JPS6124150A - 溶融炭酸塩形燃料電池の電極 - Google Patents
溶融炭酸塩形燃料電池の電極Info
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- JPS6124150A JPS6124150A JP59146318A JP14631884A JPS6124150A JP S6124150 A JPS6124150 A JP S6124150A JP 59146318 A JP59146318 A JP 59146318A JP 14631884 A JP14631884 A JP 14631884A JP S6124150 A JPS6124150 A JP S6124150A
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- electron conductive
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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〕
この発明は、溶融炭酸塩形燃料電池の電極に関し、特に
その変形による電池特性の低下の改善に関するものであ
る。
その変形による電池特性の低下の改善に関するものであ
る。
第５図に例えば２つの電池が直列に積み重ねられた従来
のこの種の燃料電池の構成を示す。図において（１）は
燃料側の端板であり、材質としてステンレスが使用され
るが燃料ガスが接触する面にはニッケルが被覆されてい
る。（２ａ）、 （２ｂ）は燃料側のガス流路板であり
、ガス流路を確保する働きと、電流を流す集電板として
の働きを兼ねている。材質としては、溶融塩と反応ガス
に対する耐食性からニッケル基の合金が選ばれている。
のこの種の燃料電池の構成を示す。図において（１）は
燃料側の端板であり、材質としてステンレスが使用され
るが燃料ガスが接触する面にはニッケルが被覆されてい
る。（２ａ）、 （２ｂ）は燃料側のガス流路板であり
、ガス流路を確保する働きと、電流を流す集電板として
の働きを兼ねている。材質としては、溶融塩と反応ガス
に対する耐食性からニッケル基の合金が選ばれている。
そしてガスの電極への拡散が円滑に行なわれるよう波型
にプレス成型されたものが用いられる。（８ａ）、 （
８ｂ）は、燃料側電極であり例えばニッケル系合金粉末
を還元雰囲気、及び真空雰囲気において焼結して得られ
る電子伝導性の多孔質体である。（４ａ）、 （４ｂ）
は電解質層と呼ばれるものであり、例えばアルミン酸リ
チウムの多孔質板に炭酸リチウムや炭酸ナトリウムとい
った電解質を含浸したものである。さらに（５ａ）、
（５ｂ）は酸化剤側電極であり、燃料側電極（８ａ）、
（８ｂ）と同様な電子伝導性の多孔質体から成ってい
る。この酸化剤側電極（５ａ）、 （５ｂ）には、例え
ば原料としてニッケル粉末を用いる場合と、酸化ニッケ
ル粉末を用いる場合があるが、電池の動作状態において
は、いずれの場合も、酸化ニッケルにリチウムイオンが
侵入した状態の多孔質体となる。（６ａ）、 （６ｂ）
は酸化剤側のガス流路板であり、燃料側のガス流路板（
２ａ）、 （２ｂ）と同様な形状をしたステンレス製の
波型板より成っている。（７）は隣接する電池間で燃料
ガスと酸化剤ガスが混合することを防ぐ働きをするセパ
レータ板であり、燃料ガスに接する側にニッケルが被覆
されたステンレス板から成っている。（８）は酸化剤側
の端板で燃料側の端板（１ンと同様の形状でステンレス
にて構成されている。
にプレス成型されたものが用いられる。（８ａ）、 （
８ｂ）は、燃料側電極であり例えばニッケル系合金粉末
を還元雰囲気、及び真空雰囲気において焼結して得られ
る電子伝導性の多孔質体である。（４ａ）、 （４ｂ）
は電解質層と呼ばれるものであり、例えばアルミン酸リ
チウムの多孔質板に炭酸リチウムや炭酸ナトリウムとい
った電解質を含浸したものである。さらに（５ａ）、
（５ｂ）は酸化剤側電極であり、燃料側電極（８ａ）、
（８ｂ）と同様な電子伝導性の多孔質体から成ってい
