JP6924229B2 - Electrochemical cell - Google Patents

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Description

本発明は、電気化学セルに関する。 The present invention relates to an electrochemical cell.

アルカリ形燃料電池(AFC)、又は固体高分子形燃料電池(PEFC)などに用いられる電気化学セルは、電気化学セル用接合体を有している。この接合体は、電解質膜、カソード、及びアノードを有している。電気化学セルは、アノードに燃料を供給するとともにカソードに空気などの酸化剤を供給することによって発電する。 The electrochemical cell used for an alkaline fuel cell (AFC), a polymer electrolyte fuel cell (PEFC), or the like has a conjugate for an electrochemical cell. This conjugate has an electrolyte membrane, a cathode, and an anode. The electrochemical cell generates electricity by supplying fuel to the anode and an oxidizing agent such as air to the cathode.

電気化学セルは、枠状部材をさらに有している。枠状部材は、接合体を囲むように配置されており、この枠状部材等を介して、接合体に燃料ガス及び酸化剤ガス等を供給する(例えば、特許文献1)。 The electrochemical cell further has a frame-shaped member. The frame-shaped members are arranged so as to surround the joint, and the fuel gas, the oxidant gas, and the like are supplied to the joint via the frame-shaped members and the like (for example, Patent Document 1).

特開2019−50112号公報JP-A-2019-50112

上述したような電気化学セルにおいて、接合体は枠状部材によって拘束されているため、熱膨張又は熱収縮することによって熱応力が生じ、種々の問題が発生するおそれがある。そこで、本発明は、電気化学セル用接合体に生じ得る熱応力を緩和することを目的とする。 In the electrochemical cell as described above, since the bonded body is restrained by the frame-shaped member, thermal stress is generated by thermal expansion or contraction, which may cause various problems. Therefore, an object of the present invention is to relieve the thermal stress that may occur in the metallurgical cell junction.

本発明のある側面に係る電気化学セルは、枠状部材と、電気化学セル用接合体とを備えている。枠状部材は、開口部を有する。電気化学セル用接合体は、枠状部材の開口部内に配置される。電気化学セル用接合体は、枠状部材に保持される。電気化学セル用接合体は、外周縁部において、畝状に折り曲げられた少なくとも1つの折り曲げ部を有する。 The electrochemical cell according to a certain aspect of the present invention includes a frame-shaped member and a joining body for an electrochemical cell. The frame-shaped member has an opening. The electrochemical cell joint is arranged in the opening of the frame-shaped member. The joint for an electrochemical cell is held by a frame-shaped member. The electrochemical cell joint has at least one bent portion that is bent in a ridge shape at the outer peripheral edge portion.

この構成によれば、電気化学セル用接合体が、外周縁部において折り曲げ部を有しているため、電気化学セル用接合体に熱応力が生じた場合、その熱応力を折り曲げ部によって緩和することができる。 According to this configuration, since the electrochemical cell joint has a bent portion at the outer peripheral edge portion, when a thermal stress is generated in the electrochemical cell joint, the thermal stress is relaxed by the bent portion. be able to.

好ましくは、電気化学セル用接合体は、電解質膜及び第1電極を有する。電解質膜は、枠状部材に保持される。第1電極は、電解質膜の一方面上の外周縁部を除く領域に配置される。折り曲げ部は、電解質膜の外周縁部に配置される。 Preferably, the electrochemical cell conjugate has an electrolyte membrane and a first electrode. The electrolyte membrane is held by the frame-shaped member. The first electrode is arranged in a region excluding the outer peripheral edge portion on one surface of the electrolyte membrane. The bent portion is arranged on the outer peripheral edge portion of the electrolyte membrane.

この構成によれば、電解質膜が枠状部材に保持されているため、電気化学セル用接合体は、電解質膜において熱応力が生じ得る。ここで、電解質膜は、その外周縁部において折り曲げ部を有しているため、電解質膜に熱応力が生じた場合、その熱応力を折り曲げ部によって緩和することができる。 According to this configuration, since the electrolyte membrane is held by the frame-shaped member, thermal stress can be generated in the electrolyte membrane of the electrochemical cell joint. Here, since the electrolyte membrane has a bent portion at the outer peripheral edge portion thereof, when a thermal stress is generated in the electrolyte membrane, the thermal stress can be relaxed by the bent portion.

好ましくは、電気化学セル用接合体は、第2電極を有する。第2電極は、電解質膜の他方面上の外周縁部を除く領域に配置される。 Preferably, the electrochemical cell junction has a second electrode. The second electrode is arranged in a region excluding the outer peripheral edge portion on the other surface of the electrolyte membrane.

好ましくは、電気化学セル用接合体は、第1電極及び電解質膜を有する。第1電極は、枠状部材に保持される。電解質膜は、第1電極の一方面上の外周縁部を除く領域に配置される。折り曲げ部は、第1電極の外周縁部に配置される。 Preferably, the electrochemical cell conjugate has a first electrode and an electrolyte membrane. The first electrode is held by the frame-shaped member. The electrolyte membrane is arranged in a region excluding the outer peripheral edge portion on one surface of the first electrode. The bent portion is arranged on the outer peripheral edge portion of the first electrode.

この構成によれば、第1電極が枠状部材に保持されているため、電気化学セル用接合体は、第1電極において熱応力が生じ得る。ここで、第1電極は、その外周縁部において折り曲げ部を有しているため、第1電極に熱応力が生じた場合、その熱応力を折り曲げ部によって緩和することができる。 According to this configuration, since the first electrode is held by the frame-shaped member, thermal stress can be generated in the first electrode of the electrochemical cell joint. Here, since the first electrode has a bent portion at the outer peripheral edge portion thereof, when a thermal stress is generated in the first electrode, the thermal stress can be relaxed by the bent portion.

好ましくは、電気化学セル用接合体は、電解質膜上に配置される第2電極を有する。 Preferably, the electrochemical cell conjugate has a second electrode that is located on the electrolyte membrane.

好ましくは、電気化学セル用接合体は、第1電極、電解質膜、及び第2電極を有する。電解質膜は、第1電極の一方面上の全体に配置される。第2電極は、電解質膜の一方面上の外周縁部を除く領域に配置される。枠状部材は、第1電極及び電解質膜を保持する。折り曲げ部は、第1電極及び電解質膜の外周縁部に配置される。 Preferably, the electrochemical cell junction has a first electrode, an electrolyte membrane, and a second electrode. The electrolyte membrane is placed all over one surface of the first electrode. The second electrode is arranged in a region excluding the outer peripheral edge portion on one surface of the electrolyte membrane. The frame-shaped member holds the first electrode and the electrolyte membrane. The bent portion is arranged on the first electrode and the outer peripheral edge portion of the electrolyte membrane.

この構成によれば、第1電極及び電解質膜が枠状部材に保持されているため、電気化学セル用接合体は、第1電極及び電解質膜において熱応力が生じ得る。ここで、折り曲げ部が第1電極及び電解質膜の外周縁部に配置されているため、第1電極及び電解質膜に熱応力が生じた場合、その熱応力を折り曲げ部によって緩和することができる。 According to this configuration, since the first electrode and the electrolyte membrane are held by the frame-shaped member, thermal stress can be generated in the first electrode and the electrolyte membrane in the electrochemical cell junction. Here, since the bent portion is arranged on the outer peripheral edge portion of the first electrode and the electrolyte membrane, when thermal stress is generated in the first electrode and the electrolyte membrane, the thermal stress can be relaxed by the bent portion.

好ましくは、電気化学セル用接合体は、平面視において矩形状である。折り曲げ部は、電気化学セル用接合体の隅部に配置される。 Preferably, the metallurgical cell junction is rectangular in plan view. The bends are located at the corners of the electrochemical cell junction.

好ましくは、折り曲げ部は、電気化学セル用接合体の外周縁部が延びる方向に沿って延びる。 Preferably, the bend extends along the direction in which the outer peripheral edge of the electrochemical cell junction extends.

好ましくは、折り曲げ部は、電気化学セル用接合体の外周縁部が延びる方向に沿って環状に延びる。 Preferably, the bent portion extends annularly along the direction in which the outer peripheral edge of the electrochemical cell junction extends.

好ましくは、折り曲げ部は、電気化学セル用接合体の外周縁部において枠状部材に向かって延びる。 Preferably, the bent portion extends toward the frame-like member at the outer peripheral edge of the electrochemical cell joint.

好ましくは、折り曲げ部は、連続的に延びる。 Preferably, the bend extends continuously.

好ましくは、折り曲げ部は、断続的に延びる。 Preferably, the bend extends intermittently.

好ましくは、折り曲げ部は、複数列となって延びる複数の折り曲げ部を含む。 Preferably, the bends include a plurality of bends that extend in multiple rows.

好ましくは、折り曲げ部は、第1電極と接するように延びる。 Preferably, the bent portion extends so as to be in contact with the first electrode.

好ましくは、折り曲げ部は、電解質膜と接するように延びる。 Preferably, the bend extends in contact with the electrolyte membrane.

好ましくは、折り曲げ部は、第2電極と接するように延びる。 Preferably, the bent portion extends so as to be in contact with the second electrode.

好ましくは、電解質膜は、多孔質基材と、イオン伝導体とを有する。多孔質基材は、三次元網目構造を有する。多孔質基材は、連続孔を形成する。イオン伝導体は、イオン伝導性を有する。イオン伝導体は、連続孔内に配置される。 Preferably, the electrolyte membrane has a porous substrate and an ionic conductor. The porous substrate has a three-dimensional network structure. The porous substrate forms continuous pores. The ionic conductor has ionic conductivity. The ionic conductor is arranged in the continuous pores.

好ましくは、電解質膜は、第1膜状部と、第2膜状部とを有する。第1膜状部は、多孔質基材の第1主面を覆う。第2膜状部は、多孔質基材の第2主面を覆う。 Preferably, the electrolyte membrane has a first membranous portion and a second membranous portion. The first film-like portion covers the first main surface of the porous base material. The second membranous portion covers the second main surface of the porous substrate.

好ましくは、イオン伝導体は、内部に閉気孔を有する。 Preferably, the ionic conductor has closed pores inside.

好ましくは、閉気孔は、多孔質基材から離れている。 Preferably, the closed pores are separated from the porous substrate.

好ましくは、閉気孔は、多孔質基材に接している。 Preferably, the closed pores are in contact with the porous substrate.

好ましくは、イオン伝導体は、複数の閉気孔を有する。 Preferably, the ionic conductor has a plurality of closed pores.

好ましくは、多孔質基材は、内部に細孔を有する。細孔には、イオン伝導体が含浸されている。 Preferably, the porous substrate has pores inside. The pores are impregnated with an ionic conductor.

本発明によれば、電解質膜に生じ得る熱応力を緩和することができる。 According to the present invention, the thermal stress that may occur in the electrolyte membrane can be relaxed.

燃料電池の断面図。Sectional view of the fuel cell. 燃料電池の平面図。Top view of the fuel cell. 燃料電池の拡大断面図。Enlarged sectional view of the fuel cell. 燃料電池の拡大断面図。Enlarged sectional view of the fuel cell. 変形例に係る燃料電池の平面図。The plan view of the fuel cell which concerns on the modification. 変形例に係る燃料電池の平面図。The plan view of the fuel cell which concerns on the modification. 変形例に係る燃料電池の平面図。The plan view of the fuel cell which concerns on the modification. 変形例に係る燃料電池の平面図。The plan view of the fuel cell which concerns on the modification. 変形例に係る燃料電池の拡大断面図。An enlarged cross-sectional view of a fuel cell according to a modified example. 変形例に係る燃料電池の平面図。The plan view of the fuel cell which concerns on the modification. 変形例に係る燃料電池の平面図。The plan view of the fuel cell which concerns on the modification. 変形例に係る燃料電池の拡大断面図。An enlarged cross-sectional view of a fuel cell according to a modified example. 変形例に係る燃料電池の断面図。Sectional drawing of the fuel cell which concerns on modification. 変形例に係る燃料電池の断面図。Sectional drawing of the fuel cell which concerns on modification.

以下、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100(電気化学セルの一例)の実施形態について図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, an embodiment of a solid alkaline fuel cell 100 (an example of an electrochemical cell), which is a type of alkaline fuel cell (AFC) using hydroxide ions as a carrier, will be described with reference to the drawings.

(固体アルカリ形燃料電池100)
図1は、実施形態に係る固体アルカリ形燃料電池100の構成を示す断面図である。固体アルカリ形燃料電池100(以下、単に「燃料電池100」と言う)は、枠状部材7と、電気化学セル用接合体10(以下、単に「接合体10」と言う)と、複数のセパレータ11と、複数のシール部12とを備えている。なお、実際に使用する際は、複数の燃料電池100がスタックされていることが好ましい。
(Solid alkaline fuel cell 100)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of the solid alkaline fuel cell 100 according to the embodiment. The solid alkaline fuel cell 100 (hereinafter, simply referred to as “fuel cell 100”) includes a frame-shaped member 7, an electrochemical cell joint 10 (hereinafter, simply referred to as “joint 10”), and a plurality of separators. 11 and a plurality of sealing portions 12. In actual use, it is preferable that a plurality of fuel cells 100 are stacked.

(セパレータ11)
セパレータ11は、接合体10を厚さ方向(z軸方向)の両側から挟むように配置されている。セパレータ11は、ガス流路111を有している。ガス流路111は、後述する接合体10のカソード2又はアノード3と対向している。
(Separator 11)
The separator 11 is arranged so as to sandwich the bonded body 10 from both sides in the thickness direction (z-axis direction). The separator 11 has a gas flow path 111. The gas flow path 111 faces the cathode 2 or the anode 3 of the bonded body 10 described later.

カソード2と対向するガス流路111には、酸素(O)を含む酸化剤が供給される。アノード3と対向するガス流路111には、水素原子(H)を含む燃料が供給される。 An oxidizing agent containing oxygen (O 2 ) is supplied to the gas flow path 111 facing the cathode 2. Fuel containing a hydrogen atom (H) is supplied to the gas flow path 111 facing the anode 3.

(シール部12)
シール部12は、セパレータ11と枠状部材7との間に配置されている。シール部12は、セパレータ11と枠状部材7との間の密着性を向上させて、燃料又は酸化剤が外部へ漏出することを防止する。シール部12は、環状であり、接合体10の枠状部材7に当接している。シール部12として、例えば、Oリング、ゴムシートなどを例示することができる。なお、シール部12は、セパレータ11又は枠状部材7と一体的に構成されていてもよい。
(Seal part 12)
The seal portion 12 is arranged between the separator 11 and the frame-shaped member 7. The sealing portion 12 improves the adhesion between the separator 11 and the frame-shaped member 7 to prevent the fuel or the oxidizing agent from leaking to the outside. The seal portion 12 has an annular shape and is in contact with the frame-shaped member 7 of the joint body 10. Examples of the sealing portion 12 include an O-ring and a rubber sheet. The seal portion 12 may be integrally formed with the separator 11 or the frame-shaped member 7.

(枠状部材7)
図2は、燃料電池100の平面図である。また、図3は、燃料電池100の拡大断面図である。なお、図2及び図3において、セパレータ11の記載を省略している。
(Frame-shaped member 7)
FIG. 2 is a plan view of the fuel cell 100. Further, FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the fuel cell 100. In addition, in FIG. 2 and FIG. 3, the description of the separator 11 is omitted.

図2及び図3に示すように、枠状部材7は、開口部71を有する枠状である。枠状部材7は、平面視が矩形状である。開口部71は、平面視が矩形状である。枠状部材7の開口部71内には、接合体10が配置されている。枠状部材7は、電解質膜4を保持している。詳細には、枠状部材7は、電解質膜4と接合されている。 As shown in FIGS. 2 and 3, the frame-shaped member 7 has a frame shape having an opening 71. The frame-shaped member 7 has a rectangular shape in a plan view. The opening 71 has a rectangular shape in a plan view. The joint body 10 is arranged in the opening 71 of the frame-shaped member 7. The frame-shaped member 7 holds the electrolyte membrane 4. Specifically, the frame-shaped member 7 is joined to the electrolyte membrane 4.

枠状部材7は、例えば、樹脂、ゴム材、又は金属などによって構成されている。詳細には、枠状部材7は、樹脂の場合は、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、パーフルオロエチレンプロペンコポリマー(FEP)、又はパーフルオロアルコキシアルカン(PFA)などによって構成することができる。枠状部材7は、ゴム材の場合は、フッ素ゴムが特に好適に用いることができ、例えばフッ化ビニリデン系ゴム(FKM)、テトラフルオロエチレン−プロピレン系ゴム(FEPM)又はパーフロロエラストマーゴム(FFKM)などによって構成することができる。また、枠状部材7は、金属の場合は、オーステナイト系ステンレス、フェライト系ステンレス又はチタン(Ti)などによって構成することができる。また、枠状部材7は単独の材料であってもよいし、複数材料からなる複合材(例えば、ステンレス材の表面に樹脂やゴム材をコーティングしたような形態)であってもよい。 The frame-shaped member 7 is made of, for example, a resin, a rubber material, a metal, or the like. Specifically, in the case of a resin, the frame-shaped member 7 is composed of polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), perfluoroethylene propene copolymer (FEP), perfluoroalkoxy alkane (PFA), or the like. can do. In the case of a rubber material, fluororubber can be particularly preferably used for the frame-shaped member 7, for example, vinylidene fluoride rubber (FKM), tetrafluoroethylene-propylene rubber (FEPM) or perfluoroelastomer rubber (FFKM). ) And so on. In the case of metal, the frame-shaped member 7 can be made of austenite-based stainless steel, ferritic stainless steel, titanium (Ti), or the like. Further, the frame-shaped member 7 may be a single material or a composite material made of a plurality of materials (for example, a form in which a resin or a rubber material is coated on the surface of a stainless steel material).

(接合体10)
接合体10は、枠状部材7の開口部71内に配置され、枠状部材7に保持されている。接合体10は、平面視において、矩形状である。接合体10は、カソード2(第1電極の一例)、アノード3(第2電極の一例)、電解質膜4、及び複数の折り曲げ部41を備える。接合体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が用いられている。
(Joint body 10)
The joint body 10 is arranged in the opening 71 of the frame-shaped member 7 and is held by the frame-shaped member 7. The joint body 10 has a rectangular shape in a plan view. The bonded body 10 includes a cathode 2 (an example of a first electrode), an anode 3 (an example of a second electrode), an electrolyte membrane 4, and a plurality of bent portions 41. The junction 10 generates electricity at a relatively low temperature (for example, 50 ° C. to 250 ° C.) based on the following electrochemical reaction formula. However, in the following electrochemical reaction formula, methanol is used as an example of fuel.

・カソード2: 3/2O+3HO+6e→6OH
・アノード3: CHOH+6OH→6e+CO+5H
・全体 : CHOH+3/2O→CO+2H
・ Cathode 2: 3 / 2O 2 + 3H 2 O + 6e → 6OH
・ Anode 3: 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2)
図1に示すように、カソード2は、電解質膜4の一方面(図1の上面)に配置されている。カソード2は、一般的に空気極と呼ばれる陽極である。燃料電池100の発電中、カソード2には、上述したように、セパレータ11のガス流路111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2は、内部に酸化剤を拡散可能な多孔質体である。カソード2の気孔率は特に制限されない。カソード2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。
(Cathode 2)
As shown in FIG. 1, the cathode 2 is arranged on one surface (upper surface of FIG. 1) of the electrolyte membrane 4. The cathode 2 is an anode generally called an air electrode. During power generation of the fuel cell 100, as described above, an oxidizing agent containing oxygen (O 2 ) is supplied to the cathode 2 via the gas flow path 111 of the separator 11. As the oxidizing agent, it is preferable to use air, and it is more preferable that the air is humidified. The cathode 2 is a porous body capable of diffusing an oxidizing agent inside. The porosity of the cathode 2 is not particularly limited. The thickness of the cathode 2 is not particularly limited, but can be, for example, 10 to 200 μm.

カソード2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、Os、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2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0.1〜10mg/cm、より好ましくは、0.1〜5mg/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2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)、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 2 is not particularly limited as long as it contains a known air electrode catalyst used for AFC. Examples of cathode catalysts include Group 8-10 elements (IUPAC format periodic table) such as group 11 elements (Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt) and group 11 elements (Fe, Co, Ni). Group 8-10 elements), Group 11 elements such as Cu, Ag, Au (elements belonging to Group 11 in the periodic table in the IUPAC format), rhodium phthalocyanine, tetraphenylporphyrin, Co-salen, Ni-salen ( Salen = N, N'-bis (salicylidene) ethylenediamine), silver nitrate, and any combination thereof. The amount of the catalyst supported on the cathode 2 is not particularly limited, but is preferably 0.1 to 10 mg / cm 2 , more preferably 0.1 to 5 mg / cm 2 . The cathode catalyst is preferably supported on carbon. Preferred examples of the cathode 2 or the catalyst constituting the cathode 2 are platinum-supported carbon (Pt / C), palladium-supported carbon (Pd / C), rhodium-supported carbon (Rh / C), nickel-supported carbon (Ni / C), and the like. Copper-supported carbon (Cu / C) and silver-supported carbon (Ag / C) can be mentioned.

カソード2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膜4の一方面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 2 is not particularly limited, but it can be formed, for example, by mixing a cathode catalyst and a carrier if desired with a binder to form a paste, and applying this paste-like mixture to one surface of the electrolyte membrane 4. ..

(アノード3)
アノード3は、電解質膜4の他方面(図1の下面)に配置されている。アノード3は、一般的に燃料極と呼ばれる陰極である。燃料電池100の発電中、アノード3には、セパレータ11のガス流路111を介して、水素原子(H)を含む燃料が供給される。アノード3は、内部に燃料を拡散可能な多孔質体である。アノード3の気孔率は特に制限されない。アノード3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。
(Anode 3)
The anode 3 is arranged on the other surface (lower surface of FIG. 1) of the electrolyte membrane 4. The anode 3 is a cathode generally called a fuel electrode. During power generation of the fuel cell 100, fuel containing a hydrogen atom (H) is supplied to the anode 3 via the gas flow path 111 of the separator 11. The anode 3 is a porous body capable of diffusing fuel inside. The porosity of the anode 3 is not particularly limited. The thickness of the anode 3 is not particularly limited, but can be, for example, 10 to 500 μm.

アノード3は、一般的に燃料極と呼ばれる陰極である。燃料電池100の発電中、アノード3には、上述したようにセパレータ11のガス流路111を介して、水素原子(H)を含む燃料が供給される。 The anode 3 is a cathode generally called a fuel electrode. During power generation of the fuel cell 100, fuel containing a hydrogen atom (H) is supplied to the anode 3 via the gas flow path 111 of the separator 11 as described above.

燃料は、アノード3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。 The fuel may contain a fuel compound capable of reacting with hydroxide ions (OH ) at the anode 3, and may be in the form of either a liquid fuel or a gaseous fuel.

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 ), hydrated hydrazine (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 ), monomethylhydrazine (CH 3 NHNH 2 ), dimethylhydrazine ((CH 3 ) 2 NNH 2 , CH 3 NHNHCH 3 ), and hydrazines such as carboxylic hydrazine ((NHNH 2 ) 2 CO). Class, (ii) urea (NH 2 CONH 2 ), (iii) ammonia (NH 3 ), (iv) imidazole, 1,3,5-triazine, 3-amino-1,2,4-triazole and other heterocycles. Examples thereof include compounds such as (v) hydroxylamines such as hydroxylamine (NH 2 OH) and hydroxylamine sulfate (NH 2 OH · H 2 SO 4 ), and combinations thereof. Of these fuel compounds, carbon-free compounds (ie, hydrazine, hydrated hydrazine, hydrazine sulfate, ammonia, hydroxylamine, hydroxylamine sulfate, etc.) are particularly suitable because they do not have the problem of catalytic poisoning by carbon monoxide. be.

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1〜90重量%であり、好ましくは1〜30重量%である。 The fuel compound may be used as it is as a fuel, or may be used as a solution dissolved in water and / or an alcohol (for example, a lower alcohol such as methanol, ethanol, propanol or isopropanol). For example, among the above fuel compounds, hydrazine, hydrated hydrazine, monomethylhydrazine and dimethylhydrazine are liquids and can be used as they are as liquid fuels. In addition, hydrazine carbonate, hydrazine sulfate, carboxylic hydrazine, urea, imidazole, and 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 is soluble in water. As described above, the solid fuel compound can be dissolved in water or alcohol and used as a liquid fuel. When the fuel compound is dissolved in water and / or alcohol and used, the concentration of the fuel compound in the solution is, for example, 1 to 90% by weight, preferably 1 to 30% 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、本実施形態に係る燃料電池100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 and ethers, a hydrocarbon-based gas such as methane, or pure hydrogen can be used as it is as a fuel. In particular, methanol is suitable as the fuel used in the fuel cell 100 according to the present embodiment. Methanol may be in a gaseous state, a liquid state, or a gas-liquid mixed state.

アノード3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3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)、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 3 is not particularly limited as long as it contains a known anode catalyst used for AFC. Examples of anode catalysts 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. Further, 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 3 and the catalysts constituting the anode 3 are nickel, cobalt, silver, platinum-supported carbon (Pt / C), palladium-supported carbon (Pd / C), rhodium-supported carbon (Rh / C), and nickel-supported carbon. (Ni / C), copper-supported carbon (Cu / C), and silver-supported carbon (Ag / C) can be mentioned.

アノード3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膜4の他方面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 3 is not particularly limited, but the anode 3 can be formed, for example, by mixing the anode catalyst and, if desired, a carrier with a binder to form a paste, and applying this paste-like mixture to the other surface of the electrolyte membrane 4. ..

(電解質膜4)
電解質膜4は、枠状部材7の開口部71内に配置されている。電解質膜4は、枠状部材7によって保持されている。電解質膜4は、カソード2及びアノード3よりも緻密である。例えば、電解質膜4の気孔率は、0〜7%程度である。
(Electrolyte membrane 4)
The electrolyte membrane 4 is arranged in the opening 71 of the frame-shaped member 7. The electrolyte membrane 4 is held by the frame-shaped member 7. The electrolyte membrane 4 is denser than the cathode 2 and the anode 3. For example, the porosity of the electrolyte membrane 4 is about 0 to 7%.

電解質膜4は、カソード2とアノード3との間に配置される。電解質膜4は、カソード2及びアノード3のそれぞれに接続される。電解質膜4の一方面にはカソード2が配置されており、他方面にはアノード3が配置されている。電解質膜4は、平面視において、矩形状である。 The electrolyte membrane 4 is arranged between the cathode 2 and the anode 3. The electrolyte membrane 4 is connected to each of the cathode 2 and the anode 3. The cathode 2 is arranged on one surface of the electrolyte membrane 4, and the anode 3 is arranged on the other surface. The electrolyte membrane 4 has a rectangular shape in a plan view.

図2及び図3に示すように、電解質膜4の一方面において、外周縁部41を除く領域には、カソード2が配置されている。電解質膜4の一方面において、外周縁部41は、カソード2から露出している。 As shown in FIGS. 2 and 3, the cathode 2 is arranged on one surface of the electrolyte membrane 4 in a region other than the outer peripheral edge portion 41. On one side of the electrolyte membrane 4, the outer peripheral edge 41 is exposed from the cathode 2.

また、電解質4の他方面において、外周縁部41を除く領域には、アノード3が配置されている。電解質膜4の他方面において、外周縁部41は、アノード3から露出している。すなわち、電解質膜4の外周縁部41には、カソード2もアノード3も配置されていない。本実施形態では、カソード2とアノード3とは、その大きさが略同じに形成されているが、カソード2がアノード3より大きくてもよいし、アノード3がカソード2より大きくてもよい。 Further, on the other surface of the electrolyte 4, the anode 3 is arranged in a region other than the outer peripheral edge portion 41. On the other side of the electrolyte membrane 4, the outer peripheral edge 41 is exposed from the anode 3. That is, neither the cathode 2 nor the anode 3 is arranged on the outer peripheral edge portion 41 of the electrolyte membrane 4. In the present embodiment, the cathode 2 and the anode 3 are formed to have substantially the same size, but the cathode 2 may be larger than the anode 3 or the anode 3 may be larger than the cathode 2.

(折り曲げ部42)
折り曲げ部42は、接合体10の外周縁部に配置されている。詳細には、折り曲げ部42は、電解質膜4の外周縁部41に配置されている。折り曲げ部42は、接合体10の隅部に配置されている。詳細には、折り曲げ部42は、電解質膜4の隅部に配置されている。本実施形態では、各隅部に少なくとも1つの折り曲げ部42が配置されている。折り曲げ部42は、電解質膜4の隅部に沿って湾曲している。折り曲げ部42の平面視形状は、例えば、略円弧状である。
(Bent portion 42)
The bent portion 42 is arranged on the outer peripheral edge portion of the joint body 10. Specifically, the bent portion 42 is arranged on the outer peripheral edge portion 41 of the electrolyte membrane 4. The bent portion 42 is arranged at a corner of the joint body 10. Specifically, the bent portion 42 is arranged at a corner of the electrolyte membrane 4. In the present embodiment, at least one bent portion 42 is arranged at each corner portion. The bent portion 42 is curved along the corner portion of the electrolyte membrane 4. The plan view shape of the bent portion 42 is, for example, a substantially arc shape.

折り曲げ部42は、畝状に折り曲げられている。本実施形態では、折り曲げ部42は、電解質膜4の一方面において凹んでおり、電解質膜4の他方面において突出している。すなわち、折り曲げ部42は、アノード3側に突出するように折り曲げられている。なお、折り曲げ部42は、電解質膜4の一方面において突出しており、電解質膜4の他方面において凹んでいてもよい。すなわち、折り曲げ部42は、カソード2側に突出するように折り曲げられていてもよい。 The bent portion 42 is bent in a ridge shape. In the present embodiment, the bent portion 42 is recessed on one surface of the electrolyte membrane 4 and protrudes on the other surface of the electrolyte membrane 4. That is, the bent portion 42 is bent so as to project toward the anode 3. The bent portion 42 may protrude on one surface of the electrolyte membrane 4 and may be recessed on the other surface of the electrolyte membrane 4. That is, the bent portion 42 may be bent so as to project toward the cathode 2.

折り曲げ部42は、接合体10の外周縁部が延びる方向に沿って延びている。詳細には、折り曲げ部42は、電解質膜4の外周縁部41が延びる方向に沿って延びている。より詳細には、折り曲げ部42は、カソード2及びアノード3に沿って延びている。本実施形態では、折り曲げ部42は、カソード2及びアノード3の角部に沿って延びている。 The bent portion 42 extends along the direction in which the outer peripheral edge portion of the joint body 10 extends. Specifically, the bent portion 42 extends along the direction in which the outer peripheral edge portion 41 of the electrolyte membrane 4 extends. More specifically, the bent portion 42 extends along the cathode 2 and the anode 3. In this embodiment, the bent portion 42 extends along the corners of the cathode 2 and the anode 3.

この折り曲げ部42の幅wは、例えば、10〜2000μm程度とすることができる。また、折り曲げ部42の深さdは、例えば、1〜200μm程度とすることができる。なお、折り曲げ部42の幅wは、折り曲げ部42のうち突出している部分の幅とすることができる。また、折り曲げ部42の深さdは、折り曲げ部42のうち凹んでいる部分の深さとすることができる。折り曲げ分44の幅W及び深さdは、折り曲げ部42の任意の10箇所において図3のような折り曲げ部42が延びる方向と直交する断面写真を撮影し、その各断面写真に基づいて測定した数値の平均値とすることができる。この折り曲げ部42は、例えば、エンボス加工などによって形成することができる。 The width w of the bent portion 42 can be, for example, about 10 to 2000 μm. Further, the depth d of the bent portion 42 can be, for example, about 1 to 200 μm. The width w of the bent portion 42 can be the width of the protruding portion of the bent portion 42. Further, the depth d of the bent portion 42 can be the depth of the recessed portion of the bent portion 42. The width W and the depth d of the bent portion 44 were measured based on the cross-sectional photographs taken at arbitrary 10 points of the bent portion 42 and orthogonal to the direction in which the bent portion 42 extends as shown in FIG. It can be the average value of the numerical values. The bent portion 42 can be formed by, for example, embossing.

(電解質膜4の詳細)
図4は、電解質膜4の断面を拡大して示す模式図である。電解質膜4は、多孔質基材5と、無機固体電解質体6とを有する。
(Details of Electrolyte Membrane 4)
FIG. 4 is a schematic view showing an enlarged cross section of the electrolyte membrane 4. The electrolyte membrane 4 has a porous base material 5 and an inorganic solid electrolyte body 6.

多孔質基材5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5は、連続孔5aを形成する。連続孔5a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5の外表面に露出している。連続孔5aには、無機固体電解質体6が含浸されている。 The porous base material 5 has a three-dimensional network structure. The "three-dimensional network structure" is a structure in which the constituent substances of the base material are three-dimensionally and network-likely connected. The porous base material 5 forms continuous pores 5a. The continuous pores 5a are formed by connecting the pores in a three-dimensional and mesh-like manner, and are exposed on the outer surface of the porous base material 5. The continuous pores 5a are impregnated with the inorganic solid electrolyte body 6.

多孔質基材5は、高分子材料などによって構成することができる。このような高分子材料としては、例えば、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、ポリフッ化ビニリデン)、セルロース、ナイロン、ポリエチレン及びこれらの任意の組合せが挙げられる。多孔質基材5をフレキシブル性の高分子材料で構成する場合には、気孔率を高め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5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 base material 5 can be made of a polymer material or the like. Examples of such polymer materials include polystyrene, polyether sulfone, polypropylene, epoxy resin, polyphenylene sulfide, fluororesin (tetrafluorinated resin: PTFE, etc., polyvinylidene fluoride), cellulose, nylon, polyethylene, and the like. Any combination can be mentioned. When the porous base material 5 is made of a flexible polymer material, the thickness can be easily reduced while increasing the porosity, so that the hydroxide ion conductivity can be improved. As the porous base material 5 made of a polymer material, a microporous membrane as commercially available as a separator for a lithium battery can be used.

多孔質基材5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5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 5 is not particularly limited, but can be, for example, 200 μm or less, preferably 100 μm or less, more preferably 75 μm or less, still more 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 5 may be appropriately set according to the intended use, 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5の断面における連続孔5a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5に支持体としての強度を付与しつつ、無機固体電解質体6の緻密度を向上させることができる。連続孔5aの平均内径とは、多孔質基材5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5a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5aの円相当径とは、観察画像において、連続孔5a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5a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 pores 5a in the cross section of the porous substrate 5 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. It is 001 to 1.0 μm, more preferably 0.001 to 0.75 μm, and particularly preferably 0.001 to 0.5 μm. By setting the content within these ranges, the density of the inorganic solid electrolyte body 6 can be improved while imparting strength as a support to the porous base material 5. The average inner diameter of the continuous holes 5a is obtained by arithmetically averaging the equivalent circle diameters of the continuous holes 5a at 20 randomly selected locations on the observation image when the cross section of the porous substrate 5 is observed with an electron microscope. can get. The circle-equivalent diameter of the continuous hole 5a is the diameter of a circle having the same area as the cross-sectional area of the continuous hole 5a in the observation image. The magnification of the electron microscope may be appropriately set according to the cross-sectional size of the continuous hole 5a.

連続孔5a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5に支持体としての強度を確保しつつ、無機固体電解質体6の緻密度を向上させることができる。連続孔5a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 fraction of the continuous hole 5a is not particularly limited, but can be, for example, 10 to 60%, preferably 15 to 55%, and more preferably 20 to 50%. Within these ranges, the density of the inorganic solid electrolyte 6 can be improved while ensuring the strength of the porous base material 5 as a support. The volume fraction of the continuous hole 5a can be measured by the Archimedes method.

また、図4では図示されていないが、多孔質基材5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5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5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6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5a→多孔質基材5内の細孔→連続孔5aという短距離イオン伝導パスや、連続孔5a→多孔質基材5内の細孔→第2膜状部63、或いは、第1膜状部62→多孔質基材5内の細孔→第2膜状部63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61内のイオン伝導可能領域が広がるため、電解質膜4全体としてのイオン伝導性を向上させることができる。 Further, although not shown in FIG. 4, the porous base material 5 preferably has a plurality of pores inside itself. The plurality of pores may be connected to each other inside the porous base material 5. It is more preferable that each pore is an open pore that opens on the surface of the porous base material 5, and each pore is impregnated with the inorganic solid electrolyte body 6. As a result, a short-distance ion conduction path of continuous pores 5a → pores in the porous substrate 5 → continuous pores 5a, continuous pores 5a → pores in the porous substrate 5, → second film-like portion 63, or , The long-distance ion conduction path of the first film-like portion 62 → the pores in the porous substrate 5 → the second film-like portion 63 can be formed. As a result, the ionic conductive region in the composite portion 61 is widened, so that the ionic conductivity of the electrolyte membrane 4 as a whole can be improved.

無機固体電解質体6は、水酸化物イオン伝導性を有する。燃料電池100の発電中、無機固体電解質体6は、カソード2側からアノード3側に水酸化物イオン(OH)を伝導させる。無機固体電解質体6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6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 6 has hydroxide ion conductivity. During power generation of the fuel cell 100, the inorganic solid electrolyte body 6 conducts hydroxide ions (OH −) from the cathode 2 side to the anode 3 side. The hydroxide ion conductivity of the inorganic solid electrolyte 6 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 6, the more preferable it is, and the upper limit thereof is not particularly limited, but is, for example, 10 mS / cm.

無機固体電解質体6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、層状複水酸化物(LDH:Layered Double Hydroxide)が好適である。 The inorganic solid electrolyte body 6 can be made of a ceramic material having hydroxide ion conductivity. As such a ceramic material, layered double hydroxide (LDH) is 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 The basic composition represented by the general formula of n− is an n-valent anion, n is an integer of 1 or more, x is 0.1 to 0.4, and m is an arbitrary integer meaning 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+, and examples of a n- is CO 3 2- and OH - are exemplified. 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。 LDH is composed of a plurality of hydroxide basic layers and an intermediate layer interposed between the plurality of hydroxide basic layers. Intermediate layer is composed of an anion and H 2 O. The hydroxide basic layer contains, for example, Ni, Al, Ti and OH groups when the metal M is Ni, Al, Ti. 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. Nickel ions in LDH are typically considered to be Ni 2+ , but are not particularly limited as other valences such as Ni 3+ are possible. Al in LDH can take the form of aluminum ions. Aluminum ions in LDH are typically considered to be Al 3+ , but are not particularly limited as other valences are possible. Ti in LDH can take the form of titanium ions. Titanium ions in LDH are typically considered to be Ti 4+ , but are not particularly limited as other valences such as Ti 3+ are possible. The hydroxide basic layer preferably contains Ni, Al, Ti and OH groups as main components, but may contain other elements or ions, or may contain unavoidable impurities. The unavoidable impurity is an arbitrary element that can be unavoidably mixed in the production method, and can be mixed in LDH, for example, derived from 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。 Intermediate layer of LDH is composed of anionic and H 2 O. The anion is a monovalent or higher anion, preferably a monovalent or divalent ion. Preferably, the anions in LDH contain 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 fixed, it is impractical or impossible to specify LDH strictly by a general formula. Assuming that the basic hydroxide layer is mainly composed of Ni 2+ , Al 3+ , Ti 4+ and OH groups, LDH is expressed by the general formula: Ni 2+ 1-xy 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 0.01 ≦ x ≦ 0.5, 0 <y <1, preferably 0.01 ≦ y ≦ 0.5, 0 <x + y <1, m is 0 or more, typically more than 0 or 1 or more It can be expressed by the basic composition (which is a real number of). 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). It should be understood as replaceable with other valence elements or ions or elements or ions that can be unavoidably mixed in the process.

無機固体電解質体6は、複合部61(イオン伝導体の一例)、第1膜状部62、及び第2膜状部63を有する。 The inorganic solid electrolyte body 6 has a composite portion 61 (an example of an ionic conductor), a first film-like portion 62, and a second film-like portion 63.

複合部61は、第1膜状部62と第2膜状部63との間に配置される。複合部61は、多孔質基材5に充填されている。詳細には、複合部61は、多孔質基材5の連続孔5a内に配置される。複合部61は、多孔質基材5の連続孔5a内に含浸されており、多孔質基材5と一体化している。このように、無機固体電解質体6を多孔質基材5で支持することによって、無機固体電解質体6の強度を向上できるため、無機固体電解質体6を薄くすることができる。その結果、電解質膜4の低抵抗化を図ることができる。 The composite portion 61 is arranged between the first film-like portion 62 and the second film-like portion 63. The composite portion 61 is filled in the porous base material 5. Specifically, the composite portion 61 is arranged in the continuous pores 5a of the porous base material 5. The composite portion 61 is impregnated in the continuous pores 5a of the porous base material 5 and is integrated with the porous base material 5. By supporting the inorganic solid electrolyte body 6 with the porous base material 5 in this way, the strength of the inorganic solid electrolyte body 6 can be improved, so that the inorganic solid electrolyte body 6 can be made thinner. As a result, the resistance of the electrolyte membrane 4 can be reduced.

本実施形態において、複合部61は、多孔質基材5の連続孔5aの略全域に広がる。ただし、無機固体電解質体6が第1膜状部62及び第2膜状部63の少なくとも一方を有さない場合、複合部61は、多孔質基材5の一部にのみ含浸されていてもよい。 In the present embodiment, the composite portion 61 extends over substantially the entire area of the continuous pores 5a of the porous base material 5. However, when the inorganic solid electrolyte body 6 does not have at least one of the first film-like portion 62 and the second film-like portion 63, the composite portion 61 may be impregnated only in a part of the porous base material 5. good.

ここで、複合部61は、その内部に形成された複数の閉気孔611を有する。このような閉気孔611が複合部61の内部に形成されるため、燃料電池100の作動中に複合部61の含水状況の変動に起因する電解質膜4の体積変化を緩和させることができる。これにより、電解質膜4とカソード2との界面、又は/及び電解質膜4とアノード3との界面に応力が発生することを抑制できる。その結果、カソード2又は/及びアノード3から電解質膜4が剥離したり、電解質膜4自体が変形したりすることを抑制できる。 Here, the composite portion 61 has a plurality of closed pores 611 formed inside the composite portion 61. Since such closed pores 611 are formed inside the composite portion 61, it is possible to alleviate the volume change of the electrolyte membrane 4 due to the change in the water content of the composite portion 61 during the operation of the fuel cell 100. As a result, it is possible to suppress the generation of stress at the interface between the electrolyte membrane 4 and the cathode 2 and / and the interface between the electrolyte membrane 4 and the anode 3. As a result, it is possible to prevent the electrolyte membrane 4 from peeling off from the cathode 2 and / and the anode 3 and the electrolyte membrane 4 itself from being deformed.

さらに、閉気孔611が複合部61の内部に形成されることで、複合部61に柔軟性を付与することができるため、燃料電池100内の温度分布に起因して、カソード2と電解質膜4との界面、又は/及び、アノード3と電解質膜4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2又は/及びアノード3から電解質膜4が剥離したり、或いは、電解質膜4自体が変形したりすることを抑制できる。 Further, since the closed pores 611 are formed inside the composite portion 61 to impart flexibility to the composite portion 61, the cathode 2 and the electrolyte membrane 4 are caused by the temperature distribution in the fuel cell 100. It is possible to suppress the generation of thermal stress at the interface with and / or at the interface between the anode 3 and the electrolyte membrane 4. Therefore, it is possible to prevent the electrolyte membrane 4 from peeling off from the cathode 2 and / and the anode 3 or the electrolyte membrane 4 itself from being deformed.

閉気孔611は、多孔質基材5から離れている。すなわち、閉気孔611は、複合部61の内部に閉じこめられており、連続孔5aの内表面と直接的に接触しない。これによって、閉気孔611が多孔質基材5に直接接触する場合に比べて、電解質膜4に体積変化や変形が生じた場合に、多孔質基材5、複合部61及び閉気孔611の三者で作られる角部を起点として、複合部61が多孔質基材5から剥離することを抑制できる。 The closed pores 611 are separated from the porous substrate 5. That is, the closed air hole 611 is confined inside the composite portion 61 and does not come into direct contact with the inner surface of the continuous hole 5a. As a result, when the electrolyte membrane 4 undergoes a volume change or deformation as compared with the case where the closed pores 611 come into direct contact with the porous base material 5, the porous base material 5, the composite portion 61, and the closed pores 611 are three. It is possible to prevent the composite portion 61 from peeling off from the porous base material 5 starting from the corner portion made by the person.

各閉気孔611の平均円相当径は特に制限されないが、例えば、0.001〜1.0μmとすることができる。各閉気孔611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61の柔軟性をより向上させることができる。また、各閉気孔611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2に供給される酸化剤がアノード3側に透過したり、或いは、アノード3に供給される燃料がカソード2側に透過したりすることを抑制できる。 The average circle-equivalent diameter of each closed hole 611 is not particularly limited, but can be, for example, 0.001 to 1.0 μm. The average circle-equivalent diameter of each closed hole 611 is preferably 0.001 μm or more, more preferably 0.002 μm or more. Thereby, the flexibility of the composite portion 61 can be further improved. The average circle-equivalent diameter of each closed hole 611 is preferably 1.0 μm or less, more preferably 0.8 μm or less. As a result, it is possible to prevent the oxidizing agent supplied to the cathode 2 from permeating to the anode 3 side, or the fuel supplied to the anode 3 from permeating to the cathode 2 side.

各閉気孔611の平均円相当径は、電解質膜4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611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611の円相当径とは、電解質膜4の断面において、閉気孔611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611は、複合部61の柔軟性向上への寄与が極めて小さいため、各閉気孔611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 circle-equivalent diameter of each closed pore 611 is the circle-equivalent diameter of 20 randomly selected pores 611 obtained by observing the cross section of the electrolyte membrane 4 with an electron microscope of 20,000 to 1,500,000 times. Obtained by arithmetic averaging. The circle-equivalent diameter of the closed pores 611 is the diameter of a circle having the same area as the closed pores 611 in the cross section of the electrolyte membrane 4. However, since the closed pores 611 having a diameter equivalent to a circle of 0.001 μm or less have an extremely small contribution to improving the flexibility of the composite portion 61, they should be excluded when determining the average diameter equivalent to a circle of each closed hole 611. do.

第1膜状部62は、複合部61のカソード2側に連なる。第1膜状部62は、膜状に形成される。第1膜状部62は、複合部61と一体的に形成される。第2膜状部63は、複合部61のアノード3側に連なる。第2膜状部63は、膜状に形成される。第2膜状部63は、複合部61と一体的に形成される。第1膜状部62及び第2膜状部63それぞれは、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。第1膜状部62及び第2膜状部63それぞれは、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62及び第2膜状部63それぞれ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。 The first film-like portion 62 is connected to the cathode 2 side of the composite portion 61. The first film-like portion 62 is formed in a film-like shape. The first film-like portion 62 is formed integrally with the composite portion 61. The second film-like portion 63 is connected to the anode 3 side of the composite portion 61. The second film-like portion 63 is formed in a film-like shape. The second film-like portion 63 is integrally formed with the composite portion 61. Each of the first film-shaped portion 62 and the second film-shaped portion 63 can be made of a ceramic material having hydroxide ion conductivity. Each of the first film-like portion 62 and the second film-like portion 63 may be formed in a uniform planar shape, or may be patterned into a desired planar shape such as a striped shape. The thickness of each of the first film-like portion 62 and the second film-like portion 63 is not particularly limited, but can be, for example, 10 μm or less, preferably 7 μm or less, and more preferably 5 μm or less.

(無機固体電解質体6の製造方法)
無機固体電解質体6の作製方法は特に限定されないが、無機固体電解質体6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。
(Manufacturing method of inorganic solid electrolyte body 6)
The method for producing the inorganic solid electrolyte 6 is not particularly limited, but when the inorganic solid electrolyte 6 is composed of LDH and the hydroxide basic layer of LDH contains Ni, Al, Ti and OH groups, the following It can be produced by the steps (1) to (4) of.

(1)多孔質基材5を用意する。 (1) Prepare the porous base material 5.

(2)多孔質基材5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5の表面全体からLDHを成長させるには、多孔質基材5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5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) The entire porous base material 5 is impregnated with a mixed sol of alumina and titania and heat-treated to form an alumina-titania layer. As will be described later, in order to grow LDH from the entire surface of the porous base material 5, it is important to form an alumina-titania layer on the entire surface of the porous base material 5. Therefore, a mixed sol of alumina and titania. Is impregnated and heat-treated a plurality of times. As a result, the alumina-titania layer can be formed on the entire surface of the porous base material 5.

(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5を浸漬させる。 (3) The porous base material 5 is immersed in an aqueous solution of a raw material containing nickel ions (Ni 2+) and urea.

(4)原料水溶液中で多孔質基材5を水熱処理して、LDHを多孔質基材5上及び多孔質基材5中に形成させることによって、複合部61、第1膜状部62、及び第2膜状部63を有する無機固体電解質体6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61内に閉気孔611を形成させることができる。LDHは多孔質基材5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5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5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611を多孔質基材5から離すことができる。 (4) The composite portion 61, the first film-like portion 62, and the LDH are formed on the porous base material 5 and in the porous base material 5 by hydrothermally treating the porous base material 5 in the raw material aqueous solution. And an inorganic solid electrolyte body 6 having a second film-like portion 63 is formed. At this time, by appropriately adjusting the hydrothermal treatment time and the solution concentration, the reaction can be stopped before the pores are closed, so that the closed pores 611 can be formed in the composite portion 61. Since LDH grows around the alumina-titania layer formed on the surface of the porous base material 5, when the alumina-titania layer is formed on the entire surface of the porous base material 5, the porous base material 5 is used. LDH will grow from the entire surface of the. As a result, the closed pores 611 can be separated from the porous substrate 5.

(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。
(Modified example of the embodiment)
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto, 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、折り曲げ部42は電解質膜4の隅部に形成されているが、これに限定されない。例えば、図5に示すように、折り曲げ部42は、電解質膜4の外周縁部41の隅部以外の部分において、直線状に延びていてもよい。なお、折り曲げ部42は、連続的に延びていてもよいし、図6に示すように、断続的に延びていてもよい。
Modification 1
In the above embodiment, the bent portion 42 is formed at a corner portion of the electrolyte membrane 4, but the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. 5, the bent portion 42 may extend linearly in a portion other than the corner portion of the outer peripheral edge portion 41 of the electrolyte membrane 4. The bent portion 42 may be continuously extended or may be intermittently extended as shown in FIG.

変形例2
図7に示すように、折り曲げ部42は、カソード2に沿って、環状に延びていてもよい。また、図8に示すように、複数の折り曲げ部42が、電解質膜4の外周縁部41において、カソード2から枠状部材7に向かって延びていてもよい。詳細には、複数の折り曲げ部42が放射状に延びていてもよい。なお、各折り曲げ部42の両端は、カソード2及び枠状部材7と間隔をあけるように配置されているが、カソード2及び枠状部材7の少なくとも一方と接触するように配置されていてもよい。また、カソード2に沿って延びる折り曲げ部42と、放射状に延びる折り曲げ部42とが混在していてもよい。
Modification 2
As shown in FIG. 7, the bent portion 42 may extend in an annular shape along the cathode 2. Further, as shown in FIG. 8, a plurality of bent portions 42 may extend from the cathode 2 toward the frame-shaped member 7 at the outer peripheral edge portion 41 of the electrolyte membrane 4. Specifically, the plurality of bent portions 42 may extend radially. Both ends of each bent portion 42 are arranged so as to be spaced apart from the cathode 2 and the frame-shaped member 7, but may be arranged so as to be in contact with at least one of the cathode 2 and the frame-shaped member 7. .. Further, the bent portion 42 extending along the cathode 2 and the bent portion 42 extending radially may be mixed.

変形例3
図9及び図10に示すように、折り曲げ部42は、複数列となって延びている複数の折り曲げ部42を含んでいてもよい。各折り曲げ部42は、互いに間隔をあけて延びている。なお、各折り曲げ部42は、互いに沿って延びていることが好ましい。詳細には、各折り曲げ部42は、互いに実質的に平行に延びていることが好ましい。
Modification 3
As shown in FIGS. 9 and 10, the bent portion 42 may include a plurality of bent portions 42 extending in a plurality of rows. The bent portions 42 extend at intervals from each other. It is preferable that the bent portions 42 extend along each other. In particular, it is preferred that the bent portions 42 extend substantially parallel to each other.

変形例4
上記実施形態では、折り曲げ部42は外周縁部41のみに配置されているが、折り曲げ部42の配置はこれに限定されない。例えば、折り曲げ部42は、電解質膜4において、カソード2が形成される領域と外周縁部41とに亘って形成されていてもよい。
Modification 4
In the above embodiment, the bent portion 42 is arranged only on the outer peripheral edge portion 41, but the arrangement of the bent portion 42 is not limited to this. For example, the bent portion 42 may be formed in the electrolyte membrane 4 over the region where the cathode 2 is formed and the outer peripheral edge portion 41.

変形例5
図11に示すように、折り曲げ部42は、カソード2及びアノード3の少なくとも一方と接するように延びていてもよい。すなわち、折り曲げ部42は、外周縁部41の内周縁を通っていてもよい。例えば、折り曲げ部42は、矩形状のカソード2及びアノード3の少なくとも一方の角部を通るように延びている。
Modification 5
As shown in FIG. 11, the bent portion 42 may extend so as to be in contact with at least one of the cathode 2 and the anode 3. That is, the bent portion 42 may pass through the inner peripheral edge of the outer peripheral edge portion 41. For example, the bent portion 42 extends so as to pass through at least one corner of the rectangular cathode 2 and the anode 3.

変形例6
上記実施形態では、閉気孔611は、多孔質基材5から離れていたが、図12に示すように、閉気孔611は、多孔質基材5に接していてもよい。すなわち、閉気孔611は、連続孔5a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611が多孔質基材5から離れている場合に比べて、閉気孔611の存在による多孔質基材5の拘束面積を低減できるため、多孔質基材5自体の柔軟性を向上させることができる。そのため、電解質膜4に体積変化や変形が生じた場合に、カソード2と電解質膜4との界面、又は/及び、アノード3と電解質膜4との界面に応力が発生することをより抑制できる。
Modification 6
In the above embodiment, the closed pores 611 are separated from the porous base material 5, but as shown in FIG. 12, the closed pores 611 may be in contact with the porous base material 5. That is, the closed air hole 611 may be in direct contact with the inner surface of the continuous hole 5a. As a result, the constrained area of the porous base material 5 due to the presence of the closed pores 611 can be reduced as compared with the case where the closed pores 611 are separated from the porous base material 5, so that the flexibility of the porous base material 5 itself can be reduced. Can be improved. Therefore, when the volume of the electrolyte membrane 4 is changed or deformed, it is possible to further suppress the generation of stress at the interface between the cathode 2 and the electrolyte membrane 4 and / or the interface between the anode 3 and the electrolyte membrane 4.

変形例7
上記実施形態では、電解質膜4は、複数の閉気孔611を有することとしたが、閉気孔611を少なくとも1つ有していれば、閉気孔611を全く有していない場合に比べて、複合部61に柔軟性を付与することができるため、電解質膜4の剥離を抑制できる。
Modification 7
In the above embodiment, the electrolyte membrane 4 has a plurality of closed pores 611, but if it has at least one closed pore 611, it is more composite than the case where it does not have any closed pores 611. Since flexibility can be imparted to the portion 61, peeling of the electrolyte membrane 4 can be suppressed.

変形例8
上記実施形態では、閉気孔611の形状は断面が円形状に構成されていたが、閉気孔611の形状はこれに限定されない。例えば、閉気孔611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。
Modification 8
In the above embodiment, the shape of the closed hole 611 has a circular cross section, but the shape of the closed hole 611 is not limited to this. For example, the closed air hole 611 may have an elliptical cross section or may have another shape.

変形例9
上記実施形態では、多孔質基材5は、高分子材料によって構成されていたが、多孔質基材5の材質はこれに限定されない。例えば、多孔質基材5は、金属材料によっても構成することができる。多孔質基材5を構成する金属材料としては、ステンレス(Fe−Cr系合金、Fe−Ni−Cr系合金など)、アルミニウム、亜鉛、ニッケル、又は、チタンなどを用いることができる。このような金属材料は、高分子材料に比べて熱伝導性が高いため、多孔質基材5の放熱効率を向上させることができるとともに、多孔質基材5内の温度分布を低減させることができる。
Modification 9
In the above embodiment, the porous base material 5 is made of a polymer material, but the material of the porous base material 5 is not limited to this. For example, the porous base material 5 can also be made of a metal material. As the metal material constituting the porous base material 5, stainless steel (Fe—Cr alloy, Fe—Ni—Cr alloy, etc.), aluminum, zinc, nickel, titanium, or the like can be used. Since such a metal material has higher thermal conductivity than a polymer material, it is possible to improve the heat dissipation efficiency of the porous base material 5 and reduce the temperature distribution in the porous base material 5. can.

多孔質基材5は、例えば、多孔質金属材料(例えば、発砲金属材料)によって構成されるセル状又はモノリス状の構造物であってもよいし、細線金属材料によって構成されるメッシュ状の塊であってもよい。 The porous base material 5 may be, for example, a cell-like or monolith-like structure made of a porous metal material (for example, a foamed metal material), or a mesh-like mass made of a fine wire metal material. It may be.

多孔質基材5の表面には、絶縁膜が形成されていてもよい。絶縁膜は、Cr、Al、ZrO、MgO、MgAlなどによって構成することができる。多孔質基材5をステンレスによって構成する場合、ステンレスを酸化処理することにより、絶縁膜としてのCr膜を簡便に形成することができる。なお、第1及び第2膜状部62,63が、カソード2とアノード3との間に絶縁膜として機能するため、多孔質基材5の表面には、絶縁膜が形成されていなくてもよい。 An insulating film may be formed on the surface of the porous base material 5. The insulating film can be composed of Cr 2 O 3 , Al 2 O 3 , ZrO 2 , MgO, Mg Al 2 O 4, and the like. When the porous base material 5 is made of stainless steel, a Cr 2 O 3 film as an insulating film can be easily formed by oxidizing the stainless steel. Since the first and second film-like portions 62 and 63 function as an insulating film between the cathode 2 and the anode 3, even if the insulating film is not formed on the surface of the porous base material 5. good.

変形例10
上記実施形態では、無機固体電解質体6は、複合部61、第1膜状部62、及び第2膜状部63を有することとしたが、少なくとも複合部61を有していればよい。すなわち、無機固体電解質体6は、第1膜状部62及び第2膜状部63の少なくとも一方を備えていなくてよい。
Modification 10
In the above embodiment, the inorganic solid electrolyte body 6 has the composite portion 61, the first film-shaped portion 62, and the second film-shaped portion 63, but it is sufficient that the inorganic solid electrolyte body 6 has at least the composite portion 61. That is, the inorganic solid electrolyte body 6 does not have to include at least one of the first film-shaped portion 62 and the second film-shaped portion 63.

無機固体電解質体6が第1膜状部62を備えていない場合、複合部61は、多孔質基材5の連続孔5aの全体に含浸されていてもよいし、多孔質基材5の連続孔5aのうちカソード2側の領域にのみ含浸されていてもよい。多孔質基材5の連続孔5aのうちカソード2側の領域にのみ複合部61が含浸される場合、連続孔5aの空隙領域にはアノード3の少なくとも一部を配置すればよい。連続孔5aの空隙領域に配置されるアノード3は、連続孔5aに充填されていてもよいし、連続孔5a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 6 does not include the first film-like portion 62, the composite portion 61 may be impregnated in the entire continuous pores 5a of the porous base material 5, or may be continuously impregnated with the porous base material 5. Only the region of the hole 5a on the cathode 2 side may be impregnated. When the composite portion 61 is impregnated only in the region on the cathode 2 side of the continuous pores 5a of the porous base material 5, at least a part of the anode 3 may be arranged in the void region of the continuous pores 5a. The anode 3 arranged in the void region of the continuous hole 5a may be filled in the continuous hole 5a, or may be formed in a film shape so as to cover the inner surface of the continuous hole 5a.

無機固体電解質体6が第2膜状部63を備えていない場合、複合部61は、多孔質基材5の連続孔5aの全体に含浸されていてもよいし、多孔質基材5の連続孔5aのうちアノード3側の領域にのみ含浸されていてもよい。多孔質基材5の連続孔5aのうちアノード3側の領域にのみ複合部61が含浸される場合、連続孔5aの空隙領域にはカソード2の少なくとも一部を配置すればよい。連続孔5aの空隙領域に配置されるカソード2は、連続孔5aに充填されていてもよいし、連続孔5a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 6 does not include the second film-like portion 63, the composite portion 61 may be impregnated in the entire continuous pores 5a of the porous base material 5, or may be continuously impregnated with the porous base material 5. Only the region of the hole 5a on the anode 3 side may be impregnated. When the composite portion 61 is impregnated only in the region on the anode 3 side of the continuous pores 5a of the porous substrate 5, at least a part of the cathode 2 may be arranged in the void region of the continuous pores 5a. The cathode 2 arranged in the void region of the continuous hole 5a may be filled in the continuous hole 5a, or may be formed in a film shape so as to cover the inner surface of the continuous hole 5a.

変形例11
上記実施形態では、電解質膜4が支持体となっているが、接合体10の構成はこれに限定されない。例えば、図13に示すように、カソード2が支持体となっていてもよい。詳細には、カソード2は、枠状部材7の開口部71内に配置されている。そして、カソード2は、枠状部材7によって保持されている。電解質膜4は、カソード2の外周縁部21を除く領域に配置されている。この場合、折り曲げ部42は、カソード2の外周縁部21に配置されている。折り曲げ部42は、電解質膜4と接していなくてもよいし、電解質膜4と接していてもよい。なお、アノード3が支持体となっていてもよい。この場合、アノード3の外周縁部に折り曲げ部42が配置される。
Modification 11
In the above embodiment, the electrolyte membrane 4 is a support, but the configuration of the bonded body 10 is not limited to this. For example, as shown in FIG. 13, the cathode 2 may be a support. Specifically, the cathode 2 is arranged in the opening 71 of the frame-shaped member 7. The cathode 2 is held by the frame-shaped member 7. The electrolyte membrane 4 is arranged in a region excluding the outer peripheral edge portion 21 of the cathode 2. In this case, the bent portion 42 is arranged on the outer peripheral edge portion 21 of the cathode 2. The bent portion 42 may not be in contact with the electrolyte membrane 4, or may be in contact with the electrolyte membrane 4. The anode 3 may be a support. In this case, the bent portion 42 is arranged on the outer peripheral edge portion of the anode 3.

なお、カソード2の外周縁部21上に、緻密層が形成されていてもよい。緻密層は、カソード2よりも緻密である。例えば、緻密層の気孔率は、0〜7%程度である。また、緻密層を形成する代わりに、カソード2の外周縁部21のみを緻密にしてもよい。例えば、カソード2の外周縁部21を除く部分を多孔質体に形成し、カソード2の外周縁部21を緻密質体に形成してもよい。 A dense layer may be formed on the outer peripheral edge portion 21 of the cathode 2. The dense layer is denser than the cathode 2. For example, the porosity of the dense layer is about 0 to 7%. Further, instead of forming the dense layer, only the outer peripheral edge portion 21 of the cathode 2 may be made dense. For example, the portion of the cathode 2 other than the outer peripheral edge portion 21 may be formed in a porous body, and the outer peripheral edge portion 21 of the cathode 2 may be formed in a dense body.

変形例12
図14に示すように、カソード2が支持体となっており、電解質膜4がカソード2の一方面上の全体に形成されていてもよい。アノード3は、電解質膜4の外周縁部41を除く領域に配置されている。枠状部材7は、カソード2及び電解質膜4を保持している。折り曲げ部42は、カソード2の外周縁部21及び電解質膜4の外周縁部41に配置されている。
Modification 12
As shown in FIG. 14, the cathode 2 may be a support, and the electrolyte membrane 4 may be formed on one surface of the cathode 2. The anode 3 is arranged in a region excluding the outer peripheral edge portion 41 of the electrolyte membrane 4. The frame-shaped member 7 holds the cathode 2 and the electrolyte membrane 4. The bent portion 42 is arranged on the outer peripheral edge portion 21 of the cathode 2 and the outer peripheral edge portion 41 of the electrolyte membrane 4.

なお、アノード3が支持体となっていてもよい。この場合、電解質膜4がアノード3の一方面上の全体に形成される。そして、カソード2が電解質膜4の外周縁部41を除く領域に配置されている。枠状部材7は、アノード3及び電解質膜4を保持している。折り曲げ部42は、アノード3の外周縁部及び電解質膜4の外周縁部41に配置されている。 The anode 3 may be a support. In this case, the electrolyte membrane 4 is formed on the entire surface of the anode 3. The cathode 2 is arranged in a region excluding the outer peripheral edge portion 41 of the electrolyte membrane 4. The frame-shaped member 7 holds the anode 3 and the electrolyte membrane 4. The bent portion 42 is arranged on the outer peripheral edge portion of the anode 3 and the outer peripheral edge portion 41 of the electrolyte membrane 4.

変形例13
上記実施形態では、本発明に係る電気化学セルを固体アルカリ形燃料電池に適用した実施形態を説明したが、本発明に係る電気化学セルが適用される対象は固体アルカリ形燃料電池に限定されず、例えば、固体高分子形燃料電池などの他の燃料電池にも適用することができる。
Modification 13
In the above embodiment, the embodiment in which the electrochemical cell according to the present invention is applied to the polymer electrolyte fuel cell has been described, but the object to which the electrochemical cell according to the present invention is applied is not limited to the polymer electrolyte fuel cell. For example, it can be applied to other fuel cells such as polymer electrolyte fuel cells.

変形例14
上記実施形態では、カソード2が本発明の第1電極に相当し、アノード3が本発明の第2電極に相当するとしたが、アノード3が本発明の第1電極に相当し、カソード2が本発明の第2電極に相当してもよい。
Modification 14
In the above embodiment, the cathode 2 corresponds to the first electrode of the present invention and the anode 3 corresponds to the second electrode of the present invention. However, the anode 3 corresponds to the first electrode of the present invention and the cathode 2 corresponds to the present invention. It may correspond to the 2nd electrode of the invention.

2 カソード
3 アノード
4 電解質膜
41 外周縁部
42 折り曲げ部
5 多孔質基材
6 無機固体電解質体
61 複合部
62 第1膜状部
63 第2膜状部
7 枠状部材
71 開口部
10 接合体
2 Cathode 3 Anode 4 Electrolyte film 41 Outer peripheral edge 42 Bent part 5 Porous base material 6 Inorganic solid electrolyte 61 Composite part 62 First film part 63 Second film part 7 Frame-shaped member 71 Opening 10 Joined body

Claims (14)

開口部を有する枠状部材と、
前記枠状部材の開口部内に配置され、前記枠状部材に保持される電気化学セル用接合体と、
を備え、
前記電気化学セル用接合体は、外周縁部において、畝状に折り曲げられた複数の折り曲げ部を有し、
前記折り曲げ部は、前記電気化学セル用接合体の外周縁部において前記枠状部材に向かって放射状に延び、
前記電気化学セル用接合体は、
前記枠状部材に保持される第1電極と、
前記第1電極の一方面上の外周縁部を除く領域に配置される電解質膜と、
を有し、
前記折り曲げ部は、前記第1電極の外周縁部に配置され、
前記折り曲げ部は、前記電解質膜と接するように延びる、
電気化学セル。
A frame-shaped member with an opening and
An electrochemical cell joint disposed in the opening of the frame-shaped member and held by the frame-shaped member,
With
The electrochemical cell joint has a plurality of bent portions bent in a ridge shape at the outer peripheral edge portion.
The bent portion extends radially toward the frame-shaped member at the outer peripheral edge portion of the electrochemical cell joint.
The conjugate for an electrochemical cell is
The first electrode held by the frame-shaped member and
An electrolyte membrane arranged in a region excluding the outer peripheral edge portion on one surface of the first electrode, and
Have,
The bent portion is arranged on the outer peripheral edge portion of the first electrode.
The bent portion extends so as to be in contact with the electrolyte membrane.
Electrochemical cell.
前記電気化学セル用接合体は、前記電解質膜上に配置される第2電極を有する、
請求項1に記載の電気化学セル。
The electrochemical cell junction has a second electrode disposed on the electrolyte membrane.
The electrochemical cell according to claim 1.
前記折り曲げ部は、前記電解質膜から前記枠状部材に向かって放射状に延びる、
請求項1又は2に記載の電気化学セル。
The bent portion extends radially from the electrolyte membrane toward the frame-shaped member.
The electrochemical cell according to claim 1 or 2.
前記電気化学セル用接合体は、平面視において矩形状であり、
前記折り曲げ部は、前記電気化学セル用接合体の隅部に配置される、
請求項1から3のいずれかに記載の電気化学セル。
The joint for an electrochemical cell has a rectangular shape in a plan view, and has a rectangular shape.
The bent portion is arranged at a corner of the electrochemical cell joint.
The electrochemical cell according to any one of claims 1 to 3.
前記折り曲げ部は、連続的に延びる、
請求項1から4のいずれかに記載の電気化学セル。
The bent portion extends continuously,
The electrochemical cell according to any one of claims 1 to 4.
前記折り曲げ部は、断続的に延びる、
請求項1から4のいずれかに記載の電気化学セル。
The bent portion extends intermittently,
The electrochemical cell according to any one of claims 1 to 4.
前記電解質膜は、
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、
を有する、
請求項1から6のいずれかに記載の電気化学セル。
The electrolyte membrane is
A porous substrate that has a three-dimensional network structure and forms continuous pores,
An ionic conductor having ionic conductivity and arranged in the continuous pores,
Have,
The electrochemical cell according to any one of claims 1 to 6.
前記電解質膜は、前記多孔質基材の第1主面を覆う第1膜状部と、前記多孔質基材の第2主面を覆う第2膜状部と、を有する、
請求項7に記載の電気化学セル。
The electrolyte membrane has a first membranous portion that covers the first main surface of the porous base material and a second membranous portion that covers the second main surface of the porous base material.
The electrochemical cell according to claim 7.
前記イオン伝導体は、内部に閉気孔を有する、
請求項7又は8に記載の電気化学セル。
The ionic conductor has closed pores inside.
The electrochemical cell according to claim 7 or 8.
前記閉気孔は、前記多孔質基材から離れている、
請求項9に記載の電気化学セル。
The closed pores are separated from the porous substrate.
The electrochemical cell according to claim 9.
前記閉気孔は、前記多孔質基材に接している、
請求項9に記載の電気化学セル。
The closed pores are in contact with the porous substrate.
The electrochemical cell according to claim 9.
前記イオン伝導体は、前記閉気孔を含む複数の閉気孔を有する、
請求項9から11のいずれかに記載の電気化学セル。
The ionic conductor has a plurality of closed pores including the closed pores.
The electrochemical cell according to any one of claims 9 to 11.
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7から12のいずれかに記載の電気化学セル。
The porous substrate has pores inside and
The pores are impregnated with the ionic conductor.
The electrochemical cell according to any one of claims 7 to 12.
前記折り曲げ部は、厚さ方向において、前記電解質膜側に突出している、 The bent portion projects toward the electrolyte membrane side in the thickness direction.
請求項1から13のいずれかに記載に電気化学セル。The electrochemical cell according to any one of claims 1 to 13.
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