JP2023130811A - 電気化学セル - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、第1実施形態に係る電解セル1の構成を示す断面図である。電解セル1は、本発明に係る「電気化学セル」の一例である。
セル本体部10は、水素極層6(カソード)、電解質層7、反応防止層8、及び酸素極層9(アノード)を有する。水素極層6、電解質層7、反応防止層8、及び酸素極層9は、この順で金属支持体20側から積層されている。水素極層6、電解質層7、及び酸素極層9は必須の構成であり、反応防止層8は任意の構成である。
水素極層6は、金属支持体20と電解質層7との間に配置される。水素極層6は、金属支持体20によって支持される。詳細には、水素極層6は、金属支持体20の第1主面20S上に配置される。水素極層6は、金属支持体20の第1主面20Sのうち複数の供給孔21が設けられた領域を覆う。水素極層6は、各供給孔21内に入り込んでいてよい。水素極層6は、本発明に係る「電極層」の一例である。
・水素極層6:CO2+H2O+4e-→CO+H2+2O2-・・・(1)
電解質層7は、水素極層6及び酸素極層9の間に配置される。電解質層7は、水素極層6の全体を覆う。本実施形態では、電解質層7及び酸素極層9の間に反応防止層8が配置されているため、電解質層7は反応防止層8と接触する。
反応防止層8は、電解質層7及び酸素極層9の間に配置される。反応防止層8は、電解質層7を介して水素極層6の反対側に配置される。本実施形態において、反応防止層8は、電解質層7に接続される。反応防止層8は、電解質層7と酸素極層9とが反応して電気抵抗の大きい反応層が形成されることを抑制する機能を有する。反応防止層8は、本発明に係る「機能層」の一例である。
酸素極層9は、電解質層7を基準として水素極層6の反対側に配置される。本実施形態では、電解セル1が反応防止層8を備えているため、酸素極層9は反応防止層8上に配置される。電解セル1が反応防止層8を備えていない場合、酸素極層9は電解質層7上に配置される。
・酸素極層9:2O2-→O2+4e-・・・(2)
金属支持体20は、セル本体部10を支持する。金属支持体20は、板状に形成される。金属支持体20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20は電解セル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以上2.0mm以下とすることができる。
流路部材30は、金属支持体20の第2主面20Tに接合される。流路部材30は、金属支持体20との間に流路30aを形成する。流路30aには、原料ガスが供給される。流路30aに供給された原料ガスは、金属支持体20の各供給孔21を介して、セル本体部10の水素極層6に供給される。
次に、電解質層7と反応防止層8との界面構造について説明する。図2は、水素極6及び電解質層7の断面図である。図2には、水素極6及び電解質層7の厚み方向に沿った断面が図示されている。厚み方向とは、金属支持体20の第1主面20Sに垂直な方向である。
第2実施形態に係る応力緩和部50の構成について説明する。応力緩和部50以外の構成については上記第1実施形態に説明したとおりである。
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。
上記実施形態において、水素極層6はカソードとして機能し、酸素極層9はアノードとして機能することとしたが、水素極層6がアノードとして機能し、酸素極層9がカソードとして機能してもよい。この場合、水素極層6と酸素極層9の構成材料を入れ替えるとともに、水素極層6の外表面に原料ガスを流す。
上記実施形態では、電気化学セルの一例として電解セル1について説明したが、電気化学セルは電解セルに限られない。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、酸化物イオン或いはプロトンをキャリアとする燃料電池が含まれる。
上記実施形態では、電解セル1が反応防止層8を備えているため、反応防止層8が電解質層7に接続される機能層であることとしたが、電解セル1が反応防止層8を備えていない場合、酸素極層9が電解質層7に接続される機能層となる。
6 水素極層
7 電解質層
7S,7T 機能層側表面
7a,7b 第2凹部
8 反応防止層
8S,8T 電解質層側表面
8a,8b 第1凹部
9 酸素極層
10 セル本体部
20 金属支持体
21 供給孔
30 流路部材
30a 流路
40,50 応力緩和部
41,51 第1部分
42,52 第2部分
Claims (5)
- 所定の機能を有する機能層と、
電極層と、
前記機能層及び前記電極層の間に配置され、前記機能層と接触する電解質層と、
前記機能層及び前記電解質層の間に配置され、前記機能層及び前記電解質層の界面に沿った面方向における前記機能層の前記電解質層に対する所定範囲内での伸縮を許容することによって前記界面に生じる熱応力を緩和させる応力緩和部と、
を備える電気化学セル。
- 前記機能層は、電解質層側表面に形成された第1凹部を有し、
前記電解質層は、機能層側表面に形成された第2凹部を有し、
前記応力緩和部は、前記第1凹部内に配置される第1部分と、前記第2凹部内に配置される第2部分とを有する、
請求項1に記載の電気化学セル。
- 前記第1部分の少なくとも一部は、前記第1凹部の内面に接続され、
前記第2部分の少なくとも一部は、前記第2凹部の内面から離れている、
請求項2に記載の電気化学セル。
- 前記応力緩和部は、内部に空隙を有する、
請求項2又は3に記載の電気化学セル。
- 前記電極層を支持し、複数の供給孔を有する板状の金属支持体をさらに備える、
請求項1乃至4のいずれかに記載の電気化学セル。
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