JPH0815094B2 - 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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- JPH0815094B2 JPH0815094B2 JP60134655A JP13465585A JPH0815094B2 JP H0815094 B2 JPH0815094 B2 JP H0815094B2 JP 60134655 A JP60134655 A JP 60134655A JP 13465585 A JP13465585 A JP 13465585A JP H0815094 B2 JPH0815094 B2 JP H0815094B2
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- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
- H01M8/2484—Details of groupings of fuel cells characterised by external manifolds
- H01M8/2485—Arrangements for sealing external manifolds; Arrangements for mounting external manifolds around a stack
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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- H01M8/244—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes with matrix-supported molten electrolyte
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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
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- Fuel Cell (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、経時的な性能劣化を抑制した溶融炭酸塩型
燃料電池に関する。
燃料電池に関する。
近年開発が進められている溶融炭酸塩型燃料電池は、
アルカリ炭酸塩からなる電解質を高温下で溶融状態に
し、電極反応を起こさせるもので、リン酸型、固体電解
質型等の他の燃料電池に比べ、電極反応が起り易く、発
電熱効率が高いという利点を有する。
アルカリ炭酸塩からなる電解質を高温下で溶融状態に
し、電極反応を起こさせるもので、リン酸型、固体電解
質型等の他の燃料電池に比べ、電極反応が起り易く、発
電熱効率が高いという利点を有する。
このような溶融炭酸塩型燃料電池で高出力の発電プラ
ントを構成するには、単位電池の出力が微弱であること
から複数の単位電池を直列に積層して燃料電池本体を構
成し、各単位電池の加算出力を得る必要がある。このた
め、通常、この種の燃料電池は次のように構成される。
ントを構成するには、単位電池の出力が微弱であること
から複数の単位電池を直列に積層して燃料電池本体を構
成し、各単位電池の加算出力を得る必要がある。このた
め、通常、この種の燃料電池は次のように構成される。
すなわち、各単位電池は一対の多孔質電極板と、これ
らの間に介在させた炭酸塩からなる電解質層とで構成さ
れる。これら単位電池は単位電池間の電気的な接続機能
と各電極板への反応ガスの通路を提供する機能とを兼ね
備えた導電性のセパレータを介して積層される。
らの間に介在させた炭酸塩からなる電解質層とで構成さ
れる。これら単位電池は単位電池間の電気的な接続機能
と各電極板への反応ガスの通路を提供する機能とを兼ね
備えた導電性のセパレータを介して積層される。
このように構成された燃料電池本体の４つの側面に
は、反応ガスの分配・回収機能を有するマニホールドが
当てがわれる。そして、これらマニホールドのうちの一
つに酸化剤ガスを供給するとともに隣接するマニホール
ドに燃料ガスを供給し、燃料電池本体内部で両ガスを電
極反応に寄与させ直流出力を得た後、それぞれの対向す
るマニホールドからガスを排出する構成をとる。
は、反応ガスの分配・回収機能を有するマニホールドが
当てがわれる。そして、これらマニホールドのうちの一
つに酸化剤ガスを供給するとともに隣接するマニホール
ドに燃料ガスを供給し、燃料電池本体内部で両ガスを電
極反応に寄与させ直流出力を得た後、それぞれの対向す
るマニホールドからガスを排出する構成をとる。
各単位電池の周縁部には、両反応ガスが燃料電池本体
の内部の意図しない側へ漏洩、混入するのを防止するた
めのウェットシール部が形成される。
の内部の意図しない側へ漏洩、混入するのを防止するた
めのウェットシール部が形成される。
ところで、上述したマニホールドと燃料電池本体側面
との間は、反応ガスの漏洩を防止するためのシールを形
成する必要がある。従来は、このシール体として、ジル
コニアフェルトに溶融炭酸塩を含浸させたものの使用が
考えられていた。
との間は、反応ガスの漏洩を防止するためのシールを形
成する必要がある。従来は、このシール体として、ジル
コニアフェルトに溶融炭酸塩を含浸させたものの使用が
考えられていた。
しかし、このようなシール体であると、マニホールド
の燃料電池本体に対向するフランジ部や、セパレータの
側面四隅部分は、常にウェットシールとなる溶融炭酸塩
と接触した状態となる。周知のように作動温度600℃〜7
00℃で溶融状態にある炭酸塩は腐蝕性を有するため、上
記のような溶融炭酸塩との接触部分は燃料電池の長期の
使用によって腐蝕し、腐蝕減量によって気密性の低下を
もたらすという問題がある。
の燃料電池本体に対向するフランジ部や、セパレータの
側面四隅部分は、常にウェットシールとなる溶融炭酸塩
と接触した状態となる。周知のように作動温度600℃〜7
00℃で溶融状態にある炭酸塩は腐蝕性を有するため、上
記のような溶融炭酸塩との接触部分は燃料電池の長期の
使用によって腐蝕し、腐蝕減量によって気密性の低下を
もたらすという問題がある。
また、これに伴って生じた電子伝導性を有する腐蝕生
成物が、単位電池間あるいは単位電池とマニホールド間
の短絡を引き起こしたり、イオン伝導性を有する溶融炭
酸塩を通じて単位電池間に漏洩電流が流れるなどして電
池性能の低下をもたらすことに加え、漏洩電流が流れる
ことによって電解質が単位電池間にまたがって移動して
しまうという問題があった。
成物が、単位電池間あるいは単位電池とマニホールド間
の短絡を引き起こしたり、イオン伝導性を有する溶融炭
酸塩を通じて単位電池間に漏洩電流が流れるなどして電
池性能の低下をもたらすことに加え、漏洩電流が流れる
ことによって電解質が単位電池間にまたがって移動して
しまうという問題があった。
本発明は、上述した問題に基づきなされたもので、シ
ール部の腐蝕を防止して長期に亙りシール性能よおび電
池性能が低下することのない溶融炭酸塩型燃料電池を提
供することを目的とする。
ール部の腐蝕を防止して長期に亙りシール性能よおび電
池性能が低下することのない溶融炭酸塩型燃料電池を提
供することを目的とする。
本発明は、セパレータを介して単位電池を複数積層し
てなる燃料電池本体と、この燃料電池本体の各側面に当
てがわれて前記各単位電池のガス流路に反応ガスを通流
させるマニホールドと、このマニホールドと前記燃料電
池本体の側面との間に設けられたシール体とを備えてな
る溶融炭酸塩型燃料電池において、前記シール体が、燃
料電池の動作温度よりも低い温度で溶融するホウ酸系ガ
ラスと、溶融状態の上記ホウ酸系ガラスに対する濡れ性
が良く、かつ上記ホウ酸系ガラスに溶解しない特性を有
して上記ホウ酸系ガラスの保持に供される保持体とを含
んでいることを特徴としている。
てなる燃料電池本体と、この燃料電池本体の各側面に当
てがわれて前記各単位電池のガス流路に反応ガスを通流
させるマニホールドと、このマニホールドと前記燃料電
池本体の側面との間に設けられたシール体とを備えてな
る溶融炭酸塩型燃料電池において、前記シール体が、燃
料電池の動作温度よりも低い温度で溶融するホウ酸系ガ
ラスと、溶融状態の上記ホウ酸系ガラスに対する濡れ性
が良く、かつ上記ホウ酸系ガラスに溶解しない特性を有
して上記ホウ酸系ガラスの保持に供される保持体とを含
んでいることを特徴としている。
ホウ酸系ガラスは燃料電池の動作温度よりも低い温度
で溶融状態になり、しかも溶融炭酸塩を良くはじき、溶
融炭酸塩とは混じらないという性質を有しているので、
燃料電池本体とマニホールドとの間は溶融状態のホウ酸
系ガラスのみによってウェットシールが形成される。し
たがって、このホウ酸系ガラスによって溶融炭酸塩がマ
ニホールドやセパレータのマニホールドシール接触面に
接触する防止でき、シール部が腐蝕するのを極めて有効
に防止することができる。
で溶融状態になり、しかも溶融炭酸塩を良くはじき、溶
融炭酸塩とは混じらないという性質を有しているので、
燃料電池本体とマニホールドとの間は溶融状態のホウ酸
系ガラスのみによってウェットシールが形成される。し
たがって、このホウ酸系ガラスによって溶融炭酸塩がマ
ニホールドやセパレータのマニホールドシール接触面に
接触する防止でき、シール部が腐蝕するのを極めて有効
に防止することができる。
また、このように溶融炭酸塩が浸み出すのを防止でき
ると、従来のように腐蝕生成物や炭酸塩を通して漏洩電
流が流れたり、電解質が移動することがないので、長期
に亙って良好な電池性能を維持させることができる。
ると、従来のように腐蝕生成物や炭酸塩を通して漏洩電
流が流れたり、電解質が移動することがないので、長期
に亙って良好な電池性能を維持させることができる。
以下、本発明の詳細を図示の実例に基づき説明する。
＜実施例１＞ 第１図に示すような燃料電池本体１を構成した。この
燃料電池本体１は、エンドプレート2a,2bの間に、複数
の単位電池３をセパレータ４を介して積層したものであ
る。単位電池３は一対の多孔質電極板5a,5bの間に電解
質層６を介挿して構成した。電解質層６は、Li2CO3/K2C
O3＝62/38（モル比）の混合炭酸塩粉末と、γ−リチウ
ムアルミネートの保持材とをホットプレスして得た。セ
パレータ４には、その両面に互いに直交する方向に延び
る複数のガス通流溝4a,4bを形成した。
燃料電池本体１は、エンドプレート2a,2bの間に、複数
の単位電池３をセパレータ４を介して積層したものであ
る。単位電池３は一対の多孔質電極板5a,5bの間に電解
質層６を介挿して構成した。電解質層６は、Li2CO3/K2C
O3＝62/38（モル比）の混合炭酸塩粉末と、γ−リチウ
ムアルミネートの保持材とをホットプレスして得た。セ
パレータ４には、その両面に互いに直交する方向に延び
る複数のガス通流溝4a,4bを形成した。
一方、角形環状のアルミナファイバーで形成されたフ
ェルト7a,7b,7c,7dを、マニホールド8a,8b,8c,8dのフラ
ンジ部にそれぞれ貼り合わせ、このフェルト7a〜7bの表
面にホウ酸ガラス粉末を塗り付けた。フェルト7a〜7bは
溶融ホウ酸ガラスを浸透させて保持する保持材となるも
のであり、上記ホウ酸ガラスとでシール体を構成する。
そして、このシール体を設けたマニホールド8a〜8dを、
燃焼電池本体１の各側面に当てがい、図示しない手段で
締付けて燃料電池を構成した。
ェルト7a,7b,7c,7dを、マニホールド8a,8b,8c,8dのフラ
ンジ部にそれぞれ貼り合わせ、このフェルト7a〜7bの表
面にホウ酸ガラス粉末を塗り付けた。フェルト7a〜7bは
溶融ホウ酸ガラスを浸透させて保持する保持材となるも
のであり、上記ホウ酸ガラスとでシール体を構成する。
そして、このシール体を設けたマニホールド8a〜8dを、
燃焼電池本体１の各側面に当てがい、図示しない手段で
締付けて燃料電池を構成した。
このように構成された燃料電池を650℃に昇温し、マ
ニホールド8a側からマニホールド8c側へ燃料ガスＰを通
流させるとともに、マニホールド8bからマニホールド8d
側へ酸化剤ガスＱを通流させ、200時間の運転を行なっ
た。その後、燃料電池の各マニホールド8a〜8dを取去っ
て、アルミナファイバのフェルト7a〜7dと接触するマニ
ホールドフランジ部とセパレータ４の四隅とを調べたと
ころ、腐蝕は確認されなかった。
ニホールド8a側からマニホールド8c側へ燃料ガスＰを通
流させるとともに、マニホールド8bからマニホールド8d
側へ酸化剤ガスＱを通流させ、200時間の運転を行なっ
た。その後、燃料電池の各マニホールド8a〜8dを取去っ
て、アルミナファイバのフェルト7a〜7dと接触するマニ
ホールドフランジ部とセパレータ４の四隅とを調べたと
ころ、腐蝕は確認されなかった。
また、この燃料電池は200時間運転の後も電池性能の
劣化はほとんどなかった、また、燃料電池本体１の各積
層位置における開路電圧を測定したところ、積層位置に
よる開路電圧の変化は少なく、シール中の炭酸塩を経由
するイオン伝導性の漏洩電流は発生しなかった。
劣化はほとんどなかった、また、燃料電池本体１の各積
層位置における開路電圧を測定したところ、積層位置に
よる開路電圧の変化は少なく、シール中の炭酸塩を経由
するイオン伝導性の漏洩電流は発生しなかった。
なお、比較のため、従来例と同様にジルコニアフェル
トに溶融炭酸塩を含浸させたシール構造の燃料電池を構
成し、同様の実験を行なったところ、マニホールドやセ
パレータ側端部に腐蝕や短絡が生じていた。また、積層
位置における開路電圧は、高電位側ほど低下しており、
単位電池当り50mV程度の劣化を生じていた。
トに溶融炭酸塩を含浸させたシール構造の燃料電池を構
成し、同様の実験を行なったところ、マニホールドやセ
パレータ側端部に腐蝕や短絡が生じていた。また、積層
位置における開路電圧は、高電位側ほど低下しており、
単位電池当り50mV程度の劣化を生じていた。
＜実施例２＞ ホウ酸系ガラス60w％、アルミナファイバー10w％、Li
AlO2微粉末20w％、シリコンオイル10w％を混練して塑性
を有するパテ状とした材料を、保持体となるアルミナフ
ァイバーのフェルトの両面に塗り込んでシール体を形成
し、このシール体を上記実施例１のシール体に代えて燃
料電池を構成した。シリコンオイルは、塑性付与剤とし
て用いるものであるが、この非水性のシリコンオイルを
用いる理由は、水性であると水がシール部から電解質層
６に侵入し、電解質保持剤のリチウムアルミネートを分
解してしまうからである。
AlO2微粉末20w％、シリコンオイル10w％を混練して塑性
を有するパテ状とした材料を、保持体となるアルミナフ
ァイバーのフェルトの両面に塗り込んでシール体を形成
し、このシール体を上記実施例１のシール体に代えて燃
料電池を構成した。シリコンオイルは、塑性付与剤とし
て用いるものであるが、この非水性のシリコンオイルを
用いる理由は、水性であると水がシール部から電解質層
６に侵入し、電解質保持剤のリチウムアルミネートを分
解してしまうからである。
この燃料電池を上記実施例１と同様の条件で運転し
た。その結果、前述した実施例１と同様の効果を得た。
た。その結果、前述した実施例１と同様の効果を得た。
また、この実施例では、シール体が常温でも塑性を有
するため、第２図中Ａで示すように常温の状態から良好
なガスシール機能を発揮することが確認された。これに
対し、従来例（同図中Ｂ）および実施例１（同図中Ｃ）
のものでは、炭酸塩やホウ酸系ガラスが溶融状態となる
約500℃以上にならないと、シール性能が発揮されなか
った。
するため、第２図中Ａで示すように常温の状態から良好
なガスシール機能を発揮することが確認された。これに
対し、従来例（同図中Ｂ）および実施例１（同図中Ｃ）
のものでは、炭酸塩やホウ酸系ガラスが溶融状態となる
約500℃以上にならないと、シール性能が発揮されなか
った。
なお、本発明は、上述した実施例に限定されるもので
はない。例えば上記実施例１におけるフェルト7a〜7dと
して、ジルコニアファイバー、リチウム化したアルミナ
またはジルコニアファイバのフェルトを用いても良い。
また、シール体はホウ酸系ガラスに加え、少量のケイ素
ガラス、酸化亜鉛、酸化沿が入っていても良い。さらに
は、上記実施例２ではAl2O3繊維を用いたが、ZrO2,LiZr
O2,Si3N4,SiC,LiAlO2繊維を用いることも考えられる。
また、非水性塑性付与剤としてシリコンオイルの代わり
にエチレングリコールやフッ素オイルを用いたり、ま
た、少量のリチウム炭酸塩等の炭酸塩を含ませるように
しても良い。
はない。例えば上記実施例１におけるフェルト7a〜7dと
して、ジルコニアファイバー、リチウム化したアルミナ
またはジルコニアファイバのフェルトを用いても良い。
また、シール体はホウ酸系ガラスに加え、少量のケイ素
ガラス、酸化亜鉛、酸化沿が入っていても良い。さらに
は、上記実施例２ではAl2O3繊維を用いたが、ZrO2,LiZr
O2,Si3N4,SiC,LiAlO2繊維を用いることも考えられる。
また、非水性塑性付与剤としてシリコンオイルの代わり
にエチレングリコールやフッ素オイルを用いたり、ま
た、少量のリチウム炭酸塩等の炭酸塩を含ませるように
しても良い。
第１図は本発明の一実施例に係る溶融炭酸塩型燃料電池
の構成を示す分解斜視図、第２図は本発明の第１および
第２の実施例と従来例とに係る溶融炭酸塩型燃料電池の
シール性能を示す特性図である。１ ……燃料電池本体、2a,2b……エンドプレート、３…
…単位電池、４……セパレータ、5a,5b……多孔質電極
板、６……電解質層、7a〜7d……アルミナファイバーの
フェルト、8a〜8d……マニホールド、Ｐ……燃料ガス、
Ｑ……酸化剤ガス。
の構成を示す分解斜視図、第２図は本発明の第１および
第２の実施例と従来例とに係る溶融炭酸塩型燃料電池の
シール性能を示す特性図である。１ ……燃料電池本体、2a,2b……エンドプレート、３…
…単位電池、４……セパレータ、5a,5b……多孔質電極
板、６……電解質層、7a〜7d……アルミナファイバーの
フェルト、8a〜8d……マニホールド、Ｐ……燃料ガス、
Ｑ……酸化剤ガス。
Claims (3)
- 【請求項１】セパレータを介して単位電池を複数積層し
てなる燃料電池本体と、この燃料電池本体の各側面に当
てがわれて前記各単位電池のガス流路に反応ガスを通流
させるマニホールドと、このマニホールドと前記燃料電
池本体の側面との間に設けられたシール体とを備えてな
る溶融炭酸塩型燃料電池において、前記シール体は、燃
料電池の動作温度よりも低い温度で溶融するホウ酸系ガ
ラスと、溶融状態の上記ホウ酸系ガラスに対する濡れ性
が良く、かつ上記ホウ酸系ガラスに溶解しない特性を有
して上記ホウ酸系ガラスの保持に供される保持体とを含
んでいることを特徴とする溶融炭酸塩型燃料電池。 - 【請求項２】前記シール体は、前記ホウ酸系ガラスの溶
融温度以下の温度で塑性を付与する非水液を含んでいる
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の溶融炭酸
型燃料電池。 - 【請求項３】前記保持体は、アルミナ，ジルコニアの中
から選ばれた少なく１種のファイバからなるフェルトで
構成されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の溶融炭酸塩型燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60134655A JPH0815094B2 (ja) | 1985-06-20 | 1985-06-20 | 溶融炭酸塩型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60134655A JPH0815094B2 (ja) | 1985-06-20 | 1985-06-20 | 溶融炭酸塩型燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61292862A JPS61292862A (ja) | 1986-12-23 |
| JPH0815094B2 true JPH0815094B2 (ja) | 1996-02-14 |
Family
ID=15133450
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60134655A Expired - Fee Related JPH0815094B2 (ja) | 1985-06-20 | 1985-06-20 | 溶融炭酸塩型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0815094B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2621863B2 (ja) * | 1987-03-31 | 1997-06-18 | 株式会社東芝 | 溶融炭酸塩燃料電池 |
| JP2810376B2 (ja) * | 1987-08-28 | 1998-10-15 | 三菱電機株式会社 | 溶融炭酸塩形燃料電池発電装置用対電解質保護材料 |
| JPH06302328A (ja) * | 1993-04-13 | 1994-10-28 | Murata Mfg Co Ltd | 固体電解質型燃料電池 |
| US7294427B2 (en) * | 2004-12-27 | 2007-11-13 | Fuelcell Energy, Inc. | Manifold gasket accommodating differential movement of fuel cell stack |
-
1985
- 1985-06-20 JP JP60134655A patent/JPH0815094B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61292862A (ja) | 1986-12-23 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |