JPS6147068A - 溶融炭酸塩燃料電池 - Google Patents
溶融炭酸塩燃料電池Info
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- JPS6147068A JPS6147068A JP59168311A JP16831184A JPS6147068A JP S6147068 A JPS6147068 A JP S6147068A JP 59168311 A JP59168311 A JP 59168311A JP 16831184 A JP16831184 A JP 16831184A JP S6147068 A JPS6147068 A JP S6147068A
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- H01M2300/0048—Molten electrolytes used at high temperature
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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、水素、−酸化炭素などの還元性ガスを燃料と
し、空気、酸素、戻酸ガスなどの酸化性ガスを酸化剤と
し、高温で動作する溶融炭酸塩燃料電池に関するもので
あシ、特に酸化剤極（カソード）と集電体間の接触抵抗
の低減に関するものである。
し、空気、酸素、戻酸ガスなどの酸化性ガスを酸化剤と
し、高温で動作する溶融炭酸塩燃料電池に関するもので
あシ、特に酸化剤極（カソード）と集電体間の接触抵抗
の低減に関するものである。
従来例の構成とその問題点
アルカリ金属炭酸塩を電解質とする溶融炭酸塩燃料電池
は、動作温度が６００〜７００℃と高温であるうえ、溶
融した炭酸塩自体が激しい腐食性を有しているため、材
料面での問題が重要となっている。この厳しい条件の中
でも電池の酸化剤極側は高温の酸化性雰囲気にさらされ
るため、一段と厳しい環境となる。このような環境下に
おいて、電池構成要素の一つである集電体、または構造
によっては集電体を兼ねるタイプのバイポーラ板は、耐
熱性、耐食性、導電性を有していなければならない。
は、動作温度が６００〜７００℃と高温であるうえ、溶
融した炭酸塩自体が激しい腐食性を有しているため、材
料面での問題が重要となっている。この厳しい条件の中
でも電池の酸化剤極側は高温の酸化性雰囲気にさらされ
るため、一段と厳しい環境となる。このような環境下に
おいて、電池構成要素の一つである集電体、または構造
によっては集電体を兼ねるタイプのバイポーラ板は、耐
熱性、耐食性、導電性を有していなければならない。
従来、溶融炭酸塩燃料電池の集電体、または集電体の機
能を兼ねるバイポーラ板材料としては、５０８３１６等
のステンレス鋼材料をそのまま使用していた。これらの
材料は燃料極側では水素などの還元性雰囲気するため腐
食はあまシ問題とならないが、酸化剤極側においては、
酸素や、電極からしみ出してきた溶融炭酸塩と高温下で
直接接触している間に、集電体１の表面には第２図に示
すように、導電性の低い酸化物被膜２が形成され、酸化
剤極３との間に大きな接触抵抗を形成するという問題を
かかえていた。なお、４は電解質体である。
能を兼ねるバイポーラ板材料としては、５０８３１６等
のステンレス鋼材料をそのまま使用していた。これらの
材料は燃料極側では水素などの還元性雰囲気するため腐
食はあまシ問題とならないが、酸化剤極側においては、
酸素や、電極からしみ出してきた溶融炭酸塩と高温下で
直接接触している間に、集電体１の表面には第２図に示
すように、導電性の低い酸化物被膜２が形成され、酸化
剤極３との間に大きな接触抵抗を形成するという問題を
かかえていた。なお、４は電解質体である。
そして、この抵抗のために高電流密度における出力電圧
が低下するという致命的問題が生じていた。この問題を
解決するため、これまでは集電体表面に銀の被膜を形成
する等の方法が考えられ、これによシ一応の効果を得て
、いる。しかし、銀は鉄系材料と合金化しないため、被
