JP2018532891A - 電極支持管状固体酸化物型電気化学セル - Google Patents
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Abstract
【選択図】図1
Description
「著作権者 ロー・エミッション・リソーシズ・コーポレーション、2015、無断複写・複製・転載を禁ず。」
N2+3H2→2NH3
現代のアンモニア生成プラントでは、窒素供給物は通常は大気から得られるが、水素供給物は、前述したように炭素質供給原料の触媒蒸気改質から得られるのが一般的である。実際には、このプロセスの実施には、水素が使用できようになる前に水素を分離して精製するなどの様々な他のステップが必要である。
Claims (29)
- 管状固体酸化物型電気化学セルであって、
管状に構成された第1の多孔質電極であり、固体酸化物電解質物質と第1の電気化学的活性物質とからなる第1の混合イオン/電子伝導性複合材料を含む第1の多孔質電極と、
第1の多孔質電極の表面の少なくとも一部に薄層として配置され、前記固体酸化物電解質物質を含む電解質と、
前記電解質の表面の少なくとも一部に配置された第2の多孔質電極であり、前記固体酸化物電解質物質と第2の電気化学的活性物質とからなる第2の混合イオン/電子伝導性複合材料を含む第2の多孔質電極とを備える管状固体酸化物型電気化学セル。 - 請求項1の管状固体酸化物型電気化学セルにおいて、前記固体酸化物電解質物質が、プロトン伝導材料を含む管状固体酸化物型電気化学セル。
- 請求項1の管状固体酸化物型電気化学セルにおいて、前記固体酸化物電解質物質が酸素イオン伝導物質を含む管状固体酸化物型電気化学セル。
- 請求項1の管状固体酸化物型電気化学セルにおいて、前記固体酸化物電解質物質が、ペロブスカイト、蛍石、パイロクロア及びブラウンミルライトからなるグループから選択された材料を含む管状固体酸化物型電気化学セル。
- 請求項1の管状固体酸化物型電気化学セルにおいて、前記固体酸化物電解質物質が、一般式ABO3を有するペロブスカイト材料を含み、その式中、Aは、1価、2価及び3価の金属カチオン及びそれらの組み合わせからなるグループから選択され、Bは、5価、4価及び3価の金属カチオン及びそれらの組み合わせからなるグループから選択される管状固体酸化物型電気化学セル。
- 請求項1の管状固体酸化物型電気化学セルにおいて、前記固体酸化物電解質物質が、一般式MO2を有する蛍石材料を含み、その式中、Mは、2価及び3価の金属カチオン及びそれらの組み合わせからなるグループから選択される管状固体酸化物型電気化学セル。
- 請求項1の管状固体酸化物型電気化学セルにおいて、第1の多孔質電極が、前記固体酸化物電解質物質の少なくとも約70重量%を構成する管状固体酸化物型電気化学セル。
- 請求項1の管状固体酸化物型電気化学セルにおいて、第1の電気化学的活性物質が、Sc、Ti、Zn、Sr、Y、Zr、Au、Bi、Pb、Co、Pt、Ru、Pd、Ni、Cu、Ag、W、Os、Rh、Ir、Cr、Fe、Mo、V、Re、Mn、Nb、Ta及びそれらの酸化物、合金、並びにそれらの組み合わせからなるグループから選択される管状固体酸化物型電気化学セル。
- 請求項1の管状固体酸化物型電気化学セルにおいて、第2の多孔質電極が、前記固体酸化物電解質物質の少なくとも約70重量%を構成する管状固体酸化物型電気化学セル。
- 請求項1の管状固体酸化物型電気化学セルにおいて、第2の電気化学的活性物質が、Sc、Ti、Zn、Sr、Y、Zr、Au、Bi、Pb、Co、Pt、Ru、Pd、Ni、Cu、Ag、W、Os、Rh、Ir、Cr、Fe、Mo、V、Re、Mn、Nb、Ta及びそれらの酸化物、合金、並びにそれらの組み合わせからなるグループから選択される管状固体酸化物型電気化学セル。
- 請求項1の管状固体酸化物型電気化学セルにおいて、第1の混合イオン/電子伝導性複合材料と第2の混合イオン/電子伝導性複合材料とは同じである管状固体酸化物型電気化学セル。
- 請求項1の管状固体酸化物型電気化学セルにおいて、第1の多孔質電極は、約5mm乃至約50mmの範囲内の平均厚さを有する管状固体酸化物型電気化学セル。
- 請求項1の管状固体酸化物型電気化学セルにおいて、前記電解質の前記薄層が、約5ミクロン乃至約100ミクロンの範囲内の平均厚さを有する管状固体酸化物型電気化学セル。
- 請求項1の管状固体酸化物型電気化学セルにおいて、第2の多孔質電極は、約5ミクロン乃至約100ミクロンの範囲内の平均厚さを有する管状固体酸化物型電気化学セル。
- 請求項1の管状固体酸化物型電気化学セルにおいて、前記管状形状は、円形、半円形、楕円形、正方形、長方形、台形、三角形及び星形からなるグループから選択される断面形状を有する管状固体酸化物型電気化学セル。
- 請求項1の管状固体酸化物型電気化学セルにおいて、第1の混合イオン/電子伝導性複合材料と第2の混合イオン/電子伝導性複合材料とのそれぞれは、前記固体酸化物電解質の熱膨張係数の約10%以内の熱膨張係数を有する管状固体酸化物型電気化学セル。
- 管状固体酸化物型電気化学セルであって、この管状固体酸化物型電気化学セルは、
電極生地を管状形状に押し出して第1の電極を形成し、その電極生地は、固体酸化物電解質物質、第1の電気化学的活性物質、炭素系細孔形成物質、バインダー及び溶媒を含む段階と、
前記押し出された第1の電極を焼結して前記炭素系細孔形成物質を焼失させて、第1の電極に複数の細孔を形成する段階と、
前記焼結された第1の電極の表面の少なくとも一部に電解質を形成し、その電解質は前記固体酸化物電解質物質の薄層を含む段階と、
前記電解質の表面の少なくとも一部に第2の電極を形成し、この第2の電極は、前記固体酸化物電解質物質と第2の電気化学的活性物質とを含む段階とからなる方法によって製造される管状固体酸化物型電気化学セル。 - 請求項17の管状固体酸化物型電気化学セルにおいて、第1の電気化学的活性物質と第2の電気化学的活性物質とが同じである管状固体酸化物型電気化学セル。
- 請求項17の管状固体酸化物型電気化学セルにおいて、前記電解質を形成することが、
前記焼結された第1の電極の前記表面の少なくとも一部に電解質スラリーを被覆し、この電解質スラリーは前記固体酸化物電解質物質と第2の溶媒とを含み、
被覆された電解質を乾燥させて焼結することを含む管状固体酸化物型電気化学セル。 - 請求項17の管状固体酸化物型電気化学セルにおいて、第2の電極を形成することが、
前記電解質の前記表面の少なくとも一部に電極スラリーを被覆し、この電極スラリーは、前記固体酸化物電解質物質、第2の電気化学的活性物質、第2の炭素系細孔形成物質、及び第3の溶媒を含み、
被覆された第2の電極を乾燥させて焼結して第2の炭素系細孔形成物質を焼失させて、第2の電極に複数の細孔を形成することを含む管状固体酸化物型電気化学セル。 - 管状固体酸化物型電気化学セルを製造する方法であって、
固体酸化物電解質物質、第1の電気化学的活性物質、第1の炭素系細孔形成物質、第1のバインダー及び第1の溶媒を含む電極生地を形成し、
前記電極生地を管状形状に押し出して第1の電極を形成し、
前記押し出された第1の電極を焼結し、
前記固体酸化物電解質物質と第2の溶媒とを含む電解質スラリーを形成し、
前記焼結された第1電極の表面の少なくとも一部に前記電解質スラリーを被覆し、
電解質被覆を焼結し、
前記固体酸化物電解質物質、第2の電気化学的活性物質、第2の炭素系細孔形成物質、及び第3の溶媒を含む電極スラリーを形成し、
前記焼結された電解質の表面の少なくとも一部に前記電極スラリーを被覆し、及び、
電極被覆を焼結することを含む方法。 - 請求項21の方法において、前記電極生地を形成することは、
前記固体酸化物電解質物質、第1の電気化学的活性物質、及び第1の炭素系細孔形成物質を混合して粉砕して、成分の粉砕混合物を形成し、
前記成分の粉砕混合物を乾燥させ、
第1のバインダー及び第1の溶媒を前記乾燥させた成分の粉砕混合物に添加することを含む方法。 - 請求項21の方法において、前記電極生地が、分散剤、ポリマー、架橋剤、開始剤、触媒、可塑剤、粘度調整剤、綿状体(flocculent)、及び潤滑剤からなるグループから選択された少なくとも1つの構成要素を更に含む方法。
- 請求項21の方法において、前記電極生地が、約30体積%乃至約70体積%の固体成分を含む方法。
- 請求項21の方法において、前記押し出された第1の電極を焼結することが、
約800℃から約1600℃の間の設定温度まで徐々に加熱し、及び、
前記設定温度で最大約12時間に亘って保持することを含む方法。 - 請求項21の方法において、前記電解質スラリーが、第2のバインダー、分散剤、ポリマー、架橋剤、開始剤、触媒、及び可塑剤からなるグループから選択された少なくとも1つの構成要素を更に含む方法。
- 請求項21の方法において、前記電解質スラリーが、約10体積%乃至約30体積%の固体成分を含む方法。
- 請求項21の方法において、前記電極スラリーが、分散剤、ポリマー、架橋剤、開始剤、触媒、及び可塑剤からなるグループから選択された少なくとも1つの構成要素を更に含む方法。
- 請求項21の方法において、前記電極スラリーが、約10体積%乃至約30体積%の固体成分を含む方法。
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