JPS61110971A - 溶融塩燃料電池 - Google Patents
溶融塩燃料電池Info
- Publication number
- JPS61110971A JPS61110971A JP59232640A JP23264084A JPS61110971A JP S61110971 A JPS61110971 A JP S61110971A JP 59232640 A JP59232640 A JP 59232640A JP 23264084 A JP23264084 A JP 23264084A JP S61110971 A JPS61110971 A JP S61110971A
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- JP
- Japan
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- electrolyte
- electrode
- powder
- nickel
- layer
- Prior art date
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- Pending
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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
- H01M8/14—Fuel cells with fused electrolytes
- H01M8/141—Fuel cells with fused electrolytes the anode and the cathode being gas-permeable electrodes or electrode layers
- H01M8/142—Fuel cells with fused electrolytes the anode and the cathode being gas-permeable electrodes or electrode layers with matrix-supported or semi-solid matrix-reinforced electrolyte
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/8647—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells consisting of more than one material, e.g. consisting of composites
-
- 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
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
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- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Electrochemistry (AREA)
- 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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、６００〜７０１つ°Ｃ程度で作動する溶融塩
燃料電池に関する。
燃料電池に関する。
従来の技術
従来、溶融塩燃料電池としては、溶融炭酸塩を用いる系
が最も一般的である。この場合炭酸塩としては、アルカ
リ金属炭酸塩が採用されている。
が最も一般的である。この場合炭酸塩としては、アルカ
リ金属炭酸塩が採用されている。
すなわち、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウ
ムなどの混合物をアルミン酸リチウムなどの耐溶融塩性
の粉末とともに板状に加工し、これを他の燃料電池系同
様に燃料極と酸素極の間に保持して電池を構成している
。
ムなどの混合物をアルミン酸リチウムなどの耐溶融塩性
の粉末とともに板状に加工し、これを他の燃料電池系同
様に燃料極と酸素極の間に保持して電池を構成している
。
酸化極としては、電極の一方の面は溶融炭酸塩に触れ、
他は空気を主とする酸化性雰囲気にそれぞれ高温度で触
れているので、耐食性が最も重要であり、酸素のイオン
化の機能も考慮して現在量も有望な材料としてリチウム
をドープしたニッケル酸化物があり、その多孔体が用い
られている。
他は空気を主とする酸化性雰囲気にそれぞれ高温度で触
れているので、耐食性が最も重要であり、酸素のイオン
化の機能も考慮して現在量も有望な材料としてリチウム
をドープしたニッケル酸化物があり、その多孔体が用い
られている。
一方、燃料極としては、同様に高温度の溶融炭酸塩に触
れる点では、酸化極と同じであるが、気体は水素を主と
する還元性雰囲気であるから、酸化極よりは耐食性の点
で有利である。多くの導電性材料のうち、ニッケルが最
も多く取り上げられている。すなわちニッケルの焼結体
あるいはこれに添加剤が加わった構成が採用されている
。
れる点では、酸化極と同じであるが、気体は水素を主と
する還元性雰囲気であるから、酸化極よりは耐食性の点
で有利である。多くの導電性材料のうち、ニッケルが最
も多く取り上げられている。すなわちニッケルの焼結体
あるいはこれに添加剤が加わった構成が採用されている
。
このような各構成要素を用いて構成した溶融塩燃料電池
の特性、寿命などの向上には、なお多くの課題がある。
の特性、寿命などの向上には、なお多くの課題がある。
たとえば、電極と電解質体との密着性の向上とその長期
維持、電解質の電槽や電極への大幅な移動にともなうと
ぐに電解質保持体中における電解質の不足、ガス拡散電
極である前記酸化極や燃料極の特性および寿命の向上、
これに関連して各材料の耐食性の向上、安価な材料の探
索などがある。
維持、電解質の電槽や電極への大幅な移動にともなうと
ぐに電解質保持体中における電解質の不足、ガス拡散電
極である前記酸化極や燃料極の特性および寿命の向上、
これに関連して各材料の耐食性の向上、安価な材料の探
索などがある。
これらのうち、電極と電解質の密着性の向上とその長期
維持、電解質の移動にともなう電解質保持体中での電解
質の不足などを抑制するための手段として、電極と電解
質体との間に余分の電解質全塗布などにより設けること
が試みられている。
維持、電解質の移動にともなう電解質保持体中での電解
質の不足などを抑制するための手段として、電極と電解
質体との間に余分の電解質全塗布などにより設けること
が試みられている。
これによって、電解質体と電極とは電解質により密着性
が向上し、しかも電解質の移動にともなう不足に対する
補給の役割も果たすことが可能になつた０ 発明が解決しようとする問題点 しかし、このような電解質の塗布は、やはり長期の作動
になると他への移動によりやはり電極と電解質体との密
着性の低下や電解質保持体中での電解質の不足をもたら
し、長寿命に対する解決策としてはなお十分とはいえな
いのが現状である。
が向上し、しかも電解質の移動にともなう不足に対する
補給の役割も果たすことが可能になつた０ 発明が解決しようとする問題点 しかし、このような電解質の塗布は、やはり長期の作動
になると他への移動によりやはり電極と電解質体との密
着性の低下や電解質保持体中での電解質の不足をもたら
し、長寿命に対する解決策としてはなお十分とはいえな
いのが現状である。
問題点を解決するための手段
本発明は、水素を主とする燃料を供給して作動する燃料
極と酸素および炭酸ガスを主とする酸化剤の供給で作動
する酸化極、及び両者の間に存在する電解質体からなる
溶融塩燃料電池において、少なくとも一方の電極と電解
質体との間に、前記電極の構成材料の粉末と電解質との
混合物の層を形成したことを特徴とする。
極と酸素および炭酸ガスを主とする酸化剤の供給で作動
する酸化極、及び両者の間に存在する電解質体からなる
溶融塩燃料電池において、少なくとも一方の電極と電解
質体との間に、前記電極の構成材料の粉末と電解質との
混合物の層を形成したことを特徴とする。
作用
上記の構成により電極と電解質体との密着性全向上し、
また、電解質がガス拡散電極全体や電槽壁、配管などへ
移動することを極力抑制し、電池性能の向上と長寿命化
が可能な溶融塩燃料電池を提供できるのである。
また、電解質がガス拡散電極全体や電槽壁、配管などへ
移動することを極力抑制し、電池性能の向上と長寿命化
が可能な溶融塩燃料電池を提供できるのである。
まず、燃料極の例を示すと、燃料極の主材料としての一
例にニッケルがある。したがってニッケルを主とする多
孔体を用い、この多孔体と電解質体との間にニッケルあ
るいはそれに添加剤を加えた粉末と電解質あるいは電解
質と電解質保持体を形成する材料の粉末の混合層を形成
させる。
例にニッケルがある。したがってニッケルを主とする多
孔体を用い、この多孔体と電解質体との間にニッケルあ
るいはそれに添加剤を加えた粉末と電解質あるいは電解
質と電解質保持体を形成する材料の粉末の混合層を形成
させる。
一方の酸化極としては、その−例として有望と考えられ
ているリチウム化した酸化−１−ノケルヲ多孔体とし、
この多孔体と電解質体との間にリチウム化した酸化ニッ
ケルと電解質あるいは電解質と電解質保持体を形成する
材料の粉末の混合層のいずれかを用いて層を形成させる
。
ているリチウム化した酸化−１−ノケルヲ多孔体とし、
この多孔体と電解質体との間にリチウム化した酸化ニッ
ケルと電解質あるいは電解質と電解質保持体を形成する
材料の粉末の混合層のいずれかを用いて層を形成させる
。
なお、酸化極の場合は、よく知られているように、ニッ
ケルを主とする電極や粉末を用いても、電解質中に含ま
れるリチウムイオンと酸化剤の酸素とにより電池内でリ
チウム化した酸化ニッケルが形成されるので、多孔体や
粉末にニッケルやニッケルとリチウム化した酸化ニッケ
ルの混合物を用いてもよい。
ケルを主とする電極や粉末を用いても、電解質中に含ま
れるリチウムイオンと酸化剤の酸素とにより電池内でリ
チウム化した酸化ニッケルが形成されるので、多孔体や
粉末にニッケルやニッケルとリチウム化した酸化ニッケ
ルの混合物を用いてもよい。
また、電極構成材料の粉末と混合する電解質については
、炭酸塩のみでもよいが、一部にアルミナなど電解質保
持体の材料になる粉末を混合して流動性を調整してもよ
い。
、炭酸塩のみでもよいが、一部にアルミナなど電解質保
持体の材料になる粉末を混合して流動性を調整してもよ
い。
さらに、このような電解質と電極材料の粉末の層は、電
極と電解質とが接する面にのみ形成されていればよいの
で、電解質体を電極よりも大きい面積のものを用い、電
解質の周辺が電槽と接する面を有する構造が一般的であ
