(57)【要約】燃料電池スタックの燃料電池の一部とともに、または一部として使用するための充填プレートにおいて、プレートの充填材料は、コードの形態である。充填材料は、電解質または触媒のいずれであってもよく、コードの形態は、充填材料をプレート上へ押し出すことにより実現される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池スタックで使用される燃料電池の一部とともに、または一部として使用されるアセンブリにおいて、
プレートと、
前記プレート上に配置されたコード形の充填材料と
を含むアセンブリ。
【請求項２】
前記充填材料は、電解質、触媒および別の材料のうちの１つ以上を含む請求項１記載のアセンブリ。
【請求項３】
前記充填材料は、前記コードの形状を得るために押し出し成形される請求項２記載のアセンブリ。
【請求項４】
前記プレートは、複数の管路を含み、前記充填材料は、前記管路内に配置される請求項３記載のアセンブリ。
【請求項５】
前記プレートは、アノード集電器プレートおよびカソード集電器プレートのうちの一方である請求項４記載のアセンブリ。
【請求項６】
前記プレートは、前記管路を規定するように波形に形成される請求項５記載のアセンブリ。
【請求項７】
前記電解質は、炭酸塩である請求項５記載のアセンブリ。
【請求項８】
前記電解質は、炭酸塩である請求項２記載のアセンブリ。
【請求項９】
前記アセンブリは、アノードアセンブリおよびカソードアセンブリのうちの一方であり、前記プレートは、前記アセンブリの集電器である請求項２記載のアセンブリ。
【請求項１０】
前記アセンブリは、燃料電池であり、前記プレートは、前記燃料電池の一部である請求項２記載のアセンブリ。
【請求項１１】
前記燃料電池は、アノードアセンブリとカソードアセンブリとを含み、前記プレートは、前記アノードアセンブリおよび前記カソードアセンブリのうちの一方の集電器である請求項１０記載のアセンブリ。
【請求項１２】
前記充填材料からなる前記各コードは、約０．５インチ以上の長さである請求項１記載のアセンブリ。
【請求項１３】
前記充填材料は、触媒充填材料であり、
前記触媒充填材料を含む前記各コードは、１μｍの数百分の１程度のサイズを有する小さな孔と、数μｍ程度のサイズを有する大きな孔とを含む請求項１記載のアセンブリ。
【請求項１４】
前記大きな孔は、前記充填材料を含む各コードにおける全ての孔のうちの３０〜３５体積％を占める請求項１３記載のアセンブリ。
【請求項１５】
前記小さな孔のサイズは、０．０１μｍ以下の範囲であり、
前記大きな孔のサイズは、５μｍ以上の範囲である請求項１３記載のアセンブリ。
【請求項１６】
触媒充填材料からなる前記各コードは、体積の４５〜６０％を占める孔を有する請求項１２記載のアセンブリ。
【請求項１７】
燃料電池スタックで使用される燃料電池の一部とともに、または一部として使用するためのプレートを製造する方法であって、
充填材料を受け入れるために、前記プレートを位置決めするステップ、
前記充填材料をコードの形態で前記プレートの上に付着させるステップと
を含む方法。
【請求項１８】
前記付着させるステップは、押し出し成形機によって、前記充填材料を前記プレートの上へ押し出すステップを含む請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
前記位置決めするステップは、前記プレートをテーブル上に配置するステップを含み、
前記方法は、前記プレートと前記押し出し成形機とを相対運動させるステップをさらに含む請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
前記プレートは、複数の管路を有し、
前記プレートは、前記管路が前記押し出し成形機に対向する状態で、前記テーブル上に配置され、
前記テーブルと前記押し出し成形機との前記相対運動により、前記充填材料は、コードの形態で前記管路内に付着される請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
前記付着するステップは、成形練り粉を形成するために、充填材料粒子を結合剤と混合するステップと、前記充填材料を形成するステップとをさらに含む請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
前記結合剤を除去するために、前記充填されたプレートを加熱するステップをさらに含む請求項２１記載の方法。
【請求項２３】
前記充填材料は、触媒材料、電解質材料および他の材料のうちの１つ以上を含む請求項２２記載の方法。
【請求項２４】
前記加熱は、前記充填されたプレートが前記燃料電池スタックの燃料電池に組み込まれるときに実行される請求項２２記載の方法。
【請求項２５】
アノードアセンブリおよびカソードアセンブリのうちの一方に、集電器として、前記充填されたプレートを組み込むステップをさらに含む請求項１７記載の方法。
【請求項２６】
前記アノードアセンブリおよび前記カソードアセンブリのうちの前記一方を、前記燃料電池スタックの燃料電池に組み込むステップをさらに含む請求項２５記載の方法。
【請求項２７】
前記充填材料は、触媒材料、電解質材料および他の材料のうちの１つ以上を含む請求項２６記載の方法。
【請求項２８】
前記充填材料は、触媒材料、電解質材料および他の材料のうちの１つ以上を含む請求項１７記載の方法。
【請求項２９】
前記電解質材料は、炭酸塩である請求項２８記載の方法。
【請求項３０】
前記付着させるステップは、成形練り粉を形成するために、充填材料粒子を結合剤と混合するステップと、前記充填材料を形成するステップとをさらに含む請求項２８記載の方法。
【請求項３１】
充填材料からなる前記コードの各々から、前記結合剤材料を除去するステップをさらに含む請求項３０記載の方法。
【請求項３２】
前記除去するステップは、加熱により実行される請求項３１記載の方法。
【請求項３３】
前記充填材料は、電解質充填材料であり、
前記結合剤は、グリセロールおよび分子量の少ないポリエチレングリコールのうちの一方である請求項３１記載の方法。
【請求項３４】
前記電解質材料は、炭酸塩である請求項３３記載の方法。
【請求項３５】
前記充填材料は、触媒材料である請求項３１記載の方法。
【請求項３６】
前記充填材料の粒子は、１〜１００μｍ程度のサイズを有する請求項３５記載の方法。
【請求項３７】
前記除去するステップが実行されると、１μｍの数百分の１程度のサイズを有する小さな孔と、数μｍ程度のサイズを有するの大きな孔とを有する、前記触媒材料を含む各コードが形成される請求項３５記載の方法。
【請求項３８】
前記小さな孔のサイズは、０．０１μｍ以下の範囲であり、
前記大きな孔のサイズは、５μｍ以上の範囲である請求項３８記載の方法。
【請求項３９】
前記大きな孔は、充填材料からなる前記各コードの全ての孔の３５〜５０％を占める請求項３７記載の方法。
【請求項４０】
燃料電池スタックで使用される燃料電池の一部とともに、または一部として使用するためのプレートを製造する装置において、
充填材料を受け入れるために、前記プレートを位置決めする手段と、
前記充填材料をコードの形態で前記プレートの上に付着させる手段と
を含む装置。
【請求項４１】
前記付着させる手段は、前記充填材料を前記プレートの上へ押し出す押し出し成形機を含む請求項４０記載の装置。
【請求項４２】
前記位置決めする手段は、前記プレートを支持するテーブルと、前記テーブルと前記押し出し成形機とを相対運動させる手段とを含む請求項４１記載の装置。
【請求項４３】
前記プレートは、複数の管路を有し、
前記プレートは、前記管路が前記押し出し成形機に対向する状態で、前記テーブル上に配置され、
前記テーブルと前記押し出し成形機との前記相対運動により、前記充填材料は、コードの形態で前記管路内に付着される請求項４２記載の装置。
【請求項４４】
前記付着させる手段は、前記充填材料を形成する手段をさらに含み、前記形成する手段は、成形練り粉を形成するために、充填材料粒子を結合剤と混合するミキサを含む請求項４３記載の装置。
【請求項４５】
前記充填材料は、触媒材料、電解質材料および他の材料のうちの１つ以上を含む請求項４４記載の装置。
【請求項４６】
前記充填材料は、触媒材料、電解質材料および他の材料のうちの１つ以上を含む請求項４０記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池発電装置に関し、特に、そのような発電装置において使用するための触媒や電解質で充填されたプレートに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池による発電装置は、効率が高く、環境を汚染しない発電システムである。このような発電装置を動作させるときには、燃料として水素が使用される。通常、水素は、発電装置の外部にある別個の装置における水蒸気改質により、炭化水素供給材料（例えば、天然ガスまたはナフサ）から取り出される。これを外部改質といい、米国特許第３，９０９，２９９号で説明されている。
