特許 6862534 電気化学セル

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6862534

(24)【登録日】2021年4月2日

(45)【発行日】2021年4月21日

(54)【発明の名称】電気化学セル

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/1226 20160101AFI20210412BHJP

   H01M 8/0273 20160101ALI20210412BHJP

   H01M 8/0276 20160101ALI20210412BHJP

   H01M 8/02 20160101ALI20210412BHJP

   C25B 1/04 20210101ALI20210412BHJP

   C25B 9/00 20210101ALI20210412BHJP

   C25B 9/63 20210101ALI20210412BHJP

   C25B 15/00 20060101ALI20210412BHJP

   H01M 8/12 20160101ALN20210412BHJP

【ＦＩ】

   H01M8/1226

   H01M8/0273

   H01M8/0276

   H01M8/02

   C25B1/10

   C25B9/00 A

   C25B9/02 302

   C25B15/00 302

   !H01M8/12 101

   !H01M8/12 102A

【請求項の数】7

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2019-501785(P2019-501785)

(86)(22)【出願日】2017年2月21日

(86)【国際出願番号】JP2017006376

(87)【国際公開番号】WO2018154629

(87)【国際公開日】20180830

【審査請求日】2019年3月6日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100091982

【弁理士】

【氏名又は名称】永井 浩之

(74)【代理人】

【識別番号】100091487

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 行孝

(74)【代理人】

【識別番号】100105153

【弁理士】

【氏名又は名称】朝倉 悟

(74)【代理人】

【識別番号】100107582

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 毅

(74)【代理人】

【識別番号】100124372

【弁理士】

【氏名又は名称】山ノ井 傑

(74)【代理人】

【識別番号】100125151

【弁理士】

【氏名又は名称】新畠 弘之

(72)【発明者】

【氏名】浅田 隆利

(72)【発明者】

【氏名】犬塚 理子

(72)【発明者】

【氏名】吉野 正人

(72)【発明者】

【氏名】長田 憲和

(72)【発明者】

【氏名】中澤 啓輔

(72)【発明者】

【氏名】久野 勝美

【審査官】 小森 重樹

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−２９３７４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００７／１４８６７７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特表２００９−５２５５６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１４０７５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０６７５９３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ８／１２２６

Ｃ２５Ｂ １／０４

Ｃ２５Ｂ ９／００

Ｃ２５Ｂ ９／６３

Ｃ２５Ｂ １５／００

Ｈ０１Ｍ ８／０２

Ｈ０１Ｍ ８／０２７３

Ｈ０１Ｍ ８／０２７６

Ｈ０１Ｍ ８／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電解質膜、当該電解質膜の一方の面に設けられた酸素極と、当該電解質膜の他方の面に設けられた水素極とを少なくとも有する平板状の電解セルと、
前記電解セルよりも硬度が低い第１保持材と、前記電解セルよりも硬度が低い第２保持材で構成される保持材あって、前記第１保持材及び前記第２保持材の対向する平面状面で前記電解セルの周縁領域の少なくとも一部の上下を挟みこみ、前記第１保持材及び前記第２保持材の端部を圧着した圧着端部で固定される保持材と、
アルミナ、ジルコニア、及びシリカの内の少なくともいずれかが含まれる材料で構成され、前記圧着端部間に設けられた第１シール材と、
前記電解セルの前記周縁領域の少なくとも一部と前記保持材の間に設けられた第２シール材であって、前記アルミナ、前記ジルコニア、及び前記シリカの内の少なくともいずれかが含まれる材料で構成される第２シール材と、
前記酸素極に供給される酸化剤ガスと前記水素極に供給される還元剤ガスとを分配するセパレータであって、前記圧着端部において前記電解セルの側面の外周に形成された支持部の上下を挟みこみ、前記電解セルを支持すると共に、当該酸素極及び当該水素極それぞれに電気的に接続されるセパレータと、
を備える電気化学セル。

【請求項2】

前記第１保持材は、第１開口を有し、前記第２保持材は、第２開口を有し、
前記セパレータは、第１開口を介して前記水素極と電気的に接続され、第２開口を介して前記酸素極と電気的の接続される請求項１に記載の電気化学セル。

【請求項3】

前記電解セルの前記一方の面、及び前記他方の面の内の少なくともいずれかの面と前記保持材の間に設けられ、当該一方の面、及び当該他方の面の内の少なくとも一方の面と前記保持材の間を密封する第２シール材と、
を更に備える請求項２に記載の電気化学セル。

