JPS63304575A - 溶融炭酸塩型燃料電池用電極 - 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、特にセラミックス製の電解質板によくなじむアノー
ド電極の構造に関する。

〔従来の技術〕

溶融炭酸塩型燃料電池は第３図に示すように炭晶 酸リチウムと炭酸カリウムの共堵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゜多孔質ニッケ
ル合金等からなるアノード電極３゜とカソード電極４．
各電極にガスを供給するためのガス室であるアート室５
とカソード室６．電池を組立るための端板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７
Ｂなどから構成され、アノード電極３では（１）式の反
応Ｈ２＋Ｃ０１−→Ｈ２０＋ＣＯ２＋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。

アノード電極３．カソード電極４は通常電気化学反応が
おこりやすいように６０乃至７０％の気孔率を有してい
る。またこの程度の気孔率を有する電極はクリープが少
なく、電池の運転中にクリープによる気孔率の変化が少
ないので電池は安定な出力を示す。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながらクリープが少ないことは逆に電極自体が硬
いことを意味し、セラミックスである固い電解質板との
なじみがわるく、そのために電極性能を十分に発揮でき
ないという問題点があった。

この発明は上述の点に鑑みてなされ、その目的は、電極
の電解質板側をクリープしやすくして電解質板とのなじ
みがよく電極性能の優れた燃料電池用電極を提供すると
とにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の目的はと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、この電極内で電解質と反応
ガスとの三相界面を形成させる燃料電池用電極において
、気孔率の大きい電解質板側の層３Ａ、４Ａと気孔率の
小さいガス室側の層３Ｂ、４Ｂの２層構造を備えること
により達成される０ 電極の電解質板側の層３Ａ、４Ａの気孔率は通常の気孔
率である６０〜７０％よりも大きく７５〜８５チの範囲
にされる。ガス室側の層３Ｂ、４Ｂは６０〜７０％の気
孔率にされる。電解質板側の層３Ａ。

４Ａはガス室側の層３Ｂ、４Ｂに比して層厚は薄く形成
される（例えば１１５）。これに対しガス室側の層３Ｂ
、４Ｂは層厚が厚く形成される。電気化学反応は主とし
てこのガス室側の層３Ｂ、４Ｂにおいて遂行される。ガ
ス室側の層３Ｂ、４Ｂは気孔率が６０〜７０％の範囲に
あるので電極性能も良く、電極出力も安定させる。

電解質板側の層３Ａ、４Ａは、気孔率が大きいのでクリ
ープしやすい。そのために電解質板側の層３Ａ、４Ａは
硬いセラミックス製電解質板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、電解質板側の層３Ａ、４Ａが
電極層のなかで占める割合妙Ｓ少なくその気孔率変化は
電極安定性に影響しない。

ガス室側の層３Ｂ、４Ｂ電解質板側の層３Ａ、４Ａはド
ラタブレード法９０−ル成型法、抄紙法等で成膜される
。成膜後２つの層は重合圧延され、その後水素雰囲気中
で焼成して一体化される。

電極材料としては銅、ニッケル、ニッケルコバルト合金
、ニッケルクロム合金、ニッケルト酸化物の混合材料等
が用いられ、これらが上記の方法で多孔質体に焼結され
る。気孔率の調整は、ポリ４弗化エチレン、ポリエチレ
ン等の添加によりなされる。

〔作　用〕

電解質板側の層は気孔率が大きいためにクリープしやす
く、容易に硬い電解質板の凹凸になじみ電極性能を向上
させる。ガス室側の層は気孔率が６０〜７０チであるの
で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。

〔実施例〕

実施例１ 次にこの発明の実施例を図面に基づいて説明する。第１
図はこの発明の実施例に係る電極を備える溶融炭酸塩型
燃料電池の様式断面図でＩＡ、ＩＢは端板、２は電解質
板、３はアノード電極、３Ａ。

４Ａは電解質板側の層、３Ｂ、４Ｂはガス室側の層。

４はカソード電極、７Ａ、７Ｂは電極支持板である。

電解質板側の層３Ａ、４Ａを作製するために、粒径３μ
ｍのニッケルコバルト合金の粉体を６０部。

重量で６０％のポリ４弗化エチレン（ポリテトラフロロ
エチレン、ＰＴＦＥと略称）を含むＰＴＦＥのディスパ
ージョンを５部、平均粒径２μｍのポリエチレン粉末３
５部、ホワイトオイルを４１部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　ｍ厚に
シート成型して、電解質板側の層の成型体を得る。

一方粒径３μｍのニッケルコバルト合金粉体９５部と重
量で６０チのＰＴＦＥを含むＰＴＦＥのディスパージョ
ン５部とホワイトオイル６５部をよく混和し、ニーダで
混練したあとカレンダロールで４霧厚にシート成型して
ガス室側の層３Ｂ、４Ｂの成型体を得る。

次忙上記の方法で得られた電解質板側の層の成型体と、
ガス室側の層の成型体を重合したのち、カレンダロール
で１．１５ｍ厚さに圧延して重合体を作成する。

得られた重合体は温度９００℃、水素雰囲気中で２時間
焼成し、電解質板側の層３Ａ、４Ａとガス室側の層３Ｂ
、４Ｂとを備えた溶融炭酸塩型燃料電池用電極を作製す
ることができる。

実施例２ ガス室側の層は実施例１と同様であるが、電解質側の眉
のみ調製方法を変えたものが本実施例である。この実施
例においては電解質板側の層３Ａ。

４Ａは次のようにして作製される。平均粒径３μｍのニ
ッケルコバルト合金の粉体７０部と重量で６０チのＰＴ
ＦＥを含むディスパージョン３０部とホワイトオイル５
０部を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部厚にシート成型する。その他は実施例１の
場合と同様である。

比較例 上記の実施例でガス室側の層を作製したのと同一の方法
で電極を作製する。即ち、粒径３μｍのニッケルコバル
ト合金粉体９５部と重量で６（ｌのＰＴＦＥを含むＰＴ
ＦＥのディスパージョン５部とホワイトオイル６５部と
をよく混和しニーダで混練したあとカレンダロールで４
．６簡厚にシート成型したあとカレンダロールで１．１
５＋ｍ厚に圧延して成型体を得る。この成型体を実施例
１と同様にして焼成して単一構造の電極を得ることがで
きる。

実施例１．２および比較例において用いられたＰＴＦＥ
　、ポリエチレンは焼成の過程で分解され、電極中に気
孔を形成し、多孔質のニッケルコバルト焼結体が得られ
る。第１表に上記方法で得られた電極の平均気孔率を示
す。

第　　１　　表 第２図に実施例１．２に係る電極を用いた燃料比 電池の竜巻電圧特性と比較例に係る電極を用いた燃料電
池の電流電圧特性を示す。直線１．２．３がそれぞれ実
施例１，２．比較例に対応する。これは電池運転開始１
００時間後の特性である。電解質側の層が１００時間後
にクリープにより電解質板２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１．２とも良好な
分極特性を示すのに対し、比較例のものは分極が大きい
。これは比較例に係る電極が電解質板に対してよくなじ
まないため、有効に働らく電極面積が少ないためである
と考えられる。一方実施例に係る電極は電解質板２とよ
くなじみ、十分な有効電極面積を有するものと考えられ
る。

なお上記の実施例ではアノード電極もカソード電極もと
もに２層構造としているが、アノード電極のみを２層構
造とし、カソード電極はニッケルの単層型電極を用いて
も第２図の直線１と同様な特性が得られる。この理由は
ニッケルが軟らかい金属で電解質板２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
が酸化されて酸化ニッケルとなりこれが硬い材料でクリ
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、この電極内で電解質と反　９一 応ガスとの三相界面を形成させる燃料電池用電極におい
て、気孔率の大きい電解質板側の層と気孔率の小さいガ
ス室側の層の２層構造を備えるので電解質板側の層がク
リープをおこして電解質板によくなじみ有効電極面積が
増大して、電池出力が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１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
従来の電極の電流電圧特性を示すフ グラス第３図は従来の電極を備えた溶融炭酸塩型燃料電
池の模式断面図である。

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反応ガスとの三相界面を形成さ
   せる燃料電池用電極において、気孔率の大きい電解質板
   側の層と気孔率の小さいガス室側の層の２層構造を備え
   ることを特徴とする溶融炭酸塩型燃料電池用電極。