ3 とＮａ2
ＣＯ3 の混合物等を挙げることができる。
【００１６】前記多孔質体の一方の構成成分である保持
材としては、リチウムアルミネート、リチウム化ジルコ
ニア、安定化ジルコニア、リチウムタンタレート、リチ
ウムナイオベート、リチウムチタネートまたはこれらの
混合物等を挙げることができる。
材としては、リチウムアルミネート、リチウム化ジルコ
ニア、安定化ジルコニア、リチウムタンタレート、リチ
ウムナイオベート、リチウムチタネートまたはこれらの
混合物等を挙げることができる。
【００１７】前記多孔質体の他方の構成成分である補強
材は、セルの昇温時における前記電解質板１３のクラッ
ク発生を抑制するために使用される。かかる補強材とし
ては、例えば粒径が１０〜１００μｍのリチウムアルミ
ネートまたはリチウムジルコネートからなる粒子や繊維
等を挙げることができる。
材は、セルの昇温時における前記電解質板１３のクラッ
ク発生を抑制するために使用される。かかる補強材とし
ては、例えば粒径が１０〜１００μｍのリチウムアルミ
ネートまたはリチウムジルコネートからなる粒子や繊維
等を挙げることができる。
【００１８】前記金属箔１６としては、例えば厚さ５０
μｍ以下の金箔、銅箔、ニッケル箔、白金箔、鉄箔、ス
テンレス箔等を挙げることができ、特に耐食性の高い金
箔、白金箔が好適である。前記金属箔１６の厚さが５０
μｍを越えると、その金属箔自体が段差部として作用し
てかえって電解質板のクラック発生を助長する恐れがあ
るからである。より好ましい金属箔の厚さは、１０〜３
０μｍである。前記金属箔の形状は、枠状に限らず、テ
ープを枠状に配置するようにしてもよい。
μｍ以下の金箔、銅箔、ニッケル箔、白金箔、鉄箔、ス
テンレス箔等を挙げることができ、特に耐食性の高い金
箔、白金箔が好適である。前記金属箔１６の厚さが５０
μｍを越えると、その金属箔自体が段差部として作用し
てかえって電解質板のクラック発生を助長する恐れがあ
るからである。より好ましい金属箔の厚さは、１０〜３
０μｍである。前記金属箔の形状は、枠状に限らず、テ
ープを枠状に配置するようにしてもよい。
【００１９】
【作用】本発明によれば、一対の電極板および電解質板
の積層構造の中の、前記電極板が当接される前記電解質
板の電極反応部と前記エッジシール板が当接され前記電
解質板のウェットシール部との境界を含む周辺部に対応
する箇所、例えば前記電極板と前記電解質板の間の前記
箇所に金属箔を介在させることによって、エッジシール
板とこの中に嵌合される多孔質電極板の面の不一致、つ
まり段差部により電解質板に局所的に加えられる応力を
前記金属箔の緩和できる。その結果、セルの昇温時にお
いて前記電解質板のウェットシール部にクラックが発生
するのを防止できる。
の積層構造の中の、前記電極板が当接される前記電解質
板の電極反応部と前記エッジシール板が当接され前記電
解質板のウェットシール部との境界を含む周辺部に対応
する箇所、例えば前記電極板と前記電解質板の間の前記
箇所に金属箔を介在させることによって、エッジシール
板とこの中に嵌合される多孔質電極板の面の不一致、つ
まり段差部により電解質板に局所的に加えられる応力を
前記金属箔の緩和できる。その結果、セルの昇温時にお
いて前記電解質板のウェットシール部にクラックが発生
するのを防止できる。
【００２０】また、複数枚の電解質板を積層した構造に
おいて前記電解質板間の電極反応部と前記ウェットシー
ル部との境界を含む周辺部に対応する箇所に金属箔を介
在させることによって、前記電極板に局所的に加えられ
る応力により前記ウェットシール部にクラックが発生し
ても前記金属箔で厚さ方向へのクラックの進行を阻止す
ると共にガスバリアとして作用する。
おいて前記電解質板間の電極反応部と前記ウェットシー
ル部との境界を含む周辺部に対応する箇所に金属箔を介
在させることによって、前記電極板に局所的に加えられ
る応力により前記ウェットシール部にクラックが発生し
ても前記金属箔で厚さ方向へのクラックの進行を阻止す
ると共にガスバリアとして作用する。
【００２１】したがって、昇温時において前記電解質板
のウェットシール部へのクラック発生を防止するか、ま
たはクラックが発生してもガスリークを抑制できるた
め、長時間の運転が可能な溶融炭酸塩型燃料電池を実現
できる。
のウェットシール部へのクラック発生を防止するか、ま
たはクラックが発生してもガスリークを抑制できるた
め、長時間の運転が可能な溶融炭酸塩型燃料電池を実現
できる。
【００２２】
【実施例】以下、本発明の実施例を詳細に説明する。 実施例１ まず、γ−ＬｉＡｌＯ2 からなる保持材および補強材を
トルエン、ポリビニルブチラール、フタル酸ジブチルと
共に混合し、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。
