JPS58129774A - 溶融塩燃料電池用電解質板 - Google Patents
溶融塩燃料電池用電解質板Info
- Publication number
- JPS58129774A JPS58129774A JP57011513A JP1151382A JPS58129774A JP S58129774 A JPS58129774 A JP S58129774A JP 57011513 A JP57011513 A JP 57011513A JP 1151382 A JP1151382 A JP 1151382A JP S58129774 A JPS58129774 A JP S58129774A
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- JP
- Japan
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- electrolyte
- holder
- long fiber
- alkali
- fiber structure
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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
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0289—Means for holding the electrolyte
- H01M8/0295—Matrices for immobilising electrolyte melts
-
- 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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- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Sustainable Energy (AREA)
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- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
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- General Chemical & Material Sciences (AREA)
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はイオン伝導性金有するアルカリ炭酸塩′？ｉｌ
−電解質として含む燃料電池の電解質板に係り、特に、
セラミックス長繊維構造体１−の両面に、微粉末層全形
成してなる電解質保持構造体（以下、電解質板と言う）
に関する。
−電解質として含む燃料電池の電解質板に係り、特に、
セラミックス長繊維構造体１−の両面に、微粉末層全形
成してなる電解質保持構造体（以下、電解質板と言う）
に関する。
電解質板にはマトリックス型、すなわち、耐火性、耐ア
ルカリ性微粉末で多孔度３０〜６０％程度の焼結体に炭
酸塩を溶融含浸したものと、ペースト型、す々わち、耐
火性、酊アルカリ性微粉末と炭酸塩とを混合して成形し
た二種類がある。
ルカリ性微粉末で多孔度３０〜６０％程度の焼結体に炭
酸塩を溶融含浸したものと、ペースト型、す々わち、耐
火性、酊アルカリ性微粉末と炭酸塩とを混合して成形し
た二種類がある。
これら従来技術の電解質板は前者の場合、焼成過程でそ
り、うねり、亀裂が発生する。後者の場合、炭酸塩の溶
融温度近傍の低温で加熱処理するため、焼結性に欠け、
機械的強度が弱い。また、加熱過程で炭酸カス、水等の
反応生成ガスが排出したり、残留空気の影響などにより
、空洞が生じ易く、表面層がふくれることもある。
り、うねり、亀裂が発生する。後者の場合、炭酸塩の溶
融温度近傍の低温で加熱処理するため、焼結性に欠け、
機械的強度が弱い。また、加熱過程で炭酸カス、水等の
反応生成ガスが排出したり、残留空気の影響などにより
、空洞が生じ易く、表面層がふくれることもある。
