JPS6247968A - 内部改質を行う溶融炭酸塩型燃料電池 - Google Patents

内部改質を行う溶融炭酸塩型燃料電池

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JPS6247968A
JPS6247968A JP60187250A JP18725085A JPS6247968A JP S6247968 A JPS6247968 A JP S6247968A JP 60187250 A JP60187250 A JP 60187250A JP 18725085 A JP18725085 A JP 18725085A JP S6247968 A JPS6247968 A JP S6247968A
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俊樹 加原
Hideo Okada
秀夫 岡田
Yoshio Iwase
岩瀬 嘉男
Koichi Mitsugi
三次 浩一
Masahito Takeuchi
将人 竹内
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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は溶融炭酸塩を電解質とし、メタンや天然ガスを
電池内部で水素リッチガスに変換して燃料とする内部改
質型燃料電池に係わり、とくに改質反応と電気化学的反
応を行うアノード室の構造に関する。
〔従来技術とその問題点〕
メタンや天然ガスを燃料電池の中で水素リッチのガスに
改質して発電する内部改質型燃料電池は、発電時に発生
する熱をそのまま改質反応に使用することができること
からエネルギー効率の高い発電方式として注目されてい
る。この型の燃料電池では、熱バランスの関係から、溶
融炭酸塩を電解質とし、650℃付近で運転されるいわ
ゆる溶融炭酸塩型燃料電池が用いられる。メタンや天然
ガスの改質はアノード室で行われるが、この反応を起こ
すための構造として、以下のような提案がなされている
。一つの方法は改質触媒をアノード室全部に充填するも
の(特公昭47−25782 )である。
他の方法は多孔質の波形材料をアノード室にいれ、セパ
レータ側の溝に改質触媒を充填するもの(特開昭58−
10374)である、前者の場合、供給するメタンや天
然ガスが完全に水素に改質されない状態でアノードに接
することおよび電池運転時に溶融炭酸塩の蒸気やアノー
ドを通してしみ出してきた溶融炭酸塩によって改質触媒
が劣化し、長時間の電池運転ができないという問題があ
った。後者の場合は前者の提案を一部改良したものであ
るが、多孔性の波形材料を使用するので、アノードに接
す・る部分では完全に改質されないガスがアノードに供
給されること、また多孔質材料を通して溶融炭酸塩が浸
透してきたり、あるいは溶融炭酸塩の蒸気がこれを通過
してきて、改質触媒を劣化させるという問題がいぜんと
して残されていた。内部改質を行う溶融炭酸液型燃料電
池を長時間運転可能にし、かつ実用化を図るためはこれ
らの問題を解決しなければならない。
〔発明の目的〕
本発明の目的は上記した従来技術の有する問題点を除去
し、長時間安定に燃料電池を運転することができる内部
改質を行う溶融炭酸塩型燃料電池を提供することにある
〔発明の概要〕
本発明の概要について説明する。本発明の特徴とすると
ころは、アノード室内を改質反応部と電気化学反応部に
仕切るとともに、各々の反応によって生成あるいは消費
される熱をより有効に利用し、かつ燃料電池の長寿命化
を図ったことである。
第1図に本発明による燃料電池の断面構造を示す。
1が溶融炭酸塩をマトリックス板に含浸させた電解質層
、2がアノード、3がカソードである。4及び5はアノ
ード室及びカソード室を形成するセパレータである。ア
ノード室6内には、波板7が配置されている。アノード
2はこの波板7によって保持される。波板7のセパレー
タ側空間にはメタンや天然ガス等の改質触媒8が充填さ
れる。第2図はこの電池の縦断面を示したものであり、
波板7の左端はセパレータから離れて連通ずる端部とな
っており、改質触媒層上で改質された水素リッチガスは
Uターンしてアノード側空間に戻ってくる。この時、改
質ガスはアノード2と接し、電気化学的反応を起こして
1発電をする。この構造では、溶融炭酸塩がアノードを
通して浸透してきても、波板7によって防止されるので
、改質触媒が劣化することはない。また、溶融炭酸塩が
蒸気になって、アノードを通過してきても改質ガスとと
もに電池外部に排出されるので問題となることはない。
また、改質反応は吸熱反応であり、電池の発電時には発
熱があるが、両者の熱バランスを考えたとき、メタンや
天然ガス等の炭化水素と水蒸気の反応はアノード室への
入口側はどおこりやすいので、ここでより多くの熱量を
必要とする。
一方、電池で発生した熱はアノード室のしターン部から
順に炭化水素と水蒸気の入口側に向かって改質ガスによ
って集められて運ばれてくる。従って、一番多く熱量を
必要とする部分に、一番多くの熱量を供給することがで
きるので、エネルギーを有効に利用することができる。
これは本発明による大きな特徴である。また、波板7を
