JP2003288904A - 電気化学素子及び酸素濃縮器並びに燃料電池 - Google Patents
電気化学素子及び酸素濃縮器並びに燃料電池Info
- Publication number
- JP2003288904A JP2003288904A JP2002088517A JP2002088517A JP2003288904A JP 2003288904 A JP2003288904 A JP 2003288904A JP 2002088517 A JP2002088517 A JP 2002088517A JP 2002088517 A JP2002088517 A JP 2002088517A JP 2003288904 A JP2003288904 A JP 2003288904A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- oxide
- layer
- mixed
- electrochemical device
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
- Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 製造が容易で、しかも電極の抵抗を低減する
ことができる電気化学素子及び酸素濃縮器並びに燃料電
池を提供すること。 【解決手段】 セラミック基板（７）の表面には酸化物
電極層（３１）が形成され、酸化物電極層（３１）の表
面には混合電極層（３３）が形成され、混合電極層（３
３）の表面には金属電極層（３５）が形成され、これに
より、三層電極構造の積層電極である陰極層（１１）が
構成されている。このうち、セラミック基板７は、酸素
イオンが透過可能な固体電解質層である。酸化物電極層
（３１）は、酸素分解能を有する酸化物層である。混合
電極層（３３）は、金属電極層（３５）の金属材料と酸
化物材料との混合材料から構成されている。金属電極層
（３５）は、金属材料から構成されている。
ことができる電気化学素子及び酸素濃縮器並びに燃料電
池を提供すること。 【解決手段】 セラミック基板（７）の表面には酸化物
電極層（３１）が形成され、酸化物電極層（３１）の表
面には混合電極層（３３）が形成され、混合電極層（３
３）の表面には金属電極層（３５）が形成され、これに
より、三層電極構造の積層電極である陰極層（１１）が
構成されている。このうち、セラミック基板７は、酸素
イオンが透過可能な固体電解質層である。酸化物電極層
（３１）は、酸素分解能を有する酸化物層である。混合
電極層（３３）は、金属電極層（３５）の金属材料と酸
化物材料との混合材料から構成されている。金属電極層
（３５）は、金属材料から構成されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば医療分野や
工業用途などに使用できる電気化学素子及び酸素濃縮器
並びに燃料電池に関する。
工業用途などに使用できる電気化学素子及び酸素濃縮器
並びに燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、セラミック製の電気化学素子
を用いて、電気化学反応により、例えば、空気から酸素
を取り出す酸素濃縮器や、燃料ガスから電気を取り出す
燃料電池が知られている。
を用いて、電気化学反応により、例えば、空気から酸素
を取り出す酸素濃縮器や、燃料ガスから電気を取り出す
燃料電池が知られている。
【０００３】この種の電気化学素子は、緻密性の固体電
解質から成る固体電解質層と、その固体電解質層を挟む
ように両側に設けられた一対の触媒電極層（陽極層及び
陰極層）とから構成されている。そして、例えば燃料電
池では、その燃料電池用空気極（空気側の電極）は、通
常、例えばランタンマンガンナイト等の酸化物材料なら
なる酸化物電極で構成されていた。
解質から成る固体電解質層と、その固体電解質層を挟む
ように両側に設けられた一対の触媒電極層（陽極層及び
陰極層）とから構成されている。そして、例えば燃料電
池では、その燃料電池用空気極（空気側の電極）は、通
常、例えばランタンマンガンナイト等の酸化物材料なら
なる酸化物電極で構成されていた。
【０００４】また、前記酸化物電極を設ける技術とは別
に、酸化物電極上に金属層を設けるという技術（例えば
特開２０００−７０７０６号公報参照）も提案されてい
る。
に、酸化物電極上に金属層を設けるという技術（例えば
特開２０００−７０７０６号公報参照）も提案されてい
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た燃料電池用空気極として、酸化物電極を用いる技術の
場合には、一般に、酸化物電極の平面方向における電子
伝導度が低いので、導電性を有するセパレータを導電部
材として用い、セパレータと酸化物電極とを多くの接点
で接触させることで、電子伝導度の低さを補っていた。
た燃料電池用空気極として、酸化物電極を用いる技術の
場合には、一般に、酸化物電極の平面方向における電子
伝導度が低いので、導電性を有するセパレータを導電部
材として用い、セパレータと酸化物電極とを多くの接点
で接触させることで、電子伝導度の低さを補っていた。
【０００６】ところが、セパレータの接点の数を多くし
て接点密度を大きくしても、十分に抵抗を低下させるこ
とができないという問題があった。また、セパレータに
よる良好な接点（特に多数の接点）の確保は、極めて高
い寸法精度が要求されるので、その製作が容易ではない
という問題もあった。
て接点密度を大きくしても、十分に抵抗を低下させるこ
とができないという問題があった。また、セパレータに
よる良好な接点（特に多数の接点）の確保は、極めて高
い寸法精度が要求されるので、その製作が容易ではない
という問題もあった。
【０００７】一方、前記酸化物電極上に金属層を設ける
という技術の場合には、酸化物電極のみの場合より、抵
抗を低下させることはできるが、必ずしも十分ではな
い。本発明は以上の点に鑑みなされたものであり、製造
が容易で、しかも電極の抵抗を十分に低下させることが
できる電気化学素子及び酸素濃縮器並びに燃料電池を提
供すること目的とする。
という技術の場合には、酸化物電極のみの場合より、抵
抗を低下させることはできるが、必ずしも十分ではな
い。本発明は以上の点に鑑みなされたものであり、製造
が容易で、しかも電極の抵抗を十分に低下させることが
できる電気化学素子及び酸素濃縮器並びに燃料電池を提
供すること目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】（１）請
求項１の発明では、固体電解質基材上に電極を設け、酸
素のポンピングを行うセラミック製の電気化学素子にお
いて、酸素分解能を有し前記固体電解質基材上に形成さ
れた酸化物電極と、金属材料と酸化物材料との混合材料
を用いて前記酸化物電極上に形成された混合電極と、を
有する積層電極を備えたことを特徴とする。
求項１の発明では、固体電解質基材上に電極を設け、酸
素のポンピングを行うセラミック製の電気化学素子にお
いて、酸素分解能を有し前記固体電解質基材上に形成さ
れた酸化物電極と、金属材料と酸化物材料との混合材料
を用いて前記酸化物電極上に形成された混合電極と、を
有する積層電極を備えたことを特徴とする。
【０００９】本発明では、電気化学素子の電極として、
酸化物電極上に混合電極を形成した（少なくとも二層電
極構造の）積層電極を用いるので、従来の酸化物電極の
みのものや、酸化物電極と金属電極とを積層したものに
比べて、後の実験例に示す様に、電気抵抗を大きく低下
させること（即ち導電性を高めること）ができる。これ
により、消費電力を低減することができる。
酸化物電極上に混合電極を形成した（少なくとも二層電
極構造の）積層電極を用いるので、従来の酸化物電極の
みのものや、酸化物電極と金属電極とを積層したものに
比べて、後の実験例に示す様に、電気抵抗を大きく低下
させること（即ち導電性を高めること）ができる。これ
により、消費電力を低減することができる。
