JPS58155662A - 溶融炭酸塩型燃料電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は溶融炭酸塩型燃料電池に係り、特に高活性で安
定な電極を有する溶融炭酸塩製燃料電池に関する。

かかる燃料電池は、一対の隔置されたガス拡散性多孔質
電極即ちアノード及びカソードと、前記電極間に配置さ
れ丸亀解質保持体とを有する。

従来、溶融炭ｅｌＲ塩型燃料電池のアノードには主とし
てニッケル多孔質体が、カソードには主として酸化ニッ
ケル多孔質体が用いられている。

本発明者らは溶融炭酸塩型燃料電池に用いるガス拡散電
極として多孔質ニッケル焼結体を用いて開発を進めてき
たが、以下のごときいくつかの問題点や現象が明らかに
なってきた。

その一つは、特にカソードに用いた場合であるが、電極
が粉化、崩壊してしまう現象であった。

この現象は酸素の共存下で電解質である溶融アルカリ金
属炭酸塩の作用を受けてニッケル粒子に亀裂が発生し、
焼結状態が解けてバラバラに粉化してしまうためである
ことがわかった。その結果、安定化した電池出力が得ら
れず、また、粉化した粒子が供給ガス中に飛散して後流
側配管を閉塞するというトラブルも時として発生した。

他の一つは、アノードに用いた場合にも徐々にニッケル
粒子の半溶融現象が進行し、電極比表面積が低下して、
電池性能の低下金招くことである。

特に純粋なニッケル微粒子の耐熱性は良好な方でなく、
半溶融現象は常に問題とされている点である。

上記のごとく多孔質ガス拡散電極についてはその耐熱性
、耐酸化性、耐アルカリ腐食性及び電池性能の面でなお
一層の改善が望まれている。

本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解消して、長
期にわたって安定な電池性能の維持可能な電極を有する
溶融炭酸塩型燃料電池を提供することにある。

本発明の特徴とするところは、アノード及びカソードと
その両電極間に配設される電解質を保持してなる電解質
体よりなる燃料電池において、少なくとも一方の電極に
フェライトと７エロアロイの少なくとも一方を含ませた
ことにある。

フェライトの材料としては、酸化第二鉄と２価金属識化
物からなる複合酸化物（Ｍｌｏ・ｐｅ＠Ｏｓ＞が好適で
ある。２価金属酸化物としてはＣｕ。

Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｃｄなどが好適
である。かかるフェライトを含んでなる電極は溶融炭酸
塩型燃料電池のカソードに用いられる場合に特にその効
果をいかんなく発揮できること金兄い出した。また、ア
ノードに適用することも可能であるが、その場合には電
極ｔ−製造する前にその材料をあらかじめ還元処理する
か、若しくは電池に構成する前あるいは構成した後に還
元処理することが望ましい。

７エロアロイとしては、鉄と各種元素との合金を用いる
ことができる。電極はかかる合金の粉末を用いて作られ
る。フェロアロイとしてはフェロチタン、フェロニッケ
ル、フェロバナジウム、フェロクロム、フェロマンガン
、フェロモＩＪ７’ｆン。

フェロタングステン、フェロシリコン、フェロボロン、
フェロジルコニウム、フェロニオ７’ナトカ好適である
。

フェロアロイ及びフェライトは夫々単独で用いて電極を
作ることができる。フェロアロイとフェライトの混合物
によって電極を構成してもよい。

フェロアロイと他の金属、或いはフェライトと他の金属
との混合物によって電極を構成してもよい。

フェライトとフェロアロイの少なくとも一方を含む電極
はアルカリ炭酸塩を含むことが望ましい。

アルカリ炭酸塩としては特にリチウム塩が好ましい。更
に詳しく述べれば該電極がフェライト及び／又はフェロ
アロイを含んでおり、その少なくとも一方の電極の浅層
ないし全部がリチウム塩で処理されてリチウム化してい
ることである。

アルカリ金属塩としては通常、炭酸塩、水酸化物若しく
は酸化物の形態で添加される。

かかる処理を施すことにより電気伝導性を良好にして電
池の内部抵抗を低減するので、電池出力を向上させると
ともに、耐アルカリ腐食性を著しく向上することができ
る。電極の粉化現象はほぼ完全に抑制できる。

前述のフェライトのうちで特に好ましいのは、Ｍ　とし
てＣ”ｅ　Ｍｎ、　Ｎ　ｉ　、　Ｃｏの少なくともｌ攬
が含まれてなるものがよく、さらにリチウム塩で処理し
てリチウム化したものがよい。

