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公開番号2024131815
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-09-30
出願番号2023042288
出願日2023-03-16
発明の名称電気化学素子の製造方法、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、電気化学装置およびエネルギーシステム
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 8/124 20160101AFI20240920BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】耐久性を向上した電気化学素子、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、及び耐久性を向上した電気化学素子の製造方法の提供。
【解決手段】貫通孔1aを有する金属支持体1の上に電極層2を形成して電気化学素子Eを製造する製造方法であって、電極層2の材料と造孔材とを含有するペーストを準備する準備ステップと、電極層ペーストが貫通孔1aに入り込むようなペーストを金属支持体1の表面に塗布する塗布ステップと、塗布ステップを終えた金属支持体1を焼成する焼成ステップと、塗布されたペーストの層又は焼成された電極層2を圧縮する圧縮ステップと、を含む。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
貫通孔を有する金属支持体の上に電極層を形成して電気化学素子を製造する製造方法であって、
前記電極層の材料と造孔材とを含有するペーストを準備する準備ステップと、
前記ペーストが前記貫通孔に入り込むように前記ペーストを前記金属支持体の表面に塗布する塗布ステップと、
前記ペーストが塗布された前記金属支持体を焼成する焼成ステップと、
塗布された前記ペーストの層又は焼成された前記電極層を圧縮する圧縮ステップと、を含む電気化学素子の製造方法。
続きを表示（約 790 文字）【請求項２】
前記準備ステップにおいて、前記ペーストの粘度が、前記塗布ステップの実行時に前記ペーストが前記貫通孔に入り込む程度に低く調整される請求項１に記載の電気化学素子の製造方法。
【請求項３】
前記焼成ステップは、酸素の分圧が４．０×１０
－８
ｂａｒ以上４．０×１０
－６
ｂａｒ以下の雰囲気下で行う、請求項１に記載の電気化学素子の製造方法。
【請求項４】
前記焼成ステップは、加湿した不活性ガス雰囲気下で行う請求項３に記載の電気化学素子の製造方法。
【請求項５】
前記不活性ガスが窒素である請求項４に記載の電気化学素子の製造方法。
【請求項６】
前記焼成ステップは、８００℃以上１１００℃以下の温度で行う請求項１に記載の電気化学素子の製造方法。
【請求項７】
前記焼成ステップを行う前に、油分を除去する脱脂ステップを行う請求項１に記載の電気化学素子の製造方法。
【請求項８】
前記脱脂ステップは、１５０℃以上６５０℃以下の温度で行う請求項７に記載の電気化学素子の製造方法。
【請求項９】
貫通孔を有する金属支持体と、
前記金属支持体の上に形成された電極層と、を備え、
前記電極層は、
前記貫通孔を覆う層状の部位である第一部位と、
前記第一部位と連続する部位であって前記第一部位から前記貫通孔の内部へ進入している第二部位と、を備え、
前記第二部位の気孔率は前記第一部位の気孔率よりも大きい電気化学素子。
【請求項１０】
前記第二部位が、前記貫通孔の深さの半分を超えて前記貫通孔の内部へ進入している請求項９に記載の電気化学素子。
（【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、電気化学素子の製造方法、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、電気化学装置およびエネルギーシステムに関する。
続きを表示（約 1,300 文字）【背景技術】
【０００２】
従来の電解質支持型の固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）や電極支持型のＳＯＦＣでは、層間の十分な密着強度や良質な電極層や電解質層を得るために、高温（例えば１４００℃程度）での焼成が行われる。
【０００３】
近年では、堅牢性向上のため、金属基板上に燃料極、空気極及び電解質層を支持させる金属支持型のＳＯＦＣが開発されている。
【０００４】
特許文献１には、金属支持型固体酸化物燃料電池が開示されている。図１には、中心領域を通る数千もの孔をレーザードリル加工することによって、部分的に多孔質にしたフェライトステンレススチール基材が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特許第６７９４５０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
金属製の基板に孔開けの加工を施すと、孔の内面に金属の素地が露出する可能性がある。そのため、電気化学素子が燃料電池や電解セルとして用いられた場合に、基板が劣化する可能性がある。
【０００７】
本発明は上記実情に鑑みなされたものであり、耐久性を向上した電気化学素子、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、及び耐久性を向上した電気化学素子製造方法の提供を、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電気化学素子の製造方法の特徴構成は、貫通孔を有する金属支持体の上に電極層を形成して電気化学素子を製造する製造方法であって、前記電極層の材料と造孔材とを含有するペーストを準備する準備ステップと、前記ペーストが前記貫通孔に入り込むように前記ペーストを前記金属支持体の表面に塗布する塗布ステップと、前記ペーストが塗布された前記金属支持体を焼成する焼成ステップと、塗布された前記ペーストの層又は焼成された前記電極層を圧縮する圧縮ステップと、を含む点にある。
【０００９】
上記の特徴構成によれば、塗布ステップにおいてペーストが貫通孔に入り込む。焼成ステップにおいて金属支持体が焼成される。そうすると、焼成後の金属支持体において貫通孔の内部に電極層が入り込んだ状態となり、貫通孔の内面が電極層に覆われる。従って、製造された電気化学素子の耐久性が向上する。加えて、圧縮ステップの実行によってペースト層内の造孔材（又は焼成時に造孔材の消失で生じた細孔）は小さくなる一方、貫通孔に入り込んだペースト内の造孔材（又は焼成時に造孔材の消失で生じた細孔）は大きいままである。そのため、貫通孔に入り込んだ電極層の気孔率が比較的大きくなるから、貫通孔の気体透過性の低下が抑制される。従って、製造された電気化学素子の性能の低下が抑制される。
【００１０】
本発明に係る電気化学素子の製造方法の別の特徴構成は、前記焼成ステップは、酸素の分圧が４．０×１０
－８
ｂａｒ以上４．０×１０
－６
ｂａｒ以下の雰囲気下で行う点にある。
（【００１１】以降は省略されています）

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