導電性材料で作ると、セパレータとアノード間の電気的
接続をすることができ、多層積層時に外部で電気的接続
をする必要がなくなる。
本発明の他の構造は、波板7をニッケルで作り。
セパレータ4側のニッケル波板面を多孔性の凹凸を有す
る構造にするものである。第3図にこの発明の波板7′
を用いた電池の断面図を示す。波板に設ける多孔性凹凸
は、ニッケル板表面をラネーニッケル化することによっ
て容易に作ることができ、しかも改質触媒としての活性
も高いという利点がある。他の方法としては、ニッケル
板表面にニッケル粉末や中空ニッケル粉末を焼結して付
着させる方法がある。いずれの方法でも本発明の目的を
達成することができる。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の実施例について記す。
実施例(1) 電解質1として炭酸リチウムと炭酸カリウムを2対1の
モル比で混合したものを、またアノード2には気孔率約
65%のニッケル焼結板を、カソード3には酸化ニッケ
ルにリチウムをドープした焼結板を用いた。セパレータ
4,5はステンレススチール(SUS−316)を用い
て加工した。
波板7に厚さ約0.5−のステンレススチール(SUS
−316)を用いた。改質触媒8として。
アルミナ担体にニッケルを担持したものを用い、第1図
に示したような電池を組立て、メタンと水蒸気を供給し
た。スチーム・カーボン比は3に選んだ、カソード側に
空気と炭酸ガスの混合ガスを供給し、650℃で、電流
密度150 m、 A / dで連続発電した。連続発
電時の電池電圧の経時変化を第4図に記号Aで示す、比
較のために、波板を用いないで、改質触媒をアノード室
6に充填しただけのものについて、同様に連続発電した
ときの結果を第4図に記号Bで示す。
実施例(2) 実施例1で用いた波板7の厚さ約2mのニッケル板にし
、その片面にアルミニウムを蒸着し、ニッケルアルミニ
ウムの合金を作った。次にこれをアルカリ水溶液に浸漬
してアルミニウムを溶出し、表面に多孔性の凹凸を形成
した。その他は実施例(1)で示したものと同一のもの
を用いて電池を作った。この電池の連続発電性能は、第
4図に記号Aで示したものとほぼ同様であった。
〔発明の効果〕
第4図から明らかなように、本発明は電池の連続発電性
能を従来のものより大幅に向上する効果がある。この効
果は溶融炭酸塩によって改質触媒が劣化するのを防止し
たために得られたものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による溶融炭酸塩型燃料電池断面図、第
2図はその縦断面図、第3図は本発明の他の構造を有す
る溶融炭酸塩型燃料電池の断面図、第4図は本発明の電
池と従来の電池の性能を比較した図である。 1・・・電解質層、2 ・アノード、3・・・カソード
、4・・・アノード側セパレータ、5・・カソード側セ
パレータ、6・・・アノード室、7・・・波板、8・・
・改質触媒、7′・・・ニッケル製波板。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、一対のガス拡散電極の間に電解質である溶融炭酸塩
    を介在させる型の燃料電池において、アノードとセパレ
    ータ間のアノード室にアノードとセパレータを電気的に
    接続する波板を設置して、端部で連通するセパレータ側
    の空間とアノード側の空間に2分し、該セパレータ側の
    空間にメタンを主成分とする燃料ガスを水素に変換する
    改質触媒層を設け、該改質触媒層で改質された水素リッ
    チガスが連通する端部でアノード側の空間にUターンし
    て流入しアノードに接するべく構成したことを特徴とす
    る内部改質を行う溶融炭酸塩型燃料電池。 2、セパレータ側の空間に設けた水質触媒層が該空間に
    満たされた改質触媒から成ることを特徴とする特許請求
    の範囲第1項記載の内部改質を行う溶融炭酸塩型燃料電
    池。 3、アノード室に設置する波板のセパレータ側表面を多
    孔性の凹凸を有する構造にし、改質触媒を担持させるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の内部改質を
    行う溶融炭酸塩型燃料電池。 4、一対のガス拡散電極の間に電解質である溶融炭酸塩
    を介在させる型の燃料電池において、アノードとセパレ
    ータ間のアノード室にアノードとセパレータを電気的に
    接続するニッケルから成る波板を設置して、端部で連通
    するセパレータ側の空間とアノード側の空間に2分し、
    該波板のセパレータ側表面を多孔性の凹凸を有する構造
    となし、メタンを主成分とする燃料ガスが該表面上を通
    つた後、連通する端部でアノード側の空間にUターンし
    て流入しアノードに接するべく構成したことを特徴とす
    る内部改質を行う溶融炭酸塩型燃料電池。 5、ニッケルからなる波板のセパレータ側表面がラネー
    ニッケルであることを特徴とする特許請求の範囲第4項
    記載の内部改質を行う溶融炭酸塩型燃料電池。
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