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公開番号
2025045901
公報種別
公開特許公報(A)
公開日
2025-04-02
出願番号
2023153937
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】燃料極と、空気極と、燃料極と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、を材料として用いて形成され、燃料極には、気孔が形成されており、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、工程の初期における燃料極の寸法をLIとし、工程の終期における燃料極の寸法をLRとし、寸法変化率ΔL(%)をΔL={(LR-LI)/LI}×100としたとき、ΔL(%)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】
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、
前記燃料極には、気孔が形成されており、
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、
前記工程の初期における前記燃料極の寸法をLIとし、
前記工程の終期における前記燃料極の寸法をLRとし、
寸法変化率ΔL(%)をΔL={(LR-LI)/LI}×100としたとき、
ΔL(%)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 880 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、
前記固体電解質層に生じる残留歪S(%)は、下記式(1)で表され、-2.5%以上-0.5%以下である、
固体酸化物形電解セルの製造方法。
TIFF
2025045901000006.tif
37
139
【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 1,600 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、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、前記燃料極には、気孔が形成されており、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、前記工程の初期における前記燃料極の寸法をLIとし、前記工程の終期における前記燃料極の寸法をLRとし、寸法変化率ΔL(%)をΔL={(LR-LI)/LI}×100としたとき、ΔL(%)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、前記固体電解質層に生じる残留歪S(%)は、下記式(1)で表され、-2.5%以上-0.5%以下であってもよい。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】
TIFF
2025045901000002.tif
37
139
【0010】
(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。
(【0011】以降は省略されています)
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