JP2020155337A - Electrochemical cell - Google Patents

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Abstract

To prevent the removal of a cell body from a metal support.SOLUTION: An electrochemical cell 1 comprises a cell body and a metal support 4. The cell body has a first electrode layer 5, a second electrode layer, and an electrolyte layer 7. The electrolyte layer 7 is disposed between the first electrode layer 5 and the second electrode layer. The metal support 4 supports the cell body. The metal support 4 has a supporting surface 42, a supply hole 41, and a protrusion 43. The supporting surface 42 supports the cell body. The supply hole 41 is opened on the supporting surface 42. The protrusion 43 protrudes from a corner formed by the supporting surface 42 and an inner wall surface of the supply hole 41. The protrusion 43 extends inside the cell body part.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、電気化学セルに関する。 The present invention relates to an electrochemical cell.

燃料電池などの電気化学セルにおいて、金属支持体によってセル本体部を支持する構造が知られている。例えば、特許文献1に開示された電気化学セルは、金属支持体上に、電極層、中間層、電解質層、反応防止層、及び対極電極層対向がこの順で積層されている。金属支持体は、電極層へ気体を供給するために、貫通孔を有している。 In an electrochemical cell such as a fuel cell, a structure in which a cell body is supported by a metal support is known. For example, in the electrochemical cell disclosed in Patent Document 1, an electrode layer, an intermediate layer, an electrolyte layer, a reaction prevention layer, and a counter electrode layer facing each other are laminated in this order on a metal support. The metal support has through holes for supplying gas to the electrode layer.

国際公開第2018/181926号International Publication No. 2018/181926

金属支持体はセル本体部と熱膨張率が異なるため、電気化学セルの運転及び停止のくり返しなどによって、金属支持体上に形成された電極層が金属支持体から剥離するおそれがあるという問題がある。 Since the metal support has a coefficient of thermal expansion different from that of the cell body, there is a problem that the electrode layer formed on the metal support may be peeled off from the metal support due to repeated operation and stop of the electrochemical cell. is there.

そこで、本発明の課題は、金属支持体からのセル本体部の剥離を抑制することにある。 Therefore, an object of the present invention is to suppress peeling of the cell body from the metal support.

本発明のある側面に係る電気化学セルは、セル本体部と、金属支持体と、を備えている。セル本体部は、第1電極層、第2電極層、及び電解質層を有する。電解質層は、第1電極層と第2電極層との間に配置される。金属支持体は、セル本体部を支持する。金属支持体は、支持面、供給孔、及び突起部を有する。支持面は、セル本体部を支持する。供給孔は、支持面に開口する。突起部は、支持面と供給孔の内壁面とがなす角部から突出している。突起部は、セル本体部内を延びる。 The electrochemical cell according to a certain aspect of the present invention includes a cell body and a metal support. The cell body has a first electrode layer, a second electrode layer, and an electrolyte layer. The electrolyte layer is arranged between the first electrode layer and the second electrode layer. The metal support supports the cell body. The metal support has a support surface, supply holes, and protrusions. The support surface supports the cell body. The supply hole opens in the support surface. The protrusion protrudes from the corner formed by the support surface and the inner wall surface of the supply hole. The protrusion extends inside the cell body.

この構成によれば、金属支持体の突起部がセル本体部内を延びているため、金属支持体とセル本体部との接合強度が向上し、金属支持体からセル本体部が剥離することを抑制することができる。また、この突起部は、供給孔の内壁面と支持面との角部から突出している。セル本体部は、この角部を起点として金属支持体から剥離しやすいため、突起部が角部から突出することにより、セル本体部の剥離をより抑制することができる。 According to this configuration, since the protrusion of the metal support extends inside the cell body, the joint strength between the metal support and the cell body is improved, and the cell body is prevented from peeling off from the metal support. can do. Further, this protrusion protrudes from the corner between the inner wall surface of the supply hole and the support surface. Since the cell main body is easily peeled off from the metal support starting from this corner, the peeling of the cell main body can be further suppressed by the protrusion protruding from the corner.

好ましくは、突起部は、支持面が向く方向に延びる。 Preferably, the protrusions extend in the direction the support surface faces.

好ましくは、セル本体部の少なくとも一部は、供給孔内に入り込んでいる。この構成によれば、セル本体部と金属支持体との接合強度をより向上させることができる。 Preferably, at least a part of the cell body is in the supply hole. According to this configuration, the joint strength between the cell body and the metal support can be further improved.

好ましくは、突起部は、供給孔内に入り込んだセル本体部内を延びる。 Preferably, the protrusion extends within the cell body that has entered the supply hole.

好ましくは、第1電極層は、金属支持体の支持面上に配置される。 Preferably, the first electrode layer is arranged on the support surface of the metal support.

好ましくは、第1電極層は、金属支持体を向く面の反対側の面に形成される凹部を有する。凹部は、第1電極層の厚さ方向視において供給孔と重複する。この構成によれば、供給孔から供給されたガスが第1電極層の面内方向に広がりやすくなる。 Preferably, the first electrode layer has recesses formed on the surface opposite the surface facing the metal support. The recess overlaps with the supply hole in the thickness direction of the first electrode layer. According to this configuration, the gas supplied from the supply hole tends to spread in the in-plane direction of the first electrode layer.

好ましくは、第1電極層はアノードとして機能し、第2電極層はカソードとして機能する。 Preferably, the first electrode layer functions as an anode and the second electrode layer functions as a cathode.

好ましくは、電解質層は、酸素イオン伝導性を有する。 Preferably, the electrolyte layer has oxygen ion conductivity.

好ましくは、電解質層は、水酸化物イオン伝導性を有する。 Preferably, the electrolyte layer has hydroxide ion conductivity.

本発明によれば、金属支持体からのセル本体部の剥離を抑制することができる。 According to the present invention, peeling of the cell body from the metal support can be suppressed.

第1実施形態に係る燃料電池セルの構成を示す断面図。The cross-sectional view which shows the structure of the fuel cell which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る燃料電池セルの詳細を示す拡大断面図。An enlarged cross-sectional view showing the details of the fuel cell according to the first embodiment. 第1実施形態に係る燃料電池セルにおけるガスの流れを模式的に示す図。The figure which shows typically the flow of the gas in the fuel cell which concerns on 1st Embodiment. 第2実施形態に係る燃料電池セルの構成を示す断面図。The cross-sectional view which shows the structure of the fuel cell which concerns on 2nd Embodiment. 第2実施形態に係る燃料電池セルの詳細を示す拡大断面図。The enlarged sectional view which shows the detail of the fuel cell which concerns on 2nd Embodiment. 第2実施形態に係る燃料電池セルにおけるガスの流れを模式的に示す図。The figure which shows typically the flow of the gas in the fuel cell which concerns on 2nd Embodiment. 第1及び第2実施形態の変形例に係る燃料電池セルの詳細を示す拡大断面図。The enlarged sectional view which shows the detail of the fuel cell which concerns on the modification of 1st and 2nd Embodiment. 第1及び第2実施形態の変形例に係る燃料電池セルの詳細を示す拡大断面図。The enlarged sectional view which shows the detail of the fuel cell which concerns on the modification of 1st and 2nd Embodiment. 第1及び第2実施形態の変形例に係る燃料電池セルの詳細を示す拡大断面図。The enlarged sectional view which shows the detail of the fuel cell which concerns on the modification of 1st and 2nd Embodiment. 第1及び第2実施形態の変形例に係る燃料電池セルの詳細を示す拡大断面図。The enlarged sectional view which shows the detail of the fuel cell which concerns on modification of 1st and 2nd Embodiment. 第1実施形態の変形例に係る燃料電池セルの構成を示す断面図。The cross-sectional view which shows the structure of the fuel cell which concerns on the modification of 1st Embodiment.

1.第1実施形態
[固体酸化物形燃料電池セル]
固体酸化物形燃料電池セル1は、O2−(酸素イオン)をキャリアとする。固体酸化物形燃料電池セル1は、本発明に係る「電気化学セル」の一例である。以下の説明では、固体酸化物形燃料電池セルを「セル」と略称する。
1. 1. 1st Embodiment [Solid oxide fuel cell]
The solid oxide fuel cell 1 uses O 2- (oxygen ion) as a carrier. The solid oxide fuel cell 1 is an example of the "electrochemical cell" according to the present invention. In the following description, the solid oxide fuel cell is abbreviated as "cell".

図1は、第1実施形態に係るセル1の構成を示す断面図である。セル1は、セル本体部10と、金属支持体4とを備える。また、セル1は、流路部材3をさらに備えている。セル本体部10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を有する。 FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of the cell 1 according to the first embodiment. The cell 1 includes a cell main body 10 and a metal support 4. Further, the cell 1 further includes a flow path member 3. The cell body 10 has a first electrode layer 5, an intermediate layer 6, an electrolyte layer 7, a reaction prevention layer 8, and a second electrode layer 9.

[流路部材3]
流路部材3は、金属支持体4に接合される。流路部材3は、流路31を有する。流路31は、流路部材3の金属支持体4と対向する面に形成されている。本実施形態では、流路部材3の上面に流路31が形成されている。流路31は、金属支持体4に向かって開口している。流路31は、図示しないマニホールドなどに繋がる。本実施形態では、流路31に燃料ガス(例えば、水素ガス)が供給される。
[Flow path member 3]
The flow path member 3 is joined to the metal support 4. The flow path member 3 has a flow path 31. The flow path 31 is formed on a surface of the flow path member 3 facing the metal support 4. In the present embodiment, the flow path 31 is formed on the upper surface of the flow path member 3. The flow path 31 opens toward the metal support 4. The flow path 31 is connected to a manifold (not shown) or the like. In this embodiment, fuel gas (for example, hydrogen gas) is supplied to the flow path 31.

流路部材3は、例えば、合金材料によって構成することができる。流路部材3は、金属支持体4と同様の材料によって形成されていてもよい。 The flow path member 3 can be made of, for example, an alloy material. The flow path member 3 may be made of the same material as the metal support 4.

[金属支持体4]
金属支持体4は、セル本体部10を支持する。本実施形態において、金属支持体4は、板状に形成されているが、これに限られない。金属支持体4は、例えば、筒状、或いは、箱状などの他の形状であってもよい。
[Metal support 4]
The metal support 4 supports the cell body 10. In the present embodiment, the metal support 4 is formed in a plate shape, but the metal support 4 is not limited to this. The metal support 4 may have other shapes such as a tubular shape or a box shape.

金属支持体4は、複数の供給孔41、及び支持面42を有している。金属支持体4の支持面42は、セル本体部10を支持している。なお、本実施形態では、金属支持体4の上面が支持面42である。 The metal support 4 has a plurality of supply holes 41 and a support surface 42. The support surface 42 of the metal support 4 supports the cell body 10. In this embodiment, the upper surface of the metal support 4 is the support surface 42.

複数の供給孔41は、金属支持体4のうち第1電極層5に接合される領域に形成されている。供給孔41は、支持面42に開口している。詳細には、供給孔41は、金属支持体4を厚さ方向に貫通している。供給孔41は、流路部材3の流路31と連通している。 The plurality of supply holes 41 are formed in a region of the metal support 4 to be joined to the first electrode layer 5. The supply hole 41 is open to the support surface 42. Specifically, the supply hole 41 penetrates the metal support 4 in the thickness direction. The supply hole 41 communicates with the flow path 31 of the flow path member 3.

流路31を流れる燃料ガスは、供給孔41を介して、第1電極層5に供給される。この供給孔41内にセル本体部10の少なくとも一部が入り込んでいる。詳細には、セル本体部10の第1電極層5の一部が供給孔41内に入り込んでいる。 The fuel gas flowing through the flow path 31 is supplied to the first electrode layer 5 through the supply hole 41. At least a part of the cell body 10 is inserted into the supply hole 41. Specifically, a part of the first electrode layer 5 of the cell main body 10 has entered the supply hole 41.

供給孔41は、機械加工(例えば、パンチング加工)、レーザ加工、或いは、化学加工(例えば、エッチング加工)などによって形成することができる。供給孔41は、例えば、金属支持体4の厚さ方向視において、円形状である。また、金属支持体4は、ガス透過性を持たせるために、多孔質金属を用いることもできる。 The supply hole 41 can be formed by machining (for example, punching), laser processing, or chemical processing (for example, etching). The supply hole 41 has, for example, a circular shape in the thickness direction of the metal support 4. Further, the metal support 4 may use a porous metal in order to have gas permeability.

金属支持体4は、板状に形成される。金属支持体4は、平板状であってもよいし、曲板状であってもよい。金属支持体4は、セル1の強度を保つことができればよく、その厚みは特に制限されないが、例えば0.1mm〜2.0mmとすることができる。 The metal support 4 is formed in a plate shape. The metal support 4 may have a flat plate shape or a curved plate shape. The thickness of the metal support 4 is not particularly limited as long as it can maintain the strength of the cell 1, but can be, for example, 0.1 mm to 2.0 mm.

金属支持体4は、金属材料によって構成されている。例えば、金属支持体4は、Cr(クロム)を含有する合金材料によって構成される。このような金属材料としては、Fe−Cr系合金鋼(ステンレス鋼など)やNi−Cr系合金鋼などを用いることができる。金属支持体4におけるCrの含有率は特に制限されないが、4〜30質量%とすることができる。 The metal support 4 is made of a metal material. For example, the metal support 4 is made of an alloy material containing Cr (chromium). As such a metal material, Fe—Cr based alloy steel (stainless steel or the like), Ni—Cr based alloy steel, or the like can be used. The Cr content in the metal support 4 is not particularly limited, but may be 4 to 30% by mass.

金属支持体4は、Ti(チタン)やAl(アルミニウム)を含有していてもよい。金属支持体4におけるTiの含有率は特に制限されないが、0.01〜1.0at.%とすることができる。金属支持体4におけるAlの含有率は特に制限されないが、0.01〜0.4at.%とすることができる。金属支持体4は、TiをTiO(チタニア)として含有していてもよいし、AlをAl(アルミナ)として含有していてもよい。 The metal support 4 may contain Ti (titanium) or Al (aluminum). The content of Ti in the metal support 4 is not particularly limited, but 0.01 to 1.0 at. Can be%. The content of Al in the metal support 4 is not particularly limited, but 0.01 to 0.4 at. Can be%. The metal support 4 may contain Ti as TiO 2 (titania) or Al as Al 2 O 3 (alumina).

金属支持体4は、表面に酸化クロム膜を有していてもよい。酸化クロム膜は、金属支持体4の表面のうち少なくとも一部を覆う。酸化クロム膜は、金属支持体4の表面のうち少なくとも一部を覆っていればよいが、表面の略全面を覆っていてもよい。また、酸化クロム膜は、供給孔41の内壁面を覆っていてもよい。 The metal support 4 may have a chromium oxide film on its surface. The chromium oxide film covers at least a part of the surface of the metal support 4. The chromium oxide film may cover at least a part of the surface of the metal support 4, but may cover substantially the entire surface. Further, the chromium oxide film may cover the inner wall surface of the supply hole 41.

酸化クロム膜は、酸化クロムを主成分として含有する。本実施形態において、組成物Xが物質Yを「主成分として含む」とは、組成物X全体のうち、物質Yが70重量%以上を占めることを意味する。酸化クロム膜の厚みは特に制限されないが、例えば0.1〜20μmとすることができる。 The chromium oxide film contains chromium oxide as a main component. In the present embodiment, the phrase "the composition X contains the substance Y as a main component" means that the substance Y accounts for 70% by weight or more of the entire composition X. The thickness of the chromium oxide film is not particularly limited, but can be, for example, 0.1 to 20 μm.

[第1電極層5]
第1電極層5は、金属支持体4によって支持される。詳細には、第1電極層5は、金属支持体4の支持面42上に配置される。第1電極層5は、金属支持体4のうち複数の供給孔41が設けられた領域を覆うように設けられる。
[First electrode layer 5]
The first electrode layer 5 is supported by the metal support 4. Specifically, the first electrode layer 5 is arranged on the support surface 42 of the metal support 4. The first electrode layer 5 is provided so as to cover a region of the metal support 4 in which a plurality of supply holes 41 are provided.

図2に示すように、第1電極層5の一部は、供給孔41に入り込んでいる。特に限定されるものではないが、この供給孔41に入り込んだ第1電極層5の高さh1は、0.5〜50μm程度である。なお、この第1電極層5の高さh1は、支持面42からの距離である。 As shown in FIG. 2, a part of the first electrode layer 5 has entered the supply hole 41. Although not particularly limited, the height h1 of the first electrode layer 5 that has entered the supply hole 41 is about 0.5 to 50 μm. The height h1 of the first electrode layer 5 is a distance from the support surface 42.

第1電極層5は、多孔質であることが好ましい。第1電極層5の気孔率は特に制限されないが、例えば20%〜70%とすることができる。第1電極層5の厚さは特に制限されないが、例えば1μm〜100μmとすることができる。 The first electrode layer 5 is preferably porous. The porosity of the first electrode layer 5 is not particularly limited, but can be, for example, 20% to 70%. The thickness of the first electrode layer 5 is not particularly limited, but may be, for example, 1 μm to 100 μm.

本実施形態において、第1電極層5には燃料ガス(例えば、水素ガス)が供給され、第1電極層5は、アノード(燃料極)として機能する。第1電極層5は、NiO−GDC(ガドリニウムドープセリア)、Ni−GDC、NiO−YSZ(イットリア安定化ジルコニア))、Ni−YSZ、CuO−CeO、Cu−CeOなどの複合材料によって構成することができる。 In the present embodiment, a fuel gas (for example, hydrogen gas) is supplied to the first electrode layer 5, and the first electrode layer 5 functions as an anode (fuel electrode). The first electrode layer 5 is composed of a composite material such as NiO-GDC (gadolinium-doped ceria), Ni-GDC, NiO-YSZ (yttria-stabilized zirconia), Ni-YSZ, CuO-CeO 2 , and Cu-CeO 2. can do.

第1電極層5の形成方法は特に制限されず、焼成法、スプレーコーティング法(溶射法、エアロゾルデポジション法、エアロゾルガスデポジッション法、パウダージェットデポジッション法、パーティクルジェットデポジション法、コールドスプレー法など)、PVD法(スパッタリング法、パルスレーザーデポジション法など)、CVD法などにより形成することができる。また、第1電極層5は、金属支持体4の支持面42上に形成される。 The method for forming the first electrode layer 5 is not particularly limited, and is a firing method, a spray coating method (spattering method, aerosol deposition method, aerosol gas deposition method, powder jet deposit method, particle jet deposition method, cold spray method). Etc.), PVD method (sputtering method, pulse laser deposition method, etc.), CVD method, etc. Further, the first electrode layer 5 is formed on the support surface 42 of the metal support 4.

[中間層6]
図1に示すように、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の厚さは特に制限されないが、例えば1μm〜100μmとすることができる。
[Mesosphere 6]
As shown in FIG. 1, the intermediate layer 6 is arranged on the first electrode layer 5. The intermediate layer 6 is interposed between the first electrode layer 5 and the electrolyte layer 7. The thickness of the intermediate layer 6 is not particularly limited, but can be, for example, 1 μm to 100 μm.

中間層6は、酸化物イオン(酸素イオン)伝導性を有することが好ましい。中間層6は、電子伝導性を有することがより好ましい。中間層6は、YSZ、GDC、SSZ(スカンジウム安定化ジルコニア)、SDC(サマリウム・ドープ・セリア)などによって構成することができる。中間層6の形成方法は特に制限されず、焼成法、スプレーコーティング法、PVD法、CVD法などにより形成することができる。 The intermediate layer 6 preferably has oxide ion (oxygen ion) conductivity. It is more preferable that the intermediate layer 6 has electron conductivity. The intermediate layer 6 can be composed of YSZ, GDC, SSZ (scandium-stabilized zirconia), SDC (samarium-doped ceria), or the like. The method for forming the intermediate layer 6 is not particularly limited, and the intermediate layer 6 can be formed by a firing method, a spray coating method, a PVD method, a CVD method, or the like.

[電解質層7]
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、セル本体部10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。
[Electrolyte layer 7]
The electrolyte layer 7 is arranged between the first electrode layer 5 and the second electrode layer 9. In the present embodiment, since the cell body 10 has the intermediate layer 6 and the reaction prevention layer 8, the electrolyte layer 7 is interposed between the intermediate layer 6 and the reaction prevention layer 8.

本実施形態において、電解質層7は、第1電極層5全体を覆うように形成されており、電解質層7の外縁は、金属支持体4の支持面42に接合されている。これにより、第1電極層5に供給される燃料ガスと第2電極層9に供給される酸化剤ガスとの混合を抑制できるため、金属支持体4と電解質層7との間を別途封止する必要がない。 In the present embodiment, the electrolyte layer 7 is formed so as to cover the entire first electrode layer 5, and the outer edge of the electrolyte layer 7 is joined to the support surface 42 of the metal support 4. As a result, mixing of the fuel gas supplied to the first electrode layer 5 and the oxidant gas supplied to the second electrode layer 9 can be suppressed, so that the metal support 4 and the electrolyte layer 7 are separately sealed. You don't have to.

電解質層7は、酸化物イオン伝導性を有する。具体的には、電解質層7は、酸素イオン伝導性を有する。電解質層7は、酸化剤ガスと燃料ガスとの混合を抑制できる程度のガスバリア性を有する。電解質層7は、複層構造であってもよいが、少なくとも1つの層が緻密層であることが好ましい。緻密層の気孔率は、10%以下が好ましく、5%以下がより好ましく、2%以下が更に好ましい。電解質層7の厚さは特に制限されないが、例えば1μm〜10μmとすることができる。 The electrolyte layer 7 has oxide ion conductivity. Specifically, the electrolyte layer 7 has oxygen ion conductivity. The electrolyte layer 7 has a gas barrier property that can suppress the mixing of the oxidizing agent gas and the fuel gas. The electrolyte layer 7 may have a multi-layer structure, but it is preferable that at least one layer is a dense layer. The porosity of the dense layer is preferably 10% or less, more preferably 5% or less, still more preferably 2% or less. The thickness of the electrolyte layer 7 is not particularly limited, but can be, for example, 1 μm to 10 μm.

電解質層7は、YSZ、GDC、SSZ、SDC、LSGMなどによって構成することができる。電解質層7の形成方法は特に制限されず、焼成法、スプレーコーティング法、PVD法、CVD法などにより形成することができる。 The electrolyte layer 7 can be composed of YSZ, GDC, SSZ, SDC, LSGM and the like. The method for forming the electrolyte layer 7 is not particularly limited, and the electrolyte layer 7 can be formed by a firing method, a spray coating method, a PVD method, a CVD method, or the like.

[反応防止層8]
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の厚さ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。
[Reaction prevention layer 8]
The reaction prevention layer 8 is arranged on the electrolyte layer 7. The reaction prevention layer 8 is interposed between the electrolyte layer 7 and the second electrode layer 9. The thickness of the reaction prevention layer 8 is not particularly limited, but can be, for example, 1 μm to 100 μm. The reaction prevention layer 8 suppresses the reaction between the constituent material of the second electrode layer 9 and the constituent material of the electrolyte layer 7 to form a high resistance layer.

反応防止層8は、GDC、SDCなどのセリア系材料によって構成することができる。反応防止層8の形成方法は特に制限されず、焼成法、スプレーコーティング法、PVD法、CVD法などにより形成することができる。 The reaction prevention layer 8 can be made of a ceria-based material such as GDC or SDC. The method for forming the reaction prevention layer 8 is not particularly limited, and the reaction prevention layer 8 can be formed by a firing method, a spray coating method, a PVD method, a CVD method, or the like.

[第2電極層9]
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。
[Second electrode layer 9]
The second electrode layer 9 is arranged on the opposite side of the first electrode layer 5 with reference to the electrolyte layer 7. In the present embodiment, since the cell 1 has the reaction prevention layer 8, the second electrode layer 9 is arranged on the reaction prevention layer 8.

第2電極層9は、多孔質であることが好ましい。第2電極層9の気孔率は特に制限されないが、例えば20%〜70%とすることができる。第2電極層9の厚さは特に制限されないが、例えば1μm〜100μmとすることができる。 The second electrode layer 9 is preferably porous. The porosity of the second electrode layer 9 is not particularly limited, but can be, for example, 20% to 70%. The thickness of the second electrode layer 9 is not particularly limited, but can be, for example, 1 μm to 100 μm.

本実施形態において、第2電極層9には酸化剤ガス(例えば、空気)が供給され、第2電極層9は、カソード(空気極)として機能する。第2電極層9は、LSCF、LSF、LSC、LNF、LSMなどによって構成することができる。特に、第2電極層9は、La、Sr、Sm、Mn、CoおよびFeからなる群から選ばれる2種類以上の元素を含有するペロブスカイト型酸化物を含んでいることが好ましい。 In the present embodiment, an oxidizing agent gas (for example, air) is supplied to the second electrode layer 9, and the second electrode layer 9 functions as a cathode (air electrode). The second electrode layer 9 can be composed of LSCF, LSF, LSC, LNF, LSM and the like. In particular, the second electrode layer 9 preferably contains a perovskite-type oxide containing two or more kinds of elements selected from the group consisting of La, Sr, Sm, Mn, Co and Fe.

第2電極層9の形成方法は特に制限されず、焼成法、スプレーコーティング法、PVD法、CVD法などにより形成することができる。第2電極層9の形成方法は特に制限されず、焼成法、スプレーコーティング法、PVD法、CVD法などにより形成することができる。 The method for forming the second electrode layer 9 is not particularly limited, and the second electrode layer 9 can be formed by a firing method, a spray coating method, a PVD method, a CVD method, or the like. The method for forming the second electrode layer 9 is not particularly limited, and the second electrode layer 9 can be formed by a firing method, a spray coating method, a PVD method, a CVD method, or the like.

[金属支持体の供給孔周りの詳細な構成]
図2に示すように、金属支持体4は、複数の突起部43を有している。この突起部43は、支持面42と供給孔41の内壁面とがなす角部から突出している。そして、突起部43は、セル本体部10内を延びている。詳細には、突起部43は、第1電極層5内を延びている。突起部43は、支持面42が向く方向に延びている。すなわち、突起部43は、図2の上方に延びている。突起部43の高さh2は、特に限定されるものではないが、例えば、1〜50μm程度である。
[Detailed configuration around the supply hole of the metal support]
As shown in FIG. 2, the metal support 4 has a plurality of protrusions 43. The protrusion 43 protrudes from a corner formed by the support surface 42 and the inner wall surface of the supply hole 41. The protrusion 43 extends within the cell body 10. Specifically, the protrusion 43 extends within the first electrode layer 5. The protrusion 43 extends in the direction in which the support surface 42 faces. That is, the protrusion 43 extends upward in FIG. The height h2 of the protrusion 43 is not particularly limited, but is, for example, about 1 to 50 μm.

突起部43は、供給孔41の外周縁に沿って連続して形成されていてもよいし、断続的に形成されていてもよい。突起部43は、断面形状において、先端に向かって細くなるように形成されている。この突起部43は、例えば、所望の突起形状が付与された金型によりプレス加工することによって形成することができる。 The protrusion 43 may be formed continuously along the outer peripheral edge of the supply hole 41, or may be formed intermittently. The protrusion 43 is formed so as to be tapered toward the tip in the cross-sectional shape. The protrusion 43 can be formed, for example, by pressing with a die having a desired protrusion shape.

第1電極層5は、第1主面51と、第2主面52を有している。第1主面51は、金属支持体4を向く面である。すなわち、第1主面51は、金属支持体4の支持面42と接合する面である。本実施形態では、第1主面51は、第1電極層5の下面である。 The first electrode layer 5 has a first main surface 51 and a second main surface 52. The first main surface 51 is a surface facing the metal support 4. That is, the first main surface 51 is a surface that joins with the support surface 42 of the metal support 4. In the present embodiment, the first main surface 51 is the lower surface of the first electrode layer 5.

第2主面52は、第1主面51の反対側の面である。すなわち、第2主面52は、電解質層7を向く面である。なお、第2主面52は、中間層6と接合している。本実施形態では、第2主面52は、第1電極層5の上面である。 The second main surface 52 is a surface opposite to the first main surface 51. That is, the second main surface 52 is a surface facing the electrolyte layer 7. The second main surface 52 is joined to the intermediate layer 6. In the present embodiment, the second main surface 52 is the upper surface of the first electrode layer 5.

第1電極層5は、複数の凹部53を有している。凹部53は、第1電極層5の第2主面52に形成されている。凹部53は、第1電極層5の厚さ方向視(図2の上下方向視)において、供給孔41と重複している。すなわち、凹部53は、供給孔41の直上に配置されている。 The first electrode layer 5 has a plurality of recesses 53. The recess 53 is formed on the second main surface 52 of the first electrode layer 5. The recess 53 overlaps with the supply hole 41 in the thickness direction of the first electrode layer 5 (vertical view in FIG. 2). That is, the recess 53 is arranged directly above the supply hole 41.

凹部53の深さdは、特に限定されるものではないが、例えば、0.5〜50μm程度である。また、凹部53は、外周縁から中央部に向かって徐々に深くなっている。凹部53は、最も深い部分から外周縁に向かう斜面を有している。 The depth d of the recess 53 is not particularly limited, but is, for example, about 0.5 to 50 μm. Further, the recess 53 gradually becomes deeper from the outer peripheral edge toward the central portion. The recess 53 has a slope from the deepest portion toward the outer peripheral edge.

このように、供給孔41の直上に凹部53が配置されているため、図3に示すように、供給孔41から第1電極層5に供給されたガス(例えば燃料ガス)は、凹部53にガイドされて第1電極層5の面内方向に広がりやすい。このため、供給孔41直上以外の部分の界面にもガスが供給されやすくなる。なお、図3の矢印は、ガスの流れを模式的に表したものである。 Since the recess 53 is arranged directly above the supply hole 41 in this way, as shown in FIG. 3, the gas (for example, fuel gas) supplied from the supply hole 41 to the first electrode layer 5 enters the recess 53. It is easily guided and spreads in the in-plane direction of the first electrode layer 5. Therefore, the gas is likely to be supplied to the interface of the portion other than directly above the supply hole 41. The arrows in FIG. 3 schematically represent the flow of gas.

[セル1の動作]
まず、流路31から各供給孔41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O(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H(水素)と反応して、HO(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。
[Operation of cell 1]
First, while supplying fuel gas from the flow path 31 to the first electrode layer 5 through each supply hole 41 and supplying the oxidant gas to the second electrode layer 9, the cell 1 is operated at an operating temperature (for example, 600). (° C. to 850 ° C.). Then, in the second electrode layer 9, O 2 (oxygen) reacts with e (electrons) to generate O 2- (oxygen ions). The generated O 2- move to the first electrode layer 5 through the electrolyte layer 7. The O 2- that has moved to the first electrode layer 5 reacts with H 2 (hydrogen) contained in the fuel gas to generate H 2 O (water) and e . By such a reaction, an electromotive force is generated between the first electrode layer 5 and the second electrode layer 9.

2.第2実施形態
[固体アルカリ形燃料電池セル]
固体アルカリ形燃料電池セル1は、OH(水酸化物イオン)をキャリアとするアルカリ形燃料電池(AFC)の一種である。固体アルカリ形燃料電池セル11は、本発明に係る「電気化学セル」の一例である。以下の説明では、固体アルカリ形燃料電池セルを「セル」と略称する。
2. 2. 2nd Embodiment [Solid alkaline fuel cell]
The solid alkaline fuel cell 1 is a type of alkaline fuel cell (AFC) having OH (hydroxide ion) as a carrier. The solid alkaline fuel cell 11 is an example of the "electrochemical cell" according to the present invention. In the following description, the solid alkaline fuel cell is abbreviated as "cell".

図4は、第2実施形態に係るセル11の構成を示す断面図である。セル11は、セル本体部110と、金属支持体14とを備える。また、セル11は、流路部材13をさらに備えている。セル本体部110は、第1電極層15、電解質層17、及び第2電極層19を有する。 FIG. 4 is a cross-sectional view showing the configuration of the cell 11 according to the second embodiment. The cell 11 includes a cell body 110 and a metal support 14. Further, the cell 11 further includes a flow path member 13. The cell body 110 has a first electrode layer 15, an electrolyte layer 17, and a second electrode layer 19.

[流路部材13]
流路部材13は、金属支持体14に接合される。流路部材13は、流路131を有する。流路131は、流路部材13の金属支持体14と対向する面に形成されている。本実施形態では、流路部材13の上面に流路131が形成されている。流路131は、金属支持体14に向かって開口している。流路131は、図示しないマニホールドなどに繋がる。本実施形態では、流路131に燃料が供給される。
[Flow path member 13]
The flow path member 13 is joined to the metal support 14. The flow path member 13 has a flow path 131. The flow path 131 is formed on a surface of the flow path member 13 facing the metal support 14. In the present embodiment, the flow path 131 is formed on the upper surface of the flow path member 13. The flow path 131 opens toward the metal support 14. The flow path 131 is connected to a manifold (not shown) or the like. In this embodiment, fuel is supplied to the flow path 131.

流路部材13は、例えば、合金材料によって構成することができる。流路部材13は、金属支持体14と同様の材料によって形成されていてもよい。 The flow path member 13 can be made of, for example, an alloy material. The flow path member 13 may be made of the same material as the metal support 14.

[金属支持体14]
金属支持体14は、セル本体部110を支持する。本実施形態において、金属支持体14は、板状に形成されているが、これに限られない。金属支持体14は、例えば、筒状、或いは、箱状などの他の形状であってもよい。
[Metal support 14]
The metal support 14 supports the cell body 110. In the present embodiment, the metal support 14 is formed in a plate shape, but the metal support 14 is not limited to this. The metal support 14 may have other shapes such as a tubular shape or a box shape.

金属支持体14は、複数の供給孔141、及び支持面142を有している。金属支持体14の支持面142は、セル本体部110を支持している。なお、本実施形態では、金属支持体14の上面が支持面142である。 The metal support 14 has a plurality of supply holes 141 and a support surface 142. The support surface 142 of the metal support 14 supports the cell body 110. In this embodiment, the upper surface of the metal support 14 is the support surface 142.

複数の供給孔141は、金属支持体14のうち第1電極層15に接合される領域に形成されている。供給孔141は、支持面142に開口している。詳細には、供給孔141は、金属支持体14を厚さ方向に貫通している。供給孔141は、流路部材13の流路131と連通している。 The plurality of supply holes 141 are formed in the region of the metal support 14 to be joined to the first electrode layer 15. The supply hole 141 is open to the support surface 142. Specifically, the supply hole 141 penetrates the metal support 14 in the thickness direction. The supply hole 141 communicates with the flow path 131 of the flow path member 13.

流路131を流れる燃料は、供給孔141を介して、第1電極層15に供給される。この供給孔141内にセル本体部110の少なくとも一部が入り込んでいる。詳細には、セル本体部110の第1電極層15の一部が供給孔141内に入り込んでいる。 The fuel flowing through the flow path 131 is supplied to the first electrode layer 15 through the supply hole 141. At least a part of the cell main body 110 is inserted in the supply hole 141. Specifically, a part of the first electrode layer 15 of the cell main body 110 has entered the supply hole 141.

供給孔141は、機械加工(例えば、パンチング加工)、レーザ加工、或いは、化学加工(例えば、エッチング加工)などによって形成することができる。供給孔141は、例えば、金属支持体14の厚さ方向視において、円形状である。また、金属支持体14は、多孔質金属を用いることもできる。 The supply hole 141 can be formed by machining (for example, punching), laser processing, or chemical processing (for example, etching). The supply hole 141 has, for example, a circular shape in the thickness direction of the metal support 14. Further, as the metal support 14, a porous metal can also be used.

金属支持体14は、板状に形成される。金属支持体14は、平板状であってもよいし、曲板状であってもよい。金属支持体14は、セル11の強度を保つことができればよく、その厚みは特に制限されないが、例えば0.1mm〜2.0mmとすることができる。 The metal support 14 is formed in a plate shape. The metal support 14 may have a flat plate shape or a curved plate shape. The thickness of the metal support 14 is not particularly limited as long as it can maintain the strength of the cell 11, but can be, for example, 0.1 mm to 2.0 mm.

金属支持体14は、金属材料によって構成されている。例えば、金属支持体14は、Cr(クロム)を含有する合金材料によって構成される。このような金属材料としては、Fe−Cr系合金鋼(ステンレス鋼など)やNi−Cr系合金鋼などを用いることができる。金属支持体14におけるCrの含有率は特に制限されないが、4〜30質量%とすることができる。 The metal support 14 is made of a metal material. For example, the metal support 14 is made of an alloy material containing Cr (chromium). As such a metal material, Fe—Cr based alloy steel (stainless steel or the like), Ni—Cr based alloy steel, or the like can be used. The content of Cr in the metal support 14 is not particularly limited, but may be 4 to 30% by mass.

金属支持体14は、Ti(チタン)やAl(アルミニウム)を含有していてもよい。金属支持体14におけるTiの含有率は特に制限されないが、0.01〜1.0at.%とすることができる。金属支持体14におけるAlの含有率は特に制限されないが、0.01〜0.4at.%とすることができる。金属支持体14は、TiをTiO(チタニア)として含有していてもよいし、AlをAl(アルミナ)として含有していてもよい。 The metal support 14 may contain Ti (titanium) or Al (aluminum). The content of Ti in the metal support 14 is not particularly limited, but 0.01 to 1.0 at. Can be%. The content of Al in the metal support 14 is not particularly limited, but 0.01 to 0.4 at. Can be%. The metal support 14 may contain Ti as TiO 2 (titania) or Al as Al 2 O 3 (alumina).

金属支持体14は、表面に酸化クロム膜を有していてもよい。酸化クロム膜は、金属支持体14の表面のうち少なくとも一部を覆う。酸化クロム膜は、金属支持体14の表面のうち少なくとも一部を覆っていればよいが、表面の略全面を覆っていてもよい。また、酸化クロム膜は、供給孔141の内壁面を覆っていてもよい。 The metal support 14 may have a chromium oxide film on its surface. The chromium oxide film covers at least a part of the surface of the metal support 14. The chromium oxide film may cover at least a part of the surface of the metal support 14, but may cover substantially the entire surface. Further, the chromium oxide film may cover the inner wall surface of the supply hole 141.

酸化クロム膜は、酸化クロムを主成分として含有する。本実施形態において、組成物Xが物質Yを「主成分として含む」とは、組成物X全体のうち、物質Yが70重量%以上を占めることを意味する。酸化クロム膜の厚みは特に制限されないが、例えば0.1〜20μmとすることができる。 The chromium oxide film contains chromium oxide as a main component. In the present embodiment, the phrase "the composition X contains the substance Y as a main component" means that the substance Y accounts for 70% by weight or more of the entire composition X. The thickness of the chromium oxide film is not particularly limited, but can be, for example, 0.1 to 20 μm.

[第1電極層15]
第1電極層15は、金属支持体14によって支持される。詳細には、第1電極層15は、金属支持体14の支持面142上に配置される。第1電極層15は、金属支持体14のうち複数の供給孔141が設けられた領域を覆うように設けられる。
[First electrode layer 15]
The first electrode layer 15 is supported by the metal support 14. Specifically, the first electrode layer 15 is arranged on the support surface 142 of the metal support 14. The first electrode layer 15 is provided so as to cover the region of the metal support 14 in which the plurality of supply holes 141 are provided.

図5に示すように、第1電極層15の一部は、供給孔141に入り込んでいる。特に限定されるものではないが、この供給孔141に入り込んだ第1電極層15の高さh1は、0.5〜50μm程度である。なお、この第1電極層15の高さh1は、支持面142からの距離である。 As shown in FIG. 5, a part of the first electrode layer 15 has entered the supply hole 141. Although not particularly limited, the height h1 of the first electrode layer 15 that has entered the supply hole 141 is about 0.5 to 50 μm. The height h1 of the first electrode layer 15 is a distance from the support surface 142.

第1電極層15は、多孔質であることが好ましい。第1電極層15の気孔率は特に制限されないが、例えば20%〜70%とすることができる。第1電極層15の厚さは特に制限されないが、例えば1μm〜100μmとすることができる。 The first electrode layer 15 is preferably porous. The porosity of the first electrode layer 15 is not particularly limited, but can be, for example, 20% to 70%. The thickness of the first electrode layer 15 is not particularly limited, but may be, for example, 1 μm to 100 μm.

