JP2020149970A - 電気化学セル - Google Patents
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Abstract
Description
燃料電池セル1は、本発明に係る「電気化学セル」の一例である。「電気化学セル」とは、燃料電池セルのほか、水蒸気から水素と酸素を生成するための電解セルをも含む概念である。以下の説明では、燃料電池セルを「セル」と略称する。
流路部材3は、U字状に形成される。流路部材3は、合金部材4の裏面4Tに接合される。流路部材3と合金部材4との間には、流路3Sが形成される。流路3Sは、図示しないマニホールドに繋がる。本実施形態では、マニホールドから流路3Sに燃料ガス(例えば、水素ガス)が供給される。
合金部材4は、第1電極層5、中間層6、電解質層7、反応防止層8、及び第2電極層9を支持する支持体である。本実施形態において、合金部材4は、板状に形成されているが、これに限られない。合金部材4は、例えば、筒状、或いは、箱状など他の形状であってもよい。
第1電極層5は、合金部材4によって支持される。第1電極層5は、電解質層7の合金部材4側に配置される。第1電極層5は、合金部材4の表面4S上に設けられる。第1電極層5は、合金部材4のうち複数の貫通孔4pが設けられた領域を覆うように設けられる。図1において、第1電極層5は、合金部材4の表面上に配置されており、各貫通孔4pに入り込んでいないが、第1電極層5の少なくとも一部は、各貫通孔4pに入り込んでいてもよい。
中間層6は、第1電極層5上に配置される。中間層6は、第1電極層5と電解質層7との間に介挿される。中間層6の厚みは特に制限されないが、例えば1μm〜100μmとすることができる。
電解質層7は、第1電極層5と第2電極層9との間に配置される。本実施形態では、セル1が中間層6及び反応防止層8を有しているため、電解質層7は、中間層6と反応防止層8との間に介挿されている。
反応防止層8は、電解質層7上に配置される。反応防止層8は、電解質層7と第2電極層9との間に介挿される。反応防止層8の厚みは特に制限されないが、例えば1μm〜100μmとすることができる。反応防止層8は、第2電極層9の構成材料と電解質層7の構成材料とが反応して高抵抗層が形成されることを抑制する。
第2電極層9は、電解質層7を基準として、第1電極層5の反対側に配置される。本実施形態では、セル1が反応防止層8を有しているため、第2電極層9は、反応防止層8上に配置される。
まず、流路3Sから各貫通孔4pを介して第1電極層5に燃料ガスを供給し、かつ、第2電極層9に酸化剤ガスを供給しながら、セル1を作動温度(例えば、600℃〜850℃)まで加熱する。すると、第2電極層9においてO2(酸素)がe−(電子)と反応してO2−(酸素イオン)が生成される。生成されたO2−は、電解質層7を通って第1電極層5に移動する。第1電極層5に移動したO2−は、燃料ガスに含まれるH2(水素)と反応して、H2O(水)とe−とが生成される。このような反応によって、第1電極層5と第2電極層9との間に起電力が発生する。
図2は、図1に示した領域Xaを拡大して示す断面図である。
合金部材4を作製するには、クロムめっき法、PVD法、酸化クロムペースト塗布などの各種方法を用いることができる。
本発明は以上の実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない範囲で種々の変形又は変更が可能である。
(実施例1〜13及び比較例1〜3)
以下のように、実施例1〜13及び比較例1〜3に係る燃料電池セル1を作製した。
まず、厚さ0.5mmのステンレス鋼製の基材41を準備して、基材41の表面のうち非介挿部a2を形成する領域以外をマスキングした。
実施例1〜13及び比較例1〜3に係る燃料電池セル1を加熱炉に入れ、室温〜550℃まで昇温速度200℃/hで昇温させる工程と、550℃〜室温まで降温速度200℃/hで降温させる工程とを50回繰り返した。
3 流路部材
4 合金部材
4S 表面
4T 裏面
4p 貫通孔
41 基材
Sa 第1主面
Sb 第2主面
Sc 外周面
Sd 内周面
42 酸化クロム膜
42a 第1部分
a1 介挿部
a2 非介挿部
42b 第2部分
42c 第3部分
42d 第4部分
5 第1電極層
6 中間層
7 電解質層
8 反応防止層
9 第2電極層
Claims (5)
- 合金部材と、
前記合金部材上に配置される素子部と、
を備え、
前記素子部は、
前記合金部材によって支持される第1電極層と、
第2電極層と、
前記第1電極層と第2電極層との間に配置される電解質層と、
を有し、
前記合金部材は、
クロムを含有する合金材料によって構成される基材と、
前記基材の少なくとも一部を覆う酸化クロム膜と、
を有し、
前記酸化クロム膜は、前記基材の第1主面上に形成される第1部分を含み、
前記第1部分は、前記素子部のうち少なくとも前記第1電極層と前記基材との間に介挿される介挿部と、前記素子部と前記基材との間に介挿されない非介挿部とを含み、
前記介挿部の厚みは、前記非介挿部の厚みより薄い、
電気化学セル。 - 前記介挿部は、前記素子部のうち前記第1電極層及び前記電解質層それぞれと前記基材との間に介挿される、
請求項1に記載の電気化学セル。 - 前記合金部材は、前記酸化クロム膜の表面の少なくとも一部を覆う被覆膜を有する、
請求項1又は2に記載の電気化学セル。 - 前記酸化クロム膜は、前記基材の第2主面上に形成される第2部分を含み、
前記第2部分の厚みは、前記非介挿部の厚みより薄い、
請求項1乃至3のいずれかに記載の電気化学セル。 - 前記非介挿部の厚みに対する前記介挿部の厚みの比は、0.1以上0.93以下である、
請求項1乃至4のいずれかに記載の電気化学セル。
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