電池を構成した場合、後者は前者より電解質板と電極と
の密着性は改善されるが、反応ガスの短絡（燃料ガスが
電解質板金通過して酸化剤室に浸入する。逆の場合もあ
る。）すなわち、クロスオーバが起り易い。また、燃料
電池の運転、停止に伴う熱サイクルで亀裂が発生し易い
等の欠点がある。
の密着性は改善されるが、反応ガスの短絡（燃料ガスが
電解質板金通過して酸化剤室に浸入する。逆の場合もあ
る。）すなわち、クロスオーバが起り易い。また、燃料
電池の運転、停止に伴う熱サイクルで亀裂が発生し易い
等の欠点がある。
本発明者らは、従来法の欠点全解決するため、セラミッ
クス長繊維構造体を電解質保持体として、該保持体に炭
酸塩を電解質として保持した電解質板を開発した。この
電解質板は、従来法の欠点全解決できたが、新らたな問
題として、長繊維のぼ８尺〈１！と 径≠≠≠央葡、細孔径が大きく、かつ、孔数が少ないた
め、十分な電解質の保持力がなく、燃料電池として運転
したとき、徐々に溶融塩が電解質板高出力の電池を得る
には、機械的強度に富み、亀裂が生じない、かつ、電解
質保持力が十分にあ長期の運転に耐え、電池出力を効率
よく得るための溶融塩燃料電池用の可、解質板を提供す
ることにある。 １ 燃料電池の出力を効率よく得るためには、電解質板は極
力内部抵抗の小さいイオン伝導体でなければならない。
クス長繊維構造体を電解質保持体として、該保持体に炭
酸塩を電解質として保持した電解質板を開発した。この
電解質板は、従来法の欠点全解決できたが、新らたな問
題として、長繊維のぼ８尺〈１！と 径≠≠≠央葡、細孔径が大きく、かつ、孔数が少ないた
め、十分な電解質の保持力がなく、燃料電池として運転
したとき、徐々に溶融塩が電解質板高出力の電池を得る
には、機械的強度に富み、亀裂が生じない、かつ、電解
質保持力が十分にあ長期の運転に耐え、電池出力を効率
よく得るための溶融塩燃料電池用の可、解質板を提供す
ることにある。 １ 燃料電池の出力を効率よく得るためには、電解質板は極
力内部抵抗の小さいイオン伝導体でなければならない。
そのためには、′電極に溶融した電解質が流出しないよ
うに、電解質板は細密細孔全有し、毛細管現象を応用し
て電解質全十分に保持でき、かつ、薄板状で機械的強度
に富んだ電解質板が望まれる。
うに、電解質板は細密細孔全有し、毛細管現象を応用し
て電解質全十分に保持でき、かつ、薄板状で機械的強度
に富んだ電解質板が望まれる。
本発明の要点はセラミックス長繊維構造体の細孔内に耐
火性、耐アルカリ性、かつ非導電性微粉末全充填してな
る電解質保持体に、更に、その両面に耐火性、耐アルカ
リ性、かつ非導電性微粉末層を形成し、でなる多重層重
、解質保持体に炭酸塩を電解質として保持させる電解質
板を得るにある。
火性、耐アルカリ性、かつ非導電性微粉末全充填してな
る電解質保持体に、更に、その両面に耐火性、耐アルカ
リ性、かつ非導電性微粉末層を形成し、でなる多重層重
、解質保持体に炭酸塩を電解質として保持させる電解質
板を得るにある。
本発明によれば、セラミックス長繊維構造体の細孔の中
に微粒子全充填した電解質保持体を芯材とし、その両面
に微粒子Ｎ１ｆｔ：形成していることから、保持力が著
しく増大し、含浸した電解質が電解質板の外部へ流出す
るのを抑制できる。従って、電解質の不足状態になるの
を防止でき、クロスオーバがなく、電池性・能の長寿命
化が可能になったことである。
に微粒子全充填した電解質保持体を芯材とし、その両面
に微粒子Ｎ１ｆｔ：形成していることから、保持力が著
しく増大し、含浸した電解質が電解質板の外部へ流出す
るのを抑制できる。従って、電解質の不足状態になるの
を防止でき、クロスオーバがなく、電池性・能の長寿命
化が可能になったことである。
本発明において、他の特徴とするところは、セラミック
ス長繊維構造体が芯材としての効力を発揮することによ
り、機械的強妾が著しく向上して、製造時、若しくは運
転中の熱サイクルよる亀裂の発生をほとんど皆無にし得
ることであり、また、長時間の運転においても熱的変化
がみられず、ひいては、安定した電池性能を維持できる
ことである。
ス長繊維構造体が芯材としての効力を発揮することによ
り、機械的強妾が著しく向上して、製造時、若しくは運
転中の熱サイクルよる亀裂の発生をほとんど皆無にし得
ることであり、また、長時間の運転においても熱的変化
