JPS60115165A - 溶融塩燃料電池用カソ−ドの製造法 - Google Patents
溶融塩燃料電池用カソ−ドの製造法Info
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- JPS60115165A JPS60115165A JP58222402A JP22240283A JPS60115165A JP S60115165 A JPS60115165 A JP S60115165A JP 58222402 A JP58222402 A JP 58222402A JP 22240283 A JP22240283 A JP 22240283A JP S60115165 A JPS60115165 A JP S60115165A
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- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/90—Selection of catalytic material
- H01M4/9016—Oxides, hydroxides or oxygenated metallic salts
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/8605—Porous electrodes
- H01M4/8621—Porous electrodes containing only metallic or ceramic material, e.g. made by sintering or sputtering
-
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- H01M4/00—Electrodes
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- H01M2004/8678—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells characterised by the polarity
- H01M2004/8689—Positive electrodes
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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
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Materials Engineering (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、溶融塩燃料電池に用いるカソードの改良され
た製造法を提供するものである。
た製造法を提供するものである。
従来例の構成とその問題点
溶融炭ｉｌｌ塩等の溶融塩を電解質として用いる燃料電
池は、他のリン酸系や固体電解質系とともに、エネルギ
ーの多様化、省石油対策、省エネルギーなどの一環とし
ての発電方式の改革に貢献できるものと期待され、精力
的な開発が進められてきている。これら各電解質を用い
た燃料電池には一長一短があシ、課題解決の努力が払わ
れている。技術的、経済的な向上が可能になれば、各々
の燃料電池は中央の発電所として、あるいは地域発電所
としてさらには小集団用の発電装置としてそれぞれ特長
を発揮して実用化が拡がるものと思われる。
池は、他のリン酸系や固体電解質系とともに、エネルギ
ーの多様化、省石油対策、省エネルギーなどの一環とし
ての発電方式の改革に貢献できるものと期待され、精力
的な開発が進められてきている。これら各電解質を用い
た燃料電池には一長一短があシ、課題解決の努力が払わ
れている。技術的、経済的な向上が可能になれば、各々
の燃料電池は中央の発電所として、あるいは地域発電所
としてさらには小集団用の発電装置としてそれぞれ特長
を発揮して実用化が拡がるものと思われる。
そのうちでも溶融炭酸塩燃料電池は、リン酸系のような
白金族触媒を必要としないし、固体電解質系はどには高
温度を要しない利点を有している。
白金族触媒を必要としないし、固体電解質系はどには高
温度を要しない利点を有している。
また、６００”Ｃ近傍で作動するので、効率向上の目的
で利用する廃熱も良質であり、この廃熱の回収利用は、
省エネルギーの立場から極めて有意義であるといえる。
で利用する廃熱も良質であり、この廃熱の回収利用は、
省エネルギーの立場から極めて有意義であるといえる。
しかし、電極の一層の高性能化とくに長寿命化、その個
構成材料の耐食性の向上、経済性の確保などの課題が多
く残っている。
構成材料の耐食性の向上、経済性の確保などの課題が多
く残っている。
溶融塩炭酸塩燃料電池には、カソードとしてはリチウム
化した酸化ニッケルが焼結体の形で利用されているのが
最も一般的である。なお、アノードとしてはニッケルの
焼結体、電解質には、いわゆるタイルに保持されたアル
カリ炭酸塩が用いられている。カソードとしてはニッケ
ル焼結体のま＼で電池に組込み、電解質に含まれている
炭酸リチウムと大気中の酸素によって、電池を作動温度
あるいはそれ以上 高温度に保つことによジリチウム化
と酸化とを同時に行なわしめ得る方法がある。その他に
改良された方法として、あらかじめニッケル焼結体と水
酸化リチウムとを空気中で加熱してリチウム化した酸化
ニッケル焼結体とする方法やニッケル粉末と水酸化リチ
ウムとでリチウム化した酸化ニッケル粉末を製造し、こ
れを焼結する方法などが提案されている。
化した酸化ニッケルが焼結体の形で利用されているのが
最も一般的である。なお、アノードとしてはニッケルの
焼結体、電解質には、いわゆるタイルに保持されたアル
カリ炭酸塩が用いられている。カソードとしてはニッケ
ル焼結体のま＼で電池に組込み、電解質に含まれている
炭酸リチウムと大気中の酸素によって、電池を作動温度
あるいはそれ以上 高温度に保つことによジリチウム化
と酸化とを同時に行なわしめ得る方法がある。その他に
改良された方法として、あらかじめニッケル焼結体と水
酸化リチウムとを空気中で加熱してリチウム化した酸化
ニッケル焼結体とする方法やニッケル粉末と水酸化リチ
ウムとでリチウム化した酸化ニッケル粉末を製造し、こ
れを焼結する方法などが提案されている。
このようにリチウム化した酸化ニッケルには、酸化ニッ
ケルにはないすぐれた電導性を示し、しかも酸化性雰囲
気中での炭酸塩に対する耐食性もあり、酸素のイオン化
反応もスムースに行なわしめる性質をもつことから採用
されているのである。
ケルにはないすぐれた電導性を示し、しかも酸化性雰囲
気中での炭酸塩に対する耐食性もあり、酸素のイオン化
反応もスムースに行なわしめる性質をもつことから採用
されているのである。
しかしながら、これら従来のカソードの製法では、電極
の形状は、リチウム化した酸化ニッケルが焼結により結
合して保たれているのである。したがって、導電性や反
応性の点でははソ問題がないところまで向上しているが
、強度の点で十分でないので、電池の作動中に破損した
シ、また、炭酸塩にもぬれ易いなど寿命の点で改良の余
地を残していた。まだ、ニッケル焼結体を処理する方法
は、最も普通に用いられる製法であるが、製造方法かや
＼複雑であり、簡単な製法も望まれている。
の形状は、リチウム化した酸化ニッケルが焼結により結
合して保たれているのである。したがって、導電性や反
応性の点でははソ問題がないところまで向上しているが
、強度の点で十分でないので、電池の作動中に破損した
シ、また、炭酸塩にもぬれ易いなど寿命の点で改良の余
地を残していた。まだ、ニッケル焼結体を処理する方法
は、最も普通に用いられる製法であるが、製造方法かや
＼複雑であり、簡単な製法も望まれている。
発明の目的
本発明は、このようなカソードの問題点を解決し、特性
の優秀なしかも長寿命で製法も簡単なカソードの製造法
を提供するものである。・発明の構成 本発明は、現在電極の基体として注目されている発泡状
メタルに、リチウム化した酸化ニッケルの粉末を充填し
、加圧することを特徴とするカソード製造法であって、
このような簡単な方法で、の加圧であって、この工程を
加えないと良好な特性を発揮しないことと、少量の結着
剤は加えるとと もが好捷しいが、他に導電剤などを加える必要がなく、
