JP3195904B2 - 固体電解素子 - Google Patents
固体電解素子Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明はイオン導電性の固
体電解質を利用した固体電解素子に関するものである。
体電解質を利用した固体電解素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図１０は例えば特開平６−６３３４３号
公報に記載された固体電解素子の断面図である。図１０
において、１は陽イオン導電性の固体高分子電解質層、
２，３は多孔質基材で、金属繊維の織布もしくは不織
布、金属の粉末焼結体、カーボン繊維、金属多孔板、エ
キスパンドメタル等を使用する。４，５は触媒層で、多
孔質基材２，３と固体高分子電解質層１との食い込み部
に白金黒、白金担持カーボン等が３次元的に分布してい
る。なお、多孔質基材２と触媒層４とで陽極６を、多孔
質基材３と触媒層５とで陰極７をそれぞれ構成してい
る。８は直流電源、９は被除湿室である。
公報に記載された固体電解素子の断面図である。図１０
において、１は陽イオン導電性の固体高分子電解質層、
２，３は多孔質基材で、金属繊維の織布もしくは不織
布、金属の粉末焼結体、カーボン繊維、金属多孔板、エ
キスパンドメタル等を使用する。４，５は触媒層で、多
孔質基材２，３と固体高分子電解質層１との食い込み部
に白金黒、白金担持カーボン等が３次元的に分布してい
る。なお、多孔質基材２と触媒層４とで陽極６を、多孔
質基材３と触媒層５とで陰極７をそれぞれ構成してい
る。８は直流電源、９は被除湿室である。
【０００３】次に動作について説明する。図１０におい
て、両極６，７間に直流電源から電力を供給すると、被
除湿室９の水が電気分解して式（１）の反応により酸素
が発生するとともに被除湿室９の湿度が低下する。 ２Ｈ2Ｏ → Ｏ2＋４Ｈ+＋４ｅ- ・・・（１） このときに発生する水素イオン（Ｈ+）は固体高分子電
解質層１を通って陰極７に達する。また、電子（ｅ-）
は直流電源８を接続した外部回路を通って陰極７に達す
る。そして、式（２）の反応により陰極７側の酸素を消
費して水を発生する。 Ｏ2＋４Ｈ+＋４ｅ- → ２Ｈ2Ｏ ・・・（２） さらに、水素イオン（Ｈ+）とともに１〜３分子の複数
の水分子が陽極６側から陰極７側へ移動する。したがっ
て、陰極７では式（２）の反応により生成する水ととも
に、さらに余分の水が陽極６から移動して被除湿室９の
湿度が低下する。
て、両極６，７間に直流電源から電力を供給すると、被
除湿室９の水が電気分解して式（１）の反応により酸素
が発生するとともに被除湿室９の湿度が低下する。 ２Ｈ2Ｏ → Ｏ2＋４Ｈ+＋４ｅ- ・・・（１） このときに発生する水素イオン（Ｈ+）は固体高分子電
解質層１を通って陰極７に達する。また、電子（ｅ-）
は直流電源８を接続した外部回路を通って陰極７に達す
る。そして、式（２）の反応により陰極７側の酸素を消
費して水を発生する。 Ｏ2＋４Ｈ+＋４ｅ- → ２Ｈ2Ｏ ・・・（２） さらに、水素イオン（Ｈ+）とともに１〜３分子の複数
の水分子が陽極６側から陰極７側へ移動する。したがっ
て、陰極７では式（２）の反応により生成する水ととも
に、さらに余分の水が陽極６から移動して被除湿室９の
湿度が低下する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の固体電解素子は
以上のように構成されているので、陽極においては両極
間に通電したときに酸素が発生する。したがって、陽極
を構成している多孔質基材の金属及び触媒が酸化して腐
食したり、不働態化が発生するという問題点があった。
以上のように構成されているので、陽極においては両極
間に通電したときに酸素が発生する。したがって、陽極
を構成している多孔質基材の金属及び触媒が酸化して腐
食したり、不働態化が発生するという問題点があった。
【０００５】また、非通電のとき陰極において、陰極を
構成している多孔質基材の金属と触媒の白金とが局部電
池を形成して局部電流が流れる。一般に、電気化学的に
卑な金属と貴な金属とが水分が存在した状態で接してい
る場合、図１１に示すように卑な金属が陽極を、貴な金
属が陰極を形成する局部電池ができる。そして、卑な金
属がイオン化して水中に溶出する、いわゆる腐食を起こ
すという問題点があった。
構成している多孔質基材の金属と触媒の白金とが局部電
池を形成して局部電流が流れる。一般に、電気化学的に
卑な金属と貴な金属とが水分が存在した状態で接してい
る場合、図１１に示すように卑な金属が陽極を、貴な金
属が陰極を形成する局部電池ができる。そして、卑な金
属がイオン化して水中に溶出する、いわゆる腐食を起こ
すという問題点があった。
【０００６】この発明は、陽極側において通電時に発生
する酸素により陽極及び陽極側の触媒が不働態化するの
を防止する固体電解素子を提供することを目的とする。
する酸素により陽極及び陽極側の触媒が不働態化するの
を防止する固体電解素子を提供することを目的とする。
【０００７】さらに、陰極側において非通電時に陰極が
イオン化して溶出するのを防止する固体電解素子を提供
することを目的とする。
イオン化して溶出するのを防止する固体電解素子を提供
することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る固
体電解素子は、固体電解質層を陽極と陰極とで挟持し、
両極間に直流を印加し、陽極側で電解反応により酸素を
発生し、陰極側で還元反応をする固体電解素子におい
て、陽極は導電性金属酸化物の第１の担体と白金族金属
の第１の触媒とで形成した第１の担持触媒により、固体
電解質層の一面に形成した第１の触媒層と、表面に形成
した白金族金属または白金族の金属酸化物の金属層を介
して第１の触媒層に接合したチタンの第１の多孔質基材
とで構成し、陰極は炭素粉体の第２の担体と白金族金属
の第２の触媒とで形成した第２の担持触媒により固体電
解質層の他面に形成した第２の触媒層と、第２の触媒層
に接合した第２の導電性多孔質基材とで構成したもので
ある。
体電解素子は、固体電解質層を陽極と陰極とで挟持し、
両極間に直流を印加し、陽極側で電解反応により酸素を
発生し、陰極側で還元反応をする固体電解素子におい
て、陽極は導電性金属酸化物の第１の担体と白金族金属
の第１の触媒とで形成した第１の担持触媒により、固体
電解質層の一面に形成した第１の触媒層と、表面に形成
した白金族金属または白金族の金属酸化物の金属層を介
して第１の触媒層に接合したチタンの第１の多孔質基材
とで構成し、陰極は炭素粉体の第２の担体と白金族金属
の第２の触媒とで形成した第２の担持触媒により固体電
解質層の他面に形成した第２の触媒層と、第２の触媒層
に接合した第２の導電性多孔質基材とで構成したもので
ある。
【０００９】請求項２の発明に係る固体電解素子は、固
体電解質層を陽極と陰極とで挟持し、両極間に直流を印
加し、陽極側で電解反応により酸素を発生し、陰極側で
還元反応をする固体電解素子において、陽極は導電性金
属酸化物と白金族金属とで形成した第１の触媒により、
固体電解質層の一面に形成した第１の触媒層と、表面に
形成した白金族金属または白金族の金属酸化物の金属層
を介して第１の触媒層に接合したチタンの第１の多孔質
基材とで構成し、陰極は炭素粉体の第２の担体と白金族
金属の第２の触媒とで形成した第２の担持触媒により固
体電解質層の他面に形成した第２の触媒層と、第２の触
媒層に接合した第２の導電性多孔質基材とで構成したも
のである。
体電解質層を陽極と陰極とで挟持し、両極間に直流を印
加し、陽極側で電解反応により酸素を発生し、陰極側で
還元反応をする固体電解素子において、陽極は導電性金
属酸化物と白金族金属とで形成した第１の触媒により、
固体電解質層の一面に形成した第１の触媒層と、表面に
形成した白金族金属または白金族の金属酸化物の金属層
を介して第１の触媒層に接合したチタンの第１の多孔質
基材とで構成し、陰極は炭素粉体の第２の担体と白金族
金属の第２の触媒とで形成した第２の担持触媒により固
体電解質層の他面に形成した第２の触媒層と、第２の触
媒層に接合した第２の導電性多孔質基材とで構成したも
のである。
【００１０】請求項３の発明に係る固体電解素子は、固
体電解質層を陽極と陰極とで挟持し、両極間に直流を印
加し、陽極側で電解反応により酸素を発生し、陰極側で
還元反応をする固体電解素子において、陽極は導電性金
属酸化物の第１の担体と白金族金属の第１の触媒とで形
成した第１の担持触媒により、固体電解質層の一面に形
成した第１の触媒層と、表面に形成した白金族金属また
は白金族の金属酸化物の金属層を介して第１の触媒層に
接合したチタンの第１の多孔質基材とで構成し、陽極と
複数個所で電気的に接続した第１の給電体に直流の正電
圧を印加するようにし、陰極は炭素粉体の第２の担体と
白金族金属の第２の触媒とで形成した第２の担持触媒に
より固体電解質層の他面に形成した第２の触媒層と、第
２の触媒層に接合した第２の導電性多孔質基材とで構成
し、陰極と複数個所で電気的に接続した第２の給電体に
直流の負電圧を印加するようにしたものである。
体電解質層を陽極と陰極とで挟持し、両極間に直流を印
加し、陽極側で電解反応により酸素を発生し、陰極側で
還元反応をする固体電解素子において、陽極は導電性金
属酸化物の第１の担体と白金族金属の第１の触媒とで形
成した第１の担持触媒により、固体電解質層の一面に形
成した第１の触媒層と、表面に形成した白金族金属また
は白金族の金属酸化物の金属層を介して第１の触媒層に
接合したチタンの第１の多孔質基材とで構成し、陽極と
複数個所で電気的に接続した第１の給電体に直流の正電
圧を印加するようにし、陰極は炭素粉体の第２の担体と
白金族金属の第２の触媒とで形成した第２の担持触媒に
より固体電解質層の他面に形成した第２の触媒層と、第
２の触媒層に接合した第２の導電性多孔質基材とで構成
し、陰極と複数個所で電気的に接続した第２の給電体に
直流の負電圧を印加するようにしたものである。
【００１１】請求項４の発明に係る固体電解素子は、第
１の給電体として導電部材の表面に白金族金属または白
金族金属の金属酸化物の金属層を形成したものである。
１の給電体として導電部材の表面に白金族金属または白
金族金属の金属酸化物の金属層を形成したものである。
【００１２】請求項５の発明に係る固体電解素子は、金
属層を白金または酸化イリジウムで形成したものであ
る。
属層を白金または酸化イリジウムで形成したものであ
る。
【００１３】請求項６の発明に係る固体電解素子は、第
２の給電体として卑金属基材の表面に炭素被膜を形成し
たものである。
２の給電体として卑金属基材の表面に炭素被膜を形成し
たものである。
【００１４】請求項７の発明に係る固体電解素子は、卑
金属基材を銅、ニッケルまたはステンレスとしたもので
ある。
金属基材を銅、ニッケルまたはステンレスとしたもので
ある。
【００１５】請求項８の発明に係る固体電解素子は、固
体電解質層を水素イオン導電性固体高分子電解質で形成
したものである。
体電解質層を水素イオン導電性固体高分子電解質で形成
したものである。
【００１６】請求項９の発明に係る固体電解素子は、固
体電解質層を水酸イオン導電性固体高分子電解質で形成
したものである。
体電解質層を水酸イオン導電性固体高分子電解質で形成
したものである。
【００１７】請求項１０の発明に係る固体電解素子は、
固体電解質層を水素イオン導電性セラミックスで形成し
たものである。
固体電解質層を水素イオン導電性セラミックスで形成し
たものである。
【００１８】請求項１１の発明に係る固体電解素子は、
固体電解質層を酸素イオン導電性セラミックスで形成し
たものである。
固体電解質層を酸素イオン導電性セラミックスで形成し
たものである。
【００１９】請求項１２の発明に係る固体電解素子は、
第２の多孔質基材として多孔性卑金属基材の表面に炭素
被膜を形成したものである。
第２の多孔質基材として多孔性卑金属基材の表面に炭素
被膜を形成したものである。
【００２０】請求項１３の発明に係る固体電解素子は、
第２の多孔質基材を炭素繊維の不織布としたものであ
る。
第２の多孔質基材を炭素繊維の不織布としたものであ
る。
【００２１】請求項１４の発明に係る固体電解素子は、
第２の多孔質基材の最外層に白金族の貴金属層を形成し
たものである。
第２の多孔質基材の最外層に白金族の貴金属層を形成し
たものである。
【００２２】請求項１５の発明に係る固体電解素子は、
貴金属層を単原子層または数百原子層で形成したもので
ある。
貴金属層を単原子層または数百原子層で形成したもので
ある。
【００２３】請求項１６の発明に係る固体電解素子は、
第１の担体の導電性金属酸化物をフェライト、チタンの
酸化物及び錫の酸化物の少なくとも一つを含むものと
し、第１の触媒を白金、イリジウム、パラジウムまたは
それらの酸化物としたものである。
第１の担体の導電性金属酸化物をフェライト、チタンの
酸化物及び錫の酸化物の少なくとも一つを含むものと
し、第１の触媒を白金、イリジウム、パラジウムまたは
それらの酸化物としたものである。
【００２４】請求項１７の発明に係る固体電解素子は、
フェライトをＭｇ−フェライト、Ｚｎ−フェライト、Ｍ
ｎ−フェライト、Ｃｏ−フェライト、Ｎｉ−フェライ
ト、または溶融マグネタイトとしたものである。
フェライトをＭｇ−フェライト、Ｚｎ−フェライト、Ｍ
ｎ−フェライト、Ｃｏ−フェライト、Ｎｉ−フェライ
ト、または溶融マグネタイトとしたものである。
【００２５】請求項１８の発明に係る固体電解素子は、
第２の触媒を白金、ルテニウム、イリジウム、パラジウ
ムまたはそれらの酸化物としたものである。
第２の触媒を白金、ルテニウム、イリジウム、パラジウ
ムまたはそれらの酸化物としたものである。
【００２６】請求項１９の発明に係る固体電解素子は、
第１の触媒を形成する白金族金属を粒径または厚みが１
ミクロン以下の超微細粒子としたものである。
第１の触媒を形成する白金族金属を粒径または厚みが１
ミクロン以下の超微細粒子としたものである。
【００２７】請求項２０の発明に係る固体電解素子は、
第１の触媒層及び第２の触媒層として白金担持カーボン
のカーボンを燃焼して除去し、得られた白金を導電性金
属酸化物の粒子表面に点在させるように形成したもので
ある。
第１の触媒層及び第２の触媒層として白金担持カーボン
のカーボンを燃焼して除去し、得られた白金を導電性金
属酸化物の粒子表面に点在させるように形成したもので
ある。
【００２８】請求項２１の発明に係る固体電解素子は、
第１の触媒層及び第２の触媒層として無電解鍍金の過程
で無電解鍍金液中に析出した白金を導電性金属酸化物の
粒子表面に点在させるように形成したものである。
第１の触媒層及び第２の触媒層として無電解鍍金の過程
で無電解鍍金液中に析出した白金を導電性金属酸化物の
粒子表面に点在させるように形成したものである。
【００２９】
実施の形態１．図１は実施の形態１の発明の断面図、図
２は固体電解質を示す説明図である。図１において、１
０は図２に示す固体電解質を使用した固体電解質層で、
例えば水素イオン導電性の固体電解質として、デュポン
（Ｄｕ Ｐｏｎｔ）社製のナフィオン（ＮＡＦＩＯＮ：
登録商標）−１１７を使用する。１１は固体電解質層１
０の面に形成した触媒層で、例えば水素イオン導電性の
固体電解質を含んだ溶液に担持触媒１２を混合して塗布
したものである。なお、担持触媒１２は担体としてフェ
ライト（Ｆｅ2Ｏ3）、チタンの酸化物と錫の酸化物との
共合体（ＴｉＯ2／ＳｎＯ2）等の導電性金属酸化物の表
面に、触媒として白金、イリジウム、パラジウム等の白
金族金属を担持したものである。フェライト（Ｆｅ
2Ｏ3）の材料名（電気抵抗率Ω−ｃｍ）としては、Ｍｇ
−フェライト（０．３Ω−ｃｍ）、Ｚｎ−フェライト
（０．０２Ω−ｃｍ）、Ｍｎ−フェライト（０．０２Ω
−ｃｍ）、Ｃｏ−フェライト（０．０１５Ω−ｃｍ）、
Ｎｉ−フェライト（０．０２Ω−ｃｍ）、溶融マグネタ
イト（０．１１Ω−ｃｍ）のうち、いずれか１つのも
の、または複数のものを使用する。
２は固体電解質を示す説明図である。図１において、１
０は図２に示す固体電解質を使用した固体電解質層で、
例えば水素イオン導電性の固体電解質として、デュポン
（Ｄｕ Ｐｏｎｔ）社製のナフィオン（ＮＡＦＩＯＮ：
登録商標）−１１７を使用する。１１は固体電解質層１
０の面に形成した触媒層で、例えば水素イオン導電性の
固体電解質を含んだ溶液に担持触媒１２を混合して塗布
したものである。なお、担持触媒１２は担体としてフェ
ライト（Ｆｅ2Ｏ3）、チタンの酸化物と錫の酸化物との
共合体（ＴｉＯ2／ＳｎＯ2）等の導電性金属酸化物の表
面に、触媒として白金、イリジウム、パラジウム等の白
金族金属を担持したものである。フェライト（Ｆｅ
2Ｏ3）の材料名（電気抵抗率Ω−ｃｍ）としては、Ｍｇ
−フェライト（０．３Ω−ｃｍ）、Ｚｎ−フェライト
（０．０２Ω−ｃｍ）、Ｍｎ−フェライト（０．０２Ω
−ｃｍ）、Ｃｏ−フェライト（０．０１５Ω−ｃｍ）、
Ｎｉ−フェライト（０．０２Ω−ｃｍ）、溶融マグネタ
イト（０．１１Ω−ｃｍ）のうち、いずれか１つのも
の、または複数のものを使用する。
【００３０】１３は固体電解質層１０の触媒層１１の反
対側の面に形成した触媒層で、例えば水素イオン導電性
固体電解質を含んだ溶液に担持触媒１４を混合して塗布
したものである。なお、担持触媒１４は担体としてのカ
ーボンブラック等の炭素粉末と、触媒としての白金、ル
テニウム、イリジウム、パラジウム等の白金族金属また
は白金族金属の金属酸化物の例えば酸化イリジウム等と
で形成している。１５はチタンを使用した多孔質基材
で、チタン繊維の織布もしくは不織布、金属多孔板、メ
ッシュされたものあるいはエキスパンドメタルを使用す
る。１６は多孔質基材１５の表面に形成した白金等の白
金族金属または白金族金属の金属酸化物の例えば酸化イ
リジウム等の金属層である。なお、金属層１６を介して
触媒層１１と多孔質基材１５とを接合し、触媒層１１と
多孔質基材１５と金属層１６とで酸素を発生する側の陽
極１７を構成している。１８は導電性の多孔質基材で、
金属繊維の織布もしくは不織布、金属粉末焼結体、カー
ボン繊維、金属多孔板、エキスパンドメタル等を使用す
る。１９は炭素皮膜で、多孔質基材１８に金属を使用す
るときに被覆する。なお、炭素皮膜１９を介して触媒層
１３と多孔質基材１８とを接合し、触媒層１３と多孔質
基材１８と炭素皮膜１９とで陰極２０を構成している。
また、陰極２０は炭素繊維のみで構成してもよい。２１
は陽極１７と陰極２０との間に接続される直流電源であ
る。
対側の面に形成した触媒層で、例えば水素イオン導電性
固体電解質を含んだ溶液に担持触媒１４を混合して塗布
したものである。なお、担持触媒１４は担体としてのカ
ーボンブラック等の炭素粉末と、触媒としての白金、ル
テニウム、イリジウム、パラジウム等の白金族金属また
は白金族金属の金属酸化物の例えば酸化イリジウム等と
で形成している。１５はチタンを使用した多孔質基材
で、チタン繊維の織布もしくは不織布、金属多孔板、メ
ッシュされたものあるいはエキスパンドメタルを使用す
る。１６は多孔質基材１５の表面に形成した白金等の白
金族金属または白金族金属の金属酸化物の例えば酸化イ
リジウム等の金属層である。なお、金属層１６を介して
触媒層１１と多孔質基材１５とを接合し、触媒層１１と
多孔質基材１５と金属層１６とで酸素を発生する側の陽
極１７を構成している。１８は導電性の多孔質基材で、
金属繊維の織布もしくは不織布、金属粉末焼結体、カー
ボン繊維、金属多孔板、エキスパンドメタル等を使用す
る。１９は炭素皮膜で、多孔質基材１８に金属を使用す
るときに被覆する。なお、炭素皮膜１９を介して触媒層
１３と多孔質基材１８とを接合し、触媒層１３と多孔質
基材１８と炭素皮膜１９とで陰極２０を構成している。
また、陰極２０は炭素繊維のみで構成してもよい。２１
は陽極１７と陰極２０との間に接続される直流電源であ
る。
【００３１】次に動作について説明する。図１におい
て、両極１７，２０間に直流電源２１により直流電圧を
印加すると、陽極１７側では水が電気分解されて式
（３）の反応により、陽極１７側の除湿空間の湿度が低
下する。 ２Ｈ2Ｏ → Ｏ2＋４Ｈ+＋４ｅ- ・・・（３） このときに発生する陽イオンの水素イオン（Ｈ+）は、
固体電解質層１０を通る。また、電子（ｅ-）は直流電
源２１を接続した外部回路を通って陰極２０に達する。
そして、式（４）の反応により陰極２０側の酸素を消費
して水を発生する。 Ｏ2＋４Ｈ+＋４ｅ- → ２Ｈ2Ｏ ・・・（４） さらに、水素イオン（Ｈ+）とともに１〜３分子の複数
の水分子が陽極１７から陰極２０へ移動する。したがっ
て、陰極２０では式（４）の反応により生成する水とと
もに、さらに余分の水が陽極１７から移動して陽極１７
側の除湿空間の湿度が低下する。
て、両極１７，２０間に直流電源２１により直流電圧を
印加すると、陽極１７側では水が電気分解されて式
（３）の反応により、陽極１７側の除湿空間の湿度が低
下する。 ２Ｈ2Ｏ → Ｏ2＋４Ｈ+＋４ｅ- ・・・（３） このときに発生する陽イオンの水素イオン（Ｈ+）は、
固体電解質層１０を通る。また、電子（ｅ-）は直流電
源２１を接続した外部回路を通って陰極２０に達する。
そして、式（４）の反応により陰極２０側の酸素を消費
して水を発生する。 Ｏ2＋４Ｈ+＋４ｅ- → ２Ｈ2Ｏ ・・・（４） さらに、水素イオン（Ｈ+）とともに１〜３分子の複数
の水分子が陽極１７から陰極２０へ移動する。したがっ
て、陰極２０では式（４）の反応により生成する水とと
もに、さらに余分の水が陽極１７から移動して陽極１７
側の除湿空間の湿度が低下する。
【００３２】実施の形態２．図３は実施の形態２の発明
の断面図である。図３において、１０〜１９は実施の形
態１のものと同様のものである。２２は炭素皮膜１９の
表面に形成した貴金属層で、白金、ルテニウム等の白金
族金属または白金族金属の金属酸化物による薄膜層であ
る。貴金属層２２は電解反応電圧を低減させるために
は、概ね貴金属の単原子層から数百原子層を形成すれば
よい。貴金属層２２は例えば、カーボンブラックなどの
炭素微粉体の表面に貴金属を担持したものを塗布して形
成してもよい。なお、金属製の多孔質基材１８と炭素皮
膜１９と貴金属層２２とで陰極２３を構成している。ま
た、陰極２３は多孔質基材１８を炭素とした炭素基材の
表面に貴金属層２２を形成したものでもよい。
の断面図である。図３において、１０〜１９は実施の形
態１のものと同様のものである。２２は炭素皮膜１９の
表面に形成した貴金属層で、白金、ルテニウム等の白金
族金属または白金族金属の金属酸化物による薄膜層であ
る。貴金属層２２は電解反応電圧を低減させるために
は、概ね貴金属の単原子層から数百原子層を形成すれば
よい。貴金属層２２は例えば、カーボンブラックなどの
炭素微粉体の表面に貴金属を担持したものを塗布して形
成してもよい。なお、金属製の多孔質基材１８と炭素皮
膜１９と貴金属層２２とで陰極２３を構成している。ま
た、陰極２３は多孔質基材１８を炭素とした炭素基材の
表面に貴金属層２２を形成したものでもよい。
【００３３】次に動作について説明する。図３におい
て、両極１７，２３間に直流電源２１により直流電圧を
印加したとき、実施の形態１のものと同様に陽極１７側
では式（３）の電解反応が起こる。そして、陰極２３側
では式（４）の電解反応が起こる。さらに、水素イオン
（Ｈ+）とともに平均３分子程度の水が陽極１７から陰
極２３へ移動するのも実施の形態１のものと同様であ
る。また、炭素皮膜１９の表面に形成した貴金属層２２
は陰極過電圧を低減し、電解反応に必要な電圧を低減す
る。
て、両極１７，２３間に直流電源２１により直流電圧を
印加したとき、実施の形態１のものと同様に陽極１７側
では式（３）の電解反応が起こる。そして、陰極２３側
では式（４）の電解反応が起こる。さらに、水素イオン
（Ｈ+）とともに平均３分子程度の水が陽極１７から陰
極２３へ移動するのも実施の形態１のものと同様であ
る。また、炭素皮膜１９の表面に形成した貴金属層２２
は陰極過電圧を低減し、電解反応に必要な電圧を低減す
る。
【００３４】実施の形態３．図４は実施の形態３の発明
の断面図である。図４において、１０〜２０は実施の形
態１のものと同様である。２４は陽極１７と複数個所で
電気的に接続した給電体で、チタン、またはフェライト
等の導電部材２５と、導電部材２５の表面に形成した白
金族金属または白金族金属の金属酸化物の例えば酸化イ
リジウム等の金属層２６とで構成している。２７は陰極
２０と複数個所で電気的に接続した給電体で、銅、ニッ
ケルまたはステンレス等の卑金属の導電部材２８と、導
電部材２８の表面に形成したカーボンブラック等の炭素
粉末を導電性フィラーとして用いた塗料による塗膜から
なる炭素皮膜２９とで構成している。３０は両給電体２
４，２７間に接続した直流電源である。
の断面図である。図４において、１０〜２０は実施の形
態１のものと同様である。２４は陽極１７と複数個所で
電気的に接続した給電体で、チタン、またはフェライト
等の導電部材２５と、導電部材２５の表面に形成した白
金族金属または白金族金属の金属酸化物の例えば酸化イ
リジウム等の金属層２６とで構成している。２７は陰極
２０と複数個所で電気的に接続した給電体で、銅、ニッ
ケルまたはステンレス等の卑金属の導電部材２８と、導
電部材２８の表面に形成したカーボンブラック等の炭素
粉末を導電性フィラーとして用いた塗料による塗膜から
なる炭素皮膜２９とで構成している。３０は両給電体２
４，２７間に接続した直流電源である。
【００３５】次に動作について説明する。図４におい
て、両給電体２４，２７間に直流電源３０から電力を供
給すると、給電体２４，２７から各極１７，２０の各部
分の電流密度が均一化されるように流れる。そして、実
施の形態１及び実施の形態２と同様に陽極１７側では水
が電気分解されて酸素の発生反応が起こり、陰極２０側
で酸素の電解還元反応が起こるとともに、陰極２０側で
水が発生する。なお、上記発明は実施の形態１の発明に
給電体２４，２７を付加したものについて説明したが、
実施の形態２に適用しても同様の効果が期待できる。
て、両給電体２４，２７間に直流電源３０から電力を供
給すると、給電体２４，２７から各極１７，２０の各部
分の電流密度が均一化されるように流れる。そして、実
施の形態１及び実施の形態２と同様に陽極１７側では水
が電気分解されて酸素の発生反応が起こり、陰極２０側
で酸素の電解還元反応が起こるとともに、陰極２０側で
水が発生する。なお、上記発明は実施の形態１の発明に
給電体２４，２７を付加したものについて説明したが、
実施の形態２に適用しても同様の効果が期待できる。
【００３６】実施の形態４．図５は実施の形態４の発明
の断面図である。図５において、１１〜２０は実施の形
態１のものと同様のものである。３１は水酸イオン導電
性固体電解質の固体電解質層で、アニオン交換性重合体
電解質でふっ素樹脂系のアミノ基がついたものである。
の断面図である。図５において、１１〜２０は実施の形
態１のものと同様のものである。３１は水酸イオン導電
性固体電解質の固体電解質層で、アニオン交換性重合体
電解質でふっ素樹脂系のアミノ基がついたものである。
【００３７】次に動作について説明する。両極１７，２
０間に直流電源２１から直流電力を供給すると、陰極２
０側で式（５）の反応が起こり水酸イオン（ＯＨ-）が
陰極２０側から陽極１７側へ移動する。そして、陽極１
７側では式（６）の反応が起こって水が発生する。 Ｈ2Ｏ＋１／２・Ｏ2＋２ｅ- → ２ＯＨ- ・・・（５） ２ＯＨ- → Ｈ2Ｏ＋１／２・Ｏ2＋２ｅ- ・・・（６）
０間に直流電源２１から直流電力を供給すると、陰極２
０側で式（５）の反応が起こり水酸イオン（ＯＨ-）が
陰極２０側から陽極１７側へ移動する。そして、陽極１
７側では式（６）の反応が起こって水が発生する。 Ｈ2Ｏ＋１／２・Ｏ2＋２ｅ- → ２ＯＨ- ・・・（５） ２ＯＨ- → Ｈ2Ｏ＋１／２・Ｏ2＋２ｅ- ・・・（６）
【００３８】なお、上記発明は実施の形態１の発明の固
体電解質層１０を水酸イオン導電性固体電解質に置き換
えたものについて説明したが、実施の形態２及び３につ
いて適用しても同様の効果が期待できる。
体電解質層１０を水酸イオン導電性固体電解質に置き換
えたものについて説明したが、実施の形態２及び３につ
いて適用しても同様の効果が期待できる。
【００３９】実施の形態５．図６は実施の形態５の発明
の断面図である。図６において、１１〜２０は実施の形
態１のものと同様のものである。３２は水素イオン導電
性セラミックスの固体電解質層で、β−アルミナ置換体
またはペロブスカイト型酸化物で形成している。
の断面図である。図６において、１１〜２０は実施の形
態１のものと同様のものである。３２は水素イオン導電
性セラミックスの固体電解質層で、β−アルミナ置換体
またはペロブスカイト型酸化物で形成している。
【００４０】上記構成において、β−アルミナ置換体は
Ｎａ+がＨ3Ｏ+やＮＨ4 +で置換されると、プロトン伝導
性を示すようになる。また、ペロブスカイト酸化物は、
水蒸気（または水）がなければＰ型半導体であるが、５
００℃以上の雰囲気において、Ｈ2Ｏに接すると陽極１
７側では式（７）の反応を起こす。なお、ｈ+は正孔で
ある。 Ｈ2Ｏ＋２ｈ+ → ２Ｈ+＋１／２・Ｏ2 ・・・（７） このように、正孔が消費されると同時にＨ+が結晶中に
取り込まれる。そして、陰極２０側では式（８）の反応
により、酸素を取り込んで水蒸気を発生する。 ２Ｈ+＋１／２・Ｏ2 → Ｈ2Ｏ＋２ｈ+ ・・・（８）
Ｎａ+がＨ3Ｏ+やＮＨ4 +で置換されると、プロトン伝導
性を示すようになる。また、ペロブスカイト酸化物は、
水蒸気（または水）がなければＰ型半導体であるが、５
００℃以上の雰囲気において、Ｈ2Ｏに接すると陽極１
７側では式（７）の反応を起こす。なお、ｈ+は正孔で
ある。 Ｈ2Ｏ＋２ｈ+ → ２Ｈ+＋１／２・Ｏ2 ・・・（７） このように、正孔が消費されると同時にＨ+が結晶中に
取り込まれる。そして、陰極２０側では式（８）の反応
により、酸素を取り込んで水蒸気を発生する。 ２Ｈ+＋１／２・Ｏ2 → Ｈ2Ｏ＋２ｈ+ ・・・（８）
【００４１】なお、上記発明は実施の形態１の発明の固
体電解質１０を水素イオン導電性セラミックスに置き換
えたものについて説明したが、実施の形態２及び３に適
用しても同様に効果が期待できる。
体電解質１０を水素イオン導電性セラミックスに置き換
えたものについて説明したが、実施の形態２及び３に適
用しても同様に効果が期待できる。
【００４２】実施の形態６．図７は実施の形態６の発明
の断面図である。図７において、１１〜２０は実施の形
態１のものと同様のものである。３３は酸素イオン導電
性セラミックスの固体電解質層で、Ｚｒ1-xＣａxＯ2-x
やＣｅ1-xＧｄxＯ2-x2は良好なＯ2-を示す。両極１７，
２０間に直流電源２１から直流電力を供給すると、図８
に示すように陰極２０側では式（９）の反応により水が
電気分解されて水素（Ｈ2）が生成される。そして、陽
極１７側では式（１０）の反応により酸素（Ｏ2）が発
生する。 ２Ｈ2Ｏ＋４ｅ- → ２Ｈ2＋２Ｏ-- ・・・（９） ２Ｏ-- → Ｏ2＋４ｅ- ・・・（１０）
の断面図である。図７において、１１〜２０は実施の形
態１のものと同様のものである。３３は酸素イオン導電
性セラミックスの固体電解質層で、Ｚｒ1-xＣａxＯ2-x
やＣｅ1-xＧｄxＯ2-x2は良好なＯ2-を示す。両極１７，
２０間に直流電源２１から直流電力を供給すると、図８
に示すように陰極２０側では式（９）の反応により水が
電気分解されて水素（Ｈ2）が生成される。そして、陽
極１７側では式（１０）の反応により酸素（Ｏ2）が発
生する。 ２Ｈ2Ｏ＋４ｅ- → ２Ｈ2＋２Ｏ-- ・・・（９） ２Ｏ-- → Ｏ2＋４ｅ- ・・・（１０）
【００４３】なお、上記発明は実施の形態１の発明の固
体電解質層１０を酸素イオン導電性セラミックスに置き
換えたものについて説明したが、実施の形態２及び３に
適用しても同様の効果が期待できる。
体電解質層１０を酸素イオン導電性セラミックスに置き
換えたものについて説明したが、実施の形態２及び３に
適用しても同様の効果が期待できる。
【００４４】実施の形態７．図９は実施の形態７の発明
の断面図である。図９において、１４〜１６，１８，１
９は実施の形態１のものと同様のものである。３４は図
２に示す固体電解質を使用した固体電解質層で、例えば
水素イオン導電性の固体電解質として、デュポン（Ｄｕ
Ｐｏｎｔ）社製のナフィオン（ＮＡＦＩＯＮ：登録商
標）−１１７を使用する。３５は固体電解質層３４の面
に形成した触媒層で、例えば水素イオン導電性の固体電
解質を含んだ溶液に触媒３６を混合して塗布したもので
ある。なお、触媒３６は担体としてフェライト（Ｆｅ2
Ｏ3）、チタンの酸化物と錫の酸化物との共合体（Ｔｉ
Ｏ2／ＳｎＯ2）等の導電性金属酸化物で、触媒として１
ミクロン以下の超微細粒子の白金、イリジウム、パラジ
ウム等の白金族金属を囲い込んだものである。フェライ
ト（Ｆｅ2Ｏ3）の材料名（電気抵抗率Ω−ｃｍ）として
は、Ｍｇ−フェライト（０．３Ω−ｃｍ）、Ｚｎ−フェ
ライト（０．０２Ω−ｃｍ）、Ｍｎ−フェライト（０．
０２Ω−ｃｍ）、Ｃｏ−フェライト（０．０１５Ω−ｃ
ｍ）、Ｎｉ−フェライト（０．０２Ω−ｃｍ）、溶融マ
グネタイト（０．１１Ω−ｃｍ）のうち、いずれか１つ
のもの、または複数のものを使用する。
の断面図である。図９において、１４〜１６，１８，１
９は実施の形態１のものと同様のものである。３４は図
２に示す固体電解質を使用した固体電解質層で、例えば
水素イオン導電性の固体電解質として、デュポン（Ｄｕ
Ｐｏｎｔ）社製のナフィオン（ＮＡＦＩＯＮ：登録商
標）−１１７を使用する。３５は固体電解質層３４の面
に形成した触媒層で、例えば水素イオン導電性の固体電
解質を含んだ溶液に触媒３６を混合して塗布したもので
ある。なお、触媒３６は担体としてフェライト（Ｆｅ2
Ｏ3）、チタンの酸化物と錫の酸化物との共合体（Ｔｉ
Ｏ2／ＳｎＯ2）等の導電性金属酸化物で、触媒として１
ミクロン以下の超微細粒子の白金、イリジウム、パラジ
ウム等の白金族金属を囲い込んだものである。フェライ
ト（Ｆｅ2Ｏ3）の材料名（電気抵抗率Ω−ｃｍ）として
は、Ｍｇ−フェライト（０．３Ω−ｃｍ）、Ｚｎ−フェ
ライト（０．０２Ω−ｃｍ）、Ｍｎ−フェライト（０．
０２Ω−ｃｍ）、Ｃｏ−フェライト（０．０１５Ω−ｃ
ｍ）、Ｎｉ−フェライト（０．０２Ω−ｃｍ）、溶融マ
グネタイト（０．１１Ω−ｃｍ）のうち、いずれか１つ
のもの、または複数のものを使用する。
【００４５】３７は固体電解質層３４の触媒層３５の反
対側の面に形成した触媒層で、例えば水素イオン導電性
固体電解質を含んだ溶液に担持触媒１４を混合して塗布
したものである。なお、金属層１６を介して触媒層３５
と多孔質基材１５とを接合し、触媒層３５と多孔質基材
１５と金属層１６とで酸素を発生する側の陽極３８を構
成している。また、炭素被膜１９を介して触媒層３７と
多孔質基材１８とを接合し、触媒層３７と多孔質基材１
８と炭素被膜１９とで陰極３９を構成している。なお、
陰極３９は炭素繊維のみで構成してもよい。４０は両極
３８，３９間に接続した直流電源である。
対側の面に形成した触媒層で、例えば水素イオン導電性
固体電解質を含んだ溶液に担持触媒１４を混合して塗布
したものである。なお、金属層１６を介して触媒層３５
と多孔質基材１５とを接合し、触媒層３５と多孔質基材
１５と金属層１６とで酸素を発生する側の陽極３８を構
成している。また、炭素被膜１９を介して触媒層３７と
多孔質基材１８とを接合し、触媒層３７と多孔質基材１
８と炭素被膜１９とで陰極３９を構成している。なお、
陰極３９は炭素繊維のみで構成してもよい。４０は両極
３８，３９間に接続した直流電源である。
【００４６】次に動作について説明する。図９におい
て、両極３８，３９間に直流電源４０により直流電圧を
印加すると、陽極３８側では水が電気分解されて式（１
１の反応により、陽極３８側の除湿空間の湿度が低下す
る。 ２Ｈ2Ｏ → Ｏ2＋４Ｈ+＋４ｅ- ・・・（１１） このときに発生する陽イオンの水素イオン（Ｈ+）は、
固体電解質層３４を通る。また、電子（ｅ-）は直流電
源４０を接続した外部回路を通って陰極３９に達する。
そして、式（１２）の反応により陰極３９側の酸素を消
費して水を発生する。 Ｏ2＋４Ｈ+＋４ｅ- → ２Ｈ2Ｏ ・・・（１２） さらに、水素イオン（Ｈ+）とともに１〜３分子の複数
の水分子が陽極３８から陰極３９へ移動する。したがっ
て、陰極３９では式（１２）の反応により生成する水と
ともに、さらに余分の水が陽極３８から移動して陽極３
８側の除湿空間の湿度が低下する。
て、両極３８，３９間に直流電源４０により直流電圧を
印加すると、陽極３８側では水が電気分解されて式（１
１の反応により、陽極３８側の除湿空間の湿度が低下す
る。 ２Ｈ2Ｏ → Ｏ2＋４Ｈ+＋４ｅ- ・・・（１１） このときに発生する陽イオンの水素イオン（Ｈ+）は、
固体電解質層３４を通る。また、電子（ｅ-）は直流電
源４０を接続した外部回路を通って陰極３９に達する。
そして、式（１２）の反応により陰極３９側の酸素を消
費して水を発生する。 Ｏ2＋４Ｈ+＋４ｅ- → ２Ｈ2Ｏ ・・・（１２） さらに、水素イオン（Ｈ+）とともに１〜３分子の複数
の水分子が陽極３８から陰極３９へ移動する。したがっ
て、陰極３９では式（１２）の反応により生成する水と
ともに、さらに余分の水が陽極３８から移動して陽極３
８側の除湿空間の湿度が低下する。
【００４７】式（１１），（１２）に示した各極３８，
３９での電解反応は、各極３８，３９に形成した白金族
金属の触媒作用と多孔質基材１５，１８からの電流供給
によるものである。そして、白金族金属の触媒作用は、
その比表面積が大きいほど触媒作用が大きくなるので、
白金族金属の使用量を低減することができる。
３９での電解反応は、各極３８，３９に形成した白金族
金属の触媒作用と多孔質基材１５，１８からの電流供給
によるものである。そして、白金族金属の触媒作用は、
その比表面積が大きいほど触媒作用が大きくなるので、
白金族金属の使用量を低減することができる。
【００４８】一般に、１ｃｍ3の粉体粒子の総表面積、
即ち比表面積Ｓｗは粒子径をｄとしたとき、式（１３）
のとおりである。ここに、Ｋは形態係数、ρは粉体の真
比重、ｎは粒子径ｄの粒子数である。また、粒子が球ま
たは正立方体に近いときは、Ｋ＝９として平均粒子径ｄ
ｐが式（１４）となるので、比表面積Ｓｗは式（１５）
のとおり平均粒子径ｄｐに反比例して大きくなる。
即ち比表面積Ｓｗは粒子径をｄとしたとき、式（１３）
のとおりである。ここに、Ｋは形態係数、ρは粉体の真
比重、ｎは粒子径ｄの粒子数である。また、粒子が球ま
たは正立方体に近いときは、Ｋ＝９として平均粒子径ｄ
ｐが式（１４）となるので、比表面積Ｓｗは式（１５）
のとおり平均粒子径ｄｐに反比例して大きくなる。
【００４９】
【数１】
【００５０】一般に使用されている白金触媒は、カーボ
ン等の微粉体の表面に原子レベルの白金を結合した担持
体である。そこで、白金担持カーボンのカーボンを燃焼
させて除去すると、残渣として原子レベルの白金粉体を
得ることができる。得られた原子レベルの白金粉体を揮
発性のイソプロピルアルコール等の溶剤に懸濁させて、
導電性金属酸化物の粒子表面に白金粒子を点在させるよ
うに触媒層３５，３７を形成する。
ン等の微粉体の表面に原子レベルの白金を結合した担持
体である。そこで、白金担持カーボンのカーボンを燃焼
させて除去すると、残渣として原子レベルの白金粉体を
得ることができる。得られた原子レベルの白金粉体を揮
発性のイソプロピルアルコール等の溶剤に懸濁させて、
導電性金属酸化物の粒子表面に白金粒子を点在させるよ
うに触媒層３５，３７を形成する。
【００５１】実施の形態８．原子レベルの白金粉体は、
無電解鍍金の過程で無電解鍍金液中に析出したものを回
収することにより得ることができる。そして、得られた
原子レベルの白金粉体を揮発性のイソプロピルアルコー
ル等の溶剤に懸濁させて、導電性金属酸化物の粒子表面
に白金粒子を点在させるように触媒層３５，３７を形成
する。
無電解鍍金の過程で無電解鍍金液中に析出したものを回
収することにより得ることができる。そして、得られた
原子レベルの白金粉体を揮発性のイソプロピルアルコー
ル等の溶剤に懸濁させて、導電性金属酸化物の粒子表面
に白金粒子を点在させるように触媒層３５，３７を形成
する。
【００５２】実施の形態９．原子レベルの白金粉体は、
金属または金属酸化物の表面に析出した白金を超音波の
照射等により分離する。そして、回収した原子レベルの
白金粉体を揮発性のイソプロピルアルコール等の溶剤に
懸濁させて、導電性金属酸化物の粒子表面に白金粒子を
点在させるように触媒層３５，３７を形成する。
金属または金属酸化物の表面に析出した白金を超音波の
照射等により分離する。そして、回収した原子レベルの
白金粉体を揮発性のイソプロピルアルコール等の溶剤に
懸濁させて、導電性金属酸化物の粒子表面に白金粒子を
点在させるように触媒層３５，３７を形成する。
【００５３】
【発明の効果】請求項１の発明によれば、陽極を導電性
金属酸化物の第１の担体と白金族金属の第１の触媒とで
形成した第１の担持触媒による第１の触媒層と、白金族
金属または白金族の金属酸化物の金属層を介して第１の
触媒層に接合したチタンの第１の多孔質基材とで構成し
たので、両極間に通電したときに酸素が発生しても反応
を起こすことがないため、不働態化を防止することがで
きる。また、陰極を炭素粉体の第２の担体と白金属の第
２の触媒とで形成した第２の触媒層と、第２の触媒層に
接合した導電性の第２の多孔質基材とで構成したので、
局部電池が形成されるのを防止するため、第２の多孔質
基材がイオン化して溶出するのを防止できる。
金属酸化物の第１の担体と白金族金属の第１の触媒とで
形成した第１の担持触媒による第１の触媒層と、白金族
金属または白金族の金属酸化物の金属層を介して第１の
触媒層に接合したチタンの第１の多孔質基材とで構成し
たので、両極間に通電したときに酸素が発生しても反応
を起こすことがないため、不働態化を防止することがで
きる。また、陰極を炭素粉体の第２の担体と白金属の第
２の触媒とで形成した第２の触媒層と、第２の触媒層に
接合した導電性の第２の多孔質基材とで構成したので、
局部電池が形成されるのを防止するため、第２の多孔質
基材がイオン化して溶出するのを防止できる。
【００５４】請求項２の発明によれば、陽極を導電性金
属酸化物と白金族金属とで形成した第１の触媒による第
１の触媒層と、白金族金属または白金族の金属酸化物の
金属層を介して第１の触媒層に接合したチタンの第１の
多孔質基材とで構成したので、両極間に通電したときに
酸素が発生しても反応を起こすことがないため、不働態
化を防止することができる。
属酸化物と白金族金属とで形成した第１の触媒による第
１の触媒層と、白金族金属または白金族の金属酸化物の
金属層を介して第１の触媒層に接合したチタンの第１の
多孔質基材とで構成したので、両極間に通電したときに
酸素が発生しても反応を起こすことがないため、不働態
化を防止することができる。
【００５５】請求項３の発明によれば、各給電体を各極
とそれぞれ複数個所で接続したので、固体電解質層内の
電流分布が均一化されて、各極の表面全体で効率よく反
応が起こるため、能力の向上を図ることができる。
とそれぞれ複数個所で接続したので、固体電解質層内の
電流分布が均一化されて、各極の表面全体で効率よく反
応が起こるため、能力の向上を図ることができる。
【００５６】請求項４の発明によれば、第１の給電体は
導電部材の表面に白金族金属または白金族金属の金属酸
化物の金属層を形成したので、導電部材の腐食を防止
し、不働態化を防止することをできる。
導電部材の表面に白金族金属または白金族金属の金属酸
化物の金属層を形成したので、導電部材の腐食を防止
し、不働態化を防止することをできる。
【００５７】請求項５の発明によれば、金属層を白金ま
たは酸化イリジウムで形成したので、不働態化を防止で
きる。
たは酸化イリジウムで形成したので、不働態化を防止で
きる。
【００５８】請求項６の発明によれば、陰極側の第２の
給電体の卑金属基材の表面に炭素被膜を形成したので、
局部電池が形成されることなく、イオン化による溶出を
防止して不働態化を防止することができる。
給電体の卑金属基材の表面に炭素被膜を形成したので、
局部電池が形成されることなく、イオン化による溶出を
防止して不働態化を防止することができる。
【００５９】請求項７の発明によれば、第２の給電体の
卑金属基材を銅、ニッケルまたはステンレスとしたの
で、加工を容易に行うことができる。
卑金属基材を銅、ニッケルまたはステンレスとしたの
で、加工を容易に行うことができる。
【００６０】請求項８の発明によれば、固体電解質層を
水素イオン導電性固体高分子電解質で形成したので、陽
極側で湿度が低下し、陰極側で酸素を消費して水を発生
する。
水素イオン導電性固体高分子電解質で形成したので、陽
極側で湿度が低下し、陰極側で酸素を消費して水を発生
する。
【００６１】請求項９の発明によれば、固体電解質層を
水酸イオン導電性固体高分子電解質で形成したので、陽
極側で水と酸素とが発生し、陰極側で水が電気分解され
て水酸イオンが陽極側へ移動するので、陰極側で湿度と
酸素とを低減させることができる。
水酸イオン導電性固体高分子電解質で形成したので、陽
極側で水と酸素とが発生し、陰極側で水が電気分解され
て水酸イオンが陽極側へ移動するので、陰極側で湿度と
酸素とを低減させることができる。
【００６２】請求項１０の発明によれば、固体電解質層
を水素イオン導電性セラミックスで形成したので、高温
領域において水蒸気及び酸素の濃度制御を行うことがで
きる。
を水素イオン導電性セラミックスで形成したので、高温
領域において水蒸気及び酸素の濃度制御を行うことがで
きる。
【００６３】請求項１１の発明によれば、固体電解質層
を酸素イオン導電性セラミックスで形成したので、陰極
側では水が電気分解されて水素が発生し、陽極側では酸
素が発生する。これによって、高温領域において水素と
酸素とを分離回収することができる。
を酸素イオン導電性セラミックスで形成したので、陰極
側では水が電気分解されて水素が発生し、陽極側では酸
素が発生する。これによって、高温領域において水素と
酸素とを分離回収することができる。
【００６４】請求項１２の発明によれば、第２の多孔質
基材としての多孔性卑金属基材の表面に炭素被膜を形成
したので、局部電池が形成されるのを防止するため、イ
オン化して溶出するのを防止することができる。
基材としての多孔性卑金属基材の表面に炭素被膜を形成
したので、局部電池が形成されるのを防止するため、イ
オン化して溶出するのを防止することができる。
【００６５】請求項１３の発明によれば、第２の多孔質
基材を炭素繊維の不織布としたので、局部電池が形成さ
れるのを防止することができる。
基材を炭素繊維の不織布としたので、局部電池が形成さ
れるのを防止することができる。
【００６６】請求項１４の発明によれば、第２の多孔質
基材の最外層に白金族の貴金属層を形成したので、電解
反応に必要な電圧を低減できる。
基材の最外層に白金族の貴金属層を形成したので、電解
反応に必要な電圧を低減できる。
【００６７】請求項１５の発明によれば、貴金属層を単
原子層または数百原子層としたので、厚さの増大率を抑
制することができる。
原子層または数百原子層としたので、厚さの増大率を抑
制することができる。
【００６８】請求項１６の発明によれば、第１の担体の
導電性金属酸化物をフェライト、チタンの酸化物及び錫
の酸化物の少なくとも一つを含むものとし、第１の触媒
を白金、イリジウム、パラジウムまたはそれらの酸化物
としたので、酸素発生の環境でも酸化されることなく不
働態化を防止することができる。
導電性金属酸化物をフェライト、チタンの酸化物及び錫
の酸化物の少なくとも一つを含むものとし、第１の触媒
を白金、イリジウム、パラジウムまたはそれらの酸化物
としたので、酸素発生の環境でも酸化されることなく不
働態化を防止することができる。
【００６９】請求項１７の発明によれば、フェライトと
してＭｇ−フェライト、Ｚｎ−フェライト、Ｍｎ−フェ
ライト、Ｃｏ−フェライト、Ｎｉ−フェライトまたは溶
融マグネタイトとしたので、導電性を維持し電解効率の
低下を防止することができる。
してＭｇ−フェライト、Ｚｎ−フェライト、Ｍｎ−フェ
ライト、Ｃｏ−フェライト、Ｎｉ−フェライトまたは溶
融マグネタイトとしたので、導電性を維持し電解効率の
低下を防止することができる。
【００７０】請求項１８の発明によれば、第２の触媒を
白金、ルテニウム、イリジウム、パラジウムまたはそれ
らの酸化物としたので、電解反応に必要な電圧を低減す
ることができる。
白金、ルテニウム、イリジウム、パラジウムまたはそれ
らの酸化物としたので、電解反応に必要な電圧を低減す
ることができる。
【００７１】請求項１９の発明によれば、第１の触媒を
形成する白金族金属を粒径または厚みが１ミクロン以下
の微細粒子にしたので、白金族金属の粒子の比表面積が
大きくなるため、使用量の低減を図ることができる。
形成する白金族金属を粒径または厚みが１ミクロン以下
の微細粒子にしたので、白金族金属の粒子の比表面積が
大きくなるため、使用量の低減を図ることができる。
【００７２】請求項２０の発明によれば、白金担持カー
ボンのカーボンを燃焼して除去し、得られた白金を導電
性金属酸化物の粒子間に囲い込んで第１の触媒層及び第
２の触媒層を形成したので、白金族金属の粒子の比表面
積が大きくなるため、使用量の低減を図ることができ
る。
ボンのカーボンを燃焼して除去し、得られた白金を導電
性金属酸化物の粒子間に囲い込んで第１の触媒層及び第
２の触媒層を形成したので、白金族金属の粒子の比表面
積が大きくなるため、使用量の低減を図ることができ
る。
【００７３】請求項２１の発明によれば、無電解鍍金の
過程で無電解鍍金液中に析出した白金を導電性金属酸化
物の粒子間に囲い込んで第１の触媒層及び第２の触媒層
を形成したので、白金族金属の粒子の比表面積が大きく
なるため、使用量の低減を図ることができる。
過程で無電解鍍金液中に析出した白金を導電性金属酸化
物の粒子間に囲い込んで第１の触媒層及び第２の触媒層
を形成したので、白金族金属の粒子の比表面積が大きく
なるため、使用量の低減を図ることができる。
【図１】 実施の形態１の発明の断面図である。
【図２】 固体電解質を示す説明図である。
【図３】 実施の形態２の発明の断面図である。
【図４】 実施の形態３の発明の断面図である。
【図５】 実施の形態４の発明の断面図である。
【図６】 実施の形態５の発明の断面図である。
【図７】 実施の形態６の発明の断面図である。
【図８】 実施の形態６の電解反応を示す説明図であ
る。
る。
【図９】 実施の形態７の発明の断面図である。
【図１０】 従来の固体電解素子の断面図である。
【図１１】 図１０の固体電解素子の局部電池の形成を
示す説明図である。
示す説明図である。
１０，３１，３２，３３，３４ 固体電解質層、１１，
１３，３５，３７ 触媒層、１２，１４ 担持触媒、１
５，１８ 多孔質基材、１６，２６ 金属層、１７ 陽
極、１９，２９ 炭素被膜、２０，２３ 陰極、２１，
３０，４０ 直流電源、２２ 貴金属層、２４，２７
給電体、２５，２８ 導電部材、２６ 金属層、３６
触媒。
１３，３５，３７ 触媒層、１２，１４ 担持触媒、１
５，１８ 多孔質基材、１６，２６ 金属層、１７ 陽
極、１９，２９ 炭素被膜、２０，２３ 陰極、２１，
３０，４０ 直流電源、２２ 貴金属層、２４，２７
給電体、２５，２８ 導電部材、２６ 金属層、３６
触媒。
Claims (21)
- 【請求項１】 固体電解質層を陽極と陰極とで挟持し、
上記両極間に直流を印加し、上記陽極側で電解反応によ
り酸素を発生し、上記陰極側で還元反応をする固体電解
素子において、上記陽極は導電性金属酸化物の第１の担
体と白金族金属の第１の触媒とで形成した第１の担持触
媒により、上記固体電解質層の一面に形成した第１の触
媒層と、表面に形成した白金族金属または白金族の金属
酸化物の金属層を介して上記第１の触媒層に接合したチ
タンの第１の多孔質基材とで構成し、上記陰極は炭素粉
体の第２の担体と白金族金属の第２の触媒とで形成した
第２の担持触媒により上記固体電解質層の他面に形成し
た第２の触媒層と、上記第２の触媒層に接合した第２の
導電性多孔質基材とで構成したことを特徴とする固体電
解素子。 - 【請求項２】 固体電解質層を陽極と陰極とで挟持し、
上記両極間に直流を印加し、上記陽極側で電解反応によ
り酸素を発生し、上記陰極側で還元反応をする固体電解
素子において、上記陽極は導電性金属酸化物と白金族金
属とで形成した第１の触媒により、上記固体電解質層の
一面に形成した第１の触媒層と、表面に形成した白金族
金属または白金族の金属酸化物の金属層を介して上記第
１の触媒層に接合したチタンの第１の多孔質基材とで構
成し、上記陰極は炭素粉体の第２の担体と白金族金属の
第２の触媒とで形成した第２の担持触媒により上記固体
電解質層の他面に形成した第２の触媒層と、上記第２の
触媒層に接合した第２の導電性多孔質基材とで構成した
ことを特徴とする固体電解素子。 - 【請求項３】 固体電解質層を陽極と陰極とで挟持し、
上記両極間に直流を印加し、上記陽極側で電解反応によ
り酸素を発生し、上記陰極側で還元反応をする固体電解
素子において、上記陽極は導電性金属酸化物の第１の担
体と白金族金属の第１の触媒とで形成した第１の担持触
媒により、上記固体電解質層の一面に形成した第１の触
媒層と、表面に形成した白金族金属または白金族の金属
酸化物の金属層を介して上記第１の触媒層に接合したチ
タンの第１の多孔質基材とで構成し、上記陽極と複数個
所で電気的に接続した第１の給電体に上記直流の正電圧
を印加するようにし、上記陰極は炭素粉体の第２の担体
と白金族金属の第２の触媒とで形成した第２の担持触媒
により上記固体電解質層の他面に形成した第２の触媒層
と、上記第２の触媒層に接合した第２の導電性多孔質基
材とで構成し、上記陰極と複数個所で電気的に接続した
第２の給電体に上記直流の負電圧を印加するようにした
ことを特徴とする固体電解素子。 - 【請求項４】 第１の給電体は導電部材の表面に白金族
金属または白金族金属の金属酸化物の金属層を形成した
ことを特徴とする請求項３に記載の固体電解素子。 - 【請求項５】 金属層は白金または酸化イリジウムであ
ることを特徴とする請求項４に記載の固体電解素子。 - 【請求項６】 第２の給電体は卑金属基材の表面に炭素
被膜を形成したものであることを特徴とする請求項３か
ら請求項５のいずれかに記載の固体電解素子。 - 【請求項７】 卑金属基材は銅、ニッケルまたはステン
レスであることを特徴とする請求項６に記載の固体電解
素子。 - 【請求項８】 固体電解質層は水素イオン導電性固体高
分子電解質で形成したものであることを特徴とする請求
項１から請求項７のいずれかに記載の固体電解素子。 - 【請求項９】 固体電解質層は水酸イオン導電性固体高
分子電解質で形成したものであることを特徴とする請求
項１から請求項７のいずれかに記載の固体電解素子。 - 【請求項１０】 固体電解質層は水素イオン導電性セラ
ミックスで形成したものであることを特徴とする請求項
１から請求項７のいずれかに記載の固体電解素子。 - 【請求項１１】 固体電解質層は酸素イオン導電性セラ
ミックスで形成したものであることを特徴とする請求項
１から請求項７のいずれかに記載の固体電解素子。 - 【請求項１２】 第２の多孔質基材は多孔性卑金属基材
の表面に炭素被膜を形成したものであることを特徴とす
る請求項１から請求項１１のいずれかに記載の固体電解
素子。 - 【請求項１３】 第２の多孔質基材は炭素繊維の不織布
であることを特徴とする請求項１から請求項１１のいず
れかに記載の固体電解素子。 - 【請求項１４】 第２の多孔質基材の最外層に白金族の
貴金属層を形成したことを特徴とする請求項１２または
請求項１３に記載の固体電解素子。 - 【請求項１５】 貴金属層は単原子層または数百原子層
であることを特徴とする請求項１４に記載の固体電解素
子。 - 【請求項１６】 第１の触媒を形成する導電性金属酸化
物はフェライト、チタンの酸化物及び錫の酸化物の少な
くとも一つを含むものであり、第１の触媒は白金、イリ
ジウム、パラジウムまたはそれらの酸化物であることを
特徴とする請求項１から請求項１５のいずれかに記載の
固体電解素子。 - 【請求項１７】 フェライトはＭｇ−フェライト、Ｚｎ
−フェライト、Ｍｎ−フェライト、Ｃｏ−フェライト、
Ｎｉ−フェライト、または溶融マグネタイトであること
を特徴とする請求項１６に記載の固体電解素子。 - 【請求項１８】 第２の触媒は白金、ルテニウム、イリ
ジウム、パラジウムまたはそれらの酸化物であることを
特徴とする請求項１から請求項１７のいずれかに記載の
固体電解素子。 - 【請求項１９】 第１の触媒を形成する白金族金属は粒
径または厚みが１ミクロン以下の超微細粒子であること
を特徴とする請求項１から請求項１８のいずれかに記載
の固体電解素子。 - 【請求項２０】 第１の触媒層及び第２の触媒層は白金
担持カーボンのカーボンを燃焼して除去し、得られた白
金を導電性金属酸化物の粒子表面に点在させるように形
成したものであることを特徴とする請求項１から請求項
１９のいずれかに記載の固体電解素子。 - 【請求項２１】 第１の触媒層及び第２の触媒層は無電
解鍍金の過程で無電解鍍金液中に析出した白金を導電性
金属酸化物の粒子表面に点在させるように形成したもの
であることを特徴とする請求項１から請求項１９のいず
れかに記載の固体電解素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18761696A JP3195904B2 (ja) | 1996-02-29 | 1996-07-17 | 固体電解素子 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4342896 | 1996-02-29 | ||
| JP8-43428 | 1996-02-29 | ||
| JP18761696A JP3195904B2 (ja) | 1996-02-29 | 1996-07-17 | 固体電解素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09291384A JPH09291384A (ja) | 1997-11-11 |
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Family
ID=26383186
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18761696A Expired - Fee Related JP3195904B2 (ja) | 1996-02-29 | 1996-07-17 | 固体電解素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3195904B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5665664B2 (ja) * | 2011-06-20 | 2015-02-04 | 三菱電機株式会社 | 固体高分子電解質膜・触媒金属複合電極及びその製造方法 |
| JP5862883B2 (ja) * | 2012-04-09 | 2016-02-16 | 三菱電機株式会社 | 金属材料のめっき方法および固体高分子電解質膜・触媒金属複合電極の製造方法 |
-
1996
- 1996-07-17 JP JP18761696A patent/JP3195904B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
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|---|---|
| JPH09291384A (ja) | 1997-11-11 |
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|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |