JP2023072891A - 電解セル、及びセルスタック装置 - Google Patents

Abstract

【課題】破損を抑制できる電解セルを提供する。【解決手段】電解セル１０は、支持基板４、素子部５、少なくとも１つの第１流路４３、及び少なくとも１つの第２流路４４を備えている。素子部５は、支持基板４に支持される。第１流路４３は、支持基板４内を第１方向に延びる。第１流路４３は、平面視において素子部５と重複するように配置される。第２流路４４は、支持基板４内を第１方向に延びる。第２流路４４は、平面視において素子部５と重複しないように配置される。第２流路４４は、先端部において第１流路４３と連通する。【選択図】図５

Description

本発明は、電解セル、及びセルスタック装置に関するものである。

セラミックス製の電極および電解質からなる電解セルを用いて、水蒸気（Ｈ_２Ｏ）及び二酸化炭素（ＣＯ_２）を共電解することで、水素（Ｈ_２）及び一酸化炭素（ＣＯ）を合成する技術が知られている。例えば、特許文献１に記載された電解セルは、素子部と、素子部を支持する支持基板とを有している。

特許第６１１０２４６号公報

上述したような電解セルは、基端部にＨ_２Ｏ及びＣＯ_２を供給するためのマニホールドが固定され、先端部にＨ_２及びＣＯを回収するためのマニホールドが固定されている。このように、電解セルは、基端部及び先端部の両方が固定されているため、熱膨張収縮によって破損するおそれがある。

本発明の課題は、破損を抑制できる電解セルを提供することにある。

本発明の第１側面に係る電解セルは、支持基板と、素子部と、少なくとも１つの第１流路と、少なくとも１つの第２流路と、を備えている。素子部は、支持基板に支持される。第１流路は、支持基板内を第１方向に延びる。第１流路は、平面視において素子部と重複するように配置される。第２流路は、支持基板内を第１方向に延びる。第２流路は、平面視において素子部と重複しないように配置される。第２流路は、先端部において第１流路と連通する。

この構成によれば、第１流路の基端部から水蒸気及び二酸化炭素を供給することによって、第１流路にＨ_２Ｏ及びＣＯ_２を流す。この第１流路内を流れるＨ_２Ｏ及びＣＯ_２は、素子部における共電解の化学反応に従って、Ｈ_２及びＣＯを生成する。生成されたＨ_２及びＣＯは、第２流路の先端部から基端部に向かって第２流路内を流れ、第２流路の基端部から回収することができる。このように、本発明では、電解セルの基端部において、Ｈ_２Ｏ及びＣＯ_２の供給、及びＨ_２及びＣＯの回収を行うことができるため、電解セルの基端部のみにマニホールドを固定すればよい。このため、電解セルの先端部を自由端とすることができ、熱膨張収縮によって電解セルが破損することを抑制することができる。

上述したように構成された電解セルでは、第１流路内にＨ_２Ｏ及びＣＯ_２を流すことによって、素子部において共電解の反応が進み、Ｈ_２及びＣＯが生成される。そして、素子部において生成されたＨ_２及びＣＯは、第２流路内を流れて回収される。ここで、第２流路内を流れる混合ガスは、第１流路内を流れる混合ガスに比べてＨ_２Ｏの分圧が低い。このため、第２流路内を流れるＨ_２Ｏ及びＣＯ_２が素子部によってさらに共電解されると、炭素、水素、酸素の３元素のうち炭素元素の割合がより増えやすくなり、第２流路内において炭素が析出されるというおそれがある。しかし、本発明に係る電解セルでは、第２流路は、平面視において素子部と重複しておらず、第２流路内を流れるＨ_２Ｏ及びＣＯ_２が、素子部によってさらに共電解されることはない。このため、第２流路内において炭素が析出することを抑制することができる。

好ましくは、電解セルは、連通流路をさらに備える。連通流路は、第１流路の先端部と第２流路の先端部とを連通する。

好ましくは、電解セルは、複数の素子部を備える。各素子部は、第１方向に配列される。

好ましくは、第１流路の数は、第２流路の数よりも多い。

好ましくは、少なくとも１つの第２流路は、複数の第２流路を含む。支持基板は、第１方向と直交する第２方向において、一対の両端部と、一対の両端部の間に位置する中央部と、を有する。第１流路は、支持基板の中央部に配置される。複数の第２流路は、支持基板の一対の両端部のそれぞれに配置される。

本発明の第２側面に係るセルスタック装置は、マニホールドと、上記いずれかの電解セルとを備える。マニホールドは、供給室及び回収室を有する。電解セルは、マニホールドから第１方向に延びる。第１流路は、供給室と連通する。第２流路は、回収室と連通する。

本発明の第３側面に係るセルスタック装置は、マニホールドと、上述した複数の第２流路を含む電解セルとを備えている。マニホールドは、供給室及び一対の回収室を有する。電解セルは、マニホールドから第１方向に延びる。第１流路は、供給室と連通する。複数の第２流路は、一対の回収室のそれぞれと連通する。

本発明によれば、破損を抑制できる電解セルを提供することができる。

セルスタック装置の斜視図。 マニホールドの断面図。 マニホールドの平面図。 セルスタック装置の断面図。 マニホールドに取り付けられた電解セルの平面図。 電解セルの断面図。 基端部における電解セルの断面図。 先端部における電解セルの断面図。 変形例に係るセルスタック装置の断面図。 マニホールドに取り付けられた変形例に係る電解セルの平面図。 変形例に係るセルスタック装置の断面図。 変形例に係るマニホールドに取り付けられた電解セルの平面図。 変形例に係るセルスタック装置の断面図。

以下、本実施形態に係る電解セルについて図面を参照しつつ説明する。なお、本実施形態では、電解セルの一例として固体酸化物形電解セル（ＳＯＥＣ）を用いて説明する。図１はセルスタック装置を示す斜視図、図２はマニホールドの断面図である。なお、図１及び図２において、いくつかの電解セルの記載を省略している。

［セルスタック装置］
図１に示すように、セルスタック装置１００は、マニホールド２と、複数の電解セル１０と、を備えている。

［マニホールド］
図２に示すように、マニホールド２は、複数の電解セル１０のそれぞれにガスを分配するように構成されている。また、マニホールド２は、電解セル１０によって生成されたガスを回収するように構成されている。マニホールド２は、供給室２１と回収室２２とを有している。供給室２１には、水蒸気（Ｈ_２Ｏ）、及び二酸化炭素（ＣＯ_２）などが供給される。なお、供給室２１には、水素（Ｈ_２）がさらに供給されてもよい。回収室２２は、各電解セル１０にて生成されたＨ_２及び一酸化炭素（ＣＯ）などを回収する。

マニホールド２は、マニホールド本体部２３と、仕切板２４とを有している。マニホールド本体部２３は、内部に空間を有している。マニホールド本体部２３は、直方体状である。

仕切板２４は、マニホールド本体部２３の空間を供給室２１と回収室２２とに気密に仕切っている。詳細には、仕切板２４は、マニホールド本体部２３の長手方向に延びている。

供給室２１の底面には、供給口２１１が形成されている。また、回収室２２の底面には、排出口２２１が形成されている。なお、供給口２１１及び排出口２２１は、底面ではなく側面や上面に形成されていてもよい。

供給口２１１は、例えば、電解セル１０の配列方向（ｚ軸方向）において、マニホールド２の中心Ｃよりも第１端部２０１側に配置されている。一方、排出口２２１は、例えば、電解セル１０の配列方向（ｚ軸方向）において、マニホールド２の中心Ｃよりも第２端部２０２側に配置されている。

図３に示すように、マニホールド本体部２３の天板部２３１には、複数の貫通孔２３２が形成されている。各貫通孔２３２は、マニホールド本体部２３の長手方向（ｚ軸方向）に間隔をあけて並んでいる。各貫通孔２３２は、マニホールド本体部２３の幅方向（ｙ軸方向）に延びている。各貫通孔２３２は、供給室２１及び回収室２２と連通している。なお、各貫通孔２３２は、供給室２１と連通する部分と回収室２２と連通する部分とに分かれていてもよい。

［電解セル］
図４は、セルスタック装置の断面図である。また、図５は、マニホールドに取り付けられた電解セル１０の平面図である。図４及び図５に示すように、電解セル１０は、マニホールド２から第１方向に延びている。なお、本実施形態では、電解セル１０は、マニホールド２から上方に延びている。

電解セル１０は、基端部１０１及び先端部１０２を有している。電解セル１０は、基端部１０１においてマニホールド２に取り付けられている。すなわち、マニホールド２は、各電解セル１０の基端部１０１を支持している。一方、電解セル１０の先端部１０２は、マニホールドなどに固定されていない。すなわち、電解セル１０の先端部１０２は、自由端となっている。本実施形態では、電解セル１０の基端部１０１は下端部を意味し、電解セル１０の先端部１０２は上端部を意味する。

図１に示すように、各電解セル１０は、主面同士が対向するように並べられている。また、各電解セル１０は、マニホールド２の長手方向（ｚ軸方向）に沿って間隔をあけて並べられている。すなわち、電解セル１０の配列方向は、マニホールド２の長手方向に沿っている。

図４及び図５に示すように、電解セル１０は、支持基板４と、複数の素子部５と、を有している。また、電解セル１０は、連通部材３をさらに有している。

［支持基板］
支持基板４は、マニホールド２から上方に延びている。支持基板４は、板状である。詳細には、支持基板４は、平面視（ｚ軸方向視）が長方形状である。支持基板４は、長手方向（ｘ軸方向）と幅方向（ｙ軸方向）とを有している。本実施形態では、図４及び図５の上下方向（ｘ軸方向）が支持基板４の長手方向であり、図４及び図５の左右方向が（ｙ軸方向）が支持基板４の幅方向である。

支持基板４は、基端部４１と先端部４２とを有している。基端部４１及び先端部４２は、支持基板４の長手方向（ｘ軸方向）における両端部である。本実施形態では、支持基板４の基端部４１は下端部を意味し、支持基板４の先端部４２は上端部を意味する。

支持基板４の基端部４１は、マニホールド２に取り付けられる。例えば、支持基板４の基端部４１は、接合材４００などによってマニホールド２の天板部２３１に取り付けられる。詳細には、支持基板４の基端部４１は、天板部２３１に形成された貫通孔２３２に挿入されている。なお、支持基板４の基端部４１は、貫通孔２３２に挿入されていなくてもよい。すなわち、支持基板４の第１端面４１１によって貫通孔２３２を覆うように、支持基板４が天板部２３１上に載置されていてもよい。

支持基板４には、複数の第１流路４３、及び１つの第２流路４４が形成されている。第１流路４３の数は、第２流路４４の数よりも多い。

第１及び第２流路４３、４４は、支持基板４内を第１方向に延びている。なお、第１方向とは、第１及び第２流路４３，４４が延びる方向を意味する。本実施形態では、第１及び第２流路４３，４４は、支持基板４の長手方向に延びている。また、第１方向と交差する方向を「第２方向」と称する。なお、本実施形態では、第２方向は第１方向と直交している。第２方向は、支持基板４の幅方向（ｙ軸方向）に沿って延びている。

第１及び第２流路４３、４４は、支持基板４を貫通している。各第１流路４３は、第２方向において互いに間隔をあけて配置されている。また、各第２流路４４は、第２方向において第１流路４３と間隔をあけて配置されている。すなわち、各第１流路４３と第２流路４４とは、第２方向において互いに間隔をあけて配置されている。なお、第１流路４３と第２流路４４との間隔は、第１流路４３同士の間隔よりも大きいことが好ましい。

第１流路４３は、その基端部４３１において、供給室２１と連通している。このため、第１流路４３には、供給室２１からＨ_２Ｏ及びＣＯ_２などが供給される。すなわち、第１流路４３の基端部４３１から先端部４３２に向かって、Ｈ_２Ｏ及びＣＯ_２などが流れる。

第２流路４４は、その先端部４４２において、第１流路４３と連通している。すなわち、第１流路４３の先端部４３２と第２流路４４の先端部４４２は互いに連通している。詳細には、第１流路４３の先端部４３２と、第２流路４４の先端部４４２とは、後述する連通流路３０を介して連通している。また、第２流路４４は、その基端部４４１において、回収室２２と連通している。

第２流路４４には、電解セル１０によって生成されたＨ_２及びＣＯなどが先端部４４２から基端部４４１に向かって流れる。そして、第２流路４４内を流れるＨ_２及びＣＯなどは、第２流路４４の基端部４４１から回収室２２に排出される。