第1電極層15は、一般的に燃料極と呼ばれるアノードである。本実施形態において、第1電極層15には水素原子(H)を含む燃料が供給される。水素原子を含む燃料は、第1電極層15において水酸化物イオン(OH)と反応可能な燃料化合物を含んでいればよく、液体燃料及び気体燃料のいずれの形態であってもよい。 The first electrode layer 15 is an anode generally called a fuel electrode. In the present embodiment, the first electrode layer 15 is supplied with fuel containing a hydrogen atom (H). The fuel containing a hydrogen atom may contain a fuel compound capable of reacting with hydroxide ions (OH ) in the first electrode layer 15, and may be in the form of either a liquid fuel or a gaseous fuel.

燃料化合物としては、例えば、(i)ヒドラジン(NHNH)、水加ヒドラジン(NHNH・HO)、炭酸ヒドラジン((NHNHCO)、硫酸ヒドラジン(NHNH・HSO)、モノメチルヒドラジン(CHNHNH)、ジメチルヒドラジン((CHNNH、CHNHNHCH)、及びカルボンヒドラジド((NHNHCO)等のヒドラジン類、(ii)尿素(NHCONH)、(iii)アンモニア(NH)、(iv)イミダゾール、1,3,5−トリアジン、3−アミノ−1,2,4−トリアゾール等の複素環類化合物、(v)ヒドロキシルアミン(NHOH)、硫酸ヒドロキシルアミン(NHOH・HSO)等のヒドロキシルアミン類、及びこれらの組合せが挙げられる。これらの燃料化合物のうち炭素を含まない化合物(すなわち、ヒドラジン、水加ヒドラジン、硫酸ヒドラジン、アンモニア、ヒドロキシルアミン、硫酸ヒドロキシルアミン等)は、一酸化炭素による触媒被毒の問題が無いため特に好適である。 Examples of the fuel compound include (i) hydrazine (NH 2 NH 2 ), hydrated hydrazine (NH 2 NH 2 · H 2 O), hydrazine carbonate ((NH 2 NH 2 ) 2 CO 2 ), and hydrazine sulfate (NH). 2 NH 2 · H 2 SO 4 ), monomethylhydrazine (CH 3 NHNH 2 ), dimethylhydrazine ((CH 3 ) 2 NNH 2 , CH 3 NHNHCH 3 ), and hydrazines such as carboxylic hydrazine ((NHNH 2 ) 2 CO). Kind, (ii) urea (NH 2 CONH 2 ), (iii) ammonia (NH 3 ), (iv) imidazole, 1,3,5-triazine, 3-amino-1,2,4-triazole and other heterocycles. Examples thereof include hydroxylamines such as (v) hydroxylamine (NH 2 OH) and hydroxylamine sulfate (NH 2 OH · H 2 SO 4 ), and combinations thereof. Of these fuel compounds, carbon-free compounds (ie, hydrazine, hydrated hydrazine, hydrazine sulfate, ammonia, hydroxylamine, hydroxylamine sulfate, etc.) are particularly suitable because they do not have the problem of catalyst poisoning by carbon monoxide. is there.

燃料化合物は、そのまま燃料として用いてもよいが、水及び/又はアルコール(例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノールなどの低級アルコール等)に溶解させた溶液として用いてもよい。例えば、上記燃料化合物のうち、ヒドラジン、水化ヒドラジン、モノメチルヒドラジン及びジメチルヒドラジンは液体であるので、そのまま液体燃料として使用可能である。また、炭酸ヒドラジン、硫酸ヒドラジン、カルボンヒドラジド、尿素、イミダゾール、及び3−アミノ−1,2,4−トリアゾール、及び硫酸ヒドロキシルアミンは固体であるが水に可溶である。1,3,5−トリアジン及びヒドロキシルアミンは固体であるがアルコールに可溶である。アンモニアは気体であるが水に可溶である。このように、固体の燃料化合物は、水又はアルコールに溶解させて液体燃料として使用可能である。燃料化合物を水及び/又はアルコールに溶解させて用いる場合、溶液中の燃料化合物の濃度は、例えば30〜99.9重量%であり、好ましくは66〜99.9重量%である。 The fuel compound may be used as it is as a fuel, or may be used as a solution dissolved in water and / or an alcohol (for example, a lower alcohol such as methanol, ethanol, propanol or isopropanol). For example, among the above fuel compounds, hydrazine, hydrated hydrazine, monomethylhydrazine and dimethylhydrazine are liquids and can be used as they are as liquid fuels. In addition, hydrazine carbonate, hydrazine sulfate, carboxylic hydrazine, urea, imidazole, and 3-amino-1,2,4-triazole, and hydroxylamine sulfate are solid but soluble in water. 1,3,5-triazine and hydroxylamine are solid but soluble in alcohol. Ammonia is a gas but soluble in water. As described above, the solid fuel compound can be dissolved in water or alcohol and used as a liquid fuel. When the fuel compound is dissolved in water and / or alcohol and used, the concentration of the fuel compound in the solution is, for example, 30 to 99.9% by weight, preferably 66 to 99.9% by weight.

また、メタノール、エタノール等のアルコール類やエーテル類を含む炭化水素系液体燃料、メタン等の炭化水素系ガス、或いは純水素などは、そのまま燃料として用いることができる。特に、本実施形態に係るセル10に用いられる燃料としては、メタノールが好適である。メタノールは、気体状態、液体状態、及び、気液混合状態のいずれであってもよい。 Further, a hydrocarbon-based liquid fuel containing alcohols such as methanol and ethanol and ethers, a hydrocarbon-based gas such as methane, or pure hydrogen can be used as it is as a fuel. In particular, methanol is suitable as the fuel used in the cell 10 according to the present embodiment. Methanol may be in a gaseous state, a liquid state, or a gas-liquid mixed state.

第1電極層15は、AFCに使用される公知のアノード触媒を含むものであればよく、特に限定されない。アノード触媒の例としては、Pt、Ni、Co、Fe、Ru、Sn、及びPd等の金属触媒が挙げられる。金属触媒は、カーボン等の担体に担持されるのが好ましいが、金属触媒の金属原子を中心金属とする有機金属錯体の形態としてもよく、この有機金属錯体を担体として担持されていてもよい。また、アノード触媒の表面には多孔質材料等で構成された拡散層を配置してもよい。第1電極層15及びそれを構成する触媒の好ましい例としては、ニッケル、コバルト、銀、白金担持カーボン(Pt/C)、白金ルテニウム担持カーボン(PtRu/C)、パラジウム担持カーボン(Pd/C)、ロジウム担持カーボン(Rh/C)、ニッケル担持カーボン(Ni/C)、銅担持カーボン(Cu/C)、及び銀担持カーボン(Ag/C)が挙げられる。 The first electrode layer 15 may include a known anode catalyst used for AFC, and is not particularly limited. Examples of anode catalysts include metal catalysts such as Pt, Ni, Co, Fe, Ru, Sn, and Pd. The metal catalyst is preferably supported on a carrier such as carbon, but may be in the form of an organic metal complex having a metal atom of the metal catalyst as a central metal, or the organic metal complex may be supported as a carrier. Further, a diffusion layer made of a porous material or the like may be arranged on the surface of the anode catalyst. Preferred examples of the first electrode layer 15 and the catalyst constituting the first electrode layer 15 are nickel, cobalt, silver, platinum-supported carbon (Pt / C), platinum-luthenium-supported carbon (PtRu / C), and palladium-supported carbon (Pd / C). , Rodium-supported carbon (Rh / C), nickel-supported carbon (Ni / C), copper-supported carbon (Cu / C), and silver-supported carbon (Ag / C).

第1電極層15の作製方法は特に限定されないが、例えば、アノード触媒及び所望により担体をバインダーと混合してペースト状にし、このペースト状混合物を金属支持体14の支持面142上に塗布することにより形成することができる。 The method for producing the first electrode layer 15 is not particularly limited, but for example, the anode catalyst and, if desired, the carrier are mixed with a binder to form a paste, and the paste-like mixture is applied onto the support surface 142 of the metal support 14. Can be formed by

[電解質層17]
図4に示すように、電解質層17は、第1電極層15と第2電極層19との間に配置される。電解質層17は、第1電極層15及び第2電極層19のそれぞれに接続される。
[Electrolyte layer 17]
As shown in FIG. 4, the electrolyte layer 17 is arranged between the first electrode layer 15 and the second electrode layer 19. The electrolyte layer 17 is connected to each of the first electrode layer 15 and the second electrode layer 19.

本実施形態において、電解質層17は、第1電極層15全体を覆うように形成されており、電解質層17の外縁は、金属支持体14の支持面142に接合されている。これにより、第1電極層15に供給される燃料と第2電極層19に供給される酸化剤との混合を抑制できるため、金属支持体14と電解質層17との間を別途封止する必要がない。 In the present embodiment, the electrolyte layer 17 is formed so as to cover the entire first electrode layer 15, and the outer edge of the electrolyte layer 17 is joined to the support surface 142 of the metal support 14. As a result, mixing of the fuel supplied to the first electrode layer 15 and the oxidizing agent supplied to the second electrode layer 19 can be suppressed, so that the metal support 14 and the electrolyte layer 17 need to be separately sealed. There is no.

電解質層17は、水酸化物イオン伝導性を有する。セル11の発電中、電解質層17は、第2電極層19側から第1電極層15側に水酸化物イオン(OH)を伝導させる。電解質層17の水酸化物イオン伝導率は特に制限されないが、0.1mS/cm以上が好ましく、より好ましくは0.5mS/cm以上、さらに好ましくは1.0mS/cm以上である。電解質層17の水酸化物イオン伝導率は、高いほど好ましく、その上限値は特に制限されないが、例えば10mS/cmである。 The electrolyte layer 17 has hydroxide ion conductivity. During power generation in the cell 11, the electrolyte layer 17 conducts hydroxide ions (OH ) from the second electrode layer 19 side to the first electrode layer 15 side. The hydroxide ion conductivity of the electrolyte layer 17 is not particularly limited, but is preferably 0.1 mS / cm or more, more preferably 0.5 mS / cm or more, and further preferably 1.0 mS / cm or more. The higher the hydroxide ion conductivity of the electrolyte layer 17, the more preferable it is, and the upper limit thereof is not particularly limited, but is, for example, 10 mS / cm.

電解質層17は、緻密であることが好ましい。アルキメデス法で算出される電解質層17の相対密度は特に制限されないが、90%以上が好ましく、より好ましくは92%以上、さらに好ましくは95%以上である。電解質層17は、例えば水熱処理によって緻密化することができる。 The electrolyte layer 17 is preferably dense. The relative density of the electrolyte layer 17 calculated by the Archimedes method is not particularly limited, but is preferably 90% or more, more preferably 92% or more, still more preferably 95% or more. The electrolyte layer 17 can be densified by, for example, hydrothermal treatment.

電解質層17は、水酸化物イオン伝導性を有するセラミックス材料によって構成することができる。このようなセラミックス材料としては、水酸化物イオン伝導性を有する周知のセラミックスを用いることができるが、以下に説明する層状複水酸化物(LDH:Layered Double Hydroxide)が特に好適である。 The electrolyte layer 17 can be made of a ceramic material having hydroxide ion conductivity. As such a ceramic material, well-known ceramics having hydroxide ion conductivity can be used, but layered double hydroxide (LDH) described below is particularly suitable.

LDHは、M2+ 1−x3+ (OH)n−x/n・mHO(式中、M2+は2価の陽イオン、M3+は3価の陽イオンであり、An−はn価の陰イオン、nは1以上の整数、xは0.1〜0.4、mは水のモル数を意味する任意の整数である)の一般式で示される基本組成を有する。M2+の例としてはMg2+、Ca2+、Sr2+、Ni2+、Co2+、Fe2+、Mn2+、及びZn2+が挙げられ、M3+の例としては、Al3+、Fe3+、Ti3+、Y3+、Ce3+、Mo3+、及びCr3+が挙げられ、Anの例としてはCO 2−及びOHが挙げられる。M2+及びM3+としては、それぞれ1種単独で又は2種以上を組み合わせて用いることもできる。 LDH is M 2+ 1-x M 3+ x (OH) 2 A n− x / n · mH 2 O (in the formula, M 2+ is a divalent cation, M 3+ is a trivalent cation, and A The basic composition represented by the general formula of n- is an n-valent anion, n is an integer of 1 or more, x is 0.1 to 0.4, and m is an arbitrary integer meaning the number of moles of water). Have. Examples of M 2+ include Mg 2+ , Ca 2+ , Sr 2+ , Ni 2+ , Co 2+ , Fe 2+ , Mn 2+ , and Zn 2+ , and examples of M 3+ include Al 3+ , Fe 3+ , Ti 3+ , Y 3+, Ce 3+, Mo 3+ , and Cr 3+ can be mentioned, An - and the like - CO 3 2-and OH examples of. As M 2+ and M 3+ , one type may be used alone or two or more types may be used in combination.

LDHは、複数の水酸化物基本層と、これら複数の水酸化物基本層間に介在する中間層とから構成される。中間層は、陰イオン及びHOで構成される。水酸化物基本層は、例えば金属MがNi、Al、Tiの場合には、Ni、Al、Ti及びOH基を含む。以下、LDHの水酸化物基本層がNi、Al、Ti及びOH基を含む場合について説明する。 LDH is composed of a plurality of hydroxide basic layers and an intermediate layer interposed between the plurality of hydroxide basic layers. Intermediate layer is composed of an anion and H 2 O. The hydroxide basic layer contains, for example, Ni, Al, Ti and OH groups when the metal M is Ni, Al, Ti. Hereinafter, the case where the hydroxide basic layer of LDH contains Ni, Al, Ti and OH groups will be described.

LDH中のNiはニッケルイオンの形態を採りうる。LDH中のニッケルイオンは典型的にはNi2+であると考えられるが、Ni3+等の他の価数もありうるため、特に限定されない。LDH中のAlはアルミニウムイオンの形態を採りうる。LDH中のアルミニウムイオンは典型的にはAl3+であると考えられるが、他の価数もありうるため、特に限定されない。LDH中のTiはチタンイオンの形態を採りうる。LDH中のチタンイオンは典型的にはTi4+であると考えられるが、Ti3+等の他の価数もありうるため、特に限定されない。水酸化物基本層は、Ni、Al、Ti及びOH基を主要構成要素として含むのが好ましいが、他の元素ないしイオンを含んでいてもよいし、不可避不純物を含んでいてもよい。不可避不純物は、製法上不可避的に混入されうる任意元素であり、例えば原料や基材に由来してLDH中に混入しうる。 Ni in LDH can take the form of nickel ions. Nickel ions in LDH are typically considered to be Ni 2+ , but are not particularly limited as other valences such as Ni 3+ are possible. Al in LDH can take the form of aluminum ions. Aluminum ions in LDH are typically considered to be Al 3+ , but are not particularly limited as other valences are possible. Ti in LDH can take the form of titanium ions. Titanium ions in LDH are typically considered to be Ti 4+ , but are not particularly limited as other valences such as Ti 3+ are possible. The hydroxide basic layer preferably contains Ni, Al, Ti and OH groups as main components, but may contain other elements or ions, or may contain unavoidable impurities. The unavoidable impurity is an arbitrary element that can be unavoidably mixed in the production method, and can be mixed in LDH from, for example, a raw material or a base material.

LDHの中間層は、陰イオン及びHOで構成される。陰イオンは1価以上の陰イオン、好ましくは1価又は2価のイオンである。好ましくは、LDH中の陰イオンはOH及び/又はCO 2−を含む。 Intermediate layer of LDH is composed of anionic and H 2 O. The anion is a monovalent or higher anion, preferably a monovalent or divalent ion. Preferably, the anions in LDH contain OH and / or CO 3 2- .

上記のとおり、Ni、Al及びTiの価数は必ずしも定かではないため、LDHを一般式で厳密に特定することは非実際的又は不可能である。仮に水酸化物基本層が主としてNi2+、Al3+、Ti4+及びOH基で構成されるものと想定した場合、LDHは、一般式:Ni2+ 1−x−yAl3+ Ti4+ (OH)n− (x+2y)/n・mHO(式中、An−はn価の陰イオン、nは1以上の整数、好ましくは1又は2であり、0<x<1、好ましくは0.01≦x≦0.5、0<y<1、好ましくは0.01≦y≦0.5、0<x+y<1、mは0以上、典型的には0を超える又は1以上の実数である)なる基本組成で表すことができる。もっとも、上記一般式はあくまで「基本組成」と解されるべきであり、Ni2+、Al3+、Ti4+等の元素がLDHの基本的特性を損なわない程度に他の元素又はイオン(同じ元素の他の価数の元素又はイオンや製法上不可避的に混入されうる元素又はイオンを含む)で置き換え可能なものとして解されるべきである。 As mentioned above, since the valences of Ni, Al and Ti are not always fixed, it is impractical or impossible to specify LDH strictly by a general formula. Assuming that the basic hydroxide layer is mainly composed of Ni 2+ , Al 3+ , Ti 4+ and OH groups, LDH is expressed by the general formula: Ni 2+ 1-xy Al 3+ x Ti 4+ y (OH). ) 2 a n- (x + 2y ) / n · mH 2 O ( wherein, a n-n-valent anion, n is an integer of 1 or more, preferably 1 or 2, 0 <x <1, preferably 0.01 ≦ x ≦ 0.5, 0 <y <1, preferably 0.01 ≦ y ≦ 0.5, 0 <x + y <1, m is 0 or more, typically more than 0 or 1 or more It can be expressed by the basic composition (which is a real number of). However, the above general formula should be understood as "basic composition" to the extent that elements such as Ni 2+ , Al 3+ , and Ti 4+ do not impair the basic characteristics of LDH, and other elements or ions (of the same element). It should be understood as replaceable with elements or ions of other valences or elements or ions that can be unavoidably mixed in the process.

[第2電極層19]
第2電極層19は、電解質層17を基準として、第1電極層15の反対側に配置される。本実施形態では、第2電極層19は、電解質層17上に配置される。
[Second electrode layer 19]
The second electrode layer 19 is arranged on the opposite side of the first electrode layer 15 with reference to the electrolyte layer 17. In this embodiment, the second electrode layer 19 is arranged on the electrolyte layer 17.

第2電極層19は、多孔質であることが好ましい。第2電極層19の気孔率は特に制限されないが、例えば20%〜70%とすることができる。第2電極層19の厚さは特に制限されないが、例えば1μm〜100μmとすることができる。 The second electrode layer 19 is preferably porous. The porosity of the second electrode layer 19 is not particularly limited, but can be, for example, 20% to 70%. The thickness of the second electrode layer 19 is not particularly limited, but may be, for example, 1 μm to 100 μm.

第2電極層19は、一般的に空気極と呼ばれるカソードである。セル10の発電中、第2電極層19には、酸素(O)を含む酸化剤が供給される。酸化剤としては、空気を用いるのが好ましく、空気は加湿されていることがより好ましい。第2電極層19は、内部に酸化剤を拡散可能な多孔質体である。 The second electrode layer 19 is a cathode generally called an air electrode. During power generation in cell 10, an oxidizing agent containing oxygen (O 2 ) is supplied to the second electrode layer 19. As the oxidizing agent, it is preferable to use air, and it is more preferable that the air is humidified. The second electrode layer 19 is a porous body capable of diffusing an oxidizing agent inside.

第2電極層19は、AFCに使用される公知のカソード触媒を含むものであればよく、特に限定されない。カソード触媒の例としては、白金族元素(Ru、Rh、Pd、Ir、Pt)、鉄族元素(Fe、Co、Ni)等の第8〜10族元素(IUPAC形式での周期表において第8〜10族に属する元素)、Cu、Ag、Au等の第11族元素(IUPAC形式での周期表において第11族に属する元素)、ロジウムフタロシアニン、テトラフェニルポルフィリン、Coサレン、Niサレン(サレン=N,N’−ビス(サリチリデン)エチレンジアミン)、銀硝酸塩、及びこれらの任意の組み合わせが挙げられる。第2電極層19における触媒の担持量は特に限定されないが、好ましくは0.05〜10mg/cm、より好ましくは、0.05〜5mg/cmである。カソード触媒はカーボンに担持させるのが好ましい。第2電極層19ないしそれを構成する触媒の好ましい例としては、白金担持カーボン(Pt/C)、白金コバルト担持カーボン(PtCo/C)、パラジウム担持カーボン(Pd/C)、ロジウム担持カーボン(Rh/C)、ニッケル担持カーボン(Ni/C)、銅担持カーボン(Cu/C)、及び銀担持カーボン(Ag/C)が挙げられる。 The second electrode layer 19 is not particularly limited as long as it contains a known cathode catalyst used for AFC. Examples of cathode catalysts include group 8-10 elements (IUPAC format periodic table) such as group 11 elements (Ru, Rh, Pd, Ir, Pt) and group 11 elements (Fe, Co, Ni). Group 10 elements), Group 11 elements such as Cu, Ag, and Au (elements belonging to Group 11 in the periodic table in the IUPAC format), rhodium phthalocyanine, tetraphenylporphyrin, Co-salen, Ni-salen (salen = N, N'-bis (salicylidene) ethylenediamine), silver nitrate, and any combination thereof. The amount of the catalyst supported on the second electrode layer 19 is not particularly limited, but is preferably 0.05 to 10 mg / cm 2 , and more preferably 0.05 to 5 mg / cm 2 . The cathode catalyst is preferably supported on carbon. Preferred examples of the second electrode layer 19 or the catalyst constituting the second electrode layer 19 are platinum-supported carbon (Pt / C), platinum-cobalt-supported carbon (PtCo / C), palladium-supported carbon (Pd / C), and rhodium-supported carbon (Rh). / C), nickel-supported carbon (Ni / C), copper-supported carbon (Cu / C), and silver-supported carbon (Ag / C).

第2電極層19の作製方法は特に限定されないが、例えば、カソード触媒及び所望により担体をバインダーと混合してペースト状にし、このペースト状混合物を電解質層17上に塗布することにより形成することができる。 The method for producing the second electrode layer 19 is not particularly limited, and for example, the cathode catalyst and, if desired, the carrier may be mixed with a binder to form a paste, and the paste-like mixture may be applied onto the electrolyte layer 17. it can.

[金属支持体の供給孔周りの詳細な構成]
図5に示すように、金属支持体14は、複数の突起部143を有している。この突起部143は、支持面142と供給孔141の内壁面とがなす角部から突出している。そして、突起部143は、セル本体部110内を延びている。詳細には、突起部143は、第1電極層15内を延びている。突起部143は、支持面142が向く方向に延びている。すなわち、突起部143は、図5の上方に延びている。突起部143の高さh2は、特に限定されるものではないが、例えば、1〜50μm程度である。
[Detailed configuration around the supply hole of the metal support]
As shown in FIG. 5, the metal support 14 has a plurality of protrusions 143. The protrusion 143 projects from a corner formed by the support surface 142 and the inner wall surface of the supply hole 141. The protrusion 143 extends inside the cell body 110. Specifically, the protrusion 143 extends within the first electrode layer 15. The protrusion 143 extends in the direction in which the support surface 142 faces. That is, the protrusion 143 extends upward in FIG. The height h2 of the protrusion 143 is not particularly limited, but is, for example, about 1 to 50 μm.

突起部143は、供給孔141の外周縁に沿って連続して形成されていてもよいし、断続的に形成されていてもよい。突起部143は、断面形状において、先端に向かって細くなるように形成されている。この突起部143は、例えば、所望の突起形状が付与された金型によりプレス加工することによって形成することができる。 The protrusion 143 may be formed continuously along the outer peripheral edge of the supply hole 141, or may be formed intermittently. The protrusion 143 is formed so as to be tapered toward the tip in the cross-sectional shape. The protrusion 143 can be formed, for example, by pressing with a die having a desired protrusion shape.

第1電極層15は、第1主面151と、第2主面152を有している。第1主面151は、金属支持体14を向く面である。すなわち、第1主面151は、金属支持体14の支持面142と接合する面である。本実施形態では、第1主面151は、第1電極層15の下面である。 The first electrode layer 15 has a first main surface 151 and a second main surface 152. The first main surface 151 is a surface facing the metal support 14. That is, the first main surface 151 is a surface to be joined to the support surface 142 of the metal support 14. In the present embodiment, the first main surface 151 is the lower surface of the first electrode layer 15.

第2主面152は、第1主面151の反対側の面である。すなわち、第2主面152は、電解質層17を向く面である。なお、第2主面152は、電解質層17と接合している。本実施形態では、第2主面152は、第1電極層15の上面である。 The second main surface 152 is a surface opposite to the first main surface 151. That is, the second main surface 152 is a surface facing the electrolyte layer 17. The second main surface 152 is joined to the electrolyte layer 17. In the present embodiment, the second main surface 152 is the upper surface of the first electrode layer 15.

第1電極層15は、複数の凹部153を有している。凹部153は、第1電極層15の第2主面152に形成されている。凹部153は、第1電極層15の厚さ方向視(図5の上下方向視)において、供給孔141と重複している。すなわち、凹部153は、供給孔141の直上に配置されている。 The first electrode layer 15 has a plurality of recesses 153. The recess 153 is formed on the second main surface 152 of the first electrode layer 15. The recess 153 overlaps with the supply hole 141 in the thickness direction of the first electrode layer 15 (vertical view in FIG. 5). That is, the recess 153 is arranged directly above the supply hole 141.

凹部153の深さdは、特に限定されるものではないが、例えば、0.5〜50μm程度である。また、凹部153は、外周縁から中央部に向かって徐々に深くなっている。凹部153は、最も深い部分から外周縁に向かう斜面を有している。 The depth d of the recess 153 is not particularly limited, but is, for example, about 0.5 to 50 μm. Further, the recess 153 gradually becomes deeper from the outer peripheral edge toward the central portion. The recess 153 has a slope from the deepest portion toward the outer peripheral edge.

このように、供給孔141の直上に凹部153が配置されているため、図6に示すように、供給孔141から第1電極層15に供給された燃料は、凹部153にガイドされて第1電極層15の面内方向に広がりやすい。このため、供給孔141直上以外の部分の界面にも燃料が供給されやすくなる。なお、図6の矢印は、燃料の流れを模式的に表したものである。 Since the recess 153 is arranged directly above the supply hole 141 in this way, as shown in FIG. 6, the fuel supplied from the supply hole 141 to the first electrode layer 15 is guided by the recess 153 to the first. It easily spreads in the in-plane direction of the electrode layer 15. Therefore, fuel can be easily supplied to the interface of the portion other than directly above the supply hole 141. The arrows in FIG. 6 schematically represent the flow of fuel.

[セル11の動作]
まず、流路131から各供給孔141を介して第1電極層15に燃料を供給し、かつ、第2電極層19に酸化剤を供給しながら、セル11を作動温度(例えば、50℃〜250℃)まで加熱する。すると、第2電極層19においてO(酸素)が水及びe(電子)と反応してOH(水酸化物イオン)が生成される。生成されたOHは、電解質層17を通って第1電極層15に移動する。第1電極層15に移動したOHは、燃料と反応して、HO(水)とCO(二酸化炭素)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15と第2電極層19との間に起電力が発生する。
[Operation of cell 11]
First, while supplying fuel from the flow path 131 to the first electrode layer 15 through each supply hole 141 and supplying an oxidizing agent to the second electrode layer 19, the cell 11 is operated at an operating temperature (for example, from 50 ° C. to 50 ° C.). Heat to 250 ° C.). Then, in the second electrode layer 19, O 2 (oxygen) reacts with water and e (electrons) to generate OH (hydroxide ion). The generated OH moves to the first electrode layer 15 through the electrolyte layer 17. The OH − that has moved to the first electrode layer 15 reacts with the fuel to generate H 2 O (water), CO 2 (carbon dioxide), and e . By such a reaction, an electromotive force is generated between the first electrode layer 15 and the second electrode layer 19.

[変形例]
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
[Modification example]
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

変形例1
第1及び第2実施形態において、図7に示すように、突起部43,143は、供給孔41,141内に入り込んだ第1電極層5、15内を延びていてもよい。すなわち、突起部43、143は、図7の左右方向に延びていてもよい。また、図8に示すように、複数の突起部43、143のうち、一部の突起部43a、143aが支持面42、142の向く方向(図8の上方)に延び、他の突起部43b、143bが供給孔41、141内に入り込んだ第1電極層5、15を向く方向(図8の左右方向)に向かって延びていてもよい。
Modification 1
In the first and second embodiments, as shown in FIG. 7, the protrusions 43 and 143 may extend within the first electrode layers 5 and 15 that have entered the supply holes 41 and 141. That is, the protrusions 43 and 143 may extend in the left-right direction of FIG. Further, as shown in FIG. 8, among the plurality of protrusions 43 and 143, some of the protrusions 43a and 143a extend in the direction of the support surfaces 42 and 142 (upper in FIG. 8), and the other protrusions 43b , 143b may extend in the direction (left-right direction in FIG. 8) toward the first electrode layers 5 and 15 that have entered the supply holes 41 and 141.

変形例2
上記第1及び第2実施形態では、第1電極層5、15が金属支持体4,14の供給孔41,141の一部のみに入り込んでいるが、セル1、11の構成はこれに限定されない。例えば、図9に示すように、第1電極層5、15が、供給孔41,141の全体に入り込んでいてもよい。また、第1電極層5、15は、供給孔41,141に入り込んでいなくてもよい。
Modification 2
In the first and second embodiments, the first electrode layers 5 and 15 enter only a part of the supply holes 41 and 141 of the metal supports 4 and 14, but the configurations of the cells 1 and 11 are limited to this. Not done. For example, as shown in FIG. 9, the first electrode layers 5 and 15 may enter the entire supply holes 41 and 141. Further, the first electrode layers 5 and 15 do not have to enter the supply holes 41 and 141.

変形例3
第1及び第2実施形態において、図10に示すように、金属支持体4、14は、湾曲面44,144を有していてもよい。この湾曲面44,144は、供給孔41,141の内壁面と、露出面45、145とを連結している。なお、露出面45、145は支持面42,142と反対側の面である。露出面45、145は、流路部材3、13を向いている。露出面45、145は、流路31、131に露出している。このように、供給孔41,141の流路部材3、13側のエッジ部分が湾曲面44、144によって構成されている。湾曲面44、144は、外側に向かって膨らむように湾曲している。湾曲面44、144の断面形状は、円弧状である。湾曲面44,144は、供給孔41,141の内壁面と露出面45、145とがなす角部を面取り加工することによって形成することができる。特に限定されるものではないが、この湾曲面44,144の曲率半径は、例えば、20〜1000μm程度である。
Modification 3
In the first and second embodiments, as shown in FIG. 10, the metal supports 4, 14 may have curved surfaces 44, 144. The curved surfaces 44, 144 connect the inner wall surfaces of the supply holes 41, 141 and the exposed surfaces 45, 145. The exposed surfaces 45 and 145 are surfaces opposite to the support surfaces 42 and 142. The exposed surfaces 45 and 145 face the flow path members 3 and 13. The exposed surfaces 45 and 145 are exposed to the flow paths 31 and 131. As described above, the edge portions of the supply holes 41 and 141 on the flow path members 3 and 13 sides are formed by the curved surfaces 44 and 144. The curved surfaces 44 and 144 are curved so as to bulge outward. The cross-sectional shape of the curved surfaces 44 and 144 is an arc shape. The curved surfaces 44 and 144 can be formed by chamfering the corners formed by the inner wall surfaces of the supply holes 41 and 141 and the exposed surfaces 45 and 145. Although not particularly limited, the radius of curvature of the curved surfaces 44 and 144 is, for example, about 20 to 1000 μm.

湾曲面44,144の表面粗さは、供給孔41,141の内壁面の表面粗さよりも小さくてもよい。詳細には、湾曲面44,144の算術平均粗さが、供給孔41,141の内壁面の算術平均粗さよりも小さくてもよい。 The surface roughness of the curved surfaces 44, 144 may be smaller than the surface roughness of the inner wall surface of the supply holes 41, 141. Specifically, the arithmetic mean roughness of the curved surfaces 44, 144 may be smaller than the arithmetic mean roughness of the inner walls of the supply holes 41, 141.

変形例4
上記第1及び第2実施形態において、金属支持体4、14は、酸化クロム膜を有することとしたが、酸化クロム膜を有していなくてもよい。また、金属支持体4、14は、酸化クロム膜上に形成された被覆膜をさらに有していてもよい。被覆膜を構成する材料としては、セラミックス材料及び金属材料などを用いることができる。セラミックス材料としては、例えば、LaおよびSrを含有するペロブスカイト形複合酸化物、Mn,Co,Ni,Fe,Cu等の遷移金属から構成されるスピネル型複合酸化物、ガラス材料などを用いることができる。金属材料としては、Ni、Co、Fe、Cuなどを用いることができる。なお、金属支持体4、14の表面のうち流路部材3、13及び第1電極層5、15それぞれが接続されない領域には導電性が必要とされないため、当該領域は、絶縁性材料で構成される被覆膜によって被覆されていてもよい。
Modification 4
In the first and second embodiments, the metal supports 4 and 14 have a chromium oxide film, but the metal supports 4 and 14 may not have a chromium oxide film. Further, the metal supports 4 and 14 may further have a coating film formed on the chromium oxide film. As the material constituting the coating film, a ceramic material, a metal material, or the like can be used. As the ceramic material, for example, a perovskite-type composite oxide containing La and Sr, a spinel-type composite oxide composed of transition metals such as Mn, Co, Ni, Fe, and Cu, and a glass material can be used. .. As the metal material, Ni, Co, Fe, Cu and the like can be used. Since conductivity is not required in the region of the surfaces of the metal supports 4 and 14 where the flow path members 3 and 13 and the first electrode layers 5 and 15 are not connected, the region is made of an insulating material. It may be covered with a coating film to be coated.

変形例5
上記第1実施形態において、セル本体部10は、中間層6及び反応防止層8を有しているが、中間層6及び反応防止層8の少なくとも一方を有していなくてよい。
Modification 5
In the first embodiment, the cell body 10 has an intermediate layer 6 and a reaction prevention layer 8, but does not have to have at least one of the intermediate layer 6 and the reaction prevention layer 8.

変形例6
上記第1及び第2実施形態において、第1電極層5、15はアノードとして機能し、第2電極層9、19はカソードとして機能することとしたが、第1電極層5、15がカソードとして機能し、第2電極層9、19がアノードとして機能してもよい。この場合、第1電極層5、15と第2電極層9、19の構成材料を入れ替えるとともに、第1電極層5、15の外表面に燃料ガスを流すとともに、流路31,131に酸化剤ガスを流せばよい。そして、第1実施形態の場合は、図11に示すように、中間層6と反応防止層8の配置を入れ替えてもよい。
Modification 6
In the first and second embodiments, the first electrode layers 5 and 15 function as anodes and the second electrode layers 9 and 19 function as cathodes, but the first electrode layers 5 and 15 serve as cathodes. The second electrode layers 9 and 19 may function as an anode. In this case, the constituent materials of the first electrode layers 5 and 15 and the second electrode layers 9 and 19 are exchanged, the fuel gas is flowed through the outer surfaces of the first electrode layers 5 and 15, and the oxidants are applied to the flow paths 31 and 131. All you have to do is let the gas flow. Then, in the case of the first embodiment, as shown in FIG. 11, the arrangement of the intermediate layer 6 and the reaction prevention layer 8 may be interchanged.

変形例7
上記第1及び第2実施形態では、供給孔4、14は、厚さ方向視において円形状であるが、供給孔4、14の形状はこれに限定されない。例えば、供給孔4、14はスリット状であってもよいし、その他の形状であってもよい。
Modification 7
In the first and second embodiments, the supply holes 4 and 14 are circular in the thickness direction, but the shapes of the supply holes 4 and 14 are not limited to this. For example, the supply holes 4 and 14 may have a slit shape or may have other shapes.

変形例8
上記第1実施形態では、電気化学セルの一例として、O2−(酸素イオン)をキャリアとする固体酸化物形燃料電池セル1について説明した。また、上記第2実施形態では、電気化学セルの一例として、OH(水酸化物イオン)をキャリアとする固体アルカリ形燃料電池セル11について説明した。しかしながら、電気化学セルとは、電気エネルギーを化学エネルギーに変えるため、全体的な酸化還元反応から起電力が生じるように一対の電極が配置された素子と、化学エネルギーを電気エネルギーに変えるための素子との総称である。従って、電気化学セルには、例えば、プロトンをキャリアとする燃料電池や、水蒸気から水素と酸素を生成する電解セルなどが含まれる。
Modification 8
In the first embodiment, as an example of the electrochemical cell, the solid oxide fuel cell 1 having O2- (oxygen ion) as a carrier has been described. Further, in the second embodiment, as an example of the electrochemical cell, the solid alkaline fuel cell 11 having OH (hydroxide ion) as a carrier has been described. However, an electrochemical cell is an element in which a pair of electrodes are arranged so that an electromotive force is generated from an overall redox reaction in order to convert electric energy into chemical energy, and an element for converting chemical energy into electric energy. It is a general term for. Therefore, the electrochemical cell includes, for example, a fuel cell having a proton as a carrier, an electrolytic cell that produces hydrogen and oxygen from water vapor, and the like.

1、11 セル
4、14 金属支持体
41、141 供給孔
42、142 支持面
43、143 突起部
5、15 第1電極層
53、153 凹部
7、17 電解質層
9、19 第2電極層
10、110 セル本体部
1, 11 Cell 4, 14 Metal support 41, 141 Supply hole 42, 142 Support surface 43, 143 Protrusions 5, 15 First electrode layer 53, 153 Recesses 7, 17 Electrolyte layer 9, 19 Second electrode layer 10, 110 cell body

Claims (9)

第1電極層、第2電極層、及び前記第1電極層と前記第2電極層との間に配置される電解質層、を有するセル本体部と、
前記セル本体部を支持する支持面、及び前記支持面に開口する供給孔、を有し、前記セル本体部を支持する金属支持体と、
を備え、
前記金属支持体は、前記支持面と前記供給孔の内壁面とがなす角部から突出し前記セル本体部内を延びる突起部をさらに有する、
電気化学セル。
A cell body portion having a first electrode layer, a second electrode layer, and an electrolyte layer arranged between the first electrode layer and the second electrode layer.
A metal support having a support surface for supporting the cell main body and a supply hole opening in the support surface to support the cell main body, and a metal support.
With
The metal support further has a protrusion that protrudes from a corner formed by the support surface and the inner wall surface of the supply hole and extends inside the cell body.
Electrochemical cell.
前記突起部は、前記支持面が向く方向に延びる、
請求項1に記載の電気化学セル。
The protrusion extends in the direction in which the support surface faces.
The electrochemical cell according to claim 1.
前記セル本体部の少なくとも一部は、前記供給孔内に入り込んでいる、
請求項1又は2に記載の電気化学セル。
At least a part of the cell body has entered the supply hole.
The electrochemical cell according to claim 1 or 2.
前記突起部は、前記供給孔内に入り込んだセル本体部内を延びる、
請求項3に記載の電気化学セル。
The protrusion extends inside the cell body that has entered the supply hole.
The electrochemical cell according to claim 3.
前記第1電極層は、前記金属支持体の支持面上に配置される、
請求項1から4のいずれかに記載の電気化学セル。
The first electrode layer is arranged on the support surface of the metal support.
The electrochemical cell according to any one of claims 1 to 4.
前記第1電極層は、前記金属支持体を向く面の反対側の面に形成される凹部を有し、
前記凹部は、前記第1電極層の厚さ方向視において前記供給孔と重複する、
請求項1から5のいずれかに記載の電気化学セル。
The first electrode layer has a recess formed on the surface opposite to the surface facing the metal support.
The recess overlaps with the supply hole in the thickness direction of the first electrode layer.
The electrochemical cell according to any one of claims 1 to 5.
前記第1電極層は、アノードとして機能し、
前記第2電極層は、カソードとして機能する、
請求項1から6のいずれかに記載の電気化学セル。
The first electrode layer functions as an anode and serves as an anode.
The second electrode layer functions as a cathode.
The electrochemical cell according to any one of claims 1 to 6.
前記電解質層は、酸素イオン伝導性を有する、
請求項1から7のいずれかに記載の電気化学セル。
The electrolyte layer has oxygen ion conductivity.
The electrochemical cell according to any one of claims 1 to 7.
前記電解質層は、水酸化物イオン伝導性を有する、
請求項1から7のいずれかに記載の電気化学セル。
The electrolyte layer has hydroxide ion conductivity.
The electrochemical cell according to any one of claims 1 to 7.
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