がみられず、ひいては、安定した電池性能を維持できる
ことである。
なお、ここで言うセラミック長繊維構造体とは、セラミ
ックスの長い繊維が自己支持性を有する状態でからみ合
って構成される構造体全指し、ベーパ状、フェルト状、
マット状、繊維状などの形態で用いることができる。セ
ラミック長繊維の繊維どうしの接触部の一部、若しくは
全部が焼結してなる構造体もこの範ちゅうに含める。
ックスの長い繊維が自己支持性を有する状態でからみ合
って構成される構造体全指し、ベーパ状、フェルト状、
マット状、繊維状などの形態で用いることができる。セ
ラミック長繊維の繊維どうしの接触部の一部、若しくは
全部が焼結してなる構造体もこの範ちゅうに含める。
自己支持性を有するセラミックス長繊維構造体を得るた
めには、繊維径に対する繊維長の比が１００倍以上、好
ましく１ｄ１０００倍以上であるのが適描である。
めには、繊維径に対する繊維長の比が１００倍以上、好
ましく１ｄ１０００倍以上であるのが適描である。
セラミックス長繊維の材質としては、その細孔内に充填
される微粒子と同様に、電解質である溶融炭酸アルカリ
、例えばリチウム塩、カリウム塩。
される微粒子と同様に、電解質である溶融炭酸アルカリ
、例えばリチウム塩、カリウム塩。
ナトリウム塩に対して安定で、かつ非導電性の材料、例
えばマグネシア、ジルコニア、リチウムアルミネートな
どが用いられる。また、アルミナ。
えばマグネシア、ジルコニア、リチウムアルミネートな
どが用いられる。また、アルミナ。
チタニアなども溶融炭酸塩に対して安定な物質にして用
いることができる。
いることができる。
耐アルカリ性微粉末は粒径が細ゆく、粒径のそろった。
ものがよく、１μｍ、ＩＪ、下の粒子が好ましい。
セラミックス長繊維構造体の細孔内に耐アルカリ性非導
電性微粉末を充填する方法は微粉末を均質なスラリにし
て含浸したり、構造体をそのスラリに浸漬する方法など
がある。また、真空圧入することもでき、あるいは乾燥
微粉末の状態でパブフィルタ一方式で充填することもあ
る。充填微粉末は可能な限り緻密であるのがよい。セラ
ミックス長繊維構造体に充填する方法で、そのま捷セラ
ミック長繊維構造体両面の表面層まで微粉末ＩｆＡを構
成する。このようにして得られた多重ｊ−電解質保持体
に電解質であるリチウム、カリウムなどのアルカリ金属
炭酸塩を溶融含浸して電解質板金得ることかできる。
電性微粉末を充填する方法は微粉末を均質なスラリにし
て含浸したり、構造体をそのスラリに浸漬する方法など
がある。また、真空圧入することもでき、あるいは乾燥
微粉末の状態でパブフィルタ一方式で充填することもあ
る。充填微粉末は可能な限り緻密であるのがよい。セラ
ミックス長繊維構造体に充填する方法で、そのま捷セラ
ミック長繊維構造体両面の表面層まで微粉末ＩｆＡを構
成する。このようにして得られた多重ｊ−電解質保持体
に電解質であるリチウム、カリウムなどのアルカリ金属
炭酸塩を溶融含浸して電解質板金得ることかできる。
また、別の方法として、耐アルカリ性非導電性微粉末と
電解質であるアルカリ金属炭酸塩を、あらかじめ混合し
た状態で充填することも可能である。アルカリ金属炭酸
塩の含有量は、セラミックス長繊維構造体及び耐アルカ
リ性非導電性微粉末の鼠に対して４０〜７０重童％が適
している。
電解質であるアルカリ金属炭酸塩を、あらかじめ混合し
た状態で充填することも可能である。アルカリ金属炭酸
塩の含有量は、セラミックス長繊維構造体及び耐アルカ
リ性非導電性微粉末の鼠に対して４０〜７０重童％が適
している。
以下、本発明を実施例によってさらに抹体的に説明する
。
。
実施例１
フェルト状のアルミナ長繊維構造体（１００Ｘｌｏｏｍ
、厚さ３喘、繊維径１〜４μ呵繊維長０．３〜３關）を
水酸化リチウｌｙ （モル比で前者１対後者２）と共に
５５０Ｃで３時間処理して得たりチウムアルミネート化
した長繊維構造体４．８ｇを、別にアルミナ微粉末（平
均粒径０．５μｍ）と水酸化リチウム（モル比で前者１
対後者２）全５５０Ｃで３時間処理後、微粉砕処理した
りチウムアルミネート粉末を、カルボキシルメチルセル
ロース水溶液で均質に分散させた懸濁液を容器中に５０
ｇ流し込み、その上にリチウムアルミネート化した長繊
維構造体を置き、さらにその上に懸濁液ｆ ５０ ｇ流
し込み、その菫ま７６０ｍ＋＋＋Ｉ（ｇ減圧下で３０分
含浸した。この後、８０ｃで１２時間以上乾燥後プレス
し、圧密化した。士密化後の厚さは約３咽で、含浸及び
両面に形成されたりチウムアルミネートは１１５重量％
であった。この後１２００ｒで２時間焼成後、炭酸リチ
ウムと炭酸カリウムの混合物（６２：３８モル比） ’
ｅ ５５０Ｃで加熱溶融した状態で含浸、冷却して電解
質板全得た。この電解質板中に含浸された′電解質は６
３重量％であった。
、厚さ３喘、繊維径１〜４μ呵繊維長０．３〜３關）を
水酸化リチウｌｙ （モル比で前者１対後者２）と共に
５５０Ｃで３時間処理して得たりチウムアルミネート化
した長繊維構造体４．８ｇを、別にアルミナ微粉末（平
均粒径０．５μｍ）と水酸化リチウム（モル比で前者１
対後者２）全５５０Ｃで３時間処理後、微粉砕処理した
りチウムアルミネート粉末を、カルボキシルメチルセル
ロース水溶液で均質に分散させた懸濁液を容器中に５０
ｇ流し込み、その上にリチウムアルミネート化した長繊
維構造体を置き、さらにその上に懸濁液ｆ ５０ ｇ流
し込み、その菫ま７６０ｍ＋＋＋Ｉ（ｇ減圧下で３０分
含浸した。この後、８０ｃで１２時間以上乾燥後プレス
し、圧密化した。士密化後の厚さは約３咽で、含浸及び
両面に形成されたりチウムアルミネートは１１５重量％
であった。この後１２００ｒで２時間焼成後、炭酸リチ
ウムと炭酸カリウムの混合物（６２：３８モル比） ’
ｅ ５５０Ｃで加熱溶融した状態で含浸、冷却して電解
質板全得た。この電解質板中に含浸された′電解質は６
３重量％であった。
実施例２
フェルト状のアルミナ長繊維構造体を実施例１と同様の
方法でリチウムアルミネート化した長繊維構造体を得、
マグネシア微粉末（平却粒径０．５μｍ）を均質に分散
させた懸濁液を作った。リチウムアルミネート化した長
繊維構造体の上に懸濁液を流し込んで、下から吸引して
その細孔内に充填、乾燥した。さらにもう一方の面にも
同様に吸引して細孔内に充填、再び乾燥後、プ・＝シ基
圧密化した。１２００′Ｃで２時間焼成後、炭酸リチウ
ムと炭酸カリウムの混合物（６２：３８モル比）を５５
０Ｃで加熱溶融した状態で含浸、冷却して電解質板全得
た。この電解質板中に含浸された電解質板は５６重量％
であった。
方法でリチウムアルミネート化した長繊維構造体を得、
マグネシア微粉末（平却粒径０．５μｍ）を均質に分散
させた懸濁液を作った。リチウムアルミネート化した長
繊維構造体の上に懸濁液を流し込んで、下から吸引して
その細孔内に充填、乾燥した。さらにもう一方の面にも
同様に吸引して細孔内に充填、再び乾燥後、プ・＝シ基
圧密化した。１２００′Ｃで２時間焼成後、炭酸リチウ
ムと炭酸カリウムの混合物（６２：３８モル比）を５５
０Ｃで加熱溶融した状態で含浸、冷却して電解質板全得
た。この電解質板中に含浸された電解質板は５６重量％
であった。
比較例１
フェルト状のアルミナ畏ｍ維構造体を実施例１と同様の
方法で得たりチウムアルミネート化した長繊維構造体４
．８ｇ’ｉプレス成形し、０．３鯛の電解質保持体を得
た。これに炭酸リチウムと炭酸カリウムの混合物（６２
：３８モル比）を５５０１Ｔで加熱溶融して含浸し、冷
却した。この電解質板中の電解質含有址Ｉ′ｉ５０重量
％であった。
方法で得たりチウムアルミネート化した長繊維構造体４
．８ｇ’ｉプレス成形し、０．３鯛の電解質保持体を得
た。これに炭酸リチウムと炭酸カリウムの混合物（６２
：３８モル比）を５５０１Ｔで加熱溶融して含浸し、冷
却した。この電解質板中の電解質含有址Ｉ′ｉ５０重量
％であった。
実施例３
実施例１．実施例２、及び比較例１で得られた電解質板
金用い、電極には多孔質ニッケル焼結板を用いて単セル
を構成、電池性能を測定した。
金用い、電極には多孔質ニッケル焼結板を用いて単セル
を構成、電池性能を測定した。
アノードに燃料として５０％Ｈ，−Ｎ、混合ガスを、カ
ソードに酸化剤として２０％Ｏｘ ４０（９） ％Ｃｏ、−Ｎ、混合ガスを供給した。電池作動温度６５
０Ｃで電流密度１００ ｍ Ａ ／ｒｙｎ”放電時のセ
ル電圧全測定して、第１表の結果を得た。比較例１の電
解質板は、約１３０時間でクロスオーバ現象が生じた。
ソードに酸化剤として２０％Ｏｘ ４０（９） ％Ｃｏ、−Ｎ、混合ガスを供給した。電池作動温度６５
０Ｃで電流密度１００ ｍ Ａ ／ｒｙｎ”放電時のセ
ル電圧全測定して、第１表の結果を得た。比較例１の電
解質板は、約１３０時間でクロスオーバ現象が生じた。
第 １ 表
本発明によれば、自己支持性を有した長繊維構造体を芯
材とし、その細孔内に超微粒子を充填すると共に、芯材
の表面層の両面にも超微粒子のＮ全圧密形成したため、
電解質保持体の機械的強度、及び電解質の保持力の増大
が図られ、従って、電池作動中のクロスオーバがなくな
り、第１表の比較例３の従来方式に比べて１００ｍＡ／
ｃｍ’放電時の電圧、初期値で０．１３Ｖ向上し、３ｏ
ｏ時間（１０） 後には０．２ Ｖ以上の性能向上を有することが明らか
になった。従って本発明によれば電池性能向上（１１） 第１頁の続き （７２）発 明 者 鈴木充 東京都千代田区丸の内−丁目５ 番１号株式会社日立製作所内
材とし、その細孔内に超微粒子を充填すると共に、芯材
の表面層の両面にも超微粒子のＮ全圧密形成したため、
電解質保持体の機械的強度、及び電解質の保持力の増大
が図られ、従って、電池作動中のクロスオーバがなくな
り、第１表の比較例３の従来方式に比べて１００ｍＡ／
ｃｍ’放電時の電圧、初期値で０．１３Ｖ向上し、３ｏ
ｏ時間（１０） 後には０．２ Ｖ以上の性能向上を有することが明らか
になった。従って本発明によれば電池性能向上（１１） 第１頁の続き （７２）発 明 者 鈴木充 東京都千代田区丸の内−丁目５ 番１号株式会社日立製作所内
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、セラミックス長繊維構造体の細孔内に、耐アルカリ
性非導′ＲＬ性微粉末全充填してなる電解質保持体に、
耐アルカリ性非導電性微粉末から々る電解質保持体を両
面から形成してなる多重層電解質板。 ２、特許請求の範囲第１項記載の電解質板において、セ
ラミックスがリチウムアルミネートであることを特徴と
する電解質板。 ３、特許請求の範囲第１項又は第２項記載の電解質板に
おいて、耐アルカリ性非導電性微粉末が、マグネシア、
ジルコニア、リチウムアルミネートの少なくとも１種以
上を用いることを特徴とする電解質板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57011513A JPS58129774A (ja) | 1982-01-29 | 1982-01-29 | 溶融塩燃料電池用電解質板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57011513A JPS58129774A (ja) | 1982-01-29 | 1982-01-29 | 溶融塩燃料電池用電解質板 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58129774A true JPS58129774A (ja) | 1983-08-02 |
Family
ID=11780085
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57011513A Pending JPS58129774A (ja) | 1982-01-29 | 1982-01-29 | 溶融塩燃料電池用電解質板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58129774A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63152877A (ja) * | 1986-12-17 | 1988-06-25 | Toshiba Ceramics Co Ltd | 電解質タイル |
-
1982
- 1982-01-29 JP JP57011513A patent/JPS58129774A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63152877A (ja) * | 1986-12-17 | 1988-06-25 | Toshiba Ceramics Co Ltd | 電解質タイル |
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