TWI729087B - 電化學元件、電化學模組、電化學裝置及能量系統 - Google Patents

電化學元件、電化學模組、電化學裝置及能量系統 Download PDF

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Abstract

電化學元件(Q)是具有金屬基板(1)及複數的電化學反應部，金屬基板(1)是具有容許在金屬基板(1)的表側(4)與背側(5)之間的氣體的流通之氣體流通容許領域，電化學反應部是至少具有電極層(A)、電解質層(B)及對極電極層(C)，且被配置於金屬基板(1)的表側(4)，電解質層(B)是被配置於電極層(A)與對極電極層(C)之間，對電極層(A)供給流通於氣體流通容許領域的氣體。

Description

電化學元件、電化學模組、電化學裝置及能量系統
本發明是有關電化學元件，電化學模組，電化學裝置及能量系統。
以往的固體氧化物形燃料電池(以下記載成「SOFC」)是主要以陶瓷材料作為支撐基板的構造進行開發。而且，為了使SOFC的性能提升，在一個的支撐基板上排列配置複數的發電體之SOFC的開發正進展著。
在專利文獻1中揭示，例如以由陶瓷的CSZ(Calcia-stabilized Zirconia；鈣安定化氧化鋯)的多孔質材料所成的平板狀的燒成體作為支撐基板，在該一個的支撐基板上配置複數個由燃料極‧固體電解質膜‧反應防止膜‧空氣極所成的層疊體(發電體)之被稱為「橫紋型」的SOFC。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2012-38696號公報
以高價容易破裂的陶瓷作為支撐基板時，為了使具有某程度的強度，需要使支撐基板的厚度形成相當厚，因此有高成本，大小或重量也變大的課題。並且，難以進行使用陶瓷的支撐基板，在一個的支撐基板上排列配置複數的發電體那樣細的加工，有加工成本也變高的課題。
本發明是有鑑於上述的課題而研發者，其目的是在於一面抑制材料成本及加工成本，一面提供小型，高性能的強度及可靠度佳的電化學元件。
用以達成上述目的之本發明的電化學元件的特徵構成是在於具有金屬基板及複數的電化學反應部，前述金屬基板是具有容許在前述金屬基板的表側與背側之間的氣體的流通之氣體流通容許領域，前述電化學反應部是至少具有電極層、電解質層及對極電極層，且被配置於前述金屬基板的表側，至少在前述電極層與前述對極電極層之間配置有前述電解質層， 流通於前述氣體流通容許領域的氣體會被供給至前述電極層的點。
若根據上述的特徵構成，則由於在即使薄也具有充分的強度之金屬基板上配置複數的電化學反應部，因此可一面抑制材料成本及加工成本，一面取得小型，高性能的強度及可靠度佳的電化學元件。
本發明的電化學元件的別的特徵構成是在於前述金屬基板具有彼此離間的複數的前述氣體流通容許領域，前述電化學反應部的前述電解質層為至少覆蓋被設在各個的前述氣體流通容許領域或前述氣體流通容許領域之前述電極層的至少一部分而配置的點。
若根據上述的特徵構成，則即使是在金屬基板上排列配置複數的電化學元件的情況，也可藉由氣密的電解質層來進行氣體的密封，因此可取得小型高性能之強度及可靠度佳的電化學元件。亦即，電解質層至少覆蓋被設在各個的氣體流通容許領域或前述氣體流通容許領域的電極層而配置，藉此可抑制從金屬基板的背側來流通於氣體流通容許領域而被供給至電極層的氣體漏出至金屬基板的表側，可提高作為電化學元件的性能‧可靠度，為適宜。
本發明的電化學元件的別的特徵構成是在於前述金屬基板的表側之至少前述金屬基板及前述電極層所接觸的領域中形成有金屬氧化物被膜的點。
若根據上述的特徵構成，則可藉由金屬氧化 物被膜來抑制Cr等的成分從金屬基板往電極層擴散，因此可抑制電化學反應部的性能降低，提高電化學反應部的性能。
本發明的電化學元件的別的特徵構成是在於前述金屬基板的表側之至少電極層及電解質層‧對極電極層的哪個皆未覆蓋的領域形成有金屬氧化物被膜的點。
若根據上述的特徵構成，則可金屬氧化物被膜來抑制氧化Cr等的成分從金屬基板蒸發而與對極電極層等反應，產生高電阻成分，因此可抑制電化學反應部的性能降低，提高電化學反應部的性能。
本發明的電化學元件的別的特徵構成是在於前述金屬氧化物被膜為至少含有前述金屬基板中所含的金屬元素之氧化物的點。
若根據上述的特徵構成，則可在金屬基板上形成電極層等的電化學反應部的工程使金屬基板表面氧化而合併金屬氧化物被膜來形成，因此可省去另外形成金屬氧化物被膜的工程，可降低材料成本‧加工成本。
本發明的電化學元件的別的特徵構成是前述金屬氧化物被膜為絕緣被膜的點。
若根據上述的特徵構成，則由於金屬基板與電極層會藉由具有電性絕緣性的被膜來絕緣，因此可抑制經由複數的電化學反應部之間的金屬基板的導通。尤其是將在金屬基板上所被複數形成的電化學反應部串聯時，可抑制從電化學反應部往金屬基板的漏電流，因此可提高電 化學反應部的性能。並且，將在金屬基板上所被複數形成的電化學反應部並聯時，亦可在金屬基板與電極層之間另外設置導通路徑。
本發明的電化學元件的別的特徵構成是在於前述金屬基板中含有Si、Al及2~7族元素的其中至少一個的點。
若根據上述的特徵構成，則可藉由例如在空氣中的加熱等的簡易的處理，在金屬基板的表面形成含有矽石或礬土、2~12族元素氧化物的絕緣被膜，因此可取得抑制材料成本及製造成本之低成本的電化學元件。另外，例如，作為前述金屬基板的材料，若使用Si及Al的其中至少一方為含有1重量%~5重量%程度的金屬材料，則可藉由燒成處理在其表面容易形成絕緣被膜，因此較為理想。又，若使用Si及Al的其中至少一方為含有3重量%~5重量%程度的金屬材料，則可藉由燒成處理在其表面更容易形成絕緣被膜，因此更為理想。
本發明的電化學元件的別的特徵構成是在於複數的前述電化學反應部被電性串聯的點。
若根據上述的特徵構成，則藉由複數的電化學反應部被電性串聯，可使為了從電化學元件往外部的電性連接的構造簡便化。加上，電化學反應部作為燃料電池動作時，藉由被電性串聯，可將在電化學反應部產生的電壓加總而從電化學元件輸出，因此可提高一個的電化學元件的輸出電壓，為適宜。
另外，藉由電性連接一個的前述電化學反應部的前述電極層與其他的前述電化學反應部的前述對極電極層，可電性串聯複數的前述電化學反應部。
本發明的電化學元件的別的特徵構成是在於複數的前述電化學反應部被電性並聯的點。
若根據上述的特徵構成，則藉由複數的電化學反應部被電性並聯，可使為了從電化學元件往外部的電性連接的構造簡便化。此外，電化學反應部作為燃料電池動作時，藉由被電性並聯，可將在電化學反應部產生的電流加總來從電化學元件輸出，因此可提高一個的電化學元件的輸出電流，為適宜。
另外，藉由電性連接一個的前述電化學反應部的前述電極層與其他的前述電化學反應部的前述對極電極層，可電性串聯複數的前述電化學反應部。
用以達成上述目的之本發明的電化學模組的特徵構成是在於上述的電化學元件為複數集合的狀態下被配置的點。
若根據上述的特徵構成，則由於上述的電化學元件會在複數集合的狀態下被配置，因此可一面抑制材料成本及加工成本，一面取得小型，高性能的強度及可靠度佳的電化學模組。
用以達成上述目的之本發明的電化學裝置的特徵構成是在於至少具有上述的電化學模組及改質器，且具有對於前述電化學模組供給含有還原性成分的燃料氣體 之燃料供給部的點。
若根據上述的特徵構成，則由於具有電化學模組及改質器，具有對於電化學模組供給含有還原性成分的燃料氣體之燃料供給部，因此可利用都市瓦斯等的既存的原燃料供給基礎設施，從耐久性‧可靠度及性能佳的電化學模組來取出電力，可實現耐久性‧可靠度及性能佳的電化學裝置。又，由於容易構築一種將從電化學模組排出之未利用的燃料氣體回收的系統，因此可實現高效率的電化學裝置。
用以達成上述目的之本發明的電化學裝置的別的特徵構成是在於具有從前述電化學模組取出電力的變換器(inverter)的點。
若根據上述的特徵構成，則可實現從電化學模組取出電力之高效率的電化學裝置。
用以達成上述目的之本發明的能量系統的特徵構成是在於具有上述的電化學裝置及再利用從前述電化學裝置排出的熱之排熱利用部的點。
若根據上述的特徵構成，則由於具有電化學裝置及再利用從電化學裝置排出的熱之排熱利用部，因此可實現耐久性‧可靠度及性能佳，且能量效率也佳的能量系統。另外，亦可實現一種與利用從電化學裝置排出之未利用的燃料氣體的燃燒熱來發電的發電系統組合而能量效率佳的混合系統。
1‧‧‧金屬基板
3‧‧‧絕緣被膜(金屬氧化物被膜)
4‧‧‧表側
5‧‧‧背側
6‧‧‧擴散防止膜(金屬氧化物被膜)
A‧‧‧電極層
B‧‧‧電解質層
C‧‧‧對極電極層
M‧‧‧電化學模組
N‧‧‧氣體流通禁止領域
P‧‧‧氣體流通容許領域
Q‧‧‧電化學元件
R‧‧‧電化學反應部
Y‧‧‧電化學裝置
Z‧‧‧能量系統
圖1是表示電化學元件的構造的正面圖、剖面圖及顯示層疊構造的上面圖。
圖2是表示電化學元件的構造的正面圖、剖面圖及顯示層疊構造的上面圖。
圖3是表示電化學元件的構造的正面圖、剖面圖及顯示層疊構造的上面圖。
圖4是表示電化學元件的構造的正面圖、剖面圖及顯示層疊構造的上面圖。
圖5是表示電化學元件的構造的立體圖。
圖6是表示電化學元件的構造的立體圖。
圖7是表示電化學模組的構成的概略圖。
圖8是表示電化學模組的構成的概略圖。
圖9是表示電化學模組的構成的概略圖。
圖10是表示電化學裝置及能量系統的構成的概略圖。
圖11是表示電化學元件的構造的剖面圖。
圖12是表示電化學元件的構造的剖面圖。
圖13是表示電化學元件的構造的剖面圖。
圖14是表示電化學元件的構造的剖面圖。
圖15是表示電化學元件的構造的剖面圖。
圖16是表示電化學元件的構造的剖面圖。
圖17是表示電化學元件的構造的剖面圖。
圖18是表示電化學元件的構造的剖面圖。
圖19是表示電化學元件的構造的剖面圖。
圖20是表示電化學元件的構造的剖面圖。
圖21是表示電化學元件的構造的剖面圖。
圖22是表示電化學元件的構造的剖面圖。
圖23是表示電化學元件的構造的剖面圖。
圖24是表示電化學元件的構造的剖面圖。
圖25是表示電化學元件的構造的剖面圖。
圖26是表示電化學模組的構造的剖面圖。
圖27是表示電化學元件的構造的正面圖及剖面圖。
圖28是表示電化學元件的構造的上面圖。
圖29是表示金屬基板的構造的剖面圖。
圖30是表示電化學元件的構造的剖面圖。
<第1實施形態>
以下，根據圖1說明有關第1實施形態的電化學元件。電化學元件Q是具有金屬基板1及複數的電化學反應部R。金屬基板1是具有容許在金屬基板1的表側4與背側5之間的氣體的流通之氣體流通容許領域P。電化學反應部R是至少具有電極層A、電解質層B及對極電極層C，且被配置於金屬基板1的表側4。在電極層A與對極電極層C之間的一部分配置有電解質層B，流通於氣體流 通容許領域P的氣體會被供給至電極層A。
本實施形態是在長方形的金屬基板1的表面上，沿著金屬基板1的長邊來配置有5個的電化學反應部R(第1電化學反應部R1、第2電化學反應部R2、第3電化學反應部R3、第4電化學反應部R4及第5電化學反應部R5)。
並且，在本實施形態中，電化學反應部R是在金屬基板1的表面形成3個的層而構成。在接觸於金屬基板1的第1層是含有電極層A、電解質層B及絕緣層D。在第1層的上側的第2層是含有電解質層B、絕緣層D及導通層E。而且，在第2層的上側亦即最上層的第3層是含有對極電極層C。
以下，說明有關金屬基板1及電化學反應部R的構成，其次說明有關複數的前述電化學反應部R的配置及詳細構造、及電化學元件Q作為燃料電池動作的情況。
另外，圖1的上段是由與其長邊方向垂直的方向來看電化學元件Q的正面圖。圖1的中段是由與上段相同的方向來看的電化學元件Q的剖面圖。圖1的下段是由金屬基板1的表側4來看電化學元件Q的上面圖。而且，以下，有時將長方形的金屬基板1的長邊方向簡稱為「長邊方向」，將長方形的金屬基板1的短邊方向簡稱為「短邊方向」。
在圖1的下段的上面圖中，為了電化學元件 Q的層狀構造的說明，顯示除去第1層、第2層及第3層的一部分後的狀態。顯示圖1的下段的上面圖的各層除去的位置的線(粗線)會被顯示於圖1的上段的正面圖。詳細，從第2電化學反應部R2的中央到第3電化學反應部R3的中央，是除去上側的第3層(對極電極層C)後的狀態會被顯示。從第3電化學反應部R3的中央到第4電化學反應部R4的中央，是除去第3層及第2層(電解質層B、絕緣層D及導通層E)後的狀態會被顯示。從第4電化學反應部R4的中央到第5電化學反應部R5的中央，是除去第3層、第2層及第1層(電極層A、電解質層B、絕緣層D)後的狀態會被顯示。
