JPS61109261A - 溶融炭酸塩型燃料電池の電解質板 - Google Patents
溶融炭酸塩型燃料電池の電解質板Info
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- JPS61109261A JPS61109261A JP59230811A JP23081184A JPS61109261A JP S61109261 A JPS61109261 A JP S61109261A JP 59230811 A JP59230811 A JP 59230811A JP 23081184 A JP23081184 A JP 23081184A JP S61109261 A JPS61109261 A JP S61109261A
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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。
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〕
この発明はアルカリ炭酸塩を電解質として用いる溶融炭
酸塩型燃料電池において、電解質と電解質保持材より構
成される電解質板に関する。
酸塩型燃料電池において、電解質と電解質保持材より構
成される電解質板に関する。
燃料電池はアノードとカソードの２つの電極及びそれら
両電極に挾持された電解質より成り、アノード側に燃料
ガス、カソード側に酸化剤ガスを供給して、これらの間
に電気化学反応を起こさせることにより直接電気エネル
ギーを取り出す装置である。
両電極に挾持された電解質より成り、アノード側に燃料
ガス、カソード側に酸化剤ガスを供給して、これらの間
に電気化学反応を起こさせることにより直接電気エネル
ギーを取り出す装置である。
溶融炭酸塩型燃料電池は、高温で溶融し炭酸イオン導電
性を示すリチウム、カリウムなどのアルカリ炭酸塩が電
解質として用いられ、通常６００℃〜７００℃の高い温
度で運転される。この燃料電池はリン酸型燃料電池と比
較すると利用できる燃料の種類が広範囲に選べることや
エネルギー効率が高いなどの長所を有している。
性を示すリチウム、カリウムなどのアルカリ炭酸塩が電
解質として用いられ、通常６００℃〜７００℃の高い温
度で運転される。この燃料電池はリン酸型燃料電池と比
較すると利用できる燃料の種類が広範囲に選べることや
エネルギー効率が高いなどの長所を有している。
この溶融炭酸塩型燃料電池に生ずる電気化学反応は次式
に基づく。
に基づく。
アノード側： Ｈ２−）−ＣＯ，” −＋ Ｈ２Ｏ
−）−ＣＯ２＋２ｅ−カソード側： ’ｚ Ｏ２＋
００２ ＋ ２ ｅ−→Ｃ０Ｘ−また、アルカリ炭酸塩
の電解質を保持する電解質板は、一般に１〜２ｖａａ程
度の厚みを有する板状のものが用いられる。この電解質
板は、その構造上から２種類があり、１つはマトリック
ス型電解質板、他の１つはペースト型電解質板と呼ばれ
ているものである。
−）−ＣＯ２＋２ｅ−カソード側： ’ｚ Ｏ２＋
００２ ＋ ２ ｅ−→Ｃ０Ｘ−また、アルカリ炭酸塩
の電解質を保持する電解質板は、一般に１〜２ｖａａ程
度の厚みを有する板状のものが用いられる。この電解質
板は、その構造上から２種類があり、１つはマトリック
ス型電解質板、他の１つはペースト型電解質板と呼ばれ
ているものである。
マトリックス型電解質板は、空孔率５０〜６０チのリチ
ウムアルミネート（ＬｉＡＪＯ２）またはマグネシア（
ＭｇＯ）の焼結体などの様な多孔質セラミックス板に電
解質を含浸したものであり、ペースト型電解質板はリチ
ウムアルミネートまたはイツトリア（Ｙ２０ｓ ）やカ
ルシア（Ｃａｂ）で安定したジルコニア（Ｚｒ ０２
）などの様な溶融アルカリ炭酸塩中で化学的安定性に優
れた物質とアルカリ炭酸塩との混合物を炭酸塩の融点よ
り僅かに低い温度でホットプレスしたものである。これ
らの電解゛質板は、２枚の電極と単電池を構成し何層ｆ
こも積み重ね電気的に直列に接続したスタックとして構
成される。このスタックの構造はガス等配方法のとり方
で２種類に分けられる。１つは外部マニホールド方式で
他の１つは内部マニホールド方式である。
ウムアルミネート（ＬｉＡＪＯ２）またはマグネシア（
ＭｇＯ）の焼結体などの様な多孔質セラミックス板に電
解質を含浸したものであり、ペースト型電解質板はリチ
ウムアルミネートまたはイツトリア（Ｙ２０ｓ ）やカ
ルシア（Ｃａｂ）で安定したジルコニア（Ｚｒ ０２
）などの様な溶融アルカリ炭酸塩中で化学的安定性に優
れた物質とアルカリ炭酸塩との混合物を炭酸塩の融点よ
り僅かに低い温度でホットプレスしたものである。これ
らの電解゛質板は、２枚の電極と単電池を構成し何層ｆ
こも積み重ね電気的に直列に接続したスタックとして構
成される。このスタックの構造はガス等配方法のとり方
で２種類に分けられる。１つは外部マニホールド方式で
他の１つは内部マニホールド方式である。
外部マニホールド方式は公知のように、スタック外部に
ガスマニホールドを取り付けて各セルへ外部から直接ガ
スを供給する方法であり、構成が簡略化されるという長
所があるが、セルを多数積層した場合、セルが作動中積
層方向に変形するため外部マニホールドの取り付けが困
難であり、またその変形によりマニホールド部のガスシ
ールが難かしいという欠点を有している。これに対し、
内部マニホールド方１式は、第３図に示すように、燃料
室および酸化剤室が両面に設けられたガス分離板１、こ
の燃料室、酸化剤室にそれぞれ配設された陰極２および
陽極３、陰極２および陽極３に挾持された電解質板４を
積層して構成された燃料電池の周縁に燃料ガスおよび酸
化剤ガスの供給。
ガスマニホールドを取り付けて各セルへ外部から直接ガ
スを供給する方法であり、構成が簡略化されるという長
所があるが、セルを多数積層した場合、セルが作動中積
層方向に変形するため外部マニホールドの取り付けが困
難であり、またその変形によりマニホールド部のガスシ
ールが難かしいという欠点を有している。これに対し、
内部マニホールド方１式は、第３図に示すように、燃料
室および酸化剤室が両面に設けられたガス分離板１、こ
の燃料室、酸化剤室にそれぞれ配設された陰極２および
陽極３、陰極２および陽極３に挾持された電解質板４を
積層して構成された燃料電池の周縁に燃料ガスおよび酸
化剤ガスの供給。
排出用のマニホールド孔５を貫通して設けたものであり
、外部マニホールド方式に比べ同一寸法の電解質板を利
用した場合有効電極面積が小さくなるものの、積層の際
の変形の問題は少なくまたガス洩れの問題も少ない点で
外部マニホールド方式に比べて好ましい。
、外部マニホールド方式に比べ同一寸法の電解質板を利
用した場合有効電極面積が小さくなるものの、積層の際
の変形の問題は少なくまたガス洩れの問題も少ない点で
外部マニホールド方式に比べて好ましい。
この内部マニホールド方式に用いられる電解軍板には、
ガス配管のための円形、楕円形などの孔が開けられてい
る。そして、それらの配管部はセル枠に接している電解
質板部で電解質が浸み出してウェットシールを形成し、
ガスが漏れない構造となっている。ところが、これらの
電解質板は運転、停止時の熱サイクルによりガスマニホ
ールド用孔部より内部応力によるクラックが発生しやす
く、ひいては外部へのガスリークを誘起しセル性能の劣
化を来たすという問題がある。
ガス配管のための円形、楕円形などの孔が開けられてい
る。そして、それらの配管部はセル枠に接している電解
質板部で電解質が浸み出してウェットシールを形成し、
ガスが漏れない構造となっている。ところが、これらの
電解質板は運転、停止時の熱サイクルによりガスマニホ
ールド用孔部より内部応力によるクラックが発生しやす
く、ひいては外部へのガスリークを誘起しセル性能の劣
化を来たすという問題がある。
本発明は上記に鑑みなされたもので、先に述べた内部マ
ニホールド方式の長所を生かしつつ、耐熱サイクル性能
に優れた内部マニホールド用電解質板を提供することに
ある。
ニホールド方式の長所を生かしつつ、耐熱サイクル性能
に優れた内部マニホールド用電解質板を提供することに
ある。
この目的は本発明によれば、周縁部にガスのマニホール
ド孔が設けられた電解質板において、マニホールド孔が
貫通する部分に溶融アルカリ炭酸塩に対して化学的に安
定な金ネットを補強材として介挿することにより達成さ
れる。
ド孔が設けられた電解質板において、マニホールド孔が
貫通する部分に溶融アルカリ炭酸塩に対して化学的に安
定な金ネットを補強材として介挿することにより達成さ
れる。
以下本発明を実施例に基づいて説明するが、いずれも電
解質として炭酸リチウム（Ｌｉ２ ＣＯ３）と炭酸カリ
ウム（Ｋ２Ｃｏ、）との混合物、電解質保持材としてリ
