JP2020191221A - Electrochemical cell, electrochemical cell stack, fuel cell, and hydrogen manufacturing device - Google Patents
Electrochemical cell, electrochemical cell stack, fuel cell, and hydrogen manufacturing device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2020191221A JP2020191221A JP2019095577A JP2019095577A JP2020191221A JP 2020191221 A JP2020191221 A JP 2020191221A JP 2019095577 A JP2019095577 A JP 2019095577A JP 2019095577 A JP2019095577 A JP 2019095577A JP 2020191221 A JP2020191221 A JP 2020191221A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrochemical cell
- electrolyte
- oxygen
- cell
- hydrogen
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Abstract
Description
本発明の実施形態は、電気化学セル、電気化学セルスタック、燃料電池および水素製造装置に関する。 Embodiments of the present invention relate to electrochemical cells, electrochemical cell stacks, fuel cells and hydrogen production equipment.
固体酸化物形燃料電池(SOFC:Solid Oxide Fuel Cell)または水素製造装置(SOEC:Solid Oxide Electrolysis Cell)に用いられる固体酸化物形の電気化学セルは、平板型では、水素極、電解質、酸素極を順次積層して形成される。 Solid oxide fuel cell (SOFC: Solid Oxide Fuel Cell) or solid oxide fuel cell (SOEC) used in solid oxide fuel cell (SOEC) solid oxide fuel cell (SOFC) is a flat plate type, hydrogen electrode, electrolyte, oxygen electrode. Are sequentially laminated to form.
電気化学セルの化学反応の効率よく生じさせるためには、酸素極と電解質との間を酸素イオンが容易に移動できることが求められる。 In order to efficiently generate the chemical reaction of the electrochemical cell, it is required that oxygen ions can easily move between the oxygen electrode and the electrolyte.
そこで、本発明が解決しようとする課題は、電解質と酸素極との間を酸素イオンが容易に移動できる電気化学セル、電気化学セルスタック、燃料電池および水素製造装置を提供することである。 Therefore, an object to be solved by the present invention is to provide an electrochemical cell, an electrochemical cell stack, a fuel cell, and a hydrogen production apparatus in which oxygen ions can easily move between an electrolyte and an oxygen electrode.
上記の課題を解決するために、実施形態の電気化学セルは、水素極、電解質、および酸素極を順次積層する電気化学セルであって、前記水素極は、少なくとも前記電解質と接する領域に配置される第一の結晶粒と、複数の前記第一の結晶粒の間に配置され、前記第一の結晶粒よりも粒径が小さい第二の結晶粒と、を備える。 In order to solve the above problems, the electrochemical cell of the embodiment is an electrochemical cell in which a hydrogen electrode, an electrolyte, and an oxygen electrode are sequentially laminated, and the hydrogen electrode is arranged at least in a region in contact with the electrolyte. The first crystal grain and the second crystal grain arranged between the plurality of the first crystal grains and having a particle size smaller than that of the first crystal grain are provided.
また、実施形態の電気化学セルスタック、燃料電池、または水素製造装置は、前記電気化学セルを備える。 Further, the electrochemical cell stack, the fuel cell, or the hydrogen production apparatus of the embodiment includes the electrochemical cell.
本発明の実施形態によれば、酸素極と電解質との間を酸素イオンが容易に移動できる。 According to the embodiment of the present invention, oxygen ions can easily move between the oxygen electrode and the electrolyte.
図1は、実施形態に係る電気化学セルの構成図である。以降の説明においては、電気化学セルをセル、電気化学セルスタックをセルスタックと表記する。また、以降の説明における積層方向とは、後述する水素極2、電解質3、および酸素極4を積層する方向を示し、その方向や特定の面を表す際には、特段の指定がない限り積層方向を基準として表記する。例えば、上面とは積層方向を基準とした上面、側面とは積層方向を基準とした側面、下側とは積層方向を基準とした下側をそれぞれ示す。なお、ここでいう積層方向は、重力方向とは必ずしも一致しない。
FIG. 1 is a block diagram of an electrochemical cell according to an embodiment. In the following description, the electrochemical cell is referred to as a cell, and the electrochemical cell stack is referred to as a cell stack. Further, the stacking direction in the following description indicates a direction in which the
図1に示すように、セル1は、水素極2と、電解質3と、酸素極4とを備える。セル1は平板型のセルであり、セルスタック、固体酸化物形燃料電池(SOFC)、または高温水蒸気電解を利用した水素製造装置(SOEC)に搭載される。ここでいうセルスタックは、少なくとも一層が本実施形態のセル1であるセルスタックを示す。
As shown in FIG. 1, the cell 1 includes a
水素極2は、平板型の電極である。水素極2の材料には、金属粒子と金属酸化物を含む結合体を用いることができる。ここでいう金属粒子は、例えばニッケル、コバルト、鉄と銅の少なくとも一つが挙げられる。また、ここでいう金属酸化物は、例えばY2O3、Sc2O3、Yb2O3、Gd2O3、CaO、MgO、CeO2の少なくとも一つを含む安定化剤が固溶された安定化ジルコニアや、Sm2O3、Gd2O3、Y2O3の少なくとも一つを含む酸化物とCeO2とを固溶させたドープセリアが挙げられる。なお、本実施形態では水素極支持型のセルを例示して説明するが、例えば電解質支持型や酸素極支持型のセルでもよい。また、本実施形態の変形例として、水素極、電解質、および酸素極とは別に支持体を設ける構成としてもよい。
The
電解質3は、水素極2に積層された平板型の薄膜である。電解質3の材料には、例えばY2O3、Sc2O3、Yb2O3、Gd2O3、CaO、MgO、CeO2の少なくとも一つを含む安定化剤が固溶された安定化ジルコニアや、Sm2O3、Gd2O3とY2O3の少なくとも一つを含む酸化物とCeO2とを固溶したドープセリアが挙げられる。
The
酸素極4は、平板型の薄膜電極であり、電解質3に積層される。酸素極4は、少なくとも電解質3と接する領域に配置される第一の結晶粒4aと、第一の結晶粒4aよりも粒径の小さい第二の結晶粒4bとを含む。なお、ここでいう電解質3と接する領域とは、電解質3との界面の一部を含む領域を指し、必ずしもこの界面全体を含む必要はない。本実施形態における第一の結晶粒4aの粒径は5.0マイクロメートル以上10マイクロメートル以下、第二の結晶粒4bの粒径は0.10マイクロメートル以上1.0マイクロメートル以下である。ただし、これらの粒径はこの範囲に限定されるものではなく、第一の結晶粒4aに対する第二の結晶粒4bの粒径の比が0.025以上0.14以下の範囲を満たす粒径であればよい。
The oxygen electrode 4 is a flat plate type thin film electrode and is laminated on the
酸素極4は、複数の第一の結晶粒4aの隙間に第二の結晶粒4bが配置されている。酸素極4の材料には、ペロブスカイト型酸化物やこれらの一部を置換した酸化物、例えばLaSrCoFe酸化物、LaSrMn酸化物(LSM)、LaSrCo酸化物(LSC)、LaSrFe酸化物(LSF)や、電解質に用いている固体酸化物との混合体、例えばLSM−YSZ、LSM−ScSZ、LSC−GDC等が挙げられる。
In the oxygen electrode 4, the
次に、セル1の製造方法について説明する。まず、水素極2、および電解質3を順次積層する。次に、スクリーン印刷によって、第一の結晶粒4aと第二の結晶粒4bとの混合材料が電解質3上に積層される。次に、水素極2、電解質3、および混合材料を積層した積層体が乾燥および焼付処理される。この乾燥および焼付処理を通して混合材料が焼き固められて、酸素極4になる。
Next, the manufacturing method of the cell 1 will be described. First, the
なお、ここでいう混合材料は、例えば第一の結晶粒4aの粉末と第二の結晶粒4bの粉末とをポッドブレンダで混合させて製造することができる。ただし、第一の結晶粒4aの粉末は、例えば第二の結晶粒4bの粉末の一部に仮焼処理を施して第一の結晶粒4aの粉末としてもよい。また、本実施形態ではスクリーン印刷により電解質3上に混合材料を積層する場合を例示して説明するが、例えばこの混合材料を電解質3上にはけ塗りしてもよい。さらに、水素極2、電解質3、および混合材料を積層した積層体を乾燥および焼付処理することで、混合材料が焼き固められて酸素極4になる。
The mixed material referred to here can be produced, for example, by mixing the powder of the
次に、本実施形態の作用について説明する。 Next, the operation of this embodiment will be described.
セル1をSOFCとして動作させる場合、外部から水素極2に水素を、酸素極4に酸素をそれぞれ供給して、セル1で化学反応を引き起こす。具体的には、酸素極4では、酸素と電子とが反応して酸素イオンを生成する。この酸素イオンは、酸素極4から電解質を経て水素極2に移動する。水素極2では、酸素イオンと外部から供給された水素とが反応して、水蒸気と電子とを生成する。水素極2で生成された電子は酸素極4に供給され、酸素極4での反応に用いられる。
When the cell 1 is operated as an SOFC, hydrogen is supplied to the
セル1をSOECとして動作させる場合、外部から水素極2に水蒸気を供給すると共に、水素極2と酸素極4との間に電圧を印加して、セル1で化学反応を引き起こす。具体的には、水素極2において、水蒸気と電子とが反応して水素と酸素イオンとに分解される。この酸素イオンは、水素極2から電解質3を経て酸素極4に移動する。酸素極4では、酸素イオンが反応して酸素と電子とを生成する。
When the cell 1 is operated as a SOC, water vapor is supplied to the
本実施形態では、複数の第一の結晶粒4aの隙間に第二の結晶粒4bが配置されているため、酸素極4は密な構造となり、電解質3への接触面積が向上する。したがって、電解質3と酸素極4との間を酸素イオンが移動しやすくなり、セル1の反応効率が向上する。
In the present embodiment, since the
上述した実施形態によれば、複数の第一の結晶粒4aの隙間に第二の結晶粒4bが配置されているため、酸素極4は密な構造となり、電解質3への接触面積が向上する。したがって、電解質3と酸素極4との間を酸素イオンが移動しやすくなり、セル1の反応効率を向上させることができる。
According to the above-described embodiment, since the
なお、本実施形態では、電解質3に酸素極4を積層する場合を例示して説明したが、本実施形態の変形例として、例えば電解質3と酸素極4との間に中間層を設けてもよい。また、本実施形態の他の変形例として、例えば酸素極4上に従来の酸素極を積層してもよい。
In the present embodiment, the case where the oxygen electrode 4 is laminated on the
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although some embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other embodiments, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the scope of the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.
1.セル、2.水素極、3.電解質、4.酸素極、4a.第一の結晶粒、4b.第二の結晶粒 1. 1. Cell, 2. Hydrogen pole, 3. Electrolyte, 4. Oxygen pole, 4a. First crystal grain, 4b. Second grain
Claims (5)
前記酸素極は、
少なくとも前記電解質と接する領域に配置される複数の第一の結晶粒と、
複数の前記第一の結晶粒の間に配置され、前記第一の結晶粒よりも粒径が小さい第二の結晶粒と、
を備える電気化学セル。 An electrochemical cell in which a hydrogen electrode, an electrolyte, and an oxygen electrode are sequentially laminated.
The oxygen electrode is
A plurality of first crystal grains arranged at least in a region in contact with the electrolyte,
A second crystal grain that is arranged between the plurality of the first crystal grains and has a smaller grain size than the first crystal grain,
An electrochemical cell equipped with.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019095577A JP2020191221A (en) | 2019-05-21 | 2019-05-21 | Electrochemical cell, electrochemical cell stack, fuel cell, and hydrogen manufacturing device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019095577A JP2020191221A (en) | 2019-05-21 | 2019-05-21 | Electrochemical cell, electrochemical cell stack, fuel cell, and hydrogen manufacturing device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2020191221A true JP2020191221A (en) | 2020-11-26 |
Family
ID=73454661
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019095577A Pending JP2020191221A (en) | 2019-05-21 | 2019-05-21 | Electrochemical cell, electrochemical cell stack, fuel cell, and hydrogen manufacturing device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2020191221A (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001196069A (en) * | 1999-11-01 | 2001-07-19 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Fuel cell |
JP2006283103A (en) * | 2005-03-31 | 2006-10-19 | Univ Of Yamanashi | Steam electrolysis cell |
WO2017154038A1 (en) * | 2016-03-08 | 2017-09-14 | 株式会社 東芝 | Flat plate electrochemical cell |
JP2018152200A (en) * | 2017-03-10 | 2018-09-27 | 株式会社日本触媒 | Half cell of solid oxide type electrochemical cell, solid oxide type electrochemical cell, and method for manufacturing half cell of solid oxide type electrochemical cell |
JP2018190650A (en) * | 2017-05-10 | 2018-11-29 | 株式会社豊田中央研究所 | Power storage/supply system |
-
2019
- 2019-05-21 JP JP2019095577A patent/JP2020191221A/en active Pending
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001196069A (en) * | 1999-11-01 | 2001-07-19 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Fuel cell |
JP2006283103A (en) * | 2005-03-31 | 2006-10-19 | Univ Of Yamanashi | Steam electrolysis cell |
WO2017154038A1 (en) * | 2016-03-08 | 2017-09-14 | 株式会社 東芝 | Flat plate electrochemical cell |
JP2018152200A (en) * | 2017-03-10 | 2018-09-27 | 株式会社日本触媒 | Half cell of solid oxide type electrochemical cell, solid oxide type electrochemical cell, and method for manufacturing half cell of solid oxide type electrochemical cell |
JP2018190650A (en) * | 2017-05-10 | 2018-11-29 | 株式会社豊田中央研究所 | Power storage/supply system |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR100886239B1 (en) | Preventing method of generating by-product and solid oxide fuel cell using the preventing method and method of the solid oxide fuel cell | |
CN105409041B (en) | Solid oxide fuel cell and its manufacturing method | |
JP2009152016A (en) | Protection film coating method on interconnector for solid oxide fuel cell | |
WO2013054631A1 (en) | Fuel battery cell | |
US20100186220A1 (en) | Fabrication method of metal supported solid oxide fuel cell | |
JP2021155852A (en) | Production method of high temperature steam electrolytic cell, production method of hydrogen electrode layer for high temperature steam electrolytic cell, and production method of solid oxide electrochemical cell | |
JP2010238431A (en) | Power generation cell of fuel battery | |
JP2014207215A (en) | Solid oxide fuel battery half cell, and solid oxide fuel battery | |
KR20200019623A (en) | Solid electrolyte member, solid oxide fuel cell, water electrolysis device, hydrogen pump and method for producing solid electrolyte member | |
WO2017002608A1 (en) | Fuel cell | |
KR20100108956A (en) | Electrolyte for solid oxide fuel cell and manufacturing method of the electrolyte and cell having the electrolyte and manufacturing method of the cell | |
WO2017002556A1 (en) | Fuel cell | |
JP2020187864A (en) | Electrochemical cell, electrochemical cell stack, fuel cell, and hydrogen production device | |
JP2014067686A (en) | Fuel battery cell | |
JP2020191221A (en) | Electrochemical cell, electrochemical cell stack, fuel cell, and hydrogen manufacturing device | |
US10658677B2 (en) | Solid oxide fuel cell manufacturing method, solid oxide fuel cell and cell module comprising same | |
JP7301768B2 (en) | Electrochemical cells, electrochemical cell stacks and electrolytes for electrochemical cells | |
JP2012142241A (en) | Method for manufacturing single cell for solid oxide fuel cell | |
JP7170986B2 (en) | FUEL CELL AND FUEL CELL MANUFACTURING METHOD | |
US20140017598A1 (en) | Fuel cell | |
JP2014067692A (en) | Fuel cell unit cell | |
JP7202172B2 (en) | Anode and Solid Oxide Electrochemical Cell | |
JP7152142B2 (en) | Electrochemical reaction single cell and electrochemical reaction cell stack | |
JP6808010B2 (en) | Electrochemical cell | |
JP7245210B2 (en) | Electrochemical reaction single cell and electrochemical reaction cell stack |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
RD07 | Notification of extinguishment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7427 Effective date: 20191219 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20220119 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20220914 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20220927 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20221128 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20230106 |