JPS63175346A - 燃料電池用電極の製造方法 - Google Patents

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、溶融炭酸塩型燃料電池用の板状電極の製造方
法に関する。

［従来の技術］ 燃料電池は、一般に、電極反応が遅く、大きな電流密度
で電流を取出すと電圧が降下してしまうので、電極反応
を早くするために２例えば、電極を多孔質として電極の
表面積を大きくしたり、電極表面に触媒を胆持したりし
である。

また、電極反応を早くするために、温度を高くすること
も有効なので、溶融塩や固体電解質を用いて、約６００
〜１０００℃で使用する高温燃料電池の開発も研究され
ており、この場合には、初期の電池性能を保持するため
電極のクリープ強度を高くする必要がある。

これらの燃料電池の電極の一例として９本発明の関する
溶融炭酸塩型燃料電池用の電極について説明するに、こ
の電極は微細なニッケル粉末を焼結した多孔質体であり
、電極の補強のために、従来はニッケルまたはステンレ
ス鋼の金網を裏打ちしたり、あるいは、テープ状電極の
厚さの中央部に金網を入れていた。　　゛ ［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、補強材の金網を裏打ちしたものは集電板
と金網との接触は接触点となって抵抗が大きくなる等の
欠点があり、また、薄いテープ状電極の中心部に金網を
入れることは難しく、金網の片面を他方の面とのニッケ
ル粉の最の差があるときは、焼結時に歪が発生し、ある
いは金網自体の歪によって焼結時にテープ状電極は凹凸
を生ずるようになる。

このような凹凸の発生を防止するにはテープ状電極に押
え板をのせて焼結すればよいのであるが。

押え板によって押し付けられたまま焼結が行なわれるの
で空隙率あるいは空孔径が小さくなり、所望の値が得に
くいという問題がある。

また、電極が大型化し、かつ多量生産するためには、移
動するフィルム上にドクターブレードを用いて一定厚さ
にのばしたテープ状に形成する方法が望ましいが、キャ
リアフィルム上に金網を一様に張りつけることは困難で
ある。

さらに、電極のクリープ変形を防止することを目的とし
て、ニッケルとアルミナ粉またはアルミン酸すチウム粉
の混合体を電極の形状に形成後。

焼成して、電極とする方法もあるが、この製造方法では
、ニッケル粉とアルミナ粉が直接接触するためにニッケ
ル粉同志の焼結する部分が少なくなり、電極が脆くなる
という問題がある。

［発明の目的］ 本発明は、上記のような問題点を解決すべく創案された
ものであり、金網を用いずに、クリープ強度の大きな、
耐焼結性の優れた。しかも空孔分布、空隙率を制御でき
る多孔質電極を提供することを目的とする。

［発明の概要］ 上記目的を達成するために１本発明は、燃料電池用の板
状電極を製造する方法において、電極基材となる電子伝
導物質を結合剤とで混練してスラリーとし、該スラリー
を脱泡処理したのち、移動するキャリヤフィルム上に所
要厚さにのばしてテープ状のスラリーとし、該テープ状
のスラリーを乾燥させたのち還元雰囲気中で焼成し、そ
のまま炉冷して多孔質板状体を形成し、該多孔質板状体
をセラミックスのコロイド溶液にて含侵させたのち乾燥
させ、ざらに、還元雰囲気中で加熱処理して板状電極と
し、クリープ強度の大きな、耐焼結性の優れた。しかも
空孔分布、空隙率を制御できることを要旨とする。

［作用］ 電子伝導物質であるニッケル粉、ニッケルクロム合金粉
やクロム粉を焼結して多孔質板状体とし。

この多孔質板状体電極にアルミナ等のセラミックスを含
侵させ、低温焼成することによって多孔質板状電極の空
孔分布や空隙率を制御することができ、耐クリープ性、
耐焼結性の向上効果が得られるものである。

［実施例］ 以下に本発明の実施例を添付図に基づいて説明する。

第１図は燃料電池用電極の製造工程図を示す。

まず、電極基材となる電子伝導物質であるニッケル粉（
例えば、　ｌＮＣ０社製Ｎｏ、　２８７）と結合剤であ
る水溶性アクリル樹脂と水を重量比で１００対１０対５
０の割合でボールミルにて混練し、スラリーとする。こ
のスラリーを真空容器などに入れ。

スラリー内に含まれる気泡を除去する脱泡処理をおこな
ったのち、いわゆるドクターブレード法にて、一定の速
度で移動するキャリヤーフィルム上に所要厚さにのばし
てテープ状に形成し、テープ状スラリーとする。このテ
ープ状スラリーを温度約５０％の雰囲気中で、約１６時
間放置して乾燥させる。

この乾燥テープを、１０〜３０％水素−アルゴンの還元
雰囲気中で８００〜８５０℃で約３０分間焼成したのち
、そのまま炉冷する。　この炉冷されたテープ状スラリ
ーは、ニッケル粉の多孔質体を形成する。このニッケル
粉のテープ状多孔質体を硝酸を溶媒とした約２０％濃度
のアルミナコロイド溶液に約５分間浸漬して、アルミナ
を含侵させたのち、室温にて乾燥させる。

この乾燥されたテープ状多孔質体を、ざらに。

１０〜３０％水素−アルゴン還元雰囲気中で約５００℃
まで加熱して低温焼成し、アルミナをニッケルに融着さ
せる。そのまま炉冷後、テープ状多孔質体を所定のサイ
ズに切断して製品としての電極となる。

上記において、アルミナコロイド溶液の濃度を変えるこ
とにより、テープ状多孔質体のアルミナ含浸量を制御す
ることができ、さらに、含浸処理を繰り返すことにより
、任意の含浸量に制御することができる。

また、含浸処理によってニッケル多孔質体の空隙率は減
少するため、ニッケル多孔質体の空隙率は６０〜７０％
が好ましい。

本発明の方法により製造された電極のクリープ強度試験
結果の一例を示すと、７００℃のアルゴン雰囲気中で２
００時間、　３に！ｊ／ｃｔｉの圧力で電極のクリープ
試験を行なった結果、ニッケル単体の電極では５０〜６
０％も圧縮されたものが、アルミナを３．２％含むニッ
ケルーアルミナ電極では。

圧縮変形量は２〜４％であった。

なお、電子伝導物質であるニッケル粉の代りにクロム粉
またはニッケル−２〜８％クロム合金粉を使用してもよ
く、また、セラミックスはアルミナ（Ａ１２０３）の他
に、アルミン酸リチウム（ＬｉＡｌＯ３）、酸化チタン
（ＴｉＯ２＞の酸化マグネシウム（ＭｑＯ）、チタン酸
ストロンチュウム（ＴｉＳｒＯ３）、ジルコニア（Ｚｒ
Ｏ２）のいずれか一種以上からなるものでもよく、さら
に、コロイド溶液は硝酸、炭酸、有機酸のいずれか一つ
の溶媒にて安定化されたものでもよく、上記いずれの組
合せであってもよい。

また２本発明の燃料電池用電極の製造方法は。

前述の実施例のみに限定されるものではなく１本発明の
要旨を逸脱しない範囲において２種々変更を加え得るこ
とはもちろんでおる。

［発明の効果］ 以上述べた如く１本発明の燃料電池用電極の製造方法に
よれば、下記の如く種々の優れた効果を発揮する。

１）電子伝導物質であるニッケル粉、ニッケルークロム
合金粉、クロム粉を焼結し多孔質体とし。

この多孔質体電極に、アルミナ等のセラミックスを硝酸
等でコロイド状態にして含侵させ低温焼結することによ
り、多孔質体電極の空孔分布や空隙率を制御することが
でき、耐クリープ性。

対焼結性の向上が得られる。

２）電極に金網が入れてないために、板状Ｎ極に凹凸が
生じなくなり、精度のよい板状電極が得られる。

３）電極の大型化と量産化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の燃料電池用電極の製造方法の製造工程
を示す図である。 特許出願人　　石川島播磨重工業株式会社第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）燃料電池用の板状電極を製造する方法において、電
   極基材となる電子伝導物質を結合剤とで混練してスラリ
   ーとし、該スラリーを脱泡処理したのち、移動するキャ
   リヤフィルム上に所要厚さにのばしてテープ状のスラリ
   ーとし、該テープ状のスラリーを乾燥させたのち還元雰
   囲気中で焼成し、そのまま炉冷して多孔質板状体を形成
   し、該多孔質板状体をセラミックスのコロイド溶液にて
   含浸させたのち乾燥させ、さらに、還元雰囲気中で加熱
   処理して板状電極とすることを特徴とする燃料電池用電
   極の製造方法。 ２）前記電子伝導物質は、ニッケル粉またはニッケル−
   ２〜８％クロム合金粉とクロム粉とよりなることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の燃料電池用電極の製
   造方法。 ３）前記結合剤は、アクリル系樹脂よりなることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の燃料電池用電極の製
   造方法。 ４）前記セラミックスは、アルミナ（Ａｌ＿２Ｏ＿３）
   、アルミン酸リチウム（ＬｉＡｌＯ＿２）、酸化チタン
   （ＴｉＯ＿２）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、チタン
   酸ストロンチウム（ＴｉＳｒＯ＿２）、ジルコニア（Ｚ
   ｒＯ＿２）のいずれか一種類以上からなることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の燃料電池用電極の製造
   方法。 ５）コロイド溶液は、硝酸、炭酸、有機酸のいずれか一
   つの溶媒にて安定化されたことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の燃料電池用電極の製造方法。 ６）還元雰囲気は、１０〜３０％水素−アルゴン雰囲気
   からなることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   燃料電池用電極の製造方法。