JPS60140665A - 溶融炭酸塩型燃料電池の電極 - Google Patents

溶融炭酸塩型燃料電池の電極

Info

Publication number
JPS60140665A
JPS60140665A JP58246317A JP24631783A JPS60140665A JP S60140665 A JPS60140665 A JP S60140665A JP 58246317 A JP58246317 A JP 58246317A JP 24631783 A JP24631783 A JP 24631783A JP S60140665 A JPS60140665 A JP S60140665A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrode
fuel cell
thin film
carbonate fuel
molten carbonate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP58246317A
Other languages
English (en)
Inventor
Yoichi Seta
瀬田 曜一
Kenji Murata
謙二 村田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP58246317A priority Critical patent/JPS60140665A/ja
Publication of JPS60140665A publication Critical patent/JPS60140665A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/86Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/8605Porous electrodes
    • H01M4/8621Porous electrodes containing only metallic or ceramic material, e.g. made by sintering or sputtering
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/14Fuel cells with fused electrolytes
    • H01M2008/147Fuel cells with molten carbonates
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00Electrolytes
    • H01M2300/0017Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0048Molten electrolytes used at high temperature
    • H01M2300/0051Carbonates
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

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】 〔孔明の技術分!1!!〕 本発明は、長期に亘シ安定した電池特性の維持に寄与し
得る溶融炭酸塩型燃料−池の電極に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
従来、高能率のエネルギー変換装置として燃料電池が広
く知られている。燃料電池は、使用するLWM質によっ
て、リン酸塩型、溶融炭酸塩型、固体電解質屋に分類さ
れる。なかでも、溶融炭酸塩型燃料電池は、動作温度が
高いため、′IL極反L6が起シ易く、高価な貝金域触
媒を必要としないこと、また、さし電熱効率が高いこと
などの大きな特徴を有している。
溶融炭酸塩型燃料電池は、対向配置された一対の多孔質
′一極、すなわち、酸化剤極および燃料極と、これら電
極間に介在させたアルカリ炭酸塩ケ′亀解質とする′電
解質層とからなる単位電池を、通常、インタコネクタを
介して複数積に4して構成されている。そして、運転時
においては、上記アルカリ炭酸塩を500〜750℃の
高温下で溶−1状態にし、この炭酸塩と、各電極板に拡
aされた酸化剤ガスおよび燃料ガスとを反応させて、′
電気化学的プロセスによって、直流出力を得るようにし
1いる。
ところで、従来のこの種の溶融炭酸塩型燃料電池は、電
極として専らニッケル合金系粉末の多孔質焼結体を使用
している。
しかしながら、ニッケル合金系粉末の多孔質焼結体社運
の場合、燃料ガスとして硫化水素を含むLow BTU
燃料等を使用すると、上記燃料ガスに含有される硫化水
素が、燃料極側において電極表面に付着し、以下の如き
反応を起こして燃料極の腐食をもたらす問題があった。
3 Ni +nH28+nCO32− →Ni3Sn+nH2O+nCO2+2neさらにこの
反応によって生成されたN i 3 S nは、燃料極
側の反応の阻害要因となるため、電池特性の低下をもた
らす。
一方、空気極側のニッケル合金系電極には、酸化雰囲気
において、その猟面に酸化ニッケル層が成長する。この
酸化ニッケル層は電解質中に溶解する。そして溶解した
ニッケルが燃料極側に析出して短絡原因となることがあ
った。
また、ニッケル合金糸粉末多孔質焼結体は、燃料電池の
動作温度である。600〜700℃の雰囲気下で経時的
に焼結が進行し、その気孔率が徐々に低下する。このた
め、電極への電解質の濡れ性が過大となシ、′電池も・
性の低下をもたらすという問題もhつだ。
このように従来りニッケル合金系電極を用いた溶融炭酸
塩型燃料′電池にあっては、経時的な電池特性の劣化が
解決すべき太さなIa題となっていた。
〔つ6明の目的〕 本発明は、かかる問題点に基づきなされたものでるり、
その目的とするところは、初期状態と同じ状態を長期に
亘って維持することができ、もって燃料+M、 1lJ
Lの電池特性の社時的劣化を抑制でさる溶融炭酸塩X1
燃料屯池の嶌慢を提供することにある。
〔発明の概要」 本96明に係る1L極tよ、証属多孔買焼結体と、この
焼結体のべ面に形成された電子伝帳性の耐・v>−It
上 1.山 +1白 I−+信 l−つ〜 Z >L 
ズー )絨゛ ?凶&LI イ 遣7 t d;A食性
薄膜には、例えば窒化チタン(TiN ) 、窒化タン
タル(TaN ) 、炭化チタン(Tic ) 、 i
l化ハフニウム等が用いられる。そして、この耐食性薄
膜は、例えば気相JJA長法によって前記金属性多孔質
焼結体の次面に形成される〇なお、ここでいう耐食性と
は、硫化水系に対して化学的に安定である他、炭酸塩゛
1解質中への溶解の抑制、焼結の抑制を行えることを意
味している。
〔発明の効果〕
上記のような耐食性薄膜は、硫化水系および溶融炭酸塩
に対し極めて化学的に安定である。
しかも、上記薄膜は一子伝導性を有している。
このたり、この薄膜で多孔質体表面を仮構してなる本発
明の一極は、′−極本来の性能を低下させることなく、
値化水素2よび解融炭酸塩に接触した状態でも、最期に
且つてそのλ蓋を初期状l濾とはぼ同じ状I西に維持す
る。しかも、多孔質焼結体に存在する上記N腺は、燃料
電池の動作IM雇において、#lI結を抑制すふ71−
たカ五−で、気孔率の変化もない。
このため、本兆明の電極を組込んだ燃料電池は、長期に
亘ってその電池性能が安定に維持される。
なお、本釦明に係る゛電極の耐食性能は、上記薄膜によ
って確保されるので、多孔質体として、溶融炭酸塩に対
し化学的に女に性の低い、vlllえはステンレスを使
用することができる。このため、従来のニッケル系合金
からなる電極に較べ、その弾性および機械的強度の向上
や、コストの低減を図ることができるなどの効果を徒す
る。
〔発明の実施例〕
実施例1 平均粒径5μmのニッケル金属粉末と、結着剤とを主成
分とするスラリーを、100メツシユの316ステンレ
ス・スクリーンに塗布し、乾燥させた。この乾蛛体を、
水素ガスの還元〆囲気中において900℃で20分間焼
結処理し、板状のニッケル粉末多孔質焼結体を得/ζ。
この多孔質焼結体を化学蒸″A′#(以下1− CVD
’ Jと呼ぶ)装置に装着し、減圧後、反応ガスを送り
込み、焼結体粒子表面に窒化チタン(TiN )薄膜を
約0.3μm形成させた。
この時の被楓材の出発願は、四塩化チタン(TiCA4
) 、輩素(N2 ) 、水素(H2)で、以下の反応
によシ上記薄膜が生成される。なお、反応温度は100
0℃である。
2 TiCZ++N2+4 H2→2 TiN+8 H
C6このようにして得られた多孔質焼結体からなる電極
を、650℃に保たれた炭故リチウム62:炭販カリウ
ム38(モル比)の混合炭酸塩中に浸漬し、そのNMお
よび気孔率の経時笈化を測定した。なお、比較のために
、ニッケル粉末多孔質体、ステンレス績維多孔員体、ニ
ッケルークロム粉末多孔質体、ニッケル繊維多孔質体か
らなる耐食処理を施こさない一極を形成し、それぞれ比
較例1,2.3および4として同様の測定を行なった。
その結果、衣1に示すように、比秋しリl〜4の電極は
、1000時間経過した後、その爪型が初期の重量に対
し51〜58%に減少したのに対し、本英施例の電極は
、95%壕での減少に止まっ/こ。また、比較例1〜4
0′電極は、1000時間経過した後、その気孔率が初
期の気孔率に対し79〜85%に減少したのに対し、本
実′)J亀しI」の゛電極は、93%に止まった。
一方、炭酸リチウムと、炭酸カリウムと、リチウムアル
ミネートとをMN比で28:32:40の割合で混合し
、ホットプレスによって軍)な・6%、板を得、この巨
解質板と、上記の本実施例に係る電極とを用いて燃料電
池を構成した。この燃料電池に4ppmの)I2Sを含
有する燃料ガス(80チ)12/20チCo2 )と、
咳化剤ガス(70%Air/30%co2 )とをそれ
ぞれ650℃の温度下で通匠させて上記単位電池を稼動
させ、電流密[150mA/cm2の電流をoiらシた
とさの電池重圧の経時変化を測定した。なお、比軟のた
めに、前記比槙例1〜40軍憾と、上記−′M負板とを
用いて燃料電池を構成し、同様に測定を行なっプこ。
その結果、衣2に示すように、比較例1〜4に係る燃料
′電池は、2000時lrl経過した伎、その電池重圧
が初期の電池、征圧に対し83〜85.5−に低下しン
このに対し、本実施例に係る燃料電池は95.5−まで
の低下に止まった。
このように本実施しリの電極は、経時的な特性変化が少
なく、燃料電池の電池付性の経時的安定性向上にもを力
でさることか確認された。
実施例2 太さ10μmのステンレス316繊維を水素ガス還元芥
囲気中において、900℃で20分間焼結処理し、板状
の多孔質焼結体を倚だ。この多孔質焼結体に、上記実施
例1と同様、CVDによって屋化チタン向、)良を形成
して電極を構成し、この′6観を用いて」二記実施tl
Jと同様の測定を行なっ/こ。
この結果、バ1および次2に示す如く、不実施ψりにお
いでも十分7I:>j)シ1とが得しれることが4ii
l+1、芯さノした。しかも、こり揚台には、1a解負
に対し騙食性がiN6いとして、従来欧用不司龍であっ
たステンレスτ使用しての給米であり、ニラクル予合金
からなる1便に比1ズして1,1.l、憾の弾性同上お
よびコスト低減に寄与することができる。
実施例3 卓h↓、11体7 H,wsの二、々J17− /y口
人企居鉛キか前記実施例1と同様の方法によ)多孔質焼
結体に形成した。この多孔質焼結体の表面に、更にCV
Dによシ窒化チタン薄膜を形成した。これによυ得られ
た多孔質焼結体からなる電極に対し、実施例1と同様の
11111定を杓なった。
この結果、衣1および六2に示す如く、本実施例におい
ても前述した効果を確認することができた。
実力1見1シリ 4 太さ10μmのニッケル繊維を水素ガス雰囲気中におい
て、900℃で20分間焼結処理し、板状の多孔質焼結
体を得た。この多孔質焼結体の衣l」に1≧IJ記実施
例1と同様の方法によって屋化チタン#j換を形成し、
実施例1と同様の測定を行なっだO この結果、衣1および表2に示すように、本実施例にお
いても前述した効果を確認することができた。
以上の如く、実施例1〜4のいずれの電極も、その経時
変化が極めて少なく、安定した電池特性の維持にを与し
得ることが確認できた。
なお、以上の芙jW例では、′電子伝導性を有する耐食
性薄膜として窒化チタン(TiN )を用いたが、例え
ば門札タンタル(TaN ) 、炭化チタン(Tic 
) 、量化−・フニ′ウム()IfN )等の薄膜を使
用してもよい。
また、こiLら薄膜の形成方法としては、前述のCVD
の他、例えば物理蒸Z&−法(PVD )等の他の気相
形成法を用いてもよい。この場合、蒸発材料としてTi
を、−また芥lbh気携料としてN2を用いれは、Ti
Nの?’−’j iNを形JJy、さぜることかできる
。ま/こ、薄膜は、窒素ガスを少血詮翁する亦囲気中で
の反応スパッタリング法によって形成するようにしても
よい。
また、多孔置体としてステンレス316城維の代ワシに
ステンレス410等、他のステンレス材料を用いてもよ
い。この場合、ステンレス410は、CVDによりて形
成さノ′シだ薄膜の未被覆部に、浴1a!!炭酸塩中で
剥離し畑いば化41腺を形成する゛苓′で、゛屯屏貿に
対し、より化学的安定性の高い電極を構成することがで
きる。
なお、本発明におけるψ孔買体は、粉末焼結体、繊維焼
結体に限定されず、t+」えば河i、HHii状多孔質
体でもよい。
以上のように、本発明はその吠旨を逸脱しない範囲で独
々変形して実施することができる。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)金属多孔質体と、この金属多孔質体の表面に形成
    された電子伝淘性の耐食性薄膜とからなる溶融炭酸塩型
    燃料電池の電極。 (2) 前記金属多孔質体は、ステンレスの焼結体から
    なるものである的1.請求の範囲第1項記載の溶融炭酸
    塩型燃料電池の−極。 (3) 前記金属多孔質体は、ニッケル金機粉末、ニッ
    ケル金M繊維、ニッケルークロム金属粉末、これらの複
    合体またはこれらとステンレス繊維との複合体のいずれ
    か1つの焼結体からなるもので必る躬11’ 請求の範
    囲第1項記載の治融炭ば塩壓燃料′亀池の′電極。 (4) r:iJ記金糾多孔負体は、海綿金−からなる
    ものである的11曲木の範囲第1項記載の溶融炭酸塩型
    燃料電池の電極。 (5’l iil記耐食性薊)匣は、窒化チタン、窒化
    タンタル、炭化チタンまたは電化/1フニウムのいずれ
    か1つからなるものである特11′話求の範囲第1項記
    載の溶融炭酸塩型燃料電池の電極。 (6) 前記面1食性薄膜は、気相形成法によシ形成さ
    れてなるものである特許請求の範囲第1項または第5項
    記載の溶融炭酸塩型燃料電池の電極0 (7) MiJ記耐食性薄膜は、化学蒸滝法によシ形成
    されてなるものである特許請求の範囲泥6項記載の溶融
    炭酸塩壓燃料・−池の電極。 (8) 前記防食性薄膜は、反応スノソツタリング法に
    よシ形成されてなるものである特許請求の範囲第1項ま
    たは第5項記載の溶融炭酸塩型燃料電池の電極。
JP58246317A 1983-12-27 1983-12-27 溶融炭酸塩型燃料電池の電極 Pending JPS60140665A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP58246317A JPS60140665A (ja) 1983-12-27 1983-12-27 溶融炭酸塩型燃料電池の電極

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP58246317A JPS60140665A (ja) 1983-12-27 1983-12-27 溶融炭酸塩型燃料電池の電極

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS60140665A true JPS60140665A (ja) 1985-07-25

Family

ID=17146752

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP58246317A Pending JPS60140665A (ja) 1983-12-27 1983-12-27 溶融炭酸塩型燃料電池の電極

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS60140665A (ja)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62295355A (ja) * 1986-06-13 1987-12-22 Hitachi Ltd 燃料電池用電極の製造法
JPS6329458A (ja) * 1986-07-23 1988-02-08 Toshiba Corp 内部改質型溶融炭酸塩燃料電池
JPH01189866A (ja) * 1988-01-25 1989-07-31 Hitachi Ltd 溶融塩型燃料電池用アノードとその製造方法
JPH0282458A (ja) * 1988-09-16 1990-03-23 Sanyo Electric Co Ltd 溶融炭酸塩燃料電池
WO2004038842A2 (en) * 2002-10-22 2004-05-06 Arizona Board Of Regents, Acting For And On Behalf Of Arizona State University FUEL CELL HAVING TiAlNO DEPOSITED AS A PROTECTIVE LAYER ON METALLIC SURFACES
JP2009240924A (ja) * 2008-03-31 2009-10-22 Central Res Inst Of Electric Power Ind 脱硫装置及び発電システム

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62295355A (ja) * 1986-06-13 1987-12-22 Hitachi Ltd 燃料電池用電極の製造法
JPH0550819B2 (ja) * 1986-06-13 1993-07-30 Hitachi Ltd
JPS6329458A (ja) * 1986-07-23 1988-02-08 Toshiba Corp 内部改質型溶融炭酸塩燃料電池
JPH01189866A (ja) * 1988-01-25 1989-07-31 Hitachi Ltd 溶融塩型燃料電池用アノードとその製造方法
JPH0584032B2 (ja) * 1988-01-25 1993-11-30 Hitachi Ltd
JPH0282458A (ja) * 1988-09-16 1990-03-23 Sanyo Electric Co Ltd 溶融炭酸塩燃料電池
WO2004038842A2 (en) * 2002-10-22 2004-05-06 Arizona Board Of Regents, Acting For And On Behalf Of Arizona State University FUEL CELL HAVING TiAlNO DEPOSITED AS A PROTECTIVE LAYER ON METALLIC SURFACES
WO2004038842A3 (en) * 2002-10-22 2004-06-10 Univ Arizona FUEL CELL HAVING TiAlNO DEPOSITED AS A PROTECTIVE LAYER ON METALLIC SURFACES
JP2009240924A (ja) * 2008-03-31 2009-10-22 Central Res Inst Of Electric Power Ind 脱硫装置及び発電システム

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2824457B2 (ja) サーメット電極及びその製造方法
JP5047408B2 (ja) 固体高分子型燃料電池用ステンレス鋼製またはチタン製セパレータ
JPH01502109A (ja) ランタンクロマイト耐火物焼結用助剤
KR880007786A (ko) 전기화학적 수소 축전 합금 및 전기화학적 셀
TWI469435B (zh) Seawater battery
TW200522409A (en) Anode and battery
JPH01227362A (ja) 固体電解質燃料電池の製造方法
JPS60140665A (ja) 溶融炭酸塩型燃料電池の電極
US3506490A (en) Solid electrolyte battery having lithium or lithium alloy anode
JP2004071304A (ja) アルカリ蓄電池用正極活物質ならびにそれを用いた正極およびアルカリ蓄電池
Lee et al. Pillar Effect in Ni‐rich Cathode of Li‐Ion Battery by NH3 Thermal Treatment
JPH1074512A (ja) ニッケル水素二次電池とその正極
Odetola et al. Electrodeposition of functional coatings on bipolar plates for fuel cell applications–a review
Law et al. A novel plating process for microencapsulating metal hydrides
JPH02821B2 (ja)
Iacovangelo Metal Plated Ceramic—A Novel Electrode Material
Brodnikovskii Solid oxide fuel cell anode materials
US3522094A (en) Electrode including hydrophobic polymer,method of preparation and fuel cell therewith
JPH0251860A (ja) アルカリ蓄電池用水素吸蔵合金電極及びその製造方法
JPS6074272A (ja) 溶融炭酸塩型燃料電池の製造方法
JP2000048778A (ja) 電力発生装置およびその製造法
Popović et al. Electrochemical formation and behavior of silver and lead chlorides as potential cathodes for quasi-rechargeable magnesium seawater cell
JPH0652659B2 (ja) 溶融炭酸塩型燃料電池
JP2513638B2 (ja) 耐溶融炭酸塩腐食材料の製造方法
JP3587213B2 (ja) 空気−Ga1次電池用負極活物質およびそれを用いた空気−Ga1次電池