JPH0364857A - Porous electrode structure - Google Patents

Porous electrode structure

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JPH0364857A
JPH0364857A JP1198852A JP19885289A JPH0364857A JP H0364857 A JPH0364857 A JP H0364857A JP 1198852 A JP1198852 A JP 1198852A JP 19885289 A JP19885289 A JP 19885289A JP H0364857 A JPH0364857 A JP H0364857A
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porous electrode
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porous
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明 根岸
Kotaro Tanaka
耕太郎 田中
Toshihisa Masuda
増田 俊久
Takeshi Nozaki
健 野崎
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Abstract

PURPOSE:To ensure good gas permeability and to decrease electric resistance by patterning a specified geometrical shape and installing a layer conductive pattern in a porous electrode. CONSTITUTION:A porous electrode structure 40 has a porous electrode 21, which forms reaction parts and a current collecting pattern 31 which is patterned in the porous electrode 21 so as to have united layer relation. Even if the porous electrode 21 is densely structured and is thinned to increase gas permeability, attendant electric resistance is practically decreased by the conductive current collection pattern 31, because the reaction parts increase in number or total area. Effective resistance of the porous electrode structure 40 when conductive leads 23 are connected to an outside circuit is decrease seeing from outside circuit. High gas permeability and low electric resistance which are antinomic are achieved without any contradiction.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、燃料電池、ガス・センサ、アルカリ金属熱電
変換装置等において必要となる多孔質電極の構造的な改
良に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to structural improvements in porous electrodes required in fuel cells, gas sensors, alkali metal thermoelectric conversion devices, and the like.

[従来の技術] 上記したように、燃料電池、ガス・センナ、アルカリ金
属熱電変換装置(A MT E C:  Alkali
Metal Thermoelectric Conv
erter )等においては、その原理動作上、いわゆ
る多孔質電極が必須となるが、この多孔質電極にはまた
、少なくともいくつかの満たすべき条件が課せられる。
[Prior Art] As mentioned above, fuel cells, gas senna, alkali metal thermoelectric conversion devices (AMTEC)
Metal Thermoelectric Conv
erter) etc., a so-called porous electrode is essential due to its principle of operation, but this porous electrode is also subject to at least some conditions that must be met.

例えば、使用雰囲気下で化学的、物理的に安定であるこ
とはもちろん、自身の電気抵抗は小さい程良いとされ、
さらに反応ガスないし生成ガスの供給、放出が容易なよ
うに、良好な通気性を有することも求められる。
For example, in addition to being chemically and physically stable in the usage atmosphere, it is said that the lower the electrical resistance, the better.
Furthermore, it is also required to have good air permeability so that reaction gas or generated gas can be easily supplied and released.

この中、多孔質電極の化学的、物理的安定性については
、これまでの材料でも、十分満足なものがあり、特に問
題とするに足らないが、上記のような電気抵抗と通気性
ないし多孔性の良し悪しにとり、その原理的な動作メカ
ニズムを第5.6図に即し、簡単に説明する。
Among these, the chemical and physical stability of porous electrodes is sufficiently satisfactory even with existing materials, and is not a particular problem. The basic operating mechanism, both good and bad, will be briefly explained with reference to Figure 5.6.

電磁ポンプ15により供給された液体ナトリウム13は
、高温部16において900Kから1300に程度にま
で加熱される。この温度でナトリウムの蒸気圧は3.O
X 10’Paから2.6 X 10’Pa程度になる
。一方、固体電界質11を通過したナトリウム・イオン
(Na”)は、多孔質電極21にて中性化され、真空中
に蒸発し、300Kから400に程度の低温部17で凝
縮するが、このときのナトリウムの蒸気圧は、1.Ox
 10’Paから1.Ox 10 ’Pa程度となる。
The liquid sodium 13 supplied by the electromagnetic pump 15 is heated from 900K to about 1300K in the high temperature section 16. At this temperature, the vapor pressure of sodium is 3. O
It becomes from about 2.6 x 10'Pa to about 2.6 x 10'Pa. On the other hand, the sodium ions (Na'') that have passed through the solid electrolyte 11 are neutralized at the porous electrode 21, evaporated in vacuum, and condensed in the low temperature section 17 of about 300K to 400K. The vapor pressure of sodium is 1.Ox
10'Pa to 1. It becomes about Ox 10'Pa.

固体電界質11中のNa”イオンは、このような蒸気圧
差、すなわち濃度差により高温側から低温側に駆動され
、その後はポンプ15により、再び高温側に循環される
が、こうしたメカニズムにより、固体電界質11の高温
側界面で発生した電子は、多孔質電極21と液体ナトリ
ウムとの間に接続された外部負荷工8を介し、多孔質電
極2工に達するため、外部負荷18の両端に電位差Eが
生じ、換言すれば当該負荷18に電力を与えることがで
きる。
The Na'' ions in the solid electrolyte 11 are driven from the high temperature side to the low temperature side by the vapor pressure difference, that is, the concentration difference, and are then circulated back to the high temperature side by the pump 15. Electrons generated at the high-temperature side interface of the electrolyte 11 reach the porous electrode 2 via the external load 8 connected between the porous electrode 21 and the liquid sodium, so there is a potential difference between both ends of the external load 18. In other words, power can be given to the load 18.

これは、第6図に模式的に示した多孔質電極周りの現象
で、より詳しく説明することができる。
This phenomenon can be explained in more detail by referring to the phenomenon around the porous electrode schematically shown in FIG.

図示の場合、固体電界質1111としてはこの種の分野
で良く用いられているβ°°−アル主すが例示されてい
るが、液体ナトリウム13はこの固体電界質1111を
Na+イオンとして通過し、多孔質電極21に接すると
そこで電子を貰い、それまでイオン化していてNa”で
あったものがNaとなって蒸気化し、その状態で多孔質
電極中を通過して凝縮面17に向かい、再度、液化され
る。
In the illustrated case, the solid electrolyte 1111 is exemplified by β°°-aluminum, which is often used in this type of field, and the liquid sodium 13 passes through this solid electrolyte 1111 as Na+ ions. When it comes into contact with the porous electrode 21, it receives electrons, and what was previously ionized as Na becomes Na and vaporizes, passing through the porous electrode and heading towards the condensing surface 17, where it is ionized again. , liquefied.

凝縮面17は第5図中の放熱部17の一部と考えて良い
が、いずれにしろ、上記の反応は、Na’+e  →N
a         ・・・・・・■であるので、多孔
質電極21と液体ナトリウム13の側にそれぞれリード
を設け、それらの間に負荷18を接続すれば、電子の還
流経路が閉成し、電流ないし電力を取出すことができる
The condensation surface 17 can be considered as a part of the heat dissipation section 17 in FIG. 5, but in any case, the above reaction is Na'+e →N
a ・・・・・・■ Therefore, if leads are provided on the porous electrode 21 and liquid sodium 13 sides, and the load 18 is connected between them, the electron reflux path will be closed and the current or Electric power can be extracted.

このような熱電変換動作に鑑みれば、先に述べたように
、多孔質電極21に要求される条件はいずれも納得が行
くであろう。例えば、もし仮に、多孔質電極21に十分
な低抵抗を見込むことができず、かなり大きな値であっ
た場合には、電子の流れが悪くなり、反応効率が低下す
るのは自明であるし、電気エネルギの取出し、すなわち
電流が流れるということを考えた場合には、この多孔質
電極21の部分で明らかに電力損失を生む。
In view of such thermoelectric conversion operation, all of the conditions required of the porous electrode 21 are reasonable, as described above. For example, if the porous electrode 21 cannot be expected to have a sufficiently low resistance and the resistance is quite large, it is obvious that the flow of electrons will deteriorate and the reaction efficiency will decrease. When considering the extraction of electrical energy, that is, the flow of current, it is clear that power loss occurs in this porous electrode 21 portion.

また、多孔質電極21の通気性ないし多孔性が余り良好
ではなく、ナトリウム蒸気14の通りが悪ければ、これ
も同様に、単位時間当たりの変換効率の低下を招く。
Furthermore, if the air permeability or porosity of the porous electrode 21 is not very good and the passage of the sodium vapor 14 is poor, this also causes a reduction in the conversion efficiency per unit time.

そこで従来においても、この多孔質電極21の構造につ
いては、種々模索されてきた。
Therefore, in the past, various attempts have been made regarding the structure of this porous electrode 21.

第7図は従来採用されていた多孔買電f!21をいくつ
か示したものであるが、そもそも、この種の多孔質電極
21は、固体電界質11の上に適当な金属、例えばモリ
ブデン(Mo)等をスパッタ法等によって付着させるこ
とで形成されることが多く、したがって、そのスパッタ
条件を種々に変えると、その膜厚はもとより、形成され
る多孔質電極21の内部構造を疎密に変えることができ
る。
Figure 7 shows the conventional multi-hole power purchase f! In the first place, this type of porous electrode 21 is formed by depositing a suitable metal such as molybdenum (Mo) on the solid electrolyte 11 by sputtering or the like. Therefore, by varying the sputtering conditions, not only the film thickness but also the internal structure of the porous electrode 21 to be formed can be varied.

例えば第7図(A)は、比較的、構成粒子径が粗くなる
ように多孔貫電8i21を形成した従来例を示している
For example, FIG. 7(A) shows a conventional example in which the porous through hole 8i21 is formed so that the constituent particle diameter is relatively coarse.

このような場合には、第5,6図ではナトリウム蒸気1
4として説明したが、この種の装置のいずれにも共通し
た説明となるように、一般的に単にガス14としても、
当該ガスの通りは良くなる。
In such a case, in Figures 5 and 6, sodium vapor 1
4, but generally it is also simply referred to as gas 14, so that the explanation is common to all devices of this type.
The passage of the gas becomes better.

なお、この分野では、固体電界質部材11と多孔質電極
21とが直接に接続している部分22を特に“三相界面
部“と呼ぶ。これは、液相、固相、気相が全て交わる部
分という意味から来ているが、具体的には固体電界質部
材11、多孔質電極21、ガス14が全て交わる部分で
ある。
In this field, the portion 22 where the solid electrolyte member 11 and the porous electrode 21 are directly connected is particularly referred to as a "three-phase interface portion." This comes from the meaning of the part where the liquid phase, solid phase, and gas phase all intersect, but specifically, it is the part where the solid electrolyte member 11, the porous electrode 21, and the gas 14 all intersect.

これに対し、第7図(B)は、逆に多孔質電極21を構
成している個々の粒子径を微小化し、緻密化した場合を
示しているが、このようにすると、多孔質電極21の面
内抵抗ないしリード取出し方向の電気抵抗値を小さくす
ることができる。
On the other hand, FIG. 7(B) shows a case where the diameter of each particle constituting the porous electrode 21 is made smaller and more dense. The in-plane resistance or electrical resistance value in the lead extraction direction can be reduced.

これをさらに展開し、第7図tc)に示されるように、
この場合は中空パイプ状に示されている固体電界質部材
11の周囲に、まずは適当な膜厚に多孔質電極21をス
パッタした後、その周りにリード23を適当回数、機械
的に巻き付けたものがある。
Expanding this further, as shown in Figure 7tc),
In this case, a porous electrode 21 is first sputtered to an appropriate thickness around a solid electrolyte member 11 shown in the shape of a hollow pipe, and then a lead 23 is mechanically wrapped around it an appropriate number of times. There is.

固体電界質部材21を図示のように中空パイプ状に形成
することも、特にAMTEC等では良く行なわれており
、液体媒質はこの中空部内に通され、ガスは固体電界質
部材の管壁から多孔質電極を通り、半径方向外部C向け
て放出されるが、いずれにしても、この第7図(C) 
に示されるような電極構造を採ると、新たに設けたり−
ド23にあって多孔質電極21の周りに巻き付いている
部分24が集電部24として機能し、リード取出し方向
の電気抵抗値の低減に役立つ。
It is also common to form the solid electrolyte member 21 into a hollow pipe shape as shown in the figure, especially in AMTEC, etc., and the liquid medium is passed through this hollow part, and the gas is passed from the tube wall of the solid electrolyte member to the porous hole. However, in any case, this Fig. 7 (C)
If you adopt the electrode structure shown in
A portion 24 of the lead 23 that is wrapped around the porous electrode 21 functions as a current collector 24 and helps reduce the electrical resistance value in the lead extraction direction.

これと同様の趣旨により、第7図(D)及びその断面図
である第7図(E)に示されるように、中空パイプ状固
体電界質部材11の上に形成されている多孔質電極21
に対し、あらかじめ網状に組んだ導電線材製の集電部材
25を機械的に被せ、その軸方向両端の適当な位置から
リード23を取出すようにしたものもある。
For the same purpose, as shown in FIG. 7(D) and FIG. 7(E) which is a cross-sectional view thereof, a porous electrode 21 formed on a hollow pipe-shaped solid electrolyte member 11 is shown.
On the other hand, there is also a device in which a current collecting member 25 made of conductive wires assembled in a net shape is mechanically covered, and the leads 23 are taken out from appropriate positions at both ends in the axial direction.

その一方で、同じく電気抵抗低減のためにではあるが、
個々の多孔質電極の面積を小さくして電流バスを短くす
る手法を採り、これら個々の電極を複数個、電気的に直
列に接続することにより、起電圧値を稼ごうとしたもの
もある。
On the other hand, although it is also for reducing electrical resistance,
Some attempts have been made to shorten the current bus by reducing the area of individual porous electrodes, and to increase the electromotive voltage value by electrically connecting a plurality of these individual electrodes in series.

第7図(F)がそうした場合を示していて、これは燃料
電池に見られる手法である。
FIG. 7(F) shows such a case, which is a technique found in fuel cells.

すなわち、これもガスを通す関係上、多孔質の物理的な
支持基板26の上に、個々にそれぞれ所定の小面積の多
孔質電極2L+ 、 21−i 、・・・・を互いに間
隔を置いて成膜し、それらの上に固体電界質部材2LI
、2L2.・・・・を形成した後、さらにその上に集電
電極2LI、2L2.・・・・を形成することにより、
支持基板26上にあって面内方向にいわば単位のセル3
0−1 、30−2 、・・・・を複数個、集積的に形
成する。
That is, in order to allow gas to pass through, porous electrodes 2L+, 21-i, . A solid electrolyte member 2LI is formed on the film.
, 2L2. After forming the current collector electrodes 2LI, 2L2, . By forming...
A so-called unit cell 3 on the support substrate 26 in the in-plane direction
A plurality of 0-1, 30-2, . . . are formed in an integrated manner.

その上で、隣合う二つのセル30−1 、3L2の間に
あって一方のセル30−1の多孔質電極21−1を他方
のセル21−2の集電電極28−7に電気的に接続する
ため、インク・コネクタと呼ばれる内部組込み配線路2
9を形威し、これら直列集積回路の直列合成起電圧を高
めるようにする。
Then, between the two adjacent cells 30-1 and 3L2, the porous electrode 21-1 of one cell 30-1 is electrically connected to the current collecting electrode 28-7 of the other cell 21-2. Therefore, an internal built-in wiring path 2 called an ink connector
9 to increase the series combined electromotive voltage of these series integrated circuits.

[発明が解決しようとする課題] しかるに、従来の多孔質電極に対する種々の工夫は、い
ずれも一長一短であり、決して十分に満足の行くもので
はなかった。
[Problems to be Solved by the Invention] However, the various contrivances for conventional porous electrodes all have advantages and disadvantages, and have never been fully satisfactory.

個々に見てみると、まず第7図(A) に示されるよう
に、比較的個々の粒子径が大きく、構造的に疎になって
いる多孔質電極では、ガスの通りこそ良いものの、先じ
説明したように、実際に反応の起きる部分である三相界
面部22の数ないしそれらの総体的な和である有効反応
面積を大きく採ることができないので、反応抵抗が増し
、ガスの通りの良い割には反応効率が上がらないし、疎
構造であるが故に電気抵抗も低くはならない。
Looking at each individual, first of all, as shown in Figure 7 (A), a porous electrode with relatively large individual particle diameters and a sparse structure allows gas to pass through easily, but As explained above, since it is not possible to increase the number of three-phase interface parts 22, which are the parts where the reaction actually occurs, or the effective reaction area, which is the total sum of them, the reaction resistance increases and the gas flow is reduced. Although it is good, the reaction efficiency does not increase, and the electrical resistance does not decrease because of the sparse structure.

これに対し、第7図(B) に示されるように、粒子径
を小さくし、構造的に密なものを得ると、多孔質電極2
1としての電気抵抗が低減し、また三相界面部の数ない
し有効反応面積も増すが、ガス自体が通り難くなるため
、これも、必ずしも効率の向上には継からない。
On the other hand, as shown in Figure 7(B), if the particle size is made smaller and a denser structure is obtained, the porous electrode 2
Although the electrical resistance as 1 is reduced and the number of three-phase interface parts or the effective reaction area is increased, this also does not necessarily lead to an improvement in efficiency because it becomes difficult for the gas itself to pass through.

また、これら第7図 (^) 、 (B)のいずれの場
合にも、単に電気抵抗の低減のためだけであるならば、
多孔質電極の膜厚を厚くすればするだけ、その分当然、
電気抵抗も低下するが、こうすると、ガスの通りは益々
悪くなり、多孔性自体が失われることもある。
Also, in both cases of Figure 7 (^) and (B), if the purpose is simply to reduce electrical resistance,
Naturally, the thicker the film thickness of the porous electrode, the more
Electrical resistance also decreases, but this makes the passage of gas even worse, and the porosity itself may be lost.

これに対し、第7図 (C) 、 (D) 、 (E)
に示されているように、反応部(三相界面部)生成用の
本来の多孔質電極21の上に、適当なる導電線材で構成
した巻き付はリード24ないし網状導電部材25を機械
的に組み付け、これを集電部としたものでは、多孔質電
極21を薄くしてガスの通りを良くし、反応抵抗を減ら
しても、実効的な電気抵抗は比較的低い値に留めること
ができるので、考え方としては決して悪くない。
On the other hand, Fig. 7 (C), (D), (E)
As shown in FIG. 2, mechanically winding a lead 24 or a mesh conductive member 25 made of a suitable conductive wire material onto the original porous electrode 21 for generating a reaction region (three-phase interface region). When assembled and used as a current collector, the effective electrical resistance can be kept at a relatively low value even if the porous electrode 21 is thinned to improve gas passage and reduce the reaction resistance. , it's not a bad idea at all.

しかし、この方策の致命的な欠点は、実用的な装置を提
供するという立場からすると、信頼性には極めて乏しい
ということである。
However, the fatal drawback of this approach is that it is extremely unreliable from the standpoint of providing a practical device.

すなわち、先に例示したAMTECに限らず、この種の
多孔質電極を利用する装置は往々にして高温環境下での
動作を強いられるため、長い間に熱履歴を繰返すと、熱
膨張率の差等が災いし、リード状集電部24や網状集電
部材25に機械的な“緩み”を生むおそれが高く、もち
ろん、このような緩みが発生すれば、わざわざ集電部な
いし集電部材を設けた意味はなくなってしまうからであ
る。
In other words, devices using this type of porous electrode, including the AMTEC mentioned above, are often forced to operate in high-temperature environments, so if the thermal history is repeated over a long period of time, differences in the coefficient of thermal expansion will occur. etc., and there is a high possibility that mechanical "looseness" will occur in the lead-like current collector 24 and the net-like current collector 25.Of course, if such loosening occurs, it is necessary to take the trouble to remove the current collector or the current collector. This is because the meaning that was established will be lost.

これに対し、第7図(F)に示されている従来例は、作
ってしまえば比較的信頼性の高い電極構造となるが、構
造が複雑なため、まずもってその製作自体、極めて厄介
であり、高価に付く。
On the other hand, the conventional example shown in Fig. 7 (F) has a relatively reliable electrode structure once it is made, but because the structure is complex, the fabrication itself is extremely troublesome. Yes, and it's expensive.

また、複数個の単位セルを直列に接続しているので、電
圧こそ高く採れるが、取出し得る電流容量、ひいては出
力電力容量は大きくなり得ない。
Furthermore, since a plurality of unit cells are connected in series, a high voltage can be obtained, but the current capacity that can be taken out and, by extension, the output power capacity cannot be large.

さらに、複数個のセルを集積してその間をインク・コネ
クタ29で接続して行くということは、この接続部分に
も占有面積を要することを意味し、したがって集積個数
が増える程、反応には寄与し得ない当該接続部分の面積
が増すこと社なり、結局は反応ガスに晒される全面積中
の有効電極面積を狭めることになる。
Furthermore, integrating a plurality of cells and connecting them with the ink connector 29 means that this connecting part also requires an occupied area, and therefore, the more cells are integrated, the more the reaction is affected. This increases the area of the connecting portion that cannot be connected, and ultimately reduces the effective electrode area of the total area exposed to the reaction gas.

本発明はこのような従来からの実情に鑑みて成されたも
ので、既述した所から理解されるように、本来的には二
律背反的な要素となる二つの要素、すなわち、良好な通
気性ないし多孔性の確保と電気抵抗の低減とを矛盾、な
く満たすことができ、しかも長い間の使用に耐え、機械
的な構造に由来する不具合を生起し難い多孔質電極構造
を提供せんとするものである。
The present invention has been made in view of such conventional circumstances, and as can be understood from the above, two elements that are inherently contradictory, namely, good breathability. Another object of the present invention is to provide a porous electrode structure that can consistently satisfy the requirements of ensuring porosity and reducing electrical resistance, can withstand long-term use, and is unlikely to cause defects due to its mechanical structure. It is.

[課題を解決するための手段] 本発明においては上記目的を遠戚するため、三相界面部
等の反応部を実際に生成するための電極としての多孔質
電極の一面側に、所定の幾何的形状に従う導電性集電パ
ターンをパターニング形成し、多孔質電極とこのパター
ニング形成された集電パターンとを互いに一体的な積層
関係にした多孔質電極構造を提案する。
[Means for Solving the Problems] In the present invention, in order to achieve the above object, a predetermined geometrical structure is provided on one side of a porous electrode as an electrode for actually generating a reaction part such as a three-phase interface part. We propose a porous electrode structure in which a conductive current collecting pattern is patterned according to a typical shape, and the porous electrode and the patterned current collecting pattern are integrally laminated with each other.

その上で、望ましくは集電パターンも多孔性を有するも
のとすることを提案し、さらに、多孔質電極と集電パタ
ーンの間には、集電パターンにより物理的に押えられ、
多孔質電極の周りに機械的に巻き付けられるか被せられ
た導電性集電部材が設けられている構造も提示する。
On top of that, it is proposed that the current collection pattern should preferably also have porous properties, and further, between the porous electrode and the current collection pattern, the current collection pattern physically presses,
Structures are also presented in which a conductive current collecting member is mechanically wrapped or wrapped around a porous electrode.

また一方、本発明においては、上述のように、最低限、
多孔質電極とパターニング形成された集電パターンとが
互いに一体的な積層関係になっていれば良いので、その
上下関係はどちらが上であっても良い。
On the other hand, in the present invention, as mentioned above, at least
Since it is sufficient that the porous electrode and the patterned current collection pattern are in an integral stacked relationship with each other, either side may be on top.

つまり、多孔質電極は支持部材または固体電界質部材の
一面上に形成され、集電パターンは多孔質電極が支持部
材または固体電界質部材に接している面とは反対側の面
にパターニング形成されていても良いし、逆に、集電パ
ターンの方が支持部材または固体電界質部材の上に先に
形成されており、多孔質電極はさらにその上に形成され
たものである結果、集電パターンが多孔質電極と支持部
材または固体電界質部材との間に挟み込まれるように形
成されていても良い。本発明を実現する上では前者が一
般的であるが、後者も後述のように、場合により極めて
有用な価値を持つ。
That is, the porous electrode is formed on one side of the support member or the solid electrolyte member, and the current collection pattern is patterned on the side of the porous electrode opposite to the side where the porous electrode is in contact with the support member or the solid electrolyte member. Alternatively, the current collection pattern may be formed on the support member or the solid electrolyte member first, and the porous electrode may be formed on top of the supporting member or solid electrolyte member. The pattern may be formed so as to be sandwiched between the porous electrode and the support member or the solid electrolyte member. Although the former is common in realizing the present invention, the latter also has extremely useful value in some cases, as will be described later.

[作  用] 本発明によって構成された多孔質電極構造は、ガス・セ
ンサや燃料電池、AMTEC等の装置系において極めて
有利に機能する。
[Function] The porous electrode structure constructed according to the present invention functions extremely advantageously in device systems such as gas sensors, fuel cells, and AMTEC.

まず、本発明の多孔質電極構造では、従来のように単に
多孔質電極からのみ構成されているのとは異なり、三相
界面部等の反応部を実me生戒するための多孔質電極部
分と、この多孔質電極に一体的に積層関係となるべくパ
ターン形成された集電パターンを有するので、すでに述
べたように、例えば反応部の数ないし総面積を増すため
、多孔質電極を密な構造にし、かつ、ガスの通りを良く
するために薄く形成しても、それと共に増加する電気的
な抵抗値は1.導電性の集電パターンにより、実効的に
低下させることができる。
First, in the porous electrode structure of the present invention, unlike the conventional structure which is simply composed of porous electrodes, the porous electrode structure is designed to actually control reaction areas such as three-phase interfaces. Since the porous electrode has a current collection pattern that is preferably formed in a laminated relationship, as mentioned above, for example, in order to increase the number of reaction parts or the total area, the porous electrode can be formed into a dense structure. Even if it is made thin to improve gas passage, the electrical resistance value that increases along with it is 1. It can be effectively reduced by a conductive current collection pattern.

すなわち、外部回路への電気的な接続は、本発明によっ
て新たに設けられた集電パターンの一部に当該外部回路
への導通用リード端を接続することでなすことができ、
この状態において、逆に外部回路側から見た木多孔質電
極構造の実効抵抗値は、十分低いものとすることができ
る。端的に言えば、従来、二律背反的な要素であった多
孔質電極の通気性(ないし多孔性)と電気抵抗値の低さ
とを共に矛盾なく満たすことができるのである。
That is, electrical connection to the external circuit can be made by connecting a conductive lead end to the external circuit to a part of the current collection pattern newly provided according to the present invention,
In this state, conversely, the effective resistance value of the wood porous electrode structure viewed from the external circuit side can be made sufficiently low. In short, it is possible to consistently satisfy both the air permeability (or porosity) and low electrical resistance of porous electrodes, which have conventionally been contradictory factors.

もちろん、導電性集電パターンの幾何的パターン形状自
体は、原理的には任意設計的な事項であって、例えば間
隔を置いた縦格子状のものや横格子状のもの、大きな網
目状のもの等の外、種々考えられるが、この集電パター
ンに多孔性を見込むことができない場合には、有効反応
面積の低下を最小限度に抑えるため、電気的な抵抗値を
十分低く抑え得る状態で、当該集電パターンCは多孔質
電極がなるべく多く露呈する広い窓部分を持った形状を
与えるのが望ましい。
Of course, the geometric pattern shape of the conductive current collection pattern itself is, in principle, a matter of arbitrary design; for example, a vertical grid with intervals, a horizontal grid, or a large mesh. In addition to the above, there are various other possibilities, but if porosity cannot be expected in this current collection pattern, in order to minimize the reduction in the effective reaction area, it is possible to suppress the electrical resistance value to a sufficiently low value. It is desirable that the current collection pattern C has a shape with a wide window portion that exposes as much of the porous electrode as possible.

しかし、本発明のもう一つの提案に従い、集電パターン
にも多孔性を持たせた場合社は、これによって多孔質電
極が覆われる面積領域が広くても、集電パターン自体に
ガスを通過させることができ、その下の多孔質電極部分
をも反応部生成用の部分として有効に利用できるので、
集電パターンのパターン形状は、ある程度、その総面積
が広目になっていても良い。
However, according to another proposal of the present invention, if the current collecting pattern is also made porous, it is possible to allow the gas to pass through the current collecting pattern itself, even if the area covered by the porous electrode is large. The porous electrode part underneath can also be effectively used as a part for generating reaction parts.
The pattern shape of the current collection pattern may have a somewhat wide total area.

しかるに、導電性集電パターンのパターニング形成には
、原則としては公知既存の適当なる手法を援用すること
ができ、したがってその手法自体は本発明がこれを直接
に規定するものではないが、例えばスパッタ法により形
成されている多孔質電極の表面に対し、溶射法や焼き付
は法(焼結法)によって集電パターンをパターニングす
るのが簡単であり、かつ確実性が高い。そして、このよ
うなパターニング手法C従った場合には、上記したよう
に、その集電パターンの膜厚の制御如何によっても、当
該集電パターン自体に多孔性を持たせるか否かを決定す
ることができる。
However, in principle, any known and existing appropriate method can be used for patterning the conductive current collection pattern, and therefore, the method itself is not directly defined by the present invention, but for example, sputtering, etc. It is easy and reliable to pattern a current collecting pattern by thermal spraying or baking (sintering) on the surface of a porous electrode formed by a method. When such patterning method C is followed, as described above, it is determined whether or not the current collecting pattern itself has porosity by controlling the film thickness of the current collecting pattern. I can do it.

例えば多孔性を持たせず、むしろその下の多孔質電極の
露出部分を広く採るようなパターン形状を採用した場合
には、膜厚を厚くして電気抵抗値のさらなる低減を計っ
て良いし、逆に、多孔質電極において反応に関与する有
効面積の低減を恐れる場合には、集電パターンの膜厚を
薄くして良好な多孔性を確保し、この集電パターン自体
にも反応ガスないし生成ガスが通過可能とすることによ
り、当該集電パターンの下に位置する多孔質電極部分に
ても反応部を生成可能なようにすれば良い。
For example, if a pattern shape is adopted that does not have porosity, but rather widens the exposed portion of the porous electrode underneath, the film thickness can be increased to further reduce the electrical resistance value. On the other hand, if you are concerned about reducing the effective area involved in the reaction in a porous electrode, reduce the thickness of the current collection pattern to ensure good porosity. By allowing gas to pass through, it is possible to generate reaction regions even in the porous electrode portion located below the current collection pattern.

いずれにしろ、本発明の多孔質電極構造によると、多孔
質電極の外にはその実効電気抵抗値を低減する手段を何
も持たない従来例に比せば、十分効果的に実効電気抵抗
値を低下させ得るし、一方でまた、従来においてもm械
的にリード線や網状に編み上げた導電部材を単に多孔質
電極の上に嵌め付けた場合に比せば、上記したような溶
射法、焼結法その他、いわゆるパターニング形成手法に
従って構成された膜部材は、その下の膜部材との馴染み
が良く、多少、それらの間に熱膨張率の差があっても、
十分、この応力を受は止め、変形や剥奪を防ぐことが可
能である。もっとも、高い導電率を保ち得るという条件
の下で、多孔質電極材料に対し、材質的にも馴染みの良
い集電パターン材料を選べれば、それが一番好ましいこ
と位言うまでもない。
In any case, according to the porous electrode structure of the present invention, the effective electrical resistance value can be reduced sufficiently effectively compared to the conventional example which does not have any means for reducing the effective electrical resistance value other than the porous electrode. On the other hand, compared to the conventional case where a lead wire or a conductive member woven into a mesh is simply fitted onto a porous electrode, the thermal spraying method described above is A membrane member constructed using a sintering method or other so-called patterning method has good compatibility with the underlying membrane member, and even if there is a slight difference in thermal expansion coefficient between them,
It is possible to sufficiently absorb this stress and prevent deformation and peeling. However, it goes without saying that it is most preferable to select a current collection pattern material that is compatible with the porous electrode material under the condition that high conductivity can be maintained.

しかるにまた、本発明においては、機械的に多孔質電極
に対して巻き付けられるか嵌め付けられた導電部材を併
用する構造をも提案している。
However, the present invention also proposes a structure in which a conductive member is mechanically wound or fitted around the porous electrode.

すなわち、このように機械的に多孔質電極に対して備え
られた導電部材だけでは、装置として組んだ場合の信頼
性に著しく劣ることは既述の通りであるが、上記した本
発明の最も基本的な構成が開示された結果からしてみる
と、多孔質電極に対して良好な接着性を示し得る集電パ
ターンが設けられるので、多孔質電極の上に機°械的に
リード線を何回か巻き付けたり、網状の導電部材を被せ
た後、その上から、本発明の趣旨に従い、所定の幾何的
形状の導電性集電パターンをパターニング形成すると、
機械的に備えられた導電部材を物理的に確実に押え込む
ことができ、例え導電部材と多孔質電極との間に若干の
熱膨張率の差等があっても、緩みの発生を防止すること
ができる。
In other words, as mentioned above, the reliability of the electrically conductive member mechanically provided to the porous electrode alone is significantly inferior when assembled as a device, but the most basic aspect of the present invention described above Based on the disclosed results, a current collection pattern that can exhibit good adhesion to the porous electrode is provided, so it is possible to mechanically connect the lead wire on top of the porous electrode. After winding the conductive material several times or covering it with a net-like conductive member, a conductive current collection pattern of a predetermined geometric shape is patterned on top of it according to the spirit of the present invention.
The mechanically provided conductive member can be held down physically reliably, preventing loosening even if there is a slight difference in thermal expansion coefficient between the conductive member and the porous electrode. be able to.

さらに本発明では、始めに所定の幾何的形状の導電性集
電パターンを形成した後、その上に多孔質電極形成用の
導電材料ないし金属材料を形成して成る構造も提案して
いる。
Furthermore, the present invention also proposes a structure in which a conductive current collection pattern of a predetermined geometric shape is first formed, and then a conductive material or metal material for forming a porous electrode is formed thereon.

この構造は、多孔質電極形成用の材料が例えば焼結法に
必要とされる高温環境下で熱酸化し易い材料である場合
に有利となる。
This structure is advantageous when the material for forming the porous electrode is a material that is easily thermally oxidized in the high temperature environment required for example in a sintering method.

つまり、先に多孔質電極が形成されていて、その上に集
電パターンを焼結法により形成しようとすると、多孔質
電極が熱酸化するおそれのあるような場合には、この第
二の構造を採用して、逆に集電パターンの方を先に形成
し、その後に多孔質電極を形成すれば、そのような不都
合を伴うことなく、本発明の趣旨に従って、反応部を数
多く生成し、かつガスの通りを良くするように形成され
た多孔質電極と、それが故に電気的な抵抗値はむしろ高
目仁なってしまう当該多孔質電極の実効的な電気抵抗値
を低減させるために、そうした多孔質電極に対して一体
的に積層された集電パターンとから成る基本構造を不都
合なく満たし得るものとなる。
In other words, if a porous electrode has been formed first and a current collection pattern is formed on it by sintering, there is a risk that the porous electrode will be thermally oxidized. If, on the contrary, the current collecting pattern is formed first and the porous electrode is formed after that, a large number of reaction parts can be generated according to the spirit of the present invention without such inconvenience. In addition, in order to reduce the effective electrical resistance of the porous electrode, which is formed to improve gas passage, and therefore has a rather high electrical resistance, The basic structure consisting of such a porous electrode and a current collecting pattern integrally laminated can be satisfied without any inconvenience.

[実 施 例] 第1図には本発明に従って構成された多孔質電極構造4
0の第一の実施例が示されているが、すでに第7図に即
して説明した従来例との対比が良く表れるように、例え
ば第7図(C)や第7図(D)に示されるAMTEC用
多孔質電極に対する改良例となっている。
[Example] FIG. 1 shows a porous electrode structure 4 constructed according to the present invention.
0 is shown, but in order to clearly show the comparison with the conventional example already explained with reference to FIG. 7, for example, FIG. 7(C) and FIG. 7(D) This is an improved example of the porous electrode for AMTEC shown.

したがって、従来例における構成要素と対応す多少、高
目であっても良い、むしろ、電気抵抗値よりも、すでに
第5図、第6図に即して説明したようなメカニズムでの
熱電変換をなす上で、ナトリウム・ガス14等の反応ガ
ス14が通り易いこと、三相界面部ないし反応部22が
数多く生成されることを主たる狙いとして形成して良く
、具体的に言えば多孔質電極の構成粒子径が小さく、緻
密な構造ではあっても、その薄さが十分に薄く、ガスが
1 、号をそのまま援用する。
Therefore, it may be a little higher than the components in the conventional example. Rather, the thermoelectric conversion by the mechanism already explained in FIGS. 5 and 6 is more important than the electrical resistance value. In forming the porous electrode, it may be formed with the main aim of allowing the reactive gas 14 such as sodium gas 14 to pass through easily and generating a large number of three-phase interface parts or reaction parts 22. Even though the constituent particles are small in size and have a dense structure, they are sufficiently thin, and the gas No. 1 is used as is.

・) 、;説明すると、まず、固体電界質部材11は、この本
発明の第一の実施例においても中空バイブ状のものとな
っており、その外周面に、従来例と同様、多孔質電極2
1として、例えばモリブデン電極21が適当な厚味に亙
り、スパッタ法によって付着形成されている。
To explain, first of all, the solid electrolyte member 11 is also in the shape of a hollow vibrator in the first embodiment of the present invention, and a porous electrode is provided on the outer peripheral surface of the solid electrolyte member 11 as in the conventional example. 2
1, for example, a molybdenum electrode 21 is deposited to a suitable thickness by sputtering.

しかし、本発明の場合には、従来例と異なり、この多孔
買電@i21のそれ自体に見込まれる電気的抵抗値につ
いては二の次とすることができ、例えがパターニング形
成される。
However, in the case of the present invention, unlike the conventional example, the electrical resistance value expected for the porous power purchaser itself can be of secondary importance, and is formed by patterning.

この第一の実施例においては、当該集電パターン31は
、中空固体電界質部材11の長さ方向ないし軸方向C沿
って間隔を置いた二つの位置にリング状の部分32 、
32を持ち、それら一対のリング状部分32 、32間
を軸方向に亙り互いには周方向に適宜間隔を置いた複数
の縦桟33.・・・・・・で連結した縦格子状の幾何形
状となっていて、いずれの部分32 、33も、多孔質
電極21の上に溶射法により形成されている。
In this first embodiment, the current collecting pattern 31 includes ring-shaped portions 32 at two positions spaced apart along the length direction or axial direction C of the hollow solid electrolyte member 11;
32, and a plurality of vertical bars 33.33.33.33.33.33.33.32. It has a vertical lattice-like geometric shape connected by..., and both portions 32 and 33 are formed on the porous electrode 21 by a thermal spraying method.

この集電パターン31を形成するための導電性材料には
、必要な導電率が得られ、また、下地電極21との間に
問題のない馴染みが得られる限り、原理的には制約はな
く、多孔質電極21と同材料でも良いが、例えば多孔貫
電8i21が上記のようにモリブデン(MO)である場
合、同材料であるモリブデンする集電パターン31の占
める面積が広くなる程、電気的な抵抗値が低減し、逆に
狭くなる程、多孔質21の有効面積が増す。したがって
、当該集電パターン31に設定する幾何形状を適当に選
定し、図示の場合には縦桟33の数やその幅等を勘案す
ることで、反応に寄与する多孔質電極の有効総面積と実
効抵抗値の双方にとって満足すべき状態を具現すること
ができる。
There are no restrictions in principle on the conductive material used to form the current collecting pattern 31, as long as it has the necessary conductivity and is compatible with the base electrode 21 without any problems. The same material as the porous electrode 21 may be used, but for example, if the porous conductor 8i21 is made of molybdenum (MO) as described above, the larger the area occupied by the current collection pattern 31 made of molybdenum, which is the same material, the more electrical As the resistance value decreases and, conversely, it becomes narrower, the effective area of the porous material 21 increases. Therefore, by appropriately selecting the geometrical shape set for the current collection pattern 31, and taking into consideration the number of vertical bars 33, their width, etc. in the case shown in the figure, the effective total area of the porous electrode contributing to the reaction can be increased. It is possible to realize a state that is satisfactory for both effective resistance values.

゛」、“このようにして多孔質電極構造を構築し、集電
パターン31の適当な個所、例えばリング状部分32等
に外部回路への接続リード23接続することで、AMT
EC等において必要とされる三相界面部の数ないし総面
積を十分に稼ぎ、かつ、ガスの通りが良いように良好な
多孔性を確保しながらもなお、外部回路側から見た実効
的な電気抵抗の低さを満足することができる。
"By constructing a porous electrode structure in this way and connecting the connection lead 23 to an external circuit to an appropriate location of the current collection pattern 31, such as the ring-shaped part 32, the AMT
While ensuring sufficient number or total area of three-phase interface parts required in EC, etc., and ensuring good porosity for good gas passage, it is still effective as seen from the external circuit side. Low electrical resistance can be achieved.

明らかなように、多孔質電極21の上に積層形成厚さを
例えば100μm程度以下に留めれば、この集電パター
ン自身にもかなり良好な多孔性を見込むことができる。
As is clear, if the thickness of the laminated layer formed on the porous electrode 21 is kept to about 100 μm or less, the current collection pattern itself can be expected to have fairly good porosity.

言わば、多孔質集電パターン31となるのである。In other words, it becomes a porous current collection pattern 31.

このような場合には、集電パターン31に覆われてその
下に位置する多孔質電極21の各部分も、決して集電パ
ターンにより邪魔されることがなく、他の部分と同様に
、反応部生成用の部分としてそのまま利用することがで
き、本発明によって新たに集電パターンを積層したが故
に多孔質電極の有効面積を低減することはなくなる。
In such a case, each part of the porous electrode 21 that is covered by the current collection pattern 31 and located below it is never disturbed by the current collection pattern, and the reaction area is covered with the current collection pattern 31 in the same way as other parts. It can be used as it is as a part for generation, and since a new current collecting pattern is laminated according to the present invention, the effective area of the porous electrode is not reduced.

逆に、溶射膜による集電パターン31の膜厚を10μm
程度以下にまで薄くすると、多孔性は増すが、多孔質電
極21の実効抵抗を低減する効果は薄くなる。つまり、
多孔性を見込む場合にも、集電パターン31の膜厚には
設計的に最適な範囲があるjように溶射法によりパター
ニング形成する場合を始め、焼結法その他、既存の薄膜
形成技術によりパターニング形成する場合には、その形
成条件の如何により、膜内の粒子構造はかなり制御性良
く疎密に可変することができるので、本発明においても
この事実を有効に利用することができる。
On the other hand, the thickness of the current collection pattern 31 formed by thermal spraying is 10 μm.
If the thickness is reduced below a certain level, the porosity increases, but the effect of reducing the effective resistance of the porous electrode 21 becomes weaker. In other words,
Even when considering porosity, there is an optimal design range for the thickness of the current collecting pattern 31, so patterning can be done by thermal spraying, sintering, or other existing thin film forming techniques. When forming a film, the particle structure within the film can be varied to be dense or dense with good controllability depending on the formation conditions, and this fact can be effectively utilized in the present invention.

もちろん、先にも述べたように、集電パターン31の幾
何形状に工夫することにより、多孔質電極の゛実効抵抗
値を十分に低減できるが、それの占める総面積はさほど
広くしないで済むというような場合には、集電パターン
31に多孔性を要求する必然性はなく、言い換えれば、
図示のリング状部分32や縦桟33は十分に細くした上
で、その厚味をより一層、十分に厚くすることにより、
桟で囲まれた“窓”部分を広げ、多孔質電極21の有効
面積を広く採りながら、なおかつ抵抗値を大きく低下さ
せる設計も可能である。
Of course, as mentioned earlier, by devising the geometry of the current collection pattern 31, the effective resistance value of the porous electrode can be sufficiently reduced, but the total area occupied by the porous electrode does not have to be very large. In such a case, there is no necessity to require the current collection pattern 31 to be porous; in other words,
The illustrated ring-shaped portion 32 and vertical bar 33 are made sufficiently thin, and by making them even thicker,
It is also possible to design a design in which the "window" portion surrounded by the crosspieces is widened to increase the effective area of the porous electrode 21 while at the same time greatly reducing the resistance value.

また、本発明にとって限定的なことではないが、固体電
界質11に一般的なβ゛°°−アルミナ用する場合には
、モリブデンに限らずとも、多孔質電極21は上記のよ
うにスパッタ法により形成するのが望ましい。両者の間
の馴染みが良く、接着強度もかなり高く採れる外、三相
界面部も多く生成できるからである。例えばこの多孔買
電FJ21をも溶射法により形成すると、スパッタ法に
よった程には良好な接着性が得られず、三相界面部も多
くはならない。
Furthermore, although this is not a limitation on the present invention, when general β゛°°-alumina is used for the solid electrolyte 11, the porous electrode 21 may be made of sputtering method, not limited to molybdenum. It is desirable to form it by This is because the compatibility between the two is good, the adhesive strength is quite high, and a large number of three-phase interfaces can be generated. For example, if this porous electricity purchaser FJ21 is also formed by a thermal spraying method, it will not be possible to obtain as good adhesion as the sputtering method, and the number of three-phase interfaces will not be large.

一方で、スパッタ法により形成されたモリブデン電極等
には、これも上記のように、溶射法により形成された集
電パターン31が、機械的にも電気的にも馴染みが良く
、高い接着性と良好なオー、ツタ接触を示す。こうした
ことから理解されるように、多孔質電極21と集電パタ
ーン31ノソレソれにとって適当な製造方法を使い分け
ることが、ある意味では本発明の多孔質電極構造を実現
する上での巧みさともなる。
On the other hand, as mentioned above, the current collecting pattern 31 formed by thermal spraying is mechanically and electrically compatible with molybdenum electrodes formed by sputtering, and has high adhesion. Showing good o, ivy contact. As can be understood from the above, using a suitable manufacturing method for the porous electrode 21 and the current collection pattern 31 is, in a sense, a skill in realizing the porous electrode structure of the present invention. .

また、スパッタ法に代わる多孔質電極21の作成ては、
以下述べる本発明の他の実施例群においても同様に適用
できる。したがって、それら各後述の実施例中では、そ
れぞれ、特徴的な改変部分についてのみ、説明する。
In addition, the method for creating the porous electrode 21 in place of the sputtering method is as follows:
The same applies to other embodiments of the present invention described below. Therefore, in each of the examples described below, only characteristic modified portions will be explained.

第2図は、集電パターン31の所定パターン形状は、こ
れを相当任意に設計できることを示す一例として、横格
子状のパターンに形成した場合を示している。
FIG. 2 shows a case in which the predetermined pattern shape of the current collecting pattern 31 is formed into a horizontal lattice pattern, as an example showing that the predetermined pattern shape can be designed quite arbitrarily.

手段であり、実際上、良好な多孔性を持ち、三相J面部
生成機能も高°゛多孔買電極膜を形成する2とができ、
その上に溶射法や焼結法により形成される集電パターン
31との機械的、電気的馴染みも良好である。ただし、
スパッタ法やCVD法によりモリブデン多孔質電極21
を形成するにしても、その膜厚は従来に比して十分に薄
く、一般には数μm程度に留めるのが、本発明の趣旨を
満足する上で望ましい。
In fact, it is possible to form a porous electrode film that has good porosity and has a high three-phase J-plane generation function.
Moreover, it has good mechanical and electrical compatibility with the current collecting pattern 31 formed by thermal spraying or sintering. however,
Molybdenum porous electrode 21 is formed by sputtering or CVD method.
Even if it is formed, it is desirable that the film thickness be sufficiently thinner than in the past, and generally only about several micrometers, in order to satisfy the purpose of the present invention.

以上、第1図に即し、本発明の第一の実施例につき詳記
したが、上記種々の改変例や配慮につい離間して一対の
リング状部分32 、32が設けられ、す これに外部回路への接続リード23 、23が接続され
ていると共に、直径方向に対向してそれら一対のリング
状部分32 、32間を連結する一対の縦桟33゜33
が設けられているが、縦桟33 、33間には、リング
状部分32 、32と平行な関係で、互いに軸方向に適
宜な関係を置きながら多孔質電極表面上を周方向に亙る
横桟34.・・・・・・が設けられ、全体としてこの集
電パターン31は横格子状の形状となっている。
Above, the first embodiment of the present invention has been described in detail in accordance with FIG. A pair of vertical bars 33 33 are connected to the circuit connection leads 23 , 23 and are diametrically opposed and connect the pair of ring-shaped portions 32 , 32 .
However, between the vertical bars 33 and 33, a horizontal bar is provided that extends circumferentially on the surface of the porous electrode while maintaining an appropriate relationship in the axial direction with respect to the ring-shaped portions 32 and 32. 34. ... are provided, and the current collection pattern 31 as a whole has a horizontal grid shape.

この多孔質電極構造40においても、その機能は当然、
既述した第一実施例と同様であるので、その説明は省略
するが、幾何形状的な改変例として考えても、これら第
一、第二実施例から推して、ざらに縦桟、横桟の共存し
た升目格子状を始め、その他種々の形状を想定すること
ができる。
Naturally, this porous electrode structure 40 also has the following functions:
Since it is the same as the first embodiment described above, its explanation will be omitted, but considering it as an example of geometrical modification, it can be inferred from these first and second embodiments that it is roughly vertical bars and horizontal bars. Various other shapes can be assumed, including a square lattice shape in which the shapes coexist.

一方、第3図示の第三の実施例は、機械的に多孔質電極
21の表面上に嵌め付けられる導電部材35矛1も併せ
て利用したものを示している。
On the other hand, the third embodiment shown in the third figure also uses a conductive member 35 mechanically fitted onto the surface of the porous electrode 21.

すなわち、図示の場合、あらかじめ適当なる導電線材を
網状に編み上げた導電部材35を多孔質電極21の上に
できるだけ緊く被せた後、溶射法や焼き付は法により、
この網状導電部材35の軸方向両端部分を上から抑える
ように、リング状部分32゜32からのみ成る集電パタ
ーン31をパターニング形成しているのである。
That is, in the case shown in the figure, after the conductive member 35, which is made by braiding a suitable conductive wire material into a net shape, is placed on the porous electrode 21 as tightly as possible, thermal spraying or baking is performed by a method.
A current collection pattern 31 consisting only of ring-shaped portions 32.degree. 32 is patterned so as to suppress both axial end portions of the net-like conductive member 35 from above.

このようにしても、本発明によって採用された集電パタ
ーン31は、その下の多孔質電極21に対し、一体的に
積層されて良好な物理的接着性を呈し得るので、網状導
電部材35の両端部分をこの集電パターン31ないしそ
のリング状部分32と多孔質電極21との間に挟み込む
ようにして、導電部材35の緩みを防止することができ
る。
Even in this case, the current collecting pattern 31 adopted according to the present invention can be integrally laminated and exhibit good physical adhesion to the porous electrode 21 below, so that By sandwiching both end portions between the current collecting pattern 31 or its ring-shaped portion 32 and the porous electrode 21, the conductive member 35 can be prevented from loosening.

もちろん、必要とあらば、導電部材35を抑えるリング
状部分32の数をもつと増しても良いが、いずれにして
もこの実施例の場合には、網状導電部材35の幾何形状
パターンや用いる線材の種類、径等を適当に勘案するこ
とで、必要な抵抗値低減効果を得ることができる。
Of course, if necessary, the number of ring-shaped parts 32 that suppress the conductive member 35 may be increased, but in any case, in the case of this embodiment, the geometric pattern of the net-like conductive member 35 and the wire material used are By appropriately considering the type, diameter, etc., the necessary resistance value reduction effect can be obtained.

図面では構造自体を理解し易いように、各実施例におけ
る寸法関係は誇張して描いであるので良く分からないが
、実際にはこの導電部材35を用いるものの方が、当該
導電部材35の網目の大きさを第一、第二実施例におけ
る場合より大きくすることができる。
In the drawings, the dimensional relationships in each embodiment are exaggerated to make it easier to understand the structure itself, so it is difficult to understand, but in reality, the mesh of the conductive member 35 is The size can be made larger than in the first and second embodiments.

と言うのも、先に述べたように、全てパターニング形成
により格子形状を構成する場合の集電パターン31の膜
厚は、一般にサブ・ミリ・オーダが適当なのに対し、導
電線材を編み上げたり、図示してはいないが第7図(C
)の従来例に示される方式に準じ、多孔質電極21の表
面の周りにスパイラル状に巻き付けたりする場合には、
当該用いる導電線材径を主り・オーダ程度にすることが
でき、その分、電流パスに沿っての実効抵抗値を大きく
低減し得るからである。
This is because, as mentioned earlier, when forming a lattice shape entirely by patterning, the thickness of the current collection pattern 31 is generally on the order of sub-millimeter, whereas when the conductive wire is woven or Although not shown in Figure 7 (C
) When winding the porous electrode 21 in a spiral manner around the surface thereof according to the method shown in the conventional example,
This is because the diameter of the conductive wire used can be made to the order of magnitude, and the effective resistance value along the current path can be reduced accordingly.

ただし、本質的には、第一、第二実施例のように、全く
機械的な組み付は部分の存在しないものの方が、装置と
して見た場合の信頼性は当然に高の欠点を緩和できる実
施例と考えるのが良い。
However, essentially, as in the first and second embodiments, if there are no mechanical assembly parts at all, the reliability of the device can be alleviated. It is best to think of it as an example.

ご しかるに、これまでの実施例では、いずれも、固体
電界貿11の上にまずは多孔質電極21が形成されてお
り、その後に集電パターン31をパターニング形成する
場合を示してきた。
However, in all of the embodiments described above, the porous electrode 21 is first formed on the solid electric field layer 11, and then the current collection pattern 31 is formed by patterning.

しかし、多孔質電極21と集電パターン31に用いる材
料の組合せやその形成手法の如何によっては、集電パタ
ーン作成の下地電極となる多孔質電極21に劣化を来た
すことがある0例えば、モリブデンのスパッタにより形
成した多孔質電極上に、既述した溶射法に代え、焼結法
でニッケルやプラチナ製の集電パターンを形成すると、
当該焼結時の極めて高い温度と雰囲気により、・下地層
のモリブデンが酸化してしまうことがあった。
However, depending on the combination of materials used for the porous electrode 21 and the current collection pattern 31 and the method used to form them, the porous electrode 21, which serves as the base electrode for creating the current collection pattern, may deteriorate. If a current collection pattern made of nickel or platinum is formed on a porous electrode formed by sputtering using a sintering method instead of the thermal spraying method described above,
Due to the extremely high temperature and atmosphere during the sintering process, the molybdenum in the underlying layer was sometimes oxidized.

そこで、本発明では、そのような場合の対策をも考え、
第4図示のような構造に代表される実施例をも提案する
Therefore, in the present invention, we also consider measures for such cases, and
An embodiment represented by the structure shown in FIG. 4 is also proposed.

すなわち、この実施例に見られるように、固体電界質1
1の上には、まず最初に、ニッケル材による集電パター
ン31の方を所定のパターン形状に従い、焼結法等でパ
ターニング形成してしまうのである。そしてその後、例
えばスパッタ法により、相対的には低温高真空環境下で
モリブデン膜を形成し、多孔質電極21とすれば、当該
多孔質電極に何等の損傷をも招くことがない。
That is, as seen in this example, the solid electrolyte 1
First, a current collecting pattern 31 made of nickel material is patterned on top of the current collecting pattern 31 using a sintering method or the like according to a predetermined pattern shape. Then, if a molybdenum film is formed in a relatively low temperature and high vacuum environment by sputtering, for example, to form the porous electrode 21, no damage will be caused to the porous electrode.

実際上、このような方策を利用することで、焼結法によ
り作成したニッケル膜は、かなり良好な多孔性を示すも
のとなり、多孔質電極21の有効面積の低減を効果的に
抑えることができる。
In practice, by using such measures, the nickel film created by the sintering method exhibits fairly good porosity, and the reduction in the effective area of the porous electrode 21 can be effectively suppressed. .

熱論、上記ニッケルとモリブデンによる材料関係は限定
的ではなく、要は、この第4図示実施例に認められるよ
うに、本発明によると、多孔質電極と集電パターンの中
、どちらを先に作るかは、用いる材料関係や形成手法の
如何により、選択する余地が生まれたということである
Thermal theory, the above-mentioned material relationship between nickel and molybdenum is not limited, and the point is, as seen in the fourth illustrated embodiment, according to the present invention, which one is made first, the porous electrode or the current collecting pattern? This means that there is now room for choice depending on the materials used and the forming method.

また、図示実施例では、いずれも、多孔質電極21の物
理的な支持基板ないし支持部材として固体電界買11を
示しているが、第7図(F)の従来例に2 がって符号11は単に物理的な支持部材を示しているも
のと見ても良い。これは、本発明をどういった装置に適
用するかにより選択される問題である。
Further, in the illustrated embodiments, a solid electric field resistor 11 is shown as a physical support substrate or support member for the porous electrode 21, but in the conventional example shown in FIG. may be viewed as simply indicating a physical support member. This is a matter of choice depending on what kind of device the present invention is applied to.

当然、当該支持部材11の空間形状(立体形状)は任意
であり、中空バイブ状であっても平板状であっても良い
し、逆に図示の通り、固体電界質11の上に本発明の多
孔質電極構造40を作成する場合にも、当該固体電界質
11は任意の立体形状を採ることができる。
Naturally, the spatial shape (three-dimensional shape) of the supporting member 11 is arbitrary, and it may be in the shape of a hollow vibrator or a flat plate. Also when creating the porous electrode structure 40, the solid electrolyte 11 can have any three-dimensional shape.

[効  果] 本発明によれば、ガス・センサ、燃料電池、AMTEC
等、そもそも多孔質電極を必要とする各種装置系に対し
、形成し得る反応部の数ないし総面積も十分で、ガスの
通りも良い外、実効的な電気抵抗値も十分に低いという
高性能な多孔質電極構造を提供することができる。
[Effects] According to the present invention, gas sensors, fuel cells, AMTEC
For various device systems that require porous electrodes, the number and total area of reaction parts that can be formed is sufficient, gas flow is good, and the effective electrical resistance value is sufficiently low. A porous electrode structure can be provided.

しかも、構造や製造手順は決して複雑でなく、その割に
機械的にも極めて丈夫であり、長い間の使用に耐える高
い信頼性を持つ。
Moreover, the structure and manufacturing procedure are not complicated, and it is mechanically extremely durable, with high reliability that can withstand long-term use.

したがって本発明は、将来的に見ても、この種の分野に
貢献する所、甚だ大なるものである。
Therefore, the present invention will greatly contribute to this type of field in the future.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明に従って構成された多孔質電極構造の第
一の実施例の概略構成図。 第2図は集電パターンのパターン形状に変更を及ぼした
第二の実施例の概略構成図。 第3図はさらに機械的に組み付けられた導電部材をも併
用する第三の実施例の概略構成図。 第4図は多孔質電極と集電パターンを形成するに際して
その形成の順番を逆転した実施例の概略構成図。 第5図は本発明の多孔質電極構造を用い得る装置例とし
て、アルカリ金属熱電変換装置の原理的な動作に関する
説明図。 第6図は多孔質電極の周りにおいて熱電変換のために生
じている現象の説明図。 第7図は従来における多孔質電極の種々な構造例の説明
図、である。 図中、11は支持部材ないし固体電界質部材、21は多
孔質電極、22は三相界面部ないし反応部、31は集電
パターン、35は機械的に作成される導電部材、40は
全体としての本発明多孔質電極構造。 第1図 第2図 第6図 第3図 第4図
FIG. 1 is a schematic diagram of a first embodiment of a porous electrode structure constructed according to the present invention. FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a second embodiment in which the pattern shape of the current collection pattern is changed. FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a third embodiment that also uses a mechanically assembled conductive member. FIG. 4 is a schematic diagram of an embodiment in which the order of formation of the porous electrode and current collection pattern is reversed. FIG. 5 is an explanatory diagram regarding the principle operation of an alkali metal thermoelectric conversion device as an example of a device that can use the porous electrode structure of the present invention. FIG. 6 is an explanatory diagram of phenomena occurring around a porous electrode due to thermoelectric conversion. FIG. 7 is an explanatory diagram of various structural examples of conventional porous electrodes. In the figure, 11 is a supporting member or a solid electrolyte member, 21 is a porous electrode, 22 is a three-phase interface part or a reaction part, 31 is a current collection pattern, 35 is a mechanically created conductive member, and 40 is the whole The porous electrode structure of the present invention. Figure 1 Figure 2 Figure 6 Figure 3 Figure 4

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)多孔質電極の一面側にあって所定の幾何的形状に
従いパターニング形成され、該多孔質電極と一体的な積
層関係となる導電性集電パターンを有すること; を特徴とする多孔質電極構造。
(1) A porous electrode characterized by having a conductive current collecting pattern on one side of the porous electrode that is patterned according to a predetermined geometric shape and has an integral laminated relationship with the porous electrode. structure.
(2)集電パターンも多孔性を有すること;を特徴とす
る請求項(1)に記載の多孔質電極構造。
The porous electrode structure according to claim (1), characterized in that (2) the current collection pattern also has porosity;
(3)多孔質電極と集電パターンの間には、該集電パタ
ーンにより物理的に押えられ、上記多孔質電極の周りに
機械的に巻き付けられるか被せられた導電性集電部材が
設けられていること;を特徴とする請求項(1)または
(2)に記載の多孔質電極構造。
(3) A conductive current collecting member is provided between the porous electrode and the current collecting pattern, which is physically pressed by the current collecting pattern and mechanically wrapped or covered around the porous electrode. The porous electrode structure according to claim 1 or 2, characterized in that:
(4)多孔質電極は支持部材または固体電界質部材の一
面上に形成され、上記集電パターンは該多孔質電極が該
支持部材または固体電界質部材に接している面とは反対
側の面にパターニング形成されていること; を特徴とする請求項(1)または(2)に記載の多孔質
電極構造。
(4) The porous electrode is formed on one surface of the support member or solid electrolyte member, and the current collection pattern is on the surface opposite to the surface where the porous electrode is in contact with the support member or solid electrolyte member. The porous electrode structure according to claim 1 or 2, wherein the porous electrode structure is formed by patterning.
(5)多孔質電極は支持部材または固体電界質部材の一
面上に形成され、上記集電パターンは該多孔質電極と上
記支持部材または固体電界質部材との間に形成されてい
ること; を特徴とする請求項(1)または(2)に記載の多孔質
電極構造。
(5) the porous electrode is formed on one surface of the support member or the solid electrolyte member, and the current collection pattern is formed between the porous electrode and the support member or the solid electrolyte member; The porous electrode structure according to claim (1) or (2).
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