JPS62295357A - 溶融炭酸塩型燃料電池の電解質補給方法 - Google Patents

溶融炭酸塩型燃料電池の電解質補給方法

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JPS62295357A
JPS62295357A JP61135928A JP13592886A JPS62295357A JP S62295357 A JPS62295357 A JP S62295357A JP 61135928 A JP61135928 A JP 61135928A JP 13592886 A JP13592886 A JP 13592886A JP S62295357 A JPS62295357 A JP S62295357A
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 3、発明の詳細な説明 〔産業上の利用分野〕 本発明は、溶融炭酸塩型燃料電池に係り、特に作業が簡
単で複雑な構造を必要としない溶融炭酸塩型燃料電池の
電解質補給方法に関する。
〔発明の背景及び従来の技術〕
溶融炭酸塩型燃料電池は、第5図に示すものがある1図
において、電解質を含浸したマトリックス層1 ti#
H″L″′1°°多A’R#rsba8hM媒が付加さ
れてなる電極板(アノード電極2及びカソード電極3)
が配置され、さらに両電極板の背茄に7ノード電極2に
燃料ガスを供給する燃料ガス通路5及びカソード電極に
酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス通路6を有するセパレ
ータ4を介して積層されて単位セルを構成している。こ
れが電池の基本単位となり、単位セルが複数個積層され
て燃料電池を構成する。また、アノード電極2及びカソ
ード電極3とは位置が逆の場合もありうる。
そして、図における矢印、すなわち、24はアノード側
の燃料ガスの流れ、25はカソード側の酸化剤ガスの流
れを示している。第6図には、第5図に示す単位セルを
複数MMし、更にその図示す −る上下に押え板8及び
9を配設し、周囲にはマニホールド10が装着された電
池スタック7の断面図が示されている0図において、ア
ノード側からのガスの流れを説明する。まず、燃料ガス
は入口管11aから入口マニホールド10aに導入され
 。
ると燃料ガス通路5に進入しアノード電極2に到達する
。この燃料ガスの一部が電極と反応した後、更に同右方
向に流れて出口マニホールド10bに流出し、出口管1
1bより電池外に出る。カソード側は、流通路が7ノー
ド側と直交するように設けられているため、アノード系
統に直交して同様の流れをする。
燃料ガス等の流体が上記のような流れ作用をするもので
あるため、電解質で電池内に通流される反応ガスによっ
て電池外に持ち出され、電池内の電解質の量が漸次減ら
していく傾向がある。したがって、電解質を補給する工
夫が必要となる。
従来より電解質の補給技術としてはリン酸型燃料電池を
対象としたものが知られている。第1の例として第7図
に示すものがある。図において、電解液溜め12が各セ
パレータ4に配設されており、この電解液溜め]2に補
給キューブ13を介して図矢印方向より補給用電解液1
4を供給するようにし、凹部に形成された電解液溜め】
2の底部に配設した通気孔15を通してマトリックス層
1に常時補給するようにしたものである。
次に、第2の例としては特開昭60−151977号に
示されているものである。この方法は、燃料電池への燃
料ガスの導入管路に電解質霧化装置を並列にかつ挿脱自
在に接続し、電解質の補給時に燃料ガス導入管路内を流
れるガスの少なくとも一部を電解質霧化装置を通過させ
、該ガスとともに霧化された電解質を反応ガス通路を介
し燃料ガス?Ii極層を通してマトリックス層に補給す
るようにしたものである。
上記2つの例の他に、スタックを開放して電解質を補給
する方法が最も単純な方法として挙げられる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかして、上述した第1の例は、電解液を常時補給する
ことができるが、構造が複雑となり設計及び製造上並び
に費用等によりみて適当ではない。
上述した第2の例は、電極の細孔径がマトリックス層の
細孔径に比べ、大きく、電解質の保持性が低いため、反
応ガス流路に電解質を供給しても、電解質は、電極を透
過し、マトリックス層に保持される事を利用した良い方
法である。
しかし、木刀法を溶融炭酸塩型燃料電池に適用する場合
には、問題がある。すなわち、溶融炭酸塩型燃料電池の
電解質であるアルカリ金属炭酸塩の融点は、数百度(℃
)と高いため、補給チューブ内等で電解質が凝固するこ
とがあり、これを防止するには装置各部をヒータ等で加
熱する必要があり、装置が複雑なものとなるという欠点
があった。
そして、上述した第3の例によれば、e&池のメンテナ
ンス停止等を利用して、電解質を簡単に補給できるよう
にすれば、複雑な連続補給装置等は必要がなくなる。
ところが、従来、リン酸型燃料電池を中心に、電解質補
給方法が考えられて来たが、リン酸型燃料電池では、補
給用として考えられる中濃度の電解質は、常温でも液体
であり、運転中の性状と差がない、これに対して、アル
カリ金属炭酸塩は、常温では固形となり、リン酸型燃料
電池では採用できない様な方法が可能となる可能性があ
る。こ、1.については、従来、十分考慮されていなか
った。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、溶融炭酸塩型燃料電池の特性を生かし
て、簡単な構成により電解質補給を行うことができるf
lj、M質補給方法を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、溶融炭酸塩型燃料電池において、融点以下で
は固形の性状を示す電解質を反応ガス通路若しくは所定
の電解質溜めに装着し、その装着後セル内で融解させて
電解質をマトリックス層に浸透させて電解質を補給する
ようにしたものである。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例について説明する。
第1図は、燃料電停のメンテナンスのためにマニホール
ド10が取り外された状態を示す図である。図において
、スタック7は横置きとされている。
供給される電M、質は、 LizCOa: KzCOs=62 : 38 (wa
Q比)のアルカリ金属炭酸塩を一度700℃で溶融し、
これを凝固させた後、摺潰機にと粉砕し、最大径をほぼ
]+nn+とした粉状の電解質16である。これを図中
、下側が先細りの略円筒柱状からなるホッパ17に入れ
、反応ガス通路5に落下させるようにする。そして、ス
タック7の下側には、多数の孔18が所定の間隔で適宜
穿設されている箱19を配置し、上方より落下してくる
電解質粉16によって押圧され送出されてくる空気を逃
がす構造としている。また、′M19とスタック7の間
に配置さ九た電解質粉16の最小径よりも細かい間隔(
すなわち、llff1以下となる)を有する金網20は
、落下してきた電解質粉16が下に落ちるのを防ぐため
のものである。
第1図は、1列の反応ガス流路5に電解質粉16を落と
している状態を示しているが、1列の反応ガス通路5に
供給し終れば、ホッパ17を横にずらして、他のガス通
路5aに供給することができ、同様の方法によりすべて
のガス通路に供給することができる。
第2図には、第1図の方式により電解質粉」6を反応ガ
ス通路5に供給した後電池スタック7にマニホールド1
0を取り付け、運転状態とした図が示されている。図に
おいて、電解質粉16が溶融した後、電極の細孔径より
も細かい細孔径を有するマトリックス層1に含浸しやす
くさせるため。
反応ガス通路が各セル内の電極のすぐ上側に位置するよ
うにして電$l質粒16を反応ガス通路5に供給するよ
うにしている。換言すれば、図中、電極2の上側に反応
ガス通路5がくるようにすればよい、したがって、運転
再開の昇温時には、電解質を供給しない側の反応ガス通
路6に高温ガスを流入し加熱させる。そうすると、加熱
によって融けた電解質は、順次電極2に含浸させられて
いくため、液体状の電解質が反応ガス通路5からこぼれ
ることはない。
本実施例によれば、マトリックス層1に電解質を確実に
含浸できるが、さらに、ガス通路にきわめて容易に短時
間で電解質を供給することができる。また、電解質が固
形であるため、固形電解質の補遺の程度によって適宜、
粒の大きさを調整できるので1粒の大きさをある程度大
きくして、横置にしたスタックの反応ガス通路に落とし
た時、途中で塞ることなく、最下部に到達させられ、反
応ガス通路を電解質で満せる。
次に、第;3図には本発明の他の実施例が示されている
第315i1は、出口側のマニホールドのみを外してガ
ス通路5に電解質を装着した状態を示している。
すなわち、fft池据付位置での作業を考慮し、スタッ
ク7はたて置きとしてスタック7の分解部分を少なくし
た時の実施例である。
本実施例では、供給する電解質は棒状としている。この
電解質の成分は第1の実施例と同じであり、1度溶融し
て第4図に示すような型21に流し込み、これを冷却し
て固形枠22としたものである。棒の形状は、第4図に
示す如く、棒の両端23a、23bでの太さを変えてあ
り、ガス通路5にこれを供給した場合、捧22の太さに
対応して深さ方向に補給する電解質量を変えることがで
きるようにした。これは、棒の形状、断面積、長さを変
えることにより、ガス通路深さ方向に適宜その割合を調
整することができるようにするためである。棒状電解質
22をガス通路5に供給するには、型21をスタック7
に近づけ、棒状電解質22の一端を押せばよい。
本実施例では、第3図に示すように、水平方向の複数の
ガス通路5に電解質を同時に供給することができると共
に電池据付場所でスタック開放にかかわる作業を最少に
することができる。また、棒の形状、断面積、長さを変
えることで、ガス通路深さ方向に任意の割合に調整する
ことができる。
また、図示していないが、本発明の第3の実施例として
、固形電解質を板もしくは、断面の一部が開いた中空棒
状の補給具に組込み、該補給具を反応ガス通路に挿入し
