JPH0222505B2 - - Google Patents
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- JPH0222505B2 JPH0222505B2 JP58203702A JP20370283A JPH0222505B2 JP H0222505 B2 JPH0222505 B2 JP H0222505B2 JP 58203702 A JP58203702 A JP 58203702A JP 20370283 A JP20370283 A JP 20370283A JP H0222505 B2 JPH0222505 B2 JP H0222505B2
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- electrolyte
- carbonate
- fuel cell
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0289—Means for holding the electrolyte
- H01M8/0295—Matrices for immobilising electrolyte melts
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
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Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は、電解質層の機械的強度の向上を図れ
るようにした溶融炭酸塩燃料電池に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field of the Invention] The present invention relates to a molten carbonate fuel cell in which the mechanical strength of an electrolyte layer can be improved.
従来、高能率のエネルギー変換装置として、燃
料電池が広く知られている。燃料電池は、使用す
る電解質によつてりん酸塩型、溶融炭酸塩型、固
体電解質型に分類される。なかでも溶融炭酸塩燃
料電池は、動作温度が高いため、電極反応が起こ
り易く、高価な貴金属触媒を必要としないこと、
また、発電熱効率が高いことなどの大きな特徴を
有している。
Conventionally, fuel cells have been widely known as a highly efficient energy conversion device. Fuel cells are classified into phosphate type, molten carbonate type, and solid electrolyte type depending on the electrolyte used. Among these, molten carbonate fuel cells have high operating temperatures, so electrode reactions occur easily, and expensive precious metal catalysts are not required.
It also has great features such as high heat generation efficiency.
溶融炭酸塩燃料電池は対向配置された一対の多
孔質電極板と、この電極板間に介在させたアルカ
リ炭酸塩を電解質とする電解質層とからなる単位
電池を、通常、インタコネクタを介して複数積層
して構成されている。電解質層は、アルカリ炭酸
塩が高温度の溶融状態下で流出するのを防止する
ため、多孔質または粉末状の保持材に電解質を含
浸させて形成されている。このような電解質層に
あつて、いわゆるペースト型電解質層と呼ばれる
ものは上記保持材に、粉末状のγ−リチウム・ア
ルミネートを用い、この粉末と炭酸塩とを混合
し、金型成形によつて形成された、いわゆる電解
質タイルと称される板状に構成されている。 A molten carbonate fuel cell is a unit cell consisting of a pair of porous electrode plates arranged opposite to each other and an electrolyte layer containing an alkali carbonate as an electrolyte interposed between the electrode plates. It is composed of layers. The electrolyte layer is formed by impregnating a porous or powdered holding material with an electrolyte in order to prevent the alkali carbonate from flowing out in a high-temperature molten state. Among such electrolyte layers, the so-called paste-type electrolyte layer uses powdered γ-lithium aluminate as the above-mentioned holding material, mixes this powder with carbonate, and molds it by molding. It has a plate-like structure called an electrolyte tile.
ところで、電解質板に要求される性能として
は、
溶融状態の炭酸塩を十分に保持できる。 By the way, the performance required of the electrolyte plate is that it can sufficiently hold carbonate in a molten state.
電池の内部抵抗を最小限にするため、薄型化
できる。 Since the internal resistance of the battery is minimized, it can be made thinner.
単位電池から得られる出力を高めるため、大
型化できる。 In order to increase the output obtained from a unit battery, it can be made larger.
などが挙げられる。これに対し、従来のこの種
の電解質板は、炭酸塩の保持機能は十分であるも
のの、機械的強度に劣り、常温での抗折強度は
高々10Kg/mm2程度であつた。したがつて薄肉で大
型の電解質層を製作するには、強度的に難点があ
り、結局、単位電池から得られる出力にも限界が
あるという問題があつた。 Examples include. On the other hand, conventional electrolyte plates of this type have a sufficient carbonate retention function, but have poor mechanical strength, with a bending strength of about 10 kg/mm 2 at room temperature at most. Therefore, it is difficult to manufacture a thin and large electrolyte layer in terms of strength, and as a result, there is a problem that there is a limit to the output that can be obtained from a unit cell.