【００１０】また、本発明の積層電極は、従来より導電
性が大きいので、電極に接触する接点の数を少なくする
ことができる。更に、例えば電極の周囲を覆うセパレー
タを加工して接点を設ける場合には、良好な多数の接点
の確保は、極めて高い寸法精度が要求されるので、その
製作が容易ではないが、本発明では、接点の数を例えば
１個等の極めて少ない数に低減できるので、その製造が
容易であるという顕著な効果を奏する。
性が大きいので、電極に接触する接点の数を少なくする
ことができる。更に、例えば電極の周囲を覆うセパレー
タを加工して接点を設ける場合には、良好な多数の接点
の確保は、極めて高い寸法精度が要求されるので、その
製作が容易ではないが、本発明では、接点の数を例えば
１個等の極めて少ない数に低減できるので、その製造が
容易であるという顕著な効果を奏する。
【００１１】尚、本発明の構成により、電極の抵抗が低
下するのは、混合電極により、酸化物電極と接触する導
電性物質（金属）の表面積が増加するからと推定され
る。また、前記酸化物としては、酸化物電極に用いた酸
化物材料を使用できる。 （２）請求項２の発明では、前記積層電極は、更に、前
記混合電極上に、金属電極を備えたことを特徴とする。
下するのは、混合電極により、酸化物電極と接触する導
電性物質（金属）の表面積が増加するからと推定され
る。また、前記酸化物としては、酸化物電極に用いた酸
化物材料を使用できる。 （２）請求項２の発明では、前記積層電極は、更に、前
記混合電極上に、金属電極を備えたことを特徴とする。
【００１２】本発明では、電気化学素子の電極として、
酸化物電極上に混合電極を形成し、更に混合電極上に金
属電極を設けた（少なくとも三層電極構造の）積層電極
を用いるので、後の実験例で示す様に、前記請求項１の
発明より、一層電極の抵抗値が低下する。これにより、
一層消費電力を低減することができる。
酸化物電極上に混合電極を形成し、更に混合電極上に金
属電極を設けた（少なくとも三層電極構造の）積層電極
を用いるので、後の実験例で示す様に、前記請求項１の
発明より、一層電極の抵抗値が低下する。これにより、
一層消費電力を低減することができる。
【００１３】尚、前記金属電極の材料としては、前記混
合電極で用いた金属材料を使用できる。 （３）請求項３の発明では、前記積層電極は、前記固体
電解質基材の一方の面又は両方の面に形成されたことを
特徴とする。
合電極で用いた金属材料を使用できる。 （３）請求項３の発明では、前記積層電極は、前記固体
電解質基材の一方の面又は両方の面に形成されたことを
特徴とする。
【００１４】本発明は、電気化学素子の構成を例示した
ものである。例えば酸素濃縮器の場合には、固体電解質
基材の両側（陽極及び陰極）に、前記積層電極を形成し
た構成を採用できる。また、例えば燃料電池の場合に
は、固体電解質基材の一方の側（カソード）に、前記積
層電極を形成した構成を採用できる。
ものである。例えば酸素濃縮器の場合には、固体電解質
基材の両側（陽極及び陰極）に、前記積層電極を形成し
た構成を採用できる。また、例えば燃料電池の場合に
は、固体電解質基材の一方の側（カソード）に、前記積
層電極を形成した構成を採用できる。
【００１５】（４）請求項４の発明では、前記固体電解
質基材は、平面状の基板又は筒状に曲げられた形状の基
板であることを特徴とする。本発明は、電気化学素子の
構成を例示したものである。例えば平板状の固定電解質
基板を用いる場合には、その一方の面に陽極（又はアノ
ード）を設けるとともに他方の面に陰極（又はカソー
ド）を設けた構成や、一方の面に陽極（又はアノード）
及び陰極（又はカソード）を設けた構成を採用できる。
質基材は、平面状の基板又は筒状に曲げられた形状の基
板であることを特徴とする。本発明は、電気化学素子の
構成を例示したものである。例えば平板状の固定電解質
基板を用いる場合には、その一方の面に陽極（又はアノ
ード）を設けるとともに他方の面に陰極（又はカソー
ド）を設けた構成や、一方の面に陽極（又はアノード）
及び陰極（又はカソード）を設けた構成を採用できる。
【００１６】また、例えば筒状の固定電解質基板を用い
る場合には、その一方の面に陽極（又はアノード）を設
けるとともに他方の面に陰極（又はカソード）を設けた
構成を採用できる。尚、筒状の一端が閉塞されたものや
両端が開放されたものなどを採用できる。
る場合には、その一方の面に陽極（又はアノード）を設
けるとともに他方の面に陰極（又はカソード）を設けた
構成を採用できる。尚、筒状の一端が閉塞されたものや
両端が開放されたものなどを採用できる。
【００１７】（５）請求項５の発明では、前記固体電解
質基材の材料として、全安定化ジルコニア、部分安定化
ジルコニア、ランタンガレート、及び希土類元素又はア
ルカリ土類金属元素をドープ（添加）した酸化セリウム
のうち１種を用いたことを特徴とする。
質基材の材料として、全安定化ジルコニア、部分安定化
ジルコニア、ランタンガレート、及び希土類元素又はア
ルカリ土類金属元素をドープ（添加）した酸化セリウム
のうち１種を用いたことを特徴とする。
【００１８】本発明は、固体電解質基材の材料を例示し
たものである。本発明では、固体電解質基材の材料とし
て、全安定化ジルコニアや、部分安定化ジルコニアや、
ランタンガレートや、希土類元素又はアルカリ土類金属
元素をドープした酸化セリウムを用いることができる。
たものである。本発明では、固体電解質基材の材料とし
て、全安定化ジルコニアや、部分安定化ジルコニアや、
ランタンガレートや、希土類元素又はアルカリ土類金属
元素をドープした酸化セリウムを用いることができる。
【００１９】尚、全安定化ジルコニア又は部分安定化ジ
ルコニアとは、希土類など（例えばスカンジウム、イッ
トリア、ランタン、カルシウムなど）を添加したジルコ
ニアである。 （６）請求項６の発明では、前記酸化物電極を構成する
酸化物の材料として、複合酸化物、又は前記複合酸化物
と前記固体電解質基材の材料との混合物を用いることを
特徴とする。
ルコニアとは、希土類など（例えばスカンジウム、イッ
トリア、ランタン、カルシウムなど）を添加したジルコ
ニアである。 （６）請求項６の発明では、前記酸化物電極を構成する
酸化物の材料として、複合酸化物、又は前記複合酸化物
と前記固体電解質基材の材料との混合物を用いることを
特徴とする。
【００２０】本発明は、酸化物電極を構成する酸化物の
材料を例示したものである。この材料を用いることによ
り、酸素ガスが速やかにイオン化され、固体電解質中に
取り込まれるという利点がある。ここで、複合酸化物と
しては、例えば、Ｌｎ(1-x)ＳｒxＭｎＯ3-δ、Ｌｎ(1-x
)ＳｒxＣｏＯ3-δ、Ｌｎ(1-x)ＳｒxＦｅＯ3-δ、及びＬ
ｎ(1-x)ＳｒxＣｏyＦｅ( 1-y)Ｏ3-δから選ばれる少なく
とも１種（但し、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、δは酸素欠
損分、Ｌｎ＝Ｌａ、Ｓｍ、Ｎｄ、Ｇｄ、Ｐｒ）を採用で
きる。
材料を例示したものである。この材料を用いることによ
り、酸素ガスが速やかにイオン化され、固体電解質中に
取り込まれるという利点がある。ここで、複合酸化物と
しては、例えば、Ｌｎ(1-x)ＳｒxＭｎＯ3-δ、Ｌｎ(1-x
)ＳｒxＣｏＯ3-δ、Ｌｎ(1-x)ＳｒxＦｅＯ3-δ、及びＬ
ｎ(1-x)ＳｒxＣｏyＦｅ( 1-y)Ｏ3-δから選ばれる少なく
とも１種（但し、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、δは酸素欠
損分、Ｌｎ＝Ｌａ、Ｓｍ、Ｎｄ、Ｇｄ、Ｐｒ）を採用で
きる。
【００２１】（７）請求項７の発明では、前記混合電極
の材料として、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｔから選ばれる少なくと
も１種と、複合酸化物との混合物を用いる。本発明は、
混合電極を構成する材料を例示したものである。この材
料を用いることにより、金属粒子と複合酸化物粒子間の
電子の授受が円滑に行われるという利点がある。
の材料として、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｔから選ばれる少なくと
も１種と、複合酸化物との混合物を用いる。本発明は、
混合電極を構成する材料を例示したものである。この材
料を用いることにより、金属粒子と複合酸化物粒子間の
電子の授受が円滑に行われるという利点がある。
【００２２】ここで、複合酸化物としては、例えば、Ｌ
ｎ(1-x)ＳｒxＭｎＯ3-δ、Ｌｎ(1-x )ＳｒxＣｏＯ3-δ、
Ｌｎ(1-x)ＳｒxＦｅＯ3-δ、及びＬｎ(1-x)ＳｒxＣｏy
Ｆｅ( 1-y)Ｏ3-δから選ばれる少なくとも１種（但し、
０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、δは酸素欠損分、Ｌｎ＝Ｌ
ａ、Ｓｍ、Ｎｄ、Ｇｄ、Ｐｒ）を採用できる。
ｎ(1-x)ＳｒxＭｎＯ3-δ、Ｌｎ(1-x )ＳｒxＣｏＯ3-δ、
Ｌｎ(1-x)ＳｒxＦｅＯ3-δ、及びＬｎ(1-x)ＳｒxＣｏy
Ｆｅ( 1-y)Ｏ3-δから選ばれる少なくとも１種（但し、
０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、δは酸素欠損分、Ｌｎ＝Ｌ
ａ、Ｓｍ、Ｎｄ、Ｇｄ、Ｐｒ）を採用できる。
【００２３】（８）請求項８の発明では、前記酸化物電
極に含まれる複合酸化物と、前記混合電極に含まれる複
合酸化物とが異なることを特徴とする。ここで、酸化物
電極に含まれる複合酸化物と、混合電極に含まれる複合
酸化物とを違える理由は、材料が異なれば、例えば焼付
性や酸素分解能等の性質が異なるので、電極全体の性能
として、好ましい組合せを選択することができるからで
ある。
極に含まれる複合酸化物と、前記混合電極に含まれる複
合酸化物とが異なることを特徴とする。ここで、酸化物
電極に含まれる複合酸化物と、混合電極に含まれる複合
酸化物とを違える理由は、材料が異なれば、例えば焼付
性や酸素分解能等の性質が異なるので、電極全体の性能
として、好ましい組合せを選択することができるからで
ある。
【００２４】（９）請求項９の発明では、前記酸化物電
極に含まれる複合酸化物が、Ｌｎ(1 -x)ＳｒxＭｎＯ3-δ
であり、前記混合電極に含まれる複合酸化物が、Ｌｎ
(1-x)ＳｒxＣｏＯ3-δ、Ｌｎ(1-x)ＳｒxＦｅＯ3-δ、及
びＬｎ(1-x)ＳｒxＣｏyＦｅ(1 -y)Ｏ3-δから選ばれる少
なくとも１種であること（但し、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜
１、δは酸素欠損分、Ｌｎ＝Ｌａ、Ｓｍ、Ｎｄ、Ｇｄ、
Ｐｒ）を特徴とする。
極に含まれる複合酸化物が、Ｌｎ(1 -x)ＳｒxＭｎＯ3-δ
であり、前記混合電極に含まれる複合酸化物が、Ｌｎ
(1-x)ＳｒxＣｏＯ3-δ、Ｌｎ(1-x)ＳｒxＦｅＯ3-δ、及
びＬｎ(1-x)ＳｒxＣｏyＦｅ(1 -y)Ｏ3-δから選ばれる少
なくとも１種であること（但し、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜
１、δは酸素欠損分、Ｌｎ＝Ｌａ、Ｓｍ、Ｎｄ、Ｇｄ、
Ｐｒ）を特徴とする。
【００２５】本発明は、異なる複合酸化物の組合せを例
示したものである。つまり、酸化物電極に含まれる複合
酸化物であるＬｎ(1-x)ＳｒxＭｎＯ3-δは、ジルコニア
と反応性が低いので、１０００℃を超える焼き付けが可
能であり、一方、混合電極に含まれる複合酸化物であ
る、Ｌｎ(1-x)ＳｒxＣｏＯ3-δ、Ｌｎ (1-x)ＳｒxＦｅＯ
3-δ、及びＬｎ(1-x)ＳｒxＣｏyＦｅ(1-y)Ｏ3-δなど
は、ジルコニアと反応性が高いので、１０００℃を超え
る温度で焼き付けると化学反応してしまい、性能を発揮
できないが、酸素を分解する能力は、前記Ｍｎ系より、
このＣｏ系、Ｆｅ系の方が高いという特徴がある。
示したものである。つまり、酸化物電極に含まれる複合
酸化物であるＬｎ(1-x)ＳｒxＭｎＯ3-δは、ジルコニア
と反応性が低いので、１０００℃を超える焼き付けが可
能であり、一方、混合電極に含まれる複合酸化物であ
る、Ｌｎ(1-x)ＳｒxＣｏＯ3-δ、Ｌｎ (1-x)ＳｒxＦｅＯ
3-δ、及びＬｎ(1-x)ＳｒxＣｏyＦｅ(1-y)Ｏ3-δなど
は、ジルコニアと反応性が高いので、１０００℃を超え
る温度で焼き付けると化学反応してしまい、性能を発揮
できないが、酸素を分解する能力は、前記Ｍｎ系より、
このＣｏ系、Ｆｅ系の方が高いという特徴がある。
【００２６】従って、本発明では、両複合酸化物を組み
合わせることにより、高い酸素分解能と高い焼き付き性
とを必要に応じて実現しようとするものである。即ち、
１０００℃以上でないと焼き付かない酸化物電極にはＭ
ｎ系を用い、８５０℃で焼き付く混合電極には、Ｃｏ
系、Ｆｅ系を混合することにより、それぞれ好ましい特
性を得ることができる。
合わせることにより、高い酸素分解能と高い焼き付き性
とを必要に応じて実現しようとするものである。即ち、
１０００℃以上でないと焼き付かない酸化物電極にはＭ
ｎ系を用い、８５０℃で焼き付く混合電極には、Ｃｏ
系、Ｆｅ系を混合することにより、それぞれ好ましい特
性を得ることができる。
【００２７】（１０）請求項１０の発明では、前記金属
電極の材料として、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｔから選ばれる少な
くとも１種を用いることを特徴とする。本発明は、金属
電極の材料を例示したものである。本発明の材料を用い
ることにより、混合電極に含まれる金属粒子の電子伝導
を助け、平面方向の電気抵抗を低減させるという利点が
ある。
電極の材料として、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｔから選ばれる少な
くとも１種を用いることを特徴とする。本発明は、金属
電極の材料を例示したものである。本発明の材料を用い
ることにより、混合電極に含まれる金属粒子の電子伝導
を助け、平面方向の電気抵抗を低減させるという利点が
ある。
【００２８】（１１）請求項１１の発明では、前記混合
電極における酸化物の添加量が、前記混合電極の５〜５
０重量％の範囲であることを特徴とする。本発明は、混
合電極における酸化物の添加量を例示したものである。
本発明では、酸化物の添加量が５重量％以上であるの
で、金属電極とは明らかな異なる性質を有し、金属粒子
と複合酸化物粒子との接触点を増加させるという利点が
ある。また、酸化物の添加量が５０重量％以下であるの
で、金属電極との接合性が良く剥離し難いという利点が
ある。
電極における酸化物の添加量が、前記混合電極の５〜５
０重量％の範囲であることを特徴とする。本発明は、混
合電極における酸化物の添加量を例示したものである。
本発明では、酸化物の添加量が５重量％以上であるの
で、金属電極とは明らかな異なる性質を有し、金属粒子
と複合酸化物粒子との接触点を増加させるという利点が
ある。また、酸化物の添加量が５０重量％以下であるの
で、金属電極との接合性が良く剥離し難いという利点が
ある。
【００２９】（１２）請求項１２の発明（酸素濃縮器）
は、前記請求項１〜１１のいずれかに記載の電気化学素
子を用いることを特徴とする。本発明の酸素濃縮器は、
上述した積層電極を有する電気化学素子を用いるので、
電極の抵抗が低く、消費電力が少ない。また、セパレー
タを接点をして用いる場合には、セパレータの加工が容
易であるという利点がある。
は、前記請求項１〜１１のいずれかに記載の電気化学素
子を用いることを特徴とする。本発明の酸素濃縮器は、
上述した積層電極を有する電気化学素子を用いるので、
電極の抵抗が低く、消費電力が少ない。また、セパレー
タを接点をして用いる場合には、セパレータの加工が容
易であるという利点がある。
【００３０】（１３）請求項１３の発明（燃料電池）
は、前記請求項１〜１１のいずれかに記載の電気化学素
子を用いることを特徴とする。本発明の燃料電池は、上
述した積層電極を有する電気化学素子を用いるので、電
極の抵抗が低く、消費電力が少ない。また、セパレータ
を接点をして用いる場合には、セパレータの加工が容易
であるという利点がある。
は、前記請求項１〜１１のいずれかに記載の電気化学素
子を用いることを特徴とする。本発明の燃料電池は、上
述した積層電極を有する電気化学素子を用いるので、電
極の抵抗が低く、消費電力が少ない。また、セパレータ
を接点をして用いる場合には、セパレータの加工が容易
であるという利点がある。
【００３１】
【発明の実施の形態】以下に本発明の電気化学素子及び
酸素濃縮器並びに燃料電池の実施の形態の例（実施例）
を説明する。 （実施例１） ａ）まず、本実施例１の酸素濃縮器について説明する。
酸素濃縮器並びに燃料電池の実施の形態の例（実施例）
を説明する。 （実施例１） ａ）まず、本実施例１の酸素濃縮器について説明する。
【００３２】本実施例の酸素濃縮器は、（酸素濃縮を行
う基本単位である）セルを多数した酸素濃縮スタックを
用い、この酸素濃縮スタック（従って各セル）に対して
空気を供給することにより、空気中の酸素を濃縮して取
り出す装置である。図１に示す様に、前記セル１は、
（同図の上方から見て）例えば円形の装置であり、電気
化学素子３と、電子伝導体からなるセパレータ５と積層
配置したものである。
う基本単位である）セルを多数した酸素濃縮スタックを
用い、この酸素濃縮スタック（従って各セル）に対して
空気を供給することにより、空気中の酸素を濃縮して取
り出す装置である。図１に示す様に、前記セル１は、
（同図の上方から見て）例えば円形の装置であり、電気
化学素子３と、電子伝導体からなるセパレータ５と積層
配置したものである。
【００３３】つまり、電気化学素子３は、例えば円盤状
のセラミック基板（酸素イオン伝導性セラミックスから
なる固体電解質層）７と、その一方の表面（上面：図の
上方）に形成された円盤状の陽極層９と、他方の表面
（下面：図の下方）に形成された円盤状の陰極層１１と
からなる。
のセラミック基板（酸素イオン伝導性セラミックスから
なる固体電解質層）７と、その一方の表面（上面：図の
上方）に形成された円盤状の陽極層９と、他方の表面
（下面：図の下方）に形成された円盤状の陰極層１１と
からなる。
【００３４】また、セパレータ５は、セラミック基材７
の上面側に、陽極層９を覆うように配置された第１セパ
レータ１３と、セラミック基板７の下面側に、陰極層１
１と対向して配置された第２セパレータ１５とからな
る。そして、前記第１セパレータ１３により、第１空間
１７が形成され、連通孔１９を介して、酸素が取り出さ
れる。この第１セパレータ１３の陽極層９側には、陽極
層９側に突出して陽極層９に接触する陽極側接点２１
が、例えば１箇所に設けられている。
の上面側に、陽極層９を覆うように配置された第１セパ
レータ１３と、セラミック基板７の下面側に、陰極層１
１と対向して配置された第２セパレータ１５とからな
る。そして、前記第１セパレータ１３により、第１空間
１７が形成され、連通孔１９を介して、酸素が取り出さ
れる。この第１セパレータ１３の陽極層９側には、陽極
層９側に突出して陽極層９に接触する陽極側接点２１
が、例えば１箇所に設けられている。
【００３５】一方、前記第２セパレータ１５に覆われた
第２空間２３は、周囲雰囲気と連通され、空気が導入さ
れる。この第２セパレータ１５の陰極層１１側には、陰
極層１１側に突出して陰極層１１に接触する陰極側接点
２５が、例えば１箇所に設けられている。
第２空間２３は、周囲雰囲気と連通され、空気が導入さ
れる。この第２セパレータ１５の陰極層１１側には、陰
極層１１側に突出して陰極層１１に接触する陰極側接点
２５が、例えば１箇所に設けられている。
【００３６】特に、前記セパレータ５は、空気や酸素の
ガスの隔壁として機能するとともに、導電性を有するの
で、電源（直流電源）２７と陽極層９又は陰極層１１と
を電気的に接続するリード部として機能する。つまり、
第１セパレータ１３により、電源２７の陽極側と電気化
学素子３の陽極層９とを電気的に接続し、第２セパレー
タ１５により、電源２７の陰極側と電気化学素子３の陰
極層１１とを電気的に接続している。
ガスの隔壁として機能するとともに、導電性を有するの
で、電源（直流電源）２７と陽極層９又は陰極層１１と
を電気的に接続するリード部として機能する。つまり、
第１セパレータ１３により、電源２７の陽極側と電気化
学素子３の陽極層９とを電気的に接続し、第２セパレー
タ１５により、電源２７の陰極側と電気化学素子３の陰
極層１１とを電気的に接続している。
【００３７】ｂ）次に、本実施例の要部である電気化学
素子３の構成を、図２に基づいて説明する。尚、図２
は、電気化学素子３の一部を破断し拡大して示す断面図
である。本実施例では、前記陽極層９及び陰極層１１の
構成は同じであるので、ここでは、陰極層１１を例に挙
げて説明する。
素子３の構成を、図２に基づいて説明する。尚、図２
は、電気化学素子３の一部を破断し拡大して示す断面図
である。本実施例では、前記陽極層９及び陰極層１１の
構成は同じであるので、ここでは、陰極層１１を例に挙
げて説明する。
【００３８】図２に示す様に、セラミック基板７の表面
には酸化物電極層３１が形成され、酸化物電極層３１の
表面には混合電極層３３が形成され、混合電極層３３の
表面には金属電極層３５が形成され、これにより、三層
電極構造の積層電極である陰極層１１が構成されてい
る。
には酸化物電極層３１が形成され、酸化物電極層３１の
表面には混合電極層３３が形成され、混合電極層３３の
表面には金属電極層３５が形成され、これにより、三層
電極構造の積層電極である陰極層１１が構成されてい
る。
【００３９】このうち、セラミック基板７は、例えば希
土類などを添加した安定化ジルコニアから構成され、酸
素イオンが透過可能な固体電解質層であり、その組成と
しては、例えば、１０重量％Ｓｃと１重量％Ｃｅと残部
安定化ジルコニア（１０Ｓｃ１ＣｅＳＺ：以下ＳｃＳ
Ｚ）の組成を採用できる。
土類などを添加した安定化ジルコニアから構成され、酸
素イオンが透過可能な固体電解質層であり、その組成と
しては、例えば、１０重量％Ｓｃと１重量％Ｃｅと残部
安定化ジルコニア（１０Ｓｃ１ＣｅＳＺ：以下ＳｃＳ
Ｚ）の組成を採用できる。
【００４０】酸化物電極層３１は、酸素分解能を有する
酸化物層であり、例えばランタンマンガンナイトと希土
類などを添加した安定化ジルコニアから構成されてい
る。その組成としては、例えば、Ｌａ0.6Ｓｒ0.4ＭｎＯ
3（５０重量％）とＳｃＳＺ（５０重量％）の組成を採
用できる。
酸化物層であり、例えばランタンマンガンナイトと希土
類などを添加した安定化ジルコニアから構成されてい
る。その組成としては、例えば、Ｌａ0.6Ｓｒ0.4ＭｎＯ
3（５０重量％）とＳｃＳＺ（５０重量％）の組成を採
用できる。
【００４１】混合電極層３３は、金属電極層３５の金属
材料と（酸化物電極層３１とは異なる）酸化物材料との
混合材料から構成されている。その組成としては、例え
ば、Ａｇ（８０重量％）とＳｍ0.5Ｓｒ0.5ＣｏＯ3（２
０重量％）との組成を採用できる。
材料と（酸化物電極層３１とは異なる）酸化物材料との
混合材料から構成されている。その組成としては、例え
ば、Ａｇ（８０重量％）とＳｍ0.5Ｓｒ0.5ＣｏＯ3（２
０重量％）との組成を採用できる。
【００４２】金属電極層３５は、金属材料から構成され
ている。その組成としては、例えば、Ａｇ（１００重量
％）を採用できる。尚、本実施例では、陽極層９及び陰
極層１１は同様な三層電極構造の積層構造であるが、こ
れとは別に、陽極層９として、一層の白金電極を用いて
もよい。
ている。その組成としては、例えば、Ａｇ（１００重量
％）を採用できる。尚、本実施例では、陽極層９及び陰
極層１１は同様な三層電極構造の積層構造であるが、こ
れとは別に、陽極層９として、一層の白金電極を用いて
もよい。
【００４３】ｃ）次に、上述した電気化学素子３の製造
方法について、簡単に説明する。まず、スカンジア安定
化ジルコニア粉末（ＳｃＳＺ）とバインダと有機溶媒と
からなる材料を、混合してスラリーを作成する。そのス
ラリーを用いて、ドクターブレード法によりグリーンシ
ートを作成し、そのグリーンシートを所定の形状に切断
した後、２５０〜３５０℃で脱脂し、その後、１４５０
〜１５００°Ｃの温度で焼成することにより、セラミッ
ク基板７を製造する。
方法について、簡単に説明する。まず、スカンジア安定
化ジルコニア粉末（ＳｃＳＺ）とバインダと有機溶媒と
からなる材料を、混合してスラリーを作成する。そのス
ラリーを用いて、ドクターブレード法によりグリーンシ
ートを作成し、そのグリーンシートを所定の形状に切断
した後、２５０〜３５０℃で脱脂し、その後、１４５０
〜１５００°Ｃの温度で焼成することにより、セラミッ
ク基板７を製造する。
【００４４】次に、セラミック基板７の表面（両側）
に、酸化物電極層３１を形成する。具体的には、Ｌａ
0.6Ｓｒ0.4ＭｎＯ3とＳｃＳＺとバインダとを混合した
ペーストを、スクリーンを用いて、セラミック基板７上
の所定の場所に印刷し、１１３０°Ｃにて焼き付けを行
うことにより、酸化物電極層３１を形成する。
に、酸化物電極層３１を形成する。具体的には、Ｌａ
0.6Ｓｒ0.4ＭｎＯ3とＳｃＳＺとバインダとを混合した
ペーストを、スクリーンを用いて、セラミック基板７上
の所定の場所に印刷し、１１３０°Ｃにて焼き付けを行
うことにより、酸化物電極層３１を形成する。
【００４５】次に、酸化物電極層３１の表面（両側）
に、混合電極層３３を形成する。具体的には、ＡｇとＳ
ｍ0.5Ｓｒ0.5ＣｏＯ3（酸化物）とバインダとを混合し
たペーストを、スクリーンを用いて、酸化物電極層３１
上に印刷し、８５０℃にて焼き付けを行うことにより、
混合電極層３３を形成する。
に、混合電極層３３を形成する。具体的には、ＡｇとＳ
ｍ0.5Ｓｒ0.5ＣｏＯ3（酸化物）とバインダとを混合し
たペーストを、スクリーンを用いて、酸化物電極層３１
上に印刷し、８５０℃にて焼き付けを行うことにより、
混合電極層３３を形成する。
【００４６】次に、混合電極層３３の表面（両側）に、
金属電極層３５を形成する。具体的には、Ａｇとカーボ
ンとバインダとを混合したペーストを、スクリーンを用
いて、混合電極層３３上に印刷し、８５０℃にて焼き付
けを行うことにより、金属電極層３５を形成する。
金属電極層３５を形成する。具体的には、Ａｇとカーボ
ンとバインダとを混合したペーストを、スクリーンを用
いて、混合電極層３３上に印刷し、８５０℃にて焼き付
けを行うことにより、金属電極層３５を形成する。
【００４７】これにより、セラミック基板７の上下両表
面に、酸化物電極層３１、混合電極層３３、金属電極層
３５の三層電極構造の陽極層９及び陰極層１１を備えた
電気化学素子３が形成される。 ｄ）次に、前記セル１の動作を、前記図１に基づいて説
明する。
面に、酸化物電極層３１、混合電極層３３、金属電極層
３５の三層電極構造の陽極層９及び陰極層１１を備えた
電気化学素子３が形成される。 ｄ）次に、前記セル１の動作を、前記図１に基づいて説
明する。
【００４８】本実施例では、図示しない、空気ポンプに
より、酸素濃縮スタックに対して、従ってセル１の第２
空間２３に（予め予熱した）空気を送り込む。尚、周囲
の温度も、例えば７５０℃の温度に保っておく。図１に
示す様に、各セル１の電気化学素子３の陽極層９と陰極
層１１とは、電源２７に接続されているので、電源２７
から、陽極層９側が高電位（＋）となる様に、例えば０
〜１．５Ｖの電圧を印加する。それとともに、陰極層１
１側の第２空間２３に、空気を供給する。
より、酸素濃縮スタックに対して、従ってセル１の第２
空間２３に（予め予熱した）空気を送り込む。尚、周囲
の温度も、例えば７５０℃の温度に保っておく。図１に
示す様に、各セル１の電気化学素子３の陽極層９と陰極
層１１とは、電源２７に接続されているので、電源２７
から、陽極層９側が高電位（＋）となる様に、例えば０
〜１．５Ｖの電圧を印加する。それとともに、陰極層１
１側の第２空間２３に、空気を供給する。
【００４９】そして、前記電圧が印加されると、陰極層
１１により、第２空間２３の空気中の酸素が電気分解さ
れて酸素イオンが発生する。その酸素イオンは、陰極層
１１と陽極層９との間に印加された電圧により、セラミ
ック基板７を透過して、陽極層９側（第１空間１７側）
に至る。陽極層９において、酸素イオン（Ｏ2-）は再結
合して酸素分子となり、第１空間１７内に濃縮される。
１１により、第２空間２３の空気中の酸素が電気分解さ
れて酸素イオンが発生する。その酸素イオンは、陰極層
１１と陽極層９との間に印加された電圧により、セラミ
ック基板７を透過して、陽極層９側（第１空間１７側）
に至る。陽極層９において、酸素イオン（Ｏ2-）は再結
合して酸素分子となり、第１空間１７内に濃縮される。
【００５０】つまり、酸素は、第２空間２３側から第１
空間１７側にポンピングされ、これにより、第１空間１
７側には、１００％の酸素が供給されることになる。
尚、前記酸素濃縮スタックは、上述したセル１を多数積
層することにより、効率よく高濃度の酸素を発生させる
ものである。
空間１７側にポンピングされ、これにより、第１空間１
７側には、１００％の酸素が供給されることになる。
尚、前記酸素濃縮スタックは、上述したセル１を多数積
層することにより、効率よく高濃度の酸素を発生させる
ものである。
【００５１】ｆ）次に、本実施例の電気化学素子３を備
えた酸素濃縮器の奏する効果を説明する。本実施例の電
気化学素子３は、その陽極層９及び陰極層１１が、酸化
物電極層３１、混合電極層３３、金属電極層３５の三層
電極構造であるので、電気抵抗が小さい。よって、消費
電力を低減することができる。
えた酸素濃縮器の奏する効果を説明する。本実施例の電
気化学素子３は、その陽極層９及び陰極層１１が、酸化
物電極層３１、混合電極層３３、金属電極層３５の三層
電極構造であるので、電気抵抗が小さい。よって、消費
電力を低減することができる。
【００５２】また、導電性が大きいので、従来より、陽
極層９及び陰極層１１に接触する接点２１、２５を低減
することができる。つまり、セパレータ５の一部を内側
（陽極層９及び陰極層１１側）に突出させて接点２１、
２５として用いる場合には、従来よりも接点２１、２５
の数を少なくすることができる。
極層９及び陰極層１１に接触する接点２１、２５を低減
することができる。つまり、セパレータ５の一部を内側
（陽極層９及び陰極層１１側）に突出させて接点２１、
２５として用いる場合には、従来よりも接点２１、２５
の数を少なくすることができる。
【００５３】更に、セパレータ５における良好な多数の
接点２１、２５の確保は、極めて高い寸法精度が要求さ
れるので、その製作が容易ではないが、本発明では、そ
の接点２１、２５の数を低減できるので、その製造が容
易であるという顕著な効果を奏する。 （実施例２）次に、実施例２の酸素濃縮器について説明
する。
接点２１、２５の確保は、極めて高い寸法精度が要求さ
れるので、その製作が容易ではないが、本発明では、そ
の接点２１、２５の数を低減できるので、その製造が容
易であるという顕著な効果を奏する。 （実施例２）次に、実施例２の酸素濃縮器について説明
する。
【００５４】ａ）本実施例２の酸素濃縮器は、電気化学
素子の構成だけが異なり、他の部分は前記実施例１と同
様であるので、電気化学素子のみを説明する。図３に示
す様に、本実施例における電気化学素子４１は、セラミ
ック基板４３の表面に、酸化物電極層４５が形成され、
酸化物電極層４５の表面に混合電極層４７が形成された
二層電極構造の陰極層４９を備えている。
素子の構成だけが異なり、他の部分は前記実施例１と同
様であるので、電気化学素子のみを説明する。図３に示
す様に、本実施例における電気化学素子４１は、セラミ
ック基板４３の表面に、酸化物電極層４５が形成され、
酸化物電極層４５の表面に混合電極層４７が形成された
二層電極構造の陰極層４９を備えている。
【００５５】尚、陽極層（図示せず）の構成は、前記陰
極層４９と同様であり、セラミック基板４３、酸化物電
極層４５、混合電極層４７の組成等は、前記実施例１と