膜の密着強度に問題があシ、さらに比較的高価な材料で
もあるためコスト的に不利であった。
が低下するという致命的問題が生じていた。この問題を
解決するため、これまでは集電体表面に銀の被膜を形成
する等の方法が考えられ、これによシ一応の効果を得て
、いる。しかし、銀は鉄系材料と合金化しないため、被
膜の密着強度に問題があシ、さらに比較的高価な材料で
もあるためコスト的に不利であった。
発明の目的
そこで本発明では、溶融炭酸塩燃料電池において、酸化
剤極と集電体間の接触抵抗を長期間にわたシ低く保つこ
とによシ、高性能の溶融炭酸塩燃料電池を得ることを目
的としている。
剤極と集電体間の接触抵抗を長期間にわたシ低く保つこ
とによシ、高性能の溶融炭酸塩燃料電池を得ることを目
的としている。
発明の構成
すでにリチウムをドープした酸化銅が高温において高い
導電性を有していることは知られていたが、本発明では
さらに溶融炭酸塩に対する耐食性に優れていることを見
出し、これを集電体表面に被膜として付けることによシ
前記の問題点を解決するものである。
導電性を有していることは知られていたが、本発明では
さらに溶融炭酸塩に対する耐食性に優れていることを見
出し、これを集電体表面に被膜として付けることによシ
前記の問題点を解決するものである。
すなわち、本発明は、溶融炭酸塩を電解質とする溶融炭
酸塩燃料電池において、少なくとも酸化剤極の背面と接
触する集電体または集電体を兼ねるバイポーラ板の表面
に、リチウムをドープした導電性の高い酸化銅を主成分
とした被膜を形成させるのである。
酸塩燃料電池において、少なくとも酸化剤極の背面と接
触する集電体または集電体を兼ねるバイポーラ板の表面
に、リチウムをドープした導電性の高い酸化銅を主成分
とした被膜を形成させるのである。
実施例の説明
以下、本発明を実施例に従って説明する。第１図は実施
例で用いた集電体を兼ねるタイプのバイポーラ板の一部
を示しておシ、従来のものと同様の形状をしている。
例で用いた集電体を兼ねるタイプのバイポーラ板の一部
を示しておシ、従来のものと同様の形状をしている。
ハイホーラ板１′ハ厚さ０．２３０１のステンレス鋼５
ＵＳ３０４の板を図のような形状にしたものであシ、全
体は２０ｃ！ｎ角の大きさを有している。突起物５はそ
れぞれ電極に接触し、集電体の役割を果たす部分である
。本実施例ではこのバイポーラ板の酸化剤極３側表面に
、以下のようにしてリチウムを含んだ導電性酸化銅被膜
を形成させた。まずバイポーラ板をよく洗浄し被膜を形
成させない面をパラフィンでマスクした後、酸化剤極側
表面にのみ鋼メッキ浴を用いて厚さ２〜３μの銅被膜を
形成させる。次にこれを８００’Ｃ１水素気流中で処理
し、銅を母材中に拡散させる。次にとの銅被膜表面に水
酸化リチウム水溶液を均一に塗布し、乾燥した後７００
’Ｃ１空気中で２時間反応させ、すφラムドープ酸化銅
被膜６を形成させた。この際、酸化銅被膜の厚さは２〜
３μ程度が最適である。
ＵＳ３０４の板を図のような形状にしたものであシ、全
体は２０ｃ！ｎ角の大きさを有している。突起物５はそ
れぞれ電極に接触し、集電体の役割を果たす部分である
。本実施例ではこのバイポーラ板の酸化剤極３側表面に
、以下のようにしてリチウムを含んだ導電性酸化銅被膜
を形成させた。まずバイポーラ板をよく洗浄し被膜を形
成させない面をパラフィンでマスクした後、酸化剤極側
表面にのみ鋼メッキ浴を用いて厚さ２〜３μの銅被膜を
形成させる。次にこれを８００’Ｃ１水素気流中で処理
し、銅を母材中に拡散させる。次にとの銅被膜表面に水
酸化リチウム水溶液を均一に塗布し、乾燥した後７００
’Ｃ１空気中で２時間反応させ、すφラムドープ酸化銅
被膜６を形成させた。この際、酸化銅被膜の厚さは２〜
３μ程度が最適である。
表面に形成された酸化銅被膜の同定を行なうためＸ線回
折によシ分析を行なったところ、ＣｕＯ。
折によシ分析を行なったところ、ＣｕＯ。
ＩａｉＣｕＯ，Ｌｉ２ＣｕＯ２等のピークが得られたが
、ＣｕＯが大部分であった。しかしこれらのＣｊｕＯは
通常のＣｕＯではなくリチウムがドープされて高い導電
性を持つようになったものである。このことを確認する
ため、被膜を構成する材料と同様の試料を得て、その導
電性を測定した。第１表は酸化銅（ＣｕＯ）に炭酸リチ
ウムを原子比でＣｕ ： Ｌｉ＝９５：５に混合し７０
０℃、空気中で４時間反応させたものと通常の酸化銅の
導電率を３００〜７００’Ｃの温度範囲で比較したもの
である。
、ＣｕＯが大部分であった。しかしこれらのＣｊｕＯは
通常のＣｕＯではなくリチウムがドープされて高い導電
性を持つようになったものである。このことを確認する
ため、被膜を構成する材料と同様の試料を得て、その導
電性を測定した。第１表は酸化銅（ＣｕＯ）に炭酸リチ
ウムを原子比でＣｕ ： Ｌｉ＝９５：５に混合し７０
０℃、空気中で４時間反応させたものと通常の酸化銅の
導電率を３００〜７００’Ｃの温度範囲で比較したもの
である。
第１表
また第２表は、厚さＯ，１３１１１Ｍ（ＤＳ Ｕ Ｓ
３０４の板に前述の処理によジリチウムドープ酸化銅被
膜をつけたもの人と、銅被膜をつけずに他は同じ処理を
した５ＵＳ３０４板Ｂとの表面被膜の抵抗を第３図に示
すようにして測定した結果である。
３０４の板に前述の処理によジリチウムドープ酸化銅被
膜をつけたもの人と、銅被膜をつけずに他は同じ処理を
した５ＵＳ３０４板Ｂとの表面被膜の抵抗を第３図に示
すようにして測定した結果である。
第３図において、Ｔは片面に酸化物被膜８ｔｌ−形成し
たステンレス鋼材、９，１ｏはそれぞれ鋼板７、酸化物
被膜８に銀ベース）１１．１２によ多接続した銀リード
である。前記の銀ペーストの接着面積は０−２５ｄｌで
ある。
たステンレス鋼材、９，１ｏはそれぞれ鋼板７、酸化物
被膜８に銀ベース）１１．１２によ多接続した銀リード
である。前記の銀ペーストの接着面積は０−２５ｄｌで
ある。
第２表
次にＳ Ｕ Ｓ ３０４板表面にリチウムドープ酸化銅
被膜を付けた試料を炭酸リチウム−炭酸カリウム混合塩
（モμ比６８ ： ３２ ）中に７００℃、空気−炭酸
ガス（２：１）雰囲気下で１ｏｏｏ時間半浸漬し、その
耐食性能を評価した。その結果、浸漬していた溶融炭酸
塩中にはブランクと同じ量の銅しか検出されず、酸化鋼
は安定であることが確認された。試料表面の状態観察に
おいても異常は認められなかった。さらに試験後の試料
を切断〜し、リチウムドープ酸化銅被膜およびステンレ
ス鋼板の状態を観察したが、試験前の状態と差異は認め
られなかった。
被膜を付けた試料を炭酸リチウム−炭酸カリウム混合塩
（モμ比６８ ： ３２ ）中に７００℃、空気−炭酸
ガス（２：１）雰囲気下で１ｏｏｏ時間半浸漬し、その
耐食性能を評価した。その結果、浸漬していた溶融炭酸
塩中にはブランクと同じ量の銅しか検出されず、酸化鋼
は安定であることが確認された。試料表面の状態観察に
おいても異常は認められなかった。さらに試験後の試料
を切断〜し、リチウムドープ酸化銅被膜およびステンレ
ス鋼板の状態を観察したが、試験前の状態と差異は認め
られなかった。
次に前述の方法で表面にリチウムドープ酸化銅被膜を形
成した集電体を組み込んだ溶融炭酸塩燃料電池の動作試
験を行なった。電池構成は前記ノ（イポーラ板、電解質
体、燃料オセ（アノード）、酸化剤極からなシ、燃料槽
としてはニッケル粉末の焼結体、酸化剤極としてはニッ
ケｙｌＪチウム酸化物の多孔体を、電解質体には炭酸リ
チウム−炭酸カリウム混合物にアルミン酸リチウム粉末
を加えホットプレスしたものを用いた。電池には水素−
炭酸ガス混合ガスを燃料ガスとして、また空気−炭酸ガ
ス混合ガスを酸化剤ガスとして供給し、動作温度６６０
℃で動作させた。第４図に電流密度１５０ｒＩＬム／ｃ
ｄ で１０００時間連続運転した後の放電曲線を示す。
成した集電体を組み込んだ溶融炭酸塩燃料電池の動作試
験を行なった。電池構成は前記ノ（イポーラ板、電解質
体、燃料オセ（アノード）、酸化剤極からなシ、燃料槽
としてはニッケル粉末の焼結体、酸化剤極としてはニッ
ケｙｌＪチウム酸化物の多孔体を、電解質体には炭酸リ
チウム−炭酸カリウム混合物にアルミン酸リチウム粉末
を加えホットプレスしたものを用いた。電池には水素−
炭酸ガス混合ガスを燃料ガスとして、また空気−炭酸ガ
ス混合ガスを酸化剤ガスとして供給し、動作温度６６０
℃で動作させた。第４図に電流密度１５０ｒＩＬム／ｃ
