JPH0410186B2 - - Google Patents
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- JPH0410186B2 JPH0410186B2 JP59107543A JP10754384A JPH0410186B2 JP H0410186 B2 JPH0410186 B2 JP H0410186B2 JP 59107543 A JP59107543 A JP 59107543A JP 10754384 A JP10754384 A JP 10754384A JP H0410186 B2 JPH0410186 B2 JP H0410186B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- ceramic material
- electrolyte plate
- electrodes
- fuel cell
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/8605—Porous electrodes
- H01M4/8621—Porous electrodes containing only metallic or ceramic material, e.g. made by sintering or sputtering
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M2004/8678—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells characterised by the polarity
- H01M2004/8684—Negative electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M2004/8678—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells characterised by the polarity
- H01M2004/8689—Positive electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/8647—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells consisting of more than one material, e.g. consisting of composites
-
- 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
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は溶融塩型燃料電池に係り、特に電極の
収縮や亀裂および電解質板の亀裂を防止するため
の改良された電極を配置した溶融塩型燃料電池に
関する。
収縮や亀裂および電解質板の亀裂を防止するため
の改良された電極を配置した溶融塩型燃料電池に
関する。
燃料電池では、電解質板の両面にそれぞれ電極
配置され、電極の外側にセパレータが配置されて
単位電池を構成している。このような燃料電池に
用いられる電極としてニツケル金網又はステンレ
ス金網等にニツケル粉末を添着されたものが提案
されている（特開昭57−34668号公報、特開昭52
−136336号公報、特開昭57−40866号公報）。
配置され、電極の外側にセパレータが配置されて
単位電池を構成している。このような燃料電池に
用いられる電極としてニツケル金網又はステンレ
ス金網等にニツケル粉末を添着されたものが提案
されている（特開昭57−34668号公報、特開昭52
−136336号公報、特開昭57−40866号公報）。
しかしながら、このような電極を有する溶融塩
型燃料電池では電池の運転中、特にヒートサイク
ルによつて電極が収縮したり、亀裂が入るほか、
電解質板に亀裂が入り、電池性能が次第に低下す
る問題がある。
型燃料電池では電池の運転中、特にヒートサイク
ルによつて電極が収縮したり、亀裂が入るほか、
電解質板に亀裂が入り、電池性能が次第に低下す
る問題がある。
本発明の目的は、電池運転中における電極の収
縮や亀裂又は電解質板の亀裂を防止して長期にわ
たり安定した高い電池性能を維持できる電極を備
えた溶融塩型燃料電池を提供することにある。
縮や亀裂又は電解質板の亀裂を防止して長期にわ
たり安定した高い電池性能を維持できる電極を備
えた溶融塩型燃料電池を提供することにある。
本発明者らは電極の収縮や亀裂及び電解質板の
亀裂の原因について調べたところ、燃料電池では
電極と電解質板が密着した状態で作動するため電
極と電解質板の膨張率が著しく異なる点に原因が
あることがわかつた。
亀裂の原因について調べたところ、燃料電池では
電極と電解質板が密着した状態で作動するため電
極と電解質板の膨張率が著しく異なる点に原因が
あることがわかつた。
すなわち、電極が金属または金属酸化物が主体
なのに対して電解質板の基材がセラミツクスで構
成されているからである。また、電極及び電解質
板の熱膨張差が小さくても、どちらか一方が構造
的に膨張しやすい構造になつていると亀裂を生じ
やすいことがわかつた。
なのに対して電解質板の基材がセラミツクスで構
成されているからである。また、電極及び電解質
板の熱膨張差が小さくても、どちらか一方が構造
的に膨張しやすい構造になつていると亀裂を生じ
やすいことがわかつた。
本発明は、電極触媒とセラミツクス材とを混合
し、電極の熱膨張率をマトリツクス型電解質板の
熱膨張率と同一乃至近似させることによつて電極
の異常な収縮や亀裂および電解質板の亀裂を防止
させ、長期にわたつて安定した高い電池性能を発
揮させるようにしたものである。マトリツクス型
電解質板は、セラミツクス材よりなる多孔質基材
に電解質を浸み込ませた構造を有し、セラミツク
スにより電解質板の骨格を保持しているため膨
張、収縮しにくい。このマトリツクス型電解質板
の両面にセラミツクスを混入して熱膨張率を電解
質板の熱膨張率と同一乃至近似させた電極を配置
し、熱膨張差をなくすことにより、電極及び電解
質板の亀裂を防止できる。
し、電極の熱膨張率をマトリツクス型電解質板の
熱膨張率と同一乃至近似させることによつて電極
の異常な収縮や亀裂および電解質板の亀裂を防止
させ、長期にわたつて安定した高い電池性能を発
揮させるようにしたものである。マトリツクス型
電解質板は、セラミツクス材よりなる多孔質基材
に電解質を浸み込ませた構造を有し、セラミツク
スにより電解質板の骨格を保持しているため膨
張、収縮しにくい。このマトリツクス型電解質板
の両面にセラミツクスを混入して熱膨張率を電解
質板の熱膨張率と同一乃至近似させた電極を配置
し、熱膨張差をなくすことにより、電極及び電解
質板の亀裂を防止できる。
本発明において、電極中のセラミツクス材とし
てはアルミナ、シリカ、チタニア、リチウムアル
ミネート、マグネシア、チタン酸リチウムなどの
１種以上を適用できる。好ましくはセラミツクス
材は電解質基材と同種品もしくは電解質板と膨張
率が近いもの、あるいは電極触媒と混合すること
により、膨張率が電解質板の膨張率に近づくもの
であれば良い。セラミツクス材の形状としては、
粒状、繊維状などが適用できる。電極触媒として
は一般にニツケルもしくは酸化ニツケル粉末、ニ
ツケルとコバルトの合金または混合物、貴金属触
媒、など電池化学反応に寄与するものであれば良
い。
てはアルミナ、シリカ、チタニア、リチウムアル
ミネート、マグネシア、チタン酸リチウムなどの
１種以上を適用できる。好ましくはセラミツクス
材は電解質基材と同種品もしくは電解質板と膨張
率が近いもの、あるいは電極触媒と混合すること
により、膨張率が電解質板の膨張率に近づくもの
であれば良い。セラミツクス材の形状としては、
粒状、繊維状などが適用できる。電極触媒として
は一般にニツケルもしくは酸化ニツケル粉末、ニ
ツケルとコバルトの合金または混合物、貴金属触
媒、など電池化学反応に寄与するものであれば良
い。
セラミツクス材の電極中での含有量は電極触媒
に対し、重量比で20〜60重量％が望ましい。セラ
ミツクス材の含有量が20重量％よりも少ないと前
記した従来技術の問題点を解決するに至らない。
一方セラミツクス材の含有量が60重量％を越える
と電極中の電極触媒量が相対的に少なくなり、電
池性能が低くなる。
に対し、重量比で20〜60重量％が望ましい。セラ
ミツクス材の含有量が20重量％よりも少ないと前
記した従来技術の問題点を解決するに至らない。
一方セラミツクス材の含有量が60重量％を越える
と電極中の電極触媒量が相対的に少なくなり、電
池性能が低くなる。
本発明における電極は、電極触媒粉末とセラミ
ツクス材とを混合して板状に成形した後焼結する
方法によつて製造することができる。本発明の電
極はセラミツクスを含み、このセラミツクスは金
属よりも電解質との親和性がよいために、セラミ
ツクスを含むことによつて電極内部まで電解質を
保持することが可能になる。この結果、電極の表
面だけでなく内部まで反応に利用することができ
るようになり、高い電池性能が得られる。しか
も、セラミツクスの混入により電極、電解質の割
れを防止できるので高い電池性能を長期間維持す
ることができる。
ツクス材とを混合して板状に成形した後焼結する
方法によつて製造することができる。本発明の電
極はセラミツクスを含み、このセラミツクスは金
属よりも電解質との親和性がよいために、セラミ
ツクスを含むことによつて電極内部まで電解質を
保持することが可能になる。この結果、電極の表
面だけでなく内部まで反応に利用することができ
るようになり、高い電池性能が得られる。しか
も、セラミツクスの混入により電極、電解質の割
れを防止できるので高い電池性能を長期間維持す
ることができる。
実施例 １
粒子径２〜3μｍのニツケル粉末80重量％と粒
子径10〜15μｍのリチウムアルミネート粉末20重
量％とを0.8％カルボキシメチルセルロース液で
混練しペースト状にしたあと鋳型に流し込み80℃
で乾燥し、ついで水素雰囲気中で800℃５時間焼
結して、厚さ１mmの電極板を調製した。電解質板
にリチウムアルミネートよりなる多孔質基材を用
いてこれに電解質を浸み込ませたマトリツクス型
を適用し、得られた電極板をアノード及びカソー
ドとして電極面積100cm2の単電池を組立て、アノ
ードには80％H2−20％N2混合ガスを供給し、カ
ソードには15％O2−30％CO2−55％N2の混合ガ
スを供給して電池性能試験をした。電池の負荷電
流と電圧の関係を調べた結果、初期に100ｍＡ／
cm2電流密度において、0.85Vの電池電圧を得た。
500時間の連続試験後で電流密度100ｍＡ／cm2で
0.83V電池電圧を得た。また、500時間の実験後
に電池を解体して電極と電解質板を調べた結果、
電極および電解質板のいずれにも亀裂の発生は全
くなく良好であつた。
子径10〜15μｍのリチウムアルミネート粉末20重
量％とを0.8％カルボキシメチルセルロース液で
混練しペースト状にしたあと鋳型に流し込み80℃
で乾燥し、ついで水素雰囲気中で800℃５時間焼
結して、厚さ１mmの電極板を調製した。電解質板
にリチウムアルミネートよりなる多孔質基材を用
いてこれに電解質を浸み込ませたマトリツクス型
を適用し、得られた電極板をアノード及びカソー
ドとして電極面積100cm2の単電池を組立て、アノ
ードには80％H2−20％N2混合ガスを供給し、カ
ソードには15％O2−30％CO2−55％N2の混合ガ
スを供給して電池性能試験をした。電池の負荷電
流と電圧の関係を調べた結果、初期に100ｍＡ／
cm2電流密度において、0.85Vの電池電圧を得た。
500時間の連続試験後で電流密度100ｍＡ／cm2で
0.83V電池電圧を得た。また、500時間の実験後
に電池を解体して電極と電解質板を調べた結果、
電極および電解質板のいずれにも亀裂の発生は全
くなく良好であつた。
実施例 ２
アルミナ繊維（繊維径２〜3μｍ）と酸化ニツ
ケル粉末（粒子径２〜3μｍ）の割合を重量比で
１：１で混合し、これにバインダーとして酸化ビ
スマスで1.0重量％を添加してさらに混合し、１
％のポリビニールアルコール溶液でペースト状に
混練したあと鋳型に入れて厚さ１mmに成形し、焼
結して電極板を作つた。これをアノード及びカソ
ードに用いて実施例１に準じて電池性能を測定し
た。その結果初期の電池性能は150ｍＡ／cm2の負
荷電流において0.78Vの電池電圧を得た。また、
500時間後の発電性能は150ｍＡ／cm2の負荷電流に
おいて0.76Vの電池電圧であつた。実験後に電池
を解体して電極及び電解質板を調べたところ亀裂
の発生はなく良好であつた。
ケル粉末（粒子径２〜3μｍ）の割合を重量比で
１：１で混合し、これにバインダーとして酸化ビ
スマスで1.0重量％を添加してさらに混合し、１
％のポリビニールアルコール溶液でペースト状に
混練したあと鋳型に入れて厚さ１mmに成形し、焼
結して電極板を作つた。これをアノード及びカソ
ードに用いて実施例１に準じて電池性能を測定し
た。その結果初期の電池性能は150ｍＡ／cm2の負
荷電流において0.78Vの電池電圧を得た。また、
500時間後の発電性能は150ｍＡ／cm2の負荷電流に
おいて0.76Vの電池電圧であつた。実験後に電池
を解体して電極及び電解質板を調べたところ亀裂
の発生はなく良好であつた。
比較例 １
実施例１と同じニツケル粉末に0.8％カルボキ
シメチルセルロース溶液を加えてペースト状に混
練したあと20メツシユの金網に塗布し、乾燥して
水素雰囲気中で750℃で焼結して電極板とした。
シメチルセルロース溶液を加えてペースト状に混
練したあと20メツシユの金網に塗布し、乾燥して
水素雰囲気中で750℃で焼結して電極板とした。
この電極板をアノード及びカソードに用いて電
極面積100cm2の単電池を構成し500時間の連続試験
をした。その結果初期の電池性能は電流密度100
ｍＡ／cm2において電池電圧0.84Vであつたが200h
経過後にアノードガスがカソード側に流出するガ
スクロスオーバが発生し、電池電圧が0.72Vに低
下した。さらに500h後では0.68V下がつた。実験
後電池を解体して調べたところ電極板に細かい亀
裂が発生していた。また電解質板には大きな亀裂
が発生していた。
極面積100cm2の単電池を構成し500時間の連続試験
をした。その結果初期の電池性能は電流密度100
ｍＡ／cm2において電池電圧0.84Vであつたが200h
経過後にアノードガスがカソード側に流出するガ
スクロスオーバが発生し、電池電圧が0.72Vに低
下した。さらに500h後では0.68V下がつた。実験
後電池を解体して調べたところ電極板に細かい亀
裂が発生していた。また電解質板には大きな亀裂
が発生していた。
以上のように本発明によれば、電極にセラミツ
クス材が混入されているので溶融塩型の燃料電池
のような高温の運転下にも電極が安定であり、ま
た電解質板と電極との熱膨張率が同一乃至近似し
ているので、ヒートサイクルによる電極および電
解質板の収縮又は亀裂を防止でき長期にわたつて
安定した電池性能が得られる。
クス材が混入されているので溶融塩型の燃料電池
のような高温の運転下にも電極が安定であり、ま
た電解質板と電極との熱膨張率が同一乃至近似し
ているので、ヒートサイクルによる電極および電
解質板の収縮又は亀裂を防止でき長期にわたつて
安定した電池性能が得られる。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 電解質板の両面にそれぞれ電極が配置され、
これらの電極の外側にそれぞれセパレータを配置
した単位電池を一個以上積層した溶融塩型燃料電
池において、セラミツクスを基材とするマトリツ
クス型電解質板の両面にセラミツクス材と電極触
媒とからなる混合物よりなり熱膨張率が前記電解
質板の熱膨張率と同一乃至近似している電極を備
えたことを特徴とする溶融塩型燃料電池。 ２ 特許請求の範囲第１項において、前記電極中
のセラミツクス材が繊維状または粒状であること
を特徴とする溶融塩型燃料電池。 ３ 特許請求の範囲第１項において、前記電極中
のセラミツクス材がアルミナ、シリカ、チタニ
ア、リチウムアルミネート、マグネシア、チタン
酸リチウムのいずれか一種以上であることを特徴
とする溶融塩型燃料電池。 ４ 特許請求の範囲第１項において、前記電極中
にセラミツクス材が前記電極触媒に対し20〜60重
量％含有されていることを特徴とする溶融塩型燃
料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59107543A JPS60253162A (ja) | 1984-05-29 | 1984-05-29 | 溶融塩型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59107543A JPS60253162A (ja) | 1984-05-29 | 1984-05-29 | 溶融塩型燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60253162A JPS60253162A (ja) | 1985-12-13 |
| JPH0410186B2 true JPH0410186B2 (ja) | 1992-02-24 |
Family
ID=14461850
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59107543A Granted JPS60253162A (ja) | 1984-05-29 | 1984-05-29 | 溶融塩型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60253162A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5031187B2 (ja) * | 2004-11-19 | 2012-09-19 | 東邦瓦斯株式会社 | 固体酸化物形燃料電池用燃料極および固体酸化物形燃料電池 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5880271A (ja) * | 1981-10-26 | 1983-05-14 | ユナイテツド・テクノロジ−ズ・コ−ポレイシヨン | 溶融炭酸塩燃料電池の負極マトリックス複合体 |
| US4423122A (en) * | 1982-04-26 | 1983-12-27 | General Electric Company | Electrode for molten carbonate fuel cell |
-
1984
- 1984-05-29 JP JP59107543A patent/JPS60253162A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60253162A (ja) | 1985-12-13 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |