JPH07123046B2 - 溶融炭酸塩型燃料電池 - Google Patents
溶融炭酸塩型燃料電池Info
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- JPH07123046B2 JPH07123046B2 JP60216528A JP21652885A JPH07123046B2 JP H07123046 B2 JPH07123046 B2 JP H07123046B2 JP 60216528 A JP60216528 A JP 60216528A JP 21652885 A JP21652885 A JP 21652885A JP H07123046 B2 JPH07123046 B2 JP H07123046B2
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- H01M2300/0048—Molten electrolytes used at high temperature
- H01M2300/0051—Carbonates
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- 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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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、溶融炭酸塩型燃料電池に係わり、特に多孔質
電極板へのガス供給路の構造に関する。
電極板へのガス供給路の構造に関する。
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。溶融炭酸塩型燃料電
池は、対向配置された一対のガス拡散電極板、すなわち
酸化剤極および燃料極と、これら電極間に介在させたア
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、例えばインターコネクタを介して複数積層して構
成される。そして、運転時においては、上記アルカリ炭
酸塩を600〜700℃の高温下で溶融状態にし、この炭酸塩
と各電極板に拡散された酸化剤ガスおよび燃料ガスとを
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
ものである。
燃料電池の開発が進められている。溶融炭酸塩型燃料電
池は、対向配置された一対のガス拡散電極板、すなわち
酸化剤極および燃料極と、これら電極間に介在させたア
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、例えばインターコネクタを介して複数積層して構
成される。そして、運転時においては、上記アルカリ炭
酸塩を600〜700℃の高温下で溶融状態にし、この炭酸塩
と各電極板に拡散された酸化剤ガスおよび燃料ガスとを
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
ものである。
ところで、前述した起電反応は多孔質電極における電
極、炭酸塩および反応ガスからなる反応サイト（三相界
面）で生じる。この起電反応を効率良く進行させるに
は、上記反応サイトへ反応ガスを均一に分配・供給する
ためのガス供給路を形成しなければならない。
極、炭酸塩および反応ガスからなる反応サイト（三相界
面）で生じる。この起電反応を効率良く進行させるに
は、上記反応サイトへ反応ガスを均一に分配・供給する
ためのガス供給路を形成しなければならない。
第８図は、従来のガス供給路の構造を示したもので、同
図（ａ）に示すものは、セパレータ１上にガス供給路の
確保および集電機能を有する波板２を設置して、この上
に集電板３、電極４および電解質層５などを配置する構
造のもの、同図（ｂ）に示すものは、厚い多孔質体から
なる電極６に溝７を形成し、この溝７をガス通路とした
もの（リブ電極型）である。
図（ａ）に示すものは、セパレータ１上にガス供給路の
確保および集電機能を有する波板２を設置して、この上
に集電板３、電極４および電解質層５などを配置する構
造のもの、同図（ｂ）に示すものは、厚い多孔質体から
なる電極６に溝７を形成し、この溝７をガス通路とした
もの（リブ電極型）である。
しかしながら、このように構成された従来の溶融炭酸塩
型燃料電池では、次のような問題があった。
型燃料電池では、次のような問題があった。
すなわち、この種の電池では、通常、単位電池の端部に
反応ガスの意図しない側への漏洩を防止するためのウェ
ットシールを形成する。このウェットシールは、セパレ
ータ１の端部に土手部８を形成し、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形成され
る。しかしながら、通常、この土手部８の厚みt1と、波
板２＋集電板３＋電極４の厚みt2（或は電極６の厚みt
2）とは、電池組立て時には略同一寸法であっても運転
時においては熱膨脹によって変化し、しかもそれぞれを
構成する材質が異なることから、両者が全く同一の変化
を示すことはなく、両者の間に寸法差を生じてしまう。
このように寸法差を生じると、電解質層５に過大な応力
が作用してクラックが発生したり、また、土手部８と電
解質層５との間に隙間を生じてガスの漏洩が発生すると
いう問題があった。
反応ガスの意図しない側への漏洩を防止するためのウェ
ットシールを形成する。このウェットシールは、セパレ
ータ１の端部に土手部８を形成し、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形成され
る。しかしながら、通常、この土手部８の厚みt1と、波
板２＋集電板３＋電極４の厚みt2（或は電極６の厚みt
2）とは、電池組立て時には略同一寸法であっても運転
時においては熱膨脹によって変化し、しかもそれぞれを
構成する材質が異なることから、両者が全く同一の変化
を示すことはなく、両者の間に寸法差を生じてしまう。
このように寸法差を生じると、電解質層５に過大な応力
が作用してクラックが発生したり、また、土手部８と電
解質層５との間に隙間を生じてガスの漏洩が発生すると
いう問題があった。
本発明は、このような問題を考慮してなされたもので、
その目的とするところは、電極支持構造部の局所的な寸
法変化を防止し、電解質層のクラックや電池端部でのガ
スの漏洩等の問題を起こすことのない溶融炭酸塩型燃料
電池を提供することにある。
その目的とするところは、電極支持構造部の局所的な寸
法変化を防止し、電解質層のクラックや電池端部でのガ
スの漏洩等の問題を起こすことのない溶融炭酸塩型燃料
電池を提供することにある。
本発明は、溶融炭酸塩電解質層の両面に一対の多孔質電
極を配してなる単位電池の両側に、上記多孔質電極へ反
応ガスを導く多孔質体からなる電極支持板を配置すると
ともに、上記電極支持板の周縁部で上記反応ガスの導入
および排出に供されない部分にガスシール部を一体に形
成したことを特徴としている。
極を配してなる単位電池の両側に、上記多孔質電極へ反
応ガスを導く多孔質体からなる電極支持板を配置すると
ともに、上記電極支持板の周縁部で上記反応ガスの導入
および排出に供されない部分にガスシール部を一体に形
成したことを特徴としている。
本発明によれば、電極支持板の周縁部で反応ガスの導入
および排出に供されない部分に一体的にガスシール部を
形成しているので、電極支持板に局所的な寸法変化が生
じることがない。そして、この電極支持板で電極や電解
質層を支持するようにしているので、電解質層の一部に
過大な応力が作用してクラックが発生するような問題
や、単位電池の端部でガスが漏洩するという問題を解決
できる。
および排出に供されない部分に一体的にガスシール部を
形成しているので、電極支持板に局所的な寸法変化が生
じることがない。そして、この電極支持板で電極や電解
質層を支持するようにしているので、電解質層の一部に
過大な応力が作用してクラックが発生するような問題
や、単位電池の端部でガスが漏洩するという問題を解決
できる。
したがって、本発明によれば、耐熱サイクル性能および
ガスの利用率の向上化を図ることができる。
ガスの利用率の向上化を図ることができる。
以下、図面を参照しながら本発明の実施例について説明
する。
する。
〈実施例１〉 第１図に示すように、気孔率90％、厚さ1.2mmのNiの多
孔質体（発泡メタル）からなる電極支持板11の一対の対
向端部、すなわち電極支持板11の周縁部で後述する燃料
ガスＰの導入および排出に供されない部分に、アルミナ
微粉のスラリーを含浸し、端部から5mmの部分に析出さ
せた後、その部分に溶融塩を十分に含浸してち密構造部
12を形成し、これをガスシール部とした。この電極支持
板11の上に、電極（アノード）13、電解質層14および電
極（カソード）15を積層し、さらにその上に上述と同様
の方法にて形成された別の電極支持板16を積層した。な
お、電極支持板11と電極支持板16とは、それぞれのち密
構造部12を90°異ならせて配置した。このような積層体
の両面に導電性のセパレータ板17を配置して100mm角の
単位電池18を構成した。
孔質体（発泡メタル）からなる電極支持板11の一対の対
向端部、すなわち電極支持板11の周縁部で後述する燃料
ガスＰの導入および排出に供されない部分に、アルミナ
微粉のスラリーを含浸し、端部から5mmの部分に析出さ
せた後、その部分に溶融塩を十分に含浸してち密構造部
12を形成し、これをガスシール部とした。この電極支持
板11の上に、電極（アノード）13、電解質層14および電
極（カソード）15を積層し、さらにその上に上述と同様
の方法にて形成された別の電極支持板16を積層した。な
お、電極支持板11と電極支持板16とは、それぞれのち密
構造部12を90°異ならせて配置した。このような積層体
の両面に導電性のセパレータ板17を配置して100mm角の
単位電池18を構成した。
この単位電池18を650℃に昇温して、図示のように電極
支持板11に燃料ガスＰを、また電極支持板16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。そして、200〜650℃の温度サイクルで繰返し運
転し、650℃、150mA/cm2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％の値を維持し続け
た。
支持板11に燃料ガスＰを、また電極支持板16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。そして、200〜650℃の温度サイクルで繰返し運
転し、650℃、150mA/cm2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％の値を維持し続け
た。
〈実施例２〉 第２図に示すように、気孔率90％、厚さ1.2mmのNi多孔
質体からなる電極支持板21の一対の対向する端部に実施
例１と同様の方法にてち密構造部22を形成し、これをガ
スシール部とした。さらにこの電極支持板21の上面に、
平均孔径３μｍのNi微粉をスラリー状にして塗布し、ち
密な層23を形成した。そして、このち密な層23を電極と
した。
質体からなる電極支持板21の一対の対向する端部に実施
例１と同様の方法にてち密構造部22を形成し、これをガ
スシール部とした。さらにこの電極支持板21の上面に、
平均孔径３μｍのNi微粉をスラリー状にして塗布し、ち
密な層23を形成した。そして、このち密な層23を電極と
した。
〈実施例３〉 前記実施例１の電極支持板11におけるち密部12の厚みを
電極13の厚み分だけ厚くして、第３図に示すような電極
支持板31を形成し、この厚肉のち密構造部32をガスシー
ル部とした。そして、厚肉部によって形成される溝に電
極33を嵌合し、電極および電極支持板の結合体を構成し
た。
電極13の厚み分だけ厚くして、第３図に示すような電極
支持板31を形成し、この厚肉のち密構造部32をガスシー
ル部とした。そして、厚肉部によって形成される溝に電
極33を嵌合し、電極および電極支持板の結合体を構成し
た。
ちなみに上記実施例1,2では、電極と電極支持板の縦横
寸法を同じにしている。なぜなら、電極が極めて薄いた
め、溶融炭酸塩が十分に含浸し、電極端部における反応
ガスの漏洩は殆どないと考えられるからである。しか
し、この実施例３の構造であると、電極端部のシール性
能を更に高められる。
寸法を同じにしている。なぜなら、電極が極めて薄いた
め、溶融炭酸塩が十分に含浸し、電極端部における反応
ガスの漏洩は殆どないと考えられるからである。しか
し、この実施例３の構造であると、電極端部のシール性
能を更に高められる。
〈実施例４〉 気孔率90％、厚さ1.2mmのNi多孔質体からなる電極支持
板41の両端部を第４図に示すように圧縮して潰し、この
部分を実施例１と同様な方法でち密構造部42に形成し、
ガスシール部を形成した。セパレータ43の端部には、上
記電極支持板41の両端部と嵌合するような土手部44を形
成した。
板41の両端部を第４図に示すように圧縮して潰し、この
部分を実施例１と同様な方法でち密構造部42に形成し、
ガスシール部を形成した。セパレータ43の端部には、上
記電極支持板41の両端部と嵌合するような土手部44を形
成した。
〈実施例５〉 第５図に示すように、気孔率94％、厚さ1.2mmのNi多孔
質体からなる電極支持板51の両端部を、厚さ0.2mmのFe-
Cr-Al合金の薄板52でコの字状に覆い、一体に接合して
ガスシール部を形成した。
質体からなる電極支持板51の両端部を、厚さ0.2mmのFe-
Cr-Al合金の薄板52でコの字状に覆い、一体に接合して
ガスシール部を形成した。
〈実施例６〉 実施例２の一体型電極支持板に、第６図に示すように、
放電加工によってガス通流のための複数の溝61を形成
し、電極支持板62を形成した。
放電加工によってガス通流のための複数の溝61を形成
し、電極支持板62を形成した。
〈実施例７〉 上記実施例６の電極支持板62の溝61によって形成される
複数の突条を第７図に示すように、リブ71によって連結
し、強度を増した電極支持板72を形成した。
複数の突条を第７図に示すように、リブ71によって連結
し、強度を増した電極支持板72を形成した。
上記実施例２〜実施例７の各電極支持板を使用した単位
電池について、実施例１と同様な試験を行なったとこ
ろ、実施例１と同様に良好な経時特性を得ることができ
た。
電池について、実施例１と同様な試験を行なったとこ
ろ、実施例１と同様に良好な経時特性を得ることができ
た。
一方、比較のために第８図に示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
降で大幅な性能劣化を生じた。
いて前述と同様の試験を行なったところ、10サイクル以
降で大幅な性能劣化を生じた。
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。
ない。
上記実施例では電極支持板としてNiの発泡メタルを使用
したが、例えばNi系合金、ステンレス綱系金属等、他の
発泡メタルを用いても良い。また、通常の粉末焼結体や
金属繊維の焼結体からなる多孔質体を用いても良い。
したが、例えばNi系合金、ステンレス綱系金属等、他の
発泡メタルを用いても良い。また、通常の粉末焼結体や
金属繊維の焼結体からなる多孔質体を用いても良い。
また、本発明では、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通流させるものを
用いたが、内部マニホールドなど他のマニホールドタイ
プの燃料電池に適用することも可能である。この場合に
はち密構造のガスシ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。
給し、電極支持板の内部を直交方向で通流させるものを
用いたが、内部マニホールドなど他のマニホールドタイ
プの燃料電池に適用することも可能である。この場合に
はち密構造のガスシ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。
第１図は本発明の一実施例に係る溶融炭酸塩型燃料電池
の単位電池の構成を示す斜視図、第２図〜第７図は本発
明の他の実施例に係る電極支持体をそれぞれを示す図、
第８図は従来の単位電池の一部構成を示す断面図であ
る。 1,17……セパレータ、２……波板、３……集電板、4,6,
13,15,33……電極、5,14……電解質層、8,44……土手
部、11,16,21,31,41,51,62,72……電極支持板、12,22,3
2,42……ち密構造部、23……ち密な層、52……薄板、Ｐ
……燃料ガス、Ｑ……酸化剤ガス。
の単位電池の構成を示す斜視図、第２図〜第７図は本発
明の他の実施例に係る電極支持体をそれぞれを示す図、
第８図は従来の単位電池の一部構成を示す断面図であ
る。 1,17……セパレータ、２……波板、３……集電板、4,6,
13,15,33……電極、5,14……電解質層、8,44……土手
部、11,16,21,31,41,51,62,72……電極支持板、12,22,3
2,42……ち密構造部、23……ち密な層、52……薄板、Ｐ
……燃料ガス、Ｑ……酸化剤ガス。
Claims (3)
- 【請求項１】溶融炭酸塩電解質層の両面に一対の多孔質
電極を配してなる単位電池と、この単位電池の両側に配
置され、前記多孔質電極へ反応ガスを導く多孔質体から
なる電極支持板とを具備し、前記電極支持板の周縁部で
前記反応ガスの導入および排出に供されない部分にガス
シール部を一体に形成したことを特徴とする溶融炭酸塩
型燃料電池。 - 【請求項２】前記ガスシール部は、前記電極支持板の前
記部分を他の部分よりもち密に形成し、この部分に溶融
炭酸塩を含浸してなるもの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。 - 【請求項３】前記ガスシール部は、前記電極支持板の前
記部分を金属の薄板で覆ってなるものであることを特徴
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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60216528A JPH07123046B2 (ja) | 1985-09-30 | 1985-09-30 | 溶融炭酸塩型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60216528A JPH07123046B2 (ja) | 1985-09-30 | 1985-09-30 | 溶融炭酸塩型燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6276261A JPS6276261A (ja) | 1987-04-08 |
| JPH07123046B2 true JPH07123046B2 (ja) | 1995-12-25 |
Family
ID=16689841
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60216528A Expired - Fee Related JPH07123046B2 (ja) | 1985-09-30 | 1985-09-30 | 溶融炭酸塩型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07123046B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63264874A (ja) * | 1987-04-22 | 1988-11-01 | Hitachi Ltd | 溶融炭酸塩型燃料電池用電極板とその製造法 |
| US6379833B1 (en) | 1998-08-07 | 2002-04-30 | Institute Of Gas Technology | Alternative electrode supports and gas distributors for molten carbonate fuel cell applications |
| DE10056535C2 (de) * | 2000-11-15 | 2003-06-12 | Mtu Friedrichshafen Gmbh | Brennstoffzellenanordnung |
-
1985
- 1985-09-30 JP JP60216528A patent/JPH07123046B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6276261A (ja) | 1987-04-08 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |