JPS63254679A - 溶融カーボネート燃料電池における含硫燃料を用いた発電法 - Google Patents
溶融カーボネート燃料電池における含硫燃料を用いた発電法Info
- Publication number
- JPS63254679A JPS63254679A JP63071718A JP7171888A JPS63254679A JP S63254679 A JPS63254679 A JP S63254679A JP 63071718 A JP63071718 A JP 63071718A JP 7171888 A JP7171888 A JP 7171888A JP S63254679 A JPS63254679 A JP S63254679A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- anode
- fuel
- volume
- water
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 91
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 14
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 14
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 title claims abstract description 14
- 238000010248 power generation Methods 0.000 title claims 2
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 title abstract description 52
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 claims abstract description 39
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 28
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 27
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 27
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 27
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 12
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims abstract description 5
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 54
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 30
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 25
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 25
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 15
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 14
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 4
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 4
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910000288 alkali metal carbonate Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 150000008041 alkali metal carbonates Chemical class 0.000 claims description 3
- RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N Dihydrogen sulfide Chemical compound S RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 31
- 229910000037 hydrogen sulfide Inorganic materials 0.000 abstract description 31
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 18
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 abstract description 13
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 4
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract description 3
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 77
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 28
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 28
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 27
- 238000005486 sulfidation Methods 0.000 description 11
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 10
- 229910002090 carbon oxide Inorganic materials 0.000 description 8
- 238000002309 gasification Methods 0.000 description 8
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 6
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 6
- 150000003568 thioethers Chemical class 0.000 description 6
- UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N Sulphide Chemical compound [S-2] UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 230000000607 poisoning effect Effects 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 3
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 3
- RYTYSMSQNNBZDP-UHFFFAOYSA-N cobalt copper Chemical compound [Co].[Cu] RYTYSMSQNNBZDP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 3
- YOCUPQPZWBBYIX-UHFFFAOYSA-N copper nickel Chemical compound [Ni].[Cu] YOCUPQPZWBBYIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 3
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 231100000572 poisoning Toxicity 0.000 description 3
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 3
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 229910001868 water Inorganic materials 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N Copper oxide Chemical compound [Cu]=O QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000005751 Copper oxide Substances 0.000 description 2
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000570 Cupronickel Inorganic materials 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 2
- 210000003850 cellular structure Anatomy 0.000 description 2
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000431 copper oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 2
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 2
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 2
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 description 2
- 238000012552 review Methods 0.000 description 2
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 2
- 150000003464 sulfur compounds Chemical class 0.000 description 2
- 241001105153 Anobiidae Species 0.000 description 1
- 235000016068 Berberis vulgaris Nutrition 0.000 description 1
- 241000335053 Beta vulgaris Species 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 description 1
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010405 anode material Substances 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002585 base Substances 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007809 chemical reaction catalyst Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003085 diluting agent Substances 0.000 description 1
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 150000008040 ionic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- VUZPPFZMUPKLLV-UHFFFAOYSA-N methane;hydrate Chemical compound C.O VUZPPFZMUPKLLV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000002524 organometallic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 239000006069 physical mixture Substances 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 1
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 1
- 238000005201 scrubbing Methods 0.000 description 1
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 1
- 238000010345 tape casting Methods 0.000 description 1
- 239000002966 varnish Substances 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/14—Fuel cells with fused electrolytes
- H01M8/141—Fuel cells with fused electrolytes the anode and the cathode being gas-permeable electrodes or electrode layers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
- H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
- H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
- H01M8/0625—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material in a modular combined reactor/fuel cell structure
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M2004/8678—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells characterised by the polarity
- H01M2004/8684—Negative electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/14—Fuel cells with fused electrolytes
- H01M2008/147—Fuel cells with molten carbonates
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2300/00—Electrolytes
- H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
- H01M2300/0048—Molten electrolytes used at high temperature
- H01M2300/0051—Carbonates
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
- Liquid Carbonaceous Fuels (AREA)
- Solid Fuels And Fuel-Associated Substances (AREA)
- Networks Using Active Elements (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)
- Polyesters Or Polycarbonates (AREA)
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
【発明の詳細な説明】
発明の分野
本発明は含硫燃料を用いる溶融カーボネート燃料電池の
安定な性能に関する。溶融カーボネート燃料電池に銅ま
たは銅合金アノードヲ用いると。
安定な性能に関する。溶融カーボネート燃料電池に銅ま
たは銅合金アノードヲ用いると。
ニッケル電極と比べてH2S含有撚料に対する許容度が
高まり、このため天然の有機炭質材料(たとえば石炭)
のガス化により得ら、れる燃料がそのまま用いられる安
定な燃料電池を得ることができる。
高まり、このため天然の有機炭質材料(たとえば石炭)
のガス化により得ら、れる燃料がそのまま用いられる安
定な燃料電池を得ることができる。
従来の技術
ガルヴァーニ酸化法により化学エネルギーを直接電気エ
ネルギーに変換するために溶確カーボネート燃料電池を
使用することは周知である。溶融カーボネート燃料電池
は一般に集電装置を備えた電極2個、カソードおよびア
ノ−851両電極との接触をもたらすアルカリ金属カー
ボネートヲ含む電解質タイル、および電池構成部品を物
理的に保持する電池ハウジングからなる。燃料電池操作
条件下で(一般に約500〜約700℃)、電解質タイ
ル全体、すなわちカーボネートおよび不活性な支持材料
、すなわちキャリヤーはR−ス)k形成し、従ってこの
型の電解質隔膜は10)ペースト電解質10)として知
られている。電解質は電極と直接に接触し、ここで3相
(ガス−電解質−′電極)反応が行われる。高温カーボ
ネート燃料電池の構造および操作の詳細については米国 特許第4,009,321号および同第4,247,6
04号明細書ならびにそこに引用される参考文献に示さ
れており、これらすべてを参考としてここに引用する。
ネルギーに変換するために溶確カーボネート燃料電池を
使用することは周知である。溶融カーボネート燃料電池
は一般に集電装置を備えた電極2個、カソードおよびア
ノ−851両電極との接触をもたらすアルカリ金属カー
ボネートヲ含む電解質タイル、および電池構成部品を物
理的に保持する電池ハウジングからなる。燃料電池操作
条件下で(一般に約500〜約700℃)、電解質タイ
ル全体、すなわちカーボネートおよび不活性な支持材料
、すなわちキャリヤーはR−ス)k形成し、従ってこの
型の電解質隔膜は10)ペースト電解質10)として知
られている。電解質は電極と直接に接触し、ここで3相
(ガス−電解質−′電極)反応が行われる。高温カーボ
ネート燃料電池の構造および操作の詳細については米国 特許第4,009,321号および同第4,247,6
04号明細書ならびにそこに引用される参考文献に示さ
れており、これらすべてを参考としてここに引用する。
溶融カーボネート燃料電池に用いられる好ましい燃料の
1つは、天然の炭質材料(たとえば石炭、シエールまた
はビート)ヲ当技術分野で周知のようにガス化すること
により得られる。主として水素、二酸化炭素および一酸
化炭素からなるガス混合物である。これらの方法により
得られるガス混合物は1通常イオウ不純物、たとえば硫
化水素を含む。ガス化生成物を燃料として用いる場合、
それらが10〜35容量チの一酸化炭素を含有するため
、この生成物を燃料電池内でシフトさせて燃料の水素含
量を高めることが望ましい。通常のニッケル系溶融カー
ボネート燃料電池アノード9についての、または追加の
水素生成のために添加されるニッケル触媒についての、
初期の一酸化炭素から水素への水−ガス−シフト触媒活
性は、含硫化学物質の存在によって急速に被毒、損なわ
れる。
1つは、天然の炭質材料(たとえば石炭、シエールまた
はビート)ヲ当技術分野で周知のようにガス化すること
により得られる。主として水素、二酸化炭素および一酸
化炭素からなるガス混合物である。これらの方法により
得られるガス混合物は1通常イオウ不純物、たとえば硫
化水素を含む。ガス化生成物を燃料として用いる場合、
それらが10〜35容量チの一酸化炭素を含有するため
、この生成物を燃料電池内でシフトさせて燃料の水素含
量を高めることが望ましい。通常のニッケル系溶融カー
ボネート燃料電池アノード9についての、または追加の
水素生成のために添加されるニッケル触媒についての、
初期の一酸化炭素から水素への水−ガス−シフト触媒活
性は、含硫化学物質の存在によって急速に被毒、損なわ
れる。
溶融カーボネート燃料電池の性能の損失は、不純な燃料
ガス、たとえば天然の有機炭質材料(たとえば石炭)の
ガス化により得られるものに存在する可能性のある硫化
物により多孔質ニッケルアノードが汚染されることによ
って起こることが知られている。たとえば10)溶融カ
ーボネート燃料電池に対するH2Sの影響10)、ロバ
ート・ジエイ・レミック、プログレス・レホート、米国
エネルギー省(U、S、 Department of
Energy) コア ) ラクト/16 DE−A
C21−83MO20212; DOE/MC/20
212−2039 (DE 86010431)(
1986年5月)を参照されたい。ニス・ダブリュー・
スミス、エッチ・アール・り/ツ、ダブりニー・エム・
フォーゲルオヨヒエス拳シェイーシマンスキー。
ガス、たとえば天然の有機炭質材料(たとえば石炭)の
ガス化により得られるものに存在する可能性のある硫化
物により多孔質ニッケルアノードが汚染されることによ
って起こることが知られている。たとえば10)溶融カ
ーボネート燃料電池に対するH2Sの影響10)、ロバ
ート・ジエイ・レミック、プログレス・レホート、米国
エネルギー省(U、S、 Department of
Energy) コア ) ラクト/16 DE−A
C21−83MO20212; DOE/MC/20
212−2039 (DE 86010431)(
1986年5月)を参照されたい。ニス・ダブリュー・
スミス、エッチ・アール・り/ツ、ダブりニー・エム・
フォーゲルオヨヒエス拳シェイーシマンスキー。
盲1溶融カーボネート燃料電池に対するイオウの影響”
(1982年5月、カナダ、モントリオール電気化学
会会議において提示された一文)には、ニツケルアノー
ビを備えた溶融カーボネート燃料電池において硫化水素
2ppm(容量)が燃料ガス中に存在すると電池の電圧
が完全に損われることを報告している。燃料ガス中にご
く少量の硫化水素が存在すると溶融カーボネート燃料電
池の性能が満足できない水準にまで低下することは、幾
つかの調査により報告されている。10)溶融カーボネ
ート燃料電池パワープラント技術の進歩u 、 DOE
/ET/15440−8 季刊テクニカル・プログレ
ス・レボ−148,米国エネルギー省用として作成。
(1982年5月、カナダ、モントリオール電気化学
会会議において提示された一文)には、ニツケルアノー
ビを備えた溶融カーボネート燃料電池において硫化水素
2ppm(容量)が燃料ガス中に存在すると電池の電圧
が完全に損われることを報告している。燃料ガス中にご
く少量の硫化水素が存在すると溶融カーボネート燃料電
池の性能が満足できない水準にまで低下することは、幾
つかの調査により報告されている。10)溶融カーボネ
ート燃料電池パワープラント技術の進歩u 、 DOE
/ET/15440−8 季刊テクニカル・プログレ
ス・レボ−148,米国エネルギー省用として作成。
コア トラクト/16DE−ACol−79ET154
40゜1983年2月;ダブリュー・エム・フォーゲル
およびニス・ダブリュー・スミス 10)溶融L1□C
O3−に2C03ノアノートゝ用H2(N1)電極K
650℃でイオウが与える影響10).ジエイ、エレク
トロケミ、ソサ、 (J、 Electrochecn
、 5oc)、 129(7)1441−45(19
82); ティー・イー−タン、ティー・ディー・フ
ラールおよびエル・ジー・マリアノフスキー、10)含
硫ガスが溶融カーボネート燃料電池に与える影褥!1.
中間報告書FM−1699、電力研究所(Electr
ic Power Re5ea−rch 工n5tit
ute)に対しガス技術研究所(Insti−tute
of Gas Technology)が作成、19
81年2月;ニー・エフーサンメルス、ニス拳ヒー・ニ
コルソンおよびピー・シー・ピー・アン10)溶融カー
ボネート燃料電池用のイオウ許容部品の開発I+。
40゜1983年2月;ダブリュー・エム・フォーゲル
およびニス・ダブリュー・スミス 10)溶融L1□C
O3−に2C03ノアノートゝ用H2(N1)電極K
650℃でイオウが与える影響10).ジエイ、エレク
トロケミ、ソサ、 (J、 Electrochecn
、 5oc)、 129(7)1441−45(19
82); ティー・イー−タン、ティー・ディー・フ
ラールおよびエル・ジー・マリアノフスキー、10)含
硫ガスが溶融カーボネート燃料電池に与える影褥!1.
中間報告書FM−1699、電力研究所(Electr
ic Power Re5ea−rch 工n5tit
ute)に対しガス技術研究所(Insti−tute
of Gas Technology)が作成、19
81年2月;ニー・エフーサンメルス、ニス拳ヒー・ニ
コルソンおよびピー・シー・ピー・アン10)溶融カー
ボネート燃料電池用のイオウ許容部品の開発I+。
ジェイ・エレクトロケミ、ソサ、 (J、 Elect
ro−chem、5oc)、127.350(1980
):ならびにティー、ディー、クラール、エル・ジー・
マリアノフスキーおよびニー・エフ・サンメルス。
ro−chem、5oc)、127.350(1980
):ならびにティー、ディー、クラール、エル・ジー・
マリアノフスキーおよびニー・エフ・サンメルス。
10)第二世代溶融カーボネート燃料電池用のイオウ許
容部品の開発10).中間報告書 FM−10)14゜
電力研究所用に対しガス技術研究所が作成。
容部品の開発10).中間報告書 FM−10)14゜
電力研究所用に対しガス技術研究所が作成。
1969年7月。金儲化金物が溶融カーボネート燃料電
池に与える影響についての総説はエル・ジー・マリアノ
フスキー I+溶融カーボネート燃料電池のイオウ許容
度の最新情報I+、高温の石炭由来ガス流における汚染
物質制御、第3年回(kンシルバニア州ワシントン、1
983年5月)において提示された報文に示されている
。金儲汚染物質を多くの通常のアノード材料について満
足すべき燃料電池の操作が維持される水準にまで十分に
除去する費用が高いため、純粋な水素ガス燃料使用の経
費は高い。
池に与える影響についての総説はエル・ジー・マリアノ
フスキー I+溶融カーボネート燃料電池のイオウ許容
度の最新情報I+、高温の石炭由来ガス流における汚染
物質制御、第3年回(kンシルバニア州ワシントン、1
983年5月)において提示された報文に示されている
。金儲汚染物質を多くの通常のアノード材料について満
足すべき燃料電池の操作が維持される水準にまで十分に
除去する費用が高いため、純粋な水素ガス燃料使用の経
費は高い。
米国特許第3,431,146号明細書は、ニッケル、
コバルトまたは鉄の燃料電極を備えた溶融カーボネート
燃料電池が、硫化水素を水素系燃料ガスに添加すること
によって少なくとも一時的な電力増加を示すことを教示
している。具体例においてこの明細書には水素系燃料ガ
スに添加された2、0容量係の硫化水素は添加された硫
化水素が1分間流れる間に出力を50%高めることが教
示されている。
コバルトまたは鉄の燃料電極を備えた溶融カーボネート
燃料電池が、硫化水素を水素系燃料ガスに添加すること
によって少なくとも一時的な電力増加を示すことを教示
している。具体例においてこの明細書には水素系燃料ガ
スに添加された2、0容量係の硫化水素は添加された硫
化水素が1分間流れる間に出力を50%高めることが教
示されている。
米国特許第4,404,267号明細書には溶融カーボ
ネート燃料電池用のアノード複合材料が教示されている
。その場合、銅またはニッケル/銅合金でめっきしたセ
ラミック粒子が多孔質アノード複合材料を形成し5その
バブル圧カバリヤー(bubble pressure
barrier) が電解質タイルに隣接しており
、その細孔はアノードの細孔よりも著しく小さく、電解
質で充填される寸法である。
ネート燃料電池用のアノード複合材料が教示されている
。その場合、銅またはニッケル/銅合金でめっきしたセ
ラミック粒子が多孔質アノード複合材料を形成し5その
バブル圧カバリヤー(bubble pressure
barrier) が電解質タイルに隣接しており
、その細孔はアノードの細孔よりも著しく小さく、電解
質で充填される寸法である。
米国特許第4,448,857号明細書にはカンード複
合材料として適した同様のめっきセラミック粒子多孔質
構造物が教示されており、米国特許第4,423,12
2号および第4,386,960号明細書には溶融カー
ボネート燃料電池用の電極に用いる同様なめっきセラミ
ック粒子多孔質構造物が教示されており、米国特許第4
,361,631号明細書にはこの種の電極の製法が教
示されている。
合材料として適した同様のめっきセラミック粒子多孔質
構造物が教示されており、米国特許第4,423,12
2号および第4,386,960号明細書には溶融カー
ボネート燃料電池用の電極に用いる同様なめっきセラミ
ック粒子多孔質構造物が教示されており、米国特許第4
,361,631号明細書にはこの種の電極の製法が教
示されている。
米国特許第4,507,262号明細書には多孔質アノ
ードの表面に付着した多孔質焼結銅ブランクプレート(
blank plate)が教示され、その場合細孔は
有機金属前駆物質の使用により金属酸化物で充填されて
、バブル圧カバリヤーを与えている。
ードの表面に付着した多孔質焼結銅ブランクプレート(
blank plate)が教示され、その場合細孔は
有機金属前駆物質の使用により金属酸化物で充填されて
、バブル圧カバリヤーを与えている。
米国特許第3,970,474号明細書には酸化銅で被
覆されたセラミック材料製の多孔質カンービを備えた電
池において、炭素質燃料から電気化学的に発電すること
が教示されている。酸化銅製の酸素電極は米国特許第2
,830,109号明細書により教示されるように燃料
電池に用いられている。
覆されたセラミック材料製の多孔質カンービを備えた電
池において、炭素質燃料から電気化学的に発電すること
が教示されている。酸化銅製の酸素電極は米国特許第2
,830,109号明細書により教示されるように燃料
電池に用いられている。
発明の要約
ニッケルまたはニッケル/クロム多孔質アノードを用い
た溶融カーボネート燃料電池の性能は。
た溶融カーボネート燃料電池の性能は。
燃料ガス中のH2Sまたはこれに類するイオウ化合物の
pm当たり少なくとも10mV低下することが見い出さ
れている。この燃料電池劣化の直接の原因は分かってい
ないが、イオウ濃度(pH28/pH2)がメルクニッ
ケルの硫化に必要なものよりも大幅に低い場合に燃料電
池の操作条件下で触媒毒作用が起こることが認められて
いる。溶融カーボネート燃料電池のアノードは他の触媒
反応ときわめて異なった特異な環境で作動するので、イ
オウによる毒作用を予想することはできない。活性な水
−ガス−シフト触媒(water−gas−shift
catalyst)を含む本発明の溶融カーボネート
燃料電池アノード9は、約10pInまでのH2Sを含
む・燃料を用いる場合、それらの水−ガス−シフト触媒
活性の実質的割合を維持する。約10〜100重景チの
銅を含む多孔質アノードを用いる本発明方法は、炭素質
材料(たとえば石炭)のガス化によって直接に得られた
。−酸化炭素および約1010)10)1までのH2S
を含有する燃料が作動中の溶融カーボネート燃料電池の
多孔質アノードにおける現場での水−ガス−シフトおよ
び電気化学反応を受けるのを可能にする。
pm当たり少なくとも10mV低下することが見い出さ
れている。この燃料電池劣化の直接の原因は分かってい
ないが、イオウ濃度(pH28/pH2)がメルクニッ
ケルの硫化に必要なものよりも大幅に低い場合に燃料電
池の操作条件下で触媒毒作用が起こることが認められて
いる。溶融カーボネート燃料電池のアノードは他の触媒
反応ときわめて異なった特異な環境で作動するので、イ
オウによる毒作用を予想することはできない。活性な水
−ガス−シフト触媒(water−gas−shift
catalyst)を含む本発明の溶融カーボネート
燃料電池アノード9は、約10pInまでのH2Sを含
む・燃料を用いる場合、それらの水−ガス−シフト触媒
