JP2002313357A - Single-chamber fuel cell - Google Patents

Single-chamber fuel cell

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JP2002313357A
JP2002313357A JP2001108893A JP2001108893A JP2002313357A JP 2002313357 A JP2002313357 A JP 2002313357A JP 2001108893 A JP2001108893 A JP 2001108893A JP 2001108893 A JP2001108893 A JP 2001108893A JP 2002313357 A JP2002313357 A JP 2002313357A
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electrode
solid oxide
fuel cell
oxide electrolyte
electrolyte membrane
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JP2001108893A
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Japanese (ja)
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Ichiro Motoi
一郎 許斐
Tomomi Motohiro
友美 元廣
Tatsuo Fukano
達雄 深野
Naohiko Kato
直彦 加藤
Katsunori Yamada
勝則 山田
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Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Toyota Central R&D Labs Inc
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a single-chamber fuel cell having a low internal resistance and emitting a high output. SOLUTION: The single-chamber fuel cell 10 is composed of a base board 12, a first electrode 14 highly active to the oxidation reaction of hydrocarbons formed on the base board 12, a solid oxide electrolyte film 16 of porous nature formed on the first electrode 14, and a second electrode 18 formed on the electrolyte film 16 being low active or inert to the oxidation reaction of hydrocarbons. The electrolyte film 16 has a columnar structure such that columnar crystals 16b have grown in the direction to penetrate the film and should preferably be of porous nature such that voids exist between the columnar crystals 16b.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、単室型燃料電池に
関し、さらに詳しくは、電気事業用の大型発電器、業務
用又は家庭用の小型発電器、コジェネレーションシステ
ム等に用いられる燃料電池、炭化水素センサ等に好適な
単室型燃料電池に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a single-chamber fuel cell, and more particularly, to a large-sized power generator for an electric utility business, a small-sized power generator for business or home use, a fuel cell used for a cogeneration system, and the like. The present invention relates to a single-chamber fuel cell suitable for a hydrocarbon sensor or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】燃料電池は、外部からの燃料の供給と、
燃焼生成物の排出とを連続的に行いながら、燃料が酸化
する際の自由エネルギー変化を、直接、電力として取り
出す電池である。燃料電池は、使用する電解質の種類に
応じて、種々のタイプに分類されるが、電解質として、
部分安定化ジルコニア等の酸素イオン伝導性固体電解質
を用いた燃料電池は、固体酸化物型燃料電池と呼ばれて
いる。固体酸化物型燃料電池は、電解質の散逸の問題が
なく、また、作動温度が高い(600〜1000℃)の
で、電極反応が速やかに進行し、高温の廃熱が利用で
き、高出力、高変換効率が期待できるという特徴があ
る。
2. Description of the Related Art A fuel cell is provided with a fuel supply from outside,
This is a battery that takes out changes in free energy when fuel is oxidized directly as electric power while continuously discharging combustion products. Fuel cells are classified into various types depending on the type of electrolyte used.
A fuel cell using an oxygen ion conductive solid electrolyte such as partially stabilized zirconia is called a solid oxide fuel cell. Since the solid oxide fuel cell has no problem of electrolyte dissipation and has a high operating temperature (600 to 1000 ° C.), the electrode reaction proceeds rapidly, high-temperature waste heat can be used, and high output and high power can be obtained. There is a feature that conversion efficiency can be expected.

【0003】固体酸化物型燃料電池の具体的な構造につ
いては、従来から種々の提案がなされている。反応ガス
の供給方法に着目すると、固体酸化物型燃料電池は、燃
料ガス及び酸化剤ガスを分離した状態で発電するタイプ
(以下、これを「隔膜型」という。)と、燃料ガスと酸
化剤ガスの混合ガスを用いて発電するタイプ(以下、こ
れを「単室型」という。)に分類される。
Various proposals have been made for the specific structure of the solid oxide fuel cell. Focusing on the reaction gas supply method, a solid oxide fuel cell generates electricity in a state in which a fuel gas and an oxidant gas are separated (hereinafter, this is referred to as a “membrane type”), and a fuel gas and an oxidant are used. It is classified into a type that generates power using a gas mixture (hereinafter, this is referred to as a “single-chamber type”).

【0004】隔膜型の固体酸化物型燃料電池は、電解質
膜の一方の面及び他方の面にそれぞれアノード及びカソ
ードを形成し、アノード側に供給される燃料ガスとカソ
ード側に供給される酸化剤ガスとを電解質膜で分離した
状態で発電させるものである。隔膜型の固体酸化物型燃
料電池は、反応ガスを分離する形式に応じて、さらに、
円筒形の電解質の両面に電極を形成した円筒型、平板状
の電解質の両面に電極を形成し、これをセパレータで狭
持した平板型、及び、電解質をハニカム状とし、隔壁の
両面に電極を形成した一体型に大別される。
A membrane-type solid oxide fuel cell has an anode and a cathode formed on one side and the other side of an electrolyte membrane, respectively, and a fuel gas supplied to the anode side and an oxidant supplied to the cathode side. The power is generated in a state where the gas and the gas are separated by an electrolyte membrane. The diaphragm type solid oxide fuel cell further depends on the type of separating the reaction gas,
A cylindrical type in which electrodes are formed on both sides of a cylindrical electrolyte, an electrode is formed on both sides of a flat electrolyte, and a flat plate type in which the electrodes are sandwiched by separators, and the electrolyte is made into a honeycomb shape, and the electrodes are formed on both sides of the partition walls. It is roughly divided into the formed integral type.

【0005】これに対し、単室型の固体酸化物型燃料電
池は、固体酸化物電解質の同一表面上又は異なる表面上
に、燃料ガスの酸化反応に対する触媒性能の異なるアノ
ード及びカソードを形成し、燃料ガスと酸化剤ガスの混
合ガスを用いて発電させるものである。単室型の固体酸
化物型燃料電池に混合ガスを供給することによって出力
が得られるのは、カソード及びアノードの触媒性能の相
違によって酸素濃淡電池が形成されるためである。
On the other hand, in a single-chamber solid oxide fuel cell, an anode and a cathode having different catalytic performances for an oxidation reaction of a fuel gas are formed on the same surface or different surfaces of a solid oxide electrolyte. Electric power is generated using a mixed gas of a fuel gas and an oxidizing gas. The reason why an output is obtained by supplying a mixed gas to a single-chamber solid oxide fuel cell is that an oxygen concentration cell is formed due to a difference in catalytic performance between a cathode and an anode.

【0006】例えば、Solid State Ionics 91(1996)6
9、及び、特開平8−264195号公報には、固体酸
化物電解質として厚さ1mmのBaCe0.8Gd
0.2 −αプレートを用い、このプレートの同一表
面上に、パラジウム電極(アノード)及び金電極(カソ
ード)を形成した単室型の固体酸化物型燃料電池が開示
されている。
For example, Solid State Ionics 91 (1996) 6
9, and Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-264195 disclose that a solid oxide electrolyte of BaCe 0.8 Gd having a thickness of 1 mm is used.
A single-chamber solid oxide fuel cell using a 0.2 O 3 plate and forming a palladium electrode (anode) and a gold electrode (cathode) on the same surface of the plate is disclosed.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】隔膜型の固体酸化物型
燃料電池において、カソードで生成した酸素イオンは、
電解質膜の内部を通ってアノード側に伝導する。従っ
て、高い出力を得るためには、電解質膜の抵抗を小さく
する必要があり、そのためには、電解質膜を薄くする必
要がある。しかしながら、電解質膜は、反応ガスを分離
する隔膜としても機能するので、電解質膜の薄膜化には
限界がある。
In a diaphragm type solid oxide fuel cell, oxygen ions generated at a cathode are:
Conducted to the anode side through the inside of the electrolyte membrane. Therefore, in order to obtain a high output, it is necessary to reduce the resistance of the electrolyte membrane, and for that purpose, it is necessary to make the electrolyte membrane thin. However, since the electrolyte membrane also functions as a diaphragm for separating a reaction gas, there is a limit in reducing the thickness of the electrolyte membrane.

【0008】また、隔膜型の固体酸化物型燃料電池は、
電解質、アノード、カソード、反応ガスを分離するため
のセパレータ等、多くの構成要素が必要となる。しか
も、高温状態で十分なガスシールが得られるように、こ
れらを一体化する必要がある。しかしながら、これらの
構成要素には、主として脆弱なセラミックスが用いられ
るので、熱応力により割れやすいという問題がある。従
来はこの問題を解決するために、電解質と他の構成要素
の熱膨張係数を合わせたり、あるいは、高強度材料を用
いる等の手段が用いられているが、技術的に困難なとこ
ろが多く、構造、材料とも確立されていない。
Further, a membrane type solid oxide fuel cell is
Many components are required, such as an electrolyte, an anode, a cathode, and a separator for separating a reaction gas. Moreover, it is necessary to integrate them so that a sufficient gas seal can be obtained in a high temperature state. However, since these components mainly use fragile ceramics, there is a problem that they are easily broken by thermal stress. Conventionally, in order to solve this problem, means such as matching the thermal expansion coefficients of the electrolyte and other components or using a high-strength material have been used. , No material has been established.

【0009】これに対し、単室型の固体酸化物型燃料電
池は、反応ガスを分離するセパレータが不要であるの
で、隔膜型に比して構造が簡略化されるという利点があ
る。また、電解質の同一表面上に電極を形成した場合、
カソードにおいて生成した酸素イオンは、主に表面及び
表面層をイオン伝導することによってアノード側に移動
する。そのため、電解質の抵抗を小さくするためには、
必ずしもその厚さを薄くする必要がない。すなわち、電
解質の同一表面上に電極を形成した単室型の固体酸化物
型燃料電池において高い出力を得るためには、電極間距
離の短縮、電極面積の増大、あるいは、電極形状の最適
化が有効とされている(上述した、SolidState Ionics
91(1996)69参照)。
On the other hand, a single-chamber solid oxide fuel cell does not require a separator for separating a reaction gas, and thus has an advantage that the structure is simplified as compared with a diaphragm type. Also, when electrodes are formed on the same surface of the electrolyte,
Oxygen ions generated at the cathode move to the anode side mainly by conducting ions on the surface and the surface layer. Therefore, in order to reduce the resistance of the electrolyte,
It is not always necessary to reduce the thickness. That is, in order to obtain high output in a single-chamber solid oxide fuel cell having electrodes formed on the same surface of the electrolyte, it is necessary to shorten the distance between the electrodes, increase the electrode area, or optimize the electrode shape. Valid (see SolidState Ionics
91 (1996) 69).

【0010】しかしながら、例えば、電解質の表面にス
クリーン印刷法を用いて電極を形成する場合、電極間距
離は、0.5mm程度が限界である。また、電極面積及
び電極形状は、燃料電池の大きさにより制限される。特
に、電解質の同一表面上にアノード及びカソードを形成
する場合、一方の電極の面積及び形状は、他方の電極の
制約を受ける。そのため、従来の方法では、内部抵抗の
低抵抗化に限界がある。
[0010] However, for example, when electrodes are formed on the surface of the electrolyte by screen printing, the distance between the electrodes is limited to about 0.5 mm. Further, the electrode area and the electrode shape are limited by the size of the fuel cell. In particular, when forming the anode and the cathode on the same surface of the electrolyte, the area and shape of one electrode are limited by the other electrode. Therefore, in the conventional method, there is a limit in reducing the internal resistance.

【0011】本発明が解決しようとする課題は、単室型
燃料電池の内部抵抗を低抵抗化し、単室型燃料電池の高
出力化を図ることにある。
An object of the present invention is to reduce the internal resistance of a single-chamber fuel cell and increase the output of the single-chamber fuel cell.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明に係る単室型燃料電池は、炭化水素の酸化反応
に対して高活性である第1電極と、該第1電極上に形成
された多孔質の固体酸化物電解質膜と、該固体酸化物電
解質膜上に形成された、炭化水素の酸化反応に対して低
活性又は活性を有しない多孔質の第2電極とを備えてい
ることを要旨とするものである。
Means for Solving the Problems In order to solve the above-mentioned problems, a single-chamber fuel cell according to the present invention comprises a first electrode having a high activity with respect to a hydrocarbon oxidation reaction, and a first electrode provided on the first electrode. A porous solid oxide electrolyte membrane formed, and a porous second electrode formed on the solid oxide electrolyte membrane and having low activity or no activity with respect to a hydrocarbon oxidation reaction. The point is that

【0013】本発明に係る単室型燃料電池は、固体酸化
物電解質膜の両面に第1電極及び第2電極が形成される
ので、電極間距離は、膜厚程度まで短縮できる。また、
第1電極及び第2電極は、他方の電極の制約を受けるこ
となく、電極面積及び/又は形状を任意に選択すること
ができる。さらに、固体酸化物電解質膜は、多孔質であ
るので、電解質膜内部にある気孔の表面及び表面層がイ
オン伝導パスとして機能する。そのため、単室型燃料電
池の内部抵抗が小さくなり、大電流が得られる。また、
本発明に係る単室型燃料電池を炭化水素センサに応用す
れば、低濃度の炭化水素を高感度で検出することが可能
となる。
In the single-chamber fuel cell according to the present invention, since the first electrode and the second electrode are formed on both surfaces of the solid oxide electrolyte membrane, the distance between the electrodes can be reduced to about the film thickness. Also,
The electrode area and / or shape of the first electrode and the second electrode can be arbitrarily selected without being restricted by the other electrode. Further, since the solid oxide electrolyte membrane is porous, the surface and the surface layer of the pores inside the electrolyte membrane function as an ion conduction path. Therefore, the internal resistance of the single-chamber fuel cell is reduced, and a large current can be obtained. Also,
If the single-chamber fuel cell according to the present invention is applied to a hydrocarbon sensor, it becomes possible to detect low-concentration hydrocarbons with high sensitivity.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら詳細に説明する。図1に、本発明
の第1の実施の形態に係る単室型燃料電池を示す。図1
において、単室型燃料電池10は、基板12と、第1電
極14と、固体酸化物電解質膜16と、第2電極18と
を備えている。基板12上には、第1電極14、固体酸
化物電解質膜16及び第2電極18がこの順で積層され
る。また、第1電極14の端部及び第2電極18の端部
には、それぞれ、出力を取り出すためのリード線22及
びリード線26が取り付けられる。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows a single-chamber fuel cell according to a first embodiment of the present invention. FIG.
1, the single-chamber fuel cell 10 includes a substrate 12, a first electrode 14, a solid oxide electrolyte membrane 16, and a second electrode 18. On the substrate 12, a first electrode 14, a solid oxide electrolyte film 16 and a second electrode 18 are laminated in this order. Further, a lead wire 22 and a lead wire 26 for extracting output are attached to the end of the first electrode 14 and the end of the second electrode 18, respectively.

【0015】初めに、基板12について説明する。基板
12は、固体酸化物電解質膜16を支持するためのもの
であり、その材質には、単室型燃料電池10の使用温度
において十分な強度と、電気絶縁性とを有するものが用
いられる。基板12の材質としては、具体的には、石
英、アルミナ等が好適な一例として挙げられる。
First, the substrate 12 will be described. The substrate 12 is for supporting the solid oxide electrolyte membrane 16, and is made of a material having sufficient strength and electrical insulation at the operating temperature of the single-chamber fuel cell 10. As a material of the substrate 12, specifically, quartz, alumina, or the like is preferably mentioned as an example.

【0016】なお、基板12の厚さは、特に限定される
ものではなく、基板12の材質及び製造方法、基板12
に要求される強度、あるいは、単室型燃料電池10の使
用環境等に応じて、任意に選択することができる。ま
た、図1において、基板12は、矩形状になっている
が、基板12の形状も特に限定されるものではなく、単
室型燃料電池10の使用環境に応じて任意に選択するこ
とができる。
The thickness of the substrate 12 is not particularly limited.
Can be arbitrarily selected according to the strength required for the above, or the use environment of the single-chamber type fuel cell 10. In FIG. 1, the substrate 12 has a rectangular shape. However, the shape of the substrate 12 is not particularly limited, and can be arbitrarily selected according to the use environment of the single-chamber fuel cell 10. .

【0017】次に、第1電極14について説明する。第
1電極14は、単室型燃料電池10のアノードであり、
その材質には、炭化水素の酸化反応に対して高い活性を
有するものが用いられる。第1電極14の材質として
は、具体的には、白金、パラジウム、ニッケル、ロジウ
ム等が好適な一例として挙げられる。
Next, the first electrode 14 will be described. The first electrode 14 is an anode of the single-chamber fuel cell 10,
As the material, a material having high activity against the hydrocarbon oxidation reaction is used. Preferable examples of the material of the first electrode 14 include platinum, palladium, nickel, and rhodium.

【0018】第1電極14の厚さは、特に限定されるも
のではなく、第1電極14の材質、形成方法、耐久性、
コスト等に応じて、最適な厚さを選択すれば良い。例え
ば、スパッタリング法により形成された白金薄膜を第1
電極14として用いる場合、その厚さは、10nm以上
5000nm以下が好ましく、さらに好ましくは、10
0nm以上1000nm以下である。
The thickness of the first electrode 14 is not particularly limited, and the material, forming method, durability,
An optimum thickness may be selected according to cost or the like. For example, a platinum thin film formed by sputtering is
When used as the electrode 14, the thickness is preferably 10 nm or more and 5000 nm or less, more preferably 10 nm or more.
It is not less than 0 nm and not more than 1000 nm.

【0019】また、第1電極14の面積及び形状は、特
に限定されるものではない。一般に、第1電極14の面
積が大きくなるほど、高出力が得られる。但し、基板1
2の全面に第1電極14を形成すると、第2電極にリー
ド線26を取り付ける際に、第1電極14と第2電極1
8とが短絡するおそれがある。従って、第1電極14
は、少なくとも第2電極にリード線26を取り付ける部
分に余白が残るように、その形状を定めるのが望まし
い。図1に示す例においては、第1電極14は、基板1
2より一回り小さい矩形状とし、基板12の周囲に余白
が残るように、基板12上に形成されている。
The area and shape of the first electrode 14 are not particularly limited. Generally, the higher the area of the first electrode 14 is, the higher the output is obtained. However, substrate 1
When the first electrode 14 is formed on the entire surface of the second electrode 2, when the lead wire 26 is attached to the second electrode, the first electrode 14 and the second electrode 1
8 may be short-circuited. Therefore, the first electrode 14
It is desirable that the shape is determined so that a margin is left at least in a portion where the lead wire 26 is attached to the second electrode. In the example shown in FIG. 1, the first electrode 14 is
It is formed on the substrate 12 so as to have a rectangular shape slightly smaller than 2 and leave a margin around the substrate 12.

【0020】次に、固体酸化物電解質膜16について説
明する。固体酸化物電解質膜16は、酸素イオン伝導性
を示すものであれば良く、その材質は、特に限定される
ものではない。固体酸化物電解質16の材質としては、
具体的には、イットリア安定化ジルコニア(以下、これ
を「YSZ」という。)、カルシア安定化ジルコニア、
スカンジア安定化ジルコニア、セリア、ビスマス酸化物
等が好適な一例として挙げられる。
Next, the solid oxide electrolyte membrane 16 will be described. The solid oxide electrolyte membrane 16 only needs to exhibit oxygen ion conductivity, and its material is not particularly limited. As a material of the solid oxide electrolyte 16,
Specifically, yttria-stabilized zirconia (hereinafter referred to as “YSZ”), calcia-stabilized zirconia,
Scandia-stabilized zirconia, ceria, bismuth oxide and the like are mentioned as preferable examples.

【0021】また、本発明において、固体酸化物電解質
膜16には、多孔質膜が用いられる。固体酸化物電解質
膜16の微構造は、特に限定されるものではなく、反応
ガスを第1電極14側に拡散させることができるもので
あれば良い。しかしながら、高い出力を得るためには、
固体酸化物電解質膜16は、膜を貫通する方向に柱状結
晶が成長した柱状組織を有し、かつ、柱状結晶間に隙間
が存在する多孔質膜が好適である。
In the present invention, a porous membrane is used as the solid oxide electrolyte membrane 16. The microstructure of the solid oxide electrolyte membrane 16 is not particularly limited, as long as it can diffuse the reaction gas to the first electrode 14 side. However, to get high output,
The solid oxide electrolyte membrane 16 is preferably a porous membrane having a columnar structure in which columnar crystals have grown in a direction penetrating the membrane, and having gaps between the columnar crystals.

【0022】固体酸化物電解質膜16が柱状組織を有す
る多孔質膜である場合、各柱状結晶の直径は、小さいほ
ど良い。これは、柱状結晶の直径が小さくなるほど、固
体酸化物電解質膜16全体の表面積が大きくなり、抵抗
が小さくなるためである。柱状結晶の直径は、具体的に
は、2μm以下が好ましく、さらに好ましくは、0.2
μm以下である。
When the solid oxide electrolyte membrane 16 is a porous membrane having a columnar structure, the smaller the diameter of each columnar crystal, the better. This is because the smaller the diameter of the columnar crystal, the larger the surface area of the entire solid oxide electrolyte membrane 16 and the lower the resistance. Specifically, the diameter of the columnar crystal is preferably 2 μm or less, more preferably 0.2 μm or less.
μm or less.

【0023】なお、柱状結晶間の隙間の間隔は、反応ガ
スが透過できる間隔であれば良く、特に限定されるもの
ではない。隙間の間隔は、固体酸化物電解質膜16の製
造条件によって異なるが、例えば、スパッタリング法を
用いて柱状組織を有する固体酸化物電解質膜16を成膜
した場合、柱状結晶間の隙間の間隔は、柱状結晶の直径
の数分の1程度となる。
The spacing between the columnar crystals is not particularly limited as long as the spacing allows the reaction gas to pass therethrough. The spacing of the gap varies depending on the manufacturing conditions of the solid oxide electrolyte membrane 16, but, for example, when the solid oxide electrolyte membrane 16 having a columnar structure is formed using a sputtering method, the spacing of the gap between the columnar crystals is It is about a fraction of the diameter of the columnar crystal.

【0024】柱状結晶の成長方向は、固体酸化物電解質
膜16を貫通する方向であれば良い。すなわち、柱状結
晶の成長方向は、膜面に対して垂直方向であっても良
く、あるいは、膜面とのなす角度が90゜未満である方
向(以下、これを「斜め方向」という。)でも良い。但
し、第2電極18を形成する際に、第1電極14と第2
電極18との短絡を防止するためには、柱状結晶の成長
方向は、斜め方向が好ましい。この点については、後述
する。
The growth direction of the columnar crystals may be any direction as long as it penetrates the solid oxide electrolyte membrane 16. That is, the growth direction of the columnar crystal may be a direction perpendicular to the film surface, or may be a direction in which the angle between the columnar crystal and the film surface is less than 90 ° (hereinafter, referred to as an “oblique direction”). good. However, when forming the second electrode 18, the first electrode 14 and the second
In order to prevent a short circuit with the electrode 18, the growth direction of the columnar crystal is preferably an oblique direction. This will be described later.

【0025】また、固体酸化物電解質膜16の厚さは、
第1電極14と第2電極16との間で短絡が生じない限
りにおいて、薄いほど良い。これは、固体酸化物電解質
膜16の厚さが薄くなるほど、第1電極14及び第2電
極18間の距離が短縮され、固体酸化物電解質膜16の
抵抗が小さくなるためである。固体酸化物電解質膜16
の厚さは、具体的には、5μm以下が好ましく、さらに
好ましくは1μm以下である。
The thickness of the solid oxide electrolyte membrane 16 is
The thinner the better, as long as no short circuit occurs between the first electrode 14 and the second electrode 16. This is because as the thickness of the solid oxide electrolyte membrane 16 decreases, the distance between the first electrode 14 and the second electrode 18 decreases, and the resistance of the solid oxide electrolyte membrane 16 decreases. Solid oxide electrolyte membrane 16
Is preferably 5 μm or less, more preferably 1 μm or less.

【0026】なお、固体酸化物電解質膜16の形状は、
特に限定されるものではなく、基板12及び第1電極1
4の形状、単室型燃料電池10の使用環境等に応じて任
意に選択することができる。但し、第1電極14の全面
が固体酸化物電解質膜16で覆われると、第1電極14
へのリード線22の取り付けが困難になる。従って、固
体電解質膜16は、リード線22の取り付けに支障がな
いように、その形状を定めるのが好ましい。
The shape of the solid oxide electrolyte membrane 16 is as follows.
The substrate 12 and the first electrode 1 are not particularly limited.
4 can be arbitrarily selected according to the use environment of the single-chamber fuel cell 10 and the like. However, when the entire surface of the first electrode 14 is covered with the solid oxide electrolyte film 16,
It becomes difficult to attach the lead wire 22 to the wire. Therefore, it is preferable that the shape of the solid electrolyte membrane 16 be determined so as not to hinder the attachment of the lead wire 22.

【0027】図1に示す例においては、固体酸化物電解
質膜16は、長辺の長さのみを基板12より短くした矩
形状とし、第1電極14の一側縁が露出するように、基
板12及び第1電極14上に形成されている。また、リ
ード線22は、固体酸化物電解質膜16から露出した第
1電極14の側縁に取り付けるようになっている。
In the example shown in FIG. 1, the solid oxide electrolyte film 16 has a rectangular shape in which only the length of the long side is shorter than the substrate 12, and the solid oxide electrolyte film 16 is formed so that one side edge of the first electrode 14 is exposed. 12 and the first electrode 14. The lead wire 22 is attached to a side edge of the first electrode 14 exposed from the solid oxide electrolyte membrane 16.

【0028】次に、第2電極18について説明する。第
2電極18は、単室型燃料電池10のカソードであり、
その材質には、炭化水素の酸化反応に対して活性の低い
もの又は活性を有しないものが用いられる。第2電極1
8の材質としては、具体的には、金が好適な一例として
挙げられる。
Next, the second electrode 18 will be described. The second electrode 18 is a cathode of the single-chamber fuel cell 10,
As the material, a material having low activity or no activity with respect to hydrocarbon oxidation reaction is used. Second electrode 1
As a material of No. 8, specifically, gold is a preferred example.

【0029】また、本発明において、第2電極18に
は、多孔質電極が用いられる。第2電極18の微構造に
ついては、反応ガスを固体酸化物電解質膜16に導入す
ることができ、かつ、導通を確保できるものであれば良
く、特に限定されるものではない。第2電極18として
は、具体的には、多数の孤立した貫通孔を有する網目状
の微構造を備えた多孔質電極が好適である。
In the present invention, a porous electrode is used as the second electrode 18. The microstructure of the second electrode 18 is not particularly limited as long as the reaction gas can be introduced into the solid oxide electrolyte membrane 16 and conduction can be ensured. Specifically, as the second electrode 18, a porous electrode having a mesh-like microstructure having a large number of isolated through holes is preferable.

【0030】第2電極18の厚さは、特に限定されるも
のではなく、第2電極18の材質、形成方法、耐久性、
コスト等に応じて、最適な厚さを選択すれば良い。例え
ば、スパッタリング法により形成された金薄膜を第2電
極18として用いる場合、その厚さは、50nm以上1
000nm以下が好ましく、さらに好ましくは、100
nm以上300nm以下である。
The thickness of the second electrode 18 is not particularly limited, and the material, forming method, durability,
An optimum thickness may be selected according to cost or the like. For example, when a gold thin film formed by a sputtering method is used as the second electrode 18, the thickness is 50 nm or more and 1
000 nm or less, more preferably 100 nm or less.
nm or more and 300 nm or less.

【0031】また、第2電極18の面積及び形状は、特
に限定されるものではない。一般に、第2電極18の面
積が大きくなるほど、高出力が得られる。但し、第2電
極18の形成領域全体が第1電極14の形成領域内に含
まれていると、第2電極にリード線26を取り付ける際
に第1電極14と第2電極18とが短絡するおそれがあ
る。従って、第2電極18は、第1電極14が形成され
ていない領域において、リード線26の取り付けが行え
るように、その形状を定めるのが好ましい。
The area and shape of the second electrode 18 are not particularly limited. Generally, the higher the area of the second electrode 18 is, the higher the output is obtained. However, when the entire formation region of the second electrode 18 is included in the formation region of the first electrode 14, the first electrode 14 and the second electrode 18 are short-circuited when the lead wire 26 is attached to the second electrode. There is a risk. Therefore, the shape of the second electrode 18 is preferably determined so that the lead wire 26 can be attached in a region where the first electrode 14 is not formed.

【0032】図1に示す例においては、第2電極18
は、矩形状の主電極18aに狭幅のリード線取付部18
bを設けたT字型になっており、主電極18aは、基板
12のほぼ中央に形成されている。また、リード線取付
部18bは、基板12の側縁に達する長さを有し、第1
電極14が形成されていない基板12の余白部分におい
て、リード線26の取り付けが行えるようになってい
る。
In the example shown in FIG. 1, the second electrode 18
Are connected to the rectangular main electrode 18a by a narrow lead wire attaching portion 18;
The main electrode 18a is formed substantially at the center of the substrate 12 in a T-shape provided with a b. The lead wire attaching portion 18b has a length reaching the side edge of the board 12, and the first
The lead wire 26 can be attached in a blank portion of the substrate 12 where the electrode 14 is not formed.

【0033】なお、第1電極14の端部に取り付けられ
るリード線22、及び、第2電極18の端部に取り付け
られるリード線26の材質は、第1電極14及び第2電
極18の材質、単室型燃料電池10の使用環境、要求特
性等に応じて最適な材質を選択すればよく、特に限定さ
れるものではない。
The material of the lead wire 22 attached to the end of the first electrode 14 and the material of the lead wire 26 attached to the end of the second electrode 18 are the same as those of the first electrode 14 and the second electrode 18. The optimum material may be selected according to the use environment, required characteristics, and the like of the single-chamber fuel cell 10, and is not particularly limited.

【0034】図2に、本実施の形態に係る単室型燃料電
池10の断面模式図を示す。図2において、単室型燃料
電池10の最表面に形成された第2電極18は、多数の
貫通孔18cを備えた多孔質電極になっている。また、
固体酸化物電解質膜16は、斜め方向に成長した柱状結
晶16bの集合体からなり、かつ、各柱状結晶16b間
には所定の間隔を有する隙間が形成された多孔質膜にな
っている。
FIG. 2 is a schematic sectional view of a single-chamber fuel cell 10 according to the present embodiment. In FIG. 2, the second electrode 18 formed on the outermost surface of the single-chamber fuel cell 10 is a porous electrode having a large number of through holes 18c. Also,
The solid oxide electrolyte membrane 16 is an aggregate of columnar crystals 16b grown in an oblique direction, and is a porous film in which gaps having predetermined intervals are formed between the columnar crystals 16b.

【0035】次に、本実施の形態に係る単室型燃料電池
の作用について説明する。所定の温度(600℃〜10
00℃)に加熱された単室型燃料電池10に対して、メ
タン等の炭化水素を含む燃料ガス及び酸素を含む酸化剤
ガスの混合ガスを供給すると、混合ガスの一部は、多孔
質の第2電極18及び多孔質の固体酸化物電解質膜16
を通って、第1電極14側に拡散する。
Next, the operation of the single-chamber fuel cell according to this embodiment will be described. Predetermined temperature (600 ° C-10
When a mixed gas of a fuel gas containing a hydrocarbon such as methane and an oxidizing gas containing oxygen is supplied to the single-chamber fuel cell 10 heated to (00 ° C.), a part of the mixed gas becomes porous. Second electrode 18 and porous solid oxide electrolyte membrane 16
And diffuses to the first electrode 14 side.

【0036】第1電極14には、炭化水素の酸化反応に
対して高活性である材料が用いられているので、第1電
極14の近傍では、混合ガスに含まれる炭化水素の酸化
反応が進行し、雰囲気中の酸素濃度が低下する。一方、
第2電極18には、炭化水素の酸化反応に対して低活性
又は活性のない材料が用いられているので、第2電極1
8の近傍では、雰囲気中の酸素濃度は大きく低下しな
い。
Since the first electrode 14 is made of a material having a high activity with respect to the oxidation reaction of the hydrocarbon, the oxidation reaction of the hydrocarbon contained in the mixed gas proceeds near the first electrode 14. Then, the oxygen concentration in the atmosphere decreases. on the other hand,
Since the second electrode 18 is made of a material having low activity or inactivity with respect to the oxidation reaction of hydrocarbons, the second electrode 1
In the vicinity of 8, the oxygen concentration in the atmosphere does not decrease significantly.

【0037】その結果、第1電極14及び第2電極18
間で酸素濃淡電池が形成され、第2電極18から第1電
極14に向かって酸素イオンを移動させる駆動力が働
く。また、電極間に駆動力が働くことによって、第2電
極18近傍にある酸素が第2電極18において解離して
酸素イオンとなり、生成した酸素イオンが固体酸化物電
解質16を介して第1電極14側にイオン伝導する。こ
れにより、燃料が酸化する際の自由エネルギー変化を電
気エネルギーとして取り出すことができる。
As a result, the first electrode 14 and the second electrode 18
An oxygen concentration cell is formed between them, and a driving force for moving oxygen ions from the second electrode 18 toward the first electrode 14 acts. When a driving force acts between the electrodes, oxygen near the second electrode 18 is dissociated at the second electrode 18 to become oxygen ions, and the generated oxygen ions pass through the solid oxide electrolyte 16 to the first electrode 14. Ion conduction to the side. Thus, a change in free energy when the fuel is oxidized can be extracted as electric energy.

【0038】この時、固体酸化物電解質膜16として、
多孔質膜を用いると、電解質膜内部にある気孔の内表面
及び表面層がイオン伝導パスとして機能する。特に、微
細な柱状組織を有する多孔質膜の場合、各柱状結晶の表
面積を足し合わせれば、全体の表面積は非常に大きくな
る。そのため、緻密な電解質膜の同一表面上に一対の電
極を対向させた従来の単室型燃料電池に比して、イオン
伝導面の面積が著しく増加し、固体酸化物電解質膜16
の電気抵抗を小さくすることができる。
At this time, as the solid oxide electrolyte membrane 16,
When a porous membrane is used, the inner surface and the surface layer of pores inside the electrolyte membrane function as an ion conduction path. In particular, in the case of a porous film having a fine columnar structure, the total surface area becomes extremely large when the surface areas of the columnar crystals are added. Therefore, as compared with a conventional single-chamber fuel cell in which a pair of electrodes face each other on the same surface of a dense electrolyte membrane, the area of the ion conduction surface is significantly increased, and the solid oxide electrolyte membrane 16
Can be reduced in electric resistance.

【0039】さらに、本発明において、第1電極14及
び第2電極18は、固体酸化物電解質膜16の両面に形
成されるので、電極間距離は、膜厚程度まで短縮でき
る。また、第1電極及び第2電極は、他方の電極の制約
を受けることなく、電極面積及び/又は形状を任意に選
択することができる。そのため、単室型燃料電池10の
内部抵抗が小さくなり、大電流が得られる。
Further, in the present invention, since the first electrode 14 and the second electrode 18 are formed on both surfaces of the solid oxide electrolyte film 16, the distance between the electrodes can be reduced to about the film thickness. Further, the first electrode and the second electrode can be arbitrarily selected in electrode area and / or shape without being restricted by the other electrode. Therefore, the internal resistance of the single-chamber fuel cell 10 is reduced, and a large current is obtained.

【0040】また、単室型燃料電池10の内部抵抗が小
さくなることによって、混合ガス中に含まれる炭化水素
の濃度が低い場合であっても、相対的に大きな出力電流
が得られる。そのため、本発明に係る単室型燃料電池を
炭化水素センサに応用すれば、低濃度の炭化水素を高感
度で検出することが可能なセンサを得ることができる。
Further, since the internal resistance of the single-chamber fuel cell 10 is reduced, a relatively large output current can be obtained even when the concentration of the hydrocarbon contained in the mixed gas is low. Therefore, if the single-chamber fuel cell according to the present invention is applied to a hydrocarbon sensor, a sensor capable of detecting low-concentration hydrocarbons with high sensitivity can be obtained.

【0041】次に、本実施の形態に係る単室型燃料電池
の製造方法について説明する。本実施の形態に係る単室
型燃料電池10は、以下の手順により製造することがで
きる。まず、基板12上に、所定の形状を有する第1電
極を形成する。第1電極14の成膜方法は、特に限定さ
れるものではなく、基板12及び第1電極14の材質等
に応じて、種々の方法を用いることができる。例えば、
第1電極14として白金を用いる場合、スパッタリング
法が好適である。
Next, a method for manufacturing the single-chamber fuel cell according to the present embodiment will be described. The single-chamber fuel cell 10 according to the present embodiment can be manufactured by the following procedure. First, a first electrode having a predetermined shape is formed on the substrate 12. The method for forming the first electrode 14 is not particularly limited, and various methods can be used depending on the material of the substrate 12 and the first electrode 14 and the like. For example,
When using platinum as the first electrode 14, a sputtering method is preferable.

【0042】次に、第1電極14の上に、所定の形状を
有する固体酸化物電解質膜16を形成する。固体酸化物
電解質膜16は、多孔質膜である必要があるので、その
材質、形成しようとする微構造等に応じて、最適な成膜
方法を選択することが好ましい。例えば、固体酸化物電
解質膜16として、柱状組織を有する多孔質のYSZ薄
膜を用いる場合、スパッタリング法が好適である。
Next, a solid oxide electrolyte film 16 having a predetermined shape is formed on the first electrode 14. Since the solid oxide electrolyte film 16 needs to be a porous film, it is preferable to select an optimum film formation method according to the material, the microstructure to be formed, and the like. For example, when a porous YSZ thin film having a columnar structure is used as the solid oxide electrolyte film 16, a sputtering method is preferable.

【0043】スパッタリング法を用いてYSZ薄膜を形
成する場合において、成膜条件、特に、基板12の温度
及びガス圧を最適化すると、一方向に成長した微細な柱
状結晶の集合体からなり、かつ、柱状結晶間の隙間の間
隔が柱状結晶の直径の数分の1程度である多孔質膜が得
られる。この場合、柱状結晶の成長方向は、スパッタの
方向を変えることによって任意に制御することができ
る。
When a YSZ thin film is formed by a sputtering method, when the film forming conditions, particularly, the temperature and the gas pressure of the substrate 12 are optimized, the YSZ thin film is formed of an aggregate of fine columnar crystals grown in one direction, and Thus, a porous film is obtained in which the gap between the columnar crystals is about a fraction of the diameter of the columnar crystals. In this case, the growth direction of the columnar crystal can be arbitrarily controlled by changing the direction of sputtering.

【0044】柱状結晶の成長方向は、特に限定されるも
のではなく、垂直方向又は斜め方向のいずれであっても
良い。但し、柱状結晶を膜面に対して垂直方向に成長さ
せると、第2電極18を形成する際に第1電極14と第
2電極18とが短絡するおそれがあるので、柱状結晶
は、斜め方向に成長させるのが好ましい。柱状結晶を斜
め方向に成長させる場合、その成長方向は、成膜が容易
で、かつ、電極間の短絡を防止できる方向であれば良
く、特に限定されるものではないが、膜面から50〜6
0゜の方向が好適である。
The growth direction of the columnar crystal is not particularly limited, and may be either a vertical direction or an oblique direction. However, if the columnar crystal is grown in a direction perpendicular to the film surface, the first electrode 14 and the second electrode 18 may be short-circuited when the second electrode 18 is formed. It is preferable to grow them. When the columnar crystal is grown in an oblique direction, the growth direction is not particularly limited as long as the film can be easily formed and a short-circuit between the electrodes can be prevented. 6
A direction of 0 ° is preferred.

【0045】次に、固体酸化物電解質膜16の上に、所
定の形状を有する第2電極を形成する。第2電極18も
多孔質である必要があるので、その材質、形成しようと
する微構造等に応じて、最適な成膜方法を選択するのが
好ましい。例えば、第2電極18として、孤立した多数
の貫通孔を備えた多孔質の金電極を用いる場合、スパッ
タリング法を用いて固体酸化物電解質膜16の表面に緻
密な膜を形成した後、アニール処理するのが好ましい。
Next, a second electrode having a predetermined shape is formed on the solid oxide electrolyte membrane 16. Since the second electrode 18 also needs to be porous, it is preferable to select an optimal film forming method according to the material, the microstructure to be formed, and the like. For example, when a porous gold electrode having a large number of isolated through holes is used as the second electrode 18, a dense film is formed on the surface of the solid oxide electrolyte film 16 using a sputtering method, and then an annealing process is performed. Is preferred.

【0046】スパッタリング法により形成された金薄膜
に対して、大気中において所定の温度で所定の時間、ア
ニール処理すると、金薄膜中に孤立した多数の貫通孔が
形成された多孔質電極が得られる。貫通孔の数、大きさ
等は、処理条件(特に、処理温度及び処理時間)により
変化するので、アニール処理に際しては、所望の通気性
及び導電性が確保されるように、最適な処理時間を選択
するのが望ましい。
When the gold thin film formed by the sputtering method is annealed in air at a predetermined temperature for a predetermined time, a porous electrode having a large number of isolated through holes formed in the gold thin film is obtained. . The number and size of the through-holes vary depending on the processing conditions (particularly, the processing temperature and the processing time). Therefore, in the annealing process, the optimal processing time is set so that the desired air permeability and conductivity are secured. It is desirable to choose.

【0047】また、固体酸化物電解質膜16が柱状組織
を有する多孔質膜である場合において、スパッタリング
により第2電極18を形成する時には、柱状結晶の成長
方向とは異なる方向からスパッタリングを行うのが好ま
しい。柱状結晶の成長方向と平行な方向から第2電極1
8のスパッタリングを行うと、第2電極18の成分粒子
が柱状結晶の隙間に侵入し、第1電極14と第2電極1
8が短絡するおそれがあるので好ましくない。例えば、
固体酸化物電解質膜16を斜め方向からスパッタリング
する場合、第2電極18は、その逆方向(膜に垂直な面
に対して、鏡像関係にある方向)からスパッタリングを
行うのが好ましい。
In the case where the solid oxide electrolyte film 16 is a porous film having a columnar structure, when forming the second electrode 18 by sputtering, it is preferable to perform sputtering from a direction different from the growth direction of the columnar crystal. preferable. From the direction parallel to the growth direction of the columnar crystal, the second electrode 1
8, the component particles of the second electrode 18 penetrate into the gaps between the columnar crystals, and the first electrode 14 and the second electrode 1
8 is not preferable because it may cause a short circuit. For example,
When the solid oxide electrolyte membrane 16 is sputtered from an oblique direction, it is preferable that the second electrode 18 be sputtered from the opposite direction (a direction in a mirror image with respect to a plane perpendicular to the membrane).

【0048】以上のような手順に従い、基板12上に、
所定の形状を有する第1電極14、固体酸化物電解質膜
16及び第2電極18をこの順で積層した後、第1電極
14及び第2電極18に、それぞれ、リード線22及び
リード線26を取り付けると、本発明に係る単室型燃料
電池10が得られる。
According to the above procedure, on the substrate 12
After laminating a first electrode 14, a solid oxide electrolyte film 16, and a second electrode 18 having a predetermined shape in this order, a lead wire 22 and a lead wire 26 are provided on the first electrode 14 and the second electrode 18, respectively. When attached, a single-chamber fuel cell 10 according to the present invention is obtained.

【0049】この場合、リード線22、26の取り付け
方法は、特に限定されるものではないが、電極成分を含
むペーストを電極に塗布し、ペーストを用いてリード線
22、26を焼き付ける方法が好ましい。
In this case, the method of attaching the lead wires 22 and 26 is not particularly limited, but a method of applying a paste containing an electrode component to the electrode and baking the lead wires 22 and 26 using the paste is preferable. .

【0050】また、ペーストを用いてリード線22を第
1電極14に焼き付ける場合、リード線22の取り付け
場所は、特に限定されるものではなく、第1電極14の
余白部分であれば、いずれの場所であってもかまわな
い。
When the lead wire 22 is baked on the first electrode 14 using a paste, the place where the lead wire 22 is attached is not particularly limited. It can be a place.

【0051】一方、リード線26を第2電極18に焼き
付ける場合、リード線26の焼き付けは、第1電極14
が形成されていない部分で行うのが好ましい。これは、
第2電極18及び固体酸化物電解質膜16がいずれも多
孔質膜であるために、第1電極14が形成されている部
分でリード線26の焼き付けを行うと、第2電極18表
面にペーストを塗布して加熱した時に、ペーストに含ま
れる電極成分が固体酸化物電解質膜16内部を拡散し、
第1電極14と第2電極18とが短絡するおそれがある
ためである。
On the other hand, when the lead wire 26 is baked on the second electrode 18, the lead wire 26 is baked on the first electrode 14.
Is preferably performed in a portion where is not formed. this is,
Since the second electrode 18 and the solid oxide electrolyte film 16 are both porous films, when the lead wire 26 is baked at the portion where the first electrode 14 is formed, the paste is applied to the surface of the second electrode 18. When applied and heated, the electrode components contained in the paste diffuse inside the solid oxide electrolyte membrane 16,
This is because the first electrode 14 and the second electrode 18 may be short-circuited.

【0052】このような方法により得られた単室型燃料
電池10は、電極間距離が膜厚程度まで短縮される。ま
た、固体酸化物電解質膜16の両面に電極が形成される
ので、電極面積を大きく取ることができる。さらに、固
体酸化物電解質膜16が多孔質膜であるので、固体酸化
物電解質膜16内部の気孔の内表面及び表面層が酸素イ
オンのイオン伝導パスとして機能する。特に、固体酸化
物電解質膜16が、微細な柱状組織を有する多孔質膜で
ある場合には、従来の単室型燃料電池に比して、イオン
伝導面積が飛躍的に増大する。そのため、内部抵抗が小
さく、大電流が得られる単室型燃料電池が得られる。
In the single-chamber fuel cell 10 obtained by such a method, the distance between the electrodes is reduced to about the film thickness. In addition, since electrodes are formed on both surfaces of the solid oxide electrolyte membrane 16, the electrode area can be increased. Further, since the solid oxide electrolyte membrane 16 is a porous membrane, the inner surface and surface layer of pores inside the solid oxide electrolyte membrane 16 function as an ion conduction path for oxygen ions. In particular, when the solid oxide electrolyte membrane 16 is a porous membrane having a fine columnar structure, the ion conduction area is dramatically increased as compared with a conventional single-chamber fuel cell. Therefore, a single-chamber fuel cell having a small internal resistance and a large current can be obtained.

【0053】次に、本発明の第2の実施の形態に係る単
室型燃料電池について説明する。図3に、本実施の形態
に係る単室型燃料電池を示す。図3において、単室型燃
料電池30は、第1電極34と、固体酸化物電解質膜3
6と、第2電極38とを備えている。第1電極34上に
は、固体酸化物電解質膜36及び第2電極38がこの順
で積層される。
Next, a single-chamber fuel cell according to a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 shows a single-chamber fuel cell according to the present embodiment. In FIG. 3, the single-chamber fuel cell 30 includes a first electrode 34 and a solid oxide electrolyte membrane 3.
6 and a second electrode 38. On the first electrode 34, a solid oxide electrolyte membrane 36 and a second electrode 38 are stacked in this order.

【0054】初めに、第1電極34について説明する。
第1電極34は、単室型燃料電池30のアノードであ
り、その材質には、炭化水素の酸化反応に対して高い活
性を有するものが用いられる。また、第1電極34は、
アノードであると同時に、固体酸化物電解質膜36及び
第2電極38を支持するための基板としての役割も兼ね
ている。この点が、第1の実施の形態に係る単室型燃料
電池10とは異なる。
First, the first electrode 34 will be described.
The first electrode 34 is the anode of the single-chamber fuel cell 30, and is made of a material having a high activity with respect to the oxidation reaction of hydrocarbons. In addition, the first electrode 34
At the same time as being an anode, it also has a role as a substrate for supporting the solid oxide electrolyte membrane 36 and the second electrode 38. This point is different from the single-chamber fuel cell 10 according to the first embodiment.

【0055】本実施の形態において、第1電極34に
は、炭化水素の酸化反応に対して高い活性を有する触媒
金属と固体酸化物電解質のサーメットが用いられる。第
1電極34の一部を構成する触媒金属としては、具体的
には、ニッケル、白金、パラジウム、ロジウム等が好適
な一例として挙げられる。また、第1電極34の他の一
部を構成する固体酸化物電解質としては、具体的には、
YSZ、カルシア安定化ジルコニア、スカンジア安定化
ジルコニア、セリア、ビスマス酸化物、マグネシア、ア
ルミナ等が好適な一例として挙げられる。
In the present embodiment, a cermet of a catalyst metal and a solid oxide electrolyte having high activity against the oxidation reaction of hydrocarbon is used for the first electrode 34. Specifically, nickel, platinum, palladium, rhodium, and the like are preferable examples of the catalyst metal constituting a part of the first electrode 34. Further, as the solid oxide electrolyte constituting another part of the first electrode 34, specifically,
Preferred examples include YSZ, calcia-stabilized zirconia, scandia-stabilized zirconia, ceria, bismuth oxide, magnesia, and alumina.

【0056】第1電極34に含まれる触媒金属と固体酸
化物電解質の比率は、炭化水素の酸化反応に対する所定
の活性と、所定の電子伝導性が得られるように、触媒金
属及び固体酸化物電解質の材質に応じて選択すればよ
い。例えば、第1電極34として、Ni−YSZサーメ
ットを用いる場合、Niの比率は、40wt%以上80
wt%以下が好ましく、さらに好ましくは60wt%以
上70wt%以下である。
The ratio between the catalyst metal and the solid oxide electrolyte contained in the first electrode 34 is determined so that a predetermined activity for the oxidation reaction of hydrocarbons and a predetermined electron conductivity are obtained. May be selected according to the material of the above. For example, when a Ni-YSZ cermet is used as the first electrode 34, the Ni ratio is 40 wt% or more and 80 wt% or more.
wt% or less, more preferably 60 wt% or more and 70 wt% or less.

【0057】第1電極34は、緻密体であっても良く、
あるいは、多孔体であっても良い。しかしながら、第1
電極34として多孔体を用いると、第1電極34と固体
酸化物電解質膜36との界面への反応ガスの補給が促進
されるので、高出力が得られるという利点がある。
The first electrode 34 may be a dense body,
Alternatively, it may be a porous body. However, the first
When a porous body is used as the electrode 34, the supply of the reaction gas to the interface between the first electrode 34 and the solid oxide electrolyte membrane 36 is promoted, and thus there is an advantage that a high output can be obtained.

【0058】第1電極34として多孔体を用いる場合、
気孔率は、5%以上70%以下が好ましい。気孔率が5
%未満になると、反応ガスの補給を促進さる効果が小さ
くなるので好ましくない。また、気孔率が70%を超え
ると、第1電極34の強度が低下するので好ましくな
い。第1電極34の気孔率は、さらに好ましくは10%
以上50%以下である。
When a porous body is used as the first electrode 34,
The porosity is preferably 5% or more and 70% or less. Porosity of 5
%, It is not preferable because the effect of promoting the supply of the reaction gas is reduced. On the other hand, if the porosity exceeds 70%, the strength of the first electrode 34 decreases, which is not preferable. The porosity of the first electrode 34 is more preferably 10%.
Not less than 50%.

【0059】第1電極34の厚さは、固体酸化物電解質
膜36及び第2電極38を支持できる程度の強度が確保
されるように、単室型燃料電池30の用途、第1電極3
4の材質等に応じて適宜選択すればよい。例えば、第1
電極34として、気孔率25%のNi−YSZサーメッ
トを用いる場合、その厚さは0.05mm以上5mm以
下が好ましく、さらに好ましくは0.1mm以上3mm
以下である。
The thickness of the first electrode 34 is set so that the solid oxide electrolyte membrane 36 and the second electrode 38 can be supported with sufficient strength to support the single-chamber fuel cell 30 and the first electrode 3.
4 may be appropriately selected according to the material or the like. For example, the first
When a Ni-YSZ cermet having a porosity of 25% is used as the electrode 34, its thickness is preferably 0.05 mm or more and 5 mm or less, more preferably 0.1 mm or more and 3 mm or less.
It is as follows.

【0060】なお、図3に示す例において、第1電極3
4は円板状になっているが、第1電極の形状及び面積は
特に限定されるものではなく、第1電極34の材質、単
室型燃料電池30の用途、要求特性等に応じて任意に選
択することができる。
In the example shown in FIG. 3, the first electrode 3
Although 4 has a disk shape, the shape and area of the first electrode are not particularly limited, and are arbitrary depending on the material of the first electrode 34, the use of the single-chamber fuel cell 30, the required characteristics, and the like. Can be selected.

【0061】次に、固体酸化物電解質膜36について説
明する。固体酸化物電解質膜36は、酸素イオン伝導性
を有する材料からなる多孔質膜である。また、本実施の
形態において、固体酸化物電解質膜36は、第1電極3
4の一端に位置する弓形の領域を除いて、第1電極34
の全面に形成されている。固体酸化物電解質膜36が形
成されていない弓形の領域は、第1電極34にリード線
(図示せず)を接合するための領域である。
Next, the solid oxide electrolyte membrane 36 will be described. The solid oxide electrolyte membrane 36 is a porous membrane made of a material having oxygen ion conductivity. Further, in the present embodiment, the solid oxide electrolyte membrane 36 is
4 except for an arcuate region located at one end of the first electrode 34.
Is formed on the entire surface of the substrate. The arc-shaped region where the solid oxide electrolyte film 36 is not formed is a region for joining a lead wire (not shown) to the first electrode 34.

【0062】なお、第1電極34の裏面にリード線を接
合する場合には、第1電極34の全面に固体酸化物電解
質膜36を形成しても良い。また、固体酸化物電解質膜
36のその他の構成については、第1の実施の形態に係
る単室型燃料電池10の固体酸化物電解質16と同一で
あるので、説明を省略する。
When a lead wire is bonded to the back surface of the first electrode 34, a solid oxide electrolyte film 36 may be formed on the entire surface of the first electrode 34. The other configuration of the solid oxide electrolyte membrane 36 is the same as that of the solid oxide electrolyte 16 of the single-chamber fuel cell 10 according to the first embodiment, and a description thereof will be omitted.

【0063】次に、第2電極38について説明する。第
2電極38は、単室型燃料電池30のカソードであり、
その材質には、炭化水素の酸化反応に対して低活性又は
活性を有しない材料が用いられる。また、第2電極38
には、多孔質電極が用いられる。
Next, the second electrode 38 will be described. The second electrode 38 is a cathode of the single-chamber fuel cell 30,
As the material, a material having low activity or no activity with respect to the hydrocarbon oxidation reaction is used. Also, the second electrode 38
, A porous electrode is used.

【0064】本実施の形態において、第2電極38は、
矩形状であり、固体酸化物電解質膜36ほぼ中央に形成
される。また、第2電極38と固体酸化物電解質膜36
の界面の一部には、短絡防止層39が形成される。短絡
防止層39は、第2電極38にリード線(図示せず)を
接合する際に、第2電極38と第1電極36との短絡を
防止するための層である。従って、短絡防止層39は、
少なくともリード線が接合される部分を含む領域に形成
されていればよい。
In the present embodiment, the second electrode 38
It has a rectangular shape and is formed substantially at the center of the solid oxide electrolyte membrane 36. Further, the second electrode 38 and the solid oxide electrolyte membrane 36
A short-circuit prevention layer 39 is formed on a part of the interface. The short circuit prevention layer 39 is a layer for preventing a short circuit between the second electrode 38 and the first electrode 36 when a lead wire (not shown) is joined to the second electrode 38. Therefore, the short-circuit prevention layer 39
It may be formed at least in a region including a portion to which the lead wire is joined.

【0065】短絡防止層39の材質は、電極間の短絡を
防止可能なものであれば良く、リード線の材質、取り付
け方法等に応じて最適な材質を選択すればよい。例え
ば、第2電極38に電極成分を含むペーストを塗布し、
リード線を焼き付ける方法を用いる場合、短絡防止層3
9の材質としては、具体的には、多孔質のアロンセラミ
ックス、アルミナ等が好適な一例として挙げられる。
The material of the short-circuit prevention layer 39 may be any material as long as a short-circuit between the electrodes can be prevented, and an optimum material may be selected according to the material of the lead wire, the mounting method, and the like. For example, a paste containing an electrode component is applied to the second electrode 38,
When the method of baking the lead wire is used, the short-circuit prevention layer 3
Specific examples of the material of No. 9 include porous Aron ceramics, alumina and the like.

【0066】また、短絡防止層39の厚さも同様であ
り、電極間の短絡が生じない厚さであれば良く、リード
線の材質、取り付け方法等に応じて最適な厚さを選択す
ればよい。例えば、短絡防止層39として多孔質のアロ
ンセラミックスを用いる場合、その厚さは、0.5μm
以上500μm以下が好ましく、さらに好ましくは1μ
m以上50μm以下である。
The same applies to the thickness of the short-circuit preventing layer 39, as long as the short-circuit between the electrodes does not occur. The optimum thickness may be selected according to the material of the lead wire, the mounting method, and the like. . For example, when a porous Aron ceramic is used as the short-circuit preventing layer 39, its thickness is 0.5 μm.
Not less than 500 μm, more preferably not more than 1 μm.
m or more and 50 μm or less.

【0067】なお、第2電極38は、固体酸化物電解質
膜36表面の全面に形成されていても良い。また、第2
電極38のその他の構成については、第1の実施の形態
に係る単室型燃料電池10の第2電極18と同一である
ので、説明を省略する。
The second electrode 38 may be formed on the entire surface of the solid oxide electrolyte film 36. Also, the second
The other configuration of the electrode 38 is the same as that of the second electrode 18 of the single-chamber fuel cell 10 according to the first embodiment, and thus the description is omitted.

【0068】次に、本実施の形態に係る単室型燃料電池
30の作用について説明する。本実施の形態に係る単室
型燃料電池30は、多孔質の固体酸化物電解質膜36の
両面に炭化水素の酸化反応に対する活性の異なる第1電
極34及び第2電極38が形成されているので、固体酸
化物電解質膜36の電気抵抗を小さくすることができ、
電極間距離を膜厚程度まで短縮できる。また、第1電極
34及び第2電極38は、他方の電極の制約を受けるこ
となく、電極面積及び/又は形状を任意に選択すること
ができる。そのため、単室型燃料電池30の内部抵抗が
小さくなり、大電流が得られる。
Next, the operation of the single-chamber fuel cell 30 according to the present embodiment will be described. In the single-chamber fuel cell 30 according to the present embodiment, the first electrode 34 and the second electrode 38 having different activities with respect to the oxidation reaction of hydrocarbon are formed on both surfaces of the porous solid oxide electrolyte membrane 36. The electrical resistance of the solid oxide electrolyte membrane 36 can be reduced;
The distance between the electrodes can be reduced to about the film thickness. Further, the first electrode 34 and the second electrode 38 can arbitrarily select the electrode area and / or shape without being restricted by the other electrodes. Therefore, the internal resistance of the single-chamber fuel cell 30 is reduced, and a large current is obtained.

【0069】また、本実施の形態では、第1電極34が
基板を兼ねているので、構造が簡略化され、リード線を
取り付ける位置の選択の自由度も大きい。さらに、第1
電極34として多孔体を用いた場合には、第1電極34
と固体酸化物電解質膜36の界面には、第2電極38側
から拡散してきた反応ガスと、第1電極34側から拡散
してきた反応ガスの双方が供給されるので、燃料ガスの
酸化反応が効率よく進行し、高出力を得ることができ
る。
Further, in this embodiment, since the first electrode 34 also serves as the substrate, the structure is simplified and the degree of freedom in selecting the position where the lead wire is to be attached is large. Furthermore, the first
When a porous body is used as the electrode 34, the first electrode 34
Both the reaction gas diffused from the second electrode 38 side and the reaction gas diffused from the first electrode 34 side are supplied to the interface between the solid oxide electrolyte membrane 36 and the solid oxide electrolyte membrane 36, so that the oxidation reaction of the fuel gas is It can proceed efficiently and obtain a high output.

【0070】なお、本実施の形態に係る単室型燃料電池
30は、常法に従い、触媒金属と固体酸化物電解質から
なるサーメットを作製して第1電極34とした後、上述
した手順に従い、固体酸化物電解質膜36及び第2電極
38を形成することにより、製造することができる。
In the single-chamber fuel cell 30 according to the present embodiment, a cermet composed of a catalyst metal and a solid oxide electrolyte is prepared in the usual manner to form the first electrode 34, and then the above-described procedure is followed. It can be manufactured by forming the solid oxide electrolyte membrane 36 and the second electrode 38.

【0071】[0071]

【実施例】(実施例1)以下の手順に従い、図1に示す
構造を備えた単室型燃料電池10を作製した。まず、ス
パッタリング法を用いて、アルミナ基板(基板12)上
に厚さ400nmのPt電極(第1電極14)を形成し
た。次いで、基板温度:90℃、ガス圧:0.4Paの
条件下でスパッタリングを行うことにより、Pt電極上
に厚さ1μmのYSZ薄膜(固体酸化物電解質膜16)
を形成した。得られたYSZ薄膜は、直径約0.2μm
の柱状結晶が一方向に成長し、かつ、柱状結晶間に隙間
がある多孔質膜であった。
EXAMPLE 1 A single-chamber fuel cell 10 having the structure shown in FIG. 1 was manufactured according to the following procedure. First, a Pt electrode (first electrode 14) having a thickness of 400 nm was formed on an alumina substrate (substrate 12) by using a sputtering method. Then, a 1 μm thick YSZ thin film (solid oxide electrolyte film 16) is formed on the Pt electrode by performing sputtering under the conditions of a substrate temperature: 90 ° C. and a gas pressure: 0.4 Pa.
Was formed. The obtained YSZ thin film has a diameter of about 0.2 μm.
Was grown in one direction, and there was a gap between the columnar crystals.

【0072】次に、スパッタリング法を用いて、YSZ
薄膜上に厚さ200nmのAu薄膜を形成した後、大気
中800℃で1時間アニール処理することにより、多孔
質Au電極(第2電極18)を形成した。さらに、Pt
電極及びAu電極の端部に、それぞれ、Ptペースト及
びAuペーストを塗布し、Pt線(リード線22)及び
Au線(リード線26)を焼き付けた。
Next, YSZ is formed by sputtering.
After forming an Au thin film having a thickness of 200 nm on the thin film, annealing was performed at 800 ° C. for 1 hour in the air to form a porous Au electrode (second electrode 18). Furthermore, Pt
Pt paste and Au paste were applied to the ends of the electrode and the Au electrode, respectively, and a Pt wire (lead wire 22) and an Au wire (lead wire 26) were baked.

【0073】得られた単室型燃料電池10について、出
力特性を評価した。なお、試験条件は、電極面積:0.
045cm、セル温度:600℃とし、反応ガスに
は、メタン:酸素=2:1である混合ガスを用いた。そ
の結果、電流密度60mA/cmの条件下において、
0.89Vの出力電圧が得られた。
The output characteristics of the obtained single-chamber fuel cell 10 were evaluated. The test conditions were as follows: electrode area: 0.
045 cm 2 , cell temperature: 600 ° C., and a mixed gas of methane: oxygen = 2: 1 was used as a reaction gas. As a result, under the condition of a current density of 60 mA / cm 2 ,
An output voltage of 0.89 V was obtained.

【0074】(実施例2)以下の手順に従い、図3に示
す構造を備えた単室型燃料電池30を作製した。まず、
NiO粉末64wt%と8mol%のYを含むY
SZ36wt%とをボールミルで24時間混合した後、
乾燥した。次いで、この混合物をプレス圧20MPaで
プレス成形した後、成形体を大気中において1300
℃、4時間の条件で焼成し、NiOとYSZからなる厚
さ1.5mmの焼結体を得た。さらに、得られた焼結体
をAr+20%H中において、900℃、2時間の条
件で還元処理を行い、電子伝導性を有するNi−YSZ
サーメットを得た。
(Example 2) A single-chamber fuel cell 30 having the structure shown in FIG. 3 was manufactured according to the following procedure. First,
Y containing 64 wt% of NiO powder and 8 mol% of Y 2 O 3
After mixing with SZ36wt% in a ball mill for 24 hours,
Dried. Next, the mixture was press-molded at a press pressure of 20 MPa, and the molded body was subjected to 1300 in air.
The resultant was fired at 4 ° C. for 4 hours to obtain a sintered body of NiO and YSZ having a thickness of 1.5 mm. Further, the obtained sintered body is subjected to a reduction treatment in Ar + 20% H 2 at 900 ° C. for 2 hours to obtain Ni-YSZ having electron conductivity.
I got a cermet.

【0075】次に、このNi−YSZサーメットの表面
に、実施例1と同一の条件下で、厚さ1μmのYSZ薄
膜(固体酸化物電解質膜36)を形成した。次いで、Y
SZ表面の内、リード線取り付け領域に厚さ100μm
のアロンセラミックスをスクリーン印刷法により形成し
た後、この上に、実施例1と同一の条件下で、多孔質A
u電極(第2電極38)を形成した。さらに、Ni−Y
SZサーメット及び多孔質Au電極に、それぞれ、リー
ド線を焼き付けた。
Next, a YSZ thin film (solid oxide electrolyte film 36) having a thickness of 1 μm was formed on the surface of the Ni-YSZ cermet under the same conditions as in Example 1. Then Y
100 μm thick in the lead wire mounting area of the SZ surface
After the Aron ceramics of the above was formed by the screen printing method, the porous A was formed thereon under the same conditions as in Example 1.
A u electrode (second electrode 38) was formed. Furthermore, Ni-Y
Lead wires were baked on the SZ cermet and the porous Au electrode, respectively.

【0076】得られた単室型燃料電池30について、出
力特性を評価した。なお、試験条件は、電極面積:0.
045cm、セル温度:600℃とし、反応ガスに
は、メタン:酸素=2:1である混合ガスを用いた。そ
の結果、電流密度75mA/cmの条件下において、
0.9Vの出力電圧が得られた。
The output characteristics of the obtained single-chamber fuel cell 30 were evaluated. The test conditions were as follows: electrode area: 0.
045 cm 2 , cell temperature: 600 ° C., and a mixed gas of methane: oxygen = 2: 1 was used as a reaction gas. As a result, under the condition of a current density of 75 mA / cm 2 ,
An output voltage of 0.9 V was obtained.

【0077】以上、本発明の実施の形態について詳細に
説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定される
ものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々
の改変が可能である。
Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications are possible without departing from the gist of the present invention. is there.

【0078】例えば、上記第1の実施の形態では、基板
の片面に第1電極、固体酸化物電解質膜及び第2電極か
らなる単室型燃料電池が形成されているが、基板の両面
にそれぞれ単室型燃料電池を形成し、これらを直列又は
並列に接続しても良い。また、基板の形状は、矩形の平
板状に限らず、単室型燃料電池の用途に応じて、円弧
状、円筒状等、種々の形状を用いることができる。
For example, in the first embodiment, a single-chamber fuel cell including the first electrode, the solid oxide electrolyte membrane, and the second electrode is formed on one surface of the substrate. A single-chamber fuel cell may be formed, and these may be connected in series or in parallel. Further, the shape of the substrate is not limited to a rectangular flat plate shape, and various shapes such as an arc shape and a cylindrical shape can be used depending on the use of the single-chamber fuel cell.

【0079】[0079]

【発明の効果】本発明に係る単室型燃料電池は、多孔質
の固体酸化物電解質の両面に第1電極及び第2電極が形
成されるので、電極間距離を短縮でき、かつ、電極面積
を大きく取ることができる。また、固体酸化物電解質膜
が多孔質であることによって、電解質膜内部にある気孔
の表面及び表面層がイオン伝導パスとして機能し、電解
質膜の抵抗が下がる。そのため、単室型燃料電池の内部
抵抗が小さくなり、大電流が得られるという効果があ
る。
In the single-chamber fuel cell according to the present invention, the first electrode and the second electrode are formed on both surfaces of the porous solid oxide electrolyte, so that the distance between the electrodes can be reduced and the electrode area can be reduced. Can be greatly increased. Further, since the solid oxide electrolyte membrane is porous, the surface and the surface layer of the pores inside the electrolyte membrane function as an ion conduction path, and the resistance of the electrolyte membrane is reduced. Therefore, there is an effect that the internal resistance of the single-chamber fuel cell is reduced and a large current is obtained.

【0080】特に、固体酸化物電解質膜として、膜を貫
通する方向に柱状結晶が成長した柱状組織を有し、か
つ、柱状結晶間に隙間が存在する多孔質膜を用いた場合
には、イオン伝導面積が飛躍的に増大するために、内部
抵抗がさらに小さくなり、大電流が得られるという効果
がある。
In particular, when a porous film having a columnar structure in which columnar crystals are grown in a direction penetrating the film and a gap is present between the columnar crystals is used as the solid oxide electrolyte membrane, Since the conduction area is dramatically increased, there is an effect that the internal resistance is further reduced and a large current is obtained.

【0081】また、第1電極で固体酸化物電解質膜及び
第2電極を支持し、かつ、第1電極として多孔体を用い
ると、第1電極と固体酸化物電解質膜の界面への反応ガ
スの供給が促進され、高出力が得られるという効果があ
る。
When the first electrode supports the solid oxide electrolyte membrane and the second electrode, and a porous material is used as the first electrode, the reaction gas flows to the interface between the first electrode and the solid oxide electrolyte membrane. There is an effect that the supply is promoted and a high output is obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 図1(a)は、本発明の第1の実施の形態に
係る単室型燃料電池の平面図であり、図1(b)は、そ
のA−A’線断面図である。
FIG. 1A is a plan view of a single-chamber fuel cell according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line AA ′. .

【図2】 柱状組織を有する固体酸化物電解質膜を備え
た単室型燃料電池の断面模式図である。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a single-chamber fuel cell including a solid oxide electrolyte membrane having a columnar structure.

【図3】 図3(a)は、本発明の第2の実施の形態に
係る単室型燃料電池の平面図であり、図3(b)は、そ
のA−A’線断面図である。
FIG. 3A is a plan view of a single-chamber fuel cell according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the line AA ′. .

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 単室型燃料電池 12 基板 14 第1電極 16 固体酸化物電解質膜 16b 柱状結晶 18 第2電極 30 単室型燃料電池 34 第1電極 36 固体酸化物電解質膜 38 第2電極 Reference Signs List 10 single-chamber fuel cell 12 substrate 14 first electrode 16 solid oxide electrolyte membrane 16b columnar crystal 18 second electrode 30 single-chamber fuel cell 34 first electrode 36 solid oxide electrolyte membrane 38 second electrode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 深野 達雄 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 加藤 直彦 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 山田 勝則 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内 Fターム(参考) 4K029 BA43 BA50 BB07 BD00 CA05 5H018 AA06 AS01 BB01 BB07 CC06 DD08 EE03 EE04 EE12 EE13 5H026 AA06 BB04 CX04 EE02 EE08 EE12 EE13  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Tatsuo Fukano 41-Yokomichi Yokomichi, Nagakute-cho, Aichi-gun, Aichi Prefecture Inside Toyota Central Research Laboratory Co., Ltd. 41, Yokomichi, Toyota Central Research Laboratory Co., Ltd. (72) Inventor Katsunori Yamada 41, Ochi-Cho, Yoji, Nagakute-cho, Aichi-gun, Aichi Prefecture F-term in Toyota Central Research Laboratory Co., Ltd. 4K029 BA43 BA50 BB07 BD00 CA05 5H018 AA06 AS01 BB01 BB07 CC06 DD08 EE03 EE04 EE12 EE13 5H026 AA06 BB04 CX04 EE02 EE08 EE12 EE13

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 炭化水素の酸化反応に対して高活性であ
る第1電極と、 該第1電極上に形成された多孔質の固体酸化物電解質膜
と、 該固体酸化物電解質膜上に形成された、炭化水素の酸化
反応に対して低活性又は活性を有しない多孔質の第2電
極とを備えた単室型燃料電池。
1. A first electrode having a high activity with respect to an oxidation reaction of a hydrocarbon, a porous solid oxide electrolyte film formed on the first electrode, and a first electrode formed on the solid oxide electrolyte film. And a porous second electrode having low activity or no activity with respect to a hydrocarbon oxidation reaction.
【請求項2】 前記第1電極は、多孔体である請求項1
に記載の単室型燃料電池。
2. The method according to claim 1, wherein the first electrode is a porous body.
2. The single-chamber fuel cell according to 1.
【請求項3】 基板をさらに備え、前記第1電極は、前
記基板上に形成されている請求項1に記載の単室型燃料
電池。
3. The single-chamber fuel cell according to claim 1, further comprising a substrate, wherein the first electrode is formed on the substrate.
【請求項4】 前記固体酸化物電解質膜は、膜を貫通す
る方向に柱状結晶が成長した柱状組織を有し、かつ、前
記柱状結晶間に隙間が存在する多孔質膜である請求項
1、2又は3に記載の単室型燃料電池。
4. The solid oxide electrolyte membrane is a porous membrane having a columnar structure in which columnar crystals grow in a direction penetrating the membrane, and wherein a gap exists between the columnar crystals. 4. The single-chamber fuel cell according to 2 or 3.
【請求項5】 前記固体酸化物電解質膜は、スパッタリ
ング法により得られる多孔質膜である請求項4に記載の
単室型燃料電池。
5. The single-chamber fuel cell according to claim 4, wherein the solid oxide electrolyte membrane is a porous membrane obtained by a sputtering method.
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