JPS61147458A - 溶融塩燃料電池用燃料極 - Google Patents

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】 産業上の利用分野 本発明は、５００〜７００°Ｃ程度で作動する溶融塩燃
料電池、とくに溶融炭酸塩燃料電池の燃料極に関するも
のである。

従来例の構成とその問題点 従来、溶融塩燃料電池としては、溶融炭酸塩を用いる系
が最も一般的セあり、この場合の炭酸塩としては、アル
カリ金属炭酸塩が取り上げられている。すなわち、炭酸
リチウム、それに炭酸ソーダ、炭酸カリなどの混合物を
アルミン酸リチウムなどの耐溶融塩性のセラミック粉末
とともに板状に加工し、これが燃料極と酸化極間に固定
されて電池を構成している。

一方、燃料極としては、燃料が水素を主とする還元性の
気体であるから、耐腐食性の観点からはめぐまれている
とはいえ、一方では、これら溶融炭酸塩と接触している
ので、溶融炭酸塩に耐える材料でなければならない。こ
のような点から、種々の導電性材料が検討されているが
、現在量もその対象として考えられているのは、ニッケ
ルである。そして、電極の製法としても焼結法が普通で
あり、結局焼結式ニッケル極が検討の対象としてッケル
など公知の粉末を還元性雰囲気で芯材などとともに焼結
して得られる方法による。

一方の酸化極には、リチウム化した酸化ニツケルからな
る多孔体が最も一般的であり、これら両極と電解質によ
り電池を構成する。

このようにして構成した溶融塩燃料電池の特性の向上と
長寿命化には、多くの課題がある。電極と電解質体との
密着性が低下することの防止、ガス拡散電極である燃料
極や酸化極と電解質、気体とのいわゆる三相帯をいかに
多くシ、それを長期に確保するか、それに電極の作動中
での焼結の進行にともなう電極特性の劣化の抑制、弥陰
性の向上などがある。

これらに対処するために、たとえば、電極と電解質保持
体を含む電解質体との間にさらに電解質を配した構造、
ガス拡散電極の多孔度、厚さの調整、さらには添加剤の
適用などが提案されていて一応の効果は得られているが
、なお十分でない。

つまり、電解質が溶融状態で、保持体から他の電槽壁や
ガス供給管などへ移動することが寿命や特性の劣化にな
るが、これを電極と電解質体との間に余分の電解質を設
けておくことによりある程度は電解質不足を抑制できる
ことにはなる。また、燃料極の焼結が作動中に進行する
のを抑制するのにＣｒ　、　Ｚｒ　、人４およびその酸
化物などの添加がある程度効果がある。しかし、これら
の十分な効果を発揮してこの電池系が長寿命になるまで
には到っていないのが現状である。

発明の目的 そこで本発明は、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え、ガス拡散電極、と
くに燃料極についての電解質の分布を反応側中心に保持
させ、さらに燃料極の焼結の進行を抑制してすぐれた特
性を長期にわたって維持させることにより、溶融塩燃料
電池の特性の向上と長寿命化を可能にすることを目的と
する。

発明の構成 本発明は、ニッケルあるいはニッケルを主とする多孔体
を燃料極とし、この燃料極の電解質体と接する面に、ニ
ッケルあるいはニッケルを主とする粉末層を形成させた
ことを特徴とする溶融塩燃料電池用燃料極である。この
場合にニッケルあるいはニッケルを主とする多孔層とし
ては、焼結体、さらには発泡状骨格を有する導電体を芯
材とする構造が含まれる。またニッケルのみの他にすで
に提案されているＣｒ　、　Ｚｒ　、　ｋｌ　およびこ
れらの酸化物を加えることも好ましい。この場合にこれ
らの材料は、電極の多孔体用としても、また表面に形成
する粉末層用としても用いられる。

また、この粉末層が、電極の働きを向上するためには、
電極と電解質眉間に保ｉされていることが前提であるか
ら、電極と電解質との密着性に劣ることは好ましくない
。さらに粉末を用いていても、６００〜７００°Ｃ程度
の作動温度で軽く焼結が進み、このように軽く焼結した
状態が性能、電解質保持能力などの点ですぐれた性質を
提供するので、本発明の電極構造は、この温度範囲で作
動する電池つまり、溶融塩燃料電池に最適なのである。

