JPS63257182A - 溶融炭酸塩燃料電池用カソ−ドの製法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）　産業上の利用分野 本発明は溶融炭酸塩を電解質として用いる燃料電池用カ
ソードの製法に関するものである。

（ロ）　従来の技術 溶融炭酸塩燃料電池のカソードは、その一方の面が溶融
炭Ｍ塩に触れ他方の面が酸化雰囲気に触れしかも電池の
作動温度が高温であるから、酸素のイオン化能は勿論耐
食性が要求される。

カソード材としての有望な材料は、リチウム化したニッ
ケル酸化物であり、その多孔体が一般に用いられる。リ
チウム化酸化ニッケルをカソードとして用いるには、ニ
ッケル焼結板のま〜で電池に組込み電解質に含まれてい
る炭酸リチウムと反応ガス中の酸素によって電池作動温
度下でニッケル焼結板のリチウム化と酸化とを同時に行
わしめる方法と、予めニッケル粉末をリチウム化酸化さ
せ、この粉末を焼結させる方法とがある。

しかし前者の方法では二・Ｖケル焼結板のリチウム化に
より電解質である炭酸リチウムの一部を消費することに
なるので電池寿命の点において不利であり、後者の方法
ではリチウム化酸化ニッケルの焼結強度が充分でない、
またこれらいづれの方法においても、カソード内にガス
拡散のための比較的大きな気孔と、電極・気体・寛解質
による三相反応領域を形成させるための比較的小さな気
孔との分布を効果的に確保する、いわゆるバイモダル構
造を形成することが困難であった。

（ハ）発明が解決しようとする問題点 本発明はか〜る点に鑑みバイモダル構造を可能とするカ
ソードの製法を提供し、電池特性の向上と長寿命化を図
るものである。

（ニ）問題点を解決するための手段 本発明は多孔質ニッケル焼結板の表面にリチウム化酸化
ニッケル微粉末を含む分散液もしくはペーストを均一に
分布きせると同時に裏面から真空吸引して前記リチウム
化酸化ニッケル微粉末を前記焼結板に充填せしめてカソ
ードを構成するものである。

（ホ）作用 本発明ではリチウム化酸化ニッケル微粉末を多孔質ニッ
ケル焼結板に充填しているためカソードとしての機械的
強度が高くなるは勿論、その充填はニッケル焼結板の表
面より裏面に真空吸引することにより行われるので、充
填量の多いカソード表面側に比較的小さい孔径の気孔が
、又充填量の少い裏面側に比較的大きい孔径の気孔が夫
々形成され、前記カソード表面側を電解質に、裏面側を
酸化剤ガスに夫々接することにより、三相帯反応領域の
確保とガスの拡散とが良好となりカソード電極反応が円
滑化される。

（へ）　実施例 以下本発明によるカソードの作成例を説明する。

カソード微粉末の原材質としてカーボニルニッケル粉末
を飽和濃度の５０％水酸化リブすウム水溶液に浸漬し、
液より引上げた粉末をアルミナ製平皿に押え固めること
なく入れ、これを空気中９００℃２時間焼成する。焼成
体は空気中の酸素と化合しリチウム化酸化ニッケルの黒
色塊となっているが結合力が弱いため容易に粉砕でき、
粒径１〜３μの微粉末になるまで微粉砕する。

一方多孔質ニッケル焼結板はカーボニルニッケル粉末を
厚さ１．０〜１．５ｆｆｌｌｌに均一にならし、これを
不活性雰囲気中で７００〜９００°Ｃで３０〜６０分間
焼結し、多孔度７０〜９０％の焼結体とする。この焼結
板の表面に、前記リチウム化酸化ニッケル微粉末をエチ
ルアルコールに分散したペースト状のものを均一に分布
きせ、ついで焼結板の裏面から真空吸引して微粉末をψ
給板に充填して後乾燥する。尚ペースト作成時ポリビニ
ールブチラールなどの結着剤を１〜５重量％程度混合し
てもよい。

乾燥後厚き方向に１００〜１５０ｋｇ　／Ｃｍ　２の圧
力で加圧しカソードを得る。リチウム化酸化ニッケル充
填後のニッケル焼結体の平均多孔度は５０〜８０％の範
囲にあるが、表面側は４０〜６０％裏面側は６０〜８０
％でバイモダル構成のカソードとなる。

このようにして得たカソードはその表面を電解質に、そ
の裏面を酸化剤ガスに接するように置いて電池に組立て
た。アノード゛は周知のニッケル焼結板を用い、電解質
体はＬｉＣＯ３とＫＣＯ＋（６２：３８重置部）の混合
炭酸塩粉末とアルミン酸リチウム粉末とを重量比２：３
の割合で混合した後、ホットプレスにより成型した。燃
料ガスとしてＨ２とＣ０２（８０：２０容積％〉の混合
ガスを、酸化剤ガスとして空気とＣ０２（７０：　３０
容積％）の混合ガスを夫々用い、電池の作ａｍ度は６５
０〜６６０℃の範列に入るようにした。

尚ニッケル焼結板に対するリチウム化・酸化ニッケルの
真空引きによる充填効率を上げるため、カーボニルニッ
ケル粉末１００部に孔形成剤として炭酸アンモニウム粉
末５部を加えて焼結板を作成することも可能である。

本発明法によるカソードを備える電池（Ａ）と比較のた
めニッケル焼結板のま〜電池に組込み電池作動温度でリ
チウム化と酸化を行わせた従来法によるカソードを備え
る電池（Ｂ）を夫々組立てた。

第１図はこれら電池（Ａ　）（Ｂ　）の１５０ｍＡ／ｃ
ｍ２で３００一時間作動後の放電（電流−電圧）特性図
であり、第２図（イ）及び（ロ）は同じ＜１５０１１Ｉ
Ａ／ｃｌＴ１２テ連続放電した際の電圧一時間及び内部
抵抗一時間の各関係図を示す。

これら特性図から本電池（Ａ）のカソードは、電極・気
体・電解質の三相帯による反応が、良好なガス拡散のも
とで行われ実質的な反応面積を大きくしているため、従
来電池（Ｂ）よりもす゛ぐれた特性を示すものと考えら
れる。

又従来電池（Ｂ）は時間の経過と共に電圧が低下し内部
抵抗が大きい値を示し工いるが、その原因はニッケルの
リチウム化が進んでｔ屏質の次酸リチウムが消費きれ電
解質量が減少するためと考えられる。

第３図は本発明カソードの多孔度−放電寿命の関係を示
し、多孔度が８０％以上であると強度の点で充分でなく
長時間放電に伴う電極構造の変化が起り、一方多孔度が
５０％以下であるとガス拡散のための気孔が充分でなく
円滑な反応が進まず、いづれも特性低下をもたらす、か
−る点からカソードの多孔度は５０〜８０％の範囲好ま
しくは６０〜７０％である。

（ト）発明の効果 以上のように本発明によればニッケル焼結体にリチウム
化酸化ニッケル微粉末を充填する際、微粉末を含むペー
スト状のものを表面より裏面に真空吸引することにより
行われ、カソードの表面側は充填量が多くなって比較的
多孔度が小さく、又逆に裏面側は充填量が少くなって比
較的多孔度が大きいので、カソード表面側を電解質体に
、裏面側を酸化剤ガスに夫々接することにより、三相反
応帯域の確゛保とガスの拡散が良好となりカソードＴＬ
４９反応が円滑化される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明法によるカソードを儂える電池の放電特
性図、第２図（イ）及び（ロ）は連続放電時の電圧一時
間及び内部抵抗一時間の各関係を示す特性図である。第
３図はカソードの多孔度と電池寿命の関係を示す特性図
である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）多孔質ニッケル焼結板の表面にリチウム化酸化ニ
   ッケル微粉末を含む分散液もしくはペーストを均一に分
   布させると共に前記焼結板の裏面から真空吸引して前記
   リチウム化酸化ニッケルを前記焼結板に充填せしめるこ
   とを特徴とする溶融炭酸塩燃料電池用カソードの製法。
2. （２）前記リチウム化酸化ニッケル充填後の前記焼結板
   の多孔度が５０〜８０％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燃料電池用カソードの
   製法。