WO2019189917A1 - 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及び金属板の製造方法 - Google Patents

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及び金属板の製造方法 Download PDF

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越後満秋
大西久男
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大阪瓦斯株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a metal plate and a metal-supported electrochemical element provided with the metal plate.
  • the metal support is configured by opening a large number of holes in a metal plate.
  • an optimum hole shape that has taken into consideration the workability and cost during mass production while ensuring sufficient performance as an SOFC has not yet been found.
  • Patent Document 1 discloses a structure of a metal support in consideration of workability during cell lamination.
  • an electrode layer, an electrolyte layer, and a counter electrode layer are laminated on a metal foil of about 15 ⁇ m having a large number of holes. Since such a thin metal foil has low strength, handling at the time of cell production is extremely difficult, and is not suitable for mass production.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and its object is to provide a metal plate that has improved workability and cost during mass production while ensuring sufficient strength and performance, and a metal including the metal plate.
  • the object is to provide a support-type electrochemical element or the like.
  • the characteristic configuration of the metal plate for achieving the above object is as follows: A metal plate, The metal plate is formed by stacking a plurality of thin metal plates, The thin metal plate has a plurality of through holes penetrating in the thickness direction, The metal plate has a through space in which the through holes of the metal thin plate communicate with each other in a state where a plurality of the metal thin plates are stacked.
  • the metal sheet aspect ratio which is a value obtained by dividing the thickness of the metal sheet by the inner diameter of the through hole, is 2 or less
  • the aspect ratio of the metal plate which is a value obtained by dividing the total thickness of the metal plate by the minimum value of the inner diameter of the through space, is 3 or more.
  • the metal sheets having an aspect ratio of 3 or less are formed by stacking the metal sheets having an aspect ratio of 2 or less to form a metal sheet having an aspect ratio of 3 or more.
  • This is preferable because it can be easily formed. That is, according to the above-described characteristic configuration, when forming a through space having a metal plate aspect ratio of 3 or more in a metal plate, the workability and cost at the time of mass production are more than in the case of forming a through space in a single metal plate. It can be improved further. Since the metal plate has an aspect ratio of 3 or more, the metal plate has sufficient strength and sufficient performance such as gas permeability through the through space.
  • the metal sheet aspect ratio is more preferably 1.5 or less, and even more preferably 1 or less.
  • the aspect ratio of the metal plate is more preferably 5 or more, and further preferably 10 or more. This is because the workability and cost at the time of mass production can be further improved while sufficiently combining the performance and strength as a metal plate.
  • the internal diameter of the penetration space of a metal plate at the time of calculating a metal plate aspect ratio is an internal diameter of the opening part by the side of the surface of a metal plate among internal diameters of penetration space, and it penetrates Since it is the minimum value of the inner diameter of the space, for example, when a metal plate is used as a metal support, it is easy to form an object to be supported on the metal support, but sufficient strength as a metal support. In addition, it is possible to provide a metal support that has improved workability and cost during mass production while ensuring sufficient performance such as gas permeability to a support object through the through space.
  • a plurality of the thin metal plates forming the metal support may have the same or substantially the same thickness.
  • the metal plate is a first metal thin plate that is a metal plate and a second metal that is a metal plate having a thickness larger than that of the first metal thin plate.
  • a plurality of thin metal plates including a thin plate are stacked, and the first thin metal plate is disposed closer to the surface of the metal plate than the second thin metal plate.
  • the metal plate is formed by overlapping the first metal thin plate and the second metal thin plate, the overall thickness of the metal plate is ensured while making the size of the through space appropriate. Since the strength can be sufficiently maintained, it is preferable to form a metal support having a metal plate aspect ratio of 3 or more.
  • Another characteristic configuration of the metal plate according to the present invention is that at least one of the plurality of metal thin plates is made of an Fe—Cr alloy material.
  • the oxidation resistance and high temperature strength of the metal plate can be improved.
  • the thermal expansion coefficient can be made close to that of a support object (a component material such as an electrochemical element such as an electrode layer or an electrolyte layer) formed on a metal plate, the heat cycle durability is excellent. This is preferable because the configuration can be realized.
  • Another characteristic configuration of the metal plate according to the present invention is that at least a part of the surface of the metal plate is covered with a metal oxide film.
  • An electrochemical device in which at least an electrode layer, an electrolyte layer, and a counter electrode layer are provided on the metal plate described above is preferable because it has improved workability and cost during mass production while ensuring sufficient performance. is there. Furthermore, since the constituent elements of the electrochemical element such as the electrode layer and the electrolyte layer are formed on the metal plate having excellent strength, the constituent elements of the electrochemical element such as the electrode layer and the electrolyte layer are made thin or thin. Therefore, the material cost of the electrochemical element can be reduced, which is preferable.
  • the characteristic configuration of the electrochemical module according to the present invention is that it is arranged in a state where a plurality of the aforementioned electrochemical elements are assembled.
  • the electrochemical module is excellent in strength and reliability while suppressing material cost and processing cost and being compact and high-performance. Can be obtained.
  • a characteristic configuration of an electrochemical device includes at least the above-described electrochemical module and a reformer, and a fuel supply unit that supplies a fuel gas containing a reducing component to the electrochemical module. In the point.
  • the fuel module includes the electrochemical module and the reformer and supplies the fuel gas containing the reducing component to the electrochemical module.
  • the fuel supply infrastructure it is possible to realize an electrochemical device equipped with an electrochemical module having excellent durability, reliability and performance. Moreover, since it becomes easy to construct a system for recycling unused fuel gas discharged from the electrochemical module, a highly efficient electrochemical device can be realized.
  • a characteristic configuration of the electrochemical device according to the present invention is that it includes at least the above-described electrochemical module and an inverter that extracts electric power from the electrochemical module.
  • the electrical output obtained from the electrochemical module excellent in durability, reliability and performance can be boosted by an inverter or converted from direct current to alternating current. It is preferable because the electric output obtained in the above can be easily used.
  • the characteristic configuration of the energy system according to the present invention is that it includes the above-described electrochemical device and an exhaust heat utilization unit that reuses the heat exhausted from the electrochemical device.
  • the above characteristic configuration because it has an electrochemical device and a waste heat utilization part that reuses the heat exhausted from the electrochemical device, it is excellent in durability, reliability, and performance, and also in energy efficiency.
  • An energy system can be realized. It is also possible to realize a hybrid system with excellent energy efficiency in combination with a power generation system that generates power using the combustion heat of unused fuel gas discharged from an electrochemical device.
  • a characteristic configuration of the solid oxide fuel cell according to the present invention is that it includes the above-described electrochemical element and generates a power generation reaction in the electrochemical element.
  • the power generation reaction can be performed as a solid oxide fuel cell having an electrochemical element with improved durability, reliability and performance, which improves processability and cost during mass production. Therefore, it is possible to obtain a solid oxide fuel cell with low cost, high durability and high performance.
  • the raw fuel is converted to hydrogen in a fuel cell system using a hydrocarbon gas such as city gas as the raw fuel. It is more preferable because it is possible to construct a system that can cover the necessary heat with the exhaust heat of the fuel cell, so that the power generation efficiency of the fuel cell system can be increased.
  • a solid oxide fuel cell that is operated in a temperature range of 900 ° C. or less during rated operation is more preferable because the effect of suppressing Cr volatilization from the metal-supported electrochemical element is enhanced, and is 850 ° C. during rated operation.
  • a solid oxide fuel cell operated in the following temperature range is more preferable because the effect of suppressing Cr volatilization can be further enhanced.
  • the metal plate manufacturing method according to the present invention has a characteristic configuration in which a plurality of metal thin plates having a plurality of through holes penetrating in the thickness direction are stacked to form a through space in which the through holes of the metal thin plate communicate with each other.
  • the metal plate manufacturing method is characterized in that the through hole is formed by any one of punching, etching, or laser processing.
  • the through hole can be easily formed, and the workability and cost at the time of mass production can be improved.
  • the metal plate manufacturing method according to the present invention has a characteristic configuration in which a plurality of metal thin plates having a plurality of through holes penetrating in the thickness direction are stacked to form a through space in which the through holes of the metal thin plate communicate with each other.
  • the method for producing a metal plate is that the metal thin plate is formed by rolling a metal mesh or expanded metal.
  • a metal thin plate having a through hole can be easily formed, and the workability and cost during mass production can be improved.
  • the electrochemical element E is used, for example, as a component of a solid oxide fuel cell that generates electric power by receiving supply of a fuel gas containing hydrogen and air.
  • the side of the counter electrode layer 6 as viewed from the electrolyte layer 4 is referred to as “upper” or “upper”, and the side of the electrode layer 2 is referred to as “lower” or “lower”.
  • the surface of the metal support 1 the surface on which the electrode layer 2 is formed is referred to as the front side surface 1a, and the opposite side is referred to as the back side surface 1b.
  • the electrochemical element E includes a metal support 1 (an example of a metal plate), an electrode layer 2 formed on the metal support 1, and an intermediate formed on the electrode layer 2. It has a layer 3 and an electrolyte layer 4 formed on the intermediate layer 3.
  • the electrochemical element E further includes a reaction preventing layer 5 formed on the electrolyte layer 4 and a counter electrode layer 6 formed on the reaction preventing layer 5. That is, the counter electrode layer 6 is formed on the electrolyte layer 4, and the reaction preventing layer 5 is formed between the electrolyte layer 4 and the counter electrode layer 6.
  • the electrode layer 2 is porous, and the electrolyte layer 4 is dense.
  • the metal support 1 supports the electrode layer 2, the intermediate layer 3, the electrolyte layer 4, etc., and maintains the strength of the electrochemical element E. That is, the metal support 1 plays a role as a support for supporting the electrochemical element E.
  • the material of the metal support a material excellent in electron conductivity, heat resistance, oxidation resistance and corrosion resistance is used.
  • ferritic stainless steel, austenitic stainless steel, nickel base alloy, or the like is used.
  • an alloy containing chromium is preferably used.
  • the metal support 1 uses an Fe—Cr alloy containing 18% by mass or more and 25% by mass or less of Cr, but an Fe—Cr alloy containing 0.05% by mass or more of Mn, Fe—Cr-based alloy containing 0.15 to 1.0% by mass of Ti, Fe—Cr-based alloy containing 0.15 to 1.0% by mass of Zr, Ti and Zr Fe—Cr alloy having a total content of Ti and Zr of 0.15% by mass or more and 1.0% by mass or less, Fe—Cr system containing Cu of 0.10% by mass or more and 1.0% by mass or less An alloy is particularly preferable.
  • the metal support 1 is plate-shaped as a whole.
  • the metal support 1 has a plurality of through spaces 1c (an example of a through space) penetrating from the front side surface 1a to the back side surface 1b with the surface on which the electrode layer 2 is provided as the front side surface 1a.
  • the through space 1c has a function of transmitting gas from the back side surface 1b of the metal support 1 to the front side surface 1a.
  • a metal oxide layer 1 f as a diffusion suppression layer is provided on the surface of the metal support 1. That is, a diffusion suppression layer is formed between the metal support 1 and an electrode layer 2 described later.
  • the metal oxide layer 1 f is provided not only on the surface exposed to the outside of the metal support 1 but also on the contact surface (interface) with the electrode layer 2. It can also be provided on the inner surface of the through space 1c.
  • the metal oxide layer 1f element interdiffusion between the metal support 1 and the electrode layer 2 can be suppressed.
  • the metal oxide layer 1f is mainly made of chromium oxide.
  • the metal oxide layer 1f which has a chromium oxide as a main component suppresses that the chromium atom etc. of the metal support body 1 diffuses into the electrode layer 2 or the electrolyte layer 4.
  • the thickness of the metal oxide layer 1f may be a thickness that can achieve both high diffusion prevention performance and low electrical resistance.
  • the metal oxide layer 1f can be formed by various methods, a method of oxidizing the surface of the metal support 1 to form a metal oxide is preferably used.
  • a metal oxide layer 1f is sprayed onto the surface of the metal support 1 (spraying method, aerosol deposition method, aerosol gas deposition method, powder jet deposition method, particle jet deposition method, cold spray method, etc.) Method), PVD method such as sputtering method or PLD method, CVD method or the like, or plating and oxidation treatment.
  • the metal oxide layer 1f may include a spinel phase having high conductivity.
  • the metal support 1 can also be composed of a single metal plate. It is also possible to form the metal support 1 by stacking a plurality of thin metal plates. It is also possible to form the metal support 1 by stacking a plurality of thin metal plates having the same or substantially the same thickness. It is also possible to form the metal support 1 by stacking a plurality of thin metal plates having different thicknesses.
  • examples of the structure of the metal support 1 and the through space 1c will be described with reference to the drawings. The illustration of the metal oxide layer 1f is omitted.
  • the metal support 1 is a plate-shaped member having a thickness T, that is, a plate shape as a whole.
  • the metal support 1 has a plurality of through spaces 1c that penetrate from the front side surface 1a to the back side surface 1b.
  • the through space 1c is a hole having a circular cross section.
  • the cross-sectional shape of the through space 1c may be a circle, a substantially circular shape, a rectangle, a triangle, a polygon, or the like.
  • This hole (through space 1c) is formed in the metal support 1 by laser processing, punching processing, etching processing, or a combination thereof.
  • the central axis of this hole is orthogonal to the metal support 1.
  • the central axis of the hole (through space 1 c) may be inclined with respect to the metal support 1.
  • the opening on the front side surface 1a of the through space 1c is referred to as a front side opening 1d.
  • the opening on the back side surface 1b of the through space 1c is referred to as a back side opening 1e. Since the cross section of the through space 1c is a circular hole, the front side opening 1d and the back side opening 1e are both circular.
  • the front opening 1d and the back opening 1e may have the same size.
  • the back side opening 1e may be larger than the front side opening 1d.
  • the diameter of the front opening 1d is defined as a diameter D.
  • a plurality of holes are formed at the positions of the lattice points of the orthogonal lattice at a pitch P (interval).
  • P interval
  • an arrangement mode of the plurality of holes in addition to the orthogonal lattice, an orthorhombic lattice and an equilateral triangular lattice are also possible, and in addition to the lattice point, an arrangement at a diagonal intersection is also possible.
  • the through space can be formed, various arrangements can be made as long as the function as the metal support can be maintained.
  • a region where the through space 1c is formed is referred to as a hole region 1g.
  • the hole region 1g is provided on the whole except for the vicinity of the outer periphery of the metal support 1.
  • One hole region 1g may be provided in the metal support 1, or a plurality of hole regions 1g may be provided in the metal support 1.
  • the metal support 1 is required to have sufficient strength to form the electrochemical element E as a support.
  • the thickness T of the metal support 1 is preferably 0.1 mm or more, more preferably 0.15 mm or more, and still more preferably 0.2 mm or more.
  • the thickness T of the metal support 1 is preferably 1.0 mm or less, more preferably 0.75 mm or less, and still more preferably 0.5 mm or less.
  • the diameter D of the front side opening 1d is preferably 10 ⁇ m or more, more preferably 15 ⁇ m or more, and further preferably 20 ⁇ m or more.
  • the diameter D of the front opening 1d is preferably 60 ⁇ m or less, more preferably 50 ⁇ m or less, and even more preferably 40 ⁇ m or less.
  • the pitch P of the arrangement of the through spaces 1c is preferably 0.05 mm or more, more preferably 0.1 mm or more, and further preferably 0.15 mm or more.
  • the pitch P of the arrangement of the through spaces 1c (holes) is preferably 0.3 mm or less, more preferably 0.25 mm or less, and further preferably 0.2 mm or less.
  • the area S of the front side opening 1d of the through space 1c is preferably 7.0 ⁇ 10 ⁇ 5 mm 2 or more, and preferably 3.0 ⁇ 10 ⁇ 3 mm 2 or less.
  • the metal support 1 is formed by stacking a plurality of thin metal plates (an example of a thin metal plate) having the same thickness.
  • the metal support 1 is constituted by the first metal thin plate 10 having a thickness T1 and the second metal thin plate 20 having a thickness T2.
  • the first metal thin plate 10 and the second metal thin plate 20 have the same thickness.
  • the metal support 1 is formed by stacking a first metal thin plate 10 and a second metal thin plate 20.
  • the metal support 1 is a plate-like member having a thickness T as a whole.
  • the 1st metal thin plate 10 and the 2nd metal thin plate 20 are joined by methods, such as spot welding, brazing joining, and vacuum joining, for example.
  • the first metal thin plate 10 and the second metal thin plate 20 may be configured with slightly different thicknesses, that is, substantially the same thickness.
  • the first metal thin plate 10 has a plurality of first through spaces 10c (an example of through holes) penetrating from the first front side surface 10a which is the front side surface to the first back side surface 10b which is the back side surface.
  • the first through space 10c is a hole having a circular cross section.
  • the cross-sectional shape of the 1st penetration space 10c can also be a rectangle and a triangle other than circular and substantially circular.
  • This hole (first through space 10c) is formed in the first metal thin plate 10 by laser processing, punching processing, etching processing, or a combination thereof.
  • the central axis of the hole is orthogonal to the first metal thin plate 10.
  • the central axis of the hole (first through space 10 c) may be inclined with respect to the first metal thin plate 10.
  • the opening of the first front side surface 10a of the first through space 10c is referred to as a first front side opening 10d.
  • the opening of the first back side surface 10b of the first through space 10c is referred to as a first back side opening 10e. Since the cross section of the first through space 10c is a circular hole, the first front side opening 10d and the first back side opening 10e are both circular.
  • the first front side opening 10d and the first back side opening 10e may have the same size.
  • the first back side opening 10e may be larger than the first front side opening 10d.
  • the diameter of the first front side opening 10d is defined as a diameter D1 (an example of the inner diameter of the through hole).
  • a plurality of holes are formed at the positions of the lattice points of the orthogonal lattice at a pitch P1 (interval).
  • P1 interval
  • a mode of arrangement of the plurality of holes in addition to the orthogonal lattice, an orthorhombic lattice and a regular triangular lattice are also possible, and in addition to the lattice point, an arrangement at a diagonal intersection is also possible. is there.
  • the second metal thin plate 20 has a plurality of second through spaces 20c (an example of through holes) penetrating from the second front side surface 20a which is the front side surface to the second back side surface 20b which is the back side surface.
  • the second through space 20c is a hole having a circular cross section.
  • the cross-sectional shape of the 2nd penetration space 20c can also be a rectangle and a triangle other than circular or substantially circular.
  • This hole (second through space 20c) is formed in the second metal thin plate 20 by laser processing, punching processing, etching processing, or a combination thereof. The central axis of this hole is orthogonal to the second metal thin plate 20.
  • the central axis of the hole may be inclined with respect to the second metal thin plate 20.
  • the diameter of the second through space 20c of the second metal thin plate 20 is equal to the diameter of the first through space 10c of the first metal thin plate 10 is shown.
  • the diameter of the first through space 10c and the diameter of the second through space 20c may be different.
  • the opening of the second front side surface 20a of the second through space 20c is referred to as a second front side opening 20d.
  • the opening of the second back side surface 20b of the second through space 20c is referred to as a second back side opening 20e. Since the cross section of the second through space 20c is a circular hole, the second front side opening 20d and the second back side opening 20e are both circular.
  • the second front side opening 20d and the second back side opening 20e may have the same size.
  • the second back side opening 20e may be larger than the second front side opening 20d.
  • the diameter of the second front opening 20d is defined as a diameter D2 (an example of the inner diameter of the through hole).
  • the diameter of the second through space 20c of the second metal thin plate 20 is equal to the diameter of the first through space 10c of the first metal thin plate 10. Therefore, the diameter D1 of the first front side opening 10d is equal to the diameter D2 of the second front side opening 20d.
  • a plurality of holes are formed at the positions of the lattice points of the orthogonal lattice at the pitch P2 (interval).
  • an orthorhombic lattice and a regular triangular lattice are also possible, and in addition to the lattice points, it is also possible to dispose at a diagonal intersection. is there.
  • the pitch P2 of the second through space 20c of the second metal thin plate 20 is equal to the pitch P2 of the first through space 10c of the first metal thin plate 10.
  • the 1st metal thin plate 10 and the 2nd metal thin plate 20 overlap so that the 2nd penetration space 20c of the 2nd metal thin plate 20 and the 1st penetration space 10c of the 1st metal thin plate 10 may overlap in top view. It is joined. Accordingly, the first through space 10c and the second through space 20c communicate with each other.
  • the 1st penetration space 10c and the 2nd penetration space 20c are connected, and penetration space 1c of metal support 1 is formed.
  • the thickness T of the metal support 1 is the sum of the thickness T1 of the first metal thin plate 10 and the thickness T2 of the second metal thin plate 20 in the second embodiment.
  • the total thickness of the metal thin plates is the thickness T of the metal support 1.
  • the thickness T of the metal support 1 is preferably 0.1 mm or more, more preferably 0.15 mm or more, and further preferably 0.2 mm or more.
  • the thickness T of the metal support 1 is preferably 1.0 mm or less, more preferably 0.75 mm or less, and still more preferably 0.5 mm or less.
  • the diameter D of the front side opening 1d in the form of the first example is equal to the diameter D1 of the front side opening 10d of the first through space 10c of the first metal thin plate 10 (out of the inner diameter of the through space).
  • An example of the inner diameter of the opening on the surface side of the metal plate corresponds to this.
  • the first front side surface 10a of the first metal thin plate 10 corresponds to the front side surface 1a of the metal support 1 in the form of the first example.
  • the electrode layer 2 is formed on the first front side surface 10 a of the first metal thin plate 10.
  • the diameter D1 of the front side opening 10d is preferably 10 ⁇ m or more, more preferably 15 ⁇ m or more, and further preferably 20 ⁇ m or more.
  • the diameter D1 of the front side opening 10d is preferably 60 ⁇ m or less, more preferably 50 ⁇ m or less, and even more preferably 40 ⁇ m or less.
  • the pitch P of the arrangement of the through spaces 1c corresponds to the pitch P1 of the first through spaces 10c of the first metal thin plate 10. This is because the first front side surface 10a of the first metal thin plate 10 corresponds to the front side surface 1a of the metal support 1 in the form of the first example.
  • the electrode layer 2 is formed on the first front side surface 10 a of the first metal thin plate 10.
  • the pitch P of arrangement of the through spaces 10c (holes) is preferably 0.05 mm or more, more preferably 0.1 mm or more, and further preferably 0.15 mm or more.
  • the pitch P of the arrangement of the through spaces 10c (holes) is preferably 0.3 mm or less, more preferably 0.25 mm or less, and further preferably 0.2 mm or less.
  • the area S of the front side opening 1d of the through space 1c in the form of the first example corresponds to the area S1 of the first front side opening 10d of the first metal thin plate 10. This is because the first front side surface 10a of the first metal thin plate 10 corresponds to the front side surface 1a of the metal support 1 in the form of the first example.
  • the electrode layer 2 is formed on the first front side surface 10 a of the first metal thin plate 10.
  • the area S1 of the front opening 10d of the through space 10c is preferably 7.0 ⁇ 10 ⁇ 5 mm 2 or more, and preferably 3.0 ⁇ 10 ⁇ 3 mm 2 or less.
  • the value obtained by dividing the thickness of the thin metal plate by the inner diameter of the through hole is defined as the thin metal plate aspect ratio. That is, in the case of the first metal thin plate 10, the value obtained by dividing the thickness T1 of the first metal thin plate 10 by the diameter (inner diameter) of the first through space 10c is the metal thin plate aspect ratio of the first metal thin plate 10. In the case of the second metal thin plate 20, the value obtained by dividing the thickness T2 of the second metal thin plate 20 by the diameter (inner diameter) of the second through space 20c is the metal thin plate aspect ratio of the second metal thin plate 20. .
  • the diameters (inner diameters) of the first through space 10c and the second through space 20c are the cross-sectional areas of the through holes forming each through space.
  • the diameter of a circle with the same area can be used.
  • the diameters (inner diameters) of the through holes forming the first through space 10c and the second through space 20c are different in the thickness direction of the first metal thin plate 10 and the second metal thin plate 20, the diameter of each through hole is It is preferable to calculate the aspect ratio of each metal sheet using the maximum value of.
  • a value obtained by dividing the total plate thickness of the metal support 1 by the minimum value of the inner diameter of the through space 1c is defined as a metal plate aspect ratio.
  • the diameter (inner diameter) of the through space 1c can be a circle having the same area as the cross-sectional area of the through hole forming the through space 1c. Even when the diameter (inner diameter) of the through hole forming the through space 1c is different in the thickness direction of the metal support 1, the metal plate aspect ratio is set using the minimum value of the diameter (inner diameter) of the through space 1c. calculate.
  • the metal support 1 according to this embodiment is formed by stacking a plurality of metal thin plates having a metal thin plate aspect ratio of 2 or less. And the metal plate aspect-ratio of the formed metal support body 1 will be 3 or more.
  • the thickness T1 of the first metal thin plate 10 is 100 ⁇ m, and the diameter D1 of the first front side opening 10d is 50 ⁇ m.
  • the thickness T2 of the second metal thin plate 20 is set to 100 ⁇ m, and the diameter D2 of the second front side opening 20d is set to 50 ⁇ m.
  • the diameter (inner diameter) of the through space 1c used for calculating the metal plate aspect ratio is the diameter D1 of the first front side opening 10d, which is the minimum value of the diameter (inner diameter) of the through space 1c.
  • the 1st metal thin plate 10 and the 2nd metal thin plate 20 are good also as a metal thin plate which processed the metal mesh or the expanded metal into the plate shape.
  • a metal mesh is a sheet-like member formed by knitting fine metal wires, and there is a space between the knitted fine wires, and the space penetrates the metal mesh in the thickness direction (through hole). ), But a metal mesh rolled into a plate shape can be a metal thin plate having a through hole penetrating in the thickness direction.
  • Expanded metal is a sheet-shaped member that has been cut into a metal plate and expanded into a rhombus or turtle shell shape.
  • the expanded metal that has been rolled into a plate shape may be a thin metal plate having a through hole that penetrates in the thickness direction. it can.
  • the shape of the through hole takes various forms, but the diameter of a circle having the same area as each area of the opening of the through hole on the surface of the metal thin plate obtained by rolling a metal mesh or expanded metal. Can be calculated as the diameter (inner diameter) of the through hole.
  • ⁇ Third example> With reference to FIG. 7, an example (third example) in which the metal support 1 is formed by stacking a plurality of thin metal plates (an example of a thin metal plate) having different thicknesses will be described.
  • the metal support 1 according to the third example is obtained by changing the dimensional relationship of each part of the metal support 1 according to the second example.
  • members similar to those in the second example may be denoted by the same reference numerals and description thereof may be omitted.
  • the metal support 1 is composed of the first metal thin plate 10 having a thickness T1 and the second metal thin plate 20 having a thickness T2.
  • the first metal thin plate 10 and the second metal thin plate 20 have different thicknesses, and the second metal thin plate 20 is thicker than the first metal thin plate 10.
  • the thickness T2 is about five times the thickness T1.
  • the diameter D2 of the second front opening 20d and the diameter D1 of the first front opening 10d are different values.
  • the diameter D2 of the second front side opening 20d is larger than the diameter D1 of the first front side opening 10d, and is about eight times the diameter D1 of the first front side opening 10d, for example.
  • the first through space 10c (an example of the through hole) of the first metal thin plate 10 and the second through space 20c (an example of the through hole) of the second metal thin plate 20 are both lattice points of an orthogonal lattice. Formed in position.
  • the arrangement pitch that is, the pitch P1 of the first through space 10c and the pitch P2 of the second through space 20c are different values.
  • the pitch P2 of the second through space 20c is larger than the pitch P1 of the first through space 10c, for example, four times the pitch P1.
  • one second through space 20c and four first through spaces 10c communicate with each other. That is, in the third example as well as the second example, the first through space 10c and the second through space 20c communicate with each other to form the through space 1c of the metal support 1 in the form of the first example. .
  • the diameter D of the front opening 1d in the first example corresponds to the diameter D1 of the first through space 10c of the first metal thin plate 10.
  • the first front side surface 10a of the first metal thin plate 10 corresponds to the front side surface 1a of the metal support 1 in the form of the first example.
  • the electrode layer 2 is formed on the first front side surface 10 a of the first metal thin plate 10.
  • the diameter D1 of the front side opening 10d is preferably 10 ⁇ m or more, more preferably 15 ⁇ m or more, and further preferably 20 ⁇ m or more.
  • the diameter D1 of the front side opening 10d is preferably 60 ⁇ m or less, more preferably 50 ⁇ m or less, and even more preferably 40 ⁇ m or less.
  • the pitch P of the arrangement of the through spaces 1c in the first example form corresponds to the pitch P1 of the first through space 10c of the first metal thin plate 10.
  • the first front side surface 10a of the first metal thin plate 10 corresponds to the front side surface 1a of the metal support 1 in the form of the first example.
  • the electrode layer 2 is formed on the first front side surface 10 a of the first metal thin plate 10.
  • the pitch P1 of the arrangement of the through spaces 10c (holes) is preferably 0.05 mm or more, more preferably 0.1 mm or more, and further preferably 0.15 mm or more.
  • the pitch P1 of the arrangement of the through spaces 10c (holes) is preferably 0.3 mm or less, more preferably 0.25 mm or less, and still more preferably 0.2 mm or less.
  • the area S of the front opening 1d of the through space 1c in the first example form is the area S1 of the first front opening 10d of the first metal thin plate 10.
  • the first front side surface 10a of the first metal thin plate 10 corresponds to the front side surface 1a of the metal support 1 in the form of the first example.
  • the electrode layer 2 is formed on the first front side surface 10 a of the first metal thin plate 10.
  • the area S1 of the front side opening 10d of the through space 10c is preferably 7.0 ⁇ 10 ⁇ 5 mm 2 or more, and is preferably 3.0 ⁇ 10 ⁇ 3 mm 2 or less.
  • the thickness T1 of the first thin metal plate 10 is 100 ⁇ m, and the diameter D1 of the first front side opening 10d is 50 ⁇ m.
  • the thickness T2 of the second metal thin plate 20 is 200 ⁇ m, and the diameter D2 of the second front opening 20d is 100 ⁇ m.
  • the method for calculating the metal sheet aspect ratio can be performed in the same manner as in the second example.
  • the method of calculating the metal plate aspect ratio can be performed in the same manner as in the second example.
  • the diameter D1 of the first through space 10c and the diameter D2 of the second through space 20c that form the through space 1c Have different diameters (inner diameters), the diameter (inner diameter) of the through space 1c is the smallest value in the through space 1c, and the metal plate is used by using the diameter D1 of the first front side opening 10d of the first through space 10c.
  • the aspect ratio is calculated.
  • the inner diameter of the through space 1c when calculating the metal plate aspect ratio is the inner diameter of the opening on the surface side of the metal support 1 out of the diameter (inner diameter) of the through space 1c, and the through space.
  • the minimum value of the inner diameter of 1c is used.
  • the diameter D1 of the first through space 10c and the diameter D2 of the second through space 20c are compared, the diameter D1 is smaller.
  • the electrode layer 2 etc. an example of a support object mentioned later are provided on the front side surface 1a in which the 1st front side opening part 10d (diameter D1) of the 1st penetration space 10c is formed, Since formation of the electrode layer 2 becomes easy, it is preferable.
  • first metal thin plate 10 and the second metal thin plate 20 may be metal thin plates obtained by rolling the above-described metal mesh or expanded metal.
  • the electrode layer 2 can be provided in a thin layer on a surface on the front side of the metal support 1 and larger than the region where the through space 1 c is provided.
  • the thickness can be, for example, about 1 ⁇ m to 100 ⁇ m, preferably 5 ⁇ m to 50 ⁇ m. With such a thickness, it is possible to ensure sufficient electrode performance while reducing the amount of expensive electrode layer material used and reducing costs.
  • the entire region where the through space 1 c is provided is covered with the electrode layer 2. That is, the through space 1c is formed inside the region of the metal support 1 where the electrode layer 2 is formed. In other words, all the through spaces 1 c are provided facing the electrode layer 2.
  • the electrode layer 2 As a material for the electrode layer 2, for example, a composite material such as NiO-GDC, Ni-GDC, NiO-YSZ, Ni-YSZ, CuO-CeO 2 , Cu-CeO 2 can be used. In these examples, GDC, YSZ, and CeO 2 can be referred to as composite aggregates.
  • the electrode layer 2 may be formed by a low-temperature baking method (for example, a wet method using a baking process in a low temperature range that does not perform a baking process in a high temperature range higher than 1100 ° C.) or a spray coating method (a thermal spraying method, an aerosol deposition method, an aerosol gas).
  • It is preferably formed by a deposition method, a powder jet deposition method, a particle jet deposition method, a cold spray method or the like), a PVD method (such as a sputtering method or a pulse laser deposition method), a CVD method or the like.
  • a deposition method a powder jet deposition method, a particle jet deposition method, a cold spray method or the like
  • PVD method such as a sputtering method or a pulse laser deposition method
  • CVD method or the like By these processes that can be used in a low temperature range, a good electrode layer 2 can be obtained without using firing in a high temperature range higher than 1100 ° C., for example. Therefore, it is preferable because the elemental interdiffusion between the metal support 1 and the electrode layer 2 can be suppressed without damaging the metal support 1 and an electrochemical element excellent in durability can be realized. Furthermore, it is more preferable to use a low-temperature firing method because handling of raw materials becomes easy.
  • the electrode layer 2 has a plurality of pores inside and on the surface in order to impart gas permeability. That is, the electrode layer 2 is formed as a porous layer.
  • the electrode layer 2 is formed, for example, so that the density thereof is 30% or more and less than 80%.
  • As the size of the pores a size suitable for a smooth reaction to proceed during the electrochemical reaction can be appropriately selected.
  • the fine density is the ratio of the material constituting the layer to the space, and can be expressed as (1-porosity), and is equivalent to the relative density.
  • the intermediate layer 3 (insertion layer) can be formed in a thin layer on the electrode layer 2 while covering the electrode layer 2.
  • the thickness can be, for example, about 1 ⁇ m to 100 ⁇ m, preferably about 2 ⁇ m to 50 ⁇ m, more preferably about 4 ⁇ m to 25 ⁇ m. With such a thickness, it is possible to ensure sufficient performance while reducing the cost by reducing the amount of expensive intermediate layer material used.
  • Examples of the material of the intermediate layer 3 include YSZ (yttria-stabilized zirconia), SSZ (scandium-stabilized zirconia), GDC (gadolinium-doped ceria), YDC (yttrium-doped ceria), SDC (samarium-doped ceria). Ceria) or the like can be used. In particular, ceria-based ceramics are preferably used.
  • the intermediate layer 3 is formed by a low-temperature baking method (for example, a wet method using a baking process in a low temperature range that does not perform a baking process in a high temperature range higher than 1100 ° C.) or a spray coating method (a thermal spraying method, an aerosol deposition method, an aerosol gas deposition). It is preferably formed by a method such as a method such as a powder jet deposition method, a particle jet deposition method, or a cold spray method), a PVD method (such as a sputtering method or a pulse laser deposition method), or a CVD method.
  • a low-temperature baking method for example, a wet method using a baking process in a low temperature range that does not perform a baking process in a high temperature range higher than 1100 ° C.
  • a spray coating method a thermal spraying method, an aerosol deposition method, an aerosol gas deposition. It is preferably formed by a method such as a method such as a powder
  • the intermediate layer 3 can be obtained without firing in a high temperature region higher than 1100 ° C., for example. Therefore, elemental interdiffusion between the metal support 1 and the electrode layer 2 can be suppressed without damaging the metal support 1, and an electrochemical element E having excellent durability can be realized. Further, it is more preferable to use a low-temperature baking method because handling of raw materials becomes easy.
  • the intermediate layer 3 preferably has oxygen ion (oxide ion) conductivity. Further, it is more preferable to have mixed conductivity of oxygen ions (oxide ions) and electrons. The intermediate layer 3 having these properties is suitable for application to the electrochemical element E.
  • the electrolyte layer 4 is formed in a thin layer on the intermediate layer 3 while covering the electrode layer 2 and the intermediate layer 3. Moreover, it can also form in the state of a thin film whose thickness is 10 micrometers or less. Specifically, as shown in FIG. 1, the electrolyte layer 4 is provided over (straddling) the intermediate layer 3 and the metal support 1. By comprising in this way and joining the electrolyte layer 4 to the metal support body 1, it can be excellent in robustness as the whole electrochemical element.
  • the electrolyte layer 4 is provided in a region that is a surface on the front side of the metal support 1 and is larger than a region in which the through space 1 c is provided. That is, the through space 1c is formed inside the region of the metal support 1 where the electrolyte layer 4 is formed.
  • gas leakage from the electrode layer 2 and the intermediate layer 3 can be suppressed around the electrolyte layer 4.
  • gas is supplied from the back side of the metal support 1 to the electrode layer 2 through the through space 1c when the SOFC is operated.
  • gas leakage can be suppressed without providing another member such as a gasket.
  • the entire periphery of the electrode layer 2 is covered with the electrolyte layer 4, but the electrolyte layer 4 may be provided above the electrode layer 2 and the intermediate layer 3, and a gasket or the like may be provided around the electrode layer 2.
  • Examples of the material of the electrolyte layer 4 include YSZ (yttria stabilized zirconia), SSZ (scandium stabilized zirconia), GDC (gadolinium doped ceria), YDC (yttrium doped ceria), SDC (samarium doped ceria).
  • LSGM sinrontium / magnesium-added lanthanum gallate
  • zirconia ceramics are preferably used.
  • the material of the electrolyte layer 4 is made of a material that can exhibit high electrolyte performance even in a high temperature range of about 650 ° C. or higher, such as YSZ.
  • a highly efficient SOFC system that uses heat generated in the SOFC cell stack for raw fuel gas reforming Can be built.
  • the electrolyte layer 4 is formed by a low temperature baking method (for example, a wet method using a baking process in a low temperature range in which a baking process is not performed in a high temperature range exceeding 1100 ° C.) or a spray coating method (a thermal spraying method, an aerosol deposition method, an aerosol gas deposition). It is preferably formed by a method such as a method such as a powder jet deposition method, a particle jet deposition method, or a cold spray method), a PVD method (such as a sputtering method or a pulse laser deposition method), or a CVD method.
  • a low temperature baking method for example, a wet method using a baking process in a low temperature range in which a baking process is not performed in a high temperature range exceeding 1100 ° C.
  • a spray coating method a thermal spraying method, an aerosol deposition method, an aerosol gas deposition. It is preferably formed by a method such as a method such as a powder jet
  • the electrolyte layer 4 having a high density and a high gas barrier property can be obtained without firing in a high temperature region exceeding 1100 ° C., for example. Therefore, damage to the metal support 1 can be suppressed, elemental interdiffusion between the metal support 1 and the electrode layer 2 can be suppressed, and an electrochemical element E excellent in performance and durability can be realized.
  • a low-temperature firing method or a spray coating method because a low-cost element can be realized.
  • it is more preferable to use a spray coating method because a dense electrolyte layer having a high gas tightness and gas barrier property can be easily obtained in a low temperature range.
  • Electrolyte layer 4 is densely configured to shield gas leakage of anode gas and cathode gas and to exhibit high ionic conductivity.
  • the density of the electrolyte layer 4 is preferably 90% or more, more preferably 95% or more, and further preferably 98% or more.
  • the density is preferably 95% or more, and more preferably 98% or more.
  • the electrolyte layer 4 is configured in a plurality of layers, it is preferable that at least a part thereof includes a layer (dense electrolyte layer) having a density of 98% or more, and 99% It is more preferable that the above layer (dense electrolyte layer) is included.
  • the reaction preventing layer 5 can be formed on the electrolyte layer 4 in a thin layer state.
  • the thickness can be, for example, about 1 ⁇ m to 100 ⁇ m, preferably about 2 ⁇ m to 50 ⁇ m, more preferably about 3 ⁇ m to 15 ⁇ m. With such a thickness, it is possible to secure sufficient performance while reducing the cost by reducing the amount of expensive reaction preventing layer material used.
  • the reaction preventing layer 5 may be made of any material that can prevent the reaction between the components of the electrolyte layer 4 and the counter electrode layer 6. For example, a ceria material or the like is used.
  • the material for the reaction preventing layer 5 a material containing at least one element selected from the group consisting of Sm, Gd and Y is preferably used. Note that it is preferable that at least one element selected from the group consisting of Sm, Gd, and Y is contained, and the total content of these elements is 1.0% by mass or more and 10% by mass or less.
  • low-temperature firing methods for example, wet methods using a firing treatment in a low temperature range that does not perform a firing treatment in a high temperature range exceeding 1100 ° C.
  • spray coating methods thermal spraying method, aerosol deposition method, aerosol gas deposition method, powder
  • a PVD method a sputtering method, a pulse laser deposition method, or the like
  • CVD method or the like can be used as appropriate.
  • it is preferable to use a low-temperature firing method or a spray coating method because a low-cost element can be realized.
  • it is more preferable to use a low-temperature firing method because handling of raw materials becomes easy.
  • the counter electrode layer 6 can be formed in a thin layer on the electrolyte layer 4 or the reaction preventing layer 5.
  • the thickness can be, for example, about 1 ⁇ m to 100 ⁇ m, preferably 5 ⁇ m to 50 ⁇ m. With such a thickness, it is possible to secure sufficient electrode performance while reducing the cost by reducing the amount of expensive counter electrode layer material used.
  • composite oxides such as LSCF and LSM, ceria-based oxides, and mixtures thereof can be used.
  • the counter electrode layer 6 preferably includes a perovskite oxide containing two or more elements selected from the group consisting of La, Sr, Sm, Mn, Co, and Fe.
  • the counter electrode layer 6 configured using the above materials functions as a cathode.
  • the formation of the counter electrode layer 6 is appropriately performed using a method that can be formed at a processing temperature of 1100 ° C. or less, damage to the metal support 1 is suppressed, and the elements of the metal support 1 and the electrode layer 2 The interdiffusion can be suppressed, and an electrochemical element E excellent in performance and durability can be realized, which is preferable.
  • low-temperature firing methods for example, wet methods using a firing treatment in a low temperature range that does not perform a firing treatment in a high temperature range exceeding 1100 ° C.
  • spray coating methods thermal spraying method, aerosol deposition method, aerosol gas deposition method, powder
  • a method such as a jet deposition method, a particle jet deposition method, or a cold spray method
  • a PDV method a sputtering method, a pulse laser deposition method, etc.
  • CVD method or the like
  • it is preferable to use a low-temperature firing method or a spray coating method because a low-cost element can be realized.
  • it is more preferable to use a low-temperature firing method because handling of raw materials becomes easy.
  • the electrochemical element E can be used as a power generation cell of a solid oxide fuel cell.
  • a fuel gas containing hydrogen is supplied to the electrode layer 2 from the back surface of the metal support 1 through the through space 1c, and air is supplied to the counter electrode layer 6 that is the counter electrode of the electrode layer 2, for example, 500 ° C. or higher. Operate at temperatures below 900 ° C. Then, oxygen O 2 contained in the air reacts with electrons e ⁇ in the counter electrode layer 6 to generate oxygen ions O 2 ⁇ . The oxygen ions O 2 ⁇ move through the electrolyte layer 4 to the electrode layer 2.
  • the electrode layer 2 hydrogen H 2 contained in the supplied fuel gas reacts with oxygen ions O 2 ⁇ to generate water H 2 O and electrons e ⁇ . Due to the above reaction, an electromotive force is generated between the electrode layer 2 and the counter electrode layer 6.
  • the electrode layer 2 functions as an SOFC fuel electrode (anode)
  • the counter electrode layer 6 functions as an air electrode (cathode).
  • the electrode layer 2 is formed as a thin film in a region wider than the region where the through space 1c on the front surface of the metal support 1 is provided.
  • the through hole of the metal support 1 can be provided by laser processing or the like.
  • the electrode layer 2 is formed by a low-temperature baking method (wet method in which baking is performed at a low temperature of 1100 ° C.
  • a spray coating method (a thermal spraying method, an aerosol deposition method, an aerosol gas deposition method, A method such as a powder jet deposition method, a particle jet deposition method, or a cold spray method), a PVD method (such as a sputtering method or a pulse laser deposition method), or a CVD method can be used.
  • a thermal spraying method a thermal spraying method, an aerosol deposition method, an aerosol gas deposition method, A method such as a powder jet deposition method, a particle jet deposition method, or a cold spray method
  • a PVD method such as a sputtering method or a pulse laser deposition method
  • CVD method a chemical vapor deposition method
  • the electrode layer forming step is performed by a low temperature firing method, specifically, it is performed as in the following example.
  • the material powder of the electrode layer 2 and a solvent (dispersion medium) are mixed to prepare a material paste, which is applied to the surface on the front side of the metal support 1.
  • the electrode layer 2 is compression-molded (electrode layer smoothing step) and fired at 1100 ° C. or lower (electrode layer firing step).
  • the compression molding of the electrode layer 2 can be performed, for example, by CIP (Cold Isostatic Pressing) molding, roll pressing molding, RIP (Rubber Isostatic Pressing) molding, or the like.
  • the electrode layer is preferably fired at a temperature of 800 ° C. or higher and 1100 ° C. or lower.
  • the order of the electrode layer smoothing step and the electrode layer firing step can be interchanged.
  • an electrode layer smoothing process and an electrode layer baking process are abbreviate
  • the electrode layer smoothing step can also be performed by lapping, leveling, surface cutting / polishing, or the like.
  • a metal oxide layer 1f (diffusion suppression layer) is formed on the surface of the metal support 1.
  • the firing step includes a firing step in which the firing atmosphere is an atmospheric condition with a low oxygen partial pressure, a high-quality metal oxide layer 1f (diffusion restraint) having a high element interdiffusion suppression effect and a low resistance value. Layer) is preferable.
  • a separate diffusion suppression layer forming step may be included, including the case where the electrode layer forming step is a coating method without firing. In any case, it is desirable to carry out at a processing temperature of 1100 ° C. or lower that can suppress damage to the metal support 1.
  • the metal oxide layer 1f (diffusion suppression layer) may be formed on the surface of the metal support 1 during the firing step in the intermediate layer forming step described later.
  • the intermediate layer 3 is formed in a thin layer on the electrode layer 2 so as to cover the electrode layer 2.
  • the intermediate layer 3 is formed by a low-temperature baking method (wet method in which baking is performed in a low temperature region of 1100 ° C. or lower), a spray coating method (a thermal spraying method, an aerosol deposition method, an aerosol gas deposition method, A method such as a powder jet deposition method, a particle jet deposition method, or a cold spray method), a PVD method (such as a sputtering method or a pulse laser deposition method), or a CVD method can be used. Whichever method is used, it is desirable to carry out at a temperature of 1100 ° C. or lower in order to suppress the deterioration of the metal support 1.
  • the intermediate layer forming step is performed by a low-temperature firing method, specifically, it is performed as in the following example.
  • the material powder of the intermediate layer 3 and a solvent (dispersion medium) are mixed to prepare a material paste, which is applied to the front surface of the metal support 1.
  • the intermediate layer 3 is compression-molded (intermediate layer smoothing step) and fired at 1100 ° C. or less (intermediate layer firing step).
  • the rolling of the intermediate layer 3 can be performed by, for example, CIP (Cold Isostatic Pressing) molding, roll pressing molding, RIP (Rubber Isostatic Pressing) molding, or the like.
  • the firing of the intermediate layer 3 is preferably performed at a temperature of 800 ° C. or higher and 1100 ° C.
  • the intermediate layer 3 having high strength can be formed while suppressing damage and deterioration of the metal support 1 at such a temperature.
  • middle layer 3 is performed at 1050 degrees C or less, and it is still more preferable when it is performed at 1000 degrees C or less.
  • the electrochemical element E can be formed while further suppressing damage and deterioration of the metal support 1 as the firing temperature of the intermediate layer 3 is lowered.
  • the order of the intermediate layer smoothing step and the intermediate layer firing step can be switched.
  • the intermediate layer smoothing step can also be performed by lapping, leveling, surface cutting / polishing, or the like.
  • the electrolyte layer 4 is formed in a thin layer on the intermediate layer 3 while covering the electrode layer 2 and the intermediate layer 3. Moreover, you may form in the state of a thin film whose thickness is 10 micrometers or less. As described above, the electrolyte layer 4 is formed by a low temperature firing method (wet method in which a firing process is performed at a low temperature of 1100 ° C.
  • a spray coating method (a thermal spraying method, an aerosol deposition method, an aerosol gas deposition method, A method such as a powder jet deposition method, a particle jet deposition method, or a cold spray method), a PVD method (such as a sputtering method or a pulse laser deposition method), or a CVD method can be used.
  • a thermal spraying method a thermal spraying method, an aerosol deposition method, an aerosol gas deposition method, A method such as a powder jet deposition method, a particle jet deposition method, or a cold spray method
  • a PVD method such as a sputtering method or a pulse laser deposition method
  • CVD method a chemical vapor deposition method
  • electrolyte layer forming step In order to form a high-quality electrolyte layer 4 that is dense, airtight and has high gas barrier performance in a temperature range of 1100 ° C. or lower, it is desirable to perform the electrolyte layer forming step by a spray coating method. In that case, the material of the electrolyte layer 4 is sprayed toward the intermediate layer 3 on the metal support 1 to form the electrolyte layer 4.
  • reaction prevention layer formation step In the reaction preventing layer forming step, the reaction preventing layer 5 is formed on the electrolyte layer 4 in a thin layer state.
  • the reaction prevention layer 5 is formed by a low-temperature baking method (wet method in which baking is performed in a low temperature region of 1100 ° C. or lower), a spray coating method (a thermal spraying method, an aerosol deposition method, an aerosol gas deposition method). , Powder jet deposition methods, particle jet deposition methods, cold spray methods, etc.), PVD methods (sputtering methods, pulsed laser deposition methods, etc.), CVD methods, etc. can be used. Whichever method is used, it is desirable to carry out at a temperature of 1100 ° C.
  • a leveling process or a surface cutting / polishing process may be performed after the formation of the reaction preventing layer 5, or a press working may be performed after the wet formation and before firing. Good.
  • the counter electrode layer 6 is formed in a thin layer on the reaction preventing layer 5.
  • the counter electrode layer 6 is formed by a low temperature baking method (wet method in which baking is performed in a low temperature region of 1100 ° C. or lower), a spray coating method (a thermal spraying method, an aerosol deposition method, an aerosol gas deposition method). , Powder jet deposition methods, particle jet deposition methods, cold spray methods, etc.), PVD methods (sputtering methods, pulsed laser deposition methods, etc.), CVD methods, etc. can be used. Whichever method is used, it is desirable to carry out at a temperature of 1100 ° C. or lower in order to suppress the deterioration of the metal support 1.
  • the electrochemical element E can be manufactured as described above.
  • the intermediate layer 3 (insertion layer) and the reaction preventing layer 5 may be provided with either one or both. That is, a form in which the electrode layer 2 and the electrolyte layer 4 are formed in contact with each other, or a form in which the electrolyte layer 4 and the counter electrode layer 6 are formed in contact with each other is possible.
  • the intermediate layer forming step and the reaction preventing layer forming step are omitted. Note that a step of forming another layer can be added, or a plurality of layers of the same type can be stacked. In any case, it is preferable to perform the step at a temperature of 1100 ° C. or lower.
  • the electrochemical device E has a U-shaped member 7 attached to the back surface of the metal support 1, and the metal support 1 and the U-shaped member 7 support the tube. Forming the body.
  • a plurality of electrochemical elements E are stacked (a plurality of sets) with the current collecting member 26 interposed therebetween, and an electrochemical module M is configured.
  • the current collecting member 26 is joined to the counter electrode layer 6 of the electrochemical element E and the U-shaped member 7 to electrically connect them.
  • the electrochemical module M has a gas manifold 17, a current collecting member 26, a termination member, and a current drawing portion.
  • a plurality of stacked electrochemical elements E are supplied with gas from the gas manifold 17 with one open end of the cylindrical support connected to the gas manifold 17. The supplied gas flows through the inside of the cylindrical support and is supplied to the electrode layer 2 through the through space 1 c of the metal support 1.
  • FIG. 3 shows an outline of the energy system Z and the electrochemical device Y.
  • the energy system Z includes an electrochemical device Y and a heat exchanger 53 as an exhaust heat utilization unit that reuses the heat discharged from the electrochemical device Y.
  • the electrochemical device Y includes an electrochemical module M, a desulfurizer 31 and a reformer 34, a fuel supply unit that supplies a fuel gas containing a reducing component to the electrochemical module M, and an electrochemical module. And an inverter 38 for extracting electric power from M.
  • the electrochemical device Y includes a desulfurizer 31, a reforming water tank 32, a vaporizer 33, a reformer 34, a blower 35, a combustion unit 36, an inverter 38, a control unit 39, a storage container 40, and an electrochemical module M.
  • a desulfurizer 31 a reforming water tank 32, a vaporizer 33, a reformer 34, a blower 35, a combustion unit 36, an inverter 38, a control unit 39, a storage container 40, and an electrochemical module M.
  • the desulfurizer 31 removes (desulfurizes) sulfur compound components contained in hydrocarbon-based raw fuel such as city gas.
  • hydrocarbon-based raw fuel such as city gas.
  • the vaporizer 33 generates steam from the reformed water supplied from the reformed water tank 32.
  • the reformer 34 steam-reforms the raw fuel desulfurized by the desulfurizer 31 using the steam generated by the vaporizer 33 to generate a reformed gas containing hydrogen.
  • the electrochemical module M uses the reformed gas supplied from the reformer 34 and the air supplied from the blower 35 to generate an electrochemical reaction to generate power.
  • the combustion unit 36 mixes the reaction exhaust gas discharged from the electrochemical module M and air, and combusts the combustible component in the reaction exhaust gas.
  • the electrochemical module M has a plurality of electrochemical elements E and a gas manifold 17.
  • the plurality of electrochemical elements E are arranged in parallel while being electrically connected to each other, and one end (lower end) of the electrochemical element E is fixed to the gas manifold 17.
  • the electrochemical element E generates electricity by causing an electrochemical reaction between the reformed gas supplied through the gas manifold 17 and the air supplied from the blower 35.
  • the inverter 38 adjusts the output power of the electrochemical module M to the same voltage and the same frequency as the power received from the commercial system (not shown).
  • the control unit 39 controls the operation of the electrochemical device Y and the energy system Z.
  • the vaporizer 33, the reformer 34, the electrochemical module M, and the combustion unit 36 are stored in the storage container 40.
  • the reformer 34 performs the reforming process of the raw fuel using the combustion heat generated by the combustion of the reaction exhaust gas in the combustion unit 36.
  • the raw fuel is supplied to the desulfurizer 31 through the raw fuel supply path 42 by the operation of the booster pump 41.
  • the reforming water in the reforming water tank 32 is supplied to the vaporizer 33 through the reforming water supply path 44 by the operation of the reforming water pump 43.
  • the raw fuel supply path 42 is downstream of the desulfurizer 31 and is joined to the reformed water supply path 44, and the reformed water and raw fuel merged outside the storage container 40 are stored in the storage container.
  • the carburetor 33 provided in 40 is supplied.
  • the reformed water is vaporized by the vaporizer 33 and becomes steam.
  • the raw fuel containing the steam generated in the vaporizer 33 is supplied to the reformer 34 through the steam-containing raw fuel supply path 45.
  • the raw fuel is steam-reformed by the reformer 34, and a reformed gas (first gas having a reducing component) containing hydrogen gas as a main component is generated.
  • the reformed gas generated in the reformer 34 is supplied to the gas manifold 17 of the electrochemical module M through the reformed gas supply path 46.
  • the reformed gas supplied to the gas manifold 17 is distributed to the plurality of electrochemical elements E, and is supplied to the electrochemical elements E from the lower end that is a connecting portion between the electrochemical elements E and the gas manifold 17.
  • Hydrogen (reducing component) in the reformed gas is mainly used for electrochemical reaction in the electrochemical element E.
  • the reaction exhaust gas containing the remaining hydrogen gas that has not been used for the reaction is discharged from the upper end of the electrochemical element E to the combustion section 36.
  • the reaction exhaust gas is combusted in the combustion part 36 and is discharged as combustion exhaust gas from the combustion exhaust gas outlet 50 to the outside of the storage container 40.
  • a combustion catalyst portion 51 (for example, a platinum-based catalyst) is disposed at the combustion exhaust gas outlet 50 to burn and remove reducing components such as carbon monoxide and hydrogen contained in the combustion exhaust gas.
  • the combustion exhaust gas discharged from the combustion exhaust gas outlet 50 is sent to the heat exchanger 53 through the combustion exhaust gas discharge passage 52.
  • the heat exchanger 53 exchanges heat between the flue gas generated by the combustion in the combustion unit 36 and the supplied cold water to generate hot water. That is, the heat exchanger 53 operates as an exhaust heat utilization unit that reuses the heat exhausted from the electrochemical device Y.
  • reaction exhaust gas utilization part which utilizes the reaction exhaust gas discharged
  • the reaction exhaust gas contains residual hydrogen gas that was not used for the reaction in the electrochemical element E.
  • the remaining hydrogen gas is used to use heat by combustion, or to generate power by a fuel cell or the like, thereby effectively using energy.
  • FIG. 4 shows another embodiment of the electrochemical module M.
  • the electrochemical module M according to the third embodiment configures the electrochemical module M by laminating the above-described electrochemical element E with the inter-cell connection member 71 interposed therebetween.
  • the inter-cell connection member 71 is a plate-like member that has conductivity and does not have gas permeability, and grooves 72 that are orthogonal to each other are formed on the front surface and the back surface.
  • the inter-cell connection member 71 can be made of metal such as stainless steel or metal oxide.
  • one groove 72 becomes the first gas flow path 72 a and supplies gas to the front side of the electrochemical element E, that is, the counter electrode layer 6.
  • the other groove 72 becomes the second gas flow path 72b, and gas is supplied to the electrode layer 2 through the through space 1c from the back side of the electrochemical element E, that is, the back side surface of the metal support 1.
  • this electrochemical module M When operating this electrochemical module M as a fuel cell, oxygen is supplied to the first gas channel 72a and hydrogen is supplied to the second gas channel 72b. Then, the reaction as a fuel cell proceeds in the electrochemical element E, and electromotive force / current is generated. The generated electric power is taken out of the electrochemical module M from the inter-cell connection members 71 at both ends of the stacked electrochemical element E.
  • the grooves 72 that are orthogonal to each other are formed on the front and back surfaces of the inter-cell connection member 71.
  • the grooves 72 that are parallel to each other are formed on the front and back surfaces of the inter-cell connection member 71. You can also.
  • the electrochemical element E is used for a solid oxide fuel cell.
  • the electrochemical element E is used for a solid oxide electrolytic cell, an oxygen sensor using a solid oxide, or the like. You can also
  • a composite material such as NiO—GDC, Ni—GDC, NiO—YSZ, Ni—YSZ, CuO—CeO 2 , and Cu—CeO 2 is used as the material of the electrode layer 2 , and the counter electrode
  • a complex oxide such as LSCF or LSM was used.
  • the electrochemical device E configured in this way supplies hydrogen gas to the electrode layer 2 to form a fuel electrode (anode), and supplies air to the counter electrode layer 6 to form an air electrode (cathode). It can be used as a fuel cell.
  • the electrochemical element E can be configured such that the electrode layer 2 can be an air electrode and the counter electrode layer 6 can be a fuel electrode.
  • a composite oxide such as LSCF or LSM is used as the material of the electrode layer 2, and NiO—GDC, Ni—GDC, NiO—YSZ, Ni—YSZ, CuO—CeO 2 , Cu is used as the material of the counter electrode layer 6, for example.
  • a composite material such as CeO 2 .
  • air is supplied to the electrode layer 2 to be an air electrode
  • hydrogen gas is supplied to the counter electrode layer 6 to be a fuel electrode
  • the electrochemical element E is in a solid oxide form. It can be used as a fuel cell.
  • a plate-type or cylindrical plate-type solid oxide fuel cell is mainly used as the electrochemical device E, but it is used for an electrochemical device such as a cylindrical solid oxide fuel cell. You can also
  • the metal support 1 (metal plate) is used as a support for the electrochemical element E.
  • the metal support 1 can be used as a support for various materials (an example of a support object) such as a ceramic layer,
  • the metal plate of this embodiment can also be used for various apparatuses other than electrochemical elements.
  • It can be used as a metal plate, a metal-supported electrochemical element including the metal plate, and a solid oxide fuel cell.
  • Electrode layer 1 Metal support (metal plate) 1a: Front side surface 1b: Back side surface 1c: Through space 1d: Front side opening 1e: Back side opening 1f: Metal oxide layer 1g: Hole region 1h: Unit region 2: Electrode layer 3: Intermediate layer 4: Electrolyte layer 5: Reaction prevention layer 6: Counter electrode layer 7: U-shaped member 10: First metal thin plate (metal thin plate) 10a: First front side surface 10b: First back side surface 10c: First through space (through hole) 10d: 1st front side opening 10e: 1st back side opening 10g: 1st hole area

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Abstract

十分な強度と性能を確保しつつ、量産時の加工性とコストを改善した金属板と、その金属板を備えた金属支持型の電気化学素子等を提供する。　金属板１は、複数の金属薄板１０、２０を重ねて形成されており、金属薄板１０、２０は、厚さ方向に貫通する複数の貫通孔１０ｃ、２０ｃを有し、金属板１は、複数の金属薄板１０、２０を重ねた状態で、金属薄板１０、２０の貫通孔１０ｃ、２０ｃ同士が連通する貫通空間１ｃを有し、金属薄板１０、２０の厚さを、貫通孔１０ｃ、２０ｃの内径で除した値である金属板アスペクト比が２以下であり、金属板１の全体の厚さを、貫通空間１ｃの内径の最小値で除した値である金属支持体アスペクト比が３以上である。

Description

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及び金属板の製造方法
　本発明は、金属板と、その金属板を備えた金属支持型の電気化学素子等に関する。
　従来の金属支持型ＳＯＦＣにおいて、金属支持体は金属板に多数の孔を開けて構成されている。しかしながら、ＳＯＦＣとして十分な性能を確保しつつ、量産時の加工性やコストを勘案した最適な孔形状は、未だ見出されていない。
特表２００８－５２５９６７号公報
　特許文献１では、セル積層時の加工性を勘案した金属支持体の構造が開示されている。特許文献１のセルでは、多数の孔を開けた１５μｍ程度の金属箔の上に電極層・電解質層・対極電極層を積層している。このように薄い金属箔では強度が小さいため、セル製造時のハンドリングが極めて困難であり、量産に不向きであった。
　本発明は上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、十分な強度と性能を確保しつつ、量産時の加工性とコストを改善した金属板と、その金属板を備えた金属支持型の電気化学素子等を提供することにある。
〔構成１〕
　上記目的を達成するための金属板の特徴構成は、
　金属板であって、
　前記金属板は、複数の金属薄板を重ねて形成されており、
　前記金属薄板は、厚さ方向に貫通する複数の貫通孔を有し、
　前記金属板は、複数の前記金属薄板を重ねた状態で、前記金属薄板の前記貫通孔同士が連通する貫通空間を有し、
　前記金属薄板の厚さを、前記貫通孔の内径で除した値である金属薄板アスペクト比が２以下であり、
　前記金属板の全体の厚さを、前記貫通空間の内径の最小値で除した値である金属板アスペクト比が３以上である点にある。
　上記の特徴構成によれば、金属薄板アスペクト比が２以下である金属薄板を重ねて、金属板アスペクト比が３以上である金属板が形成されているから、アスペクト比の大きい金属板を比較的容易に形成できるので好ましい。すなわち上記の特徴構成によれば、金属板に金属板アスペクト比が３以上の貫通空間を形成する際に、一枚の金属板に貫通空間を形成する場合よりも量産時の加工性とコストをより改善することができる。なお、金属板の金属板アスペクト比が３以上であるので、金属板は、十分な強度を有すると共に、貫通空間を介したガス透過性等の十分な性能が確保されている。
　なお、金属薄板アスペクト比が１．５以下であるとより好ましく、１以下であると更に好ましい。このようにすることで金属薄板の量産時の加工性とコストをより改善できるからである。また、金属板アスペクト比が５以上であるとより好ましく、１０以上であると更に好ましい。このようにすることで金属板としての性能と強度を十分兼ね備えながら、量産時の加工性とコストをより改善できるからである。
〔構成２〕
　本発明に係る金属板の別の特徴構成は、前記貫通空間の内径が、前記貫通空間の内径のうちの前記金属板の表面の側の開口部の内径である点にある。
　上記の特徴構成によれば、金属板アスペクト比を算出する際の金属板の貫通空間の内径が、貫通空間の内径のうちの金属板の表面の側の開口部の内径であり、かつ、貫通空間の内径の最小値であるから、例えば、金属板を金属支持体として用いる場合等には、金属支持体上への支持対象物の形成が容易でありながら、金属支持体としての十分な強度を有し、かつ、貫通空間を介する支持対象物へのガス透過性等の十分な性能を確保しつつ、量産時の加工性とコストを改善した金属支持体を提供することが可能となる。
〔構成３〕
　金属支持体を形成する複数の前記金属薄板の厚さが同一又は略同一であってもよい。この場合、貫通空間の大きさを適切なものとしつつ、金属板の全体の厚さを確保して強度を十分に保つことができるので、量産時の加工性を向上でき好適である。また、この場合、同一又は略同一の厚さの金属薄板を重ねて接合し、全体の厚さを確保した金属板とすることができるのでコストを改善でき好適である。
〔構成４〕
　本発明に係る金属板の別の特徴構成は、前記金属板は、金属製の板である第１金属薄板と、前記第１金属薄板よりも厚さの大きい金属製の板である第２金属薄板とを含む、複数の金属薄板を重ねて形成されており、前記第１金属薄板は前記第２金属薄板よりも前記金属板の表面の側に配置されている点にある。
　上記の特徴構成によれば、金属板が第１金属薄板と第２金属薄板とを重ねて形成されるから、貫通空間の大きさを適切なものとしつつ、金属板の全体の厚さを確保して強度を十分に保つことができるので、金属板アスペクト比が３以上となる金属支持体を形成することが更に容易になり好ましい。
〔構成５〕
　本発明に係る金属板の別の特徴構成は、複数の前記金属薄板のうち少なくとも１枚の前記金属薄板の材料がＦｅ－Ｃｒ系合金である点にある。
　上記の特徴構成によれば、金属板の耐酸化性と高温強度を向上できる。また、例えば、金属板上に形成される支持対象物（電極層や電解質層などの電気化学素子などの構成要素の材料）と熱膨張係数を近いものにできるので、ヒートサイクル耐久性に優れた構成を実現できるので好ましい。
〔構成６〕
　本発明に係る金属板の別の特徴構成は、前記金属板の表面の少なくとも一部が金属酸化物膜で覆われている点にある。
　上記の特徴構成によれば、金属酸化物被膜により金属板からＣｒ等の成分が拡散することを抑制できる。例えば、金属板の上に電極層等を積層した電気化学素子とする場合には、電極層等の性能低下を抑制し、電気化学素子の性能・耐久性を高めることができる。
〔構成７〕
　上述の金属板の上に、少なくとも電極層と電解質層と対極電極層とが設けられた電気化学素子は、十分な性能を確保しつつ、量産時の加工性とコストを改善したものとなり好適である。更に、強度に優れた金属板の上に電極層や電解質層などの電気化学素子の構成要素を構成するから、電極層や電解質層などの電気化学素子の構成要素を薄層化や薄膜化することが可能なので、電気化学素子の材料コストを低減することが可能となり好適である。
〔構成８〕
　上述の電気化学素子は、前記金属板の厚さ方向に貫通する前記貫通空間の内径としての、前記金属板の表面を構成する第１面の側の第１開口部の内径及び前記第１面とは反対側の第２面の側の第２開口部の内径のうちで、小さい内径が形成されている側の前記金属板の表面の上に、少なくとも電極層と電解質層と対極電極層とが設けられていると、金属板としての金属支持体上への電極層等の形成が容易でありながら、金属支持体としての十分な強度を有し、かつ、貫通空間を介する支持対象物へのガス透過性等の十分な性能を確保しつつ、量産時の加工性とコストを改善した金属支持体を提供することが可能となり好適である。
〔構成９〕
　本発明に係る電気化学モジュールの特徴構成は、上述の電気化学素子が複数集合した状態で配置される点にある。
　上記の特徴構成によれば、上述の電気化学素子が複数集合した状態で配置されるので、材料コストと加工コストを抑制しつつ、コンパクトで高性能な、強度と信頼性に優れた電気化学モジュールを得ることができる。
〔構成１０〕
　本発明に係る電気化学装置の特徴構成は、上述の電気化学モジュールと改質器とを少なくとも有し、前記電気化学モジュールに対して還元性成分を含有する燃料ガスを供給する燃料供給部を有する点にある。
　上記の特徴構成によれば、電気化学モジュールと改質器を有し電気化学モジュールに対して還元性成分を含有する燃料ガスを供給する燃料供給部とを有するので、都市ガス等の既存の原燃料供給インフラを用い、耐久性・信頼性および性能に優れた電気化学モジュールを備えた電気化学装置を実現することができる。また、電気化学モジュールから排出される未利用の燃料ガスをリサイクルするシステムを構築し易くなるため、高効率な電気化学装置を実現することができる。
〔構成１１〕
　本発明に係る電気化学装置の特徴構成は、上述の電気化学モジュールと、前記電気化学モジュールから電力を取り出すインバータとを少なくとも有する点にある。
　上記の特徴構成によれば、耐久性・信頼性および性能に優れた電気化学モジュールから得られる電気出力を、インバータによって昇圧したり、直流を交流に変換したりすることができるため、電気化学モジュールで得られる電気出力を利用しやすくなるので好ましい。
〔構成１２〕
　本発明に係るエネルギーシステムの特徴構成は、上述の電気化学装置と、前記電気化学装置から排出される熱を再利用する排熱利用部とを有する点にある。
　上記の特徴構成によれば、電気化学装置と、電気化学装置から排出される熱を再利用する排熱利用部を有するので、耐久性・信頼性および性能に優れ、かつエネルギー効率にも優れたエネルギーシステムを実現することができる。なお、電気化学装置から排出される未利用の燃料ガスの燃焼熱を利用して発電する発電システムと組み合わせてエネルギー効率に優れたハイブリットシステムを実現することもできる。
〔構成１３〕
　本発明に係る固体酸化物形燃料電池の特徴構成は、上述の電気化学素子を備え、前記電気化学素子で発電反応を生じさせる点にある。
　上記の特徴構成によれば、量産時の加工性とコストを改善し、耐久性・信頼性および性能に優れた電気化学素子を備えた固体酸化物形燃料電池として発電反応を行うことができるので、低コストで高耐久・高性能な固体酸化物形燃料電池を得る事ができる。なお、定格運転時に６５０℃以上の温度域で運転可能な固体酸化物形燃料電池であると、都市ガス等の炭化水素系ガスを原燃料とする燃料電池システムにおいて、原燃料を水素に変換する際に必要となる熱を燃料電池の排熱で賄うことが可能なシステムを構築できるため、燃料電池システムの発電効率を高めることができるので、より好ましい。また、定格運転時に９００℃以下の温度域で運転される固体酸化物形燃料電池であると、金属支持型電気化学素子からのＣｒ揮発の抑制効果が高められるのでより好ましく、定格運転時に８５０℃以下の温度域で運転される固体酸化物形燃料電池であると、Ｃｒ揮発の抑制効果を更に高められるので、より好ましい。
〔構成１４〕
　本発明に係る金属板の製造方法の特徴構成は、厚さ方向に貫通する複数の貫通孔を有する複数の金属薄板を重ねて、前記金属薄板の前記貫通孔同士が連通する貫通空間を形成する、金属板の製造方法であって、前記貫通孔を、パンチング加工、エッチング加工、またはレーザー加工のいずれかにより形成する点にある。
　上記の特徴構成によれば、貫通孔の形成が容易であり、量産時の加工性とコストを改善でき好ましい。
〔構成１５〕
　本発明に係る金属板の製造方法の特徴構成は、厚さ方向に貫通する複数の貫通孔を有する複数の金属薄板を重ねて、前記金属薄板の前記貫通孔同士が連通する貫通空間を形成する、金属板の製造方法であって、金属メッシュもしくはエキスパンドメタルを圧延加工して前記金属薄板を形成する点にある。
　上記の特徴構成によれば、貫通孔を有する金属薄板の形成が容易であり、量産時の加工性とコストを改善でき好ましい。
電気化学素子の構成を示す概略図である。 電気化学素子および電気化学モジュールの構成を示す概略図である。 電気化学装置およびエネルギーシステムの構成を示す概略図である。 電気化学モジュールの構成を示す概略図である。 金属支持体の構造を示す平面図および断面図である。 金属支持体の構造を示す平面図および断面図である。 金属支持体の構造を示す平面図および断面図である。
＜第１実施形態＞
　以下、図１を参照しながら、本実施形態に係る電気化学素子Ｅおよび固体酸化物形燃料電池（Ｓｏｌｉｄ　Ｏｘｉｄｅ　Ｆｕｅｌ　Ｃｅｌｌ：ＳＯＦＣ）について説明する。電気化学素子Ｅは、例えば、水素を含む燃料ガスと空気の供給を受けて発電する固体酸化物形燃料電池の構成要素として用いられる。なお以下、層の位置関係などを表す際、例えば電解質層４から見て対極電極層６の側を「上」または「上側」、電極層２の側を「下」または「下側」という場合がある。また、金属支持体１の表面のうち、電極層２が形成されている側の面を表側面１ａ、反対側の面を裏側面１ｂという。
（電気化学素子）
　電気化学素子Ｅは、図１に示される通り、金属支持体１（金属板の一例）と、金属支持体１の上に形成された電極層２と、電極層２の上に形成された中間層３と、中間層３の上に形成された電解質層４とを有する。そして電気化学素子Ｅは、更に、電解質層４の上に形成された反応防止層５と、反応防止層５の上に形成された対極電極層６とを有する。つまり対極電極層６は電解質層４の上に形成され、反応防止層５は電解質層４と対極電極層６との間に形成されている。電極層２は多孔質であり、電解質層４は緻密である。
（金属支持体）
　金属支持体１は、電極層２、中間層３および電解質層４等を支持して電気化学素子Ｅの強度を保つ。つまり金属支持体１は、電気化学素子Ｅを支持する支持体としての役割を担う。
　金属支持体１の材料としては、電子伝導性、耐熱性、耐酸化性および耐腐食性に優れた材料が用いられる。例えば、フェライト系ステンレス、オーステナイト系ステンレス、ニッケル基合金などが用いられる。特に、クロムを含む合金が好適に用いられる。本実施形態では、金属支持体１は、Ｃｒを１８質量％以上２５質量％以下含有するＦｅ－Ｃｒ系合金を用いているが、Ｍｎを０．０５質量％以上含有するＦｅ－Ｃｒ系合金、Ｔｉを０．１５質量％以上１．０質量％以下含有するＦｅ－Ｃｒ系合金、Ｚｒを０．１５質量％以上１．０質量％以下含有するＦｅ－Ｃｒ系合金、ＴｉおよびＺｒを含有しＴｉとＺｒとの合計の含有量が０．１５質量％以上１．０質量％以下であるＦｅ－Ｃｒ系合金、Ｃｕを０．１０質量％以上１．０質量％以下含有するＦｅ－Ｃｒ系合金であると特に好適である。