リチウム化した酸化ニッケルのみを加えればよいことで
あってこの２つが大きな特徴となる。
の優秀なしかも長寿命で製法も簡単なカソードの製造法
を提供するものである。・発明の構成 本発明は、現在電極の基体として注目されている発泡状
メタルに、リチウム化した酸化ニッケルの粉末を充填し
、加圧することを特徴とするカソード製造法であって、
このような簡単な方法で、の加圧であって、この工程を
加えないと良好な特性を発揮しないことと、少量の結着
剤は加えるとと もが好捷しいが、他に導電剤などを加える必要がなく、
リチウム化した酸化ニッケルのみを加えればよいことで
あってこの２つが大きな特徴となる。
実施例の説明
カソード粉末の原材料としてカーボニルニッケル粉末４
モルとＬ Ｉ Ｃｏ ａ粉末１モルとをよく混合する。
モルとＬ Ｉ Ｃｏ ａ粉末１モルとをよく混合する。
次にアルミナ製平皿にこの混合粉末を押さえ固めること
なく移し、電気炉中９００°Ｃにて４時間焼成する。混
合粉末は電気炉内の雰囲気中の酸素と化合しりテウｆ−
化ニッケルの黒色塊となる。黒色塊は焼結状態となって
はいるが、結合力は非常に弱いため容易に粉砕しうる。
なく移し、電気炉中９００°Ｃにて４時間焼成する。混
合粉末は電気炉内の雰囲気中の酸素と化合しりテウｆ−
化ニッケルの黒色塊となる。黒色塊は焼結状態となって
はいるが、結合力は非常に弱いため容易に粉砕しうる。
この粉末をカソード粉末とする。
次に多孔度９０〜９６％、孔径１００〜２００ミクロン
、厚さ２ＩＩＩ１１の発泡状ニッケルを１５０聰Ｘ１５
０ｍｍに切断する。カソード粉末４６ｇを１２０ＣＧの
エチルアルコールド混練シヘースト状としたのち、全量
を上記発泡状ニッケルに均一に擦り込んだのち乾燥する
。なお、ペースト作成時に、ポリビニルブチラールなど
の結着剤をカソード粉末の１〜５ ｗｔ ％程度混合し
てもよい。次にこのカソード粉末をｉり込んだ発泡状−
メタルを４００〜／ｃｒＡの加重で加圧する。
、厚さ２ＩＩＩ１１の発泡状ニッケルを１５０聰Ｘ１５
０ｍｍに切断する。カソード粉末４６ｇを１２０ＣＧの
エチルアルコールド混練シヘースト状としたのち、全量
を上記発泡状ニッケルに均一に擦り込んだのち乾燥する
。なお、ペースト作成時に、ポリビニルブチラールなど
の結着剤をカソード粉末の１〜５ ｗｔ ％程度混合し
てもよい。次にこのカソード粉末をｉり込んだ発泡状−
メタルを４００〜／ｃｒＡの加重で加圧する。
このようにして出来たカソードを、第１図に示す燃料電
池に組み込み性能試験を行なった。電解質体１を介して
カソード２とアノード３があり、カソード側には酸化剤
ガス室４と金属製の集電体５を設ける。酸化剤ガス室に
は酸化剤ガスの供給口６と排出ロアがある。一方アノー
ド側には燃料ガス室８と金属製の集電体６を設ける。燃
料ガス室には燃料ガスの供給口９と排出口１０がある。
池に組み込み性能試験を行なった。電解質体１を介して
カソード２とアノード３があり、カソード側には酸化剤
ガス室４と金属製の集電体５を設ける。酸化剤ガス室に
は酸化剤ガスの供給口６と排出ロアがある。一方アノー
ド側には燃料ガス室８と金属製の集電体６を設ける。燃
料ガス室には燃料ガスの供給口９と排出口１０がある。
電解質体１とアノードとは公知の製法で作る。
電解質は炭酸リチウム５０ｗｔ％と炭酸カリウム５０ｗ
ｔ％の混合割合からなる。アルミン酸リチウムの粉末と
電解質を重量比で２：３の割合でよく混練した後ホット
プレスにより成型し、電解質体として用いた。アノード
は、クロムをドープしたニッケル焼結体電極である。
ｔ％の混合割合からなる。アルミン酸リチウムの粉末と
電解質を重量比で２：３の割合でよく混練した後ホット
プレスにより成型し、電解質体として用いた。アノード
は、クロムをドープしたニッケル焼結体電極である。
本発明の一実施例の製法による燃料電池Ａと、水酸化リ
チウムを含浸したニッケル焼結多孔体を用いる従来型の
燃料電池Ｂを次の条件で比較した。
チウムを含浸したニッケル焼結多孔体を用いる従来型の
燃料電池Ｂを次の条件で比較した。
作動温度を６５０°′Ｃ２燃料ガスとして水素、酸化剤
ガスとして炭酸ガスを２０チ含有する空気、電極の大き
さを１５０ｗＸ１５０咽、厚さをアノード０．８ｍｍと
した。
ガスとして炭酸ガスを２０チ含有する空気、電極の大き