活性の実質的割合を維持する。約10〜100重景チの
銅を含む多孔質アノードを用いる本発明方法は、炭素質
材料(たとえば石炭)のガス化によって直接に得られた
。−酸化炭素および約1010)10)1までのH2S
を含有する燃料が作動中の溶融カーボネート燃料電池の
多孔質アノードにおける現場での水−ガス−シフトおよ
び電気化学反応を受けるのを可能にする。
本発明の目的は、天然炭素質材料のガス化(たとえば石
炭のガス化)により得られる燃料ガス混合物をそのまま
使用して溶融カーボネート燃料電池を操作するための改
良法を提供することである。
炭のガス化)により得られる燃料ガス混合物をそのまま
使用して溶融カーボネート燃料電池を操作するための改
良法を提供することである。
本発明の他の目的は、−酸化炭素含量約10〜約35容
量チの燃料ガスを用いて溶融カーボネート燃料電池を操
作する方法を提供することである。
量チの燃料ガスを用いて溶融カーボネート燃料電池を操
作する方法を提供することである。
本発明のさらに他の目的は、燃料ガス混合物中に存在す
る一酸化炭素の実質的部分が約10p1”(容量)まで
の硫化水素の存在下で燃料電池内において内部水−ガス
−シフト反応により追加の水素に転化される。溶融カー
ボネート・燃料電池の操作法を提供することである。
る一酸化炭素の実質的部分が約10p1”(容量)まで
の硫化水素の存在下で燃料電池内において内部水−ガス
−シフト反応により追加の水素に転化される。溶融カー
ボネート・燃料電池の操作法を提供することである。
本発明のさらに他の目的は、燃料ガス中約10p−まで
のH2Sの存在下で、銅、銅−ニッケル、銅−コバルト
、およびそれらの混合物からなる多孔質金属アノードを
用いることによる。溶融カーボネート燃料電池の安定な
操作法を提供することである。
のH2Sの存在下で、銅、銅−ニッケル、銅−コバルト
、およびそれらの混合物からなる多孔質金属アノードを
用いることによる。溶融カーボネート燃料電池の安定な
操作法を提供することである。
本発明の他の目的は、溶融カーボネート燃料電池におい
て約xoppmまでのH2Sの存在下で燃料の水素を増
加させるための内部水−ガス−シフト反応法を提供する
ことである。
て約xoppmまでのH2Sの存在下で燃料の水素を増
加させるための内部水−ガス−シフト反応法を提供する
ことである。
これらの目的は銅、銅−ニッケル、銅−コバルトおよび
それらの混合物からなる多孔質金属アノード9を用いる
ことによって達成される。
それらの混合物からなる多孔質金属アノード9を用いる
ことによって達成される。
石炭ガス化/溶融カーボネート燃料電池による発電装置
は、汚染物質制御のために現在必要とされる煙道ガスス
クラビングを含む通常の石炭だき発電所よりも高いエネ
ルギー変換効率を与え、かつ重大な汚染物質の放出がよ
り低い。しかしごく低い濃度の硫化水素が燃料ガス中に
存在しても。
は、汚染物質制御のために現在必要とされる煙道ガスス
クラビングを含む通常の石炭だき発電所よりも高いエネ
ルギー変換効率を与え、かつ重大な汚染物質の放出がよ
り低い。しかしごく低い濃度の硫化水素が燃料ガス中に
存在しても。
燃料電池の性能は実質的に低下する。本発明者らは90
wlo Ni −10w10 Cr 7ノービを
用いる溶融カーボネート燃料電池の性能が燃料ガス中の
H2Sの卑当たり少なくとも約10mV低下することを
認めた。
wlo Ni −10w10 Cr 7ノービを
用いる溶融カーボネート燃料電池の性能が燃料ガス中の
H2Sの卑当たり少なくとも約10mV低下することを
認めた。
溶融カーボネート燃料電池の操作温度は石炭のガス化装
置により産生される粗製燃料ガスの温度に相当するので
、ガス化装置から製造されたガスをそのまま使用するの
は魅力がある。この種の燃料ガスは一般に水素、−酸化
炭素、可変量のメタンその他の炭化水素、ならびに稀釈
成分、たとえば二酸化炭素、水および窒素を含有する。
置により産生される粗製燃料ガスの温度に相当するので
、ガス化装置から製造されたガスをそのまま使用するの
は魅力がある。この種の燃料ガスは一般に水素、−酸化
炭素、可変量のメタンその他の炭化水素、ならびに稀釈
成分、たとえば二酸化炭素、水および窒素を含有する。
水素は溶融カーボネート燃料電池のアノード反応帯域に
おいて有効な燃料である。さらに、燃料ガス中の一酸化
炭素および炭化水素も、燃料電池内で追加量の水素に変
換されることによって、電気に変換される。溶融カーボ
ネート燃料電池のアノード金属で水−ガス−シフト反応
が行われることは、天然炭素質材料に由来する燃料ガス
を用いる場合。
おいて有効な燃料である。さらに、燃料ガス中の一酸化
炭素および炭化水素も、燃料電池内で追加量の水素に変
換されることによって、電気に変換される。溶融カーボ
ネート燃料電池のアノード金属で水−ガス−シフト反応
が行われることは、天然炭素質材料に由来する燃料ガス
を用いる場合。
きわめて重要である。石炭に由来する燃料ガスの化学エ
ネルギー含量の50%までが一酸化炭素の形であると思
われるからである。−酸化炭素を含有する燃料を溶融カ
ーボネート燃料電池に用いる場合、水−ガス−シフト反
応が行われることは燃料電池の性能物性および操作電圧
を維持するために必要である。きわめて望ましいのは、
水−ガス−シフト反応が現場で、作動中の溶融カーボネ
ート燃料電池のアノ−ど帯域において、アノード金属を
水−ガス−シフト反応触媒として用いて行われることで
ある。
ネルギー含量の50%までが一酸化炭素の形であると思
われるからである。−酸化炭素を含有する燃料を溶融カ
ーボネート燃料電池に用いる場合、水−ガス−シフト反
応が行われることは燃料電池の性能物性および操作電圧
を維持するために必要である。きわめて望ましいのは、
水−ガス−シフト反応が現場で、作動中の溶融カーボネ
ート燃料電池のアノ−ど帯域において、アノード金属を
水−ガス−シフト反応触媒として用いて行われることで
ある。
30チ以下という低い燃料ガス利用率においては、水−
ガス−シフト反応が平衡状態にある電池と水−ガス−シ
フト反応がない電池との差は10mV以下であることは
、一般的な低Btu石炭由来の燃料ガスを用いて計算す
ることができる。しかし燃料ガス利用率が64%に近づ
くのに伴って(水素利用率100%、および−酸化炭素
利用率ゼロに相当)、水−ガス−シフト反応が被毒、損
なわれている電池の電圧は、水−ガス−シフト反応が平
衡状態で持続している電池と比較して、急速に低下する
。燃料ガス利用率60チにおいて。
ガス−シフト反応が平衡状態にある電池と水−ガス−シ
フト反応がない電池との差は10mV以下であることは
、一般的な低Btu石炭由来の燃料ガスを用いて計算す
ることができる。しかし燃料ガス利用率が64%に近づ
くのに伴って(水素利用率100%、および−酸化炭素
利用率ゼロに相当)、水−ガス−シフト反応が被毒、損
なわれている電池の電圧は、水−ガス−シフト反応が平
衡状態で持続している電池と比較して、急速に低下する
。燃料ガス利用率60チにおいて。
水−ガス−シフト反応を伴わない電池からのアノード排
出物中の水素は1.18%であり、一方水一ガスーシフ
ト反応が進行している電池においては燃料ガス混合物中
に存在する一酸化炭素から生じる追加の水素のため、排
出ガスの水素含量は5f14チに維持される。これらの
計算は刊行物llH2Sが溶融カーボン燃料電池に与え
る影響I+ (アール。
出物中の水素は1.18%であり、一方水一ガスーシフ
ト反応が進行している電池においては燃料ガス混合物中
に存在する一酸化炭素から生じる追加の水素のため、排
出ガスの水素含量は5f14チに維持される。これらの
計算は刊行物llH2Sが溶融カーボン燃料電池に与え
る影響I+ (アール。
ジェイ、レミックおよびジー、エル、アンダーソン)中
に説明されている。これはコントラクト16 DE−A
C21−83MC20212において、ガス技術研究所
により米国エネルギー省、化石エネルギー局に対しなさ
れた研究である(1985年。
に説明されている。これはコントラクト16 DE−A
C21−83MC20212において、ガス技術研究所
により米国エネルギー省、化石エネルギー局に対しなさ
れた研究である(1985年。
1月)。溶融カーボネート燃料電池の多孔質アノードの
金属、または多孔質アノードにおける別個の触媒物質が
、現場シフト触媒(in 5itue 5hiftca
talyst) として用いられる。
金属、または多孔質アノードにおける別個の触媒物質が
、現場シフト触媒(in 5itue 5hiftca
talyst) として用いられる。
多孔質ニッケルアノードを用いた溶融カーボネート燃料
電池はメルク金属の硫化、たとえば2 H2S +3
N i→N i 3 S 2 + 2 H2に必要なも
のよりも大幅に低い燃料ガス硫化水素濃度(pH23/
pH2)において、電力の損失および触媒毒作用を示す
。
電池はメルク金属の硫化、たとえば2 H2S +3
N i→N i 3 S 2 + 2 H2に必要なも
のよりも大幅に低い燃料ガス硫化水素濃度(pH23/
pH2)において、電力の損失および触媒毒作用を示す
。
従って、より低いイオウ濃度(pH2S/pH2)にお
いて起こる表面硫化物の生成、または金属表面における
イオウの吸収が触媒毒作用の原因であると考えられる。
いて起こる表面硫化物の生成、または金属表面における
イオウの吸収が触媒毒作用の原因であると考えられる。
アノ−どの還元条件下では、他のガス状イオム化合物も
H2Sと同様な挙動を示す。
H2Sと同様な挙動を示す。
表面硫化物の安定性はバルク硫化物よりも著しく大ぎい
。これは表面硫化物を形成するために要求されるpH2
S/pH2の比率がバルク硫化物を形成するために要求
される比率よりも著しく低いことを意味する。(触媒の
進歩、31巻、ディー・ディー・イーライ、ヘルマン・
パイ/ズおよびポール・ビー・ワイツ編、アカデミツク
・プレス。
。これは表面硫化物を形成するために要求されるpH2
S/pH2の比率がバルク硫化物を形成するために要求
される比率よりも著しく低いことを意味する。(触媒の
進歩、31巻、ディー・ディー・イーライ、ヘルマン・
パイ/ズおよびポール・ビー・ワイツ編、アカデミツク
・プレス。
1982年、イオウによる金属毒作用、シー・エッチ・
バルソロメウ、ピー・ケー・アグローワルおよびジエイ
・アール・カッフェル。166−170頁)。これらの
文献には、ニッケルのノζルク硫化および表面硫化はそ
れぞれ銅の場合よりも容易に進行することが示されてい
る。約650℃。
バルソロメウ、ピー・ケー・アグローワルおよびジエイ
・アール・カッフェル。166−170頁)。これらの
文献には、ニッケルのノζルク硫化および表面硫化はそ
れぞれ銅の場合よりも容易に進行することが示されてい
る。約650℃。
すなわち溶融カーボネート燃料電池の操作温度における
硫化反応中の自由エネルギー変化の比較を以下に示す。
硫化反応中の自由エネルギー変化の比較を以下に示す。
銅 −50−90
ニツケル −80−160
それぞれの場合1表面硫化はバルク硫化よりも容易に起
こる。上記の自由エネルギーの変化に基づけば、ニッケ
ルのメルク硫化は銅の表面硫化が起こるのとほぼ同濃度
のH2Sにおいて起こると思われる。
こる。上記の自由エネルギーの変化に基づけば、ニッケ
ルのメルク硫化は銅の表面硫化が起こるのとほぼ同濃度
のH2Sにおいて起こると思われる。
溶融カーボネート燃料電池の操作条件下でアノーヒ表面
における表面硫化物生成の自由エネルギーが低下すると
、硫化水素または他のガス状イオウ化合物が存在する場
合のアノードの分極が少なくなる。銅を含有するアノー
ドを用いると、ニッケル表面硫化物よりも安定性が約9
200倍低い硫化物を形成する銅アノード表面が得られ
る。従ってニッケルアノードと比較して銅アノード上に
同様な硫化物表面付着量を生じるためには、燃料ガスに
おいて約9200倍の濃度(pH28/1)H2)が要
求される。たとえばニッケル表面硫化についてf’)
(1)H2S/I)H2)が0.010)ain H2
Sである条件下で。
における表面硫化物生成の自由エネルギーが低下すると
、硫化水素または他のガス状イオウ化合物が存在する場
合のアノードの分極が少なくなる。銅を含有するアノー
ドを用いると、ニッケル表面硫化物よりも安定性が約9
200倍低い硫化物を形成する銅アノード表面が得られ
る。従ってニッケルアノードと比較して銅アノード上に
同様な硫化物表面付着量を生じるためには、燃料ガスに
おいて約9200倍の濃度(pH28/1)H2)が要
求される。たとえばニッケル表面硫化についてf’)
(1)H2S/I)H2)が0.010)ain H2
Sである条件下で。
銅表面硫化についての(pH2S/pH2)は92咽H
2Sのオーダーである。本発明者らは、イオウ不含の燃
料ガスを用いた溶融カーボネート燃料電池の操作に際し
ては、銅アノードは電気化学的にニッケルアノードと類
似することを認めた。
2Sのオーダーである。本発明者らは、イオウ不含の燃
料ガスを用いた溶融カーボネート燃料電池の操作に際し
ては、銅アノードは電気化学的にニッケルアノードと類
似することを認めた。
電気化学反応のための、および−酸化炭素の内部水−ガ
ス−シフトのための触媒として機能する多孔質金属製の
溶融カーボネート燃料電池用アノ−ビは、好ましくはニ
ッケルー銅またはコバルト−銅、銅、およびそれらの混
合物である効率的な水−ガス−シフト触媒の合金、物理
的混合物、被膜などからなることができる。本発明のア
ノードは約10〜100重量%の金属銅からなる。好ま
しくはアノード金属は約40〜約80重量%の割合が銅
であり、残部は実質的にニッケル、銅またはそれらの混
合物である。10)残部は実質的に10)という用語は
1本発明のアノード9がより少量の他の添加物、たとえ
ば安定剤であるクロムまたはジルコニウム(たとえば米
国特許第4,247,604号明細書により教示される
もの)およびアルミニウムをも含有しうろことを意味°
する。この種の金属からなる溶融カーボネート燃料電池
用アノード9の電気化学的特性は満足すべき状態を維持
する。純粋な銅製のアノード9は電気化学的観点からみ
て満足すべきものであり、−酸化炭素から水素への変換
がより多量に行われる。
ス−シフトのための触媒として機能する多孔質金属製の
溶融カーボネート燃料電池用アノ−ビは、好ましくはニ
ッケルー銅またはコバルト−銅、銅、およびそれらの混
合物である効率的な水−ガス−シフト触媒の合金、物理
的混合物、被膜などからなることができる。本発明のア
ノードは約10〜100重量%の金属銅からなる。好ま
しくはアノード金属は約40〜約80重量%の割合が銅
であり、残部は実質的にニッケル、銅またはそれらの混
合物である。10)残部は実質的に10)という用語は
1本発明のアノード9がより少量の他の添加物、たとえ
ば安定剤であるクロムまたはジルコニウム(たとえば米
国特許第4,247,604号明細書により教示される
もの)およびアルミニウムをも含有しうろことを意味°
する。この種の金属からなる溶融カーボネート燃料電池
用アノード9の電気化学的特性は満足すべき状態を維持
する。純粋な銅製のアノード9は電気化学的観点からみ
て満足すべきものであり、−酸化炭素から水素への変換
がより多量に行われる。
好ましくは約40〜約80重量%の銅がニッケルもしく
