JP6688837B2 - Electrolyte for electrochemical cell and electrochemical cell - Google Patents

Electrolyte for electrochemical cell and electrochemical cell Download PDF

Info

Publication number
JP6688837B2
JP6688837B2 JP2018114276A JP2018114276A JP6688837B2 JP 6688837 B2 JP6688837 B2 JP 6688837B2 JP 2018114276 A JP2018114276 A JP 2018114276A JP 2018114276 A JP2018114276 A JP 2018114276A JP 6688837 B2 JP6688837 B2 JP 6688837B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrolyte
electrochemical cell
anode
cathode
porous substrate
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
JP2018114276A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2019220257A (en
Inventor
中村 俊之
俊之 中村
博史 菅
博史 菅
誠 大森
誠 大森
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.)
NGK Insulators Ltd
Original Assignee
NGK Insulators Ltd
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 NGK Insulators Ltd filed Critical NGK Insulators Ltd
Priority to JP2018114276A priority Critical patent/JP6688837B2/en
Publication of JP2019220257A publication Critical patent/JP2019220257A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6688837B2 publication Critical patent/JP6688837B2/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
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • 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

Landscapes

  • Porous Artificial Stone Or Porous Ceramic Products (AREA)
  • Conductive Materials (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Hybrid Cells (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Description

本発明は、電気化学セル用電解質及び電気化学セルに関する。   The present invention relates to an electrolyte for an electrochemical cell and an electrochemical cell.

従来、アルカリ形燃料電池、アルカリ形二次電池及び電解セルなどの電気化学セルでは、イオン伝導性を有するイオン伝導体が電解質として用いられている(例えば、特許文献1参照)。   Conventionally, in electrochemical cells such as alkaline fuel cells, alkaline secondary batteries, and electrolytic cells, an ion conductor having ion conductivity has been used as an electrolyte (see, for example, Patent Document 1).

特開2016−071948号公報JP, 2016-071948, A

しかしながら、上述した電気化学セルでは、水(又は、水蒸気)存在下で電解質が用いられるため、電解質内の含水状況によって電解質に体積変化が生じる。そのため、カソード又は/及びアノードから電解質が剥離したり、或いは、電解質自体が変形したりするおそれがある。   However, in the above-mentioned electrochemical cell, since the electrolyte is used in the presence of water (or steam), the volume of the electrolyte changes depending on the water content in the electrolyte. Therefore, the electrolyte may be separated from the cathode and / or the anode, or the electrolyte itself may be deformed.

本発明は、剥離や変形を抑制可能な電気化学セル用電解質、及び電解質の剥離や変形を抑制可能な電気化学セルを提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide an electrolyte for an electrochemical cell capable of suppressing peeling and deformation, and an electrochemical cell capable of suppressing peeling and deformation of the electrolyte.

本発明に係る電気化学セル用電解質は、多孔質基材と、イオン伝導体と、閉気孔とを備える。多孔質基材は、三次元網目構造を有し、連続孔を形成する。イオン伝導体は、イオン伝導性を有し、連続孔内に配置される。閉気孔は、イオン伝導体内に形成される。多孔質基材は、セラミックス材料及び高分子材料から選択される少なくとも一種によって構成される。   The electrolyte for an electrochemical cell according to the present invention includes a porous base material, an ionic conductor, and closed pores. The porous substrate has a three-dimensional network structure and forms continuous pores. The ionic conductor has ionic conductivity and is arranged in the continuous pores. Closed pores are formed in the ion conductor. The porous substrate is composed of at least one selected from ceramic materials and polymer materials.

本発明によれば、剥離や変形を抑制可能な電気化学セル用電解質、及び電解質の剥離や変形を抑制可能な電気化学セルを提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the electrolyte for electrochemical cells which can suppress peeling and deformation, and the electrochemical cell which can suppress peeling and deformation of an electrolyte can be provided.

固体アルカリ形燃料電池の構成を模式的に示す断面図Sectional drawing which shows the structure of a solid alkaline fuel cell typically. 図1の部分拡大図A partially enlarged view of FIG.

(固体アルカリ形燃料電池10)
以下、本発明に係る電気化学セル用電解質を適用した電気化学セルの一例として、水酸化物イオンをキャリアとするアルカリ形燃料電池(AFC)の一種である固体アルカリ形燃料電池10の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
(Solid alkaline fuel cell 10)
Hereinafter, as an example of an electrochemical cell to which the electrolyte for an electrochemical cell according to the present invention is applied, an embodiment of a solid alkaline fuel cell 10 which is a kind of alkaline fuel cell (AFC) using hydroxide ion as a carrier will be described. A description will be given with reference to the drawings.

図1は、実施形態に係る固体アルカリ形燃料電池10の構成を示す断面図である。固体アルカリ形燃料電池10は、カソード12、アノード14、及び電解質16(「電気化学セル用電解質」の一例)を備える。固体アルカリ形燃料電池10は、下記の電気化学反応式に基づいて、比較的低温(例えば、50℃〜250℃)で発電する。ただし、下記の電気化学反応式では、燃料の一例としてメタノールを用いた場合が例示されている。   FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of a solid alkaline fuel cell 10 according to the embodiment. The solid alkaline fuel cell 10 includes a cathode 12, an anode 14, and an electrolyte 16 (an example of “electrolyte for electrochemical cell”). The solid alkaline fuel cell 10 generates power at a relatively low temperature (for example, 50 ° C. to 250 ° C.) based on the following electrochemical reaction formula. However, the following electrochemical reaction formula illustrates the case where methanol is used as an example of fuel.

・カソード12: 3/2O+3HO+6e→6OH
・アノード14: CHOH+6OH→6e+CO+5H
・全体 : CHOH+3/2O→CO+2H
Cathode 12: 3 / 2O 2 + 3H 2 O + 6e → 6OH
Anode 14: CH 3 OH + 6OH → 6e + CO 2 + 5H 2 O
・ Overall: CH 3 OH + 3 / 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O

カソード12は、一般的に空気極と呼ばれる陽極である。固体アルカリ形燃料電池10の発電中、カソード12には、酸化剤供給手段13を介して、酸素(O)を含む酸化剤が供給される。酸化剤としては、空気を用いるのが好ましく、空気は加湿されていることがより好ましい。カソード12は、内部に酸化剤を拡散可能な多孔質体である。カソード12の気孔率は特に制限されない。カソード12の厚みは特に制限されないが、例えば10〜200μmとすることができる。 The cathode 12 is an anode generally called an air electrode. During power generation of the solid alkaline fuel cell 10, the oxidant containing oxygen (O 2 ) is supplied to the cathode 12 via the oxidant supply means 13. Air is preferably used as the oxidant, and the air is more preferably humidified. The cathode 12 is a porous body capable of diffusing an oxidant inside. The porosity of the cathode 12 is not particularly limited. The thickness of the cathode 12 is not particularly limited, but may be 10 to 200 μm, for example.

カソード12は、AFCに使用される公知の空気極触媒を含むものであればよく、特に限定されない。カソード触媒の例としては、白金族元素(Ru、Rh、Pd、Ir、Pt)、鉄族元素(Fe、Co、Ni)等の第8〜10族元素(IUPAC形式での周期表において第8〜10族に属する元素)、Cu、Ag、Au等の第11族元素(IUPAC形式での周期表において第11族に属する元素)、ロジウムフタロシアニン、テトラフェニルポルフィリン、Coサレン、Niサレン(サレン=N,N’−ビス(サリチリデン)エチレンジアミン)、銀硝酸塩、及びこれらの任意の組み合わせが挙げられる。カソード12における触媒の担持量は特に限定されないが、好ましくは0.05〜10mg/cm、より好ましくは、0.05〜5mg/cmである。カソード触媒はカーボンに担持させるのが好ましい。カソード12ないしそれを構成する触媒の好ましい例としては、白金担持カーボン(Pt/C)、白金コバルト担持カーボン(PtCo/C)、パラジウム担持カーボン(Pd/C)、ロジウム担持カーボン(Rh/C)、ニッケル担持カーボン(Ni/C)、銅担持カーボン(Cu/C)、及び銀担持カーボン(Ag/C)が挙げられる。 The cathode 12 is not particularly limited as long as it includes a known air electrode catalyst used for AFC. Examples of cathode catalysts include Group 8 elements such as platinum group elements (Ru, Rh, Pd, Ir, Pt) and iron group elements (Fe, Co, Ni) (group 8 in the IUPAC format). Group 10 elements), Group 11 elements such as Cu, Ag, Au (elements belonging to Group 11 in the IUPAC format of the periodic table), rhodium phthalocyanine, tetraphenylporphyrin, Co salen, Ni salen (salen = N, N'-bis (salicylidene) ethylenediamine), silver nitrate, and any combination thereof. The amount of catalyst supported on the cathode 12 is not particularly limited, but is preferably 0.05 to 10 mg / cm 2 , and more preferably 0.05 to 5 mg / cm 2 . The cathode catalyst is preferably supported on carbon. Preferable examples of the cathode 12 or a catalyst constituting the same include platinum-supporting carbon (Pt / C), platinum-cobalt-supporting carbon (PtCo / C), palladium-supporting carbon (Pd / C), rhodium-supporting carbon (Rh / C). , Nickel-supporting carbon (Ni / C), copper-supporting carbon (Cu / C), and silver-supporting carbon (Ag / C).

カソード12の作製方法は特に限定されないが、例えば、カソード触媒及び所望により担体をバインダーと混合してペースト状にし、このペースト状混合物を電解質16のカソード側表面16Sに塗布することにより形成することができる。   The method for producing the cathode 12 is not particularly limited. For example, the cathode 12 may be formed by mixing the cathode catalyst and, if desired, a carrier with a binder to form a paste, and applying this paste mixture to the cathode side surface 16S of the electrolyte 16. it can.

アノード14は、一般的に燃料極と呼ばれる陰極である。固体アルカリ形燃料電池10の発電中、アノード14には、燃料供給手段15を介して、水素原子(H)を含む燃料が供給される。アノード14は、内部に燃料を拡散可能な多孔質体である。アノード14の気孔率は特に制限されない。   The anode 14 is a cathode generally called a fuel electrode. During the power generation of the solid alkaline fuel cell 10, the fuel containing hydrogen atoms (H) is supplied to the anode 14 via the fuel supply means 15. The anode 14 is a porous body capable of diffusing fuel inside. The porosity of the anode 14 is not particularly limited.

燃料は、アノード14において水酸化物イオン(OH)と反応可能な燃料化合物を含んでいればよく、液体燃料及び気体燃料のいずれの形態であってもよい。アノード14は、内部に燃料を拡散可能な多孔質体である。アノード14の気孔率は特に制限されない。アノード14の厚みは特に制限されないが、例えば10〜500μmとすることができる。 The fuel only needs to contain a fuel compound capable of reacting with hydroxide ions (OH ) in the anode 14, and may be in the form of either a liquid fuel or a gas fuel. The anode 14 is a porous body capable of diffusing fuel inside. The porosity of the anode 14 is not particularly limited. The thickness of the anode 14 is not particularly limited, but may be 10 to 500 μm, for example.

燃料化合物としては、例えば、(i)ヒドラジン(NHNH)、水加ヒドラジン(NHNH・HO)、炭酸ヒドラジン((NHNHCO)、硫酸ヒドラジン(NHNH・HSO)、モノメチルヒドラジン(CHNHNH)、ジメチルヒドラジン((CHNNH、CHNHNHCH)、及びカルボンヒドラジド((NHNHCO)等のヒドラジン類、(ii)尿素(NHCONH)、(iii)アンモニア(NH)、(iv)イミダゾール、1,3,5−トリアジン、3−アミノ−1,2,4−トリアゾール等の複素環類化合物、(v)ヒドロキシルアミン(NHOH)、硫酸ヒドロキシルアミン(NHOH・HSO)等のヒドロキシルアミン類、及びこれらの組合せが挙げられる。これらの燃料化合物のうち炭素を含まない化合物(すなわち、ヒドラジン、水加ヒドラジン、硫酸ヒドラジン、アンモニア、ヒドロキシルアミン、硫酸ヒドロキシルアミン等)は、一酸化炭素による触媒被毒の問題が無いため特に好適である。 Examples of the fuel compound include (i) hydrazine (NH 2 NH 2 ), hydrazine hydrate (NH 2 NH 2 · H 2 O), hydrazine carbonate ((NH 2 NH 2 ) 2 CO 2 ), and hydrazine sulfate (NH). 2 NH 2 · H 2 SO 4 ), hydrazine such as monomethylhydrazine (CH 3 NHNH 2 ), dimethylhydrazine ((CH 3 ) 2 NNH 2 , CH 3 NHNHCH 3 ), and carvone hydrazide ((NHNH 2 ) 2 CO). , (Ii) Urea (NH 2 CONH 2 ), (iii) Ammonia (NH 3 ), (iv) Imidazole, 1,3,5-triazine, 3-amino-1,2,4-triazole, etc. class compounds, (v) hydroxylamine (NH 2 OH), hydro such as sulfuric hydroxylamine (NH 2 OH · H 2 SO 4) Shiruamin acids, and combinations thereof. Of these fuel compounds, carbon-free compounds (that is, hydrazine, hydrazine hydrate, hydrazine sulfate, ammonia, hydroxylamine, hydroxylamine sulfate, and the like) are particularly preferable because they do not have a problem of catalyst poisoning by carbon monoxide. is there.

燃料化合物は、そのまま燃料として用いてもよいが、水及び/又はアルコール(例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノールなどの低級アルコール等)に溶解させた溶液として用いてもよい。例えば、上記燃料化合物のうち、ヒドラジン、水化ヒドラジン、モノメチルヒドラジン及びジメチルヒドラジンは液体であるので、そのまま液体燃料として使用可能である。また、炭酸ヒドラジン、硫酸ヒドラジン、カルボンヒドラジド、尿素、イミダゾール、及び3−アミノ−1,2,4−トリアゾール、及び硫酸ヒドロキシルアミンは固体であるが水に可溶である。1,3,5−トリアジン及びヒドロキシルアミンは固体であるがアルコールに可溶である。アンモニアは気体であるが水に可溶である。このように、固体の燃料化合物は、水又はアルコールに溶解させて液体燃料として使用可能である。燃料化合物を水及び/又はアルコールに溶解させて用いる場合、溶液中の燃料化合物の濃度は、例えば30〜99.9重量%であり、好ましくは66〜99.9重量%である。   The fuel compound may be used as a fuel as it is, or may be used as a solution dissolved in water and / or alcohol (for example, lower alcohol such as methanol, ethanol, propanol, isopropanol, etc.). For example, among the above fuel compounds, hydrazine, hydrated hydrazine, monomethylhydrazine and dimethylhydrazine are liquids, and thus can be used as they are as liquid fuels. Further, hydrazine carbonate, hydrazine sulfate, carboxylic hydrazide, urea, imidazole, 3-amino-1,2,4-triazole, and hydroxylamine sulfate are solid but soluble in water. 1,3,5-Triazine and hydroxylamine are solid but soluble in alcohol. Ammonia is a gas but soluble in water. Thus, the solid fuel compound can be dissolved in water or alcohol and used as a liquid fuel. When the fuel compound is used by dissolving it in water and / or alcohol, the concentration of the fuel compound in the solution is, for example, 30 to 99.9% by weight, preferably 66 to 99.9% by weight.

また、メタノール、エタノール等のアルコール類やエーテル類を含む炭化水素系液体燃料、メタン等の炭化水素系ガス、或いは純水素などは、そのまま燃料として用いることができる。特に、本実施形態に係る固体アルカリ形燃料電池10に用いられる燃料としては、メタノールが好適である。メタノールは、気体状態、液体状態、及び、気液混合状態のいずれであってもよい。   Further, a hydrocarbon-based liquid fuel containing alcohols such as methanol and ethanol or ethers, a hydrocarbon-based gas such as methane, or pure hydrogen can be directly used as a fuel. In particular, methanol is suitable as the fuel used in the solid alkaline fuel cell 10 according to this embodiment. Methanol may be in a gas state, a liquid state, or a gas-liquid mixed state.

アノード14は、AFCに使用される公知のアノード触媒を含むものであればよく、特に限定されない。アノード触媒の例としては、Pt、Ni、Co、Fe、Ru、Sn、及びPd等の金属触媒が挙げられる。金属触媒は、カーボン等の担体に担持されるのが好ましいが、金属触媒の金属原子を中心金属とする有機金属錯体の形態としてもよく、この有機金属錯体を担体として担持されていてもよい。また、アノード触媒の表面には多孔質材料等で構成された拡散層を配置してもよい。アノード14及びそれを構成する触媒の好ましい例としては、ニッケル、コバルト、銀、白金担持カーボン(Pt/C)、白金ルテニウム担持カーボン(PtRu/C)、パラジウム担持カーボン(Pd/C)、ロジウム担持カーボン(Rh/C)、ニッケル担持カーボン(Ni/C)、銅担持カーボン(Cu/C)、及び銀担持カーボン(Ag/C)が挙げられる。   The anode 14 is not particularly limited as long as it includes a known anode catalyst used for AFC. Examples of the anode catalyst include metal catalysts such as Pt, Ni, Co, Fe, Ru, Sn, and Pd. The metal catalyst is preferably supported on a carrier such as carbon, but may be in the form of an organic metal complex having a metal atom of the metal catalyst as a central metal, or the organic metal complex may be supported as a carrier. A diffusion layer made of a porous material or the like may be arranged on the surface of the anode catalyst. Preferred examples of the anode 14 and the catalyst constituting the same include nickel, cobalt, silver, platinum-supporting carbon (Pt / C), platinum-ruthenium-supporting carbon (PtRu / C), palladium-supporting carbon (Pd / C), rhodium-supporting. Examples include carbon (Rh / C), nickel-supporting carbon (Ni / C), copper-supporting carbon (Cu / C), and silver-supporting carbon (Ag / C).

アノード14の作製方法は特に限定されないが、例えば、アノード触媒及び所望により担体をバインダーと混合してペースト状にし、このペースト状混合物を電解質16のアノード側表面16Tに塗布することにより形成することができる。   The method for producing the anode 14 is not particularly limited. For example, the anode 14 may be formed by mixing the anode catalyst and, if desired, a carrier with a binder to form a paste, and applying the paste mixture to the anode-side surface 16T of the electrolyte 16. it can.

電解質16は、カソード12とアノード14との間に配置される。電解質16は、カソード12及びアノード14のそれぞれに接続される。電解質16は、膜状、層状、或いは、シート状に形成される。   The electrolyte 16 is disposed between the cathode 12 and the anode 14. The electrolyte 16 is connected to each of the cathode 12 and the anode 14. The electrolyte 16 is formed in a film shape, a layer shape, or a sheet shape.

図2は、電解質16の断面を拡大して示す模式図である。電解質16は、多孔質基材20と、無機固体電解質体22とを有する。   FIG. 2 is a schematic view showing an enlarged cross section of the electrolyte 16. The electrolyte 16 has a porous base material 20 and an inorganic solid electrolyte body 22.

多孔質基材20は、三次元網目構造を有する。「三次元網目構造」とは、基材の構成物質が立体的かつ網目状に繋がった構造である。多孔質基材20は、連続孔20aを形成する。連続孔20aは、立体的かつ網目状に孔が繋がることによって構成されており、多孔質基材20の外表面に露出している。連続孔20aには、後述する無機固体電解質体22が含浸されている。   The porous substrate 20 has a three-dimensional network structure. The “three-dimensional mesh structure” is a structure in which the constituent materials of the base material are connected in a three-dimensional and mesh shape. The porous substrate 20 forms continuous holes 20a. The continuous holes 20 a are formed by connecting the holes in a three-dimensional and mesh shape, and are exposed on the outer surface of the porous substrate 20. The continuous hole 20a is impregnated with an inorganic solid electrolyte body 22 described later.

多孔質基材20は、セラミックス材料及び高分子材料から選択される少なくとも1種によって構成することができる。セラミックス材料としては、アルミナ、ジルコニア、チタニア、マグネシア、カルシア、コージェライト、ゼオライト、ムライト、酸化亜鉛、炭化ケイ素、及びこれらの任意の組合せが挙げられる。高分子材料としては、ポリスチレン、ポリエーテルサルフォン、ポリプロピレン、エポキシ樹脂、ポリフェニレンサルファイド、フッ素樹脂(四フッ素化樹脂:PTFE等)、セルロース、ナイロン、ポリエチレン、ポリイミド及びこれらの任意の組合せが挙げられる。多孔質基材20をフレキシブル性の高分子材料で構成する場合には、連続孔20aの体積を大きくしながら厚さを薄くしやすいため、水酸化物イオン伝導性を向上させることができる。高分子材料によって構成される多孔質基材20としては、リチウム電池用セパレータとして市販されているような微多孔膜を用いることができる。   The porous substrate 20 can be composed of at least one selected from a ceramic material and a polymer material. Examples of ceramic materials include alumina, zirconia, titania, magnesia, calcia, cordierite, zeolite, mullite, zinc oxide, silicon carbide, and any combination thereof. Examples of the polymer material include polystyrene, polyether sulfone, polypropylene, epoxy resin, polyphenylene sulfide, fluororesin (tetrafluorinated resin: PTFE, etc.), cellulose, nylon, polyethylene, polyimide, and any combination thereof. When the porous base material 20 is made of a flexible polymer material, since it is easy to reduce the thickness of the continuous pores 20a while increasing the volume, the hydroxide ion conductivity can be improved. As the porous substrate 20 made of a polymer material, a microporous film commercially available as a lithium battery separator can be used.

多孔質基材20の厚さは特に制限されないが、例えば、200μm以下とすることができ、好ましくは100μm以下、より好ましくは75μm以下、さらに好ましくは50μm以下、特に好ましくは25μm以下であり、5μm以下が最も好ましい。多孔質基材20の厚さの下限値は、用途に応じて適宜設定すればよいが、ある程度の堅さを確保するには1μm以上が好ましく、2μm以上がより好ましい。   The thickness of the porous substrate 20 is not particularly limited, but can be, for example, 200 μm or less, preferably 100 μm or less, more preferably 75 μm or less, further preferably 50 μm or less, particularly preferably 25 μm or less, and 5 μm. The following are the most preferable. The lower limit of the thickness of the porous base material 20 may be appropriately set according to the application, but is preferably 1 μm or more, more preferably 2 μm or more in order to secure a certain degree of hardness.

多孔質基材20の断面における連続孔20aの平均内径は特に制限されないが、例えば、0.001〜1.5μmとすることができ、好ましくは0.001〜1.25μm、より好ましくは0.001〜1.0μm、さらに好ましくは0.001〜0.75μm、特に好ましくは0.001〜0.5μmである。これらの範囲内とすることによって、多孔質基材20に支持体としての強度を付与しつつ、無機固体電解質体22の緻密度を向上させることができる。連続孔20aの平均内径は、多孔質基材20の断面を電子顕微鏡で観察した場合に、観察画像上で無作為に選出した20箇所における連続孔20aの円相当径を算術平均することによって得られる。連続孔20aの円相当径とは、観察画像において、連続孔20aの断面積と同じ面積を有する円の直径である。なお、電子顕微鏡の倍率は、連続孔20aの断面サイズに応じて適宜設定すればよい。   The average inner diameter of the continuous holes 20a in the cross section of the porous substrate 20 is not particularly limited, but can be, for example, 0.001 to 1.5 μm, preferably 0.001 to 1.25 μm, and more preferably 0. 001 to 1.0 μm, more preferably 0.001 to 0.75 μm, and particularly preferably 0.001 to 0.5 μm. By setting it as these ranges, the density of the inorganic solid electrolyte body 22 can be improved, giving the porous base material 20 the strength as a support body. The average inner diameter of the continuous holes 20a is obtained by arithmetically averaging the equivalent circle diameters of the continuous holes 20a at 20 locations randomly selected on the observed image when the cross section of the porous substrate 20 is observed with an electron microscope. To be The equivalent circle diameter of the continuous hole 20a is the diameter of a circle having the same area as the cross-sectional area of the continuous hole 20a in the observed image. The magnification of the electron microscope may be appropriately set according to the cross-sectional size of the continuous hole 20a.

連続孔20aの体積率は特に制限されないが、例えば、10〜60%とすることができ、好ましくは15〜55%、より好ましくは20〜50%である。これらの範囲内とすることによって、多孔質基材20に支持体としての強度を確保しつつ、無機固体電解質体22の緻密度を向上させることができる。連続孔20aの体積率は、アルキメデス法により測定することができる。   The volume ratio of the continuous holes 20a is not particularly limited, but may be, for example, 10 to 60%, preferably 15 to 55%, more preferably 20 to 50%. By setting it as these ranges, the density of the inorganic solid electrolyte body 22 can be improved, ensuring the strength as a support body in the porous base material 20. The volume ratio of the continuous holes 20a can be measured by the Archimedes method.

また、図2では図示されていないが、多孔質基材20は、それ自体の内部に複数の細孔を有することが好ましい。複数の細孔は、多孔質基材20の内部において、互いに繋がっていてもよい。そして、各細孔は多孔質基材20の表面に開口する開気孔であって、各細孔には無機固体電解質体22が含浸していることがより好ましい。これによって、連続孔20a→多孔質基材20内の細孔→連続孔20aという短距離イオン伝導パスや、連続孔20a→多孔質基材20内の細孔→第2膜状部22c、或いは、第1膜状部22b→多孔質基材20内の細孔→第2膜状部22cという長距離イオン伝導パスを形成することができる。その結果、複合部22a内のイオン伝導可能領域が広がるため、電解質16全体としてのイオン伝導性を向上させることができる。   Although not shown in FIG. 2, the porous substrate 20 preferably has a plurality of pores inside itself. The plurality of pores may be connected to each other inside the porous substrate 20. It is more preferable that each of the pores is an open pore that opens on the surface of the porous base material 20, and each of the pores is impregnated with the inorganic solid electrolyte body 22. As a result, a short-distance ion conduction path of continuous pore 20a → pore in porous substrate 20 → continuous pore 20a, continuous pore 20a → pore in porous substrate 20 → second membrane portion 22c, or It is possible to form a long-distance ion conduction path of the first membrane portion 22b → the pores in the porous substrate 20 → the second membrane portion 22c. As a result, the ion-conductive region in the composite portion 22a is expanded, so that the ion conductivity of the electrolyte 16 as a whole can be improved.

無機固体電解質体22は、水酸化物イオン伝導性を有する。固体アルカリ形燃料電池10の発電中、無機固体電解質体22は、カソード12側からアノード14側に水酸化物イオン(OH)を伝導させる。無機固体電解質体22の水酸化物イオン伝導率は特に制限されないが、0.1mS/cm以上が好ましく、より好ましくは0.5mS/cm以上、さらに好ましくは1.0mS/cm以上である。無機固体電解質体22の水酸化物イオン伝導率は、高いほど好ましく、その上限値は特に制限されないが、例えば10mS/cmである。 The inorganic solid electrolyte body 22 has hydroxide ion conductivity. During the power generation of the solid alkaline fuel cell 10, the inorganic solid electrolyte body 22 conducts hydroxide ions (OH ) from the cathode 12 side to the anode 14 side. The hydroxide ion conductivity of the inorganic solid electrolyte body 22 is not particularly limited, but is preferably 0.1 mS / cm or more, more preferably 0.5 mS / cm or more, and further preferably 1.0 mS / cm or more. The higher the hydroxide ion conductivity of the inorganic solid electrolyte body 22, the more preferable, and the upper limit value thereof is not particularly limited, but is, for example, 10 mS / cm.

無機固体電解質体22は、水酸化物イオン伝導性を有するセラミックス材料によって構成することができる。このようなセラミックス材料としては、水酸化物イオン伝導性を有する周知のセラミックスを用いることができるが、以下に説明する層状複水酸化物(LDH:Layered Double Hydroxide)が特に好適である。   The inorganic solid electrolyte body 22 can be made of a ceramic material having hydroxide ion conductivity. As such a ceramic material, a well-known ceramic having hydroxide ion conductivity can be used, but a layered double hydroxide (LDH: Layered Double Hydroxide) described below is particularly suitable.

LDHは、M2+ 1−x3+ (OH)n−x/n・mHO(式中、M2+は2価の陽イオン、M3+は3価の陽イオンであり、An−はn価の陰イオン、nは1以上の整数、xは0.1〜0.4、mは水のモル数を意味する任意の整数である)の一般式で示される基本組成を有する。M2+の例としてはMg2+、Ca2+、Sr2+、Ni2+、Co2+、Fe2+、Mn2+、及びZn2+が挙げられ、M3+の例としては、Al3+、Fe3+、Ti3+、Y3+、Ce3+、Mo3+、及びCr3+が挙げられ、Anの例としてはCO 2−及びOH−が挙げられる。M2+及びM3+としては、それぞれ1種単独で又は2種以上を組み合わせて用いることもできる。 LDH is M 2+ 1−x M 3+ x (OH) 2 A n− x / n · mH 2 O (in the formula, M 2+ is a divalent cation, M 3+ is a trivalent cation, and A n- is an anion of valence, n is an integer of 1 or more, x is 0.1 to 0.4, and m is an arbitrary integer which means the number of moles of water). Have. Examples of M 2+ include Mg 2+ , Ca 2+ , Sr 2+ , Ni 2+ , Co 2+ , Fe 2+ , Mn 2+ , and Zn 2+ , and examples of M 3+ include Al 3+ , Fe 3+ , Ti 3+ , Y 3+, Ce 3+, Mo 3+ , and Cr 3+ can be mentioned, An - CO 3 2- and OH- can be cited as examples of. As M 2+ and M 3+ , one type may be used alone, or two or more types may be used in combination.