　金属支持体１は全体として板状である。そして金属支持体１は、電極層２が設けられる面を表側面１ａとして、表側面１ａから裏側面１ｂへ貫通する複数の貫通空間１ｃ（貫通空間の一例）を有する。貫通空間１ｃは、金属支持体１の裏側面１ｂから表側面１ａへ気体を透過させる機能を有する。なお、板状の金属支持体１を曲げたりして、例えば箱状、円筒状などの形状に変形させて使用することも可能である。
　金属支持体１の表面に、拡散抑制層としての金属酸化物層１ｆが設けられる。すなわち、金属支持体１と後述する電極層２との間に、拡散抑制層が形成されている。金属酸化物層１ｆは、金属支持体１の外部に露出した面だけでなく、電極層２との接触面（界面）にも設けられる。また、貫通空間１ｃの内側の面に設けることもできる。この金属酸化物層１ｆにより、金属支持体１と電極層２との間の元素相互拡散を抑制することができる。例えば、金属支持体１としてクロムを含有するフェライト系ステンレスを用いた場合は、金属酸化物層１ｆが主にクロム酸化物となる。そして、金属支持体１のクロム原子等が電極層２や電解質層４へ拡散することを、クロム酸化物を主成分とする金属酸化物層１ｆが抑制する。金属酸化物層１ｆの厚さは、拡散防止性能の高さと電気抵抗の低さを両立させることのできる厚みであれば良い。
　金属酸化物層１ｆは種々の手法により形成されうるが、金属支持体１の表面を酸化させて金属酸化物とする手法が好適に利用される。また、金属支持体１の表面に、金属酸化物層１ｆをスプレーコーティング法（溶射法やエアロゾルデポジション法、エアロゾルガスデポジッション法、パウダージェットデポジッション法、パーティクルジェットデポジション法、コールドスプレー法などの方法）、スパッタリング法やＰＬＤ法等のＰＶＤ法、ＣＶＤ法などにより形成しても良いし、メッキと酸化処理によって形成しても良い。更に、金属酸化物層１ｆは導電性の高いスピネル相などを含んでも良い。
　金属支持体１としてフェライト系ステンレス材を用いた場合、電極層２や電解質層４の材料として用いられるＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）やＧＤＣ（ガドリウム・ドープ・セリア、ＣＧＯとも呼ぶ）等と熱膨張係数が近い。従って、低温と高温の温度サイクルが繰り返された場合も電気化学素子Ｅがダメージを受けにくい。よって、長期耐久性に優れた電気化学素子Ｅを実現できるので好ましい。
（金属支持体および貫通空間の構造）
　金属支持体１は、１枚の金属の板により構成することも可能である。また金属支持体１を、金属薄板を複数重ねて形成することも可能である。金属支持体１を、同一又は略同一の厚さの金属薄板を複数重ねて形成することも可能である。金属支持体１を、厚さの異なる金属薄板を複数重ねて形成することも可能である。以下、金属支持体１および貫通空間１ｃの構造の例について図面を参照しながら説明する。なお金属酸化物層１ｆについては図示を省略する。
＜第１例＞
　図５を参照して、金属支持体１が１枚の金属の板により構成される例（第１例）について説明する。図５に示されるように、金属支持体１は、厚さＴの板状の部材であり、すなわち全体として板状である。金属支持体１は、表側面１ａから裏側面１ｂへ貫通する複数の貫通空間１ｃを有する。第１例では貫通空間１ｃは、断面が円形の孔である。なお貫通空間１ｃの断面形状は、円形や略円形の他、矩形や三角形、多角形なども可能であり、貫通空間１ｃが形成できれば、金属支持体１としての機能を保てる範囲で種々の形状とすることができる。この孔（貫通空間１ｃ）は、レーザー加工、パンチング加工またはエッチング加工のいずれか、もしくは、それらの組合せによって、金属支持体１に形成されている。この孔の中心軸は、金属支持体１に対して直交している。なお孔（貫通空間１ｃ）の中心軸は、金属支持体１に対して傾斜していてもよい。
　貫通空間１ｃの表側面１ａの開口部を、表側開口部１ｄと呼ぶ。貫通空間１ｃの裏側面１ｂの開口部を、裏側開口部１ｅと呼ぶ。貫通空間１ｃの断面が円形の孔であるから、表側開口部１ｄおよび裏側開口部１ｅは、いずれも円形である。表側開口部１ｄと裏側開口部１ｅとは、同じ大きさであってもよい。裏側開口部１ｅが、表側開口部１ｄより大きくてもよい。表側開口部１ｄの直径を、直径Ｄとする。
　図５に示されるように、金属支持体１において、複数の孔（貫通空間１ｃ）が、ピッチＰ（間隔）にて、直交格子の格子点の位置に形成されている。複数の孔（貫通空間１ｃ）の配置の態様としては、直交格子の他、斜方格子、正三角形状の格子も可能であるし、格子点に加えて対角線交点への配置も可能であり、貫通空間が形成できれば、金属支持体としての機能を保てる範囲で種々の配置とすることができる。
　金属支持体１の表側面１ａにおいて、貫通空間１ｃが形成されている領域を孔領域１ｇと呼ぶ。孔領域１ｇは、金属支持体１の外周近傍を除いた全体に設けられる。１つの孔領域１ｇが金属支持体１に設けられてもよいし、複数の孔領域１ｇが金属支持体１に設けられてもよい。
　金属支持体１は、支持体として電気化学素子Ｅを形成するのに充分な強度を有することが求められる。金属支持体１の厚さＴは、０．１ｍｍ以上が好ましく、０．１５ｍｍ以上がより好ましく、０．２ｍｍ以上が更に好ましい。金属支持体１の厚さＴは、１．０ｍｍ以下が好ましく、０．７５ｍｍ以下がより好ましく、０．５ｍｍ以下が更に好ましい。
　表側開口部１ｄの直径Ｄは、１０μｍ以上が好ましく、１５μｍ以上がより好ましく、２０μｍ以上が更に好ましい。表側開口部１ｄの直径Ｄは、６０μｍ以下が好ましく、５０μｍ以下がより好ましく、４０μｍ以下が更に好ましい。
　貫通空間１ｃの配置のピッチＰは、０．０５ｍｍ以上が好ましく、０．１ｍｍ以上がより好ましく、０．１５ｍｍ以上が更に好ましい。貫通空間１ｃ（孔）の配置のピッチＰは、０．３ｍｍ以下が好ましく、０．２５ｍｍ以下がより好ましく、０．２ｍｍ以下が更に好ましい。
　貫通空間１ｃの表側開口部１ｄの面積Ｓは、７．０×１０-５ｍｍ2以上であると好ましく、３．０×１０-３ｍｍ2以下であると好ましい。
＜第２例＞
　図６を参照して、金属支持体１が同一の厚さの金属薄板（金属薄板の一例）を複数重ねて形成する例（第２例）について説明する。図６に示されるように、第２例では、厚さＴ１の第１金属薄板１０と、厚さＴ２の第２金属薄板２０とによって、金属支持体１が構成されている。第１金属薄板１０と第２金属薄板２０とは、同じ厚さである。金属支持体１は、第１金属薄板１０と第２金属薄板２０とを重ねて形成されている。そして金属支持体１は、全体として厚さＴの板状の部材となっている。第１金属薄板１０と第２金属薄板２０とは、例えばスポット溶接や、ろう付け接合、真空接合等の手法により接合されている。なお、第１金属薄板１０と第２金属薄板２０とは、若干異なる厚さ、つまり、略同一の厚さで構成しても良い。
　第１金属薄板１０は、表側の面である第１表側面１０ａから、裏側の面である第１裏側面１０ｂへ貫通する複数の第１貫通空間１０ｃ（貫通孔の一例）を有する。第１貫通空間１０ｃは、断面が円形の孔である。なお第１貫通空間１０ｃの断面形状は、円形や略円形の他、矩形や三角形も可能である。この孔（第１貫通空間１０ｃ）は、レーザー加工またはパンチング加工またはエッチング加工のいずれか、もしくは、それらの組合せによって、第１金属薄板１０に形成されている。この孔の中心軸は、第１金属薄板１０に対して直交している。なお孔（第１貫通空間１０ｃ）の中心軸は、第１金属薄板１０に対して傾斜していてもよい。
　第１貫通空間１０ｃの第１表側面１０ａの開口部を、第１表側開口部１０ｄと呼ぶ。第１貫通空間１０ｃの第１裏側面１０ｂの開口部を、第１裏側開口部１０ｅと呼ぶ。第１貫通空間１０ｃの断面が円形の孔であるから、第１表側開口部１０ｄおよび第１裏側開口部１０ｅは、いずれも円形である。第１表側開口部１０ｄと第１裏側開口部１０ｅとは、同じ大きさであってもよい。第１裏側開口部１０ｅが、第１表側開口部１０ｄより大きくてもよい。第１表側開口部１０ｄの直径を、直径Ｄ１（貫通孔の内径の一例）とする。
　図６に示されるように、第１金属薄板１０において、複数の孔（第１貫通空間１０ｃ）が、ピッチＰ１（間隔）にて、直交格子の格子点の位置に形成されている。複数の孔（第１貫通空間１０ｃ）の配置の態様としては、直交格子の他、斜方格子、正三角形状の格子も可能であるし、格子点に加えて対角線交点への配置も可能である。
　第２金属薄板２０は、表側の面である第２表側面２０ａから、裏側の面である第２裏側面２０ｂへ貫通する複数の第２貫通空間２０ｃ（貫通孔の一例）を有する。第２貫通空間２０ｃは、断面が円形の孔である。なお第２貫通空間２０ｃの断面形状は、円形や略円形の他、矩形や三角形も可能である。この孔（第２貫通空間２０ｃ）は、レーザー加工またはパンチング加工またはエッチング加工のいずれか、もしくは、それらの組合せによって、第２金属薄板２０に形成されている。この孔の中心軸は、第２金属薄板２０に対して直交している。なお孔（第２貫通空間２０ｃ）の中心軸は、第２金属薄板２０に対して傾斜していてもよい。第２例として、第２金属薄板２０の第２貫通空間２０ｃの直径と、第１金属薄板１０の第１貫通空間１０ｃの直径とが等しい例が示されている。なお第１貫通空間１０ｃの直径と第２貫通空間２０ｃの直径とは異なっていてもよい。
　第２貫通空間２０ｃの第２表側面２０ａの開口部を、第２表側開口部２０ｄと呼ぶ。第２貫通空間２０ｃの第２裏側面２０ｂの開口部を、第２裏側開口部２０ｅと呼ぶ。第２貫通空間２０ｃの断面が円形の孔であるから、第２表側開口部２０ｄおよび第２裏側開口部２０ｅは、いずれも円形である。第２表側開口部２０ｄと第２裏側開口部２０ｅとは、同じ大きさであってもよい。第２裏側開口部２０ｅが、第２表側開口部２０ｄより大きくてもよい。第２表側開口部２０ｄの直径を、直径Ｄ２（貫通孔の内径の一例）とする。
　第２例では、第２金属薄板２０の第２貫通空間２０ｃの直径と、第１金属薄板１０の第１貫通空間１０ｃの直径とが等しい。よって、第１表側開口部１０ｄの直径Ｄ１と、第２表側開口部２０ｄの直径Ｄ２とが等しい。
　図６に示されるように、第２金属薄板２０において、複数の孔（第２貫通空間２０ｃ）が、ピッチＰ２（間隔）にて、直交格子の格子点の位置に形成されている。複数の孔（第２貫通空間２０ｃ）の配置の態様としては、直交格子の他、斜方格子、正三角形状の格子も可能であるし、格子点に加えて対角線交点への配置も可能である。
　第２例では、第２金属薄板２０の第２貫通空間２０ｃのピッチＰ２と、第１金属薄板１０の第１貫通空間１０ｃのピッチＰ２とが等しい。そして第２金属薄板２０の第２貫通空間２０ｃと、第１金属薄板１０の第１貫通空間１０ｃとが、上面視で重なるように、第１金属薄板１０と第２金属薄板２０とが重ねて接合されている。したがって、第１貫通空間１０ｃと、第２貫通空間２０ｃとが連通する。第１貫通空間１０ｃと第２貫通空間２０ｃとが連通して、金属支持体１の貫通空間１ｃが形成されている。
　金属支持体１の厚さＴは、第２例の形態においては、第１金属薄板１０の厚さＴ１と、第２金属薄板２０の厚さＴ２との合計である。なお３枚以上の金属薄板を重ねて金属支持体１を形成した場合には、それら金属薄板の厚さの合計が金属支持体１の厚さＴとなる。第２例においても、金属支持体１の厚さＴは、０．１ｍｍ以上が好ましく、０．１５ｍｍ以上がより好ましく、０．２ｍｍ以上が更に好ましい。金属支持体１の厚さＴは、１．０ｍｍ以下が好ましく、０．７５ｍｍ以下がより好ましく、０．５ｍｍ以下が更に好ましい。
　第２例の形態においては、第１例の形態での表側開口部１ｄの直径Ｄは、第１金属薄板１０の第１貫通空間１０ｃの表側開口部１０ｄの直径Ｄ１（貫通空間の内径のうちの金属板の表面の側の開口部の内径の一例）がこれに相当する。第１金属薄板１０の第１表側面１０ａが、第１例の形態での金属支持体１の表側面１ａに相当するからである。第２例の金属支持体１を用いて電気化学素子Ｅを構成した場合、第１金属薄板１０の第１表側面１０ａの上に、電極層２が形成される。第２例においても、表側開口部１０ｄの直径Ｄ１は、１０μｍ以上が好ましく、１５μｍ以上がより好ましく、２０μｍ以上が更に好ましい。表側開口部１０ｄの直径Ｄ１は、６０μｍ以下が好ましく、５０μｍ以下がより好ましく、４０μｍ以下が更に好ましい。
　第２例の形態においては、貫通空間１ｃの配置のピッチＰは、第１金属薄板１０の第１貫通空間１０ｃのピッチＰ１がこれに相当する。第１金属薄板１０の第１表側面１０ａが、第１例の形態での金属支持体１の表側面１ａに相当するからである。第２例の金属支持体１を用いて電気化学素子Ｅを構成した場合、第１金属薄板１０の第１表側面１０ａの上に、電極層２が形成される。第２例においても、貫通空間１０ｃ（孔）の配置のピッチＰは、０．０５ｍｍ以上が好ましく、０．１ｍｍ以上がより好ましく、０．１５ｍｍ以上が更に好ましい。貫通空間１０ｃ（孔）の配置のピッチＰは、０．３ｍｍ以下が好ましく、０．２５ｍｍ以下がより好ましく、０．２ｍｍ以下が更に好ましい。
　第２例の形態においては、第１例の形態での貫通空間１ｃの表側開口部１ｄの面積Ｓは、第１金属薄板１０の第１表側開口部１０ｄの面積Ｓ１がこれに相当する。第１金属薄板１０の第１表側面１０ａが、第１例の形態での金属支持体１の表側面１ａに相当するからである。第２例の金属支持体１を用いて電気化学素子Ｅを構成した場合、第１金属薄板１０の第１表側面１０ａの上に、電極層２が形成される。第２例においても、貫通空間１０ｃの表側開口部１０ｄの面積Ｓ１は、７．０×１０-５ｍｍ2以上であると好ましく、３．０×１０-３ｍｍ2以下であると好ましい。
　金属薄板の厚さを、貫通孔の内径で除した値を、金属薄板アスペクト比と定義する。
　つまり、第１金属薄板１０の場合には、第１金属薄板１０の厚さＴ１を、第１貫通空間１０ｃの直径（内径）で除した値が、第１金属薄板１０の金属薄板アスペクト比となり、第２金属薄板２０の場合には、第２金属薄板２０の厚さＴ２を、第２貫通空間２０ｃの直径（内径）で除した値が、第２金属薄板２０の金属薄板アスペクト比となる。第１貫通空間１０ｃ及び第２貫通空間２０ｃの断面形状が円形でない場合には、第１貫通空間１０ｃ及び第２貫通空間２０ｃの直径（内径）は、各貫通空間を形成する貫通孔の断面積と同面積の円の直径を用いることができる。
　また、第１貫通空間１０ｃ及び第２貫通空間２０ｃを形成する貫通孔の直径（内径）が第１金属薄板１０及び第２金属薄板２０の厚さ方向で異なる場合には、各貫通孔の直径の最大値を用いて、各金属薄板アスペクト比を算出すると好適である。
　金属支持体１の全体の板厚を、貫通空間１ｃの内径の最小値で除した値を、金属板アスペクト比と定義する。貫通空間１ｃの断面形状が円形でない場合には、貫通空間１ｃの直径（内径）は、貫通空間１ｃを形成する貫通孔の断面積と同面積の円の直径を用いることができる。
　なお、貫通空間１ｃを形成する貫通孔の直径（内径）が金属支持体１の厚さ方向で異なる場合でも、貫通空間１ｃの直径（内径）のうちで最小値を用いて金属板アスペクト比を算出する。
　本実施形態に係る金属支持体１は、金属薄板アスペクト比が２以下である金属薄板を複数重ねて形成される。そして形成された金属支持体１の金属板アスペクト比が、３以上となる。
　以上説明した第２例の形態では、例えば第１金属薄板１０の厚さＴ１を１００μｍ、第１表側開口部１０ｄの直径Ｄ１を５０μｍとする。同様に第２金属薄板２０の厚さＴ２を１００μｍ、第２表側開口部２０ｄの直径Ｄ２を５０μｍとする。第１金属薄板１０および第２金属薄板２０の各金属薄板アスペクト比は、１００／５０＝２となり、２以下である。
　上述の寸法の第１金属薄板１０と第２金属薄板２０とを重ねて金属支持体１を形成すると、金属板アスペクト比は、（１００＋１００）／５０＝４となり、３以上となる。
　なお、金属板アスペクト比の算出の際に用いた貫通空間１ｃの直径（内径）は、貫通空間１ｃの直径（内径）の最小値である第１表側開口部１０ｄの直径Ｄ１を用いた。
　なお、第１金属薄板１０や第２金属薄板２０を、金属メッシュもしくはエキスパンドメタルを圧延加工して板状に加工した金属薄板としてもよい。金属メッシュとは、金属の細線を編んで形成されたシート状の部材であり、その編まれた細線の間に空間を有し、その空間が金属メッシュを厚さ方向に貫通する部分（貫通孔）を有しているが、金属メッシュを圧延加工して板状に加工したものは、厚さ方向に貫通する貫通孔を有する金属薄板とすることができる。また、エキスパンドメタルとは、金属の板に切れ目を入れて拡げて、その切れ目を菱形や亀甲形等にしたシート状の部材であり、切れ目が拡げられて菱形や亀甲形等になった部分が、エキスパンドメタルを厚さ方向に貫通する部分（貫通孔）となるので、エキスパンドメタルを圧延加工して板状に加工したものは、厚さ方向に貫通する貫通孔を有する金属薄板とすることができる。なお、これらの場合、貫通孔の形状は種々の形態をとるが、金属メッシュもしくはエキスパンドメタルを圧延加工して得た金属薄板の表面における貫通孔の開口部の各面積と同面積の円の直径を算出して、その貫通孔の直径（内径）とすることができる。
＜第３例＞
　図７を参照して、金属支持体１が異なる厚さの金属薄板（金属薄板の一例）を複数重ねて形成される例（第３例）について説明する。第３例に係る金属支持体１は、第２例に係る金属支持体１の各所の寸法の関係を変更したものである。以下の第３例の説明では、第２例と同様の部材については同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。
　図７に示されるように、第３例では、厚さＴ１の第１金属薄板１０と、厚さＴ２の第２金属薄板２０とによって、金属支持体１が構成されている。第１金属薄板１０と第２金属薄板２０とは、異なる厚さであって、第２金属薄板２０は第１金属薄板１０よりも厚さが大きい。図７に示すとおり第３例では、例えば厚さＴ２は、厚さＴ１の約５倍である。
　第３例では、第２表側開口部２０ｄの直径Ｄ２と、第１表側開口部１０ｄの直径Ｄ１とは、異なる値となっている。第２表側開口部２０ｄの直径Ｄ２は、第１表側開口部１０ｄの直径Ｄ１よりも大きく、例えば第１表側開口部１０ｄの直径Ｄ１の約８倍である。
　第３例では、第１金属薄板１０の第１貫通空間１０ｃ（貫通孔の一例）と第２金属薄板２０の第２貫通空間２０ｃ（貫通孔の一例）は、いずれも直交格子の格子点の位置に形成されている。しかしそれらの配置ピッチ、すなわち第１貫通空間１０ｃのピッチＰ１と第２貫通空間２０ｃのピッチＰ２とは、異なる値となっている。第２貫通空間２０ｃのピッチＰ２は、第１貫通空間１０ｃのピッチＰ１よりも大きく、例えばピッチＰ１の４倍である。
　そうすると第３例の金属支持体１では、図７に示されるように、１つの第２貫通空間２０ｃと、４つの第１貫通空間１０ｃとが連通することになる。すなわち第２例と同様に第３例においても、第１貫通空間１０ｃと第２貫通空間２０ｃとが連通して、第１例の形態での金属支持体１の貫通空間１ｃが形成されている。
　第３例の形態においても、第２例と同様に、第１例の形態での表側開口部１ｄの直径Ｄは、第１金属薄板１０の第１貫通空間１０ｃの直径Ｄ１がこれに相当する。第１金属薄板１０の第１表側面１０ａが、第１例の形態での金属支持体１の表側面１ａに相当するからである。第３例の金属支持体１を用いて電気化学素子Ｅを構成した場合、第１金属薄板１０の第１表側面１０ａの上に、電極層２が形成される。第３例においても、表側開口部１０ｄの直径Ｄ１は、１０μｍ以上が好ましく、１５μｍ以上がより好ましく、２０μｍ以上が更に好ましい。表側開口部１０ｄの直径Ｄ１は、６０μｍ以下が好ましく、５０μｍ以下がより好ましく、４０μｍ以下が更に好ましい。
　第３例の形態においても、第２例と同様に、第１例の形態での貫通空間１ｃの配置のピッチＰは、第１金属薄板１０の第１貫通空間１０ｃのピッチＰ１がこれに相当する。第１金属薄板１０の第１表側面１０ａが、第１例の形態での金属支持体１の表側面１ａに相当するからである。第３例の金属支持体１を用いて電気化学素子Ｅを構成した場合、第１金属薄板１０の第１表側面１０ａの上に、電極層２が形成される。第３例においても、貫通空間１０ｃ（孔）の配置のピッチＰ１は、０．０５ｍｍ以上が好ましく、０．１ｍｍ以上がより好ましく、０．１５ｍｍ以上が更に好ましい。貫通空間１０ｃ（孔）の配置のピッチＰ１は、０．３ｍｍ以下が好ましく、０．２５ｍｍ以下がより好ましく、０．２ｍｍ以下が更に好ましい。
　第３例の形態においても、第２例と同様に、第１例の形態での貫通空間１ｃの表側開口部１ｄの面積Ｓは、第１金属薄板１０の第１表側開口部１０ｄの面積Ｓ１がこれに相当する。第１金属薄板１０の第１表側面１０ａが、第１例の形態での金属支持体１の表側面１ａに相当するからである。第３例の金属支持体１を用いて電気化学素子Ｅを構成した場合、第１金属薄板１０の第１表側面１０ａの上に、電極層２が形成される。第３例においても、貫通空間１０ｃの表側開口部１０ｄの面積Ｓ１は、７．０×１０-５ｍｍ2以上であると好ましく、３．０×１０-３ｍｍ2以下であると好ましい。
　以上説明した第３例の形態では、例えば第１金属薄板１０の厚さＴ１を１００μｍ、第１表側開口部１０ｄの直径Ｄ１を５０μｍとする。第１金属薄板１０の金属薄板アスペクト比は、１００／５０＝２となり、２以下である。第２金属薄板２０の厚さＴ２を２００μｍ、第２表側開口部２０ｄの直径Ｄ２を１００μｍとする。第２金属薄板２０の金属薄板アスペクト比は、２００／１００＝２となり、２以下である。
　金属薄板アスペクト比の算出方法は、第２例と同様に行うことができる。
　上述の寸法の第１金属薄板１０と第２金属薄板２０とを重ねて金属支持体１を形成すると、金属板アスペクト比は、（１００＋２００）／５０＝６となり、３以上となる。
　金属板アスペクト比の算出方法は、第２例と同様に行うことができるが、第３例では、貫通空間１ｃを形成する第１貫通空間１０ｃの直径Ｄ１と第２貫通空間２０ｃの直径Ｄ２とが異なる直径（内径）を有するので、貫通空間１ｃの直径（内径）が貫通空間１ｃのうちで最小値となる第１貫通空間１０ｃの第１表側開口部１０ｄの直径Ｄ１を用いて、金属板アスペクト比を算出している。これにより、金属板アスペクト比を算出する際の貫通空間１ｃの内径として、貫通空間１ｃの直径（内径）のうちの金属支持体１の表面の側の開口部の内径であり、かつ、貫通空間１ｃの内径の最小値を用いていることとなる。
　なお、第３例では、第１貫通空間１０ｃの直径Ｄ１と第２貫通空間２０ｃの直径Ｄ２との大きさを比較すると、直径Ｄ１の方が小さい。このため、第１貫通空間１０ｃの第１表側開口部１０ｄ（直径Ｄ１）が形成される表側面１ａの上に、後述する電極層２等（支持対象物の一例）が設けられるようにすると、電極層２の形成が容易になるので好ましい。
　なお、第１金属薄板１０や第２金属薄板２０を、上述の金属メッシュもしくはエキスパンドメタルを圧延加工して得た金属薄板とすることも可能である。
（電極層）
　電極層２は、図１に示すように、金属支持体１の表側の面であって貫通空間１ｃが設けられた領域より大きな領域に、薄層の状態で設けることができる。薄層とする場合は、その厚さを、例えば、１μｍ～１００μｍ程度、好ましくは、５μｍ～５０μｍとすることができる。このような厚さにすると、高価な電極層材料の使用量を低減してコストダウンを図りつつ、十分な電極性能を確保することが可能となる。貫通空間１ｃが設けられた領域の全体が、電極層２に覆われている。つまり、貫通空間１ｃは金属支持体１における電極層２が形成された領域の内側に形成されている。換言すれば、全ての貫通空間１ｃが電極層２に面して設けられている。
　電極層２の材料としては、例えばＮｉＯ－ＧＤＣ、Ｎｉ－ＧＤＣ、ＮｉＯ－ＹＳＺ、Ｎｉ－ＹＳＺ、ＣｕＯ－ＣｅＯ2、Ｃｕ－ＣｅＯ2などの複合材を用いることができる。これらの例では、ＧＤＣ、ＹＳＺ、ＣｅＯ2を複合材の骨材と呼ぶことができる。なお、電極層２は、低温焼成法（例えば１１００℃より高い高温域での焼成処理をしない低温域での焼成処理を用いる湿式法）やスプレーコーティング法（溶射法やエアロゾルデポジション法、エアロゾルガスデポジッション法、パウダージェットデポジッション法、パーティクルジェットデポジション法、コールドスプレー法などの方法）、ＰＶＤ法（スパッタリング法やパルスレーザーデポジション法など）、ＣＶＤ法などにより形成することが好ましい。これらの、低温域で使用可能なプロセスにより、例えば１１００℃より高い高温域での焼成を用いずに、良好な電極層２が得られる。そのため、金属支持体１を傷めることなく、また、金属支持体１と電極層２との元素相互拡散を抑制することができ、耐久性に優れた電気化学素子を実現できるので好ましい。更に、低温焼成法を用いると、原材料のハンドリングが容易になるので更に好ましい。
　電極層２は、気体透過性を持たせるため、その内部および表面に複数の細孔を有する。
　すなわち電極層２は、多孔質な層として形成される。電極層２は、例えば、その緻密度が３０％以上８０％未満となるように形成される。細孔のサイズは、電気化学反応を行う際に円滑な反応が進行するのに適したサイズを適宜選ぶことができる。なお緻密度とは、層を構成する材料の空間に占める割合であって、（１－空孔率）と表すことができ、また、相対密度と同等である。
（中間層）
　中間層３（挿入層）は、図１に示すように、電極層２を覆った状態で、電極層２の上に薄層の状態で形成することができる。薄層とする場合は、その厚さを、例えば、１μｍ～１００μｍ程度、好ましくは２μｍ～５０μｍ程度、より好ましくは４μｍ～２５μｍ程度とすることができる。このような厚さにすると、高価な中間層材料の使用量を低減してコストダウンを図りつつ、十分な性能を確保することが可能となる。中間層３の材料としては、例えば、ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）、ＳＳＺ（スカンジウム安定化ジルコニア）やＧＤＣ（ガドリウム・ドープ・セリア）、ＹＤＣ（イットリウム・ドープ・セリア）、ＳＤＣ（サマリウム・ドープ・セリア）等を用いることができる。特にセリア系のセラミックスが好適に用いられる。
　中間層３は、低温焼成法（例えば１１００℃より高い高温域での焼成処理をしない低温域での焼成処理を用いる湿式法）やスプレーコーティング法（溶射法やエアロゾルデポジション法、エアロゾルガスデポジッション法、パウダージェットデポジッション法、パーティクルジェットデポジション法、コールドスプレー法などの方法）、ＰＶＤ法（スパッタリング法、パルスレーザーデポジション法など）、ＣＶＤ法などにより形成することが好ましい。これらの、低温域で使用可能な成膜プロセスにより、例えば１１００℃より高い高温域での焼成を用いずに中間層３が得られる。そのため、金属支持体１を傷めることなく、金属支持体１と電極層２との元素相互拡散を抑制することができ、耐久性に優れた電気化学素子Ｅを実現できる。また、低温焼成法を用いると、原材料のハンドリングが容易になるので更に好ましい。
　中間層３としては、酸素イオン（酸化物イオン）伝導性を有することが好ましい。また、酸素イオン（酸化物イオン）と電子との混合伝導性を有すると更に好ましい。これらの性質を有する中間層３は、電気化学素子Ｅへの適用に適している。
（電解質層）
　電解質層４は、図１に示すように、電極層２および中間層３を覆った状態で、中間層３の上に薄層の状態で形成される。また、厚さが１０μｍ以下の薄膜の状態で形成することもできる。詳しくは電解質層４は、図１に示すように、中間層３の上と金属支持体１の上とにわたって（跨って）設けられる。このように構成し、電解質層４を金属支持体１に接合することで、電気化学素子全体として堅牢性に優れたものとすることができる。
　また電解質層４は、図１に示すように、金属支持体１の表側の面であって貫通空間１ｃが設けられた領域より大きな領域に設けられる。つまり、貫通空間１ｃは金属支持体１における電解質層４が形成された領域の内側に形成されている。
　また電解質層４の周囲においては、電極層２および中間層３からのガスのリークを抑制することができる。説明すると、電気化学素子ＥをＳＯＦＣの構成要素として用いる場合、ＳＯＦＣの作動時には、金属支持体１の裏側から貫通空間１ｃを通じて電極層２へガスが供給される。電解質層４が金属支持体１に接している部位においては、ガスケット等の別部材を設けることなく、ガスのリークを抑制することができる。なお、本実施形態では電解質層４によって電極層２の周囲をすべて覆っているが、電極層２および中間層３の上部に電解質層４を設け、周囲にガスケット等を設ける構成としてもよい。
　電解質層４の材料としては、ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）、ＳＳＺ（スカンジウム安定化ジルコニア）やＧＤＣ（ガドリウム・ドープ・セリア）、ＹＤＣ（イットリウム・ドープ・セリア）、ＳＤＣ（サマリウム・ドープ・セリア）、ＬＳＧＭ（ストロンチウム・マグネシウム添加ランタンガレート）等を用いることができる。特にジルコニア系のセラミックスが好適に用いられる。電解質層４をジルコニア系セラミックスとすると、電気化学素子Ｅを用いたＳＯＦＣの稼働温度をセリア系セラミックスに比べて高くすることができる。例えば電気化学素子ＥをＳＯＦＣに用いる場合、電解質層４の材料としてＹＳＺのような６５０℃程度以上の高温域でも高い電解質性能を発揮できる材料を用い、システムの原燃料に都市ガスやＬＰＧ等の炭化水素系の原燃料を用い、原燃料を水蒸気改質等によってＳＯＦＣのアノードガスとするシステム構成とすると、ＳＯＦＣのセルスタックで生じる熱を原燃料ガスの改質に用いる高効率なＳＯＦＣシステムを構築することができる。
　電解質層４は、低温焼成法（例えば１１００℃を越える高温域での焼成処理をしない低温域での焼成処理を用いる湿式法）やスプレーコーティング法（溶射法やエアロゾルデポジション法、エアロゾルガスデポジッション法、パウダージェットデポジッション法、パーティクルジェットデポジション法、コールドスプレー法などの方法）、ＰＶＤ法（スパッタリング法、パルスレーザーデポジション法など）、ＣＶＤ法などにより形成することが好ましい。これらの、低温域で使用可能な成膜プロセスにより、例えば１１００℃を越える高温域での焼成を用いずに、緻密で気密性およびガスバリア性の高い電解質層４が得られる。そのため、金属支持体１の損傷を抑制し、また、金属支持体１と電極層２との元素相互拡散を抑制することができ、性能・耐久性に優れた電気化学素子Ｅを実現できる。特に、低温焼成法やスプレーコーティング法などを用いると低コストな素子が実現できるので好ましい。更に、スプレーコーティング法を用いると、緻密で気密性およびガスバリア性の高い電解質層が低温域で容易に得られやすいので更に好ましい。
　電解質層４は、アノードガスやカソードガスのガスリークを遮蔽し、かつ、高いイオン伝導性を発現するために、緻密に構成される。電解質層４の緻密度は９０％以上が好ましく、９５％以上であるとより好ましく、９８％以上であると更に好ましい。電解質層４は、均一な層である場合は、その緻密度が９５％以上であると好ましく、９８％以上であるとより好ましい。また、電解質層４が、複数の層状に構成されているような場合は、そのうちの少なくとも一部が、緻密度が９８％以上である層（緻密電解質層）を含んでいると好ましく、９９％以上である層（緻密電解質層）を含んでいるとより好ましい。このような緻密電解質層が電解質層の一部に含まれていると、電解質層が複数の層状に構成されている場合であっても、緻密で気密性およびガスバリア性の高い電解質層を形成しやすくできるからである。
（反応防止層）
　反応防止層５は、電解質層４の上に薄層の状態で形成することができる。薄層とする場合は、その厚さを、例えば、１μｍ～１００μｍ程度、好ましくは２μｍ～５０μｍ程度、より好ましくは３μｍ～１５μｍ程度とすることができる。このような厚さにすると、高価な反応防止層材料の使用量を低減してコストダウンを図りつつ、十分な性能を確保することが可能となる。反応防止層５の材料としては、電解質層４の成分と対極電極層６の成分との間の反応を防止できる材料であれば良い。例えばセリア系材料等が用いられる。また反応防止層５の材料として、Ｓｍ、ＧｄおよびＹからなる群から選ばれる元素のうち少なくとも１つを含有する材料が好適に用いられる。なお、Ｓｍ、ＧｄおよびＹからなる群から選ばれる元素のうち少なくとも１つを含有し、これら元素の含有率の合計が１．０質量％以上１０質量％以下であるとよい。反応防止層５を電解質層４と対極電極層６との間に導入することにより、対極電極層６の構成材料と電解質層４の構成材料との反応が効果的に抑制され、電気化学素子Ｅの性能の長期安定性を向上できる。反応防止層５の形成は、１１００℃以下の処理温度で形成できる方法を適宜用いて行うと、金属支持体１の損傷を抑制し、また、金属支持体１と電極層２との元素相互拡散を抑制でき、性能・耐久性に優れた電気化学素子Ｅを実現できるので好ましい。例えば、低温焼成法（例えば１１００℃を越える高温域での焼成処理をしない低温域での焼成処理を用いる湿式法）、スプレーコーティング法（溶射法やエアロゾルデポジション法、エアロゾルガスデポジッション法、パウダージェットデポジッション法、パーティクルジェットデポジション法、コールドスプレー法などの方法）、ＰＶＤ法（スパッタリング法、パルスレーザーデポジション法など）、ＣＶＤ法などを適宜用いて行うことができる。特に、低温焼成法やスプレーコーティング法などを用いると低コストな素子が実現できるので好ましい。更に、低温焼成法を用いると、原材料のハンドリングが容易になるので更に好ましい。
（対極電極層）
　対極電極層６は、電解質層４もしくは反応防止層５の上に薄層の状態で形成することができる。薄層とする場合は、その厚さを、例えば、１μｍ～１００μｍ程度、好ましくは、５μｍ～５０μｍとすることができる。このような厚さにすると、高価な対極電極層材料の使用量を低減してコストダウンを図りつつ、十分な電極性能を確保することが可能となる。対極電極層６の材料としては、例えば、ＬＳＣＦ、ＬＳＭ等の複合酸化物、セリア系酸化物およびこれらの混合物を用いることができる。特に対極電極層６が、Ｌａ、Ｓｒ、Ｓｍ、Ｍｎ、ＣｏおよびＦｅからなる群から選ばれる２種類以上の元素を含有するペロブスカイト型酸化物を含むことが好ましい。以上の材料を用いて構成される対極電極層６は、カソードとして機能する。
　なお、対極電極層６の形成は、１１００℃以下の処理温度で形成できる方法を適宜用いて行うと、金属支持体１の損傷を抑制し、また、金属支持体１と電極層２との元素相互拡散を抑制でき、性能・耐久性に優れた電気化学素子Ｅを実現できるので好ましい。例えば、低温焼成法（例えば１１００℃を越える高温域での焼成処理をしない低温域での焼成処理を用いる湿式法）、スプレーコーティング法（溶射法やエアロゾルデポジション法、エアロゾルガスデポジッション法、パウダージェットデポジッション法、パーティクルジェットデポジション法、コールドスプレー法などの方法）、ＰＤＶ法（スパッタリング法、パルスレーザーデポジション法など）、ＣＶＤ法などを適宜用いて行うことができる。特に、低温焼成法やスプレーコーティング法などを用いると低コストな素子が実現できるので好ましい。更に、低温焼成法を用いると、原材料のハンドリングが容易になるので更に好ましい。
（固体酸化物形燃料電池）
　以上のように電気化学素子Ｅを構成することで、電気化学素子Ｅを固体酸化物形燃料電池の発電セルとして用いることができる。例えば、金属支持体１の裏側の面から貫通空間１ｃを通じて水素を含む燃料ガスを電極層２へ供給し、電極層２の対極となる対極電極層６へ空気を供給し、例えば、５００℃以上９００℃以下の温度で作動させる。そうすると、対極電極層６において空気に含まれる酸素Ｏ2が電子ｅ-と反応して酸素イオンＯ2-が生成される。その酸素イオンＯ2-が電解質層４を通って電極層２へ移動する。電極層２においては、供給された燃料ガスに含まれる水素Ｈ2が酸素イオンＯ2-と反応し、水Ｈ2Ｏと電子ｅ-が生成される。以上の反応により、電極層２と対極電極層６との間に起電力が発生する。この場合、電極層２はＳＯＦＣの燃料極（アノード）として機能し、対極電極層６は空気極（カソード）として機能する。
（電気化学素子の製造方法）
　次に、電気化学素子Ｅの製造方法について説明する。
（電極層形成ステップ）
　電極層形成ステップでは、金属支持体１の表側の面の貫通空間１ｃが設けられた領域より広い領域に電極層２が薄膜の状態で形成される。金属支持体１の貫通孔はレーザー加工等によって設けることができる。電極層２の形成は、上述したように、低温焼成法（１１００℃以下の低温域での焼成処理を行う湿式法）、スプレーコーティング法（溶射法やエアロゾルデポジション法、エアロゾルガスデポジッション法、パウダージェットデポジッション法、パーティクルジェットデポジション法、コールドスプレー法などの方法）、ＰＶＤ法（スパッタリング法、パルスレーザーデポジション法など）、ＣＶＤ法などの方法を用いることができる。いずれの方法を用いる場合であっても、金属支持体１の劣化を抑制するため、１１００℃以下の温度で行うことが望ましい。
　電極層形成ステップを低温焼成法で行う場合には、具体的には以下の例のように行う。まず電極層２の材料粉末と溶媒（分散媒）とを混合して材料ペーストを作成し、金属支持体１の表側の面に塗布する。そして電極層２を圧縮成形し（電極層平滑化工程）、１１００℃以下で焼成する（電極層焼成工程）。電極層２の圧縮成形は、例えば、ＣＩＰ（Ｃｏｌｄ　Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ　Ｐｒｅｓｓｉｎｇ　、冷間静水圧加圧）成形、ロール加圧成形、ＲＩＰ（Ｒｕｂｂｅｒ　Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ　Ｐｒｅｓｓｉｎｇ）成形などにより行うことができる。また、電極層の焼成は、８００℃以上１１００℃以下の温度で行うと好適である。また、電極層平滑化工程と電極層焼成工程の順序を入れ替えることもできる。
　なお、中間層３を有する電気化学素子を形成する場合では、電極層平滑化工程や電極層焼成工程を省いたり、電極層平滑化工程や電極層焼成工程を後述する中間層平滑化工程や中間層焼成工程に含めることもできる。
　なお、電極層平滑化工程は、ラップ成形やレベリング処理、表面の切削・研磨処理などを施すことによって行うことでもできる。
（拡散抑制層形成ステップ）
　上述した電極層形成ステップにおける焼成工程時に、金属支持体１の表面に金属酸化物層１ｆ（拡散抑制層）が形成される。なお、上記焼成工程に、焼成雰囲気を酸素分圧が低い雰囲気条件とする焼成工程が含まれていると元素の相互拡散抑制効果が高く、抵抗値の低い良質な金属酸化物層１ｆ（拡散抑制層）が形成されるので好ましい。電極層形成ステップを、焼成を行わないコーティング方法とする場合を含め、別途の拡散抑制層形成ステップを含めても良い。いずれにおいても、金属支持体１の損傷を抑制可能な１１００℃以下の処理温度で実施することが望ましい。また、後述する中間層形成ステップにおける焼成工程時に、金属支持体１の表面に金属酸化物層１ｆ（拡散抑制層）が形成されても良い。
（中間層形成ステップ）
　中間層形成ステップでは、電極層２を覆う形態で、電極層２の上に中間層３が薄層の状態で形成される。中間層３の形成は、上述したように、低温焼成法（１１００℃以下の低温域での焼成処理を行う湿式法）、スプレーコーティング法（溶射法やエアロゾルデポジション法、エアロゾルガスデポジッション法、パウダージェットデポジッション法、パーティクルジェットデポジション法、コールドスプレー法などの方法）、ＰＶＤ法（スパッタリング法、パルスレーザーデポジション法など）、ＣＶＤ法などの方法を用いることができる。いずれの方法を用いる場合であっても、金属支持体１の劣化を抑制するため、１１００℃以下の温度で行うことが望ましい。
　中間層形成ステップを低温焼成法で行う場合には、具体的には以下の例のように行う。
　まず、中間層３の材料粉末と溶媒（分散媒）とを混合して材料ペーストを作成し、金属支持体１の表側の面に塗布する。そして中間層３を圧縮成形し（中間層平滑化工程）、１１００℃以下で焼成する（中間層焼成工程）。中間層３の圧延は、例えば、ＣＩＰ（Ｃｏｌｄ　Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ　Ｐｒｅｓｓｉｎｇ　、冷間静水圧加圧）成形、ロール加圧成形、ＲＩＰ（Ｒｕｂｂｅｒ　Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ　Ｐｒｅｓｓｉｎｇ）成形などにより行うことができる。また、中間層３の焼成は、８００℃以上１１００℃以下の温度で行うと好適である。このような温度であると、金属支持体１の損傷・劣化を抑制しつつ、強度の高い中間層３を形成できるためである。また、中間層３の焼成を１０５０℃以下で行うとより好ましく、１０００℃以下で行うと更に好ましい。これは、中間層３の焼成温度を低下させる程に、金属支持体１の損傷・劣化をより抑制しつつ、電気化学素子Ｅを形成できるからである。また、中間層平滑化工程と中間層焼成工程の順序を入れ替えることもできる。
　なお、中間層平滑化工程は、ラップ成形やレベリング処理、表面の切削・研磨処理などを施すことによって行うことでもできる。
（電解質層形成ステップ）
　電解質層形成ステップでは、電極層２および中間層３を覆った状態で、電解質層４が中間層３の上に薄層の状態で形成される。また、厚さが１０μｍ以下の薄膜の状態で形成されても良い。電解質層４の形成は、上述したように、低温焼成法（１１００℃以下の低温域での焼成処理を行う湿式法）、スプレーコーティング法（溶射法やエアロゾルデポジション法、エアロゾルガスデポジッション法、パウダージェットデポジッション法、パーティクルジェットデポジション法、コールドスプレー法などの方法）、ＰＶＤ法（スパッタリング法、パルスレーザーデポジション法など）、ＣＶＤ法などの方法を用いることができる。いずれの方法を用いる場合であっても、金属支持体１の劣化を抑制するため、１１００℃以下の温度で行うことが望ましい。
　緻密で気密性およびガスバリア性能の高い、良質な電解質層４を１１００℃以下の温度域で形成するためには、電解質層形成ステップをスプレーコーティング法で行うことが望ましい。その場合、電解質層４の材料を金属支持体１上の中間層３に向けて噴射し、電解質層４を形成する。
（反応防止層形成ステップ）
　反応防止層形成ステップでは、反応防止層５が電解質層４の上に薄層の状態で形成される。反応防止層５の形成は、上述したように、低温焼成法（１１００℃以下の低温域での焼成処理を行う湿式法）、スプレーコーティング法（溶射法やエアロゾルデポジション法、エアロゾルガスデポジッション法、パウダージェットデポジッション法、パーティクルジェットデポジション法、コールドスプレー法などの方法）、ＰＶＤ法（スパッタリング法、パルスレーザーデポジション法など）、ＣＶＤ法などの方法を用いることができる。いずれの方法を用いる場合であっても、金属支持体１の劣化を抑制するため、１１００℃以下の温度で行うことが望ましい。なお反応防止層５の上側の面を平坦にするために、例えば反応防止層５の形成後にレベリング処理や表面を切削・研磨処理を施したり、湿式形成後焼成前に、プレス加工を施してもよい。
（対極電極層形成ステップ）
　対極電極層形成ステップでは、対極電極層６が反応防止層５の上に薄層の状態で形成される。対極電極層６の形成は、上述したように、低温焼成法（１１００℃以下の低温域での焼成処理を行う湿式法）、スプレーコーティング法（溶射法やエアロゾルデポジション法、エアロゾルガスデポジッション法、パウダージェットデポジッション法、パーティクルジェットデポジション法、コールドスプレー法などの方法）、ＰＶＤ法（スパッタリング法、パルスレーザーデポジション法など）、ＣＶＤ法などの方法を用いることができる。いずれの方法を用いる場合であっても、金属支持体１の劣化を抑制するため、１１００℃以下の温度で行うことが望ましい。
　以上の様にして、電気化学素子Ｅを製造することができる。
　なお電気化学素子Ｅにおいて、中間層３（挿入層）と反応防止層５とは、何れか一方、あるいは両方を備えない形態とすることも可能である。すなわち、電極層２と電解質層４とが接触して形成される形態、あるいは電解質層４と対極電極層６とが接触して形成される形態も可能である。この場合に上述の製造方法では、中間層形成ステップ、反応防止層形成ステップが省略される。なお、他の層を形成するステップを追加したり、同種の層を複数積層したりすることも可能であるが、いずれの場合であっても、１１００℃以下の温度で行うことが望ましい。
＜第２実施形態＞
　図２・図３を用いて、第２実施形態に係る電気化学素子Ｅ、電気化学モジュールＭ、電気化学装置ＹおよびエネルギーシステムＺについて説明する。
　第２実施形態に係る電気化学素子Ｅは、図２に示すように、金属支持体１の裏面にＵ字部材７が取り付けられており、金属支持体１とＵ字部材７とで筒状支持体を形成している。
　そして集電部材２６を間に挟んで電気化学素子Ｅが複数積層（複数集合）されて、電気化学モジュールＭが構成されている。集電部材２６は、電気化学素子Ｅの対極電極層６と、Ｕ字部材７とに接合され、両者を電気的に接続している。
　電気化学モジュールＭは、ガスマニホールド１７、集電部材２６、終端部材および電流引出し部を有する。複数積層された電気化学素子Ｅは、筒状支持体の一方の開口端部がガスマニホールド１７に接続されて、ガスマニホールド１７から気体の供給を受ける。供給された気体は、筒状支持体の内部を通流し、金属支持体１の貫通空間１ｃを通って電極層２に供給される。
　図３には、エネルギーシステムＺおよび電気化学装置Ｙの概要が示されている。
　エネルギーシステムＺは、電気化学装置Ｙと、電気化学装置Ｙから排出される熱を再利用する排熱利用部としての熱交換器５３とを有する。
　電気化学装置Ｙは、電気化学モジュールＭと、脱硫器３１と改質器３４とを有し電気化学モジュールＭに対して還元性成分を含有する燃料ガスを供給する燃料供給部と、電気化学モジュールＭから電力を取り出すインバータ３８とを有する。
　詳しくは電気化学装置Ｙは、脱硫器３１、改質水タンク３２、気化器３３、改質器３４、ブロア３５、燃焼部３６、インバータ３８、制御部３９、収納容器４０および電気化学モジュールＭを有する。
　脱硫器３１は、都市ガス等の炭化水素系の原燃料に含まれる硫黄化合物成分を除去（脱硫）する。原燃料中に硫黄化合物が含有される場合、脱硫器３１を備えることにより、硫黄化合物による改質器３４あるいは電気化学素子Ｅに対する影響を抑制することができる。気化器３３は、改質水タンク３２から供給される改質水から水蒸気を生成する。改質器３４は、気化器３３にて生成された水蒸気を用いて脱硫器３１にて脱硫された原燃料を水蒸気改質して、水素を含む改質ガスを生成する。
　電気化学モジュールＭは、改質器３４から供給された改質ガスと、ブロア３５から供給された空気とを用いて、電気化学反応させて発電する。燃焼部３６は、電気化学モジュールＭから排出される反応排ガスと空気とを混合させて、反応排ガス中の可燃成分を燃焼させる。
　電気化学モジュールＭは、複数の電気化学素子Ｅとガスマニホールド１７とを有する。複数の電気化学素子Ｅは互いに電気的に接続された状態で並列して配置され、電気化学素子Ｅの一方の端部（下端部）がガスマニホールド１７に固定されている。電気化学素子Ｅは、ガスマニホールド１７を通じて供給される改質ガスと、ブロア３５から供給された空気とを電気化学反応させて発電する。
　インバータ３８は、電気化学モジュールＭの出力電力を調整して、商用系統（図示省略）から受電する電力と同じ電圧および同じ周波数にする。制御部３９は電気化学装置ＹおよびエネルギーシステムＺの運転を制御する。
　気化器３３、改質器３４、電気化学モジュールＭおよび燃焼部３６は、収納容器４０内に収納される。そして改質器３４は、燃焼部３６での反応排ガスの燃焼により発生する燃焼熱を用いて原燃料の改質処理を行う。
　原燃料は、昇圧ポンプ４１の作動により原燃料供給路４２を通して脱硫器３１に供給される。改質水タンク３２の改質水は、改質水ポンプ４３の作動により改質水供給路４４を通して気化器３３に供給される。そして、原燃料供給路４２は脱硫器３１よりも下流側の部位で、改質水供給路４４に合流されており、収納容器４０外にて合流された改質水と原燃料とが収納容器４０内に備えられた気化器３３に供給される。
　改質水は気化器３３にて気化され水蒸気となる。気化器３３にて生成された水蒸気を含む原燃料は、水蒸気含有原燃料供給路４５を通して改質器３４に供給される。改質器３４にて原燃料が水蒸気改質され、水素ガスを主成分とする改質ガス（還元性成分を有する第１気体）が生成される。改質器３４にて生成された改質ガスは、改質ガス供給路４６を通して電気化学モジュールＭのガスマニホールド１７に供給される。
　ガスマニホールド１７に供給された改質ガスは、複数の電気化学素子Ｅに対して分配され、電気化学素子Ｅとガスマニホールド１７との接続部である下端から電気化学素子Ｅに供給される。改質ガス中の主に水素（還元性成分）が、電気化学素子Ｅにて電気化学反応に使用される。反応に用いられなかった残余の水素ガスを含む反応排ガスが、電気化学素子Ｅの上端から燃焼部３６に排出される。
　反応排ガスは燃焼部３６で燃焼され、燃焼排ガスとなって燃焼排ガス排出口５０から収納容器４０の外部に排出される。燃焼排ガス排出口５０には燃焼触媒部５１（例えば、白金系触媒）が配置され、燃焼排ガスに含有される一酸化炭素や水素等の還元性成分を燃焼除去する。燃焼排ガス排出口５０から排出された燃焼排ガスは、燃焼排ガス排出路５２により熱交換器５３に送られる。
　熱交換器５３は、燃焼部３６における燃焼で生じた燃焼排ガスと、供給される冷水とを熱交換させ、温水を生成する。すなわち熱交換器５３は、電気化学装置Ｙから排出される熱を再利用する排熱利用部として動作する。
　なお、排熱利用部の代わりに、電気化学モジュールＭから（燃焼されずに）排出される反応排ガスを利用する反応排ガス利用部を設けてもよい。反応排ガスには、電気化学素子Ｅにて反応に用いられなかった残余の水素ガスが含まれる。反応排ガス利用部では、残余の水素ガスを利用して、燃焼による熱利用や、燃料電池等による発電が行われ、エネルギーの有効利用がなされる。
＜第３実施形態＞
　図４に、電気化学モジュールＭの他の実施形態を示す。第３実施形態に係る電気化学モジュールＭは、上述の電気化学素子Ｅを、セル間接続部材７１を間に挟んで積層することで、電気化学モジュールＭを構成する。
　セル間接続部材７１は、導電性を有し、かつ気体透過性を有さない板状の部材であり、表面と裏面に、互いに直交する溝７２が形成されている。セル間接続部材７１はステンレス等の金属や、金属酸化物を用いることができる。
　図４に示すように、このセル間接続部材７１を間に挟んで電気化学素子Ｅを積層すると、溝７２を通じて気体を電気化学素子Ｅに供給することができる。詳しくは一方の溝７２が第１気体流路７２ａとなり、電気化学素子Ｅの表側、すなわち対極電極層６に気体を供給する。他方の溝７２が第２気体流路７２ｂとなり、電気化学素子Ｅの裏側、すなわち金属支持体１の裏側の面から貫通空間１ｃを通じて電極層２へ気体を供給する。
　この電気化学モジュールＭを燃料電池として動作させる場合は、第１気体流路７２ａに酸素を供給し、第２気体流路７２ｂに水素を供給する。そうすると電気化学素子Ｅにて燃料電池としての反応が進行し、起電力・電流が発生する。発生した電力は、積層された電気化学素子Ｅの両端のセル間接続部材７１から、電気化学モジュールＭの外部に取り出される。
　なお、本第３実施形態では、セル間接続部材７１の表面と裏面に、互いに直交する溝７２を形成したが、セル間接続部材７１の表面と裏面に、互いに並行する溝７２を形成することもできる。
（他の実施形態）
（１）上記の実施形態では、第２例、第３例に示すように、貫通孔を有する２枚の金属薄板を重ねて金属板とすることで、貫通空間を有する金属板としたが、３枚以上の金属薄板を重ねて金属板とすることにより、貫通空間を有する金属板を形成することもできる。
（２）上記の実施形態では、電気化学素子Ｅを固体酸化物形燃料電池に用いたが、電気化学素子Ｅは、固体酸化物形電解セルや、固体酸化物を利用した酸素センサ等に利用することもできる。
（３）上記の実施形態では、電極層２の材料として例えばＮｉＯ－ＧＤＣ、Ｎｉ－ＧＤＣ、ＮｉＯ－ＹＳＺ、Ｎｉ－ＹＳＺ、ＣｕＯ－ＣｅＯ2、Ｃｕ－ＣｅＯ2などの複合材を用い、対極電極層６の材料として例えばＬＳＣＦ、ＬＳＭ等の複合酸化物を用いた。このように構成された電気化学素子Ｅは、電極層２に水素ガスを供給して燃料極（アノード）とし、対極電極層６に空気を供給して空気極（カソード）とし、固体酸化物形燃料電池セルとして用いることが可能である。この構成を変更して、電極層２を空気極とし、対極電極層６を燃料極とすることが可能なように、電気化学素子Ｅを構成することも可能である。すなわち、電極層２の材料として例えばＬＳＣＦ、ＬＳＭ等の複合酸化物を用い、対極電極層６の材料として例えばＮｉＯ－ＧＤＣ、Ｎｉ－ＧＤＣ、ＮｉＯ－ＹＳＺ、Ｎｉ－ＹＳＺ、ＣｕＯ－ＣｅＯ2、Ｃｕ－ＣｅＯ2などの複合材を用いる。このように構成した電気化学素子Ｅであれば、電極層２に空気を供給して空気極とし、対極電極層６に水素ガスを供給して燃料極とし、電気化学素子Ｅを固体酸化物形燃料電池セルとして用いることができる。
（４）上記の実施形態では、電気化学素子Ｅとして主に平板型や円筒平板型の固体酸化物形燃料電池を用いたが、円筒型の固体酸化物形燃料電池などの電気化学素子に利用することもできる。
（５）上記の実施形態では、金属支持体１（金属板）を電気化学素子Ｅの支持体として用いたが、セラミックス層等の各種材料（支持対象物の一例）の支持体として用いたり、電気化学素子以外の種々の装置に本実施形態の金属板を用いることもできる。
　なお、上記の実施形態で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能である。また本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。
　金属板と、その金属板を備えた金属支持型の電気化学素子および固体酸化物形燃料電池セルとして利用可能である。
１　　　　：金属支持体（金属板）
１ａ　　　：表側面
１ｂ　　　：裏側面
１ｃ　　　：貫通空間
１ｄ　　　：表側開口部
１ｅ　　　：裏側開口部
１ｆ　　　：金属酸化物層
１ｇ　　　：孔領域
１ｈ　　　：単位領域
２　　　　：電極層
３　　　　：中間層
４　　　　：電解質層
５　　　　：反応防止層
６　　　　：対極電極層
７　　　　：Ｕ字部材
１０　　　：第１金属薄板（金属薄板）
１０ａ　　：第１表側面
１０ｂ　　：第１裏側面
１０ｃ　　：第１貫通空間（貫通孔）
１０ｄ　　：第１表側開口部
１０ｅ　　：第１裏側開口部
１０ｇ　　：第１孔領域
２０　　　：第２金属薄板（金属薄板）
２０ａ　　：第２表側面
２０ｂ　　：第２裏側面
２０ｃ　　：第２貫通空間（貫通孔）
２０ｄ　　：第２表側開口部
２０ｅ　　：第２裏側開口部
Ｅ　　　　：電気化学素子
Ｍ　　　　：電気化学モジュール
Ｙ　　　　：電気化学装置
Ｚ　　　　：エネルギーシステム

Claims (15)

  1. 　金属板であって、
    　前記金属板は、複数の金属薄板を重ねて形成されており、
    　前記金属薄板は、厚さ方向に貫通する複数の貫通孔を有し、
    　前記金属板は、複数の前記金属薄板を重ねた状態で、前記金属薄板の前記貫通孔同士が連通する貫通空間を有し、
    　前記金属薄板の厚さを、前記貫通孔の内径で除した値である金属薄板アスペクト比が２以下であり、
    　前記金属板の全体の厚さを、前記貫通空間の内径の最小値で除した値である金属板アスペクト比が３以上である、金属板。
  2. 　前記貫通空間の内径が、前記貫通空間の内径のうちの前記金属板の表面の側の開口部の内径である、請求項１に記載の金属板。
  3. 　複数の前記金属薄板の厚さが同一又は略同一である請求項１又は２に記載の金属板。
  4. 　前記金属板は、金属製の板である第１金属薄板と、前記第１金属薄板よりも厚さの大きい金属製の板である第２金属薄板とを含む、複数の金属薄板を重ねて形成されており、前記第１金属薄板は前記第２金属薄板よりも前記金属板の表面の側に配置されている請求項１から３のいずれか１項に記載の金属板。
  5. 　複数の前記金属薄板のうち少なくとも１枚の前記金属薄板の材料がＦｅ－Ｃｒ系合金である請求項１から４のいずれか１項に記載の金属板。
  6. 　前記金属板の表面の少なくとも一部が金属酸化物膜で覆われている請求項１から５のいずれか１項に記載の金属板。
  7. 　請求項１から６のいずれか１項に記載の金属板の上に、少なくとも電極層と電解質層と対極電極層とが設けられた電気化学素子。
  8. 　前記金属板の厚さ方向に貫通する前記貫通空間の内径としての、前記金属板の表面を構成する第１面の側の第１開口部の内径及び前記第１面とは反対側の第２面の側の第２開口部の内径のうちで、小さい内径が形成されている側の前記金属板の表面の上に、少なくとも電極層と電解質層と対極電極層とが設けられた請求項７に記載の電気化学素子。
  9. 　請求項７又は８に記載の電気化学素子が複数集合した状態で配置される電気化学モジュール。
  10. 　請求項９に記載の電気化学モジュールと改質器とを少なくとも有し、前記電気化学モジュールに対して還元性成分を含有する燃料ガスを供給する燃料供給部を有する電気化学装置。
  11. 　請求項９に記載の電気化学モジュールと、前記電気化学モジュールから電力を取り出すインバータとを少なくとも有する電気化学装置。
  12. 　請求項１０又は１１に記載の電気化学装置と、前記電気化学装置から排出される熱を再利用する排熱利用部とを有するエネルギーシステム。
  13. 　請求項７又は８に記載の電気化学素子を備え、前記電気化学素子で発電反応を生じさせる固体酸化物形燃料電池。
  14. 　厚さ方向に貫通する複数の貫通孔を有する複数の金属薄板を重ねて、前記金属薄板の前記貫通孔同士が連通する貫通空間を形成する、金属板の製造方法であって、
    　前記貫通孔を、パンチング加工、エッチング加工、またはレーザー加工のいずれかにより形成する、金属板の製造方法。
  15. 　厚さ方向に貫通する複数の貫通孔を有する複数の金属薄板を重ねて、前記金属薄板の前記貫通孔同士が連通する貫通空間を形成する、金属板の製造方法であって、
    　金属メッシュもしくはエキスパンドメタルを圧延加工して前記金属薄板を形成する、金属板の製造方法。
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