はコバルトと混合もしくは合金しているか、または多孔
質アノードの有効表面に取込まれており、残部は実質的
にニッケル、コバルトおよびそれらの混合物よりなる群
から選ばれる金属である場合、溶融カーボネート燃料電
池は一酸化炭素および硫化水素を含有する燃料ガスを用
いて操作することができ、ニッケルまたはコバルトアノ
ード9材料が触媒として機能して、アノード帯域で続行
する。現場での水−ガス−シフト反応が実質的に維持さ
れる。硫化水素を含有する燃料を用いる溶融カーボネー
ト燃料電池の有効多孔質金属アノード9に、より活性な
水−ガス−シフト触媒(好ましくはニッケル)と共に銅
を用いると1表面硫化物形成の自由エネルギーが低下し
、硫化水素または金儲化合物によるアノード分極がより
少なくなる。−酸化炭素および硫化水素を含有する燃料
について操作する除に1本発明による溶融カーボネート
燃料電池は燃料ガス中に一般に10〜35容量チの量含
有される一酸化炭素を現場で実質的に水素に変換し、こ
れにより追加の水素が燃料ガスに供給され、十分な操作
水準の電池電圧が得られる。本発明による溶融カーボネ
ート燃料電池操作法によれば、燃料ガス中の実質量の一
酸化炭素を追加の水素に変換するために、700℃以下
。
はコバルトと混合もしくは合金しているか、または多孔
質アノードの有効表面に取込まれており、残部は実質的
にニッケル、コバルトおよびそれらの混合物よりなる群
から選ばれる金属である場合、溶融カーボネート燃料電
池は一酸化炭素および硫化水素を含有する燃料ガスを用
いて操作することができ、ニッケルまたはコバルトアノ
ード9材料が触媒として機能して、アノード帯域で続行
する。現場での水−ガス−シフト反応が実質的に維持さ
れる。硫化水素を含有する燃料を用いる溶融カーボネー
ト燃料電池の有効多孔質金属アノード9に、より活性な
水−ガス−シフト触媒(好ましくはニッケル)と共に銅
を用いると1表面硫化物形成の自由エネルギーが低下し
、硫化水素または金儲化合物によるアノード分極がより
少なくなる。−酸化炭素および硫化水素を含有する燃料
について操作する除に1本発明による溶融カーボネート
燃料電池は燃料ガス中に一般に10〜35容量チの量含
有される一酸化炭素を現場で実質的に水素に変換し、こ
れにより追加の水素が燃料ガスに供給され、十分な操作
水準の電池電圧が得られる。本発明による溶融カーボネ
ート燃料電池操作法によれば、燃料ガス中の実質量の一
酸化炭素を追加の水素に変換するために、700℃以下
。
好ましくは約500−F1650℃において電池を操作
することができる。一般にi化水索が存在しない場合に
達成される25容量係以上、好ましくは50容量係以上
という水−ガス−シフト反応による追加水素の平衡生成
が、燃料ガス中に硫化水素5〜10plXl(容量)ま
での硫化水素が存在する際にも維持される。水素が・燃
料電池の電気化学反応により消費されて水蒸気を生成す
るのに伴って。
することができる。一般にi化水索が存在しない場合に
達成される25容量係以上、好ましくは50容量係以上
という水−ガス−シフト反応による追加水素の平衡生成
が、燃料ガス中に硫化水素5〜10plXl(容量)ま
での硫化水素が存在する際にも維持される。水素が・燃
料電池の電気化学反応により消費されて水蒸気を生成す
るのに伴って。
アノード9自体の表面または内部で起こる水−ガス−シ
フト反応によって反応に追加の水素が供給され、その結
果石炭のガス化により得られるガス中に存在する量の一
酸化炭素を含有する燃料を用いて、105〜10)5%
に及ぶ水素利用率が燃料電池によって達成される。
フト反応によって反応に追加の水素が供給され、その結
果石炭のガス化により得られるガス中に存在する量の一
酸化炭素を含有する燃料を用いて、105〜10)5%
に及ぶ水素利用率が燃料電池によって達成される。
溶融カーボネート燃料電池の場合アノード9における通
常の気相滞留時間は一般に約1秒間であるが1本発明者
らはアノードにおける気相滞留時間を約2秒間以上に高
めるのが望ましいことを見出した。好ましくは本発明方
法において目的とする追加水素を生成するのに十分な水
−ガス−シフト反応時間を得るためには、アノード9に
おける気相滞留時間は約2〜約4秒間である。本発明の
方法によれば、約1〜約10兜、好ましくは約1〜約5
pp(容量)の硫化水素を含有する燃料ガスを用いた場
合、アノード帯域において目的とする一酸化炭素から追
加水素への水−ガスーシ7ト反応による変換が得られる
。
常の気相滞留時間は一般に約1秒間であるが1本発明者
らはアノードにおける気相滞留時間を約2秒間以上に高
めるのが望ましいことを見出した。好ましくは本発明方
法において目的とする追加水素を生成するのに十分な水
−ガス−シフト反応時間を得るためには、アノード9に
おける気相滞留時間は約2〜約4秒間である。本発明の
方法によれば、約1〜約10兜、好ましくは約1〜約5
pp(容量)の硫化水素を含有する燃料ガスを用いた場
合、アノード帯域において目的とする一酸化炭素から追
加水素への水−ガスーシ7ト反応による変換が得られる
。
本発明の方法に用いられる適切なアノードは米 ′
国特許第4,247,604号明細書に教示される方法
により、テープキャスティング層を用い、続いて焼結す
る既知の方法により、また粉末冶金法により製造するこ
とができる。米国特許 第4,009,321号および同第4,247,604
号明細書により教示される他の燃料電池部品および他の
操作法が1本発明により考慮される燃料電池および方法
に適している。
国特許第4,247,604号明細書に教示される方法
により、テープキャスティング層を用い、続いて焼結す
る既知の方法により、また粉末冶金法により製造するこ
とができる。米国特許 第4,009,321号および同第4,247,604
号明細書により教示される他の燃料電池部品および他の
操作法が1本発明により考慮される燃料電池および方法
に適している。
本発明による好ましく・態様にお(・では、水素、約2
0〜25容量チの一酸化炭素、および約4〜6ppのH
2Sからなる燃料ガスを、約50重量%の銅を含有し、
残部が実質的にニッケルからなる多孔質アノードに導通
ずることによって、溶融アルカリ金属カーボネート燃料
電池を操作することができろ。アノードは多孔質電極製
造技術の分野で知られている粉末冶金および焼結法によ
り銅およびニッケルの粉末を物理的に混合することによ
って製造される。この燃料電池は約650℃で操作され
、燃料ガスはアノード帯域で約3秒間の滞留時間をもつ
。この電池は長期間にわたって、著しいアノード分極な
しに操作することができ、一方ではH2Sが存在しない
場合と同様に約25容量チを越えるCOからH2への水
−ガス−シフト平衡変換率が得られる。
0〜25容量チの一酸化炭素、および約4〜6ppのH
2Sからなる燃料ガスを、約50重量%の銅を含有し、
残部が実質的にニッケルからなる多孔質アノードに導通
ずることによって、溶融アルカリ金属カーボネート燃料
電池を操作することができろ。アノードは多孔質電極製
造技術の分野で知られている粉末冶金および焼結法によ
り銅およびニッケルの粉末を物理的に混合することによ
って製造される。この燃料電池は約650℃で操作され
、燃料ガスはアノード帯域で約3秒間の滞留時間をもつ
。この電池は長期間にわたって、著しいアノード分極な
しに操作することができ、一方ではH2Sが存在しない
場合と同様に約25容量チを越えるCOからH2への水
−ガス−シフト平衡変換率が得られる。
以上において本発明をその特定の好ましい態様に関連し
て記述し、説明のために多数の細部を示したが、当業者
に明らかなように本発明につき他の態様が可能であり、
ここに記述した細部のあるものは本発明の基本原理から
逸脱することなくかなり変更しうる。
て記述し、説明のために多数の細部を示したが、当業者
に明らかなように本発明につき他の態様が可能であり、
ここに記述した細部のあるものは本発明の基本原理から
逸脱することなくかなり変更しうる。
(外3名)
Claims (10)
- (1)約10ppm(容量)までのH_2Sを含有する
燃料ガスを約10〜約100重量%の銅からなる多孔質
アノードに導通することよりなるアノード゛分極低下工
程を特徴とする、含硫燃料ガスを用いた溶融アルカリ金
属カーボネート燃料電池における発電法。 - (2)アノードの残部が実質的にニッケル、コバルトお
よびそれらの混合物よりなる群から選ばれる金属からな
る特許請求の範囲第1項に記載の方法。 - (3)燃料ガスが約10〜約35容量%のCOおよび約
1〜約10ppm(容量)のH_2Sからなる特許請求
の範囲第2項に記載の方法。 - (4)多孔質アノードが水−ガス−シフト触媒を構成し
、これによりH_2Sの不在下で得られる約25容量%
以上の、COからH_2への水−ガス−シフト平衡変換
率がH_2Sの存在下で維持される特許請求の範囲第3
項に記載の方法。 - (5)多孔質アノードが水−ガス−シフト触媒を構成し
、これによりH_2Sの不在下で得られる約50容量%
以上の、COからH_2への水−ガス−シフト平衡変換
率がH_2Sの存在下で維持される特許請求の範囲第3
項に記載の方法。 - (6)アノードが約40〜約80重量%の銅からなり、
該アノードの残部が実質的にニッケルからなる特許請求
の範囲第2項に記載の方法。 - (7)燃料電池が約500〜約650℃において操作さ
れる特許請求の範囲第1項に記載の方法。 - (8)燃料ガスがアノード帯域において約2秒間以上の
滞留時間を有する特許請求の範囲第1項に記載の方法。 - (9)燃料ガスが約1〜約5ppm(容量)のH_2S
を含有する特許請求の範囲第1項に記載の方法。 - (10)燃料ガスが約10〜約35容量%のCOおよび
約1〜約10ppm(容量)のH_2Sからなり;アノ
ードが約40〜約80重量%の銅からなり、その残部が
実質的にニッケルからなり;燃料電池が約500〜約6
50℃において操作され;H_2Sの不在下で得られる
約25容量%以上の、COからH_2への水−ガス−シ
フト平衡変換率がH_2Sの存在下で維持される特許請
求の範囲第1項に記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US3110987A | 1987-03-26 | 1987-03-26 | |
US31109 | 1987-03-26 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63254679A true JPS63254679A (ja) | 1988-10-21 |
Family
ID=21857694
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP63071718A Pending JPS63254679A (ja) | 1987-03-26 | 1988-03-25 | 溶融カーボネート燃料電池における含硫燃料を用いた発電法 |
Country Status (12)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP0284553B1 (ja) |
JP (1) | JPS63254679A (ja) |
AT (1) | ATE79486T1 (ja) |
CA (1) | CA1301833C (ja) |
DE (1) | DE3873573T2 (ja) |
DK (1) | DK166588A (ja) |
ES (1) | ES2034360T3 (ja) |
FI (1) | FI881125A (ja) |
GR (1) | GR3005938T3 (ja) |
IE (1) | IE61935B1 (ja) |
NO (1) | NO173358C (ja) |
PT (1) | PT87101B (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018519414A (ja) * | 2015-04-16 | 2018-07-19 | サウジ アラビアン オイル カンパニーSaudi Arabian Oil Company | 二酸化炭素および硫化水素を共処理する方法 |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR1351190A (fr) * | 1963-03-19 | 1964-01-31 | Thomson Houston Comp Francaise | Pile à combustible |
DE1571985A1 (de) * | 1966-07-06 | 1971-02-25 | Chemie Technik Gmbh | Verfahren zur anodischen Oxydation von sulfidischen Verbindungen |
US4423122A (en) * | 1982-04-26 | 1983-12-27 | General Electric Company | Electrode for molten carbonate fuel cell |
US4925745A (en) * | 1985-03-29 | 1990-05-15 | Institute Of Gas Technoloy | Sulfur tolerant molten carbonate fuel cell anode and process |
US4702973A (en) * | 1986-08-25 | 1987-10-27 | Institute Of Gas Technology | Dual compartment anode structure |
-
1988
- 1988-03-02 AT AT88810131T patent/ATE79486T1/de not_active IP Right Cessation
- 1988-03-02 ES ES198888810131T patent/ES2034360T3/es not_active Expired - Lifetime
- 1988-03-02 DE DE8888810131T patent/DE3873573T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1988-03-02 EP EP88810131A patent/EP0284553B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1988-03-03 CA CA000560433A patent/CA1301833C/en not_active Expired - Lifetime
- 1988-03-10 FI FI881125A patent/FI881125A/fi not_active Application Discontinuation
- 1988-03-11 IE IE73588A patent/IE61935B1/en not_active IP Right Cessation
- 1988-03-25 DK DK166588A patent/DK166588A/da not_active IP Right Cessation
