JP6208315B2 - Electrochemical cell and method for producing the same - Google Patents

Electrochemical cell and method for producing the same Download PDF

Info

Publication number
JP6208315B2
JP6208315B2 JP2016220252A JP2016220252A JP6208315B2 JP 6208315 B2 JP6208315 B2 JP 6208315B2 JP 2016220252 A JP2016220252 A JP 2016220252A JP 2016220252 A JP2016220252 A JP 2016220252A JP 6208315 B2 JP6208315 B2 JP 6208315B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrode
electrolyte membrane
suppression layer
electrochemical cell
reaction suppression
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.)
Active
Application number
JP2016220252A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2017069214A (en
Inventor
吉野 正人
正人 吉野
健太郎 松永
健太郎 松永
亀田 常治
常治 亀田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2016220252A priority Critical patent/JP6208315B2/en
Publication of JP2017069214A publication Critical patent/JP2017069214A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6208315B2 publication Critical patent/JP6208315B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Description

本発明は、電気化学セル及びその製造方法に関する。   The present invention relates to an electrochemical cell and a method for producing the same.

固体電解質燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell : SOFC)は、通常600〜1000℃前後の運転条件においてイオン導電性(酸素イオンもしくは水素イオン)を有する電解質膜を介して、還元剤(水素もしくは炭化水素など)と酸化剤(酸素など)とを反応(燃料電池反応)させ、そのエネルギーを電気として取り出す装置である。   Solid Oxide Fuel Cell (SOFC) is a reducing agent (hydrogen or hydrocarbon, etc.) through an electrolyte membrane having ionic conductivity (oxygen ions or hydrogen ions) under an operating condition of about 600 to 1000 ° C. ) And an oxidizing agent (such as oxygen) react (fuel cell reaction) and take out the energy as electricity.

一方、固体電解質電解セル(Solid Oxide Electrolysis Cell : SOEC)は、SOFCの逆反応を動作原理とし、イオン導電性を有する電解質膜を介して、高温の水蒸気を電気分解することにより水素と酸素とを得る装置である。   On the other hand, Solid Oxide Electrolysis Cell (SOEC) uses the reverse reaction of SOFC as the principle of operation, and electrolyzes high-temperature water vapor through an electrolyte membrane having ionic conductivity, thereby converting hydrogen and oxygen. It is a device to obtain.

しかしながら、上述のような電気化学セルをSOFC及びSOECとして機能させる場合、上記電気化学セルは、空気極(酸素極)/電解質膜/燃料極(水素極)の積層体を最小構成単位とするものであって、例えば、電解質膜に用いる固体酸化物の粉末体を溶媒などと混合・分散してスラリー化し、平滑なプラスチックなどの表面上に均一に刃(ドクターブレード)を用いて伸ばし、乾燥後、加熱・焼結して電解質膜を得た後、この電解質膜上に電極スラリーをスクリーンプリント法やスラリーコート、スプレーコートなどの方法を用いて塗布し、焼成して上記空気極(酸素極)及び燃料極(水素極)を形成し、上記電気化学セルを作製する。   However, when the electrochemical cell as described above is made to function as SOFC and SOEC, the electrochemical cell has a laminate of an air electrode (oxygen electrode) / electrolyte membrane / fuel electrode (hydrogen electrode) as a minimum constituent unit. For example, a solid oxide powder used for an electrolyte membrane is mixed and dispersed with a solvent to form a slurry, which is uniformly spread on a smooth plastic surface using a blade (doctor blade) and dried. After heating and sintering to obtain an electrolyte membrane, an electrode slurry is applied on the electrolyte membrane using a screen printing method, slurry coating, spray coating, or the like, and baked to form the air electrode (oxygen electrode). Then, a fuel electrode (hydrogen electrode) is formed, and the electrochemical cell is manufactured.

上述した方法においては、電解質膜上に空気極(酸素極)及び燃料極(水素極)を形成する際の焼結において、その高い温度及び材料成分に起因して特に空気極(酸素極)と電解質膜とが反応してしまい、空気極(酸素極)中の元素が電解質膜中に拡散してしまって、電解質膜中に絶縁部を形成してしまう場合がある。この絶縁部は、酸化物イオンの導電には寄与しないことから、上記電解質膜の酸化物イオン導電性を劣化させてしまうことになる。また、別途、電極支持体を配設して電解質膜を薄化する場合、上記傾向はより顕著になる。   In the above-described method, in the sintering in forming the air electrode (oxygen electrode) and the fuel electrode (hydrogen electrode) on the electrolyte membrane, the air electrode (oxygen electrode) is particularly caused by the high temperature and material components. The electrolyte membrane reacts, and elements in the air electrode (oxygen electrode) may diffuse into the electrolyte membrane, thereby forming an insulating portion in the electrolyte membrane. Since this insulating portion does not contribute to the conduction of oxide ions, the oxide ion conductivity of the electrolyte membrane is deteriorated. In addition, when the electrode support is separately provided to thin the electrolyte membrane, the above tendency becomes more remarkable.

このような問題を解決すべく、電解質膜と電極、特に空気極(酸素極)との間に反応抑制層を形成し、焼結時及び動作時の高温状態においても電解質膜と電極との反応を抑制して、電解質膜の酸化物イオンの導電性劣化を抑制する試みがなされている。反応抑制層は、その両側に位置する電解質膜及び電極、特に空気極(酸素極)間の反応による元素拡散を抑制するために形成されるものであるので、原材料に対して焼結助剤を添加して焼結し、緻密質な層とすることが求められる。   In order to solve these problems, a reaction suppression layer is formed between the electrolyte membrane and the electrode, particularly the air electrode (oxygen electrode), and the reaction between the electrolyte membrane and the electrode even at high temperatures during sintering and operation. Attempts have been made to suppress the deterioration of the conductivity of oxide ions in the electrolyte membrane. Since the reaction suppression layer is formed to suppress element diffusion due to the reaction between the electrolyte membrane and the electrodes located on both sides thereof, particularly the air electrode (oxygen electrode), a sintering aid is added to the raw material. It is required to add and sinter to form a dense layer.

しかしながら、反応抑制層を緻密質な層として形成し、電解質膜及び電極間の反応を抑制しても、電解質膜の材料成分及び反応抑制層の材料成分に依存して、電解質膜及び隣接する反応抑制層間に反応が生じてしまう場合があった。   However, even if the reaction suppression layer is formed as a dense layer and the reaction between the electrolyte membrane and the electrode is suppressed, depending on the material component of the electrolyte membrane and the material component of the reaction suppression layer, the electrolyte membrane and the adjacent reaction In some cases, a reaction may occur between the suppression layers.

特開2008−258064号JP 2008-258064 A

本発明が解決しようとする課題は、電解質膜及び電極間に反応抑制層が形成された電気化学セルにおいて、電解質膜及び反応抑制層間の共通元素の相互拡散を抑制し、固体電解質燃料電池(SOFC)及び固体電解質電解セル(SOEC)として使用する場合の特性劣化を抑制することができる。   The problem to be solved by the present invention is that in an electrochemical cell in which a reaction suppression layer is formed between an electrolyte membrane and an electrode, mutual diffusion of common elements between the electrolyte membrane and the reaction suppression layer is suppressed, and a solid electrolyte fuel cell (SOFC) ) And the deterioration of characteristics when used as a solid electrolyte electrolytic cell (SOEC).

本実施形態の電気化学セル及びその製造方法は、電気的に絶縁性であって、酸素イオン導電性を呈する電解質膜と、前記電解質膜の一方の主面側に形成されたセリアを含む反応抑制層と、前記反応抑制層の、前記電解質膜と相対する側の主面に形成された空気極又は酸素極と、前記電解質膜の他方の主面側に形成された、燃料極又は空気極と、を具える。前記電解質膜は、CeOを含有する安定化ジルコニアからなる。前記反応抑制層は、少なくともCeO固溶体を含む。 The electrochemical cell and the method for manufacturing the same according to the present embodiment include an electrolyte membrane that is electrically insulating and exhibits oxygen ion conductivity, and reaction suppression that includes ceria formed on one main surface of the electrolyte membrane. An air electrode or an oxygen electrode formed on the main surface of the reaction suppression layer on the side facing the electrolyte membrane, and a fuel electrode or an air electrode formed on the other main surface side of the electrolyte membrane; , With. The electrolyte membrane is made of stabilized zirconia containing CeO 2 . The reaction suppression layer includes at least a CeO 2 solid solution.

本発明によれば、電解質膜及び電極間に反応抑制層が形成された電気化学セルにおいて、電解質膜及び反応抑制層間の共通元素の相互拡散を抑制し、固体電解質燃料電池(SOFC)及び固体電解質電解セル(SOEC)として使用する場合の特性劣化を抑制することができる。   According to the present invention, in an electrochemical cell in which a reaction suppression layer is formed between an electrolyte membrane and an electrode, mutual diffusion of common elements between the electrolyte membrane and the reaction suppression layer is suppressed, and a solid electrolyte fuel cell (SOFC) and a solid electrolyte are suppressed. It is possible to suppress characteristic deterioration when used as an electrolytic cell (SOEC).

第1の実施形態における電気化学セルの概略構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematic structure of the electrochemical cell in 1st Embodiment. 第2の実施形態における電気化学セルの概略構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematic structure of the electrochemical cell in 2nd Embodiment. 第3の実施形態における電気化学セルの概略構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematic structure of the electrochemical cell in 3rd Embodiment. 第4の実施形態における電気化学セルの概略構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematic structure of the electrochemical cell in 4th Embodiment. 実施例の電気化学セルにおける、電解質膜の厚さと閉回路電圧との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the thickness of an electrolyte membrane and closed circuit voltage in the electrochemical cell of an Example.

(第1の実施形態)
図1は、本実施形態における電気化学セルの概略構成を示す断面図である。なお、本実施形態では、電気化学セルを固体電解質燃料電池として使用する場合について説明するが、本実施形態の電気化学セルは固体電解質セルとしても使用することができる。
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of an electrochemical cell in the present embodiment. In addition, although this embodiment demonstrates the case where an electrochemical cell is used as a solid electrolyte fuel cell, the electrochemical cell of this embodiment can also be used as a solid electrolyte cell.

図1に示す電気化学セル10は、電気的に絶縁性であって、電子絶縁性と酸素イオン導電性を呈する電解質膜11と、この電解質膜11の一方の主面11A側に形成された反応抑制層14と、電解質膜11の一方の主面11A側において、反応抑制層14を介して形成された空気極12と、電解質膜11の他方の主面11B側において形成された燃料極13とを含む。   An electrochemical cell 10 shown in FIG. 1 is electrically insulative, and has an electrolyte film 11 exhibiting electronic insulation and oxygen ion conductivity, and a reaction formed on one main surface 11A side of the electrolyte film 11. The suppression layer 14, the air electrode 12 formed via the reaction suppression layer 14 on one main surface 11A side of the electrolyte membrane 11, and the fuel electrode 13 formed on the other main surface 11B side of the electrolyte membrane 11 including.

電解質膜11は、例えば安定化ジルコニアから構成することができる。この場合、安定化剤としては、Y、Sc、Yb、Gd、Nd、CaO、MgOなどを挙げることができる。また、安定化ジルコニア以外にも、LaSrGaMg酸化物、LaSrGaMgCo酸化物、LaSrGaMgCoFe酸化物、LaSrGaMgCoFe酸化物などのペロブスカイト型酸化物から構成することもできる。 The electrolyte membrane 11 can be composed of, for example, stabilized zirconia. In this case, examples of the stabilizer include Y 2 O 3 , Sc 2 O 3 , Yb 2 O 3 , Gd 2 O 3 , Nd 2 O 3 , CaO, and MgO. In addition to stabilized zirconia, it can also be composed of perovskite oxides such as LaSrGaMg oxide, LaSrGaMgCo oxide, LaSrGaMgCoFe oxide, LaSrGaMgCoFe oxide.

さらに、セリア(CeO)を含む材料、具体的にはCeOにSm、Gd、Y、Laなどを固溶させたセリア系電解質固溶体を用いることもできる。 Furthermore, a material containing ceria (CeO 2 ), specifically, a ceria-based electrolyte solid solution in which Sm 2 O 3 , Gd 2 O 3 , Y 2 O 3 , La 2 O 3, etc. are dissolved in CeO 2 is used. You can also.

電解質膜11の厚さは、目的に応じて任意に設定することができるが、例えば0.001mm〜0.5mmの範囲とすることができる。また、電解質膜11は、酸素イオンのみを伝導させ、ガスを透過させないことから、一般に稠密な構造を呈する。   Although the thickness of the electrolyte membrane 11 can be arbitrarily set according to the purpose, it can be set in a range of, for example, 0.001 mm to 0.5 mm. The electrolyte membrane 11 generally has a dense structure because it conducts only oxygen ions and does not allow gas to pass therethrough.

空気極12は、LaSrMn酸化物(以下、LSM)、LaSrCo酸化物(以下、LSC)、LaSrCoFe酸化物(以下、LSCF)、LaSrFe酸化物(以下、LSF)、LaSrMnCo酸化物(以下、LSMC)、LaSrMnCr酸化物(以下、LSMC)、LaCoMn酸化物(以下、LCM)、LaSrCu酸化物(以下、LSC)、LaSrFeNi酸化物(以下、LSFN)、LaNiFe酸化物(以下、LNF)、LaBaCo酸化物(以下、LBC)、LaNiCo酸化物(以下、LNC)、LaSrAlFe酸化物(以下、LSAF)、LaSrCoNiCu酸化物(以下、LSCNC)、LaSr-FeNiCu酸化物(以下、LSFNC)、LaNi酸化物(以下、LN)、GdSrCo酸化物(以下、GSC)、GdSrMn酸化物(以下、GSM)、PrCaMn酸化物(以下、PCaM)、PrSrMn酸化物(以下、PSM)、PrBaCo酸化物(以下、PBC)、SmSrCo酸化物(以下、SSC)、NdSmCo酸化物(以下、NSC)、BiSrCaCu酸化物(以下、BSCC)、BaLaFeCo酸化物(以下、BLFC)、BaSrFeCo酸化物(以下、BSFC)、YSrFeCo酸化物(以下、YLFC)、YCuCoFe酸化物(以下、YCCF)、YBaCu酸化物(以下、YBC)などの電子−イオン混合伝導性を有する材料から構成することもできる。   The air electrode 12 includes a LaSrMn oxide (hereinafter, LSM), a LaSrCo oxide (hereinafter, LSC), a LaSrCoFe oxide (hereinafter, LSCF), a LaSrFe oxide (hereinafter, LSF), a LaSrMnCo oxide (hereinafter, LSMC), LaSrMnCr oxide (hereinafter LSMC), LaCoMn oxide (hereinafter LCM), LaSrCu oxide (hereinafter LSC), LaSrFeNi oxide (hereinafter LSFN), LaNiFe oxide (hereinafter LNF), LaBaCo oxide (hereinafter hereafter) LBC), LaNiCo oxide (hereinafter LNC), LaSrAlFe oxide (hereinafter LSAF), LaSrCoNiCu oxide (hereinafter LSCNC), LaSr-FeNiCu oxide (hereinafter LSFNC), LaNi oxide (hereinafter LN) GdSrCo oxide (hereinafter referred to as G SC), GdSrMn oxide (hereinafter GSM), PrCaMn oxide (hereinafter PCaM), PrSrMn oxide (hereinafter PSM), PrBaCo oxide (hereinafter PBC), SmSrCo oxide (hereinafter SSC), NdSmCo oxidation (Hereinafter referred to as NSC), BiSrCaCu oxide (hereinafter referred to as BSCC), BaLaFeCo oxide (hereinafter referred to as BLFC), BaSrFeCo oxide (hereinafter referred to as BSFC), YSrFeCo oxide (hereinafter referred to as YLFC), YCuCoFe oxide (hereinafter referred to as YCCF) ), YBaCu oxide (hereinafter referred to as YBC), or other materials having electron-ion mixed conductivity.

なお、上述した電子−イオン混合伝導性を有する材料を用いる場合は、組成比などは問わない。また、安定化ジルコニアやセリア系電解質固溶体の混合体でもかまわない。さらに、上述した電子―イオン混合導電性材料には、例えば、Pt、Ru、Au、Ag、Pdなどの金属成分を添加し、上述した電子伝導性及び酸化物イオン導電性を向上させることにより、酸素及び水素の生成量を効率的により増大させることができる。   In addition, when using the material which has the electron-ion mixed conductivity mentioned above, a composition ratio etc. do not ask | require. Further, a mixture of stabilized zirconia or ceria-based electrolyte solid solution may be used. Further, for example, by adding a metal component such as Pt, Ru, Au, Ag, Pd to the above-described electron-ion mixed conductive material, the above-described electron conductivity and oxide ion conductivity are improved. Oxygen and hydrogen production can be increased more efficiently.

空気極12は、電気化学セル10をSOFCとして使用する場合は、原料ガスである酸素を効率よく供給するために、一般には多孔質体として形成する。空気極12の厚さは、目的に応じて任意に設定することができるが、例えば0.001mm〜1mmの範囲とすることができる。   When the electrochemical cell 10 is used as SOFC, the air electrode 12 is generally formed as a porous body in order to efficiently supply oxygen as a raw material gas. Although the thickness of the air electrode 12 can be arbitrarily set according to the purpose, it can be set in a range of 0.001 mm to 1 mm, for example.

燃料極13は、ニッケル、又は酸化ニッケルとセリア系及びジルコニア系の少なくとも一方のセラミックとのサーメットから構成することができる。燃料極13をサーメットから構成する場合、還元処理前において、酸化ニッケルとセラミックとの質量混合比を、例えば70:30〜30:70とする。なお、還元処理後において、上記酸化ニッケルはニッケルに変換される。   The fuel electrode 13 can be made of nickel or cermet of nickel oxide and at least one of ceria-based and zirconia-based ceramics. When the fuel electrode 13 is composed of cermet, the mass mixing ratio of nickel oxide and ceramic is set to, for example, 70:30 to 30:70 before the reduction treatment. Note that the nickel oxide is converted to nickel after the reduction treatment.

セリア系セラミックスとしては、CeOにSm、Gd、Y、Laなどを固溶させたセラミックスを挙げることができる。また、ジルコニア系セラミックス粒子としては、Y、Sc、Yb、Gd、Nd、CaO、MgOなどの安定化させたセラミックスを挙げることができる。 Examples of the ceria-based ceramics include ceramics in which Sm 2 O 3 , Gd 2 O 3 , Y 2 O 3 , La 2 O 3 and the like are dissolved in CeO 2 . Further, examples of the zirconia ceramic particles include stabilized ceramics such as Y 2 O 3 , Sc 2 O 3 , Yb 2 O 3 , Gd 2 O 3 , Nd 2 O 3 , CaO, and MgO.

燃料極13は、電気化学セル10をSOFCとして使用する場合は、還元性のガス(水素若しくは炭化水素などを主成分とするガス)を燃料極13の全体に亘って供給し、還元性ガスの使用効率を向上させるため、一般には多孔質体として形成する。   When the electrochemical cell 10 is used as an SOFC, the fuel electrode 13 supplies a reducing gas (a gas containing hydrogen or hydrocarbon as a main component) over the entire fuel electrode 13 to reduce the reducing gas. In order to improve the use efficiency, it is generally formed as a porous body.

なお、燃料極13の厚さは5μm〜100μmとすることができる。   The thickness of the fuel electrode 13 can be 5 μm to 100 μm.

反応抑制層14には、CeOにSm、Gd、Y、Laなどを固溶させたセリア系電解質固溶体を用いることができる。このような反応抑制層14は、隣接する電解質膜11の材料組成によらず、電解質膜11上に空気極12を形成する際の高い焼結温度においても、空気極12の構成材料と電解質膜11の構成材料との反応を抑制することができる。 For the reaction suppression layer 14, a ceria-based electrolyte solid solution in which Sm 2 O 3 , Gd 2 O 3 , Y 2 O 3 , La 2 O 3 and the like are dissolved in CeO 2 can be used. Such a reaction suppression layer 14 is not limited to the material composition of the adjacent electrolyte membrane 11, and the constituent material of the air electrode 12 and the electrolyte membrane can be used even at a high sintering temperature when the air electrode 12 is formed on the electrolyte membrane 11. Reaction with 11 constituent materials can be suppressed.

反応抑制層14は、上述のような材料組成から構成されることの他に、その両側に位置する電解質膜11及び空気極12間の反応による元素拡散を抑制するために形成されるものであるので、当該元素拡散を抑制すべく緻密な層であることが必要である。また、反応抑制層14の厚さは、例えば0.01μm〜5μmとすることができる。   The reaction suppression layer 14 is formed to suppress element diffusion due to the reaction between the electrolyte membrane 11 and the air electrode 12 located on both sides of the material composition in addition to the material composition as described above. Therefore, it is necessary to be a dense layer to suppress the element diffusion. Moreover, the thickness of the reaction suppression layer 14 can be 0.01 micrometer-5 micrometers, for example.

以上説明したように、本実施形態によれば、電解質膜及び電極間に反応抑制層が形成された電気化学セルにおいて、電解質膜及び反応抑制層間の反応を抑制し、固体電解質燃料電池(SOFC)及び固体電解質電解セル(SOEC)として使用場合の特性劣化を抑制することができる。   As described above, according to the present embodiment, in the electrochemical cell in which the reaction suppression layer is formed between the electrolyte membrane and the electrode, the reaction between the electrolyte membrane and the reaction suppression layer is suppressed, and the solid electrolyte fuel cell (SOFC) And deterioration of characteristics when used as a solid electrolyte electrolytic cell (SOEC) can be suppressed.

なお、以下の実施例で示すように、固体電解質燃料電池(SOFC)及び固体電解質電解セル(SOEC)として使用場合の特性劣化を抑制は、以下に説明するような支持体を用い、電解質膜の厚さを例えば10μm未満に薄化した場合において最も効果を発揮する。   In addition, as shown in the following examples, the characteristic deterioration when used as a solid electrolyte fuel cell (SOFC) and a solid electrolyte electrolytic cell (SOEC) is suppressed by using a support as described below. When the thickness is reduced to, for example, less than 10 μm, the effect is exhibited most.

図2に示す電気化学セル20は、例えば以下のようにして製造する。例えば、電解質膜11及び燃料極13のグリーンシートを作製し、これらのシートを貼り合せ、例えば、1400℃にて共焼結を行い、緻密な積層体を形成する。その後、この積層体の電解質膜11上に、セリア(CeO)系固溶体を含む溶液やスラリーを、スプレーコートやスラリーコート、スクリーンプリントなどを用いて塗布した後焼成し、得られた反応抑制層14上に空気極12のグリーンシートを配設し、その後焼成して空気極12を形成する。 The electrochemical cell 20 shown in FIG. 2 is manufactured as follows, for example. For example, a green sheet of the electrolyte membrane 11 and the fuel electrode 13 is produced, and these sheets are bonded together and, for example, co-sintered at 1400 ° C. to form a dense laminate. Thereafter, a solution or slurry containing a ceria (CeO 2 ) -based solid solution is applied onto the electrolyte membrane 11 of this laminate using spray coating, slurry coating, screen printing, or the like, and then fired, and the obtained reaction suppression layer A green sheet of the air electrode 12 is arranged on the air electrode 14 and then fired to form the air electrode 12.

また、反応抑制層14は、酸化セリウム(CeO)系固溶体をPVD、CVD、EB−PVD、AD法(エアロゾルデポジション)、PLD法(パルスレーザデポジション)等の蒸着法や、コールドスプレー法等の表面処理法を用いて、上記積層体の電解質膜11上に堆積させて直接形成することもできる。なお、この場合は、反応抑制層14の緻密性を制御すべく、基板となる電解質膜11を適当な温度に加熱して行うことができる。 The reaction suppression layer 14 is formed by depositing a cerium oxide (CeO 2 ) -based solid solution such as PVD, CVD, EB-PVD, AD method (aerosol deposition), PLD method (pulse laser deposition), or cold spray method. It can also be formed directly by depositing on the electrolyte membrane 11 of the laminate using a surface treatment method such as the above. In this case, in order to control the denseness of the reaction suppression layer 14, the electrolyte membrane 11 serving as a substrate can be heated to an appropriate temperature.

さらに、酸化セリウム(CeO)系固溶体を含むグリーンシートを作製し、電解質膜11上に貼り合せて焼成することによっても、反応抑制層14を形成することができる。 Furthermore, the reaction suppression layer 14 can also be formed by producing a green sheet containing a cerium oxide (CeO 2 ) -based solid solution, pasting it on the electrolyte membrane 11 and firing it.

但し、製造プロセスの簡素化などの観点から、燃料極13、電解質11及び反応抑制層14までを一体で共焼結すると、電解質膜11及び反応抑制層14間において、元素拡散する可能性が高く、特に、電解質膜11の薄膜化を志向する場合、元素拡散の影響は大きくなる。   However, if the fuel electrode 13, the electrolyte 11 and the reaction suppression layer 14 are integrally co-sintered from the viewpoint of simplification of the manufacturing process and the like, there is a high possibility of element diffusion between the electrolyte membrane 11 and the reaction suppression layer 14. In particular, when thinning the electrolyte membrane 11 is intended, the influence of element diffusion becomes large.

具体的には、反応抑制層14を構成するセリア(CeO)系固溶体は、還元雰囲気において、電子伝導性が発現することが知られており、この成分が、電解質膜11側に拡散すると、電解質膜11においても電子導電性が発現するため、酸化物イオン導電性が低下することが懸念される。また、電解質膜11もセリア(CeO)系固溶体から構成された場合、同一成分が電解質膜11及び反応抑制層14の両方に存在することにより、電解質膜11から反応抑制層14を縦貫するCeOのつながりが生じる可能性が高くなり、同じく電解質膜11の酸化物イオン導電性が低下することが懸念される。 Specifically, the ceria (CeO 2 ) -based solid solution constituting the reaction suppression layer 14 is known to exhibit electron conductivity in a reducing atmosphere, and when this component diffuses to the electrolyte membrane 11 side, Also in the electrolyte membrane 11, since the electronic conductivity is expressed, there is a concern that the oxide ion conductivity is lowered. Further, when the electrolyte membrane 11 is also composed of a ceria (CeO 2 ) -based solid solution, the same component is present in both the electrolyte membrane 11 and the reaction suppression layer 14, so that CeO penetrating the reaction suppression layer 14 from the electrolyte membrane 11. There is a concern that the connection between the two will increase, and the oxide ion conductivity of the electrolyte membrane 11 will also decrease.

したがって、反応抑制層14を形成するに際しては、上述のような共焼結ではなく、電解質膜11及び燃料極13の焼結積層体を形成した後、反応抑制層14及び空気極12を独立して形成することが好ましい。   Therefore, when forming the reaction suppression layer 14, instead of co-sintering as described above, after forming a sintered laminate of the electrolyte membrane 11 and the fuel electrode 13, the reaction suppression layer 14 and the air electrode 12 are made independent. It is preferable to form them.

(第2の実施形態)
図2は、本実施形態における電気化学セルの概略構成を示す断面図である。なお、図1に示す電気化学セル10と類似あるいは同一の構成要素については同一の符号を用いている。
(Second Embodiment)
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the electrochemical cell in the present embodiment. In addition, the same code | symbol is used about the same or same component as the electrochemical cell 10 shown in FIG.

本実施形態の電気化学セル20においては、燃料極13上に支持材21を配設している点で、図1に示す第1の実施形態の電気化学セル10と相違し、その他の点においては同様の構成を採っている。   The electrochemical cell 20 of the present embodiment is different from the electrochemical cell 10 of the first embodiment shown in FIG. 1 in that the support material 21 is disposed on the fuel electrode 13. Adopts the same structure.

支持体21は多孔質であって、燃料極13に供給した還元性の燃料ガス(例えば水素若しくは炭化水素などを主成分とするガス)が燃料極13を構成するニッケル粒子等に到達し、上記燃料ガスがニッケル粒子等の触媒作用によって水(水蒸気)及び酸素に分解されるように構成されている。   The support 21 is porous, and a reducing fuel gas (for example, gas containing hydrogen or hydrocarbon as a main component) supplied to the fuel electrode 13 reaches nickel particles or the like constituting the fuel electrode 13, and The fuel gas is configured to be decomposed into water (water vapor) and oxygen by a catalytic action such as nickel particles.

また、支持体21を配設することにより、電解質膜11の厚さを低減することができる。電解質膜11の厚さが大きいと、電解質膜11中を酸素イオンが伝導するのに長時間を要するためイオン導電抵抗が増大するが、電解質膜11の厚さが小さいと、電解質膜11中を酸素イオンが伝導するのに要する時間を短くすることができ、イオン導電抵抗を低減することができる。   Moreover, the thickness of the electrolyte membrane 11 can be reduced by disposing the support 21. When the thickness of the electrolyte membrane 11 is large, it takes a long time for oxygen ions to be conducted through the electrolyte membrane 11, so that the ionic conduction resistance increases. However, when the thickness of the electrolyte membrane 11 is small, the electrolyte membrane 11 is moved through the electrolyte membrane 11. The time required for oxygen ions to be conducted can be shortened, and the ion conduction resistance can be reduced.

支持体21は、空気極12及び燃料極13間で生成した電力を外部に取り出すことができるように、少なくとも電子伝導性を有する材料から構成することが必要であり、例えば金属焼結体、金属発泡体、金属繊維体、導電性を有するセラミック焼結体から構成することができ、その多孔率は、例えば成形体を形成する際の成形圧力、焼結時の焼結温度、及び気孔形成材の種類等に起因する。特に、電子−イオン混合導電性のセラミック材料から構成することにより、燃料極13側の三相界面の量が増大することとなる。したがって、燃料極13における電気化学反応が促進され、電気化学セル20の出力特性を向上させることができる。具体的には、SmドープCeO,GdドープCeO,及びYドープCeOからなる群より選ばれる少なくとも一種から構成することができる。また、上述した多孔質の支持体21に対してめっき等を施すことにより、導電性を付与することもできる。 The support 21 needs to be made of a material having at least electronic conductivity so that electric power generated between the air electrode 12 and the fuel electrode 13 can be taken out to the outside. It can be composed of a foamed body, a metal fiber body, and a ceramic sintered body having conductivity, and its porosity is determined by, for example, molding pressure when forming a molded body, sintering temperature during sintering, and pore forming material. Due to the type of In particular, the amount of the three-phase interface on the side of the fuel electrode 13 is increased by using an electron-ion mixed conductive ceramic material. Therefore, the electrochemical reaction in the fuel electrode 13 is promoted, and the output characteristics of the electrochemical cell 20 can be improved. Specifically, it can be composed of at least one selected from the group consisting of Sm 2 O 3 doped CeO 2, Gd 2 O 3 doped CeO 2, and Y 2 O 3 doped CeO 2. Moreover, electroconductivity can also be provided by plating etc. with respect to the porous support body 21 mentioned above.

支持体21の厚さは、例えば100μm以上1000μm以下とすることができる。支持体21の厚さが100μmよりも小さいと、支持体21の強度が十分でなく、電気化学セル10の強度が劣化する。一方、支持体21の厚さが1000μmよりも大きくなると、導電抵抗が増大してしまう。   The thickness of the support 21 can be, for example, 100 μm or more and 1000 μm or less. If the thickness of the support 21 is smaller than 100 μm, the strength of the support 21 is not sufficient, and the strength of the electrochemical cell 10 is deteriorated. On the other hand, when the thickness of the support 21 is greater than 1000 μm, the conductive resistance increases.

なお、支持体21の気孔率は、燃料ガスの供給抵抗が支持体21で大きくなりすぎ、燃料極13に供給されなくなるのを防止すべく、燃料極13の気孔率よりも大きくする。   Note that the porosity of the support 21 is made larger than the porosity of the fuel electrode 13 in order to prevent the supply resistance of the fuel gas from becoming too large at the support 21 and being supplied to the fuel electrode 13.

本実施形態においても、第1の実施形態と同様に、電解質膜11及び空気極12間に、セリア(CeO)を含む材料、具体的にはCeOにSm、Gd、Y、Laなどを固溶させたセリア系電解質固溶体を用いているので、隣接する電解質膜11の材料組成によらず、電解質膜11上に空気極12を形成する際の高い焼結温度においても、温度反応抑制層14と電解質膜11との反応を抑制して、例えば電解質膜11の構成元素が反応抑制層14中に拡散した場合でも、上記セリアはこれらの元素と反応することがない。 Also in the present embodiment, as in the first embodiment, a material containing ceria (CeO 2 ), specifically, CeO 2 containing Sm 2 O 3 , Gd 2 O 3 between the electrolyte membrane 11 and the air electrode 12 is used. , Y 2 O 3 , La 2 O 3 or the like is used as a ceria-based electrolyte solid solution, so that the air electrode 12 is formed on the electrolyte membrane 11 regardless of the material composition of the adjacent electrolyte membrane 11. Even when the sintering reaction temperature is high, the reaction between the temperature reaction suppressing layer 14 and the electrolyte membrane 11 is suppressed. For example, even when the constituent elements of the electrolyte membrane 11 diffuse into the reaction suppressing layer 14, the ceria does not contain these elements. Does not react with.

したがって、本実施形態によれば、電解質膜及び電極間に反応抑制層が形成された電気化学セルにおいて、電解質膜及び反応抑制層間の反応を抑制し、固体電解質燃料電池(SOFC)及び固体電解質電解セル(SOEC)として使用場合の特性劣化を抑制することができる。   Therefore, according to this embodiment, in the electrochemical cell in which the reaction suppression layer is formed between the electrolyte membrane and the electrode, the reaction between the electrolyte membrane and the reaction suppression layer is suppressed, and the solid electrolyte fuel cell (SOFC) and the solid electrolyte electrolysis are suppressed. It is possible to suppress deterioration of characteristics when used as a cell (SOEC).

なお、その他の構成、特徴及び作用効果については第1の実施形態の電気化学セル10と同様であるので、説明を省略する。   In addition, since it is the same as that of the electrochemical cell 10 of 1st Embodiment about another structure, the characteristic, and an effect, description is abbreviate | omitted.

また、本実施形態では、電解質膜11の上方に空気極12を配設し、下方に燃料極13を配設しているが、電解質膜11の上方に燃料極13を配設し、下方に空気極12を配設した場合においても同様である。   Further, in this embodiment, the air electrode 12 is disposed above the electrolyte membrane 11 and the fuel electrode 13 is disposed below, but the fuel electrode 13 is disposed above the electrolyte membrane 11 and below. The same applies to the case where the air electrode 12 is provided.

(第3の実施形態)
図3は、本実施形態における電気化学セルの概略構成を示す断面図である。なお、図1に示す電気化学セル10及び図2に示す電気化学セル20と類似あるいは同一の構成要素については同一の符号を用いている。
(Third embodiment)
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the electrochemical cell in the present embodiment. In addition, the same code | symbol is used about the same or same component as the electrochemical cell 10 shown in FIG. 1, and the electrochemical cell 20 shown in FIG.

本実施形態の電気化学セル30においては、固体電解質膜11及び反応抑制層14間に、電解質膜11の構成材料と反応抑制層14の構成材料とを含む混合層35が形成されている点で、図2に示す第1の実施形態の電気化学セル20と相違し、その他の点においては同様の構成を採っている。   In the electrochemical cell 30 of the present embodiment, a mixed layer 35 including the constituent material of the electrolyte membrane 11 and the constituent material of the reaction suppression layer 14 is formed between the solid electrolyte membrane 11 and the reaction suppression layer 14. 2 is different from the electrochemical cell 20 of the first embodiment shown in FIG. 2, and has the same configuration in other respects.

本実施形態においては、上述のような混合層35を配設しているので、電解質11と反応抑制層14との間に密着性を向上させることができ、信頼性の高い電気化学セル30を提供することができる。   In the present embodiment, since the mixed layer 35 as described above is provided, the adhesion between the electrolyte 11 and the reaction suppression layer 14 can be improved, and the highly reliable electrochemical cell 30 is provided. Can be provided.

また、本実施形態においても、第1の実施形態と同様に、電解質膜11及び空気極12間に、セリア(CeO)を含む材料、具体的にはCeOにSm、Gd、Y、Laなどを固溶させたセリア系電解質固溶体を用いているので、隣接する電解質膜11の材料組成によらず、電解質膜11上に空気極12を形成する際の高い焼結温度においても、温度反応抑制層14と電解質膜11との反応を抑制して、例えば電解質膜11の構成元素が反応抑制層14中に拡散した場合でも、上記セリアはこれらの元素と反応することがない。 Also in this embodiment, as in the first embodiment, a material containing ceria (CeO 2 ), specifically, CeO 2 containing Sm 2 O 3 , Gd 2 between the electrolyte membrane 11 and the air electrode 12. Since a ceria-based electrolyte solid solution in which O 3 , Y 2 O 3 , La 2 O 3 and the like are dissolved is used, the air electrode 12 is formed on the electrolyte film 11 regardless of the material composition of the adjacent electrolyte film 11. Even at a high sintering temperature, the reaction between the temperature reaction suppressing layer 14 and the electrolyte membrane 11 is suppressed, and even when, for example, constituent elements of the electrolyte membrane 11 diffuse into the reaction suppressing layer 14, the ceria is It does not react with any element.

したがって、本実施形態によれば、電解質膜及び電極間に反応抑制層が形成された電気化学セルにおいて、電解質膜及び反応抑制層間の反応を抑制し、固体電解質燃料電池(SOFC)及び固体電解質電解セル(SOEC)として使用場合の特性劣化を抑制することができる。   Therefore, according to this embodiment, in the electrochemical cell in which the reaction suppression layer is formed between the electrolyte membrane and the electrode, the reaction between the electrolyte membrane and the reaction suppression layer is suppressed, and the solid electrolyte fuel cell (SOFC) and the solid electrolyte electrolysis are suppressed. It is possible to suppress deterioration of characteristics when used as a cell (SOEC).

なお、その他の構成、特徴及び作用効果については第1の実施形態の電気化学セル10及び第2の実施形態の電気化学セル20と同様であるので、説明を省略する。   In addition, since it is the same as that of the electrochemical cell 10 of 1st Embodiment and the electrochemical cell 20 of 2nd Embodiment about another structure, the characteristic, and an effect, description is abbreviate | omitted.

また、本実施形態では、電解質膜11の上方に空気極12を配設し、下方に燃料極13を配設しているが、電解質膜11の上方に燃料極13を配設し、下方に空気極12を配設した場合においても同様である。   Further, in this embodiment, the air electrode 12 is disposed above the electrolyte membrane 11 and the fuel electrode 13 is disposed below, but the fuel electrode 13 is disposed above the electrolyte membrane 11 and below. The same applies to the case where the air electrode 12 is provided.

(第4の実施形態)
図4は、本実施形態における電気化学セルの概略構成を示す断面図である。なお、図1に示す電気化学セル10及び図2に示す電気化学セル20と類似あるいは同一の構成要素については同一の符号を用いている。
(Fourth embodiment)
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the electrochemical cell in the present embodiment. In addition, the same code | symbol is used about the same or same component as the electrochemical cell 10 shown in FIG. 1, and the electrochemical cell 20 shown in FIG.

本実施形態の電気化学セル40においては、電解質膜11の反応抑制層14側の主面に凹凸部11Aが形成され、反応抑制層14は、電解質膜11の凹凸部11Aを埋設するようにして形成されている点で、図2に示す第1の実施形態の電気化学セル20と相違し、その他の点においては同様の構成を採っている。   In the electrochemical cell 40 of the present embodiment, the uneven portion 11A is formed on the main surface of the electrolyte membrane 11 on the reaction suppression layer 14 side, and the reaction suppression layer 14 is embedded in the uneven portion 11A of the electrolyte membrane 11. It is different from the electrochemical cell 20 of the first embodiment shown in FIG. 2 in that it is formed, and has the same configuration in other points.

本実施形態においては、電解質膜11の主面に凹凸部11Aが形成されているので、電解質膜11及び反応抑制層14間の界面長さが増大するとともに、当該個所においてアンカー効果が生じるようになる。したがって、電解質膜11と反応抑制層14との間に密着性を向上させることができ、信頼性の高い電気化学セル40を提供することができる。   In the present embodiment, since the concavo-convex portion 11A is formed on the main surface of the electrolyte membrane 11, the interface length between the electrolyte membrane 11 and the reaction suppression layer 14 is increased, and an anchor effect is generated at the location. Become. Therefore, adhesion between the electrolyte membrane 11 and the reaction suppression layer 14 can be improved, and the highly reliable electrochemical cell 40 can be provided.

なお、電解質膜11の凹凸部11Aは、電解質膜11を焼成によって形成した後、ブラスト加工を施して形成することもできるし、電解質膜11を蒸着法でマスクを介して形成することもできる。   The uneven portion 11A of the electrolyte film 11 can be formed by blasting after the electrolyte film 11 is formed by baking, or the electrolyte film 11 can be formed by a vapor deposition method through a mask.

また、本実施形態においても、第1の実施形態と同様に、電解質膜11及び空気極12間に、セリア(CeO)を含む材料、具体的にはCeOにSm、Gd、Y、Laなどを固溶させたセリア系電解質固溶体を用いているので、隣接する電解質膜11の材料組成によらず、電解質膜11上に空気極12を形成する際の高い焼結温度においても、温度反応抑制層14と電解質膜11との反応を抑制して、例えば電解質膜11の構成元素が反応抑制層14中に拡散した場合でも、上記セリアはこれらの元素と反応することがない。 Also in this embodiment, as in the first embodiment, a material containing ceria (CeO 2 ), specifically, CeO 2 containing Sm 2 O 3 , Gd 2 between the electrolyte membrane 11 and the air electrode 12. Since a ceria-based electrolyte solid solution in which O 3 , Y 2 O 3 , La 2 O 3 and the like are dissolved is used, the air electrode 12 is formed on the electrolyte film 11 regardless of the material composition of the adjacent electrolyte film 11. Even at a high sintering temperature, the reaction between the temperature reaction suppressing layer 14 and the electrolyte membrane 11 is suppressed, and even when, for example, constituent elements of the electrolyte membrane 11 diffuse into the reaction suppressing layer 14, the ceria is It does not react with any element.

したがって、本実施形態によれば、電解質膜及び電極間に反応抑制層が形成された電気化学セルにおいて、電解質膜及び反応抑制層間の反応を抑制し、固体電解質燃料電池(SOFC)及び固体電解質電解セル(SOEC)として使用場合の特性劣化を抑制することができる。   Therefore, according to this embodiment, in the electrochemical cell in which the reaction suppression layer is formed between the electrolyte membrane and the electrode, the reaction between the electrolyte membrane and the reaction suppression layer is suppressed, and the solid electrolyte fuel cell (SOFC) and the solid electrolyte electrolysis are suppressed. It is possible to suppress deterioration of characteristics when used as a cell (SOEC).

なお、その他の構成、特徴及び作用効果については第1の実施形態の電気化学セル10及び第2の実施形態の電気化学セル20と同様であるので、説明を省略する。   In addition, since it is the same as that of the electrochemical cell 10 of 1st Embodiment and the electrochemical cell 20 of 2nd Embodiment about another structure, the characteristic, and an effect, description is abbreviate | omitted.

また、本実施形態では、電解質膜11の上方に空気極12を配設し、下方に燃料極13を配設しているが、電解質膜11の上方に燃料極13を配設し、下方に空気極12を配設した場合においても同様である。   Further, in this embodiment, the air electrode 12 is disposed above the electrolyte membrane 11 and the fuel electrode 13 is disposed below, but the fuel electrode 13 is disposed above the electrolyte membrane 11 and below. The same applies to the case where the air electrode 12 is provided.

本実施例では、図2に示すような構成の電気化学セル20を作製した。
電解質膜11は、厚さ6μm、7μm及び12μmの1mol%CeO含有のスカンジア安定化ジルコニア(10Sc1CeSz)を用い、空気極12には、厚さ30μm〜50μmのLaSrCoFe酸化物を用い、燃料極13には、厚さ30μmのNiO−YSZを用いた。反応抑制層14には、厚さ1μm〜5μmのCeO−Gd固溶体(GDC)を用いた。また、支持体21も、同じく厚さ0.5mm〜0.7mmのNiO−YSZを用い、電極セル20とした。
In this example, an electrochemical cell 20 having a configuration as shown in FIG. 2 was produced.
The electrolyte membrane 11 uses scandia-stabilized zirconia (10Sc1CeSz) containing 1 mol% CeO 2 having a thickness of 6 μm, 7 μm, and 12 μm, and the air electrode 12 is made of LaSrCoFe oxide having a thickness of 30 μm to 50 μm. In this case, NiO—YSZ having a thickness of 30 μm was used. For the reaction suppression layer 14, a CeO 2 —Gd 2 O 3 solid solution (GDC) having a thickness of 1 μm to 5 μm was used. The support 21 was also made of an electrode cell 20 using NiO-YSZ having a thickness of 0.5 mm to 0.7 mm.

このようにして得た電極セル20の運転温度を800℃に設定し、燃料極13に燃料ガス(水素と水蒸気(水素:水蒸気=50:50体積%))の混合気体を供給し、空気極12に空気(酸素と窒素(酸素:窒素=20:80体積%)を供給して、100時間運転を行った。   The operating temperature of the electrode cell 20 obtained in this way is set to 800 ° C., and a mixed gas of fuel gas (hydrogen and water vapor (hydrogen: water vapor = 50: 50 vol%)) is supplied to the fuel electrode 13, and the air electrode 12 was supplied with air (oxygen and nitrogen (oxygen: nitrogen = 20: 80% by volume)) and operated for 100 hours.

なお、比較のために、反応抑制層14を形成した電気化学セルを作製し、上記同様の評価を行った。結果を図5に示す。   For comparison, an electrochemical cell in which the reaction suppression layer 14 was formed was produced and evaluated in the same manner as described above. The results are shown in FIG.

図5から明らかなように、上述した第2の実施形態に従って得た電気化学セル20においては、電解質膜11の厚さを10μm以下としても一定の開回路電圧(OCV)を示すのに対し、反応抑制層が存在しない電気化学セルにおいては、電解質膜11の厚さが10μm未満となると、開回路電圧(OCV)が急激に低下することが分かる。   As is clear from FIG. 5, the electrochemical cell 20 obtained according to the second embodiment described above shows a constant open circuit voltage (OCV) even when the thickness of the electrolyte membrane 11 is 10 μm or less. In an electrochemical cell in which no reaction suppression layer is present, it can be seen that when the thickness of the electrolyte membrane 11 is less than 10 μm, the open circuit voltage (OCV) rapidly decreases.

したがって、セリア含有固溶体からなる反応抑制層14が存在することにより、電解質膜11と反応抑制層14との反応が抑制されるとともに、電解質膜11と空気極12との反応も抑制されることにより、電気化学セル20の特性である開回路電圧(OCV)が一定に保持されることが判明した。一方、反応抑制層14が存在しない場合は、電解質膜11と空気極12とが反応し、電解質膜11内に絶縁部が形成されることから開回路電圧(OCV)が減少していることが分かる。   Therefore, by the presence of the reaction suppression layer 14 made of a ceria-containing solid solution, the reaction between the electrolyte membrane 11 and the reaction suppression layer 14 is suppressed, and the reaction between the electrolyte membrane 11 and the air electrode 12 is also suppressed. It was found that the open circuit voltage (OCV), which is a characteristic of the electrochemical cell 20, is kept constant. On the other hand, when the reaction suppression layer 14 is not present, the electrolyte membrane 11 and the air electrode 12 react to form an insulating portion in the electrolyte membrane 11, so that the open circuit voltage (OCV) is reduced. I understand.

以上、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掲示したものであり、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、発明の要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。   As mentioned above, although several embodiment of this invention was described, these embodiment was posted as an example and is not intending limiting the range of invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

10,20,30,40 電気化学セル
11 電解質膜
11A 凹凸部
12 空気極
13 燃料極
14 反応抑制層
21 支持体
35 混合層
10, 20, 30, 40 Electrochemical cell 11 Electrolyte membrane 11A Concavity and convexity 12 Air electrode 13 Fuel electrode 14 Reaction suppression layer 21 Support 35 Mixed layer

Claims (7)

電気的に絶縁性であって、酸素イオン導電性を呈する電解質膜と、
前記電解質膜の一方の主面側に形成されたセリアを含む反応抑制層と、
前記反応抑制層の、前記電解質膜と相対する側の主面に形成された空気極又は酸素極と、
前記電解質膜の他方の主面側に形成された、燃料極又は水素極と、
を具え、
前記電解質膜は、CeOを含有する安定化ジルコニアからなり、
前記反応抑制層は、少なくともCeO固溶体を含む
ことを特徴とする、電気化学セル。
An electrolyte membrane that is electrically insulating and exhibits oxygen ion conductivity;
A reaction suppression layer containing ceria formed on one main surface side of the electrolyte membrane;
An air electrode or an oxygen electrode formed on the main surface of the reaction suppression layer on the side facing the electrolyte membrane;
A fuel electrode or a hydrogen electrode formed on the other main surface side of the electrolyte membrane;
With
The electrolyte membrane is made of stabilized zirconia containing CeO 2 ,
The electrochemical cell, wherein the reaction suppression layer includes at least a CeO 2 solid solution.
前記空気極又は酸素極及び前記燃料極又は水素極の少なくとも一方を保持するための多孔質支持体を具えることを特徴とする、請求項1に記載の電気化学セル。   The electrochemical cell according to claim 1, further comprising a porous support for holding at least one of the air electrode or oxygen electrode and the fuel electrode or hydrogen electrode. 前記電解質膜及び前記反応抑制層間に、前記電解質膜の構成材料と前記反応抑制層の構成材料とを含む混合層を具えることを特徴とする、請求項1又は2に記載の電気化学セル。   The electrochemical cell according to claim 1, further comprising a mixed layer including a constituent material of the electrolyte membrane and a constituent material of the reaction suppression layer between the electrolyte membrane and the reaction suppression layer. 前記電解質の前記一方の主面が凹凸状に形成されたことを特徴とする、請求項1又は2に記載の電気化学セル。   The electrochemical cell according to claim 1 or 2, wherein the one main surface of the electrolyte is formed in an uneven shape. 請求項1乃至4のいずれか1項記載の電気化学セルの製造方法であって、
電気的に絶縁性であって、酸素イオン導電性を呈する電解質膜と、燃料極又は水素極との積層体を焼成によって形成する工程と、
前記積層体の、前記燃料極又は水素極と相対する側において、反応抑制層のセリアを含む原料の溶液あるいはスラリーを塗布した後に焼成して、前記反応抑制層を形成する工程と、
前記反応抑制層の、前記積層体と相対する側において、空気極又は酸素極を焼成によって形成する工程と、
を具えることを特徴とする、電気化学セルの製造方法。
A method for producing an electrochemical cell according to any one of claims 1 to 4,
A step of forming a laminate of an electrolyte membrane that is electrically insulating and exhibits oxygen ion conductivity and a fuel electrode or a hydrogen electrode by firing;
On the side of the laminate opposite to the fuel electrode or the hydrogen electrode, a step of applying the raw material solution or slurry containing ceria of the reaction suppression layer and baking it to form the reaction suppression layer;
A step of forming an air electrode or an oxygen electrode by firing on the side of the reaction suppression layer facing the laminate; and
A method for producing an electrochemical cell, comprising:
請求項1乃至4のいずれか1項記載の電気化学セルの製造方法であって、
電気的に絶縁性であって、酸素イオン導電性を呈する電解質膜と、燃料極又は水素極との積層体を焼成によって形成する工程と、
前記積層体の、前記燃料極又は水素極と相対する側において、反応抑制層のセリアを含む原料からなる膜を蒸着法又は表面処理法によって形成して、前記反応抑制層を形成する工程と、
前記反応抑制層の、前記積層体と相対する側において、空気極又は酸素極を焼成によって形成する工程と、
を具えることを特徴とする、電気化学セルの製造方法。
A method for producing an electrochemical cell according to any one of claims 1 to 4,
A step of forming a laminate of an electrolyte membrane that is electrically insulating and exhibits oxygen ion conductivity and a fuel electrode or a hydrogen electrode by firing;
Forming the reaction suppression layer by forming a film made of a raw material containing ceria of the reaction suppression layer on the side of the laminate opposite to the fuel electrode or the hydrogen electrode by a vapor deposition method or a surface treatment method;
A step of forming an air electrode or an oxygen electrode by firing on the side of the reaction suppression layer facing the laminate; and
A method for producing an electrochemical cell, comprising:
請求項1乃至4のいずれか1項記載の電気化学セルの製造方法であって、
電気的に絶縁性であって、酸素イオン導電性を呈する電解質膜と、燃料極又は水素極との積層体を焼成によって形成する工程と、
前記積層体の、前記燃料極又は水素極と相対する側において、反応抑制層のセリアを含む原料のグリーンシートを積層し、当該グリーンシートを焼成して、前記反応抑制層を形成する工程と、
前記反応抑制層の、前記積層体と相対する側において、空気極又は酸素極を焼成によって形成する工程と、
を具えることを特徴とする、電気化学セルの製造方法。
A method for producing an electrochemical cell according to any one of claims 1 to 4,
A step of forming a laminate of an electrolyte membrane that is electrically insulating and exhibits oxygen ion conductivity and a fuel electrode or a hydrogen electrode by firing;
A step of laminating a green sheet of a raw material containing ceria of the reaction suppression layer on the side of the laminate opposite to the fuel electrode or the hydrogen electrode, and firing the green sheet to form the reaction suppression layer;
A step of forming an air electrode or an oxygen electrode by firing on the side of the reaction suppression layer facing the laminate; and
A method for producing an electrochemical cell, comprising:
JP2016220252A 2016-11-11 2016-11-11 Electrochemical cell and method for producing the same Active JP6208315B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016220252A JP6208315B2 (en) 2016-11-11 2016-11-11 Electrochemical cell and method for producing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016220252A JP6208315B2 (en) 2016-11-11 2016-11-11 Electrochemical cell and method for producing the same

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012237719A Division JP6045881B2 (en) 2012-10-29 2012-10-29 Electrochemical cell and method for producing the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017069214A JP2017069214A (en) 2017-04-06
JP6208315B2 true JP6208315B2 (en) 2017-10-04

Family

ID=58495234

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016220252A Active JP6208315B2 (en) 2016-11-11 2016-11-11 Electrochemical cell and method for producing the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6208315B2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019157146A (en) * 2018-03-07 2019-09-19 東芝エネルギーシステムズ株式会社 Electrochemical cell, electrochemical cell stack, fuel cell, and hydrogen production device
JP7301768B2 (en) * 2020-03-18 2023-07-03 東芝エネルギーシステムズ株式会社 Electrochemical cells, electrochemical cell stacks and electrolytes for electrochemical cells
CA3190843A1 (en) 2022-03-02 2023-09-02 Japan Fine Ceramics Center Solid oxide electrochemical cell and use thereof

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05294629A (en) * 1992-04-17 1993-11-09 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Oxygen ionic conductor and solid fuel cell
JP4559068B2 (en) * 2003-12-26 2010-10-06 日本特殊陶業株式会社 Method for producing solid oxide fuel cell
JP2008226654A (en) * 2007-03-13 2008-09-25 Kyocera Corp Cell of fuel cell, cell stack of fuel cell, and fuel cell
JP4729121B2 (en) * 2009-03-25 2011-07-20 株式会社日本触媒 Electrolyte sheet for solid oxide fuel cell and cell for solid oxide fuel cell
JP5598765B2 (en) * 2011-01-24 2014-10-01 日産自動車株式会社 Method for producing solid oxide fuel cell
JP5645712B2 (en) * 2011-02-28 2014-12-24 京セラ株式会社 Solid oxide fuel cell and fuel cell module
JP5023250B1 (en) * 2011-07-19 2012-09-12 日本碍子株式会社 Fuel cell
JP5436588B2 (en) * 2012-01-23 2014-03-05 東邦瓦斯株式会社 High ion conductive solid electrolyte material and sintered body, and solid electrolyte fuel cell

Also Published As

Publication number Publication date
JP2017069214A (en) 2017-04-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5208518B2 (en) Method for producing a reversible solid oxide fuel cell
JP6045881B2 (en) Electrochemical cell and method for producing the same
TW201900898A (en) Electrochemical element, electrochemical module, electrochemical device, energy system, solid oxide fuel cell, and manufacturing method of electrochemical element
CN115621488A (en) Metal-supported electrochemical element, solid oxide fuel cell, and method for manufacturing metal-supported electrochemical element
JP2008258064A (en) Electrolyte-electrode assembly, and manufacturing method therefor
JP5361143B2 (en) Solid oxide fuel cell and method for producing the same
JP4853979B2 (en) Fuel cell
JPWO2016043315A1 (en) Electrochemical element, solid oxide fuel cell, and production method thereof
JP6208315B2 (en) Electrochemical cell and method for producing the same
JP2018154864A (en) High temperature steam electrolysis cell, hydrogen electrode layer therefor, and solid oxide electrochemical cell
JP7129707B2 (en) LAMINATED STRUCTURE OF IONIC AND ELECTRONIC MIXED CONDUCTIVE ELECTROLYTE AND ELECTRODE, AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME
JP2012074306A (en) Power generation cell for solid oxide fuel cell
JP2014071937A (en) Direct-flame fuel cell unit cell and manufacturing method therefor
JP2012074307A (en) Power generation cell for solid oxide fuel cell
CN110431698B (en) Method for manufacturing electrochemical element and electrochemical element
WO2015037618A1 (en) Single cell of fuel cell and method for producing same
JP5401405B2 (en) Horizontally Striped Solid Oxide Fuel Cell Stack, Horizontally Striped Solid Oxide Fuel Cell Bundle, and Fuel Cell
JP2008234927A (en) Manufacturing method of solid oxide fuel cell
JP2008300269A (en) Solid oxide fuel cell and method of manufacturing the same
JP6075924B2 (en) Fuel cell single cell and manufacturing method thereof
JP2015002035A (en) Method for manufacturing solid oxide fuel battery cell
JP2012074305A (en) Power generation cell for solid oxide fuel cell
JP5470281B2 (en) Solid oxide fuel cell and method for producing the same
WO2020261935A1 (en) Fuel electrode-solid electrolyte layer composite body, fuel electrode-solid electrolyte layer composite member, fuel cell and method for producing fuel cell
JP2008257890A (en) Current collecting material for fuel electrode, and solid oxide fuel cell using it

Legal Events

Date Code Title Description
TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20170808

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20170906

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6208315

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151