る。この酸化剤側電極（５ａ）、 （５ｂ）には、例え
ば原料としてニッケル粉末を用いる場合と、酸化ニッケ
ル粉末を用いる場合があるが、電池の動作状態において
は、いずれの場合も、酸化ニッケルにリチウムイオンが
侵入した状態の多孔質体となる。（６ａ）、 （６ｂ）
は酸化剤側のガス流路板であり、燃料側のガス流路板（
２ａ）、 （２ｂ）と同様な形状をしたステンレス製の
波型板より成っている。（７）は隣接する電池間で燃料
ガスと酸化剤ガスが混合することを防ぐ働きをするセパ
レータ板であり、燃料ガスに接する側にニッケルが被覆
されたステンレス板から成っている。（８）は酸化剤側
の端板で燃料側の端板（１ンと同様の形状でステンレス
にて構成されている。
次にこの種の溶融炭酸塩型燃料電池の動作について説明
する。燃料電池は、水素などの燃料ガスと空気などの酸
化剤ガスが反応する際に放出する化学エネルギーを、電
気化学的な反応を起こさせることによって直接電気エネ
ルギーに変換して電力を得る装置である。
する。燃料電池は、水素などの燃料ガスと空気などの酸
化剤ガスが反応する際に放出する化学エネルギーを、電
気化学的な反応を起こさせることによって直接電気エネ
ルギーに変換して電力を得る装置である。
この電気化学反応を効率良く行なわせるために、一般的
に多孔質な電極が使用される。また電解質として、溶融
状態の炭酸リチウムや炭酸カリウムなどの炭酸塩の混合
物が使用され、電解質中の炭酸イオン（ＣＯｒ）が電荷
移動に寄与する。
に多孔質な電極が使用される。また電解質として、溶融
状態の炭酸リチウムや炭酸カリウムなどの炭酸塩の混合
物が使用され、電解質中の炭酸イオン（ＣＯｒ）が電荷
移動に寄与する。
燃料側電極及び、酸化剤側電極における反応は下式（１
）、（２）のようになっている。
）、（２）のようになっている。
燃料側電極 Ｈ２＋Ｃ０ｉ−７Ｈ２０＋ＣＯ２＋２ｅ
−（１）酸化剤側電極 ＣＯ２＋０２＋２ｅ−＋Ｃ
（Ｌｉ−−（２）上記の反応の進行を、第５図に基づい
て説明する。
−（１）酸化剤側電極 ＣＯ２＋０２＋２ｅ−＋Ｃ
（Ｌｉ−−（２）上記の反応の進行を、第５図に基づい
て説明する。
燃料側電極（８ａ）及び（８ｂ）においては、それぞれ
燃料側のガス流路板（２ａ）及び（２ｂ）を流れる燃料
ガス中の水素と電解質層（４ａ）及び（４ｂ）に含まれ
る炭酸イオンがそれぞれの単電池において式（１）のよ
うに反応し、水と二酸化炭素と電子が生成する。
燃料側のガス流路板（２ａ）及び（２ｂ）を流れる燃料
ガス中の水素と電解質層（４ａ）及び（４ｂ）に含まれ
る炭酸イオンがそれぞれの単電池において式（１）のよ
うに反応し、水と二酸化炭素と電子が生成する。
第５図において、上方の単電池の燃料側電極（８ａ）で
生じた電子は、燃−料側のガス流路板（２ａ）、燃料側
の端板（１）を通って外部負荷に送られた後、酸化剤側
の端板（８）、酸化剤側のガス流路板（６ｂ）を通って
下方の単電池の酸化剤側電極（６ｂ）に至る。
生じた電子は、燃−料側のガス流路板（２ａ）、燃料側
の端板（１）を通って外部負荷に送られた後、酸化剤側
の端板（８）、酸化剤側のガス流路板（６ｂ）を通って
下方の単電池の酸化剤側電極（６ｂ）に至る。
また、下方の単電池の燃料側電極（８ｂ）で生じた電子
は燃料側のガス流路板（２ｂ）、セパレータ板（７）、
酸化剤側のガス流路板（６ａ）を通って酸化剤側電極（
５ａ）に至る。酸化剤側電極（５ａ）及び（５ｂ）にお
いては、この流れ込んだ電子と酸化剤ガス中に含まれる
二酸化炭素と酸素が反応し、式＜２）、！７）ように炭
酸イオンが生じ電解質層（４ａ）及び（４ｂ）中に溶解
する。
は燃料側のガス流路板（２ｂ）、セパレータ板（７）、
酸化剤側のガス流路板（６ａ）を通って酸化剤側電極（
５ａ）に至る。酸化剤側電極（５ａ）及び（５ｂ）にお
いては、この流れ込んだ電子と酸化剤ガス中に含まれる
二酸化炭素と酸素が反応し、式＜２）、！７）ように炭
酸イオンが生じ電解質層（４ａ）及び（４ｂ）中に溶解
する。
ことによって電池反応が４進行する。 −〔発明が解決
しようとする問題点〕 従来の溶融炭酸塩型燃料電池の電極は、金属の粉末゛の
