JPS6366858A - 溶融炭酸塩燃料電池用電極の製造法 - 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
酸塩燃料電池の空気極、燃料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、と壱に　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、空気極として機能するようにしている
。

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。

この方法により、焼結工程な経ずに電極を製造し電極と
して機能させることができるようになってきている。

一方、溶融炭酸塩撚′ｌ′４電池の電極性能は電極中に
存在する電解質の量により大きく影害な受ける。

これはガス拡散電極の特・質であり、高い電極性能を得
るためには電極中の電解質量を最適にしておく必要があ
る。

電池の中では電極と電解質体は直接接しているため、当
初は電極中に電解質が含まれていなくとも電解質は自然
に電極中に移動していきガス拡散電極として機能するこ
とができる。しかし、これでは電解質体中の電解質が不
足するなどの問題が生じ、特に空気極では前記のように
電解質中のリチウムが酸化ニッケルにドープされる形で
消費されるため電解質の不足は重大な問題となってくる
。

そこで従来は焼結法により製作した電極に炭酸塩を含浸
させたり、電池に組み込む段階で電極の上に炭酸塩を置
いておき、電池温度を上げた際に電極中に含浸させるな
ど、電極を製造した後に炭酸塩を加えることが行なわれ
ていた。

発明が解決しようとする問題点 しかし、焼結電極に炭酸塩を含浸させたり、電池に組み
込む段階で電極の上に炭酸塩を置いたりする方法はそれ
だけ生産の効率を悪くする。

さらにこのような方法では電極中の電解質の偏在が起こ
りやすかったり、電極全体に電解質が分布するまで時間
がかかるなどの問題があった。

本発明は上記の問題を考え、電極を製作する段階で電解
質を均一に含有させることを特徴とし、高い性能と量産
性を兼ね備えた電極を提供するものである。

問題点を解決するための手段 本発明は、′有機バインダーを用いてテープ状に成型し
た電極を焼結せずにそのまま電池に組み込み、有機バイ
ンダー等を焼散させて電極として用いるタイプの電極に
おいて、前記テープ状電極の組成を電極構成材料粉末１
００重量部に対して、少なくとも炭酸塩粉末を５〜３０
重量部、有機バインダーを２〜２０重量部として、電ｔ
ｉｌ？：製作する段階で・炭酸塩粉末を添加しておくこ
とにより前記の問題を解決するものである。

作　　用 テープ状電極中に含有されている有機物は電池に組み込
まれた状態において焼散される。残った電極材料粉末は
特別な焼結工程な経ずに、電極な構成し、機能する。同
時に電解質粉末はその融点以上の温度となった時点で溶
融し、電極を直ちに適度に濡らすこととなる。この際、
電極中の電解質には偏在がなく、電極全体を電解質が濡
らすまで時間もかからない、また電解質が増孔剤の役割
を果たすので高多孔度を保つことができ、優れた性能が
得られる。

実施例 電解質体材料と有機バインダーとからなる電解質体テー
プの上に本発明の電極を重ねて形成し、電解質体／電極
一体テープとした場合の例を示す。

電極は燃料極、空気極それぞれ次に示す組成のスラリー
を準備し、電解質体テープの上にドクターブレード法を
用いて形成した。

燃料極 電極材料にッケル粉末）　・・・１００重量部炭酸塩粉
末（Ｌ／に、Ｃｏ　　’）　　　・・・９重量部バイン
ダー（ポリビニルブチラール）・５重量部有機溶媒（エ
タノール士トルエン）・７０重量部可塑剤　　　　　　
　　　　　　・・・４重量部空気極 電極材料にッケル粉末）　　・・・１００重量部炭酸塩
粉末（Ｌ／に、ＣＯ３’）・・・１２重量部以下、燃料
極の場合と同じ 炭酸塩粉末は炭酸リチウムと炭酸カリウムを溶融状態で
混合し、冷却固化後に粉末化したものを月いた。空気極
に混入する炭酸塩量が多いのは、酸化ニッケルのドープ
に消費されるリチウムを補充するためである。スラリー
はボールミルを用いて充分混合した後、減圧下で攪拌し
、スラリー中に含まれた微小な気泡を除去してからドク
ターブレード法により電極を電解質体テープの上に形成
した。

電極は電解質体テープの片面にのみ形成し、燃料極を形
成させた電解質体テープと、空気極を形成させたものと
を背面で合わせることにより燃料極、電解質体、空気極
という構成ができるようにした。本実施例の電極は厚さ
０．８ｍｍであった。

次に本実施例による電極テープの性能確認を行なうため
前記の一体化テープを用いて電池を組立てた。また比較
のため、炭酸塩を含有させていない７４極スラリーを用
いて同様に電解質体テープの上に電極テープを重ねて成
型した場合の電池も組立て、両者とも同一の条件で性能
を測定した。

以下にその結果を述べる。まず各電池に燃料極側には加
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
がらゆっくりと動作温度６５０度まで昇温して有機物の
焼散を行なった。　さらに６５０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。

燃料極では還元性雰囲気であり、温度も６５０度となる
ため、電極材料粉末であるニッケル粉末はある程度の焼
結を起こし、従来の焼結電極に近い状態となる。一方の
空気極ではニッケルの酸化とリチウム化が起こり、粒子
間の焼結はそれほど進まない。しかし、空気極として焼
結電極を組み込んだ場合においても、この酸化過程の大
きな体積変化のために粒子間の結合は崩れるため、両者
の差は小さいと考えられ、事実このことは次に述べる放
電特性からも裏付けられる。

放電特性は、１００時間の無負荷運転後に測定した。そ
の結果、本実施例による溶融炭酸塩燃料電池は電流密度
１５０ｍＡ／ｃｍ２、燃料利用率６５％において０．８
２Ｖの端子電圧があるのに対し、従来の製法による電池
では０．７５Ｖを示し、本実施例による溶融炭酸塩燃料
電池用電極が従来のものよりも優れた性能を示すことが
確認された。

次に長時間の運転における電池性能の変化を確認するた
め本実施例の電池において３０００時間の連続運転（電
流密度１５０ｍＡ／ｃｍ２）ｆ！：おこなったが、安定
した性能を保つことが確認できた。

以上、本実施例においては前記の組成のスラリーを使用
して電解質体テープの上に電極を形成した例を述べたが
、これが工業的な先進性の上で最も優れている。しかし
、スラリーの組成は本実施例に限定されるものではなく
、たとえば炭酸塩量やバインダー量を増減しても良い。

また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。

要するに本発明は電極構成材料粉末１００重量部に対し
て、少なくとも炭酸塩粉末を５〜３０重量部、有機バイ
ンダーを２〜２０重量部の割合で含み、電池に組み込ん
だ状態で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電極に間するものであり、使用する
材料、組成に限定は無い。またテープ成型方法はいかな
るものであっても良い。

発明の効果 本発明による溶融炭酸塩燃料電池用電極により、電解質
体中の電解質不足を防止できるとともに電極中の電解質
の偏在がなく、かつ電極全体に電解質が分布するまで時
間も必要とせず、優れ他電池性能が得られる。これによ
り性能と信頼性が高く、均質な溶融炭酸塩燃料電池を製
造することができるようになった。また焼結法で製作し
た電極の場合のように、電極に炭酸塩を含浸させたり、
電池に組み込む段階で電極の上に炭酸塩を置くなどの工
程が不要となった。

【図面の簡単な説明】

図は本実施例により製造した電解質体／電極一体化テー
プを用いた単電池と炭酸塩を含まない場合の単電池の特
性図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 電極構成材料粉末１００重量部に対して、少なくとも炭
   酸塩粉末を５〜３０重量部、有機バインダーを２〜２０
   重量部の割合で含んでなり、電池に組み込んだ状態で有
   機バインダー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電極。