KR20200139711A - 전기 화학 소자의 금속 지지체, 전기 화학 소자, 전기 화학 모듈, 전기 화학 장치, 에너지 시스템, 고체 산화물형 연료 전지, 고체 산화물형 전해 셀 및 금속 지지체의 제조 방법 - Google Patents

전기 화학 소자의 금속 지지체, 전기 화학 소자, 전기 화학 모듈, 전기 화학 장치, 에너지 시스템, 고체 산화물형 연료 전지, 고체 산화물형 전해 셀 및 금속 지지체의 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20200139711A
KR20200139711A KR1020207030245A KR20207030245A KR20200139711A KR 20200139711 A KR20200139711 A KR 20200139711A KR 1020207030245 A KR1020207030245 A KR 1020207030245A KR 20207030245 A KR20207030245 A KR 20207030245A KR 20200139711 A KR20200139711 A KR 20200139711A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electrochemical
metal support
metal
electrode layer
electrochemical element
Prior art date
Application number
KR1020207030245A
Other languages
English (en)
Inventor
미쓰아키 에치고
히사오 오니시
가즈유키 미나미
유지 쓰다
교헤이 마나베
오사무 야마자키
Original Assignee
오사까 가스 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 오사까 가스 가부시키가이샤 filed Critical 오사까 가스 가부시키가이샤
Publication of KR20200139711A publication Critical patent/KR20200139711A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88—Processes of manufacture
    • H01M4/8803—Supports for the deposition of the catalytic active composition
    • H01M4/8807—Gas diffusion layers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
    • C25B11/02—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by shape or form
    • C25B11/03—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by shape or form perforated or foraminous
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B13/00—Diaphragms; Spacing elements
    • C25B13/04—Diaphragms; Spacing elements characterised by the material
    • C25B9/206—
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/70—Assemblies comprising two or more cells
    • C25B9/73—Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type
    • C25B9/77—Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type having diaphragms
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/023—Porous and characterised by the material
    • H01M8/0232—Metals or alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04014—Heat exchange using gaseous fluids; Heat exchange by combustion of reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04014—Heat exchange using gaseous fluids; Heat exchange by combustion of reactants
    • H01M8/04022—Heating by combustion
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04029—Heat exchange using liquids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04201—Reactant storage and supply, e.g. means for feeding, pipes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04858—Electric variables
    • H01M8/04925—Power, energy, capacity or load
    • H01M8/0494—Power, energy, capacity or load of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • H01M8/0618—Reforming processes, e.g. autothermal, partial oxidation or steam reforming
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M8/1213—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the electrode/electrolyte combination or the supporting material
    • H01M8/1226—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the electrode/electrolyte combination or the supporting material characterised by the supporting layer
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M8/1231—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte with both reactants being gaseous or vaporised
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M8/124—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the process of manufacturing or by the material of the electrolyte
    • H01M8/1246—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the process of manufacturing or by the material of the electrolyte the electrolyte consisting of oxides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M8/1286—Fuel cells applied on a support, e.g. miniature fuel cells deposited on silica supports
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
    • H01M8/2425—High-temperature cells with solid electrolytes
    • H01M8/2432—Grouping of unit cells of planar configuration
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2457—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with both reactants being gaseous or vaporised
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0205—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
    • C01B2203/0227—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
    • C01B2203/0233—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step the reforming step being a steam reforming step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/06—Integration with other chemical processes
    • C01B2203/066—Integration with other chemical processes with fuel cells
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0811—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combustion of fuel
    • C01B2203/0827—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combustion of fuel at least part of the fuel being a recycle stream
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1258—Pre-treatment of the feed
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M2008/1293—Fuel cells with solid oxide electrolytes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10—Process efficiency
    • Y02P20/129—Energy recovery, e.g. by cogeneration, H2recovery or pressure recovery turbines
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Abstract

충분한 강도와 성능을 확보하면서, 양산 시의 가공성과 비용을 개선한 전기 화학 소자 등을 제공한다. 전기 화학 소자의 금속 지지체(1)는, 전체적으로 판형이며, 전극층이 형성되는 면을 표면측 면(1a)으로서, 표면측 면(1a)으로부터 이면측 면(1b)으로 관통하는 복수의 관통 공간(1c)을 구비한다. 표면측 면(1a)에 있어서 관통 공간(1c)이 형성되어 있는 영역을 구멍 영역(1g)로 하고, 관통 공간(1c)의 표면측 면(1a)의 개구부를 표면측 개구부(1d)로 하고, 구멍 영역(1g)에서의 표면측 개구부(1d)가 차지하는 비율인 개구율이 0.1% 이상 7.0% 이하이다.

Description

전기 화학 소자의 금속 지지체, 전기 화학 소자, 전기 화학 모듈, 전기 화학 장치, 에너지 시스템, 고체 산화물형 연료 전지, 고체 산화물형 전해 셀 및 금속 지지체의 제조 방법
본 발명은, 금속 지지형(支持型) 전기 화학 소자와, 그 금속 지지체 등에 관한 것이다.
종래의 금속 지지형 SOFC에 있어서, 금속 지지체는 금속판에 다수가 구멍을 뚫어 구성되어 있다. 그러나, SOFC로서 충분한 성능을 확보하면서, 양산 시의 가공성이나 비용을 감안한 최적인 구멍 형상은, 아직도 발견되어 있지 않다.
일본 특표 2008-525967호 공보
특허문헌 1에서는, 셀 적층 시의 가공성을 감안한 금속 지지체의 구조가 개시되어 있다. 특허문헌 1의 셀에서는, 다수가 구멍을 뚫은 15㎛ 정도의 금속박 상에 전극층·전해질층·대극(對極) 전극층을 적층하고 있다. 이와 같이, 얇은 금속박에서는 강도가 작으므로, 셀 제조 시의 핸들링이 극히 곤란하고, 양산에 적합하지 않았다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것이며, 그 목적은, 충분한 강도와 성능을 확보하면서, 양산 시의 가공성과 비용을 개선한 전기 화학 소자 등을 제공하는 것에 있다.
[구성 1]
상기 목적을 달성하기 위한 전기 화학 소자의 금속 지지체의 특징적 구성은, 전체적으로 판형이며, 상기 금속 지지체는, 전극층이 형성되는 면을 표면측 면으로 하여, 상기 표면측 면으로부터 이면측(裏面側) 면으로 관통하는 복수의 관통 공간을 가지고, 상기 표면측 면에 있어서 상기 관통 공간이 형성되어 있는 영역을 구멍 영역으로 하고, 상기 관통 공간의 상기 표면측 면의 개구부를 표면측 개구부로 하여, 상기 구멍 영역에서의 상기 표면측 개구부가 차지하는 비율인 개구율이 0.1% 이상 7.0% 이하인 점에 있다.
상기한 특징적 구성에 의하면, 개구율이 0.1% 이상이므로, 이 금속 지지체를 사용하면 전기 화학 소자의 전극층에 충분한 양의 연료 가스(또는 공기)를 공급할 수 있으므로, 전기 화학 소자로서 충분한 성능을 확보할 수 있어 바람직하다. 그리고, 개구율이 0.15% 이상이면 보다 적합하고, 0.7% 이상이면 더욱 바람직하다. 이와 같이 함으로써, 개구율이 클수록 전기 화학 소자의 전극층에 많은 연료 가스(또는 공기)를 공급할 수 있도록 되어, 전기 화학 소자로서의 성능을 더욱 향상시킬 수 있기 때문이다. 또한, 개구율이 7.0% 이하이므로, 금속 지지체로서의 강도를 충분히 유지하여, 신뢰성이 높은 전기 화학 소자로 할 수 있고 또한 관통 공간의 가공 비용을 저감할 수 있고, 또한 복수의 관통 공간을 가지는 금속 지지체 상에 전극층 등의 전기 화학 소자의 구성 요소를 형성하기 쉽게 되므로, 바람직하다. 그리고, 개구율이 6.0% 이하이면 더욱 바람직하고, 5.5% 이하이면 더욱 바람직하다. 이와 같이 함으로써, 먼저 설명한 효과가 보다 크게 얻어지기 때문이다.
[구성 2]
본 발명에 관한 금속 지지체의 다른 특징적 구성은, 상기 표면측 개구부가, 직경이 10㎛ 이상 60㎛ 이하의 원형 또는 대략 원형인 점에 있다.
상기한 특징적 구성에 의하면, 관통 공간의 가공 형성이 용이해지고, 양산 시의 가공성과 비용을 개선할 수 있어 바람직하다. 그리고, 상기 표면측 개구부가, 직경이 10㎛ 이상의 원형 또는 대략 원형인 것이 바람직하고, 직경이 15㎛ 이상의 원형 또는 대략 원형이면 더욱 바람직하고, 직경이 20㎛ 이상의 원형 또는 대략 원형이면 더욱 바람직하다. 이와 같이 함으로써, 전기 화학 소자의 전극층에 충분한 양의 연료 가스(또는 공기)를 공급할 수 있도록 되어, 전기 화학 소자로서의 성능을 더욱 높일 수 있기 때문이다. 또한, 상기 표면측 개구부가, 직경이 60㎛ 이하의 원형 또는 대략 원형인 것이 바람직하고, 직경이 50㎛ 이하의 원형 또는 대략 원형이면 더욱 바람직하고, 직경이 40㎛ 이하의 원형 또는 대략 원형이면 더욱 바람직하다. 이와 같이 함으로써, 금속 지지체로서의 강도를 향상시키면서, 복수의 관통 공간을 가지는 금속 지지체 상에 전극층 등의 전기 화학 소자의 구성 요소를 더욱 형성하기 쉬워지기 때문이다.
[구성 3]
본 발명에 관한 금속 지지체는, 상기 관통 공간의 상기 이면측 면의 개구부인 이면측 개구부가, 상기 표면측 개구부보다도 큰 면적 또는 직경을 가지고 있어도 된다.
상기한 특징적 구성에 의하면, 관통 공간의 가공 형성이 더욱 용이해지고, 양산 시의 가공성과 비용을 개선할 수 있어 바람직하다. 또한, 금속 지지체의 표면측 개구부의 면적에 대한 금속 지지체 전체의 두께의 비율을 더욱 크게 할 수 있으므로, 충분한 강도를 가지면서, 금속 지지체 상에 전극층 등의 전기 화학 소자의 구성 요소를 형성하기 쉽게 되므로, 바람직하다.
[구성 4]
본 발명에 관한 금속 지지체는, 상기 표면측 개구부의 간격이 0.05㎜ 이상 0.3㎜ 이하이면 된다.
상기한 특징적 구성에 의하면, 금속 지지체의 강도와 성능을 양립할 수 있어 바람직하다. 그리고, 상기 표면측 개구부의 간격이 0.05㎜ 이상인 것이 바람직하고, 0.1㎜ 이상이면 더욱 바람직하고, 0.15㎜ 이상이면 더욱 바람직하다. 이와 같이 함으로써, 금속 지지체로서의 강도를 더욱 높일 수 있는 데 더하여, 복수의 관통 공간을 가지는 금속 지지체 상에 전극층 등의 전기 화학 소자의 구성 요소를 더욱 형성하기 쉬워지기 때문이다. 또한, 상기 표면측 개구부의 간격이 0.3㎜ 이하인 것이 바람직하고, 0.25㎜ 이하이면 더욱 바람직하고, 0.2㎜ 이하이면 가장 바람직하다. 이와 같이 함으로써, 전기 화학 소자의 전극층에 충분한 양의 연료 가스(또는 공기)를 공급할 수 있도록 되어, 전기 화학 소자로서의 성능을 더욱 높일 수 있기 때문이다.
[구성 5]
본 발명에 관한 금속 지지체는, 두께가 0.1㎜ 이상 1.0㎜ 이하이면 된다.
상기한 특징적 구성에 의하면, 관통 공간의 크기를 적절한 것으로 하면서, 금속 지지체의 전체의 강도를 충분히 유지할 수 있으므로, 양산 시의 가공성을 향상되고, 재료 비용을 저감할 수 있으므로, 바람직하다. 그리고, 금속 지지체의 두께가 0.1㎜ 이상인 것이 바람직하고, 0.15㎜ 이상이면 더욱 바람직하고, 0.2㎜ 이상이면 가장 바람직하다. 이와 같이 함으로써, 금속 지지체로서의 강도를 유지하면서, 양산 시의 핸들링이 보다 쉬워지기 때문이다. 또한, 금속 지지체의 두께가 1.0㎜ 이하인 것이 바람직하고, 0.75㎜ 이하이면 더욱 바람직하고, 0.5㎜ 이하이면 더욱 바람직하다. 이와 같이 함으로써, 금속 지지체로서의 강도를 유지하면서, 금속 지지체의 재료 비용을 더욱 저감할 수 있기 때문이다.
[구성 6]
본 발명에 관한 금속 지지체의 다른 특징적 구성은, 금속판을 복수 중첩하여 형성되어 있는 점에 있다.
상기한 특징적 구성에 의하면, 관통 공간의 크기를 적절한 것으로 하면서, 금속 지지체의 전체의 두께를 확보하여 강도를 충분히 유지할 수 있으므로, 양산 시의 가공성을 향상시킬 수 있어 바람직하다.
[구성 7]
본 발명에 관한 금속 지지체의 다른 특징적 구성은, 동일 또는 대략 동일한 두께의 금속판을 복수 중첩하여 형성되어 있는 점에 있다.
상기한 특징적 구성에 의하면, 관통 공간의 크기를 적절한 것으로 하면서, 금속 지지체의 전체의 두께를 확보하여 강도를 충분히 유지할 수 있으므로, 양산 시의 가공성을 향상시킬 수 있어 바람직하다. 또한, 이 경우, 동일 또는 대략 동일한 관통 공간을 형성한 동일 또는 대략 동일한 두께의 금속판을 중첩하여 접합하고, 전체의 두께를 확보한 금속 지지체로 할 수 있으므로, 비용을 개선할 수 있어 바람직하다.
[구성 8]
본 발명에 관한 금속 지지체의 다른 특징적 구성은, 금속제의 판인 제1 금속판과, 상기 제1 금속판보다 큰 두께의 금속제의 판인 제2 금속판을 포함하는, 복수의 금속판을 중첩하여 형성되어 있고, 상기 제1 금속판은 상기 제2 금속판보다 상기 표면측 면의 측에 배치되어 있는 점에 있다.
상기한 특징적 구성에 의하면, 관통 공간의 크기를 적절한 것으로 하면서, 금속 지지체의 전체의 두께를 확보하여 강도를 충분히 유지할 수 있으므로, 양산 시의 가공성을 향상시킬 수 있어 바람직하다. 또한, 이 경우, 큰 두께의 제2 금속판에 형성하는 개구부의 크기보다, 두께가 얇은 제1 금속판에 형성하는 개구부의 크기를 작게 하여, 이들을 중첩하여 접합하고, 전체의 두께를 확보한 금속 지지체로 할 수 있으므로, 금속 지지체의 표면측 개구부의 면적에 대한 금속 지지체 전체의 두께의 비율을 더욱 크게 할 수 있으므로, 충분한 강도를 가지면서, 금속 지지체 상에 전극층 등의 전기 화학 소자의 구성 요소를 형성하기 용이해져 바람직하다.
[구성 9]
본 발명에 관한 금속 지지체의 다른 특징적 구성은, 재료가 Fe-Cr계 합금인 점에 있다.
상기한 특징적 구성에 의하면, 금속 지지체의 내산화성(耐酸化性)과 고온 강도를 향상시킬 수 있다. 또한, 금속 지지체 상에 형성되는 전극층이나 전해질층 등의 전기 화학 소자의 구성 요소의 재료와 열팽창 계수(係數)를 가까운 것으로 할 수 있으므로, 히트사이클(heatcycle) 내구성이 우수한 전기 화학 소자를 실현할 수 있으므로, 바람직하다.
[구성 10]
본 발명에 관한 금속 지지체의 다른 특징적 구성은, 상기 표면측 면 중 적어도 일부가 금속 산화물막으로 덮혀져 있는 점에 있다.
상기한 특징적 구성에 의하면, 금속 산화물 피막에 의해 금속 지지체로부터 Cr 등의 성분이 전극층 등에 확산되는 것을 억제할 수 있으므로, 전극층 등의 성능 저하를 억제하고, 전기 화학 소자의 성능·내구성(耐久性)을 높일 수 있다.
[구성 11]
전술한 금속 지지체의 상기 표면측 면에, 적어도 전극층과 전해질층과 대극 전극층이 설치된 전기 화학 소자는, 충분한 성능을 확보하면서, 양산 시의 가공성과 비용을 개선한 것으로 되어 바람직하다. 또한, 강도이 우수한 금속 지지체 상에 전극층이나 전해질층 등의 전기 화학 소자의 구성 요소를 형성하므로, 전극층이나 전해질층 등의 전기 화학 소자의 구성 요소를 박층화(薄層化)나 박막화하는 것이 가능하므로, 전기 화학 소자의 재료 비용을 저감하는 것이 가능해지므로 바람직하다.
[구성 12]
본 발명에 관한 전기 화학 모듈의 특징적 구성은, 전술한 전기 화학 소자가 복수 집합된 상태로 배치되는 점에 있다.
상기한 특징적 구성에 의하면, 전술한 전기 화학 소자가 복수 집합된 상태로 배치되므로, 재료 비용과 가공 비용을 억제하면서, 컴팩트하며 고성능인, 강도와 신뢰성이 우수한 전기 화학 모듈을 얻을 수 있다.
[구성 13]
본 발명에 관한 전기 화학 장치의 특징적 구성은, 전술한 전기 화학 소자 또는 전술한 전기 화학 모듈과 연료 변환기를 적어도 가지고, 상기 전기 화학 소자 또는 상기 전기 화학 모듈과 상기 연료 변환기와의 사이에서 환원성 성분을 함유하는 가스를 유통(流通)시키는 연료 공급부를 가지는 점에 있다.
상기한 특징적 구성에 의하면, 전기 화학 소자 또는 전기 화학 모듈과 연료 변환기를 가지고, 전기 화학 소자 또는 전기 화학 모듈과 상기 연료 변환기와의 사이에서 환원성 성분을 함유하는 가스를 유통시키는 연료 공급부를 가지므로, 전기 화학 소자 또는 전기 화학 모듈을 연료 전지로서 동작시키는 경우, 도시가스 등의 기존의 원연료(原燃料) 공급 인프라를 사용하여 공급되는 천연 가스 등보다 개질기(改質器) 등의 연료 변환기에 의해 수소를 생성하는 구성으로 하면, 내구성·신뢰성 및 성능이 우수한 전기 화학 소자 또는 전기 화학 모듈을 구비한 전기 화학 장치를 실현할 수 있다. 또한, 전기 화학 모듈로부터 유통되는 미이용의 연료 가스를 리사이클하는 시스템을 구축하기 쉬워지기 때문에, 고효율의 전기 화학 장치를 실현할 수 있다.
전기 화학 소자 또는 전기 화학 모듈을 전해 셀로서 동작시키는 경우에는, 전극층에 수증기나 이산화탄소를 함유하는 가스가 유통되고, 전극층과 대극 전극층과의 사이에 전압이 인가된다. 그러면, 전극층에 있어서 전자 e
Figure pct00001
와 물분자 H2O나 이산화탄소 분자 CO2가 반응하고 수소 분자 H2나 일산화탄소 CO와 산소 이온 O2 -로 된다. 산소 이온 O2 -는 전해질층을 통해 대극 전극층으로 이동한다. 대극 전극층에 있어서 산소 이온 O2 -가 전자를 방출하여 산소 분자 O2로 된다. 이상의 반응에 의해, 물분자 H2O가 수소 H2와 산소 O2로 분해되고, 이산화탄소 분자 CO2를 함유하는 가스가 유통되는 경우에는 일산화탄소 CO와 산소 O2로 전기 분해된다.
수증기와 이산화탄소 분자 CO2를 함유하는 가스가 유통되는 경우에는 상기 전기 분해에 의해 전기 화학 소자 또는 전기 화학 모듈에 의해 생성한 수소 및 일산화탄소 등으로부터 탄화수소 등의 각종 화합물을 합성하는 연료 변환기를 설치할 수 있다. 연료 공급부에 의해, 이 연료 변환기가 생성한 탄화수소 등을 전기 화학 소자 또는 전기 화학 모듈에 유통하거나, 본 시스템·장치 밖으로 인출하여 별도 연료나 화학 원료로서 이용할 수 있다.
[구성 14]
본 발명에 관한 전기 화학 장치의 특징적 구성은, 전술한 전기 화학 소자 또는 전술한 전기 화학 모듈과, 상기 전기 화학 소자 또는 상기 전기 화학 모듈로부터 전력을 인출하거나 또는 상기 전기 화학 소자 또는 상기 전기 화학 모듈에 전력을 유통시키는 전력 변환기를 적어도 가지는 점에 있다.
상기한 특징적 구성에 의하면, 전력 변환기는, 전기 화학 소자 또는 전기 화학 모듈이 발전한 전력을 인출하거나, 또는 전기 화학 소자 또는 전기 화학 모듈에 전력을 유통한다. 이로써, 상기한 바와 같이 전기 화학 소자 또는 전기 화학 모듈은, 연료 전지로서 작용하거나, 또는 전해 셀로서 작용한다. 따라서, 상기 구성에 의하면, 연료 등의 화학적 에너지를 전기 에너지로 변환하는, 또는 전기 에너지를 연료 등의 화학적 에너지로 변환하는 효율을 향상시킬 수 있는 전기 화학 소자 등을 제공할 수 있다.
그리고, 예를 들면, 전력 변환기로서 인버터를 사용하는 경우, 내구성·신뢰성 및 성능이 우수한 전기 화학 소자 또는 전기 화학 모듈로부터 얻어지는 전기 출력을, 인버터에 의해 승압하거나, 직류를 교류로 변환하거나 할 수 있으므로, 전기 화학 소자 또는 전기 화학 모듈로 얻어지는 전기 출력을 이용하기 쉬워지므로, 바람직하다.
[구성 15]
본 발명에 관한 에너지 시스템의 특징적 구성은, 전술한 전기 화학 장치와, 상기 전기 화학 장치로부터 배출되는 열을 재이용하는 열배출 이용부를 가지는 점에 있다.
상기한 특징적 구성에 의하면, 전기 화학 장치와, 전기 화학 장치로부터 배출되는 열을 재이용하는 열배출 이용부를 가지므로, 내구성·신뢰성 및 성능이 우수하고, 또한 에너지 효율에도 우수한 에너지 시스템을 실현할 수 있다. 그리고, 전기 화학 장치로부터 배출되는 미이용의 연료 가스의 연소열을 이용하여 발전하는 발전 시스템과 조합시켜 에너지 효율이 우수한 하이브리드 시스템을 실현할 수도 있다.
[구성 16]
본 발명에 관한 고체 산화물형 연료 전지의 특징적 구성은, 전술한 전기 화학 소자를 구비하고, 발전 반응을 생기게 하는 점에 있다.
상기한 특징적 구성에 의하면, 내구성·신뢰성 및 성능이 우수한 전기 화학 소자를 구비한 고체 산화물형 연료 전지로서 발전 반응을 행할 수 있으므로, 고내구(高耐久)·고성능인 고체 산화물형 연료 전지를 얻을 수가 있다. 그리고, 정격 운전 시에 650℃ 이상의 온도역에서 운전 가능한 고체 산화물형 연료 전지이면, 도시가스 등의 탄화수소계 가스를 원연료로 하는 연료 전지 시스템에 있어서, 원연료를 수소로 변환할 때 필요로 하는 열을 연료 전지의 열배출로 조달할 수 있는 시스템을 구축할 수 있으므로, 연료 전지 시스템의 발전 효율을 높일 수 있으므로, 더욱 바람직하다. 또한, 정격 운전 시에 900℃ 이하의 온도역에서 운전되는 고체 산화물형 연료 전지이면, 금속 지지형 전기 화학 소자로부터의 Cr 휘발의 억제 효과가 높아지므로, 더욱 바람직하고, 정격 운전 시에 850℃ 이하의 온도역에서 운전되는 고체 산화물형 연료 전지이면, Cr 휘발의 억제 효과가 더욱 높아지므로, 더욱 바람직하다.
[구성 17]
본 발명에 관한 고체 산화물형 전해 셀의 특징적 구성은, 전술한 전기 화학 소자를 구비하고, 상기 전기 화학 소자에 의해 전해 반응을 생기게 하는 점에 있다.
상기한 특징적 구성에 의하면, 내구성·신뢰성 및 성능이 우수한 전기 화학 소자를 구비한 고체 산화물형 전해 셀로서 전해 반응에 의한 가스의 생성을 행할 수 있으므로, 고내구·고성능인 고체 산화물형 전해 셀을 얻을 수가 있다.
[구성 18]
상기 목적을 달성하기 위한, 전술한 금속 지지체를 제조하는 제조 방법의 특징적 구성은, 레이저 가공 또는 펀칭 가공 또는 에칭 가공 중 어느 하나, 또는 이들의 조합에 의해, 상기 표면측 면으로부터 이면측 면으로 관통하는 복수의 관통 공간을 형성하는 점에 있다.
상기한 특징적 구성에 의하면, 관통 공간의 가공 형성이 용이해지므로, 양산 시의 가공성과 비용을 개선할 수 있다.
도 1은 전기 화학 소자의 구성을 나타낸 개략도이다.
도 2는 전기 화학 소자 및 전기 화학 모듈의 구성을 나타낸 개략도이다.
도 3는 전기 화학 장치 및 에너지 시스템의 구성을 나타낸 개략도이다.
도 4는 전기 화학 모듈의 구성을 나타낸 개략도이다.
도 5는 금속 지지체의 구조를 나타낸 평면도 및 단면도(斷面圖)이다.
도 6은 금속 지지체의 구조를 나타낸 평면도 및 단면도이다.
도 7은 금속 지지체의 구조를 나타낸 평면도 및 단면도이다.
도 8은 다른 전기 화학 장치 및 에너지 시스템의 구성을 나타낸 개략도이다.
<제1 실시형태>
이하, 도 1을 참조하면서, 본 실시형태에 관한 전기 화학 소자(E) 및 고체 산화물형 연료 전지(Solid Oxide Fuel Cell: SOFC)에 대하여 설명한다. 전기 화학 소자(E)는, 예를 들면, 수소를 포함하는 연료 가스와 공기의 공급을 받아 발전하는 고체 산화물형 연료 전지의 구성 요소로서 사용된다. 그리고, 이하, 층의 위치 관계 등을 나타낼 때, 예를 들면, 전해질층(4)에서 볼 때 대극 전극층(6)의 측을 「상」또는 「상측」, 전극층(2)의 측을 「하」또는 「하측」이라고 하는 경우가 있다. 또한, 금속 지지체(1)에서의 전극층(2)이 형성되어 있는 측의 면을 표면측 면(1a), 반대측의 면을 이면측 면(1b)이라고 한다.
(전기 화학 소자)
전기 화학 소자(E)는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 금속 지지체(1)와, 금속 지지체(1) 상에 형성된 전극층(2)과, 전극층(2) 상에 형성된 중간층(3)과, 중간층(3) 상에 형성된 전해질층(4)을 구비한다. 그리고, 전기 화학 소자(E)는, 또한 전해질층(4) 상에 형성된 반응 방지층(5)과, 반응 방지층(5) 상에 형성된 대극 전극층(6)을 구비한다. 즉, 대극 전극층(6)은 전해질층(4) 상에 형성되고, 반응 방지층(5)은 전해질층(4)과 대극 전극층(6)과의 사이에 형성되어 있다. 전극층(2)은 다공질이며, 전해질층(4)은 치밀하다.