また、上記炭酸塩は固体状態と液体状態との間
の体積変化が大きいため、上述の如く電解質層の
機械的強度が低いと、燃料電池の稼動−停止に伴
なう熱サイクルによつて電解質層に割れが発生し
易い。このような割れが発生すると、この割れを
通じて燃料ガスと酸化剤ガスとが混合され、供給
ガスの有効利用が損われることになる。したがつ
て、これによつても高出力を得ることができない
という問題があつた。 In addition, since the carbonate has a large volume change between the solid state and the liquid state, if the mechanical strength of the electrolyte layer is low as described above, the electrolyte may be damaged by the thermal cycle that occurs when the fuel cell starts and stops. Cracks are likely to occur in the layers. When such cracks occur, the fuel gas and oxidizing gas are mixed through the cracks, impairing the effective use of the supplied gas. Therefore, even with this method, there was a problem that high output could not be obtained.
本発明は、かかる問題点に基づきなされたもの
であり、その目的とするところは、他の特性に何
ら影響を与えることなく、電解質層の機械的強度
の向上化を図れ、もつて電解質層の大型化および
耐熱サイクル性能の向上化を図れ、単位電池当た
りの出力を向上させることができる溶融炭酸塩燃
料電池を提供することにある。
The present invention has been made based on these problems, and its purpose is to improve the mechanical strength of an electrolyte layer without affecting other properties. The object of the present invention is to provide a molten carbonate fuel cell that can be made larger, have improved heat cycle performance, and can improve the output per unit cell.
本発明は、対向配置された2枚の電極板間に、
炭酸塩からなる電解質を主体とする電解質層を介
在させて主要部を構成した溶融炭酸塩燃料電池に
おいて、本発明は、前記電解質層の芯部の保持材
の一部が、炭化物、窒化物、炭素、これらの複合
化合物またはこれらの混合物の繊維からなる織布
あるいは不織布で構成されるとともに、前記電解
質層はペースト型であることを特徴としている。
In the present invention, between two electrode plates arranged oppositely,
In a molten carbonate fuel cell in which a main portion is constituted by interposing an electrolyte layer mainly composed of carbonate, the present invention provides that a part of the holding material in the core of the electrolyte layer is made of carbide, nitride, The electrolyte layer is characterized in that it is composed of a woven or nonwoven fabric made of fibers of carbon, a composite compound thereof, or a mixture thereof, and that the electrolyte layer is of a paste type.
本発明はペースト型の電解質層の芯部の保持材
の一部を、炭酸塩からなる電解質に対する耐蝕性
に優れている炭化物、窒化物、炭素、これらの複
合化合物またはこれらの混合物の繊維からなる織
布または不織布で構成しているため、他の特性、
例えば電解質層保持機能に影響を与えずに、室温
下での抗折強度および運転サイクル時の機械的強
度を大幅に向上できるとともに、最初に形成され
た電解質層内部微構造が長期的に維持されること
による前記強度の長期的維持が可能となる。この
ため、電解質層の薄型化、大型化、耐熱サイクル
性能の向上および長寿命化が図れ、もつて大出力
の燃料電池の実現に寄与することができる。
In the present invention, a part of the core holding material of a paste-type electrolyte layer is made of fibers of carbides, nitrides, carbon, composite compounds thereof, or mixtures thereof, which have excellent corrosion resistance against electrolytes made of carbonates. Composed of woven or non-woven fabrics, other properties,
For example, the bending strength at room temperature and the mechanical strength during operation cycles can be significantly improved without affecting the electrolyte layer retention function, and the initially formed internal microstructure of the electrolyte layer can be maintained over a long period of time. This makes it possible to maintain the above-mentioned strength over a long period of time. Therefore, the electrolyte layer can be made thinner, larger, have better heat cycle resistance, and have a longer lifespan, thereby contributing to the realization of a high-output fuel cell.
以下、本発明の詳細を図示の実施例に基づき説
明する。
Hereinafter, details of the present invention will be explained based on illustrated embodiments.
実施例 1
図は、単位電池を示したもので、図中1は電解
質層である。この電解質層1は、多孔質電極板
2,4および導電性の波板状電極支持体3,5を
それぞれ介してインタコネクタ6および7で挾持
されている。Example 1 The figure shows a unit battery, and numeral 1 in the figure is an electrolyte layer. This electrolyte layer 1 is held between interconnectors 6 and 7 via porous electrode plates 2 and 4 and conductive corrugated electrode supports 3 and 5, respectively.
電解質層1は電解質8と保持材9との複合体で
構成され、さらに上記保持体9は、第1の保持材
9aと、電解質層1の中間部分に配置された第2
の保持材9bとで構成されている。 The electrolyte layer 1 is composed of a composite of an electrolyte 8 and a holding material 9, and the holding material 9 further includes a first holding material 9a and a second holding material 9a disposed in an intermediate portion of the electrolyte layer 1 .
and a holding material 9b.
電解質8は、具体的に炭酸リチウム(Li2CO3)
と炭酸カリウム(K2CO3)とも重量比にして
7:8の割合で混合して構成されている。また、
保持材9を構成している第1の保持材9aは、上
記電解質8の重量の33%のγ−リチウム・アルミ
ネート(γ−LiAlO3)の粉末で構成されている。
また、第2の保持材9bは、炭素繊維からなる織
布で構成されている。この織布としては、たとえ
ば7μm径の炭素繊維を約3000本束ねて織つたも
のが用いられており、その単位面積当りの重量は
200g/m2である。 Electrolyte 8 is specifically lithium carbonate (Li 2 CO 3 )
and potassium carbonate (K 2 CO 3 ) in a weight ratio of 7:8. Also,
The first holding material 9a constituting the holding material 9 is made of γ-lithium aluminate (γ-LiAlO 3 ) powder that accounts for 33% of the weight of the electrolyte 8.
Further, the second holding material 9b is made of a woven fabric made of carbon fiber. This woven fabric is made by bundling and weaving approximately 3,000 carbon fibers with a diameter of 7 μm, and the weight per unit area is
It is 200g/ m2 .
なお、上記電解質層1は、以下の工程によつて
製造されたものである。すなわち、炭酸リチウム
28gと、炭酸カリウム32gと、γ−リチウム・ア
ルミネート20gとをボールミルで混合し、5×5
cm2のホツトプレス型に通常成形量の半量を均一に
充填し、しかる後、上記混合粉の上面に、5×5
cm2に裁断した第2の保持材9bである織布を敷設
し、さらにこの織布の上面に上記混合粉の残りの
半量を充填した、これを400℃、300Kg/cm2の条件
にてホツトプレスして、5×5cm、厚さ2mmの板
状に形成されたものである。このようにして得ら
れた電解質層の相対密度は98%であつた。 Note that the electrolyte layer 1 was manufactured by the following steps. i.e. lithium carbonate
28g of potassium carbonate, 32g of potassium carbonate, and 20g of γ-lithium aluminate were mixed in a ball mill.
Fill a cm 2 hot press mold uniformly with half of the normal molding amount, and then place a 5 x 5 mold on the top of the mixed powder.
A woven fabric serving as the second holding material 9b cut into cm 2 pieces was laid down, and the remaining half of the above mixed powder was filled on the upper surface of this woven fabric. It was hot pressed into a plate shape of 5 x 5 cm and 2 mm thick. The relative density of the electrolyte layer thus obtained was 98%.
このように構成された燃料電池において、組立
前に上記電解質層1を20×3mm2に切断した試験片
の抗折強度を測定したところ、21.5Kg/mm2という
値を得ることができた。なお、比較のために、上
記織布を埋設しない電解質層について、同様の試
験を行なつたところ、その抗折強度は8.4Kg/mm2
であつた。 In the fuel cell constructed in this manner, the bending strength of a test piece cut into 20×3 mm 2 from the electrolyte layer 1 was measured before assembly, and a value of 21.5 Kg/mm 2 was obtained. For comparison, a similar test was conducted on the electrolyte layer without the woven fabric buried therein, and its bending strength was 8.4 Kg/mm 2
It was hot.
また、燃料電池について、インタコネクタ6の
導入孔10を介して燃料ガスH2+COを供給し、
また、インタコネクタ7の導入孔11を介して酸
化剤ガスO2+CO2を供給して実際に200mA/cm2
の発電を行わせて稼動−停止を繰り返したとこ
ろ、電解質層1の破壊および他の電池特性の劣化
は確認されなかつた。 Further, for the fuel cell, fuel gas H 2 +CO is supplied through the introduction hole 10 of the interconnector 6,
In addition, oxidant gas O 2 +CO 2 was supplied through the introduction hole 11 of the interconnector 7 to actually generate 200 mA/cm 2 .
When power generation was performed and operation and stop were repeated, no destruction of the electrolyte layer 1 or deterioration of other battery characteristics was observed.
以上の結果からペースト型の電解質層の芯部の
保持材の一部を炭素繊維の織布で置き代えること
により、他の特性をなんら損うことなく、電解質
層の機械的強度を従来に比して2倍以上に向上さ
せることができ、大型の単位燃料電池の実現を可
能にし得るとともに、耐熱サイクル性にも優れた
特性を発揮させ得ることが判つた。 Based on the above results, by replacing part of the core holding material of the paste-type electrolyte layer with carbon fiber woven cloth, the mechanical strength of the electrolyte layer can be improved compared to conventional ones without any loss of other properties. It has been found that this can be more than doubled, making it possible to realize large-scale unit fuel cells, and exhibiting excellent heat cycle resistance.
なお、前記実施例では織布または不織布に炭素
繊維を用いたが、特にこれに限定されるものでは
なく、たとえば、SiC、Si3N4などの炭化物、窒
化物、炭素これらの複化合物またはこれらの混合
物の繊維を用いてもよい。要するに本発明は、そ
の要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。 Although carbon fiber was used for the woven fabric or non - woven fabric in the above examples, it is not limited to this in particular. A mixture of fibers may also be used. In short, the present invention can be modified in various ways without departing from its gist.
図は本発明の第1の実施例に係る溶融炭酸塩燃
料電池を構成する単位電池の模式的断面図であ
る。
1……電解質層、2,4……電極板、3,5…
…電極支持体、6,7……インタコネクタ、8…
…電解質、9……保持材、10,11……導入
孔。
The figure is a schematic cross-sectional view of a unit cell constituting a molten carbonate fuel cell according to a first embodiment of the present invention. 1 ... Electrolyte layer, 2, 4... Electrode plate, 3, 5...
...electrode support, 6,7...interconnector, 8...
... Electrolyte, 9 ... Holding material, 10, 11 ... Introduction hole.
Claims (1)
ら電極板間に介在し、炭酸塩からなる電解質を保
持材で保持して形成されたペースト型電解質層と
を具備した溶融炭酸塩燃料電池において、前記ペ
ースト型電解質層の芯部の保持材が、炭化物、窒
化物、炭素、これらの複合化合物またはこれらの
混合物の繊維からなる織布あるいは不織布で構成
されていることを特徴とする溶融炭酸塩燃料電
池。1 A molten carbonate fuel cell comprising two porous electrode plates arranged opposite to each other and a paste-type electrolyte layer interposed between these electrode plates and formed by holding an electrolyte made of carbonate with a holding material. In the molten carbonic acid, the core holding material of the paste type electrolyte layer is composed of a woven fabric or a nonwoven fabric made of fibers of carbides, nitrides, carbon, composite compounds thereof, or mixtures thereof. salt fuel cell.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58203702A JPS6097558A (en) | 1983-11-01 | 1983-11-01 | Molten carbonate fuel cell |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58203702A JPS6097558A (en) | 1983-11-01 | 1983-11-01 | Molten carbonate fuel cell |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6097558A JPS6097558A (en) | 1985-05-31 |
| JPH0222505B2 true JPH0222505B2 (en) | 1990-05-18 |
Family
ID=16478431
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58203702A Granted JPS6097558A (en) | 1983-11-01 | 1983-11-01 | Molten carbonate fuel cell |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6097558A (en) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0650643B2 (en) * | 1986-04-09 | 1994-06-29 | 株式会社日立製作所 | Method for manufacturing electrolyte plate for molten carbonate fuel cell |
| JPS632262A (en) * | 1986-06-20 | 1988-01-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | molten carbonate fuel cell |
| JPS6334860A (en) * | 1986-07-29 | 1988-02-15 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Molten carbonate fuel cell |
| US11607095B2 (en) | 2015-01-30 | 2023-03-21 | Sharkninja Operating Llc | Removable rotatable driven agitator for surface cleaning head |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58129775A (en) * | 1982-01-29 | 1983-08-02 | Hitachi Ltd | Fuel battery |
-
1983
- 1983-11-01 JP JP58203702A patent/JPS6097558A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6097558A (en) | 1985-05-31 |
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