なお、この電池系での燃料極としては、ニッケルを用い
るものが、最も特性がよく安定性の点でもすぐれている
ので、本発明はその改良として提案している。しかし、
基本的には、燃料極として作動する材料からなる多孔体
上に、燃料極として作動し、好ましくは、電極作動中に
軽く焼結する材料であればよい。、その点からたとえば
ステンレス鋼系の多孔体上にステンレス鋼系の粉末、ニ
ッケルの多孔体上にステンレス鋼系の粉末、ステンレス
鋼系の多孔体上にニッケル粉末の層などの組合せもすぐ
れた特性と寿命を発揮する。

実施例の説明 以下、本発明を最もすぐれた特性が期待できるニッケル
を主とする燃料極について説明する。また、ニッケルの
多孔体としては、発泡状ニッケル中にニッケルを主とす
る粉末を充てんして得られるものを用いた場合を例とす
る。

まず、公知の方法で得られた多孔度的９７％、厚さ約１
．８１ＲＩＩ１１平均孔径約２００μｍの発泡状ニッケ
ルに、カーボニルニッケル粉末８０重量部と金Ｊｍりｏ
ム粉末２ｏ重ｆＬ部をカルボキシメチルセルロースの２
重量％水溶液でペースト状にシタ後にすり込むように充
てんする。これをｓ　ＯＯＫ９／ｄの圧力で加圧した後
に、８００’Ｃで１０分間、水素中で焼結した。このよ
うにして多孔度的６６％、厚さ約１１１１Ｈのニッケル
主体多孔体を得た。

この多孔体の電解質と接する面に、同じくカーボニルニ
ッケル粉末８０重量部、クロム粉末２０重量部の同じ粉
末を電極１　ｃｔｌあたり約２０Ｗｌになるようにポリ
エチレンの水性ディスパージョン（固形分３％）中に分
散しておいてスプレー法で塗着形成させる。これを乾燥
後１５０’Ｃで２０分間加熱して多孔体面に付着させた
後に電池を構成する。

電解質およびその保持体として、炭酸リチウムと炭酸カ
リウムとの混合塩を５５重量％、アルミン酸リチウム粉
末４６重量％を含むペーストタイプを用い、酸化極には
、公知のリチウムをドープさせた酸化ニッケル極を用い
た。

燃料ガスとしては、水素８０％、二酸化炭素２０％、酸
化剤ガスとしては空気６６％、二酸化炭素３６％のそれ
ぞれ混合気体を用いた。動作温度は６６０°Ｃである。

上記の燃料極を用いた電池をムとし、比較のために、ニ
ッケル主体の粉末層を形成せずに他はすべて人と同じに
した電池をＢとした。

第１図は、これら電池の運転１６０時間後に調べた電流
−電圧特性である。図より明らかなように、本発明の場
合は、燃料極の反応層に軽い焼結が行なわれている層が
あって、実質表面積が大きく、また、この部分にも電解
質が存在しているところから、三相帯が多くなり、これ
ら理由により人はＢよりも特性の点でや−すぐれている
。

つぎに第２図は、各電池を１ｏｏｍＡ／Ｃｍの電流密度
で連続放電した際の時間−電圧の関係である。作動時間
３０００時間で人では燃料極に起因した電圧低下はＢよ
りも少ないことが認められ、本発明の寿命向上への効果
が大きいことが明らかである。その理由として本発明の
燃料極では１．軽く焼結した層が作動中に形成されるこ
とにより、電解質の保持や焼結が進みすぎることによる
性能の低下を抑制できることなどがあげられる。

発明の効果 以上のように本発明によれば、燃料極の改良により、電
解質保持体から電極への電解質の不必要な移動を抑制し
、さらに燃料極の反応面積の増大と焼結の進谷過ぎの抑
制などが可能になり、溶融塩燃料電池の性能の向上と長
寿命化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は実施例及び比較例の電池の電流−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 電流２度（７ｎＡ７煽り 第２図 放電時間（ｈｒ）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ニッケルを主とする多孔体の電解質に接する側の
   面に、ニッケルを主とする粉末層を形成させた溶融塩燃
   料電池用燃料極。
2. （２）ニッケルを主とする多孔体が、焼結体または発泡
   状多孔体である特許請求の範囲第１項記載の溶融塩燃料
   電池用燃料極。
3. （３）ニッケル粉末が結着剤とともにニッケルを主とす
   る多孔体面に塗着されている特許請求の範囲第１項記載
   の溶融塩燃料電池用燃料極。