支持基板４は、電子伝導性を有さない多孔質の材料によって構成される。支持基板４は、例えば、Ｙ_２Ｏ_３（イットリア）、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４（マグネシアアルミナスピネル）あるいはこれらの複合物などによって構成することができる。支持基板４の気孔率は、例えば、２０～６０％程度である。この気孔率は、例えば、アルキメデス法により測定される。

支持基板４は、緻密層４８によって覆われている。緻密層４８は、第１流路４３及び第２流路４４から支持基板４内に拡散されたガスが外部に排出されることを抑制するように構成されている。本実施形態では、緻密層４８は、支持基板４の表面のうち、素子部５が形成されていない部分を覆っている。なお、本実施形態では、緻密層４８は、後述する電解質７に使用される材料、又は結晶化ガラス等によって構成することができる。緻密層４８は、支持基板４よりも緻密である。例えば、緻密層４８の気孔率は、０～７％程度である。

図６は、第２方向と直交する面で電解セル１０を切断した切断面を示している。なお、図６は、第１流路４３に沿って電解セル１０を切断した切断面である。

図６に示すように、支持基板４は、第１主面４５、第２主面４６、複数の凹部４９、及び複数の桟部５０を有している。各凹部４９は、第１方向において、互いに間隔をあけて配置されている。凹部４９は、第２方向に延びている。なお、凹部４９は、平面視（ｚ軸方向視）において、第２流路４４と重複する部分には形成されていない。

桟部５０は、一対の凹部４９の間に配置される。すなわち、一対の凹部４９の間の部分が桟部５０となる。桟部５０は、第２方向に延びている。第１方向において、凹部４９と桟部５０とが交互に配置される。

［連通部材］
図４に示すように、電解セル１０は、第１流路４３と第２流路４４とを連通する連通流路３０を有している。なお、連通流路３０は、支持基板４に取り付けられた連通部材３に形成されている。連通部材３は、支持基板４と一体的に形成されていることが好ましい。

連通部材３は、例えば、多孔質である。また、連通部材３は、その外側面を構成する緻密層３１を有している。緻密層３１は、連通部材３の本体よりも緻密に形成されている。例えば、緻密層３１の気孔率は、０～７％程度である。この緻密層３１は、連通部材３と同じ材料、上述した電解質７に使用される材料、又は結晶化ガラス等によって形成することができる。

［素子部］
図５に示すように、複数の素子部５が、支持基板４上に配置されている。なお、本実施形態では、支持基板４の両面において、複数の素子部５が支持されている。なお、第１主面４５に形成される素子部５の数と第２主面４６に形成される素子部５の数とは、互いに同じであってもよいし異なっていてもよい。また、素子部５は、支持基板４の第１主面４５及び第２主面４６のどちらか一方のみに支持されていてもよい。

複数の素子部５は、第１方向に配列されている。すなわち、本実施形態に係る電解セル１０は、いわゆる横縞型の電解セルである。なお、複数の素子部５は、インターコネクタ９（図６参照）によって、互いに電気的に直列に接続されている。

素子部５は、第２方向に延びている。素子部５は、平面視（ｚ軸方向視）において、第１流路４３と重複する一方で、第２流路４４とは重複していない。すなわち、第１流路４３は、平面視において素子部５と重複するように配置されており、第２流路４４は、平面視において、素子部５と重複しないように配置されている。なお、平面視とは、電解セル１０の厚さ方向に沿って見ることを言う。

支持基板４は、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２とに分けることができる。第１領域Ｒ１は、第１方向視（ｘ軸方向視）において、供給室２１と重複する領域である。第２領域Ｒ２は、第１方向視（ｘ軸方向視）において、回収室２２と重複する領域である。

素子部５は、支持基板４の第１領域Ｒ１に配置されており、第２領域Ｒ２には配置されていない。また、第１流路４３は、支持基板４の第１領域Ｒ１内に形成されており、第２流路４４は、支持基板４の第２領域Ｒ２内に形成されている。

図６に示すように、素子部５は、水素極６（カソード）、電解質７、及び酸素極８（アノード）を有している。支持基板４側から、水素極６、電解質７、酸素極８の順で配置されている。素子部５は、反応防止膜１１をさらに有している。

［水素極］
水素極６は、下記（１）式に示す共電解の化学反応に従って、ＣＯ_２及びＨ_２Ｏから、Ｈ_２、ＣＯ、及びＯ^２－を生成する。
・水素極６：ＣＯ_２＋Ｈ_２Ｏ＋ ４ｅ^－→ＣＯ＋Ｈ_２＋２Ｏ^２－・・・（１）

水素極６は、電子伝導性を有する多孔質の材料から構成される。水素極６は、焼成体である。水素極６は、水素極集電部６１と水素極活性部６２とを有する。各水素極６は、支持基板４上に配置されている。各水素極６は、第１方向（ｘ軸方向）において、互いに間隔をあけて配置されている。

［水素極集電部］
水素極集電部６１は、凹部４９内に配置されている。凹部４９は、支持基板４に形成されている。詳細には、水素極集電部６１は、凹部４９を埋めており、凹部４９と同様の形状を有する。

水素極集電部６１の主面６１１は、支持基板４の第１主面４５と実質的に同一面上にある。すなわち、支持基板４の第１主面４５と、各水素極集電部６１の主面６１１とによって、一つの面が構成されている。なお、水素極集電部６１の主面６１１は、支持基板４の第１主面４５と完全に同一面上になくてもよく、例えば、支持基板４の第１主面４５との間に２０μｍ以下程度の段差があってもよい。

水素極集電部６１は、電子伝導性を有する。水素極集電部６１は、水素極活性部６２よりも高い電子伝導性を有していることが好ましい。水素極集電部６１は、酸素イオン伝導性を有していてもよいし、有していなくてもよい。

水素極集電部６１は、例えば、ＮｉＯ及び８ＹＳＺの複合物、ＮｉＯ及びＹ_２Ｏ_３の複合物、又は、ＮｉＯ及びＣＳＺの複合物などによって構成することができる。水素極集電部６１の厚さ、及び凹部４９の深さは、例えば、５０～５００μｍ程度である。

［水素極活性部］
水素極活性部６２は、水素極集電部６１の主面６１１上に配置されている。このため、水素極活性部６２は、凹部４９から突出している。すなわち、水素極活性部６２は、水素極集電部６１に埋設されていない。水素極活性部６２の端縁は、主面６１１上において、水素極集電部６１の端縁よりも内側に形成されている。詳細には、水素極活性部６２は、水素極集電部６１よりも平面視（ｚ軸方向視）の面積が小さい。そして、水素極活性部６２は、水素極集電部６１の主面６１１内に収まっている。

水素極活性部６２は、酸素イオン伝導性を有するとともに、電子伝導性を有する。水素極活性部６２は、水素極集電部６１より高い酸素イオン伝導性を有することが好ましい。

水素極活性部６２は、ＮｉＯ及び８ＹＳＺの複合物、又は、ＮｉＯ及びＧＤＣ＝（Ｃｅ，Ｇｄ）Ｏ_２（ガドリニウムドープセリア）の複合物などによって構成することができる。水素極活性部６２は、水素極集電部６１よりも薄い。水素極活性部６２の厚さは、例えば、５～３０μｍ程度である。

［電解質］
電解質７は、水素極６と酸素極８との間に配置される。電解質７は、酸素イオン伝導性を有する。電解質７は、水素極６において生成されたＯ^２－を酸素極８に伝達させる。電解質７は、水素極６上を覆うように配置されている。詳細には、電解質７は、一のインターコネクタ９から他のインターコネクタ９まで第１方向に延びている。すなわち、第１方向において、電解質７とインターコネクタ９とが交互に配置されている。

電解質７は、支持基板４よりも緻密である。例えば、電解質７の気孔率は、０～７％程度である。電解質７は、イオン伝導性を有し且つ電子伝導性を有さない緻密な材料から構成される焼成体である。電解質７は、例えば、ＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）、又は、ＬＳＧＭ（ランタンガレート）などによって構成することができる。電解質７の厚さは、例えば、３～５０μｍ程度である。

［反応防止膜］
反応防止膜１１は、緻密な材料から構成される焼成体である。反応防止膜１１は、平面視において、水素極活性部６２と略同一の形状であり、水素極活性部６２と重複するように配置されている。反応防止膜１１は、電解質７を介して、水素極活性部６２と対応する位置に配置されている。反応防止膜１１は、電解質７内のＹＳＺと酸素極活性部８１内のＳｒとが反応して電解質７と酸素極活性部８１との界面に電気抵抗が大きい反応層が形成される現象の発生を抑制するために設けられている。反応防止膜１１は、例えば、ＧＤＣ＝（Ｃｅ，Ｇｄ）Ｏ_２（ガドリニウムドープセリア）などによって構成することができる。反応防止膜１１の厚さは、例えば、３～５０μｍ程度である。

［酸素極］
酸素極８は、下記（２）式に示す化学反応に従って、電解質７を介して水素極６より伝達されるＯ^２－からＯ_２を生成する。
・酸素極８：２Ｏ^２－→Ｏ_２＋４ｅ^－・・・（２）

酸素極８は、電子伝導性を有する多孔質の材料から構成される。酸素極８は、焼成体である。酸素極８は、水素極６と協働して電解質７を挟むように配置されている。酸素極８は、酸素極活性部８１及び酸素極集電部８２を有している。

［酸素極活性部］
酸素極活性部８１は、反応防止膜１１上に配置されている。酸素極活性部８１は、酸素イオン伝導性を有するとともに、電子伝導性を有する。酸素極活性部８１は、酸素極集電部８２より高い酸素イオン伝導性を有することが好ましい。

酸素極活性部８１は、多孔質の材料から構成される。酸素極活性部８１は焼成体である。酸素極活性部８１は、例えば、ＬＳＣＦ＝（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ_３（ランタンストロンチウムコバルトフェライト）、ＬＳＦ＝（Ｌａ，Ｓｒ）ＦｅＯ_３（ランタンストロンチウムフェライト）、ＬＮＦ＝Ｌａ（Ｎｉ，Ｆｅ）Ｏ_３（ランタンニッケルフェライト）、ＬＳＣ＝（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ_３（ランタンストロンチウムコバルタイト）、又はＳＳＣ＝（Ｓｍ，Ｓｒ）ＣｏＯ_３（サマリウムストロンチウムコバルタイト）、およびそれらとＧＤＣなどの酸素イオン伝導材料との複合物によって構成することができる。また、酸素極活性部８１は、ＬＳＣＦから構成される第１層（内側層）とＬＳＣから構成される第２層（外側層）との２層によって構成されてもよい。酸素極活性部８１の厚さは、例えば、１０～１００μｍである。

［酸素極集電部］
酸素極集電部８２は、酸素極活性部８１上に配置されている。酸素極集電部８２は、酸素極活性部８１から、隣の素子部５に向かって延びている。酸素極集電部８２は、インターコネクタ９を介して隣の素子部５の水素極集電部６１と電気的に接続されている。なお、水素極集電部６１と酸素極集電部８２とは、第１方向において、反応領域から互いに反対側に延びている。なお、反応領域とは、電解セル１０の平面視（ｚ軸方向視）において、水素極活性部６２と電解質７と酸素極活性部８１とが重複する領域である。

酸素極集電部８２は、電子伝導性を有する多孔質材料から構成される。酸素極集電部８２は、焼成体である。酸素極集電部８２は、酸素極活性部８１よりも高い電子伝導性を有していることが好ましい。酸素極集電部８２は、酸素イオン伝導性を有していてもよいし、有していなくてもよい。

酸素極集電部８２は、例えば、ＬＳＣＦ、ＬＳＣ、Ａｇ（銀）、又は、Ａｇ－Ｐｄ（銀パラジウム合金）などによって構成することができる。なお、酸素極集電部８２の厚さは、例えば、５０～５００μｍ程度である。

［インターコネクタ］
インターコネクタ９は、第１方向において隣り合う素子部５同士を電気的に接続するように構成されている。インターコネクタ９は、隣り合う素子部５の一方の素子部５の水素極６と、他方の素子部５の酸素極８とを電気的に接続している。詳細には、インターコネクタ９は、隣り合う素子部５の一方の素子部５の水素極集電部６１と、他方の素子部５の酸素極集電部８２とを電気的に接続している。

このように、各素子部５は、インターコネクタ９によって、第１及び第２主面４５、４６のそれぞれにおいて電解セル１０の基端部１０１から先端部１０２まで直列に接続されている。

インターコネクタ９は、水素極集電部６１の主面６１１上に配置されている。インターコネクタ９は、第１方向において、水素極活性部６２と間隔をあけて配置されている。

インターコネクタ９は、電子伝導性を有する緻密な材料から構成される。インターコネクタ９は、焼成体である。インターコネクタ９は、支持基板４よりも緻密である。例えば、インターコネクタ９の気孔率は、０～７％程度である。インターコネクタ９は、例えば、ＬａＣｒＯ_３（ランタンクロマイト）、又は、（Ｓｒ，Ｌａ）ＴｉＯ_３（ストロンチウムチタネート）などによって構成することができる。インターコネクタ９の厚さは、例えば、１０～１００μｍである。

図７に示すように、各電解セル１０において最も基端側に配置されたインターコネクタ９は、第１主面４５に配置される素子部５と、第２主面４６に配置される素子部５とを電気的に接続している。

第２主面４６において最も基端側に配置された素子部５の酸素極集電部８２は、第２主面４６から支持基板４の側面を介して第１主面４５まで延びている。すなわち、この最も基端側に配置された素子部５の酸素極集電部８２は、環状に延びている。そして、第１主面４５において最も基端側に配置されたインターコネクタ９は、第２主面４６から第１主面４５まで延びる酸素極集電部８２と、第１主面４５において最も基端側に配置された素子部５の水素極集電部６１と、を電気的に接続している。

このように、第１主面４５において直列接続された複数の素子部５と、第２主面４６において直列接続された複数の素子部５とは、インターコネクタ９によって、電解セル１０の基端部１０１において直列接続されている。

［集電部材］
図８に示すように、セルスタック装置１００は、集電部材１２をさらに有している。集電部材１２は、隣り合う電解セル１０の間に配置されている。そして、集電部材１２は、隣り合う電解セル１０を互いに電気的に接続している。集電部材１２は、隣り合う電解セル１０の先端部１０２同士を接合している。例えば、集電部材１２は、支持基板４の両主面に配置された複数の素子部５のうち、最も先端側に配置された素子部５よりも先端側に配置されている。集電部材１２は、隣り合う電解セル１０の最も先端側に配置された素子部５同士を電気的に接続している。

集電部材１２は、導電性接合材１０３を介して、素子部５から延びる酸素極集電部８２に接合される。導電性接合材１０３としては、周知の導電性セラミックス等を用いることができる。例えば、導電性接合材１０３は、（Ｍｎ，Ｃｏ）_３Ｏ_４、（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ_３、及び（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ_３などから選ばれる少なくとも１種によって構成することができる。

［使用方法］
上述したように構成されたセルスタック装置１００では、電極間に電力を供給しながら、マニホールド２の供給室２１にＨ_２Ｏ及びＣＯ_２を供給する。そして、第１流路４３内を流れるＨ_２Ｏ及びＣＯ_２が素子部５において共電解されて、Ｈ_２、及びＣＯが生成される。このように生成されたＨ_２、及びＣＯは、第２流路４４内を流れて、回収室２２で回収される。

［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。

（ａ）上記実施形態では、連通流路３０は連通部材３に形成されていたが、連通流路30の構成はこれに限定されない。例えば、図９に示すように、連通流路３０は、支持基板４内に形成されていてもよい。この場合、セルスタック装置１００は、連通部材３を備えていなくてもよい。この支持基板４内に形成された連通流路３０によって、第１流路４３と第２流路４４とが連通されている。

（ｂ）上記実施形態では、第１流路４３の先端部４３２と第２流路４４の先端部４４２とが連通流路３０を介して間接的に連通していたが、第１及び第２流路４３，４４の構成はこれに限定されない。例えば、第１流路４３の先端部４３２と第２流路４４の先端部４４２とが直接連通していてもよい。

（ｃ）上記実施形態では、電解セル１０は、複数の素子部５を有していたが、電解セル１０の構成はこれに限定されない。例えば、電解セル１０は、１つの素子部５のみを有する構成であってもよい。この場合、素子部５は、支持基板４の第１主面４５から側面を介して第２主面４６まで延びている構成とすることができる。

（ｄ）上記実施形態では、支持基板４の第１領域Ｒ１において素子部５が形成される一方で、支持基板４の第２領域Ｒ２には何も形成されていないが、電解セル１０の構成はこれに限定されない。例えば、図１０に示すように、素子部５から第２領域Ｒ２に向かって延びるような調整部材５１を形成することができる。

調整部材５１は、素子部５と同様の形状をしている一方で、素子部５とは異なる材料で構成されている。第２流路４４内を流れるＨ_２Ｏ及びＣＯ_２は、この調整部材５１において、共電解されることはない。調整部材５１は、電解セル１０を製造する際の焼成時の収縮挙動が素子部５と近いような構成とすることができる。これにより、電解セル１０をより適切に焼成することができる。

（ｅ）上記実施形態では、支持基板４に形成された第２流路４４は１本のみであったが、複数の第２流路４４が形成されていてもよい。また、複数の第２流路４４が形成されている場合において、第２流路４４が配置される位置は、上記実施形態のように支持基板４の第２方向の一方の端部のみに限定されない。

例えば、図１１に示すように、支持基板４は、第２方向において、一対の両端部４０１と、中央部４０２との、３つの部分に分けることができる。中央部４０２は、一対の両端部４０１の間に位置する部分である。なお、一対の両端部４０１と、中央部４０２との面積比は、適宜変更することができる。

複数の第２流路４４は、支持基板４の一対の両端部４０１のそれぞれに配置されている。例えば、１つの両端部４０１につき、１本の第２流路４４が配置されている。そして、第１流路４３は、中央部４０２に配置されている。すなわち、一対の第２流路４４の間に、複数の第１流路４３が配置されている。

図１２に示すように、素子部５は、上記実施形態と同様に、平面視において、第１流路４３と重複する一方で、いずれの第２流路４４とも重複していない。

また、このように構成された電解セル１０に取り付けられるマニホールド２は、一対の回収室２２を有している。一対の回収室２２は、第２方向においてマニホールド２の両端部に配置されている。そして、一対の回収室２２の間に供給室２１が配置される。なお、一対の回収室２２は、互いに連通していてもよい（図１３参照）。

第１流路４３は、供給室２１と連通している。一対の第２流路４４は、一対の回収室２２のそれぞれと連通している。

２ ：マニホールド
２１ ：供給室
２２ ：回収室
４ ：支持基板
５ ：素子部
１０ ：電解セル
３０ ：連通流路
４３ ：第１流路
４４ ：第２流路
１００ ：セルスタック装置

Claims (8)

1. 支持基板と、
   前記支持基板に支持される素子部と、
   前記支持基板内を第１方向に延び、平面視において前記素子部と重複するように配置される少なくとも１つの第１流路と、
   前記支持基板内を前記第１方向に延び、平面視において前記素子部と重複しないように配置され、先端部において前記第１流路と連通する少なくとも１つの第２流路と、
   を備える、電解セル。
   
2. 前記第１流路の先端部と前記第２流路の先端部とを連通する連通流路をさらに備える、
   請求項１に記載の電解セル。
   
3. 複数の前記素子部を備え、
   前記各素子部は、前記第１方向に配列される、
   請求項１又は２に記載の電解セル。
   
4. 前記第１流路の数は、前記第２流路の数よりも多い、
   請求項１から３のいずれかに記載の電解セル。
   
5. 前記少なくとも１つの第２流路は、複数の第２流路を含み、
   前記支持基板は、前記第１方向と直交する第２方向において、一対の両端部と、前記一対の両端部の間に位置する中央部と、を有し、
   前記第１流路は、前記支持基板の中央部に配置され、
   前記複数の第２流路は、前記支持基板の一対の両端部のそれぞれに配置される、
   請求項１から４のいずれかに記載の電解セル。
   
6. 供給室及び回収室を有するマニホールドと、
   前記マニホールドから第１方向に延びる、請求項１から５のいずれかに記載の電解セルと、
   を備え、
   前記第１流路は、前記供給室と連通し、
   前記第２流路は、前記回収室と連通する、
   セルスタック装置。
   
7. 供給室及び一対の回収室を有するマニホールドと、
   前記マニホールドから第１方向に延びる、請求項５に記載の電解セルと、
   を備え、
   前記第１流路は、前記供給室と連通し、
   前記複数の第２流路は、前記一対の回収室のそれぞれと連通する、
   セルスタック装置。
   
8. 前記一対の回収室は、互いに連通している、
   請求項７に記載のセルスタック装置。

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