CN102665869B

CN102665869B - 气体分解装置

Info

Publication number: CN102665869B
Application number: CN201080052203.5A
Authority: CN
Inventors: 平岩千寻; 真岛正利; 新田耕司; 福永笃史; 江头繁树
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2009-11-18
Filing date: 2010-11-04
Publication date: 2014-10-15
Anticipated expiration: 2030-11-04
Also published as: US20120228126A1; KR20120112448A; CA2781087C; US8916033B2; EP2502668B1; EP2502668A1; CN102665869A; EP2502668A4; CA2781087A1; KR101824266B1; WO2011062060A1

Abstract

本发明提供一种气体分解装置，其具有如下结构中的任一种：1)一种结构，其中固体电解质层上的阳极和阴极各自具有多个延伸区；所述阳极的延伸区和阴极的延伸区交替延伸以在所述阳极和所述阴极之间形成间隙；所述阴极的电阻比所述阳极的电阻大；以及与电源电连接并由导电材料制成的阴极导电区在与所述阴极的多个延伸区的延伸方向相交的方向上延伸，从而使所述阴极的多个延伸区相互电连接；和2)一种结构，其具有电导体层，其中通过所述电导体层使所述电源的负极与所述阴极电连接；并且其是如下结构：其中所述阴极叠压在所述电导体层上以接触所述层，各自由固体电解质层和阳极构成的叠压体位于所述阴极上以在任意相邻的两个叠压体之间形成间隙，以及所述阳极与所述电源的正极电连接。

Description

气体分解装置

技术领域

本发明涉及一种气体分解装置，更具体地，本发明涉及一种能够以良好的能量效率分解气体的气体分解装置。

背景技术

在重视柴油发动机汽车的国家中，必须明确严格的排气规定。因此，已经开发了用于减少来自柴油发动机的排气的各种催化剂装置。在这些催化剂装置中，推荐尿素选择还原系统作为用于在其发动机速度低的温度范围内用于将NO_x还原以净化成氮和水的装置(非专利文献1)。

另外，提出了一种方法，其中将NO_x还原催化剂、烃用氧化催化剂和离子导电固体电解质相互混合，并然后将所述混合物分散布置在金属蜂窝的表面上，由此电化学分解NO_x(专利文献1)。在本发明中，作为金属蜂窝，提供蜂窝结构或通过将加工成波形的不锈钢波板和不锈钢平板相互堆叠而获得的与其相似的堆叠结构(专利文献2和非专利文献2)。

还提出了一种方法，所述方法为了促进通过电化学反应分解NO_x，施加夹持有固体电解质(SE)层的阳极和阴极的电压(专利文献3)。

引用列表

[专利文献]

专利文献1：日本特开2001-070755号公报

专利文献2：日本特开平05-301048号公报

专利文献3：日本特开平8-168673号公报

[非专利文献]

非专利文献1：平田公信等人，“大型柴油汽车的尿素选择还原系统”，汽车技术，第60卷，第9期，2006，第28-33页

非专利文献2：“电化学NO_x分解装置”，产业技术综合研究所，2003年5月20日发布的新闻稿。

发明内容

技术问题

关于用于分解NO_x的每个尿素选择还原装置，在其排气系统中布置用于汽车的相当大规模的尿素选择还原装置；因此增加了整体重量。当然，强烈要求用于汽车的任意装置尺寸小并且轻。

在金属蜂窝表面上分散布置NO_x还原催化剂等的方法中，所述金属蜂窝薄而导致压力损失显著降低的优点。然而，用于电化学反应的位置的密度没有大大提高。而且，压力损失的下降也不充分。总之，这些技术各自对于促进有关装置的尺寸减少和其分解效率两者都不充分。

使用电化学反应的方法具有不需要将有关装置制成大规模形式的优点。然而，只要不将具有预定厚度的固体电解质的温度设定在约800℃至约950℃的高温度范围内，就不能获得实用的离子导电率。在低于所述范围的温度下，不能获得充分的NO_x分解速度。

除了上述问题之外，对于其中使用固体电极和固体电解质的任意电化学反应，存在引起所述固体电极，特别是，阴极的电阻大的问题。因为所述阴极的这种大电阻，使得不用于气体分解的电力大量消耗。因此，需要改进。

因此，本发明的第一目的是提供一种用于通过使用电化学反应而分解预定气体的气体分解装置，其中能够在固体电极，特别是，电极中电阻较高的电极中防止电力消耗，并且可以使气体分解速度提高。

上述固体电解质具有机械强度小而易于损坏的缺点。

因此，本发明的第二目的是提供一种用于通过使用电化学反应而分解预定气体的气体分解装置，其不易损坏并能使气体分解速度提高。

解决问题的手段

<用于第一目的的气体分解装置>

本发明的气体分解装置包含第一电极、与所述第一电极配对的第二电极、固体电解质层、和用于在所述第一电极和所述第二电极之间施加电压的电源。在该气体分解装置中，所述第一电极和所述第二电极各自具有位于所述固体电解质层上的多个延伸区以接触所述固体电解质层，并且所述第一电极的多个延伸区和第二电极的多个延伸区交替延伸以在所述第一电极和所述第二电极之间形成间隙，所述第二电极的电阻比所述第一电极的电阻高，以及与所述电源电连接并包含导电材料的第二电极导电区在与所述第二电极的延伸区的延伸方向相交的方向上延伸，从而使所述第二电极的延伸区相互电连接。

为了易于理解，可将该部分中的任意说明应用于阴极电阻比阳极电阻高的情况。换句话说，使所述第一电极为阳极，并使电阻比所述第一电极高的所述第二电极为阴极。这种情况可适用于用于分解NO_x的气体分解装置。在这种情况下，根据上述结构，包含导电材料的阴极导电区获得阴极延伸区之间的电连接，从而使得将基于其电阻的阴极中的电压下降限定在延伸区内部。换句话说，将在电化学反应中由阴极的高电阻引起的电力消耗基本上限定为“每个阴极延伸区处的电力消耗”×“阴极延伸区的数量”。具体地，将气体分解装置上使电源和阴极相互电连接的布线限定为导线或阴极的导电区。将阴极布置成限定在呈现气体分解效果的场所中。因此，不布置任何仅用于布线的阴极区域。这种方式使得可以在与气体分解直接相关的区域中集中使用在阴极中消耗的电力。

而且，可在固体电解质上以高密度布置相互面对并引起电化学反应的阳极和阴极的位置。在装置的精度范围内可以使阳极和阴极之间的间隙狭窄，从而能够使氧离子等在阳极和阴极之间的移动时间短。因此，即使当使所述装置的温度不高于现有技术中时，也能够提高气体分解速度。结果，可以以实用水平实现气体分解。当使所述温度等于现有技术中的温度时，可大大提高气体分解速度。

另外，对于脆弱的固体电解质，产生用于利用固体电解质层的背面等而增强所述层的余裕。通过在背面等上施加增强，可提高所述装置的耐冲击性能。

因此，可通过丝网印刷来制造固体电解质、阳极、阴极等。因此，可减少成本。

所述延伸区可笔直地延伸，或者可以在单个点处弯曲延伸、或在多个点处以Z字形弯曲延伸。

可以使所述第二电极的面积比所述第一电极的面积大。如果电阻大的第二电极和电阻较小的第一电极的面积相等，则可由第二电极的面积确定用于气体分解的电化学反应的速度。如上所述，通过使第二电极的面积大，可促进气体分解反应。而且，其次使在电阻大的第二电极中流动电荷的通路的截面积增加，从而使得可以在不引起电化学反应的区域，如与导电区连接的区域中进一步抑制电力消耗。

如最初限定的特定情况那样，将上述情况应用于如下结构：其中所述第二电极为阴极，以及作为与所述电源电连接的阴极导电区并包含导电材料的所述第二电极导电区在与所述阴极的多个延伸区的延伸方向相交的方向上延伸，从而使所述阴极的多个延伸区相互电连接。然而，可以将本发明广泛应用于其中阳极电阻比阴极电阻高的情况。在这种情况下，将阳极的导电区布置为沿阳极的延伸区的延伸方向延伸。阳极和阴极各自的电阻大小随待分解的气体成分而变化。在分解NO_x的情况下，在阴极上的NO_x分解反应的反应速度小而成为决定速度。因此，阴极的电阻变得比阳极的电阻高。

容许的是，所述固体电解质层位于绝缘基板上，阴极的延伸区从所述固体电解质层的第一端侧向所述固体电解质层的与第一端侧相反的第二端侧延伸，并且所述第二电极导电区以与所述固体电解质层的第一端或所述绝缘基板平行的方式延伸。存在各自由具有优异的机械强度并可以为各种类型的材料制成的绝缘基板。因此，对于所述绝缘基板，可使用机械强度高的材料或不容易损坏的材料，从而可提高本气体分解装置的机械强度或耐久性。通过减少阳极和阴极的延伸区宽度(其沿与延伸方向相交的方向的长度)和其间的间隙，可以在固体电解质上以高密度布置间隙的空间。结果，可提高每单位时间和每单位面积的气体分解量。换句话说，通过增加气体密度=“间隙长度/固体电解质层的面积”，可获得尺寸小且气体分解效率高的装置。

可将第一电极和第二电极之间的间隙设定在2至200μm的范围内。这种方式使得可以缩短离子在阳极和阴极之间的移动距离，从而提高待分解气体的分解速度。因此，可降低气体分解装置的温度。当在阳极和阴极之间施加电压时，因为间隙小而在阳极和阴极之间产生大电场。如果所述间隙大于200μm，则离子移动需要更多的时间。因此，不易良好地利用本发明的特征。如果所述间隙小于2μm，则从制造精度的观点来看，难以确实地确保间隙。上述间隙导致大大提高离子移动速度而使得气体分解速度提高。

所述第二电极导电区可包含Au糊料。这种方式使得即使当将所述装置加热至高温而进行操作时，也可以避免导电区被排气劣化而电阻增加或其导电性丧失的情形。关于Au糊料，在操作时，通过高温加热使所述糊料部分中的树脂等从初始状态自然变化。

容许的是，所述固体电解质层具有氧离子导电性，并且将金属粒子链接体的氧化物、GDC(掺杂的钆二氧化铈)和BaCO₃并入到所述第二电极中。这种方式可以使例如引入NO_x的阴极与NO_x接触，从而提取氧离子并将氧离子送到所述固体电解质层中。结果，分解NO_x从而能够从阴极释放氮气。

容许的是，使所述固体电解质层具有质子导电性，并且将金属粒子链接体的氧化物、贵金属和质子导电材料并入到所述第二电极中。以这种方式，例如，阴极与从阳极移动通过固体电解质的质子发生电化学反应而分解NO_x，从而从阴极中放出氮、水蒸汽等。向阳极中并入水蒸汽、烃、氢等的混合气体，从而使得阳极与混合气体接触，由此可将上述质子送到固体电解质层。质子比氧离子小从而扩散速度大。因此，可大大降低操作温度。另外，质子的离子迁移率也大，从而使得可以提高气体分解速度。当降低操作温度时，例如，产生如下优点：在第二电极导电区中，可使用便宜的材料代替Au糊料。

最好使绝缘基板为用于增强固体电解质层的基板。这种方式使得可以克服作为固体电解质的大缺点的固体电解质的脆性。结果，可以将所述装置用于频繁施加冲击的场合如汽车中。

所述装置可具有所述固体电解质层位于所述绝缘基板的前面和背面中的每一个面上的结构。这种方式使得可以克服作为固体电解质的大缺点的固体电解质的脆性，同时促进气体分解装置的小型化。能够使用于布置气体分解装置的空间的利用效率高。

本发明可具有如下结构，其中将各自如上述实施方式中任一个所述的多个气体分解装置相互堆叠以在任意相邻的两个装置之间形成间隙，并且将所述装置固定在底盘中。这种方式使得可以得到气体分解容量大并且尺寸小的装置。

将上述实施方式中任一个所述的气体分解装置安装在汽车上，并且可通过来自汽车的废热加热所述气体分解装置。对于任意汽车，可获得能量效率高的气体分解装置，特别是，其中能量效率高的NO_x分解装置。

<用于第二目的的气体分解装置>

本发明的气体分解装置包含第一电极、第二电极、固体电解质层、和用于在所述第一电极和所述第二电极之间施加电压的电源。所述装置还包含电导体层，其中通过所述电导体层使所述电源的负极与所述第二电极电连接。在所述装置中，所述第二电极叠压在电导体层上以接触电导体层，各自由一个所述固体电解质层和一个所述第一电极构成的“固体电解质层/第一电极”叠压体的叠压体位于所述第二电极上以接触第二电极，从而在任意相邻的两个叠压体之间形成间隙；以及所述第一电极与所述电源的正极电连接。

根据该结构，通过由导电层和第二电极构成的叠压体来增强脆弱的固体电解质层，从而使得可以提高所述装置的耐冲击性和耐久性。

参与第二电极反应的气体成分引起在暴露于“固体电解质层/第一电极”叠压体之间的间隙的第二电极上的电化学反应进行。因此，例如，关于氧离子在固体电解质中移动的电化学反应，在暴露于间隙的第二电极上产生氧离子，并且然后所述离子通过与所述间隙面对的固体电解质层的侧面区，从而到达第一电极。因此，尽管氧离子在每个固体电解质层的厚度方向上移动，但是所述离子通过固体电解质层的侧面。因此，所述离子在表面区上移动。通过烧结而制造第二电极、固体电解质层和第一电极。当将各糊料等投入模具中以成形时，表面层的密度变大；因此，用于氧离子等的移动通路的截面积实质上变大。因此，氧离子等的移动量增加，从而使得与烧结体内部的其速度相比，移动速度明显变大。结果，通过在第二电极上以高密度将间隙布置为适当尺寸，可以以高效率实现气体分解。

当第二电极的电阻比第一电极的电阻大时，将第二电极布置在电导体层上，从而使得与电导体层表面接触。因此，能显著减少由其电阻引起的第二电极中的电压下降。这种方式使得可大大减少第一电极中消耗的电力，或基本上不消耗电力。在由电源施加电压时，将所述电压集中施加在第二电极或固体电解质层的厚度方向中(使第一电极各自为良导体)。因此，可对第二电极/固体电解质层施加大电场，从而可促进电化学反应并可以提高离子移动速度。因此，所述装置可实现抑制电力消耗和提高气体分解速度两者。

另外，可通过丝网印刷等来制造固体电解质、其阳极和其阴极。由此，可减少成本。

所述装置可具有如下结构，其中所述第二电极为阴极；所述阴极叠压在所述电导体层上以接触所述层；并且作为各自由一个所述固体电解质层和阳极构成的“固体电解质层/阳极”叠压体的叠压体位于所述阴极上以接触阴极，并且在任意相邻的两个叠压体之间形成间隙。以这种方式，当阴极的电阻大时，所述阴极与电导体层表面接触。因此，可显著减少由其电阻引起的阴极中的电压下降。这种方式使得可以大大减少阴极中消耗的电力，或基本上不消耗电力。在由电源施加电压时，将所述电压集中施加在阴极或固体电解质层的厚度方向中(使阳极各自为良导体)。因此，可对阴极/固体电解质层施加大电场，从而可促进电化学反应并且可提高离子移动速度。因此，所述装置可实现抑制电力消耗和提高气体分解速度两者。阳极和阴极各自的电阻大小随待分解的气体成分而变化。在分解NO_x的情况下，阴极上的NO_x分解反应的反应速度小而成为决定速度。因此，阴极的电阻变得比阳极的电阻高。

所述装置可具有如下结构，其中所述第二电极为阳极；所述阳极叠压在所述电导体层上以接触所述层；并且作为各自由一个所述固体电解质层和阴极构成的“固体电解质层/阴极”叠压体的叠压体位于所述阳极上以接触所述阳极，并且在任意相邻的两个叠压体之间形成间隙。

当阳极的电阻大时，这种方式使得阳极与电导体层表面接触，从而使得可显著减少由其电阻引起的阳极中的电压下降。这种方式使得可以大大减少阳极中消耗的电力，或基本上不消耗电力。在由电源施加电压时，将所述电压集中施加在阳极或固体电解质层的厚度方向中(使阴极各自为良导体)。因此，可对阳极/固体电解质层施加大电场，从而可促进电化学反应并且可提高离子移动速度。因此，所述装置可实现抑制电力消耗和提高气体分解速度两者。

即使当阴极的电阻大时，当由阴极的面积来决定气体分解速度时，也能够获得促进气体分解反应的效果。这是因为，阴极作为上层放置而容易接触气体，从而使得对其平稳地提供未反应的气体。

可使阴极的面积比阳极的面积大。在这种情况下所指的面积表示，当俯视观察阴极和阳极时，其可见部分的面积，并且不包含任何隐藏的部分。换句话说，所述面积是在间隙区内部的第二电极的面积，或者作为其间夹有所述间隙的各区域的第一电极的面积。当使阴极的面积比阳极的面积大时，造成如下两种情况。(A1)所述阴极位于电导体层上以接触所述层，并且所述阴极的面积比所述阳极的面积大。(A2)所述阴极位于所述阳极上(作为一个以上上层)以接触所述阳极，并且所述阴极的面积比所述阳极的面积大。

在情况(A1)中，当阴极的电阻大时，在抑制阴极中的电力消耗的同时，因为其大面积而可以促进气体分解反应。

在情况(A2)中，当阴极的电极大时，通过如下两个因素可以促进气体分解反应：作为上层放置阴极，从而可对阴极平稳地提供未反应的气体以与阴极充分接触；并且阴极的面积大。

可将所述“固体电解质层/第一电极”叠压体之间的各自的间隙和所述“固体电解质层/第一电极”叠压体的各自的宽度分别设定在2μm至1mm的范围内。所述第二电极暴露于所述间隙，从而接触气体成分。因此，进行第二电极反应。如果所述间隙各自窄于2μm，则阻碍了任意气体的流入和流出，从而阻碍了所述第二电极反应的进行，而且从精度的观点来看，难以确实地保持所述间隙。如果所述间隙各自大于1mm，则所述第二电极的露出区变得太大，从而不能有效地进行电化学反应。如果所述“固体电解质层/第一电极”叠压体的宽度各自小于2μm，则难以充分进行第一电极反应，并且从精度的观点来看，难以确实地保持所述叠压体之间的间隙。如果所述宽度各自大于1mm，则所述第一电极之间的区域变得太大，从而阻碍了气体分解的有效进行。当将所述间隙、所述叠压体的宽度设定在上述各范围内时，可使得所述装置为效率高的气体分解装置。

可将所述固体电解质层各自的厚度分别设定为20μm以下。这种方式使得可以缩短在固体电解质层厚度方向上移动的离子的移动时间，从而提高所述装置的气体分解效率。更优选的是，每个所述电解质层的厚度较小。然而，如果使所述厚度小于1μm，则难以确实地在第二电极上布置固体电解质层以接触所述电极。因此，最好将所述厚度设定为1μm以上。当从加工精度的观点来看能使厚度更小时，所述厚度可以为约0.5μm以下。

当俯视观察时，所述“固体电解质层/第一电极”可以为选自如下形式中的至少一种形式：(1)相互平行的两条以上的线或带的形式；(2)梳齿形式(间隙整体为蛇形)；(3)螺旋形式；(4)点或碎片形式；和(5)围绕点形或碎片形区域的区域(点形或碎片形区域的补集区域)。这种方式使得可布置所述间隙，其中露出所述第二电极，并且所述“固体电解质层/第一电极”以细小间距密集地叠压在所述第二电极或所述电导体层上。因此，可获得效率高的气体分解装置。

上述“固体电解质层/第一电极”叠压体之间各自的间隙和所述“固体电解质层/第一电极”叠压体的各自的宽度可原样适用于形式(1)至(3)。然而，关于形式(4)至(5)，将它们定义如下：对于形式(4)，将点形或碎片形区域的平均相交直径定义为“固体电解质层/第一电极”叠压体的宽度的每一个宽度，并且将点形或碎片形区域之间的平均间隙定义为“固体电解质层/第一电极”叠压体之间的间隙的每一个间隙。关于形式(5)，使关于形式(4)的定义彼此相反，所述定义为“固体电解质层/第一电极”叠压体之间的间隙的每一个间隙和“固体电解质层/第一电极”叠压体的宽度的每一个宽度。

可以使所述电导体层为金属板或在绝缘基板上形成的电导体层。这种方式使得可克服作为固体电解质层大缺点的固体电解质层的脆性等。因此，可将所述装置用于频繁施加冲击的场合如汽车中。换句话说，优选使上述绝缘基板为原样增强固体电解质层的基板，从而使得可克服作为固体电解质层大缺点的固体电解质层的脆性等。因此，所述装置可用于频繁施加冲击的场合如汽车中。

容许的是，所述第二电极叠压电导体层上，所述电导体层覆盖于金属板的前面和背面中的每一个面上，或覆盖于绝缘基板的前面和背面中的每一个面上，并且另外使所述“固体电解质层/第一电极”叠压体位于在所述前面侧和所述背面侧中的每一个面侧的第二电极上。这种方式使得可以克服作为固体电解质层大缺点的固体电解质层的脆性等，同时可促进气体分解装置的小型化。可使得原样布置气体分解装置的空间的利用效率高。

容许的是，使所述固体电解质层具有氧离子导电性，并且将金属粒子链接体的氧化物、GDC(掺杂钆的二氧化铈)和BaCO₃并入到第二电极中。这种方式可以使例如引入NO_x的阴极与NO_x接触而提取氧离子并将氧离子送到固体电解质层。结果，使NO_x分解，从而能够从阴极放出氮气。

容许的是，使所述固体电解质层具有质子导电性，并且将金属粒子链接体的氧化物、贵金属和质子导电材料并入到第二电极中。以这种方式，例如，第二电极与从第一电极移动通过固体电解质的质子发生电化学反应而分解NO_x，从而从第二电极中放出氮气、水蒸汽等。向第一电极中并入水蒸汽、烃、氢等的混合气体，从而使得第一电极与混合气体接触，由此可将上述质子送到固体电解质层。质子比氧离子小从而扩散速度大。因此，可大大降低操作温度。另外，质子的离子迁移率大，从而使得可以提高气体分解速度。

本发明可具有如下结构，其中将各自如上述实施方式中任一个所述的多个气体分解装置相互堆叠以在任意相邻的两个装置之间形成间隙，并且将所述装置固定在底盘中。这种方式使得可以得到气体分解容量大且尺寸小的装置。

将上述实施方式中任一个所述的气体分解装置安装在汽车上，并且可通过来自汽车的废热加热所述气体分解装置。对于任意汽车，可获得能量效率高的气体分解装置，特别是，其中能量效率高的NO_x高分解装置。

发明效果

根据本发明的气体分解装置，可在其固体电极中，特别是，在电阻较高的电极中抑制电力消耗。而且，可提高气体分解速度。

另外，根据本发明的气体分解装置，可在固体电极中，特别是，在电阻较高的电极中抑制电力消耗，同时可提高装置的气体分解速度而不易将所述装置破损或损坏为任意其它方式。

附图说明

[图1(a)至1(c)]示出了本发明第一实施方式中的气体分解装置；并且图1(a)是其平面图，图1(b)是沿IB-IB线获得的其截面图，并且图1(c)是沿IC-IC线获得的其截面图。

[图2]是为了说明当将氧离子导电固体电解质用于分解NO_x时的电化学反应而提及的图。

[图3]是为了说明图2的阴极中的NO_x分解反应(阴极反应)而提及的图。

[图4]是为了说明图2的阳极中的阳极反应而提及的图。

[图5]是示出本发明第一实施方式的修改例1的图。

[图6]是示出本发明第一实施方式的修改例2的图。

[图7(a)至7(c)]示出了本发明第二实施方式中的气体分解装置；且图7(a)是其平面图，图7(b)其沿VIIB-VIIB线获得的是截面图，且图7(c)是沿VIIC-VIIC线获得的其截面图。

[图8]是为了说明本发明第三实施方式中的气体分解装置的原理而提及的图。

[图9]是示出本发明第四实施方式中的气体分解装置(多个叠压体结构)的图。

[图10(a)至10(c)]示出了本发明第五实施方式中的气体分解装置；并且图10(a)是其平面图，图10(b)是沿IB-IB线获得的其截面图，且图10(c)是沿IC-IC线获得的其截面图。

[图11]是为了说明当将氧离子导电固体电解质用于分解NO_x时的电化学反应而提及的图。

[图12]是为了说明图11的阴极中的NO_x分解反应(阴极反应)而提及的图。

[图13]是为了说明图11的阳极中的阳极反应而提及的图。

[图14(a)至14(c)]各自为示出本发明第五实施方式中，各自由“固体电解质层/阳极”构成的叠压体的平面形状的修改例的平面图；并且图14(a)、图14(b)和图14(c)分别示出了梳齿形、平行带形和螺旋形。

[图15(a)和15(b)]各自为示出本发明第五实施方式中的“固体电解质层/阳极”叠压体的平面形状的修改例的平面图；并且图15(a)和图15(b)分别示出了碎片形以及碎片形区域的补集区域的形式。

[图16(a)至16(c)]各自示出了本发明第五实施方式的修改例；并且图16(a)为示出其中气体分解区覆盖在导电板的两个表面上的结构的图，图16(b)为示出其中导电层覆盖在绝缘基板上并且气体分解区覆盖在导电层上的结构的图，且图16(c)为示出其中导电层分别覆盖在绝缘基板的两个表面上，并且气体分解区覆盖在各导电层上的结构的图。

[图17(a)至17(c)]示出了本发明第六实施方式中的气体分解装置；并且图17(a)是其平面图，图17(b)是沿VIIIB-VIIIB线获得的其截面图，且图17(c)是沿VIIIC-VIIIC线获得的其截面图。

[图18]是为了说明本发明第七实施方式中的气体分解装置的原理而提及的图。

[图19]是示出本发明第八实施方式中的气体分解装置(多个叠压体结构)的图。

具体实施方式

(第一实施方式)

图1(a)是示出作为本发明第一实施方式中的气体分解装置的NO_x分解装置10的平面图；图1(b)是沿IB-IB线获得的其截面图；且图1(c)是沿IC-IC线获得的其截面图。在该NO_x分解装置10中，固体电解质层1位于绝缘基板14上，并且将阳极(第一电极)2的延伸区2e和阴极(第二电极)3的延伸区3e交替放置以使得其与固体电解质层1接触。在阳极2和阴极3之间形成间隙1g。间隙1g的间隔d不需要恒定。所述间隙的要点之一在于所述间隔小至约10μm至约1mm的值。如图1(a)中所示，阳极2和阴极3分别主要由以间隙1g的间隔d相互隔开而在y方向上交替延伸的延伸区2e和3e构成。在本实施方式中，绝缘基板14、固体电解质1等各自的平面形状各自为矩形。所述矩形优选具有10cm×15cm的尺寸，因为这种形状容易形成。然而，其尺寸不限于此，并可以更大或更小。根据待分解的气体成分，将电源9固定至阳极2和阴极3以在两个电极之间施加预定电压或提供电力。最好将电源9的输出电压设定在约10至20V的范围内。将电源9的负极电连接至阴极(第二电极)3。所述阴极3通过阴极导电区13与电源9电连接。在这种情况下，所述阴极3具有比较高的电阻，并且其电阻高于阳极(第一电极)2的电阻。由此，阴极导电区13位于阴极3的整个根区3b上以与其整体接触，并且延伸区3e与其平行地电连接。因此，以使得在与阴极3的延伸区3e的延伸方向y相交的方向上延伸的方式布置阴极导电区13。本发明的要点在于该阴极导电区13电连接全部阴极延伸区3e，从而实现抑制阴极3中的电力消耗。通过图1(a)中所示的阴极导电区13的布置，抑制了阴极3中的电力消耗。

阳极2的延伸区也与电源9的正极电连接。然而，阳极2的电阻并不高于阴极3的电阻；因此，阳极导电区12不必为与阴极导电区13所采取的形式相同的形式。容许的是，阳极导电区12仅与阳极根区2b的侧面接触，或者以与由阴极导电区13所实现的方式相同的方式布置该区域12，所述区域12位于阳极2的根区2b上以接触根区2b，从而以在与y方向相交的方向(x方向)上延伸的方式布置阳极导电区12，所述y方向是延伸区2e延伸的方向。在以下说明中，在一些情况下，当分别使用词“阳极2”和“阴极3”而没有严格区分电极2或3与延伸区2e或延伸区3e时，所述词表示延伸区2e或延伸区3e。

沿矩形固体电解质层1的各边缘和绝缘基板14的各边缘放置阴极导电区13和阳极导电区12。所述固体电解质层1等的边缘各自表示在距离其端面几厘米的距离上延伸的范围内的区域，所述端面是其侧面。所述边缘是使得不妨碍延伸区2e或3e的形成的区域，所述延伸区2e或3e是主要引起电化学反应(有关的)的场所。

阳极2和阴极3中哪个具有较高的电阻随待分解的气体成分而变化。当如在本实施方式中那样分解NO_x时，将作为催化剂的银粒子并入到阳极2中。

向阴极3中并入附着有氧化层的金属粒子链接体以及氧离子陶瓷，从而使得阴极3的电阻比阳极2的电阻高。当将水蒸汽或氢用于分解氨时，将作为催化剂的银粒子用于阴极中并且无银粒子并入到阳极中：因此，阳极的电阻比阴极的电阻高，尽管这种情况在本实施方式中没有进一步提及。阴极上NO_x分解反应的反应速度慢，从而使得所述反应成为速度控制步骤。因此，阴极3的电阻比阳极2的电阻高。哪个电极的电阻较高由待处理气体的分解容易性等因素来决定。

在本实施方式中，为了使得反应能够持续，必要的是，在用于分解NO_x的电化学反应中，由阴极3中的反应产生的氧离子(O^2-)通过固体电解质1的内部而到达阳极2。然而，在使用具有质子导电性的固体电解质的情况下，不是氧离子而是质子在与上述方向相反的方向上移动(参见第二实施方式)。在使用氧离子的移动的本实施方式中，在低温下，在很多情况下氧离子通过固体电解质1而到达阳极2的时间决定NO_x的分解速度。因此，为了提高氧离子在固体电解质1中的速度，并缓和其它的反应速度的限制以促进反应，将气体分解装置10加热至250℃至600℃。因此优选布置加热器，所述加热器在图1(a)至1(c)中未示出。当在汽车的排气通路中布置该NO_x分解装置10时，最好通过将来自汽车的废热和加热器一起使用或代替加热器使用来加热所述装置。

通常将图1(c)中所示的间隙1的宽度d设定为200μm以下。更优选将间隙1的宽度d设定为30μm以下，还更优选设定为10μm以下，例如5μm。当使该间隙1的宽度d小时，能够使阴极3中产生的氧离子到达阳极2的时间短，从而导致NO_x分解速度上升。或者，为了使气体分解速度为实用水平，可以考虑当使用于加热的加热器等上的负担轻或者当将本装置安装到汽车等上时，使用废热或除去加热器等。如专利文献3中所公开的，作为常规的气体分解装置，提出了一种气体分解装置，其中将外径10mm且内径7mm而具有厚度1.5mm的氧化锆管用作固体电解质层，从而在氧化锆管的内表面上形成阴极并在从外表面末端开始的预定范围内的外表面上形成阳极。在这种情况下，必要的是，在氧化锆管中氧离子在由1.5mm(1500μm)厚度限定的区域中扩散。因此，对氧化锆管施加电压，并且将气体分解装置加热至600℃至800℃的温度范围内，例如700℃而进行操作。

当将所述装置安装到汽车上时，施加电压并不困难；然而，不容易在其排气系统内部设置待加热至700℃的区域。如关于本实施方式所述的，在固体电解质1的两个表面的一个上布置阳极2和阴极3以在其间形成小间隙1g，从而使得可大大缩短在所述固体电解质中的氧离子的移动时间。在本实施方式的气体分解装置10中，可使氧离子的移动距离比氧化锆管中氧离子的移动距离小(1/(几十至一百))。以这种方式，可使上述加热温度低，从而使得本装置可以为可容易地安装到任意汽车上的加热机构。

图2是示意性地示出当将本实施方式中的NO_x分解装置10用于分解NO_x时产生的电化学反应的原理图。在本发明中，将相同的排气引入到阳极2和阴极3两者中而不将阳极2和阴极3相互区分。大部分电化学反应在阳极2和阴极3的各自的延伸区2e和3e中进行；然而，当说明原理时，为了使说明简单清楚，省略了延伸区2e和3e。

在阴极3中，产生如下阴极反应：2NO₂+8e^-→N₂+4O^2-，或NO+2e^-→(1/2)N₂+O^2-。在阴极反应中产生的氧离子O^2-通过在阴极3正下方的固体电解质1，并穿过间隙1g而到达阳极2。

在阳极2中，产生反应O^2-+O^2-→O₂+4e^-。电子e^-从阳极2前进经由外部回路而到达阴极3，从而参与上述阴极反应。

在图2中，布置阴极导电区13和阳极导电区12；然而，将它们省略。

在汽车中，关于用于在阳极2和阴极3之间施加电压的电源，优选的是，通过使用辅助电池等施加10V至20V的适当电压。如上所述，在将阳极和阴极分别布置在固体电解质1的前面和背面上以在其间夹有固体电解质1的情况下，间隙1g远小于固体电解质1的厚度。因此，即使当对其施加小电压时，也可以在阳极和阴极之间产生大电场。在大电场中氧离子的移动速度提高，从而可提高气体分解速度。安装到汽车等上的任何气体分解装置都受到其电源电压的制约。因此，当以使得这些电极以小间隙1g相互面对的方式布置阳极2和阴极3而放置时，产生大优点。

阴极3、阳极2和固体电解质1各自的材料不受特别限制。所述材料可各自为任意材料，只要所述材料可引起上述电化学反应即可。在下文中所述的阴极3、阳极2和固体电解质1各自的材料仅为实例。

-阴极-

图3是为了说明阴极3中的NO_x分解反应(阴极反应)而提及的图。所述阴极3优选为主要由Ni粒链接体31和氧离子导电陶瓷32构成的烧结体，所述Ni粒链接体31由覆盖有表面氧化层31b的金属31a制成。所述氧离子导电陶瓷可以为SSZ(钪稳定化的氧化锆)、YSZ(钇稳定化的氧化锆)、SDC(掺杂钐的二氧化铈)、LSGM(镓酸镧)、GDC(掺杂钆的二氧化铈)等。通过添加表面氧化的金属粒子，特别是，表面氧化的金属粒子链接体(线形或针形)31，可增加催化效果并可提高上述导电性，从而能够促进阴极反应。所述金属粒子链接体31的导电部(覆盖有氧化层的金属部)31a可仅由Ni制成，或可由并入了Fe、Ti等的Ni制成。

金属粒子链接体的金属优选为镍(Ni)。所述金属可以为其中Ni包含少量铁(Fe)的物质。所述金属更优选为以约2至10000ppm的痕量包含Ti的物质。(1)Ni本身具有促进NO_x分解的催化效果。而且，以非常小的量并入Fe或Ti使得可提高催化效果。另外，由该金属Ni的氧化而形成的氧化镍使得可以使该纯金属的促进效果显著更高。(2)有关物质不仅具有催化效果还具有使电子参与阴极中的分解反应的效果。换句话说，在电化学反应中进行所述分解。在上述阴极反应，即，NO+4e^-→N₂+2O^2-和2NO₂+8e^-→N₂+4O^2-中，进行电子的赋予，从而使得NO_x的分解速度大大提高。(3)对于阴极反应，使电子e^-的移动平稳。除非电子e^-对阴极导电，否则妨碍阴极反应的进行。所述金属粒子链接体31是细长的线形或针形，并且覆盖有氧化层31b的其内部31a是高导电金属(Ni)。电子e^-在线形金属粒子链接体的纵向上平稳移动。因此，不会发生电子e^-对阴极3不导电的情况。因此，电子e^-通过金属粒子链接体31的内部31a而流入到其中。金属粒子链接体31的存在使得电子e^-的流动比不存在金属粒子链接体31的情况平稳得多。然而，阴极3整体的电阻高。所述整体接受基于阴极导电区13的布置的上述贡献，由此可抑制基于除阴极3中的气体分解之外的电力消耗。

-阳极-

图4是为了说明阳极2的每一个中的阳极反应而提及的图。所述阳极2优选为包含银(催化剂)粒子23和氧离子导电陶瓷22的烧结体。氧离子导电陶瓷22优选为LSM(亚锰酸镧锶)、LSC(镧锶钴氧化物)、SSC(钐锶钴氧化物)等。

-固体电解质-

固体电解质1可以为具有氧离子导电性的固体氧化物、熔融碳酸盐、磷酸、固体聚合物等。优选固体氧化物，因为可使所述氧化物尺寸小并且所述氧化物可容易地处理。所述固体电解质1优选为SSZ、YSZ、SDC、LSGM、GDC等。

-制造方法-

除了金属粒子链接体之外，构成气体分解装置的材料都是市售的。可使用市售产品。所述绝缘基板14可以例如为铝(Al₂O₃)板。所述固体电解质1可以例如为由YSZ制成的薄板的市售产品。当将固体电解质层1粘合至绝缘基板14时，其厚度优选为几十微米至几百微米。所述固体电解质层的厚度特别优选为5μm至20μm。所述绝缘基板14可以例如为铝板。为了将固体电解质1粘合到绝缘基板14上，可使用现有的烧结性粘合剂。当不使用绝缘基板14时，为了能够确保所述装置的强度，优选使用厚度为几百微米至几毫米的固体电解质。

通过丝网印刷将含有上述成分的阳极2和阴极3分别布置在固体电解质1上。将阳极2和阴极3的每一个的厚度设定在优选5μm至50μm，特别优选约10μm至25μm的范围内。优选将所述阳极2中的银粒子的平均粒径设定在10nm至100nm的范围内。氧粒子导电陶瓷粒子22和23，例如LSM或GDC的平均粒径优选为0.5μm至50μm。将银粒子对LSM的共混比，或金属粒子链接体31对GDC的共混比设定在优选约0.01至约10的范围内。

将粘合剂树脂、有机溶剂和上述粒子相互混合成糊料形式，并且将所述糊料丝网印刷。在丝网印刷后，例如，在还原气氛中将工件在800℃至900℃的温度下保持约30分钟至约180分钟。以这种方式，将所述工件烧结。

形成绝缘基板14/固体电解质层1/“阳极2+阴极3”的叠压体，并然后将金(Au)糊料涂布到其阴极导电区12和阳极导电区13的每一个上。然后干燥所得物。

(金属粒子链接体的制造方法)

金属粒子链接体不是市售的，而是一种特殊材料。因此，将在下文中对其制造方法进行说明。

(金属粒子链接体)

最好通过还原析出技术来制造金属粒子链接体31。金属粒子链接体的还原析出技术详述在日本特开2004-332047号公报中。在此引入的还原析出技术是使用三价钛(Ti)离子作为还原剂的方法。由此析出的金属粒子(如Ni粒子)包含痕量Ti。因此，当定量分析Ti含量时，可将分析的物质指定为通过使用三价钛离子的还原析出技术而制造的物质。当改变与三价钛离子一起存在的金属离子时，可获得期望的金属粒子。在Ni的情况下，可使Ni离子与其一起共存。通过添加痕量Fe离子，形成了含有痕量Fe的Ni粒子链接体。

为了形成链接体，必要的是，所述金属是强磁性金属并且其粒子具有预定尺寸以上。因为Ni和Fe是强磁性金属，所以所述金属可各自容易地形成金属粒子链接体。关于尺寸的要求在如下步骤中是必要的：强磁性金属形成磁畴；所述畴通过磁力相互结合；在保持结合状态的同时，金属析出；并且然后金属层生长，从而使得整个畴一体化为金属体。通过磁力使具有预定尺寸以上的金属粒子相互结合。并且其后，金属析出继续进行。例如，结合的金属粒子之间的边界的颈部与金属粒子的其它部分一起各自生长成厚的形式。优选将包含在阴极3中的金属粒子链接体的平均直径D设定为5nm以上且500μm以下。优选将平均长度L设定为0.5μm以上且1000μm以下。优选将平均长度L对平均直径D的比率设定为3以上。然而，金属粒子链接体可以为具有这些范围之外的尺寸的链接体。