- 1988-03-25 PT PT87101A patent/PT87101B/pt not_active IP Right Cessation
- 1988-03-25 NO NO881324A patent/NO173358C/no unknown
- 1988-03-25 JP JP63071718A patent/JPS63254679A/ja active Pending
-
1992
- 1992-10-12 GR GR920402258T patent/GR3005938T3/el unknown
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018519414A (ja) * | 2015-04-16 | 2018-07-19 | サウジ アラビアン オイル カンパニーSaudi Arabian Oil Company | 二酸化炭素および硫化水素を共処理する方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE3873573D1 (de) | 1992-09-17 |
DK166588D0 (da) | 1988-03-25 |
IE61935B1 (en) | 1994-11-30 |
NO881324D0 (no) | 1988-03-25 |
GR3005938T3 (ja) | 1993-06-07 |
PT87101A (pt) | 1989-03-30 |
EP0284553B1 (en) | 1992-08-12 |
PT87101B (pt) | 1995-03-01 |
IE880735L (en) | 1988-09-26 |
NO173358B (no) | 1993-08-23 |
ES2034360T3 (es) | 1993-04-01 |
FI881125A (fi) | 1988-09-27 |
ATE79486T1 (de) | 1992-08-15 |
NO173358C (no) | 1993-12-01 |
NO881324L (no) | 1988-09-27 |
FI881125A0 (fi) | 1988-03-10 |
DE3873573T2 (de) | 1993-01-21 |
CA1301833C (en) | 1992-05-26 |
EP0284553A3 (en) | 1989-07-19 |
DK166588A (da) | 1988-09-27 |
EP0284553A2 (en) | 1988-09-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0196465B1 (en) | Sulfur tolerant molten carbonate fuel cell anode and process | |
Gür | Mechanistic modes for solid carbon conversion in high temperature fuel cells | |
US8758949B2 (en) | Waste to hydrogen conversion process and related apparatus | |
WO2005078160A1 (ja) | 水素の製造方法及び装置 | |
EA018575B1 (ru) | Каталитические композиции для применения в топливных элементах | |
Weaver et al. | Sulfation of the molten carbonate fuel cell anode | |
US5071718A (en) | Use of sulfur containing fuel in molten carbonate fuel cells | |
SA519410820B1 (ar) | نظام خلية وقود بأكسيد صلب ذاتي الاستدامة وطريقة لتزويد بئر غاز بالقدرة | |
JPS63254679A (ja) | 溶融カーボネート燃料電池における含硫燃料を用いた発電法 | |
Chuang et al. | Evolution of fuel cells powered by H2S-containing gases | |
CA2327941A1 (en) | Method of converting a carbon-comprising material, method of operating a fuel cell stack, and a fuel cell | |
Roberts | The Fuel Cell round Table | |
Agbede | Study of oxygen dissolution in molten tin: a novel SOFC anode | |
Williams et al. | An application of solid particles in fuel cell technology | |
Sammells et al. | Development of Sulfur-Tolerant Components For the Molten Carbonate Fuel Cell | |
Remick et al. | Interconect materials for coal-depolarized, high-temperature water electrolysis | |
Douglas | Advances in basic sciences: I. fuel cells | |
Burke et al. | Sulfur-tolerant cathode materials in electrochemical membrane system for H 2 S removal from hot fuel gas | |
Winnick et al. | HIGH TEMPERATURE REMOVAL OF H {sub 2} S FROM COAL GASIFICATION PROCESS STREAMS USING AN ELECTROCHEMICAL MEMBRANE SYSTEM | |
Yin | Transient Studies of Electrochemical Reactions in Solid Oxide Fuel Cells and Li-ion Batteries | |
Mahapatra et al. | Electrochemical Energy Systems and Efficient Utilization of Abundant Natural Gas | |
Winnick | High Temperature Electrochemical Polishing of H (2) S from Coal Gasification Process Streams. | |
Kaewpet | Design and operation of a novel carbon/air fuel cell | |
Peterson | Development of molten carbonate fuel cell power plant. Quarterly technical progress report, May 1-July 31, 1980 | |
Ziomek-Moroz et al. | Degradation of solid oxide fuel cell metallic interconnects in fuels containing sulfur |