JPS6124152A - 溶融炭酸塩型燃料電極の製造方法 - Google Patents
溶融炭酸塩型燃料電極の製造方法Info
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- JPS6124152A JPS6124152A JP59146322A JP14632284A JPS6124152A JP S6124152 A JPS6124152 A JP S6124152A JP 59146322 A JP59146322 A JP 59146322A JP 14632284 A JP14632284 A JP 14632284A JP S6124152 A JPS6124152 A JP S6124152A
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- 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
- H01M4/88—Processes of manufacture
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- H01M4/8885—Sintering or firing
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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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】
〔発明の技術分野〕
この発明は溶融炭酸塩型燃料電池における電極の製造方
法に関する・ 〔従来技術〕 第１図に２つの電池が直列に積み重ねられ芒この種の燃
料電池の従来の構成を示す。図番ζお（１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
。（２ａＸ２ｂ）は燃料ガス流路板であり、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。（８ａＸ８ｂ）は、燃料電極
でありニッケル系合金粉末を主成分として得られる多孔
質体である。（４ａ）（４ｂ）は電解質層と呼ばれるも
のであり、アμ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。（ｓａ）（ｓｂ）は酸化剤電極であり箋燃料ｔＩＩ
Ｌ極と同様な多孔質構造体から成っている。
法に関する・ 〔従来技術〕 第１図に２つの電池が直列に積み重ねられ芒この種の燃
料電池の従来の構成を示す。図番ζお（１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
。（２ａＸ２ｂ）は燃料ガス流路板であり、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。（８ａＸ８ｂ）は、燃料電極
でありニッケル系合金粉末を主成分として得られる多孔
質体である。（４ａ）（４ｂ）は電解質層と呼ばれるも
のであり、アμ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。（ｓａ）（ｓｂ）は酸化剤電極であり箋燃料ｔＩＩ
Ｌ極と同様な多孔質構造体から成っている。
この酸化剤電極には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６（ｓ
ａ）（６ｂ）は酸化剤ガス流路板で゛あり、燃料ガス流
路板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は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
側の端板と同様の形状でステンレスにて構成されている
。
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６（ｓ
ａ）（６ｂ）は酸化剤ガス流路板で゛あり、燃料ガス流
路板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は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１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（ｃｏ、”）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１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（ｃｏ、”）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次のよう
になっている。
になっている。
燃料側間１ｆｊｉ Ｈ，＋００．ｆｆ１−−＋Ｈ，０
＋ＯＣ）、＋２ｅ （１）酸化剤側電極 ｃｏ、＋
１／２０． ＋−２ｅ −＋ｃｏ、 ”−（２）上記の
反応の進行を、第１図に基づいて説明する。燃料側電極
（８ａ）及び（８ｂ）においては、燃料側のガス流路板
（２ａ）、（２ｂ）を流れる燃料ガス中の水素と電解質
層（４ａ ） ＋ （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。
＋ＯＣ）、＋２ｅ （１）酸化剤側電極 ｃｏ、＋
１／２０． ＋−２ｅ −＋ｃｏ、 ”−（２）上記の
反応の進行を、第１図に基づいて説明する。燃料側電極
（８ａ）及び（８ｂ）においては、燃料側のガス流路板
（２ａ）、（２ｂ）を流れる燃料ガス中の水素と電解質
層（４ａ ） ＋ （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１図中で上方の単電池の燃料電極（８ａ）で生じた電
子は燃料ガス流路板（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
剤ガス流路板（６ｂ）を通って下方の単電池の酸化剤電
極（６ｂ）に至る。また、燃料室−（８ｂ）も生じた電
子は燃料ガス流路板（２ｂ）、セパレータ板５）、酸化
剤ガス流路板（６りを通って酸化剤電＠（５ａ）に至る
。酸化剤電極（５ａＸ５ｂ）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辷酸化炭素と酸素が反
応し、式（２）のよ弓に炭酸イオンが生じ電解質層（４
ａ）（４ｂ）中に溶解することによって電池反応が進行
する。“ − 従来の溶融炭酸塩型燃料電池は以上のように構成されて
いるが、この中で金属多孔質体の電極は、６６０℃の温
度に保持され１〜’ｚ ｔｃｇ７ａｔｔの面圧下におか
れることにより電極の厚みと剣孔構造が変イヒし、電池
特性が劣下するという欠点があった。
子は燃料ガス流路板（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
剤ガス流路板（６ｂ）を通って下方の単電池の酸化剤電
極（６ｂ）に至る。また、燃料室−（８ｂ）も生じた電
子は燃料ガス流路板（２ｂ）、セパレータ板５）、酸化
剤ガス流路板（６りを通って酸化剤電＠（５ａ）に至る
。酸化剤電極（５ａＸ５ｂ）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辷酸化炭素と酸素が反
応し、式（２）のよ弓に炭酸イオンが生じ電解質層（４
ａ）（４ｂ）中に溶解することによって電池反応が進行
する。“ − 従来の溶融炭酸塩型燃料電池は以上のように構成されて
いるが、この中で金属多孔質体の電極は、６６０℃の温
度に保持され１〜’ｚ ｔｃｇ７ａｔｔの面圧下におか
れることにより電極の厚みと剣孔構造が変イヒし、電池
特性が劣下するという欠点があった。
この発明は上記のような従来のものの欠点を除去するた
めになされたもので、金属系多孔質構成゛材料にアルミ
ニウム又はアルミニウムを含有する添加物を混合して焼
結することにより、電池運転時に変形の少ない電極を安
価に得られる溶融炭酸塩型燃料電池電極の製造方法を提
供することを目的としている。
めになされたもので、金属系多孔質構成゛材料にアルミ
ニウム又はアルミニウムを含有する添加物を混合して焼
結することにより、電池運転時に変形の少ない電極を安
価に得られる溶融炭酸塩型燃料電池電極の製造方法を提
供することを目的としている。
金属系多孔質構成材料として、ニッケル粉末（たとえば
、商品名ｌＮ００２８７ ） 、添加物として゛アルミ
ニウム粉末（たとえばアトマイズ粉末−２００メツシユ
）を用意する。
、商品名ｌＮ００２８７ ） 、添加物として゛アルミ
ニウム粉末（たとえばアトマイズ粉末−２００メツシユ
）を用意する。
次にこれらの粉末を成形、焼結する。その製法の一例と
してここでは、５ｗｔ％のアルミニウム粉末をニッケル
粉末と混合した粉末を゛ドクターブレードによって成形
し、水素炉中で焼結する方法について説明する。
してここでは、５ｗｔ％のアルミニウム粉末をニッケル
粉末と混合した粉末を゛ドクターブレードによって成形
し、水素炉中で焼結する方法について説明する。
水平な平面を持つような板状物（セラミック、カーボン
などでも良い。）の上に所要厚となるようドクターブレ
ードなどにより粉末を規制しながら散布する。次にこれ
を水素気流中で１０°Ｃ／分程度の昇温、速度で温度を
上昇させ、通常８００℃〜１０００℃、ここでは１００
０℃程度で１６分〜８０分程度焼結させる。この後、こ
れを直接、電池として用い、内部で耐クリープ性の良い
電極を完成させる。
などでも良い。）の上に所要厚となるようドクターブレ
ードなどにより粉末を規制しながら散布する。次にこれ
を水素気流中で１０°Ｃ／分程度の昇温、速度で温度を
上昇させ、通常８００℃〜１０００℃、ここでは１００
０℃程度で１６分〜８０分程度焼結させる。この後、こ
れを直接、電池として用い、内部で耐クリープ性の良い
電極を完成させる。
以上のようにして製造された電極は従来のものと比較し
てみると、化学的な製造工程が一切不要であり、かつ酸
化アルミニウムの層を自由な厚みにコントロールできる
という特徴がある。
てみると、化学的な製造工程が一切不要であり、かつ酸
化アルミニウムの層を自由な厚みにコントロールできる
という特徴がある。
ここで、焼結過程でアルミニウムが融解した際、濡れの
良いニッケルの表面をさっと濡らし、アルミニウムの豊
富な薄層を形成する。またほぼアルミニウム粒子の大き
さの細孔が残る。そして電解質に触れることによりアル
ミニウムの酸化物や、リチウムとアルミニウムの複合酸
化物がアルミニウムが豊富にある表面層に形成される。
良いニッケルの表面をさっと濡らし、アルミニウムの豊
富な薄層を形成する。またほぼアルミニウム粒子の大き
さの細孔が残る。そして電解質に触れることによりアル
ミニウムの酸化物や、リチウムとアルミニウムの複合酸
化物がアルミニウムが豊富にある表面層に形成される。
表面のアルミニウムの酸化物は、より電極の電解質保持
性能を高め、剛性を高め、高温での表面拡散を減少させ
耐クリープ性を高めることを助ける。
性能を高め、剛性を高め、高温での表面拡散を減少させ
耐クリープ性を高めることを助ける。
なお上記実施例では、電極の金属系多孔質構成材料とし
てニッケル粉末、添加物としてアルミニウム粉末を用い
たが、それだけに限らず次の表１に示すような組み合わ
せでも良い。
てニッケル粉末、添加物としてアルミニウム粉末を用い
たが、それだけに限らず次の表１に示すような組み合わ
せでも良い。
また粒度も変化させても良い。また粒子の混合比を変え
ても良い。
ても良い。
′また有機バインダー々どを用いてシート状＊＊後焼結
したり、樹脂粒子などを混合して細孔の分゛布を調整す
ることもよい。また１〜９ｗｔ４のアｙ９ン酸リチウム
又は酸化アルミニウムを混合した原料粉末を用いぞもよ
い。 ゛ 〔癲明の効果〕 以上のようにこの発明によれば、金属系多孔質構成材料
にアルミニウム又はアルミニウムを含有する添加物を混
合し焼結するようにしたので、電池運転時に変形の少な
い溶融炭酸塩型燃料電池電極を安価に提供できるという
効果がある。
