JPS6065470A - 電解質タイルの製造法 - Google Patents

電解質タイルの製造法

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JPS6065470A
JPS6065470A JP58173719A JP17371983A JPS6065470A JP S6065470 A JPS6065470 A JP S6065470A JP 58173719 A JP58173719 A JP 58173719A JP 17371983 A JP17371983 A JP 17371983A JP S6065470 A JPS6065470 A JP S6065470A
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JP
Japan
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electrolyte
powder
water
alcohol
molding
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JP58173719A
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English (en)
Inventor
Tomio Sugiyama
富夫 杉山
Shinichi Ochiwa
小知和 眞一
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Corporate Research and Development Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0289Means for holding the electrolyte
    • H01M8/0295Matrices for immobilising electrolyte melts
    • 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
    • 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
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    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
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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。

Description

【発明の詳細な説明】
〔発明の属する分野〕 本発明は炭酸イオン導電性を有するアルカリ炭酸塩を電
解質として用いる燃料電池の製造法に関係し、特にアル
カリ炭酸塩とその電解質を保持する保持材よりなる電解
質タイルの製造法に関する。 〔従来技術とその欠点〕 燃料電池は′α屏質部と、その両側にセットされたアノ
ード、カソードの2つの電極とから構成される。燃料電
池のアノード側に燃料カス、カソードl1ltl K酸
化性ガスが供給されると電気化学反応が生じ、直接化学
エネルギーを電気エネルギーに変換することができる。 浴融炭酸塩型燃料電池は、高温で溶融し、炭酸イオン導
4はを示すリチウム、カリウム等のアルカリ炭酸塩を電
解質とするもので、通常600〜800Cという高温で
運転されるものである。この燃料電池は利用できる燃料
種の範囲が広い、エネルギー変換効率が高い等の長所を
有し、特に石炭ガス化装置と組み合わせた大規模発電シ
ステムとして、現在米国を中心として精力的に開発が進
められている。 この溶融炭酸塩型燃料電池の電気化学反応は次のとおり
である。 アノード側: H2+CO3→H20+CO2+ 2e
カソード側: ” 02 +CO2→CO32−電解質
タイルには2種類の構造が考えられており、1つはマト
リックス型電解質タイル、もう1つはペースト型i!解
質タイルと呼ばれている。マトリックス型電解質タイル
は多孔質なセラミックス体に電解質を含浸したもので、
多孔[50〜60%程度のりチウムアルミネート(Li
A10z )或はマグネシア(MgO)焼結体に電解質
を含浸する方法が検<=tされている。一方ペースト型
電解質タイルは、リチウムアルミネートやジルコニア(
ZrO2)等の溶融アルカリ炭酸塩中での化学安定性に
優れた物質と、アルカリ炭酸塩との混合物をホントプレ
スする方法が一般に行なわれている。このタイプに比較
すると、機械的強度の点では劣るが、電極との藺れ性、
密着性に優れ、かつ電解質タイルの内部抵抗が小さい等
の長所を有する。しかしながら、ペース) ! ’Ia
11≠タイルの製造法に採用されているホットプレス法
は、緻密な成形体が得られるものの量産性の点で好まし
くない。また、大型電解質タイルを製造するためには多
大な設備費が必反である等の問題を有している。 この椋な問題を解決するために、本発明者らは常温にて
加圧成形後、得られた成形体を加熱処理してammツタ
イル得る方法を検討してきた。ところがこの常温成形法
では、単に保持材とアルカリ炭r11.塩とのa@物を
そのまま用いたのでは、成形時にラミネーションやクラ
ックが発生し易く、たとえ成形体が得られたとしても、
加熱処理により大部分の電解質タイルにクラックが生じ
てしまうという問題があり、しかもこの傾向は電解質タ
イルの大型化に伴いますます顕著となることが判明した
。そこで本発明者らは常温成形法による電解質タイルの
成形時にラミネーションやクラックの生じない電解質タ
イル製造法の検討を行った。 〔発明の目的〕 従って本発明の目的は、先に述べたペースト型電解質タ
イルの長所を損わず、かつ従来の製造法に比べ容易で安
価な電解質タイルの製造法を提供することにある。更に
具体的には、溶融アルカリ炭酸塩中での化学安定性に優
れるリチウムアルミネートを電解質保持材とし、これと
リチウム、カリウム等の炭酸塩との混合物を常温成形後
、加熱処理する1注解質タイルの製造法において、成形
時にラミネーションやクラックの発生がなく、シかも均
質性の高い成形体が得られ、加熱処理によってもクラッ
クの発生が無い電解質タイルの製造法を提供することに
ある。 〔発明の要点〕 本発明者らは常温成形法によってペースト型室wf質タ
イルを製造する方法につき検討を重ね、成形時にラミネ
ーションやクラックの発生を防ぐには成形前粉末を水お
よびアルコールで適度に加湿しておくことが不可欠であ
ることをつきとめた。 更に、水あるいはアルコールを単独に加えただけでは効
果が殆んど認められず、水とアルコールを併用してはじ
めて所期の目的が達成されることを見出した。 以下に本発明の内容をt M’J 黄として炭酸リチウ
ム(Li2C03)と炭酸カリウム(K2CO3)を使
用し、也解質保持拐としてリチウムアルミネートを使用
する場合について説明する。通常、炭酸塩の混合割合は
混合塩の共晶組成(62mol %Li2CO3−38
mo1%K 2 CO3+溶融温度約490 ’0 )
が選定され、
【電解質と’ftN質保持材の重量比ハ4
0 : 60−60 : 40の範囲が一般釦用いられ
ている。まず、電解質と電解質保持材をボールミル混合
機またはv厘混合機にて均一な混合粉末が得られるまで
混合する。 得られた均−混合粉末を約600”0で数時間加熱処理
し、つぎにふるいにて粉末の分級を行った後、150〜
200°Cで充分乾燥する。次に、iL重量比40:6
0〜10 : 90の水−アルコール混合溶液で粉末に
対して2〜IQ wtチ加湿処理を行う。更にこの加湿
粉末を最終成形圧の6〜8割の圧力にて成形後、粉砕・
分級をし粉末の造粒を行う。次にこうして得られた造粒
粉末を金型に充填し、0.5〜1.2tOn/、/lの
圧力範囲で常温加圧成形を行う。そして得られた成形体
を約100℃で充分乾燥した後、電気炉にC100°C
から500’0まで1〜2°Q/minで昇温し、1時
間保持する。その後1〜2°C/minで500’(l
から300℃まで降温し、300′Cになったところで
電気炉の電源を切り炉内放冷する。約50゛Cで炉内か
ら取り出し保管する。 上に述べた電解質タイル製造法において、加湿に用いる
水とアルコールの割合が上記領域以外では、混合溶液の
表面張力効果、或は粉末との表面反応作用等の効果が損
われるため、成形時にラミネーションやクラックが発生
し易く好ましくない。 また、加湿量が粉末に対し2wt%以下では加湿効果が
なく、10wt4以上では金型へ成形体が付着するばか
りでなく、最終的に得られる電解質タイルの密度も小さ
く、機械的強度、電気的特性とも劣ったものしか得られ
ない。 一方加湿にあたっては、上述のように水−アルコールの
混合溶液を用いても良いが、最初にアルコールで加湿し
た後、水で加湿する方法でも良好な成形体が得られる。 また、加湿に用0るアルコールとしては水と任意の割合
で混ざり合うものであれif & < 、メチルアルコ
−1し、エチルアルコールが、作業性+ 41rj生上
等の点からエチルアルコールが好ましい。 〔発明の実施例〕 以下に本発明の内容を実施例に基づ(・て述べる。 実施例1 リチウムアルミネート( LiAlO2) soo 9
、炭酸リチウム( Li2COs ) 237.5 g
、炭酸カリウム( K2CO3 ) 262.5 9を
ボールミル混合機を用〜為で6時間混合した後、電気炉
にて600°0で3時+1,’1カロ熱処理した。その
後42メツシユを通過する粉末に分級し、ボールミル混
合機を用いて15時間再混合を行った。得られた均一混
合粉末を150メツシユを通過する粉末に分級した。こ
の粉末を充分乾燥させた後、水とエタノールの混合耐液
(水3Qwt%ーエタノール70 wt % )を粉末
に対して5 wtチとなるように噴霧加湿処理し、次で
V型混合機で1時間混合した。こうして得られた加湿粉
末をO−7 toVdで約1分間加圧した。加圧された
成形体を破砕し、24〜65メツシユに分級し、次に1
501iifi角の金型に粉末を80g充填し、1 t
on/cmで約1分間加圧した。 約2四の厚さに成形された10枚のkL電解質タイル、
この後乾燥器を用いて100°0で3時間以上乾燥し、
4気戸に移して100’Cから500 1:jまで1 
−0/minで昇温の上1時間保持した。降温は約1 
’C/minで50(1 ’Q i)hら300℃まで
冷却し、その後炉内放冷させ、約50°Cになってから
外に取り出した。 次に加湿操作までの前工程は前記と同様の手順で行い、
加湿に際しては粉末に対する加湿量を5wt’lrに保
ち、水とエタノールの混合比が異なる7柚力1の加湿粉
末を用慧した。これらの7極類の粉末につき、上述と同
(]6にして、造粒パ酵温成形・加熱処理を行った。こ
うして得られた7種類の電解質タイルにつき、歩留まり
を以下のようにしてめた。 (成形タイル紋) 第1表 第1表に示すように1水−エタノールの重量比が40 
: 60〜10 : 9F1の範囲では、成形時の歩留
りが90チ以」二で,;】っだ。また、成形時にラミネ
ーションマククラックが認められない電解質タイルを加
熱処理した11、1の歩留まりも、上記の範囲内では6
0 1以上であった。 実施例2 IJLI r影操作の111工程までは前記実施例1と
同様の手順で行い、次いで加湿忙際して、水−エタノー
ルの重量混合比を30 : 70とし、加湿量を1〜1
3wt%の範囲で変えた7種類の粉末を調整した。次で
、これらの粉末につき、実施例1と同様の造粒・常温成
形・加熱処理を行った。この結果を第2表に示す。 第2表 第2表に示すよう洗い加湿量が2 wt%以下およびi
o wt’s以上では成形時および加熱処理時の歩留ま
りが低くなることがわかる。 実施例3 加湿操作の前工程までは前記実施例1と同様の手順で行
い、加湿罠際しては、まず粉末に対し6wt%のエタノ
ールで噴霧加湿処理し、■型混合機で1時間混合後、2
wt%の水で噴霧加湿処理し、■型混合機にて1時間混
合した。次いで、実施例1と同様の手順で造粒・成形・
加熱処理を行った。 この結果 ηl= 100%、η2=801の歩留まり
力S得られた。 以上、実施例で述べた本発明の製造法によれ(よ、ポッ
トプレスを用〜・ない従来成形法での成形時に避けられ
なかりたラミネーションやクラックの発生を防止するこ
とができ、安定した、均質性の高い電解質タイルの供給
が可能となった。更に、本発明の採用により、従来のホ
ットプレスを使用する方法に比べ、微意性に富み、かつ
安価で簡便なコールドプレスを用いて電解質タイルを製
造することが可能になった。 イ¥理人弁理士山 口 員 (

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 炭酸塩との混合粉末を加湿して造粒し、常温にて加圧成
    形した後、得られた成形体を乾燥・加熱処理することか
    らなる電解質タイル製造法において、前記混合粉末の加
    湿を、該粉末に対して合計で2〜lQwt%に相当する
    水とアルコールとを用いて行うことを特徴とする電解質
    タイルの製造法。 2、特許請求の範囲第1項記載の電解質タイルの製造法
    において、加湿に用いる水とアルコールの割合が、重量
    比で40 : 60〜10 : 90であることを特徴
    とする電解質タイルの製造法。 3)特許請求の範囲第1項または第2項記載の方法にお
    いて、水とアルコールとの混合溶液を用いて加湿を行う
    ことを特徴とする電解質タイルの製造法。 4)特許請求の範囲第1項または第2項記載の方法にお
    いて、混合粉末を先ずアルコールで加湿し、次に水で加
    湿することを特徴とする′電解質タイルの製造法。
JP58173719A 1983-09-20 1983-09-20 電解質タイルの製造法 Pending JPS6065470A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2022504875A (ja) * 2018-10-15 2022-01-13 ベコー アイピー ホールディングス リミテッド セラミック粒子混合物の製造方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2022504875A (ja) * 2018-10-15 2022-01-13 ベコー アイピー ホールディングス リミテッド セラミック粒子混合物の製造方法

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