<金屬基板>
金屬基板1是金屬製的長方形的平板。在金屬基板1中，貫通表側4及背側5來形成有複數的貫通孔2。可經由此貫通孔2在金屬基板1的表側4與背側5之間流通氣體。在本實施形態中，複數的貫通孔2會被形成於與金屬基板1的長邊及短邊平行的格子的交點位置。另外，金屬基板1是作為支撐體為了形成電化學元件，只要具有充分的強度即可，例如可使用0.1mm~2mm程度、較理想是0.1mm~1mm程度，更理想是0.1mm~0.5mm程度的厚度者。並且，在金屬基板1中亦可使用燒結金屬或發泡金屬等。
然後，在對應於5個的電化學反應部R的位 置形成有5個集合複數的貫通孔2的領域之氣體流通容許領域P(第1氣體流通容許領域P1、第2氣體流通容許領域P2、第3氣體流通容許領域P3、第4氣體流通容許領域P4、第5氣體流通容許領域P5)。亦即，在本實施形態中，氣體流通容許領域P是藉由貫通孔2所構成。5個的氣體流通容許領域P是在長邊方向彼此離間形成。氣體流通容許領域P之間是在金屬基板1的表側4與背側5之間禁止氣體的流通之領域(氣體流通禁止領域)。
在金屬基板1的表面是形成有絕緣被膜3(金屬氧化物被膜)。絕緣被膜3是將電化學反應部R的電極層A與金屬基板1之間絕緣，藉此實現鄰接的電化學反應部R的電極層A之間的絕緣。因此，絕緣被膜3是只要被形成於金屬基板1的至少表側即可，或至少被形成於金屬基板1與電極層A所接觸的領域即可。在本實施形態中，遍及金屬基板1的全面形成有絕緣被膜3。另外，在本實施形態中，如後述般，為了電化學元件Q與外部的電性連接，而與第1電化學反應部R1鄰接形成有導通層E。在此導通層E與金屬基板1所接觸的領域中也形成有絕緣被膜3為適。
絕緣被膜3的電阻值是只要為1kΩ‧cm2程度以上即可，若為10kΩ‧cm2程度以上，則使電化學元件Q作為燃料電池動作時，可確保充分的電動勢及電流量，為適宜。
絕緣被膜3是藉由各種的手法來形成，但適 宜利用使金屬基板1的表面氧化而作為金屬氧化物的手法。另外，使用含Cr的合金作為SOFC的元件間連接構件時，為了抑制Cr的飛散，有時在元件間連接構件的表面形成氧化皮膜而作為擴散防止膜。該情況，為了減低在擴散防止膜的電壓下降，而擴散防止膜是儘可能形成薄來降低電阻值。本實施形態的絕緣被膜3是與擴散防止膜不同，如上述般將金屬基板1與電極層A之間絕緣，藉此為了將電化學反應部R的電極層A之間絕緣，而以電阻值變高的方式形成。另外，絕緣被膜3是金屬氧化物的被膜的點共通，因此可一併具有作為擴散防止膜的機能(例如Cr飛散的抑制)。
又，絕緣被膜3是亦可在金屬基板1的表面，藉由濺射法或PLD法等的PVD法、CVD法、噴塗法等來形成包含絕緣性高的矽石或礬土、2~12族元素氧化物等之氧化物被膜，或亦可藉由電鍍及氧化處理來形成。
作為金屬基板1的材料，可使用耐熱性、耐氧化性及耐腐蝕性佳的金屬材料。例如，可使用肥粒鐵系不鏽鋼、沃斯田鐵系不鏽鋼、鎳基合金等。特別是可適用含鉻的合金。例如，含15重量%~25重量%程度的Cr之Fe-Cr系合金材料的情況，熱膨脹率會與形成於其上的電極層A或電解質層B的材料接近，可取得可靠度‧耐久性佳的電化學元件，因此較為理想。又，亦可使用含70重量%以上的Cr之富Cr的Cr-Fe系合金。又，亦可使用Ni-Cr-Al系或Fe-Cr-Al系的合金等。在本實施形態中， 可適用含有Si及Al的其中至少一方的材料。此情況，藉由在大氣環境下或控制氧分壓的環境下熱處理金屬基板1，可將具有適當的電阻值之絕緣被膜3適宜地形成於金屬基板1的表面。例如，若使用含有1重量%~5重量%程度的Si及Al的其中至少一方的金屬材料，作為金屬基板1的材料，則藉由燒成處理，可在其表面容易形成絕緣被膜3，因此為理想。又，若使用含有3重量%~5重量%程度的Si及Al以及2~12族元素的其中至少一方的金屬材料，則藉由燒成處理，可在其表面更容易形成絕緣被膜3，因此更理想。
<筒狀氣體流通部>
在本實施形態中，U字構件11及蓋部12會被接合於金屬基板1，形成筒狀氣體流通部10。U字構件11是與長邊方向正交的剖面為U字狀的構件。金屬基板1的長邊與U字構件11的長邊(對應於U字的2個的頂點的邊)會被接合，所被形成的筒的一方的端部會以蓋部12堵塞。藉此，在內部具有內部空間22，全體構成平板或平棒狀的筒狀氣體流通部10。金屬基板1是對於筒狀氣體流通部10的中心軸平行配置。
在蓋部12中形成有複數個孔(氣體流出口13)。而且，與筒狀氣體流通部10的蓋部12相反側的端部是被開放，進而形成氣體流入口21。藉此，在電化學元件Q的動作時，從筒狀氣體流通部10的開放的端部流 入的氣體是流通於筒狀氣體流通部10的內部空間22，流通於金屬基板1的氣體流通容許領域P而到達表側4，供給至電極層A。殘餘的氣體是從蓋部12的氣體流出口13流出。
作為U字構件11及蓋部12的材料是若使用與金屬基板1同樣的材料，則在筒狀氣體流通部10全體，熱膨脹係數等的物性會被統一，因此為適宜。並且，在以金屬基板1為首的筒狀氣體流通部10的材料使用肥粒鐵系不鏽鋼時，與在電化學反應部R被使用材料的YSZ(釔安定氧化鋯(英文：Yttria-stabilized zirconia)或GDC(氧化釓摻雜氧化鈰(Gadolinia-doped Ceria)，亦稱為CGO)等，熱膨脹係數接近。因此，即使重複低溫及高溫的溫度循環，電化學元件Q也不易受損。因此，可實現長期耐久性佳的電化學元件Q。
另外，作為筒狀氣體流通部10的材料，使用熱傳導率高於3Wm-1K-1的材料為理想，若為高於10Wm-1K-1的材料更理想。例如若為不鏽鋼，則熱傳導率為15~30Wm-1K-1程度，因此適合作為筒狀氣體流通部10的材料。
並且，作為筒狀氣體流通部10的材料，最好是不發生脆性破壞的高靱性材料。與陶瓷材料等作比較，金屬材料為高靱性，適合作為筒狀氣體流通部10的材料。
另外，在筒狀氣體流通部10中，除了金屬基 板1的氣體流通容許領域P的部位，最好是構成氣體無法從筒狀氣體流通部10的內部空間22往外側流通。因此，除了氣體流通容許領域P的筒狀氣體流通部10的部位是以結晶性的金屬等不透過氣體的材料所形成為適。另一方面，金屬基板1的氣體流通容許領域P是亦可替換上述的貫通孔2，藉由多孔質金屬的板等所形成。
<電化學反應部>
本實施形態的電化學反應部R是具有電極層A、電解質層B、對極電極層C及中間層。
<電極層>
電極層A是在金屬基板1的表側4的表面，亦即絕緣被膜3上，以膜的狀態形成。其膜厚是例如可設為1μm~100μm程度，較理想是5μm~50μm程度。藉由形成如此的膜厚，可一面減低高價的電極層材料的使用量而謀求成本降低，一面確保充分的電極性能。
作為電極層A的材料，例如可使用以NiO-氧化鈰(氧化鈰)為主成分者，以Ni-氧化鈰(氧化鈰)為主成分者，以NiO-氧化鋯為主成分者，以Ni-氧化鋯為主成分者，以CuO-氧化鈰(氧化鈰)為主成分者，以Cu-氧化鈰(氧化鈰)為主成分者等的複合材。另外，將氧化鈰(氧化鈰)、氧化鋯等或在該等中摻雜異種元素後的固溶體稱為複合材的骨材。電極層A是被形成具備氣體透過性。例 如，被構成在電極層A的表面及內部具有微細的複數的細孔。
電極層A是藉由低溫燒成法(不進行例如在1400℃等的高溫域的燒成處理，使用例如在1100℃程度以下的低溫域的燒成處理之濕式法)或濺射法、脈衝雷射沈積法等的PVD法、CVD法、噴塗法等來形成為理想。藉由該等可使用於低溫域的製程，可不使用例如在1400℃等的高溫域的燒成，藉由例如在1100℃程度以下的低溫域的處理，取得良好的電極層A。因此，可抑制高溫加熱對於金屬基板1造成損傷，又，由於可抑制金屬基板1與電極層A之間的高溫加熱所產生的元素相互擴散，可實現耐久性佳的電化學元件Q，因此為理想。
<電解質層>
電解質層B是在電極層A與對極電極層C之間以膜狀設置。其膜厚是例如1μm~50μm程度，較理想是1μm~20μm程度，更理想是可設為2μm~10μm程度。藉由形成如此的膜厚，可一面減低高價的電解質層材料的使用量而謀求成本降低，一面確保充分的電解質性能。
作為電解質層B的材料，可使用各種的氧化鋯系材料、氧化鈰系材料、可傳導各種的鈣鈦礦系複合氧化物等的氧化物離子或氫離子之固體電解質材料。特別是可適用氧化鋯系的陶瓷。若將電解質層B形成氧化鋯系陶瓷，則可比氧化鈰系陶瓷還要提高電化學元件Q的運轉時的溫 度，可構成非常高效率的電化學元件Q。
電解質層B是藉由低溫燒成法(不進行例如在1400℃等的高溫域的燒成處理，使用例如在1100℃程度以下的低溫域的燒成處理之濕式法)或濺射法、脈衝雷射沈積法等的PVD法、CVD法、噴塗法等來形成為理想。藉由該等可使用於低溫域的成膜製程，可不使用例如在1400℃等的高溫域的燒成，藉由例如在1100℃程度以下的低溫域的處理，取得緻密氣密性高的電解質層B。因此，可抑制高溫加熱對於金屬基板1造成損傷，又，由於可抑制金屬基板1與電極層A之間的高溫加熱所產生的元素相互擴散，可實現耐久性佳的電化學元件Q，因此為理想。
電解質層B為了保持氣密性而緻密構成。另外，在電解質層B中含有相對密度為90%以上的層為理想。並且，較理想是含有相對密度為95%以上的層，更理想是含有相對密度為98%以上的層。藉由如此提高相對密度，可將電解質層B設為緻密者。另外，在此所謂相對密度是表示相對於電解質材料的理論密度實際被形成的電解質層B的密度的比例。
<對極電極層>
對極電極層C是在電解質層B上以膜狀設置。其膜厚是例如1μm~100μm程度，較理想是可設為5μm~50μm程度。藉由形成如此的膜厚，可一面減低高價的對極電極 層材料的使用量而謀求成本降低，一面確保充分的對極電極性能。
作為對極電極層C的材料，例如可使用LSCF(La-Sr-Co-Fe系氧化物)、LSC(La-Sr-Co系氧化物)、LSM(La-Sr-Mn系氧化物)、SSC(Sm-Sr-Co系氧化物)、SDC(Ce-Sm系氧化物)等的複合氧化物。另外，對極電極層C是藉由低溫燒成法(不進行例如在1400℃等的高溫域的燒成處理，使用例如在1100℃程度以下的低溫域的燒成處理之濕式法)或濺射法、脈衝雷射沈積法等的PVD法、CVD法、噴塗法等來形成為理想。藉由該等可使用於低溫域的製程，不使用例如在1400℃等的高溫域的燒成，藉由例如在1100℃程度以下的低溫域的處理，可取得良好的對極電極層C。因此，可抑制高溫加熱對於金屬基板1造成損傷，又，由於可抑制金屬基板1與電極層A之間的高溫加熱所產生的元素相互擴散，可實現耐久性佳的電化學元件Q，因此為理想。
<中間層>
另外，在電極層A與電解質層B之間，中間層亦可以膜的狀態所形成。其膜厚是例如1μm~100μm程度，較理想是2μm~50μm程度，更理想是可設為5μm~20μm程度。藉由形成如此的膜厚，可一面減低高價的中間層材料的使用量而謀求成本降低，一面確保充分的中間層性能。
作為中間層的材料，例如可使用氧化鈰系材料或氧化 鋯系材料等。藉由在電極層A與電解質層B之間導入中間層，可提升電化學反應部R的性能或可靠度、耐久性。另外，中間層是藉由低溫燒成法(不進行例如在1400℃等的高溫域的燒成處理，使用例如在1100℃程度以下的低溫域的燒成處理之濕式法)或濺射法、脈衝雷射沈積法等的PVD法、CVD法、噴塗法等來形成為理想。藉由該等可使用於低溫域的製程，可不使用例如在1400℃等的高溫域的燒成，藉由例如在1100℃程度以下的低溫域的處理，取得良好的中間層。因此，可抑制高溫加熱對於金屬基板1造成損傷，又，由於可抑制金屬基板1與電極層A之間的高溫加熱所產生的元素相互擴散，可實現耐久性佳的電化學元件Q，因此為理想。
並且，在電解質層B與對極電極層C之間，中間層亦可以膜的狀態所形成。其膜厚是例如1μm~100μm程度，較理想是2μm~50μm程度，更較理想是設為5μm~20μm程度。藉由形成如此的膜厚，可一面減低高價的中間層材料的使用量而謀求成本降低，一面確保充分的中間層性能。
作為中間層的材料，例如可使用氧化鈰系材料或氧化鋯系材料等。藉由在電解質層B與對極電極層C之間導入中間層，對極電極層C的構成材料與電解質層B的構成材料的反應會被有效地抑制，可提升電化學反應部R的性能的長期安定性。另外，中間層是藉由低溫燒成法(不進行例如在1400℃等的高溫域的燒成處理，使用例如在 1100℃程度以下的低溫域的燒成處理之濕式法)或濺射法、脈衝雷射沈積法等的PVD法、CVD法、噴塗法等來形成為理想。藉由該等可使用於低溫域的製程，可不使用例如在1400℃等的高溫域的燒成，藉由例如在1100℃程度以下的低溫域的處理，取得良好的中間層。因此，可抑制高溫加熱對於金屬基板1造成損傷，又，由於可抑制金屬基板1與電極層A之間的高溫加熱所產生的元素相互擴散，可實現耐久性佳的電化學元件Q，因此為理想。
以上說明的中間層是可只設置一方或雙方。亦即，亦可為依序層疊電極層A、電解質層B、中間層、對極電極層C的構成。亦可為依序層疊電極層A、中間層、電解質層B、對極電極層C的構成。亦可為依序層疊電極層A、中間層、電解質層B、中間層、對極電極層C的構成。
<在電化學反應部R的電化學反應>
如以上般構成的電化學反應部R是接受氣體的供給，使電化學反應產生。
電化學反應部R作為燃料電池動作的情況之中，使用氧化物離子導電體作為電解質時，例如包含氫氣體的燃料會被供給至電極層A，含氧的氣體會被供給至對極電極層C。如此一來，在對極電極層C中，氧分子O2會與電子e-反應而生成氧離子(氧化物離子)O2-。該氧離子O2-會通過電解質層B朝電極層A移動。在電極層A 中，氫分子H2會與氧離子O2-反應，生成水H2O及電子e-。使用氫離子導電體作為電解質時，在電極層A中，氫分子H2會放出電子e-而生成質子(氫離子)H+。該氫離子H+會通過電解質層B而朝對極電極層C移動。在對極電極層C中，氧分子O2會與氫離子H+反應，消費電子e-而生成水H2O。
藉由以上的反應，在電極層A與對極電極層C之間產生電動勢，進行發電。
電化學反應部R作為電解池動作的情況之中，使用氧化物離子導電體作為電解質時，若在電極層A與對極電極層C之間施加電壓，則在電極層A中，水分子H2O會接受電子e-而生成氫分子H2及氧離子(氧化物離子)O2-。氧離子O2-是通過電解質層B來朝對極電極層C移動。在對極電極層C中，氧離子O2-會放出電子而成為氧分子O2。使用氫離子導電體作為電解質時，在對極電極層C中，從水H2O生成氧分子O2及氫離子H+，放出電子e-。氫離子H+是通過電解質層B來朝電極層A移動，在電極層A中，氫離子H+會與電子e-反應，生成氫分子H2。
藉由以上的反應，水分子H2O會被電氣分解成氫H2及氧O2。
<電化學反應部的電性連接>
在以下的說明中，將第1電化學反應部R1的 電極層A、電解質層B及對極電極層C稱為第1電極層A1、第1電解質層B1、第1對極電極層C1。將第2電化學反應部R2的電極層A、電解質層B及對極電極層C稱為第2電極層A2、第2電解質層B2、第2對極電極層C2。有關第3以後的電化學反應部R也同樣。
在本實施形態中，複數的電化學反應部R會被電性串聯。而且，一個的電化學反應部R的電極層A與其他的電化學反應部R的對極電極層C會被電性連接。
根據圖1的中段的剖面圖來說明有關第1電化學反應部R1與第2電化學反應部R2的連接。在第1層及第2層中，在第1電化學反應部R1與第2電化學反應部R2之間形成有絕緣層D及導通層E。藉由該等絕緣層D及導通層E，第1電化學反應部R1與第2電化學反應部R2之間的串聯會被實現。
絕緣層D是例如可藉由礬土等的絕緣性的金屬氧化物所構成。在本實施形態中，絕緣層D是被緻密地形成，以抑制氣體透過性的氣密狀態所形成。
導通層E亦被稱為中間連接層(interconnector)，例如可藉由具有LaCrO3(鉻酸鑭)或SrTiO3(鈦酸鍶)等的導電性的金屬氧化物所構成。在本實施形態中，導通層E是被緻密地形成，以抑制氣體透過性的氣密狀態所形成。
在第1層中，在第1電極層A1與第2電極層 A2之間形成有絕緣層D。在第2層中，在第1電解質層B1與第2電解質層B2之間形成有絕緣層D及導通層E。第2層的絕緣層D是跨越第1層的絕緣層及第1電極層A1的雙方而形成。導通層E是跨越第1層的絕緣層及第2電極層A2的雙方而形成。在第3層中，第1對極電極層C1是從第1電解質層B1上越過第2層的絕緣層D而跨至導通層E來形成。亦即，第2層的導通層E是接觸於第1對極電極層C1及第2電極層A2的雙方，電性連接。
藉由以上的構成，第1電極層A1與第2電極層A2之間是藉由絕緣層D的存在來絕緣。而且，第1對極電極層C1與第2電極層A2之間是藉由導通層E的存在來電性連接。
電化學反應部R作為燃料電池動作時，如上述般，在電極層A與對極電極層C之間產生電動勢。如此一來，藉由第1對極電極層C1與第2電極層A2被電性連接，第1電化學反應部R1的電動勢與第2電化學反應部R2的電動勢加總的電動勢會在第1電極層A1與第2對極電極層C2之間產生。亦即，此情況，第1電化學反應部R1與第2電化學反應部R2可謂被電性串聯。
如圖1的中段的剖面圖所示般，第2對極電極層C2與第3電極層A3之間也藉由導通層E來連接。第3對極電極層C3與第4電極層A4之間也藉由導通層E來連接。第4對極電極層C4與第5電極層A5之間也藉 由導通層E來連接。亦即，從第2電化學反應部R2到第5電化學反應部R5的各電化學反應部R也同樣被電性串聯。
在電性串聯的電化學反應部R的兩端是配置有用以和電化學元件Q的外部電性連接的構成。在本實施形態中，集電構件26會被連接至第5電化學反應部R5的第5對極電極層C5。而且，導通層E會被連接至第1電化學反應部R1的第1電極層A1，集電構件26會被連接至其導通層E上。
在集電構件26是可使用具有導電性及氣體透過性的構件。例如，可利用使用了施以耐氧化塗佈後的金屬箔之膨脹合金或金屬網格、黏結用構件。
若使構成以上般的電化學元件Q作為燃料電池動作，則會在兩端的集電構件26之間產生電動勢。然後，若將集電構件26連接至外部的負荷等，則如圖1的中段的剖面圖所示般，從第1電化學反應部R1側的集電構件26往第5電化學反應部R5的集電構件26，如箭號I所示般，流動電流。亦即，被串聯的5個的燃料電池(電化學反應部R)會將電力供給至外部。
另外，使本實施形態的電化學元件Q作為上述的電解池動作時，在一對的集電構件26之間施加電壓。如此一來，由於各電化學反應部R的電極層A與對極電極層C會如上述般被連接，因此電壓會被施加於各電化學反應部R，電解反應進展。亦即，此情況也可視為5 個的電解池被串聯而動作，電化學反應部R可謂被電性串聯。
<電化學元件的氣體的密封>
在電化學元件Q中，流通於金屬基板1的氣體流通容許領域P的氣體會被供給至電極層A，但需要抑制該氣體漏出至對極電極層C的側。因此，本實施形態的電化學元件Q是具有用以密封氣體的以下的構造。
在本實施形態中，第1電極層A1會覆蓋第1氣體流通容許領域P1而形成。有關其他的第2電極層A2~第5電極層A5也是同樣，分別覆蓋第2氣體流通容許領域P2~第5氣體流通容許領域P5而形成。亦即，電極層A是在比氣體流通容許領域P更大的領域中，覆蓋氣體流通容許領域P而設。此情況，若以氣密的層覆蓋電極層A，則可抑制氣體的漏出。
以下，著眼於第3電化學反應部R3來說明。第3電極層A3是藉由第3電解質層B3、絕緣層D及導通層E來覆蓋。第3電解質層B3是至少覆蓋第3氣體流通容許領域P3中所設的第3電極層A3而配置。
詳細，在短邊方向，第3電解質層B3會遍及於比第3電極層A3更廣的寬度而形成。第3電極層A3是在第3電極層A3所存在的領域中被配置於第3電極層A3上亦即第2層。在第3電極層A3不存在的領域(第3電極層A3的短邊方向的兩側的領域)中，第3電解質層 B3是被配置於金屬基板1上亦即第1層。第1層的第3電解質層B3與第2層的第3電解質層B3是作為連續的層而形成，來自兩者的連接部位的氣體漏洩會被抑止。
第3電極層A3的長邊方向的兩端是藉由絕緣層D及導通層E來覆蓋。第2層的絕緣層D及導通層E是細長延伸於短邊方向，在第3電極層A3不存在的領域(第3電極層A3的短邊方向的兩側的領域)中，分別被連接至第1層的絕緣層D及導通層E。第1層的絕緣層D和第2層的絕緣層D及第1層的導通層E和第2層的導通層E是作為連續的層而形成，來自兩者的連接部位的氣體漏洩會被抑止。
如以上所述般，第3電極層A3是藉由第3電解質層B3、絕緣層D及導通層E來覆蓋。由於電解質層B、絕緣層D及導通層E皆為氣體透過性小的氣密的層，因此藉由以上的構成，被供給至第3電極層A3的氣體漏出至對極電極層C側的情形會被抑制。
以上，著眼於第3電化學反應部R3來說明，但有關第2電化學反應部R2、第4電化學反應部R4及第5電化學反應部R5也同樣。並且，有關第1電化學反應部R1是長邊方向的一方只藉由導通層E來覆蓋，但同樣氣體的漏出會被抑制。
上述本實施形態的電化學反應部R的構造是可如其次般形成。首先，將第1層的電極層A、絕緣層D及導通層E以圖1下段的上面圖所示的平面形狀來形成於 金屬基板1上。其次，將第2層的電解質層B、絕緣層D及導通層E以圖1下段的上面圖所示的平面形狀，亦即以比第1層更擴大於短邊方向的寬度來形成於金屬基板1及第1層上。藉此，電極層A會藉由電解質層B、絕緣層D及導通層E來覆蓋。然後，將第3層的對極電極層C形成於第2層上。
<第2實施形態>
將第2實施形態的電化學元件Q顯示於圖2。另外，在以下的第2~第10實施形態及其他的實施形態中，有關與第1實施形態同樣的構成是附上同一符號，有時省略說明。
在此電化學元件Q中，貫通孔2會沿著金屬基板1的長邊方向來連續形成。亦即，氣體流通容許領域P會作為一相連的領域形成。而且，在本實施形態中，被設在氣體流通容許領域P的電極層A也是藉由電解質層B、絕緣層D及導通層E來覆蓋。因此，被供給至電極層A的氣體露出至對極電極層C側的情形會被抑制。
<第3實施形態>
將第3實施形態的電化學元件Q顯示於圖3。在本實施形態中，一個的電化學反應部R的電極層A與其他的電化學反應部R的電極層A會被電性連接，進而複數的電化學反應部R會被電性並聯。
在金屬基板1的表面之中至少與電極層A接觸的部分是替換絕緣被膜，形成有擴散防止膜6(金屬氧化物被膜)。擴散防止膜6是為了抑制來自金屬基板1的Cr的飛散而設置。擴散防止膜6是與絕緣被膜不同，具有導電性，以不抑制電化學反應部R的電極層A與金屬基板1的導通之方式，構成低的電阻值。
另外，覆蓋金屬基板1的表面之中皆未被電極層及電解質層‧對極電極層所覆蓋的領域之金屬氧化物被膜是只要具有抑制氧化Cr等的成分從金屬基板1蒸發的機能即可，亦可為絕緣被膜或具有導電性的擴散防止膜。
作為擴散防止膜6的電阻值是只要為0.1Ω‧cm2程度以下即可，若為0.05Ω‧cm2程度以下，則即使以電化學元件Q作為燃料電池動作的情況，也可確保充分的電動勢及電流量，為適宜。
作為金屬基板1的材料，可使用耐熱性、耐氧化性及耐腐蝕性佳的金屬材料。例如，可使用肥粒鐵系不鏽鋼、沃斯田鐵系不鏽鋼、鎳基合金等。特別是可適用含鉻的合金。例如，含15重量%~25重量%程度的Cr之Fe-Cr系合金材料的情況，熱膨脹率會與形成於其上的電極層A或電解質層B的材料接近，可取得可靠度‧耐久性佳的電化學元件，因此較為理想。又，亦可使用含70重量%以上的Cr之富Cr的Cr-Fe系合金。又，亦可使用Ni-Cr-Al系或Fe-Cr-Al系的合金等。擴散防止膜6是可藉由各種的手法來形成，但以利用使金屬基板1的表面氧 化而作為金屬氧化物的手法最為合適。該情況，藉由在壓低控制氧分壓的環境下或惰性氣體或氫環境下熱處理金屬基板1，可將具有適當的厚度及電阻值之擴散防止膜6適宜地形成於金屬基板1的表面。特別是若在金屬基板1使用含15重量%~25重量%程度的Cr之Fe-Cr系合金材料，則藉由燒成處理，可在其表面容易形成以氧化鉻作為主成分的擴散防止膜，因此為理想。又，擴散防止膜6是亦可在金屬基板1的表面藉由濺射法或PLD法等的PVD法、CVD法、噴塗法等來形成，或亦可藉由電鍍及氧化處理來形成。又，擴散防止膜6是亦可含導電性高的尖晶石層等。
在本實施形態中，與第1實施形態同樣，在金屬基板1中5個的氣體流通容許領域P(第1氣體流通容許領域P1~第5氣體流通容許領域P5)會彼此離間形成。而且，5個的電化學反應部R(第1電化學反應部R1~第5電化學反應部R5)會彼此離間形成。
詳細，首先5個的電極層A(第1電極層A1~第5電極層A5)會在比各個的氣體流通容許領域P大的領域中，覆蓋各氣體流通容許領域P而形成。5個的電極層A是彼此離間形成。而且，5個的電解質層B(第1電解質層B1~第5電解質層B5)會在比各個的電極層A大的領域中，覆蓋各電極層A而形成。5個的電解質層B是彼此離間形成。5個的對極電極層C(第1對極電極層C1~第5對極電極層C5)會被形成於各個的電解質層B 上。
各個的氣體流通容許領域P會以電極層A覆蓋，各個的電極層A會以電解質層B覆蓋，藉此從氣體流通容許領域P供給至電極層A的氣體漏出至對極電極層C側的情形會被抑制。亦即，在本實施形態中，金屬基板1是具有彼此離間的複數的氣體流通容許領域P，電化學反應部R的電解質層B會覆蓋被設在各個的氣體流通容許領域P的前述電極層A而配置。
在本實施形態中，如上述般，在金屬基板1的表面形成具有導電性的擴散防止膜6。因此，彼此離間形成的複數的電極層A是經由金屬基板1來電性連接。在第1實施形態及第2實施形態中，鄰接的電化學反應部R的電極層A與對極電極層C會被電性連接，電化學反應部R會被串聯。在本實施形態中，藉由鄰接的電化學反應部R的電極層A被電性連接，複數的電化學反應部R會被電性並聯。
使本實施形態的電化學元件Q作為燃料電池動作時，流通於氣體流通容許領域P的氫會被供給至電極層A，氧會被供給至對極電極層C，在電極層A與對極電極層C之間產生電動勢。第1電極層A1~第5電極層A5是藉由金屬基板1來電性連接，因此成於相同的電位。然後，被安裝於第1對極電極層C1~第5對極電極層C5的集電構件(未圖示)及金屬基板1(或筒狀氣體流通部10)會被連接至外部，在外部取出電動勢‧電流。亦即， 被並聯的5個的燃料電池(電化學反應部R)會在外部供給電力。
使本實施形態的電化學元件Q作為電解池動作時，流通於氣體流通容許領域P的水(水蒸氣)會被供給至電極層A，在被安裝於第1對極電極層C1~第5對極電極層C5的集電構件(未圖示)與金屬基板1(或筒狀氣體流通部10)之間施加電壓。如此一來，由於第1電極層A1~第5電極層A5是藉由金屬基板1來電性連接，因此電壓會被施加於各電化學反應部R，電解反應進展。亦即，此情況也可視為5個的電解池被並聯而動作，電化學反應部R可謂被電性並聯。
<第4實施形態>
將第4實施形態的電化學元件Q顯示於圖4。在此電化學元件Q中，與第2實施形態同樣，貫通孔2會沿著金屬基板1的長邊方向來連續形成。亦即，氣體流通容許領域P會作為一相連的領域形成。在金屬基板1的表面是形成有擴散防止膜6。
在金屬基板1的表側4形成有5個的電極層A(第1電極層A1~第5電極層A5)。5個的電極層A是彼此離間形成。而且，在其上，電解質層B會在比氣體流通容許領域P更大的領域中，覆蓋氣體流通容許領域P而形成。在本實施形態中，電解質層B是作為一相連的層，遍及第1層與第2層，然後被形成於金屬基板1的表側4 的大致全體。5個的電極層A是藉由電解質層B來覆蓋。藉此，被供給至電極層A的氣體漏出至對極電極層C側的情形會被抑制。而且，在電解質層B上之對應於電極層A的領域中，形成有5個的對極電極層C(第1對極電極層C1~第5對極電極層C5)。
因為5個的電極層A及5個的對極電極層C彼此離間形成，所以藉由對向的電極層A及對極電極層C以及被該等夾著的電解質層B，可產生電化學反應。亦即，藉由第1電極層A1及第1對極電極層C1以及被該等夾著的部分的第1電解質層B1，形成第1電化學反應部R1。同樣，藉由第2電極層A2~第5電極層A5及第2對極電極層C2~第5對極電極層C5以及被該等夾著的部分的第2電解質層B2~第5電解質層B5，形成第2電化學反應部R2~第5電化學反應部R5。亦即，在本實施形態中，在金屬基板1的表側4配置有複數的電化學反應部R。
然後，與第3實施形態同樣，彼此離間形成的複數的電極層A是經由金屬基板1來電性連接。因此，複數的電化學反應部R可謂被電性並聯。
<第5實施形態>
在上述的實施形態中，複數的電化學反應部R會沿著長方形的金屬基板1的長邊方向來以1列設置。亦可予以改變，將複數的電化學反應部R予以排列成複數的列而形 成。
將第5實施形態的電化學元件Q顯示於圖5。在本實施形態中，顯示在金屬基板1將5個的電化學反應部R排列成2列而配置的例子。詳細是在圖5的前側的列，依序配置有集電構件26和導通層E、第1電化學反應部R1及第2電化學反應部R2，在圖5的內側的列，依序配置有第5電化學反應部R5、第4電化學反應部R4及第3電化學反應部R3。
在金屬基板1的表面是形成有絕緣被膜3(金屬氧化物被膜)。雖省略圖示，但實際在金屬基板1是形成有貫通表側4及背側5的複數的貫通孔2，在對應於5個的電化學反應部R的位置形成有5個集合複數的貫通孔2的領域之氣體流通容許領域P。另外，如第2實施形態般，亦可遍及金屬基板1的全體來形成氣體流通容許領域P。但，該情況是需要將氣體流通容許領域P形成收於導通層E及電解質層B所被形成的領域的內側，抑制來自金屬基板1的背側5的氣體漏出至對極電極層C側(金屬基板1的表側4)的情形。
另外，在圖5中顯示金屬基板1及電化學反應部R，但亦可與第1實施形態同樣，在金屬基板1安裝U字構件11及蓋部12來形成筒狀氣體流通部10。
在本實施形態中，與第1實施形態或第2實施形態同樣，第1電化學反應部R1~第5電化學反應部R5會被電性串聯，而被連接至一對的集電構件26。亦 即，一個的電化學反應部R的電極層A與其他的電化學反應部R的對極電極層C會被電性連接。各電化學反應部R的構造，亦即電極層A、電解質層B、對極電極層C、絕緣層D及導通層E的配置及位置關係是與第1實施形態同樣形成。
<第6實施形態>
將第6實施形態的電化學元件Q顯示於圖6。在本實施形態中，顯示將4個的電化學反應部R予以2列排列配置於金屬基板1的例子。詳細是在圖6的前側的列，依序配置有第1電化學反應部R1及第2電化學反應部R2，在圖6的內側的列，依序配置有第4電化學反應部R4及第3電化學反應部R3。
在金屬基板1的表面是形成有擴散防止膜6(金屬氧化物被膜)。雖省略圖示，但實際在金屬基板1中貫通表側4及背側5而形成有複數的貫通孔2，在對應於4個的電化學反應部R的位置形成有4個集合複數的貫通孔2的領域之氣體流通容許領域P。另外，如第4實施形態般，亦可遍及金屬基板1的全體而形成氣體流通容許領域P。但，該情況是需要將氣體流通容許領域P形成收於導通層E及電解質層B所被形成的領域的內側，抑制來自金屬基板1的背側5的氣體漏出至對極電極層C的側(金屬基板1的表側4)。
在本實施形態中，與第3實施形態或第4實 施形態同樣，第1電化學反應部R1~第4電化學反應部R4會被電性並聯。亦即，一個的電化學反應部R的電極層A與其他的電化學反應部R的電極層A會被電性連接。各電化學反應部R的構造，亦即電極層A、電解質層B、對極電極層C的配置及位置關係是與第4實施形態同樣形成。
另外，在圖6中顯示金屬基板1及電化學反應部R，但與第1實施形態同樣，亦可在金屬基板1安裝U字構件11及蓋部12來形成筒狀氣體流通部10。
<第7實施形態>
在圖7中顯示電化學模組M的構成。電化學模組M是以上述的電化學元件Q複數層疊的狀態配置的模組。在第7實施形態的電化學模組M是使用複數的電化學反應部R被電性串聯的電化學元件Q，亦即第1實施形態、第2實施形態及第5實施形態的電化學元件Q。
電化學模組M是具有氣體歧管17及5個的電化學元件Q。以電化學元件Q的筒狀氣體流通部10的氣體流入口21能與氣體歧管17的內部空間連通之方式，電化學元件Q被連接至氣體歧管17。在本實施形態中，5個的電化學元件Q會以朝一方(圖7的右側)的姿勢層疊電化學反應部R，安裝於氣體歧管17。
在本實施形態中，使用複數的電化學反應部R被電性串聯的電化學元件Q時，電化學反應部R與金屬 基板1，亦即筒狀氣體流通部10之間是被絕緣。因此，筒狀氣體流通部10往氣體歧管17安裝時是無須進行絕緣，因此可藉由焊接等的簡易且牢固的方法來進行安裝。
電化學模組M的電化學元件Q是彼此電性連接。在本實施形態中，被連接至各電化學元件Q的第1電化學反應部R1之集電構件26會彼此電性連接，與外部連接。而且，被連接至各電化學元件Q的第5電化學反應部R5之集電構件26會彼此電性連接，與外部連接。藉由以上般連接，被串聯的5個的電化學反應部R會5組並聯。
使電化學模組M作為燃料電池動作時，對氣體歧管17的內部供給氫，對電化學元件Q的周圍供給氧。如此一來，在各電化學反應部R，作為燃料電池的反應進展，產生電動勢‧電流。產生的電力是從集電構件26取出至電化學模組M的外部。
<第8實施形態>
在圖8中顯示電化學模組M的其他的實施形態。在第8實施形態的電化學模組M中，複數的電化學反應部R被電性並聯的電化學元件Q，亦即第3實施形態、第4實施形態及第6實施形態的電化學元件Q會被使用。
與第7實施形態同樣，以電化學元件Q的筒狀氣體流通部10的氣體流入口21能與氣體歧管17的內部空間連通之方式，電化學元件Q被連接至氣體歧管17。在本實施形態中，5個的電化學元件Q會以朝一方 (圖7的右側)的姿勢層疊電化學反應部R，安裝於氣體歧管17。而且，在電化學元件Q之間配置集電構件26，電性連接電化學反應部R與電化學元件Q的筒狀氣體流通部10的背面14。藉此，被並聯的5個的電化學反應部R會5組串聯。
使電化學模組M作為燃料電池動作時，對氣體歧管17的內部供給氫，對電化學元件Q的周圍供給氧。如此一來，在各電化學反應部R，作為燃料電池的反應進展，產生電動勢‧電流。產生的電力是從被層疊的電化學元件Q的兩端取出。亦即，產生的電力會從第1電化學反應部R1的筒狀氣體流通部10的背面14及第5電化學反應部R5的集電構件26取出至電化學模組M的外部。
另外，在本實施形態中，使用複數的電化學反應部R被電性並聯的電化學元件Q時，電化學反應部R與金屬基板1，亦即筒狀氣體流通部10之間是未被絕緣，為導通狀態。因此，筒狀氣體流通部10往氣體歧管17安裝時是需要將筒狀氣體流通部10與氣體歧管17之間絕緣。例如，筒狀氣體流通部10與氣體歧管17是藉由玻璃密封材來接合。
<第9實施形態>
在圖9中顯示電化學模組M的其他的實施形態。在第9實施形態的電化學模組M中，可適用圖6所示的第6 實施形態的電化學元件Q，亦即複數的電化學反應部R被電性並聯的電化學元件Q。藉由將元件間連接構件71夾於其間來層疊此電化學元件Q，構成電化學模組M。
元件間連接構件71是具有導電性，且不具氣體透過性的板狀的構件，在表面及背面形成有彼此正交的溝72。元件間連接構件71是可使用不鏽鋼等的金屬或金屬氧化物。
如圖9所示般，若將此元件間連接構件71夾於其間來層疊電化學元件Q，則可經由溝72來將氣體供給至電化學元件Q。詳細是一方的溝72會成為第1氣體流路72a，對電化學元件Q的表側，亦即對極電極層C供給氣體。另一方的溝72會成為第2氣體流路72b，對電化學元件Q的背側，亦即金屬基板1的氣體流通容許領域P供給氣體。
使此電化學模組M作為燃料電池動作時，對第1氣體流路72a供給氧，對第2氣體流路72b供給氫。如此一來，在電化學元件Q的各電化學反應部R，作為燃料電池的反應進展，產生電動勢‧電流。產生的電力是從被層疊的電化學元件Q的兩端的元件間連接構件71取出至電化學模組M的外部。
另外，在本第9實施形態中，在元件間連接構件71的表面及背面形成有彼此正交的溝72，但亦可在元件間連接構件71的表面及背面彼此並行的溝72。
<第10實施形態>
可使用以上說明的電化學元件Q及電化學模組M來構築電化學裝置Y及能量系統Z。
<能量系統，電化學裝置>
在圖10中顯示能量系統Z及電化學裝置Y的概要。
能量系統Z是具有：電化學裝置Y、及作為再利用從電化學裝置Y排出的熱的排熱利用部之熱交換器53。
電化學裝置Y是具有：電化學模組M；燃料供給部，其係具有脫硫器31及改質器34，對電化學模組M供給含有還原性成分的燃料氣體；及變換器38，其係從電化學模組M取出電力。
詳細是電化學裝置Y具有脫硫器31、改質水槽32、氣化器33、改質器34、鼓風機35、燃燒部36、變換器38、控制部39、收納容器40及電化學模組M。
脫硫器31是除去都市瓦斯等的碳化氫系的原燃料中所含的硫磺化合物成分(脫硫)。在原燃料中含有硫磺化合物時，藉由具備脫硫器31，可抑制硫磺化合物之對於改質器34或電化學元件Q的不良影響。氣化器33是由從改質水槽32供給的改質水來產生水蒸氣。改質器34是利用在氣化器33所產生的水蒸氣來將在脫硫器31所被脫硫的原燃料予以水蒸氣改質，而產生含氫的改質氣體。
電化學模組M是利用從改質器34供給的改質氣體及從鼓風機35供給的空氣來使電化學反應而發電。燃燒部36是使從電化學模組M排出的反應排氣與空氣混合，而使反應排氣中的可燃成分燃燒。
電化學模組M是具有複數的電化學元件Q及氣體歧管17。複數的電化學元件Q是在彼此電性連接的狀態下並列配置，電化學元件Q的一方的端部(下端部)會被固定於氣體歧管17。電化學元件Q是使經由氣體歧管17供給的改質氣體與從鼓風機35供給的空氣進行電化學反應而發電。
變換器38是調整電化學模組M的輸出電力，形成與由商用系統(圖示省略)受電的電力相同的電壓及相同的頻率。控制部39是控制電化學裝置Y及能量系統Z的運轉。
氣化器33、改質器34、電化學模組M及燃燒部36是被收容於收納容器40內。然後，改質器34是利用藉由在燃燒部36的反應排氣的燃燒所產生的燃燒熱來進行原燃料的改質處理。
原燃料是藉由昇壓泵41的作動，經由原燃料供給路42來供給至脫硫器31。改質水槽32的改質水是藉由改質水泵43的作動，經由改質水供給路44來供給至氣化器33。然後，原燃料供給路42是在比脫硫器31更下游側的部位，合流於改質水供給路44，在收納容器40外被合流的改質水與原燃料會被供給至收納容器40內所 具備的氣化器33。
改質水是在氣化器33被氣化而成為水蒸氣。包含在氣化器33產生的水蒸氣之原燃料是經由水蒸氣含有原燃料供給路45來供給至改質器34。在改質器34，原燃料會被水蒸氣改質，產生以氫氣體為主成分的改質氣體(具有還原性成分的第1氣體)。在改質器34產生的改質氣體是經由改質氣體供給路46來供給至電化學模組M的氣體歧管17。
被供給至氣體歧管17的改質氣體是對於複數的電化學元件Q分配，從電化學元件Q與氣體歧管17的連接部之下端供給至電化學元件Q。改質氣體中主要氫(還原性成分)會在電化學元件Q被使用於電化學反應。包含未被使用於反應的殘餘的氫氣體之反應排氣會從電化學元件Q的上端排出至燃燒部36。
反應排氣是在燃燒部36被燃燒，成為燃燒排氣，從燃燒排氣排出口50排出至收納容器40的外部。在燃燒排氣排出口50是配置有燃燒觸媒部51(例如白金系觸媒)，將燃燒排氣中所含有的一氧化碳或氫等的還原性成分予以燃燒除去。從燃燒排氣排出口50排出的燃燒排氣是藉由燃燒排氣排出路52來送至熱交換器53。
熱交換器53是使在燃燒部36燃燒產生的燃燒排氣與被供給的冷水進行熱交換，產生溫水。亦即，熱交換器53是作為再利用從電化學裝置Y排出的熱之排熱利用部動作。
另外，亦可取代排熱利用部，而設置利用從電化學模組M(未被燃燒)排出的反應排氣之反應排氣利用部。在反應排氣中是含有在電化學元件Q未被使用於反應的殘餘的氫氣體。在反應排氣利用部，利用殘餘的氫氣體，進行藉由燃燒的熱利用或藉由燃料電池等的發電，實行能量的有效利用。
<第11實施形態>
將本實施形態的電化學元件Q顯示於圖11。在本實施形態中，與第4實施形態同樣，一個的電化學反應部R的電極層A與其他的電化學反應部R的電極層A會被電性連接，進而複數的電化學反應部R會被電性並聯。
本實施形態的電化學元件Q是構成具有金屬基板1及4個的電化學反應部R(第1電化學反應部R1~第4電化學反應部R4)。本實施形態的電化學反應部R是構成具有電極層A、中間層F、電解質層B、反應防止層G及對極電極層C。
本實施形態的金屬基板1的構成是與第3實施形態同樣。亦即，金屬基板1的材料是與第3實施形態的金屬基板1同樣。在金屬基板1的表面是形成有擴散防止膜6。在金屬基板1中，4個的氣體流通容許領域P(第1氣體流通容許領域P1~第4氣體流通容許領域P4)會彼此離間形成。
在金屬基板1的表側4形成有4個的電化學 反應部R(第1電化學反應部R1~第4電化學反應部R4)。
詳細，首先4個的電極層A(第1電極層A1~第4電極層A4)會在比各個的氣體流通容許領域P大的領域中，覆蓋各氣體流通容許領域P而形成。4個的電極層A是彼此離間形成。
4個的中間層F(第1中間層F1~第4中間層F4)會在比各個的電極層A大的領域中，覆蓋各電極層A而形成。4個的中間層F是彼此離間形成。
4個的電解質層B(第1電解質層B1~第4電解質層B4)會在比各個的電極層A及中間層F大的領域中，覆蓋各電極層A及中間層F而形成。4個的電解質層B是彼此離間形成。
4個的反應防止層G(第1反應防止層G1~第4反應防止層G4)會被形成於各個的電解質層B上。
4個的對極電極層C(第1對極電極層C1~第4對極電極層C4)會被形成於各個的反應防止層G上。
在本實施形態中，中間層F會以膜的狀態來形成於電極層A與電解質層B之間。其膜厚是例如1μm~100μm程度，較理想是2μm~50μm程度，更理想是可設為5μm~20μm程度。藉由形成如此的膜厚，可一面減低高價的材料的使用量而謀求成本降低，一面確保充分的性能。
作為中間層F的材料，例如可使用氧化鈰系材料或氧化鋯系材料等。藉由在電極層A與電解質層B 之間導入中間層F，可提升電化學反應部R的性能或可靠度、耐久性。另外，中間層F是藉由低溫燒成法(不進行例如在1400℃等的高溫域的燒成處理，使用例如在1100℃程度以下的低溫域的燒成處理之濕式法)或濺射法、脈衝雷射沈積法等的PVD法、CVD法、噴塗法等來形成為理想。藉由該等可使用於低溫域的製程，可不使用例如在1400℃等的高溫域的燒成，藉由例如在1100℃程度以下的低溫域的處理，取得良好的中間層F。因此，可抑制高溫加熱對於金屬基板1造成損傷，又，由於可抑制金屬基板1與電極層A之間的高溫加熱所產生的元素相互擴散，可實現耐久性佳的電化學元件Q，因此為理想。
在本實施形態中，反應防止層G會以膜的狀態來形成於電解質層B與對極電極層C之間。其膜厚是例如1μm~100μm程度，較理想是2μm~50μm程度，更理想是可設為5μm~20μm程度。藉由形成如此的膜厚，可一面減低高價的材料的使用量而謀求成本降低，一面確認充分的性能。
作為反應防止層G的材料，例如可使用氧化鈰系材料或氧化鋯系材料等。藉由在電解質層B與對極電極層C之間導入反應防止層G，對極電極層C的構成材料與電解質層B的構成材料的反應會被有效地抑制，可提升電化學反應部R的性能的長期安定性。另外，反應防止層G是藉由低溫燒成法(不進行例如在1400℃等的高溫域的燒成處理，使用例如在1100℃程度以下的低溫域的燒成處 理之濕式法)或濺射法、脈衝雷射沈積法等的PVD法、CVD法、噴塗法等來形成為理想。藉由該等可使用於低溫域的製程，可不使用例如在1400℃等的高溫域的燒成，藉由例如在1100℃程度以下的低溫域的處理，取得良好的反應防止層G。因此，可抑制高溫加熱對於金屬基板1造成損傷，又，由於可抑制金屬基板1與電極層A之間的高溫加熱所產生的元素相互擴散，可實現耐久性佳的電化學元件Q，因此為理想。
各個的氣體流通容許領域P會以電極層A覆蓋，各個的電極層A(及中間層F)會以電解質層B覆蓋，藉此從氣體流通容許領域P供給至電極層A的氣體漏出至對極電極層C側的情形會被抑制。亦即，在本實施形態中，金屬基板1是具有彼此離間的複數的氣體流通容許領域P，電化學反應部R的電解質層B會覆蓋各個的氣體流通容許領域P的全體而配置。
在本實施形態中，如上述般，在金屬基板1的表面形成具有導電性的擴散防止膜6。因此，彼此離間形成的複數的電極層A是經由金屬基板1來電性連接。亦即，在本實施形態中，鄰接的電化學反應部R的電極層A會被電性連接，藉此複數的電化學反應部R會被電性並聯。
<第12實施形態>
將本實施形態的電化學元件Q顯示於圖12。在本實 施形態中，與第11實施形態同樣，一個的電化學反應部R的電極層A與其他的電化學反應部R的電極層A會被電性連接，進而複數的電化學反應部R會被電性並聯。
與第11實施形態不同，在本實施形態的電化學反應部R是未設有中間層F。亦即，電化學反應部R是構成具有電極層A、電解質層B、反應防止層G及對極電極層C。除了中間層F的構成是與第11實施形態類似。
各個的氣體流通容許領域P會以電極層A覆蓋，各個的電極層A會以電解質層B覆蓋，藉此從氣體流通容許領域P供給至電極層A的氣體漏出至對極電極層C側的情形會被抑制。亦即，在本實施形態中，金屬基板1是具有彼此離間的複數的氣體流通容許領域P，電化學反應部R的電解質層B會覆蓋各個的氣體流通容許領域P的全體而配置。
在本實施形態中，如上述般，在金屬基板1的表面形成具有導電性的擴散防止膜6。因此，彼此離間形成的複數的電極層A是經由金屬基板1來電性連接。亦即，在本實施形態中，藉由鄰接的電化學反應部R的電極層A被電性連接，複數的電化學反應部R會被電性並聯。
<第13實施形態>
將本實施形態的電化學元件Q顯示於圖13。在本實施形態中，與第11實施形態同樣，一個的電化學反應部 R的電極層A與其他的電化學反應部R的電極層A會被電性連接，進而複數的電化學反應部R會被電性並聯。
與第11實施形態不同，在本實施形態的電化學反應部R中，電解質層B會遍及複數的電化學反應部R而設。除了電解質層B的構成是與第11實施形態類似。
詳細，電解質層B是在覆蓋4個的電極層A(第1電極層A1~第4電極層A4)及4個的中間層F(第1中間層F1~第4中間層F4)的全體之狀態下，作為一相連的層形成。4個的氣體流通容許領域P(第1氣體流通容許領域P1~第4氣體流通容許領域P4)及4個的電極層A(第1電極層A1~第4電極層A4)會藉由電解質層B來覆蓋。藉此，被供給至電極層A的氣體漏出至對極電極層C側的情形會被抑制。而且，在電解質層B上之對應於電極層A的領域中形成有4個的反應防止層G(第1反應防止層G1~第4反應防止層G4)、及4個的對極電極層C(第1對極電極層C1~第4對極電極層C4)。
因為4個的電極層A及4個的對極電極層C彼此離間形成，所以藉由對向的電極層A及對極電極層C以及被該等夾著的電解質層B，可產生電化學反應。亦即，藉由第1電極層A1及第1對極電極層C1以及被該等夾著的部分(第1中間層F1、電解質層B、及第1反應防止層G1)來形成第1電化學反應部R1。同樣，藉由第2電極層A2~第4電極層A4及第2對極電極層C2~第4對極電極層C4以及被該等夾著的部分(第2中間層F2~ 第4中間層F4、電解質層B、及第2反應防止層G2~第4反應防止層G4)來形成第2電化學反應部R2~第4電化學反應部R4。亦即，本實施形態是在金屬基板1的表側4配置有複數的電化學反應部R。
而且，與第3實施形態同樣，彼此離間形成的複數的電極層A是經由金屬基板1來電性連接。因此，複數的電化學反應部R可謂被電性並聯。
<第14實施形態>
將本實施形態的電化學元件Q顯示於圖14。在本實施形態中，與第13實施形態同樣，一個的電化學反應部R的電極層A與其他的電化學反應部R的電極層A會被電性連接，進而複數的電化學反應部R會被電性並聯。
與第13實施形態不同，在本實施形態的電化學反應部R是未設有中間層F。亦即，電化學反應部R是構成具有電極層A、電解質層B、反應防止層G及對極電極層C。除了中間層F的構成是與第13實施形態類似。
各個的氣體流通容許領域P會以電極層A覆蓋，各個的電極層A會以電解質層B覆蓋，藉此從氣體流通容許領域P供給至電極層A的氣體漏出至對極電極層C側的情形會被抑制。亦即，在本實施形態中，金屬基板1是具有彼此離間的複數的氣體流通容許領域P，電化學反應部R的電解質層B會覆蓋各個的氣體流通容許領域P的全體而配置。
在本實施形態中，如上述般，在金屬基板1的表面形成具有導電性的擴散防止膜6。因此，彼此離間形成的複數的電極層A是經由金屬基板1來電性連接。亦即，在本實施形態中，鄰接的電化學反應部R的電極層A會被電性連接，藉此複數的電化學反應部R會被電性並聯。
<第15實施形態>
將本實施形態的電化學元件Q顯示於圖15。在本實施形態中，與第11實施形態同樣，一個的電化學反應部R的電極層A與其他的電化學反應部R的電極層A會被電性連接，進而複數的電化學反應部R會被電性並聯。
與第11實施形態不同，在本實施形態的電化學反應部R中，電解質層B及反應防止層G是遍及複數的電化學反應部R而設。除了電解質層B及反應防止層G的構成是與第11實施形態類似。
詳細，電解質層B是在覆蓋4個的電極層A(第1電極層A1~第4電極層A4)及4個的中間層F(第1中間層F1~第4中間層F4)的全體之狀態下，作為一相連的層形成。4個的氣體流通容許領域P(第1氣體流通容許領域P1~第4氣體流通容許領域P4)及4個的電極層A(第1電極層A1~第4電極層A4)會藉由電解質層B來覆蓋。藉此，被供給至電極層A的氣體漏出至對極電極層C側的情形會被抑制。
反應防止層G是在電解質層B上，覆蓋4個的電極層A(第1電極層A1~第4電極層A4)及4個的中間層F(第1中間層F1~第4中間層F4)的全體之狀態下，作為一相連的層形成。而且，在反應防止層G上之對應於電極層A的領域中形成有4個的對極電極層C(第1對極電極層C1~第4對極電極層C4)。
因為4個的電極層A及4個的對極電極層C彼此離間形成，所以藉由對向的電極層A及對極電極層C及被該等夾著的電解質層B，可產生電化學反應。亦即，藉由第1電極層A1及第1對極電極層C1以及被該等夾著的部分(第1中間層F1、電解質層B、反應防止層G)來形成第1電化學反應部R1。同樣，藉由第2電極層A2~第4電極層A4及第2對極電極層C2~第4對極電極層C4以及被該等夾著的部分(第2中間層F2~第4中間層F4、電解質層B、及反應防止層G)來形成第2電化學反應部R2~第4電化學反應部R4。亦即，本實施形態是在金屬基板1的表側4配置有複數的電化學反應部R。
而且，與第3實施形態同樣，彼此離間形成的複數的電極層A是經由金屬基板1來電性連接。因此，複數的電化學反應部R可謂被電性並聯。
<第16實施形態>
將本實施形態的電化學元件Q顯示於圖16。在本實施形態中，與第15實施形態同樣，一個的電化學反應部 R的電極層A與其他的電化學反應部R的電極層A會被電性連接，進而複數的電化學反應部R會被電性並聯。
與第15實施形態不同，在本實施形態的電化學反應部R是未設有中間層F。亦即，電化學反應部R是構成具有電極層A、電解質層B、反應防止層G及對極電極層C。除了中間層F的構成是與第15實施形態類似。
各個的氣體流通容許領域P會以電極層A覆蓋，各個的電極層A會以電解質層B覆蓋，藉此從氣體流通容許領域P供給至電極層A的氣體漏出至對極電極層C側的情形會被抑制。亦即，在本實施形態中，金屬基板1是具有彼此離間的複數的氣體流通容許領域P，電化學反應部R的電解質層B會覆蓋各個的氣體流通容許領域P的全體而配置。
在本實施形態中，如上述般，在金屬基板1的表面形成具有導電性的擴散防止膜6。因此，彼此離間形成的複數的電極層A是經由金屬基板1來電性連接。亦即，在本實施形態中，鄰接的電化學反應部R的電極層A會被電性連接，藉此複數的電化學反應部R會被電性並聯。
<第17實施形態>
將本實施形態的電化學元件Q顯示於圖17。在本實施形態中，與第11實施形態同樣，一個的電化學反應部R的電極層A與其他的電化學反應部R的電極層A會被 電性連接，進而複數的電化學反應部R會被電性並聯。
與第11實施形態不同，在本實施形態的電化學反應部R中，中間層F、電解質層B及反應防止層G是遍及複數的電化學反應部R而設。除了中間層F、電解質層B及反應防止層G的構成是與第11實施形態類似。
詳細，中間層F是在覆蓋4個的電極層A(第1電極層A1~第4電極層A4)的全體之狀態下，作為一相連的層形成。而且，電解質層B是在覆蓋4個的電極層A(第1電極層A1~第4電極層A4)及中間層F的全體之狀態下，作為一相連的層形成。4個的氣體流通容許領域P(第1氣體流通容許領域P1~第4氣體流通容許領域P4)及4個的電極層A(第1電極層A1~第4電極層A4)會藉由電解質層B來覆蓋。藉此，被供給至電極層A的氣體漏出至對極電極層C側的情形會被抑制。
反應防止層G是在電解質層B上，覆蓋4個的電極層A(第1電極層A1~第4電極層A4)及中間層F的全體之狀態下，作為一相連的層形成。而且，在反應防止層G上之對應於電極層A的領域中，形成有4個的對極電極層C(第1對極電極層C1~第4對極電極層C4)。
因為4個的電極層A及4個的對極電極層C彼此離間形成，所以藉由對向的電極層A及對極電極層C以及被該等夾著的電解質層B，可產生電化學反應。亦即，藉由第1電極層A1及第1對極電極層C1以及被該等夾著的部分(中間層F、電解質層B、反應防止層G) 來形成第1電化學反應部R1。同樣，藉由第2電極層A2~第4電極層A4及第2對極電極層C2~第4對極電極層C4以及被該等夾著的部分(中間層F、電解質層B、及反應防止層G)來形成第2電化學反應部R2~第4電化學反應部R4。亦即，本實施形態是在金屬基板1的表側4配置有複數的電化學反應部R。
然後，與第3實施形態同樣，彼此離間形成的複數的電極層A是經由金屬基板1來電性連接。因此，複數的電化學反應部R可謂被電性並聯。
<第18實施形態>
將本實施形態的電化學元件Q顯示於圖18。在本實施形態中，與第11實施形態同樣，一個的電化學反應部R的電極層A與其他的電化學反應部R的電極層A會被電性連接，進而複數的電化學反應部R會被電性並聯。
與第11實施形態不同，在本實施形態的電化學反應部R中，中間層F及電解質層B是遍及於複數的電化學反應部R而設。除了中間層F及電解質層B的構成是與第11實施形態類似。
詳細，中間層F是在覆蓋4個的電極層A(第1電極層A1~第4電極層A4)的全體之狀態下，作為一相連的層形成。而且，電解質層B是在覆蓋4個的電極層A(第1電極層A1~第4電極層A4)及中間層F的全體之狀態下，作為一相連的層形成。4個的氣體流通容 許領域P(第1氣體流通容許領域P1~第4氣體流通容許領域P4)及4個的電極層A(第1電極層A1~第4電極層A4)會藉由電解質層B來覆蓋。藉此，被供給至電極層A的氣體漏出至對極電極層C側的情形會被抑制。
而且，在電解質層B上之對應於電極層A的領域中形成有4個的反應防止層G(第1反應防止層G1~第4反應防止層G4)及4個的對極電極層C(第1對極電極層C1~第4對極電極層C4)。
因為4個的電極層A及4個的對極電極層C彼此離間形成，所以藉由對向的電極層A及對極電極層C以及被該等夾著的電解質層B，可產生電化學反應。亦即，藉由第1電極層A1及第1對極電極層C1以及被該等夾著的部分(中間層F、電解質層B、第1反應防止層G1)來形成第1電化學反應部R1。同樣，藉由第2電極層A2~第4電極層A4及第2對極電極層C2~第4對極電極層C4以及被該等夾著的部分(中間層F、電解質層B、及第2反應防止層G2~第4反應防止層G4)來形成第2電化學反應部R2~第4電化學反應部R4。亦即，本實施形態是在金屬基板1的表側4配置有複數的電化學反應部R。
然後，與第3實施形態同樣，彼此離間形成的複數的電極層A是經由金屬基板1來電性連接。因此，複數的電化學反應部R可謂被電性並聯。
<第19實施形態>
將本實施形態的電化學元件Q顯示於圖19。本實施形態的電化學元件Q是構成具有金屬基板1、電極層A、中間層F、電解質層B、反應防止層G及對極電極層C。電極層A、中間層F、電解質層B、反應防止層G及對極電極層C構成電化學反應部R。
本實施形態的金屬基板1的構成是與第3實施形態同樣。亦即，金屬基板1的材料是與第3實施形態的金屬基板1同樣。在金屬基板1的表面是形成有擴散防止膜6。在金屬基板1中，4個的氣體流通容許領域P(第1氣體流通容許領域P1~第4氣體流通容許領域P4)會彼此離間形成。
4個的電極層A(第1電極層A1~第4電極層A4)會在比各個的氣體流通容許領域P大的領域中，覆蓋各氣體流通容許領域P而形成。4個的電極層A是彼此離間形成。
4個的中間層F(第1中間層F1~第4中間層F4)會在比各個的電極層A大的領域中，覆蓋各電極層A而形成。4個的中間層F是彼此離間形成。
第1電解質層B1會在覆蓋第1電極層A1及第2電極層A2的全體之狀態下，作為一相連的層形成。2個的氣體流通容許領域P(第1氣體流通容許領域P1及第2氣體流通容許領域P2)及2個的電極層A(第1電極層A1及第2電極層A2)會藉由第1電解質層B1來覆 蓋。藉此，被供給至電極層A的氣體漏出至對極電極層C側的情形會被抑制。
第2電解質層B2會在覆蓋第3電極層A3及第4電極層A4的全體之狀態下，作為一相連的層形成。2個的氣體流通容許領域P(第3氣體流通容許領域P3及第4氣體流通容許領域P4)及2個的電極層A(第3電極層A3及第4電極層A4)會藉由第2電解質層B2來覆蓋。藉此，被供給至電極層A的氣體漏出至對極電極層C側的情形會被抑制。
第1反應防止層G1會在第1電解質層B1上，覆蓋2個的電極層A(第1電極層A1及第2電極層A2)及2個的中間層F(第1中間層F1及第2中間層F2)的全體之狀態下，作為一相連的層形成。
第2反應防止層G2會在第2電解質層B2上，覆蓋2個的電極層A(第3電極層A3及第4電極層A4)及2個的中間層F(第3中間層F4及第4中間層F4)的全體之狀態下，作為一相連的層形成。
第1對極電極層C1會在第1反應防止層G1上，覆蓋2個的電極層A(第1電極層A1及第2電極層A2)及2個的中間層F(第1中間層F1及第2中間層F2)的全體之狀態下，作為一相連的層形成。
第2對極電極層C2會在第2反應防止層G2上，覆蓋2個的電極層A(第3電極層A3及第4電極層A4)及2個的中間層F(第3中間層F4及第4中間層 F4)的全體之狀態下，作為一相連的層形成。
在本實施形態中，4個的電極層A會彼此離間形成。藉由該等4個的電極層A(第1電極層A1~第4電極層A4)、電解質層B、及對極電極層C(第1對極電極層C1及第2對極電極層C2)，可產生電化學反應。因此，被解釋成藉由第1電極層A1及第1對極電極層C1的左一半以及被該等夾著的部分(第1中間層F1、第1電解質層B1、第1反應防止層G1)來構成第1電化學反應部R1。
被解釋成藉由第2電極層A2及第1對極電極層C1的右一半以及被該等夾著的部分(第2中間層F2、第1電解質層B1、第1反應防止層G1)來構成第2電化學反應部R2。
藉由第3電極層A3及第2對極電極層C2的左一半以及被該等夾著的部分(第3中間層F3、第2電解質層B2、第2反應防止層G2)來構成第3電化學反應部R3。
被解釋成藉由第4電極層A4及第2對極電極層C2的右一半以及被該等夾著的部分(第4中間層F4、第2電解質層B2、第2反應防止層G2)來構成第4電化學反應部R4。
亦即，在本實施形態中，在金屬基板1的表側4配置有複數的電化學反應部R。
並且，在本實施形態中，2個的對極電極層C會彼此離間形成。藉由該等2個的對極電極層C(第1對 極電極層C1及第2對極電極層C2)、電解質層B、及電極層A(第1電極層A1~第4電極層A4)，可產生電化學反應。因此，被解釋成藉由第1電極層A1及第2電極層A2、第1對極電極層C1以及被該等夾著的部分(第1中間層F1及第2中間層F2、第1電解質層B1、第1反應防止層G1)來構成第5電化學反應部R5。
被解釋成藉由第3電極層A3及第4電極層A4、第2對極電極層C2以及被該等夾著的部分(第3中間層F3及第4中間層F4、第2電解質層B2、第2反應防止層G2)來構成第6電化學反應部R6。
亦即，在本實施形態中，在金屬基板1的表側4配置有複數的電化學反應部R。
如本實施形態的第5電化學反應部R5及第6電化學反應部R6般，有複數的氣體流通容許領域P對應於一個電化學反應部R的情況。即使是如此的情況，電化學反應部R的電解質層B也會覆蓋各個的氣體流通容許領域P的全體來配置。藉此，可抑制從金屬基板1的背側來流通於氣體流通容許領域P而被供給至電極層A的氣體漏出至金屬基板1的表側，可提高作為電化學元件的性能‧可靠度。具體而言，第5電化學反應部R5的第1電解質層B1會覆蓋第1氣體流通容許領域P1及第2氣體流通容許領域P2的全體而配置。第6電化學反應部R6的第2電解質層B2會覆蓋第3氣體流通容許領域P3及第4氣體流通容許領域P4的全體而配置。
<第20實施形態>
將本實施形態的電化學元件Q顯示於圖20。本實施形態的電化學元件Q是構成具有金屬基板1、電極層A、電解質層B、反應防止層G及對極電極層C。與第19實施形態不同，在本實施形態的電化學反應部R是未設有中間層F。亦即，電化學反應部R是構成具有電極層A、電解質層B、反應防止層G及對極電極層C。除了中間層F的構成是與第19實施形態類似。
第1電解質層B1會在覆蓋第1電極層A1及第2電極層A2的全體之狀態下，作為一相連的層形成。2個的氣體流通容許領域P(第1氣體流通容許領域P1及第2氣體流通容許領域P2)及2個的電極層A(第1電極層A1及第2電極層A2)會藉由第1電解質層B1來覆蓋。藉此，被供給至電極層A的氣體漏出至對極電極層C側的情形會被抑制。
第2電解質層B2會在覆蓋第3電極層A3及第4電極層A4的全體之狀態下，作為一相連的層形成。2個的氣體流通容許領域P(第3氣體流通容許領域P3及第4氣體流通容許領域P4)及2個的電極層A(第3電極層A3及第4電極層A4)會藉由第2電解質層B2來覆蓋。藉此，被供給至電極層A的氣體漏出至對極電極層C側的情形會被抑制。
在本實施形態中，4個的電極層A會彼此離 間形成。藉由該等4個的電極層A(第1電極層A1~第4電極層A4)、電解質層B、及對極電極層C(第1對極電極層C1及第2對極電極層C2)，可產生電化學反應。因此，被解釋成藉由第1電極層A1及第1對極電極層C1的左一半以及被該等夾著的部分(第1電解質層B1、第1反應防止層G1)來構成第1電化學反應部R1。
被解釋成藉由第2電極層A2及第1對極電極層C1的右一半以及被該等夾著的部分(第1電解質層B1、第1反應防止層G1)來構成第2電化學反應部R2。
被解釋成藉由第3電極層A3及第2對極電極層C2的左一半以及被該等夾著的部分(第2電解質層B2、第2反應防止層G2)來構成第3電化學反應部R3。
被解釋成藉由第4電極層A4及第2對極電極層C2的右一半以及被該等夾著的部分(第2電解質層B2、第2反應防止層G2)來構成第4電化學反應部R4。
亦即，在本實施形態中，在金屬基板1的表側4配置有複數的電化學反應部R。
並且，在本實施形態中，2個的對極電極層C會彼此離間形成。藉由該等2個的對極電極層C(第1對極電極層C1及第2對極電極層C2)、電解質層B、及電極層A(第1電極層A1~第4電極層A4)，可產生電化學反應。因此，被解釋成藉由第1電極層A1及第2電極層A2、第1對極電極層C1以及被該等夾著的部分(第1電解質層B1、第1反應防止層G1)來構成第5電化學反 應部R5。
被解釋成藉由第3電極層A3及第4電極層A4、第2對極電極層C2以及被該等夾著的部分(第2電解質層B2、第2反應防止層G2)來構成第6電化學反應部R6。
亦即，在本實施形態中，在金屬基板1的表側4配置有複數的電化學反應部R。
<第21實施形態>
將本實施形態的電化學元件Q顯示於圖21。本實施形態的電化學元件Q是構成具有金屬基板1、電極層A、中間層F、電解質層B、反應防止層G及對極電極層C。電極層A、中間層F、電解質層B、反應防止層G及對極電極層C構成電化學反應部R。
本實施形態的電化學元件Q的構成是與第19實施形態類似。與第19實施形態不同的點是中間層F會遍及複數的電極層A上而設的點。第1中間層F1會在覆蓋第1電極層A1及第2電極層A2的全體之狀態下，作為一相連的層形成。第2中間層F2會在覆蓋第3電極層A3及第4電極層A4的全體之狀態下，作為一相連的層形成。
第1電解質層B1會在覆蓋第1電極層A1及第2電極層A2的全體之狀態下，作為一相連的層形成。2個的氣體流通容許領域P(第1氣體流通容許領域P1及第2氣體流通容許領域P2)及2個的電極層A(第1電 極層A1及第2電極層A2)會藉由第1電解質層B1來覆蓋。藉此，被供給至電極層A的氣體漏出至對極電極層C側的情形會被抑制。
第2電解質層B2會在覆蓋第3電極層A3及第4電極層A4的全體之狀態下，作為一相連的層形成。2個的氣體流通容許領域P(第3氣體流通容許領域P3及第4氣體流通容許領域P4)及2個的電極層A(第3電極層A3及第4電極層A4)會藉由第2電解質層B2來覆蓋。藉此，被供給至電極層A的氣體漏出至對極電極層C側的情形會被抑制。
在本實施形態中，4個的電極層A會彼此離間形成。藉由該等4個的電極層A(第1電極層A1~第4電極層A4)、電解質層B、及對極電極層C(第1對極電極層C1及第2對極電極層C2)，可產生電化學反應。因此，被解釋成藉由第1電極層A1及第1對極電極層C1的左一半以及被該等夾著的部分(第1中間層F1、第1電解質層B1、第1反應防止層G1)來構成第1電化學反應部R1。
被解釋成藉由第2電極層A2及第1對極電極層C1的右一半以及被該等夾著的部分(第1中間層F1、第1電解質層B1、第1反應防止層G1)來構成第2電化學反應部R2。
被解釋成藉由第3電極層A3及第2對極電極層C2的左一半以及被該等夾著的部分(第2中間層F2、第2 電解質層B2、第2反應防止層G2)來構成第3電化學反應部R3。
被解釋成藉由第4電極層A4及第2對極電極層C2的右一半以及被該等夾著的部分(第2中間層F2、第2電解質層B2、第2反應防止層G2)來構成第4電化學反應部R4。
亦即，在本實施形態中，在金屬基板1的表側4配置有複數的電化學反應部R。
並且，在本實施形態中，2個的對極電極層C會彼此離間形成。藉由該等2個的對極電極層C(第1對極電極層C1及第2對極電極層C2)、電解質層B及電極層A(第1電極層A1~第4電極層A4)，可產生電化學反應。因此，被解釋成藉由第1電極層A1及第2電極層A2、第1對極電極層C1以及被該等夾著的部分(第1中間層F1、第1電解質層B1、第1反應防止層G1)來構成第5電化學反應部R5。
被解釋成藉由第3電極層A3及第4電極層A4、第2對極電極層C2以及被該等夾著的部分(第2中間層F2、第2電解質層B2、第2反應防止層G2)來構成第6電化學反應部R6。
亦即，在本實施形態中，在金屬基板1的表側4配置有複數的電化學反應部R。
<第22實施形態>
將本實施形態的電化學元件Q顯示於圖22。本實施形態的電化學元件Q是構成具有金屬基板1、電極層A、中間層F、電解質層B、反應防止層G及對極電極層C。電極層A、中間層F、電解質層B、反應防止層G及對極電極層C構成電化學反應部R。
本實施形態的金屬基板1的構成是與第3實施形態同樣。亦即，金屬基板1的材料是與第3實施形態的金屬基板1同樣。在金屬基板1的表面是形成有擴散防止膜6。在金屬基板1中，4個的氣體流通容許領域P(第1氣體流通容許領域P1~第4氣體流通容許領域P4)會彼此離間形成。
電極層A是在覆蓋4個的氣體流通容許領域P(第1氣體流通容許領域P1~第4氣體流通容許領域P4)的全體之狀態下，作為一相連的層形成。
中間層F是在覆蓋電極層A的全體之狀態下，作為一相連的層形成。
電解質層B是在覆蓋電極層A及中間層F的全體之狀態下，作為一相連的層形成。4個的氣體流通容許領域P(第1氣體流通容許領域P1~第4氣體流通容許領域P4)及電極層A會藉由電解質層B來覆蓋。藉此，被供給至電極層A的氣體漏出至對極電極層C側的情形會被抑制。
反應防止層G是在電解質層B上，以覆蓋電極層A及中間層F的全體之狀態，作為一相連的層形 成。
在反應防止層G上之對應於4個的氣體流通容許領域P(第1氣體流通容許領域P1~第4氣體流通容許領域P4)的領域形成有4個的對極電極層C(第1對極電極層C1~第4對極電極層C4)。
在本實施形態的電化學元件Q中，因為在電極層A與對極電極層C之間配置有電解質層B，所以在通過4個的氣體流通容許領域P(第1氣體流通容許領域P1~第4氣體流通容許領域P4)來供給至電極層A的物質與被供給至對極電極層C的物質之間，可產生電化學反應。因此，被解釋成藉由電極層A、中間層F、電解質層B、及藉由反應防止層G的第1氣體流通容許領域P1與第1對極電極層C1所夾的部分、以及第1對極電極層C1來形成第1電化學反應部R1。
被解釋成藉由電極層A、中間層F、電解質層B、及藉由反應防止層G的第2氣體流通容許領域P2與第2對極電極層C2所夾的部分、以及第2對極電極層C2來形成第2電化學反應部R2。
被解釋成藉由電極層A、中間層F、電解質層B、及藉由反應防止層G的第3氣體流通容許領域P3與第3對極電極層C3所夾的部分、以及第3對極電極層C3來形成第3電化學反應部R3。
被解釋成藉由電極層A、中間層F、電解質層B、及藉由反應防止層G的第4氣體流通容許領域P4和第4對 極電極層C4所夾的部分、以及第4對極電極層C4來形成第4電化學反應部R4。
亦即，在本實施形態中，在金屬基板1的表側4配置有複數的電化學反應部R。
在本實施形態中，如上述般，在金屬基板1的表面形成具有導電性的擴散防止膜6。因此，彼此離間形成的複數的電極層A是經由金屬基板1來電性連接。亦即，在本實施形態中，藉由鄰接的電化學反應部R的電極層A被電性連接，複數的電化學反應部R會被電性並聯。
<第23實施形態>
將本實施形態的電化學元件Q顯示於圖23。本實施形態的電化學元件Q是構成具有金屬基板1、電極層A、電解質層B、反應防止層G及對極電極層C。與第22實施形態不同，在本實施形態的電化學反應部R是未設有中間層F。亦即電化學反應部R是構成具有電極層A、電解質層B、反應防止層G及對極電極層C。除了中間層F的構成是與第22實施形態類似。
電解質層B是在覆蓋電極層A的全體之狀態下，作為一相連的層形成。4個的氣體流通容許領域P(第1氣體流通容許領域P1~第4氣體流通容許領域P4)及電極層A會藉由電解質層B來覆蓋。藉此，被供給至電極層A的氣體漏出至對極電極層C側的情形會被抑 制。
在本實施形態中，與第22實施形態同樣，在金屬基板1的表側4配置有4個的電化學反應部R(第1電化學反應部R1~第4電化學反應部R4)。然後，鄰接的電化學反應部R的電極層A會經由金屬基板1來電性連接，藉此複數的電化學反應部R會被電性並聯。
<第24實施形態>
將本實施形態的電化學元件Q顯示於圖24。本實施形態的電化學元件Q是構成具有金屬基板1、電極層A、中間層F、電解質層B、反應防止層G及對極電極層C。電極層A、中間層F、電解質層B、反應防止層G及對極電極層C構成電化學反應部R。
本實施形態的電化學元件Q的構成是與第19實施形態類似。與第19實施形態不同的點是電極層A及中間層F會遍及複數的氣體流通容許領域P上而設的點。
第1電極層A1會在覆蓋第1氣體流通容許領域P1及第2氣體流通容許領域P2的全體之狀態下，作為一相連的層形成。第1中間層F1會在覆蓋第1電極層A1的全體之狀態下被設置。
第2電極層A2會在覆蓋第3氣體流通容許領域P3及第4氣體流通容許領域P4的全體之狀態下，作為一相連的層形成。第2中間層F2會在覆蓋第2電極層A2的全體之狀態下被設置。
第1電解質層B1會在覆蓋第1電極層A1的全體之狀態下，作為一相連的層形成。2個的氣體流通容許領域P(第1氣體流通容許領域P1及第2氣體流通容許領域P2)及第1電極層A1會藉由第1電解質層B1來覆蓋。藉此，被供給至電極層A的氣體漏出至對極電極層C側的情形會被抑制。
第2電解質層B2會在覆蓋第2電極層A2的全體之狀態下，作為一相連的層形成。2個的氣體流通容許領域P(第3氣體流通容許領域P3及第4氣體流通容許領域P4)及第2電極層A2會藉由第2電解質層B2來覆蓋。藉此，被供給至電極層A的氣體漏出至對極電極層C側的情形會被抑制。
在本實施形態的電化學元件Q中，因為在電極層A與對極電極層C之間配置有電解質層B，所以在通過4個的氣體流通容許領域P(第1氣體流通容許領域P1~第4氣體流通容許領域P4)來供給至電極層A的物質與被供給至對極電極層C的物質之間，可產生電化學反應。因此，被解釋成藉由第1氣體流通容許領域P1的上側的電極層A的部分、中間層F的部分、電解質層B的部分、反應防止層G的部分及對極電極層C的部分來形成第1電化學反應部R1。
被解釋成藉由第2氣體流通容許領域P2的上側的電極層A的部分、中間層F的部分、電解質層B的部分、反應防止層G的部分及對極電極層C的部分來形成第2 電化學反應部R2。
被解釋成藉由第3氣體流通容許領域P3的上側的電極層A的部分、中間層F的部分、電解質層B的部分、反應防止層G的部分及對極電極層C的部分來形成第3電化學反應部R3。
被解釋成藉由第4氣體流通容許領域P4的上側的電極層A的部分、中間層F的部分、電解質層B的部分、反應防止層G的部分及對極電極層C的部分來形成第4電化學反應部R4。
亦即，在本實施形態中，在金屬基板1的表側4配置有複數的電化學反應部R。
並且，在本實施形態中，2個的對極電極層C會彼此離間形成。藉由該等2個的對極電極層C(第1對極電極層C1及第2對極電極層C2)、電解質層B(第1電解質層B1及第2電解質層B2)、及電極層A(第1電極層A1及第2電極層A2)，可產生電化學反應。因此，被解釋成藉由第1電極層A1及第1對極電極層C1以及被該等夾著的部分(第1中間層F1、第1電解質層B1、第1反應防止層G1)來構成第5電化學反應部R5。
被解釋成藉由第2電極層A2及第2對極電極層C2以及被該等夾著的部分(第2中間層F2、第2電解質層B2、第2反應防止層G2)來構成第6電化學反應部R6。
亦即，本實施形態是在金屬基板1的表側4配置有複數的電化學反應部R。
<第25實施形態>
將本實施形態的電化學元件Q顯示於圖25。本實施形態的電化學元件Q是構成具有金屬基板1、電極層A、電解質層B、反應防止層G及對極電極層C。與第19實施形態不同，在本實施形態的電化學反應部R是未設有中間層F。亦即，電化學反應部R是構成具有電極層A、電解質層B、反應防止層G及對極電極層C。除了中間層F的構成是與第24實施形態類似。
第1電解質層B1會在覆蓋第1電極層A1的全體之狀態下，作為一相連的層形成。2個的氣體流通容許領域P(第1氣體流通容許領域P1及第2氣體流通容許領域P2)及第1電極層A1會藉由第1電解質層B1來覆蓋。藉此，被供給至電極層A的氣體漏出至對極電極層C側的情形會被抑制。
第2電解質層B2會在覆蓋第2電極層A2的全體之狀態下，作為一相連的層形成。2個的氣體流通容許領域P(第3氣體流通容許領域P3及第4氣體流通容許領域P4)及第2電極層A2會藉由第2電解質層B2來覆蓋。藉此，被供給至電極層A的氣體漏出至對極電極層C側的情形會被抑制。
在本實施形態的電化學元件Q中，因為在電極層A與對極電極層C之間配置有電解質層B，所以在通過4個的氣體流通容許領域P(第1氣體流通容許領域 P1~第4氣體流通容許領域P4)來供給至電極層A的物質與被供給至對極電極層C的物質之間，可產生電化學反應。因此，被解釋成藉由第1氣體流通容許領域P1的上側的電極層A的部分、電解質層B的部分、反應防止層G的部分及對極電極層C的部分來形成第1電化學反應部R1。
被解釋成藉由第2氣體流通容許領域P2的上側的電極層A的部分、電解質層B的部分、反應防止層G的部分及對極電極層C的部分來形成第2電化學反應部R2。
被解釋成藉由第3氣體流通容許領域P3的上側的電極層A的部分、電解質層B的部分、反應防止層G的部分及對極電極層C的部分來形成第3電化學反應部R3。
被解釋成藉由第4氣體流通容許領域P4的上側的電極層A的部分、電解質層B的部分、反應防止層G的部分及對極電極層C的部分來形成第4電化學反應部R4。
亦即，在本實施形態中，在金屬基板1的表側4配置有複數的電化學反應部R。
並且，在本實施形態中，2個的對極電極層C會彼此離間形成。藉由該等2個的對極電極層C(第1對極電極層C1及第2對極電極層C2)、電解質層B(第1電解質層B1及第2電解質層B2)、及電極層A(第1電極層A1及第2電極層A2)，可產生電化學反應。因此，被解釋成藉由第1電極層A1及第1對極電極層C1以及被該等夾著的部分(第1電解質層B1及第1反應防止層 G1)來構成第5電化學反應部R5。
被解釋成藉由第2電極層A2及第2對極電極層C2以及被該等夾著的部分(第2電解質層B2及第2反應防止層G2)來構成第6電化學反應部R6。
亦即，在本實施形態中，在金屬基板1的表側4配置有複數的電化學反應部R。
<第26實施形態>
將本實施形態的電化學模組M顯示於圖26。本實施形態的電化學模組M是以上述的電化學元件Q複數層疊的狀態配置的模組。在第26實施形態的電化學模組M是使用第11實施形態~第25實施形態的電化學元件Q，亦即複數的電化學反應部R被電性並聯的電化學元件Q。
電化學模組M是構成具有複數的電化學元件Q(Q1、Q2等)及複數的集電板S(S1、S2等)。本實施形態是說明電化學元件Q具有與第11實施形態同樣的構成者。
在本實施形態中，在電化學元件Q的對極電極層C上設有集電層H。集電層H是可使用導電性佳的陶瓷膏或金屬黏結材料等。
集電板S是被形成波狀的金屬製的板。作為集電板S的材料，可使用與上述的金屬基板1同樣者。並且，若在集電板S的表面形成與金屬基板1同樣的擴散防止膜，則可抑制Cr飛散，為適宜。如以上般構成的集電 板S是可藉由沖壓成形等來以低成本製造。另外，集電板S是以不透過氣體的材料來構成，而使氣體能夠不流通於表側與背側之間。
如圖26所示般，電化學元件Q與集電板S會交替層疊配置。集電板S的波形的上側的頂點會在金屬基板1的背側5以電性導通的狀態接合。此接合是例如塗佈導電性佳的陶瓷膏等，將集電板S朝金屬基板1施力而進行。並且例如藉由焊接或銅焊來進行。
集電板S的波形的下側的頂點會在電化學元件Q的集電層H以電性導通的狀態接合。此接合是例如藉由上述集電層H的陶瓷膏的燒結或朝金屬黏結之集電板S的施力來進行。
藉由以上的構成，例如集電板S是電性連接電化學元件Q1的金屬基板1與電化學元件Q2的集電層H。如此一來，電化學元件Q1的電極層A與電化學元件Q2的對極電極層C會被電性連接。亦即，電化學元件Q1的電化學反應部R與電化學元件Q2的電化學反應部R會被電性串聯。
若在圖26所示的形態下複數的電化學元件Q與複數的集電板S被層疊，則集電板S會形成一個的電化學元件Q的金屬基板1與配置於下側的電化學元件Q的集電層H被電性連接的情形。如此一來，一個的電化學元件Q的電極層A與其下側的電化學元件Q的對極電極層C會被電性連接。亦即，在本實施形態的電化學模組M 中，藉由集電板S，複數的電化學元件Q的電化學反應部R會被電性串聯。
如上述般，在電化學元件Q中，在金屬基板1的表側4配置有複數的電化學反應部R。而且，該等複數的電化學反應部R(第1電化學反應部R1~第4電化學反應部R4)是被電性並聯。如此一來，在本實施形態的電化學模組M中，在各個的電化學元件Q，電化學反應部R會被電性並聯，該等電化學反應部R會藉由集電板S來電性串聯。
<其他的實施形態>
(1)上述的第1實施形態及第2實施形態是在金屬基板1的表面形成絕緣被膜，但關聯於形成筒狀氣體流通部10的U字構件11或蓋部12等的電化學元件Q或電化學模組M的形成，在使用於金屬基板1以外的構件使用金屬材料時，亦可因應所需，在如此的金屬材料的表面形成絕緣被膜或擴散防止膜而使用。
(2)上述的實施形態是在金屬基板1與電解質層B之間配置電極層A，由電解質層B來看，在與金屬基板1相反側配置對極電極層C。亦可為將電極層A與對極電極層C相反配置的構成。亦即，亦可為在金屬基板1與電解質層B之間配置對極電極層C，由電解質層B來看，在與金屬基板1相反側配置電極層A的構成。此情況，有關往電化學元件Q之氣體的供給也須變更。例如使 電化學元件Q作為燃料電池動作時，經由金屬基板1的氣體流通容許領域P來將氧供給至對極電極層C，從電化學元件Q的周圍供給氫至電極層A。
(3)上述的實施形態是在金屬基板1設置5個(或4個)的電化學反應部R。電化學反應部R的數量是不限於此，只要是2個以上即可。
(4)上述的實施形態是在金屬基板1設置1列或2列的電化學反應部R。電化學反應部R的列的數量是不限於此，只要是3列以上即可。
(5)在上述的第7實施形態中，顯示被串聯的複數的電化學反應部R會被並聯的形態，但亦可構成將被串聯的複數的電化學反應部R串聯。又，亦可構成被串聯的複數的電化學反應部R會併存串聯及並聯。
(6)在上述的第8實施形態中，顯示被並聯的複數的電化學反應部R會被串聯的形態，但亦可構成將被並聯的複數的電化學反應部R並聯。又，亦可構成被並聯的複數的電化學反應部R會併存串聯及並聯。
(7)在一個的電化學元件Q，亦可併存電化學反應部R的串聯及並聯。例如，亦可在金屬基板1形成4行4列的電化學反應部R，將一個的行內的4個的電化學反應部R串聯，將行的兩端的電化學反應部R並聯，而構成電化學元件Q。另外，亦可在上述的(5)或(6)的形態中適用如此的串聯及並聯併存的複數的電化學反應部R。
(8)在上述的實施形態中，顯示有關平板型的電化學元件及電化學模組，但本發明的電化學元件及電化學模組是亦可適用於圓筒型或圓盤型。
(9)在上述的第1及第2實施形態中，顯示在金屬基板1接合U字構件11及蓋部12，而形成筒狀氣體流通部10的電化學元件的形態，但亦可使用複數的金屬基板1來形成筒狀氣體流通部10。在圖27及圖28中顯示在2個的金屬基板1接合2個的側面接合構件15及蓋部12，而形成筒狀氣體流通部10的例子。側面接合構件15是矩形狀的構件。2個的金屬基板1的長邊與2個的側面構件15的各長邊會被接合，所被形成的筒的一方的端部會以蓋部12堵塞。藉此，在內部具有內部空間22，全體構成平板或平棒狀的筒狀氣體流通部10。金屬基板1是對於筒狀氣體流通部10的中心軸平行配置，在電化學元件的兩面具備電化學反應部。
可利用此電化學元件Q來構成與上述的第7實施形態所示者同樣的電化學模組M。
(10)在上述的實施形態中，貫通金屬基板1的表側4及背側5而形成的貫通孔2是只要連通成氣體可在表側4與背側5之間流通即可，其配置是不限於如圖1~4所示般形成於與長邊及短邊平行的格子的交點位置，不限於如圖1~4、11~26所示般對於金屬基板1的板面正交的圓狀孔。貫通孔2的直徑是亦可不一定，亦可為錐狀。並且，貫通孔2是亦可彎曲。
(11)在上述的實施形態中，顯示氣體流通禁止領域是藉由設置不形成貫通孔的領域來構成的例子，但亦可一旦形成貫通孔之後，閉塞貫通孔的至少一部分，藉此構成。貫通孔的閉塞方法是亦可藉由在貫通孔內充填氣密性材料的方法或如圖29所示般在金屬基板的一面接合或抵接未形成貫通孔的閉塞材料16的方法等來構成。
(12)在上述的第1，3，11~26實施例中，氣體流通容許領域P會被配置成藉由電極層A來覆蓋，但如圖30(只圖示單一的電化學反應部)所示般，只要電解質層B至少覆蓋被設在氣體流通容許領域P或氣體流通容許領域P的電極層A而配置即可。藉此，可抑制從金屬基板的背側來流通於氣體流通容許領域而供給至電極層的氣體漏出至金屬基板的表側，可提高作為電化學元件的性能‧可靠度。
(13)上述的實施形態是說明在電化學模組M中，電化學元件Q複數層疊的狀態，亦即複數集合的狀態下被配置的例子。電化學模組M是亦可為電化學元件Q不層疊的狀態下集合的形態。
(14)亦可如其次般構成電化學元件。電化學元件是具有金屬基板及複數的電化學反應部，前述金屬基板是具有容許在前述金屬基板的表側與背側之間的氣體的流通之氣體流通容許領域，前述電化學反應部是至少具有電極層、電解質層及對極電極層，被配置於前述金屬基板的表側，前述電解質層是被配置於前述電極層與前述對 極電極層之間，流通於前述氣體流通容許領域的氣體會被供給至前述電極層。
(15)又，電化學元件亦可具有其次的構成。前述金屬基板是具有彼此離間的複數的前述氣體流通容許領域，前述電化學反應部的前述電解質層會覆蓋各個的前述氣體流通容許領域的全體而配置。
(16)又，電化學元件亦可具有其次的構成。前述金屬氧化物被膜為前述金屬基板中所含的金屬元素的氧化物。
另外，在上述的實施形態(包含其他的實施形態，以下相同)所揭示的構成是只要不產生矛盾，亦可與在其他的實施形態所揭示的構成組合適用，並且在本說明書中所揭示的實施形態是舉例說明者，本發明的實施形態並非限於此，亦可在不脫離本發明的目的之範圍內適當改變。
1‧‧‧金屬基板
2‧‧‧貫通孔
3‧‧‧絕緣被膜(金屬氧化物被膜)
4‧‧‧表側
5‧‧‧背側
10‧‧‧筒狀氣體流通部
11‧‧‧U字構件
12‧‧‧蓋部
13‧‧‧氣體流出口
21‧‧‧氣體流入口
22‧‧‧內部空間
26‧‧‧集電構件
A‧‧‧電極層
A1‧‧‧第1電極層
A2‧‧‧第2電極層
A3‧‧‧第3電極層
A4‧‧‧第4電極層
A5‧‧‧第5電極層
B‧‧‧電解質層
B1‧‧‧第1電解質層
B2‧‧‧第2電解質層
B3‧‧‧第3電解質層
B4‧‧‧第4電解質層
B5‧‧‧第5電解質層
C‧‧‧對極電極層
C1‧‧‧第1對極電極層
C2‧‧‧第2對極電極層
C3‧‧‧第3對極電極層
C4‧‧‧第4對極電極層
C5‧‧‧第5對極電極層
D‧‧‧絕緣層
E‧‧‧導通層
P1‧‧‧第1氣體流通容許領域
P2‧‧‧第2氣體流通容許領域
P3‧‧‧第3氣體流通容許領域
P4‧‧‧第4氣體流通容許領域
P5‧‧‧第5氣體流通容許領域
Q‧‧‧電化學元件
R1‧‧‧第1電化學反應部
R2‧‧‧第2電化學反應部
R3‧‧‧第3電化學反應部
R4‧‧‧第4電化學反應部
R5‧‧‧第5電化學反應部
I‧‧‧箭號

Claims (13)

  1. 一種電化學元件，其特徵係具有金屬基板及在前述金屬基板的表側複數的電化學反應部，前述金屬基板係具有容許在前述金屬基板的表側與背側之間的氣體的流通之氣體流通容許領域，前述電化學反應部係至少具有電極層、電解質層及對極電極層，且被配置於前述金屬基板的表側，至少在前述電極層與前述對極電極層之間配置有前述電解質層，流通於前述氣體流通容許領域的氣體被供給至前述電極層。
  2. 如申請專利範圍第1項之電化學元件，其中，前述金屬基板係具有彼此離間的複數的前述氣體流通容許領域，前述電化學反應部的前述電解質層係至少覆蓋被設在各個的前述氣體流通容許領域或前述氣體流通容許領域的前述電極層而配置。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之電化學元件，其中，在前述金屬基板的表側之至少前述金屬基板與前述電極層所接觸的領域中形成有金屬氧化物被膜。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之電化學元件，其中，在前述金屬基板的表側之至少皆未被電極層及電解質層‧對極電極層所覆蓋的領域中形成有金屬氧化物被膜。
  5. 如申請專利範圍第3項之電化學元件，其中，前述金屬氧化物被膜為至少含有前述金屬基板中所含的金屬元 素之氧化物。
  6. 如申請專利範圍第5項之電化學元件，其中，前述金屬氧化物被膜為絕緣被膜。
  7. 如申請專利範圍第6項之電化學元件，其中，在前述金屬基板中含有Si、Al及2~12族元素的其中至少一個。
  8. 如申請專利範圍第1或2項之電化學元件，其中，複數的前述電化學反應部被電性串聯。
  9. 如申請專利範圍第1或2項之電化學元件，其中，複數的前述電化學反應部被電性並聯。
  10. 一種電化學模組，其特徵為：如申請專利範圍第1~9項中的任一項所記載之電化學元件為複數集合的狀態下被配置。
  11. 一種電化學裝置，其特徵為：至少具有如申請專利範圍第10項所記載的電化學模組及將原燃料改質而產生含有還原性成分的氣體之改質器，且具有對於前述電化學模組供給含有還原性成分的燃料氣體之燃料供給部。
  12. 一種電化學裝置，其特徵為：至少具有如申請專利範圍第10項所記載的電化學模組，且具有從前述電化學模組取出電力的變換器。
  13. 一種能量系統，其特徵為具有：如申請專利範圍第11或12項所記載的電化學裝置、及再利用從前述電化學裝置排出的熱之排熱利用部。
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