り、この場合の面には電解質層のみを形成させていわゆ
るウェットシールを行なうことが好ましい。
極と電解質とが接する面にのみ形成されていればよいの
で、電解質体を電極よりも大きい面積のものを用い、電
解質の周辺が電槽と接する面を有する構造が一般的であ
り、この場合の面には電解質層のみを形成させていわゆ
るウェットシールを行なうことが好ましい。
実施例
以下本発明を燃料極と電解質体、酸化極と電解質体の両
面に適用した場合について述べる。
面に適用した場合について述べる。
カーボニルニッケル粉末９０重量部とクロム粉末１０重
量部との混合粉末を用い、線径０．１ａｍｍ、１６メノ
シユのニッケルネットを芯材とし、公知の方法で、厚さ
約０．７ＭＭ、多孔度７６％の焼結体を得た。これを燃
料極とする。
量部との混合粉末を用い、線径０．１ａｍｍ、１６メノ
シユのニッケルネットを芯材とし、公知の方法で、厚さ
約０．７ＭＭ、多孔度７６％の焼結体を得た。これを燃
料極とする。
つぎに、カーボニルニッケル１ＱＱ重量部に炭酸リチウ
ム３２重量部を混合し、これを空気中９００’Ｃで１時
間加熱酸化させた後粉砕し、線径０．１８Ｍ肩、１６メ
ノシユのカンタルネットを芯材として１２００’Ｃで２
時間加熱してリチウムをドープした酸化ニッケル焼結体
を得た。厚さは約０．７朋、多孔度は８０％である。こ
れを酸化極として用いる。
ム３２重量部を混合し、これを空気中９００’Ｃで１時
間加熱酸化させた後粉砕し、線径０．１８Ｍ肩、１６メ
ノシユのカンタルネットを芯材として１２００’Ｃで２
時間加熱してリチウムをドープした酸化ニッケル焼結体
を得た。厚さは約０．７朋、多孔度は８０％である。こ
れを酸化極として用いる。
電解質およびその保持体としては、炭酸リチウムと炭酸
カリウムの混合塩を５２重量％・アルミン酸リチウム粉
末４８重量％を含むペーストタイプで、ホットプレスに
より得たものを用いた・以上の燃料極と電解質体の間に
は、炭酸リチウムと炭酸カリウムとのモル比６２ ：
３Ｂの混合物１ｍ粉化し、これとカーボニルニッケルと
を重量比１：１で混合し、この混合物をポリビニルプチ
ラー化、２％エチルアルコール溶液で泥状にして電極、
電解質体の両面に合計２０〜／Ｃ−程度の量を塗着した
。
カリウムの混合塩を５２重量％・アルミン酸リチウム粉
末４８重量％を含むペーストタイプで、ホットプレスに
より得たものを用いた・以上の燃料極と電解質体の間に
は、炭酸リチウムと炭酸カリウムとのモル比６２ ：
３Ｂの混合物１ｍ粉化し、これとカーボニルニッケルと
を重量比１：１で混合し、この混合物をポリビニルプチ
ラー化、２％エチルアルコール溶液で泥状にして電極、
電解質体の両面に合計２０〜／Ｃ−程度の量を塗着した
。
一方、酸化極と電解質体との間には、同じく炭酸アルカ
リとリチウムをドープしたニッケル酸化物粉末との重量
比１：１の混合物を電極と電解質体との間に同じ２０１
１１ｆ ／ ｃｄ程度形成させた。
リとリチウムをドープしたニッケル酸化物粉末との重量
比１：１の混合物を電極と電解質体との間に同じ２０１
１１ｆ ／ ｃｄ程度形成させた。
このような層全形成させた後に電池を構成し、これを人
とした。また、燃料極と電解質体との間にのみ電解質材
料と電極構成材料による層を形成したものを８１酸化極
側にのみ設けたもの＝＜Ｃとした。これらに対して比較
例としてこのような層をいずれにも設けなかった電池−
ｉＤとした。
とした。また、燃料極と電解質体との間にのみ電解質材
料と電極構成材料による層を形成したものを８１酸化極
側にのみ設けたもの＝＜Ｃとした。これらに対して比較
例としてこのような層をいずれにも設けなかった電池−
ｉＤとした。
第１図は、これら各電池の運転１００時間後に調べた電
流−電圧特性である。第１図で明らかなように、本発明
による電池ム、Ｂ、Ｃはいずれも比較例りよりもすぐれ
た特性を示している。なかでも、燃料極と電解質体、酸
化極と電解質体とのいずれの間にも電極構成材料粉末と
電解質体構成粉末の層を形成させたムが最もよく、つい
でＢ１さらにほぼ同様の特性６ｃが示している。本発明
の場合は、電極の反応層側に、電極構成材料と電解質と
が均一に存在し、三相帯が多くなることが理由で、この
ようにすぐれた特性を示すのである。
流−電圧特性である。第１図で明らかなように、本発明
による電池ム、Ｂ、Ｃはいずれも比較例りよりもすぐれ
た特性を示している。なかでも、燃料極と電解質体、酸
化極と電解質体とのいずれの間にも電極構成材料粉末と
電解質体構成粉末の層を形成させたムが最もよく、つい
でＢ１さらにほぼ同様の特性６ｃが示している。本発明
の場合は、電極の反応層側に、電極構成材料と電解質と
が均一に存在し、三相帯が多くなることが理由で、この
ようにすぐれた特性を示すのである。
つぎに第２図は、各電池を１００ｍＡ／Ｃｌ１１の電流
密度で連続放電した際の時間−電位の関係である。
密度で連続放電した際の時間−電位の関係である。
作動時間４Ｑ００時間で、電池Ａ、Ｂ、Ｃは、比較例り
よりも電圧低下が少なく、なかでも人が最もすぐれた電
圧を維持しでいることが明らかである。その理由として
は、本発明の電池では電極の反応層側に作動中に軽く焼
結した層が形成され、この部分は、ｂらかしめ電解質と
混合されているので電解質が十分存在し、また、電解質
もこの電極材料と混合されていることにより、他の部分
へ流動することが抑制されることがあげられる。また、
この電極の反応層側に形成した焼結層は、電池の作動温
度が６５０’Ｃ近傍であり、しかも電解質が十分存在し
ているので過焼結が進み難く、軽く焼結した状態で長時
間作動できることも長寿命になる理由である。
よりも電圧低下が少なく、なかでも人が最もすぐれた電
圧を維持しでいることが明らかである。その理由として
は、本発明の電池では電極の反応層側に作動中に軽く焼
結した層が形成され、この部分は、ｂらかしめ電解質と
混合されているので電解質が十分存在し、また、電解質
もこの電極材料と混合されていることにより、他の部分
へ流動することが抑制されることがあげられる。また、
この電極の反応層側に形成した焼結層は、電池の作動温
度が６５０’Ｃ近傍であり、しかも電解質が十分存在し
ているので過焼結が進み難く、軽く焼結した状態で長時
間作動できることも長寿命になる理由である。
発明の効果
以上のように本発明の溶融塩燃料電池においては、電極
と電解質体の間に改良を加えることにより、電極の反応
面積を増し、過焼結を抑制し、さらに電解質の他への移
動にともなう不足を抑制することか可能になシ、電池の
性能の向上と長寿命化に著しい効果が認められる。
と電解質体の間に改良を加えることにより、電極の反応
面積を増し、過焼結を抑制し、さらに電解質の他への移
動にともなう不足を抑制することか可能になシ、電池の
性能の向上と長寿命化に著しい効果が認められる。
第１図は燃料電池の電流−電圧特性を示す図、第２図は
電圧の経時変化を示す図である。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名第１
図 電 ３六＝’＋謎 ブラ とりにルイヒνｔ）Ｑｆ！Ｉ
Ｉ７ 胃 ミ
電圧の経時変化を示す図である。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名第１
図 電 ３六＝’＋謎 ブラ とりにルイヒνｔ）Ｑｆ！Ｉ
Ｉ７ 胃 ミ
Claims (3)
- （１）少なくとも一方の電極と電解質体との間に、前記
電極の構成材料の粉末と電解質との混合物の層を形成さ
せたことを特徴とする溶融塩燃料電池。 - （２）前記電極がニッケルを主とする多孔体からなる燃
料極であり、電極構成材料の粉末がニッケル粉末である
特許請求の範囲第１項記載の溶融塩燃料電池。 - （３）前記電極が、リチウム化ニッケル酸化物を主とす
る多孔体からなる酸化極であり、電極構成材料の粉末が
、ニッケル粉末、リチウム化ニッケル酸化物粉末または
両者の混合物である特許請求の範囲第１項記載の溶融塩
燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59232640A JPS61110971A (ja) | 1984-11-05 | 1984-11-05 | 溶融塩燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59232640A JPS61110971A (ja) | 1984-11-05 | 1984-11-05 | 溶融塩燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61110971A true JPS61110971A (ja) | 1986-05-29 |
Family
ID=16942464
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59232640A Pending JPS61110971A (ja) | 1984-11-05 | 1984-11-05 | 溶融塩燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61110971A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6386359A (ja) * | 1986-09-30 | 1988-04-16 | Toshiba Corp | 溶融炭酸塩型燃料電池積層体の製造方法 |
| JPS6391961A (ja) * | 1986-10-03 | 1988-04-22 | Sanyo Electric Co Ltd | 溶融炭酸塩型燃料電池 |
| EP0678926A1 (en) * | 1994-04-19 | 1995-10-25 | FINMECCANICA S.p.A. AZIENDA ANSALDO | A method of manufacturing cathodes for fuel cells |
-
1984
- 1984-11-05 JP JP59232640A patent/JPS61110971A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6386359A (ja) * | 1986-09-30 | 1988-04-16 | Toshiba Corp | 溶融炭酸塩型燃料電池積層体の製造方法 |
| JPS6391961A (ja) * | 1986-10-03 | 1988-04-22 | Sanyo Electric Co Ltd | 溶融炭酸塩型燃料電池 |
| EP0678926A1 (en) * | 1994-04-19 | 1995-10-25 | FINMECCANICA S.p.A. AZIENDA ANSALDO | A method of manufacturing cathodes for fuel cells |
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