(2)表面氧化

用于金属粒子链接体的表面氧化处理的方式的优选实例为如下三种：(i)根据气相法的热处理氧化；(ii)电解氧化；和(iii)化学氧化。在方式(i)中，优选的是，在大气中在500至700℃下将工件处理1至30分钟。尽管这种方式是最简单的方式，但是难以控制氧化膜的厚度。在方式(ii)中，对所述工件施加相对于标准氢电极为约3V的电位以进行阳极氧化，从而实现表面氧化。这种方式的特征在于根据对应于表面积的电量，能够控制氧化膜的厚度。然而，该方式是使表面成为大面积时的方式，其难以均匀地沉积氧化膜。在方式(iii)中，在溶解有氧化剂如硝酸的溶液中，将工件浸渍约1至约5分钟，从而实现表面氧化。可根据时间、温度和氧化剂的种类来控制氧化膜的厚度。然而，需要很多的劳动来洗涤化学试剂。优选所述方式中的任一种。更优选方式(i)或(iii)。

期望氧化层31b的厚度为1nm至100nm，更优选10nm至50nm。然而，所述厚度可在该范围之外。如果所述氧化涂层太薄，则催化效果变得不充分。还担心的是，所述涂层仅通过轻微还原气氛的效果而金属化。相反地，如果所述氧化涂层太厚，则充分保持催化性能；然而，界面的导电性消失，从而使得所述分解装置在发电性能方面劣化。

根据所述NO_x分解装置，由导电材料制成的阴极导电区13在阴极3的延伸区3e之间实现导电平行连接，从而使得将基于阴极电阻的电压下降限定在延伸区3e内。换句话说，将在电化学反应中，由阴极的高电阻引起的电力消耗限定为“每个阴极延伸区处的电力消耗”×“阴极延伸区的数量”。在气体分解装置10上，将用于使电源9与阴极3电连接的卷绕布线限定在阴极导电区13上。将所述阴极3布置为限定在呈现气体分解效果的场所中。这种方式使得可以在与气体分解直接相关的区域集中使用阴极中消耗的电力。

而且，可在矩形固体电解质层1上以高密度布置引起电化学反应的阳极2和阴极3各自的延伸区2e和3e。将所述延伸区2e和3e与矩形固体电解质层1或绝缘基板14的一些边缘平行布置。因此，在装置的精度范围内可以使阳极2和阴极3之间的间隙1g狭窄；因此，可缩短氧离子等在阳极2和阴极3之间移动的时间。因此，即使当使装置的温度不如现有技术中高时，也可以提高气体分解速度。结果，可以以实用水平实现气体分解。

另外，对于脆弱的固体电解质层1，产生利用固体电解质层的背面等来增强所述层的余裕。当在本实施方式中将铝基板14用于对背面等施加增强时，可提高所述装置的耐冲击性能。可通过丝网印刷等来制造固体电解质1、阳极2、阴极3等。因此，可降低成本。

(第一实施方式的修改例1)

图5是示出作为第一实施方式的修改例1的本发明实施方式的一个实例的气体分解装置的图。图5中所示的气体分解装置10基本上具有与图1中所示的气体分解装置10相同的结构；然而，所述装置具有如下独创性：以在固体电解质层1的整个宽度或长度上延伸的方式布置阴极3的延伸区3e。在阴极延伸区3e的中心处，与所述延伸方向相交延伸地覆盖阴极导电区13。将阳极2分成两部分。从分别沿矩形的两个相对边缘并在所述边缘各自的末端上放置的两个阳极导电区12，施加电压。

关于阴极延伸区3e，当本实施方式的这两个实例全部具有相同形状时，该结构使得可以使从阴极导电区13到延伸区3e的每一个的尖端的距离减半。换句话说，当阴极延伸区3e的每一个的整体长度等于图1中的长度时，可以使从阴极导电区13到延伸区3e的每一个的尖端的距离减半。作为其结果，可进一步抑制电阻比较高的阴极中的电力消耗。结果，在阳极2中，在阳极延伸区2e的每一个中，也可以使从阳极导电区12(有关的)到延伸区2e的尖端的距离减半。当然，可以抑制阳极2中的电力消耗，尽管抑制值小。

可通过由阳极2、阳极延伸区2e和阳极根区2b分别代替图5中的阴极3、阴极延伸区3e和阴极根区3b，并进一步由阴极3、阴极延伸区3e和阴极根区3b分别代替图5中的阳极2、阳极延伸区2e和阳极根区2b而抑制图1的气体分解装置10中的阴极3中的电力消耗；该方式没有重新示出。换句话说，即使当将图5中的阳极2和阴极3相互交换时，也可以以与图5中的气体分解装置10中相同的方式抑制阴极3中的电力消耗。

(第一实施方式的修改例2)

图6是示出作为第一实施方式的修改例2的本发明实施方式的一个实例的图。图6中所示的气体分解装置10基本上具有与图1中所示的气体分解装置10相同的结构；然而，所述装置具有如下独创性：

(1)以在固体电解质层1的整个宽度或长度上延伸的方式设置阴极3的延伸区3e。在阴极延伸区3e的中心处，与所述延伸方向相交延伸地覆盖阴极导电区13。这与图5中的气体分解装置10中相同。

(2)用于对阳极2施加电压的阳极导电区12位于矩形两侧(相对的)的每一侧的单独位置上。通过沿所述侧的边缘连续的阳极根区2b的每一个，对多个阳极延伸区2b施加电压。

所述项(1)是与修改例1(图5)中相同的结构。所述项(2)使得可以减少比较贵的金糊料的用量。阳极2包含电阻低的银粒子23；因此，如图6中所示，即使当将阳极根区2b用作阳极导电区时，也不显著增加电力消耗。

(第二实施例)

图7(a)是示出作为本发明第二实施方式中的气体分解装置的NO_x分解装置10的平面图；图7(b)是沿线VIIB-VIIB获得的其截面图；且图7(c)是沿线VIIC-VIIC获得的其截面图。本实施方式的NO_x分解装置10的特征在于阴极3的面积比阳极2的面积大。其它部分或部件与第一实施方式(图1)的NO_x分解装置10中相同。阴极3或阳极2的大部分面积由阴极延伸区3e或阳极延伸区2e占据。因此，关于这些面积之间的大小关系，换句话说可以说，阴极延伸区3e比阳极延伸区2e大。

NO_x的分解效率由阴极3的面积来决定，并且其与阴极3的面积成比例。因此，如果阴极3的面积与阳极2的面积相等，则NO_x的分解效率偏离最佳条件。通过使阴极3的面积比阳极2的面积大，可以使NO_x分解的条件为NO_x分解效率的最佳条件，或者可以使其更接近于最佳条件。除了关于NO_x分解条件是否与最佳条件一致的情况之外，如图7中所示，在阴极3的面积比阳极2的面积大的情况下，至少使所述NO_x分解效率远好于其中阴极3的面积与阳极2的面积相等的NO_x分解装置中的NO_x分解效率。阴极3的面积应该比阳极2的面积大多少主要受各个构成区1、2、3和1g的性能和尺寸等的影响。因此，最好在一定程度上进行计算，然后在实验上决定细节。

如图7(a)中所示，使阴极3的延伸区3e均等地大于每个阳极2的延伸区2e，由此使得可以在电阻高的阴极3中增加电荷用通路的截面积。结果，可进一步抑制除了其中分解NOx的任意区域之外的区域中消耗的电力，所述区域的实例包括阴极3和导电区13之间的连接区。

对于绝缘基板14，使用具有优异机械强度的材料，例如烧结铝，从而使得可提高机械强度以改进所述装置的耐久性。这种情况等与第一实施方式中相同。其制造方法也与第一实施方式中相同，不同之处仅在于使阴极3和阳极2的面积各不相同。

(第三实施方式)

图8是为了说明本发明第二实施方式中的气体分解装置的原理而提及的图。作为装置10的第三实施方式中的气体分解装置的形式与图1、图5或6中所示的气体分解装置的形式基本相同。在第三实施方式中，关于材料的内容物，将在第一实施方式中的氧粒子移动材料变为质子移动材料。来自汽车的排气不仅包含NO_x还包含烃(C_mH_n)、氢(H₂)、水蒸汽(H₂O)等。在排气中，放置具有图1、图5或6中所示的配置，并由对应于质子移动的材料制成的气体分解装置10。在其阳极2和阴极3中，反应如下：

“阳极反应”：根据如下(A1)和/或(A2)进行质子(H⁺)供给反应：

(A1)H₂→2H⁺+2e^-

(A2)C_mH_n+2mH₂O→mCO₂+(4m+n)H⁺+(4m+n)e^-

“阴极反应”：

(NO)：2NO+4H⁺+4e^-→N₂+2H₂O

(NO₂)：2NO₂+8H⁺+8e^-→N₂+4H₂O

在本实施方式中，固体电解质层1由质子导电体制成。质子导电材料可以为例如CsHSO₄或BaZrO₃。

阳极2由例如Ag粒子以及CsHSO₄或BaZrO₃的质子导电陶瓷粒子制成。阴极3由例如Ni粒子链接体的表面氧化材料、CsHSO₄或BaZrO₃的质子导电陶瓷粒子和贵金属如Pt或Rh制成。

在本实施方式中，阳极2的电阻也低，因为阳极2包含Ag粒子。阴极3的电阻比较高，因为Ni粒子链接体的表面氧化材料的核是导电材料但已经表面氧化。因此，在阴极3的电阻比较高的方面，使用质子移动的本实施方式的气体分解装置10与第一实施例相同。因此，在本实施方式的气体分解装置中，参考图1(第一实施方式)、图5(修改例1)或图6(修改例2)说明的阴极导电区13等的效果和优点原样也是正确的。另外，如图7(第二实施方式)中所示，本装置可以是其中阴极3的面积比阳极2的面积大的装置。换句话说，如上所述，图7(a)至7(c)中所示的NO_x分解装置中的固体电解质等可以由质子传导用物质替换。

在本实施方式中，使用质子移动，从而使质子移动速度高于氧离子移动速度；因此，可获得以下等优点：可使所述气体分解装置的操作温度低；并且根据在相同操作温度下的比较，所述气体分解装置的气体分解速度可更大。

(第四实施方式)

图9是示出本发明第四实施方式的气体分解装置50的图。在该气体分解装置中，在绝缘基板14的两个表面的每一个上布置第一实施方式、其修改例1或2、第二实施方式、或第三实施方式的NO_x分解装置10。除了该绝缘基板14之外，布置一个以上与其相同的绝缘基板14。这些绝缘基板14在其各表面上各自布置有固体电解质层1、阳极2和阴极3。通过叠压支持构件21来堆叠并保持这些绝缘基板14。当然，该装置50在如下要点上与第一实施方式、其修改例1或2、第二实施方式和第三实施方式相同：(在装置10的每一个中)阴极延伸区3e通过阴极导电区13平行地相互电连接；并且在固体电解质层1上布置阳极2和阴极3使得其以具有几微米至几十微米间隔的间隙1g相互面对。

当将图8中的气体分解装置50安装到例如汽车上时，最好将装置50的高度、宽度、深度和总体积分别设定在约10至约15cm、约10至约15cm、约10至约20cm和约1.5至约2L的范围内。这是与使用三元催化剂的NO_x分解装置的体积相似的体积。

如上所述，当将数量例如为约20的NO_x分解装置10相互堆叠以在其任意相邻的两者之间具有空间时，可以在短时间内分解大量NO_x。因此，可将本装置50用于分解来自柴油发动机的排气中的NO_x。而且，所述装置50可获得第一实施方式、其修改例1或2、第二实施方式、或第三实施方式的优点。具体地，通过阴极导电区13，可抑制阴极3中的电力消耗，并且可以使阳极和阴极(与其成对的)的每一个之间的间隙狭窄。因此，可以使阳极和阴极之间的移动时间短，从而使得即使当使温度不高于现有技术中的温度时，也可以提高气体分解速度。结果，可以以实用水平实现气体分解。另外，对于脆弱的固体电解质层，产生利用固体电解质层的背面等以增强所述层的余裕。通过在背面等上施加增强，可改进所述装置的耐冲击性能。另外，可通过丝网印刷来制造固体电解质、阳极和阴极等。因此，可减少成本。

对于本发明的实施方式，对其中在第二电极(电阻比第一电极的电阻高)为阴极的状态下分解NO_x的情况进行了说明，然而，为了分解其它气体成分，所述第二电极可以为阳极。

(第五实施方式)

图10(a)是示出作为本发明第五实施方式中的气体分解装置的NOx分解装置10的平面图；图10(b)是沿IB-IB获得的其截面图；且图10(c)是沿线IC-IC的其截面图。在该NOx分解装置10中，其第一电极各自为阳极2，且电阻比第一电极的电阻高的其第二电极为阴极3。所述阴极(第二电极)3叠压在作为电导体层的电导体板15上，并且布置各自由固体电解质层1和一个阳极(第一电极)2构成的叠压体以接触阴极3并在任意相邻的两个叠压体之间具有尺寸为w3的间隙3g。间隙3g各自的尺寸w3不需要恒定。本实施方式的一个要点是使尺寸w3各自小至约2μm至约1mm的值，并且使所述叠压体(各自由“固体电解质层1/阳极2”制成)各自的宽度w2各自接近于尺寸w3的每一个，从而小至2μm至1mm的值。换句话说，重要的是，在阴极3上以细小间距交替并密集地分布间隙3g和叠压体(各自由“固体电解质层1/阳极2”制成)。

在本实施方式中，电导体板15和阴极3的平面形状各自为矩形。所述矩形优选具有10cm×15cm的尺寸，因为该形状易于形成。然而，其尺寸不限于此，并且可以较大或较小。在阳极2和阴极3之间设置电源9以根据待分解的气体成分而在两个电极之间施加预定的电压或提供电力。最好将电源9的输出电压设置在约10V至约20V的范围内。将电源9的负极与阴极3电连接。具体地，通过与阴极表面接触的电导体板15使阴极3与电源9电连接。阴极3的电阻比较高。因此，如图10中所示，当通过与电源9电连接的电导体板15表面接触来提供电力(对阴极)时，基本上仅在厚度方向上产生阴极3中的电压下降。因此，对于实际使用，可基本上忽略阴极3中的电力消耗。

将阳极2各自与电源9的正极电连接。因为阳极2包含银粒子，所以阳极的电阻不高于阴极3的电阻，并且是相当好的电导体(好于不良电导体)。因此，最好以电连接至电导体的方式将电分布到相互独立的阳极2上。在图10(c)中，通过在绝缘体18如铝上通过的金糊料16使阳极2与电源9电连接。

阳极2和阴极3中哪个具有较高的电阻随待分解的气体成分而变化。当如本实施方式中那样分解NO_x时，将作为催化剂的银粒子并入到阳极2中。阴极上的NO_x分解反应的反应速度慢，从而使得所述反应为速度控制步骤。因此，阴极3的电阻比阳极2的电阻高。电极中哪一个的电阻较高由待处理气体的分解容易性等因素决定。

根据本实施方式，在用于分解NO_x的电化学反应中，在阴极3处的反应中产生的氧离子(O^2-)通过固体电解质1的内部而到达各自的阳极2，对于反应的持续性而言是必须的。然而，在使用具有质子导电性的固体电解质的情况下，不是氧离子而是质子在与上述方向相反的方向上移动(参见第六实施方式)。在使用氧离子的移动的本实施方式中，在低温下，在很多情况下氧离子通过固体电解质1而到达阳极2的时间决定NO_x的分解速度。因此，为了提高氧离子在固体电解质1中的速度，并缓和其它的反应速度的限制以促进反应，将气体分解装置10加热至250℃至600℃。因此优选布置加热器，所述加热器在图10(a)至10(c)中未示出。当在汽车的排气通路中布置该NO_x分解装置10时，最好通过将来自汽车的废热和加热器一起使用或代替加热器使用来加热所述装置。

间隙3g是阴极3暴露于外部空气的区域，并且是阴极3参与用于气体分解的电化学反应的区域。在该NO_x分解装置10中，引入包含NO_x的排气以碰撞图10(a)中所示的气体分解装置10的前面。以相同的方式，使排气碰撞间隙3g或阴极3的露出区3g、和阳极2。在本实施方式的气体分解装置10中，关于NO_x，在阴极的露出区3g中发生下述阴极反应以产生氧离子和氮气。将氧离子从阴极3送到固体电解质层1中，同时通过阴极露出区3g将氮气排放到外部空气中。在阳极2的每一个中，使在有关固体电解质层1中移动的氧离子相互结合，从而产生氧气并然后将其排放到外部空气中。因此，重要的是，如上所述，在阴极3上以细小间距交替并密集地分布间隙3g和叠压体(各自由“固体电解质层1/阳极2”制成)。

通常将图(10b)和图10(c)中所示的固体电解质层的每一个的厚度t1设定为20μm以下。厚度t1更优选10μm以下，还更优选7.5μm以下，例如5μm。使该厚度t1小的情况使得可以缩短阴极3中产生的氧离子到达阳极2的时间，从而导致NO_x分解速度升高。或者，为了使气体分解速度达到实用水平，可以考虑当使用于加热的加热器等上的负担变轻或者当将本发明装置安装到汽车等上时，使用废热或除去加热器等。如专利文献3中所公开的，作为常规的气体分解装置，提出了一种气体分解装置，其中将外径10mm且内径7mm而具有厚度1.5mm的氧化锆管用作固体电解质层，从而在氧化锆管的内表面上形成阴极并在从外表面末端开始的预定范围内的外表面上形成阳极。在这种情况下，必要的是，氧离子在氧化锆管中在由1.5mm(1500μm)厚度限定的区域中扩散。因此，对氧化锆管施加电压，并且将气体分解装置加热至600℃至800℃的温度范围内，例如700℃而进行操作。

图11是示意性地示出当将本实施方式中的NO_x分解装置10用于分解NO_x时而产生的电化学反应的原理图。如上所述，在本发明中，将相同的排气引入到阳极2和阴极3两者中而不将这些电极种类相互区分。大部分阴极中的电化学反应在间隙3g或阴极3的露出区3g中进行；然而，当说明原理时，为了简单清楚，省略了对“露出区3g”的说明。

在阴极3中，产生如下阴极反应：2NO₂+8e^-→N₂+4O^2-，或NO+2e^-→(1/2)N₂+O^2-。在阴极反应中产生的氧离子O^2-通过与阴极3接触的固体电解质1而到达阳极2。

在阳极2中，产生反应O²-+O^2-→O₂+4e^-。电子e^-从阳极2前进经由外部回路而到达阴极3，从而参与上述阴极反应。

在汽车中，关于用于在阳极2和阴极3之间施加电压的电源，优选的是，通过使用辅助电池等施加10V至20V的合适电压。如上所述，在本实施方式中，在其平面方向上不引起阴极3中的电压下降。因此，在其厚度方向上对阴极3和固体电解质层1原样施加电源9的电压。因为阳极2是良导体，所以可忽略其中的电压下降。因此，即使当施加小电压时，也能在阴极3和固体电解质层1中产生大电场。在大电场中氧离子的移动速度提高，从而可提高气体分解速度。

可认为在上述化学反应中，获得了本发明特有的效果，其尚未由任何实证实验确认。具体地，在阴极3中产生的氧离子从阴极露出区3g扩散到固体电解质层1的厚度方向上而达到各自的阳极2，从而在阳极2中产生氧气。在该电化学反应中，关于氧离子从阴极露出区3g通过固体电解质层1到达阳极2的扩散，大部分离子在表面层或外层中移动。因为通过烧结法来制造阴极3、固体电解质层1和阳极2，所以尽管外层是多孔的，但是与模具(有关的)如金属模具接触的外层的密度比内部的密度高。因此，很显然，氧离子的移动通路的截面积增大，从而使扩散速度明显变大。结果，可使气体分解装置10的操作温度为低温。

阴极3、阳极2和固体电解质1各自的材料不受特别限制。所述材料可各自为任意材料，只要所述材料可产生上述电化学反应即可。在下文中所述的阴极3、阳极2和固体电解质1各自的材料仅为实例。

-阴极-

图12是指为了说明阴极3中的NO_x分解反应(阴极反应)而提及的图。所述阴极3优选为主要由Ni粒子链接体31和氧离子导电陶瓷32构成的烧结体，所述Ni粒子链接体31由覆盖有表面氧化层31b的金属31a制成。所述氧离子导电陶瓷可以为SSZ(钪稳定化的氧化锆)、YSZ(钇稳定化的氧化锆)、SDC(掺杂钐的二氧化铈)、LSGM(镓酸镧)、GDC(掺杂钆的二氧化铈)等。通过添加表面氧化的金属粒子，特别是，表面氧化的金属粒子链接体(线形或针形)31，可增加催化效果并可提高负极的导电性，从而能够促进阴极反应。所述金属粒子链接体31的导电部(覆盖有氧化层的金属部)31a可仅由Ni制成，或可由并入了Fe、Ti等的Ni制成。

金属粒子链接体的金属优选为镍(Ni)。所述金属可以为其中Ni包含少量铁(Fe)的物质。所述金属更优选为以约2至10000ppm的痕量包含Ti的物质。(1)Ni本身具有促进NO_x分解的催化效果。而且，以非常小的量并入Fe或Ti使得可提高催化效果。另外，由该金属Ni的氧化而形成的氧化镍使得可以使该纯金属的促进效果显著更高。(2)有关物质不仅具有催化效果还具有使电子参与阴极中的分解反应的效果。换句话说，在电化学反应中进行所述分解。在上述阴极反应，即，NO+4e^-→N₂+2O^2-和2NO₂+8e^-→N₂+4O^2-中，进行电子的赋予，从而使得NO_x的分解速度大大提高。(3)对于阴极反应，使电子e^-的移动平稳。除非电子e^-对阴极导电，否则妨碍阴极反应的进行。所述金属粒子链接体31是细长的线形或针形，并且覆盖有氧化层31b的其内部31a是高导电金属(Ni)。电子e^-在线形金属粒子链接体的纵向上平稳移动。因此，不会发生电子e^-对阴极3不导电的情况。因此，电子e^-通过金属粒子链接体31的内部31a而流入到其中。金属粒子链接体31的存在使得电子e^-的流动比不存在金属粒子链接体31的情况平稳得多。然而，阴极3整体的电阻高。如上所述，当在电导体板15和阴极3之间实现表面接触时，可抑制基于除阴极3中的气体分解之外的电力消耗，并且可以在阴极3和固体电解质层1中产生大电场。

-阳极-

图13是指为了说明在阳极2的每一个中的阳极反应而提及的图。所述阳极2优选为包含银(催化剂)粒子23和氧离子导电陶瓷22的烧结体。氧离子导电陶瓷22优选为LSM(亚锰酸镧锶)、LSC(镧锶钴氧化物)、SSC(钐锶钴氧化物)等。

-固体电解质-

-制造方法-

除了金属粒子链接体之外，构成气体分解装置的材料都是市售的。可使用市售产品。所述电导体板15可以例如为不锈钢板。当通过丝网印刷而在电导体板15上形成阴极3时，最好将阴极3的厚度设定在10μm至20μm的范围内。所述厚度特别优选为5μm至20μm的厚度。所述固体电解质1可以为例如由YSZ制成的薄板的市售产品。最好使固体电解质层1各自的厚度小至2μm至20μm的值。通过丝网印刷而在阴极3上形成各叠压体(由“固体电解质层/阳极2”制成)。最好将阳极的厚度设定在10μm至20μm的范围内。

通过丝网印刷而将包含上述成分的固体电解质层1和阳极2分别布置在阴极3上。以使得能够获得上述细小间距的方式设置间隙3g和阳极2的宽度w2。

将阳极2中的银粒子23的平均粒径设定在优选10nm至100nm的范围内。氧粒子导电陶瓷粒子22和23，例如LSM或GDC的平均粒径优选为0.5μm至50μm。将银粒子对LSM的共混比，或金属粒子链接体31对GDC32的共混比设定在优选约0.01至约10的范围内。

在金属板15/阴极3/固体电解质层1/阳极2，以及由氧化铝等制成的绝缘区18的烧结之后，在阳极2和电导体板15上涂布金(Au)糊料，并然后干燥工件以在这些构件和电源9之间形成布线。

(金属粒子链接体的制造方法)

金属粒子链接体31的制造方法及其表面氧化处理的方法与第一实施方式中相同。

根据所述NO_x分解装置，将金属板15和阴极3相互堆叠以经历表面接触，从而使得基于阴极电阻的电压下降不在平面方向上产生，并且被限定在厚度方向内。这种情况使得可抑制阴极中的电力消耗并在阴极3和固体电解质层1中集中形成大电场。

而且，为了引起电化学反应，可以在阴极3或金属板15上以高密度布置阳极2和阴极3的露出区3g。因此，即使当使所述装置的温度不高于现有技术中时，也能够提高气体分解速度，从而可以以实用水平实现气体分解。

另外，对于脆弱的固体电解质层1，产生利用固体电解质层的背面等来增强所述层的余裕。在本实施方式中，通过使用由不锈钢制成的金属板15经由阴极3对背面等施加增强，可提高所述装置的耐冲击性能。可通过丝网印刷来制造固体电解质1、阳极2、阴极3等。因此，可减少成本。

在图10中，当俯视观察所述装置时，作为间隙区中每一个的面积的阴极面积3g与其间夹有间隙3g的阳极2中每一个的面积一致。然而，可使阴极间隙3g中每一个的面积大于其间夹有间隙的阳极2中每一个的面积。通过使阴极3的面积大于阳极2的面积，可促进NO_x分解反应。总之，可使所用条件接近分解效率的最佳条件。

(各自由“固体电解质层/阳极”制成的叠压体的平面形状)

图14(a)至14(c)和图15各自是为了说明在阴极3上，各自由“固体电解质层1/阳极2”制成的叠压体的平面形状而提及的图。重要的是，如上所述，以细小间距交替并密集地分布各自由“固体电解质层1/阳极2”制成的叠压体，以及间隙3g或阴极3的露出区3g。只要满足该要求，则所述平面形状就可以为任意形状，并可以例如为如图14(a)至14(c)中所示的平面形状中的每一个。在图14(a)中，各自由“固体电解质层1/阳极2”制成的叠压体整体为所谓的梳齿形，并且所述间隙3g整体为蛇形。图14(b)示出了各自由“固体电解质层1/阳极2”制成的叠压体为相互平行的两条以上的线或带的形式。图14(c)示出了螺旋形式。

在各自由“固体电解质层1/阳极2”制成的叠压体的平面形状为如图14(a)至14(c)中每一个的平面形状时，可提高根据所示术语进行测量而获得间隙3g或阴极3的露出区3g的尺寸w3，和阳极2的宽度的尺寸w3。

图15(a)示出了在阴极3上以碎片形式分布各自由“固体电解质层1/阳极2”制成的叠压体的形式。图15(b)示出了以碎片形式分布各自由“固体电解质层1/阳极2”制成的叠压体之间的间隙3g的相反形式。在图15(a)和15(b)中每一个所示的情况下，通过以细小间距密集分布间隙3g的碎片区，有关装置可获得与图10或图14(a)至14(c)中所示的气体分解装置10相同的效果和优点。扩大了间隙3g的含义，由此也可以将有限区域如碎片形区域定义为间隙3g的一个实例。

在图15(a)中所示的情况下，使各自由“固体电解质层1/阳极2”制成的叠压体的宽度w2等于碎片的直径。当碎片形区域不是圆形时，将沿方向各自相交的直径平均。当碎片的尺寸不相等时，将不相等的碎片的尺寸平均。如图15(a)中所示，关于间隙3g，将在独立相邻的两个碎片之间的各间隔平均。所得值为间隙3g的尺寸w3。

在图15(b)中所示的情况下，所述间隙或阴极3的露出区3g是碎片形式。因此，将碎片的直径或相交直径的平均值定义成间隙3g的尺寸。独立相邻的两个碎片之间的各间隔的平均值变得等于各自由“固体电解质层1/阳极2”制成的叠压体的尺寸(宽度)。

(第五实施方式的修改例)

图16(a)至16(c)各自为第五实施方式的修改例，并且各自为本发明实施方式的一个实例的气体分解装置。图16(a)至16(c)中所示的气体分解装置10基本上具有与图10中所示的气体分解装置相同的结构。然而，所述装置中的每一个具有如下独创性：

图16(a)中的气体分解装置：

在电导体板，或由不锈钢等制成的金属板15的前面或背面中的每一面上叠压阴极3，并且布置各自由固体电解质层1和阳极2制成的叠压体以在任意相邻的两个叠压体之间形成间隙3g。这种方式使得可克服作为这些构件的大缺点的固体电解质层1、阴极3、阳极2等的脆性，并且同时促进所述气体分解装置的小型化。可以使用于气体分解装置的布置的空间的使用效率高。

图16(b)和图16(c)中的气体分解装置10：

在图16(b)的气体分解装置中，在绝缘基板14的表面上形成电导体层35，并且在形成的电导体板35上将阴极3形成为层的形式。在阴极3上布置各自由固体电解质层1和阳极2制成的叠压体以在任意相邻的两个叠压体之间形成间隙3g。所述绝缘基板14可以为例如铝基板。所述电导体层35可以为例如金属膜，并可以通过任意成膜法如溅射或激光烧蚀而作为膜形成。这种方式使得可不使用任何电导体板或金属板而使所述装置轻，并同时克服作为其大缺点的电解质层1、阴极3、阳极2等的脆性。

在图16(c)的气体分解装置10中，在图16(b)的绝缘基板14的两个表面上都分别覆盖电导体层35。在每个表面上布置阴极3，和各自由固体电解质层1和阳极2制成的多个叠压体，从而在任意相邻的两个叠压体之间形成间隙3g。这种方式使得可使所述装置轻，并同时促进所述气体分解装置的小型化，且克服作为其大缺点的电解质层1、阴极3、阳极2等的脆性。

(第六实施方式)

图17(a)是示出作为本发明第六实施方式中的气体分解装置的NO_x分解装置10的平面图；图17(b)是沿线VIIIB-VIIIB获得的其截面图；并且图17(c)是沿线VIIIC-VIIIC获得的其截面图。在该NO_x分解装置10中，其第二电极是阳极2，并且电阻比第二电极高的其第一电极是阴极3。在作为电导体层的电导体板15上叠压阳极(第二电极)2，并且布置各自由固体电解质层1和一个阴极(第二电极)3构成的叠压体以接触阳极2并在任意相邻的两个叠压体之间具有尺寸为w3的间隙2g。

本实施方式的特征是如下两点：

(1)由电导体板15/阳极2/固体电解质层1/阴极3构成的叠压体。

(2)阴极3的面积比阳极2的面积大。在此所指的面积表示，当俯视观察所述叠压体时，其可见部分的面积，并且不包含任何隐藏的面积。换句话说，所述面积是在间隙区内部的第二电极(阳极2或2g)的面积，或作为在其间夹有间隙2g的各区域的第一电极(阴极3)的面积。

间隙2g各自的尺寸w3不必恒定。本实施方式的一个要点在于使尺寸w3各自小至约2μm至约1mm的值，并且使所述叠压体的各宽度w2(各自由“固体电解质层1/阴极3”制成)各自接近于尺寸w2的每一个，从而小至2μm至1mm的值。换句话说，重要的是，在阳极2上以细小间距交替并密集地分布间隙2g和叠压体(各自由“固体电解质层1/阴极3”制成)。

通过如上所述使阴极3的面积大于阳极2的面积，可促进NO_x分解反应。即，对于NO_x分解效率，可使用于NO_x分解的条件更接近于最佳条件。而且，作为上层来设置阴极3。因此，可使其与NO_x的接触良好，从而可促进NO_x分解。

(第七实施方式)

图18是为了说明本发明第七实施方式中的气体分解装置的原理而提及的图。作为装置10的第七实施方式中的气体分解装置基本上具有与图10、图14或15、或图16中所述的气体分解装置10相同的形式。在第七实施方式中，关于材料内容物，将第五实施方式中的氧离子移动材料变为质子移动材料。来自汽车的排气不仅包含NO_x还包含烃(C_mH_n)、氢(H₂)、水蒸汽(H₂O)等。在排气中，放置具有图10、图14或15、或图16中所示的配置，并由对应于质子移动的材料制成的气体分解装置10。在其阳极2和阴极3中，反应如下：

(A1)H₂→2H⁺+2e^-

(A2)C_mH_n+2mH₂O→mCO₂+(4m+n)H⁺+(4m+n)e^-

“阴极反应”：

(NO)：2NO+4H⁺+4e^-→N₂+2H₂O

(NO2)：2NO₂+8H⁺+8e^-→N₂+4H₂O

在本实施方式中，固体电解质层1由质子导电体制成。质子导电材料可以例如为CsHSO₄或BaZrO₃。

阳极2例如由Ag粒子和CsHSO₄或BaZrO₃的质子导电陶瓷粒子制成。阴极3例如由Ni粒子链接体的表面氧化材料、CsHSO₄或BaZrO₃的质子导电陶瓷粒子和贵金属如Pt或Rh制成。

在本实施方式中，阳极2的电阻也低，因为阳极2包含Ag粒子。阴极3的电阻比较高，因为Ni粒子链接体的表面氧化材料的核是导电材料但已经表面氧化。因此，在阴极3的电阻比较高的方面，使用质子移动的本实施方式的气体分解装置10与第五实施例相同。因此，在本实施方式的气体分解装置中，参考图10等说明的“导电板15/阴极3”的效果和优点原样也是正确的。另外，如图17(第六实施方式)中所示，允许将阳极2叠压到电导体板15上，并然后在阳极2上布置各自由固体电解质层1和阴极3制成的叠压体，由此使阴极3的面积比阳极2的面积大，所述面积具有上述含义。换句话说，如上所述，图17(a)至17(c)中所示的NO_x分解装置中的固体电解质等可以由质子传导用物质替换。

在本实施方式中，使用质子移动，从而使质子移动速度比氧离子移动速度高；因此，可获得以下等优点：可使所述气体分解装置的操作温度低；并且根据在相同操作温度下的比较，所述气体分解装置的气体分解速度可更大。

(第八实施方式)

图19是示出本发明第八实施方式的气体分解装置50的图。在该气体分解装置中，在导电板15的各表面上布置第五实施方式、其各修改例、第六实施方式或第七实施方式的NO_x分解装置。而且，通过叠压支持构件21将该板15和一个以上与其相同的电导体板相互堆叠。在所述板15每一个的各表面上布置一个以上阴极3、固体电解质层1和一个以上阳极2。当然，本实施方式在如下方面与第五实施方式、其修改例、第六实施方式和第七实施方式相同：在导电板15中的每一个上叠压负极3或阳极2；并且在其上以细小间距密集地布置各自由一个固体电解质层1和一个阳极2或阴极3制成的叠压体，从而在任意相邻的两个叠压体之间形成间隙3g或2g。

以这种方式，使NO_x分解装置10相互堆叠以在其任意相邻的两者之间具有空间，由此可使得在短时间内分解大量NO_x。因此，可将本装置50用于分解来自柴油发动机的排气中的NO_x。本实施方式可获得第五实施方式、其各修改例、第六实施方式或第七实施方式的优点。具体地，本实施方式可提高耐久性和气体分解速度，并可实现电力消耗的抑制。结果，可以以实用水平实现气体分解。特别地，对于脆弱的固体电解质，产生利用固体电解质层的背面等来增强所述固体电解质的余裕。因此，通过对背面等施加增强，可以提高本装置的耐冲击性能。另外，可通过丝网印刷来制造固体电解质、阳极、阴极等。因此，可减少成本。

以上公开的本发明的实施方式仅是示例，并且本发明的范围不限于本发明的这些实施方式。本发明的范围由权利要求书的记载而指定。另外，本发明包括具有与权利要求书的记载等价的含义和范围的全部修改。

工业实用性

根据本发明，在使用电化学反应来分解预定气体的装置中，能够防止其固体电极，特别是其阴极中的电力消耗。而且，可提高气体分解速度。在预定情况下，本发明可获得一种气体分解装置，其能够克服在固体电解质上的低离子移动速度，机械脆性以及比较高的制造成本。当将所述装置安装到汽车等上并使用来自汽车的废热时，可使其中的加热器的负担减轻或消失。

根据本发明，在使用电化学反应来分解预定气体的装置中，可革命性地抑制其固体电极，特别是其阴极中的电力消耗。而且，可对阴极/固体电解质层施加大电场；因此，可提高所述装置的气体分解速度。在预定情况下，本发明可获得一种气体分解装置，其能够克服在固体电解质上的低离子移动速度，机械脆性以及比较高的制造成本。当将所述装置安装到汽车等上并使用来自汽车的废热时，可使其中的加热器的负担减轻或消失。

附图标记

1：固体电解质 1g:阳极和阴极之间的间隙

2：阳极 2b：阳极根区 2e：阳极延伸区 2g：阳极露出区(间隙)

3：阴极 3b：阴极根区 3e：阴极延伸区 3g：阴极露出区(间隙)

9：电源 10：气体分解装置 12：阳极导电区 13：阴极导电区

14：绝缘基板 15：导电板 16：金糊料 18：绝缘层(如氧化铝)

21：叠压支持构件 22：氧离子导电陶瓷 23银粒子

31：附着氧化层的Ni粒子链接体 31a：Ni粒子链接体 31b:氧化层

32：氧离子导电陶瓷 50：堆叠构造的气体分解装置

d：间隙的尺寸 t1：固体电解质层的厚度 w2：阳极的宽度

w3：阴极露出区(间隙)的尺寸

Claims

1.一种气体分解装置，其包含第一电极、第二电极、固体电解质层和用于在所述第一电极和所述第二电极之间施加电压的电源，

所述装置还包含电导体层，其中通过所述电导体层使所述电源的负极与所述第二电极电连接，

其中：所述第二电极叠压在所述电导体层上以接触所述电导体层，

各自由一个所述固体电解质层和一个所述第一电极构成的“固体电解质层/第一电极”叠压体位于所述第二电极上以接触所述第二电极，从而在任意相邻的两个叠压体之间形成间隙；以及

所述第一电极与所述电源的正极电连接。

2.根据权利要求1所述的气体分解装置，其中：所述第二电极为阴极，所述阴极叠压在所述电导体层上以接触所述层；并且作为各自由一个所述固体电解质层和阳极构成的“固体电解质层/阳极”叠压体的叠压体位于所述阴极上以接触所述阴极，并且在任意相邻的两个叠压体之间具有间隙。

3.根据权利要求1所述的气体分解装置，其中：所述第二电极为阳极；所述阳极叠压在所述电导体层上以接触所述层；并且作为各自由一个所述固体电解质层和阴极构成的“固体电解质层/阴极”叠压体的叠压体位于所述阳极上以接触所述阳极，并且在任意相邻的两个叠压体之间具有间隙。

4.根据权利要求2或3所述的气体分解装置，其中所述阴极的面积比所述阳极的面积大。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的气体分解装置，其中所述“固体电解质层/第一电极”叠压体之间各自的间隙和所述“固体电解质层/第一电极”叠压体各自的宽度的范围分别为2μm至1mm。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的气体分解装置，其中所述固体电解质层各自的厚度分别为20μm以下。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的气体分解装置，其中当俯视观察时，所述“固体电解质/第一电极”叠压体为选自如下形式中的至少一种形式：(1)相互平行的两条以上的线或带的形式；(2)梳齿形式；(3)螺旋形式；(4)点或碎片形式；(5)围绕点形或碎片形区域的区域，即点形或碎片形区域的补集区域。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的气体分解装置，其中所述电导体层为在金属板或绝缘基板上形成的电导体层。

9.根据权利要求8所述的气体分解装置，其中所述第二电极叠压在所述电导体层上，所述电导体层覆盖于所述金属板的前面和背面中的每一个面上或覆盖在所述绝缘基板的前面和背面中的每一个面上，并且

另外所述“固体电解质层/第一电极”叠压体位于在所述前面侧和所述背面侧中的每一个面侧的第二电极上。

10.根据权利要求1至3中任一项所述的气体分解装置，其中所述固体电解质层具有氧离子导电性，并且所述第二电极包含金属粒子链接体的氧化物、GDC(掺杂钆的二氧化铈)和BaCO₃。

11.根据权利要求1至3中任一项所述的气体分解装置，其中所述固体电解质层具有质子导电性，并且所述第二电极包含金属粒子链接体的氧化物、贵金属和质子导电材料。

12.一种气体分解装置，其中各自如权利要求1至11中任一项所限定的多个气体分解装置相互堆叠以在任意相邻的两个装置之间形成间隙，并且所述装置固定在底盘中。

13.根据权利要求1和12中任一项所述的气体分解装置，其安装在汽车上，并具有通过来自汽车的废热加热所述气体分解装置的加热机构。