JPS6056375A - 溶融炭酸塩型燃料電池 - Google Patents

溶融炭酸塩型燃料電池

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JPS6056375A
JPS6056375A JP58163332A JP16333283A JPS6056375A JP S6056375 A JPS6056375 A JP S6056375A JP 58163332 A JP58163332 A JP 58163332A JP 16333283 A JP16333283 A JP 16333283A JP S6056375 A JPS6056375 A JP S6056375A
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謙二 村田
Hakaru Ogawa
斗 小川
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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。

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−C用いる燃料電池
に係りJ゛特に電解質層の組成を改良した渚融炭酸塩型
炉斜電曲に関する。
〔発明の技術的費用とその問題点〕
従来、水素のように酸化され易いガスと、酸素すように
酸化力のあるガスどを電気化学反応プロ1フスを経て反
応させることにより直流電力を1りるよpにした燃料電
池が広く知られている。この燃料電池は、使用する電解
質によってり/u駁型、溶融炭酸塩型、固体電解質型等
に大別される。
ところで、上記のような燃斜電、池の・うち溶融炭酸塩
型の燃料電池は、650℃近辺の温度ひ動伯させるよう
にしたもので、その主要部は通常、炭酸塩電解質とりチ
ウムアルミネー1〜で代表されるセ、ラミック系保持材
とを平板状に一体化してなる電解質層の両面にニッケル
系合金多孔質材で形成されたガス拡散電極を当てがって
単位電池を椙成し、この単位電池を複数個、相月間に導
電性の双((i l!を隔離板を介在させて積層した積
層体に構成されている。
このように構成される溶融炭酸塩型燃料電池にあって、
電解質としては専ら、炭酸リチウム(li2cO:+)
、炭酸カリウム(K2CO3>、炭酸すトリウム(Na
 2 Co3)の3元共融組成のものが用いられてきた
。しかし、電気伝導度や酸素溶解度などの点から最近で
は、62rnO1%Li 2 CO3−38mo i 
%に2 COq 、4 2゜7mo1%Li 2 CO
3−57,3+11n 1%に2CO3,53,3mo
 1%Li 2 CO3−/11++++++1 コIす(I7mo1%Na2CO3の組成からなる2元
/系力(用いられている。特に、これら電解質の組合i
:、 tせ1のうち、炭酸塩の分解の点からはl i 
2 CO3−N a 2 C03系が、また燃料電池の
ハウジング等を構成するステンレスill (SUS−
316)の椹蝕の点からはl l 2 C03K2 C
O3系か擾1″lている。
しかしながら、(これらの電解t′1絹成組成部いたj
月dには、単位電池のカッ−1〜電掬をIM成しCいる
リチウム化N10が次の反応 Ni04−C02→ Ni 2+!−Co:+ ) −
C二J、って、特に、高いCO2分If”’l・(゛電
解質中(、l溶解し1、カソード電極が減ffi L 
/こり、電解72層を拡散したN i 2+がアノード
電極側でN iとイj・)(析出して短絡などが発生し
たりする問題かあ)lご。
そこで、このような問題点を解消りるために、ヒ)ホし
た電解質に24して非溶解セ1をイj’ 1/、かつ+
tir伝ン91gを4−T シiこY石層な月才1、づ
4jわら1aNi−Oa等のベロブスカイ1−やl−!
 M n204等のスピネルでカソード電極を形成りる
ことが11t′察されている。しかし、これらの月利は
高価であるばかりか電解質中で必ずしも安定では4jり
、また電気化′S率も−1−分とはいえず、しか(」カ
ス拡1)9電極としてi−分礪能す−る多孔i1体に形
成りることが困難であるなどの問題があつtコ。
(発明の目的) 本発明【3(、このにうな事情に1監みてなされたちる
溶融炭酸jn型燃料電池を歴世づることにある。
発明の概要〕 本発明に係る溶融炭酸塩型燃料電池は、電解質を1成す
る物質の一部がアルカリ土類金属の炭酸J2,4である
ことを特徴としている。
さらに、詳しく)ホペるど上記アルカリ土類金属の炭酸
塩どし−Cは、炭酸カルシウム、炭酸ハリウlい、炭酸
ストロンヂウムのなかから選ばれた少なくとも一種が用
いられる。そして、炭酸リチウムj3よ′rj炭酸カリ
ウムを主成分として電解質を構成し、これら電解質をリ
チウムアルミネ−1〜に保持させて電解質層を形成する
ときには、」−記リチウムアルミネートの含有量が30
〜50重量%、炭酸リチウムおよび炭酸カリウムの合計
含有量が30重量%以上、アルカリ土類金属の炭雀瑞急
11半が20手吊%以下に設定される1゜ 〔発明の効果〕 上記のようにアルカリ土類金属の炭酸塩を混入させたこ
とによりカソード電極を構成しているり1ウム化された
NiOの溶出速度を大幅に11(下さ′1 1.7:たがって、長期間の電池運転中高い電池547
性を、11 、A゛′持させることかできる。また、安価なNi系含
金でカソード電極を形成できるので電池全体の低価格を
配4るーことができる。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の詳細な説明する。
支j九f 保持νとしての1−iA102357.電解質としCL
:1′)炭酸Jut i 2 COE 15.64?、
K2GO=。
42.7!7、Ca CO36,7’Jをアセ1〜ン保
式%式% てホラ1ヘプレスして、直径6 cm、厚さ2.5mm
の板状の電解¥′4層素材を1りだ。この累月を4 c
m角に切出し、その両面にN1合金多孔買材で形成され
Ic電極を当Cかって単位電池をiM成した。
この単位電池に対して(350’0.1気圧て燃料カス
どしCε30%N2.、’CO2を、Flり止剤カスと
し’(70%Δir/CO2をそれぞれ供給して電池j
’4’Aj’を行なわゼた。ぞの早果200 m A 
/’ cn’+で0゜′亨+ turfの出力が得られ
、従来の電解質を用いた揚台り11は同等の性能である
ことが確認された、1また、−衛さ、す0時間運転後に
li位電池を分解して、7′ノー、、上電極へのNi析
出昂の目安どなる゛電解質11り中のN21含有吊を調
べたところ、従来の電解質(62mob%Li 2 C
O3−に2 COq > ヲ用uJ、l:+のに比べて
約1 / 50であることが確認された。
さらに、熱分析を行なったところ、融点か1記従来のも
のく490℃)より40℃低く、しかも分解温度が約/
lO℃向上していることが判った。このように、アルカ
リ土類金属の炭酸塩Cある炭酸hルシウムを少量混入さ
せるたり−C′市極の減量トち1[7化をR1れること
か確認された。
L1良L j×持月であるIiΔ1co2の倉イj吊を25重量%
〜60干吊%の範囲で種々変え、電解Y’t II成h
イ I i 2 CO3/に2 CO3/Cri にO
コ−G !、+’30/’5rnQ1%の電解質層をホ
ラ1〜プ1ノスて・作製した。
これらについて650℃、CO2’I>囲気中てr(1
気伝導率ならびに圧縮強さを測定した。での結果、1i
A602の含有量が30重甲丸木満であるとJ−圧縮強
さが0.51(g/cdを下回り、積層体構成上閏即し
くないことが判明し、また50重甲丸を越、、、、、、
、、、、Lかも急激に抵抗が増加J−ることが判明した
。1−′・ったがって、保持材どしてのりヂウムアルミ
ネードの含有量は30〜50重量%にL(定りることが
好ましいことが判った。
実施例3 1kli’j+JとLTt7)l−i AlO2/10
!/ど、。
Li 2 COE /に2 CO3=62/38mo 
1%の混合炭酸塩とに炭酸塩の総重量が60 !lどな
るようにアルカリ土類金属の炭酸塩であるQ a Q 
Qsを1〜40gの範囲に種々記式混合したのら、これ
らをホットプレスして7Q数の電解質層を作製しlご。
このようにしC作製されたそれぞれの電解質層について
、650’C1CO2雰囲気で電気伝導率の測定を行な
ってみた。その結果、Ca(’:0:+の含f1吊が2
0重量%を越えると電気伝導率が0゜20 ’ cm 
” J、り小さく %るととしにだt激に低下し従来(
D’Tfi解實Ffi (l−i AlO2/Li 2
 CO3/に2 CO:l =/10/28./32m
o 1%)の1/′2より小さくなることが判明した。
したがって、う′ルカリ土類金属の1夷酸塩添加用は2
0重量%以下に抑えなければならないことが判明した。
′及1良土 実施例1の電解T1組成にl)LノるQa CO3を同
1フルカリ土類金屈の炭酸塩であるS ioo 3 L
JKoえ−C眉jじくボットプレスで電解質層を作yノ
し、実施例1ど同じ条イ′1で単位電池試験を実施した
。。
tの結果、実施例1に比べて電気伝)、9室が。、05
Ω−”of”向−トしていることが!’U を旧、/ご
、、LfJ、クロスオーバも発生じないQとが刊)た3
、さら(−1然分析を行なったところ分解開始温度1.
す< 2 r)0−c向上し−(いる二とか判った。
実施例5 実施例1の電解?へ組成ニJj IJ ?、> Cit
 に 03 )(jゆりに同じアルカリ土類金属の炭酸
塩C’ t’nる13ac○3を用いて同じくホラ1ヘ
プレス(電解v′1層を作製し、実施例1と同じ条イ′
4−c巾イ、’!電池試験を実施したつその結駅、クロ
スオーバ(、)光生せず、200 mA/ ciで0.
62Vの出力が11ノられ実施例1J:り取着されてい
ることが判った1、♂らに。
屯位電池試験後、分解して電解質層中のNi含イ1h5
を調べたところ実施例1の場G J:すε)らに596
低下していることが確認された。
実施例6 jワさ2 mm 、空孔率60%の1−iAJO2焼結
体に実施例1と同じ組成の電解?“1を750℃の空気
(末でに O Ca Cf)3斗” (、a Q+ CO2とし゛(析
出さけ、これに残りの電解質(−、L i 2 COa
 、 K2 (’:Oa 、 Ca CO3)を保持“
1 さ・せ、その蒸)“Ljoを低減させるためである。こ
のJ、うにして−イ1製されに1解質層を用いて実施例
′161、□1j、pi ’商1;条イ1.目、中位、
池試験4.1なり /;: 、 % (7)結よ、20
0 m△/ triで0.59Vと実施例1どほば同秀
の出力が1!1られた。、1だ、泡出圧がCaOを含ま
ない揚台に比べ3倍に向上し、電解質保持性が向上して
いる(二とが判った。このことは1i△102多孔質体
の細孔径分布が少々幅広くてし電解7′(保持性は十分
大きいことを意味しており、たとえば3μφの太いLi
AlO2繊紺とパイングーで構成した焼結を施さないジ
ー1〜を電解質保持層と1−ることかできる。なJ3、
実施例4、実施例5の組成の電M質を用いて実施i’+
116と同様−二含浸し、泡出圧を測定したが、この場
合tこは泡出圧の人きな向上はのられなかった。
上述した各実施例では保持4オとして炭酸リチウムに安
定なりヂウムアルミネ−1〜を用いているが、本発明は
これに限られるものてIJなく炭酸リチウムに安定なス
ト口ンヂウムチタネ−1〜、す1つlチhネート等の複
合酸化物を保持層と1〕で用いて8:!1いことは勿論
である。
出願人 工業技術院長 川田裕部

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)電解質を構成する物質の一部がアルカリ土類金属
    の炭酸塩であることを特徴とする溶融炭酸塩型燃料電池
  2. (2)前記アルカリ土類金属の炭酸塩は、炭酸カルシウ
    ム、炭酸バリウム、炭酸スi・1]ンチウムのなかから
    選ばれた少なくとも一種であることを特徴とする特許請
    求の範囲第1項記載の溶融炭酸塩型燃利電池。
  3. (3)前記電M買は、炭酸リチウム、!3よひ炭酸7]
    ・υラムを主成分として構成され、上記炭酸リチウムに
    対して化学的に安定な保持材としての複合酸化物の粉末
    間または多孔質体の孔内に保持されたものであることを
    特徴とする特許請求の範囲第1項ま1こは第2頃記載の
    溶融炭酸塩型燃料、電池。
  4. (4)前記保持()1としてのりチウムフルミネーI〜
    の含有量が30〜50重量%、炭酸リチウムJ3よび炭
    酸カリウムの合計含有伍が30市吊′16以上、アルカ
    リ土類金属の炭P7M塩含有量が20 ilj −’n
     %以トであることを特徴とする特許請求の範囲第31
    r!記載の溶融炭酸塩型燃料電池。
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