JPS63146364A - 溶融炭酸塩形燃料電池の電解質含浸方法 - Google Patents
溶融炭酸塩形燃料電池の電解質含浸方法Info
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- JPS63146364A JPS63146364A JP61291974A JP29197486A JPS63146364A JP S63146364 A JPS63146364 A JP S63146364A JP 61291974 A JP61291974 A JP 61291974A JP 29197486 A JP29197486 A JP 29197486A JP S63146364 A JPS63146364 A JP S63146364A
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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
本発明は、溶融液酸塩形燃料電池のマトリックスに電解
質を含浸させる電解質含浸方法に関する。
質を含浸させる電解質含浸方法に関する。
溶融炭酸塩形燃料電池１０は、第２図に示すように電解
質を含浸担持したマトリックス１を７ノード電極２とカ
ソード電極３とで挟持し、さらにその外側に燃料ガスの
通路となる凹状の燃料ガス室４を有するガス分離板６と
酸化剤ガスの通路となる凹状の酸化剤ガス室５を有する
ガス分離板６ａが配されて構成されている。そして燃料
ガス室４はアノード電極２に、また酸化剤ガス室５はカ
ソード電極３辷臨み、ガス分離板６．６ａは燃料ガス室
４と酸化剤ガス室５との周辺部でマトリックス１を挟持
している。なお燃料ガス室４と酸化剤ガス室５とにはそ
れぞれの電極とガス室の底面とに接触する波形状の集電
板７が配されている。 電解質は炭酸リチウム、炭酸カリウムに代表される炭酸
塩からなり、リチウムアルミネートやマグネシアなどに
代表される電解質保持材であるマトリックス１に担持さ
れており、電極反応時に必要なイオン伝導性を持ってい
る。 このような構造により燃料電池を運転時に昇温しで電解
質を溶融し、燃料ガス室４を酸化剤ガス室５とにそれぞ
れ燃料ガスと酸化剤ガスと図示しない通路を経て供給す
ることにより電池反応が起こり電気を発生する。なお、
ガス分離板６，６ａがマトリックス１を挟持している個
所は熔融した電解質が浸透し、いわゆるウェットシール
が行なわれ、反応ガスが外部に洩れるのを防止している
。 ところで、この溶融炭酸塩形燃料電池は！セルでは起電
力が１ｖ以下と小さく電力用として用いるには多数のセ
ルを積層する必要がある。しかし電解質を担持したマト
リックス１は、内部抵抗を小さくするために０．５ ＋
ｕ位の厚さに薄くしており、このため非常に割れやすい
、したがって多数のセルを積層する時にはセル自体の重
量のため電解質を担持したマトリックス１が割れるのを
避けるのは非常に困難である。 上記のような割れを防ぐため、最近セルを組込む時には
電解質の入ってないフレキシブルなマトリックスのみと
して組み、燃料電池の運転時の昇温で電解質を溶解して
マトリックスに浸み込ませる方法がとられている。 このようにして電解質をマトリックスｌに含浸担持させ
ているが、電解質が運転開始時および運転中に不足する
と電解質を担持したマトリックスのイオン伝導が悪くな
り、発電能力が低下するばかりでなく、アノード電極２
例の燃料ガス （一般的にはＬＮＧ改質ガスや石炭改質
ガス等）がカソード電８ｉｉ３側の酸化剤ガス （一般
的には空気と炭酸ガスとの混合ガス）と混合してセルの
温度を異常上昇させたり、セル特性を低下させたりして
遂にはセル、すなわち燃料電池の運転ができなくなるこ
とがある。 ところでセルスタック１に前述のように運転時の昇温に
より含浸させる電解質はあらかじめセル内に保持してお
くが、この保持する場所としてはアノード電極２および
カソード電極３に孔を設け、この孔にあらかじめ電解質
を含浸させておく方法がある。しかし電極にあまり多く
の電解質を含浸させると電極が電解質に覆われて電気化
学反応が妨げられ、セル特性が悪くなる。このためあま
り多くの電解質を電極に保持させるわけにいかない。 また、電極を厚くすることにより保持する電解質の量を
多くする手段もあるが、アノード電極２の厚みが厚くな
ると、運転温度の下で長時間運転すると電極材のクリー
プ変化が大きくなり、内部抵抗が増加するという欠点が
ある。
質を含浸担持したマトリックス１を７ノード電極２とカ
ソード電極３とで挟持し、さらにその外側に燃料ガスの
通路となる凹状の燃料ガス室４を有するガス分離板６と
酸化剤ガスの通路となる凹状の酸化剤ガス室５を有する
ガス分離板６ａが配されて構成されている。そして燃料
ガス室４はアノード電極２に、また酸化剤ガス室５はカ
ソード電極３辷臨み、ガス分離板６．６ａは燃料ガス室
４と酸化剤ガス室５との周辺部でマトリックス１を挟持
している。なお燃料ガス室４と酸化剤ガス室５とにはそ
れぞれの電極とガス室の底面とに接触する波形状の集電
板７が配されている。 電解質は炭酸リチウム、炭酸カリウムに代表される炭酸
塩からなり、リチウムアルミネートやマグネシアなどに
代表される電解質保持材であるマトリックス１に担持さ
れており、電極反応時に必要なイオン伝導性を持ってい
る。 このような構造により燃料電池を運転時に昇温しで電解
質を溶融し、燃料ガス室４を酸化剤ガス室５とにそれぞ
れ燃料ガスと酸化剤ガスと図示しない通路を経て供給す
ることにより電池反応が起こり電気を発生する。なお、
ガス分離板６，６ａがマトリックス１を挟持している個
所は熔融した電解質が浸透し、いわゆるウェットシール
が行なわれ、反応ガスが外部に洩れるのを防止している
。 ところで、この溶融炭酸塩形燃料電池は！セルでは起電
力が１ｖ以下と小さく電力用として用いるには多数のセ
ルを積層する必要がある。しかし電解質を担持したマト
リックス１は、内部抵抗を小さくするために０．５ ＋
ｕ位の厚さに薄くしており、このため非常に割れやすい
、したがって多数のセルを積層する時にはセル自体の重
量のため電解質を担持したマトリックス１が割れるのを
避けるのは非常に困難である。 上記のような割れを防ぐため、最近セルを組込む時には
電解質の入ってないフレキシブルなマトリックスのみと
して組み、燃料電池の運転時の昇温で電解質を溶解して
マトリックスに浸み込ませる方法がとられている。 このようにして電解質をマトリックスｌに含浸担持させ
ているが、電解質が運転開始時および運転中に不足する
と電解質を担持したマトリックスのイオン伝導が悪くな
り、発電能力が低下するばかりでなく、アノード電極２
例の燃料ガス （一般的にはＬＮＧ改質ガスや石炭改質
ガス等）がカソード電８ｉｉ３側の酸化剤ガス （一般
的には空気と炭酸ガスとの混合ガス）と混合してセルの
温度を異常上昇させたり、セル特性を低下させたりして
遂にはセル、すなわち燃料電池の運転ができなくなるこ
とがある。 ところでセルスタック１に前述のように運転時の昇温に
より含浸させる電解質はあらかじめセル内に保持してお
くが、この保持する場所としてはアノード電極２および
カソード電極３に孔を設け、この孔にあらかじめ電解質
を含浸させておく方法がある。しかし電極にあまり多く
の電解質を含浸させると電極が電解質に覆われて電気化
学反応が妨げられ、セル特性が悪くなる。このためあま
り多くの電解質を電極に保持させるわけにいかない。 また、電極を厚くすることにより保持する電解質の量を
多くする手段もあるが、アノード電極２の厚みが厚くな
ると、運転温度の下で長時間運転すると電極材のクリー
プ変化が大きくなり、内部抵抗が増加するという欠点が
ある。
本発明は、前述のような点に鑑みマトリックスに電解質
を運転時の昇温により十分に含浸担持させることのでき
る溶融炭酸塩形燃料電池の電解質含浸方法を提供するこ
とを目的とする。
を運転時の昇温により十分に含浸担持させることのでき
る溶融炭酸塩形燃料電池の電解質含浸方法を提供するこ
とを目的とする。
上記の目的は、本発明によれば燃料電池の組み立て前に
、前記マトリックスに前記電解質粉末をアルコールでス
ラリー状にして塗布した後乾燥させておき、電池の昇温
により溶融させてマトリックスに含浸することにより達
成される。
、前記マトリックスに前記電解質粉末をアルコールでス
ラリー状にして塗布した後乾燥させておき、電池の昇温
により溶融させてマトリックスに含浸することにより達
成される。
以下図面に基づいて本発明の実施例について説明する。
第１図は本発明の実施例によるデミ解質含浸方法に通用
される電解質を保持した溶融炭酸塩形燃料電池の断面図
である。なお第１図において第２図の従来例と同一部品
には同じ符号を付し、その説明を省略する。第１図にお
いて８は本発明によるスラリー状の電解質をマトリック
ス１上に塗布して乾燥して形成された電解質膜であり、
アノード電極２とカソード電極３とを電解質膜８を介し
てマトリックスｌを挟持させ、からにガス分離板６．６
８を配設して溶融炭酸塩形燃料電池１０を組み立てた後
、燃料電池ｌＯを運転時の昇温により電解質を溶解して
マトリックス１に含浸させる。 つぎに上記の含浸方法についてさらに詳細に説明する。 ｆ！電解質ある炭酸リチウム（ＬｉｇＣＯｓ）と炭酸カ
リウム（ＬＣＯｓ））との共晶組成（６２／３８■ｏｆ
％）の炭酸塩の微粉末をフルコールとボールミルで混
合してスラリー状の電解質とする。この場合、アルコー
ルは例えば電解質１００ｇに対しイソプロピルアルコー
ル２５ｇ、エチレングリコール５ｇの組成にしでいる。 このようにして得られたスラリー状の電解質をマトリッ
クス１上に塗布して乾燥する。乾燥は、例えば１６時間
風乾後、８５℃で４時間加熱乾燥して行なわれる。この
乾燥によりイソプロピルアルコールは揮発して電解１ｔ
Ｊ！１８を形成する。この際エチレングリコールは沸点
が高く揮発し難いので粉体状の電解質が飛散するのを防
ぐバインダとじて膜中に残存している。なお、イソプロ
ピルアルコールを加えたのは、スラリー状の電解質膜８
が均質に塗布しやすいようにするためであり、また塗布
後に乾燥してイソプロピルアルコールを揮発させたのは
エチレングリコールによるバインダ作用により膜の流動
性を抑え、膜の変形を少なくするためである。 上記のようにして電解質膜８が形成されたマトリックス
ｌを挟持して７ノード電極２とカソード電極３およびガ
ス分離板６．６８等を配設して溶融炭酸塩形燃料電池１
０を組み立てる。そして燃料電池１０を運転時の昇温に
より電解質をマトリックスｌに含浸させる。この運転の
昇温時にはまず低い温度で電解質１ＩＩＩ８に残存して
いるアルコールを藤発飛散して電解質のみとなる。つい
でマトリックスｌ中に含まれている有機バインダが温度
の上昇により蒸発し、またはカソード電極に供給してい
る空気により酸化されたりして空気とともに飛散する。 さらに温度５００℃程度になると電解質が溶融し始め、
マトリックスｌに浸み込んでいく。 なお、溶融した電解質がマトリックス１を満たすと、余
分の電解質はアノード電極２内に残り、運転中に蒸発等
により減小した電解質の不足分を補うことができる。 なお電解質粉末をスラリー状にするアルコールは、本実
施例におけるイソプロピルアルコールとエチレングリコ
ールとの組み合わせの代わりに１発ジャスいエチルアル
コール、メチルアルコール。 イソプロピルアルコールと揮発し難いエチレングリコー
ル、グリセリンなどのアルコールの組み合わせでも同じ
効果が得られる。
される電解質を保持した溶融炭酸塩形燃料電池の断面図
である。なお第１図において第２図の従来例と同一部品
には同じ符号を付し、その説明を省略する。第１図にお
いて８は本発明によるスラリー状の電解質をマトリック
ス１上に塗布して乾燥して形成された電解質膜であり、
アノード電極２とカソード電極３とを電解質膜８を介し
てマトリックスｌを挟持させ、からにガス分離板６．６
８を配設して溶融炭酸塩形燃料電池１０を組み立てた後
、燃料電池ｌＯを運転時の昇温により電解質を溶解して
マトリックス１に含浸させる。 つぎに上記の含浸方法についてさらに詳細に説明する。 ｆ！電解質ある炭酸リチウム（ＬｉｇＣＯｓ）と炭酸カ
リウム（ＬＣＯｓ））との共晶組成（６２／３８■ｏｆ
％）の炭酸塩の微粉末をフルコールとボールミルで混
合してスラリー状の電解質とする。この場合、アルコー
ルは例えば電解質１００ｇに対しイソプロピルアルコー
ル２５ｇ、エチレングリコール５ｇの組成にしでいる。 このようにして得られたスラリー状の電解質をマトリッ
クス１上に塗布して乾燥する。乾燥は、例えば１６時間
風乾後、８５℃で４時間加熱乾燥して行なわれる。この
乾燥によりイソプロピルアルコールは揮発して電解１ｔ
Ｊ！１８を形成する。この際エチレングリコールは沸点
が高く揮発し難いので粉体状の電解質が飛散するのを防
ぐバインダとじて膜中に残存している。なお、イソプロ
ピルアルコールを加えたのは、スラリー状の電解質膜８
が均質に塗布しやすいようにするためであり、また塗布
後に乾燥してイソプロピルアルコールを揮発させたのは
エチレングリコールによるバインダ作用により膜の流動
性を抑え、膜の変形を少なくするためである。 上記のようにして電解質膜８が形成されたマトリックス
ｌを挟持して７ノード電極２とカソード電極３およびガ
ス分離板６．６８等を配設して溶融炭酸塩形燃料電池１
０を組み立てる。そして燃料電池１０を運転時の昇温に
より電解質をマトリックスｌに含浸させる。この運転の
昇温時にはまず低い温度で電解質１ＩＩＩ８に残存して
いるアルコールを藤発飛散して電解質のみとなる。つい
でマトリックスｌ中に含まれている有機バインダが温度
の上昇により蒸発し、またはカソード電極に供給してい
る空気により酸化されたりして空気とともに飛散する。 さらに温度５００℃程度になると電解質が溶融し始め、
マトリックスｌに浸み込んでいく。 なお、溶融した電解質がマトリックス１を満たすと、余
分の電解質はアノード電極２内に残り、運転中に蒸発等
により減小した電解質の不足分を補うことができる。 なお電解質粉末をスラリー状にするアルコールは、本実
施例におけるイソプロピルアルコールとエチレングリコ
ールとの組み合わせの代わりに１発ジャスいエチルアル
コール、メチルアルコール。 イソプロピルアルコールと揮発し難いエチレングリコー
ル、グリセリンなどのアルコールの組み合わせでも同じ
効果が得られる。
以上の説明で明らかなように、本発明によればマトリッ
クス上にアルコールで電解質粉末をスラリー状にして塗
布し乾燥した後燃料電池を昇温しで電解質をマトリック
スに含浸させたことにより、従来の電極内に保持する電
解質量より多い電解質をマトリックス上に均一に保持で
きるので、マトリックスに十分に電解質を含浸させるこ
とができ、またウェットシール部にも電解質が行きやす
くなるので、反応ガスのシールがより確実にすることが
できる。
クス上にアルコールで電解質粉末をスラリー状にして塗
布し乾燥した後燃料電池を昇温しで電解質をマトリック
スに含浸させたことにより、従来の電極内に保持する電
解質量より多い電解質をマトリックス上に均一に保持で
きるので、マトリックスに十分に電解質を含浸させるこ
とができ、またウェットシール部にも電解質が行きやす
くなるので、反応ガスのシールがより確実にすることが
できる。
第１図は本発明の実施例による電解質含浸方法を示す溶
融炭酸塩形燃料電池の断面図、第２図は従来の溶融炭酸
塩形燃料電池の断面図である。 ｌ：マトリックス、２ニアノード電極、３：カソード電
極、４，５；ガス室、６．６ａ：ガス分離板、ｌＯ：熔
融炭酸塩形燃料電池。 第１図 第２図
融炭酸塩形燃料電池の断面図、第２図は従来の溶融炭酸
塩形燃料電池の断面図である。 ｌ：マトリックス、２ニアノード電極、３：カソード電
極、４，５；ガス室、６．６ａ：ガス分離板、ｌＯ：熔
融炭酸塩形燃料電池。 第１図 第２図
Claims (1)
- マトリックスの外に保持された電解質を燃料電池の昇温
により溶融して該マトリックスに含浸する電解質含浸方
法において、燃料電池組み立て前に前記マトリックスに
、前記電解質粉末をアルコールでスラリー状にして塗布
したことを特徴とする溶融炭酸塩形燃料電池の電解質含
浸方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61291974A JPS63146364A (ja) | 1986-12-08 | 1986-12-08 | 溶融炭酸塩形燃料電池の電解質含浸方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61291974A JPS63146364A (ja) | 1986-12-08 | 1986-12-08 | 溶融炭酸塩形燃料電池の電解質含浸方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63146364A true JPS63146364A (ja) | 1988-06-18 |
Family
ID=17775873
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61291974A Pending JPS63146364A (ja) | 1986-12-08 | 1986-12-08 | 溶融炭酸塩形燃料電池の電解質含浸方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63146364A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0689258A1 (en) * | 1994-06-23 | 1995-12-27 | International Fuel Cells Corporation | Electrolyte paste for molten carbonate fuel cells |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5691376A (en) * | 1979-11-05 | 1981-07-24 | Gen Electric | Electrolyte structure |
| JPS5871564A (ja) * | 1981-09-30 | 1983-04-28 | ユナイテツド・テクノロジ−ズ・コ−ポレイシヨン | 溶融炭酸塩燃料電池用マトリツクス材料 |
-
1986
- 1986-12-08 JP JP61291974A patent/JPS63146364A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5691376A (en) * | 1979-11-05 | 1981-07-24 | Gen Electric | Electrolyte structure |
| JPS5871564A (ja) * | 1981-09-30 | 1983-04-28 | ユナイテツド・テクノロジ−ズ・コ−ポレイシヨン | 溶融炭酸塩燃料電池用マトリツクス材料 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0689258A1 (en) * | 1994-06-23 | 1995-12-27 | International Fuel Cells Corporation | Electrolyte paste for molten carbonate fuel cells |
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