多孔質焼結体によって構成されており、そのまま電極に
使用すると電池の運転中にがかる面圧によって厚みが減
少してし、まい、電解質層と電極、又はガス流路板と電
極との電気的な、接触抵抗の増加をもたらしたり、多孔
質焼結、体の構造が変化し、電池特性の低下の原因とな
るという問題点があった。
しようとする問題点〕 従来の溶融炭酸塩型燃料電池の電極は、金属の粉末゛の
多孔質焼結体によって構成されており、そのまま電極に
使用すると電池の運転中にがかる面圧によって厚みが減
少してし、まい、電解質層と電極、又はガス流路板と電
極との電気的な、接触抵抗の増加をもたらしたり、多孔
質焼結、体の構造が変化し、電池特性の低下の原因とな
るという問題点があった。
この発明は、かかる問題点を解決するためになされたも
ので、より長期にわたり変形に対して安定な溶融炭酸塩
形燃料電池の電極を得ることをＨ的とする。
ので、より長期にわたり変形に対して安定な溶融炭酸塩
形燃料電池の電極を得ることをＨ的とする。
この発明に係る溶融炭酸塩形燃料電池の電極は、電解質
層どガス流路板間に介在し、電解質層とガス流路板間を
連結する貫通路を有する電子伝導性補強体、及び貫通路
に形成・された電極材となる電子伝導性多孔質体を備え
たものであ・る。
層どガス流路板間に介在し、電解質層とガス流路板間を
連結する貫通路を有する電子伝導性補強体、及び貫通路
に形成・された電極材となる電子伝導性多孔質体を備え
たものであ・る。
〔問題点を解決するための手段の作用〕この発明におけ
る電子伝導性補強体は、その貫通路に電極の働きをする
電子伝導性多孔質体が形成されると共に、Ｗｔ極に機械
的強度を持たせる骨格となり、電池の運転中にがかる面
圧に、よる電極の厚みの減少を防ぎ、電子伝導性多孔質
体の構造の変化を減少して、電池特性の低下を防止する
。
る電子伝導性補強体は、その貫通路に電極の働きをする
電子伝導性多孔質体が形成されると共に、Ｗｔ極に機械
的強度を持たせる骨格となり、電池の運転中にがかる面
圧に、よる電極の厚みの減少を防ぎ、電子伝導性多孔質
体の構造の変化を減少して、電池特性の低下を防止する
。
以下、この発明の一実施例を第５図の上方の単電池にお
ける燃料側に適用した場合について説明する。第１図に
おいて、（９）は電解質、＠（４ａ）とガス流路板（２
ａ）間に介在する電子伝導性補強体であり、例えば金型
打ち抜き加工や押し出し、鋳造加工されたハニカム状の
金属構造体であり、電解質層（４ａ）とガス流路板（２
ａ）・を連絡する貫通路αυを構成する。この電子伝導
性補強体（９）は、燃料側電極としては１例えば商品名
インコネル６００′や商品名ハステロイといったニッケ
ルを成分に含む材料により成っている。 − 次に微細なニッケルを含むたとえばインコネル社の２８
７ニツケル粉末などの電子伝導性多孔質体ＱＩＪを金属
ハニカム（９）の貫通路Ｑｌ）中に形成させる。
ける燃料側に適用した場合について説明する。第１図に
おいて、（９）は電解質、＠（４ａ）とガス流路板（２
ａ）間に介在する電子伝導性補強体であり、例えば金型
打ち抜き加工や押し出し、鋳造加工されたハニカム状の
金属構造体であり、電解質層（４ａ）とガス流路板（２
ａ）・を連絡する貫通路αυを構成する。この電子伝導
性補強体（９）は、燃料側電極としては１例えば商品名
インコネル６００′や商品名ハステロイといったニッケ
ルを成分に含む材料により成っている。 − 次に微細なニッケルを含むたとえばインコネル社の２８
７ニツケル粉末などの電子伝導性多孔質体ＱＩＪを金属
ハニカム（９）の貫通路Ｑｌ）中に形成させる。
電子伝導性多孔質体ＯＱは、微細なニッケルを含む粉末
を、還元雰囲気及び真空雰囲気において焼結して製造す
ることができる。ぞの多孔質体形成法の一例として、直
接、金属ハニカム（９）にニッケル粉末を散布し、焼結
する乾式法について説明する。
を、還元雰囲気及び真空雰囲気において焼結して製造す
ることができる。ぞの多孔質体形成法の一例として、直
接、金属ハニカム（９）にニッケル粉末を散布し、焼結
する乾式法について説明する。
グラファイト板の上に置いた金属ハニカム（９）に、ふ
るいなどを用い゛て均一に粉末を散布する。所要の厚み
を得るため、シムとドクターブレードを用いて平面に粉
体を成形する。この際、ハニカム（９）の高さの２０％
程度増してシムの高さを設定して、粉末を散布すると、
良好な多孔質体αｑが得られる。
るいなどを用い゛て均一に粉末を散布する。所要の厚み
を得るため、シムとドクターブレードを用いて平面に粉
体を成形する。この際、ハニカム（９）の高さの２０％
程度増してシムの高さを設定して、粉末を散布すると、
良好な多孔質体αｑが得られる。
こうして成形された電極を、水素雰囲気中で１０００℃
で１５〜８０分焼結することによって、電子伝導性多孔
質体四と、ガス流路板（２ａ）と電解質層（４ａ ）と
の間に形成された電子伝導性補強体（９）とを備えた溶
融炭酸塩形燃料！池の電極を得る。
で１５〜８０分焼結することによって、電子伝導性多孔
質体四と、ガス流路板（２ａ）と電解質層（４ａ ）と
の間に形成された電子伝導性補強体（９）とを備えた溶
融炭酸塩形燃料！池の電極を得る。
以上のよう（製造さ−れた電極は、従来の電極にシー
性の補強体（９）を備えている一′このた゛めに、電池
運転中における、電極の面圧による変形は、大きく減少
する。これ＋１電子伝導性補強体（９）が１．５ｋｑ／
ｃｔＡの面圧では、６５０℃においてほとんどクリープ
しないことによる。また、この実施例による金属ノ１ニ
カム（９）はせん断力に対しても強い。
運転中における、電極の面圧による変形は、大きく減少
する。これ＋１電子伝導性補強体（９）が１．５ｋｑ／
ｃｔＡの面圧では、６５０℃においてほとんどクリープ
しないことによる。また、この実施例による金属ノ１ニ
カム（９）はせん断力に対しても強い。
なお、上記実施例では燃料側電極に適用した例について
述べたが、酸化剤側電極にも同様に適用できる。こ９場
合の電子伝導性補強体（９）は例えば鉄、二゛久ケル、
多ロムを含むステンレス材料などが耐食性の面から適当
であり、また、リチウムを添加し、た酸化ニッケルなど
のセラミックスでもよい。一方、燃料側電極においては
、コノくルト系の材料でもよい。
述べたが、酸化剤側電極にも同様に適用できる。こ９場
合の電子伝導性補強体（９）は例えば鉄、二゛久ケル、
多ロムを含むステンレス材料などが耐食性の面から適当
であり、また、リチウムを添加し、た酸化ニッケルなど
のセラミックスでもよい。一方、燃料側電極においては
、コノくルト系の材料でもよい。
また、上記実施例においては電子伝導性補強体（９）と
して金属ハニカムを使用し、多孔質体α１原料としてニ
ッケル粉末を使用したものを示したが、電子伝導性補強
体（９）として第２図に示すようなパンチングメタルを
用いてもよい。同様に、第８図、第４図に示すような金
属のます目構造体や型押し成型板あるいはエクスパンド
メタルなどを電子伝導性の補強体（９）として用いるこ
とによっても上記実施例と同様な効果を得ることができ
る。
して金属ハニカムを使用し、多孔質体α１原料としてニ
ッケル粉末を使用したものを示したが、電子伝導性補強
体（９）として第２図に示すようなパンチングメタルを
用いてもよい。同様に、第８図、第４図に示すような金
属のます目構造体や型押し成型板あるいはエクスパンド
メタルなどを電子伝導性の補強体（９）として用いるこ
とによっても上記実施例と同様な効果を得ることができ
る。
ま°た電子伝導性の多孔体ＯＱを形成するのにニッケル
を含む粉末と有機バインダーを混合したスラリー状のも
のを、電子伝導性補強体（９）に塗布、焼結しても上記
実施例と同様な電子伝導性多孔質体０Ｑを形成すること
が可能である。
を含む粉末と有機バインダーを混合したスラリー状のも
のを、電子伝導性補強体（９）に塗布、焼結しても上記
実施例と同様な電子伝導性多孔質体０Ｑを形成すること
が可能である。
さらに、この発明における電極の片面あるいは両面に多
孔室体保持用に金属メツシュを設けても良い。
孔室体保持用に金属メツシュを設けても良い。
以上のように、この発明によれば、電解質層とガス流路
板間に介在し、電解質層とガス流路板間を連絡する貫通
路を有する電子伝導性補強体、及び貫通路に形成された
