特許ウォッチ

公開番号2025045900
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-02
出願番号2023153936
出願日2023-09-20
発明の名称固体酸化物形電解セルの製造方法
出願人日本特殊陶業株式会社
代理人個人,個人
主分類C25B 11/04 20210101AFI20250326BHJP(電気分解または電気泳動方法;そのための装置)
要約【課題】固体酸化物形電解セルの使用時に固体電解質にクラックが発生することを抑制できる技術を提供する。
【解決手段】支持体を兼ねる燃料極と、空気極と、前記燃料極と前記空気極との間に設けられた固体電解質層と、を備える固体酸化物形電解セルの製造方法であって、燃料極は、酸化ニッケルと、酸素イオン伝導性を有するセラミック材料と、を用いて形成され、還元雰囲気で熱処理することにより、非還元体の状態にある燃料極を還元体の状態とする工程を含み、工程の実行前における燃料極の25℃での寸法をL1とし、工程の実行後における燃料極の25℃での寸法をL2とし、寸法変化量ΔLをΔL=L2-L1としたとき、ΔL/L1が-0.05%以上0%以下である。
【選択図】図7
特許請求の範囲【請求項１】
支持体を兼ねる燃料極と、空気極と、前記燃料極と前記空気極との間に設けられた固体電解質層と、を備える固体酸化物形電解セルの製造方法であって、
前記燃料極は、酸化ニッケルと、酸素イオン伝導性を有するセラミック材料と、を材料として用いて形成され、
還元雰囲気で熱処理することにより、非還元体の状態にある前記燃料極を還元体の状態とする工程を含み、
前記工程の実行前における前記燃料極の２５℃での寸法をＬ１とし、
前記工程の実行後における前記燃料極の２５℃での寸法をＬ２とし、
寸法変化量ΔＬをΔＬ＝Ｌ２－Ｌ１としたとき、
ΔＬ／Ｌ１が－０.０５％以上０％以下である、
固体酸化物形電解セルの製造方法。
続きを表示（約 870 文字）【請求項２】
請求項１に記載の固体酸化物形電解セルにおいて、
前記燃料極に用いられる前記酸化ニッケルの平均粒径をＲ１とし、
前記燃料極に用いられる前記セラミック材料の平均粒径をＲ２としたとき、
Ｒ２／Ｒ１が０．６以上である、
固体酸化物形電解セルの製造方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の固体酸化物形電解セルにおいて、
前記燃料極は、前記固体電解質層側から順に燃料極機能層と、前記燃料極機能層よりも気孔率が大きい燃料極基板層とを含む、
固体酸化物形電解セルの製造方法。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の固体酸化物形電解セルにおいて、
前記燃料極には、水蒸気を含む燃料ガスが、１００～１３０リットル／（分・ｃｍ
２
）の流量で供給されて用いられる、
固体酸化物形電解セルの製造方法。
【請求項５】
請求項１または請求項２に記載の固体酸化物形電解セルにおいて、
前記空気極には、酸素を含むガスが、３０～５０リットル／（分・ｃｍ
２
）の流量で供給されて用いられる、
固体酸化物形電解セルの製造方法。
【請求項６】
請求項１または請求項２に記載の固体酸化物形電解セルにおいて、
前記燃料極には、水蒸気を含む燃料ガスが、１００～１３０リットル／（分・ｃｍ
２
）の流量で供給されて用いられ、
前記空気極には、酸素を含むガスが、３０～５０リットル／（分・ｃｍ
２
）の流量で供給されて用いられる、
固体酸化物形電解セルの製造方法。
【請求項７】
請求項１または請求項２に記載の固体酸化物形電解セルにおいて、
前記空気極が面する空気室の容積が、９ｃｍ
３
～１１ｃｍ
３
である、
固体酸化物形電解セルの製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、固体酸化物形電解セルの製造方法に関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
水素と酸素との電気化学反応を利用して発電を行う固体酸化物形の燃料電池（以下、「ＳＯＦＣ」という。）が知られている。例えば、特許文献１に記載のＳＯＦＣの構成単位である燃料電池の単セルは、固体酸化物を含む電解質層と、電解質層に対して一方側に配置された空気極と、電解質層に対して他方側に配置された燃料極とを備える。空気極に供給された酸素から解離された酸素イオンが、固体電解質の酸素伝導度に基づいて燃料極に移動し、燃料極に供給される燃料ガスに含まれる水素と反応し水蒸気を生成すると共に電気を発生する。
【０００３】
上記のＳＯＦＣは、逆向きに通電することにより、固体酸化物形電解セル（以下、単に「ＳＯＥＣ」という。）として用いることが可能であり、再生可能エネルギーの導入過程で課題となっている余剰電力等を用いて水蒸気を水素に変換する形態の蓄エネルギー技術として用いられることが知られている。燃料極に水蒸気を供給するとともに、空気極と燃料極との間に電流を流すと、水蒸気が電気分解され燃料極から水素が発生し、燃料極で生成した酸素イオンが固体電解質の酸素伝導度に基づいて空気極に移動し、空気極から酸素が発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０２３－０８０４５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般的にＳＯＦＣでは、使用時に燃料極で酸素が消費されるため、ガス圧力が下がるが、ＳＯＥＣでは、使用時に空気極側で酸素が発生するため、ガス圧力が上がり、ＳＯＦＣとは異なる応力がかかり、固体電解質にクラックが発生する虞がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示は、以下の形態として実現することができる。
【０００７】
（１）本開示の一形態によれば、固体酸化物形電解セルの製造方法が提供される。この固体酸化物形電解セルの製造方法は、支持体を兼ねる燃料極と、空気極と、前記燃料極と前記空気極との間に設けられた固体電解質層と、を備える固体酸化物形電解セルの製造方法であって、前記燃料極は、酸化ニッケルと、酸素イオン伝導性を有するセラミック材料と、を材料として用いて形成され、還元雰囲気で熱処理することにより、非還元体の状態にある前記燃料極を還元体の状態とする工程を含み、前記工程の実行前における前記燃料極の２５℃での寸法をＬ１とし、前記工程の実行後における前記燃料極の２５℃での寸法をＬ２とし、寸法変化量ΔＬをΔＬ＝Ｌ２－Ｌ１としたとき、ΔＬ／Ｌ１が－０.０５％以上０％以下である。この形態の固体酸化物形電解セルの製造方法によれば、固体酸化物形電解セルの使用時に固体電解質にクラックが発生することを抑制することができる。
【０００８】
（２）上記（１）に記載の固体酸化物形電解セルの製造方法において、前記燃料極に用いられる前記酸化ニッケルの平均粒径をＲ１とし、前記燃料極に用いられる前記セラミック材料の平均粒径をＲ２としたとき、Ｒ２／Ｒ１が０．６以上であってもよい。この形態の固体酸化物形電解セルの製造方法によれば、固体酸化物形電解セルの使用時に固体電解質にクラックが発生することを、より効果的に抑制することができる。
【０００９】
（３）上記（１）または上記（２）に記載の固体酸化物形電解セルの製造方法において、前記燃料極は、前記固体電解質層側から順に燃料極機能層と、前記燃料極機能層よりも気孔率が大きい燃料極基板層とを含んでもよい。この形態の固体酸化物形電解セルの製造方法によれば、燃料極機能層の強度を確保することができる。
【００１０】
（４）上記（１）から上記（３）までのいずれか一項に記載の固体酸化物形電解セルの製造方法において、前記燃料極には、水蒸気を含む燃料ガスが、１００～１３０リットル／（分・ｃｍ
２
）の流量で供給されて用いられてもよい。この形態の固体酸化物形電解セルによれば、固体酸化物形電解セルの使用時において水素と酸素が発生することにより固体電解質層に応力がかかるが、この製造方法によれば、固体酸化物形電解セルの使用時に固体電解質にクラックが発生することを抑制することができる。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許