ｄ で１０００時間連続運転した後の放電曲線を示す。
本発明による溶融炭酸塩燃料電池ａについては１ｏｏｏ
時間経ってもほぼ初期と同じ性能を示しているが、従来
例のステンレス鋼をそのまま用いた電池すでは集電体の
接触抵抗に起因するとみられる内部抵抗の増加によシ、
性能の低下がみられる。このことは運転試験後の電池す
のバイポーラ板集電体部分に低導電性の被膜が形成され
ていたことからも確認された。一方、リチウムドープし
た酸化銅被膜を表面に形成させた本発明による電池ａの
集電体部分には全く異常がなかった。
時間経ってもほぼ初期と同じ性能を示しているが、従来
例のステンレス鋼をそのまま用いた電池すでは集電体の
接触抵抗に起因するとみられる内部抵抗の増加によシ、
性能の低下がみられる。このことは運転試験後の電池す
のバイポーラ板集電体部分に低導電性の被膜が形成され
ていたことからも確認された。一方、リチウムドープし
た酸化銅被膜を表面に形成させた本発明による電池ａの
集電体部分には全く異常がなかった。
これらのことから本発明による電池ａにおいては、バイ
ポーラ板の表面にリチウムドープ酸化銅被膜を形成する
ことによって酸化剤極との接触抵抗を長期間にわたって
低く保つことができ、高い性能を有していることがわか
る。
ポーラ板の表面にリチウムドープ酸化銅被膜を形成する
ことによって酸化剤極との接触抵抗を長期間にわたって
低く保つことができ、高い性能を有していることがわか
る。
本実施例ではリチウムドープした酸化銅としてＸ線回折
の結果のみからでは純ＣｕＯと明確に区別されずＬｉｘ
Ｃｕｌ−ｘＯ（Ｘ＝０．０１〜０．５ ’）と表される
ようなリチウムドープ酸化銅を被膜の主成分としている
がＬｉＣｕＯ、Ｌｉ２ＣｕＯ□のような明確にＣｕＯと
区別される物質を含んでいてもよい。さらに数％程度の
他の酸化物、たとえば鉄、クロム。
の結果のみからでは純ＣｕＯと明確に区別されずＬｉｘ
Ｃｕｌ−ｘＯ（Ｘ＝０．０１〜０．５ ’）と表される
ようなリチウムドープ酸化銅を被膜の主成分としている
がＬｉＣｕＯ、Ｌｉ２ＣｕＯ□のような明確にＣｕＯと
区別される物質を含んでいてもよい。さらに数％程度の
他の酸化物、たとえば鉄、クロム。
イツトリウム、モリブデン等の酸化物を含んでいてもよ
い。
い。
また被膜の形成方法も本実施例ではメッキ、水酸化リチ
ウムの塗布、熱処理によっているが、これはほかの方法
、たとえば溶射法、ｃｖｎ法等によって形成してもよい
。
ウムの塗布、熱処理によっているが、これはほかの方法
、たとえば溶射法、ｃｖｎ法等によって形成してもよい
。
また、本実施例ではステンレス鋼（５ＵＳ３０４）から
なる集電体を兼ねたバイポーラ板にリチウムドープした
酸化銅被膜を形成させて用いているが、これは他の材料
、たとえば他のステンレス鋼、軟鋼、ニッケル基合金な
どであってもよく、集電体の形状も、どのようなもので
あってもよい。また、リチウムドープ酸化銅被膜を形成
させる部分についても集電体または集電体を兼ねるバイ
ポーラ板の少なくとも酸化剤極と接触する部分を含んで
いればよく、集電体全面でも酸化剤極と接触する部分の
みでもよい。
なる集電体を兼ねたバイポーラ板にリチウムドープした
酸化銅被膜を形成させて用いているが、これは他の材料
、たとえば他のステンレス鋼、軟鋼、ニッケル基合金な
どであってもよく、集電体の形状も、どのようなもので
あってもよい。また、リチウムドープ酸化銅被膜を形成
させる部分についても集電体または集電体を兼ねるバイ
ポーラ板の少なくとも酸化剤極と接触する部分を含んで
いればよく、集電体全面でも酸化剤極と接触する部分の
みでもよい。
発明の効果
以上のように、本発明による溶融炭酸塩燃料電池は、集
電体表面にリチウムを含んだ酸化銅被膜を形成させるこ
とによシ酸化剤極との接触抵抗を長期間にわたって低く
保つことができ、高い出力性能を維持することができる
。また、この被膜が表面に存在するため集電体の基体金
属が保護され電池の信頼性が高められる。
電体表面にリチウムを含んだ酸化銅被膜を形成させるこ
とによシ酸化剤極との接触抵抗を長期間にわたって低く
保つことができ、高い出力性能を維持することができる
。また、この被膜が表面に存在するため集電体の基体金