トルエン、ポリビニルブチラール、フタル酸ジブチルと
共に混合し、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。
【００２３】また、電解質としての混合アルカリ炭酸塩
（Ｌｉ2 ＣＯ3 ；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、４ｃｍ角の寸法に切断した前記多孔質体上
に前記シート状物を重ね、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電解質板を製造した。
（Ｌｉ2 ＣＯ3 ；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、４ｃｍ角の寸法に切断した前記多孔質体上
に前記シート状物を重ね、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電解質板を製造した。
【００２４】前記電解質板を積層し、これら電解質板間
に厚さ２０μｍ、幅３ｍｍの枠状金箔を電極反応部とウ
ェットシール部の境界を含む周辺部に対応する箇所に位
置するように介在させ、これと、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。
に厚さ２０μｍ、幅３ｍｍの枠状金箔を電極反応部とウ
ェットシール部の境界を含む周辺部に対応する箇所に位
置するように介在させ、これと、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。
【００２５】実施例２ 前記電解質板（単層）とニッケルベースアロイからなる
アノードとの間に厚さ２０μｍ、幅３ｍｍの枠状金箔を
電極反応部とウェットシール部の境界を含む周辺部に対
応する位置に介在させ、これと、ニッケルベ―スアロイ
からなるカソ―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。
アノードとの間に厚さ２０μｍ、幅３ｍｍの枠状金箔を
電極反応部とウェットシール部の境界を含む周辺部に対
応する位置に介在させ、これと、ニッケルベ―スアロイ
からなるカソ―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。
【００２６】実施例３ 前記電解質板（単層）とニッケルベースアロイからなる
カソードとの間に厚さ２０μｍ、幅３ｍｍの枠状金箔を
電極反応部とウェットシール部の境界を含む周辺部に対
応する位置に介在させ、これと、ニッケルベ―スアロイ
からなるアノードと、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。
カソードとの間に厚さ２０μｍ、幅３ｍｍの枠状金箔を
電極反応部とウェットシール部の境界を含む周辺部に対
応する位置に介在させ、これと、ニッケルベ―スアロイ
からなるアノードと、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。
【００２７】実施例４ 金属箔として厚さ２０μｍ、幅３ｍｍの枠状ニッケル箔
を用いた以外、実施例１と同様な溶融炭酸塩型燃料電池
を組立てた。
を用いた以外、実施例１と同様な溶融炭酸塩型燃料電池
を組立てた。
【００２８】実施例５ 金属箔として厚さ２０μｍ、幅３ｍｍの枠状銅箔を用い
た以外、実施例１と同様な溶融炭酸塩型燃料電池を組立
てた。
た以外、実施例１と同様な溶融炭酸塩型燃料電池を組立
てた。
【００２９】実施例６ 金属箔として厚さ２０μｍ、幅３ｍｍの枠状ステンレス
箔を用いた以外、実施例１と同様な溶融炭酸塩型燃料電
池を組立てた。
箔を用いた以外、実施例１と同様な溶融炭酸塩型燃料電
池を組立てた。
【００３０】実施例７ 金属箔として厚さ２０μｍ、幅３ｍｍの枠状鉄箔を用い
た以外、実施例１と同様な溶融炭酸塩型燃料電池を組立
てた。
た以外、実施例１と同様な溶融炭酸塩型燃料電池を組立
てた。
【００３１】実施例８ 金属箔として厚さ２０μｍ、幅３ｍｍの枠状白金箔を用
いた以外、実施例１と同様な溶融炭酸塩型燃料電池を組
立てた。
いた以外、実施例１と同様な溶融炭酸塩型燃料電池を組
立てた。
【００３２】比較例１ 前記電解質板と、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。
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。
【００３３】実施例１〜８および比較例１の各燃料電池
のアノ―ドに燃料ガスとしてのＨ2８０ｖｏｌ％とＣＯ2
２０ｖｏｌ％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ＣＯ2 ３０ｖｏｌ％の
混合ガスをそれぞれ供給し、６５０℃で１５０ｍＡ／ｃ
ｍ2 の負荷条件で発電試験を行なった。発電試験は、１
０００時間の連続運転を行ない、一旦室温まで降温した
後、再び６５０℃まで昇温してアノ―ドに燃料ガスとし
てのＨ2 ８０ｖｏｌ％とＣＯ2 ２０ｖｏｌ％の燃料ガス
に対してＨｅを１０ｖｏｌ％加えた混合ガスを供給し、
カソ―ドに酸化剤ガスとしての空気７０ｖｏｌ％とＣＯ
2 ３０ｖｏｌ％の混合ガスをそれぞれ供給し、カソード
の出口側のガス中に含まれるＨｅ濃度を測定することに
よりガスクロスリーク量を求めた。その結果を下記表１
に示す。
のアノ―ドに燃料ガスとしてのＨ2８０ｖｏｌ％とＣＯ2
２０ｖｏｌ％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ＣＯ2 ３０ｖｏｌ％の
混合ガスをそれぞれ供給し、６５０℃で１５０ｍＡ／ｃ
ｍ2 の負荷条件で発電試験を行なった。発電試験は、１
０００時間の連続運転を行ない、一旦室温まで降温した
後、再び６５０℃まで昇温してアノ―ドに燃料ガスとし
てのＨ2 ８０ｖｏｌ％とＣＯ2 ２０ｖｏｌ％の燃料ガス
に対してＨｅを１０ｖｏｌ％加えた混合ガスを供給し、
カソ―ドに酸化剤ガスとしての空気７０ｖｏｌ％とＣＯ
2 ３０ｖｏｌ％の混合ガスをそれぞれ供給し、カソード
の出口側のガス中に含まれるＨｅ濃度を測定することに
よりガスクロスリーク量を求めた。その結果を下記表１
に示す。
【００３４】 表１ 金属箔 介在位置 クロスリーク量（％） 実施例１ 金 Ｅ／Ｅ ０．０８ 実施例２ 金 Ａ／Ｅ ０．０９ 実施例３ 金 Ｃ／Ｅ ０．１１ 実施例４ ニッケル Ｅ／Ｅ ０．１１ 実施例５ 銅 Ｅ／Ｅ ０．１３ 実施例６ ＳＵＳ Ｅ／Ｅ ０．１６ 実施例７ 鉄 Ｅ／Ｅ ０．１９ 実施例８ 白金 Ｅ／Ｅ ０．０８ 比較例１ − − １．１２ 注）表１中のＡ；アノード、Ｃ；カソード、Ｅ；電解質
板。
板。
【００３５】前記表１から明らかなように、実施例１〜
７のように金属箔を所定の部位に介在させた溶融炭酸塩
型燃料電池は１０００時間運転後のクロスリーク量が出
口側のカソードガス流量に対して０．２％以下に収ま
り、長時間の運転を行うことができることがわかる。
７のように金属箔を所定の部位に介在させた溶融炭酸塩
型燃料電池は１０００時間運転後のクロスリーク量が出
口側のカソードガス流量に対して０．２％以下に収ま
り、長時間の運転を行うことができることがわかる。
【００３６】これに対し、比較例１の溶融炭酸塩型燃料
電池は１０００時間運転後のクロスリーク量が出口側の
カソードガス流量に対して１％以上であり、ガスリーク
が著しいことがわかる。
電池は１０００時間運転後のクロスリーク量が出口側の
カソードガス流量に対して１％以上であり、ガスリーク
が著しいことがわかる。
【００３７】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば電
解質板のウェットシール部のクラック発生を抑制ないし
仮にクラックが発生した場合でもそのウェットシール部
でのガスクロスオーバを抑制し得る長寿命の溶融炭酸塩
型燃料電池を提供できる。
解質板のウェットシール部のクラック発生を抑制ないし
仮にクラックが発生した場合でもそのウェットシール部
でのガスクロスオーバを抑制し得る長寿命の溶融炭酸塩
型燃料電池を提供できる。
【図１】溶融炭酸塩型燃料電池の基本構造を示す概略
図。
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。
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。
【図４】本発明に係わる溶融炭酸塩型燃料電池の要部拡
大斜視図。
大斜視図。
１１…アノード、１２…カソード、１３…電解質板、１
３1 …電極反応部、１３2 …ウェットシール部、１４…
セパレータ、１５ａ、１５ｂ…エッジシール板、１６…
金属箔、２０…マニホ―ルド、２２…燃料ガス、２５…
酸化剤ガス。
３1 …電極反応部、１３2 …ウェットシール部、１４…
セパレータ、１５ａ、１５ｂ…エッジシール板、１６…
金属箔、２０…マニホ―ルド、２２…燃料ガス、２５…
酸化剤ガス。
フロントページの続き (72)発明者 中川 和明 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (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 式会社東芝研究開発センター内
Claims (1)
- 【請求項１】 混合アルカリ炭酸塩からなる電解質を保
持材および補強材を含む多孔質体に含浸させた電解質板
と、前記電解質板を挟持する一対の多孔質電極板と、前
記電解質板の両面周縁部に当接され、前記一対の電極板
の背面側にガス通路を形成するための一対のエッジシー
ル板と、前記一対の電極板および前記電解質板の積層構
造の中の、前記電極板が当接される前記電解質板の電極
反応部と前記エッジシール板が当接され前記電解質板の
ウェットシール部との境界を含む周辺部に対応する位置
に介在された金属箔とを具備したことを特徴とする溶融
炭酸塩型燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5337424A JPH07201347A (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 溶融炭酸塩型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5337424A JPH07201347A (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 溶融炭酸塩型燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07201347A true JPH07201347A (ja) | 1995-08-04 |
Family
ID=18308506
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5337424A Pending JPH07201347A (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 溶融炭酸塩型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07201347A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002089243A3 (en) * | 2001-04-27 | 2003-11-20 | Alberta Reasearch Council Inc | Metal-supported solid electrolyte electrochemical cell and multi cell reactors incorporating same |
| KR100441066B1 (ko) * | 2001-12-31 | 2004-07-21 | 한국과학기술연구원 | 모자이크형 복합 고분자 전해질막 및 이의 제조 방법 |
| CN1306642C (zh) * | 2002-07-10 | 2007-03-21 | 通用电气公司 | 熔融氢化物燃料电池 |
| KR100968505B1 (ko) * | 2008-09-08 | 2010-07-07 | 한국과학기술원 | 금속지지체형 고체산화물 연료전지 및 그 제조 방법 |
| KR100978144B1 (ko) * | 2008-09-08 | 2010-08-25 | 한국과학기술원 | 금속지지체형 고체산화물 연료전지 |
| KR101008212B1 (ko) * | 2008-09-08 | 2011-01-17 | 한국과학기술원 | 고체산화물 연료전지 |
-
1993
- 1993-12-28 JP JP5337424A patent/JPH07201347A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002089243A3 (en) * | 2001-04-27 | 2003-11-20 | Alberta Reasearch Council Inc | Metal-supported solid electrolyte electrochemical cell and multi cell reactors incorporating same |
| KR100441066B1 (ko) * | 2001-12-31 | 2004-07-21 | 한국과학기술연구원 | 모자이크형 복합 고분자 전해질막 및 이의 제조 방법 |
| CN1306642C (zh) * | 2002-07-10 | 2007-03-21 | 通用电气公司 | 熔融氢化物燃料电池 |
| KR100968505B1 (ko) * | 2008-09-08 | 2010-07-07 | 한국과학기술원 | 금속지지체형 고체산화물 연료전지 및 그 제조 방법 |
| KR100978144B1 (ko) * | 2008-09-08 | 2010-08-25 | 한국과학기술원 | 금속지지체형 고체산화물 연료전지 |
| KR101008212B1 (ko) * | 2008-09-08 | 2011-01-17 | 한국과학기술원 | 고체산화물 연료전지 |
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