JPS63276874A - 溶融炭酸塩型燃料電池用アノ−ド電極 - 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〕 この発明は溶融炭酸塩型燃料電池に使用される電極に係
り、特にセラミックス梨の電解質板によくなじむアノー
ド電極の構成に関する。

〔従来の技術〕

溶融炭酸塩型燃料電池は第３図に示すように炭酸リチウ
ムと炭酸カリウムの共晶塩をリチウムアルミネートマト
リクスに含浸させた電解質板２゜多孔質二、ケル合金等
からなる２周構造のアノード電極３とカソード電極４．
各電極にガスを供給するためアノード室５とカンード室
６．電池を組又るための端板ＩＡとＩＢおよび電極を電
解質板２に押しつける電極支持板７Ａと７Ｂなどから構
成され、アノード電極３では（１）式の反応Ｈ＊＋ＣＯ
”−→ＨｚＯ＋ＣＯ□＋２ｅ　　・・・・・・・・・・
・・・・・・・・（１）により水素が酸化され、またカ
ソード電極４では（２）式 ％式％（２） の反応により酸素が還元され、全体として水素と酸素と
から水を生成して外部回路に電流を供給する１種の発電
装置である。

このような溶融炭酸塩型燃料電池のアノード電極３とカ
ソード電極４にあっては、２層構造のうち電解質板側の
層３１，４１は電極中の細孔径が小さく作られており、
またガス側の層！、４２は細孔径が大きく作られている
。この理由は電解質板側のＷ＃３ｔ。

４１はガスの吹き抜けを防止するためであり、ガス側の
１犯４２はカスの拡散を良くしてガス拡散分極を小さく
するためである。

ｉｔ＃Ａ材料としては運転中のクリープによる気孔量の
変化を少なくするために、クリープの小さいニッケルー
クロム合金モシクは二、ケル−コバルト合金の焼結体、
または二、ケルと金属酸化物（例えばＬｆＡＪＯｚ　＊
　Ｃｒ２Ｏ４ｓ　Ａ／ｈ（Ｊｓ　）との混合焼結体等が
用いられる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが上述の材料で′電極を構成す゛るときは、電極
の気孔率が変化し難いために、溶融炭酸塩型燃料電池の
出力は安定であるが、電極自体が硬いためにアノード電
極３またはカソード電極４と電解質板２とのなじみが悪
く、そのために電極性能を十分発揮することができない
という問題点があった。

電極と電解質板２とのなじみをよくするためには、鋼や
二、ケルなどの軟らかくてクリープしやすい金属で電極
を構成すればよく、特に六ノード電極については二、ケ
ルで電極を構成すると、なじみがよいうえに、カソード
に供給さね、る酸素ガスにより酸化されてやがて硬くな
り、気孔率変化もなくなるので好都合であるが丁ノード
電極につ′いては、酸化がおこらないので電池出力の安
定化ができないという欠点がある。

この発明は上述の点に鑑みてなされたもので、その目的
はｗｃ電解質板のなじみが良いうえに気孔率も変化し難
いアノード電極を構成することにより、電極性能と安定
性に優れた溶融炭酸塩型燃料電池用アノード電極を提供
することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の目的はこの発明によれば溶融炭酸塩の電解質を含
む電解質板２に電極を圧接し、この電極内で電解質とガ
スとの三相界面を形成させる燃料電池用アノード電極に
おいて、耐アルカリ性でクリープし難い多孔質金属焼結
体　　　−（壬Ａ羞琲遣暗１−・酸堆潰尋４治喘１淋か
らなるガス１ｌｌｉ［極層３Ｂと、耐アルカリ性でクリ
ープしやすい多孔質金属焼結体からなる電解質板１１１
［ｆｆ１Ｍ１３Ａとを備えるアノード電極により達成さ
れる。

クリープし難い多孔質金属焼結体としては例えば二、ケ
ル−コバルト合金もしくは二、ケル−クロム合金の焼結
体またはニッケルと醸化物の混合焼結体等が用いられる
。これらの材料で構成されるガス鋼電極＃３Ｂは次に述
べる電解質板側電極層３Ａに比して層厚が厚く形成され
る。ガス側電極層３　Ｂはクリープし難い材料で構成さ
れるため気孔率の変化が少なく、電極出力を安定させる
。

電解質板９ｇ！電極層３Ａは例えば銅またはニッケル等
の焼結体で形成される。電解質板側電極層３人は、ガス
側電極層３Ｂに比し、層厚がうすい（例えばイ）、これ
らの材料はクリープしやすい材料であるために、硬いセ
ラミ、クスの板である電解質板２の凹凸によくなじむこ
とができ、そのために電極出力が向上する。クリープと
ともに気孔率が減少するが、電解質板側電極層３Ａが電
極層のなかで占める割合が少ないのでその気孔率の変化
は電極安定性に影響しない。電解質板側電極層３Ａはガ
ス＠電極層３Ｂよりも気孔率はもともと小さく形成され
るのであるが、クリープによって電解質板側電極層の気
孔率はさらに小さくなる。

ガス側電極層３Ｂ、電解質板ａｔ電極層Ａはドクタブレ
ード法、ロール成型法、抄紙法尋で成膜される。成膜後
２つの電極層は重合圧延され、その後水素雰囲気中で焼
成して一体化される。

〔作用〕

ガス側電極層はクリープし難く気孔率変化を生じないの
で電極特性を安定化させる。を解質板側電極層はクリー
プしやすく、容易に硬い１ｔ％質板の凹凸になじみ、を
極出力を向上させる。

〔実施例〕

次にこの発明の実施例を図面に基いて説明する。

第１図番ここの発明の実施例に係る溶融炭酸塩型燃料電
池の模式断面図で、ＩＡ、ＩＢは端板、２は電解質板、
３はアノード電極、３Ａは電解質板側電極層、３Ｂはガ
ス４１Ａ′ｃ電極層、４はカンーｔ’！極、７Ａ。

７Ｂは電極支持板である。カソード電極４もガス側電極
層４Ｂと電解質板ａ電極Ｎｊ４Ａからなる。

電解質板ｇＩＩｔ極ｊ＃３Ａ、４Ａを作製するために、
粒径３μｍの二、ケルの粉体を４５ｆ、２Ｊ［量で６０
％のポリ４弗化エチレン（ポリデトラフロロエチレン。

ＰＴＦＥと略称）を含むＰＴＦＥのディスバージ、ンを
ａｔ／、ホワイトオイルを４５コ採取してよく混和した
のち、ニーダで混練し、カレンダロールで０．６詣厚に
シート成型して、電解質板側電極層の成型体を得る。

一方粒径３μｍの二、ケル−クロム合金粉体３００？と
重量で６０％のＰＴＦＥを含むｐＴＦＥのディスバージ
、ン１８　Ｔｎｌとホワイトオイル３００　ｄをよく混
和し、ニーダで混練したあとカレンダロールで４１ｍ厚
にシート成型してガス側電極Ｎ３Ｂ、４Ｂの成型体を得
る。

次に上記の方法で得られた電解質板側電極層の成型体と
、ガス側電極層の成型体を重合したのち、カレンダロー
ルで１．１５ｆｉｌ厚さに圧延して重合体を作製する。

得られた重合体は温度９００℃、水素雰囲気中で２時間
焼成し、電解質板側電極層３Ａ、４Ａとガス側電極ｒ＊
　３　Ｂ　、　４３３とを備えた溶融炭酸塩量燃料電池
用電極を作製することができる。

上記の焼成で電解質板９１Ｉ′Ｉｔ￥ｉｉ［３Ａ　、　
４Ａとガス側電極層３Ｂ、４Ｂとはいづれも多孔質に形
成される。

電解質板側の電極層３Ａ、４Ａは柔らかい二、ケル金属
の焼結体であるので使用中にクリープをおこし、電解質
板３の凹凸によくなじむ、またクリープにより気孔率も
減りてい（，５０％クリープしたとき３５％位の気孔率
となる。

これに対しガス＠電極層３Ｂ、４Ｂは相対的に硬い二、
ケル−クロム合金の焼結体であるのでクリープし難り、
１０％位のクリープしかおこさず、このとき気孔率の変
化は少ないうえ、気孔率も７０％位である。従ってガス
側電極層内のガス透過性は良好で反応はスムーズに進行
し、燃料電池の出力は経時的に安定化する。

比較例 粒径３μｍのニッケルークロム合金粉末３００　ｔと重
量で６０％のＰＴＦＥを含むＰ　’１”　Ｆ　Ｅディス
バージ。

ン１８Ｍ１とホワイトオイル３００ｄをよく混和し、ニ
ーダで混練したあとカレンダロールで１．１５ｆｉｌ厚
にシート成型したものを９００℃で水素雰囲気中で２時
間焼成して電極（アノード電極とカソード電極）を作製
する。

第２図に本夾施例に係る電極を用いた電池の電流電圧特
性（直線１）と、比較例に係る電極を用いた電池の電流
電圧特性（直線２）とを示す、これはｖｔａ運転開始後
１００時間後の特性である。クリープしやすい金属は１
００時間位して電解質３とよくなじむようになり、電極
特性が最良のものとなる。

実施例に係る′１極の特性は分極が少なく良好な特性で
あるが、比較例に係る電極は分極が大きい。

これは実施例に係るｔｔ極の電解質板とのなじみが良い
のに対し、比較例に係る′ｗＭ極の電解質板とのなじみ
がわるく、電極の有効面積が少ないためである。第２図
の直線１はアノード電極とカソード電極の総合特性とし
て得られたものであり、アノード電極の特性向上とカソ
ード電極の特性向上とにより総合特性が向上している。

なお実施例においては、アノード電極もカソード電極も
ともにガス側電極層がニッケルークロム焼結体で、電解
負側電極層がニッケルの焼結体の２層構造で構成されて
いるが、アノード電極のみを上記の２層構造とし、カソ
ード電極は二、ケル焼結体の２層構造としても上述と同
様な特性が得られる。この理由はニッケルが電解質板と
よくなじむことと、カソード電極には酸素ガスが供給さ
れるので、ニッケルは酸化されて酸化ニッケルとなり、
これが硬い材料であるためクリープを防止してくれるか
らである。

〔発明の効果〕

この発明によれば溶融炭酸塩の電解質を含む電解質板に
電極を圧接し、この電極内で電解情とカスとの三相界面
を形成させる燃料電池用アノード電極において、耐アル
カリ性でクリープし難い多孔質金属焼結体または二、ケ
ルと耐アルカリ土類金属酸化物の混合焼結体からなるガ
ス１！ｌ１Ｉ電極層と耐アルカリ性でクリープしやすい
多孔質金属焼結体からなる電解質板１４１１％極層とで
アノード電極を構成するのでクリープしやすい多孔實金
属焼結体がよく電解質板になじみそのために電極有効面
積が大きくなり、分極が減って良好な特性のアノード電
極が得られ、またガス側電極層はクリープし且 難いので、気孔率が変化せず、そのために持持的に安定
化したアノード電極出力が得られる。

【図面の簡単な説明】

ｓｇ１図はこの発明の実施例に係る電極を備えた燃料電
池の模式断面図、第２図はこの発明の実施例に係る電極
と従来の′＃を極の電流電圧特性を示すグラフ、第３図
は従来の電極を備えた浴融炭酸塩型慾料電池の模式断面
図である。 ＩＡ、ＩＢ・・・端板、２・・・電解質板、３・・・ア
ノード電極、３Ａ・・・′ｉｌＥ解質＆側電甑層、　３
１Ｊ・・・ガスＮ電極層、４・・・カンード電極、４Ａ
・・・′を解質板Ｕ電極層、４Ｂ・・・ガス１１１電極
層、７Ａ、７Ｂ・・・電極支持板。 亀−７を薯度（ｍＡ／ｃｍ） 第２図 ′トく　　　　　　　ガへ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）溶融炭酸塩の電解質を含む電解質板に電極を圧接し
   、この電極内で電解質とガスとの三相界面を形成させる
   燃料電池用アノード電極において、耐アルカリ性でクリ
   ープし難い多孔質金属焼結体からなるガス側電極層と、
   耐アルカリ性でクリープしやすい多孔質金属焼結体から
   なる電解質板側電極層とを備えることを特徴とする溶融
   炭酸塩型燃料電池用アノード電極。