JPS62262376A

JPS62262376A - 溶融炭酸塩形燃料電池

Info

Publication number: JPS62262376A
Application number: JP61106060A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Urushibata; 広明漆畑
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1986-05-07
Filing date: 1986-05-07
Publication date: 1987-11-14

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〕この発明は、溶融炭酸塩形燃料電池に関し、特にそのク
エットシール部及びその周辺の表面処理に関するもので
ある。

〔従来の技ｆｒ〕

第３図は一般的な溶融炭酸塩形燃料電池を示す斜視図で
あり、図における（１）、　（２）はそれぞれ燃料ガス
及び酸化剤ガス供給用マニホールドである。

第４図はマニホールド（１）、　（２）を収り除いて示
す斜視図である。図において、（３）はバイポーラプレ
ー）　、（４）、（５）はバイポーラプレート（３）を
介在して形成された燃料ガス及び酸化剤ガス流路、（６
）は例えばニッケルの多孔質板による燃料側電極、＜７
）　ＩＩ′ｉ例えばＢ１１０の多孔体による酸化剤側電
極、（８）は電解質層で、例えばＬｉ　２　Ｃｏ　３や
に２ＣＯ３などの溶融炭酸塩をＬｉＡｊ０！粉末成形体
中に含浸させたものが用いられる。燃料側電極（６）と
酸化剤側電極（７）は電解質層（８）を介在して対向し
、単電池を構成している。（１９）は集電板、（１のは
上喘板、（１１）は下端板、（１２）、（１３）はそれ
ぞれバイポーラプレート（３）の対向する二辺に燃料ガ
ス流路（４）及び酸化剤ガス流路（５）に沿って設けら
れたクエントシール部であり、電池の内外を分離シール
している。

次Ｋ、この種の溶融炭酸塩形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
酸化剤ガスのもつ化学エネルギーを、電気化学的な反応
によって直接電気エネルギーに変換し、電力を得る装置
である。この電気化学反応を効率良く行わせるために、
一般には多孔質な電極が使われる。

燃料側電極および酸化剤側＠極における反応は次の通り
である。

燃料側電極Ｈ２＋　ＧＯ「−Ｈ２０＋ＣＯ２＋　２　ｅ
　　　　・・・（Ｌ）酸化剤側電極ｃｏｔ−＋−Ｈｏｚ
＋２ａ−Ｃｏ七−（２）燃料側電極では、式（１）に示
される様に燃料のＨ２は電解質中の００１−と反応し、
水とＣＯ２と電子を生成する。この電子は燃料側電極（
６）を通して外部負荷に送られた後酸化剤側電極に流れ
込む。酸化剤側電極ではこの電子とＣＯ２及び酸化剤０
２からＣｏ七を生成し、電解質中に溶解することによっ
て電池反応が進行する。

即ち、第３図及び第４図において、燃料側マニホールド
（１）から供給された燃料ガスは、燃料ガス流路（４）
Ｋ流れ込み、燃料側電極（６）の内部で式（１）に示さ
れる反応を起こす。同様に酸化剤ガスも酸化剤側マニホ
ールド（２）から酸化剤ガス流路（５）に流れ込み、式
（２）　Ｋ　Ｌ　７’ｈがって反応する。

ｗ、５図はバイポーラプレート（３）を示す斜視図であ
り、セパレーク部（１４）表面の両端に平行に、例えば
金属の平板を溶接することにより、クエットシール部（
１２）、（１３）を形成し、ガス流路内の反応ガスが外
部に漏れるのを防止している。また、クエットシール＄
　（１２）、（１３）の端部（１２ａ）　、（１３ａ）
はマニホールド（１）、（２）と接触し、やはり反応ガ
スが電池外部へ流出するのを防止している。

第６図は従来の燃料側クエットシール部（１２）及びそ
の周辺を拡大して示す斜視図である。図において、（１
５）は例えば５ＵＳ３１６Ｌ−？５Ｕ１３３１０Ｓなど
のステンレス系材による基材、　　（１６）は基材（１
５）を被覆する電気的絶縁物で、例えばＡｌｔｏｌなど
が基材（１５）にコーティングされている。この電気的
絶縁物（１６）はクエットシール部（１２）及びその周
囲の耐食性を向上し、局部電池反ＥＶζよる電解質ロス
を防止していた。また、他の耐食性を向上させるものと
して、特開昭６１−２９０７４９公報によるものが報告
されている。

〔発明が解決しようとする問題点」従来の溶融炭酸塩形燃料電池は以上のように構成されて
おり、電気的絶縁物はクエットシール部の基材に直接コ
ーティングされていた。このため、電池運転中などに温
度変化が生じた場合、基材と電気的絶縁物との熱膨張率
の差などにより両者が剥離しやすいという問題点があっ
た。また、電気的絶縁物にピンホールやクラックがあっ
た場合、基材と電気的絶縁物との界面で電解質による腐
食が起きやすく、局部電池反応により電解質を消耗する
という問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解消するためＫなされ
たもので、電気的絶縁物と基材との密着性を向上させ、
さらに電気的絶縁物におけるピンホールやクラックなど
による基材の腐食及び電解質ロスを防止できる溶融炭酸
塩形燃料電池を提供することを目的とする。

［発明を解決するための手段］この発明に係る溶融炭酸塩形燃料電池は、クエットシー
ル部として基材と電気的絶縁物との間に両者に密着性の
良い耐電解質層を介在して構成するものである。

〔作用〕

この発明における耐電解質層は、クエントシール部の基
材と電気的絶縁物の密着性を向上し、両者の剥離を防止
する。また、電気的絶縁物にピンホールやタラツクが存
在していても、電解質から基材を保護する。さらに１耐
電解質層の熱膨張率を、電気的絶縁物との熱膨張率の差
を緩和するものによって構成すれば、両者の熱膨張率の
差による剥離を防止することができる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図（ａ）は、この発明の一実施例における溶融炭酸塩形
燃料電池のバイポーラプレートにおいて、基材（１５）
　Ｋ　耐電解質層（１７）をコーティングした時のバイ
ポーラプレート（３）を示す側面図である。

この実施例では基材（１５）として例えば５ＵＳ３１６
Ｌ−？５Ｏ８３１０８などのステンレス系材が使われて
いる。また、耐電解質層（１７）の材料としては、溶融
塩に対する耐食性からＮｉ、Ａ４．Ｃｒ及びＦｅのうち
のいずれか１種による金属単体、またはＮ１−Ｃｒ、　
ＭＬ−ＡＩ％Ｎ１−Ｃｒ−Ａ７など、Ｎｉ　、　Ａｌ、
Ｃｒ及びＥ’ｓのうちの少くともいずれか１種を主成分
とする合金などがあるが、ここでは、ＡＩを使用する。

この層（１７）の厚さは０．０２〜０．２１程度とする
。次に、このバイポーラプレート（３）を還元性雰囲気
炉、例えば水素炉中で１１００〜７００℃程度で熱処理
して基材（１５）とｈｔ　（ｔ７）を合金化させる。こ
の様にして、形成した耐電解質層（１７）を被覆するよ
うに電気的絶縁物（１６）をコーティングすれば第１図
（ｂ）ニ示スパイボーラプレート（３）が得られる。電
気的絶縁物（１６）としてはＡｌＯ３、ＭｇＯ１１０３
、ＺｒＯ２、ＬｉＡｌＯ２、Ｃｒ２Ｏ５など、溶融塩に
対し耐食性のあるものが良いが、耐電解質層（１７）と
してＡＩを使っているので、ここではＡ１２０ｍを使う
ことにする。このＡｌ２Ｏ３層（１６）の厚さは、０．
０２〜０，２鱈程度とし、１１層（１７）及びＡｌ２Ｏ
３層（１６）のコーティング方法としては、溶射法、ま
たは化学的あるいは物理的蒸着法を用いている。

この実施例に示すバイポーラプレートにおいては、基材
（１５）にＡ１をコーティングした後熱処理して形成さ
れた耐電解質層（１７）は基材（１５）と合金化し、基
材（１５）の表面層１／ＣＡ４％Ｆｅ、　Ｃｒ％Ｎｉ、
などを含む合金層を形成している。この合金層は溶融炭
酸塩に対し強い耐食性を示すと共に１この上にコーティ
ングされたＡｌ２Ｏ３層（１６）と基材（１５）の熱膨
張率の中間のｉｖｌ膨張率を示し、基材（１５）とＡ４
２０３層（１６）の熱膨張率の差を緩和してＡｌ２Ｏ３
層（１６）を剥離しに＜＜シている。また、合金層（１
７）とＡｌ２Ｏ３層（１６）は、単に物理的に結合して
いるだけでなく、化学的結合も生じていると考えられる
。このため、基材（１５）とＡ７２０１層（１６）との
密着性を向上することができ、さらにＡ４２０３層（１
６）にピンホールやクラ′ツク等があっても基材（１５
）を電解質から保護することができる。

なお、耐電解質層（１７）の厚さは上記実施例に限らず
、０．０１　ｍ〜１．０　Ｍが良い。０．０１ｍ未満で
は薄すぎて、電気的絶縁物（１６）が剥離しやすく、１
、０　ａｓを越えると、コストが高くなる。特に０．０
２〜０．５　ｍがコスト及び剥離の点から望ましい。

また、電気的絶縁物（１６）の厚さは０．０１ｍ〜１．
０回であればよく、０．０１ｍ未満だと電気絶縁性が悪
く、１．０　Ｗ以上だと剥離しやすくなる。特Ｋ　０゜
０２ｗ〜０．５Ｈの厚さが望ましい。また、耐電解質層
（１７）を設ける部分は、マニホールド（１）との接触
面を含むクエットシール部の全周囲とするのが望ましい
が、一部でもよい。

また、上記実施例では、バイポーラプレート（３）のク
エットシール部（１２）　Ｋついて記したが、端板（１
０）、（１１）のクエットシール部にも適用できる。

さらｅこ、酸化剤側のクエットシール部（１３）の周囲
に適用してもよい。また、バイポーラプレート（３）の
構造が第２図に示す様にクエットシール部（１２）、（
１３）Ｋ柔軟性のあるものの場合にも適用できる。

この場合の耐電解質層は、第２図に示した斜線の部分の
全部または一部分に形成すると良い。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、電解質層を介在して対向する燃料側電極および酸化剤側
電極を有する単電池、並びに燃料側電極に対向して設け
た燃料ガス流路と酸化剤側電極に対向して設けた酸化剤
ガス流路とを分離すると共Ｋ、基材を電気的絶縁物で被
覆するクエットシール部を有して電池の内外を分離シー
ルするバイポーラプレートを交互に積層して積層体を構
成する溶融炭酸塩形燃料電池において、クエットシール
部は基材と電気的絶縁物との間に両者に密着性の良い耐
電解質層を介在して構成することにより、電気的絶縁物
と基材との剥離を防止でき、また電気的絶縁物にピンホ
ールやクランクが生じていても、耐電解質層により基材
を保護し、耐食性を向上できる溶融炭酸塩形燃料電池を
提供できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（、）はとの発明の一実施例による溶融炭酸塩形
燃料電池に係るバイポーラプレートの製造工程における
基材に耐電解質層を設けたものを示す要部拡大側面図、
第１図（ｂ）は製造後のバイポーラプレートを示す要部
拡大側面図、第２図はこの発明の他の実施例に係るバイ
ポーラプレートを示す斜視図、第３図は一般的な溶融炭
酸塩形燃料電池を概略的に示す斜視図、第４図は第３図
におけるマニホールドを取り除いて示す斜視図、第５図
は一般的な溶融炭酸塩形燃料電池に係るバイポーラプレ
ートを示す斜視図、第６図は従来のクエットシール部及
びその周囲を拡大して示す側面図である。（３）・・・バイポーラプレート、　（４）・・・燃料
ガス流路、（５）・−・酸化剤ガス流路、（６）・・・
燃料側電極、（７）・・・酸化剤側電極、（８）・・・
電解質層、　　（１２）、（１３）・・・クエットシー
ル部、（１５）・・・基材、（１６）・・・電気的絶縁
物、（１７）・・・耐電解質層。なお１図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）電解質層を介在して対向する燃料側電極及び酸化
剤側電極を有する単電池、並びに燃料側電極に対向して
設けた燃料ガス流路と酸化剤側電極に対向して設けた酸
化剤ガス流路とを分離すると共に、基材を電気的絶縁物
で被覆するウエツトシール部を有して電池の内外を分離
シールするバイポーラプレートを交互に積層して積層体
を構成する溶融炭酸塩形燃料電池において、上記ウエツ
トシール部は上記基材と上記電気的絶縁物との間に、両
者に密着性の良い耐電解質層を介在して構成したことを
特徴とする溶融炭酸塩形燃料電池。
（２）耐電解質層は基材と電気的絶縁物の熱膨張率の差
を緩和する熱膨張率を有す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。
（３）耐電解質層は、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｒ、及びＦｅのう
ちのいずれか１種による金属単体、またはＮｉ、Ａｌ、
Ｃｒ及びＦｅのうちの少くともいずれか１種を主成分と
する合金であることを特徴とす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形燃料電池。
（４）耐電解質層は、基材に接触する部分で基材と合金
化されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項な
いし第３項のいずれかに記載の溶融炭酸塩形燃料電池。
（５）耐電解質層の厚さは、０．０１ｍｍ〜１．０ｍｍ
であることを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第
４項のいずれかに記載の溶融炭酸塩形燃料電池。
（６）電気的絶縁物は、Ａｌ＿２Ｏ＿３、ＬｉＡｌＯ＿
２、ＭｇＯ、ＺｒＯ＿２、Ｙ＿２Ｏ＿３及びＣｒ＿２Ｏ
＿３のうちのいずれか１種、またはこれらのうちの少く
ともいずれか１種を主成分とする金属酸化物混合物であ
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第５項
のいずれかに記載の溶融炭酸塩形燃料電池。
（７）電気的絶縁物の厚さは、０．０１ｍｍ〜１．０ｍ
ｍであることを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし
第６項のいずれかに記載の溶融炭酸塩形燃料電池。
（８）基材は、ステンレス系材により構成されているこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第７項のい
ずれかに記載の溶融炭酸塩形燃料電池。