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公開番号2024129616
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-09-27
出願番号2023038941
出願日2023-03-13
発明の名称電気化学素子、電気化学モジュール、固体酸化物形燃料電池、固体酸化物形電解セル、電気化学装置、エネルギーシステム及び電気化学素子の製造方法
出願人大阪瓦斯株式会社
代理人弁理士法人R&C
主分類H01M 8/1213 20160101AFI20240919BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】昇降温に起因した電気化学素子を構成する層の膨張収縮による当該層の剥離を抑制でき、電極層の劣化も抑制できる電気化学素子を提供する。
【解決手段】電極層2と、電極層2の上に配置された固体電解質層4と、電極層2及び固体電解質層4の少なくともいずれか一方の上に配置された機能層3,5と、を有し、機能層3,5は、積層方向視における周縁部たるリム部3a,5aが非リム部3b,5bよりも多孔質である。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
電極層と、前記電極層の上に配置された固体電解質層と、前記電極層及び前記固体電解質層の少なくともいずれか一方の上に配置された機能層と、を有し、
前記機能層は、積層方向視における周縁部たるリム部が非リム部よりも多孔質である電気化学素子。
続きを表示（約 950 文字）【請求項２】
前記電極層の上に前記機能層としての中間層が配置され、前記中間層の上に前記固体電解質層が配置されており、
前記中間層は、リム部の気孔率が１５．５％以上２６％以下であり、非リム部の気孔率が３．５％以上１０％以下である請求項１に記載の電気化学素子。
【請求項３】
前記固体電解質層の上に前記機能層としての反応防止層が配置されており、
前記反応防止層は、リム部の気孔率が１５．５％以上２６％以下であり、非リム部の気孔率が３．０％以上１０％以下である請求項１に記載の電気化学素子。
【請求項４】
前記機能層の非リム部の気孔率に対するリム部の気孔率の比が１．５以上４．５以下である請求項２又は３に記載の電気化学素子。
【請求項５】
金属支持体と、
前記固体電解質層の上に配置された対極電極層と、を更に備え、
前記電極層は、前記金属支持体の上に配置されている請求項１に記載の電気化学素子。
【請求項６】
請求項５に記載の電気化学素子が複数積層した状態で配置される電気化学モジュール。
【請求項７】
請求項５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。
【請求項８】
請求項５に記載の電気化学素子を備え、前記電気化学素子で電解反応を生じさせる固体酸化物形電解セル。
【請求項９】
請求項５に記載の電気化学素子、又は、請求項６に記載の電気化学モジュールと、
前記電気化学素子又は前記電気化学モジュールに供給する還元性成分を生成する、或いは、前記電気化学素子又は前記電気化学モジュールで生成する還元性成分を含有するガスを変換する燃料変換器と、を少なくとも有する電気化学装置。
【請求項１０】
請求項５に記載の電気化学素子、又は、請求項６に記載の電気化学モジュールと、
前記電気化学素子又は前記電気化学モジュールから電力を取り出す、或いは、前記電気化学素子又は前記電気化学モジュールに電力を流通する電力変換器と、を少なくとも有する電気化学装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極層と、電極層の上に配置された固体電解質層と、電極層及び固体電解質層の少なくともいずれか一方の上に配置された機能層とを有した電気化学素子、並びに、当該電気化学素子の製造方法、当該電気化学素子を備えた電気化学モジュール、固体酸化物形燃料電池、固体酸化物形電解セル、電気化学装置及びエネルギーシステムに関する。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
金属支持型や電解質支持型、電極支持型の固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）は、セラミックからなる電極層や電解質層が積層された構造を有している。
【０００３】
例えば、特許文献１には、金属基板の上にセラミックのアノード層が形成され、その上にセラミックからなる電解質層や中間層が積層されて構成された固体酸化物形燃料電池が開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
特表２０１１－５２４８４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、固体酸化物形燃料電池は、製造時や使用時における昇降温によって金属支持体やセラミックス各層の熱膨張係数の差に起因して生じる応力によって、セラミックス層の積層方向視における周縁部（リム部）で剥離が生じ易いという問題がある。
【０００６】
また、金属支持型の固体酸化物形燃料電池においては、金属支持体上に形成された電極層にガスを供給する必要がある。そこで、例えば、金属支持体として金属板を使用する場合には、金属支持体に複数の貫通孔が形成された領域（穿孔領域）が設けられる。通常、金属支持体上に形成された電極層のリム部は、積層方向視において金属支持体の穿孔領域の外側に形成されている。そのため、当該電極層を燃料極層として固体酸化物形燃料電池を運転した場合、燃料極層で発生した水蒸気が放出され難く、リム部が劣化し易い。
【０００７】
本発明は以上の実情に鑑みなされたものであり、昇降温に起因した電気化学素子を構成する層の膨張収縮による当該層の剥離を抑制でき、電極層の劣化も抑制できる電気化学素子、並びに、当該電気化学素子の製造方法、当該電気化学素子を備えた電気化学モジュール、固体酸化物形燃料電池、固体酸化物形電解セル、電気化学装置及びエネルギーシステムの提供を、その目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための本発明に係る電気化学素子の特徴構成は、
電極層と、前記電極層の上に配置された固体電解質層と、前記電極層及び前記固体電解質層の少なくともいずれか一方の上に配置された機能層と、を有し、
前記機能層は、積層方向視における周縁部たるリム部が非リム部よりも多孔質である点にある。
【０００９】
上記特徴構成によれば、電極層の上に配置された機能層や、固体電解質層の上に配置された機能層のリム部が非リム部よりも多孔質である。そのため、製造時や使用時の昇降温に伴って電気化学素子を構成する各層が膨張収縮し、電極層と機能層との間や固体電解質層と機能層との間に応力が生じたとしても、各機能層のリム部によって応力が吸収緩和され、機能層の剥離が抑えられる。
また、上記特徴構成によれば、電気化学素子の使用態様によって電極層で水蒸気が発生する場合であっても、当該電極層上の機能層のリム部が多孔質であることで、電極層で発生した水蒸気が機能層に放出される。したがって、電極層のリム部の劣化が抑えられる。
つまり、上記特徴構成によれば、昇降温に起因した電気化学素子を構成する層の膨張収縮による当該層の剥離を抑制でき、電極層の劣化も抑制できる。
【００１０】
本発明に係る電気化学素子の更なる特徴構成は、
前記電極層の上に前記機能層としての中間層が配置され、前記中間層の上に前記固体電解質層が配置されており、
前記中間層は、リム部の気孔率が１５．５％以上２６％以下であり、非リム部の気孔率が３．５％以上１０％以下である点にある。
（【００１１】以降は省略されています）

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