JP3544452B2 - 固体電解素子 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は水素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。
【０００２】
【従来の技術】
図１３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１３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、金属繊維の織布若しくは不織布、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１３において、両極６、７間に直流電源から電力を供給すると、非除湿室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。
２Ｈ２ Ｏ→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− →２Ｈ２ Ｏ ・・・（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陰極６側から陰極７側へ移動する。従って、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、オゾンによる殺菌や消臭を行うのが困難であるという問題点があった。
【０００５】
この発明は、除湿を行うと共にオゾンによる殺菌及び消臭を行うことができる固体電解素子を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明に係わる固体電解素子は、水素イオン導電性の固体電解質の膜を陽極と陰極とで狭持して両極間に電流を印加し、陽極側で電解反応により酸素を発生させ、陰極側で還元反応する固体電解素子において、陰極は白金族金属又は白金族金属の金属酸化物の第１の触媒と固体電解質の粉末とを混合して、膜の一面に第１の触媒の量が０．３ｍｇ／ｃｍ２ 〜３．０ｍｇ／ｃｍ２ となる厚さで陰極触媒層を形成し、水分透過性を有する第１の多孔質基材を陰極触媒層に接合したものであり、陽極は酸素過電圧が高い第２の触媒と固体電解質の粉末とを混合して、膜の他面に第２の触媒の量が０．３ｍｇ／ｃｍ２ 〜３．０ｍｇ／ｃｍ２ となる厚さで陽極触媒層を形成し、水分透過性を有する第２の多孔質基材を陽極触媒層に接合したものである。
【０００７】
請求項２の発明に係わる固体電解素子は、水素イオン導電性の固体電解質の膜を陽極と陰極とで狭持して両極間に電流を印加し、陽極側で電解反応により酸素を発生させ、陰極側で還元反応する固体電解素子において、陰極は白金族金属又は白金族金属の金属酸化物の第１の触媒と固体電解質の粉末とを混合して、膜の一面に第１の触媒の量が０．３ｍｇ／ｃｍ２ 〜３．０ｍｇ／ｃｍ２ となる厚さで陰極触媒層を形成し、水分透過性を有する第１の多孔質基材を陰極触媒層に接合したものであり、陽極は酸素過電圧が高い第２の触媒と白金族金属又は白金族金属の金属酸化物の第３の触媒と固体電解質の粉末とを混合して、膜の他面に上記第２の触媒と第３の触媒との合計の量が０．３ｍｇ／ｃｍ２ 〜３．０ｍｇ／ｃｍ２ となる厚さで陽極触媒層を形成し、水分透過性を有する導電部材の相互間が２０ｍｍ以下に構成された第２の多孔質基材を陽極触媒層に接合したものである。
【０００８】
請求項３の発明に係わる固体電解素子は、第１の多孔質基材が炭素繊維で形成されたものである。
【０００９】
請求項４の発明に係わる固体電解素子は、第２の多孔質基材がチタンメッシュに白金メッキをしたものである。
【００１０】
請求項５の発明に係わる固体電解素子は、第１の触媒が白金担持率１０％〜５０％の白金担持カーボンである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は実施の形態１の構成を示す断面図である。図１において、１０は図２に示す陽イオン導電性（水素イオン導電性）の固体電解質を使用した厚さが１７０μｍの膜で、例えば水素イオン性の固体電解質として、例えばデュポン（ＤｕＰｏｎｔ）社製のナフィオン（ＮＡＦＩＯＮ：登録商標）−１１７を使用する。１１は膜１０の一面に形成した陰極触媒層で、膜１０と同じ固体電解質の粉末を含んだイソプロピルアルコールと水等の揮発性溶剤に、触媒としての白金黒を混合して、白金黒の量が０．３ｍｇ／ｃｍ２ 〜３．０ｍｇ／ｃｍ２ となる厚さで膜１０に塗布又は吹き付ける。１２はカーボンを使用した厚さが２００μｍの水透過性を有する多孔質基材で、カーボンペーパー、カーボンクロス等の炭素繊維である。陰極触媒層１１と多孔質基材１２とで陰極１３を構成している。
【００１２】
１４は膜１０の他面に形成した陽極触媒層で、膜１０と同じ固体電解質の粉末を含んだイソプロピルアルコールと水等の揮発性溶剤に、ＰｂＯ２ 、ＳｎＯ２、ＦｅＯ４ 、ＳｒＦｅＯ３ 等の酸素過電圧が高い触媒を混合して、触媒の量が０．３ｍｇ／ｃｍ２ 〜３．０ｍｇ／ｃｍ２ となる厚さで膜１０に塗布又は吹き付ける。１５はチタンのエキスパンドメタルに白金メッキした厚さが１００μｍの水透過性を有する多孔質基材である。陽極触媒層１４と多孔質基材１５とで陽極１６を構成している。
なお、膜１０と各極１３、１６とは、１８０℃の温度、５０ｋｇ／ｃｍ２ の圧力で３分間のホットプレスにより、互いに物理的に一体化すると共に電気的に接合される。１７は両極１３、１６間に接続された直流電源である。
なお、陰極触媒層１１に混合する触媒は、白金黒の他にルテニウム、イリジウム、パラジウム等の白金族金属又は白金族金属の金属酸化物の例えば酸化イリジウム等でもよい。
【００１３】
次に動作について説明する。図１において、両極１３、１６間に直流電源１７により直流電圧を印加すると、陽極１６側では空気中の水分が電気化学反応によって電気分解される。その結果、式（３）（４）の反応により陽極１６側の湿度が低下すると共に、オゾンガス及び酸素ガスが発生する。
Ｈ２ Ｏ→２Ｈ＋ ＋１／３Ｏ３ ＋２ｅ− ・・・（３）
Ｈ２ Ｏ→２Ｈ＋ ＋１／２Ｏ２ ＋２ｅ− ・・・（４）
【００１４】
以上のように実施の形態１の発明によれば、陽極触媒層１４を酸素過電圧が高い触媒で構成することにより、陽極１６側で除湿を行うと共にオゾンを発生させることができるので、殺菌及び消臭を行うことができる。
【００１５】
実施の形態２．
図３は実施の形態２の構成を示す断面図である。図３において、１０〜１３、１５及び１７は実施の形態１のものと同様のものである。
１８は膜１０の膜面に形成した陽極触媒層で、膜１０と同じ固体電解質の粉末を含んだイソプロピルアルコールと水等の揮発性溶剤に、触媒としての白金黒及びＰｂＯ２ 、ＳｎＯ２ 、Ｆｅ３ Ｏ４ 、ＳｒＦｅＯ３ 等の酸素過電圧が高い触媒を混合して、両触媒の合計量が０．３ｍｇ／ｃｍ２ 〜３．０ｍｇ／ｃｍ２ となる厚さで膜１０に塗布又は吹き付ける。多孔質基材１５と陽極触媒層１８とで陽極１９を構成している。そして、膜１０と各極１３、１９とは１８０℃の温度、５０ｋｇ／ｃｍ２ の圧力で３分間のホットプレスにより、互いに物理的に一体化すると共に電気的に接合される。
なお、陽極触媒層１８に混合する触媒は、白金黒の他にルテニウム、イリジウム、パラジウム等の白金族金属又は白金族金属の金属酸化物の例えば酸化イリジウム等でもよい。
【００１６】
次に動作について説明する。図３において、実施の形態１とほぼ同様の動作をする。即ち、両極１３、１９間に直流電圧を印加すると、陽極１９側では空気中の水分が電気化学反応によって電気分解される。その結果、式（５）（６）の反応により陽極１９側の湿度が低下すると共に、オゾン及び酸素ガスが発生する。
Ｈ２ Ｏ→２Ｈ＋ ＋１／３Ｏ３ ＋２ｅ− ・・・（５）
Ｈ２ Ｏ→２Ｈ＋ ＋１／２Ｏ２ ＋２ｅ− ・・・（６）
陽極触媒層１８に混合する白金黒の割合を変えることにより、陽極１９側でのオゾン発生量を変えることができる。
【００１７】
以上のように実施の形態２によれば、陽極触媒層をＰｂＯ２ 等の酸素過電圧が高い触媒と白金族金属又は白金族金属の金属酸化物とで構成することにより、陽極１９側で除湿を行うと共にオゾンを発生させ、オゾンの量を所定量に設定することができる。
【００１８】
図４は膜１０の有効面積が１００ｃｍ２ 、温度３０℃及び相対湿度６０％の大気中での電圧−電流特性を示す説明図である。
実施の形態１及び実施の形態２において、図４の特性Ｉに示すように触媒である白金黒の量を１ｍｇ／ｃｍ２ とした場合、両極１３、１６間に印加される電圧が３Ｖのとき、電流が４Ａでほぼ飽和状態である。
次に、特性ＩＩに示すように白金黒の量を０．３ｍｇ／ｃｍ２ とした場合は、１ｍｇ／ｃｍ２ のものに比して各触媒層１１の抵抗が増加するので、電気化学反応に使われる電圧が減少するため膜１０に流れる電流が減少する。
さらに、特性ＩＩＩに示すように白金黒の量を３ｍｇ／ｃｍ２ とした場合は、１ｍｇ／ｃｍ２ のものに比して各触媒層１１の抵抗が減少するので、電気化学反応に使われる電圧が増加するため膜１０に流れる電流が増加する。
【００１９】
図５は触媒である白金黒の量と膜１０を流れる電流との関係を示す説明図である。
図５の特性Ｉは、大気中において温度が３０℃、相対湿度が６０％の場合で、触媒である白金黒の量が３ｍｇ／ｃｍ２ 以上では電流が飽和状態で増えない。即ち、電気化学反応による除湿及び加湿能力は電流に比例するので、触媒である白金黒の量を３ｍｇ／ｃｍ２ 以上にしても性能の向上を図ることができない。図５の特性ＩＩは、大気中における年間を通じての平均値としての温度が１５℃〜２０℃、平均値としての相対湿度が６０％の場合である。温度が下がると電流が低下し、触媒である白金黒の量が１ｍｇ／ｃｍ２ で電流が飽和する。さらに、触媒である白金黒の量を０．３ｍｇ／ｃｍ２ まで減らしても電流の低下が約２５％で、性能の低下は僅少である。
従って、触媒である白金黒の量を０．３ｍｇ／ｃｍ２ としても、年間を通じて所要の性能を発揮させることができる。
【００２０】
図６は固体電解質の膜１０の有効面積が１００ｃｍ２ 、温度が３０℃及び相対湿度が６０％の大気中における電流と、陽極１６、１９を構成する多孔質基材１５の部材相互間の距離との関係を示す説明図である。
上記実施の形態１及び実施の形態２において、図６では各多孔質基材１５をメッシュ状で部材間のピッチを２０ｍｍ以下にした場合、又は網目状その他で部材相互間に所定の距離をあけるように構成した多孔質基材１５で相互間を２０ｍｍ以下にした場合に、膜１０に流す電流を有効に活用することができることを示している。
そして、多孔質基材１５の部材相互間の距離を２０ｍｍ以上にすると図６に示すように電流が急激に低下する。即ち、除湿又はオゾン発生作用が低下する。従って、各多孔質基材１５をメッシュ状に形成する場合はピッチを２０ｍｍ以下にするのがよい。
【００２１】
また、固体電解質の膜１０は厚さを５０μｍから５００μｍに設定することにより、良好な結果を得ることができる。
【００２２】
参考例１．
図７は参考例１の構成を示す断面図である。図７において、１０、１２及び１７は実施の形態１のものと同様のものである。
２０は膜１０の一面に形成した陰極触媒層で、膜１０と同じ固体電解質の粉末を含んだイソプロピルアルコールと水等の揮発性溶剤に、触媒としての白金黒を混合して、白金黒の量が１ｍｇ／ｃｍ２ となる厚さで膜１０に塗布又は吹き付けられている。陰極触媒層２０と多孔質基材１２とで陰極２１を構成している。
【００２３】
２２は膜１０の他面に形成した陽極触媒層で、膜１０と同じ固体電解質の粉末を含んだイソプロピルアルコールと水等の揮発性溶剤に、触媒としての白金黒及びＰｂＯ２ 、ＳｎＯ２ 、Ｆｅ３ Ｏ４ 、ＳｒＦｅＯ３ 等の酸素過電圧が高い触媒を混合して、両触媒の合計量が１ｍｇ／ｃｍ２ となる厚さで膜１０に塗布又は吹き付けられている。陽極触媒層２２と多孔質基材１５とで陽極２３を構成している。そして、膜１０と各極２１、２３とは１８０℃の温度、５０ｋｇ／ｃｍ２ の圧力で３分間のホットプレスにより、互いに物理的に一体化すると共に電気的に接合される。
【００２４】
なお、触媒は白金黒の他にルテニウム、イリジウム、パラジウム等の白金族金属又は白金族金属の金属酸化物の例えば酸化イリジウム等でもよい。
【００２５】
次に動作について説明する。図７において、実施の形態２とほぼ同様の動作をする。即ち、両極２１、２３間に直流電源１７から直流電圧を印加すると、陽極２３側では空気中の水分が電気化学反応によって電気分解される。その結果、式（７）（８）の反応により陽極２３側の湿度が低下すると共に、オゾン及び酸素ガスが発生する。
Ｈ２ Ｏ→２Ｈ＋ ＋１／３Ｏ３ ＋２ｅ− ・・・（７）
Ｈ２ Ｏ→２Ｈ＋ ＋１／２Ｏ２ ＋２ｅ− ・・・（８）
陽極触媒層２２に混合する白金黒の割合を変えることにより、陽極２３側でのオゾン発生量を変えることができる。
【００２６】
図８は固体電解質の膜１０に印加される電圧と除湿能力及びオゾン発生能力の関係を示す説明図である。
図８の特性Ｉは除湿能力を示すもので、印加電圧が１．５Ｖ以上で能力を発揮し、約３Ｖで飽和状態になる。
図８の特性ＩＩは印加電圧が２Ｖ以上で能力を発揮し、約５Ｖで飽和状態になる。
【００２７】
以上のように、膜１０への印加電圧を高くすることにより除湿を行うと共にオゾンの発生能力を強めることができる。そして、印加電圧を低くすることによりオゾン発生を弱めて除湿が主体の動作に切り換えることができる。
図８に示すように、印加電圧を２Ｖ〜５Ｖの範囲で制御することによりオゾン発生量を制御することができる。
【００２８】
膜１０への印加電圧をＯＮ／ＯＦＦ制御することにより、オゾン発生能力を制御してもよい。即ち、図８において、印加電圧を３Ｖ〜５Ｖの間、例えば４Ｖに設定してＯＮ／ＯＦＦ制御し印加する時間を変えることにより、オゾンの発生量を制御する。
【００２９】
上記実施の形態１、実施の形態２及び参考例１において、陰極触媒層１１の白金黒の代わりに、白金を１０％から５０％担持したカーボン触媒としてもよい。例えば、白金５０％担持カーボン触媒を１ｍｇ／ｃｍ２ の厚さで陰極触媒層１１を形成した場合には、白金含有量が０．５ｍｇ／ｃｍ２ となる。
白金担持カーボンに使用する白金の微粒子は、白金１００％の白金黒の触媒よりも粒径が細かいので、比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。
【００３０】
参考例２．
図９は参考例２．の構成図である。図９において、１０、１３及び１７は実施の形態１のものと同様のものであり、１９は実施の形態２のものと同様のものである。
２４は固体電解質の膜１０、陰極１３及び陽極１９で構成された図３に示す固体電解素子である。２５は固体電解素子２４の陽極１９を包囲し密閉された空間である。
【００３１】
次に動作について説明する。図９において、両極１３、１９間に直流電源１７から直流電圧を印加すると、陽極１９側では空気中の水分が電気化学反応によって電気分解される。その結果、式（９）（１０）の反応により陽極１９側の湿度が低下すると共に、オゾン及び酸素ガスを発生する。
Ｈ２ Ｏ→２Ｈ＋ ＋１／３Ｏ３ ＋２ｅ− ・・・（９）
Ｈ２ Ｏ→２Ｈ＋ ＋１／２Ｏ２ ＋２ｅ− ・・・（１０）
以上により、空間２５の除湿を行うと共に、空間２５内にオゾンを供給して殺菌及び消臭作用を行わせることができる。
【００３２】
参考例２において、固体電解素子２４は図３に示したものを使用して説明したが、図７に示したものでも同様の効果を期待することができる。
【００３３】
さらに、参考例２においては密閉された空間２５内の除湿及び殺菌について説明したが、半密閉の空間においても除湿及び殺菌の効果を期待することができる。
【００３４】
参考例３．
図１０は参考例３の構成図である。図１０において、１０、１３及び１７は実施の形態１のものと同様のものであり、１９は実施の形態２のものと同様のものであり、２４は参考例２のものと同様のものである。
２６は固体電解素子２４を包囲した空間である。
【００３５】
次に動作について説明する。図１０において、参考例２と同様に式（９）（１０）により陽極１９側でオゾン及び酸素ガスが発生する。そして、陰極１３側では還元反応により水が発生するので、空間２６内の水分の総量には変化がない。以上により、空間２６へオゾンを供給し殺菌及び消臭作用を行わせることができる。
【００３６】
参考例４．
図１１は参考例４の構成図である。図１１において、１０、１３及び１７は実施の形態１のものと同様のものであり、１９は実施の形態２のものと同様のものであり、２４は実施の形態４のものと同様のものである。
２７は空間、２８は固体電解素子２４が配置されたダクト、２９はダクト２８内に配置された送風手段で、ダクト２８を介して空間２７内の空気を矢印３０、３１のように循環させる。
【００３７】
次に動作について説明する。図１１において、参考例２と同様に式（９）（１０）により陽極１９側でオゾン及び酸素ガスが発生する。そして、発生したオゾンを送風手段２９によりダクト２８を介して空間２７に供給する。
以上により、空間２７の外部でオゾンを発生させて空間２７内に供給できるので、オゾンを効率よく発生させることができる。
【００３８】
空間２７内に人間が存在する場合には、オゾン濃度が高くなると人体に悪影響を与える恐れがあるので、安全なレベルに抑制する必要がある。従って、オゾン濃度計によりオゾン濃度を測定し、固体電解素子２４にフィードバックしてオゾン濃度を制御する。
【００３９】
参考例５．
図１２は密閉又は半密閉の空間内における除湿、殺菌及び消臭の制御を示す説明図である。
図９及び図１２において、常時は図１２（ａ）に示すように２．５Ｖの電圧を固体電解素子２４に印加して空間２５内の除湿を主体に行っているが、オゾンの発生は僅少で人体に有害なレベルではない。従って、殺菌や消臭を行うにも不十分なオゾン濃度である。
時間ｔ１ において固体電解素子２４に印加する電圧を人為的、又は自動的にオゾン発生信号を出して、２．５Ｖから４Ｖにしてオゾンを発生させる。
【００４０】
人為的に印加電圧を上げる例として、例えば空間２５内での作業が終了して人間が退出した後に、固体電解素子２４への印加電圧を上げて作業エリアとしての空間２５内の殺菌及び消臭を行う。その他、ベッド等に取り付けた場合には、朝になってベッドから出た後に印加電圧を上げて殺菌及び消臭を行う。
【００４１】
時間ｔ２ において固体電解素子２４への印加電圧を４Ｖから２．５Ｖに下げると、オゾン発生が僅少となり除湿が主体の運転となる。空間２５内の湿度により固体電解素子２４の電流が図１２（ｂ）に示すように変動するが、時間ｔ１ からｔ２ の間に空間２５内のオゾン濃度は図１２（ｃ）に示すように増えて、この例の場合には１．７ｐｐｍに達している。
時間ｔ２ において固体電解素子２４への印加電圧が４Ｖから２．５Ｖに下げられて除湿が主体の運転になると、時間ｔ２ 以降ではオゾンが空間２５内の他の物質と反応してオゾン濃度が徐々に低下し、人体に影響を与えないレベルになる。
【００４２】
空間２５内の温度及び湿度により、固体電解素子２４への印加電圧が同じでも電流が変動してオゾン発生能力が変化する。そこで、図１２（ｂ）に示すように、時間ｔ１ からｔ２ のオゾン発生期間の電流を積分し、設定値に達したら電圧を下げるようにすることにより、空間２５内の温度及び湿度の影響を除いて、決められた量のオゾンを精度よく供給できる。
【００４３】
実施の形態１、実施の形態２及び実施例１から実施例５において、固体電解質の膜１０に流す電流の電流密度を０．１Ａ／ｃｍ２ にすれば、膜１０の温度を１１０℃以下に維持することができる。
【００４４】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、陽極触媒層を酸素過電圧が高い触媒で構成したことにより、陽極側でオゾンを発生させて殺菌及び消臭を行わせると共に除湿を行わせることができる。
【００４５】
請求項２の発明によれば、陽極触媒層を酸素過電圧が高い触媒と白金族金属又は白金族金属酸化物の触媒とで構成したことにより、両触媒の比率を変えて陽極側でのオゾン発生量を制御することができるので、微量のオゾン発生も可能となり、殺菌及び消臭効果と共に除湿を行わせることができる。
【００４６】
請求項３の発明によれば、陰極を構成する第１の多孔質基材を炭素繊維とし、触媒を白金族金属又は白金族金属の金属酸化物にしたことにより、局部電池が形成されるのを防止することができる。
【００４７】
請求項４の発明によれば、陽極側の第２の多孔質基材をチタンに白金メッキをしたもので形成したことにより、陽極で酸素が発生しても酸化されるのを防止することができる。
【００４８】
請求項５の発明によれば、陰極触媒層の第１の触媒を白金担持率が１０％〜５０％の白金担持カーボンとしたことにより、比面積が大きくなるため、白金の使用量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１の構成を示す断面図である。
【図２】図１に使用する固体電解質を示す説明図である。
【図３】この発明の実施の形態２の構成を示す断面図である。
【図４】この発明の実施の形態１及び２に使用する固体電解質の膜の電圧−電流特性を示す説明図である。
【図５】図１及び図３の触媒の量と電流との関係を示す説明図である。
【図６】図１及び図３の多孔質基材の部材間距離と電流との関係を示す説明図である。
【図７】この発明の参考例１の構成を示す断面図である。
【図８】図７の除湿能力及びオゾン発生能力と固体電解素子への印加電圧との関係を示す説明図である。
【図９】この発明の参考例２の構成図である。
【図１０】この発明の参考例３の構成図である。
【図１１】この発明の参考例４の構成図である。
【図１２】この発明の参考例５の制御を示す説明図である。
【図１３】従来の固体電解素子の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１０ 膜、１１，２０ 陰極触媒層、１２ 第１の多孔質基材、
１３，２１ 陰極、１４，１８，２２ 陽極触媒層、
１５ 第２の多孔質基材、１６，１９，２３ 陽極。
【発明の属する技術分野】
この発明は水素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。
【０００２】
【従来の技術】
図１３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１３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、金属繊維の織布若しくは不織布、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１３において、両極６、７間に直流電源から電力を供給すると、非除湿室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。
２Ｈ２ Ｏ→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− →２Ｈ２ Ｏ ・・・（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陰極６側から陰極７側へ移動する。従って、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、オゾンによる殺菌や消臭を行うのが困難であるという問題点があった。
【０００５】
この発明は、除湿を行うと共にオゾンによる殺菌及び消臭を行うことができる固体電解素子を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明に係わる固体電解素子は、水素イオン導電性の固体電解質の膜を陽極と陰極とで狭持して両極間に電流を印加し、陽極側で電解反応により酸素を発生させ、陰極側で還元反応する固体電解素子において、陰極は白金族金属又は白金族金属の金属酸化物の第１の触媒と固体電解質の粉末とを混合して、膜の一面に第１の触媒の量が０．３ｍｇ／ｃｍ２ 〜３．０ｍｇ／ｃｍ２ となる厚さで陰極触媒層を形成し、水分透過性を有する第１の多孔質基材を陰極触媒層に接合したものであり、陽極は酸素過電圧が高い第２の触媒と固体電解質の粉末とを混合して、膜の他面に第２の触媒の量が０．３ｍｇ／ｃｍ２ 〜３．０ｍｇ／ｃｍ２ となる厚さで陽極触媒層を形成し、水分透過性を有する第２の多孔質基材を陽極触媒層に接合したものである。
【０００７】
請求項２の発明に係わる固体電解素子は、水素イオン導電性の固体電解質の膜を陽極と陰極とで狭持して両極間に電流を印加し、陽極側で電解反応により酸素を発生させ、陰極側で還元反応する固体電解素子において、陰極は白金族金属又は白金族金属の金属酸化物の第１の触媒と固体電解質の粉末とを混合して、膜の一面に第１の触媒の量が０．３ｍｇ／ｃｍ２ 〜３．０ｍｇ／ｃｍ２ となる厚さで陰極触媒層を形成し、水分透過性を有する第１の多孔質基材を陰極触媒層に接合したものであり、陽極は酸素過電圧が高い第２の触媒と白金族金属又は白金族金属の金属酸化物の第３の触媒と固体電解質の粉末とを混合して、膜の他面に上記第２の触媒と第３の触媒との合計の量が０．３ｍｇ／ｃｍ２ 〜３．０ｍｇ／ｃｍ２ となる厚さで陽極触媒層を形成し、水分透過性を有する導電部材の相互間が２０ｍｍ以下に構成された第２の多孔質基材を陽極触媒層に接合したものである。
【０００８】
請求項３の発明に係わる固体電解素子は、第１の多孔質基材が炭素繊維で形成されたものである。
【０００９】
請求項４の発明に係わる固体電解素子は、第２の多孔質基材がチタンメッシュに白金メッキをしたものである。
【００１０】
請求項５の発明に係わる固体電解素子は、第１の触媒が白金担持率１０％〜５０％の白金担持カーボンである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は実施の形態１の構成を示す断面図である。図１において、１０は図２に示す陽イオン導電性（水素イオン導電性）の固体電解質を使用した厚さが１７０μｍの膜で、例えば水素イオン性の固体電解質として、例えばデュポン（ＤｕＰｏｎｔ）社製のナフィオン（ＮＡＦＩＯＮ：登録商標）−１１７を使用する。１１は膜１０の一面に形成した陰極触媒層で、膜１０と同じ固体電解質の粉末を含んだイソプロピルアルコールと水等の揮発性溶剤に、触媒としての白金黒を混合して、白金黒の量が０．３ｍｇ／ｃｍ２ 〜３．０ｍｇ／ｃｍ２ となる厚さで膜１０に塗布又は吹き付ける。１２はカーボンを使用した厚さが２００μｍの水透過性を有する多孔質基材で、カーボンペーパー、カーボンクロス等の炭素繊維である。陰極触媒層１１と多孔質基材１２とで陰極１３を構成している。
【００１２】
１４は膜１０の他面に形成した陽極触媒層で、膜１０と同じ固体電解質の粉末を含んだイソプロピルアルコールと水等の揮発性溶剤に、ＰｂＯ２ 、ＳｎＯ２、ＦｅＯ４ 、ＳｒＦｅＯ３ 等の酸素過電圧が高い触媒を混合して、触媒の量が０．３ｍｇ／ｃｍ２ 〜３．０ｍｇ／ｃｍ２ となる厚さで膜１０に塗布又は吹き付ける。１５はチタンのエキスパンドメタルに白金メッキした厚さが１００μｍの水透過性を有する多孔質基材である。陽極触媒層１４と多孔質基材１５とで陽極１６を構成している。
なお、膜１０と各極１３、１６とは、１８０℃の温度、５０ｋｇ／ｃｍ２ の圧力で３分間のホットプレスにより、互いに物理的に一体化すると共に電気的に接合される。１７は両極１３、１６間に接続された直流電源である。
なお、陰極触媒層１１に混合する触媒は、白金黒の他にルテニウム、イリジウム、パラジウム等の白金族金属又は白金族金属の金属酸化物の例えば酸化イリジウム等でもよい。
【００１３】
次に動作について説明する。図１において、両極１３、１６間に直流電源１７により直流電圧を印加すると、陽極１６側では空気中の水分が電気化学反応によって電気分解される。その結果、式（３）（４）の反応により陽極１６側の湿度が低下すると共に、オゾンガス及び酸素ガスが発生する。
Ｈ２ Ｏ→２Ｈ＋ ＋１／３Ｏ３ ＋２ｅ− ・・・（３）
Ｈ２ Ｏ→２Ｈ＋ ＋１／２Ｏ２ ＋２ｅ− ・・・（４）
【００１４】
以上のように実施の形態１の発明によれば、陽極触媒層１４を酸素過電圧が高い触媒で構成することにより、陽極１６側で除湿を行うと共にオゾンを発生させることができるので、殺菌及び消臭を行うことができる。
【００１５】
実施の形態２．
図３は実施の形態２の構成を示す断面図である。図３において、１０〜１３、１５及び１７は実施の形態１のものと同様のものである。
１８は膜１０の膜面に形成した陽極触媒層で、膜１０と同じ固体電解質の粉末を含んだイソプロピルアルコールと水等の揮発性溶剤に、触媒としての白金黒及びＰｂＯ２ 、ＳｎＯ２ 、Ｆｅ３ Ｏ４ 、ＳｒＦｅＯ３ 等の酸素過電圧が高い触媒を混合して、両触媒の合計量が０．３ｍｇ／ｃｍ２ 〜３．０ｍｇ／ｃｍ２ となる厚さで膜１０に塗布又は吹き付ける。多孔質基材１５と陽極触媒層１８とで陽極１９を構成している。そして、膜１０と各極１３、１９とは１８０℃の温度、５０ｋｇ／ｃｍ２ の圧力で３分間のホットプレスにより、互いに物理的に一体化すると共に電気的に接合される。
なお、陽極触媒層１８に混合する触媒は、白金黒の他にルテニウム、イリジウム、パラジウム等の白金族金属又は白金族金属の金属酸化物の例えば酸化イリジウム等でもよい。
【００１６】
次に動作について説明する。図３において、実施の形態１とほぼ同様の動作をする。即ち、両極１３、１９間に直流電圧を印加すると、陽極１９側では空気中の水分が電気化学反応によって電気分解される。その結果、式（５）（６）の反応により陽極１９側の湿度が低下すると共に、オゾン及び酸素ガスが発生する。
Ｈ２ Ｏ→２Ｈ＋ ＋１／３Ｏ３ ＋２ｅ− ・・・（５）
Ｈ２ Ｏ→２Ｈ＋ ＋１／２Ｏ２ ＋２ｅ− ・・・（６）
陽極触媒層１８に混合する白金黒の割合を変えることにより、陽極１９側でのオゾン発生量を変えることができる。
【００１７】
以上のように実施の形態２によれば、陽極触媒層をＰｂＯ２ 等の酸素過電圧が高い触媒と白金族金属又は白金族金属の金属酸化物とで構成することにより、陽極１９側で除湿を行うと共にオゾンを発生させ、オゾンの量を所定量に設定することができる。
【００１８】
図４は膜１０の有効面積が１００ｃｍ２ 、温度３０℃及び相対湿度６０％の大気中での電圧−電流特性を示す説明図である。
実施の形態１及び実施の形態２において、図４の特性Ｉに示すように触媒である白金黒の量を１ｍｇ／ｃｍ２ とした場合、両極１３、１６間に印加される電圧が３Ｖのとき、電流が４Ａでほぼ飽和状態である。
次に、特性ＩＩに示すように白金黒の量を０．３ｍｇ／ｃｍ２ とした場合は、１ｍｇ／ｃｍ２ のものに比して各触媒層１１の抵抗が増加するので、電気化学反応に使われる電圧が減少するため膜１０に流れる電流が減少する。
さらに、特性ＩＩＩに示すように白金黒の量を３ｍｇ／ｃｍ２ とした場合は、１ｍｇ／ｃｍ２ のものに比して各触媒層１１の抵抗が減少するので、電気化学反応に使われる電圧が増加するため膜１０に流れる電流が増加する。
【００１９】
図５は触媒である白金黒の量と膜１０を流れる電流との関係を示す説明図である。
図５の特性Ｉは、大気中において温度が３０℃、相対湿度が６０％の場合で、触媒である白金黒の量が３ｍｇ／ｃｍ２ 以上では電流が飽和状態で増えない。即ち、電気化学反応による除湿及び加湿能力は電流に比例するので、触媒である白金黒の量を３ｍｇ／ｃｍ２ 以上にしても性能の向上を図ることができない。図５の特性ＩＩは、大気中における年間を通じての平均値としての温度が１５℃〜２０℃、平均値としての相対湿度が６０％の場合である。温度が下がると電流が低下し、触媒である白金黒の量が１ｍｇ／ｃｍ２ で電流が飽和する。さらに、触媒である白金黒の量を０．３ｍｇ／ｃｍ２ まで減らしても電流の低下が約２５％で、性能の低下は僅少である。
従って、触媒である白金黒の量を０．３ｍｇ／ｃｍ２ としても、年間を通じて所要の性能を発揮させることができる。
【００２０】
図６は固体電解質の膜１０の有効面積が１００ｃｍ２ 、温度が３０℃及び相対湿度が６０％の大気中における電流と、陽極１６、１９を構成する多孔質基材１５の部材相互間の距離との関係を示す説明図である。
上記実施の形態１及び実施の形態２において、図６では各多孔質基材１５をメッシュ状で部材間のピッチを２０ｍｍ以下にした場合、又は網目状その他で部材相互間に所定の距離をあけるように構成した多孔質基材１５で相互間を２０ｍｍ以下にした場合に、膜１０に流す電流を有効に活用することができることを示している。
そして、多孔質基材１５の部材相互間の距離を２０ｍｍ以上にすると図６に示すように電流が急激に低下する。即ち、除湿又はオゾン発生作用が低下する。従って、各多孔質基材１５をメッシュ状に形成する場合はピッチを２０ｍｍ以下にするのがよい。
【００２１】
また、固体電解質の膜１０は厚さを５０μｍから５００μｍに設定することにより、良好な結果を得ることができる。
【００２２】
参考例１．
図７は参考例１の構成を示す断面図である。図７において、１０、１２及び１７は実施の形態１のものと同様のものである。
２０は膜１０の一面に形成した陰極触媒層で、膜１０と同じ固体電解質の粉末を含んだイソプロピルアルコールと水等の揮発性溶剤に、触媒としての白金黒を混合して、白金黒の量が１ｍｇ／ｃｍ２ となる厚さで膜１０に塗布又は吹き付けられている。陰極触媒層２０と多孔質基材１２とで陰極２１を構成している。
【００２３】
２２は膜１０の他面に形成した陽極触媒層で、膜１０と同じ固体電解質の粉末を含んだイソプロピルアルコールと水等の揮発性溶剤に、触媒としての白金黒及びＰｂＯ２ 、ＳｎＯ２ 、Ｆｅ３ Ｏ４ 、ＳｒＦｅＯ３ 等の酸素過電圧が高い触媒を混合して、両触媒の合計量が１ｍｇ／ｃｍ２ となる厚さで膜１０に塗布又は吹き付けられている。陽極触媒層２２と多孔質基材１５とで陽極２３を構成している。そして、膜１０と各極２１、２３とは１８０℃の温度、５０ｋｇ／ｃｍ２ の圧力で３分間のホットプレスにより、互いに物理的に一体化すると共に電気的に接合される。
【００２４】
なお、触媒は白金黒の他にルテニウム、イリジウム、パラジウム等の白金族金属又は白金族金属の金属酸化物の例えば酸化イリジウム等でもよい。
【００２５】
次に動作について説明する。図７において、実施の形態２とほぼ同様の動作をする。即ち、両極２１、２３間に直流電源１７から直流電圧を印加すると、陽極２３側では空気中の水分が電気化学反応によって電気分解される。その結果、式（７）（８）の反応により陽極２３側の湿度が低下すると共に、オゾン及び酸素ガスが発生する。
Ｈ２ Ｏ→２Ｈ＋ ＋１／３Ｏ３ ＋２ｅ− ・・・（７）
Ｈ２ Ｏ→２Ｈ＋ ＋１／２Ｏ２ ＋２ｅ− ・・・（８）
陽極触媒層２２に混合する白金黒の割合を変えることにより、陽極２３側でのオゾン発生量を変えることができる。
【００２６】
図８は固体電解質の膜１０に印加される電圧と除湿能力及びオゾン発生能力の関係を示す説明図である。
図８の特性Ｉは除湿能力を示すもので、印加電圧が１．５Ｖ以上で能力を発揮し、約３Ｖで飽和状態になる。
図８の特性ＩＩは印加電圧が２Ｖ以上で能力を発揮し、約５Ｖで飽和状態になる。
【００２７】
以上のように、膜１０への印加電圧を高くすることにより除湿を行うと共にオゾンの発生能力を強めることができる。そして、印加電圧を低くすることによりオゾン発生を弱めて除湿が主体の動作に切り換えることができる。
図８に示すように、印加電圧を２Ｖ〜５Ｖの範囲で制御することによりオゾン発生量を制御することができる。
【００２８】
膜１０への印加電圧をＯＮ／ＯＦＦ制御することにより、オゾン発生能力を制御してもよい。即ち、図８において、印加電圧を３Ｖ〜５Ｖの間、例えば４Ｖに設定してＯＮ／ＯＦＦ制御し印加する時間を変えることにより、オゾンの発生量を制御する。
【００２９】
上記実施の形態１、実施の形態２及び参考例１において、陰極触媒層１１の白金黒の代わりに、白金を１０％から５０％担持したカーボン触媒としてもよい。例えば、白金５０％担持カーボン触媒を１ｍｇ／ｃｍ２ の厚さで陰極触媒層１１を形成した場合には、白金含有量が０．５ｍｇ／ｃｍ２ となる。
白金担持カーボンに使用する白金の微粒子は、白金１００％の白金黒の触媒よりも粒径が細かいので、比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。
【００３０】
参考例２．
図９は参考例２．の構成図である。図９において、１０、１３及び１７は実施の形態１のものと同様のものであり、１９は実施の形態２のものと同様のものである。
２４は固体電解質の膜１０、陰極１３及び陽極１９で構成された図３に示す固体電解素子である。２５は固体電解素子２４の陽極１９を包囲し密閉された空間である。
【００３１】
次に動作について説明する。図９において、両極１３、１９間に直流電源１７から直流電圧を印加すると、陽極１９側では空気中の水分が電気化学反応によって電気分解される。その結果、式（９）（１０）の反応により陽極１９側の湿度が低下すると共に、オゾン及び酸素ガスを発生する。
Ｈ２ Ｏ→２Ｈ＋ ＋１／３Ｏ３ ＋２ｅ− ・・・（９）
Ｈ２ Ｏ→２Ｈ＋ ＋１／２Ｏ２ ＋２ｅ− ・・・（１０）
以上により、空間２５の除湿を行うと共に、空間２５内にオゾンを供給して殺菌及び消臭作用を行わせることができる。
【００３２】
参考例２において、固体電解素子２４は図３に示したものを使用して説明したが、図７に示したものでも同様の効果を期待することができる。
【００３３】
さらに、参考例２においては密閉された空間２５内の除湿及び殺菌について説明したが、半密閉の空間においても除湿及び殺菌の効果を期待することができる。
【００３４】
参考例３．
図１０は参考例３の構成図である。図１０において、１０、１３及び１７は実施の形態１のものと同様のものであり、１９は実施の形態２のものと同様のものであり、２４は参考例２のものと同様のものである。
２６は固体電解素子２４を包囲した空間である。
【００３５】
次に動作について説明する。図１０において、参考例２と同様に式（９）（１０）により陽極１９側でオゾン及び酸素ガスが発生する。そして、陰極１３側では還元反応により水が発生するので、空間２６内の水分の総量には変化がない。以上により、空間２６へオゾンを供給し殺菌及び消臭作用を行わせることができる。
【００３６】
参考例４．
図１１は参考例４の構成図である。図１１において、１０、１３及び１７は実施の形態１のものと同様のものであり、１９は実施の形態２のものと同様のものであり、２４は実施の形態４のものと同様のものである。
２７は空間、２８は固体電解素子２４が配置されたダクト、２９はダクト２８内に配置された送風手段で、ダクト２８を介して空間２７内の空気を矢印３０、３１のように循環させる。
【００３７】
次に動作について説明する。図１１において、参考例２と同様に式（９）（１０）により陽極１９側でオゾン及び酸素ガスが発生する。そして、発生したオゾンを送風手段２９によりダクト２８を介して空間２７に供給する。
以上により、空間２７の外部でオゾンを発生させて空間２７内に供給できるので、オゾンを効率よく発生させることができる。
【００３８】
空間２７内に人間が存在する場合には、オゾン濃度が高くなると人体に悪影響を与える恐れがあるので、安全なレベルに抑制する必要がある。従って、オゾン濃度計によりオゾン濃度を測定し、固体電解素子２４にフィードバックしてオゾン濃度を制御する。
【００３９】
参考例５．
図１２は密閉又は半密閉の空間内における除湿、殺菌及び消臭の制御を示す説明図である。
図９及び図１２において、常時は図１２（ａ）に示すように２．５Ｖの電圧を固体電解素子２４に印加して空間２５内の除湿を主体に行っているが、オゾンの発生は僅少で人体に有害なレベルではない。従って、殺菌や消臭を行うにも不十分なオゾン濃度である。
時間ｔ１ において固体電解素子２４に印加する電圧を人為的、又は自動的にオゾン発生信号を出して、２．５Ｖから４Ｖにしてオゾンを発生させる。
【００４０】
人為的に印加電圧を上げる例として、例えば空間２５内での作業が終了して人間が退出した後に、固体電解素子２４への印加電圧を上げて作業エリアとしての空間２５内の殺菌及び消臭を行う。その他、ベッド等に取り付けた場合には、朝になってベッドから出た後に印加電圧を上げて殺菌及び消臭を行う。
【００４１】
時間ｔ２ において固体電解素子２４への印加電圧を４Ｖから２．５Ｖに下げると、オゾン発生が僅少となり除湿が主体の運転となる。空間２５内の湿度により固体電解素子２４の電流が図１２（ｂ）に示すように変動するが、時間ｔ１ からｔ２ の間に空間２５内のオゾン濃度は図１２（ｃ）に示すように増えて、この例の場合には１．７ｐｐｍに達している。
時間ｔ２ において固体電解素子２４への印加電圧が４Ｖから２．５Ｖに下げられて除湿が主体の運転になると、時間ｔ２ 以降ではオゾンが空間２５内の他の物質と反応してオゾン濃度が徐々に低下し、人体に影響を与えないレベルになる。
【００４２】
空間２５内の温度及び湿度により、固体電解素子２４への印加電圧が同じでも電流が変動してオゾン発生能力が変化する。そこで、図１２（ｂ）に示すように、時間ｔ１ からｔ２ のオゾン発生期間の電流を積分し、設定値に達したら電圧を下げるようにすることにより、空間２５内の温度及び湿度の影響を除いて、決められた量のオゾンを精度よく供給できる。
【００４３】
実施の形態１、実施の形態２及び実施例１から実施例５において、固体電解質の膜１０に流す電流の電流密度を０．１Ａ／ｃｍ２ にすれば、膜１０の温度を１１０℃以下に維持することができる。
【００４４】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、陽極触媒層を酸素過電圧が高い触媒で構成したことにより、陽極側でオゾンを発生させて殺菌及び消臭を行わせると共に除湿を行わせることができる。
【００４５】
請求項２の発明によれば、陽極触媒層を酸素過電圧が高い触媒と白金族金属又は白金族金属酸化物の触媒とで構成したことにより、両触媒の比率を変えて陽極側でのオゾン発生量を制御することができるので、微量のオゾン発生も可能となり、殺菌及び消臭効果と共に除湿を行わせることができる。
【００４６】
請求項３の発明によれば、陰極を構成する第１の多孔質基材を炭素繊維とし、触媒を白金族金属又は白金族金属の金属酸化物にしたことにより、局部電池が形成されるのを防止することができる。
【００４７】
請求項４の発明によれば、陽極側の第２の多孔質基材をチタンに白金メッキをしたもので形成したことにより、陽極で酸素が発生しても酸化されるのを防止することができる。
【００４８】
請求項５の発明によれば、陰極触媒層の第１の触媒を白金担持率が１０％〜５０％の白金担持カーボンとしたことにより、比面積が大きくなるため、白金の使用量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１の構成を示す断面図である。
【図２】図１に使用する固体電解質を示す説明図である。
【図３】この発明の実施の形態２の構成を示す断面図である。
【図４】この発明の実施の形態１及び２に使用する固体電解質の膜の電圧−電流特性を示す説明図である。
【図５】図１及び図３の触媒の量と電流との関係を示す説明図である。
【図６】図１及び図３の多孔質基材の部材間距離と電流との関係を示す説明図である。
【図７】この発明の参考例１の構成を示す断面図である。
【図８】図７の除湿能力及びオゾン発生能力と固体電解素子への印加電圧との関係を示す説明図である。
【図９】この発明の参考例２の構成図である。
【図１０】この発明の参考例３の構成図である。
【図１１】この発明の参考例４の構成図である。
【図１２】この発明の参考例５の制御を示す説明図である。
【図１３】従来の固体電解素子の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１０ 膜、１１，２０ 陰極触媒層、１２ 第１の多孔質基材、
１３，２１ 陰極、１４，１８，２２ 陽極触媒層、
１５ 第２の多孔質基材、１６，１９，２３ 陽極。
Claims (5)
- 水素イオン導電性の固体電解質の膜を陽極と陰極とで狭持して上記両極間に電流を印加し、上記陽極側で電解反応により酸素を発生させ、上記陰極側で還元反応する固体電解素子において、上記陰極は白金族金属又は白金族金属の金属酸化物の第１の触媒と上記固体電解質の粉末とを混合して、上記膜の一面に上記第１の触媒の量が０．３ｍｇ／ｃｍ２ 〜３．０ｍｇ／ｃｍ２ となる厚さで陰極触媒層を形成し、水分透過性を有する第１の多孔質基材を上記陰極触媒層に接合したものであり、上記陽極は酸素過電圧が高い第２の触媒と上記固体電解質の粉末とを混合して、上記膜の他面に上記第２の触媒の量が０．３ｍｇ／ｃｍ２ 〜３．０ｍｇ／ｃｍ２ となる厚さで陽極触媒層を形成し、水分透過性を有する導電部材の相互間が２０ｍｍ以下に構成された第２の多孔質基材を上記陽極触媒層に接合したものであることを特徴とする固体電解素子。
- 水素イオン導電性の固体電解質の膜を陽極と陰極とで狭持して上記両極間に電流を印加し、上記陽極側で電解反応により酸素を発生させ、上記陰極側で還元反応する固体電解素子において、上記陰極は白金族金属又は白金族金属の金属酸化物の第１の触媒と上記固体電解質の粉末とを混合して、上記膜の一面に上記第１の触媒の量が０．３ｍｇ／ｃｍ２ 〜３．０ｍｇ／ｃｍ２ となる厚さで陰極触媒層を形成し、水分透過性を有する第１の多孔質基材を上記陰極触媒層に接合したものであり、上記陽極は酸素過電圧が高い第２の触媒と白金族金属又は白金族金属の金属酸化物の第３の触媒と上記固体電解質の粉末とを混合して、上記膜の他面に上記第２の触媒と第３の触媒との合計の量が０．３ｍｇ／ｃｍ２ 〜３．０ｍｇ／ｃｍ２ となる厚さで陽極触媒層を形成し、水分透過性を有する導電部材の相互間が２０ｍｍ以下に構成された第２の多孔質基材を上記陽極触媒層に接合したものであることを特徴とする固体電解素子。
- 第１の多孔質基材は炭素繊維で形成されたものであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の固体電解素子。
- 第２の多孔質基材はチタンに白金メッキをしたものであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の固体電解素子。
- 第１の触媒は白金担持率が１０％〜５０％の白金担持カーボンであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の固体電解素子。
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