(금속 지지체)
금속 지지체(1)는, 전극층(2), 중간층(3) 및 전해질층(4) 등을 지지하여 전기 화학 소자(E)의 강도를 유지한다. 즉, 금속 지지체(1)는, 전기 화학 소자(E)를 지지하는 지지체로서의 역할을 담당한다.
금속 지지체(1)의 재료로서는, 전자 전도성, 내열성(耐熱性), 내산화성 및 내부식성(耐腐食性)이 우수한 재료가 사용된다. 예를 들면, 페라이트계 스테인레스, 오스테나이트계 스테인레스, 니켈 기합금 등이 사용된다. 특히, 크롬을 포함하는 합금이 바람직하게 사용된다. 본 실시형태에서는, 금속 지지체(1)는, Cr을 18 질량% 이상 25 질량% 이하 함유하는 Fe-Cr계 합금을 사용하고 있지만, Mn을 0.05 질량% 이상 함유하는 Fe-Cr계 합금, Ti를 0.15 질량% 이상 1.0 질량% 이하 함유하는 Fe-Cr계 합금, Zr을 0.15 질량% 이상 1.0 질량% 이하 함유하는 Fe-Cr계 합금, Ti 및 Zr을 함유하고 Ti와 Zr과의 합계의 함유량이 0.15 질량% 이상 1.0 질량% 이하인 Fe-Cr계 합금, Cu를 0.10 질량% 이상 1.0 질량% 이하 함유하는 Fe-Cr계 합금이면 특히 바람직하다.
금속 지지체(1)는 전체적으로 판형이다. 그리고, 금속 지지체(1)는, 전극층(2)이 설치되는 면을 표면측 면(1a)으로 하여, 표면측 면(1a)으로부터 이면측 면(1b)으로 관통하는 복수의 관통 공간(1c)을 구비한다. 관통 공간(1c)은, 금속 지지체(1)의 이면측 면(1b)으로부터 표면측 면(1a)으로 기체(氣體)를 투과시키는 기능을 가진다. 그리고, 판형의 금속 지지체(1)를 굽히거나 하여, 예를 들면, 상자형, 원통형 등의 형상으로 변형시켜 사용하는 것도 가능하다.
금속 지지체(1)의 표면에, 확산 억제층으로서의 금속 산화물층(1f)이 설치된다. 즉, 금속 지지체(1)와 후술하는 전극층(2)과의 사이에, 확산 억제층이 형성되어 있다. 금속 산화물층(1f)는, 금속 지지체(1)의 외부로 노출된 면뿐아니라, 전극층(2)과의 접촉면(계면)에도 설치된다. 또한, 관통 공간(1c)의 내측의 면에 설치할 수도 있다. 이 금속 산화물층(1f)에 의해, 금속 지지체(1)와 전극층(2)과의 사이의 원소 상호 확산을 억제할 수 있다. 예를 들면, 금속 지지체(1)로서 크롬을 함유하는 페라이트계 스테인레스를 사용한 경우에는, 금속 산화물층(1f)이 주로 크롬 산화물로 이루어진다. 그리고, 금속 지지체(1)의 크롬 원자 등이 전극층(2)이나 전해질층(4)으로 확산되는 것을, 크롬 산화물을 주성분으로 하는 금속 산화물층(1f)이 억제한다. 금속 산화물층(1f)의 두께는, 확산 방지 성능의 높이와 전기 저항의 낮기를 양립시킬 수 있는 두께이면 된다.
금속 산화물층(1f)은 각종 방법에 의해 형성될 수 있지만, 금속 지지체(1)의 표면을 산화시켜 금속 산화물로 하는 방법이 바람직하게 이용된다. 또한, 금속 지지체(1)의 표면에, 금속 산화물층(1f)을 스프레이 코팅법[용사법(溶射法)이나 에어로졸 데포지션법, 에어로졸 가스 데포지션법, 파우더 제트 데포지션법, 파티클 제트 데포지션법, 콜드 스프레이법 등의 방법], 스퍼터링법이나 PLD법 등의 PVD법, CVD법 등에 의해 형성해도 되고, 도금과 산화 처리에 의해 형성해도 된다. 또한, 금속 산화물층(1f)은 도전성이 높은 스피넬 상 등을 포함해도 된다.
금속 지지체(1)로서 페라이트계 스테인레스재를 사용한 경우, 전극층(2)이나 전해질층(4)의 재료로서 사용되는 YSZ(이트리아 안정화 지르코니아)나 GDC(가드리움·도프·세리아, CGO라고도 함) 등과 열팽창 계수가 가깝다. 따라서, 저온과 고온의 온도 사이클이 반복된 경우에도 전기 화학 소자(E)가 손상을 쉽게 받지 않는다. 따라서, 장기 내구성이 우수한 전기 화학 소자(E)를 실현할 수 있으므로, 바람직하다.
(금속 지지체 및 관통 공간의 구조)
도 1의 예에서는, 금속 지지체(1)가 1개의 금속의 판에 의해 구성되어 있다. 금속 지지체(1)를, 금속판을 복수 중첩하여 형성하는 것도 가능하다. 금속 지지체(1)를, 동일 또는 대략 동일한 두께의 금속판을 복수 중첩하여 형성하는 것도 가능하다. 금속 지지체(1)를, 두께가 상이한 금속판을 복수 중첩하여 형성하는 것도 가능하다. 이하, 금속 지지체(1) 및 관통 공간(1c)의 구조의 예에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다. 그리고, 금속 산화물층(1f)에 대해서는 도시를 생략한다.
<제1 예>
도 5를 참조하여, 금속 지지체(1)가 1개의 금속의 판에 의해 구성되는 예(제1 예)에 대하여 설명한다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 금속 지지체(1)는, 두께 T의 판형의 부재이며, 즉 전체적으로 판형이다. 금속 지지체(1)는, 표면측 면(1a)으로부터 이면측 면(1b)으로 관통하는 복수의 관통 공간(1c)을 구비한다. 제1 예에서는 관통 공간(1c)은, 단면(斷面)이 원형의 구멍이다. 그리고, 관통 공간(1c)의 단면 형상은, 원형이나 대략 원형 외에, 직사각형이나 삼각형, 다각형(多角形) 등도 가능하며, 관통 공간(1c)을 형성할 수 있으면, 금속 지지체(1)로서의 기능을 유지할 수 있는 범위에서 각종 형상으로 할 수 있다. 이 구멍[관통 공간(1c)]은, 레이저 가공, 펀칭 가공 또는 에칭 가공 중 어느 하나, 또는 이들의 조합에 의해, 금속 지지체(1)에 형성되어 있다. 이 구멍의 중심축은, 금속 지지체(1)에 대하여 직교하고 있다. 그리고, 구멍[관통 공간(1c)]의 중심축은, 금속 지지체(1)에 대하여 경사져 있어도 된다.
관통 공간(1c)의 표면측 면(1a)의 개구부를, 표면측 개구부(1d)라고 한다. 관통 공간(1c)의 이면측 면(1b)의 개구부를, 이면측 개구부(1e)라고 한다. 관통 공간(1c)의 단면이 원형의 구멍이므로, 표면측 개구부(1d) 및 이면측 개구부(1e)는, 모두 원형이다. 표면측 개구부(1d)와 이면측 개구부(1e)는, 같은 크기라도 된다.이면측 개구부(1e)가, 표면측 개구부(1d)보다 커도 된다. 표면측 개구부(1d)의 직경을, 직경 D라고 한다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 금속 지지체(1)에 있어서, 복수의 구멍[관통 공간(1c)]이, 피치 P(간격)에 의해, 직교 격자(格子)의 격자점의 위치에 형성되어 있다. 복수의 구멍[관통 공간(1c)]의 배치의 태양(態樣)으로서는, 직교 격자 외에, 경사 방향 격자, 정삼각형 형의 격자도 가능하고, 격자점에 더하여 대각선 교점(交点)에 대한 배치도 가능하며, 관통 공간을 형성할 수 있으면, 금속 지지체로서의 기능을 유지할 수 있는 범위에서 각종 배치로 할 수 있다.
금속 지지체(1)의 표면측 면(1a)에 있어서, 관통 공간(1c)이 형성되어 있는 영역을 구멍 영역(1g)이라고 한다. 구멍 영역(1g)는, 금속 지지체(1)의 외주(外周) 역주변을 제외한 범위 내에 설치된다. 1개의 구멍 영역(1g)이 금속 지지체(1)에 설치되어도 되고, 복수의 구멍 영역(1g)이 금속 지지체(1)에 설치되어도 된다.
금속 지지체(1)는, 지지체로서 전기 화학 소자(E)를 형성하는 데 충분한 강도를 가질 것이 요구된다. 금속 지지체(1)의 두께 T는, 0.1㎜ 이상이 바람직하고, 0.15㎜ 이상이 더욱 바람직하고, 0.2㎜ 이상이 가장 바람직하다. 금속 지지체(1)의 두께 T는, 1.0㎜ 이하가 바람직하고, 0.75㎜ 이하가 더욱 바람직하고, 0.5㎜ 이하가 가장 바람직하다.
표면측 개구부(1d)의 직경 D는, 10㎛ 이상이 바람직하고, 15㎛ 이상이 더욱 바람직하고, 20㎛ 이상이 가장 바람직하다. 표면측 개구부(1d)의 직경 D는, 60㎛ 이하가 바람직하고, 50㎛ 이하가 더욱 바람직하고, 40㎛ 이하가 가장 바람직하다.
관통 공간(1c)(구멍)의 배치의 피치 P는, 0.05㎜ 이상이 바람직하고, 0.1㎜ 이상이 더욱 바람직하고, 0.15㎜ 이상이 더욱 바람직하다. 관통 공간(1c)(구멍)의 배치의 피치 P는, 0.3㎜ 이하가 바람직하고, 0.25㎜ 이하가 더욱 바람직하고, 0.2㎜ 이하가 가장 바람직하다.
관통 공간(1c)의 표면측 개구부(1d)의 면적 S는, 7.0×10-5㎜2 이상인 것이 바람직하고, 3.0×10-3㎜2 이하인 것이 바람직하다.
구멍 영역(1g)에서의 표면측 개구부(1d)가 차지하는 비율을 개구율 A라고 정의한다. 개구율 A는, 0.1% 이상이면 매우 적합하고, 0.15% 이상이면 보다 매우 적합하고, 0.7% 이상이면 가장 바람직하다. 또한, 개구율 A는, 7.0% 이하이면 매우 적합하고, 6.0% 이하이면 더욱 바람직하고, 5.5% 이하이면 가장 바람직하다. 개구율 A는, 구멍 영역(1g)에서의 표면측 개구부(1d)의 면적 S의 합계를, 구멍 영역(1g)의 면적으로 제하여 산출된다.
그리고, 개구율 A는, 구멍 영역(1g)에 있어서 주기적으로 나타나는 영역에 착안하여 산출하는 것도 가능하다. 예를 들면, 도 5에 나타낸 단위 영역(1h)에 착안하여, 면적 S을 단위 영역(1h)의 면적(피치 P의 자승)으로 나눈 값은, 구멍 영역(1g) 전체의 개구율 A와 대략 같게 된다. 즉 도 5에 나타낸 직교 격자의 경우, 개구율 a는 이하의 식 1로 산출할 수 있다. 표면측 개구부(1d)가 직경 D의 원형의 경우, 또한 이하의 식 2의 관계가 성립한다.
[수식 1]
Figure pct00002
[수식 2]
Figure pct00003
<제2 예>
도 6을 참조하여, 금속 지지체(1)를 동일한 두께의 금속판을 복수 중첩하여 형성하는 예(제2 예)에 대하여 설명한다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 제2 예에서는, 두께 T1의 제1 금속판(10)과, 두께 T2의 제2 금속판(20)에 의해, 금속 지지체(1)가 구성되어 있다. 제1 금속판(10)과 제2 금속판(20)은, 같은 두께이다. 금속 지지체(1)는, 제1 금속판(10)과 제2 금속판(20)을 중첩하여 형성되어 있다. 그리고, 금속 지지체(1)는, 전체적으로 두께 T의 판형의 부재로 되어 있다. 제1 금속판(10)과 제2 금속판(20)은, 예를 들면, 스폿 용접이나, 납땜 접합, 진공 접합 등의 방법에 의해 접합되어 있다. 그리고, 제1 금속판(10)과 제2 금속판(20)은, 약간 상이한 두께, 즉 대략 동일한 두께로 구성해도 된다.
제1 금속판(10)은, 표면측의 면인 제1 표면측 면(10a)으로부터, 이면측의 면인 제1 이면측 면(10b)에 관통하는 복수의 제1 관통 공간(10c)을 구비한다. 제1 관통 공간(10c)은, 단면이 원형의 구멍이다. 그리고, 제1 관통 공간(10c)의 단면 형상은, 원형이나 대략 원형 외에, 직사각형이나 삼각형, 다각형 등도 가능하다. 이 구멍[제1 관통 공간(10c)]은, 레이저 가공 또는 펀칭 가공 또는 에칭 가공 중 어느 하나, 또는 이들의 조합에 의해, 제1 금속판(10)에 형성되어 있다. 이 구멍의 중심축은, 제1 금속판(10)에 대하여 직교하고 있다. 그리고, 구멍[제1 관통 공간(10c)]의 중심축은, 제1 금속판(10)에 대하여 경사져 있어도 된다.
제1 관통 공간(10c)의 제1 표면측 면(10a)의 개구부를, 제1 표면측 개구부(10d)라고 한다. 제1 관통 공간(10c)의 제1 이면측 면(10b)의 개구부를, 제1 면측 개구부(10e)라고 한다. 제1 관통 공간(10c)의 단면이 원형의 구멍이므로, 제1 표면측 개구부(10d) 및 제1 이면측 개구부(10e)는, 모두 원형이다. 제1 표면측 개구부(10d)와 제1 이면측 개구부(10e)는, 같은 크기라도 된다. 제1 이면측 개구부(10e)가, 제1 표면측 개구부(10d)보다 커도 된다. 제1 표면측 개구부(10d)의 직경을, 직경 D1이라고 한다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 제1 금속판(10)에 있어서, 복수의 구멍[제1 관통 공간(10c)]이, 피치 P1(간격)에 의해, 직교 격자의 격자점의 위치에 형성되어 있다. 복수의 구멍[제1 관통 공간(10c)]의 배치의 태양으로서는, 직교 격자 외에, 경사 방향 격자, 정삼각형상의 격자도 가능하고, 격자점에 더하여 대각선 교점으로의 배치도 가능하다.
제2 금속판(20)은, 표면측의 면인 제2 표면측 면(20a)으로부터, 이면측의 면인 제2 이면측 면(20b)에 관통하는 복수의 제2 관통 공간(20c)을 구비한다. 제2 관통 공간(20c)는, 단면이 원형의 구멍이다. 그리고, 제2 관통 공간(20c)의 단면 형상은, 원형이나 대략 원형 외에, 직사각형이나 삼각형, 다각형 등도 가능하다. 이 구멍[제2 관통 공간(20c)]은, 레이저 가공 또는 펀칭 가공 또는 에칭 가공 중 어느 하나, 또는 이들의 조합에 의해, 제2 금속판(20)에 형성되어 있다. 이 구멍의 중심축은, 제2 금속판(20)에 대하여 직교하고 있다. 그리고, 구멍[제2 관통 공간(20c)]의 중심축은, 제2 금속판(20)에 대하여 경사져 있어도 된다. 제2 예로서, 제2 금속판(20)의 제2 관통 공간(20c)의 직경과, 제1 금속판(10)의 제1 관통 공간(10c)의 직경이 같은 예가 나타나 있다. 그리고, 제1 관통 공간(10c)의 직경과 제2 관통 공간(20c)의 직경은 상이하도록 되어 있어도 된다.
제2 관통 공간(20c)의 제2 표면측 면(20a)의 개구부를, 제2 표면측 개구부(20d)라고 한다. 제2 관통 공간(20c)의 제2 이면측 면(20b)의 개구부를, 제2 이면측 개구부(20e)라고 한다. 제2 관통 공간(20c)의 단면이 원형의 구멍이므로, 제2 표면측 개구부(20d) 및 제2 이면측 개구부(20e)는, 모두 원형이다. 제2 표면측 개구부(20d)와 제2 이면측 개구부(20e)는, 같은 크기라도 된다. 제2 이면측 개구부(20e)가, 제2 표면측 개구부(20d)보다 커도 된다. 제2 표면측 개구부(20d)의 직경을, 직경 D2라고 한다.
제2 예에서는, 제2 금속판(20)의 제2 관통 공간(20c)의 직경과, 제1 금속판(10)의 제1 관통 공간(10c)의 직경이 같다. 따라서, 제1 표면측 개구부(10d)의 직경 D1과, 제2 표면측 개구부(20d)의 직경 D2가 같다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 제2 금속판(20)에 있어서, 복수의 구멍[제2 관통 공간(20c)]이, 피치 P2(간격)에 의해, 직교 격자의 격자점의 위치에 형성되어 있다. 복수의 구멍[제2 관통 공간(20c)]의 배치의 태양으로서는, 직교 격자 외에, 경사 방향 격자, 정삼각형 형의 격자도 가능하고, 격자점에 더하여 대각선 교점으로의 배치도 가능하다.
제2 예에서는, 제2 금속판(20)의 제2 관통 공간(20c)의 피치 P2와, 제1 금속판(10)의 제1 관통 공간(10c)의 피치 P1가 같다. 그리고, 제2 금속판(20)의 제2 관통 공간(20c)와, 제1 금속판(10)의 제1 관통 공간(10c)이, 상면에서 볼 때 중첩되도록, 제1 금속판(10)과 제2 금속판(20)이 중첩하여 접합되어 있다. 따라서, 제1 관통 공간(10c)와, 제2 관통 공간(20c)이 연통된다. 제1 관통 공간(10c)과 제2 관통 공간(20c)이 연통되어, 금속 지지체(1)의 관통 공간(1c)이 형성되어 있다.
금속 지지체(1)의 두께 T는, 제2 예의 형태에 있어서는, 제1 금속판(10)의 두께 T1과, 제2 금속판(20)의 두께 T2와의 합계이다. 그리고, 3개 이상의 금속판을 중첩하여 금속 지지체(1)를 형성한 경우에는, 이들 금속판의 두께의 합계가 금속 지지체(1)의 두께 T로 된다. 제2 예에 있어서도, 금속 지지체(1)의 두께 T는, 0.1㎜ 이상이 바람직하고, 0.15㎜ 이상이 더욱 바람직하고, 0.2㎜ 이상이 더욱 바람직하다. 금속 지지체(1)의 두께 T는, 1.0㎜ 이하가 바람직하고, 0.75㎜ 이하가 더욱 바람직하고, 0.5㎜ 이하가 가장 바람직하다.
제2 예의 형태에 있어서는, 제1 예의 형태에서의 표면측 개구부(1d)의 직경 D는, 제1 금속판(10)의 제1 관통 공간(10c)의 표면측 개구부(10d)의 직경 D1이 이에 상당한다. 제1 금속판(10)의 제1 표면측 면(10a)가, 제1 예의 형태에서의 금속 지지체(1)의 표면측 면(1a)에 상당하기 때문이다. 제2 예의 금속 지지체(1)를 사용하여 전기 화학 소자(E)를 구성한 경우, 제1 금속판(10)의 제1 표면측 면(10a) 상에, 전극층(2)이 형성된다. 제2 예에 있어서도, 표면측 개구부(10d)의 직경 D1은, 10㎛ 이상이 바람직하고, 15㎛ 이상이 더욱 바람직하고, 20㎛ 이상이 가장 바람직하다. 표면측 개구부(10d)의 직경 D1은, 60㎛ 이하가 바람직하고, 50㎛ 이하가 더욱 바람직하고, 40㎛ 이하가 가장 바람직하다.
제2 예의 형태에 있어서는, 관통 공간(1c)의 배치의 피치 P는, 제1 금속판(10)의 제1 관통 공간(10c)의 피치 P1가 이에 상당한다. 제1 금속판(10)의 제1 표면측 면(10a)이, 제1 예의 형태에서의 금속 지지체(1)의 표면측 면(1a)에 상당하기 때문이다. 제2 예의 금속 지지체(1)를 사용하여 전기 화학 소자(E)를 구성한 경우, 제1 금속판(10)의 제1 표면측 면(10a) 상에, 전극층(2)이 형성된다. 제2 예에 있어서도, 관통 공간(10c)(구멍)의 배치의 피치 P는, 0.05㎜ 이상이 바람직하고, 0.1㎜ 이상이 더욱 바람직하고, 0.15㎜ 이상이 가장 바람직하다. 관통 공간(10c)(구멍)의 배치의 피치 P는, 0.3㎜ 이하가 바람직하고, 0.25㎜ 이하가 더욱 바람직하고, 0.2㎜ 이하가 가장 바람직하다.
제2 예의 형태에 있어서는, 제1 예의 형태에서의 관통 공간(1c)의 표면측 개구부(1d)의 면적 S는, 제1 금속판(10)의 제1 표면측 개구부(10d)의 면적 S1이 이에 상당한다. 제1 금속판(10)의 제1 표면측 면(10a)이, 제1 예의 형태에서의 금속 지지체(1)의 표면측 면(1a)에 상당하기 때문이다. 제2 예의 금속 지지체(1)를 사용하여 전기 화학 소자(E)를 구성한 경우, 제1 금속판(10)의 제1 표면측 면(10a) 상에, 전극층(2)이 형성된다. 제2 예에 있어서도, 관통 공간(10c)의 표면측 개구부(10d)의 면적 S1은, 7.0×10-5㎜2 이상인 것이 바람직하고, 3.0×10-3㎜2 이하인 것이 바람직하다.
제2 예의 형태에 있어서는, 금속 지지체(1)의 개구율 A는, 제1 금속판(10)의 제1 구멍 영역(10g)에서의 제1 표면측 개구부(10d)가 차지하는 비율(개구율 A1)이다. [제1 구멍 영역(10g)는, 제1 금속판(10)의 제1 표면측 면(10a)에 있어서, 제1 관통 공간(10c)이 형성되어 있는 영역이다). 제1 금속판(10)의 제1 표면측 면(10a)가, 금속 지지체(1)의 표면측 면(1a)에 상당하기 때문이다. 제2 예의 금속 지지체(1)를 사용하여 전기 화학 소자(E)를 구성한 경우, 제1 금속판(10)의 제1 표면측 면(10a) 상에, 전극층(2)이 형성된다. 제2 예에 있어서도, 개구율 A는, 0.1% 이상이면 매우 적합하고, 0.15% 이상이면 보다 매우 적합하고, 0.7% 이상이면 가장 바람직하다. 또한, 개구율 A는, 7.0% 이하이면 매우 적합하고, 6.0% 이하이면 더욱 바람직하고, 5.5% 이하이면 가장 바람직하다.
개구율 A1은, 제1 구멍 영역(10g)에서의 제1 표면측 개구부(10d)의 면적 S1의 합계를, 제1 구멍 영역(10g)의 면적에서 제하여 산출된다. 그리고, 개구율 A1은, 제1 예와 마찬가지로, 제1 구멍 영역(10g)에 있어서 주기적으로 나타나는 영역에 착안하여 산출하는 것도 가능하다. 예를 들면, 도 6에 나타낸 제1 단위 영역(10h)에 착안하여, 면적 S1을 제1 단위 영역(10h)의 면적(피치 P1의 자승)으로 나눈 값은, 제1 구멍 영역(10g) 전체의 개구율 A1과 대략 같게 된다. 즉, 도 6에 나타낸 직교 격자의 경우, 개구율 A1은 이하의 식 3으로 산출할 수 있다. 제1 표면측 개구부(10d)가 직경 D1의 원형의 경우, 또한 이하의 식 4의 관계가 성립한다.
[수식 3]
Figure pct00004
[수식 4]
Figure pct00005
<제3 예>
도 7을 참조하여, 금속 지지체(1)가 상이한 두께의 금속판을 복수 중첩하여 형성되는 예(제3 예)에 대하여 설명한다. 제3 예에 관한 금속 지지체(1)는, 제2 예에 관한 금속 지지체(1)의 각처의 치수의 관계를 변경한 것이다. 이하의 제3 예의 설명에서는, 제2 예와 마찬가지의 부재에 대해서는 동일한 부호를 부여하고, 설명을 생략하는 경우가 있다.
도 7에 나타낸 바와 같이, 제3 예에서는, 두께 T1의 제1 금속판(10)과, 두께 T2의 제2 금속판(20)에 의해, 금속 지지체(1)가 구성되어 있다. 제1 금속판(10)과 제2 금속판(20)은, 상이한 두께로서, 제2 금속판(20)은 제1 금속판(10)보다 두께가 크다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 제3 예에서는, 예를 들면, 두께 T2는, 두께 T1의 약 5배이다.
제3 예에서는, 제2 표면측 개구부(20d)의 직경 D2와, 제1 표면측 개구부(10d)의 직경 D1은, 상이한 값으로 되어 있다. 제2 표면측 개구부(20d)의 직경 D2는, 제1 표면측 개구부(10d)의 직경 D1보다 크고, 예를 들면, 제1 표면측 개구부(10d)의 직경 D1의 약 8배이다.
제3 예에서는, 제1 금속판(10)의 제1 관통 공간(10c)과 제2 금속판(20)의 제2 관통 공간(20c)는, 모두 직교 격자의 격자점의 위치에 형성되어 있다. 그러나, 이들의 배치 피치, 즉 제1 관통 공간(10c)의 피치 P1과 제2 관통 공간(20c)의 피치 P2는, 상이한 값으로 되어 있다. 제2 관통 공간(20c)의 피치 P2는, 제1 관통 공간(10c)의 피치 P1보다 크고, 예를 들면, 피치 P1의 4배이다.
그러면, 제3 예의 금속 지지체(1)에서는, 도 7에 나타낸 바와 같이, 1개의 제2 관통 공간(20c)와, 4개의 제1 관통 공간(10c)이 연통되게 된다. 즉, 제2 예와 마찬가지로 제3 예에 있어서도, 제1 관통 공간(10c)과 제2 관통 공간(20c)이 연통되어, 제1 예의 형태에서의 금속 지지체(1)의 관통 공간(1c)이 형성되어 있다.
제3 예의 형태에 있어서도, 제2 예와 마찬가지로, 제1 예의 형태에서의 표면측 개구부(1d)의 직경 D는, 제1 금속판(10)의 제1 관통 공간(10c)의 직경 D1이 이에 상당한다. 제1 금속판(10)의 제1 표면측 면(10a)이, 제1 예의 형태에서의 금속 지지체(1)의 표면측 면(1a)에 상당하기 때문이다. 제3 예의 금속 지지체(1)를 사용하여 전기 화학 소자(E)를 구성한 경우, 제1 금속판(10)의 제1 표면측 면(10a) 상에, 전극층(2)이 형성된다. 제3 예에 있어서도, 표면측 개구부(10d)의 직경 D1은, 10㎛ 이상이 바람직하고, 15㎛ 이상이 더욱 바람직하고, 20㎛ 이상이 가장 바람직하다. 표면측 개구부(10d)의 직경 D1은, 60㎛ 이하가 바람직하고, 50㎛ 이하가 더욱 바람직하고, 40㎛ 이하가 가장 바람직하다.
제3 예의 형태에 있어서도, 제2 예와 마찬가지로, 제1 예의 형태에서의 관통 공간(1c)의 배치의 피치 P는, 제1 금속판(10)의 제1 관통 공간(10c)의 피치 P1가 이에 상당한다. 제1 금속판(10)의 제1 표면측 면(10a)이, 제1 예의 형태에서의 금속 지지체(1)의 표면측 면(1a)에 상당하기 때문이다. 제3 예의 금속 지지체(1)를 사용하여 전기 화학 소자(E)를 구성한 경우, 제1 금속판(10)의 제1 표면측 면(10a) 상에, 전극층(2)이 형성된다. 제3 예에 있어서도, 관통 공간(10c)(구멍)의 배치의 피치 P1은, 0.05㎜ 이상이 바람직하고, 0.1㎜ 이상이 더욱 바람직하고, 0.15㎜ 이상이 더욱 바람직하다. 관통 공간(10c)(구멍)의 배치의 피치 P1은, 0.3㎜ 이하가 바람직하고, 0.25㎜ 이하가 더욱 바람직하고, 0.2㎜ 이하가 가장 바람직하다.
제3 예의 형태에 있어서도, 제2 예와 마찬가지로, 제1 예의 형태에서의 관통 공간(1c)의 표면측 개구부(1d)의 면적 S는, 제1 금속판(10)의 제1 표면측 개구부(10d)의 면적 S1이 이에 상당한다. 제1 금속판(10)의 제1 표면측 면(10a)이, 제1 예의 형태에서의 금속 지지체(1)의 표면측 면(1a)에 상당하기 때문이다. 제3 예의 금속 지지체(1)를 사용하여 전기 화학 소자(E)를 구성한 경우, 제1 금속판(10)의 제1 표면측 면(10a) 상에, 전극층(2)이 형성된다. 제3 예에 있어서도, 관통 공간(10c)의 표면측 개구부(10d)의 면적 S1은, 7.0×10- 5㎜2 이상인 것이 바람직하고, 3.0×10-3㎜2 이하인 것이 바람직하다.
제3 예에 있어서도, 개구율 A는, 0.1% 이상이면 매우 적합하고, 0.15% 이상이면 보다 매우 적합하고, 0.7% 이상이면 가장 바람직하다. 또한, 개구율 A는, 7.0% 이하이면 매우 적합하고, 6.0% 이하이면 더욱 바람직하고, 5.5% 이하이면 가장 바람직하다. 제3 예에 있어서는, 금속 지지체(1)의 개구율 A는, 제1 관통 공간(10c) 중, 제2 관통 공간(20c)과 연통되는 것의 면적에 기초하여 산출된다. 제2 관통 공간(20c)과 연통되지 않는 제1 관통 공간(10c)은, 금속 지지체(1)의 표면측 면(1a)으로부터 이면측 면(1b)으로 관통하고 있지 않고, 전극층(2)에 기체를 공급할 수 없기 때문이다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 제2 관통 공간(20c)과 연통되는 것은, 제1 관통 공간(10c)의 4개에 1개의 비율이다. 따라서, 제1 금속판(10)의 제1 구멍 영역(10g)에서의 제1 표면측 개구부(10d)가 차지하는 비율을 개구율 A1로서, 금속 지지체(1)의 개구율 A는, 이하의 식 5로 산출할 수 있다. 제1 표면측 개구부(10d)가 직경 D1의 원형의 경우, 또한 이하의 식 6의 관계가 성립한다.
[수식 5]
Figure pct00006
[수식 6]
Figure pct00007
그리고, 금속 지지체(1),또는 제1 금속판(10)이나 제2 금속판(20) 중 하나 이상을, 금속 메시(mesh)를 압연(壓延) 가공하여 판형으로 가공한 금속판이나, 판형의 확장 메탈 또는 확장 메탈을 압연 가공하여 금속판으로 해도 된다. 금속 메시와는, 금속의 세선(細線)을 짜 형성된 시트형(sheet type)의 부재이며, 그 짜여진 세선의 사이에 공간을 가지고, 그 공간이 금속 메시를 두께 방향으로 관통하는 부분(관통공)을 가지고 있지만, 금속 메시를 압연 가공하여 판형으로 가공한 것은, 두께 방향으로 관통하는 관통공을 가지는 금속판으로 할 수 있다. 또한, 확장 메탈이란, 금속의 판에 절취선을 넣어 넓혀, 그 절취선을 다이아몬드형이나 거북의 등딱지형 등으로 된 시트형의 부재이며, 절취선이 넓게 할 수 있어, 다이아몬드형이나 거북의 등딱지형 등으로 된 부분이, 확장 메탈을 두께 방향으로 관통하는 부분(관통공)으로 된다. 확장 메탈을 압연 가공하여, 두께 방향으로 관통하는 관통공을 가지는 금속판으로 할 수도 있다. 그리고, 이들의 경우, 관통공의 형상은 각종 형태를 취하지만, 금속 메시를 압연 가공하여 얻은 금속판이나, 판형의 확장 메탈 또는 확장 메탈을 압연 가공한 금속판의 표면에서의 관통공의 개구부의 각 면적과 동 면적의 원의 직경을 산출하여, 그 관통공의 직경[내경(內徑)]으로 할 수 있다. 또한, 금속 지지체(1)가 제1 금속판(10) 및 제2 금속판(20)으로 구성되고, 제2 금속판(20)의 두께가 제1 금속판(10)의 두께보다 클 경우에는, 큰 두께의 제2 금속판(20)으로서, 금속 메시를 압연 가공하여 판형으로 가공한 금속판이나, 판형의 확장 메탈 또는 확장 메탈을 압연 가공한 금속판을 사용하는 것이 바람직하다.
(전극층)
전극층(2)은, 도 1에 나타낸 바와 같이, 금속 지지체(1)의 표면측의 면으로서 관통 공간(1c)이 설치된 영역으로부터 큰 영역에, 박층(薄層)의 상태로 설치할 수 있다. 박층으로 하는 경우에는, 그 두께를, 예를 들면, 1㎛∼100㎛ 정도, 바람직하게는, 5㎛∼50㎛으로 할 수 있다. 이와 같은 두께로 하면, 고가의 전극층 재료의 사용량을 저감하여 비용 저감을 도모하면서, 충분한 전극 성능을 확보하는 것이 가능해진다. 관통 공간(1c)이 설치된 영역의 전체가, 전극층(2)에 덮혀져 있다. 즉, 관통 공간(1c)은 금속 지지체(1)에서의 전극층(2)이 형성된 영역의 내측에 형성되어 있다. 환언하면, 모든 관통 공간(1c)이 전극층(2)에 접해 설치되어 있다.
전극층(2)의 재료로서는, 예를 들면, NiO-GDC, Ni-GDC, NiO-YSZ, Ni-YSZ, CuO-CeO2, Cu-CeO2 등의 복합재를 사용할 수 있다. 이들의 예에서는, GDC올 YSZ, CeO(2)를 복합재의 골재라고 할 수 있다. 그리고, 전극층(2)은, 저온 소성법(燒成法)(예를 들면, 1100℃보다 높은 고온 지역에서의 소성(燒成) 처리를 하지 않는 저온역에서의 소성 처리를 사용하는 습식법)이나 스프레이 코팅법(용사법이나 에어로졸 데포지션법, 에어로졸 가스 데포지션법, 파우더 제트 데포지션법, 파티클 제트 데포지션법, 콜드 스프레이법 등의 방법), PVD법(스퍼터링법이나 펄스레이저 데포지션법 등), CVD법 등에 의해 형성하는 것이 바람직하다. 이들의, 저온역에서 사용 가능한 프로세스에 의해, 예를 들면, 1100℃보다 높은 고온 지역에서의 소성을 이용하지 않고, 양호한 전극층(2)을 얻을 수 있다. 그러므로, 금속 지지체(1)를 손상시키지 않고, 또한 금속 지지체(1)와 전극층(2)과의 원소 상호 확산을 억제할 수 있고, 내구성이 우수한 전기 화학 소자를 실현할 수 있으므로, 바람직하다. 또한, 저온 소성법을 이용하면, 원재료의 핸들링이 용이하게 되므로, 더욱 바람직하다.
전극층(2)은, 기체 투과성을 갖게 하기 때문에, 그 내부 및 표면에 복수의 세공(細孔)을 구비한다.
즉 전극층(2)은, 다공질인 층으로서 형성된다. 전극층(2)은, 예를 들면, 그 치밀도가 30% 이상 80% 미만으로 되도록 형성된다. 세공의 사이즈는, 전기 화학 반응을 행할 때 원활한 반응이 진행되는 것에 적절한 사이즈를 적절히 선택할 수 있다. 그리고, 치밀도란, 층을 구성하는 재료의 공간에 차지하는 비율로서, (1-공공률(空孔率)로 나타낼 수 있고, 또한 상대(相對) 밀도와 동등이다.
(중간층)
중간층(3)(삽입층)은, 도 1에 나타낸 바와 같이, 전극층(2)을 덮은 상태에서, 전극층(2) 상에 박층의 상태로 형성할 수 있다. 박층으로 하는 경우에는, 그 두께를, 예를 들면, 1㎛∼100㎛ 정도, 바람직하게는 2㎛∼50㎛ 정도, 더욱 바람직하게는 4㎛∼25㎛ 정도로 할 수 있다. 이와 같은 두께로 하면, 고가의 중간층 재료의 사용량을 저감하여 비용 저감을 도모하면서, 충분한 성능을 확보하는 것이 가능해진다. 중간층(3)의 재료로서는, 예를 들면, YSZ(이트리아 안정화 지르코니아), SSZ(스칸듐 안정화 지르코니아)나 GDC(가드리움·도프·세리아), YDC(이트륨·도프·세리아), SDC(사마리움·도프·세리아) 등을 사용할 수 있다. 특히, 세리아계의 세라믹스가 바람직하게 사용된다.
중간층(3)은, 저온 소성법(예를 들면, 1100℃보다 높은 고온 지역에서의 소성 처리를 하지 않는 저온역에서의 소성 처리를 사용하는 습식법)이나 스프레이 코팅법(용사법이나 에어로졸 데포지션법, 에어로졸 가스 데포지션법, 파우더 제트 데포지션법, 파티클 제트 데포지션법, 콜드 스프레이법 등의 방법), PVD법(스퍼터링법, 펄스레이저 데포지션법 등), CVD법 등에 의해 형성하는 것이 바람직하다. 이들의, 저온역에서 사용 가능한 성막 프로세스에 의해, 예를 들면, 1100℃보다 높은 고온 지역에서의 소성을 이용하지 않고 중간층(3)을 얻을 수 있다. 그러므로, 금속 지지체(1)를 손상시키지 않고, 금속 지지체(1)와 전극층(2)과의 원소 상호 확산을 억제할 수 있고, 내구성이 우수한 전기 화학 소자(E)를 실현할 수 있다. 또한, 저온 소성법을 이용하면, 원재료의 핸들링이 용이하게 되므로, 더욱 바람직하다.
중간층(3)으로서는, 산소 이온(산화물 이온) 전도성을 가지는 것이 바람직하다. 또한, 산소 이온(산화물 이온)과 전자와의 혼합 전도성을 가지면 더욱 바람직하다. 이들의 성질을 가지는 중간층(3)은, 전기 화학 소자(E)에 대한 적용에 적합하다.
(전해질층)
전해질층(4)은, 도 1에 나타낸 바와 같이, 전극층(2) 및 중간층(3)을 덮은 상태에서, 중간층(3) 상에 박층의 상태로 형성된다. 또한, 두께가 10㎛ 이하의 박막의 상태로 형성할 수도 있다. 상세하게는 전해질층(4)은, 도 1에 나타낸 바와 같이, 중간층(3) 위와 금속 지지체(1) 위에 걸쳐서 설치된다. 이와 같이 구성하고, 전해질층(4)을 금속 지지체(1)에 접합함으로써, 전기 화학 소자 전체적으로 견뢰성(堅牢性)이 우수한 것으로 할 수 있다.
또한 전해질층(4)은, 도 1에 나타낸 바와 같이, 금속 지지체(1)의 표면측의 면으로 하여 관통 공간(1c)이 설치된 영역으로부터 큰 영역에 설치된다. 즉, 관통 공간(1c)은 금속 지지체(1)에서의 전해질층(4)이 형성된 영역의 내측에 형성되어 있다.
또한 전해질층(4)의 주위에 있어서는, 전극층(2) 및 중간층(3)으로부터의 가스의 리크를 억제할 수 있다. 설명하면, 전기 화학 소자(E)를 SOFC의 구성 요소로서 사용하는 경우, SOFC의 작성 시에는, 금속 지지체(1)의 이면측으로부터 관통 공간(1c)을 통해 전극층(2)에 가스가 공급된다. 전해질층(4)이 금속 지지체(1)에 접하고 있는 부위에 있어서는, 개스킷 등의 별개의 부재를 설치하지 않고, 가스의 리크를 억제할 수 있다. 그리고, 본 실시형태에서는 전해질층(4)에 의해 전극층(2)의 주위를 모두 덮고 있지만, 전극층(2) 및 중간층(3)의 상부에 전해질층(4)을 설치하고, 주위에 개스킷 등을 설치하는 구성으로 해도 된다.
전해질층(4)의 재료로서는, YSZ(이트리아 안정화 지르코니아), SSZ(스칸듐 안정화 지르코니아)나 GDC(가드리움·도프·세리아), YDC(이트륨·도프·세리아), SDC(사마리움·도프·세리아), LSGM(스트론튬·마그네슘 첨가 란탄가레이트) 등의 산소 이온을 전도(傳導)하는 전해질 재료나, 페로브스카이트(perovskite)형 산화물 등의 수소 이온을 전도하는 전해질 재료를 사용할 수 있다. 특히, 지르코니아계의 세라믹스가 바람직하게 사용된다. 전해질층(4)을 지르코니아계 세라믹스로 하면, 전기 화학 소자(E)를 사용한 SOFC의 가동(稼動) 온도를 세리아계 세라믹스나 각종 수소 이온 전도성 재료에 비해 높게 할 수 있다. 예를 들면, 전기 화학 소자(E)를 SOFC에 사용하는 경우, 전해질층(4)의 재료로서 YSZ와 같은 650℃ 정도 이상의 고온 지역에서도 높은 전해질 성능을 발휘할 수 있는 재료를 이용하고, 시스템의 원연료에 도시가스나 LPG 등의 탄화수소계의 원연료를 이용하고, 원연료를 수증기 개질(改質) 등에 의해 SOFC의 애노드 가스로 하는 시스템 구성으로 하면, SOFC의 셀 스택에서 생기는 열을 원연료 가스의 개질에 사용하는 고효율의 SOFC 시스템을 구축할 수 있다.
전해질층(4)은, 저온 소성법(예를 들면, 1100℃를 초과하는 고온 지역에서의 소성 처리를 하지 않는 저온역에서의 소성 처리를 사용하는 습식법)이나 스프레이 코팅법(용사법이나 에어로졸 데포지션법, 에어로졸 가스 데포지션법, 파우더 제트 데포지션법, 파티클 제트 데포지션법, 콜드 스프레이법 등의 방법), PVD법(스퍼터링법, 펄스레이저 데포지션법 등), CVD법 등에 의해 형성하는 것이 바람직하다. 이들의, 저온역에서 사용 가능한 성막 프로세스에 의해, 예를 들면, 1100℃를 초과하는 고온 지역에서의 소성을 이용하지 않고, 치밀하며 기밀성 및 가스 배리어성(barrier property)이 높은 전해질층(4)을 얻을 수 있다. 그러므로, 금속 지지체(1)의 손상을 억제하고, 또한 금속 지지체(1)와 전극층(2)과의 원소 상호 확산을 억제할 수 있어, 성능·내구성이 우수한 전기 화학 소자(E)를 실현할 수 있다. 특히, 저온 소성법이나 스프레이 코팅법 등을 이용하면 저비용인 소자를 실현할 수 있으므로, 바람직하다. 또한, 스프레이 코팅법을 이용하면, 치밀하며 기밀성 및 가스 배리어성이 높은 전해질층이 저온역에서 용이하게 얻을 수 있으므로 더욱 바람직하다.
전해질층(4)은, 애노드 가스나 캐소드 가스의 가스 리크를 차폐하고, 또한 높은 이온 전도성을 발현(發現)하기 위해, 치밀하게 구성된다. 전해질층(4)의 치밀도는 90% 이상이 바람직하고, 95% 이상이면 더욱 바람직하고, 98% 이상이면 가장 바람직하다. 전해질층(4)은, 균일한 층인 경우에는, 그 치밀도가 95% 이상인 것이 바람직하고, 98% 이상이면 더욱 바람직하다. 또한, 전해질층(4)이, 복수의 층형(層形)으로 구성되어 있는 것과 같은 경우에는, 그 중 적어도 일부가, 치밀도가 98% 이상인 층(치밀 전해질층)을 포함하고 있는 것이 바람직하고, 99% 이상인 층(치밀 전해질층)을 포함하고 있으면 더욱 바람직하다. 이와 같은 치밀 전해질층이 전해질층의 일부에 포함되어 있으면, 전해질층이 복수의 층형으로 구성되어 있는 경우라도, 치밀하며 기밀성 및 가스 배리어성이 높은 전해질층을 형성하기 쉽기 때문이다.
(반응 방지층)
반응 방지층(5)은, 전해질층(4) 상에 박층의 상태로 형성할 수 있다. 박층으로 하는 경우에는, 그 두께를, 예를 들면, 1㎛∼100㎛ 정도, 바람직하게는 2㎛∼50㎛ 정도, 더욱 바람직하게는 3㎛∼5㎛ 정도로 할 수 있다. 이와 같은 두께로 하면, 고가의 반응 방지층 재료의 사용량을 저감하여 비용 저감을 도모하면서, 충분한 성능을 확보하는 것이 가능해진다. 반응 방지층(5)의 재료로서는, 전해질층(4)의 성분과 대극 전극층(6)의 성분과의 사이의 반응을 방지할 수 있는 재료이면 되지만, 예를 들면, 세리아계 재료 등이 사용된다. 또한, 반응 방지층(5)의 재료로서, Sm, Gd 및 Y로 이루어지는 군으로부터 선택되는 원소 중 하나 이상을 함유하는 재료가 바람직하게 사용된다. 그리고, Sm, Gd 및 Y로 이루어지는 군으로부터 선택되는 원소 중 하나 이상을 함유하고, 이들 원소의 함유율의 합계가 1.0 질량% 이상 10 질량% 이하이면 된다. 반응 방지층(5)을 전해질층(4)과 대극 전극층(6)과의 사이에 도입함으로써, 대극 전극층(6)의 구성 재료와 전해질층(4)의 구성 재료와의 반응이 효과적으로 억제되고, 전기 화학 소자(E)의 성능의 장기 안정성을 향상시킬 수 있다. 반응 방지층(5)의 형성은, 1100℃ 이하의 처리 온도에서 형성할 수 있는 방법을 적절히 사용하여 행하면, 금속 지지체(1)의 손상을 억제하고, 또한 금속 지지체(1)와 전극층(2)과의 원소 상호 확산을 억제할 수 있어, 성능·내구성이 우수한 전기 화학 소자(E)를 실현할 수 있으므로, 바람직하다. 예를 들면, 저온 소성법(예를 들면, 1100℃를 초과하는 고온 지역에서의 소성 처리를 하지 않는 저온역에서의 소성 처리를 사용하는 습식법), 스프레이 코팅법(용사법이나 에어로졸 데포지션 법, 에어로졸 가스 데포지션법, 파우더 제트 데포지션법, 파티클 제트 데포지션법, 콜드 스프레이법 등의 방법), PVD법(스퍼터링법, 펄스레이저 데포지션법 등), CVD법 등을 적절히 사용하여 행할 수 있다. 특히, 저온 소성법이나 스프레이 코팅법 등을 이용하면 저비용인 소자를 실현할 수 있으므로, 바람직하다. 또한, 저온 소성법을 이용하면, 원재료의 핸들링이 용이하게 되므로, 더욱 바람직하다.
(대극 전극층)
대극 전극층(6)은, 전해질층(4 또는 반응 방지층(5) 상에 박층의 상태로 형성할 수 있다. 박층으로 하는 경우에는, 그 두께를, 예를 들면, 1㎛∼100㎛ 정도, 바람직하게는, 5㎛∼50㎛으로 할 수 있다. 이와 같은 두께로 하면, 고가의 대극 전극층 재료의 사용량을 저감하여 비용 저감을 도모하면서, 충분한 전극 성능을 확보하는 것이 가능해진다. 대극 전극층(6)의 재료로서는, 예를 들면, LSCF, LSM 등의 복합 산화물, 세리아계 산화물 및 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 특히, 대극 전극층(6)이, La, Sr, Sm, Mn, Co 및 Fe로 이루어지는 군으로부터 선택되는 2 종류 이상의 원소를 함유하는 페로브스카이트형 산화물를 포함하는 것이 바람직하다. 이상의 재료를 사용하여 구성되는 대극 전극층(6)은, 캐소드로서 기능한다.
그리고, 대극 전극층(6)의 형성은, 1100℃ 이하의 처리 온도에서 형성할 수 있는 방법을 적절히 사용하여 행하면, 금속 지지체(1)의 손상을 억제하고, 또한 금속 지지체(1)와 전극층(2)과의 원소 상호 확산을 억제할 수 있어, 성능·내구성이 우수한 전기 화학 소자(E)를 실현할 수 있으므로, 바람직하다. 예를 들면, 저온 소성법(예를 들면, 1100℃를 초과하는 고온 지역에서의 소성 처리를 하지 않는 저온역에서의 소성 처리를 사용하는 습식법), 스프레이 코팅법(용사법이나 에어로졸 데포지션법, 에어로졸 가스 데포지션법, 파우더 제트 데포지션법, 파티클 제트 데포지션법, 콜드 스프레이법 등의 방법), PDV법(스퍼터링법, 펄스레이저 데포지션법 등), CVD법 등을 적절히 사용하여 행할 수 있다. 특히, 저온 소성법이나 스프레이 코팅법 등을 이용하면 저비용인 소자를 실현할 수 있으므로, 바람직하다. 또한, 저온 소성법을 이용하면, 원재료의 핸들링이 용이하게 되므로, 더욱 바람직하다.
(고체 산화물형 연료 전지)
이상과 같이 전기 화학 소자(E)를 구성함으로써, 전기 화학 소자를 연료 전지(전기 화학 발전 셀)로서 기능하게 하는 경우에는, 전기 화학 소자(E)를 고체 산화물형 연료 전지의 발전 셀로서 사용할 수 있다. 예를 들면, 금속 지지체(1)의 이면측의 면으로부터 관통 공간(1c)을 통해 수소를 포함하는 연료 가스를 전극층(2)에 유통하여, 전극층(2)의 대극으로 되는 대극 전극층(6)에 공기를 유통하여, 예를 들면, 500℃ 이상 900℃ 이하의 온도에서 작동시킨다. 그러면, 대극 전극층(6)에 있어서 공기에 포함되는 산소 O2가 전자 e-와 반응하여 산소 이온 O2 -가 생성된다. 그 산소 이온 O2 -가 전해질층(4)을 통해 전극층(2)으로 이동한다. 전극층(2)에 있어서는, 공급된 연료 가스에 포함되는 수소 H2가 산소 이온 O2 -와 반응하고, 물 H2O와 전자 e-가 생성된다.
전해질층(4)에 수소 이온을 전도하는 전해질 재료를 사용한 경우에는, 전극층(2)에 있어서 유통된 연료 가스에 포함되는 수소 H2가 전자 e-를 방출하여 수소 이온 H＋가 생성된다. 그 수소 이온 H＋가 전해질층(4)을 통해 대극 전극층(6)으로 이동한다. 대극 전극층(6)에 있어서 공기에 포함되는 산소 O2와 수소 이온 H＋, 전자 e-가 반응하고 물 H2O가 생성된다.
이상의 반응에 의해, 전극층(2)과 대극 전극층(6)과의 사이에 기전력(起電力)이 발생한다. 이 경우, 전극층(2)은 SOFC의 연료극(애노드)으로서 기능하고, 대극 전극층(6)은 공기극(空氣極)(캐소드)으로서 기능한다.
(전기 화학 소자의 제조 방법)
다음에, 전기 화학 소자(E)의 제조 방법에 대하여 설명한다.
(전극층 형성 스텝)
전극층 형성 스텝에서는, 금속 지지체(1)의 표면측의 면의 관통 공간(1c)이 설치된 영역으로부터 넓은 영역에 전극층(2)이 박막의 상태로 형성된다. 금속 지지체(1)의 관통공은 레이저 가공 등에 의해 설치할 수 있다. 전극층(2)의 형성은, 전술한 바와 같이, 저온 소성법(1100℃ 이하의 저온역에서의 소성 처리를 행하는 습식법), 스프레이 코팅법(용사법이나 에어로졸 데포지션법, 에어로졸 가스 데포지션법, 파우더 제트 데포지션법, 파티클 제트 데포지션법, 콜드 스프레이법 등의 방법), PVD법(스퍼터링법, 펄스레이저 데포지션법 등), CVD법 등의 방법을 이용할 수 있다. 어느 방법을 이용하는 경우라도, 금속 지지체(1)의 열화(劣化)를 억제하므로, 1100℃ 이하의 온도에서 행하는 것이 바람직하다.
전극층 형성 스텝을 저온 소성법으로 행하는 경우에는, 구체적으로는 이하의 예와 같이 행한다.
먼저, 전극층(2)의 재료 분말과 용매[분산매(分散媒)]를 혼합하여 재료 페이스트를 작성하고, 금속 지지체(1)의 표면측의 면에 도포한다. 그리고, 전극층(2)을 압축 성형하고(전극층 평활화 공정), 1100℃ 이하에서 소성한다(전극층 소성 공정). 전극층(2)의 압축 성형은, 예를 들면, CIP(Cold Isostatic Pressing, 냉간(冷間) 정수압 가압) 성형, 롤 가압 성형, RIP(Rubber Isostatic Pressing) 성형 등에 의해 행할 수 있다. 또한, 전극층의 소성은, 800℃ 이상 1100℃ 이하의 온도에서 행하는 것이 바람직하다. 또한, 전극층 평활화 공정과 전극층 소성 공정의 순서를 교체할 수도 있다.
그리고, 중간층(3)을 가지는 전기 화학 소자를 형성하는 경우에는, 전극층 평활화 공정이나 전극층 소성 공정을 생략한, 전극층 평활화 공정이나 전극층 소성 공정을 후술하는 중간층 평활화 공정이나 중간층 소성 공정에 포함될 수도 있다.
그리고, 전극층 평활화 공정은, 랩 성형이나 레벨링 처리, 표면의 절삭·연마 처리 등을 행함으로써 행함으로써도 할 수 있다.
(확산 억제층 형성 스텝)
전술한 전극층 형성 스텝에서의 소성 공정 시에, 금속 지지체(1)의 표면에 금속 산화물층(1f)(확산 억제층)이 형성된다. 그리고, 상기 소성 공정에, 소성 분위기를 산소 분압(分壓)이 낮은 분위기 조건으로 하는 소성 공정이 포함되어 있으면 원소의 상호 확산 억제 효과가 높아, 저항값이 낮은 양질의 금속 산화물층(1f)(확산 억제층)이 형성되므로, 바람직하다. 전극층 형성 스텝을, 소성을 행하지 않는 코팅 방법으로 하는 경우를 포함하고, 별도의 확산 억제층 형성 스텝을 포함해도 된다. 어딘가에 있어서도, 금속 지지체(1)의 손상을 억제할 수 있는 1100
Figure pct00008
이하의 처리 온도로 행하는 것이 바람직하다. 또한, 후술하는 중간층 형성 스텝에서의 소성 공정 시에, 금속 지지체(1)의 표면에 금속 산화물층(1f)(확산 억제층)이 형성되어도 된다.
(중간층 형성 스텝)
중간층 형성 스텝에서는, 전극층(2)을 덮는 형태로, 전극층(2) 상에 중간층(3)이 박층의 상태로 형성된다. 중간층(3)의 형성은, 전술한 바와 같이, 저온 소성법(1100℃ 이하의 저온역에서의 소성 처리를 행하는 습식법), 스프레이 코팅법(용사법이나 에어로졸 데포지션법, 에어로졸 가스 데포지션법, 파우더 제트 데포지션법, 파티클 제트 데포지션법, 콜드 스프레이법 등의 방법), PVD법(스퍼터링법, 펄스레이저 데포지션법 등), CVD법 등의 방법을 이용할 수 있다. 어느 방법을 이용하는 경우라도, 금속 지지체(1)의 열화를 억제하므로, 1100℃ 이하의 온도에서 행하는 것이 바람직하다.
중간층 형성 스텝을 저온 소성법으로 행하는 경우에는, 구체적으로는 이하의 예와 같이 행한다.
먼저, 중간층(3)의 재료 분말과 용매(분산매)를 혼합하여 재료 페이스트를 작성하고, 금속 지지체(1)의 표면측의 면에 도포한다. 그리고, 중간층(3)을 압축 성형하고(중간층 평활화 공정), 1100℃ 이하에서 소성한다(중간층 소성 공정). 중간층(3)의 압연은, 예를 들면, CIP(Cold Isostatic Pressing, 냉간 정수압 가압) 성형, 롤 가압 성형, RIP(Rubber Isostatic Pressing) 성형 등에 의해 행할 수 있다. 또한, 중간층(3)의 소성은, 800℃ 이상 1100℃ 이하의 온도에서 행하는 것이 바람직하다. 이와 같은 온도이면, 금속 지지체(1)의 손상·열화를 억제하면서, 강도의 높은 중간층(3)을 형성할 수 있기 때문이다. 또한, 중간층(3)의 소성을 1050℃ 이하에서 행하면 더욱 바람직하고, 1000℃ 이하에서 행하면 더욱 바람직하다. 이것은, 중간층(3)의 소성 온도를 저하시키는 정도로, 금속 지지체(1)의 손상·열화를 더욱 억제하면서, 전기 화학 소자(E)를 형성할 수 있기 때문이다. 또한, 중간층 평활화 공정과 중간층 소성 공정의 순서를 교체할 수도 있다.
그리고, 중간층 평활화 공정은, 랩 성형이나 레벨링 처리, 표면의 절삭·연마 처리 등을 행함으로써도 할 수 있다.
(전해질층 형성 스텝)
전해질층 형성 스텝에서는, 전극층(2) 및 중간층(3)을 덮은 상태에서, 전해질층(4)이 중간층(3) 상에 박층의 상태로 형성된다. 또한, 두께가 10㎛ 이하의 박막의 상태로 형성되어도 된다. 전해질층(4)의 형성은, 전술한 바와 같이, 저온 소성법(1100℃ 이하의 저온역에서의 소성 처리를 행하는 습식법), 스프레이 코팅법(용사법이나 에어로졸 데포지션법, 에어로졸 가스 데포지션법, 파우더 제트 데포지션법, 파티클 제트 데포지션법, 콜드 스프레이법 등의 방법), PVD법(스퍼터링법, 펄스레이저 데포지션법 등), CVD법 등의 방법을 이용할 수 있다. 어느 방법을 이용하는 경우라도, 금속 지지체(1)의 열화를 억제하므로, 1100℃ 이하의 온도에서 행하는 것이 바람직하다.
치밀하며 기밀성 및 가스 배리어 성능이 높은, 양질의 전해질층(4)을 1100℃ 이하의 온도역에서 형성하기 위해서는, 전해질층 형성 스텝을 스프레이 코팅법으로 행하는 것이 바람직하다. 이 경우, 전해질층(4)의 재료를 금속 지지체(1) 상의 중간층(3)을 향해 분사하고, 전해질층(4)을 형성한다.
(반응 방지층 형성 스텝)
반응 방지층 형성 스텝에서는, 반응 방지층(5)이 전해질층(4) 상에 박층의 상태로 형성된다. 반응 방지층(5)의 형성은, 전술한 바와 같이, 저온 소성법(1100℃ 이하의 저온역에서의 소성 처리를 행하는 습식법), 스프레이 코팅법(용사법이나 에어로졸 데포지션법, 에어로졸 가스 데포지션법, 파우더 제트 데포지션법, 파티클 제트 데포지션법, 콜드 스프레이법 등의 방법), PVD법(스퍼터링법, 펄스레이저 데포지션법 등), CVD법 등의 방법을 이용할 수 있다. 어느 방법을 이용하는 경우라도, 금속 지지체(1)의 열화를 억제하므로, 1100℃ 이하의 온도에서 행하는 것이 바람직하다. 그리고, 반응 방지층(5)의 상측의 면을 평탄하게 하기 위해, 예를 들면, 반응 방지층(5)의 형성 후에 레벨링 처리나 표면을 절삭·연마 처리를 행하거나, 습식 형성 후 소성 전에, 프레스 가공을 행해도 된다.
(대극 전극층 형성 스텝)
대극 전극층 형성 스텝에서는, 대극 전극층(6)이 반응 방지층(5) 상에 박층의 상태로 형성된다. 대극 전극층(6)의 형성은, 전술한 바와 같이, 저온 소성법(1100
Figure pct00009
이하의 저온역에서의 소성 처리를 행하는 습식법), 스프레이 코팅법(용사법이나 에어로졸 데포지션법, 에어로졸 가스 데포지션법, 파우더 제트 데포지션법, 파티클 제트 데포지션법, 콜드 스프레이법 등의 방법), PVD법(스퍼터링법, 펄스레이저 데포지션법 등), CVD법 등의 방법을 이용할 수 있다. 어느 방법을 이용하는 경우라도, 금속 지지체(1)의 열화를 억제하므로, 1100℃ 이하의 온도에서 행하는 것이 바람직하다.
이상과 같이 하여, 전기 화학 소자(E)를 제조할 수 있다.
그리고, 전기 화학 소자(E)에 있어서, 중간층(3)(삽입층)과 반응 방지층(5)은, 어느 한편, 또는 양쪽을 구비하지 않는 형태로 하는 것도 가능하다. 즉, 전극층(2)과 전해질층(4)이 접촉하여 형성되는 형태, 또는 전해질층(4)과 대극 전극층(6)이 접촉하여 형성되는 형태도 가능하다. 이 경우에 전술한 제조 방법에서는, 중간층 형성 스텝, 반응 방지층 형성 스텝이 생략된다. 그리고, 다른 층을 형성하는 스텝을 추가하거나, 동종의 층을 복수 적층하거나 하는 것도 가능하지만, 어느 경우라도, 1100℃ 이하의 온도에서 행하는 것이 바람직하다.
<실시예 1>
두께 0.3㎜, 직경 25㎜의 원형의 crofer22APU의 금속판[금속 지지체(1)]에 대하여, 중심으로부터 반경 2.5㎜의 영역에 레이저 가공에 의해 관통 공간(1c)을 복수 설치하여, 금속 지지체(1)를 제작하였다. 관통 공간(1c)은, 직교 격자의 격자점에 설치하였다. 그리고, 표면측 개구부(1d)의 직경은 30㎛, 피치 P는 115㎛, 개구율은 5.3%이다.
다음에, 60 중량%의 NiO 분말과 40 중량%의 GDC 분말을 혼합하고, 유기 바인더와 유기 용매(분산매)를 부가하여 페이스트를 제작하였다. 그 페이스트를 이용하고, 스크린 인쇄를 사용하여 전극층(2)을 형성하였다. 그리고, 금속 지지체(1)의 중심으로부터 반경 3㎜의 영역에 전극층(2)을 적층하였다. 그리고, 전극층(2)을 적층한 금속 지지체(1)에 대하여, 950℃와 소성 처리를 행하였다(전극층 형성 스텝, 확산 억제층 형성 스텝).
다음에 GDC의 미분말(微粉末)에 유기 바인더와 유기 용매(분산매)를 부가하여 페이스트를 제작하였다. 그 페이스트를 사용하여, 스크린 인쇄에 의해, 전극층(2)을 적층한 금속 지지체(1)의 중심으로부터 반경 5㎜의 영역에 중간층(3)을 적층하였다. 다음에, 중간층(3)을 적층한 금속 지지체(1)에 대하여, CIP 성형한 후, 1000℃에서 소성 처리를 행함으로써, 표면이 평탄한 중간층(3)을 형성하였다(중간층 형성 스텝).
이상의 스텝에서 얻어진 전극층(2)의 두께는 약 14㎛이며, 중간층(3)의 두께는 약 9㎛였다. 또한, 이와 같이, 전극층(2)과 중간층(3)을 적층한 상태에서의 금속 지지체(1)의 He 리크량(leak amount)는, 0.2 MPa의 압력 하에서 11.5 mL/분 ·㎠였다. 이로부터, 전극층(2)과 중간층(3)을 적층한 금속 지지체(1)는 가스의 유통 성을 가지는 전극층 첨부 기판으로 되어 있는 것을 알 수 있다.
이어서, 모드 직경이 약 0.7㎛의 8 YSZ(이트리아 안정화 지르코니아) 성분을 금속 지지체(1)의 중간층(3) 상에, 중간층(3)을 덮도록 15㎜×15㎜의 범위에서 5㎜/초의 스캔 속도로 기판을 이동시키면서 분사하고, 전해질층(4)을 형성하였다(스프레이 코트). 그리고, 이 때, 금속 지지체(1)는 가열하지 않았다(전해질층 형성 스텝).
이상의 스텝에서 얻어진 전해질층(4)의 두께는 약 3㎛ 정도였다. 이와 같이, 전극층(2)과 중간층(3)과 전해질층(4)을 적층한 상태에서의 금속 지지체(1)의 He 리크량을 0.2 MPa의 압력 하에서 측정한 바, He 리크량은 검출 하한(1.0 mL/분 ·㎠) 미만이었다. 따라서, 형성된 전해질층(4)은, 가스 배리어성을 가지는 것을 알 수 있다.
다음에, GDC의 미분말에 유기 바인더와 유기 용매(분산매)를 부가하여 페이스트를 제작하였다. 그 페이스트를 사용하여, 스크린 인쇄에 의해, 전기 화학 소자(E)의 전해질층(4) 상에, 반응 방지층(5)을 형성하였다.
그 후, 반응 방지층(5)을 형성한 전기 화학 소자(E)에 대하여, CIP 성형한 후, 1000℃에서 1시간의 소성 처리를 행함으로써, 표면이 평탄한 반응 방지층(5)을 형성하였다(반응 방지층 형성 스텝).
또한, GDC 분말과 LSCF 분말을 혼합하고, 유기 바인더와 유기 용매(분산매)를 부가하여 페이스트를 제작하였다. 그 페이스트를 사용하여, 스크린 인쇄에 의해, 반응 방지층(5) 상에 대극 전극층(6)을 형성하였다. 마지막으로, 대극 전극층(6)을 형성한 전기 화학 소자(E)를 900에 의해 소성하여(대극 전극층 형성 스텝), 전기 화학 소자(E)를 얻었다.
<실시예 2>
실시예 1과 마찬가지의 표면측 개구부(1d)의 직경이 30㎛, 피치 P가 115㎛, 개구율은 5.3%의 금속 지지체(1)를 이용하고, 전극층 형성 스텝에서의 소성 처리 온도를 850℃, 중간층 형성 스텝에서의 소성 처리 온도를 1050℃로 변경한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지의 방법으로, 전극층(2)의 두께가 약 25㎛, 중간층(3)의 두께가 약 9㎛, 전해질층(4)의 두께가 약 9㎛ 정도의 전기 화학 소자(E)를 얻었다.
<실시예 3>
실시예 1과 마찬가지의 금속판을 이용하고, 구멍의 크기와 구멍 간격이 상이한 관통 공간(1c)을 형성하였다. 그리고, 관통 공간(1c)은, 직교 격자의 격자점에 설치하고, 표면측 개구부(1d)의 직경은 20㎛, 피치 P는 200㎛, 개구율은 0.8%이다. 이 금속 지지체(1)를 이용하고, 전극층 형성 스텝에서의 소성 처리 온도를 850℃로 변경한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지의 방법으로, 전극층(2)의 두께가 약 10㎛, 중간층(3)의 두께가 약 7㎛, 전해질층(4)의 두께가 약 4㎛ 정도의 전기 화학 소자(E)를 얻었다.
<실시예 4>
실시예 1과 마찬가지의 금속판을 이용하고, 구멍의 크기와 구멍 간격이 상이한 관통 공간(1c)을 형성하였다. 그리고, 관통 공간(1c)은, 직교 격자의 격자점에 설치하고, 표면측 개구부(1d)의 직경은 10㎛, 피치 P는 200㎛, 개구율은 0.2%이다. 이 금속 지지체(1)를 이용하고, 실시예 1과 마찬가지의 방법으로, 전해질층(4)의 두께가 약 4㎛ 정도의 전기 화학 소자(E)를 얻었다.
<비교예 1>
두께 0.3㎜, 120㎜ 각의 정사각형의 crofer22APU의 금속판[금속 지지체(1)]에 대하여, 중심으로부터 98㎜ 각(角)의 정사각형의 영역에 레이저 가공에 의해 관통 공간(1c)을 복수 설치하여, 금속 지지체(1)를 제작하였다. 관통 공간(1c)은, 직교 격자의 격자점에 설치하였다. 그리고, 표면측 개구부(1d)의 직경은 20㎛, 피치 P는 2000㎛, 개구율은 0.008%이다. 이 금속 지지체(1)를 이용하고, 60 중량%의 NiO 분말과 40 중량%의 YSZ 분말을 혼합하고, 유기 바인더와 유기 용매(분산매)를 부가하여 제작한 페이스트를 전극층 형성 스텝에 사용하도록 변경한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지의 방법으로, 전해질층(4)의 두께가 약 4㎛ 정도의 전기 화학 소자(E)를 얻었다.
<비교예 2>
펀칭에 의해, 표면측 개구부(1d)의 직경이 630㎛, 피치 P가 1250㎛, 개구율이 19.9%로 되도록 구멍 가공한, 두께 0.8㎜, 직경 25㎜의 원형의 SUS430의 금속판[금속 지지체(1)]에 대하여, 실시예 1과 마찬가지로 하여 전기 화학 소자(E)의 제조를 시도했지만, 전극층(2)이나 중간층(3) 등을 결함 없이 적층할 수 없어, 전기 화학 소자(E)로서 기능하는 것이 얻어지지 않았다.
얻어진 실시예 1∼4, 비교예 1의 전기 화학 소자(E)에 대하여, 전극층(2)에 연료 가스, 대극 전극층(6)에 공기를 공급하여 고체 산화물형 연료 전지 셀로서의 발전 성능을 750℃의 작동 온도로 측정하였다. 결과를 다음의 표 1에 나타낸다. 그리고, OCV[개회로(開回路) 전압]의 단위는 V이다. 또한, 전류 밀도는 0.8V에서의 측정값으로서, 단위는 mA/㎠이다.
표 1의 결과로부터 실시예 1∼4에서는, 전류 밀도가 크고 양호한 전기 화학 소자(E)인 것을 알 수 있다.
Figure pct00010
<제2 실시형태>
도 2 및 도 3을 참조하여, 제2 실시형태에 관한 전기 화학 소자(E), 전기 화학 모듈(M), 전기 화학 장치(Y) 및 에너지 시스템(Z)에 대하여 설명한다.
제2 실시형태에 관한 전기 화학 소자(E)는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 금속 지지체(1)의 이면(裏面; back surface)에 U자 부재(7)가 장착되어 있고, 금속 지지체(1)와 U자 부재(7)와 통형(筒形) 지지체를 형성하고 있다.
그리고, 집전(集電) 부재(26)를 사이에 협지(sandwich)하여 전기 화학 소자(E)가 복수 적층(복수 집합)되어, 전기 화학 모듈(M)이 구성되어 있다. 집전 부재(26)는, 전기 화학 소자(E)의 대극 전극층(6)과, U자 부재(7)에 접합되고, 양자를 전기적으로 접속하고 있다. 그리고, 집전 부재(26)를 생략하여, 전기 화학 소자(E)의 대극 전극층(6)과 U자 부재(7)를 직접 전기적으로 접속하는 구성으로 해도 된다.
전기 화학 모듈(M)은, 가스 매니폴드(manifold)(17), 집전 부재(26), 종단(終端) 부재 및 전류 인출부를 가진다. 복수 적층된 전기 화학 소자(E)는, 통형 지지체의 한쪽의 개구단부(開口端部)가 가스 매니폴드(17)에 접속되어, 가스 매니폴드(17)로부터 기체의 공급을 받는다. 공급된 기체는, 통형 지지체의 내부를 통류(通流)하여, 금속 지지체(1)의 관통 공간(1c)을 통해 전극층(2)에 공급된다.
도 3에는, 에너지 시스템(Z) 및 전기 화학 장치(Y)의 개요가 나타나 있다.
에너지 시스템(Z)는, 전기 화학 장치(Y)와, 전기 화학 장치(Y)로부터 배출되는 열을 재이용하는 열배출 이용부로서의 열교환기(53)를 구비한다.
전기 화학 장치(Y)는, 전기 화학 모듈(M)와, 탈류기(脫硫器)(31)와 개질기(34)로 이루어지는 연료 변환기를 가지고 전기 화학 모듈(M)에 대하여 환원성 성분을 함유하는 연료 가스를 공급하는 연료 공급부와, 전기 화학 모듈(M)로부터 전력을 인출하는 인버터(38)(전력 변환기의 일례)를 구비한다.
상세하게는 전기 화학 장치(Y)는, 탈류기(31), 개질수(改質水) 탱크(32), 기화기(33), 개질기(34), 블로어(35), 연소부(36), 인버터(38), 제어부(39), 수납 용기(40) 및 전기 화학 모듈(M)을 구비한다.
탈류기(31)는, 도시가스 등의 탄화수소계의 원연료에 포함되는 유황 화합물 성분을 제거(탈류(脫硫)한다. 원연료 중에 유황 화합물이 함유되는 경우, 탈류기(31)를 구비함으로써, 유황 화합물에 의한 개질기(34) 또는 전기 화학 소자(E)에 대한 영향을 억제할 수 있다. 기화기(33)는, 개질수 탱크(32)로부터 공급되는 개질수로부터 수증기를 생성한다. 개질기(34)는, 기화기(33)에 의해 생성된 수증기를 사용하여 탈류기(31)에 의해 탈류로 된 원연료를 수증기 개질하여, 수소를 포함하는 개질 가스를 생성한다.
전기 화학 모듈(M)은, 개질기(34)로부터 공급된 개질 가스와, 블로어(35)로부터 공급된 공기를 사용하여, 전기 화학 반응시켜 발전한다. 연소부(36)는, 전기 화학 모듈(M)로부터 배출되는 반응 배기 가스와 공기를 혼합시켜, 반응 배기 가스 중의 가연(可燃) 성분을 연소시킨다.
전기 화학 모듈(M)은, 복수의 전기 화학 소자(E)와 가스 매니폴드(17)를 구비한다. 복수의 전기 화학 소자(E)는 서로 전기적으로 접속된 상태로 병렬하여 배치되고, 전기 화학 소자(E)의 한쪽의 단부(端部)(하단부)가 가스 매니폴드(17)에 고정되어 있다. 전기 화학 소자(E)는, 가스 매니폴드(17)를 통해 공급되는 개질 가스와, 블로어(35)로부터 공급된 공기를 전기 화학 반응시켜 발전한다.
인버터(38)은, 전기 화학 모듈(M)의 출력 전력을 조정하여, 상용(商用) 계통(도시하지 않음)으로부터 수전(受電)하는 전력과 같은 전압 및 같은 주파수로 한다. 제어부(39)는 전기 화학 장치(Y) 및 에너지 시스템(Z)의 운전을 제어한다.
기화기(33), 개질기(34), 전기 화학 모듈(M) 및 연소부(36)는, 수납 용기(40) 내에 수납된다. 그리고, 개질기(34)는, 연소부(36)에서의 반응 배기 가스의 연소에 의해 발생하는 연소열을 사용하여 원연료의 개질 처리를 행한다.
원연료는, 승압(昇壓) 펌프(41)의 작동에 의해 원연료 공급로(42)를 통해 탈류기(31)에 공급된다. 개질수 탱크(32)의 개질수는, 개질수 펌프(43)의 작동에 의해 개질수 공급로(44)를 통해 기화기(33)에 공급된다. 그리고, 원연료 공급로(42)는 탈류기(31)보다 하류측의 부위에서, 개질수 공급로(44)에 합류(merging)되어 있고, 수납 용기(40) 외에 의해 합류로 된 개질수와 원연료가 수납 용기(40) 내에 구비된 기화기(33)에 공급된다.
개질수는 기화기(33)에 의해 기화되고 수증기로 된다. 기화기(33)에 의해 생성된 수증기를 포함하는 원연료는, 수증기 함유 원연료 공급로(45)를 통해 개질기(34)에 공급된다. 개질기(34)에 의해 원연료가 수증기 개질되고, 수소 가스를 주성분으로 하는 개질 가스(환원성 성분을 가지는 제1 기체)가 생성된다. 개질기(34)에 의해 생성된 개질 가스는, 개질 가스 공급로(46)를 통해 전기 화학 모듈(M)의 가스 매니폴드(17)에 공급된다.
가스 매니폴드(17)에 공급된 개질 가스는, 복수의 전기 화학 소자(E)에 대하여 분배되고, 전기 화학 소자(E)와 가스 매니폴드(17)와의 접속부인 하단(下端)으로부터 전기 화학 소자(E)에 공급된다. 개질 가스 중의 주로 수소(환원성 성분)가, 전기 화학 소자(E)에 의해 전기 화학 반응에 사용된다. 반응에 이용되지 않았던 잔여의 수소 가스를 포함하는 반응 배기 가스가, 전기 화학 소자(E)의 상단(上端)으로부터 연소부(36)로 배출된다.
반응 배기 가스는 연소부(36)에서 연소되고, 연소 배기 가스로 되어 연소 배기 가스 배출구(50)로부터 수납 용기(40)의 외부로 배출된다. 연소 배기 가스 배출구(50)에는 연소 촉매부(51)(예를 들면, 백금계 촉매)가 배치되고, 연소 배기 가스에 함유되는 일산화탄소나 수소 등의 환원성 성분을 연소 제거한다. 연소 배기 가스 배출구(50)로부터 배출된 연소 배기 가스는, 연소 배기 가스 배출로(52)에 의해 열교환기(53)에 보내진다.
열교환기(53)는, 연소부(36)에서의 연소로 생긴 연소 배기 가스와, 공급되는 냉수를 열교환 시켜, 온수를 생성한다. 즉, 열교환기(53)는, 전기 화학 장치(Y)로부터 배출되는 열을 재이용하는 열배출 이용부로서 동작한다.
그리고, 열배출 이용부 대신에, 전기 화학 모듈(M)로부터(연소되지 않고) 배출되는 반응 배기 가스를 이용하는 반응 배기 가스 이용부를 설치해도 된다. 반응 배기 가스에는, 전기 화학 소자(E)에 의해 반응에 이용되지 않았던 잔여의 수소 가스가 포함된다. 반응 배기 가스 이용부에서는, 잔여의 수소 가스를 이용하여, 연소에 의한 열이용이나, 연료 전지 등에 의한 발전이 행해지므로, 에너지의 유효 이용이 행해진다.
<제3 실시형태>
도 4에, 전기 화학 모듈(M)의 다른 실시형태를 나타낸다. 제3 실시형태에 관한 전기 화학 모듈(M)은, 전술한 전기 화학 소자(E)를, 셀 간 접속 부재(71)를 사이에 협지하여 적층함으로써, 전기 화학 모듈(M)을 구성한다.
셀 간 접속 부재(71)는, 도전성(導電性)을 가지고, 또한 기체 투과성을 가지지 않는 판형의 부재이며, 표면과 이면(back surface)에, 서로 직교하는 홈(72)이 형성되어 있다. 셀 간 접속 부재(71)는 스테인레스 등의 금속이나, 금속 산화물을 사용할 수 있다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 이 셀 간 접속 부재(71)를 사이에 협지하여 전기 화학 소자(E)를 적층하면, 홈(72)을 통해 기체를 전기 화학 소자(E)에 공급할 수 있다. 상세하게는 한쪽의 홈(72)이 제1 기체 유로(72a)로 되고, 전기 화학 소자(E)의 표면측, 즉 대극 전극층(6)에 기체를 공급한다. 다른 쪽의 홈(72)이 제2 기체 유로(72b)로 되고, 전기 화학 소자(E)의 이면측, 즉 금속 지지체(1)의 이면측의 면으로부터 관통 공간(1c)을 통해 전극층(2)에 기체를 공급한다.
이 전기 화학 모듈(M)을 연료 전지로서 동작시키는 경우에는, 제1 기체 유로(72a)에 산소를 공급하고, 제2 기체 유로(72b)에 수소를 공급한다. 그러면 전기 화학 소자(E)에 의해 연료 전지로서의 반응이 진행하고, 기전력·전류가 발생한다. 발생한 전력은, 적층된 전기 화학 소자(E)의 양단의 셀 간 접속 부재(71)로부터, 전기 화학 모듈(M)의 외부로 인출된다.
그리고, 본 제3 실시형태에서는, 셀 간 접속 부재(71)의 표면과 이면에, 서로 직교하는 홈(72)을 형성하였으나, 셀 간 접속 부재(71)의 표면과 이면에, 서로 병행하는 홈(72)을 형성할 수도 있다.
(다른 실시형태)
(1) 상기한 실시형태에서는, 전기 화학 소자(E)를 고체 산화물형 연료 전지에 사용하였지만, 전기 화학 소자(E)는, 고체 산화물형 전해 셀이나, 고체 산화물을 이용한 산소 센서 등에 이용할 수도 있다.
즉, 상기한 실시형태에서는, 연료 등의 화학적 에너지를 전기 에너지로 변환하는 효율을 향상시킬 수 있는 구성에 대하여 설명하였다.
즉, 상기한 실시형태에서는, 전기 화학 소자(E) 및 전기 화학 모듈(M)을 연료 전지로서 동작시키고, 전극층(2)에 수소 가스가 유통되고, 대극 전극층(6)에 산소 가스가 유통된다. 그러면, 대극 전극층(6)에 있어서 산소 분자 O2가 전자 e-와 반응하여 산소 이온 O2 -가 생성된다. 그 산소 이온 O2 -가 전해질층(4)을 통해 전극층(2)으로 이동한다. 전극층(2)에 있어서는, 수소 분자 H2가 산소 이온 O2 -와 반응하고, 물 H2O과 전자 e-가 생성된다. 이상의 반응에 의해, 전극층(2)과 대극 전극층(6)과의 사이에 기전력이 발생하여, 발전이 행해진다.
한편, 전기 화학 소자(E) 및 전기 화학 모듈(M)을 전해 셀로서 동작시키는 경우에는, 전극층(2)에 수증기나 이산화탄소를 함유하는 가스가 유통되고, 전극층(2)과 대극 전극층(6)과의 사이에 전압이 인가된다. 그러면, 전극층(2)에 있어서 전자 e-와 물분자 H2O, 이산화탄소 분자 CO2가 반응하고 수소 분자 H2나 일산화탄소 CO와 산소 이온 O2 -로 된다. 산소 이온 O2 -는 전해질층(4)을 통해 대극 전극층(6)으로 이동한다. 대극 전극층(6)에 있어서 산소 이온 O2 -가 전자를 방출하여 산소 분자 O2로 된다. 이상의 반응에 의해, 물분자 H2O가 수소 H2와 산소 O2에, 이산화탄소 분자 CO2를 함유하는 가스가 유통되는 경우에는 일산화탄소 CO와 산소 O2로 전기 분해된다.
수증기와 이산화탄소 분자 CO2를 함유하는 가스가 유통되는 경우에는 상기 전기 분해에 의해 전기 화학 소자(E) 및 전기 화학 모듈(M)에 의해 생성한 수소 및 일산화탄소 등으로부터 탄화수소 등의 각종 화합물 등을 합성하는 연료 변환기(91)를 설치할 수 있다. 연료 공급부(도시하지 않음)에 의해, 이 연료 변환기(91)가 생성한 탄화수소 등을 전기 화학 소자(E) 및 전기 화학 모듈(M)에 유통하거나, 본 시스템·장치 밖으로 인출하여 별도 연료나 화학 원료로서 이용할 수 있다.
도 8에 나타낸 에너지 시스템에서는, 전기 화학 모듈(M)은, 복수의 전기 화학 소자(E)와 가스 매니폴드(17) 및 가스 매니폴드(171)를 구비한다. 복수의 전기 화학 소자(E)는 서로 전기적으로 접속된 상태로 병렬하여 배치되고, 전기 화학 소자(E)의 한쪽의 단부(하단부)가 가스 매니폴드(17)에 고정되어 있고, 다른 쪽의 단부(상단부)가 가스 매니폴드(171)에 고정되어 있다. 전기 화학 소자(E)의 한쪽의 단부(하단부)에서의 가스 매니폴드(17)는, 수증기 및 이산화탄소의 공급을 받는다. 그리고, 전기 화학 소자(E)의 전기 화학 소자(E)에서 전술한 반응에 의해 생성한 수소 및 일산화탄소 등이, 전기 화학 소자(E)의 다른 쪽의 단부(상단부)와 연통되는 매니폴드(171)에 의해 수집된다.
도 8 중의 열교환기(90)를, 연료 변환기(91)에서 일어나는 반응에 의해 생기는 반응열과 물을 열교환시켜 기화하는 열배출 이용부로서 동작시키고 또한 도 8 중의 열교환기(92)를, 전기 화학 소자(E)에 의해 생기는 열배출과 수증기 및 이산화탄소를 열교환시켜 예열하는 열배출 이용부로서 동작시키는 구성으로 함으로써, 에너지 효율을 높일 수 있다.
또한, 전력 변환기(93)는, 전기 화학 소자(E)에 전력을 유통한다. 이로써, 상기한 바와 같이 전기 화학 소자(E)는, 전해 셀로서 작용한다.
따라서, 상기 구성에 의하면, 전기 에너지를 연료 등의 화학적 에너지로 변환하는 효율을 향상시킬 수 있는 전기 화학 소자(E) 등을 제공할 수 있다.
(2) 상기한 실시형태에서는, 전극층(2)의 재료로서, 예를 들면, NiO-GDC, Ni-GDC, NiO-YSZ, Ni-YSZ, CuO-CeO2, Cu-CeO2 등의 복합재를 이용하고, 대극 전극층(6)의 재료로서, 예를 들면, LSCF, LSM 등의 복합 산화물을 사용하였다. 이와 같이 구성된 전기 화학 소자(E)는, 전극층(2)에 수소 가스를 공급하여 연료극(애노드)로 하고, 대극 전극층(6)에 공기를 공급하여 공기극(캐소드)로 하고, 고체 산화물형 연료 전지 셀로서 사용할 수 있다. 이 구성을 변경하여, 전극층(2)을 공기극으로 하고, 대극 전극층(6)을 연료극으로 하는 것이 가능하도록, 전기 화학 소자(E)를 구성하는 것도 가능하다. 즉, 전극층(2)의 재료로서, 예를 들면, LSCF, LSM 등의 복합 산화물을 이용하고, 대극 전극층(6)의 재료로서, 예를 들면, NiO-GDC, Ni-GDC, NiO-YSZ, Ni-YSZ, CuO-CeO2, Cu-CeO2 등의 복합재를 사용한다. 이와 같이 구성한 전기 화학 소자(E)이면, 전극층(2)에 공기를 공급하여 공기극으로 하고, 대극 전극층(6)에 수소 가스를 공급하여 연료극으로 하고, 전기 화학 소자(E)를 고체 산화물형 연료 전지 셀로서 사용할 수 있다.
(3) 상기한 실시형태에서는, 전기 화학 소자(E)로서 주로 평판형(平板型)이나 원통 평판형의 고체 산화물형 연료 전지를 사용하였지만, 원통형의 고체 산화물형 연료 전지 등의 전기 화학 소자에 이용할 수도 있다.
(4) 상기한 실시형태에 있어서, 전기 화학 장치(Y)는, 복수의 전기 화학 소자(E)를 구비하는 전기 화학 모듈(M)을 구비하고 있다. 그러나, 상기한 실시형태의 전기 화학 장치(Y)는 1개의 전기 화학 소자(E)를 구비하는 구성에도 적용할 수 있다.
(5) 상기한 실시형태에서는, 전기 화학 소자(E)는, 금속 지지체(1)의 이면(back surface)에 U자 부재(7)가 장착되어 있고, 금속 지지체(1)와 U자 부재(7)와의 2부재로 통형 지지체를 형성하는 구성으로 하였으나, 1부재를 사용하여 금속 지지체(1)와 U자 부재(7)를 일체로 형성하여 통형 지지체로 하는 구성으로 해도 되고, 또한 3부재 이상의 부재를 사용하여 통형 지지체를 형성해도 된다.
또한, U자 부재(7)를 생략하여 금속 지지체(1)에 의해 전극층(2) 등을 지지하는 구성으로 해도 된다.
그리고, 상기한 실시형태에서 개시되는 구성은, 모순이 생기지 않는 한, 다른 실시형태에서 개시되는 구성과 조합시켜 적용할 수 있다. 또한, 본 명세서에 있어서 개시된 실시형태는 예시로서, 본 발명의 실시형태는 이에 한정되지 않고, 본 발명의 목적을 벗어나지 않는 범위 내에서 적절히 개변(改變; modification) 할 수 있다.
[산업 상의 이용 가능성]
전기 화학 소자 및 고체 산화물형 연료 전지 셀로서 이용 가능하다.
1: 금속 지지체
1a: 표면측 면
1b:이면측 면
1c: 관통 공간
1d: 표면측 개구부
1e:이면측 개구부
1f: 금속 산화물층
1g: 구멍 영역
1h: 단위 영역
2: 전극층
4: 전해질층
6: 대극 전극층
T: 두께
D: 내경, 직경, 구멍 직경
P: 피치, 간격
S: 면적(표면측 개구부)
A: 개구율
10: 제1 금속판
10a: 제1 표면측 면
10b: 제1 이면측 면
10c: 제1 관통 공간
10d: 제1 표면측 개구부
10e: 제1 이면측 개구부
10g: 제1 구멍 영역
10h: 제1 단위 영역
T1: 두께
D1: 내경, 직경, 구멍 직경
P1: 피치, 간격
S1: 면적(표면측 개구부)
A1: 개구율
20: 제2 금속판
20a: 제2 표면측 면
20b: 제2 이면측 면
20c: 제2 관통 공간
20d: 제2 표면측 개구부
20e: 제2 이면측 개구부
T2: 두께
D2: 내경, 직경, 구멍 직경
P2: 피치, 간격
E: 전기 화학 소자
M: 전기 화학 모듈
Y: 전기 화학 장치
Z: 에너지 시스템

Claims (18)

  1. 전기 화학 소자의 금속 지지체로서,
    상기 금속 지지체는 전체적으로 판형이며, 상기 금속 지지체는, 전극층이 형성되는 면을 표면측 면으로 하여, 상기 표면측 면으로부터 이면측(裏面側) 면으로 관통하는 복수의 관통 공간을 가지고, 상기 표면측 면에 있어서 상기 관통 공간이 형성되어 있는 영역을 구멍 영역으로 하고, 상기 관통 공간의 상기 표면측 면의 개구부를 표면측 개구부로 하고, 상기 구멍 영역에서의 상기 표면측 개구부가 차지하는 비율인 개구율이 0.1% 이상 7.0% 이하인, 금속 지지체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 표면측 개구부가, 직경이 10㎛ 이상 60㎛ 이하의 원형 또는 대략 원형인, 금속 지지체.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 관통 공간의 상기 이면측 면의 개구부인 이면측 개구부가, 상기 표면측 개구부보다 큰 면적 또는 직경을 가지는, 금속 지지체.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표면측 개구부의 간격이 0.05㎜ 이상 0.3㎜ 이하인, 금속 지지체.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    두께가 0.1㎜ 이상 1.0㎜ 이하인, 금속 지지체.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    금속판을 복수 중첩하여 형성되어 있는, 금속 지지체.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    동일 또는 대략 동일한 두께의 금속판을 복수 중첩하여 형성되어 있는, 금속 지지체.
  8. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    금속제의 판인 제1 금속판과, 상기 제1 금속판보다 큰 두께의 금속제의 판인 제2 금속판을 포함하고, 복수의 금속판을 중첩하여 형성되어 있고, 상기 제1 금속판은 상기 제2 금속판보다 상기 표면측 면의 측에 배치되어 있는, 금속 지지체.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    재료가 Fe-Cr계 합금인, 금속 지지체.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표면측 면 중 적어도 일부가 금속 산화물막으로 덮혀져 있는, 금속 지지체.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 기재된 금속 지지체의 상기 표면측 면에, 적어도 전극층과 전해질층과 대극(對極) 전극층이 설치된, 전기 화학 소자.
  12. 제11항에 기재된 전기 화학 소자가 복수 집합된 상태로 배치되는, 전기 화학 모듈.
  13. 제11항에 기재된 전기 화학 소자 또는 제12항에 기재된 전기 화학 모듈과 연료 변환기를 적어도 포함하고, 상기 전기 화학 소자 또는 상기 전기 화학 모듈과 상기 연료 변환기 사이에서 환원성 성분을 함유하는 가스를 유통(流通)시키는 연료 공급부를 포함하는, 전기 화학 장치.
  14. 제11항에 기재된 전기 화학 소자 또는 제12항에 기재된 전기 화학 모듈과, 상기 전기 화학 소자 또는 상기 전기 화학 모듈로부터 전력을 인출하거나 또는 상기 전기 화학 소자 또는 상기 전기 화학 모듈에 전력을 유통시키는 전력 변환기를 적어도 포함하는, 전기 화학 장치.
  15. 제13항 또는 제14항에 기재된 전기 화학 장치; 및
    상기 전기 화학 장치로부터 배출되는 열을 재이용하는 열배출 이용부;
    를 포함하는, 에너지 시스템.
  16. 제11항에 기재된 전기 화학 소자를 포함하고, 상기 전기 화학 소자에 의해 발전 반응을 생기게 하는, 고체 산화물형 연료 전지.
  17. 제11항에 기재된 전기 화학 소자를 포함하고, 상기 전기 화학 소자에 의해 전해 반응을 생기게 하는, 고체 산화물형 전해 셀.
  18. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 기재된 금속 지지체를 제조하는 제조 방법으로서,
    레이저 가공 또는 펀칭 가공 또는 에칭 가공 중 어느 하나, 또는 이들의 조합에 의해, 상기 표면측 면으로부터 이면측 면으로 관통하는 복수의 관통 공간을 형성하는, 금속 지지체의 제조 방법.
KR1020207030245A 2018-03-30 2019-03-29 전기 화학 소자의 금속 지지체, 전기 화학 소자, 전기 화학 모듈, 전기 화학 장치, 에너지 시스템, 고체 산화물형 연료 전지, 고체 산화물형 전해 셀 및 금속 지지체의 제조 방법 KR20200139711A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2018-070341 2018-03-30
JP2018070341 2018-03-30
PCT/JP2019/014377 WO2019189912A1 (ja) 2018-03-30 2019-03-29 電気化学素子の金属支持体、電気化学素子、電気化学モジュール、電気化学装置、エネルギーシステム、固体酸化物形燃料電池、固体酸化物形電解セルおよび金属支持体の製造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20200139711A true KR20200139711A (ko) 2020-12-14

Family

ID=68060281

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020207030245A KR20200139711A (ko) 2018-03-30 2019-03-29 전기 화학 소자의 금속 지지체, 전기 화학 소자, 전기 화학 모듈, 전기 화학 장치, 에너지 시스템, 고체 산화물형 연료 전지, 고체 산화물형 전해 셀 및 금속 지지체의 제조 방법

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20210119239A1 (ko)
EP (1) EP3793012A4 (ko)
JP (2) JP7470037B2 (ko)
KR (1) KR20200139711A (ko)
CN (1) CN111919321A (ko)
CA (1) CA3107254A1 (ko)
TW (1) TWI832850B (ko)
WO (1) WO2019189912A1 (ko)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2021201191A1 (ko) * 2020-03-31 2021-10-07
WO2021201193A1 (ja) * 2020-03-31 2021-10-07 大阪瓦斯株式会社 電解セルユニット、電解セル装置、及び炭化水素製造システム、電解セルユニットの製造方法及び使用方法
CA3164837A1 (en) * 2020-03-31 2021-10-07 Osaka Gas Co., Ltd. Hydrocarbon production system
AU2022381461A1 (en) 2021-11-08 2024-05-02 Rhodia Operations Cerium-gadolinium composite oxide
WO2023078944A1 (en) 2021-11-08 2023-05-11 Rhodia Operations Cerium-gadolinium composite oxide

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008525967A (ja) 2004-12-21 2008-07-17 ユナイテッド テクノロジーズ コーポレイション 高比出力の固体酸化物型燃料電池スタック

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2368450B (en) * 2000-10-25 2004-05-19 Imperial College Fuel cells
DE10238857A1 (de) * 2002-08-24 2004-03-04 Bayerische Motoren Werke Ag Verfahren zum Herstellen einer Einzel-Brennstoff-Zelle
JP4123479B2 (ja) * 2003-03-06 2008-07-23 日産自動車株式会社 燃料電池用単セル、その製造方法及び固体酸化物形燃料電池
JP2005150053A (ja) * 2003-11-20 2005-06-09 Nissan Motor Co Ltd 固体電解質型燃料電池
JP5125275B2 (ja) * 2007-02-05 2013-01-23 トヨタ自動車株式会社 燃料電池および燃料電池搭載車両
TWI411154B (zh) * 2010-07-23 2013-10-01 Iner Aec Executive Yuan 一種用於固態氧化物燃料電池之雙層陽極-金屬基板結構及其製作方法
EP2671274B1 (en) * 2011-02-04 2018-03-14 AFC Energy PLC Fuel cells
JP5929027B2 (ja) * 2011-08-01 2016-06-01 大日本印刷株式会社 固体酸化物形燃料電池および固体酸化物形燃料電池の製造方法
JP5844167B2 (ja) * 2012-01-31 2016-01-13 日本特殊陶業株式会社 固体酸化物形燃料電池
JP2014049320A (ja) * 2012-08-31 2014-03-17 Nissan Motor Co Ltd 固体酸化物形燃料電池及びその製造方法
JP2014123481A (ja) * 2012-12-21 2014-07-03 Magunekusu Kk 燃料電池用セル、燃料電池スタック、及びそれらの製造方法
KR101558935B1 (ko) * 2012-12-28 2015-10-12 재단법인 포항산업과학연구원 금속 지지체형 고체산화물 연료전지 단위 셀의 제조방법
GB2517928B (en) * 2013-09-04 2018-02-28 Ceres Ip Co Ltd Metal supported solid oxide fuel cell
GB201315992D0 (en) * 2013-09-09 2013-10-23 Afc Energy Plc Fuel cells and method of manufacture
CN107078318B (zh) * 2014-09-19 2020-07-31 大阪瓦斯株式会社 电化学元件、固体氧化物型燃料电池单元、以及它们的制造方法
JP6581836B2 (ja) * 2015-08-03 2019-09-25 本田技研工業株式会社 メタルサポートセル
JP6779149B2 (ja) * 2016-03-07 2020-11-04 大阪瓦斯株式会社 脱硫方法および脱硫装置および燃料電池発電システム
GB2550317B (en) 2016-03-09 2021-12-15 Ceres Ip Co Ltd Fuel cell

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008525967A (ja) 2004-12-21 2008-07-17 ユナイテッド テクノロジーズ コーポレイション 高比出力の固体酸化物型燃料電池スタック

Also Published As

Publication number Publication date
US20210119239A1 (en) 2021-04-22
JP7470037B2 (ja) 2024-04-17
JPWO2019189912A1 (ja) 2021-04-30
WO2019189912A1 (ja) 2019-10-03
TWI832850B (zh) 2024-02-21
CN111919321A (zh) 2020-11-10
EP3793012A1 (en) 2021-03-17
JP2024059969A (ja) 2024-05-01
CA3107254A1 (en) 2019-10-03
EP3793012A4 (en) 2022-03-30
TW201943137A (zh) 2019-11-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7470038B2 (ja) 電気化学素子の金属支持体、電気化学素子、電気化学モジュール、電気化学装置、エネルギーシステム、固体酸化物形燃料電池、固体酸化物形電解セルおよび金属支持体の製造方法
JP7470037B2 (ja) 電気化学素子の金属支持体、電気化学素子、電気化学モジュール、電気化学装置、エネルギーシステム、固体酸化物形燃料電池、固体酸化物形電解セルおよび金属支持体の製造方法
JP7444683B2 (ja) 金属支持体、電気化学素子、電気化学モジュール、電気化学装置、エネルギーシステム、固体酸化物形燃料電池、固体酸化物形電解セル、および金属支持体の製造方法
JP2018174117A (ja) 電気化学素子、電気化学モジュール、電気化学装置、エネルギーシステム、固体酸化物形燃料電池、および電気化学素子の製造方法
US20210119224A1 (en) Metal Plate, Electrochemical Element, Electrochemical Module, Electrochemical Device, Energy System, Solid Oxide Fuel Cell, and Method for Manufacturing Metal Plate
JP2021158026A (ja) 電気化学素子の金属支持体、電気化学素子、電気化学モジュール、電気化学装置、エネルギーシステム、固体酸化物形燃料電池、および固体酸化物形電解セル
JP7202060B2 (ja) 電気化学素子、電気化学モジュール、電気化学装置、エネルギーシステム、および固体酸化物形燃料電池
JP7097735B2 (ja) 金属板、電気化学素子、電気化学モジュール、電気化学装置、エネルギーシステム、固体酸化物形燃料電池、および金属板の製造方法
JP7470039B2 (ja) 金属板の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination