JPS62131479A

JPS62131479A - 溶融炭酸塩型燃料電池

Info

Publication number: JPS62131479A
Application number: JP60269638A
Authority: JP
Inventors: Hakaru Ogawa; 斗小川; Kenji Murata; 謙二村田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1985-11-30
Filing date: 1985-11-30
Publication date: 1987-06-13
Anticipated expiration: 2010-08-16
Also published as: JPH0777133B2

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】（発明の技術分野）本発明は、経時的な性能劣化を抑制した溶融炭酸塩型燃
料電池に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

近年、開発が進められている溶融ｔ！Ａ酸塩型燃ｔ４電
池は、アルカリ炭酸塩からなる電解質を高温下で溶融状
態にし、電極反応を起こさせるもので、リン酸型、固体
電解質型等の他の燃料電池に仕ぺ、電極反応が起こり易
く、発電熱効率が高いという利点を有する。

このような溶融炭酸塩型燃料電池で高出力の発電プラン
トを構成するには、単位電池の出力が微弱であることか
ら複数の単位電池を直列に積層して燃料電池本体を構成
し、各単位電池の加算出力を得る必要がある。このため
、通常、この種の燃料電池は次のように構成される。

すなわち、各単位電池は一対の多孔質Ｎ極板と、これら
の間に介在させた炭酸塩からなる電解質層とで構成され
る。これら単位電池は、単位電池間の電気的な接続機能
と各電極板への反応ガスの通路を提供する機能とを兼ね
備えたセパレータを介して積層される。

このように構成された燃料電池の本体の４つの側面には
、反応ガスの分配・回収機能を有するマニホールドが当
てがわれる。そして、これらマニホールドのうちの一つ
に酸化剤ガスを供給するとともに、隣接するマニホール
ドに燃料ガスを供給し、燃料電池本体内部にで両ガスを
直交する方向に通流させて電極反応に寄与させ直流出力
を得た後、それぞれの対向するマニホールドからガスを
排出する構成をとる。

各中位電池の周縁部には、両反応ガスが燃料電池本体の
内部の意図しない側へ漏洩、混入するのを防止するため
のウェットシール部が形成される。

従来、このウェットシール部は、電解質層からしみ出た
溶融炭酸塩によって形成されるが、周知のように作動温
度６００℃〜７００　’Ｃで溶融状態にある炭酸塩は腐
蝕性を有するため、上記のような溶融炭酸塩との接触部
分は、燃料電池の長期の使用によって腐蝕し、腐蝕減量
によって気密性の低下をもたらすという問題がある。気
密性が低下すると燃料ガスと酸化剤ガスとの混合が生じ
、電池性能が低下する。

このような問題はまた、マニホールドと燃料電池本体側
面との間においても生じる。つまり、両者の間には反応
ガスの漏洩を防止するためのシールを形成する必要があ
るが、従来は、このシール体としてジルコニアフェルト
に溶融炭酸塩を含浸させたものの使用が考えられていた
。したがって、マニホールドの燃料電池本体に対向する
フランジ部や、セパレータの側面四隅部分は、常にウェ
ットシールとなる溶融炭酸塩と接触した状態となるので
、前述した腐蝕が問題となるのである。

また、これに伴って生じた電子伝導性を有する腐蝕生成
物が、単位電池間あるいは単位電池とマニホールド間の
短絡を引起こしたり、イオン伝導性を有する溶融炭酸塩
を通じて単位電池間に漏洩電流が流れることによって電
解質が単位電池間にまたがって移動してしまうという問
題もあった。

（発明の目的）本発明は、このような問題に基づきなされたれもので、
シール部の腐蝕を防止して長期に亙りシール性能および
電池性能が低下することのない溶融炭酸塩型燃料電池を
提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明は、炭酸塩電解質層の両面に多孔質電極を配置し
てなる単位電池をセパレータを介して複数積層して構成
された燃料電池本体と、この燃料電池本体の各側面に当
てがわれ前記各単位電池のガス流路に反応ガスを通流さ
せるマニホールドとを備えた溶融炭酸塩型燃料電池にお
いて、溶融状態の炭酸塩と接する部分でかつ前記反応ガ
スのシールをすべき部分に、ホウ酸系ガラスと水ガラス
とを主成分とする可撓性のシール材を介在させたことを
特徴としている。

〔発明の効果〕

ホウ酸系ガラスは、燃料電池の動作温度よりも低い温度
で溶融状態になり、しかも溶融１５２＠塩を良く弾き、
溶融炭酸塩とは混じらないという性質を有している。ま
た、水ガラスは室；温状態で粘性を有している。したが
って、燃料電池のシール部は、至温状態では水ガラスに
よりシールされ、電池の作動温度では溶融状態のホウ酸
系ガラスによってウェットシールされる。この結果、シ
ール材の存在によって溶融炭酸塩がセパレータのエツジ
シール部やマニホールドのフランジ部などに直接接触す
るのを防止でき、シール部の腐蝕を防止することができ
る。

また、シール材の存在によって溶融炭酸塩がしみ出すの
を防止できるので、従来のように腐蝕生成物を通じて単
位電池間で漏洩電流が流れたり、電解質がセパレータの
エツジ部に移動したりすることがないので、電池性能の
低下も防止できる。

〔発明の実施例〕

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施例について
説明する。

第１図において、燃料電池本体１は、エンドプレート２
ａ、２ｂの間に、複数の単位電池１をセパレータ４を介
して積層して構成されている。単位電池上は、一対の多
孔質電極板５ａ、５ｂの間に電解質板６を介装してなる
ものである。電解質板６は、例えば、Ｌ　１２ＣＯ３／に２　ＣＯ３−６２／’３８　（モル
比）の混合炭酸塩粉末と、γ−リチウムアルミネートの
保持材との混合物をホットプレスして形成される。セパ
レータ４には、その両面に互いに直交する方向に延びる
複数のガス通流溝４８，４ｂが形成されている。

このように構成された燃料電池本体上の各側面には、そ
れぞれ角形環状のシール体７ａ、７ｂ。

７ｃ、７ｄを介して？　二ホールド８ａ、８ｂ。

８ｃ、８ｄが重合され、これらマニホールド８８〜８ｄ
が図示しない手段によって締付は固定されている。シー
ル体７ａ〜７ｄは、アルミナファイバーで形成されたフ
ェルトに水ガラス（ケイ酸ナトリウム）とホウ酸ガラス
粉末との混線物からなるシール材を含浸して形成される
。なお、このシール体７ａ〜７ｄは、例えばフェルトを
マニホールド８ａ〜８ｄのフランジ部に予め貼り合わせ
ておき、その後、上記のシール材を含浸して形成する。

このように構成された燃料電池を６５０″Ｃに昇温させ
、マニホールド８ａ側からマニホールド８Ｃ側へ酸化剤
ガスＰを通流させるとともに、マニホールド８ｂ側から
マニホールド８ｄ側へ燃料ガスＱを通流させ、２００時
間運転した。その後、各マニホールド８ａ〜８ｄを分解
し、そのフランジ部とセパレータ４の四隅とを調べたと
ころ、腐蝕は確認されなかった。

また、この燃料電池は２００時間運転の後も電池性能の
劣化は殆どなかった。また、燃料電池本体１の各積層位
置における開路電圧を測定したところ、積層位置におけ
る開路電圧の変化は少なく、シール中の炭酸塩を経由す
るイオン伝導性の漏洩電流は発生しなかった。

なお、比較のため、従来例と同様にジルコニアフェルト
に溶融炭酸塩を含浸したシール構造の燃料電池を構成し
、同様の実験を行なったところ、マニホールドやセパレ
ータ側端部に腐蝕や短絡が生じていた。また、積層位置
における開路電圧は、高電位側程低下しており、単位電
池当り５０ｍＶ程度の劣化を生じていた。

また、この燃料電池においては、シール体７ａ〜７ｄが
常温でも粘性を有するため、第２図中Ａに示すように、
常温の状態から良好なガスシール瀘能を発揮することが
確認された。これに対し、従来例（同図中Ｂ）では、炭
酸塩が溶融状態となる約５００℃以上にならないと、シ
ール性能が発揮されなかった。

なお、本発明は、上述した実施例に限定されるものでは
ない。上記実施例では、燃料電池本体上の側面とマニホ
ールド８ａ〜８ｄのフランジ部との間のシールに本発明
を適用したが、例えば、第３図に示すように、セパレー
タ１１．１２の周縁部のウェットシールに適用すること
もできる。

すなわち、同図（ａ）に示す例は、セパレータ１１のエ
ツジシール部に二重の溝１３ａ、１３ｂを形成し、これ
ら溝１３ａ、１３ｂに水ガラスとホウ酸系ガラス粉末と
の混練物からなるシール材１４を詰めた例である。また
、同図（ｂ）に示すものは、二重の突起１５ａ、１５ｂ
の間に上記と同様のシール材１６を詰めた例である。こ
れらの構成によれば、電解質板６とマニホールド１１゜
１２との間は常温時には水ガラスの粘性で、また作動時
には溶融状態でのホウ酸系ガラスおよび水ガラスによっ
てウェットシールが形成されるので、セパレータ４のエ
ツジ部の腐蝕を有効に防止できる。この場合、セパレー
タ４のエツジシール部にＦｅ−Ｃｒ−ＡＱ金合金用いた
り、アルミナイズ処理を施したりしておくと、さらに耐
食性能が向上する。

この実施例によれば、常温でもシール材が粘性を有して
いるので、前述した効果に加え、電解質重とセパレータ
との間の熱膨張差を吸収して電解質重の周縁部の割れを
防止できるという効果も奏する。

以上２つの実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明
は、勿論これらのものに限定されるものではない。例え
ば、前述したマニホールド８ａ〜８ｄのフランジ部シー
ルのフェルトとして、ジルコニアファイバーを用いても
良い。また、このフェルトとして、リチウム化したアル
ミナまたはジルコニアファイバーのフェル１〜やグラス
ファイバーのマットなどを用いれば、ガラス成分の均一
分散性が更に向上する。

また、シール材として、ホウ酸系ガラスに少量のケイ素
ガラス、酸化亜鉛、酸化鉛を加えたものを用いても良い
。さらには、これらの保持材としてＡｃ！、２０３　、
ＺｒＯ２，ＬｉＺｒＯ２，Ｓｉ３Ｎ４　、ＳｉＣ，Ｌｉ
Ａλ０２のｉ帷や粉末を混入させても良い。

また、本発明では、特に水ガラスの概念に低融点ガラス
をも含むものとする。また、水ガラスに少量の炭酸塩、
例えばリチウムＦ２酸塩を含ませても良い。

【図面の簡単な説明】第１図は本発明の一実施例に係る溶融炭酸塩型燃料電池
の主要部の構成を示す分解斜視図、第２図は同実施例と
従来例のシール性能を比較して示す特性図、第３図は本
発明の他の実施例に係る溶融炭酸塩型燃料電池のセパレ
ータのエツジシール部を示す断面図である。ｉ　＝・・燃料電池本体、２ａ、２ｂ・・・エンドプレ
ート、３・・・単位電池、４．１１．１２・・・セパレ
ータ、５ａ、５ｂ・・・多孔質電極、６・・・電解質板
、７ａ〜７ｄ・・・シール体、８ａ〜８ｄ・・・マニホ
ールド、１４．１６・・・シール材、Ｐ・・・酸化剤ガ
ス、Ｑ・・・燃料ガス。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）炭酸塩電解質層の両面に多孔質電極を配置してな
る単位電池をセパレータを介して複数積層して構成され
た燃料電池本体と、この燃料電池本体の各側面に当てが
われ前記各単位電池のガス流路に反応ガスを通流させる
マニホールドとを備えた溶融炭酸塩型燃料電池において
、溶融状態の炭酸塩と接する部分でかつ前記反応ガスの
シールをすべき部分に、ホウ酸系ガラスと水ガラスとを
主成分とする可撓性のシール材を介在させたことを特徴
とする溶融炭酸塩型燃料電池。
（２）前記シール材は、前記マニホールドと前記燃料電
池本体の側面との間に介挿されてい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型燃料電池。
（３）前記シール材は、前記燃料電池本体の周縁部で、
前記セパレータと前記電解質層とが接触する部分に介挿
されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の溶融炭酸塩型燃料電池。
（４）前記シール材は、溶融状態の前記ホウ酸系ガラス
および水ガラスに対する濡れ性が良く、しかも前記ホウ
酸系ガラスおよび水ガラスに溶解しない保持体を含むも
のであることを特徴とす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。
（５）前記保持体は、セラミック微粉からなるものであ
ることを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の溶融炭
酸塩型燃料電池。