【０００３】
別の水素発生技術は、燃料電池自体の内部で、特に、燃料電池のアノードコンパートメントの内部で、直接に炭化水素燃料を改質する方法である。これを内部改質といい、米国特許第４，１８２，７９５号および第４，８７７，６９３号で説明されている。内部改質は、外部改質と比較していくつかの利点が得られるため、かなりの注目を集めている。利点としては、（１）燃料電池の反応の中で発生された熱が、吸熱改質反応により、その場で消費されるために、燃料電池システムの全効率が高いこと、（２）アノード反応生成物を介して、水蒸気改質反応に必要とされる水蒸気がその場で供給されること、（３）アノード反応による水素の消費によって、変換効率が１００％に近いこと、および（４）副産物である熱が除去されることなどがある。
【０００４】
しかし、内部改質においては、アノードコンパートメントの内部に適切な触媒を組み込むために、発電装置を特別に適応させなければならない。アノードコンパートメントは、燃料電池発電装置の燃料電池スタックで使用される各燃料電池に備えられている。図１は、そのような燃料電池の代表的な燃料電池アノードコンパートメント１を示す。図示されるように、アノードコンパートメントは、隣接する燃料電池のオキシダント流から燃料を隔離するためのセパレータプレート２と、電気化学反応場を提供するためのアノード電極３と、波形プレートとして示され、アノード電極からの電子を導通し、気体燃料流の流通経路を形成するアノード集電器（コレクタ）４とを含む。アノード集電器４は、電解質障壁５によりアノード電極３から分離されている。また、アノード集電器４には、炭化水素供給材料を水素に変換するための改質触媒６が充填されている。さらに、図１には、隣接する燃料電池のカソード電極７およびカソード集電器８も示されている。
【０００５】
通常、改質触媒６は、タブレット、ペレット、棒、リングまたは球形などの様々な固体圧縮形状にして利用可能である。そのような種類の触媒をアノード集電器の波形空間に組み込むための代表的な技術は、米国特許第４，７８８，１１０号に記載されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、それらの技術には、いくつかの欠点がある。触媒粒子の粒径は小さいため、組み立て中に粒子を取り扱う作業は厄介であるとともに、自動化が困難であり、コスト効率が悪い。また、燃料電池発電装置ごとの充填の均一性を実現することも困難である。もう１つの問題点は、組み立て中、処理中、搬送中および動作中に、触媒がずれたり、こぼれたりすることである。
【０００７】
本願の出願人に譲渡された米国特許第５，６６０，９４１号は、上記の問題のうちのいくつかを回避可能ないくつかの種類の触媒を開示している。この出願において説明されている触媒は、表面全体に開口部を有する触媒材料の薄いシートの形態をとる。特に、触媒の開口部とそれらの開口部のピッチとは、アノード集電器の波形構造または「脚部」に適合するように設計されている。
【０００８】
従って、この触媒シートを集電器の上に配置し、整合する位置にある開口部を通して脚部を差し込むことにより、シートを所定の位置に保持することができる。このような触媒シートを使用することで、触媒粒子の採用に伴って発生していた触媒の取り扱い上の問題が回避されることを理解できよう。しかし、必要とされる開口部を有する触媒シートを製造することは難しく、望まれるようなコスト効率は得られないであろう。
【０００９】
内部改質型の燃料電池発電装置、特に、炭酸塩燃料電池発電装置に関する別の問題は、発電装置の所望の寿命を通して適切な供給資源を維持するために、どの場所に、どのようにして十分な電解質を貯蔵するかということである。発電装置の寿命は、４０，０００〜５０，０００時間にも及ぶであろう。炭酸塩燃料電池発電装置を利用する燃料電池スタックの場合、電解質として溶融炭酸塩が使用される。溶融炭酸塩は、不活性多孔質母材（マトリックス）プレートに貯蔵される。
【００１０】
溶融炭酸塩電解質は、電気化学的機能を果たすだけでなく、その液体毛管力によって反応物を密封しかつ分離するように作用する。従って、燃料電池発電装置の動作中、母材の孔容積は完全に電解質で充満されることが不可欠である。しかし、動作中、蒸発、クリープおよび腐食によって、電解質は徐々に失われる。従って、燃料電池発電装置内部における密封機能およびイオン連続性を維持するためには、初期動作に必要とされる最小限の量を超える量の十分な電解質を貯蔵しておかなければならない。燃料電池発電装置における十分な炭酸塩電解質の貯蔵を確保するための構成は、いくつかの米国特許（例えば、米国特許第４，０３５，５５１号、第４，０６２，３２２号、第４，０３８，４６３号、第４，５４８，８７７号、第４，５９６，７５１号および第５，４６８，５７３号）で開示される。そのうちの１つの構成は、電解質を貯蔵するために、アノード電極とカソード電極との間に、分厚い母材タイルを採用する。しかし、そのように厚い母材は、大きなＩＲ損失の原因となる。
【００１１】
開示されている別の構成は、炭酸塩電解質粒子からなる薄いグリーンテープを使用するものである。電解質粒子は、結合剤により一体に保持される。この電解質テープは、燃料電池の構成要素を積み重ねる間に、電極と電解質母材との間に配置される。完成した燃料電池スタックの加熱中に、結合剤は除去され、その後、その場で炭酸塩粒子は溶融し、炭酸塩は母材の内部へ流れ込む。しかし、この構成は、電解質の溶融中に燃料電池スタックの寸法を不安定にする。これは、スタックの機械的安定性を得る上で望ましくない。
【００１２】
考慮されるべきさらに別の構成は、燃料電池発電装置の電極を電解質貯蔵部として使用するものである。この場合、燃料電池をスタックとして組み立てる前に、各々の燃料電池の多孔質電極の中へ、溶融電解質を直接しみ込ませることにより、電解質の貯蔵が実現される。各燃料電池の母材に電解質を充満させた後、長い寿命を維持するのに十分な量の電解質が電極内部に残留することを保障するために、十分に大量の電解質を受け入れられるように、燃料電池が十分に分厚い電極を有するスタックの場合があるが、このような場合は、この構成は望ましいと考えられる。この条件を実現するためには、相対的に分厚い電極を使用しなければならず、そのため、スタックの高さが増し、同時にコスト高を招く。
【００１３】
電解質の貯蔵の問題を解決するための別の技術は、合衆国政府に譲渡された米国特許第５，４６８，５７３号で開示されている。この技術においては、燃料電池をスタックとして組み立てる前に、各燃料電池のカソード集電器の波形空間に、電解質ペーストが挿入されている。電解質ペーストは、石油ゼリー、蜜蝋またはグリセリンなどの除去可能な結合剤と混合された電解質粉末を含む。この技術は、燃料電池内に、十分な量の電解質を提供することが可能である。しかし、’５７３号特許は、波形集電器の内部に電解質を充填する方法を全く記載していない。
【００１４】
これを実現するために実行可能であると思われる方法は、手動操作による圧縮または自動圧縮である。しかし、圧縮手順を使用する場合、電解質の量および均一性を調整することは困難である。さらに、望ましくない接触面の上へ電解質をあふれ出させることなく、波形空間の中に電解質ペーストを充填することは、極めて難しい。
【００１５】
従って、本発明の目的は、上述のような欠点のない触媒充填プレートまたは電解質充填プレートを提供することである。
【００１６】
本発明の別の目的は、製造が容易でありかつ製造効率を向上するように形成された触媒充填プレートまたは電解質充填プレートを提供することである。
【００１７】
本発明のさらに別の目的は、触媒充填プレートまたは電解質重点プレートを形成するための装置および方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の原理に従って、上記の目的およびその他の目的は、充填材料をコードとして形成することにより、触媒充填材料または電解質充填材料のいずれかを充填されたプレートにおいて実現される。充填材料のコードの形態は、充填材料をプレートの上へ、好ましくは、プレートにある複数の管路の中へ押し出すことにより実現されるのが好ましい。また、プレートは、燃料電池スタックにおいて使用される燃料電池の集電器プレートとして使用されるのが好ましい。
【００１９】
本発明の別の観点によれば、充填プレートを製造するための装置および方法が開示される。本発明の装置および方法では、プレートは、テーブル上に支持され、プレートの上方に、押し出し成形機が配置される。押し出し成形機が、プレートの第１の管路に沿って、充填材料のコードを押し出すように、制御機構が、プレートおよび押し出し成形機を制御する。その後、押し出し成形機が、プレートの第２の管路に沿って、充填材料のコードを押し出すように、プレートおよび押し出し成形機が、互いに対して、再び位置決めされるか、または指標が付される（割り出し動作が行なわれる）。所望の管路が充填材料のコードで充填されるまで、このプロセスは繰り返される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の上記の特徴および面、並びにその他の特徴および面は、添付の図面と関連させて、以下の詳細な説明を読むことにより、さらに明らかになるであろう。
【００２１】
図２は、本発明の原理に従って、触媒材料または電解質材料５０、すなわち、充填材料を、コード５０Ｂの形態で、プレート１１上へ充填するシステム１０を示す。図示される構成の場合、プレート１１は、燃料電池スタックで使用されるべき燃料電池の集電器プレートである。図示されるように、プレート１１は、複数の管路１２を規定するように波形に形成される。何らかの所望の形状をした充填材料からなるコードは、それらの管路に嵌合可能である。所望の形状を有する充填材料の連続するコード５０Ｂが、押し出し成形により製造されるのが好ましい。集電器プレート１１の管路１２への、それらのコードの充填は、現場で、ＰＣコントローラ１３、ノズルまたはヘッド１５を有する押し出し成形機１４、およびＸ‐Ｙ位置テーブル１６を介して自動的に実行される。
【００２２】
具体的には、集電器プレート１１は、まず、管路を規定するプレートの波形構造または脚部が、押し出し成形機のノズル１５に対向する状態で、Ｘ‐Ｙテーブル上に配置される。そこで、ＰＣコントローラ１３は、成形練り粉５０Ａの形態をとる充填材料が入った押し出し成形機１４と、Ｘ‐Ｙテーブル１６の動作を調整する。特に、押し出されたコード５０Ｂをプレート１１における所望の管路１２の中へ案内するために、Ｘ‐Ｙテーブル１６が所定の速度で、所定のパターンに従って移動する間に、押し出し成形機１４は、ノズル１５を通して充填材料のコード５０Ｂを押し出す。コードの長さは、０．５インチ以上であるのが好ましい。
【００２３】
Ｘ‐Ｙテーブル１６の移動速度は、押し出し成形速度および要求されるコード直径に従って判定される。Ｘ‐Ｙテーブル１６の移動パターンは、所望の充填パターンに従って設計される。改質効率およびプレート上における充填材料の分布の均一性を最適化するために、コンピュータソフトウェアを介して、様々な充填パターンを生成できることが理解されるであろう。
【００２４】
充填材料の成形練り粉５０Ａは、充填材料粉末とポリマー結合剤とから構成される充填材料５０から形成される。それらの材料は、ミキサ１８で調合または混合され、充填材料練り粉５０Ａとして均一な押し出し成形可能混合物を形成する。ミキサ１８は、せん断力の大きいブレードミキサであってもよい。通常、押し出し成形可能混合物は、約５〜１５重量％のポリマー結合剤を含む。溶剤系結合剤系または水性結合剤系のいずれかを使用できる。
【００２５】
混合手順により充填材料練り粉５０Ａが形成された後、コードを押し出し成形するために、練り粉は押し出し成形機１４の内部へ移送される。押し出し成形機１４は、ピストン型またはスクリュー型のいずれであってもよい。前述した通り、押し出し成形機１４の動作によって、練り粉が押し出し成形機のノズル１５を通して押し出されるにつれて、充填材料のコードが形成される。同様に、前述した通り、Ｘ‐Ｙテーブル１６の運動によって、コードは、集電器プレート１１の管路の中へ案内される。
【００２６】
押し出されるコードの直径は、集電器の形状に応じて異なり、ノズルのサイズ、押し出し速度および成形練り粉の粘度によって調整可能である。コードの直径は、集電器プレート１１の管路１２を形成する隣接する脚部または波形構造の間に１つのコードを収納できるように選択されるのが好ましい。
【００２７】
充填材料／集電器アセンブリが完成したならば、アセンブリをセパレータプレートと、カソードアセンブリやアノードアセンブリの少なくとも一方と組み合わせて、燃料電池スタックを構成する１つの燃料電池を形成できる。これは、図１０および図１１に示される。図１０は、燃料電池のアノード集電器として使用されるべき集電器プレート１１を示している。図１１は、燃料電池のカソード集電器として使用されるべき集電器プレート１１を示している。
【００２８】
セットアップの時点で、燃料電池発電装置の事前調整過程の間に、現場で充填材料コードを処理できる。その場合、充填材料コードに含まれるポリマー結合剤は、除去される。あるいは、結合剤の除去や充填材料の事前調整の少なくとも一方を実行するために、別個の処理工程を採用することも可能である。この別個の処理工程は、充填が完了したプレート自体に適用されてもよい。あるいは、プレートが燃料電池発電装置に組み込まれるときに、この別個の処理工程が採用されてもよい。
【００２９】
＜アノード集電器プレートを充填する触媒充填材料の実施例＞
触媒充填材料のための粉末／結合剤５０対５０の混合物の一実施例を、以下の表１に示す。
【００３０】
【表１】
2006514407.tif 000003
【００３１】
触媒には、イオウは望ましくないので、イオウを含有しない結合剤が使用される。１〜１００μｍの粒径を有する市販等級の改質触媒粉末と結合剤とを、ブレードミキサ内部で、室温で１５分間混合し、押し出し成形可能な練り粉を生成した。直径１．５インチのピストンおよび直径０．０５インチのノズルを有するピストン形押し出し成形機の中に、練り粉を注入した。押し出し成形機の圧力は、約１０，０００ｐｓｉの定圧であった。前述の態様で、押し出されたコードを、２５０ｃｍ２のアノード波形集電器内へ送り出した。その結果、製造された押し出し成形された触媒コードを有する充填アノード集電器（２５０ｃｍ２）を、図３に示す。この場合、５０ｍｇ／ｃｍ２の触媒が充填された。
【００３２】
触媒コードの微細構造および孔径分布を、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）および水銀多孔度測定により調べた。ＳＥＭ顕微鏡写真（図４Ａおよび図４Ｂ）は、押し出された時点の触媒コードの形態を示す。コードの表面が均一な構造であること（図４Ａ）により、押し出し成形の品質が明示される。破断された横断面の構造（図４Ｂ）は、結合剤が均質に分布し、各々の触媒粒子（矢印により示す）を取り囲んでいることを示している。酸化環境において、４１０℃で、触媒コードからのポリマーの除去を実行した。ゆっくりと温度を４１０℃まで上昇させ（２℃／分）、完全にポリマーを除去するために、その温度を２時間保持した。完全に燃焼した触媒コードは、多孔質の微細構造（図５Ｂ）であるにも関わらず、構造上の一体性を示している（図５Ａ）。
【００３３】
多孔度測定解析により、完全に燃焼した触媒コードは〜４５ないし６０体積％の孔を含むことが明らかとなった。完全に燃焼した触媒コード（図６）の内側には、２つの異なる孔径分布が存在する。すなわち、０．０１μｍ以下の範囲の孔径と、５μｍ以上の範囲の孔径である。大きな孔は、ポリマーおよび押し出し成形工程により形成され、触媒活性点に対する反応物の拡散抵抗を低減するのに有用である。小さな孔は、触媒粒子の内側に含まれ、反応に対する表面積の大半を占める。反応物が触媒活性点に近づくのを容易にし、かつ触媒の活動度を損なわずに生成物を容易に除去できるようにするために、大きな孔と小さな孔の体積比は、慎重に調整される。通常、大きな孔は、孔全体の３０〜３５体積％を占めているのが最適であると考えられる。
【００３４】
高温の反応器の内部で、押し出し成形された触媒コードについて、加速された活性試験を実行した。全ての運用試験は、約７４０Ｔｏｒｒの絶対圧力の下で、ＣＯ２／ＣＨ４の給気組成＝１／１１．８、総給気流量２０ｓｃｃｍ（空間速度は、約１０，０００〜２０，０００ｈ−１）、７００℃の条件により実行された。加速された活性試験は、押し出し成形された触媒コードの性能が、代表的な市販クラスの触媒ペレットと同様であるか、あるいはそれを上回ることを示した（図７）。
【００３５】
さらに、ベンチスケールの炭酸塩燃料電池発電装置（２５０ｃｍ２）において、触媒コードの性能を評価した。単一電池発電装置の加速崩壊モードにおけるＣＨ４変換と、代表的な市販の触媒との比較を図８に示す。図８は、押し出し成形された触媒コードが、市販されている触媒に類似する性能を有することを示している。
【００３６】
＜集電器プレートを充填する電解質充填材料の実施例＞
コードの形態をした電解質充填材料による、波形集電器プレートの現場押し出し成形および充填の一実施例を、図９に示す。前述の手順およびアセンブリを使用して、集電器表面を汚染することなく、集電器プレートの管路（２５０ｃｍ２）に１５ｇの電解質コードを自動的に充填した。電解質の押し出し成形に使用された練り粉は、電解質粉末（６２モル％のＬｉ／３８モル％のＫ炭酸塩など）と、グリセロールまたは分子量の小さい（２００〜４００）ポリエチレングリコールとを８５／１５の体積比で使用することにより、調製された。
【００３７】
グリセロール／ポリエチレングリコールは、相対的に非毒性かつ不燃性の材料であり、充填後のプレートを加熱したときに、望ましくない残滓を残さずに蒸発するか、または化学分解しうる。集電器プレートが燃料電池発電装置のアノード集電器またはカソード集電器として使用される場合に、電解質を溶融するために、燃料電池発電装置が動作温度まで加熱される。このときに、この蒸発または化学分解は生じる。
【００３８】
いずれの場合にも、以上説明した構成は、単に、本発明の適用用途を表す数多くの潜在的な特定の実施形態を例示しているにすぎないことが理解されるべきである。本発明の趣旨の範囲から逸脱せずに、本発明の原理に従って、多くの多種多様な他の構成を容易に考案できることはいうまでもない。従って、充填材料からなるコード５０Ｂは、連続していてもよいし、不連続であってもよく、また、可撓性であってもよいし、剛性であってもよい。さらに、触媒充填材料である練り粉５０Ａを形成するために使用される触媒粉末は、か焼型（calcinated）であってもよいし、非か焼型（non-calcinated）であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】図１は、燃料電池スタックにおいて使用される燃料電池のアノードコンパートメントの構成要素を示す図である。
【図２】図２は、本発明の原理に従って触媒充填材料または電解質充填材料をプレート上に充填するシステムを概略的に示す図である。
【図３】図３は、本発明の原理に従って触媒コードで充填された波形集電器プレートを示す図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明の原理に従った触媒コードの顕微鏡写真を示す図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図４Ａに示される触媒コードの横断面の顕微鏡写真を示す図である。
【図５Ａ】図５Ａは、本発明の原理に従って結合剤が除去された触媒コードの顕微鏡写真を示す図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、図５Ａの触媒コードの微細構造の顕微鏡写真を示す図である。
【図６】図６は、図５Ａおよび図５Ｂに示される種類の触媒コードの水銀多孔度測定解析のグラフである。
【図７】図７は、代表的な市販等級の触媒の活動度と比較した場合の、触媒コードの加速活動度のグラフである。
【図８】図８は、代表的な市販等級の触媒を使用する燃料電池と比較した場合の、本発明による触媒コードを使用する単一電池炭酸塩燃料電池発電装置の加速安定性試験を示す図である。
【図９】図９は、本発明の原理に従って電解質コードで充填された波形集電器プレートの光学顕微鏡写真を示す図である。
【図１０】、
【図１１】図１０および図１１は、本発明の原理に従って電解質充填集電器プレートおよび触媒充填集電器プレートを組み込んだ燃料電池を概略的に示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１０】
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【図１１】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図９】
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【国際調査報告】
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