JPS60253162A - 溶融塩型燃料電池 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は溶融塩型燃料電池に係如、特に電極の収縮や亀
裂および電解質板の亀裂を防止するための改良された電
極を配置した溶融塩型燃料電池に関する。

〔発明の背景〕

燃料電池では、電解質板の両面にそれぞれ電極配置され
、電極の外側にセパレータが配置されて単位電池を構成
している。このような燃料電池に用いられる電極として
ニッケル金網又はステンレス金網等にニッケル粉末を添
着されたものが提案されている（特開昭５７−３４６６
８号公報、特開昭５２−１３６３３６号公報、特開昭５
７−４０８６６号公報）。

しかしながら、このような電極を有する溶融塩型燃料電
池では電池の運転中、特にヒートサイクルによって電極
が収縮したシ、亀裂が入るほか、電解質板に亀裂が入り
、電池性能が次第に低下する問題がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、電池運転中における電極の収縮や亀裂
又は電解質板の亀裂を防止して長期にわたシ安定した電
池性能を維持できる電極を備えた溶融塩型燃料電池を提
供することにある。

〔発明の概要〕

本発明者らは電極の収縮や亀裂及び電解質板の亀裂の原
因について調べたところ、燃料電池では電極と電解質板
が密着した状態で作動するため電極と電解質板の膨張率
が著しく異なる点に原因があることがわかった。

すなわち、電極が金属または金属酸化物が主体なのに対
して電解質板の基材がセラミックスで構成されているか
らでおる。

本発明は、電極触媒にセラミックス材を浸入させ、電極
の熱膨張率を電解質板の熱膨張率と同一乃至近似させる
ことによって電極の異常な収縮や亀裂および電解質板の
亀裂を防止させ、長期にわたって安定した電池性能を発
揮させるようにしたものである。

本発明において、セラミックス材としてはアルミナ、シ
リカ、チタニア、リチウムアルミネート、マグネシア、
チタン酸リチウムなどの１種以上を適用できる。好まし
くはセラミックス材は電解質基材と同種品もしくは電解
質板と膨張率が近いもの、あるいは電極触媒と混合する
ことによシ、膨張率が電解質板の膨張率に近づくもので
あれば良い。セラミックス材の形状としては、粒状、繊
維状、フェルト状、網状又は三次元構造物などが適用で
き、特に限定されるものではない。電極触媒としては一
般にニッケルもしくは酸化ニッケル粉末、ニッケルとコ
バルトの合金または混合物、貴金属触媒、など電池化学
反応に寄与するものであれば良い。

セラミックス材め電極中での含有量は電極触媒に対し、
重量比で１０〜６０重量％が望ましい。

セラミックス材の含有量が１０重量％よシも少ないと前
記した従来技術の問題点を解決するに至らない。一方セ
ラミックス材の含有量が６０重量％を越えると電極中の
電極触媒量が相対的に少なくなり、電池性能が低くなる
。

また、電極中にセラミックス材が混入されることによっ
て、電極中に低電気伝導性物質又は非電気伝導性物質が
入シ、電極全体の電気伝導性が低下することもある。こ
のような場合、セラミックス材の表面の一部又は全部に
予め電気伝導性物質をコーティングするか、又は電気伝
導性物質を添着するのがよい。

本発明における電極は、電極触媒粉末とセラミックス材
とを混合して板状に成形した後焼結するか、又は電極触
媒をセラミックス成形体に添着して板状にする方法等に
よって製造することができる。

実施例１ 粒子径２〜３μｍのニッケル粉末８０重量％と粒子径１
０〜１５μｍのりチウムアルミネート粉末２０重量％と
を０．８チカルボキシメチルセルロース液で混練しペー
スト状にしたあと鋳型に流し込み８０Ｃで乾燥し、つい
で水素雰囲気中で８００′ｃ５時間焼結して、厚さＩＩ
ｏｌの電極板を調製した。

電解質板にリチウムアルミネートを基材とするマトリッ
クス型を適用し、得られた電極板をアノード及びカソー
ドとして電極面積１００ｃｒｎ”の単電池を組立て、ア
ノードには８０チＨ２−２０チＮｚ混合ガスを供給し、
カソードには１５％０ｘ−３０％　ＣＯ２−５５−Ｎ２
の混合ガスを供給して電池性能試験をした。電池の負荷
電流と電圧の関係を調べた結果、初期に１００ｍＡ／ｃ
ｍ”電流密度において、ｏ、ｓｓｖの電池電圧を得た。

５００時間の連続試験後で電流密度１００　ｍ　Ａ　／
　ｃｍｔで０．８３Ｖ電池電圧を得た。また、５００時
間の実験後に電池を解体して電極と電解質板を調べた結
果、電極および電解質板のいずれにも亀裂の発生は全く
なく良好であった。

実施例２ フオーム状セラミックスアルミナ構造体にニッケルを無
電解メッキした後、その細孔内にニッケル触媒を充填し
く重量％として４０チ）水素雰囲気中で焼成し電極板を
調製した。得られた電極を７ノードおよびカソードに用
いて単電池を構成し、実施例１に準して電池性能を示し
た。電流密度８０ｍＡ／Ｃｒｎ’において０．８６　Ｖ
の電池電圧を得た。５００時間の連続試験後、電池解体
して電極及び電解質板を調べだところいずれにも特に異
常はなく、亀裂も生じなかった。

実施例３ アルミナ繊維（繊維径２〜３μｍ）と酸化ニッケル粉末
（粒子径２〜３μｍ）の割合を重量比で１；１で混合し
、これにバインダーとして酸化ビスマスで１．０重量−
を添加してさらに混合し、１−のポリビニールアルコー
ル溶液でペースト状に混練したあと鋳型に入れて厚さ１
ｆｌに成形し、焼結して電極板を作った。これをアノー
ド及びカソードに用いて実施例１に準じて電池性能を測
定した。その結果初期の電池性能は１５０ｍＡ／ｃｒｎ
ｔの負荷電流において０．７８　Ｖの電池電圧を得た。

また、５００時間後の発電性ｈヒは１５０ｍＡ／口２の
負荷電流において０．７６Ｖの電池電圧であった。実験
後に電池を解体して電極及び電解質板を調べたところ亀
裂の発生はなく良好であった。

比較例１ 実施例１と同じニッケル粉末にＯ，ＳＳカルボキシメチ
ルセルロース溶液を加えてペースト状に混練したあと２
０メツシユの金網に塗布し、乾燥して水素雰囲気中で７
５０Ｃで焼結して電極板とし７’Ｃに の電極板をアノード及びカソードに用いて電極面積１０
０ｃ−の単電池を構成し５００時間の連続試験をした。

その結果初期の電池性能は電流密度１００　ｍＡ／ｃｍ
”において電池電圧０．８４　Ｖであったが２００ｈ経
過後にアノードガスがカソード側に流出するガスクロス
オーバが発生し、電池電圧が０．７２Ｖに低下した。さ
らに５００ｈ後では０．６８　Ｖ下がった。実験後電池
を（体して調ぺたところ電極板に細かい亀裂が発生して
いた。

また電解質板には大きな亀裂が発生していた。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、電極にセラミックス材が
混入されているので溶融塩型の燃料電池のような高温の
運転下にも電極が安定であシ、マた電解質板と電極との
熱膨張率が同一乃至近似しているので、ヒートサイクル
による電極および電解質板の収縮又は亀裂を防止でき長
期にわたって安定した電池性能が得られる。

特許出願人　工業技術院長　川田裕部

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電解質板の両面にそれぞれ電極が配置され、これら
   の電極の外側にそれぞれセパレータを配置した単位電池
   を一個以上積層した溶融塩型燃料電池において、前記電
   極がセラミックス材と電極触媒とからなり、該電極の熱
   膨張率が前記電解質板の熱膨張率と同一乃至近似してい
   ることを特許とする溶融塩型燃料電池。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記セラミックス
   材が繊維状２粒状、網状又は三次元構造体であることを
   特徴とする溶融塩型燃料電池。 ＆　特許請求の範囲第１項において、前記セラミックス
   材がアルミナ、シリカ、チタニア、リチウムアルミネー
   ト、マグネシア、チタン酸リチウムのいずれか１種以上
   であることを特徴とする溶融塩型燃料電池。 ４、特許請求の範囲第１項において、前記セラミックス
   材が、前記電極触媒に対し１０〜６０重量％含有されて
   いることを特徴とする溶融塩型燃料電池。 ５、特許請求の範囲第１項〜第４項のいずれかにおいて
   、前記セラミックス材の表面に電気伝導性物質が添着又
   はコーティングされていることを特徴とする溶融塩型燃
   料電池。