したり、樹脂粒子などを混合して細孔の分゛布を調整す
ることもよい。また１〜９ｗｔ４のアｙ９ン酸リチウム
又は酸化アルミニウムを混合した原料粉末を用いぞもよ
い。 ゛ 〔癲明の効果〕 以上のようにこの発明によれば、金属系多孔質構成材料
にアルミニウム又はアルミニウムを含有する添加物を混
合し焼結するようにしたので、電池運転時に変形の少な
い溶融炭酸塩型燃料電池電極を安価に提供できるという
効果がある。
第１図は、従来の溶融炭酸塩型燃料電池本体の斜視図、
第２図は、この発明の一実゛施例におけるニッケル粉末
（１）及びアルミニウム粉末（２）の焼結的の配置状態
を示す模式図、第３図″はこの発明の一実施例における
粉末焼結過程においてアルミニウム融点直上における模
式図、第４図は、と・の発明の一実施例において１００
０℃に達した状態を示す模式図、第６図はこの発明の一
実施例においてさらに１０００℃で８０分水素中で保持
した状態を示す模式％式％ （９）・・・ニッケル粉末、Ｏｆ）・・・アルミニウム
粉末、（ロ）・・・アルミニウム層、（２）・・・ニッ
ケル、アルミニウム合金層、（２）・・・酸化アルミニ
ウムを含む、ニッケルアルミニウム合金層。 なお図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。
第２図は、この発明の一実゛施例におけるニッケル粉末
（１）及びアルミニウム粉末（２）の焼結的の配置状態
を示す模式図、第３図″はこの発明の一実施例における
粉末焼結過程においてアルミニウム融点直上における模
式図、第４図は、と・の発明の一実施例において１００
０℃に達した状態を示す模式図、第６図はこの発明の一
実施例においてさらに１０００℃で８０分水素中で保持
した状態を示す模式％式％ （９）・・・ニッケル粉末、Ｏｆ）・・・アルミニウム
粉末、（ロ）・・・アルミニウム層、（２）・・・ニッ
ケル、アルミニウム合金層、（２）・・・酸化アルミニ
ウムを含む、ニッケルアルミニウム合金層。 なお図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。
Claims (5)
- （１）金属系多孔質構成材料に、アルミニウム又はアル
ミニウムを含有する添加物を混合して焼結した溶融炭酸
塩型燃料電池電極の製造方法。 - （２）多孔質体構成材料は、ニッケル、ニッケル合金及
び銅合金のうちの一種である特許請求の範囲第１項記載
の溶融炭酸塩型燃料電池電極の製造方法。 - （３）多孔質体構成材料は、ニッケルアルミニウム合金
である特許請求の範囲第２項記載の溶融炭酸塩型燃料電
池電極の製造方法。 - （４）添加物は、アルミ合金である特許請求の範囲第１
項または第２項記載の溶融炭酸塩型燃料電池電極の製造
方法。 - （５）添加物はアルミニウム及び酸化アルミニウムであ
る特許請求の範囲第２項または第３項記載の溶融炭酸塩
型燃料電池電極の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59146322A JPS6124152A (ja) | 1984-07-13 | 1984-07-13 | 溶融炭酸塩型燃料電極の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59146322A JPS6124152A (ja) | 1984-07-13 | 1984-07-13 | 溶融炭酸塩型燃料電極の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6124152A true JPS6124152A (ja) | 1986-02-01 |
Family
ID=15405048
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59146322A Pending JPS6124152A (ja) | 1984-07-13 | 1984-07-13 | 溶融炭酸塩型燃料電極の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6124152A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62165864A (ja) * | 1986-01-17 | 1987-07-22 | Mitsubishi Metal Corp | 溶融炭酸塩型燃料電池用電極 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5574065A (en) * | 1978-11-20 | 1980-06-04 | Inst Gas Technology | Anode for fuel battery |
| JPS60150558A (ja) * | 1984-01-17 | 1985-08-08 | Agency Of Ind Science & Technol | 溶融炭酸塩型燃料電池の燃料極の製造方法 |
-
1984
- 1984-07-13 JP JP59146322A patent/JPS6124152A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5574065A (en) * | 1978-11-20 | 1980-06-04 | Inst Gas Technology | Anode for fuel battery |
| JPS60150558A (ja) * | 1984-01-17 | 1985-08-08 | Agency Of Ind Science & Technol | 溶融炭酸塩型燃料電池の燃料極の製造方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62165864A (ja) * | 1986-01-17 | 1987-07-22 | Mitsubishi Metal Corp | 溶融炭酸塩型燃料電池用電極 |
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