CN113366150A - 电化学单元 - Google Patents
电化学单元 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113366150A CN113366150A CN202080011465.0A CN202080011465A CN113366150A CN 113366150 A CN113366150 A CN 113366150A CN 202080011465 A CN202080011465 A CN 202080011465A CN 113366150 A CN113366150 A CN 113366150A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- electrode
- electrolyte layer
- electrochemical cell
- main surface
- hydrogen
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 175
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 84
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 84
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 79
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 33
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 33
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 33
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 28
- 239000010416 ion conductor Substances 0.000 claims abstract description 18
- AHKZTVQIVOEVFO-UHFFFAOYSA-N oxide(2-) Chemical compound [O-2] AHKZTVQIVOEVFO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 16
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 51
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 18
- 239000011195 cermet Substances 0.000 claims description 9
- 229910001233 yttria-stabilized zirconia Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 230000010757 Reduction Activity Effects 0.000 claims description 5
- 229910052769 Ytterbium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052692 Dysprosium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052691 Erbium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052693 Europium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052688 Gadolinium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052689 Holmium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052765 Lutetium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052777 Praseodymium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052772 Samarium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052771 Terbium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052775 Thulium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052706 scandium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 135
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 17
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 14
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 11
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 10
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 9
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 9
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 8
- 239000002346 layers by function Substances 0.000 description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 7
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 5
- 238000002407 reforming Methods 0.000 description 5
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910021523 barium zirconate Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 3
- -1 hydrogen compound Chemical class 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 206010021143 Hypoxia Diseases 0.000 description 2
- DQBAOWPVHRWLJC-UHFFFAOYSA-N barium(2+);dioxido(oxo)zirconium Chemical group [Ba+2].[O-][Zr]([O-])=O DQBAOWPVHRWLJC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 2