電極材となる電子伝導性多孔質体を備えることにより、
電池運転中の電極の変形が減少し、信頼性が高く、長寿
命の溶融炭酸塩形燃料電池の電極が得られる効果がある
。
板間に介在し、電解質層とガス流路板間を連絡する貫通
路を有する電子伝導性補強体、及び貫通路に形成された
電極材となる電子伝導性多孔質体を備えることにより、
電池運転中の電極の変形が減少し、信頼性が高く、長寿
命の溶融炭酸塩形燃料電池の電極が得られる効果がある
。
第１図はこの発明の一実施例による溶融炭酸塩形燃料電
池の電極を示す斜視図、第２図〜第４図はそれぞれこの
発明の他の実施例を示す斜視図、第５図は従来の溶融炭
酸塩形燃料電池を示す斜視図である。 （９）゛・・・電子伝導性補強体、α１・・・電子伝導
性多孔質体、ａυ・・・貫通路。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。
池の電極を示す斜視図、第２図〜第４図はそれぞれこの
発明の他の実施例を示す斜視図、第５図は従来の溶融炭
酸塩形燃料電池を示す斜視図である。 （９）゛・・・電子伝導性補強体、α１・・・電子伝導
性多孔質体、ａυ・・・貫通路。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。
Claims (2)
- （１）電解質層とガス流路板間に介在し、上記電解質層
と上記ガス流路板間を連結する貫通路を有する電子伝導
性補強体、及び上記貫通路に形成された電極材となる電
子伝導性多孔質体を備えた溶融炭酸塩形燃料電池の電極
。 - （２）電子伝導性補強体は、ハニカム状の金属であるこ
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
形燃料電池の電極。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59146318A JPS6124150A (ja) | 1984-07-13 | 1984-07-13 | 溶融炭酸塩形燃料電池の電極 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59146318A JPS6124150A (ja) | 1984-07-13 | 1984-07-13 | 溶融炭酸塩形燃料電池の電極 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6124150A true JPS6124150A (ja) | 1986-02-01 |
Family
ID=15404956
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59146318A Pending JPS6124150A (ja) | 1984-07-13 | 1984-07-13 | 溶融炭酸塩形燃料電池の電極 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6124150A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011127146A (ja) * | 2009-12-15 | 2011-06-30 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 水電解用給電体、水電解装置および水電解装置の製造方法 |
-
1984
- 1984-07-13 JP JP59146318A patent/JPS6124150A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011127146A (ja) * | 2009-12-15 | 2011-06-30 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 水電解用給電体、水電解装置および水電解装置の製造方法 |
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