JPS5951469A - 電極の製造法 - 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】 本発明は電極、特に融解炭酸塩燃料電池で使用なブリッ
ジ（ｂｒｉｄｇｅ　）に炭酸塩電解質タイルを与えるた
めに、電極に炭酸塩成分を与えることがきわめて重要で
ある。本発明の構造物においては、必要な炭酸塩成分を
与える一つの方法は、電解質タイルを過剰の炭酸塩で満
して過剰分の一部が電極内に流れ込むようにするもので
ある。電解質は、燃料電池の使用中にタイルおよび電極
において消耗し、燃料電池の有効寿命を制限する。

過剰の炭酸塩電解質の貯蔵は、電解質タイルの厚さを増
すことによってタイル内で行うことができる。しかｌ−
ながら、タイル厚を増すと燃料電池の出力が低下するの
で、タイル厚を増すことは望ましくない。

タイル厚を増さなければならないことを避けるために、
炭酸塩電解質を電極に直接供給する他の方法が使用され
ている。この場合電極の厚さを増す必要があるが、その
ように厚さを増しても電池性能に悪影響はない。しかし
ながら、電極に炭酸塩電解質を供給する従来の方法は非
効率的であり、したがって電極特性に悪影響をおよぼし
うる。

特に、通常、炭酸塩電解質は高温（例えば、６００℃）
において、電解質を直接に電極内にとかし込むことによ
って添加される。この作業を、燃料電池の使用中に電極
が通常さらされると思われるガスを用いて実施すると、
電極の濡れが不十分なものになり、電解質の吸収が妨げ
られる。したがって、この場合、使用する高温が電極特
性に悪影響を与える可能性があシ、また添加される電解
質の量も十分なものではない。さらに、加熱時に異なっ
たガスを使用することにより電解質の量を増すことがで
きるが、このガス組成の変更も電極特性に悪影響をおよ
ぼしうる。

したがって、本発明の目的は、このような悪影響を受け
ない、炭酸塩電解質を電極に添加する方法を提供するこ
とである。

本発明のもう一つの目的は、融解炭酸塩燃料電池のため
の改良電極を提供することである。

本発明の原理に従えば、前述の目的およびその他の目的
はアルカリ金属水酸化物成分および／またはアルカリ土
類金属水酸化物成分を添加した電極において達成される
。そのような成分は室温で電極に添加し、それから該電
極を電池内または電池外のどちらかで二酸化炭素雰囲気
において熱処理し、水酸化物成分を炭酸塩に転換するよ
うにする。したがって、このようにして作られる電極は
、初期選択と室温における水酸化物成分の導入とによっ
て、容易に制御かつ選択しうる量の所望の炭酸塩電解質
を含むことになる。

本発明のもう一つの側面においては、セラミック酸化物
成分も電極に含まれる。この成分も加熱中に水酸化物成
分と反応して、焼結抵抗とより大きな炭酸塩保持能力と
をもたらす安定成分を与える０ 添付の図面を用いた以下の詳細な説明により、本発明の
前述の効果およびその他の側面がさらに明らかになるで
あろう。

第１図に、本発明の原理に従った電極を示す。

この電極は炭酸塩電解質タイルを用いる燃料電池におい
て使用すべきものである。タイルの陽イオンは任意のア
ルカリ性成分、例えばＬｉ、　Ｋ　、　Ｎａその他とす
ることができる。電極１は、好ましくはニッケルまたは
ニッケル合金（例えばＬｔ　　Ｃｏ　＋Ｎｉ　−Ｃｒ　
、その他のＮｉ　合金〕で作られる卑金属構造物を含む
。

本発明においては、電極１に、該電極とともに使用する
炭酸塩タイルの陽イオンに類似のあらかじめ選択した陽
イオン成分を有するアルカリ金属および／まだはアルカ
リ土類金属の水酸化物をさらに充填または含浸させる。

この含浸け、所望の水酸化物の溶液を用いて、従来から
使用されている方法、例えば浸漬、吹付けまたは真空ろ
過により室温で実施する。使用する特定の方法と電極の
型とに応じて、適当な有機または無機溶媒が水酸化物溶
液を作るのに使用できる。好ましい溶媒は水、メタノー
ル、エタノールおよびイソプロパツールである。

含浸させる水酸化物の量は、燃料電池使用中に電極と電
解質タイルとの間の必要な接触とブリッジとを与えるも
のでなければならず、さらに使用中に消耗した電解質を
補充するための予備量を与えるようなものでなければな
らない。含浸水酸化物の量は、電極内で電極気孔容積の
５〜８５％を満す電解質を与えるようなものであるのが
好ましい。

所望の水酸化物成分を電極に含浸させてから、該水酸化
物を約１００℃よりも高い温度で二酸化炭酸雰囲気にさ
らすことによつ′て炭酸塩電解質に転換する。この処理
は電池外または電池内で実施することができ、できあが
る電極は所望の炭酸塩成分組成を有するものとなる。

本発明のもう一つの側面においては、電極１に添加され
る水酸化物は、熱処理により炭酸塩電解質を与えるのに
加えて、さらに電極内の任意のセラミック酸化物または
水酸化物を安定成分に転換する。本発明のこの側面によ
れば、セラミック酸化物、例えばアルミナ、ジルコニア
、酸化鉄等を焼結後に任意の従来の方法を用いて電極に
添加することができ、それからこれらの酸化物は水酸化
塩電解質に転換するのと同様に、セラミック酸化物を転
換するのに十分であるように選択しなければならない。

好ましい実施型においては、電極に添加する水酸化物は
セラミック酸化物との反応のために水酸化リチウムを含
んでいる。例えばＺｒＯ□＋　Ａｌ２Ｏ３およびＦｅ２
Ｏ３のようなセラミック酸化物の場合、それぞれきわめ
て大きい焼結抵抗と安定性とを有するＬｉ　２ＺｒＯｓ
　Ｉ　ＬｉＡ［）ｚおよびｌ、ｉ　Ｆｅ０２　　成分が
生成される。

さらに、これらの成分は電極の気孔を満し、電解質の貯
蔵を良くし吸上げ性を高める。水酸化リチウムとの反応
できわめて安定なアルミン酸リチウムが生成されるよう
に、添加セラミック酸化物はＡＬ２０３”！、たはＡＡ
（ＯＨ）３を含むのが好ましい。

以下、実施例と表を用いて本発明をさらに詳しく説明す
る。

実施例１ 燃料電池用のニッケルーコバルト負極に、該電池（第１
表の電池１４９）の電解質タイルの組成に類似のＬｉ−
に組成を有するアルカリ金属水酸化物を含浸させた。水
酸化物の量は、電極気孔容積の約１０％が炭酸塩で満さ
れるようなものとした。水酸化物の炭酸塩への転換は、
初期電池加熱サイクル中にＣＯ２の存在下で電池内で実
施しだ。

第１表かられかるように、この電池の性能は、１１５　
ｍＡ／ｃｔｌの場合、類似の成分から成り水酸化物処理
を受けていない電池（電池１５１）よシも３５　ｍＶ大
きい。

第　　　１　　　表 水酸化物（ＬｉＫＯＭ　）で湿潤させた燃料電池負極構
造物に関する結果 実施例２ 本実施例においては、水酸化物成分とセラミック酸化物
との両方をニッケル基炭酸塩燃料電池負極に添加して、
炭酸塩電解質と安定な焼結抵抗成分とが生成されるよう
にした。本実施例の流れ図を第２図に示す。この図には
、初期および最終負極構造物に対する望ましい気孔率の
範囲と水酸化物およびセラミック酸化物成分の添加によ
る望ま］〜い重量増加の範囲をも示しである。全部で４
つの電池についてアルカリ金属水酸化物および水酸化ア
ルミニウムによる処理を実施しだ。

まず負極にＡｌｔ（ＯＩ（Ｊ３を電気化学的に含浸させ
た。

ＡＵ（ＯＨ）３の量は所望の最終電極気孔率をもとにし
て決定した。含浸のあと、電極にアルカリ金属水酸化物
（Ｌｉ　−Ｋ　−ＯＨ）（Ｄ）！タノール溶液を吹付け
た。水酸化リチウムと水酸化アルミニウムとの反応によ
りアルミン酸リチウムが生成され、二酸化炭酸の存在に
よシ残りのアルカリ金属水酸化物のアルカリ金属炭酸塩
への転換が起こった。

これらの水酸化物処理負極を用いた燃料電池の性能電圧
を、非処理負極を用いた電池の場合と比較した（第２表
）。水酸化物で処理した電池はすべてかなシ改善された
性能電圧を示した（１１５ｍＡ／ｃ４のとき４０〜７５
ｍＶ高い〕。また、この安定化負極の場合、電池耐久性
も従来のニッケル負極を用いた電池の耐久性よシもすぐ
れていた。

このことは、アルミン酸リチウムによシ与えられる焼結
抵抗に帰することができる。さらに、付加的な効果が、
電極気孔に生成されるアルミン酸リチウムの微細粒子構
造によって得られる。この微細粒子構造は、燃料室と酸
化剤室との間の大きな差圧に耐える電池の性能を改良す
るものである。

第　　　２　　　表 ＡＰ、（ＯＨ〕３を含浸させてから燃料電池内で水酸化
物処理したときの結果 いずれの場合も、前述の構成は、本発明の適用を示す数
多くの可能な特定実施型を単に代表するに過ぎ々いと解
釈すべきである。本発明の意図と範囲とを逸脱すること
なく、ほかに数多くの変形実施例を容易に考えることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理による電極を示し、第２図は本発
明による電極を製造するときの流れ図を示す。 図中、１は電極である。 代理人　弁理士　　秋　沢　政　光 信１名 ｃ３ ＦＩＧ、／

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　　電極と該電極に添加されるアルカリ性水酸化
   物成分とを含むことを特徴とする電極装置。 （２）前記アルカリ性水酸化物成分がアルカリ金属水酸
   化物およびアルカリ土類金属水酸化物のうちの一つを含
   む特許請求の範囲第１項に記載の装置。 （３）前記水酸化物が水酸化リチウム、水酸化ナトリウ
   ムおよび水酸化カリウムのうちの一つを含む特許請求の
   範囲第２項に記載の装置。 （４）　　前記水酸化物が水酸化リチウムおよび水酸化
   カリウムを含む特許請求の範囲第２項に記載の装置。 （５）前記電極がニッケルを含む特許請求の範囲第２項
   に記載の装置。 （６）前記電極に添加されるセラミック酸化惣をさらに
   含む特許請求の範囲第１．２，３，４．または５項に記
   載の装置。 （７）前記セラミック酸化物が、二酸化炭素の存在下で
   の加熱中に前記水酸化物およびその他の成分と反応して
   安定性の高い成分を生成するようなものである特許請求
   の範囲第６項に記載の装置。 （８）前記セラミック酸化物がアルミナ、ジルコニアお
   よび酸化鉄のうちの一つを含む特許請求の範囲第７項に
   記載の装置。 （９）前記セラミックがＡＡ（ＯＨ）３である特許請求
   の範囲第７項に記載の装置。 （ＩＩ　　前記水酸化物が水酸化リチウムである特許請
   求の範囲第９項に記載の装置。 ０１）添加する水酸化物の量が、二酸化炭素存在下にお
   ける前記電極の熱処理において電極気孔容積の約５〜８
   ５％を満す炭酸塩成分を生成するようなものである特許
   請求の範囲第１項に記載の装置。 （１２１前記アルカリ性水酸化物成分がアルカリ金属水
   酸化物およびアルカリ土類金属水酸化物を含む特許請求
   の範囲第１項に記載の装置。 （１３）融解炭酸塩燃料電池で使用する電極を製造する
   方法であって、室温において電極構造物内にアルカリ性
   水酸化物を添加すること、および該水酸化物を炭酸塩成
   分に転換するために該水酸化物を含んでいる前記電極構
   造物を二酸化炭素の存在下で加熱することを含むことを
   特徴とする方法。 ０４）　　前記添加工程が含浸によるものである特許請
   求の範囲第１３項に記載の方法。 （１５１前記含浸が吹付け、浸漬および真空ろ過のうち
   の一つによるものである特許請求の範囲第１４項に記載
   の方法。 （１６）前記加熱工程を、前記電極を燃料電池内に収容
   してから実施する特許請求の範囲第１３項に記載の方法
   。 ａη　前記加熱工程を、前記電極を燃料電池内に収容す
   る前に実施する特許請求の範囲第１３項に記載の方法。 （１８１前記水酸化物がアルカリ金属水酸化物およびア
   ルカリ土類金属水酸化物のうちめ一つである特許請求の
   範囲第１３項に記載の方法。 鱈　前記水酸化物が水酸化リチウム、水酸化カリウムお
   よび水酸化ナトリウムのうちの一つである特許請求の範
   囲第１８項に記載の方法。 （２■　前記加熱工程に先立ってセラミック酸化物を前
   記電極に添加することをさらに含む特許請求の範囲第１
   ３または１８項に記載の方法。 （２１）前記セラミック酸化物添加工程が含浸によるも
   のである特許請求の範囲第２０項に記載の方法。 （２２１前記セラミック酸化物添加工程を前記水酸化物
   添加工程に先立って実施する特許請求の範囲第２０項に
   記載の方法。 （２３）前記セラミック酸化物がアルミナ、ジルコニア
   および酸化鉄のうちの一つである特許請求の範囲第２０
   項に記載の方法。 （２４）　　前記水酸化物が水酸化リチウムである特許
   請求の範囲第２０項に記載の方法。 （２５）　　添加する水酸化物の量が、生成される炭酸
   塩成分が電極気孔容積の約５〜８５％を満すようなもの
   である特許請求の範囲第１３項に記載の方法。 （５）前記アルカリ性水酸化物成分がアルカリ金属水酸
   化物およびアルカリ土類金属水酸化物を含む特許請求の
   範囲第１３項に記載の方法。