JP6689915B2 - Electrolyte for electrochemical cell and electrochemical cell - Google Patents

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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。閉気孔は、多孔質基材に接している。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 closed pores are in contact with the porous base material. 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： ３／２Ｏ２＋３Ｈ２Ｏ＋６ｅ−→６ＯＨ−
・アノード１４： ＣＨ３ＯＨ＋６ＯＨ−→６ｅ−＋ＣＯ２＋５Ｈ２Ｏ
・全体 ： ＣＨ３ＯＨ＋３／２Ｏ２→ＣＯ２＋２Ｈ２Ｏ 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（Ｏ２）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／ｃｍ２、より好ましくは、０．０５〜５ｍｇ／ｃｍ２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（ＮＨ２ＮＨ２）、水加ヒドラジン（ＮＨ２ＮＨ２・Ｈ２Ｏ）、炭酸ヒドラジン（（ＮＨ２ＮＨ２）２ＣＯ２）、硫酸ヒドラジン（ＮＨ２ＮＨ２・Ｈ２ＳＯ４）、モノメチルヒドラジン（ＣＨ３ＮＨＮＨ２）、ジメチルヒドラジン（（ＣＨ３）２ＮＮＨ２、ＣＨ３ＮＨＮＨＣＨ３）、及びカルボンヒドラジド（（ＮＨＮＨ２）２ＣＯ）等のヒドラジン類、（ｉｉ）尿素（ＮＨ２ＣＯＮＨ２）、（ｉｉｉ）アンモニア（ＮＨ３）、（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（ＮＨ２ＯＨ）、硫酸ヒドロキシルアミン（ＮＨ２ＯＨ・Ｈ２ＳＯ４）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−ｘＭ３＋ ｘ（ＯＨ）２Ａｎ−ｘ／ｎ・ｍＨ２Ｏ（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ＣＯ３ 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Ｈ２Ｏ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Ｈ２Ｏ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ＣＯ３ 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＋ ｘＴｉ４＋ ｙ（ＯＨ）２Ａｎ− （ｘ＋２ｙ）／ｎ・ｍＨ２Ｏ（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に接していることが好ましい。すなわち、閉気孔２４は、連続孔２０ａの内表面と直接的に接触していることが好ましい。これによって、閉気孔２４が多孔質基材２０から離れている場合に比べて、閉気孔２４の存在による多孔質基材２０の拘束面積を低減できるため、多孔質基材２０自体の柔軟性を向上させることができる。そのため、電解質１６に体積変化や変形が生じた場合に、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より抑制できる。   As shown in FIG. 2, the closed pores 24 are preferably in contact with the porous substrate 20. That is, it is preferable that the closed air holes 24 are in direct contact with the inner surface of the continuous hole 20a. As a result, as compared with the case where the closed pores 24 are separated from the porous base material 20, the constrained area of the porous base material 20 due to the presence of the closed pores 24 can be reduced, so that the flexibility of the porous base material 20 itself is reduced. Can be improved. Therefore, it is possible to further suppress the occurrence of stress at the interface between the cathode 12 and the electrolyte 16 and / or the interface between the anode 14 and the electrolyte 16 when the volume change or deformation of the electrolyte 16 occurs.

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。ここで、後述するように、多孔質基材２０の表面の一部からＬＤＨを成長させないためには、三次元網目構造を有する多孔質基材２０が形成する連続孔２０ａの内表面の少なくとも一部においてアルミナ・チタニア層を形成しない箇所を設けることが重要となる。そのため、混合ゾルを含浸させて熱処理した後の多孔質基材２０に超音波をかけて形成したアルミナ・チタニア層の一部を剥離させる、あるいはアルミナ、チタニアの混合ゾルを低濃度として多孔質基材２０の表面への付着量を低減させる等の処置を行う。   (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. Here, as described below, in order to prevent LDH from growing from a part of the surface of the porous substrate 20, at least one of the inner surfaces of the continuous holes 20a formed by the porous substrate 20 having a three-dimensional network structure is formed. It is important to provide a portion where the alumina / titania layer is not formed. Therefore, a part of the alumina / titania layer formed by applying ultrasonic waves to the porous base material 20 after impregnation with the mixed sol and heat treatment is peeled off, or the mixed sol of alumina and titania is reduced to a low concentration to form a porous substrate. Measures such as reducing the amount of the material 20 attached to the surface are taken.

（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の表面のうちアルミナ・チタニア層が形成されていない箇所ではＬＤＨが形成されない。その結果として、閉気孔２４を多孔質基材２０に直接的に接触させることができる。   (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 base material 20 as a nucleus, LDH is not formed on the surface of the porous base material 20 where the alumina / titania layer is not formed. As a result, the closed pores 24 can be brought into direct contact with 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に接し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から離れていてもよい。 [Modification 4]
In the above embodiment, all of the plurality of closed pores are in contact with the porous base material 20, but some of the plurality of closed pores may be separated from 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 (4)

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、
前記閉気孔は、前記多孔質基材に接している、
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,
The closed pores are in contact with the porous substrate,
Electrolyte for electrochemical cells. 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. 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又は２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,
The electrolyte for an electrochemical cell according to claim 1 or 2. 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３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 3, which is arranged between the cathode and the anode,
An electrochemical cell comprising.
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