LDHは、複数の水酸化物基本層と、これら複数の水酸化物基本層間に介在する中間層とから構成される。中間層は、陰イオン及びHOで構成される。水酸化物基本層は、例えば金属MがNi、Al、Tiの場合には、Ni、Al、Ti及びOH基を含む。以下、LDHの水酸化物基本層がNi、Al、Ti及びOH基を含む場合について説明する。 The LDH is composed of a plurality of hydroxide basic layers and an intermediate layer interposed between the plurality of hydroxide basic layers. The intermediate layer is composed of anions and H 2 O. The hydroxide base layer contains Ni, Al, Ti and OH groups when the metal M is Ni, Al or Ti, for example. Hereinafter, a case where the hydroxide basic layer of LDH contains Ni, Al, Ti and OH groups will be described.

LDH中のNiはニッケルイオンの形態を採りうる。LDH中のニッケルイオンは典型的にはNi2+であると考えられるが、Ni3+等の他の価数もありうるため、特に限定されない。LDH中のAlはアルミニウムイオンの形態を採りうる。LDH中のアルミニウムイオンは典型的にはAl3+であると考えられるが、他の価数もありうるため、特に限定されない。LDH中のTiはチタンイオンの形態を採りうる。LDH中のチタンイオンは典型的にはTi4+であると考えられるが、Ti3+等の他の価数もありうるため、特に限定されない。水酸化物基本層は、Ni、Al、Ti及びOH基を主要構成要素として含むのが好ましいが、他の元素ないしイオンを含んでいてもよいし、不可避不純物を含んでいてもよい。不可避不純物は、製法上不可避的に混入されうる任意元素であり、例えば原料や基材に由来してLDH中に混入しうる。 Ni in LDH can take the form of nickel ions. The nickel ion in LDH is considered to be typically Ni 2+ , but is not particularly limited because it may have other valences such as Ni 3+ . Al in LDH can take the form of aluminum ions. The aluminum ion in LDH is considered to be typically Al 3+ , but it is not particularly limited because it may have other valences. Ti in LDH can take the form of titanium ions. The titanium ion in LDH is considered to be typically Ti 4+ , but it is not particularly limited because it may have other valences such as Ti 3+ . The hydroxide basic layer preferably contains Ni, Al, Ti and OH groups as main constituent elements, but may contain other elements or ions, or may contain unavoidable impurities. The unavoidable impurities are arbitrary elements that can be unavoidably mixed in the manufacturing method, and can be mixed in LDH due to, for example, a raw material or a base material.

LDHの中間層は、陰イオン及びHOで構成される。陰イオンは1価以上の陰イオン、好ましくは1価又は2価のイオンである。好ましくは、LDH中の陰イオンはOH及び/又はCO 2−を含む。 The intermediate layer of LDH is composed of anions and H 2 O. The anion is a monovalent or more anion, preferably a monovalent or divalent ion. Preferably, the anions in LDH include OH and / or CO 3 2− .

上記のとおり、Ni、Al及びTiの価数は必ずしも定かではないため、LDHを一般式で厳密に特定することは非実際的又は不可能である。仮に水酸化物基本層が主としてNi2+、Al3+、Ti4+及びOH基で構成されるものと想定した場合、LDHは、一般式:Ni2+ 1−x−yAl3+ Ti4+ (OH)n− (x+2y)/n・mHO(式中、An−はn価の陰イオン、nは1以上の整数、好ましくは1又は2であり、0<x<1、好ましくは0.01≦x≦0.5、0<y<1、好ましくは0.01≦y≦0.5、0<x+y<1、mは0以上、典型的には0を超える又は1以上の実数である)なる基本組成で表すことができる。もっとも、上記一般式はあくまで「基本組成」と解されるべきであり、Ni2+、Al3+、Ti4+等の元素がLDHの基本的特性を損なわない程度に他の元素又はイオン(同じ元素の他の価数の元素又はイオンや製法上不可避的に混入されうる元素又はイオンを含む)で置き換え可能なものとして解されるべきである。 As described above, since the valences of Ni, Al, and Ti are not always clear, it is impractical or impossible to specify LDH exactly by the general formula. If it is assumed that the hydroxide basic layer is mainly composed of Ni 2+ , Al 3+ , Ti 4+ and OH groups, LDH has the general formula: Ni 2+ 1−x−y Al 3+ x Ti 4+ y (OH ) 2 a n- (x + 2y ) / n · mH 2 O ( wherein, a n-n-valent anion, n is an integer of 1 or more, preferably 1 or 2, 0 <x <1, preferably Is 0.01 ≦ x ≦ 0.5, 0 <y <1, preferably 0.01 ≦ y ≦ 0.5, 0 <x + y <1, and m is 0 or more, typically more than 0 or 1 or more. Is a real number). However, the above general formula should be understood as “basic composition” to the extent that elements such as Ni 2+ , Al 3+ and Ti 4+ do not impair the basic characteristics of LDH and other elements or ions (of the same element) (Including elements or ions having other valences and elements or ions which may be unavoidably incorporated in the manufacturing process).

本実施形態において、無機固体電解質体22は、複合部22a(「イオン伝導体」の一例)、第1膜状部22b、及び第2膜状部22cを有する。   In the present embodiment, the inorganic solid electrolyte body 22 has a composite portion 22a (an example of “ion conductor”), a first film-shaped portion 22b, and a second film-shaped portion 22c.

複合部22aは、第1膜状部22bと第2膜状部22cとの間に配置される。複合部22aは、多孔質基材20の連続孔20a内に配置される。複合部22aは、連続孔20a内に含浸されており、多孔質基材20と一体化している。このように、無機固体電解質体22を多孔質基材20で支持することによって、無機固体電解質体22の強度を向上できるため、無機固体電解質体22を薄くすることができる。その結果、電解質16の低抵抗化を図ることができる。   The composite portion 22a is arranged between the first film-shaped portion 22b and the second film-shaped portion 22c. The composite part 22a is arranged in the continuous hole 20a of the porous substrate 20. The composite portion 22a is impregnated in the continuous hole 20a and is integrated with the porous substrate 20. Since the strength of the inorganic solid electrolyte body 22 can be improved by supporting the inorganic solid electrolyte body 22 with the porous base material 20 as described above, the inorganic solid electrolyte body 22 can be made thin. As a result, the resistance of the electrolyte 16 can be reduced.

本実施形態において、複合部22aは、多孔質基材20の連続孔20a内の略全域に広がっているが、無機固体電解質体22が第1膜状部22b及び第2膜状部22cの少なくとも一方を有さない場合、複合部22aは、多孔質基材20の一部にのみ含浸されていてもよい。   In the present embodiment, the composite part 22a is spread over substantially the entire area of the continuous pores 20a of the porous base material 20, but the inorganic solid electrolyte body 22 has at least the first membrane portion 22b and the second membrane portion 22c. When not having one, the composite part 22a may be impregnated only in a part of the porous substrate 20.

ここで、複合部22aは、その内部に形成された複数の閉気孔24を有する。このような閉気孔24が複合部22aの内部に形成されているため、固体アルカリ形燃料電池10の作動中に複合部22aの含水状況の変動に起因する電解質16の体積変化を緩和させることができる。これにより、カソード12と電解質16との界面、又は/及び、アノード14と電解質16との界面に応力が発生することを抑制できるため、カソード12又は/及びアノード14から電解質16が剥離したり、或いは、電解質16自体が変形したりすることを抑制できる。   Here, the composite portion 22a has a plurality of closed air holes 24 formed therein. Since the closed pores 24 are formed inside the composite portion 22a, it is possible to reduce the volume change of the electrolyte 16 due to the change in the water content of the composite portion 22a during the operation of the solid alkaline fuel cell 10. it can. As a result, it is possible to prevent stress from being generated at the interface between the cathode 12 and the electrolyte 16 or / and the interface between the anode 14 and the electrolyte 16, so that the electrolyte 16 is separated from the cathode 12 or / and the anode 14. Alternatively, it is possible to suppress the deformation of the electrolyte 16 itself.

さらに、閉気孔24が複合部22aの内部に形成されることで、複合部22aに柔軟性を付与することができるため、固体アルカリ形燃料電池10内の温度分布に起因して、カソード12と電解質16との界面、又は/及び、アノード14と電解質16との界面に熱応力が発生することを抑制できる。そのため、カソード12又は/及びアノード14から電解質16が剥離したり、或いは、電解質16自体が変形したりすることを抑制できる。   Furthermore, since the closed pores 24 are formed inside the composite portion 22a, flexibility can be imparted to the composite portion 22a. Therefore, due to the temperature distribution in the solid alkaline fuel cell 10, Generation of thermal stress at the interface with the electrolyte 16 and / or the interface between the anode 14 and the electrolyte 16 can be suppressed. Therefore, it is possible to prevent the electrolyte 16 from peeling off from the cathode 12 and / or the anode 14 or the deformation of the electrolyte 16 itself.

図2に示すように、閉気孔24は、多孔質基材20から離れていることが好ましい。すなわち、閉気孔24は、複合部22aの内部に閉じこめられており、連続孔20aの内表面と直接的に接触しないことが好ましい。これによって、閉気孔24が多孔質基材20に直接接触する場合に比べて、電解質16に体積変化や変形が生じた場合に、多孔質基材20、複合部22a及び閉気孔24の三者で作られる角部を起点として、複合部22aが多孔質基材20から剥離することを抑制できる。   As shown in FIG. 2, the closed pores 24 are preferably separated from the porous substrate 20. That is, it is preferable that the closed air holes 24 are confined inside the composite portion 22a and do not directly contact the inner surface of the continuous hole 20a. As a result, in comparison with the case where the closed pores 24 directly contact the porous base material 20, when the electrolyte 16 undergoes a volume change or deformation, the porous base material 20, the composite portion 22a, and the closed pores 24 are combined. It is possible to prevent the composite portion 22a from peeling off from the porous base material 20 with the corner portion formed in step 1 as the starting point.

各閉気孔24の平均円相当径は特に制限されないが、例えば、0.001〜1.0μmとすることがきる。各閉気孔24の平均円相当径は、0.001μm以上が好ましく、0.002μm以上がより好ましい。これによって、複合部22aの柔軟性をより向上させることができる。また、各閉気孔24の平均円相当径は、1.0μm以下が好ましく、0.8μm以下がより好ましい。これによって、カソード12に供給される酸化剤がアノード14側に透過したり、或いは、アノード14に供給される燃料がカソード12側に透過したりすることを抑制できる。   The average equivalent circle diameter of each closed pore 24 is not particularly limited, but may be 0.001 to 1.0 μm, for example. The average equivalent circle diameter of each closed pore 24 is preferably 0.001 μm or more, more preferably 0.002 μm or more. Thereby, the flexibility of the composite part 22a can be further improved. Further, the average equivalent circle diameter of each closed pore 24 is preferably 1.0 μm or less, and more preferably 0.8 μm or less. This can prevent the oxidant supplied to the cathode 12 from permeating to the anode 14 side or the fuel supplied to the anode 14 from permeating to the cathode 12 side.

各閉気孔24の平均円相当径は、電解質16の断面を20,000〜1,500,000倍の電子顕微鏡で観察し、無作為に選出した20個の閉気孔24の円相当径を算術平均することによって得られる。閉気孔24の円相当径とは、電解質16の断面において、閉気孔24と同じ面積を有する円の直径である。ただし、0.001μm以下の円相当径を有する閉気孔24は、複合部22aの体積変化の緩和及び柔軟性向上への寄与が極めて小さいため、各閉気孔24の平均円相当径を求める際には除外するものとする。   The average equivalent circle diameter of each closed pore 24 is calculated by observing the cross section of the electrolyte 16 with an electron microscope of 20,000 to 1,500,000 times and calculating the equivalent circle diameter of 20 randomly selected closed pores 24. Obtained by averaging. The equivalent circle diameter of the closed pores 24 is the diameter of a circle having the same area as the closed pores 24 in the cross section of the electrolyte 16. However, since the closed pores 24 having a circle equivalent diameter of 0.001 μm or less contribute very little to the relaxation of the volume change of the composite portion 22a and the improvement of flexibility, when determining the average circle equivalent diameter of each closed pore 24. Shall be excluded.

第1膜状部22bは、複合部22aのカソード12側に連なる。第1膜状部22bは、膜状に形成される。第1膜状部22bは、複合部22aと一体的に形成される。第1膜状部22bは、一様な平面状に形成されていてもよいし、縞状など所望の平面形状にパターン化されていてもよい。第1膜状部22bの厚さは特に制限されないが、例えば、10μm以下とすることができ、好ましくは7μm以下、より好ましくは5μm以下である。このような第1膜状部22bが設けられることにより、カソード12と多孔質基材20とが直接接触する場合に比べて、カソード12と電解質16との間の接触抵抗を低減させることができる。   The first film-shaped portion 22b is continuous with the cathode 12 side of the composite portion 22a. The first film-shaped portion 22b is formed in a film shape. The first film-shaped portion 22b is integrally formed with the composite portion 22a. The first film-shaped portion 22b may be formed in a uniform planar shape, or may be patterned into a desired planar shape such as a stripe shape. The thickness of the first film-shaped portion 22b is not particularly limited, but may be, for example, 10 μm or less, preferably 7 μm or less, and more preferably 5 μm or less. By providing such a first film-shaped portion 22b, it is possible to reduce the contact resistance between the cathode 12 and the electrolyte 16 as compared with the case where the cathode 12 and the porous base material 20 are in direct contact. .

第2膜状部22cは、複合部22aのアノード14側に連なる。第2膜状部22cは、膜状に形成される。第2膜状部22cは、複合部22aと一体的に形成される。第2膜状部22cは、一様な平面状に形成されていてもよいし、縞状など所望の平面形状にパターン化されていてもよい。第2膜状部22cの厚さは特に制限されないが、例えば、10μm以下とすることができ、好ましくは7μm以下、より好ましくは5μm以下である。このような第2膜状部22cが設けられることにより、アノード14と多孔質基材20とが直接接触する場合に比べて、アノード14と電解質16との間の接触抵抗を低減させることができる。   The second film-shaped portion 22c is continuous with the anode 14 side of the composite portion 22a. The second film-shaped portion 22c is formed in a film shape. The second film-shaped portion 22c is formed integrally with the composite portion 22a. The second film-shaped portion 22c may be formed in a uniform planar shape, or may be patterned into a desired planar shape such as a stripe shape. The thickness of the second film-shaped portion 22c is not particularly limited, but may be, for example, 10 μm or less, preferably 7 μm or less, and more preferably 5 μm or less. By providing such a second film-shaped portion 22c, the contact resistance between the anode 14 and the electrolyte 16 can be reduced as compared with the case where the anode 14 and the porous base material 20 are in direct contact with each other. .

無機固体電解質体22の作製方法は特に限定されないが、無機固体電解質体22をLDHで構成する場合であって、LDHの水酸化物基本層がNi、Al、Ti及びOH基を含むとき、以下の工程(1)〜(4)で作製することができる。   The method for producing the inorganic solid electrolyte body 22 is not particularly limited, but when the inorganic solid electrolyte body 22 is composed of LDH and the hydroxide basic layer of LDH contains Ni, Al, Ti and OH groups, It can be manufactured in steps (1) to (4).

(1)多孔質基材20を用意する。   (1) Prepare the porous substrate 20.

(2)多孔質基材20の全体にアルミナ及びチタニアの混合ゾルを含浸させて熱処理することでアルミナ・チタニア層を形成させる。後述するように、多孔質基材20の表面全体からLDHを成長させるには、多孔質基材20の表面全体にアルミナ・チタニア層を形成させることが重要となるため、アルミナ及びチタニアの混合ゾルを含浸させて熱処理することを複数回実施する。これにより、多孔質基材20の表面全体にアルミナ・チタニア層を形成することができる。   (2) An alumina / titania layer is formed by impregnating the entire porous substrate 20 with a mixed sol of alumina and titania and heat-treating the mixture. As described later, in order to grow LDH from the entire surface of the porous base material 20, it is important to form an alumina / titania layer on the entire surface of the porous base material 20, and therefore, a mixed sol of alumina and titania. Is impregnated and heat treated a plurality of times. Thereby, the alumina / titania layer can be formed on the entire surface of the porous substrate 20.

(3)ニッケルイオン(Ni2+)及び尿素を含む原料水溶液に多孔質基材20を浸漬させる。 (3) The porous substrate 20 is immersed in a raw material aqueous solution containing nickel ions (Ni 2+ ) and urea.

(4)原料水溶液中で多孔質基材20を水熱処理して、LDHを多孔質基材20上及び多孔質基材20中に形成させることによって、複合部22a、第1膜状部22b、及び第2膜状部22cを有する無機固体電解質体22を形成する。この際、水熱処理時間および溶液濃度を適宜調整することによって、気孔が閉塞する前に反応を停止することで複合部22a内に閉気孔24を形成させることができる。LDHは多孔質基材20の表面に形成されたアルミナ・チタニア層を核として成長するため、多孔質基材20の表面全体にアルミナ・チタニア層を形成させた場合においては、多孔質基材20の表面全体からLDHが成長することになる。その結果として、閉気孔24を多孔質基材20から離すことができる。   (4) By hydrothermally treating the porous substrate 20 in the raw material aqueous solution to form LDH on and in the porous substrate 20, the composite portion 22a, the first film-shaped portion 22b, And the inorganic solid electrolyte body 22 having the second film-shaped portion 22c is formed. At this time, the closed pores 24 can be formed in the composite part 22a by stopping the reaction before the pores are closed by appropriately adjusting the hydrothermal treatment time and the solution concentration. Since LDH grows with the alumina / titania layer formed on the surface of the porous substrate 20 as a nucleus, when the alumina / titania layer is formed on the entire surface of the porous substrate 20, the porous substrate 20 LDH will grow from the entire surface of the. As a result, the closed pores 24 can be separated from the porous substrate 20.

(実施形態の変形例)
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
(Modification of the embodiment)
The embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to these, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

[変形例1]
上記実施形態では、本発明に係る電気化学セル用電解質を適用した電気化学セルの一例として、水酸化物イオンをキャリアとするアルカリ形燃料電池について説明したが、本発明に係る電気化学セル用電解質は、種々の電気化学セルに適用可能である。電気化学セルとしては、例えば、プロトンをキャリアとする燃料電池、二次電池(ニッケル亜鉛二次電池、亜鉛空気二次電池など)、水蒸気から水素と酸素を生成する電解セルなどに適用することができる。電気化学セルがプロトンをキャリアとする場合、複合部22a、第1膜状部22b、及び第2膜状部22cは、水酸化物イオン伝導性セラミックス成分に代えて、プロトン伝導性セラミックス成分を含有していればよい。なお、電気化学セルとは、化学エネルギーを電気エネルギーに変えるための装置と、電気エネルギーを化学エネルギーに変えるための装置であって、全体的な酸化還元反応から起電力が生じるように一対の電極が配置されたものの総称である。
[Modification 1]
In the above embodiment, as an example of the electrochemical cell to which the electrolyte for an electrochemical cell according to the present invention is applied, an alkaline fuel cell using a hydroxide ion as a carrier has been described, but the electrolyte for an electrochemical cell according to the present invention is described. Is applicable to various electrochemical cells. The electrochemical cell can be applied to, for example, a fuel cell using protons as carriers, a secondary battery (nickel-zinc secondary battery, zinc-air secondary battery, etc.), an electrolytic cell that generates hydrogen and oxygen from water vapor, and the like. it can. When the electrochemical cell uses protons as carriers, the composite part 22a, the first film-shaped part 22b, and the second film-shaped part 22c contain a proton-conductive ceramics component instead of the hydroxide ion-conductive ceramics component. All you have to do is do it. The electrochemical cell is a device for converting chemical energy into electrical energy and a device for converting electrical energy into chemical energy. A pair of electrodes is used to generate electromotive force from the overall redox reaction. Is a general term for those placed.

[変形例2]
上記実施形態では、電解質16は、複数の閉気孔24を有することとしたが、閉気孔24を少なくとも1つ有していれば、閉気孔24を全く有していない場合に比べて、複合部22aに柔軟性を付与することができるため、電解質16の剥離を抑制できる。
[Modification 2]
In the above-described embodiment, the electrolyte 16 has the plurality of closed pores 24. However, if the electrolyte 16 has at least one closed pore 24, the composite portion will have no closed pores 24 at all. Since the 22a can be provided with flexibility, peeling of the electrolyte 16 can be suppressed.

[変形例3]
上記実施形態では、無機固体電解質体22は、複合部22a、第1膜状部22b、及び第2膜状部22cを有することとしたが、少なくとも複合部22aを有していればよい。すなわち、無機固体電解質体22は、第1膜状部22b及び第2膜状部22cの少なくとも一方を備えていなくてよい。
[Modification 3]
In the above embodiment, the inorganic solid electrolyte body 22 has the composite portion 22a, the first film-shaped portion 22b, and the second film-shaped portion 22c, but it is sufficient that the inorganic solid electrolyte body 22 has at least the composite portion 22a. That is, the inorganic solid electrolyte body 22 may not include at least one of the first film-shaped portion 22b and the second film-shaped portion 22c.

無機固体電解質体22が第1膜状部22bを備えていない場合、複合部22aは、多孔質基材20の連続孔20aの全体に含浸されていてもよいし、多孔質基材20の連続孔20aのうちカソード12側の領域にのみ含浸されていてもよい。多孔質基材20の連続孔20aのうちカソード12側の領域にのみ複合部22aが含浸される場合、連続孔20aの空隙領域にはアノード14の少なくとも一部を配置すればよい。連続孔20aの空隙領域に配置されるアノード14は、連続孔20aに充填されていてもよいし、連続孔20aの内表面を覆うように膜状に形成されていてもよい。   When the inorganic solid electrolyte body 22 does not include the first film-shaped portion 22b, the composite portion 22a may be impregnated into the entire continuous pores 20a of the porous base material 20, or the porous base material 20 may be continuous. Only the region of the hole 20a on the cathode 12 side may be impregnated. When the composite portion 22a is impregnated only in the region of the continuous hole 20a of the porous substrate 20 on the cathode 12 side, at least a part of the anode 14 may be arranged in the void region of the continuous hole 20a. The anode 14 arranged in the void region of the continuous hole 20a may be filled in the continuous hole 20a, or may be formed in a film shape so as to cover the inner surface of the continuous hole 20a.

無機固体電解質体22が第2膜状部22cを備えていない場合、複合部22aは、多孔質基材20の連続孔20aの全体に含浸されていてもよいし、多孔質基材20の連続孔20aのうちアノード14側の領域にのみ含浸されていてもよい。多孔質基材20の連続孔20aのうちアノード14側の領域にのみ複合部22aが含浸される場合、連続孔20aの空隙領域にはカソード12の少なくとも一部を配置すればよい。連続孔20aの空隙領域に配置されるカソード12は、連続孔20aに充填されていてもよいし、連続孔20aの内表面を覆うように膜状に形成されていてもよい。   When the inorganic solid electrolyte body 22 does not include the second film-shaped portion 22c, the composite portion 22a may be impregnated into the entire continuous pores 20a of the porous base material 20 or the continuous porous base material 20. Only the region of the hole 20a on the anode 14 side may be impregnated. When the composite portion 22a is impregnated only in the region of the continuous hole 20a of the porous substrate 20 on the anode 14 side, at least a part of the cathode 12 may be arranged in the void region of the continuous hole 20a. The cathode 12 arranged in the void region of the continuous hole 20a may be filled in the continuous hole 20a, or may be formed in a film shape so as to cover the inner surface of the continuous hole 20a.

[変形例4]
上記実施形態では、複数の閉気孔のすべてが多孔質基材20から離れていることとしたが、複数の閉気孔の一部は多孔質基材20に接していてもよい。
[Modification 4]
In the above embodiment, all of the plurality of closed pores are separated from the porous base material 20, but some of the plurality of closed pores may be in contact with the porous base material 20.

10 固体アルカリ形燃料電池
12 カソード
14 アノード
16 電解質
16S カソード側表面
16T アノード側表面
20 多孔質基材
20a 連続孔
22 無機固体電解質体
22a 複合部
22b 第1膜状部
22c 第2膜状部
24 閉気孔
10 Solid Alkaline Fuel Cell 12 Cathode 14 Anode 16 Electrolyte 16S Cathode Side Surface 16T Anode Side Surface 20 Porous Base Material 20a Continuous Pore 22 Inorganic Solid Electrolyte Body 22a Composite Part 22b First Membrane Part 22c Second Membrane Part 24 Closed Pores

Claims (5)

水又は水蒸気の存在下で用いられる電気化学セル用電解質であって、
三次元網目構造を有し、連続孔を形成する多孔質基材と、
イオン伝導性を有し、前記連続孔内に配置されるイオン伝導体と、
前記イオン伝導体内に形成される閉気孔と、
を備え、
前記多孔質基材は、セラミックス材料及び高分子材料から選択される少なくとも一種によって構成される、
電気化学セル用電解質。
An electrolyte for an electrochemical cell used in the presence of water or water vapor,
A porous substrate having a three-dimensional network structure and forming continuous pores,
Having ionic conductivity, an ionic conductor arranged in the continuous pores,
Closed pores formed in the ion conductor,
Equipped with
The porous substrate is composed of at least one selected from ceramic materials and polymer materials,
Electrolyte for electrochemical cells.
前記閉気孔は、前記多孔質基材から離れている、
請求項1に記載の電気化学セル用電解質。
The closed pores are separated from the porous substrate,
The electrolyte for an electrochemical cell according to claim 1.
前記イオン伝導体内に形成され、前記閉気孔を含む複数の閉気孔を備える、
請求項1又は2に記載の電気化学セル用電解質。
A plurality of closed pores formed in the ion conductor and including the closed pores;
The electrolyte for an electrochemical cell according to claim 1 or 2.
前記多孔質基材は、内部に細孔を有し、
前記細孔には、前記イオン伝導体が含浸されている、
請求項1乃至3のいずれかに記載の電気化学セル用電解質。
The porous substrate has pores inside,
The pores are impregnated with the ionic conductor,
An electrolyte for an electrochemical cell according to any one of claims 1 to 3.
酸化剤が供給されるカソードと、
燃料が供給されるアノードと、
前記カソードと前記アノードとの間に配置される請求項1乃至4のいずれかに記載の電気化学セル用電解質と、
を備える電気化学セル。
A cathode supplied with an oxidant,
An anode supplied with fuel,
An electrolyte for an electrochemical cell according to any one of claims 1 to 4, which is arranged between the cathode and the anode,
An electrochemical cell comprising.
JP2018114276A 2018-06-15 2018-06-15 Electrolyte for electrochemical cell and electrochemical cell Active JP6688837B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018114276A JP6688837B2 (en) 2018-06-15 2018-06-15 Electrolyte for electrochemical cell and electrochemical cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018114276A JP6688837B2 (en) 2018-06-15 2018-06-15 Electrolyte for electrochemical cell and electrochemical cell

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2019220257A JP2019220257A (en) 2019-12-26
JP6688837B2 true JP6688837B2 (en) 2020-04-28

Family

ID=69096833

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018114276A Active JP6688837B2 (en) 2018-06-15 2018-06-15 Electrolyte for electrochemical cell and electrochemical cell

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6688837B2 (en)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007123152A (en) * 2005-10-31 2007-05-17 Toray Ind Inc Thin film, and method of manufacturing same
JP4719015B2 (en) * 2006-01-20 2011-07-06 株式会社東芝 Electrolyte membrane, membrane electrode assembly and fuel cell
JP5953575B2 (en) * 2012-03-15 2016-07-20 国立大学法人北海道大学 Electrolyte membrane for all solid alkaline fuel cells
WO2017221988A1 (en) * 2016-06-24 2017-12-28 日本碍子株式会社 Functional layer including layered double hydroxide, and composite material

Also Published As

Publication number Publication date
JP2019220257A (en) 2019-12-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6651669B2 (en) Electrolyte for electrochemical cell and electrochemical cell
JP6771071B2 (en) Electrolytes for electrochemical cells and electrochemical cells
JP6817406B2 (en) Joined body for electrochemical cell and electrochemical cell
JP6963709B1 (en) Electrolyte membranes for electrochemical cells and electrochemical cells
JP6651670B2 (en) Electrolyte for electrochemical cell and electrochemical cell
JP6771072B2 (en) Electrolytes for electrochemical cells and electrochemical cells
JP6670969B2 (en) Electrolyte for electrochemical cell and electrochemical cell
JP6721762B2 (en) Electrochemical cell
JP6670968B2 (en) Electrolyte for electrochemical cell and electrochemical cell
JP6688837B2 (en) Electrolyte for electrochemical cell and electrochemical cell
JP6689915B2 (en) Electrolyte for electrochemical cell and electrochemical cell
JP6721760B2 (en) Electrochemical cell
JP6721761B2 (en) Electrolyte for electrochemical cell and electrochemical cell
JP6721763B2 (en) Electrochemical cell
JP6686214B2 (en) Electrochemical cell
JP2020098780A (en) Electrochemical cell
JP2019220466A (en) Electrolyte for electrochemical cell and electrochemical cell
JP6771073B2 (en) Electrolytes for electrochemical cells and electrochemical cells
JP6872592B2 (en) Electrolytes for electrochemical cells and electrochemical cells
JP6851455B2 (en) Fuel cell
JP6963703B2 (en) Membrane electrode assembly
JP6821001B2 (en) Solid alkaline fuel cell
JP6850837B2 (en) Fuel cell joints and fuel cells
JP6924229B2 (en) Electrochemical cell
JP6850851B1 (en) Fuel cell

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20190527

A871 Explanation of circumstances concerning accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871

Effective date: 20190527

A975 Report on accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005

Effective date: 20190607

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20191009

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20191203

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200106

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: 20200310

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20200406

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6688837

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150