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公開番号2024168559
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-12-05
出願番号2023085349
出願日2023-05-24
発明の名称固体電解質型電気化学セル用カソード電極、およびそれを含む固体電解質型電気化学セル、ならびにその固体電解質型電気化学セルを用いたアンモニアの製造方法
出願人国立大学法人北海道大学
代理人個人,個人
主分類C25B 11/073 20210101AFI20241128BHJP(電気分解または電気泳動方法;そのための装置)
要約【課題】水蒸気及び窒素から、従来技術よりも高いファラデー効率でアンモニアを製造可能な固体電解質型電気化学セル用カソード電極を提供する。
【解決手段】NbおよびVからなる群から選択されるいずれか一種以上である第1金属の窒化物を含む窒化物層と、前記窒化物層上に、Ru、FeおよびCoからなる群から選択されるいずれか一種以上である第2金属を含む金属層と、を含む、固体電解質型電気化学セル用カソード電極。
【選択図】図13
特許請求の範囲【請求項１】
ＮｂおよびＶからなる群から選択されるいずれか一種以上である第１金属の窒化物を含む窒化物層と、
前記窒化物層上に、Ｒｕ、ＦｅおよびＣｏからなる群から選択されるいずれか一種以上である第２金属を含む金属層と、を含む、固体電解質型電気化学セル用カソード電極。
続きを表示（約 330 文字）【請求項２】
前記第１金属をＭ、前記窒化物をＭＮｘとしたとき、ｘは０．６～１．１以下である、請求項１に記載の固体電解質型電気化学セル用カソード電極。
【請求項３】
請求項１または２に記載の固体電解質型電気化学セル用カソード電極と、固体電解質層と、アノード電極と、をこの順に有する、固体電解質型電気化学セル。
【請求項４】
請求項３に記載の固体電解質型電気化学セルの、前記アノード電極に水蒸気を供給し、前記カソード電極に窒素を供給することと、
前記固体電解質型電気化学セルに印加する電圧を増大させてアンモニアを生じさせた後当該印加電圧を低下させること、を繰り返すこと、
を含む、アンモニアの製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は固体電解質型電気化学セル用カソード電極、およびそれを含む固体電解質型電気化学セル、ならびにその固体電解質型電気化学セルを用いたアンモニアの製造方法に関する。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、水系電解質を用いてアンモニアを製造する方法が行われていた。当該方法では、アンモニアが水系電解質に溶解し、その分離が困難であるため、純粋なアンモニアを得ることが困難であった。
【０００３】
近年、固体電解質を用いた電気化学セルにより、アンモニアを製造する方法が研究されている。これにより、アンモニアが水系電解質に溶解することなく、より容易に純粋なアンモニアを得ることができる。
また、よりグリーンなアンモニア製造方法として、水蒸気および窒素からアンモニアを製造する方法が注目されている。
【０００４】
非特許文献１は、カソード電極にＮｉ－ＢａＣｅ
０．９
Ｙ
０．１
Ｏ
３－δ
サーメット電極を用いること等により、水蒸気及び窒素から、０．１５％のファラデー効率でアンモニアを製造できる固体電解質型電気化学セルを開示している。
非特許文献２は、カソード電極にＡｇ電極を用いること等により、水蒸気及び窒素から、０．４６％のファラデー効率でアンモニアを製造できる固体電解質型電気化学セルを用いた電気化学セルを開示している。
また、非特許文献２は、カソード電極にＬａ
０．６
Ｓｒ
０．４
Ｃｏ
０．２
Ｆｅ
０．８
Ｏ
３－δ
電極を用いること等により、水蒸気及び窒素から、０．３３％のファラデー効率でアンモニアを製造できる固体電解質型電気化学セルも開示している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
N.Shimoda et al., Journal of the Ceramic Society of Japan, 125(4),252-256 (2017)
D.S.Yun et al., Journal of Power Sources, 284, 245-251 (2015)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
非特許文献１および２に開示されるような従来技術では、いずれもアンモニア生成のファラデー効率が低く、更なる改善が求められている。
【０００７】
本開示はこのような状況に鑑みてなされたものであり、その目的の１つは、水蒸気及び窒素から、従来技術よりも高いファラデー効率でアンモニアを製造可能な固体電解質型電気化学セル用カソード電極、およびそれを含む固体電解質型電気化学セル、ならびにその固体電解質型電気化学セルを用いたアンモニアの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の態様１は、
ＮｂおよびＶからなる群から選択されるいずれか一種以上である第１金属の窒化物を含む窒化物層と、
前記窒化物層上に、Ｒｕ、ＦｅおよびＣｏからなる群から選択されるいずれか一種以上である第２金属を含む金属層と、を含む、固体電解質型電気化学セル用カソード電極である。
【０００９】
本発明の態様２は、
前記第１金属をＭ、前記窒化物をＭＮｘとしたとき、ｘは０．６～１．１以下である、態様１に記載の固体電解質型電気化学セル用カソード電極である。
【００１０】
本発明の態様３は、
態様１または２に記載の固体電解質型電気化学セル用カソード電極と、固体電解質層と、アノード電極と、をこの順に有する、固体電解質型電気化学セルである。
（【００１１】以降は省略されています）

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