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JPH0650643B2 - 溶融炭酸塩型燃料電池用電解質板の製造方法 - Google Patents
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JPH0650643B2 - 溶融炭酸塩型燃料電池用電解質板の製造方法 - Google Patents

溶融炭酸塩型燃料電池用電解質板の製造方法

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JPH0650643B2
JPH0650643B2 JP61079931A JP7993186A JPH0650643B2 JP H0650643 B2 JPH0650643 B2 JP H0650643B2 JP 61079931 A JP61079931 A JP 61079931A JP 7993186 A JP7993186 A JP 7993186A JP H0650643 B2 JPH0650643 B2 JP H0650643B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は溶融炭酸塩型燃料電池に係り、特に電解質保持
力を向上させた電解質板の製造方法に関する。
〔従来の技術〕
燃料電池の一般的構造は第4図のようになっており、電
解質板1の上下には電解質板を挟むように2種の電極
(アノード2及びカソード3)が設けられている。アノ
ード2には燃料ガスを供給する燃料流路溝5及び、カソ
ード3には酸化剤ガスを供給する酸化剤流路溝6を有す
るセパレータ4が積層されている。
これ等の電極は数十ミクロンの微細孔を有し、ガスが拡
散可能となっている。
溶融炭酸塩型燃料電池に使用される電解質は、Li2CO3
K2CO3、NaCO3等の混合物であり、その中でも一般的なの
はLi2CO3:K2CO3=62:38のモル比で融点が約490℃のも
のである。
従ってこの電解質は室温では固体であり、650℃の電池
運転温度に於いては溶融状態となっている。
電解質板1は、電解質とその電解質を保持するマトリッ
クスからなり、マトリックスは電解質を保持した状態に
おいて、燃料ガスと酸化剤ガスを分離し、さらに電子の
不導体でCO3 2-イオンの良導体でなければならない。
そのため、マトリックスは溶融塩に対して安定であり、
かつ電気絶縁性の高い物質からなる多孔体で構成されて
いる。
例えば、アルミン酸リチウム、チタン酸ストロンチウ
ム、ジルコン酸ストロンチウム等は上記条件を満足する
ため、マトリックス材料として好適である。
燃料ガスと酸化剤ガスとの混合を防ぐのは、基本的には
電解質の毛管力によっており、燃料ガス圧力と酸化剤ガ
ス圧力の差圧に耐えるためには、マトリクッス中の細孔
径を出来るだけ小さくしなければならない。また、細孔
径が小さい程、電解質の蒸気圧を下げる効果があり、電
解質の消失量を抑える意味からも、細孔径が小さい方が
好ましい。さらに組立時に割れたりしないようにハンド
リング性が良くなければならない。
それらの条件を満足するものとして、例えば特開昭58-7
1564号公報に示されるように、マトリクッス材として1
μm以下のセラミックス微細粒子と25μm以上のセラミ
ックス粒子及びプラスチックのバインダーから成るマト
リクッステープに、電極材料金属から成り1μm以下の
細孔径を有する泡障壁シートを組合せる複合マトリクッ
スが知られている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
マトリクッスに要求される条件は前記した通り、(1)電
解質に対し安定であること、(2)多数の微細孔を有する
こと、(3)組立時に破損等しないハンドリング性に優れ
ていること及び(4)気孔率〔=(マトリックスに含まれ
る細孔の体積)/(マトリクッスの全体積)〕が高いこ
とである。
特開昭58-71564号に提案されたマトリクッステープは、
セラミックスの大粒子と小粒子の混合物を使用している
ため上記(1)〜(3)の要件は満足するが、要件(4)の気孔
率を高めることができない。その結果、電解質保持量が
少なくなるために、電解質が少量蒸発等で失われても大
きな影響を受けてしまう。さらに気孔率が低いと電解質
中の炭酸イオンの伝導抵抗も大きくなる。また、泡障壁
は金属であるため、マトリクッスと組合せると、熱膨張
率の違いから温度変化によって大きな応力が発生し、割
れが生じるという問題も有している。
本発明の目的は、ハンドリング性を損なうことなく微細
孔かつ高気孔率とできる溶融炭酸塩型燃料電池用電解質
板の製造方法を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
前記目的は、セラミックスの繊維からなる布もしくはフ
ェルト又は該布もしくはフェルトとセラミックス粉末と
の混合物からなり内在する細孔部にアルカリ金属炭酸塩
が充填されている長尺シートを、金属アルコキシドの加
水分解により生成した金属水酸化物を解膠して得られる
スラリー状ゾルを薄板成形した後に乾燥、ゲル化して得
られた微細孔を有する可撓性の2枚の長尺シートで挟持
するとともにこれらの長尺シートを圧着ロールで加圧し
て圧着した後、前記金属水酸化物を加熱脱水処理して電
解質板を製造することによって達成される。
〔作用〕
通常、セラミックス粒子でマトリクッスを形成すると気
孔率は30%が限度である。これでは充分な炭酸イオンの
伝導率が得られず電池性能が高くならない。
本発明では、電解質の保持材としてセラミックスの繊維
から成る布もしくはフェルト又はそれ等とセラミックス
粉末との混合物を使用して細孔を作るので、充分な量の
電解質が保持される。電解質を保持した布等のシートの
両面にはセラミックス粒子で作ったシートを設けるの
で、電解質板が外部へ流れ出すことがない。
〔実施例〕
以下、本発明を実施例に基づき更に説明する。
まずリチウムのブトキシドLi[OCH(CH3)CH2CH3]とアルミ
ニウムブトキシドAl[OCH(CH3)CH2CH3]3とを混合し、混
合アルキシド Li[Al[OCH(CH3)CH2CH3]4]を作り、それに水H2Oを加え、
水酸化物LiAl(OH)4を沈澱させ、それに酢酸CH3COOHを加
え解膠しゾル化した。
このゾル中の粒子径は0.01〜0.1μm程度であり、これ
を第1図に示すようにして、シート状に整形し乾燥させ
ゲル化すれば0.1μm以下の微細孔を有する可撓性のゲ
ルシートができる。
すなわち、前記LiAl(OH)4のスラリー状ゾル7をベルト
コンベア11の上に流し、ゾルのシート8を作り、ヒータ
9によって加熱して乾燥しゲル化して、ゲルのシート10
をロール12で巻取る。シートの厚さは薄い程イオン伝導
抵抗が小さくなるので望ましいが、あまり薄過ぎると破
損しやすくなる。通常0.1mm程度のものが用いられる。
このゲルシート10は板厚0.1mmと薄いため、可撓性に富
み容易にロールに巻きとることができる。
第2図に示すように、アルミナ繊維で作られた布16に電
解質スラリー17を添着し、それをサンドイッチ状に挟む
ように前記のアルコキシド法で作ったゲルシート15を圧
着ロール18で加圧して圧着し複合電解質板19を作製し
た。
この電解質板は第3図に示すような断面になっており、
アルミナ繊維の布16の繊維間のすき間に電解質スラリー
17が保持され、さらにそれを挟むようにゲルシート15が
貼り付けてある。この電解質板を電池の運転温度である
650℃まで加熱昇温すれば、その過程でゲルシートのLiA
l(OH)4は脱水してリチウムアルミネートLiAlO2となり、
0.1μm以下の微細孔を有するセラミックス多孔質体と
なる。また、この加熱工程は、未加熱の電解質板を電池
に組み込み、その昇温過程で代行することもできる。
この方法で作られた電解質板は、その主成分がアルミナ
繊維であるため多孔質体となり気孔率が大きいため、電
解質の保持量も多く、またイオン抵抗も小さくなる。こ
のアルミナ繊維16は電解質に対し安定ではなく炭酸リチ
ウムと反応してアルミン酸リチウムとなり二酸化炭素を
発生するが、それによって気孔率が多少増加するだけで
ほとんど悪影響が無い。
またゲルシート15は、微細孔であるため気孔率は小さい
が、0.1mm以下の薄板であることからイオン抵抗の増大
はほとんど無い。またこのゲルシート15は薄く強度が小
さいが、間に挟んだアルミナ繊維の布16と同材となるの
で、熱膨張差による応力の発生は無い。電解質板として
の強度は中央部のアルミナ繊維の布16が受けもつことに
なり、ハンドリング等にも問題は無い。ゲルシート15は
0.1μm以下の細孔を有するアルミン酸リチウムの板と
なるため、燃料ガスと酸化剤ガスとの差圧による混合を
充分に防止できる。従ってゲルシート15の間に挟む多孔
体は細孔径が大きくても良い。
以上ではアルミナ繊維の布16を電解質保持材としたが、
布でなくても気孔率が大きいものならアルミナのフェル
トや、アルミナの長繊維とアルミナ粉末の混合物であっ
ても良い。
本実施例では、セラミックス材としてアルミン酸リチウ
ムについて説明したが、アルコキシドの種類を変えれば
チタン酸ストロンチウムやジルコン酸ストロンチウムと
いった電解質マトリクッスに好適な材料の微細孔ゲルシ
ートが得られる。
〔発明の効果〕
本発明の電解質板の製造方法によれば、気孔率が大きく
て電解質の保持量が多く、イオン抵抗も小さい上、強度
が大きくてハンドリングが容易な溶融炭酸塩型燃料電池
用電解質板を簡単な工程で均質に、しかも大量に製造す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はゲルシートを作製する装置の概略図、第2図は
本発明による電解質板の製造方法を説明する図、第3図
は製造された電解質板の断面図、第4図は公知の燃料電
池斜視図である。 1……電解質板、2……アノード、3……カソード、4
……セパレータ、5……燃料ガス流路溝、6……酸化剤
ガス流路溝、7……混合ゾル、8……ゾルシート、9…
…ヒータ、10……ゲルシート、11……ベルトコンベア、
12……ロール、15……ゲルシート、16……アルミナ繊維
布、17……電解質スラリー、18……圧着ロール、19……
複合電解質板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−24161(JP,A) 特開 昭58−129777(JP,A) 特開 昭58−87772(JP,A) 特開 昭58−129775(JP,A) 特開 昭62−160663(JP,A)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】セラミックスの繊維からなる布もしくはフ
    ェルト又は該布もしくはフェルトとセラミックス粉末と
    の混合物からなり内在する細孔部にアルカリ金属炭酸塩
    が充填されている長尺シートを、金属アルコキシドの加
    水分解により生成した金属水酸化物を解膠して得られる
    スラリー状ゾルを薄板成形した後に乾燥、ゲル化して得
    られた微細孔を有する可撓性の2枚の長尺シートで挟持
    するとともにこれらの長尺シートを圧着ロールで加圧し
    て圧着した後、前記金属水酸化物を加熱脱水処理するこ
    とを特徴とする溶融炭酸塩型燃料電池用電解質板の製造
    方法。
JP61079931A 1986-04-09 1986-04-09 溶融炭酸塩型燃料電池用電解質板の製造方法 Expired - Fee Related JPH0650643B2 (ja)

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