JPH0766813B2 - 溶融炭酸塩燃料電池 - Google Patents
溶融炭酸塩燃料電池Info
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- JPH0766813B2 JPH0766813B2 JP61143236A JP14323686A JPH0766813B2 JP H0766813 B2 JPH0766813 B2 JP H0766813B2 JP 61143236 A JP61143236 A JP 61143236A JP 14323686 A JP14323686 A JP 14323686A JP H0766813 B2 JPH0766813 B2 JP H0766813B2
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- fuel cell
- molten carbonate
- carbonate fuel
- anode
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- 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
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- 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
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- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/14—Fuel cells with fused electrolytes
- H01M2008/147—Fuel cells with molten carbonates
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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
- H01M2300/00—Electrolytes
- H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
- H01M2300/0048—Molten electrolytes used at high temperature
- H01M2300/0051—Carbonates
-
- 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
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は水素などを燃料とし、空気、酸素などを酸化剤
として作動する溶融炭酸塩燃料電池の改良に関する。
として作動する溶融炭酸塩燃料電池の改良に関する。
従来の技術 溶融炭酸塩燃料電池は、一般にアノード及びカソードの
二つの電極と、両方の電極に接触する電解質タイルと、
集電体または構造によっては集電体を兼ねるタイプのバ
イポーラ板、さらに電池構成体を物理的に保持する電池
ハウジング及び活物質ガス分配器、活物質ガス供給管な
どより構成されている。燃料電池が作動している状態に
おいては、温度は約500〜700℃の間にあり全電解質タイ
ル、すなわち炭酸塩及び不活性保持体がペーストを形成
し、これによってアノードとカソードを隔離している。
二つの電極と、両方の電極に接触する電解質タイルと、
集電体または構造によっては集電体を兼ねるタイプのバ
イポーラ板、さらに電池構成体を物理的に保持する電池
ハウジング及び活物質ガス分配器、活物質ガス供給管な
どより構成されている。燃料電池が作動している状態に
おいては、温度は約500〜700℃の間にあり全電解質タイ
ル、すなわち炭酸塩及び不活性保持体がペーストを形成
し、これによってアノードとカソードを隔離している。
この電解質は電極と直接に接し、電解質と電池ハウジン
グとの間に気体密閉性を有し、また電池のアノード側と
カソード側を電気的に絶縁する働きをしている。
グとの間に気体密閉性を有し、また電池のアノード側と
カソード側を電気的に絶縁する働きをしている。
これらの電池構成体の内アノードは従来、コスト、水素
の酸化触媒能、電子伝導度、溶融炭酸塩中での安定性な
どを考慮して、ニッケルまたはニッケル−クロム合金粉
末を焼結またはテープキャスティング法により成型する
ことによって作られてきた。一方、カソードはリチウム
ドープの酸化ニッケル粉末を同様の方法で成型すること
によって、またはアノードと同様のニッケル焼結板をイ
ン シチュウ（in situ）に酸化することにより作られ
てきた。
の酸化触媒能、電子伝導度、溶融炭酸塩中での安定性な
どを考慮して、ニッケルまたはニッケル−クロム合金粉
末を焼結またはテープキャスティング法により成型する
ことによって作られてきた。一方、カソードはリチウム
ドープの酸化ニッケル粉末を同様の方法で成型すること
によって、またはアノードと同様のニッケル焼結板をイ
ン シチュウ（in situ）に酸化することにより作られ
てきた。
発明が解決しようとする問題点 溶融炭酸塩燃料電池のアノード上での水素の酸化反応
は、一般に固相（電極）と液相（電解質）と気相（燃
料）の三相が接する三相帯で起こると考えられている。
しかしながら上記三相が接する部分は厳密に考えると一
次元であるはずであり、決して面積を持つことはない。
実際には三相帯近辺で水素の酸化反応（電気化学反応）
が起こっていると考えられるが、いずれにしてもこの電
気化学反応に寄与している部分の面積は小さく、溶融炭
酸塩燃料電池の性能をさらに向上させるためには、この
電気化学反応に寄与する部分の面積を大きくする必要が
あると考えられる。
は、一般に固相（電極）と液相（電解質）と気相（燃
料）の三相が接する三相帯で起こると考えられている。
しかしながら上記三相が接する部分は厳密に考えると一
次元であるはずであり、決して面積を持つことはない。
実際には三相帯近辺で水素の酸化反応（電気化学反応）
が起こっていると考えられるが、いずれにしてもこの電
気化学反応に寄与している部分の面積は小さく、溶融炭
酸塩燃料電池の性能をさらに向上させるためには、この
電気化学反応に寄与する部分の面積を大きくする必要が
あると考えられる。
上記問題点を解決し電気化学反応に寄与する部分の面積
を大きくするための方法として、一つにはアノード構成
体であるニッケル粒子の粒径を小さくし、比表面積を大
きくすることが考えられる。
を大きくするための方法として、一つにはアノード構成
体であるニッケル粒子の粒径を小さくし、比表面積を大
きくすることが考えられる。
しかしこの方法では、ある程度以上ニッケル粒子が小さ
くなると、溶融炭酸塩に対する濡れ性及び、燃料ガスや
反応生成物のガス透過性が小さくなり、かえって電池の
性能を悪くする。
くなると、溶融炭酸塩に対する濡れ性及び、燃料ガスや
反応生成物のガス透過性が小さくなり、かえって電池の
性能を悪くする。
問題点を解決するための手段 そこで水素透過性の高電子導電性材料をアノードに用い
ることにより、アノードと電解質の接する面全体で電気
化学反応を行なわせ、反応部分の高面積化を図った。
ることにより、アノードと電解質の接する面全体で電気
化学反応を行なわせ、反応部分の高面積化を図った。
作用 通常のニッケル系のアノードでは固相と液相と気相の三
相の接点（三相帯）でのみ反応が起こる。一方、水素透
過性金属をアノードに用いた場合、第１図に示した様に
アノードを構成する金属粒子中を原子状の水素または分
子状水素が拡散し、電解質に接した面まで到達するとた
だちに炭酸イオンと電気化学的に反応する。すなわち、
従来電気化学反応が起こると考えられていた三相帯に加
えて、固相と気相が一体となり、これと液相（電解質）
の接する部分（つまり二相帯のような部分）においても
電気化学反応が起こるため、この反応が起こるために必
要な活性な部分の面積が大きくなり、電池性能の向上に
寄与する。
相の接点（三相帯）でのみ反応が起こる。一方、水素透
過性金属をアノードに用いた場合、第１図に示した様に
アノードを構成する金属粒子中を原子状の水素または分
子状水素が拡散し、電解質に接した面まで到達するとた
だちに炭酸イオンと電気化学的に反応する。すなわち、
従来電気化学反応が起こると考えられていた三相帯に加
えて、固相と気相が一体となり、これと液相（電解質）
の接する部分（つまり二相帯のような部分）においても
電気化学反応が起こるため、この反応が起こるために必
要な活性な部分の面積が大きくなり、電池性能の向上に
寄与する。
実施例 まず、水素透過性金属としてパラジウムの粉末を用い
た。これをニッケル粉末と混合し800℃の水素雰囲気炉
中で焼結しアノードとして用いた。またカソードには多
孔質リチウムドープ酸化ニッケルを用い、電解質には炭
酸リチウム：炭酸カリウムの比が62:38mol％のものを電
解質保持体であるアルミン酸リチウムと共にテープキャ
スティング法にて作製し使用した。燃料ガスには水素：
炭酸ガス：水蒸気の比が80:14:6の割合のものを、酸化
剤として空気：炭酸ガスの比が70:30の割合のものを適
用し、650℃の温度で試験を行なった。
た。これをニッケル粉末と混合し800℃の水素雰囲気炉
中で焼結しアノードとして用いた。またカソードには多
孔質リチウムドープ酸化ニッケルを用い、電解質には炭
酸リチウム：炭酸カリウムの比が62:38mol％のものを電
解質保持体であるアルミン酸リチウムと共にテープキャ
スティング法にて作製し使用した。燃料ガスには水素：
炭酸ガス：水蒸気の比が80:14:6の割合のものを、酸化
剤として空気：炭酸ガスの比が70:30の割合のものを適
用し、650℃の温度で試験を行なった。
次に、パラジウムは高価であるため水素透過性金属とし
てランタン／ニッケル系合金を用いた。これは常温付近
では水素吸蔵合金として知られているが、本発明では水
素は吸蔵せずその透過性に注目している。水素透過性金
属は粉末で用いることにした。これを直接焼結しても良
いが本実施例では、この粉末に耐食性向上のため銅の無
電解メッキをほどこし、さらに水素透過性金属のみでは
強度がやや弱いため多孔体である発泡ニッケルに充填し
アノードとして用いた。この常温において水素吸蔵合金
として知られる合金類は、水素の吸蔵及び水素のイオン
化触媒として燃料電池のアノードに用いられた例が知ら
れている。R and D Report燃料電池の技術と経済性，シ
ーエムシー出版,1985,P197〜198によると溶融炭酸塩燃
料電池においてもその可能性が示唆されている。しかし
これも同様に水素の吸蔵及び水素のイオン化触媒として
燃料電池のアノードに用いるという思想に変りはない。
しかしこれら水素吸蔵合金には、その系によってそれぞ
れ水素を吸蔵するための適切な温度があり、一般に常温
付近で水素吸蔵合金として作用する合金は高温では水素
を吸蔵せず水素を透過するのみである。本実施例で用い
たランタン／ニッケル系やあるいはチタン／マンガン系
なども高温領域で使用すると水素の吸蔵は起こらず、水
素を原子状または分子状で透過するのみである。従っ
て、上記水素の吸蔵またはイオン化触媒として用いる場
合と本実施例とでは、用途、目的共に異なる。実際この
電池において、運転温度である650℃ではアノードに用
いた水素透過性金属は水素の吸蔵をしない条件である。
てランタン／ニッケル系合金を用いた。これは常温付近
では水素吸蔵合金として知られているが、本発明では水
素は吸蔵せずその透過性に注目している。水素透過性金
属は粉末で用いることにした。これを直接焼結しても良
いが本実施例では、この粉末に耐食性向上のため銅の無
電解メッキをほどこし、さらに水素透過性金属のみでは
強度がやや弱いため多孔体である発泡ニッケルに充填し
アノードとして用いた。この常温において水素吸蔵合金
として知られる合金類は、水素の吸蔵及び水素のイオン
化触媒として燃料電池のアノードに用いられた例が知ら
れている。R and D Report燃料電池の技術と経済性，シ
ーエムシー出版,1985,P197〜198によると溶融炭酸塩燃
料電池においてもその可能性が示唆されている。しかし
これも同様に水素の吸蔵及び水素のイオン化触媒として
燃料電池のアノードに用いるという思想に変りはない。
しかしこれら水素吸蔵合金には、その系によってそれぞ
れ水素を吸蔵するための適切な温度があり、一般に常温
付近で水素吸蔵合金として作用する合金は高温では水素
を吸蔵せず水素を透過するのみである。本実施例で用い
たランタン／ニッケル系やあるいはチタン／マンガン系
なども高温領域で使用すると水素の吸蔵は起こらず、水
素を原子状または分子状で透過するのみである。従っ
て、上記水素の吸蔵またはイオン化触媒として用いる場
合と本実施例とでは、用途、目的共に異なる。実際この
電池において、運転温度である650℃ではアノードに用
いた水素透過性金属は水素の吸蔵をしない条件である。
この際、カソードには多孔質リチウムドープ酸化ニッケ
ルを用い、電解質には炭酸リチウム：炭酸カリウムの比
が62:38mol％のものを電解質保持体であるアルミン酸リ
チウムと共にテープキャスティング法にて作製し使用し
た。また燃料ガスには水素：炭酸ガス：水蒸気の比が8
0:14:6の割合のものを、酸化剤として空気：炭酸ガスの
比が70:30の割合のものを適用し、650℃の温度で試験を
行なった。
ルを用い、電解質には炭酸リチウム：炭酸カリウムの比
が62:38mol％のものを電解質保持体であるアルミン酸リ
チウムと共にテープキャスティング法にて作製し使用し
た。また燃料ガスには水素：炭酸ガス：水蒸気の比が8
0:14:6の割合のものを、酸化剤として空気：炭酸ガスの
比が70:30の割合のものを適用し、650℃の温度で試験を
行なった。
これらの電池のＩ−Ｖ特性と通常のニッケル多孔体を用
いた同条件の電池のＩ−Ｖ特性を比較し、第２図に示し
た。明らかに水素透過性金属アノードを用いた場合に性
能の向上が見られた。また同様にアノードに水素透過性
金属単体を用いた場合も、水素透過性金属にアルミニウ
ム、銀、白金、パラジウムなどを被覆して用いた場合
も、ニッケルを用いた場合に比べていずれも溶融炭酸塩
燃料電池の性能は向上した。
いた同条件の電池のＩ−Ｖ特性を比較し、第２図に示し
た。明らかに水素透過性金属アノードを用いた場合に性
能の向上が見られた。また同様にアノードに水素透過性
金属単体を用いた場合も、水素透過性金属にアルミニウ
ム、銀、白金、パラジウムなどを被覆して用いた場合
も、ニッケルを用いた場合に比べていずれも溶融炭酸塩
燃料電池の性能は向上した。
発明の効果 以上のことから本発明は、溶融炭酸塩燃料電池のアノー
ド材料に水素透過型金属を用いることにより電池の性能
を向上させるものであることが判明した。
ド材料に水素透過型金属を用いることにより電池の性能
を向上させるものであることが判明した。
第１図は通常のニッケル系アノードの場合の三相帯と、
本発明の一実施例の溶融炭酸燃料電池における電極の二
相帯を示す図、第２図は通常のニッケル多孔体を用いた
溶融炭酸塩燃料電池と水素透過型金属であるパラジウム
とランタン／ニッケル系合金をアノード材料に用いた本
発明の一実施例の溶融炭酸塩燃料電池のＩ−Ｖ特性を示
す図である。 １……三相帯、２……二相帯。
本発明の一実施例の溶融炭酸燃料電池における電極の二
相帯を示す図、第２図は通常のニッケル多孔体を用いた
溶融炭酸塩燃料電池と水素透過型金属であるパラジウム
とランタン／ニッケル系合金をアノード材料に用いた本
発明の一実施例の溶融炭酸塩燃料電池のＩ−Ｖ特性を示
す図である。 １……三相帯、２……二相帯。
Claims (4)
- 【請求項１】水素を含むガスを燃料として作動する溶融
炭酸塩燃料電池において、アノード材料に水素透過性金
属を使用することを特徴とする溶融炭酸塩燃料電池。 - 【請求項２】常温においては水素吸蔵合金であり、作動
温度においては水素を吸蔵しない水素透過性金属である
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の溶融炭
酸塩燃料電池。 - 【請求項３】水素を含むガスを燃料として作動する溶融
炭酸塩燃料電池において、アノード材料に水素透過性金
属を使用し、水素透過性金属微粒子の表面を銅、アルミ
ニウム、ニッケル、銀、白金、パラジウムの内、少なく
ともいずれか１種を含む金属で被覆したことを特徴とす
る溶融炭酸塩燃料電池。 - 【請求項４】常温においては水素吸蔵合金であり、作動
温度においては水素を吸蔵しない水素透過性金属である
ことを特徴とする特許請求の範囲第３項に記載の溶融炭
酸塩燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61143236A JPH0766813B2 (ja) | 1986-06-19 | 1986-06-19 | 溶融炭酸塩燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61143236A JPH0766813B2 (ja) | 1986-06-19 | 1986-06-19 | 溶融炭酸塩燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63966A JPS63966A (ja) | 1988-01-05 |
| JPH0766813B2 true JPH0766813B2 (ja) | 1995-07-19 |
Family
ID=15334064
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61143236A Expired - Lifetime JPH0766813B2 (ja) | 1986-06-19 | 1986-06-19 | 溶融炭酸塩燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0766813B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60225363A (ja) * | 1984-04-23 | 1985-11-09 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 燃料電池 |
-
1986
- 1986-06-19 JP JP61143236A patent/JPH0766813B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63966A (ja) | 1988-01-05 |
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