JP2007227113A - 電気化学反応セル高密度集積用の多孔質支持体、それから構成される電気化学反応セルスタック及び電気化学反応システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】多孔質支持体中に含まれる複数の貫通孔を電気化学反応セルの構造支持体として用いた電気化学反応セル高密度集積用多孔質支持体、該多孔質支持体を用いて電気化学反応単セルを高密度集積した電気化学反応セルスタック、それからなる電気化学反応システム、及びその製造方法。
【効果】単セルの集積体である電気化学反応セルスタックの小型化及び高集積化を同時に達成し得る電気化学反応セル高密度集積用多孔質支持体、電気化学反応セルスタック及び電気化学反応システムを提供できる。
【選択図】図5
Description
(1)電気化学反応セル用の多孔質支持体であって、1)ゲル化剤が形成する三次元網目構造により形状保持された多孔質成形体から構成される、2)電解質層及び電極層をコートするための貫通孔を有する、ことを特徴とする多孔質支持体。
(2)平行に配列した複数の貫通孔を含む、前記(1)に記載の多孔質支持体。
(3)上記ゲル化剤が、寒天、アガロース、カラギーナン、キサンタンガム、ゼラチンから選択される少なくとも一種類以上を含む有機化合物である、前記(1)に記載の多孔質支持体。
(4)上記多孔質支持体が、La,Mg,Ca,Sr,Mn,Co,Feの元素を1種類以上含む空気極用の酸化物、又は燃料極用の固体電解質材料とNi、Cu、Agの少なくとも一種類以上を含む複合体もしくはサーメットを材料とする、前記(1)に記載の多孔質支持体。
(5)上記多孔質支持体が、絶縁性酸化物、又はLa,Cr,Ca,Sr,Ni,Mgの元素を2種類以上含む集電体用の酸化物を材料とする、前記(1)に記載の多孔質支持体。
(6)前記(1)に記載の多孔質支持体において、該多孔質支持体が電極材料からなり、該多孔質支持体に含まれる貫通孔の内壁上に、電解質材料及びもう一方の電極材料の2層が形成されていることを特徴とする電気化学反応セルないし該電気化学反応セルの集積体からなる電気化学反応セルスタック。
(7)前記(1)に記載の多孔質支持体において、該多孔質支持体が、電極材料以外の酸化物からなり、該多孔質支持体に含まれる貫通孔の内壁上に、電極、電解質材料及びもう一方の電極材料の3層が形成されていることを特徴とする電気化学反応セルないし該電気化学反応セルの集積体からなる電気化学反応セルスタック。
(8)上記電解質材料が、Zr,Ce,Mg,Sc,Ti,Al,Y,Ca,Gd,Sm,Ba,La,Sr,Ga,Bi,Nb,Wから選択される2種類以上の元素を含む化合物酸化物である、前記(6)又は(7)に記載の電気化学反応セルないし電気化学反応セルスタック。
(9)上記電極材料が、空気極用の酸化物、又は燃料極用の複合体もしくはサーメットである、前記(6)又は(7)に記載の電気化学反応セルないし電気化学反応セルスタック。
(10)上記電極材料が活性補助材料を含み、該活性補助材料が、Pt,Pd,Ag,Ba,Sr,Ca,Mg,K,Na,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Ti,Al,Ga,Nb,Ta,V,Laの元素を少なくとも一種類以上含む金属、もしくはこれらの元素を一種類以上含む酸化物である、前記(9)に記載の電気化学反応セルないし電気化学反応セルスタック。
(11)前記(6)又は(7)に記載の電気化学セルスタックを構成要素として含むことを特徴とする電気化学反応システム。
(12)電気化学反応セル用の多孔質支持体を製造する方法であって、電極材料もしくは電極材料以外の酸化物粉末とゲル化剤を含有するセラミックスラリーを成形型に鋳込み、ゲル化後、乾燥して成形体とすることを特徴とする多孔質支持体の製造方法。
(13)成形型が有する平行に配列した複数の芯により、平行に配列した複数の貫通孔が形成された成形体を作製する、前記(12)に記載の多孔質支持体の製造方法。
本発明は、電気化学反応セル用の多孔質支持体であって、ゲル化剤が形成する三次元網目構造により成形保持された多孔質成形体から構成され、電解質層及び電極層をコートするための貫通孔を有することを特徴とするものである。本発明では、上記ゲル化剤が、寒天、アガロース、カラギーナン、キサンタンガム、ゼラチンから選ばれる少なくとも一種類以上を含む有機化合物であること、また、上記多孔質支持体が、平行に配列した複数の貫通孔を含むこと、を好ましい実施態様としている。
(1)本発明の多孔質支持体は、ゲル化剤が形成する三次元網目構造を利用して、多孔質形状と複数の貫通孔を同時に達成することができるため、電解質と電極材料の積層構造となる電気化学反応セルの集積化を容易にできるという利点がある。
(2)本発明により、複数の電気化学反応セルを容易に集積化できる多孔質支持体を提供することができる。
(3)単セルを集積した集積体である電気化学反応セルスタックの小型化及び高集積化を同時に達成した電気化学反応システムを提供することができる。
(4)本発明では、孔径1.0mm以下のサブミリ径の管状構造の電気化学反応セルを多孔質支持体の貫通孔の内壁に形成したので、従来のチューブ状セルに見られるようなセル強度の問題から限度があった高気孔率化を容易に達成することが可能である。
(5)多孔質支持体が空気極材料で構成される場合、また、燃料極材料で構成される場合でも、高い気孔率を有する電気化学反応セルスタックの基本骨格を形成することができるので、小型で高性能の電気化学反応セルスタックを容易に構築することができる。
(6)電気化学反応セルを集積した電気化学反応セルスタックを複数組み合わせることにより発電装置等の電気化学反応システムを構築することができる。
マンガン酸ランタン粉末20重量部、セルロース系高分子3重量部に対し、水9重量部を加えて混練し、押出成形法により貫通孔を有する成形体を得た。保冷庫にて乾燥後、成形体中に含まれるセルロース系高分子は13重量%であった。これを、空気中、1300℃で焼成することにより得られたマンガン酸ランタンセラミックスの気孔率は16%であった。
Claims (13)
- 電気化学反応セル用の多孔質支持体であって、(1)ゲル化剤が形成する三次元網目構造により形状保持された多孔質成形体から構成される、(2)電解質層及び電極層をコートするための貫通孔を有する、ことを特徴とする多孔質支持体。
- 平行に配列した複数の貫通孔を含む、請求項1に記載の多孔質支持体。
- 上記ゲル化剤が、寒天、アガロース、カラギーナン、キサンタンガム、ゼラチンから選択される少なくとも一種類以上を含む有機化合物である、請求項1に記載の多孔質支持体。
- 上記多孔質支持体が、La,Mg,Ca,Sr,Mn,Co,Feの元素を1種類以上含む空気極用の酸化物、又は燃料極用の固体電解質材料とNi、Cu、Agの少なくとも一種類以上を含む複合体もしくはサーメットを材料とする、請求項1に記載の多孔質支持体。
- 上記多孔質支持体が、絶縁性酸化物、又はLa,Cr,Ca,Sr,Ni,Mgの元素を2種類以上含む集電体用の酸化物を材料とする、請求項1に記載の多孔質支持体。
- 請求項1に記載の多孔質支持体において、該多孔質支持体が電極材料からなり、該多孔質支持体に含まれる貫通孔の内壁上に、電解質材料及びもう一方の電極材料の2層が形成されていることを特徴とする電気化学反応セルないし該電気化学反応セルの集積体からなる電気化学反応セルスタック。
- 請求項1に記載の多孔質支持体において、該多孔質支持体が、電極材料以外の酸化物からなり、該多孔質支持体に含まれる貫通孔の内壁上に、電極、電解質材料及びもう一方の電極材料の3層が形成されていることを特徴とする電気化学反応セルないし該電気化学反応セルの集積体からなる電気化学反応セルスタック。
- 上記電解質材料が、Zr,Ce,Mg,Sc,Ti,Al,Y,Ca,Gd,Sm,Ba,La,Sr,Ga,Bi,Nb,Wから選択される2種類以上の元素を含む化合物酸化物である、請求項6又は7に記載の電気化学反応セルないし電気化学反応セルスタック。
- 上記電極材料が、空気極用の酸化物、又は燃料極用の複合体もしくはサーメットである、請求項6又は7に記載の電気化学反応セルないし電気化学反応セルスタック。
- 上記電極材料が活性補助材料を含み、該活性補助材料が、Pt,Pd,Ag,Ba,Sr,Ca,Mg,K,Na,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Ti,Al,Ga,Nb,Ta,V,Laの元素を少なくとも一種類以上含む金属、もしくはこれらの元素を一種類以上含む酸化物である、請求項9に記載の電気化学反応セルないし電気化学反応セルスタック。
- 請求項6又は7に記載の電気化学セルスタックを構成要素として含むことを特徴とする電気化学反応システム。
- 電気化学反応セル用の多孔質支持体を製造する方法であって、電極材料もしくは電極材料以外の酸化物粉末とゲル化剤を含有するセラミックスラリーを成形型に鋳込み、ゲル化後、乾燥して成形体とすることを特徴とする多孔質支持体の製造方法。
- 成形型が有する平行に配列した複数の芯により、平行に配列した複数の貫通孔が形成された成形体を作製する、請求項12に記載の多孔質支持体の製造方法。
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