JPS6324558A

JPS6324558A - 溶融炭酸塩型燃料電池用電極の製造方法

Info

Publication number: JPS6324558A
Application number: JP61168964A
Authority: JP
Inventors: Yukihiko Naka; 幸彦仲; Toshiki Omatsu; 豪紀尾松
Original assignee: Hitachi Zosen Corp; Hitachi Shipbuilding and Engineering Co Ltd
Current assignee: Kanadevia Corp
Priority date: 1986-07-16
Filing date: 1986-07-16
Publication date: 1988-02-01

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、溶融状態の炭酸塩を電解質とする溶融Ｆ′
Ａ、酸塩型燃料電池に関し、さらに詳しくは同電池にお
いて電解質板の両側に配置けられる正負一対の多孔質電
極の製造方法に関するものである。

発明の背ｍおよび従来の技術溶融炭酸塩型燃料電池は、電解質板の両側に主としてニ
ッケル系合金から成る多孔質電極をそれぞれ配置した構
造をとる。電解質板は炭酸リチウムと炭酸カリウムの溶
融状態の混合炭酸塩を微細構造のりチウムアルミネート
などの保持材に毛ｆｉｌｌ管現象によって吸着させたも
のである。

他方、溶融炭酸塩型燃料電池における電極は、ガスの透
過性をよくするために、一般にニッケル系合金粉末を焼
結して製造した板状の多孔質体から成っている。電極の
性能はその細孔の形状によって大きく影響される。すな
わち電極反応を促進するには反応側位である電極の表面
積が大きいことが必要である。そのため金属粉としては
粒径の小さいものを用いることが望ましい。ところが粒
径の小さい金属粉末を用いると、有効電橋面積が大きく
なる反面、電解質保持材に保持されていた上記炭酸塩が
毛細管現象によって電極の細孔内に吸収されてしまう。

溶融炭酸塩型燃料電池における反応は、炭酸塩、電極表
面および反応ガスの三相界面において進行するので、電
極の表面は炭酸塩に覆われている必要があるが、電極全
体にわたって炭酸塩が浸透していると、上記三相界面が
減少し、そのため電極の性能が低下し、また電極がニッ
ケル系合金多孔質体のみで構成されている場合は強度が
十分でないので、ステンレスｔＪＡｌｌの金網などによ
る補強がなされ、電池のケーシングもステンレス鋼で構
成されているが、炭酸塩が電極内に必要以上に吸収され
ると、ステンレス鋼に接触してこれを＠食させ、溶融炭
酸塩型燃料電池の寿命を著しく短くする原因となる。

一方、粒径が大きい金属粉末で電極を製作した場合には
、孔径が大きくなるため、電解質の細孔内への浸透は必
要以上には起きない。しかし、この場合には、電極の表
面積が小さいため、電極としての性能の向上は望めない
。

このように、従来の単純な構造から成る多孔質板では、
燃料電池の電極として求められる機能を十分に発揮する
ことはできなかった。また、電極材料であるニッケルは
高価な金属であり、電極材料にニッケルを大ｆｉｌに使
用することは、燃料電池のコストを上げる原因となる。

この発明は、金網の片面上に空孔率の高い多孔質層とさ
らにその上に表面積の大きい多孔質層とを形成して成る
多孔質板を製作する方法を提供し、かくして得られた多
孔質板を溶融炭酸塩型燃料電池用電極として使用するこ
とにより、電極の性能を向上させるとともに、電極のコ
スト低減を果たすことを目的としている。

発明の構成この発明による溶融炭酸塩型燃料電池用電（船の！ｌＪ
造方法は、上記の目的の達成のために、金属粉末、有機
造孔材および有機バインダーを含むスラリーと、金属粉
末および右はバインダーを含むスラリーとの二種類のス
ラリーを用意し、まず前者のスラリーを補強用金網の上
面に層状に１０持させ、ついで前者のスラリーから成る
１１持層の上面に後者のスラリーを層状に担持させ、得
られた上下二層のスラリー担持層を焼成して、下側スラ
リー担持層から空孔率の高い内側多孔質層を形成すると
ともに、上側スラリー担持層から表面積の大きい外側多
孔質層を形成することを重ねて配する、。

この発明において、有機造孔材としてはボリエヂレン、
ポリスチレン、ブイロンなどのプラスチック粉末や合成
繊維片が用いられるか、または小麦粉や木ｙＪなどの天
然石門物の粉末や天然繊維片が用いられる。

有機バインダーとしてはメヂルレルロースやポリビニル
ブチラートなどが用いられる。

また通常は金網の下面にキャリアテープを重ねて配する
。キャリアテープとしては濾紙や液吸収性のよい合成樹
脂フィルムが用いられる。

焼成は好ましくは水素気流中のような還元雰囲気で行な
われる。

この発明による電極の製造において、スラリー４Ｑ持工
程に直接使用されるスラリー担持装置は、金網を基台上
に沿って所要方向に移動させる金網牽引手段と、移動す
る金網の上面に二種類のスラリーを層状に塗布するスラ
リー塗布手段とから成る。スラリー塗布手段は、好まし
くは、金網移動方向に配列されかつ金網の上面との間に
それぞれ幅調節自在のスラリー出ロスリットを有する二
基のホッパーから成る。なお、スラリー塗布手段は上記
構造のホッパー１基から成るものでもよい。この場合、
同ホッパーにまず第１のスラリーを投入して塗布を行な
い、ついで第２のスラリーを投入して塗布を行なう。

作　　　用空孔率の高い内側多孔質層の表面に表面積の大きい外側
多孔質層を配して成る電極の有意性について説明する。

この発明の方法によって製作される電極では、電解質と
接触する外側多孔質層ｔよ、孔径が小さいため毛細管現
象により溶融炭酸塩電解質を吸収しやすくなり、電ｗｌ
質が十分に電極と接触し、電極の表面積が大きいことに
より電極反応が促進される。一方、内側多孔質層は、有
機造孔材の大きさの空孔と、金属扮末の相互間に形成さ
れる空孔との二種類の空孔を右しており、空孔率が高く
、かつ孔径が大きいために、毛細管現象による炭酸塩に
対する吸収力は小さい。そのためこの層によって電解質
の電極内への必要以上の浸透が阻止される。

また内側多孔質層の細孔は、電解質によって完全には埋
まっておらず、空孔率も高いため、電極の裏側すなわら
金網側からのガスの供給や排出といった拡散性がよい。

また一般に溶融炭酸塩型燃料′電池の場合、電極の材料
としてニッケル系合金が使用されるが、ニッケルは金属
としては高価な材料であるので、ニッケルの使用量を低
減させることが重要である。この発明の方法によれば、
同じ厚さの電（（を製作する場合、右は造花材として加
えた右橢物の体積に相当する最のニッケルの使用を省く
ことができるため、電極のコスト低減が可能である。

発明の効果この発明の方法ににれば、従来の電（Ｃでは両立させる
ことができなかっだ２つの特性、すなわち電極の表面積
が大きいことと、ガスの拡散性がよいこととを兼ね備え
、さらに電解質の必要以上の吸収を行なわない電極が容
易に得られる。また、この発明の方法によれば、高価な
電極材料の使用量を著しく減少ざＶることが可能であり
、電極のコス１−を大幅に低減づることができる。

実　　施　　例つぎに上記効果を実証Ｊるためにこの発明の実施例を挙
げる。

第１図において、スラリー担持装置は、ステンレス鋼（
ＳＵＳ３１６）％Ｊの５０メツシユの金網（１）を、こ
れの下面に重ねて配したキトリアテープ（２）とともに
、基台（３）の上面に沿って牽引モーター（４）で右方
向に一定速度で移動さける金網牽引手段と、移動する金
網（１）の上面に２種類のスラリー（Ｓ−＋　）　（Ｓ
２＞を層状に塗布するスラリー塗布手段とから成る。キ
Ａ・リアテープ（２）としては濾紙が用いられている。

スラリー塗布手段は、金網移動方向に配列された第１お
よび第２のホッパー（５）（６）から成り、これらホッ
パー（５）（６）はそれぞれスラリー塗布厚調節用の可
動壁（７）（８）を備えている。そして可動壁（７０８
）の高さを設定することによりホッパー（５０６）のス
ラリー出ロスリット（９）（１０）の幅が調節けられ、
第１ホツパー（５）のスリット（９）の幅が電極グリー
ンシー１−の内側多孔￥′ｊ層の厚さになり、また第２
ホツパ＝（６）のスリット（１０）の幅がｆｆ１ｌ−４
ｊグリーンシートの外側多孔質層の厚さになるように、
それぞれ設定されている。

上記構成のスラリー担持装置においてつぎの操作を行な
った。まず水８０７とメタノール７０ｇから成る混合溶
媒にメチルセルロース８゜０９を溶解し、得られたバイ
ンダー溶液と粒径ニッケル粉末（粒径２〜７切）２００
ｇと有機造孔材としてのポリエチレン粉末６０ｇとを、
減圧下で２４時間撹拌混合してスラリー化し、得られた
スラリー（Ｓｌ）を第１ホツパー（５）に投入した。ま
た水１５ｇとメタノール１３９から成る混合溶媒にメチ
ルセルロース１．５ｇを溶解し、得られたバインダー溶
液とニッケル粉末（粒径２〜７ｐ）１００ｇとを、減圧
下で２４時間撹拌混合してスラリー化し、（９られたス
ラリー（Ｓ２）を第２ホツパー（６）に投入した。

つぎに金網（１）とキャリアテープ（２）を基台（３）
上に沿って牽引モーター（４）で１５ｃｍ／ｍｉｎの速
度で右方向に移動させ、金網（１）の上面にスラリー（
Ｓｌ）とその上にスラリー（Ｓ２）を層状に塗布した。

こうして層状のスラリーを担持した金網（１）すなわち
グリーンシートをスラリー担持装置からはずしてスラリ
ーを乾燥ざＶた後、グリーンシートからキャリアテープ
（２）を剥離し、ついでグリーンシートを電気炉に入れ
、炉内空気を水素で置換した後、グリーンシートを水素
気流中に温度４００℃で１２時間、９００℃で１時間そ
れぞれ保持し、層状のスラリーを焼成して多孔質焼結板
を得た。

こうして得られた多孔質板は厚さＱ、５ｍｍ１空孔率７
８％のものであって、第２図に示す顕微鏡写真から明ら
かなように、補強材としての金網と、有機造孔材を含ん
だスラリー（Ｓ、）から形成されかつ有機造孔材の蒸発
後に残った大きな空孔率の空孔を持つ内側多孔質層と、
金属粉末が密に焼結して形成された大きな表面積の外側
多孔質層とから成る多孔質板であった。したがってこの
二層多孔質板は溶融炭酸塩型燃料電池用電極として好適
な構成をすものであった。

またこの厚さＱ、５ｍｍの電極の製作に使用したニッケ
ル粉末の量は、電極の表面積１００　ｃｕｉあたり９．
９ｇであった。これに対し、右改造孔材を使用せずに製
作した電極におけるニッケル粉末の使用量は１８．１ｚ
であった。したがってこの発明の方法ににればニッケル
の使用ｍは４５％減少したことになり、電極のコストの
削減に著しい効果があることがわかる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明によるスラリー担持装置を示す垂直縦
断面図、第２図はこの発明により１ｑられた多孔質板の
粒子構造を示す顕微鏡写真である。（１）・・・金網、（２）・・・キャリアテープ、（３
）・・・基台、（４）・・・牽引モーター、（５）・・
・第１ホツパー、（６）・・・第２小ツバ−１（７）（
８）・・・可動壁、（９）（１０）・・・スラリ１−１
（Ｓ＋　　）　（３２）・・・スラリー。以　　上

Claims

【特許請求の範囲】

（１）金属粉末、有機造孔材および有機バインダーを含
むスラリーと、金属粉末および有機バインダーを含むス
ラリーとの二種類のスラリーを用意し、まず前者のスラ
リーを補強用金網の上面に層状に担持させ、ついで前者
のスラリーから成る担持層の上面に後者のスラリーを層
状に担持させ、得られた上下二層のスラリー担持層を焼
成して、下側スラリー担持層から空孔率の高い内側多孔
質層を形成するとともに、上側スラリー担持層から表面
積の大きい外側多孔質層を形成することを特徴とする溶
融炭酸塩型燃料電池用電極の製造方法。
（２）有機造孔材を含むスラリーから下側スラリー担持
層を成形し、これを高温で焼成することにより、有機造
孔材を飛散させ、下側スラリー担持層から得られる内側
多孔質層の空孔率を増大させる、特許請求の範囲第１項
記載の方法。
（３）有機造孔材を含むスラリーから下側スラリー担持
層を成形し、これを高温で焼成することにより有機造孔
材を飛散させ、下側スラリー担持層から得られる内側多
孔質層の製造に必要な金属粉末の使用量を減少させる、
特許請求の範囲第１項記載の方法。
（４）有機造孔材としてポリエチレン、ポリスチレン、
ナイロンなどのプラスチック粉末や合成繊維片を用いる
か、または小麦粉や木粉などの天然有機物の粉末や天然
繊維片を用いる、特許請求の範囲第１項記載の方法。
（５）有機バインダーとしてメチルセルロースやポリビ
ニルブチラートなどを用いる、特許請求の範囲第１項記
載の方法。
（６）金網の下面にキャリアテープを重ねて配する、特
許請求の範囲第１項記載の方法。
（７）キャリアテープとして濾紙や液吸収性のよい合成
樹脂フィルムを用いる、特許請求の範囲第６項記載の方
法。
（８）焼成を還元雰囲気で行なう、特許請求の範囲第１
項記載の方法。