JPS6386363A - 溶融炭酸塩型燃料電池用電極支持板の製造方法 - 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】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） 不発明は、溶融炭酸塩型燃料電池用電極支持板の製造方
法に関する。

（従来の技術） 近年・高能率のエネルギー変換装置として溶融炭酸塩型
燃料電池の開発が進められている口溶融炭酸塩型燃料電
池は、通常、アルカリ炭酸塩を電解質とする電解質層と
、この電解質層を互いで挾むように配置された一対の多
孔質電極、すなわち燃料極および酸化剤極と、これら電
極に燃料ガスおよび酸化剤ガスを導く手段とからなる単
位電池を導電性のセ・ぜレータを介して複数積層して構
成される。そして、運転時だ、アルカリ炭酸塩を６００
〜７００℃の高温下で溶融状態にし、この炭酸塩と各電
極中で電極に拡散された燃料ガスおよび酸化剤ガスを反
応させて電気化学的プロセスによって直流出力を得るよ
うにしてｈる。

ところで、前述した起電反応は多孔質電極、炭酸塩およ
び反応ガスからなる反応サイト（三相界百）で生じる。

この起電反応を効率良く進行させるには、反応サイトへ
反応ガスを均一に分配・供給するためのガス案内路を形
成しなければならない。

第４図から第６図は従来のガス案内路構造を示すもので
ある。すなわち、第４図に示すものは、セ・！レータ１
上にガス通路の確保および果を機能を有する波板２を設
置し、この上に集電板３、多孔質￥ｊＬ極４および電解
質層５を配置している。また、第５図に示すものは、厚
い粗孔部分と薄い細孔部分とからなる多孔質体からなる
多孔質電極６の粗孔側部分に溝７を形成し、この溝７を
ガス通路としている（リプ電極型）。また、第６図に示
すものは、第５図に示した多孔ＪＸ電４セロの溝７側を
電解質層５側へ向け、この多孔質電極６と電解質Ｗｊ５
との間に別の多孔質を極４を介在させている（反転リプ
付電極支持型）。

しかしながら、このように構成でれたガス案内路構造で
は１次のような問題があった。すなわち、この種の電池
では、反応ガスが意図しない側へ漏洩するのを防止する
ために、単位電池の端部ウェットシールを設ける必要が
ある。このウェットシールとしては、従来、第４図から
第６図に示すように、セパレータ１の端部に土手部８を
設け、この土手部８と電解質層５との間にしみでた溶融
炭酸塩によってシールする方式が採用されている。

しかし、土手部８の厚みｔｌと、波板２＋集電板３＋多
孔質電極４の厚みｔ２（第５図の場合は多孔質電極６の
厚みｔｌ、第６図の場合は多孔質電極６＋多孔質電極４
の厚みｔｌ）とは、電池組立て時洗は概略同一寸法であ
っても運転時においては熱膨張によって変化し、しかも
それぞれを構成する材質が異なることから１両者が全く
同一の変化を示すことなく１両者の間に寸法差が生じる
。

このように寸法差が生じると、′ｒ！Ｌ解質層５に過大
な応力が作用してクラックが発生したシ、また、逆に土
手部８と電解質層５との間に隙間が生じてガスの漏洩が
発生するという問題があった。

そこで、このような不具合を屏消する之めに、本発明者
等は先に特願昭６０−２１６５２８号として、ガス通路
および土手部を多孔質材で一体に形成してなる電極支持
板をセ・々レータと多孔＊Ｔ！Ｌａとの間に挿設するこ
とを提案した。第７図は、この［１支持板を組み込んだ
例を示すもので、同図において、Ｉはセパレータを、４
は多孔質電極を、５は電解質層を、９は多孔質材で形成
された電極支持板を示している。電極支持板９は、端部
がち密構造部１０に形成されておシ、その他の部分が多
孔構造部１１に形成されていて、多孔構造部１１がガス
通路として機能し、ち密構造部１０がガスシール部とし
て機能するように構成されている。このような電極支持
板９ｔ−使用すると、運転時における局所的な寸法変化
を防止でき、これによって電解質層５にクラックが生じ
る問題や電池端部でのガス漏れの問題を解決することが
できる。

しかし、上記のよりに構成される電極支持板にあっても
、さらに溶融炭酸塩の貯蔵機能を備えていることが望ま
しく、このように溶融炭酸塩の貯蔵機能まで備えた電極
支持板を如何にして簡単な工描で製造するかと言う点が
未解決であつ九。

（発明が解決しようとする問題点） 上述の如く、ガス案内機能、ガスシール機能を備え、し
かも溶融炭酸塩の貯蔵機能をも備えた電極支持板の簡便
な製造方法の出現が望まれている。

そこで本発明は、上記要望を充分満たすことが可能な溶
融炭酸塩燃料電池用電極支持板の製造方法を提供するこ
とを目的としている。

（問題点を解決するための手段〕 本発明によれば、母材となる気孔率分布がほぼ一様な多
孔質板を用意し、この多孔質板のガス通路に供される部
分に筋状に疎水性有機物を含浸するとともにその他の部
分に溶融炭酸塩に対して溶解せず、かつ濡れ性に富む微
粉の分散されたスラリーを含浸し、しかる後に加熱して
上記疎水性有機物を揮散せしめることによシ筋状のガス
通路と筋状のリデーパ部と前述したち密構造のガスシー
ル部とを同時に形成するようにしている。

〔作用〕

疎水性有機物の含浸された部分は、加熱によって上記疎
水性有機物が揮散するとガスの通過し易Ｍ元の多孔質状
態に戻る。一方、スラリーの含浸された部分には微粉が
析出されるので、この部分はち密構造となる。そして、
このち密構造部分には溶融炭酸塩江対して溶解せず、か
つ濡れ性に富んだ微粉が析出されているので、この部分
は溶融炭酸塩の貯蔵に適するとともにガスシールに適し
た形態となる。

（実施例） 以下１図面を参照しながら本発明の詳細な説明する。

まず、具体的な実施例を説明する前に、本発明製造方法
によって製造された電極支持板を組み込んでなる溶融炭
酸塩型燃料電池の構造を説明する。

周知のように溶融炭酸塩型燃料電池は複数の単位電池を
積層し、各単位電池の加算出力を得るように構成される
。第１図は本発明製造方法によりて製造された電極支持
板を組み込んでなる単位電池２１を示している。この単
位電池２ノは、電解質層２２の一方の面に多孔質の燃料
極２３を、また他方の面に酸化剤極２４を接触させ、こ
れら燃料極２３および酸化剤極２４の背面側に電極支持
板２５．２６をそれぞれ配置し、さらに電極支持板２５
．２６の背面側に導電性の七ノ！レータ２７゜２８をそ
れぞれ配置したものとなってｈる。

電解質層２２は、たとえばセラミック製の保持材とアル
カリ炭酸塩物とを混合し、これをホットプレスして板状
に形成されている。燃料極２３および酸化剤極２４は起
電反応を生じさせる反応サイトを提供するもので、金属
性の多孔質板で構成されている。電極支持板２５．２６
は、燃料極２３および酸化剤極２４へ反応ガス（燃料ガ
スＰ壇たけ酸化剤ガスＱ）を導くためのもので導電性の
多孔質板で形成されている。そして、これら電極支持板
２５．２６の対向する両辺部にはガスシールに供される
ち密構造部２９が形成され、ち密構造部２９とち密構造
部２９との間にはガス通路に供される多孔構造部３０と
溶融炭酸塩の貯蔵に供されるち？ｌｉ構造部３１とが交
互に筋状に形成されている。そして、電極支持板２５と
電極支持板２６とは多孔構造部３０内を流れる反応ガス
の方向を直交させる念めに、それぞれのち密構造部２９
の嬬びる方向が９０度異なるように配置されている。セ
ノ？レータ２７，２８は、両反応ガスの混合を防止する
とともに単位電池２１相互の電気的な接続を行うもので
ある。

このような単位電池２ノを複数積層し、この積層体の１
つの側面から燃料ガスＰを供給し、隣接する側面から酸
化剤ガスＱを供給すると、ｘｉ支持板２５の多孔構造部
３０内を図中実線矢印で示す向きに燃料ガスがフローし
、また電極支持板２６の多孔構造部３０内を図中点線矢
印で示す向きに酸化剤ガスがフローする。このフローの
過程で、各ガスが各電極に拡散されて起電反応に供され
る。このとき、各電極支持板２５．２６の各ち密構造部
２９はガスシール部として機能する。また各ち密構造部
３１は溶融炭酸塩を貯蔵しておくリデーパとして機能す
る。

このように電極支持板２５．２６は、反応ガスを案内す
る機能と、ガスシール機能と、溶融炭酸塩を貯蔵してお
く機能とを発揮するのでおるが、本発明ではこれら電極
支持板を久のようにして製造している。以下、具体的実
施例に付いて説明する。

〈実施例１〉 第２図（−）に示すように、気孔率９０チ、厚さ１、２
　ｍｍのＮｉの多孔質板（発泡メタル）４１を用意し、
前述した多孔構造部３０を形成する部分３０＆にスクリ
ーン印刷法によって疎水性の有機物である・ヂラフィン
を筋状に含浸させた後、他の部分１つまシち密構造部２
９．３１ｔ−形成する部分２９ａ。

３１　ａＫ溶融炭酸塩に対して溶解せず、かつ滴れ性に
富んだ微粉であるアルミナ微粉を主成分とする水溶媒の
スラリーを含浸した・続いて、多孔質板４ノを加熱して
・ｆラフインを揮散させた。このようにして第２図（ｂ
）に示すように、ノ９ラフインを含浸させた部分３０ｍ
が元の形態に戻って多孔構造部３０となシ、スラリーの
含浸された部分２９ａ。

３１＆がアルミナの析出でち密構造部ｚｓ、ｓ１となっ
たｔ極支持板ｘｓ（２ｇ）を得た。

このよりにして製造された電極支持板２５　（２６）の
ち密構造部２９に溶融炭酸塩を十分に含浸し、また各ち
密構造部３１にも溶融炭酸塩を所定量含浸した後、別に
製造された燃料極２３と酸化剤極２４とを組み合わせて
第１図に示す構造の１００鱈角の単位電池２１を組み立
てた。

〈実施例２〉 実施例１で製造された電極支持板２５　（２６）の片面
に、第３図に示すように平均粒径３μｍのＮｌ微粉をス
ラリー状に塗布して、ち密な層４２を形成し、とのち密
な層４２を電極（燃料極、酸化剤極）とする電極一体型
の電極支持板２５　ｍ　（、ｉ？６ａ）を作製した。そ
して、この電極支持板２５　ｍ（２６ｍ）を用いて実施
例１と同様な単位電池を組み立てた。

このようにして組み立てられた２つの単位電池をそれぞ
れ６５０℃に昇温させ、第１図に示したように電極支持
板２５（２５＊）に燃料ガスＰを、また電極支持板２６
（２６＊）に酸化剤ガスＱをそれぞれ直交するように供
給し、起電反応を生じさせた。また、２００〜６５０℃
の温度サイクルで繰返し運転し、６５０℃、１５０　ｒ
ｎＡ７’ｃｍ　の時の電圧を測定したところ、３０サイ
クルを超えても初期値の±５チの値を維持し続けた。

一方、比較のために第４図に示す構造を採用した従来の
単位電池について前述と同様の試験を行なったところ、
１０サイクル以降で大傷な性能劣化が生じた。

なお、本発明は、上述した実施例に限定されるものでは
ない。上記実施例では電極支持板の母材としてＮ１の発
泡メタルを使用いるが、例えばＮｉ系合金、ステンレス
鋼系金属等、他の発泡メタルを母材として用いてもよい
。また、通常の粉末焼結体や金ＷＡ繊維の焼結体からな
る多孔質体を母材として用いてもよい。ま念上記実施例
ではがス通路となる多孔構造部を形成するために、アル
ミナ微粉の分散されたスラリーをスクリーン印刷法で筋
状に含浸させているが、アルミナ微粉の変わりにアルミ
ン酸リチウム、酸化セリウム、チタン酸ス）ロンチウム
、チタン酸リチウムのように溶融炭酸塩内で溶解せず、
かつ溶融炭酸塩との捕れ性の良好なセラミックスの微粉
を用いてもよい。また、燃料極側には酸化クロムｔｌ−
％虚化剤極側にはＬＩ　ＦｅＯ７を用いるようにしても
よい。また、上述した実施例では１反応ガスを外部マニ
ホールドから供給し、電極支持板の内部を直交方向で７
０−せるようにした電極支持板に適用して込る。内部マ
ニホールドなど他のマニホールドタイプの燃料電池に組
み込まれる電極支持板にも適用できる。この場合にはち
密構造のがスンール部を電極支持板の周縁部全周に形成
する必要がある。

［発明の効果］ 以上述べたように、本発明によれば２回の工程だけで、
筋状のガス通路と筋状のリデーパ部とガスシールに供さ
れるち密構造部とを有した電極支持板を製造することが
できる。そして１本発明てより製造された電極支持板を
溶融炭酸塩型燃料電池に組み込むと、シール性能が良好
で電解１Ｍ、層のクラックや電池端部でのガス漏れ等の
問題を解決でき、耐熱サイクル性能およびガスの利用率
の向上に寄与できるばかシか長寿命化にもを与できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明製造方法によって製造された電極支持板
ｔ−組み込んでなる溶融炭改塩型燃料電池の構成を示す
分解斜視図、第２図は本発明製造方法の一実施形態を説
明するための図、第３図は本発明製造方法の他の実施形
態を説明するための図、第４図から第７図は従来のガス
案内路構造を説明する之めの図である。 ２ノ・・・単位電池、２２・・・電解質層、２３・・・
燃料極、２４・・・酸化剤極、　２５　、２５　ａ　、
　２６　、２６ｍ・・・電極支持板、２７．２８・・・
モノ９レータ、２９・・・ガスシール部となるち密構造
部、３０・・・ガス通路となる多孔構造部、３１・・・
リデーパとなるち密構造部、４１・・・母材となる多孔
質板、４２・・・［ｉとなるち密層、Ｐ・・・燃料ガス
、Ｑ・・・酸化剤ガス。 出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦第１図 （ａ） 第２図 第３図 」コ続ネ山正書 昭和　吊１・■・１舊 １）訂庁長官　黒　１）明　維　殿 １、事件の表示 特願昭６１−２３１８７５号 ２、発明の名称 溶融炭酸塩型燃料電池用電極支持板の製造方法３、補正
をする者 事イ１との関係　特許出願人 （３０７）株式会社　東芝 ４、代理人 東京都千代田区霞が関３丁目７番２号ｌｊ＆Ｅビル６、
補正の対象 明ｍ書全文 ７、補正の内容

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）溶融炭酸塩電解質層と、この溶融炭酸塩電解質層
   を互いで挾むように配置された一対の多孔質電極と、多
   孔質材で形成され前記各多孔質電極の背面に当てがわれ
   て上記各多孔質電極へ反応ガスをそれぞれ導くガス案内
   機能を発揮するとともに端部がち密構造に構成されてガ
   スシール機能を発揮する一対の電極支持板とで単位電池
   が構成されてなる溶融炭酸塩型燃料電池の上記電極支持
   板を製造するに当って、母材となる気孔率分布がほぼ一
   様な多孔質板を用意し、この多孔質板のガス通路に供さ
   れる部分に筋状に疎水性有機物を含浸するとともにその
   他の部分に溶融炭酸塩に対して溶解せず、かつ濡れ性に
   富む微粉の分散されたスラリーを含浸し、しかる後に加
   熱して上記疎水性有機物を揮散せしめることにより筋状
   のガス通路と前記ち密構造のガスシール部とを同時に形
   成するようにしたことを特徴とする溶融炭酸塩型燃料電
   池用電極支持板の製造方法。
2. （２）前記疎水性有機物は、パラフィンであることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の溶融炭酸塩型燃料
   電池用電極支持板の製造方法。
3. （３）前記微粉は、アルミナ、アルミン酸リチウム、酸
   化セリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸リチウ
   ムの中から選ばれた少なくとも１種であることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の溶融炭酸塩型燃料電池
   用電極支持板の製造方法。
4. （４）前記疎水性有機物および前記スラリーの含浸をス
   クリーン印刷法で行なう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型燃料電池用電極支持板の製
   造方法。