同様であるので、その説明は省略する。 ｂ）本実施例では、前記実施例１と比べて、陰極層４９
及び陽極層との間における抵抗が多少大きいが、前記実
施例１とほぼ同様な効果を奏する。 （実験例１）次に、前記実施例１、２の効果を確認する
ために行った実験例について説明する。
極層４９と同様であり、セラミック基板４３、酸化物電
極層４５、混合電極層４７の組成等は、前記実施例１と
同様であるので、その説明は省略する。 ｂ）本実施例では、前記実施例１と比べて、陰極層４９
及び陽極層との間における抵抗が多少大きいが、前記実
施例１とほぼ同様な効果を奏する。 （実験例１）次に、前記実施例１、２の効果を確認する
ために行った実験例について説明する。
【００５６】本実験例では、前記実施例１、２の電気化
学素子の製造方法と同様にして、６ｍｍ角のセラミック
基板を製造した。そして、本発明の範囲の試料Ｎo.１と
して、セラミック基板の一方の面に、前記実施例１と同
様に、（酸化物電極層−混合物電極層−金属電極層の）
三層電極構造の陰極層を形成するとともに、他方の面に
は、陽極層として白金電極を形成した。
学素子の製造方法と同様にして、６ｍｍ角のセラミック
基板を製造した。そして、本発明の範囲の試料Ｎo.１と
して、セラミック基板の一方の面に、前記実施例１と同
様に、（酸化物電極層−混合物電極層−金属電極層の）
三層電極構造の陰極層を形成するとともに、他方の面に
は、陽極層として白金電極を形成した。
【００５７】また、本発明の範囲の試料Ｎo.２として、
セラミック基板の一方の面に、前記実施例２と同様に、
（酸化物電極層−混合物電極層の）二層電極構造の陰極
層を形成する、他方の面には、陽極層として白金電極を
形成した。更に、本発明の範囲外（比較例）の試料Ｎo.
３として、セラミック基板の一方の面に、前記酸化物電
極層の上に金属電極層を積層した二層電極構造の陰極層
を形成するとともに、他方の面には、陽極層として白金
電極を形成した。
セラミック基板の一方の面に、前記実施例２と同様に、
（酸化物電極層−混合物電極層の）二層電極構造の陰極
層を形成する、他方の面には、陽極層として白金電極を
形成した。更に、本発明の範囲外（比較例）の試料Ｎo.
３として、セラミック基板の一方の面に、前記酸化物電
極層の上に金属電極層を積層した二層電極構造の陰極層
を形成するとともに、他方の面には、陽極層として白金
電極を形成した。
【００５８】その上、本発明の範囲外（比較例）の試料
Ｎo.４として、セラミック基板の一方の面に、前記酸化
物電極層のみからなる陰極層を形成するとともに、他方
の面には、陽極層として白金電極を形成した。そして、
各試料を炉中で７５０℃に加熱した状態で、陽極層
（＋）と陰極層（−）との間に、０．８Ａ／ｃｍ2の電
流を流し、そのときに両電極間に発生する電圧を測定し
た。その結果を、下記表１に記す。
Ｎo.４として、セラミック基板の一方の面に、前記酸化
物電極層のみからなる陰極層を形成するとともに、他方
の面には、陽極層として白金電極を形成した。そして、
各試料を炉中で７５０℃に加熱した状態で、陽極層
（＋）と陰極層（−）との間に、０．８Ａ／ｃｍ2の電
流を流し、そのときに両電極間に発生する電圧を測定し
た。その結果を、下記表１に記す。
【００５９】
【表１】
この表１から明らかな様に、本発明の範囲内の試料Ｎo.
１及び試料Ｎo.２の電気化学素子を用いた場合には、電
圧が０．４２Ｖ以下と小さく（従って抵抗が少なく）、
好ましいことが分かる。
１及び試料Ｎo.２の電気化学素子を用いた場合には、電
圧が０．４２Ｖ以下と小さく（従って抵抗が少なく）、
好ましいことが分かる。
【００６０】特に、三層電極構造とした試料Ｎo.１の場
合には、電圧が０．３５Ｖと最も小さく、特に好ましい
ことが分かる。つまり、三層電極構造の陰極層を用いる
場合には、抵抗値が大きく低減されて、効率的に酸素が
分解されていることが分かる。
合には、電圧が０．３５Ｖと最も小さく、特に好ましい
ことが分かる。つまり、三層電極構造の陰極層を用いる
場合には、抵抗値が大きく低減されて、効率的に酸素が
分解されていることが分かる。
【００６１】それに対して、本発明の範囲外の比較例の
試料Ｎo.３及び試料Ｎo.４の電気化学素子を用いた場合
には、電圧が０．５２Ｖ以上と大きく（従って抵抗が大
きく）、好ましくないことが分かる。 （実施例３）次に、実施例３の燃料電池ついて説明す
る。
試料Ｎo.３及び試料Ｎo.４の電気化学素子を用いた場合
には、電圧が０．５２Ｖ以上と大きく（従って抵抗が大
きく）、好ましくないことが分かる。 （実施例３）次に、実施例３の燃料電池ついて説明す
る。
【００６２】ａ）図４に示す様に、本実施例の燃料電池
は、セラミック基板５１と、セラミック基板５１の上面
に形成されたアノード層５３と、セラミック基板５１の
下面に形成されたカソード層５５とからなる電気化学素
子５７を備えている。このうち、セラミック基板５１
は、前記実施例１と同様な組成の固体電解質からなる層
である。また、アノード層５３は、ニッケル粉末と安定
化ジルコニア粉末とを用いて形成された混合電極であ
り、カソード層５５は、前記実施例１の陰極層と同様
に、酸化物電極層−混合物電極層−金属電極層の三層電
極構造の積層電極である。
は、セラミック基板５１と、セラミック基板５１の上面
に形成されたアノード層５３と、セラミック基板５１の
下面に形成されたカソード層５５とからなる電気化学素
子５７を備えている。このうち、セラミック基板５１
は、前記実施例１と同様な組成の固体電解質からなる層
である。また、アノード層５３は、ニッケル粉末と安定
化ジルコニア粉末とを用いて形成された混合電極であ
り、カソード層５５は、前記実施例１の陰極層と同様
に、酸化物電極層−混合物電極層−金属電極層の三層電
極構造の積層電極である。
【００６３】更に、第１セパレータ５９により、第１空
間６１が形成され、連通孔６３を介して、水素が供給さ
れる。この第１セパレータ５９のアノード層５３側に
は、アノード層５３側に突出してアノード層５３に接触
するアノード側接点６５が、例えば複数の箇所に設けら
れている。
間６１が形成され、連通孔６３を介して、水素が供給さ
れる。この第１セパレータ５９のアノード層５３側に
は、アノード層５３側に突出してアノード層５３に接触
するアノード側接点６５が、例えば複数の箇所に設けら
れている。
【００６４】一方、第２セパレータ６７に覆われた第２
空間６９は、周囲雰囲気と連通され、空気が導入され
る。この第２セパレータ６７のカソード層５５側には、
カソード層５５側に突出してカソード層５５に接触する
カソード側接点７１が、（前記アノード側接点６５より
少なく）例えば１箇所に設けられている。
空間６９は、周囲雰囲気と連通され、空気が導入され
る。この第２セパレータ６７のカソード層５５側には、
カソード層５５側に突出してカソード層５５に接触する
カソード側接点７１が、（前記アノード側接点６５より
少なく）例えば１箇所に設けられている。
【００６５】更に、前記両セパレータ５９、６７は、空
気や水素のガスの隔壁として機能するとともに、導電性
を有するので、抵抗７３とアノード層５３又はカソード
層５５とを電気的に接続するリード部として機能する。
つまり、第１セパレータ５９により、抵抗７３と電気化
学素子５７のアノード層５３とを電気的に接続し、第２
セパレータ６７により、抵抗７３と電気化学素子５７の
カソード層５５とを電気的に接続している。
気や水素のガスの隔壁として機能するとともに、導電性
を有するので、抵抗７３とアノード層５３又はカソード
層５５とを電気的に接続するリード部として機能する。
つまり、第１セパレータ５９により、抵抗７３と電気化
学素子５７のアノード層５３とを電気的に接続し、第２
セパレータ６７により、抵抗７３と電気化学素子５７の
カソード層５５とを電気的に接続している。
【００６６】ｂ）この燃料電池では、カソード層５５側
に形成された第２空間６９に、酸素を２０重量％含む例
えば空気を導入し、アノード層５３側に形成された第１
空間６１に、水素を導入する。そして、この状態で、ア
ノード層５３とカソード層５５とを、抵抗７３を介し
て、導電部材７５で接続すると、導電部材７５には、カ
ソード層５５側からアノード層５３側に電流が流れる。
に形成された第２空間６９に、酸素を２０重量％含む例
えば空気を導入し、アノード層５３側に形成された第１
空間６１に、水素を導入する。そして、この状態で、ア
ノード層５３とカソード層５５とを、抵抗７３を介し
て、導電部材７５で接続すると、導電部材７５には、カ
ソード層５５側からアノード層５３側に電流が流れる。
【００６７】つまり、カソード層５５にて酸素が分解さ
れ、酸素イオンがアノード層５３側にポンピングされ、
アノード層５３にて水蒸気となるので、その化学変化に
対応して電子が流れ、その電子の流れ（従って電流）
を、導電部材７５及び抵抗７３を介して取り出すことが
できる。
れ、酸素イオンがアノード層５３側にポンピングされ、
アノード層５３にて水蒸気となるので、その化学変化に
対応して電子が流れ、その電子の流れ（従って電流）
を、導電部材７５及び抵抗７３を介して取り出すことが
できる。
【００６８】ｃ）本実施例においても、カソード層５５
は、酸化物電極層−混合物電極層−金属電極層の三層電
極構造の積層電極であるので、アノード層５５とカソー
ド層５３との間の抵抗が小さく、よって電力のロスが少
ないという利点がある。また、導電性が大きいので、従
来より、カソード層５３に接触する接点７１を低減する
ことができる。
は、酸化物電極層−混合物電極層−金属電極層の三層電
極構造の積層電極であるので、アノード層５５とカソー
ド層５３との間の抵抗が小さく、よって電力のロスが少
ないという利点がある。また、導電性が大きいので、従
来より、カソード層５３に接触する接点７１を低減する
ことができる。
【００６９】更に、良好な多数の接点７１の確保は、極
めて高い寸法精度が要求されるが、本実施例では、その
接点７１の数を低減できるので、その製造が容易である
という顕著な効果を奏する。尚、本発明は前記実施例に
何ら限定されることなく、本発明の技術的範囲を逸脱し
ない限り、種々の態様で実施できることはいうまでもな
い。
めて高い寸法精度が要求されるが、本実施例では、その
接点７１の数を低減できるので、その製造が容易である
という顕著な効果を奏する。尚、本発明は前記実施例に
何ら限定されることなく、本発明の技術的範囲を逸脱し
ない限り、種々の態様で実施できることはいうまでもな
い。
【００７０】（１）例えば前記各実施例の様に、セラミ
ック基板の両側に陽極層と陰極層とを形成するのではな
く、例えば図５に示す様に、セラミック基板８１の同じ
側に、陽極層（又はアノード層）８３と陰極層（又はカ
ソード層）８５を形成してもよい。この場合は、両セパ
レータ８７、８９により、両空間９１、９３を分離すれ
ばよい。
ック基板の両側に陽極層と陰極層とを形成するのではな
く、例えば図５に示す様に、セラミック基板８１の同じ
側に、陽極層（又はアノード層）８３と陰極層（又はカ
ソード層）８５を形成してもよい。この場合は、両セパ
レータ８７、８９により、両空間９１、９３を分離すれ
ばよい。
【００７１】（２）また、図６に示す様に、セラミック
基板１０１を一方が閉塞された筒状に形成し、筒の内側
と外側とで空間１０３、１０５を分離し、筒の内側に一
方の電極層（例えば陽極層）１０７を形成し、筒の外側
に他方の電極層（例えば陰極層）１０９を形成してもよ
い。或いは、図示しないが、前記筒の閉塞を行わずに、
筒の内側と外側とで空間を分離してもよい。
基板１０１を一方が閉塞された筒状に形成し、筒の内側
と外側とで空間１０３、１０５を分離し、筒の内側に一
方の電極層（例えば陽極層）１０７を形成し、筒の外側
に他方の電極層（例えば陰極層）１０９を形成してもよ
い。或いは、図示しないが、前記筒の閉塞を行わずに、
筒の内側と外側とで空間を分離してもよい。
【図１】 実施例１の酸素濃縮器の電気化学素子を破断
し拡大して示す説明図である。
し拡大して示す説明図である。
【図２】 実施例１の酸素濃縮器の電気化学素子の動作
を示す説明図である。
を示す説明図である。
【図３】 実施例２の酸素濃縮器の電気化学素子を破断
し拡大して示す説明図である。
し拡大して示す説明図である。
【図４】 実施例３の燃料電池の電気化学素子の動作を
示す説明図である。
示す説明図である。
【図５】 他の電気化学素子の構成を示す説明図であ
る。
る。
【図６】 更に他の電気化学素子の構成を示す説明図で
ある。
ある。
１・・・セル
３、４１・・・電気化学素子
５、１３、１５、５９、６７、８７、８９・・・セパレー
タ ７、４３、５１、８１、１０１・・・セラミック基板 ９、８３・・・陽極層 １１、４９、８５・・・陰極層 ２１、２５、６５、７１・・・接点 ３１、４５・・・酸化物電極層 ３３、４７・・・混合電極層 ３５・・・金属電極層 ５３・・・アノード層 ５５・・・カソード層
タ ７、４３、５１、８１、１０１・・・セラミック基板 ９、８３・・・陽極層 １１、４９、８５・・・陰極層 ２１、２５、６５、７１・・・接点 ３１、４５・・・酸化物電極層 ３３、４７・・・混合電極層 ３５・・・金属電極層 ５３・・・アノード層 ５５・・・カソード層
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 4G042 AA05
5H018 AA06 AS01 BB01 BB08 BB12
CC03 CC06 DD10 EE03 EE13
5H026 AA06 BB01 BB04 BB08 CC01
CC04 CV02 EE02 EE13
Claims (13)
- 【請求項１】 固体電解質基材上に電極を設け、酸素の
ポンピングを行うセラミック製の電気化学素子におい
て、 酸素分解能を有し前記固体電解質基材上に形成された酸
化物電極と、 金属材料と酸化物材料との混合材料を用いて前記酸化物
電極上に形成された混合電極と、 を有する積層電極を備えたことを特徴とする電気化学素
子。 - 【請求項２】 前記積層電極は、更に、前記混合電極上
に、金属電極を備えたことを特徴とする前記請求項１に
記載の電気化学素子。 - 【請求項３】 前記積層電極は、前記固体電解質基材の
一方の面又は両方の面に形成されたことを特徴とする前
記請求項１又は２に記載の電気化学素子。 - 【請求項４】 前記固体電解質基材は、平面状の基板又
は筒状に曲げられた形状の基板であることを特徴とする
前記請求項１〜３のいずれかに記載の電気化学素子。 - 【請求項５】 前記固体電解質基材の材料として、全安
定化ジルコニア、部分安定化ジルコニア、ランタンガレ
ート、及び希土類元素又はアルカリ土類金属元素をドー
プした酸化セリウムのうち１種を用いたことを特徴とす
る前記請求項１〜４のいずれかに記載の電気化学素子。 - 【請求項６】 前記酸化物電極を構成する酸化物の材料
として、複合酸化物、又は前記複合酸化物と前記固体電
解質基材の材料との混合物を用いることを特徴とする前
記請求項１〜５のいずれかに記載の電気化学素子。 - 【請求項７】 前記混合電極の材料として、Ａｇ、Ｐ
ｄ、Ｐｔから選ばれる少なくとも１種と、複合酸化物と
の混合物を用いることを特徴とする前記請求項１〜６の
いずれかに記載の電気化学素子。 - 【請求項８】 前記酸化物電極に含まれる複合酸化物
と、前記混合電極に含まれる複合酸化物とが異なること
を特徴とする前記請求項１〜７のいずれかに記載の電気
化学素子。 - 【請求項９】 前記酸化物電極に含まれる複合酸化物
が、Ｌｎ(1-x)ＳｒxＭｎＯ3-δであり、前記混合電極に
含まれる複合酸化物が、Ｌｎ(1-x)ＳｒxＣｏＯ3-δ、Ｌ
ｎ(1-x)ＳｒxＦｅＯ3-δ、及びＬｎ(1-x)ＳｒxＣｏyＦ
ｅ(1-y)Ｏ3-δから選ばれる少なくとも１種であること
（但し、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、δは酸素欠損分、Ｌ
ｎ＝Ｌａ、Ｓｍ、Ｎｄ、Ｇｄ、Ｐｒ）を特徴とする前記
請求項１〜８のいずれかに記載の電気化学素子。 - 【請求項１０】 前記金属電極の材料として、Ａｇ、Ｐ
ｄ、Ｐｔから選ばれる少なくとも１種を用いることを特
徴とする前記請求項２〜９のいずれかに記載の電気化学
素子。 - 【請求項１１】 前記混合電極における酸化物の添加量
が、前記混合電極の５〜５０重量％の範囲であることを
特徴とする前記請求項１〜１０のいずれかに記載の電気
化学素子。 - 【請求項１２】 前記請求項１〜１１のいずれかに記載
の電気化学素子を用いることを特徴とする酸素濃縮器。 - 【請求項１３】 前記請求項１〜１１のいずれかに記載
の電気化学素子を用いることを特徴とする燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002088517A JP2003288904A (ja) | 2002-03-27 | 2002-03-27 | 電気化学素子及び酸素濃縮器並びに燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002088517A JP2003288904A (ja) | 2002-03-27 | 2002-03-27 | 電気化学素子及び酸素濃縮器並びに燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003288904A true JP2003288904A (ja) | 2003-10-10 |
Family
ID=29234361
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002088517A Pending JP2003288904A (ja) | 2002-03-27 | 2002-03-27 | 電気化学素子及び酸素濃縮器並びに燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003288904A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006100007A (ja) * | 2004-09-28 | 2006-04-13 | Kyocera Corp | 燃料電池セル及び燃料電池セルスタック、燃料電池 |
| JP2008041306A (ja) * | 2006-08-02 | 2008-02-21 | Mitsubishi Materials Corp | 発電セルおよびその発電セルを組み込んだ固体電解質形燃料電池 |
| JP2009520319A (ja) * | 2005-12-15 | 2009-05-21 | サン−ゴバン セラミックス アンド プラスティクス，インコーポレイティド | 緩衝層を有する固体酸化物燃料電池 |
| JP2012150988A (ja) * | 2011-01-19 | 2012-08-09 | Tokyo Gas Co Ltd | 固体酸化物形燃料電池からｃｏ２の分離回収システム及びその運転方法 |
| WO2019203215A1 (ja) | 2018-04-17 | 2019-10-24 | 三井金属鉱業株式会社 | 固体電解質接合体 |
-
2002
- 2002-03-27 JP JP2002088517A patent/JP2003288904A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006100007A (ja) * | 2004-09-28 | 2006-04-13 | Kyocera Corp | 燃料電池セル及び燃料電池セルスタック、燃料電池 |
| JP2009520319A (ja) * | 2005-12-15 | 2009-05-21 | サン−ゴバン セラミックス アンド プラスティクス，インコーポレイティド | 緩衝層を有する固体酸化物燃料電池 |
| JP2008041306A (ja) * | 2006-08-02 | 2008-02-21 | Mitsubishi Materials Corp | 発電セルおよびその発電セルを組み込んだ固体電解質形燃料電池 |
| JP2012150988A (ja) * | 2011-01-19 | 2012-08-09 | Tokyo Gas Co Ltd | 固体酸化物形燃料電池からｃｏ２の分離回収システム及びその運転方法 |
| WO2019203215A1 (ja) | 2018-04-17 | 2019-10-24 | 三井金属鉱業株式会社 | 固体電解質接合体 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20060166070A1 (en) | Solid oxide reversible fuel cell with improved electrode composition | |
| JP5652545B2 (ja) | 燃料電池 | |
| WO2010007722A1 (ja) | インターコネクタ用材料、セル間分離構造体および固体電解質形燃料電池 | |
| CN107408711B (zh) | 燃料电池堆 | |
| CA2833343C (en) | Fuel cell and fuel cell stack including inclined side surface | |
| JP4211254B2 (ja) | 固体酸化物形燃料電池 | |
| US20040214070A1 (en) | Low sintering lanthanum ferrite materials for use as solid oxide fuel cell cathodes and oxygen reduction electrodes and other electrochemical devices | |
| JP5272572B2 (ja) | インターコネクタ用材料、セル間分離構造体および固体電解質形燃料電池 | |
| JP5888420B2 (ja) | 燃料電池 | |
| JP5418723B2 (ja) | 燃料電池 | |
| JP4390530B2 (ja) | 電解質・電極接合体及びその製造方法 | |
| US7691770B2 (en) | Electrode structure and methods of making same | |
| JP2003288904A (ja) | 電気化学素子及び酸素濃縮器並びに燃料電池 | |
| JP2015125897A (ja) | 電解セル、電解セルスタック装置および電解モジュールならびに電解装置 | |
| JP2008053045A (ja) | 固体電解質形燃料電池及びその製造方法 | |
| JP3381544B2 (ja) | 低温動作固体燃料電池用複合型空気極材料 | |
| JP3758819B2 (ja) | 固体電解質型燃料電池の解体方法 | |
| JP5114999B2 (ja) | 固体酸化物形燃料電池及びそのスタック構造 | |
| JP5418722B2 (ja) | 燃料電池 | |
| JP2007273424A (ja) | 固体酸化物形燃料電池 | |
| JP5256598B2 (ja) | 単室型固体酸化物形燃料電池及びそのスタック構造 | |
| JP2009181928A (ja) | 固体酸化物形燃料電池セル体およびその固体酸化物形燃料電池セル体を用いた燃料電池 | |
| JP2005222774A (ja) | 固体酸化物形燃料電池 | |
| JP5417344B2 (ja) | 電気化学装置 | |
| JP2007273423A (ja) | 固体酸化物形燃料電池 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040701 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20070323 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070410 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20070807 |