JP7333439B1 - electrochemical cell - Google Patents

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JP7333439B1 JP2022035315A JP2022035315A JP7333439B1 JP 7333439 B1 JP7333439 B1 JP 7333439B1 JP 2022035315 A JP2022035315 A JP 2022035315A JP 2022035315 A JP2022035315 A JP 2022035315A JP 7333439 B1 JP7333439 B1 JP 7333439B1
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Abstract

【課題】電解質層の剥離を抑制可能な電気化学セルを提供する。【解決手段】電解セル１は、反応防止層８と、水素極６と、電解質層７と、応力緩和部４０とを備える。電解質層７は、反応防止層８及び水素極６の間に配置され、反応防止層８と接触する。応力緩和部４０は、反応防止層８及び電解質層７の間に配置される。応力緩和部４０は、面方向における反応防止層８の電解質層７に対する所定範囲内での伸縮を許容することによって界面に生じる熱応力を緩和させる。【選択図】図２An electrochemical cell capable of suppressing separation of an electrolyte layer is provided. An electrolytic cell (1) includes a reaction prevention layer (8), a hydrogen electrode (6), an electrolyte layer (7), and a stress relaxation section (40). The electrolyte layer 7 is arranged between the reaction prevention layer 8 and the hydrogen electrode 6 and is in contact with the reaction prevention layer 8 . The stress relaxation part 40 is arranged between the reaction prevention layer 8 and the electrolyte layer 7 . The stress relaxation part 40 relaxes the thermal stress generated in the interface by allowing the reaction prevention layer 8 to expand and contract with respect to the electrolyte layer 7 in the plane direction within a predetermined range. [Selection drawing] Fig. 2

Description

本発明は、電気化学セルに関する。 The present invention relates to electrochemical cells.

第１電極層、電解質層、反応防止層及び第２電極層が順次積層されたセル本体部を備える電気化学セル（電解セル、燃料電池など）が知られている。電解質層は、反応防止層に接続される。 An electrochemical cell (electrolysis cell, fuel cell, etc.) is known that includes a cell body in which a first electrode layer, an electrolyte layer, a reaction prevention layer, and a second electrode layer are sequentially laminated. The electrolyte layer is connected to the anti-reaction layer.

特開２０２０－１５５３３７号JP 2020-155337 A

電気化学セルの作動及び停止を繰り返すと、電解質層が反応防止層から剥離してしまうおそれがある。このような問題は、電解質層が反応防止層に接続されている場合に限らず、電解質層が他の機能層（例えば、第２電極層）と接続されている場合にも共通して生じる。 If the electrochemical cell is repeatedly operated and stopped, the electrolyte layer may peel off from the reaction prevention layer. Such a problem occurs not only when the electrolyte layer is connected to the reaction prevention layer, but also when the electrolyte layer is connected to another functional layer (eg, second electrode layer).

本発明の課題は、電解質層の剥離を抑制可能な電気化学セルを提供することにある。 An object of the present invention is to provide an electrochemical cell capable of suppressing separation of the electrolyte layer.

本発明の一側面に係る電気化学セルは、所定の機能を有する機能層と、電極層と、電解質層と、応力緩和部とを備える。電解質層は、機能層及び電極層の間に配置され、機能層と接触する。応力緩和部は、機能層及び電解質層の間に配置され、機能層及び電解質層の界面に沿った面方向における機能層の電解質層に対する所定範囲内での伸縮を許容することによって界面に生じる熱応力を緩和させる。 An electrochemical cell according to one aspect of the present invention includes a functional layer having a predetermined function, an electrode layer, an electrolyte layer, and a stress relief portion. An electrolyte layer is disposed between and in contact with the functional layer and the electrode layer. The stress relieving portion is disposed between the functional layer and the electrolyte layer, and allows the functional layer to expand and contract with respect to the electrolyte layer within a predetermined range in the plane direction along the interface between the functional layer and the electrolyte layer, thereby absorbing heat generated at the interface. Relieves stress.

本発明によれば、電解質層の剥離を抑制可能な電気化学セルを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the electrochemical cell which can suppress peeling of an electrolyte layer can be provided.

図１は、第１実施形態に係る電解セルの構成を示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of an electrolytic cell according to the first embodiment. 図２は、第１実施形態に係る応力緩和部の構成を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing the configuration of the stress relaxation portion according to the first embodiment. 図３は、第２実施形態に係る応力緩和部の構成を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing the configuration of a stress relaxation portion according to the second embodiment.

１．第１実施形態 1. 1st embodiment

（電解セル１）
図１は、第１実施形態に係る電解セル１の構成を示す断面図である。電解セル１は、本発明に係る「電気化学セル」の一例である。 (Electrolytic cell 1)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of an electrolytic cell 1 according to the first embodiment. The electrolytic cell 1 is an example of the "electrochemical cell" according to the invention.

電解セル１は、セル本体部１０、金属支持体２０、及び流路部材３０を備える。 The electrolytic cell 1 includes a cell main body 10 , a metal support 20 and a channel member 30 .

［セル本体部１０］
セル本体部１０は、水素極層６（カソード）、電解質層７、反応防止層８、及び酸素極層９（アノード）を有する。水素極層６、電解質層７、反応防止層８、及び酸素極層９は、この順で金属支持体２０側から積層されている。水素極層６、電解質層７、及び酸素極層９は必須の構成であり、反応防止層８は任意の構成である。 [Cell main body 10]
The cell body 10 has a hydrogen electrode layer 6 (cathode), an electrolyte layer 7, a reaction prevention layer 8, and an oxygen electrode layer 9 (anode). The hydrogen electrode layer 6, the electrolyte layer 7, the reaction prevention layer 8, and the oxygen electrode layer 9 are laminated in this order from the metal support 20 side. The hydrogen electrode layer 6, the electrolyte layer 7, and the oxygen electrode layer 9 are essential components, and the reaction prevention layer 8 is an optional component.

また、セル本体部１０は、電解質層７及び反応防止層８の間に配置される複数の応力緩和部４０を備える。応力緩和部４０の詳細な構成については後述する。 The cell main body 10 also includes a plurality of stress relief portions 40 arranged between the electrolyte layer 7 and the reaction prevention layer 8 . A detailed configuration of the stress relaxation portion 40 will be described later.

［水素極層６］
水素極層６は、金属支持体２０と電解質層７との間に配置される。水素極層６は、金属支持体２０によって支持される。詳細には、水素極層６は、金属支持体２０の第１主面２０Ｓ上に配置される。水素極層６は、金属支持体２０の第１主面２０Ｓのうち複数の供給孔２１が設けられた領域を覆う。水素極層６は、各供給孔２１内に入り込んでいてよい。水素極層６は、本発明に係る「電極層」の一例である。 [Hydrogen electrode layer 6]
The hydrogen electrode layer 6 is arranged between the metal support 20 and the electrolyte layer 7 . Hydrogen electrode layer 6 is supported by metal support 20 . Specifically, the hydrogen electrode layer 6 is arranged on the first major surface 20S of the metal support 20 . The hydrogen electrode layer 6 covers the region of the first main surface 20S of the metal support 20 where the plurality of supply holes 21 are provided. The hydrogen electrode layer 6 may enter into each supply hole 21 . The hydrogen electrode layer 6 is an example of the "electrode layer" according to the present invention.

水素極層６には、各供給孔２１を介して原料ガスが供給される。原料ガスは、ＣＯ２及びＨ２Ｏを含む。原料ガスは、本発明に係る「気体」の一例である。水素極層６は、下記（１）式に示す共電解の電気化学反応に従って、原料ガスから、Ｈ２、ＣＯ、及びＯ２－を生成する。
・水素極層６：ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ＋４ｅ－→ＣＯ＋Ｈ２＋２Ｏ２－・・・（１） A raw material gas is supplied to the hydrogen electrode layer 6 through each supply hole 21 . The source gas contains CO2 and H2O . A raw material gas is an example of a "gas" according to the present invention. The hydrogen electrode layer 6 produces H 2 , CO, and O 2− from the raw material gas according to the electrochemical reaction of co-electrolysis shown in formula (1) below.
・Hydrogen electrode layer 6: CO 2 +H 2 O+4e − →CO+H 2 +2O 2− (1)

水素極層６は、電子伝導性を有する多孔質材料によって構成される。水素極層６は、酸化物イオン伝導性を有していてよい。水素極層６は、例えば、８ｍｏｌ％イットリア安定化ジルコニア（８ＹＳＺ）、カルシア安定化ジルコニア（ＣＳＺ）、スカンジア安定化ジルコニア（ＳｃＳＺ）、ガドリニウムドープセリア（ＧＤＣ）、サマリウムドープセリア（ＳＤＣ）、（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｒ，Ｍｎ）Ｏ３、（Ｌａ，Ｓｒ）ＴｉＯ３、Ｓｒ２（Ｆｅ,Ｍｏ）２Ｏ６、（Ｌａ，Ｓｒ）ＶＯ３、（Ｌａ，Ｓｒ）ＦｅＯ３、及びこれらのうち２つ以上を組み合わせた混合材料、或いは、これらのうち１つ以上とＮｉＯとの複合物によって構成することができる。 The hydrogen electrode layer 6 is made of an electronically conductive porous material. The hydrogen electrode layer 6 may have oxide ion conductivity. The hydrogen electrode layer 6 is made of, for example, 8 mol % yttria-stabilized zirconia (8YSZ), calcia-stabilized zirconia (CSZ), scandia-stabilized zirconia (ScSZ), gadolinium-doped ceria (GDC), samarium-doped ceria (SDC), (La , Sr)(Cr, Mn)O3, (La,Sr)TiO3, Sr2(Fe,Mo)2O6 , ( La , Sr) VO3 , (La,Sr) FeO3 , and among these It can be composed of a mixed material in which two or more are combined, or a composite of one or more of these and NiO.

水素極層６の気孔率は特に制限されないが、例えば５％以上７０％以下とすることができる。水素極層６の厚さは特に制限されないが、例えば１μｍ以上１００μｍ以下とすることができる。 Although the porosity of the hydrogen electrode layer 6 is not particularly limited, it can be, for example, 5% or more and 70% or less. Although the thickness of the hydrogen electrode layer 6 is not particularly limited, it can be, for example, 1 μm or more and 100 μm or less.

水素極層６の形成方法は特に制限されず、焼成法、スプレーコーティング法（溶射法、エアロゾルデポジション法、エアロゾルガスデポジッション法、パウダージェットデポジッション法、パーティクルジェットデポジション法、コールドスプレー法など）、ＰＶＤ法（スパッタリング法、パルスレーザーデポジション法など）、ＣＶＤ法などを用いることができる。 The method for forming the hydrogen electrode layer 6 is not particularly limited, and may be a firing method, a spray coating method (thermal spraying method, aerosol deposition method, aerosol gas deposition method, powder jet deposition method, particle jet deposition method, cold spray method, etc.). ), PVD method (sputtering method, pulse laser deposition method, etc.), CVD method, and the like can be used.

［電解質層７］
電解質層７は、水素極層６及び酸素極層９の間に配置される。電解質層７は、水素極層６の全体を覆う。本実施形態では、電解質層７及び酸素極層９の間に反応防止層８が配置されているため、電解質層７は反応防止層８と接触する。 [Electrolyte layer 7]
The electrolyte layer 7 is arranged between the hydrogen electrode layer 6 and the oxygen electrode layer 9 . The electrolyte layer 7 covers the entire hydrogen electrode layer 6 . In this embodiment, since the reaction prevention layer 8 is arranged between the electrolyte layer 7 and the oxygen electrode layer 9 , the electrolyte layer 7 is in contact with the reaction prevention layer 8 .

電解質層７の外縁は、金属支持体２０の第１主面２０Ｓに接合される。これによって、水素極層６側と酸素極層９側との間の気密性を確保できるため、金属支持体２０と電解質層７との間を別途封止する必要がない。 An outer edge of the electrolyte layer 7 is bonded to the first main surface 20S of the metal support 20 . As a result, the airtightness between the hydrogen electrode layer 6 side and the oxygen electrode layer 9 side can be ensured, so there is no need to separately seal between the metal support 20 and the electrolyte layer 7 .

電解質層７は、水素極層６において生成されたＯ２－を酸素極層９に伝達させる。電解質層７は、酸化物イオン伝導性を有する緻密質材料によって構成される。電解質層７は、例えば、８ＹＳＺ、ＬＳＧＭ（ランタンガレート）などによって構成することができる。 The electrolyte layer 7 transfers O 2− produced in the hydrogen electrode layer 6 to the oxygen electrode layer 9 . The electrolyte layer 7 is made of a dense material having oxide ion conductivity. The electrolyte layer 7 can be made of, for example, 8YSZ, LSGM (lanthanum gallate), or the like.

電解質層７は、イオン伝導性を有し且つ電子伝導性を有さない緻密な材料から構成される焼成体である。電解質層７は、例えば、ＹＳＺ（８ＹＳＺ）、ＧＤＣ、ＳｃＳＺ、ＳＤＣ、ＬＳＧＭ（ランタンガレート）などによって構成することができる。 The electrolyte layer 7 is a sintered body made of a dense material that has ionic conductivity but no electronic conductivity. The electrolyte layer 7 can be made of, for example, YSZ (8YSZ), GDC, ScSZ, SDC, LSGM (lanthanum gallate), or the like.

電解質層７の気孔率は特に制限されないが、例えば０．1％以上７％以下とすることができる。電解質層７の厚さは特に制限されないが、例えば１μｍ以上１００μｍ以下とすることができる。 Although the porosity of the electrolyte layer 7 is not particularly limited, it can be, for example, 0.1% or more and 7% or less. Although the thickness of the electrolyte layer 7 is not particularly limited, it can be, for example, 1 μm or more and 100 μm or less.

［反応防止層８］
反応防止層８は、電解質層７及び酸素極層９の間に配置される。反応防止層８は、電解質層７を介して水素極層６の反対側に配置される。本実施形態において、反応防止層８は、電解質層７に接続される。反応防止層８は、電解質層７と酸素極層９とが反応して電気抵抗の大きい反応層が形成されることを抑制する機能を有する。反応防止層８は、本発明に係る「機能層」の一例である。 [Reaction prevention layer 8]
The reaction prevention layer 8 is arranged between the electrolyte layer 7 and the oxygen electrode layer 9 . The reaction prevention layer 8 is arranged on the opposite side of the hydrogen electrode layer 6 with the electrolyte layer 7 interposed therebetween. In this embodiment, the reaction prevention layer 8 is connected to the electrolyte layer 7 . The reaction prevention layer 8 has the function of suppressing the reaction between the electrolyte layer 7 and the oxygen electrode layer 9 to form a reaction layer with high electrical resistance. The reaction prevention layer 8 is an example of the "functional layer" according to the invention.

反応防止層８は、酸化物イオン伝導性材料によって構成される。反応防止層８は、ＧＤＣ、ＳＤＣなどによって構成することができる。 The reaction prevention layer 8 is composed of an oxide ion conductive material. The reaction prevention layer 8 can be composed of GDC, SDC, or the like.

反応防止層８の気孔率は特に制限されないが、例えば０．1％以上５０％以下とすることができる。反応防止層８の厚さは特に制限されないが、例えば１μｍ以上５０μｍ以下とすることができる。 Although the porosity of the reaction prevention layer 8 is not particularly limited, it can be, for example, 0.1% or more and 50% or less. Although the thickness of the reaction prevention layer 8 is not particularly limited, it can be, for example, 1 μm or more and 50 μm or less.

［酸素極層９］
酸素極層９は、電解質層７を基準として水素極層６の反対側に配置される。本実施形態では、電解セル１が反応防止層８を備えているため、酸素極層９は反応防止層８上に配置される。電解セル１が反応防止層８を備えていない場合、酸素極層９は電解質層７上に配置される。 [Oxygen electrode layer 9]
The oxygen electrode layer 9 is arranged on the opposite side of the hydrogen electrode layer 6 with respect to the electrolyte layer 7 . In this embodiment, since the electrolytic cell 1 includes the reaction-preventing layer 8 , the oxygen electrode layer 9 is arranged on the reaction-preventing layer 8 . If the electrolytic cell 1 does not have the reaction prevention layer 8 , the oxygen electrode layer 9 is arranged on the electrolyte layer 7 .

酸素極層９は、下記（２）式の化学反応に従って、水素極層６から電解質層７を介して伝達されるＯ２－からＯ２を生成する。
・酸素極層９：２Ｏ２－→Ｏ２＋４ｅ－・・・（２） The oxygen electrode layer 9 generates O 2 from O 2− transferred from the hydrogen electrode layer 6 through the electrolyte layer 7 according to the chemical reaction of formula (2) below.
・Oxygen electrode layer 9: 2O 2− →O 2 +4e − (2)

酸素極層９は、酸化物イオン伝導性及び電子伝導性を有する多孔質材料によって構成される。酸素極層９は、例えば（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ３、（Ｌａ，Ｓｒ）ＦｅＯ３、Ｌａ（Ｎｉ，Ｆｅ）Ｏ３、（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ３、及び（Ｓｍ，Ｓｒ）ＣｏＯ３のうち１つ以上と酸化物イオン伝導材料（ＧＤＣなど）との複合物によって構成することができる。 The oxygen electrode layer 9 is made of a porous material having oxide ion conductivity and electron conductivity. The oxygen electrode layer 9 is made of, for example, (La, Sr) (Co, Fe) O 3 , (La, Sr) FeO 3 , La(Ni, Fe) O 3 , (La, Sr) CoO 3 and (Sm, Sr ) a composite of one or more of CoO 3 and an oxide ion conducting material (such as GDC).

酸素極層９の気孔率は特に制限されないが、例えば２０％以上６０％以下とすることができる。酸素極層９の厚さは特に制限されないが、例えば１μｍ以上１００μｍ以下とすることができる。 Although the porosity of the oxygen electrode layer 9 is not particularly limited, it can be, for example, 20% or more and 60% or less. Although the thickness of the oxygen electrode layer 9 is not particularly limited, it can be, for example, 1 μm or more and 100 μm or less.

酸素極層９の形成方法は特に制限されず、焼成法、スプレーコーティング法、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法などを用いることができる。 A method for forming the oxygen electrode layer 9 is not particularly limited, and a baking method, a spray coating method, a PVD method, a CVD method, or the like can be used.

［金属支持体２０］
金属支持体２０は、セル本体部１０を支持する。金属支持体２０は、板状に形成される。金属支持体２０は、平板状であってもよいし、曲板状であってもよい。金属支持体２０は電解セル１の強度を保つことができればよく、その厚みは特に制限されないが、例えば０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下とすることができる。 [Metal support 20]
The metal support 20 supports the cell body 10 . The metal support 20 is formed in a plate shape. The metal support 20 may have a flat plate shape or a curved plate shape. The thickness of the metal support 20 is not particularly limited as long as it can maintain the strength of the electrolytic cell 1, but can be, for example, 0.1 mm or more and 2.0 mm or less.

金属支持体２０は、複数の供給孔２１、第１主面２０Ｓ、及び第２主面２０Ｔを有する。 The metal support 20 has a plurality of supply holes 21, a first major surface 20S and a second major surface 20T.

各供給孔２１は、第１主面２０Ｓから第２主面２０Ｔまで金属支持体２０を貫通する。各供給孔２１は、第１主面２０Ｓ及び第２主面２０Ｔに開口する。各供給孔２１は、第１主面２０Ｓのうち水素極層６に接合される領域に形成される。各供給孔２１は、金属支持体２０と流路部材３０との間に形成される流路３０ａに繋がる。 Each supply hole 21 penetrates the metal support 20 from the first major surface 20S to the second major surface 20T. Each supply hole 21 opens to the first main surface 20S and the second main surface 20T. Each supply hole 21 is formed in a region bonded to the hydrogen electrode layer 6 of the first main surface 20S. Each supply hole 21 is connected to a channel 30 a formed between the metal support 20 and the channel member 30 .

各供給孔２１は、機械加工（例えば、パンチング加工）、レーザ加工、或いは、化学加工（例えば、エッチング加工）などによって形成することができる。或いは、金属支持体２０が多孔質金属によって構成される場合、各供給孔２１は多孔質金属内の気孔であってよい。従って、各供給孔２１は、第１主面２０Ｓ及び第２主面２０Ｔに垂直に形成されていなくてよい。 Each supply hole 21 can be formed by mechanical processing (for example, punching processing), laser processing, chemical processing (for example, etching processing), or the like. Alternatively, if the metal support 20 is composed of a porous metal, each feed hole 21 may be a pore within the porous metal. Therefore, each supply hole 21 does not have to be formed perpendicular to the first main surface 20S and the second main surface 20T.

第１主面２０Ｓには、セル本体部１０が接合される。第２主面２０Ｔには、流路部材３０が接合される。第１主面２０Ｓは、第２主面２０Ｔの反対側に設けられる。 The cell body portion 10 is joined to the first main surface 20S. The channel member 30 is joined to the second main surface 20T. The first main surface 20S is provided on the opposite side of the second main surface 20T.

金属支持体２０は、金属材料によって構成される。例えば、金属支持体２０は、Ｃｒ（クロム）を含有する合金材料によって構成される。このような金属材料としては、Ｆｅ－Ｃｒ系合金鋼（ステンレス鋼など）やＮｉ－Ｃｒ系合金鋼などが挙げられる。金属支持体２０におけるＣｒの含有率は特に制限されないが、４質量％以上３０質量％以下とすることができる。 The metal support 20 is made of a metal material. For example, the metal support 20 is made of an alloy material containing Cr (chromium). Examples of such metal materials include Fe--Cr alloy steel (such as stainless steel) and Ni--Cr alloy steel. Although the content of Cr in the metal support 20 is not particularly limited, it can be 4% by mass or more and 30% by mass or less.

金属支持体２０は、Ｔｉ（チタン）やＺｒ（ジルコニウム）を含有していてもよい。金属支持体２０におけるＴｉの含有率は特に制限されないが、０．０１ｍｏｌ％以上１．０ｍｏｌ％以下とすることができる。金属支持体２０におけるＺｒの含有率は特に制限されないが、０．０１ｍｏｌ％以上０．４ｍｏｌ％以下とすることができる。金属支持体２０は、ＴｉをＴｉＯ２（チタニア）として含有していてもよいし、ＺｒをＺｒＯ２（ジルコニア）として含有していてもよい。 The metal support 20 may contain Ti (titanium) or Zr (zirconium). Although the content of Ti in the metal support 20 is not particularly limited, it can be 0.01 mol % or more and 1.0 mol % or less. Although the content of Zr in the metal support 20 is not particularly limited, it can be 0.01 mol % or more and 0.4 mol % or less. The metal support 20 may contain Ti as TiO 2 (titania), or may contain Zr as ZrO 2 (zirconia).

金属支持体２０は、金属支持体２０の構成元素が酸化することによって形成される酸化皮膜を表面に有していてよい。酸化皮膜としては、例えば酸化クロム膜が代表的である。酸化皮膜は、金属支持体２０の表面を部分的又は全体的に覆う。また、酸化皮膜は、各供給孔２１の内壁面を部分的又は全体的に覆っていてもよい。 The metal support 20 may have an oxide film on its surface formed by oxidizing the constituent elements of the metal support 20 . A typical oxide film is, for example, a chromium oxide film. The oxide film partially or wholly covers the surface of the metal support 20 . Moreover, the oxide film may partially or wholly cover the inner wall surface of each supply hole 21 .

［流路部材３０］
流路部材３０は、金属支持体２０の第２主面２０Ｔに接合される。流路部材３０は、金属支持体２０との間に流路３０ａを形成する。流路３０ａには、原料ガスが供給される。流路３０ａに供給された原料ガスは、金属支持体２０の各供給孔２１を介して、セル本体部１０の水素極層６に供給される。 [Flow channel member 30]
The flow channel member 30 is joined to the second main surface 20T of the metal support 20 . The channel member 30 forms a channel 30a between itself and the metal support 20 . A raw material gas is supplied to the flow path 30a. The raw material gas supplied to the flow path 30 a is supplied to the hydrogen electrode layer 6 of the cell main body 10 via each supply hole 21 of the metal support 20 .

流路部材３０は、例えば、合金材料によって構成することができる。流路部材３０は、金属支持体２０と同様の材料によって形成されていてよい。この場合、流路部材３０は、金属支持体２０と実質的に一体であってよい。 The channel member 30 can be made of, for example, an alloy material. The channel member 30 may be made of the same material as the metal support 20 . In this case, the channel member 30 may be substantially integrated with the metal support 20 .

流路部材３０は、枠体３１及びインターコネクタ３２を有する。枠体３１は、流路３０ａの側方を取り囲む環状部材である。枠体３１は、金属支持体２０の第２主面２０Ｔに接合される。インターコネクタ３２は、電解セル１を外部電源又は他の電解セルと電気的に直列に接続する板状部材である。インターコネクタ３２は、枠体３１に接合される。 The channel member 30 has a frame 31 and interconnectors 32 . The frame 31 is an annular member surrounding the sides of the flow path 30a. The frame 31 is joined to the second main surface 20T of the metal support 20 . The interconnector 32 is a plate-like member that electrically connects the electrolytic cell 1 in series with an external power source or another electrolytic cell. The interconnector 32 is joined to the frame 31 .

このように、本実施形態に係る流路部材３０では、枠体３１及びインターコネクタ３２が別部材となっているが、枠体３１及びインターコネクタ３２は一体であってよい。 Thus, in the channel member 30 according to this embodiment, the frame 31 and the interconnector 32 are separate members, but the frame 31 and the interconnector 32 may be integrated.

［電解質層７と反応防止層８との界面構造］
次に、電解質層７と反応防止層８との界面構造について説明する。図２は、水素極６及び電解質層７の断面図である。図２には、水素極６及び電解質層７の厚み方向に沿った断面が図示されている。厚み方向とは、金属支持体２０の第１主面２０Ｓに垂直な方向である。 [Interface Structure Between Electrolyte Layer 7 and Reaction Prevention Layer 8]
Next, the interface structure between the electrolyte layer 7 and the reaction prevention layer 8 will be described. FIG. 2 is a cross-sectional view of the hydrogen electrode 6 and the electrolyte layer 7. As shown in FIG. FIG. 2 shows cross sections along the thickness direction of the hydrogen electrode 6 and the electrolyte layer 7 . The thickness direction is a direction perpendicular to the first main surface 20S of the metal support 20. As shown in FIG.

図２に示すように、電解質層７及び反応防止層８の間には応力緩和部４０が配置されている。応力緩和部４０は、面方向における反応防止層８の電解質層７に対する所定範囲内での伸縮を許容する。 As shown in FIG. 2, a stress relief portion 40 is arranged between the electrolyte layer 7 and the reaction prevention layer 8 . The stress relieving portion 40 allows the anti-reaction layer 8 to expand and contract within a predetermined range with respect to the electrolyte layer 7 in the planar direction.

具体的には、電解セル１の作動開始時及び作動終了時に、反応防止層８及び電解質層７の熱膨張係数差に起因して反応防止層８が電解質層７に対して面方向に伸縮する際、応力緩和部４０は、反応防止層８が電解質層７に対して伸縮することを敢えて許容しつつも、その伸縮を所定範囲内に制限する。これによって、反応防止層８及び電解質層７の界面に生じる熱応力を緩和させながら、面方向において反応防止層８が電解質層７から過剰にずれてしまうことを抑制できるため、電解質層７が反応防止層８から剥離することを抑制できる。 Specifically, when the operation of the electrolytic cell 1 is started and ended, the reaction-preventing layer 8 expands and contracts in the plane direction with respect to the electrolyte layer 7 due to the difference in thermal expansion coefficient between the reaction-preventing layer 8 and the electrolyte layer 7 . At this time, the stress relaxation part 40 intentionally allows the reaction prevention layer 8 to expand and contract with respect to the electrolyte layer 7, but limits the expansion and contraction within a predetermined range. As a result, it is possible to prevent the reaction-preventing layer 8 from being excessively displaced from the electrolyte layer 7 in the plane direction while relieving the thermal stress generated at the interface between the reaction-preventing layer 8 and the electrolyte layer 7 . Peeling from the prevention layer 8 can be suppressed.

面方向とは、反応防止層８及び電解質層７の界面に沿った方向である。面方向は、金属支持体２０の第１主面２０Ｓと実質的に平行であってよい。 The plane direction is the direction along the interface between the reaction prevention layer 8 and the electrolyte layer 7 . The plane direction may be substantially parallel to the first main surface 20S of the metal support 20. As shown in FIG.

応力緩和部４０は、セラミック材料によって構成することができる。セラミック材料としては、イオン伝導性を有し且つ電子伝導性を有さない緻密な材料が好適であり、電解質層７に用いられるＹＳＺ（８ＹＳＺ）、ＧＤＣ、ＳｃＳＺ、ＳＤＣ、ＬＳＧＭなどが挙げられる。ただし、セラミック材料はこれらに限られず、ＣＳＺ，ＬＤＣ，ＬＳＣ、ＬＳＣＦなどを用いてもよい。 The stress relief portion 40 can be made of a ceramic material. As the ceramic material, a dense material having ionic conductivity but not electronic conductivity is suitable, and examples thereof include YSZ (8YSZ), GDC, ScSZ, SDC, and LSGM used for the electrolyte layer 7 . However, the ceramic material is not limited to these, and CSZ, LDC, LSC, LSCF, etc. may be used.

図２に示すように、反応防止層８は、電解質層側表面８Ｓと、第１凹部８ａとを有する。 As shown in FIG. 2, the reaction prevention layer 8 has an electrolyte layer-side surface 8S and first recesses 8a.

電解質層側表面８Ｓは、反応防止層８の表面のうち電解質層７と接触する領域である。電解質層側表面８Ｓは、実質的に平坦であってよいが、電解質層側表面８Ｓを微視的に観察した場合、反応防止層８の構成粒子の外縁に沿った凹凸（テクスチャ）が存在していてもよい。 The electrolyte layer-side surface 8S is a region of the surface of the reaction prevention layer 8 that contacts the electrolyte layer 7 . The electrolyte layer-side surface 8S may be substantially flat, but when the electrolyte layer-side surface 8S is microscopically observed, irregularities (textures) are present along the outer edges of the constituent particles of the reaction prevention layer 8. may be

第１凹部８ａは、電解質層側表面８Ｓに形成される。第１凹部８ａは、反応防止層８を貫通しない。すなわち、第１凹部８ａは、貫通孔ではなく有底凹部である。第１凹部８ａの輪郭形状は特に限られないが、本実施形態において第１凹部８ａの輪郭は円弧状である。第１凹部８ａのサイズは特に限られず、反応防止層８の構成粒子の外縁に沿った凹凸より大きければよい。 The first concave portion 8a is formed on the electrolyte layer-side surface 8S. The first concave portion 8 a does not penetrate the reaction prevention layer 8 . That is, the first concave portion 8a is not a through hole but a bottomed concave portion. Although the contour shape of the first recess 8a is not particularly limited, the contour of the first recess 8a is arc-shaped in the present embodiment. The size of the first concave portion 8a is not particularly limited, and may be larger than the unevenness along the outer edge of the constituent particles of the anti-reaction layer 8 .

図２に示すように、電解質７は、機能層側表面７Ｓと、第２凹部７ａとを有する。 As shown in FIG. 2, the electrolyte 7 has a functional layer-side surface 7S and a second recess 7a.

機能層側表面７Ｓは、電解質７の表面のうち反応防止層８と接触する領域である。機能層側表面７Ｓは、実質的に平坦であってよいが、機能層側表面７Ｓを微視的に観察した場合、電解質７の構成粒子の外縁に沿った凹凸が存在していてもよい。 The functional layer-side surface 7S is a region of the surface of the electrolyte 7 that contacts the reaction prevention layer 8 . The functional layer-side surface 7S may be substantially flat, but when the functional layer-side surface 7S is microscopically observed, irregularities may be present along the outer edges of constituent particles of the electrolyte 7 .

第２凹部７ａは、機能層側表面７Ｓに形成される。第２凹部７ａは、電解質７を貫通しない。すなわち、第２凹部７ａは、貫通孔ではなく有底凹部である。第２凹部７ａの輪郭形状は特に限られないが、本実施形態において第２凹部７ａの輪郭は円弧状である。第２凹部７ａのサイズは特に限られず、電解質７の構成粒子の外縁に沿った凹凸より大きければよい。 The second concave portion 7a is formed on the functional layer side surface 7S. The second recess 7 a does not penetrate the electrolyte 7 . That is, the second recess 7a is not a through hole but a bottomed recess. Although the contour shape of the second recess 7a is not particularly limited, the contour of the second recess 7a is arc-shaped in the present embodiment. The size of the second recesses 7 a is not particularly limited, and may be larger than the irregularities along the outer edges of the constituent particles of the electrolyte 7 .

図２に示すように、応力緩和部４０は、第１部分４１と、第２部分４２とを有する。 As shown in FIG. 2 , the stress relief section 40 has a first portion 41 and a second portion 42 .

第１部分４１は、反応防止層８の第１凹部８ａ内に配置される。第１部分４１は、第１凹部８ａの内面に接続される。第１部分４１は、反応防止層８の伸縮に伴って、反応防止層８とともに面方向に移動する。 The first portion 41 is arranged in the first recess 8 a of the reaction prevention layer 8 . The first portion 41 is connected to the inner surface of the first recess 8a. The first portion 41 moves in the planar direction together with the reaction-preventing layer 8 as the reaction-preventing layer 8 expands and contracts.

本実施形態では、第１部分４１が第１凹部８ａに埋設されており、第１部分４１の輪郭と第１凹部８ａの輪郭とが一致している。すなわち、第１部分４１の全体が第１凹部８ａの内面に接続されている。そのため、反応防止層８に対する第１部分４１の接続性を向上させることができる。ただし、第１部分４１の少なくとも一部が第１凹部８ａの内面に接続されていればよい。 In this embodiment, the first portion 41 is embedded in the first recess 8a, and the outline of the first portion 41 and the outline of the first recess 8a match. That is, the entire first portion 41 is connected to the inner surface of the first recess 8a. Therefore, the connectivity of the first portion 41 to the reaction prevention layer 8 can be improved. However, at least part of the first portion 41 may be connected to the inner surface of the first recess 8a.

第２部分４２は、電解質７の第２凹部７ａ内に配置される。第２部分４２の少なくとも一部は、第２凹部７ａの内面から離れている。すなわち、第２部分４２と第２凹部７ａとの間には空隙が存在する。従って、反応防止層８が伸縮した場合、第２部分４２が第２凹部７ａの内面に当接するまでは反応防止層８の伸縮が許容されるため、反応防止層８及び電解質層７の界面に生じる熱応力を緩和させることができる。また、第２部分４２が第２凹部７ａの内面に当接した後は反応防止層８の伸縮が制限されるため、面方向において反応防止層８が電解質層７から過剰にずれてしまうことを抑制できる。その結果、電解質層７が反応防止層８から剥離することを抑制できる。 The second portion 42 is arranged in the second recess 7 a of the electrolyte 7 . At least part of the second portion 42 is separated from the inner surface of the second recess 7a. That is, there is a gap between the second portion 42 and the second concave portion 7a. Therefore, when the reaction-preventing layer 8 expands and contracts, the expansion and contraction of the reaction-preventing layer 8 is allowed until the second portion 42 comes into contact with the inner surface of the second recess 7a. The resulting thermal stress can be relaxed. Further, since the expansion and contraction of the reaction-preventing layer 8 is restricted after the second portion 42 abuts against the inner surface of the second concave portion 7a, excessive deviation of the reaction-preventing layer 8 from the electrolyte layer 7 in the planar direction can be prevented. can be suppressed. As a result, separation of the electrolyte layer 7 from the reaction prevention layer 8 can be suppressed.

本実施形態では、第２部分４２の全体が第２凹部７ａの内面から離れている。そのため、面方向における第２部分４２の移動、すなわち、面方向における反応防止層８の伸縮をスムーズに行うことができる。ただし、第２部分４２の一部は第２凹部７ａの内面に接触していてもよい。 In this embodiment, the entire second portion 42 is separated from the inner surface of the second recess 7a. Therefore, the movement of the second portion 42 in the planar direction, that is, the expansion and contraction of the anti-reaction layer 8 in the planar direction can be performed smoothly. However, part of the second portion 42 may be in contact with the inner surface of the second recess 7a.

図２に示した界面構造は、次のように形成することができる。まず、水素極層６上に電解質層７の材料スラリーを塗布して電解質層７の成形体を形成する。次に、電解質層７の成形体の表面に造孔材を点状に塗布する。次に、点状に塗布された造孔材の上に粉末状又は塊状のセラミックスを配置する。次に、電解質層７の成形体の表面を覆うように反応防止層８の材料スラリーを塗布して反応防止層８の成形体を形成する。次に、電解質層７及び反応防止層８それぞれの成形体を焼成することによって、電解質層７及び反応防止層８が形成されるとともに、粉末状又は塊状のセラミックスから応力緩和部４０が形成される。応力緩和部４０の第１部分４１は反応防止層８に埋設され、造孔材が焼失することで応力緩和部４０の第２部分４２は電解質層７から離れる。 The interface structure shown in FIG. 2 can be formed as follows. First, a material slurry for the electrolyte layer 7 is applied onto the hydrogen electrode layer 6 to form a compact for the electrolyte layer 7 . Next, the surface of the compact of the electrolyte layer 7 is coated with a pore-forming material in dots. Next, powdery or lumped ceramics are placed on the pore-forming material applied in dots. Next, a material slurry for the reaction-preventing layer 8 is applied so as to cover the surface of the molded body of the electrolyte layer 7 to form a molded body of the reaction-preventing layer 8 . Next, the electrolyte layer 7 and the reaction-preventing layer 8 are formed by sintering the compacts of the electrolyte layer 7 and the reaction-preventing layer 8, respectively, and the stress-relieving portion 40 is formed from powdery or massive ceramics. . The first portion 41 of the stress relaxation portion 40 is embedded in the reaction prevention layer 8 , and the second portion 42 of the stress relaxation portion 40 is separated from the electrolyte layer 7 by burning out the pore-forming material.

２．第２実施形態
第２実施形態に係る応力緩和部５０の構成について説明する。応力緩和部５０以外の構成については上記第１実施形態に説明したとおりである。 2. Second Embodiment A configuration of a stress relaxation portion 50 according to a second embodiment will be described. The configuration other than the stress relaxation portion 50 is as described in the first embodiment.

図３は、水素極６及び電解質層７の断面図である。図３には、水素極６及び電解質層７の厚み方向に沿った断面が図示されている。 FIG. 3 is a cross-sectional view of the hydrogen electrode 6 and the electrolyte layer 7. As shown in FIG. FIG. 3 shows cross sections along the thickness direction of the hydrogen electrode 6 and the electrolyte layer 7 .

図３に示すように、電解質層７及び反応防止層８の間には応力緩和部５０が配置されている。応力緩和部５０は、面方向における反応防止層８の電解質層７に対する所定範囲内での伸縮を許容する。 As shown in FIG. 3, a stress relief portion 50 is arranged between the electrolyte layer 7 and the reaction prevention layer 8 . The stress relieving portion 50 allows expansion and contraction of the reaction prevention layer 8 with respect to the electrolyte layer 7 in the plane direction within a predetermined range.

具体的には、電解セル１の作動開始時及び作動終了時に、反応防止層８及び電解質層７の熱膨張係数差に起因して反応防止層８が電解質層７に対して面方向に伸縮する際、応力緩和部５０は、反応防止層８が電解質層７に対して伸縮することを敢えて許容しつつも、その伸縮を所定範囲内に制限する。これによって、反応防止層８及び電解質層７の界面に生じる熱応力を緩和させながら、面方向において反応防止層８が電解質層７から過剰にずれてしまうことを抑制できるため、電解質層７が反応防止層８から剥離することを抑制できる。 Specifically, when the operation of the electrolytic cell 1 is started and ended, the reaction-preventing layer 8 expands and contracts in the plane direction with respect to the electrolyte layer 7 due to the difference in thermal expansion coefficient between the reaction-preventing layer 8 and the electrolyte layer 7 . At this time, the stress relaxation part 50 intentionally allows the reaction prevention layer 8 to expand and contract with respect to the electrolyte layer 7, but limits the expansion and contraction within a predetermined range. As a result, it is possible to prevent the reaction-preventing layer 8 from being excessively displaced from the electrolyte layer 7 in the plane direction while relieving the thermal stress generated at the interface between the reaction-preventing layer 8 and the electrolyte layer 7 . Peeling from the prevention layer 8 can be suppressed.

応力緩和部５０は、内部に空隙５０ａを有する。応力緩和部５０に外力がかかると、空隙５０ａの幅は狭くなったり広がったりする。このように、応力緩和部５０自体が伸縮可能である。空隙５０ａの数、位置、サイズなどは適宜変更可能である。 The stress relaxation portion 50 has a void 50a inside. When an external force is applied to the stress relief portion 50, the width of the gap 50a narrows or widens. Thus, the stress relief portion 50 itself can expand and contract. The number, position, size, etc. of the gaps 50a can be changed as appropriate.

応力緩和部５０は、セラミックス材料によって構成することができる。セラミックス材料としては、イオン伝導性を有し且つ電子伝導性を有さない材料が好適であり、電解質層７に用いられるＹＳＺ（８ＹＳＺ）、ＧＤＣ、ＳｃＳＺ、ＳＤＣ、ＬＳＧＭなどが挙げられる。ただし、セラミックス材料はこれらに限られず、ＣＳＺ，ＬＤＣ，ＬＳＣ、ＬＳＣＦなどを用いてもよい。 The stress relaxation portion 50 can be made of a ceramic material. As the ceramic material, a material having ionic conductivity but not electronic conductivity is suitable, and examples thereof include YSZ (8YSZ), GDC, ScSZ, SDC, LSGM, etc. used for the electrolyte layer 7 . However, the ceramic material is not limited to these, and CSZ, LDC, LSC, LSCF, etc. may be used.

図３に示すように、反応防止層８は、電解質層側表面８Ｔと、第１凹部８ｂとを有する。 As shown in FIG. 3, the reaction prevention layer 8 has an electrolyte layer-side surface 8T and first recesses 8b.

電解質層側表面８Ｔは、反応防止層８の表面のうち電解質層７と接触する領域である。電解質層側表面８Ｔは、実質的に平坦であってよいが、電解質層側表面８Ｔを微視的に観察した場合、反応防止層８の構成粒子の外縁に沿った凹凸が存在していてもよい。 The electrolyte layer-side surface 8T is a region of the surface of the reaction prevention layer 8 that contacts the electrolyte layer 7 . The electrolyte layer-side surface 8T may be substantially flat, but when the electrolyte layer-side surface 8T is microscopically observed, unevenness along the outer edge of the constituent particles of the reaction prevention layer 8 may be present. good.

第１凹部８ｂは、電解質層側表面８Ｔに形成される。第１凹部８ｂは、反応防止層８を貫通しない。すなわち、第１凹部８ｂは、貫通孔ではなく有底凹部である。第１凹部８ｂの輪郭形状は特に限られないが、本実施形態において第１凹部８ｂの輪郭は円弧状である。第１凹部８ｂのサイズは特に限られず、反応防止層８の構成粒子の外縁に沿った凹凸より大きければよい。 The first concave portion 8b is formed in the electrolyte layer-side surface 8T. The first concave portion 8 b does not penetrate the reaction prevention layer 8 . That is, the first concave portion 8b is not a through hole but a bottomed concave portion. Although the contour shape of the first recess 8b is not particularly limited, the contour of the first recess 8b is arc-shaped in the present embodiment. The size of the first concave portion 8b is not particularly limited, and may be larger than the unevenness along the outer edge of the constituent particles of the anti-reaction layer 8 .

図３に示すように、電解質７は、機能層側表面７Ｔと、第２凹部７ｂとを有する。 As shown in FIG. 3, the electrolyte 7 has a functional layer-side surface 7T and a second recess 7b.

機能層側表面７Ｔは、電解質７の表面のうち反応防止層８と接触する領域である。機能層側表面７Ｔは、実質的に平坦であってよいが、機能層側表面７Ｔを微視的に観察した場合、電解質７の構成粒子の外縁に沿った凹凸が存在していてもよい。 The functional layer-side surface 7T is a region of the surface of the electrolyte 7 that contacts the reaction prevention layer 8 . The functional layer-side surface 7T may be substantially flat, but when the functional layer-side surface 7T is microscopically observed, irregularities may be present along the outer edges of constituent particles of the electrolyte 7 .

第２凹部７ｂは、機能層側表面７Ｔに形成される。第２凹部７ｂは、電解質７を貫通しない。すなわち、第２凹部７ｂは、貫通孔ではなく有底凹部である。第２凹部７ｂの輪郭形状は特に限られないが、本実施形態において第２凹部７ｂの輪郭は円弧状である。第２凹部７ｂのサイズは特に限られず、電解質７の構成粒子の外縁に沿った凹凸より大きければよい。 The second concave portion 7b is formed on the functional layer side surface 7T. The second recess 7 b does not penetrate the electrolyte 7 . That is, the second recess 7b is not a through hole but a bottomed recess. Although the contour shape of the second recess 7b is not particularly limited, the contour of the second recess 7b is arc-shaped in the present embodiment. The size of the second concave portion 7 b is not particularly limited, and may be larger than the unevenness along the outer edge of the constituent particles of the electrolyte 7 .

図３に示すように、応力緩和部５０は、第１部分５１と、第２部分５２とを有する。 As shown in FIG. 3 , the stress relief section 50 has a first portion 51 and a second portion 52 .

第１部分５１は、反応防止層８の第１凹部８ｂ内に配置される。第１部分５１は、第１凹部８ｂの内面に接続される。本実施形態では、第１部分５１が第１凹部８ｂに埋設されており、第１部分５１の輪郭と第１凹部８ｂの輪郭とが一致している。すなわち、第１部分５１の全体が第１凹部８ｂの内面に接続されている。そのため、反応防止層８に対する第１部分５１の接続性を向上させることができる。ただし、第１部分５１の少なくとも一部が第１凹部８ｂの内面に接続されていればよい。 The first portion 51 is arranged in the first recess 8 b of the reaction prevention layer 8 . The first portion 51 is connected to the inner surface of the first recess 8b. In this embodiment, the first portion 51 is embedded in the first recess 8b, and the outline of the first portion 51 and the outline of the first recess 8b match. That is, the entire first portion 51 is connected to the inner surface of the first recess 8b. Therefore, the connectivity of the first portion 51 to the reaction prevention layer 8 can be improved. However, at least part of the first portion 51 may be connected to the inner surface of the first recess 8b.

第２部分５２は、電解質７の第２凹部７ｂ内に配置される。そのため、第２部分５２は、第２凹部７ｂに係止されている。そして、上述の通り、応力緩和部５０の内部には空隙５０ａが形成されているため、応力緩和部５０自体が伸縮可能である。従って、反応防止層８が伸縮した場合、応力緩和部５０の伸縮が限界に到達するまでは反応防止層８の伸縮が許容されるため、反応防止層８及び電解質層７の界面に生じる熱応力を緩和させることができる。また、応力緩和部５０の伸縮が限界に到達した後は反応防止層８の伸縮が制限されるため、面方向において反応防止層８が電解質層７から過剰にずれてしまうことを抑制できる。その結果、電解質層７が反応防止層８から剥離することを抑制できる。 The second portion 52 is arranged within the second recess 7 b of the electrolyte 7 . Therefore, the second portion 52 is locked in the second recess 7b. As described above, since the space 50a is formed inside the stress relieving portion 50, the stress relieving portion 50 itself can expand and contract. Therefore, when the reaction-preventing layer 8 expands and contracts, the expansion and contraction of the reaction-preventing layer 8 is allowed until the expansion and contraction of the stress relaxation portion 50 reaches the limit. can be mitigated. In addition, since the expansion and contraction of the reaction prevention layer 8 is restricted after the expansion and contraction of the stress relaxation portion 50 reaches the limit, it is possible to prevent the reaction prevention layer 8 from being excessively displaced from the electrolyte layer 7 in the planar direction. As a result, separation of the electrolyte layer 7 from the reaction prevention layer 8 can be suppressed.

本実施形態において、第２部分５２は、第２凹部７ｂの内面に接続される。第２部分５２が第２凹部７ｂに埋設されており、第２部分５２の輪郭と第２凹部７ｂの輪郭とが一致している。すなわち、第２部分５２の全体が第２凹部７ｂの内面に接続されている。ただし、第２部分５２の少なくとも一部は、第２凹部７ｂの内面から離れていてもよい。これによって、上記第１実施形態で説明したとおり、第２部分５２自体を面方向に移動させることができるため、反応防止層８及び電解質層７の界面に生じる熱応力をより緩和させることができる。 In this embodiment, the second portion 52 is connected to the inner surface of the second recess 7b. The second portion 52 is embedded in the second recess 7b, and the outline of the second portion 52 matches the outline of the second recess 7b. That is, the entire second portion 52 is connected to the inner surface of the second recess 7b. However, at least part of the second portion 52 may be separated from the inner surface of the second recess 7b. Thereby, as described in the first embodiment, the second portion 52 itself can be moved in the plane direction, so that the thermal stress generated at the interface between the reaction prevention layer 8 and the electrolyte layer 7 can be further alleviated. .

図３に示した界面構造は、次のように形成することができる。まず、水素極層６上に電解質層７の材料スラリーを塗布して電解質層７の成形体を形成する。次に、電解質層７の成形体の表面に塊状の多孔質セラミックスを配置する。次に、電解質層７の成形体の表面を覆うように反応防止層８の材料スラリーを塗布して反応防止層８の成形体を形成する。次に、電解質層７及び反応防止層８それぞれの成形体を焼成することによって、電解質層７及び反応防止層８が形成されるとともに、塊状の多孔質セラミックスから応力緩和部５０が形成される。 The interface structure shown in FIG. 3 can be formed as follows. First, a material slurry for the electrolyte layer 7 is applied onto the hydrogen electrode layer 6 to form a compact for the electrolyte layer 7 . Next, a block of porous ceramics is arranged on the surface of the compact of the electrolyte layer 7 . Next, a material slurry for the reaction-preventing layer 8 is applied so as to cover the surface of the molded body of the electrolyte layer 7 to form a molded body of the reaction-preventing layer 8 . Next, the electrolyte layer 7 and the reaction-preventing layer 8 are formed by firing the compacts of the electrolyte layer 7 and the reaction-preventing layer 8, respectively, and the stress-relieving portion 50 is formed from the massive porous ceramics.

（実施形態の変形例）
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。 (Modification of embodiment)
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these, and various modifications are possible without departing from the gist of the present invention.

［変形例１］
上記実施形態において、水素極層６はカソードとして機能し、酸素極層９はアノードとして機能することとしたが、水素極層６がアノードとして機能し、酸素極層９がカソードとして機能してもよい。この場合、水素極層６と酸素極層９の構成材料を入れ替えるとともに、水素極層６の外表面に原料ガスを流す。 [Modification 1]
In the above embodiment, the hydrogen electrode layer 6 functions as a cathode and the oxygen electrode layer 9 functions as an anode. good. In this case, the constituent materials of the hydrogen electrode layer 6 and the oxygen electrode layer 9 are exchanged, and the raw material gas is flowed to the outer surface of the hydrogen electrode layer 6 .

［変形例２］
上記実施形態では、電気化学セルの一例として電解セル１について説明したが、電気化学セルは電解セルに限られない。電気化学セルとは、電気エネルギーを化学エネルギーに変えるため、全体的な酸化還元反応から起電力が生じるように一対の電極が配置された素子と、化学エネルギーを電気エネルギーに変えるための素子との総称である。従って、電気化学セルには、例えば、酸化物イオン或いはプロトンをキャリアとする燃料電池が含まれる。 [Modification 2]
In the above embodiment, the electrolytic cell 1 was described as an example of the electrochemical cell, but the electrochemical cell is not limited to the electrolytic cell. An electrochemical cell consists of an element in which a pair of electrodes are arranged so that an electromotive force is generated from the overall oxidation-reduction reaction in order to convert electrical energy into chemical energy, and an element for converting chemical energy into electrical energy. It is a generic term. Thus, electrochemical cells include, for example, fuel cells with oxide ions or protons as carriers.

［変形例３］
上記実施形態では、電解セル１が反応防止層８を備えているため、反応防止層８が電解質層７に接続される機能層であることとしたが、電解セル１が反応防止層８を備えていない場合、酸素極層９が電解質層７に接続される機能層となる。 [Modification 3]
In the above embodiment, since the electrolytic cell 1 includes the reaction-preventing layer 8, the reaction-preventing layer 8 is a functional layer connected to the electrolyte layer 7. However, the electrolytic cell 1 includes the reaction-preventing layer 8. If not, the oxygen electrode layer 9 becomes a functional layer connected to the electrolyte layer 7 .

１ セル
６ 水素極層
７ 電解質層
７Ｓ，７Ｔ 機能層側表面
７ａ，７ｂ 第２凹部
８ 反応防止層
８Ｓ，８Ｔ 電解質層側表面
８ａ，８ｂ 第１凹部
９ 酸素極層
１０ セル本体部
２０ 金属支持体
２１ 供給孔
３０ 流路部材
３０ａ 流路
４０，５０ 応力緩和部
４１，５１ 第１部分
４２，５２ 第２部分 1 cell 6 hydrogen electrode layer 7 electrolyte layers 7S, 7T functional layer side surfaces 7a, 7b second recess 8 reaction prevention layers 8S, 8T electrolyte layer side surfaces 8a, 8b first recess 9 oxygen electrode layer 10 cell body 20 metal support Body 21 Supply hole 30 Flow path member 30a Flow paths 40, 50 Stress relaxation parts 41, 51 First parts 42, 52 Second part

Claims (3)

所定の機能を有する機能層と、
電極層と、
前記機能層及び前記電極層の間に配置され、前記機能層と接触する電解質層と、
前記機能層及び前記電解質層の間に配置され、前記機能層及び前記電解質層の界面に沿った面方向における前記機能層の前記電解質層に対する所定範囲内での伸縮を許容することによって前記界面に生じる熱応力を緩和させる応力緩和部と、
を備え、
前記機能層は、電解質層側表面に形成された第１凹部を有し、
前記電解質層は、機能層側表面に形成された第２凹部を有し、
前記応力緩和部は、前記第１凹部内に配置される第１部分と、前記第２凹部内に配置される第２部分とを有し、
前記第１部分の少なくとも一部は、前記第１凹部の内面に接続され、
前記第２部分の少なくとも一部は、前記第２凹部の内面から離れている、
電気化学セル。 a functional layer having a predetermined function;
an electrode layer;
an electrolyte layer disposed between the functional layer and the electrode layer and in contact with the functional layer;
disposed between the functional layer and the electrolyte layer, and allowing the functional layer to expand and contract with respect to the electrolyte layer within a predetermined range in a plane direction along the interface between the functional layer and the electrolyte layer; a stress relief portion that relieves the generated thermal stress;
with
The functional layer has a first recess formed on the surface on the electrolyte layer side,
The electrolyte layer has a second recess formed on the surface on the functional layer side,
The stress relief section has a first portion arranged in the first recess and a second portion arranged in the second recess,
At least part of the first portion is connected to the inner surface of the first recess,
at least a portion of the second portion is spaced from the inner surface of the second recess;
electrochemical cell. 所定の機能を有する機能層と、
電極層と、
前記機能層及び前記電極層の間に配置され、前記機能層と接触する電解質層と、
前記機能層及び前記電解質層の間に配置され、前記機能層及び前記電解質層の界面に沿った面方向における前記機能層の前記電解質層に対する所定範囲内での伸縮を許容することによって前記界面に生じる熱応力を緩和させる応力緩和部と、
を備え、
前記機能層は、電解質層側表面に形成された第１凹部を有し、
前記電解質層は、機能層側表面に形成された第２凹部を有し、
前記応力緩和部は、前記第１凹部内に配置される第１部分と、前記第２凹部内に配置される第２部分とを有し、
前記応力緩和部は、内部に空隙を有する、
電気化学セル。 a functional layer having a predetermined function;
an electrode layer;
an electrolyte layer disposed between the functional layer and the electrode layer and in contact with the functional layer;
disposed between the functional layer and the electrolyte layer, and allowing the functional layer to expand and contract with respect to the electrolyte layer within a predetermined range in a plane direction along the interface between the functional layer and the electrolyte layer; a stress relief portion that relieves the generated thermal stress;
with
The functional layer has a first recess formed on the surface on the electrolyte layer side,
The electrolyte layer has a second recess formed on the surface on the functional layer side,
The stress relief section has a first portion arranged in the first recess and a second portion arranged in the second recess,
The stress relaxation part has a void inside,
electrochemical cell. 前記電極層を支持し、複数の供給孔を有する板状の金属支持体をさらに備える、
請求項１又は２に記載の電気化学セル。 further comprising a plate-shaped metal support that supports the electrode layer and has a plurality of supply holes;
3. An electrochemical cell according to claim 1 or 2 .
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