JP2658082B2 - 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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- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
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- H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
- H01M2300/0048—Molten electrolytes used at high temperature
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は燃料の有する化学エネルギーを直接電気エネ
ルギーに変換させるエネルギー部門で用いる燃料電池の
うち、特に、溶融炭酸塩型燃料電池に関するものであ
る。
ルギーに変換させるエネルギー部門で用いる燃料電池の
うち、特に、溶融炭酸塩型燃料電池に関するものであ
る。
［従来の技術］ 従来の溶融炭酸塩型燃料電池としては、第３図に示す
如く、電解質として溶融炭酸塩を多孔質物質にしみ込ま
せた電解質板（タイル）１を、カソード２とアノード３
の両電極で両面から挟み、カソード２側へ酸化ガスを供
給すると共にアノード３側へ燃料ガスを供給することに
よりカソード２とアノード３との間で発生する電位差に
より発電が行われるようにしたものを１セルＣとし、各
セルＣをセパレータ４を介して多層に積層させるように
したものがある。
如く、電解質として溶融炭酸塩を多孔質物質にしみ込ま
せた電解質板（タイル）１を、カソード２とアノード３
の両電極で両面から挟み、カソード２側へ酸化ガスを供
給すると共にアノード３側へ燃料ガスを供給することに
よりカソード２とアノード３との間で発生する電位差に
より発電が行われるようにしたものを１セルＣとし、各
セルＣをセパレータ４を介して多層に積層させるように
したものがある。
従来の燃料電池では、通常、第３図に示すようにカソ
ード２、アノード３の各電極は平板状のものが使用され
ているため、電極の表面積が小さく出力密度が一般的に
小さい。
ード２、アノード３の各電極は平板状のものが使用され
ているため、電極の表面積が小さく出力密度が一般的に
小さい。
そのため、電極の表面積を大きくして電極によりセル
を高性能化することが試みられ、従来では、第４図に示
す如く電極のセパレータと接する側の面に、ガスの通路
を形成するための凹凸を設けて多数の突部６を有する突
起付電極５を構成し、該突起付電極５を電解質板１に接
するように配置し、平板状のセパレータ７で仕切って積
層させることが考えられている。
を高性能化することが試みられ、従来では、第４図に示
す如く電極のセパレータと接する側の面に、ガスの通路
を形成するための凹凸を設けて多数の突部６を有する突
起付電極５を構成し、該突起付電極５を電解質板１に接
するように配置し、平板状のセパレータ７で仕切って積
層させることが考えられている。
［発明が解決しようとする問題点］ ところが、上記従来の突起付電極５をカソード側に使
用する場合に、該電極５の突部６をカレントコレクタと
すると、該突部６の厚さが厚いために電気抵抗が大きい
という問題がある。
用する場合に、該電極５の突部６をカレントコレクタと
すると、該突部６の厚さが厚いために電気抵抗が大きい
という問題がある。
そこで、本発明は、電極の表面積を増大させると同時
に電気抵抗を小さくできるようにすることを目的とする
ものである。
に電気抵抗を小さくできるようにすることを目的とする
ものである。
［問題点を解決するための手段］ 本発明は、上記目的を達成するために、電解質板をカ
ソードとアノードの両電極で挟み、カソード側に酸化ガ
スを、又、アノード側に燃料ガスをそれぞれ供給するよ
うにしたセルをセパレータを介して多層に積層させる溶
融炭酸塩型燃料電池において、上記セパレータを平板状
にすると共にセルを構成する電解質板両面の各電極を平
板にして、該セパレータと上記セルとの間に、金属板を
波板状にしてなるカレントコレクタのセル側の面にのみ
該セルのカレントコレクタ側の電極と同じ電極材をコー
ティングして電極材層を設けてなるものを介在させ、且
つ上記電極材層をセルのカレントコレクタ側の平板の電
極に部分的に接触させてなる構成とする。
ソードとアノードの両電極で挟み、カソード側に酸化ガ
スを、又、アノード側に燃料ガスをそれぞれ供給するよ
うにしたセルをセパレータを介して多層に積層させる溶
融炭酸塩型燃料電池において、上記セパレータを平板状
にすると共にセルを構成する電解質板両面の各電極を平
板にして、該セパレータと上記セルとの間に、金属板を
波板状にしてなるカレントコレクタのセル側の面にのみ
該セルのカレントコレクタ側の電極と同じ電極材をコー
ティングして電極材層を設けてなるものを介在させ、且
つ上記電極材層をセルのカレントコレクタ側の平板の電
極に部分的に接触させてなる構成とする。
［作用］ 燃料電池セルの電極に、波板状のカレントコレクタの
片面に上記電極と同じ電極材を塗布して設けた電極材層
が部分的に接触しているので、電極の反応時に電解質板
中の電解質が電極にしみ込み、更に電極から該電極との
接触部を通して電極材層にしみ込んで、該電極材層も電
解質で濡れて来て電極として使用できる状態になる。こ
れにより電極の表面積を実質的に増大させることができ
る。
片面に上記電極と同じ電極材を塗布して設けた電極材層
が部分的に接触しているので、電極の反応時に電解質板
中の電解質が電極にしみ込み、更に電極から該電極との
接触部を通して電極材層にしみ込んで、該電極材層も電
解質で濡れて来て電極として使用できる状態になる。こ
れにより電極の表面積を実質的に増大させることができ
る。
［実 施 例］ 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
第１図及び第２図は本発明の実施例を示すもので、電
解質板１をカソード２とアノード３の両電極により両面
から挟み、カソード２側へ酸化ガスを供給すると共にア
ノード３側へ燃料ガスを供給するようにしてある燃料電
池セルＣをセパレータを介して多層に積層させるように
する溶融炭酸塩型燃料電池において、上記各セルＣを仕
切るためのセパレータ７を、第４図の場合と同様に平板
状にすると共にカソード２を平板状にし、両者間にガス
通路を形成する金属（SUS）の波板状のカレントコレク
タ８を介在させ、該カレントコレクタ８のカソード２側
の面に、カソード材をコーティングして多孔質性の電極
材層９を設け、且つ上記電極材層９を片面に有するカレ
ントコレクタ８を平板のカソード２上に置き、波型の突
部をカソード２に接触させることにより部分的に電極材
層９をカソード２に接触させ、各接触部をＡとする。
解質板１をカソード２とアノード３の両電極により両面
から挟み、カソード２側へ酸化ガスを供給すると共にア
ノード３側へ燃料ガスを供給するようにしてある燃料電
池セルＣをセパレータを介して多層に積層させるように
する溶融炭酸塩型燃料電池において、上記各セルＣを仕
切るためのセパレータ７を、第４図の場合と同様に平板
状にすると共にカソード２を平板状にし、両者間にガス
通路を形成する金属（SUS）の波板状のカレントコレク
タ８を介在させ、該カレントコレクタ８のカソード２側
の面に、カソード材をコーティングして多孔質性の電極
材層９を設け、且つ上記電極材層９を片面に有するカレ
ントコレクタ８を平板のカソード２上に置き、波型の突
部をカソード２に接触させることにより部分的に電極材
層９をカソード２に接触させ、各接触部をＡとする。
各セルのカソード２では、 の反応が行われ、この溶融炭酸塩が電解質板１中の電解
質としての溶融炭酸塩を引いて流出させるので、カソー
ド２は溶融炭酸塩で濡れ易い状態にある。したがって、
上記カソード２に各接触部Ａで接触している多孔質性の
電極材層９も、カソード２にしみ込んだ溶融炭酸塩が上
記カソード２との接触部Ａを通じてしみ込んで来ること
により該溶融炭酸塩で濡れて来て、該電極材層９も電極
として使用できる状態になり、三相界面を持つことにな
って、第２図に示す各接触部Ａが有効反応部となる。
質としての溶融炭酸塩を引いて流出させるので、カソー
ド２は溶融炭酸塩で濡れ易い状態にある。したがって、
上記カソード２に各接触部Ａで接触している多孔質性の
電極材層９も、カソード２にしみ込んだ溶融炭酸塩が上
記カソード２との接触部Ａを通じてしみ込んで来ること
により該溶融炭酸塩で濡れて来て、該電極材層９も電極
として使用できる状態になり、三相界面を持つことにな
って、第２図に示す各接触部Ａが有効反応部となる。
上記において、電極、電解質板１への電解質としての
溶融炭酸塩のしみ込み状態は、材料の濡れ性と多孔質の
ミクロ構造によって変わるので、カレントコレクタ８に
電極材をコーティングして設けた多孔質性の電極材層９
のミクロ構造を制御することにより溶融炭酸塩の充填率
を変えることができる。因に、多孔質性の電極材層９の
孔の平均の大きさを５〜８ミクロンとすれば、30％〜20
％の充填率が得られ、電極材層９は電極として機能する
ことができる。
溶融炭酸塩のしみ込み状態は、材料の濡れ性と多孔質の
ミクロ構造によって変わるので、カレントコレクタ８に
電極材をコーティングして設けた多孔質性の電極材層９
のミクロ構造を制御することにより溶融炭酸塩の充填率
を変えることができる。因に、多孔質性の電極材層９の
孔の平均の大きさを５〜８ミクロンとすれば、30％〜20
％の充填率が得られ、電極材層９は電極として機能する
ことができる。
カレントコレクタ８のカソード２側の面に該カソード
２と同じ電極材をコーティングして設けた電極材層９
は、カソード電極として機能することにより、該電極材
層９のカソード２への各接触部Ａでは、前記したカソー
ド２での反応と同じ反応が行われ、この部分がカソード
電極として使用されることになり、結果としてカソード
２の表面積を飛躍的に増大させることができる。この
際、カソード電極は厚くならないので、電気抵抗を小さ
くすることができる。このように、カレントコレクタ８
に電極材をコーティングして電極に部分的に電極材層９
を接触させた構成とすると、界面での接触抵抗を小さく
でき、電池に組み込んだとき、全体として電気抵抗が３
％程度と小さな値ではあったが改善がなされ、従来の電
池の性能と比べて、内部抵抗ロスが大幅に改善された。
すなわち、電極寸法直径40mmの電池において、電流Ｉを
1.88アンペア、開路電圧Vocvを1060ミリボルト、過電圧
Vovを184ミリボルトで同じとし、電圧Ｖを従来の電池で
は820ミリボルト、本発明では824ミリボルトとして比較
したところ、内部抵抗ロスVir（＝Vocv−Ｖ−Vov）が、
従来の電池で56ミリボルトであるのに対し、本発明では
52ミリボルトで、約８％と大幅に改善された。これは、
電極表面積が増大していることで電極の見かけ電流密度
Iaが、従来の電池で150A/cm2に対し本発明で143A/cm2と
約５％低減でき、電池の内部抵抗ロスを約８％小さくし
たものである。
２と同じ電極材をコーティングして設けた電極材層９
は、カソード電極として機能することにより、該電極材
層９のカソード２への各接触部Ａでは、前記したカソー
ド２での反応と同じ反応が行われ、この部分がカソード
電極として使用されることになり、結果としてカソード
２の表面積を飛躍的に増大させることができる。この
際、カソード電極は厚くならないので、電気抵抗を小さ
くすることができる。このように、カレントコレクタ８
に電極材をコーティングして電極に部分的に電極材層９
を接触させた構成とすると、界面での接触抵抗を小さく
でき、電池に組み込んだとき、全体として電気抵抗が３
％程度と小さな値ではあったが改善がなされ、従来の電
池の性能と比べて、内部抵抗ロスが大幅に改善された。
すなわち、電極寸法直径40mmの電池において、電流Ｉを
1.88アンペア、開路電圧Vocvを1060ミリボルト、過電圧
Vovを184ミリボルトで同じとし、電圧Ｖを従来の電池で
は820ミリボルト、本発明では824ミリボルトとして比較
したところ、内部抵抗ロスVir（＝Vocv−Ｖ−Vov）が、
従来の電池で56ミリボルトであるのに対し、本発明では
52ミリボルトで、約８％と大幅に改善された。これは、
電極表面積が増大していることで電極の見かけ電流密度
Iaが、従来の電池で150A/cm2に対し本発明で143A/cm2と
約５％低減でき、電池の内部抵抗ロスを約８％小さくし
たものである。
なお、上記実施例ではカレントコレクタ８のカソード
２側の面にカソード２と同じ電極材をコーティングして
電極材層９を設けてなるものについて説明したが、セパ
レータ７とセルＣのアノード３側との間では、カレント
コレクタ８のアノード３側の面にアノード３と同じ電極
材をコーティングして電極材層を設けることは勿論であ
る。又、カレントコレクタ８の波の形状は図示以外のも
のでもよい。
２側の面にカソード２と同じ電極材をコーティングして
電極材層９を設けてなるものについて説明したが、セパ
レータ７とセルＣのアノード３側との間では、カレント
コレクタ８のアノード３側の面にアノード３と同じ電極
材をコーティングして電極材層を設けることは勿論であ
る。又、カレントコレクタ８の波の形状は図示以外のも
のでもよい。
［発明の効果］ 以上述べた如く、本発明の溶融炭酸塩型燃料電池によ
れば、セパレータを平板状にすると共にセルを構成する
電解質板両面の各電極を平板にして、該セパレータと上
記セルとの間に、金属板を波板状にしてなるカレントコ
レクタのセル側の面にのみ該セルのカレントコレクタ側
の電極と同じ電極材をコーティングして電極材層を設け
てなるものを介在させ、且つ上記電極材層をセルのカレ
ントコレクタ側の平板の電極に部分的に接触させ電極材
層も電解質板の溶融炭酸塩で濡れるようにしてあるの
で、カレントコレクタに電極材をコーティングして設け
た電極材層が電極に部分的に接触していて電極より溶融
炭酸塩がしみ込んで濡れる部分を電極の有効反応部とし
て使用でき、実質的に電極の表面積を増大できると同時
に電気抵抗の小さいものを容易に実現できる、という優
れた効果を奏し得る。
れば、セパレータを平板状にすると共にセルを構成する
電解質板両面の各電極を平板にして、該セパレータと上
記セルとの間に、金属板を波板状にしてなるカレントコ
レクタのセル側の面にのみ該セルのカレントコレクタ側
の電極と同じ電極材をコーティングして電極材層を設け
てなるものを介在させ、且つ上記電極材層をセルのカレ
ントコレクタ側の平板の電極に部分的に接触させ電極材
層も電解質板の溶融炭酸塩で濡れるようにしてあるの
で、カレントコレクタに電極材をコーティングして設け
た電極材層が電極に部分的に接触していて電極より溶融
炭酸塩がしみ込んで濡れる部分を電極の有効反応部とし
て使用でき、実質的に電極の表面積を増大できると同時
に電気抵抗の小さいものを容易に実現できる、という優
れた効果を奏し得る。
第１図は本発明の実施例を示す断面図、第２図は本発明
におけるカレントコレクタと電極との接触の状態を示す
拡大図、第３図は従来の溶融炭酸塩型燃料電池の一例を
示す断面図、第４図は突起付電極を用いた例を示す断面
図である。 １……電解質板、２……カソード、３……アノード、７
……セパレータ、８……カレントコレクタ、９……電極
材層、Ｃ……セル。
におけるカレントコレクタと電極との接触の状態を示す
拡大図、第３図は従来の溶融炭酸塩型燃料電池の一例を
示す断面図、第４図は突起付電極を用いた例を示す断面
図である。 １……電解質板、２……カソード、３……アノード、７
……セパレータ、８……カレントコレクタ、９……電極
材層、Ｃ……セル。
Claims (1)
- 【請求項１】電解質板をカソードとアノードの両電極で
挟み、カソード側に酸化ガスを、又、アノード側に燃料
ガスをそれぞれ供給するようにしたセルをセパレータを
介して多層に積層させる溶融炭酸塩型燃料電池におい
て、上記セパレータを平板状にすると共にセルを構成す
る電解質板両面の各電極を平板にして、該セパレータと
上記セルとの間に、金属板を波板状にしてなるカレント
コレクタのセル側の面にのみ該セルのカレントコレクタ
側の電極と同じ電極材をコーティングして電極材層を設
けてなるものを介在させ、且つ上記電極材層をセルのカ
レントコレクタ側の平板の電極に部分的に接触させてな
ることを特徴とする溶融炭酸塩型燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62269428A JP2658082B2 (ja) | 1987-10-27 | 1987-10-27 | 溶融炭酸塩型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62269428A JP2658082B2 (ja) | 1987-10-27 | 1987-10-27 | 溶融炭酸塩型燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01112669A JPH01112669A (ja) | 1989-05-01 |
| JP2658082B2 true JP2658082B2 (ja) | 1997-09-30 |
Family
ID=17472289
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62269428A Expired - Lifetime JP2658082B2 (ja) | 1987-10-27 | 1987-10-27 | 溶融炭酸塩型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2658082B2 (ja) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59230263A (ja) * | 1983-06-13 | 1984-12-24 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 溶融炭酸塩燃料電池用集電体 |
| JPS6012670A (ja) * | 1983-06-30 | 1985-01-23 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 溶融炭酸塩燃料電池 |
| JPS61267269A (ja) * | 1985-05-21 | 1986-11-26 | Mitsubishi Electric Corp | 溶融炭酸塩形燃料電池用燃料側流路板 |
-
1987
- 1987-10-27 JP JP62269428A patent/JP2658082B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01112669A (ja) | 1989-05-01 |
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