JPS6012671A - 溶融炭酸塩燃料電池 - Google Patents
溶融炭酸塩燃料電池Info
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- JPS6012671A JPS6012671A JP58119741A JP11974183A JPS6012671A JP S6012671 A JPS6012671 A JP S6012671A JP 58119741 A JP58119741 A JP 58119741A JP 11974183 A JP11974183 A JP 11974183A JP S6012671 A JPS6012671 A JP S6012671A
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- Japan
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- electrolyte
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/14—Fuel cells with fused electrolytes
- H01M8/144—Fuel cells with fused electrolytes characterised by the electrolyte material
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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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- General Chemical & Material Sciences (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
本発明は溶融炭酸塩燃料電池に使用する溶融炭酸塩燃料
電池用電解質に関する。
電池用電解質に関する。
従来例の構成とその問題点
従来、溶融炭酸塩燃料電池の電解液とし２ては炭酸リチ
ウム（Ｌ１２ＣＯ３） 、炭酸ナトリウム（Ｎａ２■３
）、炭酸カリウム（Ｋ２ＣＯ２）の群から選ばれ、適当
な組成に混合された混合溶融炭酸塩が広く用いられでい
る。これらのも・のけ具体的にはＬｉ２ＣＯ３−に２Ｃ
ｏ３二元組成物、Ｌｉ２ＣＯ３−Ｎａ２ＣＯ３二元組成
物、およびＬｉ２ＣＯ３−に２Ｃｏ３−Ｎａ２ＣＯ３三
元組成物である。
ウム（Ｌ１２ＣＯ３） 、炭酸ナトリウム（Ｎａ２■３
）、炭酸カリウム（Ｋ２ＣＯ２）の群から選ばれ、適当
な組成に混合された混合溶融炭酸塩が広く用いられでい
る。これらのも・のけ具体的にはＬｉ２ＣＯ３−に２Ｃ
ｏ３二元組成物、Ｌｉ２ＣＯ３−Ｎａ２ＣＯ３二元組成
物、およびＬｉ２ＣＯ３−に２Ｃｏ３−Ｎａ２ＣＯ３三
元組成物である。
これらの混合塩についてはそれぞれ特徴がある。
たとえばＬｉ２ＣＯ３−に２Ｃ０３二元組成物について
は炭酸ガス、酸素等の燃料電池の電極反応に直接関与す
るガスの溶解度が大きく、イオン導電性も狂 比較的良いという特徴がある。１←、Ｌ１２Ｃｏ３−Ｎ
ａ ２ ＣＯｓ二元組成物についてはイオン導電性が
非常に良いという特徴があり、Ｌｉ２ＣＯ３−に２Ｃ０
３−Ｎａ２ＣＯ３三元組成物では、イオン導電率、ガス
溶解度については中程度であるが融点が低いという特徴
がある。近年では溶融炭酸塩燃料電池の電解質としては
以上の特徴を考慮し、主としてＬｉ２Ｃｏ３−に２Ｃｏ
３二元組成物が用いられる事が多い。このＬｉ２ＣＯ３
−に２Ｃ０３は前述のようにガス溶解度が比較的大きい
ために他の組成物を使用するよりも電池性能上有利であ
ると考えられているが、まだ充分なものと言えない。さ
らに、この組成物は一般に融点が６００℃前後と高く、
電解質体の製造において多少なりとも不利とならざるを
得ない。
は炭酸ガス、酸素等の燃料電池の電極反応に直接関与す
るガスの溶解度が大きく、イオン導電性も狂 比較的良いという特徴がある。１←、Ｌ１２Ｃｏ３−Ｎ
ａ ２ ＣＯｓ二元組成物についてはイオン導電性が
非常に良いという特徴があり、Ｌｉ２ＣＯ３−に２Ｃ０
３−Ｎａ２ＣＯ３三元組成物では、イオン導電率、ガス
溶解度については中程度であるが融点が低いという特徴
がある。近年では溶融炭酸塩燃料電池の電解質としては
以上の特徴を考慮し、主としてＬｉ２Ｃｏ３−に２Ｃｏ
３二元組成物が用いられる事が多い。このＬｉ２ＣＯ３
−に２Ｃ０３は前述のようにガス溶解度が比較的大きい
ために他の組成物を使用するよりも電池性能上有利であ
ると考えられているが、まだ充分なものと言えない。さ
らに、この組成物は一般に融点が６００℃前後と高く、
電解質体の製造において多少なりとも不利とならざるを
得ない。
発明の目的
そこで本発明は、優れたガス溶解度およびイオン導電性
を有し、溶融炭酸塩燃料電池の性能向上に大きく寄与す
る溶融塩燃料電池用電解質を提供し、さらに該溶融塩燃
料電池用電解質の融点を低く抑える事により、製造上の
困難を緩和し、かつ電池動作温度の低温化を可能ならし
める事を目的トリウム、およびこれらの混合物から成る
群よシ選ばれた少なくとも一種の溶融塩電解質に約６〜
６０重量％の割合で炭酸セシウムを含有するようにした
溶融炭酸塩を電解質として具備する溶融炭酸塩燃料電池
である。
を有し、溶融炭酸塩燃料電池の性能向上に大きく寄与す
る溶融塩燃料電池用電解質を提供し、さらに該溶融塩燃
料電池用電解質の融点を低く抑える事により、製造上の
困難を緩和し、かつ電池動作温度の低温化を可能ならし
める事を目的トリウム、およびこれらの混合物から成る
群よシ選ばれた少なくとも一種の溶融塩電解質に約６〜
６０重量％の割合で炭酸セシウムを含有するようにした
溶融炭酸塩を電解質として具備する溶融炭酸塩燃料電池
である。
実施例の説明
本発明による溶融炭酸塩燃料電池における電解質の一実
施例として炭酸リチウム３８重量％、炭酸ナトリウム４
８重量％、炭酸セシウム１４重量％の組成の溶融炭酸塩
電解質を調製した。この組成はモル組成で表わすと、炭
酸リチウム５１．１ｍｏ１％、炭酸ナトリウム４４．７
ｍｏ１％、炭酸セシウム４．２ｍｏｌチである。
施例として炭酸リチウム３８重量％、炭酸ナトリウム４
８重量％、炭酸セシウム１４重量％の組成の溶融炭酸塩
電解質を調製した。この組成はモル組成で表わすと、炭
酸リチウム５１．１ｍｏ１％、炭酸ナトリウム４４．７
ｍｏ１％、炭酸セシウム４．２ｍｏｌチである。
調製は、各炭酸塩粉末を所定量混合した後、均一化を図
るためアルミナルツボを用い、６５０℃で２時間溶融さ
せる事により行なった。
るためアルミナルツボを用い、６５０℃で２時間溶融さ
せる事により行なった。
こうして得られた電解質の融点は示差熱分析の結果から
４４８±２℃である事がわかった。この融点と従来用い
られている組成の電解質の融点との比較を次表に示だ。
４４８±２℃である事がわかった。この融点と従来用い
られている組成の電解質の融点との比較を次表に示だ。
以 下 余 白
次に金板を電極としてキャピラリーを用いてイオン導電
率を測定した結果、６６０℃で１．９１５Ｃｒｎ−’の
値が得られた。これを他の溶融炭酸塩燃料電池用電解質
と比較すると前表のようになる。
率を測定した結果、６６０℃で１．９１５Ｃｒｎ−’の
値が得られた。これを他の溶融炭酸塩燃料電池用電解質
と比較すると前表のようになる。
以上のように二元組成溶融塩燃料電池用電解質の融点が
５ｏＯ℃に近いのに対し、本実施例の溶融塩電解質は５
０℃近く融点が低い。炭酸セシウムを添加する事によっ
て融点が著しく低下する現象は他の組成物、たとえばＬ
ｉ２Ｃｏ３−に２Ｃｏ３゜ＬｉＣＯ３−に２Ｃ０３−Ｎ
ａ２ＣＯ３についても同様で、融点降下の程度は添加量
に依存している。
５ｏＯ℃に近いのに対し、本実施例の溶融塩電解質は５
０℃近く融点が低い。炭酸セシウムを添加する事によっ
て融点が著しく低下する現象は他の組成物、たとえばＬ
ｉ２Ｃｏ３−に２Ｃｏ３゜ＬｉＣＯ３−に２Ｃ０３−Ｎ
ａ２ＣＯ３についても同様で、融点降下の程度は添加量
に依存している。
融点だけを考えれば表中のＬｉ２ｃＯ３−に２Ｃ０３−
Ｎａ２Ｃ０３は炭酸セシウムなしでも３９７℃と低い融
点を示しているが、導電率を見ると本実施例の溶融塩電
解質の方が優れている。
Ｎａ２Ｃ０３は炭酸セシウムなしでも３９７℃と低い融
点を示しているが、導電率を見ると本実施例の溶融塩電
解質の方が優れている。
次に溶融炭酸塩燃料電池に用いる溶融塩電解質の特性と
して最も重要なガス溶解度に関連する試験を行なった。
して最も重要なガス溶解度に関連する試験を行なった。
手法としては溶融炭酸塩に対するガス溶解度は非常に小
さいために次のような電気化学的手法による二次的測定
法を用いた。すなわち溶融炭酸塩燃料電池における空気
極での反応を想定し、酸素ガスと炭酸ガスの混合ガスを
飽和させた溶融炭酸塩電解質中における金電極上での電
位掃引法による酸素還元電流を観測した。測定は６５０
℃で酸素と炭酸ガスの混合ガス（０２：３３．５％、Ｃ
ｏ２：６６．６％）を被測定溶融塩に充分バブルさせた
後、金の円板状電極を用い、Ａｕ１０２．Ｃｏ２参胛電
極に対し０■から−ｏ、ｓＶｉで、２０ｍＶ／ｓｅｃの
掃引速度で電位掃引を行なった。第１図にその結果を示
す。Ａが本実施例の溶融塩燃料電池用型ｓ質、ＢカＬｉ
２Ｃｏ３−に２Ｃｏ３ノ場合、ＣカＬｉ２ＣＯ３−Ｎａ
Ｃ０ＤがＬｉ２ＣＯ３−に２Ｃｏ３−Ｎａ２Ｃｏ３２
３１ の場合である。
さいために次のような電気化学的手法による二次的測定
法を用いた。すなわち溶融炭酸塩燃料電池における空気
極での反応を想定し、酸素ガスと炭酸ガスの混合ガスを
飽和させた溶融炭酸塩電解質中における金電極上での電
位掃引法による酸素還元電流を観測した。測定は６５０
℃で酸素と炭酸ガスの混合ガス（０２：３３．５％、Ｃ
ｏ２：６６．６％）を被測定溶融塩に充分バブルさせた
後、金の円板状電極を用い、Ａｕ１０２．Ｃｏ２参胛電
極に対し０■から−ｏ、ｓＶｉで、２０ｍＶ／ｓｅｃの
掃引速度で電位掃引を行なった。第１図にその結果を示
す。Ａが本実施例の溶融塩燃料電池用型ｓ質、ＢカＬｉ
２Ｃｏ３−に２Ｃｏ３ノ場合、ＣカＬｉ２ＣＯ３−Ｎａ
Ｃ０ＤがＬｉ２ＣＯ３−に２Ｃｏ３−Ｎａ２Ｃｏ３２
３１ の場合である。
コノ結果から本実施例のＬｉ２Ｃｏ３−Ｎａ２Ｃｏ３−
ＣＢ２Ｃ０３溶融塩燃料電池用電解質においては酸素還
元反応が進みやすい事がわかる。この原因としてはガス
溶解度が他の塩に比較して大きい事の他に酸素還元に及
ばず溶融塩中のイオン種の挙動の変化等が考えられるが
、いずれにせよ溶融炭酸塩燃料電池に用いる溶融炭酸塩
燃料電池用電解質として極めて優秀な特性を有している
と言える。
ＣＢ２Ｃ０３溶融塩燃料電池用電解質においては酸素還
元反応が進みやすい事がわかる。この原因としてはガス
溶解度が他の塩に比較して大きい事の他に酸素還元に及
ばず溶融塩中のイオン種の挙動の変化等が考えられるが
、いずれにせよ溶融炭酸塩燃料電池に用いる溶融炭酸塩
燃料電池用電解質として極めて優秀な特性を有している
と言える。
次にこの溶融炭酸塩燃料電池用電解質を実際に溶融炭酸
塩燃料電池に使用して試験を行なった。
塩燃料電池に使用して試験を行なった。
まず本実施例の溶融塩電解質粉末６０重量％とアルミン
酸リチウム微粉末５０重最多を混合し、４４０℃２００
Ｋｇ／ｃｔｌでホットプレスし、電解質板を製作した
。電極にはニッケル多孔板を使用し小型単電池を組み燃
料として水素、酸化剤ガスとして３０ｖｏｌｑ６の炭酸
ガスを含む空気を用いて６６０℃の温度で試験を行なっ
た。この結果、同様にして、Ｌ１２ＣＯ３−に２ＣＯ３
（６８：３２ｍ０１係）系を用いた従来型の燃料電池よ
りも本発明型は電流密度： １ｅ ｏ ｍＡ／ｃｒ／ｉ
の負荷時において３０ｍＶ程度高い出力電圧が得られる
事がわかった。
酸リチウム微粉末５０重最多を混合し、４４０℃２００
Ｋｇ／ｃｔｌでホットプレスし、電解質板を製作した
。電極にはニッケル多孔板を使用し小型単電池を組み燃
料として水素、酸化剤ガスとして３０ｖｏｌｑ６の炭酸
ガスを含む空気を用いて６６０℃の温度で試験を行なっ
た。この結果、同様にして、Ｌ１２ＣＯ３−に２ＣＯ３
（６８：３２ｍ０１係）系を用いた従来型の燃料電池よ
りも本発明型は電流密度： １ｅ ｏ ｍＡ／ｃｒ／ｉ
の負荷時において３０ｍＶ程度高い出力電圧が得られる
事がわかった。
以上でわかるように本実施例による溶融塩燃料電池用電
解質は高いイオン導電率を有し、電解質自体の抵抗によ
る電池性能低下が小さいだめに高い出力電圧を得る事が
できる。さらに大きなガス溶解度を有しているため、燃
料電池の電極反応、特に酸素還元反応に極めて有利であ
り、これらの特性により溶融炭酸塩燃料電池の性能を大
きく向上する事ができる。まだ融点が低いため電池の運
転開始温度も低くなシ、スタートが早くなる利点がある
。
解質は高いイオン導電率を有し、電解質自体の抵抗によ
る電池性能低下が小さいだめに高い出力電圧を得る事が
できる。さらに大きなガス溶解度を有しているため、燃
料電池の電極反応、特に酸素還元反応に極めて有利であ
り、これらの特性により溶融炭酸塩燃料電池の性能を大
きく向上する事ができる。まだ融点が低いため電池の運
転開始温度も低くなシ、スタートが早くなる利点がある
。
本実施例ではＬｉ２Ｃｏ３−Ｎａ２ＣＯ３二元組成物に
炭酸セシウムを添加しているが、これは他の二元組成物
、三元組成物であっても良く、要するに炭酸セシウムを
５〜６０重量係含最多ていれば良い。
炭酸セシウムを添加しているが、これは他の二元組成物
、三元組成物であっても良く、要するに炭酸セシウムを
５〜６０重量係含最多ていれば良い。
発明の効果
以上のように本発明による溶融炭酸塩燃料電池は優れた
ガス溶解度を有し、酸素還元反応を有利に進め、結果と
して燃料電池の性能を大きく向上する事ができる。さら
に本発明による溶融塩燃料電池用電解質では融点が低く
なるため、製造上の困難を緩和する事ができるとともに
。燃料電池の始動を早める事が可能となる。
ガス溶解度を有し、酸素還元反応を有利に進め、結果と
して燃料電池の性能を大きく向上する事ができる。さら
に本発明による溶融塩燃料電池用電解質では融点が低く
なるため、製造上の困難を緩和する事ができるとともに
。燃料電池の始動を早める事が可能となる。
図は６５０℃における各種溶融塩電解質中での金電極に
よる酸素還元の電位電流曲線である。 Ａ ・、、、本実施例Ｌｉ２ＣＯ３−Ｎａ２Ｃ０３−Ｃ
ｓ２Ｃｏ３、Ｂ・・・・・・Ｌｉ Ｃｏ −Ｋ Ｃｏ
Ｃ・・・・・・Ｌｉ２ＣＯ３−２３２３’ Ｎａ２ＣＯ３、Ｄ・、・００．Ｌｉ２Ｃｏ３−に２ＣＯ
３−Ｎａ２ＣＯ３゜代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏
男 ほか１名−０，８−６，６−０４−６・２ θ
よる酸素還元の電位電流曲線である。 Ａ ・、、、本実施例Ｌｉ２ＣＯ３−Ｎａ２Ｃ０３−Ｃ
ｓ２Ｃｏ３、Ｂ・・・・・・Ｌｉ Ｃｏ −Ｋ Ｃｏ
Ｃ・・・・・・Ｌｉ２ＣＯ３−２３２３’ Ｎａ２ＣＯ３、Ｄ・、・００．Ｌｉ２Ｃｏ３−に２ＣＯ
３−Ｎａ２ＣＯ３゜代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏
男 ほか１名−０，８−６，６−０４−６・２ θ
Claims (2)
- （１）炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウムの
少なくとも一種に約２〜５０量量チの割合で炭酸セシウ
ムを含有した溶融塩電解質を構成要素とする溶融炭酸塩
燃料電池。 - （２）炭酸リチウムと炭酸ナトリウムの混合物にする炭
酸セシウムの量が１ｏ〜２５重量係の割合で加えたこと
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の溶融炭酸塩燃
料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58119741A JPS6012671A (ja) | 1983-06-30 | 1983-06-30 | 溶融炭酸塩燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58119741A JPS6012671A (ja) | 1983-06-30 | 1983-06-30 | 溶融炭酸塩燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6012671A true JPS6012671A (ja) | 1985-01-23 |
Family
ID=14768980
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58119741A Pending JPS6012671A (ja) | 1983-06-30 | 1983-06-30 | 溶融炭酸塩燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6012671A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0215718A (ja) * | 1988-07-01 | 1990-01-19 | A T R Jido Honyaku Denwa Kenkyusho:Kk | 神経回路網モデルを用いた雑音除去装置 |
| DE10136156A1 (de) * | 2001-07-25 | 2002-11-07 | Mtu Friedrichshafen Gmbh | Schmelzkarbonatbrennstoffzelle und Elektrolytmischung für eine solche |
| US8557468B2 (en) | 2010-07-21 | 2013-10-15 | Fuelcell Energy, Inc. | High performance electrolyte for molten carbonate fuel cells comprising carbonate electrolyte doped with additive material(s) and lithium precursor(s) |
-
1983
- 1983-06-30 JP JP58119741A patent/JPS6012671A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0215718A (ja) * | 1988-07-01 | 1990-01-19 | A T R Jido Honyaku Denwa Kenkyusho:Kk | 神経回路網モデルを用いた雑音除去装置 |
| JPH0519337B2 (ja) * | 1988-07-01 | 1993-03-16 | Atr Jido Honyaku Denwa | |
| DE10136156A1 (de) * | 2001-07-25 | 2002-11-07 | Mtu Friedrichshafen Gmbh | Schmelzkarbonatbrennstoffzelle und Elektrolytmischung für eine solche |
| US8557468B2 (en) | 2010-07-21 | 2013-10-15 | Fuelcell Energy, Inc. | High performance electrolyte for molten carbonate fuel cells comprising carbonate electrolyte doped with additive material(s) and lithium precursor(s) |
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