チウムアルミネー） （ＬｉＡｔ０ｚ）を利用し、炭酸
塩の混合割合は溶融温度約４９０℃を有する６ ２ ｍ
ｏ１９６ Ｌｉ ２ Ｃｏ３３８ ｆｒＬｏＬ％ Ｋ２
ＣＯｓの共晶組成を選び、電解質と電解質保持材の重
量比は、４０：６０〜６０：４０の一般に用いられてい
る範囲にしである。
解質として炭酸リチウム（Ｌｉ２ ＣＯ３）と炭酸カリ
ウム（Ｋ２Ｃｏ、）との混合物、電解質保持材としてリ
チウムアルミネー） （ＬｉＡｔ０ｚ）を利用し、炭酸
塩の混合割合は溶融温度約４９０℃を有する６ ２ ｍ
ｏ１９６ Ｌｉ ２ Ｃｏ３３８ ｆｒＬｏＬ％ Ｋ２
ＣＯｓの共晶組成を選び、電解質と電解質保持材の重
量比は、４０：６０〜６０：４０の一般に用いられてい
る範囲にしである。
実施例１
マスリチウムアルミネート（ＬｉＡｔ０ｚ ） ５００
ｇｒ 。
ｇｒ 。
炭酸リチウム（Ｌｉ２ＣＯ３）２３７．５ｇｒ、炭酸カ
リウム（ＫＩ Ｃｏｇ ） ２６２．５ ｇｒをボール
ミル混合機を用いて６時間混合した後、電気炉に移して
６００℃で３時間熱処理する。この混合粉末のうち４２
メツシユの篩を通過する粉末を再びボールミルを用いて
１５５時間混し、均一に混合された粉末から１５０メツ
シユの篩を通過する粉末を得、これを十分乾燥させた後
３０重量％水−７０重量％エタノールの溶液を混合粉末
に対して５重量％となる様噴霧し、次の加圧成形を容易
にするための加湿処理を行う。次いでＶ型混合機で１時
間混合し、得られた加湿粉末を約Ｑ、 ｌ ｔｏｎ ／
ａｌｌ で１分間加圧する。
リウム（ＫＩ Ｃｏｇ ） ２６２．５ ｇｒをボール
ミル混合機を用いて６時間混合した後、電気炉に移して
６００℃で３時間熱処理する。この混合粉末のうち４２
メツシユの篩を通過する粉末を再びボールミルを用いて
１５５時間混し、均一に混合された粉末から１５０メツ
シユの篩を通過する粉末を得、これを十分乾燥させた後
３０重量％水−７０重量％エタノールの溶液を混合粉末
に対して５重量％となる様噴霧し、次の加圧成形を容易
にするための加湿処理を行う。次いでＶ型混合機で１時
間混合し、得られた加湿粉末を約Ｑ、 ｌ ｔｏｎ ／
ａｌｌ で１分間加圧する。
成形された成形体は破砕した後２４〜４２メツシユの粉
末に分級し、その粉末４０ｇｒを２０ｃ！ｒＬ角の金型
に充填して表面を平担にならす。
末に分級し、その粉末４０ｇｒを２０ｃ！ｒＬ角の金型
に充填して表面を平担にならす。
次ノこ、マニホールド用の孔を開ける部分に線径０゜２
．鷺φの金線でつくられた３ＣｒｒＬ幅の５５メツシユ
角形金ネツトを置き、再びその上に４０ ｇｒの粉末を
充填し金ネットが粉末にサンドイッチ状に挾まれるよう
にしてから、ホットプレス装置を用い混合炭酸塩の融点
（〜４９０℃）より低い４７０’Ｃ〜４８０℃で０．２
〜０．６ ｔｏｎ／ｃ＋＋ｆの圧力でホットプレス成形
体とする（ここで補強用に挿入する金ネットの形状は、
マニホールド穴の形状に依存し、円形。
．鷺φの金線でつくられた３ＣｒｒＬ幅の５５メツシユ
角形金ネツトを置き、再びその上に４０ ｇｒの粉末を
充填し金ネットが粉末にサンドイッチ状に挾まれるよう
にしてから、ホットプレス装置を用い混合炭酸塩の融点
（〜４９０℃）より低い４７０’Ｃ〜４８０℃で０．２
〜０．６ ｔｏｎ／ｃ＋＋ｆの圧力でホットプレス成形
体とする（ここで補強用に挿入する金ネットの形状は、
マニホールド穴の形状に依存し、円形。
楕円形、長方形にすることもある）。この成形体の金ネ
ットが挿入された部分に炭酸ガス（ＣＯ２）レーザーを
照射してマニホールド用の孔を開は本発明の１ｔＷｆ、
質板が形成される。
ットが挿入された部分に炭酸ガス（ＣＯ２）レーザーを
照射してマニホールド用の孔を開は本発明の１ｔＷｆ、
質板が形成される。
かくして得られた電解質タイルを部分的な模式図で示し
たものが第１図および第２図であり、電解質板１０のマ
ニホールド孔１１の周辺に補強用金ネット１２が介挿さ
れたものとなっている。次に、補強材として挿入するネ
ットについて比較のため同一メツシュのカンタルネット
を用い、上述と同様の手順で内部マニホールドを補強し
た電解質板を作成した。得られたこれらの電解質板及び
金ネットを用いたものも含めヒートサイクルによるクラ
ック発生の有無を調べた。ヒートサイクルは室温から６
５０°Ｃまで約２９０１分で昇温し、３０分保持した後
６５０℃から３００℃まで約２℃１分の冷却速度で冷却
し、以後室温まで炉内放冷を行うことを１サイクルとし
た。１回のヒートサイクルでクラック発生の有無を調べ
、クラックのないものについては繰り返しヒートサイク
ルを行いクラックが発生した時のヒートサイクル回数と
補強材の種類との関係で調べたものを第１表に示す。
たものが第１図および第２図であり、電解質板１０のマ
ニホールド孔１１の周辺に補強用金ネット１２が介挿さ
れたものとなっている。次に、補強材として挿入するネ
ットについて比較のため同一メツシュのカンタルネット
を用い、上述と同様の手順で内部マニホールドを補強し
た電解質板を作成した。得られたこれらの電解質板及び
金ネットを用いたものも含めヒートサイクルによるクラ
ック発生の有無を調べた。ヒートサイクルは室温から６
５０°Ｃまで約２９０１分で昇温し、３０分保持した後
６５０℃から３００℃まで約２℃１分の冷却速度で冷却
し、以後室温まで炉内放冷を行うことを１サイクルとし
た。１回のヒートサイクルでクラック発生の有無を調べ
、クラックのないものについては繰り返しヒートサイク
ルを行いクラックが発生した時のヒートサイクル回数と
補強材の種類との関係で調べたものを第１表に示す。
第１表
第１表より金ネットをマニホールド部の補強に用いた場
合はヒートサイクルに対して６回以上耐えることができ
た。ところがカンタルネットを使用した場合には補強材
なしのものに比べれば良好ではあるが、カンタル線と電
解質板との熱膨張係数の差およびカンタル線の剛性が強
いためヒートサイクル時にクラックが生じやすく耐ヒー
トサイクル性能が劣る。また、ここに用いるマニホール
ド部を補強するネットの網目の大きさは、６５メツシー
よりも細かいとネットを挾んで上下の電解質板材料の結
合が弱くなり剥離を生じやすく、網目の大きさが５メツ
シユよりも粗い場合は補強材としての効果が充分得られ
ないことより最も好ましい範囲は６５〜５メツシユであ
る。
合はヒートサイクルに対して６回以上耐えることができ
た。ところがカンタルネットを使用した場合には補強材
なしのものに比べれば良好ではあるが、カンタル線と電
解質板との熱膨張係数の差およびカンタル線の剛性が強
いためヒートサイクル時にクラックが生じやすく耐ヒー
トサイクル性能が劣る。また、ここに用いるマニホール
ド部を補強するネットの網目の大きさは、６５メツシー
よりも細かいとネットを挾んで上下の電解質板材料の結
合が弱くなり剥離を生じやすく、網目の大きさが５メツ
シユよりも粗い場合は補強材としての効果が充分得られ
ないことより最も好ましい範囲は６５〜５メツシユであ
る。
なお、本実施例では、電解質保持材としてＬｉＭＯ２を
例に述べたが、これ以外の物質９例えばイツトリア（Ｙ
２Ｏ２）またはカルシア（Ｃａｂ）で安定化したジルコ
ニア（ＺｒＯｚ）やストロンチウムチタネ−ト（５ｒＴ
ｉＯ，）などを電解質保持材として用いた場合も適用可
能である。また、実施例ではペースト型電解質板につい
て述べているがマトリックス型電解質板にも適用可能で
ある。
例に述べたが、これ以外の物質９例えばイツトリア（Ｙ
２Ｏ２）またはカルシア（Ｃａｂ）で安定化したジルコ
ニア（ＺｒＯｚ）やストロンチウムチタネ−ト（５ｒＴ
ｉＯ，）などを電解質保持材として用いた場合も適用可
能である。また、実施例ではペースト型電解質板につい
て述べているがマトリックス型電解質板にも適用可能で
ある。
以上の説明から明らかなように本発明によれば、溶融炭
酸塩型燃料電池の電解質板の内部マニホールド孔が貫通
する部分に金ネットを介挿することにより、熱サイクル
により電解質板にクラックが生じることが抑制され、も
って、溶融炭酸塩型燃料電池の耐熱サイクル性ｔこ対す
る信頼性を増すことができる。
酸塩型燃料電池の電解質板の内部マニホールド孔が貫通
する部分に金ネットを介挿することにより、熱サイクル
により電解質板にクラックが生じることが抑制され、も
って、溶融炭酸塩型燃料電池の耐熱サイクル性ｔこ対す
る信頼性を増すことができる。
第１図、第２図はそれぞれ本発明の実施例による電解質
板の一部を示す模式的平面図および側面間、第３図は従
来の内部マニホールド型燃料電池を示す斜視図である。 １０・・・・・・電解質板、１１ ・・・・・マニホー
ルド孔１、１２・・・・・・金ネット。 ｆ′１図 ｆ２（３） 才３ 図 、、
板の一部を示す模式的平面図および側面間、第３図は従
来の内部マニホールド型燃料電池を示す斜視図である。 １０・・・・・・電解質板、１１ ・・・・・マニホー
ルド孔１、１２・・・・・・金ネット。 ｆ′１図 ｆ２（３） 才３ 図 、、
Claims (1)
- 周縁部に燃料および酸化剤の供給、排出用のマニホール
ド孔が設けられた電解質板において、この電解質板の当
該マニホールド孔が貫通する部分に金ネットを介挿する
ことを特徴とする溶融炭酸塩型燃料電池の電解質板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59230811A JPS61109261A (ja) | 1984-11-01 | 1984-11-01 | 溶融炭酸塩型燃料電池の電解質板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59230811A JPS61109261A (ja) | 1984-11-01 | 1984-11-01 | 溶融炭酸塩型燃料電池の電解質板 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61109261A true JPS61109261A (ja) | 1986-05-27 |
Family
ID=16913640
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59230811A Pending JPS61109261A (ja) | 1984-11-01 | 1984-11-01 | 溶融炭酸塩型燃料電池の電解質板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61109261A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63261682A (ja) * | 1987-04-20 | 1988-10-28 | Sanyo Electric Co Ltd | 溶融炭酸塩燃料電池用電解質板の製法 |
| US5394089A (en) * | 1988-07-21 | 1995-02-28 | Opalport Electronics Limited | Battery monitor which indicates remaining capacity by continuously monitoring instantaneous power consumption relative to expected hyperbolic discharge rates |
| NL1009062C2 (nl) * | 1998-05-04 | 1999-11-05 | Stichting Energie | Afdichting voor matrixplaat/elektrode. |
-
1984
- 1984-11-01 JP JP59230811A patent/JPS61109261A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63261682A (ja) * | 1987-04-20 | 1988-10-28 | Sanyo Electric Co Ltd | 溶融炭酸塩燃料電池用電解質板の製法 |
| US5394089A (en) * | 1988-07-21 | 1995-02-28 | Opalport Electronics Limited | Battery monitor which indicates remaining capacity by continuously monitoring instantaneous power consumption relative to expected hyperbolic discharge rates |
| NL1009062C2 (nl) * | 1998-05-04 | 1999-11-05 | Stichting Energie | Afdichting voor matrixplaat/elektrode. |
| WO1999057777A1 (en) * | 1998-05-04 | 1999-11-11 | Stichting Energieonderzoek Centrum Nederland | Seal for matrix plate electrode |
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