属が保護され電池の信頼性が高められる。
第１図は本発明の一実施例の溶融炭酸塩燃料電池の酸化
剤極側要部の断面図、第２図は従来例の断面図、第３図
は被膜抵抗測定方法を示す図、第４図は電池の放電曲線
を示す図である。 １．１′・・・・・・集電体（バイポーラ板）、２・・
・・・・低導電性酸化物被膜、３・・・・・・酸化剤極
、４・・・・・・電解質体。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名第４
図 を武贋／１Ｌ（悟＾／課す 綜
剤極側要部の断面図、第２図は従来例の断面図、第３図
は被膜抵抗測定方法を示す図、第４図は電池の放電曲線
を示す図である。 １．１′・・・・・・集電体（バイポーラ板）、２・・
・・・・低導電性酸化物被膜、３・・・・・・酸化剤極
、４・・・・・・電解質体。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名第４
図 を武贋／１Ｌ（悟＾／課す 綜
Claims (1)
- 還元性ガスを燃料とし、酸化性ガスを酸化剤とし、溶融
炭酸塩を電解質とする溶融炭酸塩燃料電池であって、少
なくとも酸化剤極の背面と接触する集電体または集電体
を兼ねるバイポーラ板の表面に、リチウムを含んだ酸化
銅を主成分とする被膜を形成させた溶融炭酸塩燃料電池
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59168311A JPS6147068A (ja) | 1984-08-10 | 1984-08-10 | 溶融炭酸塩燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59168311A JPS6147068A (ja) | 1984-08-10 | 1984-08-10 | 溶融炭酸塩燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6147068A true JPS6147068A (ja) | 1986-03-07 |
Family
ID=15865671
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59168311A Pending JPS6147068A (ja) | 1984-08-10 | 1984-08-10 | 溶融炭酸塩燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6147068A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1890353A1 (en) * | 2006-08-18 | 2008-02-20 | Nissan Motor Co., Ltd. | Transition metal nitride, fuel cell separator, method for producing transition metal nitride, method for producing fuel cell separator, fuel cell stack and fuel cell vehicle |
-
1984
- 1984-08-10 JP JP59168311A patent/JPS6147068A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1890353A1 (en) * | 2006-08-18 | 2008-02-20 | Nissan Motor Co., Ltd. | Transition metal nitride, fuel cell separator, method for producing transition metal nitride, method for producing fuel cell separator, fuel cell stack and fuel cell vehicle |
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