JPWO2021090441A5

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Publication number: JPWO2021090441A5
Application number: JP2021554503A
Authority: JP
Filing date: 2019-11-07
Publication date: 2022-06-27
Anticipated expiration: 2039-11-07

Claims

燃料電池セルであって、
開口部を有する支持基板、
前記支持基板上に配置され前記開口部を覆う第１電極層、
前記第１電極層上に配置され１０００ｎｍ以下の厚さを有する固体電解質層、
前記固体電解質層上に配置された第２電極層、
を備え、
前記第１電極層のうち前記開口部を覆う部分の少なくとも一部は、多孔質構造を有し、
前記第１電極層のうち前記開口部を覆う部分以外の少なくとも一部は非多孔質構造を有し、
前記多孔質構造は金属の酸化物によって構成されているとともに、前記非多孔質構造は同じ金属の非酸化物によって構成されているか、
または、
前記多孔質構造は金属の非酸化物によって構成されているとともに、前記非多孔質構造は同じ金属の酸化物によって構成されている
ことを特徴とする燃料電池セル。
前記多孔質構造は、前記第１電極層の膜厚方向に沿って複数の空孔を有するとともに、前記第１電極層の面内方向に沿って複数の空孔を有する
ことを特徴とする請求項１記載の燃料電池セル。
前記第１電極層は、
多孔質の白金層、多孔質のニッケル層、多孔質のコバルト層、多孔質のチタン層、多孔質の鉄層、多孔質のパラジウム層、多孔質のイリジウム層、多孔質のルテニウム層、多孔質の金層、
のうち少なくともいずれかによって形成されている
ことを特徴とする請求項１記載の燃料電池セル。
前記第１電極層は、白金と卑金属の混合材料または白金と貴金属の混合材料によって形成されており、
前記第１電極層のうち前記卑金属によって形成されている部分および前記第１電極層のうち前記貴金属によって形成されている部分は、前記多孔質構造を形成する空孔を有しており、
前記卑金属は、ニッケル、コバルト、チタン、鉄、のうち少なくともいずれかであり、
前記貴金属は、パラジウム、イリジウム、ルテニウム、金、のうち少なくともいずれかである
ことを特徴とする請求項１記載の燃料電池セル。
前記第１電極層は、白金層と金属層と前記多孔質構造を有し、
前記多孔質構造は、前記開口部を覆う領域に形成されており、
前記多孔質構造は、白金と前記金属の酸化物の混合材料によって形成されており、
前記金属は、チタン、コバルト、ニッケル、鉄、ジルコニウム、セリウム、のうち少なくともいずれかである
ことを特徴とする請求項１記載の燃料電池セル。
前記第１電極層は、白金と金属の混合材料によって形成されており、
前記多孔質構造は、前記開口部を覆う領域に形成されており、
前記多孔質構造は、白金と前記金属の酸化物の混合材料によって形成されており、
前記金属は、チタン、コバルト、ニッケル、鉄、ジルコニウム、セリウム、のうち少なくともいずれかである
ことを特徴とする請求項１記載の燃料電池セル。
前記燃料電池セルはさらに、前記支持基板と前記固体電解質層との間に配置された絶縁層を備え、
前記開口部は、前記絶縁層によって複数の区画に区分されている
ことを特徴とする請求項１記載の燃料電池セル。
前記燃料電池セルはさらに、前記第１電極層と接した配線を備え、
前記開口部は、前記配線によって複数の区画に区分されている
ことを特徴とする請求項１記載の燃料電池セル。
前記支持基板は、空孔を有する多孔質基板であり、
前記多孔質基板は、多孔質金属基板、多孔質セラミック基板、多孔質半導体基板、のうち少なくともいずれかを用いて形成されており、
前記開口部は、前記空孔によって形成されている
ことを特徴とする請求項１記載の燃料電池セル。
前記第２電極層は、多孔質構造を有し、
前記燃料電池セルはさらに、前記第２電極層のうち前記固体電解質層と接していない側の面上に配置された配線を備える
ことを特徴とする請求項１記載の燃料電池セル。
前記固体電解質層の膜厚は、前記第１電極層の膜厚よりも小さい
ことを特徴とする請求項１記載の燃料電池セル。
請求項１記載の燃料電池セル、
前記燃料電池セルに対してガスを供給する供給口、
前記ガスを排出する排出口、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
燃料電池セルを製造する方法であって、
支持基板上に第１電極層を形成する工程、
前記第１電極層上に１０００ｎｍ以下の固体電解質層を成膜する工程、
前記固体電解質層上に第２電極層を形成する工程、
前記固体電解質層を形成した後、前記第１電極層の下表面に開口部を形成することによって前記第１電極層の下表面を露出させる工程、
酸化雰囲気内または還元雰囲気内で熱処理することによって前記開口部で下表面が露出している領域の前記第１電極層を多孔質化し、下表面が露出していない領域の前記第１電極層は多孔質化せずそのまま残す工程、
を有する
ことを特徴とする燃料電池セル製造方法。
前記第１電極層を形成する工程においては、
白金酸化物、酸化ニッケル、酸化コバルト、酸化チタン、酸化鉄、酸化パラジウム、酸化イリジウム、酸化ルテニウム、酸化金、のうち少なくともいずれかを含む材料を成膜することによって前記第１電極層を形成し、
または、
白金と酸化ニッケルの混合物、白金と酸化コバルトの混合物、白金と酸化チタンの混合物、白金と酸化鉄の混合物、白金と酸化パラジウムの混合物、白金と酸化イリジウムの混合物、白金と酸化ルテニウムの混合物、白金と酸化金の混合物、のうち少なくともいずれかを含む材料を成膜することによって前記第１電極層を形成し、
前記第１電極層を多孔質化する工程においては、
前記第１電極層を還元雰囲気内で熱処理して前記第１電極層内の酸化物を還元させることにより、前記第１電極層を多孔質化する
ことを特徴とする請求項１３記載の燃料電池セル製造方法。
前記第１電極層を形成する工程においては、
白金層とチタン層、白金層とコバルト層、白金層とニッケル層、白金層と鉄層、白金層とジルコニウム層、白金層とセリウム層、のうち少なくともいずれかを成膜することによって前記第１電極層を形成し、
または、
白金とチタンの混合材料、白金とコバルトの混合材料、白金とニッケルの混合材料、白金と鉄の混合材料、白金とジルコニウムの混合材料、白金とセリウムの混合材料、のうち少なくともいずれかを成膜することによって前記第１電極層を形成し、
前記第１電極層を多孔質化する工程においては、
前記第１電極層を酸化雰囲気内で熱処理して前記第１電極層内の金属を酸化させることにより、前記第１電極層を多孔質化する
ことを特徴とする請求項１３記載の燃料電池セル製造方法。