た後、補給具から電解質を電極面に落とす方法が考えら
れる。
本実施例によれば、電解質を補給具に組込んで装着する
ため、粉末状の電解質でも反応ガス通路の奥まで装着す
ることができる。
以上のように、上述した3つの実施例では、電解質が固
形であるため、装着された状態で反応ガス通路に保持さ
れ、液体の場合の如く流れ出す半がない。
電池スタックは、反応ガス通路に電解質が装着されたま
まで復旧され、電池運転にあたって、昇温される。昇温
では、スタック温度が電解質の融点になると、電解質は
融は始める。融けた電解質が電極を透過するには、ある
程度時間を要するが、昇温時の加熱量を調整して融解量
を調整できるため、固形の電解質が一度に液体になり、
反応ガス通路からこぼれ出す事はない、電極を透過した
液状の電解質は、マトリックス層に達する。マトリ −
ツクス層の細孔径は、前述の如く電極の細孔径よりも細
かいため、ここで、保持される。すなわち、電解質の補
給が完了する。
なお、以上の実施例では、運転中の連続電解質補給装置
については、言及しなかったが、それらが設けられてい
るスタックに対しても、本発明を適用して運転中の補給
の不足、もしくは不均一を補なうものとして、固形電解
質を供給できる。
【発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば、以下のような効
果を有する。
1、常温では固体であるため、電解質を簡単に、かつ確
実に補給できる。
2、電解質を均一に、また、任意の分布に補給できろ。
3、複雑な補給系統が不要である。
4、他の電解質連続補給装置を備えるスタックに対して
も、併用できる。
等の効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の一実施例を示す断面図、第2図は、
本実施例における電解質が溶融した状態を示す断面図、
第3図は、本発明の他の実施例を示す説明図、第4図は
、第3図の電解質を棒状とする型を示す図、第5図は、
溶融炭酸塩型燃料電池の基本構成図、第6図は、スタッ
クマニホールド装着状態の断面図、第7図は、連続電解
質補給装置のセパレータ構造の断面図である。 1・・・マトリックス層、2・・・アノード電極、3・
・・カソード電極、4・・・セパレータ、5,6・・・
反応ガス通路、7・・・電池スタック、10・・・マニ
ホールド。 】6・・・粒状電解質、17・・・ホッパ、22・・・
捧状ゴエ代理人 弁理士 小川勝馬   1.・第1回 1’r−・−虹「1 ・・ノ へ0 磨2(2) b 9.1反」ヒ伊スジ汀じg(ηンードイPI)1・
・1らヒスタ・・lり 10・・・マシメも−ルド 峯30 盛40 3・−・・力”l−ド1r市し 4・・−ゼへルータ 24・・・了ノード3此Y( Z5・・・γ/−トシ、牝桟 蓼す口

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、電解質を保持するマトリックス層と、該マトリック
    ス層を境して両側に配置された一対の電極(アノード及
    びカソード電極)と、前記各電極の反マトリックス層側
    の面に対して開かれた反応ガス通路が内設されたセパレ
    ータとで単位セルを構成し、該単位セルを複数個積層し
    てなる燃料電池を両側で担持する電池スタックとを備え
    た溶融炭酸塩型燃料電池への電解質補給方法であつて、
    融点以下で固形の性状を示す上記電解質を上記反応ガス
    通路若しくは所定の電解質溜めに装着し、該装着後上記
    セル内で融解させて上記電解質を上記マトリックス層に
    浸透せしめるようにしたことを特徴とする溶融炭酸塩型
    燃料電池の電解質補給方法。 2、特許請求の範囲第1項記載の方法において、電解質
    の補給が燃料電池の停止時の電池スタックを横置きとし
    、上面に開口した反応ガス通路に該電解質を落下させて
    装着させて行われるようにしたことを特徴とする溶融炭
    酸塩型燃料電池の電解質補給方法。 3、特許請求の範囲第1項記載の方法において、電解質
    の補給が上記アノード及びカソード電極側に夫々設けら
    れた反応ガス通路のうち、該電極の上方側に該反応ガス
    通路がある系統の反応ガス通路に装着させて行われるよ
    うにしたことを特徴とする溶融炭酸塩型燃料電池の電解
    質補給方法。 4、特許請求の範囲第1項記載の方法において、電解質
    を棒状に形成し、上記電池スタックの反応ガス通路に上
    記電解質棒を挿入して電解質の補給が行われるようにし
    たことを特徴とする溶融炭酸塩型燃料電池の電解質補給
    方法。 5、特許請求の範囲第1項記載の方法において、電解質
    を板状若しくは中空棒状に形成された補給具に嵌着し、
    該補給具を上記反応ガス通路に挿入後該補給具から上記
    電解質を電極面に落下させて装着し電解質の補給をする
    ようにしたことを特徴とする溶融炭酸塩型燃料電池の電
    解質補給方法。
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