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000008400 supply water Substances 0.000 description 2
- 229910002761 BaCeO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IKNFRKJKSXXPGZ-UHFFFAOYSA-N [Co].[La].[Gd].[Ba] Chemical compound [Co].[La].[Gd].[Ba] IKNFRKJKSXXPGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QBYHSJRFOXINMH-UHFFFAOYSA-N [Co].[Sr].[La] Chemical compound [Co].[Sr].[La] QBYHSJRFOXINMH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OYVYTMATAYLZSM-UHFFFAOYSA-N [Co].[Sr].[Sm] Chemical compound [Co].[Sr].[Sm] OYVYTMATAYLZSM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OYCWBLFDGYRWSR-UHFFFAOYSA-N [Co][Fe][Sr][La] Chemical compound [Co][Fe][Sr][La] OYCWBLFDGYRWSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YLSKCQGVRKPEEA-UHFFFAOYSA-N [Fe].[Co].[Sr].[Ba] Chemical compound [Fe].[Co].[Sr].[Ba] YLSKCQGVRKPEEA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WSZBCXXFBOTXDC-UHFFFAOYSA-N [Fe].[Ni].[La] Chemical compound [Fe].[Ni].[La] WSZBCXXFBOTXDC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NAEVKOCJESKVDT-UHFFFAOYSA-N [Fe].[Sr].[La] Chemical compound [Fe].[Sr].[La] NAEVKOCJESKVDT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XGPJPLXOIJRLJN-UHFFFAOYSA-N [Mn].[Sr].[La] Chemical compound [Mn].[Sr].[La] XGPJPLXOIJRLJN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000420 cerium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002001 electrolyte material Substances 0.000 description 1
- 238000006056 electrooxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 229910052747 lanthanoid Inorganic materials 0.000 description 1
- DOARWPHSJVUWFT-UHFFFAOYSA-N lanthanum nickel Chemical compound [Ni].[La] DOARWPHSJVUWFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002119 nickel–yttria stabilized zirconia Inorganic materials 0.000 description 1
- BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoceriooxy)cerium Chemical compound [Ce]=O.O=[Ce]=O BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002076 stabilized zirconia Inorganic materials 0.000 description 1
- NAWDYIZEMPQZHO-UHFFFAOYSA-N ytterbium Chemical compound [Yb] NAWDYIZEMPQZHO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- 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
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
- H01M8/1231—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte with both reactants being gaseous or vaporised
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
- H01M10/0561—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of inorganic materials only
- H01M10/0562—Solid materials
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
- C25B1/01—Products
- C25B1/02—Hydrogen or oxygen
- C25B1/04—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
- C25B1/042—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water by electrolysis of steam
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
- C25B11/02—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by shape or form
- C25B11/03—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by shape or form perforated or foraminous
- C25B11/031—Porous electrodes
- C25B11/032—Gas diffusion electrodes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
- C25B11/04—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
- C25B11/051—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier
- C25B11/052—Electrodes comprising one or more electrocatalytic coatings on a substrate
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
- C25B11/04—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
- C25B11/051—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier
- C25B11/055—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the substrate or carrier material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
- C25B11/04—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
- C25B11/051—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier
- C25B11/073—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
- C25B11/04—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
- C25B11/051—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier
- C25B11/073—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material
- C25B11/075—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material consisting of a single catalytic element or catalytic compound
- C25B11/077—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material consisting of a single catalytic element or catalytic compound the compound being a non-noble metal oxide
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/90—Selection of catalytic material
- H01M4/9016—Oxides, hydroxides or oxygenated metallic salts
- H01M4/9025—Oxides specially used in fuel cell operating at high temperature, e.g. SOFC
- H01M4/9033—Complex oxides, optionally doped, of the type M1MeO3, M1 being an alkaline earth metal or a rare earth, Me being a metal, e.g. perovskites
-
- 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
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
- H01M8/124—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the process of manufacturing or by the material of the electrolyte
- H01M8/1246—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the process of manufacturing or by the material of the electrolyte the electrolyte consisting of oxides
- H01M8/1253—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the process of manufacturing or by the material of the electrolyte the electrolyte consisting of oxides the electrolyte containing zirconium oxide
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2300/00—Electrolytes
- H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
- H01M2300/0065—Solid electrolytes
- H01M2300/0068—Solid electrolytes inorganic
- H01M2300/0071—Oxides
- H01M2300/0074—Ion conductive at high temperature
- H01M2300/0077—Ion conductive at high temperature based on zirconium oxide
-
- 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
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- 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
- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
-
- 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
-
- 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
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
Abstract
本公开的电化学单元，具备：包含氧化物离子传导体的第一电解质层；包含质子传导体的第二电解质层；位于所述第一电解质层与所述第二电解质层之间、与所述第一电解质层的第一主面和所述第二电解质层的第一主面相接、并且具有流入气体的结构的第一电极；设置在所述第一电解质层的第二主面上、产生氧的第二电极；以及设置在所述第二电解质层的第二主面上、产生氢的第三电极。
Description
技术领域
本公开涉及电化学单元。
背景技术
作为利用电解来制造氢的方法之一，已知使用固体氧化物型电化学单元(SOEC：Solid Oxide Electrolysis Cell)的高温水蒸气电解。高温水蒸气电解通过使用热能作为电解反应所需的能量，能够达成高转换效率。作为固体氧化物型电化学单元的电解质，使用氧化钇稳定化氧化锆等氧化物离子传导体。
高温水蒸气电解中，向氢极供给水蒸气，水蒸气分解为氢和氧化物离子。氧化物离子在电解质层中传导而到达氧极，在氧极变化为氧。包含所生成的氢和剩余的水蒸气的混合气体从氢极排出。
考虑到氢的用途，期望提高所生成的氢的纯度。专利文献1中记载了一种电力存储系统，其构成为使氢和水蒸气的混合气体通过冷凝器而除去水，然后将氢压缩并存储于氢存储罐。
在先技术文献
专利文献1：日本特开2010-176939号公报
专利文献2：日本特开2007-77464号公报
发明内容
发明要解决的课题
上述以往的系统，在由水蒸气电解而得到的含氢的混合气体中，为了通过提高所生成的氢的纯度或者将所生成的氢转换为氢化合物而进行氢分离，需要附加新的装置。因此，以往的技术构成中具有系统变得复杂之类的课题。
本公开提供一种无需复杂的系统就能够进行水蒸气电解和氢分离这两者的电化学单元。
用于解决课题的手段
本公开提供一种电化学单元，其具备第一电解质层、第二电解质层、第一电极、第二电极和第三电极，
所述第一电解质层包含氧化物离子传导体，
所述第二电解质层包含质子传导体，
所述第一电极位于所述第一电解质层与所述第二电解质层之间，与所述第一电解质层的第一主面和所述第二电解质层的第一主面相接，并且具有流入气体的结构，
所述第二电极设置在所述第一电解质层的第二主面上，产生氧，
所述第三电极设置在所述第二电解质层的第二主面上，产生氢。
发明的效果
本公开提供一种无需复杂的系统就能够进行水蒸气电解和氢分离这两者的电化学单元。
附图说明
图1示出本公开的实施方式1涉及的电化学单元的包含一部分截面的立体图。
图2示出图1所示的电化学单元的I-I线截面图。
图3示出表示本公开的实施方式1涉及的电化学单元中的电化学反应的一例的示意图。
图4示出表示本公开的实施方式1涉及的电化学单元的变形例中的电化学反应的一例的示意图。
图5示出表示本公开的实施方式2涉及的电化学单元的截面的一例的示意图。
图6示出表示本公开的实施方式3涉及的电化学单元的截面的一例的示意图。
图7示出表示本公开的实施方式4涉及的电化学单元的截面的一例的示意图。
图8示出表示本公开的实施方式4涉及的电化学单元中的电化学反应的一例的示意图。
图9示出表示本公开的实施方式5涉及的电化学单元中的电化学反应的一例的示意图。
具体实施方式
(得到本发明的一技术方案的经过)
在“背景技术”部分中记载的、专利文献1所记载的系统中，在水蒸气电解单元中生成的包含氢气和水蒸气的混合气体被冷凝器冷凝，通过气水分离使氢气从水中分离。另一方面，在专利文献2所记载的系统中，使通过水蒸气的电解而得到的氢与还原介质反应，生成新的氢化合物，由此将氢存储或转换为适合输送的化合物。
如上所述，以往的技术构成中，为了分离氢，需要附加新的装置，其结果会导致系统变得复杂等。
因此，本发明人对用于从通过水蒸气电解而得到的混合气体中分离氢的技术反复进行了认真研究。其结果，本发明人发现通过使用质子传导体，不附加新的装置就能进行氢分离。即、本发明人发现通过将使用质子传导体进行的氢分离与进行水蒸气电解的单元组合，能够不依赖于复杂的系统而将所生成的氢向系统外排出。
上述本发明人的见解是在此之前尚未明确的，其表示一种新的结构的电化学单元。本公开中，具体提供以下所示的技术方案。
(本公开涉及的一技术方案的概要)
本公开的第1技术方案涉及的电化学单元，具备第一电解质层、第二电解质层、第一电极、第二电极和第三电极，
所述第一电解质层包含氧化物离子传导体，
所述第二电解质层包含质子传导体，
所述第一电极位于所述第一电解质层与所述第二电解质层之间，与所述第一电解质层的第一主面和所述第二电解质层的第一主面相接，并且具有流入气体的结构，
所述第二电极设置在所述第一电解质层的第二主面上，产生氧，
所述第三电极设置在所述第二电解质层的第二主面上，产生氢。
第1技术方案的电化学单元，能够通过第二电解质层和第三电极，仅将在第一电极由水蒸气分解而生成的氢从水蒸气等中分离并取出到系统外。因此，第1技术方案的电化学单元，能够不附加气水分离装置等装置，通过电化学单元单一的简单的结构从水蒸气中分离氢。因此，第1技术方案的电化学单元，无需复杂的系统就能够进行水蒸气电解和氢分离这两者。
本公开的第2技术方案中，例如第1技术方案涉及的电化学单元的所述第一电极，可以包含含Ni的金属陶瓷。
第2技术方案的电化学单元中，第一电极含Ni。通过该结构，流入第一电极的水蒸气，能够分离为氢和氧化物离子。在第一电极产生的氢，在第二电解质层附近分离为质子。分离的质子能够从第二电解质层通过，在第三电极生成氢。在第三电极生成的氢，能够作为纯度高的氢被取出到系统外。
本公开的第3技术方案中，例如第1技术方案涉及的电化学单元的所述第一电极，可以包含具有氧还原活性的材料。
第3技术方案的电化学单元中，第一电极包含具有氧还原活性的材料。根据该结构，流入第一电极的水蒸气能够分离为氧和质子。在第一电极产生的质子，能够从第二电解质层通过，在第三电极生成氢。
本公开的第4技术方案中，例如第1～第3技术方案中任一方案涉及的电化学单元，可以还具备与所述第二电极和所述第三电极连接、进行供电的电源。
第4技术方案的电化学单元，由于具备电源，因此能够控制电源，适当地分离氢。
本公开的第5技术方案中，例如第1～第4技术方案中任一方案涉及的电化学单元，可以还具备与所述第一电极连接、将水蒸气引导至所述第一电极的第一路径。
第5技术方案的电化学单元，能够向第一电极适当地供给氢。
本公开的第6技术方案中，例如在第5技术方案的电化学单元中，从所述第一路径供给的气体可以包含水蒸气和氢。
第6技术方案的电化学单元中，从第一路径供给的水蒸气中包含氢。通过该结构，第6技术方案的电化学单元能够降低第一电极内的氧分压。因此，第6技术方案的电化学单元能够抑制第一电极的水蒸气氧化。
本公开的第7技术方案中，例如在第1～第6技术方案中任一方案涉及的电化学单元中，所述氧化物离子传导体可以包含氧化钇稳定化氧化锆。
第7技术方案的电化学单元，通过使用具有高的化学稳定性和氧化物离子传导性的氧化钇稳定化氧化锆，能够提高单元的耐久性和电化学性能。
本公开的第8技术方案中，例如在第1～第7技术方案中任一方案涉及的电化学单元中，所述质子传导体可以包含选自BaZr1-x1M1x1O3-δ、BaCe1-x2M2x2O3-δ和BaZr1-x3- y3Cex3M3y3O3-δ中的至少一者。其中，M1、M2和M3分别包含选自Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Y、Sc、In和Lu中的至少一者，x1的值满足0＜x1＜1，x2的值满足0＜x2＜1，x3的值满足0＜x3＜1，y3的值满足0＜y3＜1，δ的值满足0＜δ＜0.5。
第8技术方案的电化学单元，通过使用具有高的化学稳定性和质子传导性的质子传导体，能够提高单元的耐久性和电化学性能。
本公开的第9技术方案中，例如在第8技术方案的电化学单元中，所述质子传导体可以由BaZr1-x1M1x1O3-δ构成。
第9技术方案的电化学单元，通过使用具有高的化学稳定性和质子传导性的BaZr1-x1M1x1O3-δ作为质子传导体，能够提高单元的耐久性和电化学性能。
本公开的第10技术方案涉及的电化学单元，具备第一电解质层、第二电解质层、第一电极、第二电极和第三电极，
所述第一电解质层包含氧化物离子传导体，
所述第二电解质层包含质子传导体，
所述第一电极位于所述第一电解质层与所述第二电解质层之间，与所述第一电解质层的第一主面和所述第二电解质层的第一主面相接，并且产生水蒸气，
所述第二电极设置在所述第一电解质层的第二主面上，具有流入氧的结构，
所述第三电极设置在所述第二电解质层的第二主面上，具有流入氢的结构。
第10技术方案涉及的电化学单元，能够利用氢和氧将电能取出到外部。另外，第10技术方案涉及的电化学单元中，透过了第二电解质层的氢被供给到第一电极。例如，即使在改性了的氢被供给到第三电极的情况下，作为改性副产物的二氧化碳和水蒸气等也会通过第二电解质层而与氢分离。因此，第10技术方案涉及的电化学单元发挥提高发电性能和抑制碳析出的效果。
本公开的第11技术方案涉及的电化学单元，具备第一电解质层、第二电解质层、第一电极、第二电极和第三电极，
所述第一电解质包含氧化物离子传导体，
所述第二电解质层包含质子传导体，
所述第一电极位于所述第一电解质层与所述第二电解质层之间，与所述第一电解质层的第一主面和所述第二电解质层的第一主面相接，流入氢并且产生水蒸气，
所述第二电极设置在所述第一电解质层的第二主面上，具有流入氧的结构，
所述第三电极设置在所述第二电解质层的第二主面上。
第11技术方案涉及的电化学单元，能够利用氢和氧将电能取出到外部。
以下，参照附图对本公开的实施方式进行详细说明。本公开不限定于以下的实施方式。
(实施方式1)
图1示出本公开的实施方式1涉及的电化学单元10的包含一部分截面的立体图。图2示出图1所示的电化学单元10的I-I线截面图。图3示出表示实施方式1涉及的电化学单元10中的电化学反应的一例的示意图。再者，图1中，为了易于理解地表示电化学单元10的构成，方便起见，以截面示出电化学单元10的一部分。
另外，本说明书中，“氢”和“氧”只要没有特别说明，就分别表示“氢气”和“氧气”。
如图1和2所示，电化学单元10具备第一电解质层11、第二电解质层12、第一电极13、第二电极14和第三电极15。第一电解质层11包含氧化物离子传导体。第二电解质层12包含质子传导体。第一电极13位于第一电解质层11与第二电解质层12之间。第一电极13与第一电解质层11的第一主面11a和第二电解质层12的第一主面12a相接。第一电极13具有流入气体的结构。第二电极14设置在第一电解质层11的第二主面11b上，产生氧。第三电极15设置在第二电解质层12的第二主面12b上，产生氢。电化学单元10例如是用于构成电化学装置的部件。
再者，图1所示的电化学单元10的形状为板状。但是，只要第一电解质层11、第二电解质层12、第一电极13、第二电极14和第三电极15是以上述顺序配置成的层叠体，就不限定电化学单元10的形状。电化学单元10例如也可以是圆筒状。该情况下，从圆筒的内周侧向外周侧，第一电解质层11、第二电解质层12、第一电极13、第二电极14和第三电极15以该顺序或相反的顺序层叠即可。
电化学单元10中，第一电极13例如可以包含含Ni的金属陶瓷作为电极材料。在此，含Ni的金属陶瓷是指Ni与陶瓷材料的混合物。作为含Ni的金属陶瓷的例子，可举出Ni-YSZ、Ni-BZYb和Ni-YSZ-BZYb等。YSZ表示氧化钇稳定化氧化锆。BZYb表示添加了镱的锆酸钡。锆酸钡例如具有由BaZr1-xYbxO3-δ(其中，x的值满足0＜x＜1。另外，δ的值满足0＜δ＜1)表示的组成。再者，第一电极13可以由多种材料构成。第一电极13能够将流入的水蒸气分解为氢，进而再分解为质子。如后所述，通过水蒸气的分解而得到的氢，在第一电极13内从第一电解质层11向第二电解质层12移动。因此，第一电极13需求具有气体扩散性的结构(例如多孔体)。再者，这里提到的“多孔体”是指例如具有20％以上的孔隙率的材料。孔隙率可以采用阿基米德法或压汞法测定。
接着，参照图3对电化学单元10中的水蒸气电解反应的一例进行说明。
首先，向第一电极13供给水蒸气。所供给的水蒸气在第一电解质层11与第一电极13的界面附近分离为氢和氧化物离子。氧化物离子从第一电解质层11中通过，在第二电极14成为氧气，向系统外排出。在第一电解质层11与第一电极13的界面附近分离出的氢气，在第一电极13内移动，在第二电解质层12附近分离为质子。分离的质子从第二电解质层12中通过，在第三电极15成为氢气，向系统外排出。像这样，在电化学单元10中，第二电解质层12仅使质子透过，不使水蒸气透过，因此能够从第三电极15得到纯度高的氢气。
以下，对电化学单元10的各构成进行更详细的说明。
如上所述，第一电解质层11包含氧化物离子传导体。第一电解质层11中所含的氧化物离子传导体的例子有稳定化氧化锆、镓酸镧系氧化物和铈系氧化物等。第一电解质层11中所含的氧化物离子传导体可以包含氧化钇稳定化氧化锆。氧化钇稳定化氧化锆具有高的化学稳定性和氧化物离子传导性。因此，通过将氧化钇稳定化氧化锆用于第一电解质层11的氧化物离子传导体，能够提高电化学单元10的耐久性和电化学性能。
如上所述，第二电解质层12包含质子传导体。第二电解质层12中所含的质子传导体，例如为氧化物(即、质子传导性氧化物)。具体而言，可举出BaZrO3系氧化物、BaCeZrO3系氧化物和BaCeO3系氧化物等质子传导体。第二电解质层12中所含的质子传导体，例如可以包含选自BaZr1-x1M1x1O3-δ、BaCe1-x2M2x2O3-δ和BaZr1-x3-y3Cex3M3y3O3-δ中的至少一者。其中，M1、M2和M3分别包含选自Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Y、Sc、In和Lu中的至少一者。另外，x1的值满足0＜x1＜1，x2的值满足0＜x2＜1，x3的值满足0＜x3＜1，y3的值满足0＜y3＜1，δ的值满足0＜δ＜0.5。BaZr1-x1M1x1O3-δ、BaCe1-x2M2x2O3-δ和BaZr1-x3-y3Cex3M3y3O3-δ具有高的化学稳定性和质子传导性。因此，通过在第二电解质层12中使用BaZr1-x1M1x1O3-δ、BaCe1-x2M2x2O3-δ和/或BaZr1-x3-y3Cex3M3y3O3-δ的质子传导体(换言之为包含选自BaZr1- x1M1x1O3-δ、BaCe1-x2M2x2O3-δ和BaZr1-x3-y3Cex3M3y3O3-δ中的至少一者的质子传导体)，能够提高电化学单元10的耐久性和电化学性能。第二电解质层12中所含的质子传导体可以由BaZr1-x1M1x1O3-δ构成。BaZr1-x1M1x1O3-δ具有更高的化学稳定性和质子传导性。因此，通过在第二电解质层12中使用由BaZr1-x1M1x1O3-δ构成的质子传导体，能够进一步提高电化学单元10的耐久性和电化学性能。
第二电极14包含用于使氧化物离子的电化学氧化反应进行的催化剂。作为催化剂，可举出包含选自Mn、Fe、Co和Ni中的至少一者的氧化物。作为催化剂的具体例，可举出镧锶钴铁复合氧化物(LSCF)、镧锶钴复合氧化物(LSC)、镧锶铁复合氧化物(LSF)、镧锶锰复合氧化物(LSM)、钡锶钴铁复合氧化物(BSCF)、钐锶钴复合氧化物(SSC)、镧镍铁复合氧化物、镧镍复合氧化物、钡钆镧钴复合氧化物等。催化剂可以是包含选自Mn、Fe、Co和Ni中的至少一者的氧化物与其他氧化物或金属的复合体。为了促进所生成的氧的扩散，第二电极14可以是多孔体。
第二电极14中，作为电极材料，例如可以包含LaSrCoO3-δ、LaSrFeO3-δ或LaSrMnO3-δ等。第二电极14中所含的电极材料可以是LaSrCoO3-δ或LaSrFeCoO3-δ。通过第二电极14包含LaSrCoO3-δ、LaSrFeO3-δ或LaSrMnO3-δ，能够提高电化学单元10的可靠性和电极性能。再者，δ的值表示氧欠缺量。第二电极14中的δ的值为0＜δ＜0.5。
第三电极15包含用于将质子电化学还原的催化剂。作为催化剂，可以使用Pd、P和Ni等金属。第三电极15可以由金属陶瓷构成。如果第三电极15由金属陶瓷构成，则可以期待增加用于将质子还原的反应活性点的效果。作为金属陶瓷，可举出Ni与质子传导性氧化物的混合物，例如Ni-BZYb等。再者，BZYb如上所述。通过第三电极15包含Ni-BZYb，能够提高电化学单元10的可靠性和电极性能。为了促进氢的扩散，第三电极15可以是多孔体。
第一电极13可以包含功能层。功能层设置于与第一电解质层11或第二电解质层12相接的位置。该情况下的功能层发挥促进电极中的反应的效果。功能层例如可以通过改变第一电极13中金属陶瓷的Ni的重量比、或者减小Ni的粒径等而制作。
接着，对本公开的实施方式1涉及的电化学单元的变形例进行说明。
图4示出表示作为本公开的实施方式1涉及的电化学单元的变形例的电化学单元20中的电化学反应的一例的示意图。
电化学单元20具备第一电极23来代替电化学单元10的第一电极13。电化学单元20中的除了第一电极23以外的结构，与电化学单元10相同，因此在这里省略说明。
第一电极23包含具有氧还原活性的材料作为电极材料。作为具有氧还原活性的材料，例如可举出LaSrCoO3-δ、LaSrFeO3-δ和LaSrMnO3-δ等。第一电极23中，作为具有氧还原活性的材料，可以包含LaSrCoO3-δ或LaSrFeCoO3-δ。通过第一电极23包含LaSrCoO3-δ或LaSrFeCoO3-δ，能够提高电化学单元20的可靠性和电极性能。再者，δ的值表示氧欠缺量。第一电极23中的δ的值为0＜δ＜0.5。
第一电极23可以包含功能层。功能层设置在与第一电解质层11或第二电解质层12相接的位置。该情况下的功能层发挥促进电极中的反应的效果。功能层例如可以通过电极材料与电解质材料的复合物、或减小电极材料的粒径等而制作。
实施方式1涉及的电化学单元10、20，根据上述结构，能够通过第二电解质层12和第三电极15，仅将在第一电极13、23中由水蒸气分解而生成的氢从水蒸气等中分离并取出到系统外。因此，电化学单元10、20能够在不附加气水分离装置等装置的情况下，通过简单的结构从水蒸气中分离出纯度高的氢。像这样，实施方式1涉及的电化学单元10、20，不需要复杂的系统。因此，能够进行水蒸气电解和氢分离这两者。
以下，对其他几个实施方式进行说明。对于在实施方式1与其他实施方式中共通的要素标注相同的参照标记，有时会省略它们的说明。与各实施方式相关的说明，只要在技术上不矛盾，就可以相互应用。在技术上不矛盾的情况下，各实施方式可以相互组合。
(实施方式2)
参照图5，对本公开的实施方式2涉及的电化学单元30的构成进行说明。图5示出表示本公开的实施方式2涉及的电化学单元30的截面的一例的示意图。
实施方式2涉及的电化学单元30，具有相对于实施方式1涉及的电化学单元10，还设有与第二电极14和第三电极15连接从而进行供电的电源101的结构。电化学单元30具备电源。因此，电化学单元30能够通过电源的控制，适当地分离氢。再者，在此说明了相对于电化学单元10设有电源101的结构，但也可以相对于电化学单元20设置电源101。
(实施方式3)
参照图6，对本公开的实施方式3涉及的电化学单元40的构成进行说明。图6示出表示本公开的实施方式3涉及的电化学单元40的截面的一例的示意图。
实施方式3涉及的电化学单元40，具有相对于实施方式1涉及的电化学单元10，还设有与第一电极13连接、将水蒸气引导至第一电极13的第一路径102的结构。为了向第一路径102供给水蒸气，可以使水蒸气供给源(未图示)与第一路径102连接。水蒸气供给源例如可举出蒸发器。电化学单元40能够将水蒸气通过第一路径102适当地供给到第一电极13。
从第一路径102供给的气体、即水蒸气中，可以还包含氢。通过从第一路径102供给的水蒸气中包含氢，电化学单元40能够降低第一电极13内的氧分压。因此，电化学单元40能够抑制第一电极13的水蒸气氧化。
再者，在此说明了相对于电化学单元10设有第一路径102的结构，但也可以相对于电化学单元20设置第一路径102。
(实施方式4)
参照图7和8，对本公开的实施方式4涉及的电化学单元50的构成进行说明。图7示出表示本公开的实施方式4涉及的电化学单元50的截面的一例的示意图。图8示出表示本公开的实施方式4涉及的电化学单元50中的电化学反应的一例的示意图。
如图7所示，电化学单元50具备第一电解质层51、第二电解质层52、第一电极53、第二电极54和第三电极55。第一电解质层51包含氧化物离子传导体。第二电解质层52包含质子传导体。第一电极53位于第一电解质层51与第二电解质层52之间。第一电极53与第一电解质层51的第一主面51a和第二电解质层52的第一主面52a相接。第一电极53产生水蒸气。第二电极54设置在第一电解质层51的第二主面51b上，具有流入氧的结构。第三电极55设置在第二电解质层52的第二主面52b上，具有流入氢的结构。电化学单元50例如是用于构成电化学装置的构件。
关于电化学单元50的形状，只要是第一电解质层51、第二电解质层52、第一电极53、第二电极54和第三电极55以上述顺序配置而成的层叠体，就不作限定。电化学单元50可以是板状，也可以是圆筒状。再者，在电化学单元50为圆筒状的情况下，例如从圆筒的内周侧向外周侧，第三电极55、第二电解质层52、第一电极53、第一电解质层51和第二电极54以该顺序层叠即可。
第一电解质层51可以使用与在实施方式1中说明的第一电解质层11同样的材料，因此在这里省略详细的说明。
第二电解质层52可以使用与在实施方式1中说明的第二电解质层12同样的材料，因此在这里省略详细的说明。
第一电极53可以使用与在实施方式1中说明的第一电极13、23同样的材料，因此在这里省略详细的说明。
第二电极54可以使用与在实施方式1中说明的第二电极14同样的材料，因此在这里省略详细的说明。
第三电极55可以使用与在实施方式1中说明的第三电极15同样的材料，因此在这里省略详细的说明。
接着，参照图8，对电化学单元50中的发电反应的一例进行说明。
首先，向第三电极55供给氢。作为氢，可以是由原料气体改性而得到的氢，也可以是通过水电解等而生成的氢。供给的氢在与第二电解质层52的界面附近分离成质子，在第二电解质层52中移动。移动的质子在第一电极53与第二电解质层52的界面生成氢气。另外，向第二电极54供给氧。所供给的氧在与第一电解质层51的界面分离成氧化物离子，在第一电解质层51中移动。移动的氧化物离子在第一电极53与第一电解质层51的界面与氢气反应，生成水蒸气。
如上所述，电化学单元50能够利用氢和氧，将电能取出到外部。另外，在电化学单元50中，被供给到第一电极53的仅为透过了第二电解质层52的氢。因此，例如在供给改性的氢时，能够将作为改性副产物的二氧化碳、水蒸气分离。因此，可得到提高发电性能和抑制碳析出的效果。
(实施方式5)
参照图9，对本公开的实施方式5涉及的电化学单元60的构成进行说明。图9示出表示本公开的实施方式5涉及的电化学单元60中的电化学反应的一例的示意图。
参照图9，对电化学单元60的构成以及电化学单元60中的发电反应的一例进行说明。
如图9所示，电化学单元60具备第一电解质层61、第二电解质层62、第一电极63、第二电极64和第三电极65。第一电解质层61包含氧化物离子传导体。第二电解质层62包含质子传导体。第一电极63位于第一电解质层61与第二电解质层62之间。第一电极63与第一电解质层61的第一主面61a和第二电解质层62的第一主面62a相接。第一电极63流入氢而产生水蒸气。第二电极64设置在第一电解质层61的第二主面61b上，具有流入氧的结构。第三电极65设置在第二电解质层62的第二主面62b上。电化学单元60例如是用于构成电化学装置的构件。
关于电化学单元60的形状，只要是第一电解质层61、第二电解质层62、第一电极63、第二电极64和第三电极65以上述顺序配置而成的层叠体，就不作限定。电化学单元60可以是板状，也可以是圆筒状。再者，在电化学单元60为圆筒状的情况下，例如从圆筒的内周侧向外周侧，第三电极65、第二电解质层62、第一电极63、第一电解质层61和第二电极64依次层叠即可。
第一电解质层61可以使用与在实施方式1中说明的第一电解质层11同样的材料，因此在这里省略详细的说明。
第二电解质层62可以使用与在实施方式1中说明的第二电解质层12同样的材料，因此在这里省略详细的说明。
第一电极63可以使用与在实施方式1中说明的第一电极13、23同样的材料，因此在这里省略详细的说明。
第二电极64可以使用与在实施方式1中说明的第二电极14同样的材料，因此在这里省略详细的说明。
第三电极65可以使用与在实施方式1中说明的第三电极15同样的材料，因此在这里省略详细的说明。
接着，参照图9，对电化学单元60中的发电反应的一例进行说明。
首先，向第一电极63供给氢。作为氢，可以是由原料气体改性而得到的氢，也可以是通过水电解等而生成的氢。另外，向第二电极64供给氧。所供给的氧在与第一电解质层61的界面分离成氧化物离子，在第一电解质层61中移动。移动的氧化物离子在第一电极63与第一电解质层61的界面与氢气反应，生成水蒸气。
如上所述，电化学单元60能够利用氢和氧，将电能取出到外部。
产业可利用性
本公开涉及的电化学单元，能够利用于高温水蒸气电解装置或燃料电池等电化学装置等。
附图标记说明
10、20、30、40、50、60 电化学单元
11、51、61 第一电解质层
11a、51a、61b 第一电解质层的第一主面
11b、51b、61b 第一电解质层的第二主面
12、52、62 第二电解质层
12a、52a、62b 第二电解质层的第一主面
12b、52b、62b 第二电解质层的第二主面
13、23、53、63 第一电极
14、54、64 第二电极
15、55、65 第三电极
Claims (11)
1.一种电化学单元，具备第一电解质层、第二电解质层、第一电极、第二电极和第三电极，
所述第一电解质层包含氧化物离子传导体，
所述第二电解质层包含质子传导体，
所述第一电极位于所述第一电解质层与所述第二电解质层之间，与所述第一电解质层的第一主面和所述第二电解质层的第一主面相接，并且具有流入气体的结构，
所述第二电极设置在所述第一电解质层的第二主面上，产生氧，
所述第三电极设置在所述第二电解质层的第二主面上，产生氢。
2.根据权利要求1所述的电化学单元，
所述第一电极包含含Ni的金属陶瓷。
3.根据权利要求1所述的电化学单元，
所述第一电极包含具有氧还原活性的材料。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的电化学单元，还具备电源，
所述电源与所述第二电极和所述第三电极连接，进行供电。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的电化学单元，还具备第一路径，
所述第一路径与所述第一电极连接，将水蒸气引导至所述第一电极。
6.根据权利要求5所述的电化学单元，
从所述第一路径供给的气体包含水蒸气和氢。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的电化学单元，
所述氧化物离子传导体包含氧化钇稳定化氧化锆。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的电化学单元，
所述质子传导体包含选自BaZr1-x1M1x1O3-δ、BaCe1-x2M2x2O3-δ和BaZr1-x3-y3Cex3M3y3O3-δ中的至少一者，
M1、M2和M3分别包含选自Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Y、Sc、In和Lu中的至少一者，
x1的值满足0＜x1＜1，
x2的值满足0＜x2＜1，
x3的值满足0＜x3＜1，
y3的值满足0＜y3＜1，
δ的值满足0＜δ＜0.5。
9.根据权利要求8所述的电化学单元，
所述质子传导体由BaZr1-x1M1x1O3-δ构成。
10.一种电化学单元，具备第一电解质层、第二电解质层、第一电极、第二电极和第三电极，
所述第一电解质层包含氧化物离子传导体，
所述第二电解质层包含质子传导体，
所述第一电极位于所述第一电解质层与所述第二电解质层之间，与所述第一电解质层的第一主面和所述第二电解质层的第一主面相接，并且产生水蒸气，
所述第二电极设置在所述第一电解质层的第二主面上，具有流入氧的结构，
所述第三电极设置在所述第二电解质层的第二主面上，具有流入氢的结构。
11.一种电化学单元，具备第一电解质层、第二电解质层、第一电极、第二电极和第三电极，
所述第一电解质包含氧化物离子传导体，
所述第二电解质层包含质子传导体，
所述第一电极位于所述第一电解质层与所述第二电解质层之间，与所述第一电解质层的第一主面和所述第二电解质层的第一主面相接，流入氢并且产生水蒸气，
所述第二电极设置在所述第一电解质层的第二主面上，具有流入氧的结构，
所述第三电极设置在所述第二电解质层的第二主面上。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2019098692 | 2019-05-27 | ||
| JP2019-098692 | 2019-05-27 | ||
| PCT/JP2020/018753 WO2020241210A1 (ja) | 2019-05-27 | 2020-05-11 | 電気化学セル |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113366150A true CN113366150A (zh) | 2021-09-07 |
Family
ID=73552545
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202080011465.0A Pending CN113366150A (zh) | 2019-05-27 | 2020-05-11 | 电化学单元 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20220029195A1 (zh) |
| EP (1) | EP3978650A4 (zh) |
| JP (1) | JPWO2020241210A1 (zh) |
| CN (1) | CN113366150A (zh) |
| WO (1) | WO2020241210A1 (zh) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01100868A (ja) * | 1987-10-12 | 1989-04-19 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 燃料電池 |
| US20080213639A1 (en) * | 2005-03-17 | 2008-09-04 | Alain Thorel | High Temperature Fuel Cell With Mixed Anionic and Protonic Conduction |
| US20110151349A1 (en) * | 2008-06-10 | 2011-06-23 | Technion Research & Development Foundation Ltd. | Double-electrolyte fuel-cell |
| JP2011192487A (ja) * | 2010-03-12 | 2011-09-29 | Tdk Corp | 固体酸化物形燃料電池 |
| JP2011192483A (ja) * | 2010-03-12 | 2011-09-29 | Tdk Corp | 固体酸化物形燃料電池 |
| CN103261483A (zh) * | 2010-12-20 | 2013-08-21 | 法国原子能及替代能源委员会 | 包括高温蒸汽电解池电池的产氢电池 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5044112B2 (ja) | 2005-09-15 | 2012-10-10 | 株式会社東芝 | 高温水蒸気電解装置及びその電解方法 |
| JP2009209441A (ja) * | 2008-03-06 | 2009-09-17 | Kyushu Univ | 電気化学セル |
| JP2010176939A (ja) | 2009-01-28 | 2010-08-12 | Toshiba Corp | 電力貯蔵システム及びその運用方法 |
-
2020
- 2020-05-11 EP EP20813482.5A patent/EP3978650A4/en active Pending
- 2020-05-11 CN CN202080011465.0A patent/CN113366150A/zh active Pending
- 2020-05-11 WO PCT/JP2020/018753 patent/WO2020241210A1/ja unknown
- 2020-05-11 JP JP2021522166A patent/JPWO2020241210A1/ja active Pending
-
2021
- 2021-10-05 US US17/493,912 patent/US20220029195A1/en active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01100868A (ja) * | 1987-10-12 | 1989-04-19 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 燃料電池 |
| US20080213639A1 (en) * | 2005-03-17 | 2008-09-04 | Alain Thorel | High Temperature Fuel Cell With Mixed Anionic and Protonic Conduction |
| US20110151349A1 (en) * | 2008-06-10 | 2011-06-23 | Technion Research & Development Foundation Ltd. | Double-electrolyte fuel-cell |
| JP2011192487A (ja) * | 2010-03-12 | 2011-09-29 | Tdk Corp | 固体酸化物形燃料電池 |
| JP2011192483A (ja) * | 2010-03-12 | 2011-09-29 | Tdk Corp | 固体酸化物形燃料電池 |
| CN103261483A (zh) * | 2010-12-20 | 2013-08-21 | 法国原子能及替代能源委员会 | 包括高温蒸汽电解池电池的产氢电池 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPWO2020241210A1 (zh) | 2020-12-03 |
| WO2020241210A1 (ja) | 2020-12-03 |
| EP3978650A1 (en) | 2022-04-06 |
| EP3978650A4 (en) | 2022-09-21 |
| US20220029195A1 (en) | 2022-01-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Kim et al. | Proton conducting oxides: A review of materials and applications for renewable energy conversion and storage | |
| Pandiyan et al. | Review of solid oxide electrolysis cells: a clean energy strategy for hydrogen generation | |
| EP2186155B1 (en) | Anode exhaust recycle system with membrane hydrogen separator | |
| US20230110742A1 (en) | Metal Support, Electrochemical Element, Electrochemical Module, Electrochemical Device, Energy System, Solid Oxide Fuel Cell, Solid Oxide Electrolysis Cell, and Method for Producing Metal Support | |
| EP2908371B1 (en) | Fuel battery and operation method thereof | |
| EP3978651A1 (en) | Electrochemical device and hydrogen generation method | |
| JP2006332027A (ja) | 改質器一体型燃料電池 | |
| CN109563634B (zh) | 氢处理装置 | |
| CA3027772C (en) | Soec system with heating ability | |
| EP3907310A1 (en) | Systems and methods for generating synthesis gas for ammonia production | |
| JP5555474B2 (ja) | 固体酸化物形燃料電池用燃料極、固体酸化物形燃料電池および固体酸化物形燃料電池の作動方法 | |
| JP7016615B2 (ja) | プロトン伝導体、固体電解質層、セル構造体、およびそれを備える水蒸気電解セルならびに燃料電池 | |
| JP2021163764A (ja) | 電気化学素子、電気化学モジュール、電気化学装置、エネルギーシステム、固体酸化物形燃料電池、固体酸化物形電解セル | |
| CN113366150A (zh) | 电化学单元 | |
| JP2016103409A (ja) | 固体酸化物形燃料電池 | |
| KR101669469B1 (ko) | 연료전지용 하이브리드형 단위전지 및 이를 포함하는 연료전지 스택 | |
| US20220045348A1 (en) | Electrochemical cell and hydrogen generation method | |
| US20210119235A1 (en) | Electrochemical Element, Electrochemical Module, Electrochemical Device, and Energy System | |
| JP7038235B2 (ja) | プロトン伝導体、固体電解質層、セル構造体、およびそれを備える水蒸気電解セルならびに燃料電池 | |
| CN111902988A (zh) | 金属板的制造方法、金属板、电化学元件、电化学模块、电化学装置、能源系统、固体氧化物型燃料电池和固体氧化物型电解单元 | |
| CN112313007B (zh) | 水蒸气改性催化剂、以及使用该水蒸气改性催化剂的燃料电池系统 | |
| Zhu et al. | Self-contained Electrochemical Process to Produce Pure Compressed Hydrogen from Hydrocarbons and Steam Without an External Energy Supply | |
| CN115868047A (zh) | 运行sofc以联合生产电和一氧化氮的方法 | |
| JP2004311168A (ja) | 燃料電池による発電方法および燃料電池発電システム | |
| KR20130137799A (ko) | 고체산화물 연료 전지의 제조 방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |