JPS6035468A - 燃料電池用電解質マトリツクス - Google Patents
燃料電池用電解質マトリツクスInfo
- Publication number
- JPS6035468A JPS6035468A JP58141133A JP14113383A JPS6035468A JP S6035468 A JPS6035468 A JP S6035468A JP 58141133 A JP58141133 A JP 58141133A JP 14113383 A JP14113383 A JP 14113383A JP S6035468 A JPS6035468 A JP S6035468A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrolyte
- matrix
- electrolyte matrix
- fuel cell
- powder
- Prior art date
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- Granted
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-
- H—ELECTRICITY
- 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
- H01M8/02—Details
- H01M8/0289—Means for holding the electrolyte
- H01M8/0295—Matrices for immobilising electrolyte melts
-
- 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
- Y02E60/50—Fuel cells
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- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
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- Manufacturing & Machinery (AREA)
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- Sustainable Energy (AREA)
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- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は、溶融炭酸塩を電解質として用いる燃料電池の
電解質マトリックスに係シ、特に熱サイクルに対する強
度性を向上させた電解質マトリックスに関する。
電解質マトリックスに係シ、特に熱サイクルに対する強
度性を向上させた電解質マトリックスに関する。
従来、水素のように酸化され易いガスと、酸素のように
酸化力のあるがスとを電気化学反応プロセスを経て反応
させることによシ直流電力を得るようにした燃料電池が
広く知られていＩＩＩ’この燃料電池は、使用する電解
質によって宝！晒ン酸型、溶融炭酸塩型、固体電解質型
等に欠ミされる。
酸化力のあるがスとを電気化学反応プロセスを経て反応
させることによシ直流電力を得るようにした燃料電池が
広く知られていＩＩＩ’この燃料電池は、使用する電解
質によって宝！晒ン酸型、溶融炭酸塩型、固体電解質型
等に欠ミされる。
ととるで、上記のような燃料電池のうち、溶融炭酸塩型
の燃料電池は、６５０℃近辺の温度で動作させるように
したもので、その主要部は通常、炭酸リチウム、炭酸カ
リウム等の炭酸塩の電解質と、リチウムアルミネート等
のセラミック系保持材とを平板状に一体化してなる電解
質マｈｖツクスの両面にニッケル合金等のガス拡散極を
当てがって単位電池を構成し、この単位電池を複数個、
相互間に双極性隔離板を介在させて積層した積層体に構
成されている。
の燃料電池は、６５０℃近辺の温度で動作させるように
したもので、その主要部は通常、炭酸リチウム、炭酸カ
リウム等の炭酸塩の電解質と、リチウムアルミネート等
のセラミック系保持材とを平板状に一体化してなる電解
質マｈｖツクスの両面にニッケル合金等のガス拡散極を
当てがって単位電池を構成し、この単位電池を複数個、
相互間に双極性隔離板を介在させて積層した積層体に構
成されている。
しかしながら、上記のように構成された従来ノミ解質マ
トリックスにあっては、電解質保持材と溶融温度以下の
固相状態の電解質との熱膨張率差および電解質マトリッ
クスと電極、セルハウジングとの熱膨張率差によって、
降温時に電解質マトリックスに貫通割れの発生すること
が往々にしてあった。そこで、このような不具合を解消
するために、カンタル線やアルミナ（Ａｔ２０ｓ）繊維
等を補強用繊維として、混入し、これらによって貫通割
れに至るまでの強度を向上させることが考えられている
。しかし、一度微小な割れが発生すると、この割れに応
力が集中して大き々割れに発展することに変わシけなか
った。また、補強用繊維として用いられるカンタル線や
アルミナ繊維は電解質と化学反応を起こすため、長期に
わたって補強の役割を果さない問題もあった。
トリックスにあっては、電解質保持材と溶融温度以下の
固相状態の電解質との熱膨張率差および電解質マトリッ
クスと電極、セルハウジングとの熱膨張率差によって、
降温時に電解質マトリックスに貫通割れの発生すること
が往々にしてあった。そこで、このような不具合を解消
するために、カンタル線やアルミナ（Ａｔ２０ｓ）繊維
等を補強用繊維として、混入し、これらによって貫通割
れに至るまでの強度を向上させることが考えられている
。しかし、一度微小な割れが発生すると、この割れに応
力が集中して大き々割れに発展することに変わシけなか
った。また、補強用繊維として用いられるカンタル線や
アルミナ繊維は電解質と化学反応を起こすため、長期に
わたって補強の役割を果さない問題もあった。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、そ
の目的とするところは溶融炭酸塩を電解質として用いる
燃料電池に組込まれる電解質マトリックスにおいて、耐
熱サイクル性に勝れた電解質マ）・ソックスを提供する
ことにある。
の目的とするところは溶融炭酸塩を電解質として用いる
燃料電池に組込まれる電解質マトリックスにおいて、耐
熱サイクル性に勝れた電解質マ）・ソックスを提供する
ことにある。
〔発明の概要〕
本発明に係る電解質マ） ＩＪソックス、へき開斗′を
特徴としている。
特徴としている。
上述したへき開性を有するセラミック粉末のへき開強度
は、電解質保持材と電解質との結合強度よシも小さい。
は、電解質保持材と電解質との結合強度よシも小さい。
したがって、電解質保持材と電解質との間の熱膨張率差
および電解質マトリックスと電極・セルホルダーとの間
の熱膨張率差によって、降温時に電解質マトリックスに
熱応力が発生すると、上述したへき開性を有するセラミ
ック粉末がへき開することにょシ熱応力を吸収し、電解
質マトリックス全体の割れ、すなわち、貫通割れの発生
を防止する。このようなへき開面に発生する割れは、１
個当シの割れとしては小さいため、次の昇温時に溶融炭
酸塩によってふさがれ、はとんど問題とはならず、結局
電解質マトリックスの耐熱サイクル性を向上させること
ができる。また、炭酸塩に対して化学的に安定な繊維を
補強用として混入すると、貫通割れに至る強度をさらに
向上させることができる。
および電解質マトリックスと電極・セルホルダーとの間
の熱膨張率差によって、降温時に電解質マトリックスに
熱応力が発生すると、上述したへき開性を有するセラミ
ック粉末がへき開することにょシ熱応力を吸収し、電解
質マトリックス全体の割れ、すなわち、貫通割れの発生
を防止する。このようなへき開面に発生する割れは、１
個当シの割れとしては小さいため、次の昇温時に溶融炭
酸塩によってふさがれ、はとんど問題とはならず、結局
電解質マトリックスの耐熱サイクル性を向上させること
ができる。また、炭酸塩に対して化学的に安定な繊維を
補強用として混入すると、貫通割れに至る強度をさらに
向上させることができる。
以下、本発明の詳細な説明する。
碧施例１
へき開性を有するセラミックスとしての弗素１金雲母［
ＫＭｇ３ （ＡｌＦ２ ｉ ３ｏｊ Ｑ ） Ｆ’２．
８０ｍｅｓｈ ／４ス〕粉末と、電解質保持材としての
γ−リチウムアルミネート（γ−ＬｉＡｔ０２）粉末と
、電解質としての炭酸リチウム（＋、＋２ｃｏ５ ）粉
末、炭酸カリウム（Ｋ２ＣＯ５）粉末とを体積比が１０
．０ ： ２６．６ ： ３１．ｓ： ３１．６となる
よう湿式混合して、乾燥したのち、４４０℃、 ３００
ｋ１ｙ’ｃＪ 、 １５分の条件で加熱加圧成形して
直径６０＊ｍ、厚さ３．１調の電解質マトリックスを得
た。
ＫＭｇ３ （ＡｌＦ２ ｉ ３ｏｊ Ｑ ） Ｆ’２．
８０ｍｅｓｈ ／４ス〕粉末と、電解質保持材としての
γ−リチウムアルミネート（γ−ＬｉＡｔ０２）粉末と
、電解質としての炭酸リチウム（＋、＋２ｃｏ５ ）粉
末、炭酸カリウム（Ｋ２ＣＯ５）粉末とを体積比が１０
．０ ： ２６．６ ： ３１．ｓ： ３１．６となる
よう湿式混合して、乾燥したのち、４４０℃、 ３００
ｋ１ｙ’ｃＪ 、 １５分の条件で加熱加圧成形して
直径６０＊ｍ、厚さ３．１調の電解質マトリックスを得
た。
実施例２
へき開性を有するセラミックスとしての弗素金雲母粉末
と、電解質保持材としてのｒ４チウムアルミネート粉末
と、電解質としての炭酸リチウム粉末、炭酸カリウム粉
末と、補強材としてのリチウムジルコネート繊維とを体
積比が１０．０ ： ２１．６ ： ３１．８ ： ３
１．６ ： ５．０となるよう湿式混合して、乾燥した
のち、４４０℃、 ３０ ｏｋｙｃｒＩ／？。
と、電解質保持材としてのｒ４チウムアルミネート粉末
と、電解質としての炭酸リチウム粉末、炭酸カリウム粉
末と、補強材としてのリチウムジルコネート繊維とを体
積比が１０．０ ： ２１．６ ： ３１．８ ： ３
１．６ ： ５．０となるよう湿式混合して、乾燥した
のち、４４０℃、 ３０ ｏｋｙｃｒＩ／？。
１５分の条件で、ホットプレスして、直径６０ｒＩａ。
厚さ３．４閣の電解質マトリックスを得た。
このようにして得られた実施例１，２の電解質マトリッ
クスおよび従来の電解質マトリックスについて、歪み率
と応力との関係を測定したところ図に示す結果を得た。
クスおよび従来の電解質マトリックスについて、歪み率
と応力との関係を測定したところ図に示す結果を得た。
なお、図中×印点が貫通割れの生じた値を示している。
この図から、従来例に比べ、実施例１の電解質マドルー
、クスでは歪み率で約０．４％大きい変形に耐良う一れ
ることか確認された。また実施例２の電Ｎ［。
、クスでは歪み率で約０．４％大きい変形に耐良う一れ
ることか確認された。また実施例２の電Ｎ［。
マトリックスでは、貫通割れに至る強度の［Ｈ−も確認
された。
された。
トリックスとを用いて、単セルを形成し、単１゜クスを
使用したセルでは３回の熱サイクルＩ後、燃料がスに５
体積％含有したヘリウムが酸化剤ガスの出口ガス中に、
０．５体積％含有されているのが検出され、電解質マト
リックスに貫通割れの発生していることが、確認された
。しかし実施例１の電解質マトリックスを使用したセル
については、６回の熱サイクル後も、ヘリウムは０．０
２体積％以下で、貫通割れの発生していないことが確認
され本発明の有用性が立証された。
使用したセルでは３回の熱サイクルＩ後、燃料がスに５
体積％含有したヘリウムが酸化剤ガスの出口ガス中に、
０．５体積％含有されているのが検出され、電解質マト
リックスに貫通割れの発生していることが、確認された
。しかし実施例１の電解質マトリックスを使用したセル
については、６回の熱サイクル後も、ヘリウムは０．０
２体積％以下で、貫通割れの発生していないことが確認
され本発明の有用性が立証された。
なお、上述した実施例では、へき開性を有するセラミッ
クス粉末として、弗素金雲母（ＫＭｇ（ＡｔＳｉｓＯｌ
ｏ）Ｆｚ〕を用いているが、白Ｈ刊〔ＫＡｔ２（ＡｔＳ
ｉ３０１ｏＸＯＨ）ｚ）、ソーダ買置（ＮａＡｔ２ （
ＡｔＳ ｉ ５０１ｏ）（ＯＨ）２〕、金雲母［ＫＭｇ
３（ＡｔＳｉ３０１０）（ＯＨ）２）、黒装置［Ｉ（Ｍ
ｇ３Ｋ（Ｍｇ 、 Ｆｏ）５（ＡｔＳ３０１ｏ）（ＯＨ
）２，１１．１ｉｌＲ’Ｊ母［ＫＬ１２Ａ／＝（ＳＩ４
０１０ＸＯＨ）２）、弗素四ケイ素雲母［ＫＭｇｚｓ（
Ｓｉ４０１ｏ）Ｆｚ）テニオライト（ＫＭｇ２Ｌ１（Ｓ
ｔ ４０１０）Ｆ２］等を用いてもよい。また、補強繊
維としては、リチウムアルミネートのかわシに、リチウ
ムアルミネート（ＬｉＡｔ０２）、チタン酸ストロンチ
ウム（ＳｒＴｉＯｓ）、ＢＮ、 ５ｉ５Ｎ４、ＳｔＣ，
ＬｉＴｉＯ３、等を用いてもよい。さらに電解質保持材
はＬＩＡｔＯ２粉末に限らないし、成形法もホットプレ
スに限られるものではない。
クス粉末として、弗素金雲母（ＫＭｇ（ＡｔＳｉｓＯｌ
ｏ）Ｆｚ〕を用いているが、白Ｈ刊〔ＫＡｔ２（ＡｔＳ
ｉ３０１ｏＸＯＨ）ｚ）、ソーダ買置（ＮａＡｔ２ （
ＡｔＳ ｉ ５０１ｏ）（ＯＨ）２〕、金雲母［ＫＭｇ
３（ＡｔＳｉ３０１０）（ＯＨ）２）、黒装置［Ｉ（Ｍ
ｇ３Ｋ（Ｍｇ 、 Ｆｏ）５（ＡｔＳ３０１ｏ）（ＯＨ
）２，１１．１ｉｌＲ’Ｊ母［ＫＬ１２Ａ／＝（ＳＩ４
０１０ＸＯＨ）２）、弗素四ケイ素雲母［ＫＭｇｚｓ（
Ｓｉ４０１ｏ）Ｆｚ）テニオライト（ＫＭｇ２Ｌ１（Ｓ
ｔ ４０１０）Ｆ２］等を用いてもよい。また、補強繊
維としては、リチウムアルミネートのかわシに、リチウ
ムアルミネート（ＬｉＡｔ０２）、チタン酸ストロンチ
ウム（ＳｒＴｉＯｓ）、ＢＮ、 ５ｉ５Ｎ４、ＳｔＣ，
ＬｉＴｉＯ３、等を用いてもよい。さらに電解質保持材
はＬＩＡｔＯ２粉末に限らないし、成形法もホットプレ
スに限られるものではない。
図は本発明に係る電解質マトリックスの応力・歪み率特
性と、従来の電解質マトリックスのそれとを比較して示
す図である。
性と、従来の電解質マトリックスのそれとを比較して示
す図である。
Claims (2)
- （１）溶融炭酸塩を電解質として用いる燃料電池の電解
質マトリックスにおいて、へき開性を有するセラミック
ス粉末が混入されてなることを特徴とする燃料電池用電
解質マトリックス。 - （２）前記マトリックスには、補強用繊維も混入されて
なることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の燃料
電池用電解質マトリックス。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58141133A JPS6035468A (ja) | 1983-08-03 | 1983-08-03 | 燃料電池用電解質マトリツクス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58141133A JPS6035468A (ja) | 1983-08-03 | 1983-08-03 | 燃料電池用電解質マトリツクス |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6035468A true JPS6035468A (ja) | 1985-02-23 |
| JPH0158833B2 JPH0158833B2 (ja) | 1989-12-13 |
Family
ID=15284931
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58141133A Granted JPS6035468A (ja) | 1983-08-03 | 1983-08-03 | 燃料電池用電解質マトリツクス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6035468A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6316567A (ja) * | 1986-07-07 | 1988-01-23 | Toshiba Corp | 溶融炭酸塩燃料電池用電解質マトリツクス |
| JPH02126563A (ja) * | 1988-11-04 | 1990-05-15 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 溶融炭酸塩型燃料電池の電解質板 |
-
1983
- 1983-08-03 JP JP58141133A patent/JPS6035468A/ja active Granted
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6316567A (ja) * | 1986-07-07 | 1988-01-23 | Toshiba Corp | 溶融炭酸塩燃料電池用電解質マトリツクス |
| JPH02126563A (ja) * | 1988-11-04 | 1990-05-15 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 溶融炭酸塩型燃料電池の電解質板 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0158833B2 (ja) | 1989-12-13 |
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