前述のフェロアロイのうちで特に好ましいのは、フェロ
チタン、フェロニッケル、フェロクロム。

フェロモリブデン、フェロタングステンであり、さらに
リチウム化されているのがよい。

また、フェライトをカソードに、フェロアロイをアノー
ドに適用した組合わせが溶融炭酸塩型燃料電池用電極と
して最もよい。

以下、本発明の実施例に基づいて、さらに臭体的にその
内容を説明する。

実施例１ 平均粒径５μｍの銅・フェライト（ＣｕＯ・Ｆｅ＊Ｏｓ
）　　に１重量％ＣＭＣ（カルボキンメチルセルロース
）水溶液を加えて調湿し、Ｑ、５　ｔｏｎ／ｃｒＲ１の
成形圧力で３０１ｏＩφＸ厚さ１．５−の形状にプレス
成形した。これを１１０Ｃで５時間乾燥後、空気雰囲気
にて約ＩＱＯＣ／ｈの昇温速度で８５０Ｃまで昇温し、
２時間保持したのち徐冷して電極板を得た。

実施例２ 平均粒径３μｍのニッケル・フェライト（Ｎ１０・Ｆｅ
！０３　）　５８．６　ｇに水酸化リチウム（ＬｊＯＨ
・Ｈ２Ｏ）　１０．５　ｇを加え、これに水を加えてニ
ーダで約２時調湿式混練した。この混練物を１１０Ｃで
一昼夜乾燥したのち、７００ｔ：’で５時間加熱処塩し
た。これｔ６０メツシュバスに整粒したものについて、
実施例１と同様の方法で同形状の電極板を得九、この電
極板はリチウム化されており、リチウムをＬｉ５Ｏとし
て６重量％含有している。

実施例３ 平均粒径１０μｍ程度に微粉砕したフェロチタン（Ｔｉ
として１０重量％含有）に１重量％ＣＭＣ水溶液を加え
て調湿し、０．５ｔｏｎ／α２の圧力で３０Ｗφ×厚さ
１．５　ｗｓの形状にプレス成形した。

これを１１００で５時間乾燥後、空気雰囲気にて６００
Ｃで５時間処理したのち、さらに８５０Ｃで２時間水素
還元処理して焼結した電極板を得た。

実施例４〜７ 実施例１〜３で得られた電極板の性能評価を次のように
実施した。

リチウムアルミネートを電解質保持材（マトリックス材
）として炭酸リチウムと炭酸カリウムの混合炭酸塩（６
２：３８、モル比）を５０重量％含有してなる４０５ｗ
φ×厚さ２Ｍの電解質板をカソード及びアノード間に配
設し、燃料室及び駿化剤室をそれぞれ備える。集電端を
兼ねぇハウジングで、該電極板及び電解質板からなる構
成部を両側から押しつける構造の単セルを構成し、燃料
として水素５０％、窒素５０％からなるガスを、敗化剤
として空気７０％、炭酸ガス３０％からなるガスをそれ
ぞれ０．５ｔ／−の流量で供給し、６５０Ｃの温度にお
ける電池性能を評価した。

上記実施例１〜３で得られた電極板は第１表に示す如く
組合せでその性能を評価した。

得られた結果は次のどとである。

本発明によるものは、比較例にくらべて電池性能がすぐ
れ、かつ性能の経時劣化も少ない。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、一対の隔置されたガス拡散性多孔質電極と前記電極
   間に配設される１を解質を保持してなる電解質体とを有
   する燃料電池において、前記電極の少なくとも一方がフ
   ェライトとフェロアロイの少なくとも一方を含んでなる
   ことを特徴とする溶融炭酸塩型燃料電池。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記電極のカソー
   ドが前記フェライトを含むことｔ−Ｗ徴とする溶融炭酸
   塩型燃料電池。 ３、％ｉ−求の範囲第１項において、前記電極のアノー
   ドが前記フェロアロイを含むことを特徴とするｆ６融炭
   酸塩型燃料電池。 ４、％許趙求の範囲第２項において、前記カソードが実
   質的にフェライトからなることを特徴とする溶融炭酸塩
   型燃料電池。 ５、特許請求の範囲第３項において、前記アノードが実
   質的にフェロアロイからなることを特徴とする溶融炭酸
   塩型燃料電池。 ６、特許請求の範囲第１項において、前記フェライトと
   前記フェロアロイの少なくとも一方を含む電極の少なく
   とも表層がリチウム化していることｔ−特徴とする溶融
   炭酸塩型燃料電池。 ７、％許−求の範囲第１項において、前記フェライトが
   酸化第二鉄と２価金属酸化物との複合酸化物からなるこ
   とを特徴とする溶融炭酸塩型燃料電池。 ８６特許請求の範囲第１項において、前記フェロアロイ
   が７エロチタイからなることを特徴とする溶融炭酸塩型
   燃料電池。