JPS63276879A - 溶融炭酸塩型燃料電池の運転方法 - Google Patents
溶融炭酸塩型燃料電池の運転方法Info
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- JPS63276879A JPS63276879A JP62077270A JP7727087A JPS63276879A JP S63276879 A JPS63276879 A JP S63276879A JP 62077270 A JP62077270 A JP 62077270A JP 7727087 A JP7727087 A JP 7727087A JP S63276879 A JPS63276879 A JP S63276879A
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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
〔産業上の利用分野〕
この発明は、電極劣化防止、電池特性の向上を目的とし
た溶融炭酸塩型燃料電池の運転方法に関する。 〔従来の技術〕 周知のように溶融炭酸塩型燃料電池は炭酸リチウム、炭
酸カリウム等の炭酸塩を含浸保持した電解質板を挟んで
その両側に多孔質のアノード電極。 カソード電極を配し、アノード電極側に水素ガスを含む
燃料ガス、カソード電極側に空気、炭酸ガスを混合した
酸化剤ガスを供給することにより発電を行うものである
。ここでアノード電極として一般にニッケル合金の多孔
質焼結板が、またカソード電極には酸化ニッケルの多孔
質焼結板、あるいは該酸化ニッケルの多孔質焼結板にあ
らかじめアノード炭酸塩をドープして導電性を与えたも
のが採用されている。また多孔質板である各電極とも、
その空孔径は電解質板よりも平均的に１〜２桁小となる
よう選定して電解質板から電極側への電解質の移行をで
きるだけ抑え、電解質板を通じての燃料ガスと酸化剤ガ
スとのクロスオーバー。 電解質板のオーミック抵抗の上昇を防ぐように配慮して
いる。しかもアノード雪掻材料であるニフケル合金は炭
酸塩に対する濡れ性が低い性質を有しており、電解質板
からアノード電極への電解質の移動防止に寄与する。 一方、かかる溶融炭酸塩型燃料電池に付いて、燃料ガス
を供給し続けて発電を行う定常運転時は問題となること
がないが、燃料ガスの供給を停止する電池の起動時、休
止中にアノード電極が酸化作用を受ける問題がある。す
なわち発電中はアノード電極へ水素ガスを多量に含む燃
料ガスが供給されるのでアノード電極に対する酸化ポテ
ンシャルも低い、これに対して電池の起動時、休止中等
では、電池構造のガスシールが不完全なためにこのまま
では燃料ガスに微量ながら外気が混入してアノード電極
が酸化作用を受けるようになる。 しかもニッケル合金のアノード電極は酸化を受けると炭
酸塩に対する濡れ性が高まるようになるため、電解質が
電解質板よりアノード電極へ容易に吸い出されて移動す
るようになる。また電解質が電解質板からアノード電極
側に移動するようになると、電解質板内に保持される電
解質の総保持量が減少し、この結果とてし先記のように
反応ガスのクロスオーバー、電解質板のオーミック抵抗
の上昇等の問題が惹起する。 そこで従来では、前記したアノード電極を酸化から保護
する対策として、発電を行う定常運転時以外の起動２休
止中にアノード電極側に窒素等の不活性ガスに炭酸塩の
蒸発抑制の目的で用いる二酸化炭素ガスを混合したガス
を加圧状態で供給する運転方法が一部で実施されている
。 〔発明が解決しようとする問題点〕 ところで、発明者は上記のようにアノード電極に対し発
電運転時以外の期間中には不活性ガスと二酸化炭素ガス
との混合ガスを供給する方法で実機運転試験を行ったと
ころ、アノード電極の酸化を完全に防止することができ
ず、初期の目的を充分に達成できないことが判明した。 そこで改めて各種ガスに付いて電極の保護ガスとしての
効果を検証するためにニッケル合金のアノード電極片、
および該電極を用いて組立てた燃料電池に付いて次記の
ような実験を行った。 （実験１） ニッケル合金で作られた多孔質電極の試験片を試料とし
て商業窒素ガス（純度９９．９９％）、および二酸化炭
素ガスの雰囲気中で温度６５０℃、１３時間放置して酸
化実験を行い、その酸化反応について調べた。この結果
を次表に示す。 上記の実験結果から市販の窒素ガス雰囲気中では試験片
は殆ど酸化を受けないのに対し、二酸化炭素ガス中では
明らかに酸化作用を受けて試験片が黒色変化している様
子が見られ、かつ上表のように酸化による重量増加も顕
著となることが明らかになった。これは昇温に伴う二酸
化炭素ガスの熱分解によって生じた酸素が酸素反応を引
き起こすものと推察される。 （実験２） 電解質含浸前の平均空孔径０．２５μｍ、仮の寸法１８
４Ｘ １８４Ｘ １．６ｍ−のセラミック板に炭酸
塩を含浸させた電解質板と、平均空孔径１１．０μｍ、
空孔率７５％９寸法１４０Ｘ １４５Ｘ １．６ｍｍ、
材質Ｎｉ−８Ｇ。 のアノード電極と、酸化ニッケルのカソード電極とで組
立て構成した単電池に対し、アノード電極側へまず常温
から６５０℃までの昇温中に窒素ガスを１７１／分の割
合で供給し、さらに温度が６５０℃に達してから窒素ガ
ス／二酸化炭素ガスを１：１の割合で混合したガスを１
０時間供給した後に、ガスのクロスオーバーを測定し、
続いてアノード電極に燃料ガスを供給して発電運転を行
った。 この実験結果によれば、ガスのクロスオーバー量は１５
ｍ ｌ ／分（アノード側とカソード側との間の圧力差
は２００ｍ５＋水柱）、電池の出力電圧は０．８０Ｖ（
電流密度１５０ａｉＡ／ ａＪ ） ７！ アッタ。 この実験結果からも判るようにアノード電極の保護用ガ
スとして起動時等の定常運転以外の期間中に二酸化炭素
ガスを含むガスをアノード電極側に供給すると、アノー
ド電極の酸化が原因となってガスのクロスオーバー量が
高く、かつ電池特性も僅かであるが低下するようになる
。 この発明の口内は、前記した実験結果を基に定常運転時
を除（起動、停止中にアノード電極の酸化を確実に防止
できるようにした溶融炭酸塩型燃料電池の運転方法を提
供することにある。 〔問題点を解決するための手段〕 上記問題点を解決するために、この発明によれば、燃料
電池の定常運転時以外の起動時および休止中にアノード
電極側へ酸化性のない不活性ガスを供給し続けるものと
する。 〔作用〕 上記で不活性ガスとしては窒素、アルゴン、ヘリウムガ
ス、ないしこれらの混合ガスを用いる。 かかる不活性ガスは酸化力がなく、したがってアノード
電極へ燃料ガスを供給する定常運転を除く電池の起動時
、休止中に前記の保護ガスをアノード電極側に供給する
ことにより、電池内部への外気の侵入を抑えつつアノー
ド電極が酸化されるのを確実に防止することができ、こ
れによりガスのクロスオーバー、電極の劣化を抑えると
ともに電池特性も向上するようになる。 〔実施例〕 第１図はこの発明の実施例による燃料電池の運転チャー
ト、第２図は溶融炭酸塩型燃料電池の構造、並びに燃料
電池へのガス供給系統図を示す。 まず第２図において、１は炭酸塩を保持した電解質板、
２はニッケル合金の多孔質板としてなるアノード電極、
３は酸化ニッケルの多孔質板としてなるカソード電極、
４は集電板、５は電池枠であり、電池枠内にはアノード
電極側に燃料ガス室６が、カソード電極側には酸化剤ガ
ス室７が画成されている。一方、前記燃料ガス室６には
石炭ガス化プラント等の燃料ガス供給装置８．および窒
素ガスボンベ９が予熱器１０．弁１１．１２を介して接
続されている。なお酸化剤ガス室７には予熱器１３゜ブ
ロア１４を介して空気と炭酸ガスとの混合ガスが供給さ
れる。 かかるガス供給系統で、第１図のようにまず電池の起動
時には電池昇温から発電に移行するまでの期間に、第２
図に示した弁１１を閉、弁１２を開として燃料ガス室６
へ窒素ガスを加圧状態で供給する。ここで規定の運転温
度に昇温すれば、次に弁１１、１２をそれぞれ開、閉に
切換え、燃料ガス室６へ燃料ガスを供給して発電に移行
する。また発電を停止する場合は、発電停止とともに前
記した弁１１、１２を起動時と同じように切換えて燃料
ガス室６への供給ガスを燃料ガスから窒素ガスに切替え
、かつ休止期間中は窒素ガスを流し続ける。 また前記運転方法によるアノード電極に対する保護効果
を［認するために、先記した実験２と同様な実験を行っ
たところによれば、ガスのクロスオーバー量は０ｍ１１
分（圧力差２００■水柱）２電池の出力電圧は０．８１
Ｖ （電流密度１５０ｍＡ／ ｃｉ ）となる結果が得
られた。すなわちこの実験結果を先記した実験２と較べ
ると、明らかにガスのクロスオーバーに改善効果が認め
られ、かつ電池特性も向上した。なお不活性ガスとして
実施例の窒素ガスの他にアルゴン、ヘリウムガス、およ
びこれらガスの混合ガスを用いた場合も同様な効果の得
られることが確認されている。
た溶融炭酸塩型燃料電池の運転方法に関する。 〔従来の技術〕 周知のように溶融炭酸塩型燃料電池は炭酸リチウム、炭
酸カリウム等の炭酸塩を含浸保持した電解質板を挟んで
その両側に多孔質のアノード電極。 カソード電極を配し、アノード電極側に水素ガスを含む
燃料ガス、カソード電極側に空気、炭酸ガスを混合した
酸化剤ガスを供給することにより発電を行うものである
。ここでアノード電極として一般にニッケル合金の多孔
質焼結板が、またカソード電極には酸化ニッケルの多孔
質焼結板、あるいは該酸化ニッケルの多孔質焼結板にあ
らかじめアノード炭酸塩をドープして導電性を与えたも
のが採用されている。また多孔質板である各電極とも、
その空孔径は電解質板よりも平均的に１〜２桁小となる
よう選定して電解質板から電極側への電解質の移行をで
きるだけ抑え、電解質板を通じての燃料ガスと酸化剤ガ
スとのクロスオーバー。 電解質板のオーミック抵抗の上昇を防ぐように配慮して
いる。しかもアノード雪掻材料であるニフケル合金は炭
酸塩に対する濡れ性が低い性質を有しており、電解質板
からアノード電極への電解質の移動防止に寄与する。 一方、かかる溶融炭酸塩型燃料電池に付いて、燃料ガス
を供給し続けて発電を行う定常運転時は問題となること
がないが、燃料ガスの供給を停止する電池の起動時、休
止中にアノード電極が酸化作用を受ける問題がある。す
なわち発電中はアノード電極へ水素ガスを多量に含む燃
料ガスが供給されるのでアノード電極に対する酸化ポテ
ンシャルも低い、これに対して電池の起動時、休止中等
では、電池構造のガスシールが不完全なためにこのまま
では燃料ガスに微量ながら外気が混入してアノード電極
が酸化作用を受けるようになる。 しかもニッケル合金のアノード電極は酸化を受けると炭
酸塩に対する濡れ性が高まるようになるため、電解質が
電解質板よりアノード電極へ容易に吸い出されて移動す
るようになる。また電解質が電解質板からアノード電極
側に移動するようになると、電解質板内に保持される電
解質の総保持量が減少し、この結果とてし先記のように
反応ガスのクロスオーバー、電解質板のオーミック抵抗
の上昇等の問題が惹起する。 そこで従来では、前記したアノード電極を酸化から保護
する対策として、発電を行う定常運転時以外の起動２休
止中にアノード電極側に窒素等の不活性ガスに炭酸塩の
蒸発抑制の目的で用いる二酸化炭素ガスを混合したガス
を加圧状態で供給する運転方法が一部で実施されている
。 〔発明が解決しようとする問題点〕 ところで、発明者は上記のようにアノード電極に対し発
電運転時以外の期間中には不活性ガスと二酸化炭素ガス
との混合ガスを供給する方法で実機運転試験を行ったと
ころ、アノード電極の酸化を完全に防止することができ
ず、初期の目的を充分に達成できないことが判明した。 そこで改めて各種ガスに付いて電極の保護ガスとしての
効果を検証するためにニッケル合金のアノード電極片、
および該電極を用いて組立てた燃料電池に付いて次記の
ような実験を行った。 （実験１） ニッケル合金で作られた多孔質電極の試験片を試料とし
て商業窒素ガス（純度９９．９９％）、および二酸化炭
素ガスの雰囲気中で温度６５０℃、１３時間放置して酸
化実験を行い、その酸化反応について調べた。この結果
を次表に示す。 上記の実験結果から市販の窒素ガス雰囲気中では試験片
は殆ど酸化を受けないのに対し、二酸化炭素ガス中では
明らかに酸化作用を受けて試験片が黒色変化している様
子が見られ、かつ上表のように酸化による重量増加も顕
著となることが明らかになった。これは昇温に伴う二酸
化炭素ガスの熱分解によって生じた酸素が酸素反応を引
き起こすものと推察される。 （実験２） 電解質含浸前の平均空孔径０．２５μｍ、仮の寸法１８
４Ｘ １８４Ｘ １．６ｍ−のセラミック板に炭酸
塩を含浸させた電解質板と、平均空孔径１１．０μｍ、
空孔率７５％９寸法１４０Ｘ １４５Ｘ １．６ｍｍ、
材質Ｎｉ−８Ｇ。 のアノード電極と、酸化ニッケルのカソード電極とで組
立て構成した単電池に対し、アノード電極側へまず常温
から６５０℃までの昇温中に窒素ガスを１７１／分の割
合で供給し、さらに温度が６５０℃に達してから窒素ガ
ス／二酸化炭素ガスを１：１の割合で混合したガスを１
０時間供給した後に、ガスのクロスオーバーを測定し、
続いてアノード電極に燃料ガスを供給して発電運転を行
った。 この実験結果によれば、ガスのクロスオーバー量は１５
ｍ ｌ ／分（アノード側とカソード側との間の圧力差
は２００ｍ５＋水柱）、電池の出力電圧は０．８０Ｖ（
電流密度１５０ａｉＡ／ ａＪ ） ７！ アッタ。 この実験結果からも判るようにアノード電極の保護用ガ
スとして起動時等の定常運転以外の期間中に二酸化炭素
ガスを含むガスをアノード電極側に供給すると、アノー
ド電極の酸化が原因となってガスのクロスオーバー量が
高く、かつ電池特性も僅かであるが低下するようになる
。 この発明の口内は、前記した実験結果を基に定常運転時
を除（起動、停止中にアノード電極の酸化を確実に防止
できるようにした溶融炭酸塩型燃料電池の運転方法を提
供することにある。 〔問題点を解決するための手段〕 上記問題点を解決するために、この発明によれば、燃料
電池の定常運転時以外の起動時および休止中にアノード
電極側へ酸化性のない不活性ガスを供給し続けるものと
する。 〔作用〕 上記で不活性ガスとしては窒素、アルゴン、ヘリウムガ
ス、ないしこれらの混合ガスを用いる。 かかる不活性ガスは酸化力がなく、したがってアノード
電極へ燃料ガスを供給する定常運転を除く電池の起動時
、休止中に前記の保護ガスをアノード電極側に供給する
ことにより、電池内部への外気の侵入を抑えつつアノー
ド電極が酸化されるのを確実に防止することができ、こ
れによりガスのクロスオーバー、電極の劣化を抑えると
ともに電池特性も向上するようになる。 〔実施例〕 第１図はこの発明の実施例による燃料電池の運転チャー
ト、第２図は溶融炭酸塩型燃料電池の構造、並びに燃料
電池へのガス供給系統図を示す。 まず第２図において、１は炭酸塩を保持した電解質板、
２はニッケル合金の多孔質板としてなるアノード電極、
３は酸化ニッケルの多孔質板としてなるカソード電極、
４は集電板、５は電池枠であり、電池枠内にはアノード
電極側に燃料ガス室６が、カソード電極側には酸化剤ガ
ス室７が画成されている。一方、前記燃料ガス室６には
石炭ガス化プラント等の燃料ガス供給装置８．および窒
素ガスボンベ９が予熱器１０．弁１１．１２を介して接
続されている。なお酸化剤ガス室７には予熱器１３゜ブ
ロア１４を介して空気と炭酸ガスとの混合ガスが供給さ
れる。 かかるガス供給系統で、第１図のようにまず電池の起動
時には電池昇温から発電に移行するまでの期間に、第２
図に示した弁１１を閉、弁１２を開として燃料ガス室６
へ窒素ガスを加圧状態で供給する。ここで規定の運転温
度に昇温すれば、次に弁１１、１２をそれぞれ開、閉に
切換え、燃料ガス室６へ燃料ガスを供給して発電に移行
する。また発電を停止する場合は、発電停止とともに前
記した弁１１、１２を起動時と同じように切換えて燃料
ガス室６への供給ガスを燃料ガスから窒素ガスに切替え
、かつ休止期間中は窒素ガスを流し続ける。 また前記運転方法によるアノード電極に対する保護効果
を［認するために、先記した実験２と同様な実験を行っ
たところによれば、ガスのクロスオーバー量は０ｍ１１
分（圧力差２００■水柱）２電池の出力電圧は０．８１
Ｖ （電流密度１５０ｍＡ／ ｃｉ ）となる結果が得
られた。すなわちこの実験結果を先記した実験２と較べ
ると、明らかにガスのクロスオーバーに改善効果が認め
られ、かつ電池特性も向上した。なお不活性ガスとして
実施例の窒素ガスの他にアルゴン、ヘリウムガス、およ
びこれらガスの混合ガスを用いた場合も同様な効果の得
られることが確認されている。
以上述べたようにこの発明によれば、燃料電池の定常運
転時以外の起動時および休止中にアノード電極側へ酸化
性のない不活性ガスを供給し続けることにより、材質が
ニッケル合金であるアノード電極の酸化を確実に防止す
ることができ、これによりアノード電橋劣化、電解質板
からアノード電解質への電解質の吸出し移動、ガスクロ
スオーバーを改善とともに、併せて電池特性の向上を図
ることができる。
転時以外の起動時および休止中にアノード電極側へ酸化
性のない不活性ガスを供給し続けることにより、材質が
ニッケル合金であるアノード電極の酸化を確実に防止す
ることができ、これによりアノード電橋劣化、電解質板
からアノード電解質への電解質の吸出し移動、ガスクロ
スオーバーを改善とともに、併せて電池特性の向上を図
ることができる。
第１図は本発明の運転方法を示す運転チャート、第２図
は第１図の運転方法を実施するための燃料電池のガス供
給系統図である０図において、１：電解質板、２ニアノ
ード電極、３：カソード電極、５：電池枠、６：燃料ガ
ス室、７二酸化剤ガス室、８：燃料ガス供給装置、９：
窒素ガスボンベ。
は第１図の運転方法を実施するための燃料電池のガス供
給系統図である０図において、１：電解質板、２ニアノ
ード電極、３：カソード電極、５：電池枠、６：燃料ガ
ス室、７二酸化剤ガス室、８：燃料ガス供給装置、９：
窒素ガスボンベ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）炭酸塩を保持した電解質板を挟んでその両側にニッ
ケル合金のアノード電極、酸化ニッケルのカソード電極
とを配し、アノード電極側に水素ガスを含む燃料ガス、
カソード電極側に空気と炭酸ガスを混合した酸化剤ガス
を供給して発電を行う溶融炭酸塩型燃料電池に対し、定
常運転時以外の起動時および休止中にアノード電極側へ
酸化性のない不活性ガスを供給し続けるようにしたこと
を特徴とする溶融炭酸塩型燃料電池の運転方法。 ２）特許請求の範囲第１項記載の運転方法において、不
活性ガスが窒素、アルゴン、ヘリウムおよびその混合ガ
スのいずれかであることを特徴とする溶融炭酸塩型燃料
電池の運転方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62077270A JPS63276879A (ja) | 1987-03-30 | 1987-03-30 | 溶融炭酸塩型燃料電池の運転方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62077270A JPS63276879A (ja) | 1987-03-30 | 1987-03-30 | 溶融炭酸塩型燃料電池の運転方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63276879A true JPS63276879A (ja) | 1988-11-15 |
Family
ID=13629159
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62077270A Pending JPS63276879A (ja) | 1987-03-30 | 1987-03-30 | 溶融炭酸塩型燃料電池の運転方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63276879A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02230664A (ja) * | 1989-03-03 | 1990-09-13 | Hitachi Ltd | 溶融炭酸塩型燃料電池の操作方法 |
| JPH0343965A (ja) * | 1989-07-11 | 1991-02-25 | Hitachi Ltd | 溶融炭酸塩型燃料電池の発電システムの運転方法 |
| EP1227532A2 (en) * | 2001-01-25 | 2002-07-31 | Delphi Technologies, Inc. | Gas control valve for a solid oxide fuel cell |
-
1987
- 1987-03-30 JP JP62077270A patent/JPS63276879A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02230664A (ja) * | 1989-03-03 | 1990-09-13 | Hitachi Ltd | 溶融炭酸塩型燃料電池の操作方法 |
| JPH0343965A (ja) * | 1989-07-11 | 1991-02-25 | Hitachi Ltd | 溶融炭酸塩型燃料電池の発電システムの運転方法 |
| EP1227532A2 (en) * | 2001-01-25 | 2002-07-31 | Delphi Technologies, Inc. | Gas control valve for a solid oxide fuel cell |
| EP1227532A3 (en) * | 2001-01-25 | 2004-06-16 | Delphi Technologies, Inc. | Gas control valve for a solid oxide fuel cell |
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