JP6721761B2 - 電気化学セル用電解質及び電気化学セル - Google Patents
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Description
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。
・アノード14: CH3OH+6OH−→6e−+CO2+5H2O
・全体 : CH3OH+3/2O2→CO2+2H2O
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。
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。
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と1つの膜状部と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の一方を備えていなくてよい。
上記実施形態では、閉気孔24は、多孔質基材20から離れていたが、図3に示すように、閉気孔24は、多孔質基材20に接していてもよい。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てもよい。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。
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。
上記実施形態では、閉気孔24の形状は断面が円形状に構成されていたが、閉気孔24の形状はこれに限定されない。例えば、閉気孔24は、断面が楕円形状となっていてもよいし、その他の形状であってもよい。
まず、ポリフッ化ビニリデンによって構成され、連続孔20aを有する多孔質基材20を用意した。
実施例1〜14及び比較例1それぞれの固体アルカリ形燃料電池10を、カソード側セパレータとアノード側セパレータとで挟むことによって、発電用スタックを作製した。カソード側セパレータ及びアノード側セパレータのそれぞれには、ガス供給管とガス排出管とが設けられている。
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
Claims (14)
- 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、前記連続孔内に充填される複合部と、前記複合部に連なり、前記多孔質基材上に配置される第1膜状部とを有する電解質体と、
を備え、
前記第1膜状部の厚さに対する前記複合部の厚さの比は、100以上20000以下であり、
前記複合部と前記第1膜状部とは、同じ材料によって構成される、
電気化学セル用電解質。 - 前記電解質体は、前記複合部に連なり、前記多孔質基材上に配置される第2膜状部を有し、
前記第2膜状部は、前記複合部を挟んで前記第1膜状部の反対側に配置され、
前記複合部と前記第2膜状部とは、同じ材料によって構成される、
請求項1に記載の電気化学セル用電解質。 - 前記第2膜状部の厚さに対する前記複合部の厚さの比は、100以上である、
請求項2に記載の電気化学セル用電解質。 - 前記第2膜状部の厚さに対する前記複合部の厚さの比は、20000以下である、
請求項2又は3に記載の電気化学セル用電解質。 - 前記多孔質基材は、内部に細孔を有し、
前記細孔には、前記複合部が含浸されている、
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。 - 前記電解質体は、前記複合部の内部に形成された閉気孔を有する、
請求項1乃至5のいずれかに記載の電気化学セル用電解質。 - 前記閉気孔は、前記多孔質基材から離れている、
請求項6に記載の電気化学セル用電解質。 - 前記閉気孔は、前記多孔質基材に接している、
請求項6に記載の電気化学セル用電解質。 - 前記電解質体は、前記閉気孔を含む複数の閉気孔を有する、
請求項6乃至8のいずれかに記載の電気化学セル用電解質。 - 連続孔を形成する多孔質基材と、
イオン伝導性を有し、前記連続孔内に充填される複合部と、前記複合部に連なり、前記多孔質基材上に配置される第1膜状部とを有する電解質体と、
を備え、
前記第1膜状部の厚さに対する前記複合部の厚さの比は、100以上20000以下であり、
前記複合部と前記第1膜状部とは、同じ材料によって構成される、
電気化学セル用電解質。 - 前記電解質体は、前記複合部に連なり、前記多孔質基材上に配置される第2膜状部を有し、
前記第2膜状部は、前記複合部を挟んで前記第1膜状部の反対側に配置され、
前記複合部と前記第2膜状部とは、同じ材料によって構成される、
請求項10に記載の電気化学セル用電解質。 - 前記第2膜状部の厚さに対する前記複合部の厚さの比は、100以上である、
請求項11に記載の電気化学セル用電解質。 - 前記第2膜状部の厚さに対する前記複合部の厚さの比は、20000以下である、
請求項11又は12に記載の電気化学セル用電解質。 - 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13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。
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