JPS6366857A - 溶融炭酸塩燃料電池用燃料極 - 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 本発明は溶融アルカリ金属炭酸塩を電解質とする溶融炭
酸塩燃料電池用撚ａ極に関するものである。

従来の技術 溶融炭酸塩燃料電池の電極には燃料極および空気極があ
り、ともに　多孔質シート状である。燃料極の製作は一
般に電極構成材料であるニッケルまたはニッケル合金の
粉末をシート状に成型した後、これを還元雰囲気におい
て８００〜１２００度の温度で焼結する方法によってい
る。また空気極については燃料極と同じ方法でニッケル
シートを製作してこれを電池に組み込み、電池動作状態
（温度６００〜７００度）において酸化とリチウムのド
ープな行なわせ、空気極として機能させる方法がとられ
ている。

いずれにせよ、電極の製作工程には高温での焼結工程が
含まれている。しかしこのような方法では量産の効率が
悪いため、すでにより効率的な方法として電解質体とと
もに電極をテープ成型し、これをそのまま電池に組み込
み、有機バインダー等の有機物を焼散させて電極として
用いる方法を提案している。） ところで燃料極は６５０°Ｃの還元性雰囲気下と長時間
置かれ、さらに１〜３ｋｇ／Ｃｍ２の面圧が常時印加さ
れるため、燃料極が純ニッケルなどで構成されている場
合には長時間の運転中にニッケル粒子の焼結が進行した
り、高温下での金属クリープ現象によって、電極の表面
積や電極厚みが減少し、電池性能が低下する問題があっ
た。

そこでこれを防止するため、電極に高融点金属やセラミ
クスを添加する方法が提案されている（特開昭５５−７
４０６５号公報）。

実際上は、 （１）純ニッケルからなる粉末の代りにニッケルクロム
合金などからなる粉末を使用する。

（２）金属粉末とセラミクスの粉末および成型助剤を混
練したスラリーを成型した後、焼成する（特開昭６１−
９３５５９号公報）。

（３）’！！極を焼結した後に電極構成粒子表面を酸化
物で覆う（特開昭６１−１３５６７号公報）などの手段
で前記の問題解決が行なわれている。

発明が解決しようとする問題点 電池組み込み収態で焼結させることは困難で、どうして
も高温の焼結工程が必要である。（２）では単に金属粉
末とセラミクスの粉末は混合されているのみであるため
、添加したセラミクス粉末の全部が過焼結やクリープの
防止のために有効に機能することは望めず、充分な効果
を得るためには必要以上のセラミクス粉末を混合しなけ
ればならない。また（３）は焼結工程が必要であるため
生産性の面からは不利である。

そこで本発明は必要最少限のセラミクス粉末を用い、か
つ高温での特別な焼結工程な経ずに、過焼結やクリープ
が防止できる生産性の高い溶融炭酸塩燃料電池用燃料極
を提供しようとするものである。

問題点を解決するための手段 本発明は前記の問題点を解決するため金属粉末の粒子表
面にセラミクス微粉末をコーティングした後、これを少
なくとも成型助剤を用いることにより電極形状に成型し
、前記電極を電池に組み込んだ後に成型助剤等の有機物
を焼散させて用いることとする溶融炭酸塩燃料電池用燃
料極である。

作用 前記燃料極を電池に組み込んだ後に電池を昇温して成型
助剤等の有機物を焼散させる過程において、電極中の有
機物が除去されると同時に、電極原料である金属粉末粒
子がセラミクス粉末で覆われていない部分において焼結
を起こす。これにより電極はその機能を果たすことがで
き、金属粉末粒子の表面を覆うセラミクス粉末が過焼結
やクリープ現象を防止する。

実施例 本実施例においては電極を構成する金属粉末としてカー
ボニルニッケル粉末を用い、セラミクス粉末として気相
法によるアルミナ微粉末を用いた；ニッケル粉末粒子表
面へのアルミナ微粉末のコーティングは、以下のように
して行なった。

まずゼラチン２重量％水溶液にニッケル粉末を懸濁させ
、次に水洗する。これをポリビニルピロリドン２重量％
水溶液にアルミナ微粉末を懸濁させた液に撹拌しながら
加えていく。この時、ニッケル粒子表面に吸着していた
ゼラチンとアルミナ微粉末粒子表面に吸着したポリビニ
ルピロリドンとが反応して錯体が形成され、ニッケル粒
子とアルミナ粒子とが結合してアルミナ微粒子のコーテ
ィングができる。本実施例ではニッケル粉末に対してア
ルミナ微粉末を２重量％の割合となるようにコーティン
グした。つぎにこれを乾燥させ、成型助剤としてポリビ
ニルブチラールをニッケル粉末に対して６重量％、溶媒
としてエタノールを８０重量％加えてスラリーとした。

本実施例ではこのスラリーを用いて、電解質体原料粉末
と成型助剤等からなる電解質体テープの上にドクターブ
レード法により電極を重ねて形成した。電極は厚さ０．
８ｍｍであった。

こうして電解質体と電極を一体化したテープを電池に組
み込んだ。この時、空気極としては無処理のニッケル粉
末と成型助剤等からなる電極テープを用いた。この電極
中の成型助剤等の焼散は燃料極側に加湿した水素−炭酸
ガス混合ガスを、また空気極側には空気−炭酸ガス混合
ガスを供給し、スタック圧力を加えながらゆっくりと８
５０度まで昇温することにより行なった。　さらに６５
０度で１００時間はど無負荷状態とした。この電池昇温
過程、および無負荷運転の間にテープ中の有機バインダ
ー等はガス化したり燃焼したりし、電解質体および電極
内からほぼ除去される。

この際、燃料極は還元性雰囲気下にあり、温度も６５０
度となるため、カーボニルニッケル粉末粒子は充分な焼
結をすることが可能である。ただし焼結はニッケル粒子
同志の接触によりセラミクス粉末が脱落した部分やたま
たまセラミクス粉末で覆われていなかった部分のみに限
られる。こうしてニッケルの表面が露出している部分は
粒子間の結合に使われ、他の部分はセラミクス粉末で覆
われた形となる。電解質や燃料ガスはセラミクス粉末の
間隙を介してニッケル粒子と接触できるため、反応の場
として電極は問題なく機能することができるとともにニ
ッケル粒子の表面を覆うセラミクス粉末が過焼結やクリ
ープ現象を阻止する。

こうして得られた電池は１５０ｍＡ／ａｍ２放電で０．
８３Ｖと良好な性能を示した。次に本実施例による燃料
極が過焼結やクリープに起因する性能低下を起こさない
ことを確認するため６０００時間の連続運転試験を行な
った。電流密度は１５０　ｍ　Ａ　／　ｃ　ｍ　２放電
８時間、１６時間無負荷とし、運転開始後２００時間と
６０００時間後の燃料極の分極特性を比較した。図に示
したように６０００時間後の劣化は殆ど認められず問題
がないことがわかる。このように本実施例の燃Ｍ’４ｆ
ｆｉは性能、寿命、生産性ともに優れている。

以上、本実施例においては電極を構成する金屑粉末とし
てカーボニルニッケル粉末を用い、セラミクス粉末とし
て気相法によるアルミナ微粉末を用いているが、これは
他の金屑粉末、たとえば合金粉末などを使用しても良く
、セラミクス粉末としてもアルミナに限らず、他のもの
であっても良い。また金属粉末粒子表面へのセラミクス
粉末のコーティングは、本実施例で用いた方法以外、例
えばラテックスなどの吸着現象を利用した方法によって
も良い。さらに本実施例においては電解質体テープの上
に電極を形成しているが、その他に電極を単独に成型し
ても良く、電極形成方法もドクターブレード法の他に、
たとえば乾式でのホットロール法などの方法によっても
良い。

発明の効果 本発明による溶融炭酸塩燃料電池用燃料極は、高温での
特別な焼結工程を必要とせずに過焼結やクリープ現象が
極めて起こりにくい燃料極として機能させることができ
る。これにより過焼結やクリープ現象が無く、優れた性
能を有し、かつ生産性の高い燃′Ｆ４極を提供でき、溶
融炭酸塩燃料電池全体としても性能と生産性を向上させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の一実施例による電極を使用した溶融炭酸塩
燃料電池の運転開始後２００時間と６０００時間後の燃
料極の分極特性図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属粉末の粒子表面にセラミクス微粉末をコーテ
   ィングした後、少なくとも成型助剤を用いることにより
   これを電極形状に成型し、前記電極を電池に組み込んだ
   後に成型助剤等の有機物を焼散させて用いることを特徴
   とする溶融炭酸塩燃料電池用燃料極。
2. （２）有機物の吸着または錯体形成反応により、金属粉
   末の粒子表面にセラミクス微粉末をコーティングしたこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の溶融炭酸塩
   燃料電池用燃料極。