さを１５０ｗＸ１５０咽、厚さをアノード０．８ｍｍと
した。
電流密度８０ｍＡ／ｃｄ の時の作動試験結果を第２図
に示す。第２図に示すように作動時間ＳＯＯ時間までは
特性において大きな差は見られういが、それ以降特性に
おいて差が見られる。本発明によるカソードを用いた電
池Ａは、１０００時間経過までは０．８４Ｖ／セルの端
子電圧を示しているが、従来型Ｂは、ｏ、ｓｏ Ｖ ｙ
セルとなり性能が劣化している。
に示す。第２図に示すように作動時間ＳＯＯ時間までは
特性において大きな差は見られういが、それ以降特性に
おいて差が見られる。本発明によるカソードを用いた電
池Ａは、１０００時間経過までは０．８４Ｖ／セルの端
子電圧を示しているが、従来型Ｂは、ｏ、ｓｏ Ｖ ｙ
セルとなり性能が劣化している。
この原因としてＢにおけるカソードは、リチウムをドー
プしたニッケル焼結体であるため、時間の経過とともに
ニッケルのリチウム化と酸化が進んで、反応生成物とし
てのリチウム化酸化ニッケルが生成する。この生成物は
６５０゛Ｃにおいては焼結し難く、それがためにカソー
ド自体の形状保持力が徐々に弱くなり電極面から脱落す
る結果となる。このために電極面積の減少や、いわゆる
三相界面の減少を招き、結果として電圧低下が起こる。
プしたニッケル焼結体であるため、時間の経過とともに
ニッケルのリチウム化と酸化が進んで、反応生成物とし
てのリチウム化酸化ニッケルが生成する。この生成物は
６５０゛Ｃにおいては焼結し難く、それがためにカソー
ド自体の形状保持力が徐々に弱くなり電極面から脱落す
る結果となる。このために電極面積の減少や、いわゆる
三相界面の減少を招き、結果として電圧低下が起こる。
この現象は時間の経過とともに増大している。
これに対して本発明の一実施例の燃料電池においては、
ニッケルとリチウムと酸素を、カソード構成前にあらか
じめ反応させて、リチウム化酸化ニッケル粉末とし、こ
れを発泡状ニッケルに担持させた後加圧成型するため、
時間経過によっても粉末の脱落が起こりにくい。したが
ってＢと比べて電圧の低下の度合が減少しているものと
思われる。
ニッケルとリチウムと酸素を、カソード構成前にあらか
じめ反応させて、リチウム化酸化ニッケル粉末とし、こ
れを発泡状ニッケルに担持させた後加圧成型するため、
時間経過によっても粉末の脱落が起こりにくい。したが
ってＢと比べて電圧の低下の度合が減少しているものと
思われる。
また結果として炭酸塩に濡れにくいこともわかった。こ
れは、加圧成型することにより電池性能を維持するだめ
の適切ないわゆる三相帯が出来たためであると考えられ
るが、詳＃ｌは不明である。
れは、加圧成型することにより電池性能を維持するだめ
の適切ないわゆる三相帯が出来たためであると考えられ
るが、詳＃ｌは不明である。
本実施例では、カーボニルニッケル粉末を用いたが、他
のたとえば電解ニッケル粉末などであってもよい。まだ
リチウム化のためのリチウム化合物は水酸化リチウムで
あってもよい。また本実施例によるニッケル粉末にクロ
ムを混合したところ、電圧低下率は数係向上した。なお
この傾向はコバルト、マンガン、銅、アルミニウムにお
いても同様であった。またカソード粉末量は０．２〜３
ｇ、／ＣＣ発泡ニッケルが適当であるが本実施例では１
ｇ／ＣＧをえらんだ。発泡状金属の多孔度は大きい方囲
でえらばれることが望ましい。まだ加圧の範囲は１００
〜２０００し／ｃｒＡが適当であるが、本実施例では４
００〜／ｃｄｌを選んだ。
のたとえば電解ニッケル粉末などであってもよい。まだ
リチウム化のためのリチウム化合物は水酸化リチウムで
あってもよい。また本実施例によるニッケル粉末にクロ
ムを混合したところ、電圧低下率は数係向上した。なお
この傾向はコバルト、マンガン、銅、アルミニウムにお
いても同様であった。またカソード粉末量は０．２〜３
ｇ、／ＣＣ発泡ニッケルが適当であるが本実施例では１
ｇ／ＣＧをえらんだ。発泡状金属の多孔度は大きい方囲
でえらばれることが望ましい。まだ加圧の範囲は１００
〜２０００し／ｃｒＡが適当であるが、本実施例では４
００〜／ｃｄｌを選んだ。
発明の効果
以上のように本発明は、カソードの強度を大にし、溶融
塩による濡れが減少することにより、高性能で長時間の
発電を可能とするとともに、製造工程を大幅に縮少でき
るためコストダウンが望めるなどの効果がある。
塩による濡れが減少することにより、高性能で長時間の
発電を可能とするとともに、製造工程を大幅に縮少でき
るためコストダウンが望めるなどの効果がある。
第１図は本発明の製法によるカソードを具備する溶融炭
酸塩型燃料電池の構成図、第２図は本発明型カソードと
従来型カソードの性能比較図である。 １・・・・・・電解質体、２・・・・・・カソード、３
・・・・・・アノード。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名第
１ 図 第２図 （う５ ＠ Ｂザｔ 間 （ＨどＳ）
酸塩型燃料電池の構成図、第２図は本発明型カソードと
従来型カソードの性能比較図である。 １・・・・・・電解質体、２・・・・・・カソード、３
・・・・・・アノード。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名第
１ 図 第２図 （う５ ＠ Ｂザｔ 間 （ＨどＳ）
Claims (4)
- （１）ニッケル粉末にリチウム化合物を加え、高温酸化
して得られたリチウム化酸化ニッケルを発泡状メタルに
充填後加圧するととを特徴とする溶融ｆｉ基塩燃料電池
カソードの製造法。 - （２）ニッケル粉末がカーボニルニッケル粉末、リチウ
ム化合物が水酸化リチウムであり、加熱温度６００〜１
３００”Ｃであることを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載の溶融塩燃料電池用カソードの製造法。 - （３）発泡状メタルがニッケルより成り多孔度９０〜９
６％、厚さ１．２〜６．６ｍであることを特徴とする特
許請求の範囲第１項記載の溶融塩燃料電池用力ンードの
製造法。 - （４） ニッケル粉末にクロム、コノ（ルト、マンガン
。 銅、アルミニウムのうちの少なくとも１種を添加したこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の溶融塩燃料
電池用カソードの製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58222402A JPS60115165A (ja) | 1983-11-25 | 1983-11-25 | 溶融塩燃料電池用カソ−ドの製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58222402A JPS60115165A (ja) | 1983-11-25 | 1983-11-25 | 溶融塩燃料電池用カソ−ドの製造法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60115165A true JPS60115165A (ja) | 1985-06-21 |
Family
ID=16781807
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58222402A Pending JPS60115165A (ja) | 1983-11-25 | 1983-11-25 | 溶融塩燃料電池用カソ−ドの製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60115165A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS622458A (ja) * | 1985-04-19 | 1987-01-08 | Mitsubishi Electric Corp | 溶融炭酸塩燃料電池 |
-
1983
- 1983-11-25 JP JP58222402A patent/JPS60115165A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS622458A (ja) * | 1985-04-19 | 1987-01-08 | Mitsubishi Electric Corp | 溶融炭酸塩燃料電池 |
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