【請求項4】

電解質膜、当該電解質膜の一方の面に設けられた酸素極と、当該電解質膜の他方の面に設けられた水素極とを少なくとも有する平板状の電解セルと、
前記電解セルよりも硬度が低い保持材であって、前記電解セルの周縁領域の少なくとも一部を支持し、前記電解セルを保持する保持材と、
前記酸素極に供給される酸化剤ガスと前記水素極に供給される還元剤ガスとを分配するセパレータであって、前記保持材を介して前記電解セルを支持すると共に、当該酸素極及び当該水素極それぞれに電気的に接続されるセパレータと、
を備え、
前記保持材は、前記電解セルの側面の外周に支持部を有し、前記セパレータは当該支持部を支持し、
前記支持部は、水素極側に尖った突起状の形状をしている、電気化学セル。

【請求項5】

前記セパレータは、位置決めピンを有し、
前記保持材は、端部に当該位置決めピンをはめるピン穴を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電気化学セル。

【請求項6】

前記セパレータは、位置決め台座を有し、
前記保持材は、端部に当該位置決め台座に対応する切欠きを有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電気化学セル。

【請求項7】

電解質膜、当該電解質膜の一方の面に設けられた酸素極と、当該電解質膜の他方の面に設けられた水素極とを少なくとも有する平板状の電解セルと、
前記電解セルよりも硬度が低い保持材であって、前記電解セルの周縁領域の少なくとも一部を支持し、前記電解セルを保持する保持材と、
前記酸素極に供給される酸化剤ガスと前記水素極に供給される還元剤ガスとを分配するセパレータであって、前記保持材を介して前記電解セルを支持すると共に、当該酸素極及び当該水素極それぞれに電気的に接続されるセパレータと、
を備え、
前記保持材の上流側にガス侵入穴を設け、前記保持材内にガスシールドのためのガス経路を設けることを特徴とする、電気化学セル。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本実施形態は、電気化学セルに関する。

【背景技術】

【0002】

電気化学セルは、例えば、７００〜１０００℃の高温条件下において、還元剤と酸化剤との反応エネルギーを電気として取り出す固体酸化物形燃料電池（Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ：ＳＯＦＣ）として機能する。一方、水蒸気などの電気分解を行う場合には、電気化学セルは、ＳＯＦＣにおける反応の逆反応を動作原理とし、電解質膜を介して、高温の水蒸気を電気分解することにより水素と酸素とを得る固体酸化物形電解セル（Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓ Ｃｅｌｌ：ＳＯＥＣ）として機能する。

【0003】

この電気化学セルは、例えば、電解反応を行う電解セルと、この電解セルと上下に接する集電材と、電解セル及び集電体を覆うセパレータと、各接合面のリークを防ぐためのシール材などと、を備えて構成されている。また、電気化学セルを積層することでスタック化が可能であり、例えばリークを防ぐために、スタック化の際にボルト等で締め付け固定される。ところが、電解セルは一般的にセラミックス系材料であり、この締め付け固定などにより、曲げ応力等がかかり、電解セルが変形してしまう恐れがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１４−４１７０４号公報

【特許文献2】特開２０１６−１２６８９３公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明が解決しようとする課題は、電解セルの変形抑制が可能な電気化学セルを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本実施形態に係る電気化学セルは、電解質膜、当該電解質膜の一方の面に設けられた酸素極と、当該電解質膜の他方の面に設けられた水素極とを少なくとも有する平板状の電解セルと、前記電解セルよりも硬度が低い保持材であって、前記電解セルの周縁領域の少なくとも一部を支持し、前記電解セルを保持する保持材と、前記酸素極に供給される酸化剤ガスと前記水素極に供給される還元剤ガスとを分配するセパレータであって、前記保持材を介して電解セルを支持すると共に、当該酸素極及び当該水素極それぞれに電気的に接続されるセパレータと、を備える。

【発明の効果】

【0007】

本発明の効果は、電解セルの変形を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】第１実施形態に係る電気化学セルの構成を示す模式図であり、左図は、電気化学セルを構成する構成部材を示す図、右図は、構成部材を積層した電気化学セルを示す図。

【図2】第１実施形態に係る単位セルの構成を示す模式図であり、左図は、単位セルを構成する構成部材を示す図であり、右図は、構成部材を積層した単位セルを示す図。

【図3】単位セルの構成を示す図であり、図３（ａ）は、上面図であり、右半分は第１保持材を除いた図であり、図３（ｂ）の右半分は、Ａ−Ａ’断面図。

【図4】図３の丸枠内で示した構成を拡大して示す図。

【図5】第１実施形態に係る電気化学セルの構成図であり、図５（ａ）は、電気化学セルの上面図であり、第２セパレータ、酸素極側の集電材、セパレータ間の絶縁体、及び第４シール材を除いた状態の図、図５（ｂ）は、電気化学セルのＢ−Ｂ’断面図。

【図6】図５（ｂ）の枠内を拡大した図。

【図7】第２実施形態に係る単位セルの構成を示す図であり、図７（ａ）は、底面図、図７（ｂ）の右半分は、Ｃ−Ｃ’断面図。

【図8】第３実施形態に係る電気化学セルの構成図であり、図８（ａ）は、電気化学セルの上面図であり、第２セパレータ、酸素極側の集電材、セパレータ間の絶縁体及び第４シール材を除いた状態の図であり、図８（ｂ）は、Ｄ−Ｄ’断面図。

【図9】第４実施形態に係る電気化学セルの構成図であり、図９（ａ）は、電気化学セルの上面図であり、第２セパレータ、酸素極側の集電材、セパレータ間の絶縁体及び第４シール材を除いた状態を示す図、図９（ｂ）は、Ｅ−Ｅ’断面図。

【図10】単位セルの構成を示す図であり、図１０（ａ）は、底面図であり、図１０（ｂ）は、Ｆ−Ｆ’断面図。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。

【0010】

（第１実施形態）
第１実施形態に係る電気化学セルは、電解セルよりも硬度が低い保持材を介して電解セルを支持することで、曲げ応力による電解セルの変形抑制を図ったものである。より詳しく、以下に説明する。

【0011】

まず、図１及び図２に基づき、本実施形態に係る電気化学セル１の全体構成を説明する。

【0012】

図１は、本実施形態に係る電気化学セル１の構成を示す模式図であり、左図は、電気化学セル１を構成する構成部材を示す図であり、右図は、構成部材を積層した電気化学セル１を示す図である。この図１に示すように、本実施形態に係る電気化学セル１は、単位セル１００と、第１セパレータ２００ａと、第２セパレータ２００ｂと、水素極側の集電材３００と、酸素極側の集電材４００と、を備えて構成される。本実施形態に係る電気化学セル１は、積層することでスタック化し、出力を増加させることが可能である。或いは、積層せずに、単一で使用することも可能である。

【0013】

図２は、第１実施形態に係る単位セル１００の構成を示す模式図であり、左図は、単位セル１００を構成する構成部材を示す図であり、右図は、構成部材を積層した単位セル１００を示す図である。

【0014】

図２の左図に示すように、第１実施形態に係る単位セル１００は、電解セル１０２と、第１保持材１０４ａと、第２保持材１０４ｂと、第１シール材１０６と、第２シール材１０８とを、備えて構成されている。

【0015】

すなわち、本実施形態に係る電気化学セル１は、電解セル１０２と、第１保持材１０４ａと、第２保持材１０４ｂと、第１シール材１０６と、第２シール材１０８と、第１セパレータ２００ａと、第２セパレータ２００ｂと、水素極側の集電材３００と、酸素極側の集電材４００とを、備えて構成されている。なお、第１シール材１０６は、絶縁体でもよく、或いはシール性と絶縁性を持った材料でもよい。

【0016】

再び図１に示すように、単位セル１００は、例えば、６００〜１０００℃の高温条件下において、酸素極側に供給される酸化剤ガス（Ｏ_２）と水素極側に供給される還元剤ガス（Ｈ_２）を用いて発電する。発電した電力は外部負荷に供給される。このように単位セル１００は、固体酸化物形燃料電池（Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ：ＳＯＦＣ）として機能する。
一方、水蒸気などの電気分解を行う場合には、外部負荷に代えて外部電源が接続され、発電時の逆反応が進行する。すなわち、単位セル１００は、上記したＳＯＦＣにおける反応の逆反応を動作原理とし、固体酸化物形電解セル１０２（Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓ Ｃｅｌｌ：ＳＯＥＣ）としても機能する。なお、単位セル１００は、ＳＯＦＣまたはＳＯＥＣとしてのみ機能するものでもよい。

【0017】

第１セパレータ２００ａと、第２セパレータ２００ｂとは、後述する絶縁体とシールド材とを介して組み合わされ、セパレータ２００として構成される。このため、第１セパレータ２００ａと、第２セパレータ２００ｂとは絶縁状態である。また、セパレータ２００は、シールド材により気密性が保たれ、水素マニュピュレ−２０２、及び酸素マニュピュレ−タ２０４以外からは、ガスが排出されないように構成されている。すなわち、セパレータ２００は、酸素極側に供給される酸化剤ガス（Ｏ_２）と水素極側に供給される還元剤ガス（Ｈ_２）とを分配する。例えば、水素マニュピュレ−タ２０２を介して供給される還元剤ガス（Ｈ_２）は、単位セル１００の水素極側に供給され、酸素マニュピュレ−タ２０４を介して供給される酸化剤ガス（Ｏ_２）は、単位セル１００の酸素極側に供給される。

【0018】

水素極側の第１セパレータ２００ａは、水素極側の集電材３００を配置し、その上に単位セル１００を配置する。さらに、単位セル１００の酸素極側に酸素極側の集電材４００を配置し、第２セパレータ２００ｂを配置する。セパレータの材質などについては特に問わず、動作温度である６００〜１０００℃の温度域でも導電性があり、さらには、単位セル１００と熱膨張係数が近いものが望ましい。

【0019】

水素極側の集電材３００は、例えばＮｉ金属等であり、単位セル１００の水素極と第１セパレータ２００ａとを電気的に接続する。酸素極側の集電材４００も水素極側の集電材３００と同等の金属であり、単位セル１００の酸素極と第２セパレータ２００ｂとを電気的に接続する。

【0020】

再び図２に戻り、電解セル１０２は、電解反応を行う。この電解セル１０２は、例えば電解質膜と、電解質膜の一方の面に設けられる酸素極と、電解質膜の他方の面に設けられる水素極と、水素極の電解質膜側とは反対側の面に設けられる水素極多孔質基材とを備え、これらが積層されたものである。すなわち、本実施形態に係る電解セル１０２は、電解質膜と、電解質膜の一方の面に設けられた酸素極と、電解質膜の他方の面に設けられた水素極とを少なくとも有する矩形の平板状セルである。また、酸素極の大きさは電解質膜よりも小さく、電解質膜の外周には酸素極で覆われていない部分が存在する。なお、平板状セルの形状は矩形に限定されず、丸い形状や、五角形などの多角形でもよい。

【0021】

電解セル１０２は、例えば、６００〜１０００℃の高温条件下において、発電時には、酸素極で酸素が解離して酸素イオンを生じる。この酸素イオンが、電解質膜を通って水素極へ移動し、水素極で、酸素イオンと水素とが反応して水が生成する。このときに生じた電子が取り出されて、外部負荷で消費される。一方、水蒸気などの電気分解を行う場合には、外部負荷に代えて外部電源が接続され、発電時の逆反応が進行する。すなわち、電解セル１０２に外部電源から供給された電力により、水素極で、供給された水蒸気（水）が水素と酸素イオンに分解され、水素が放出される。

【0022】

第１保持材１０４ａと、第２保持材１０４ｂとは、端部が圧着され、保持材１０４として構成される。すなわち、保持材１０４は、電解セル１０２よりも硬度が低く、電解セル１０２を保持する。第１保持材１０４ａ、及び第２保持材１０４ｂは、例えば金属板で構成されている。第１保持材１０４ａは、第１開口１０５ａを有している。この第１開口１０５ａを介して電解セル１０２の水素極と、水素極側の集電材３００（図１）が電気的に接続される。これにより、電解セル１０２の水素極、水素極側の集電材３００、及び第１セパレータ２００ａが電気的に接続される。一方で、第２保持材１０４ｂは、第２開口１０５ｂを有している。この第２開口１０５ｂを介して電解セル１０２の酸素極と、酸素極側の集電材４００（図１）が電気的に接続される。これにより、電解セル１０２の酸素極、酸素極側の集電材４００、及び第２セパレータ２００ｂが電気的に接続される。

【0023】

第１保持材１０４ａ及び第２保持材１０４ｂの対向する面は平面状であり、電解セル１０２の上下を挟みこみ、第１保持材１０４ａ及び第２保持材１０４ｂの端部を圧着した圧着端部で固定される。

【0024】

第１シール材１０６は、開口１０７を有し、第１保持材１０４ａ及び第２保持材１０４ｂの対向する面の間に配置され、第１保持材１０４ａ及び第２保持材１０４ｂの周辺部を密封する。第１シール材１０６は、特に材質は問わないが、電気的な絶縁性が高いものが望ましい。第１シール材１０６は、例えば、アルミナ、ジルコニア、シリカ、少なくともこれらが含まれる材料、などで構成される。なお、本実施形態では、第１シール材１０６は、矩形のリング状に形成されるが、形状についてはこれに限らない。例えば、第１保持材１０４ａ及び第２保持材１０４ｂの周辺部を密封する形状であれば、他の形状でもよい。このように、第１保持材１０４ａ及び第２保持材１０４ｂの周辺部は、第１シール材１０６を介して圧着されている。

【0025】

これらのことから分かるように、圧着端部でリークを止める為の第１シール材１０６を設け、シールを行うこととした。これにより、電解セル１０２にシールのための過剰な圧縮応力がかかることを防ぐとともに、面圧不均一等の影響で電解セル１０２に曲げ応力がかかった場合、電解セル１０２よりもたわみやすい保持材１０４が変形し、電解セル１０２が変形することを防ぐことができる。

【0026】

第２シール材１０８は、開口１０９を有し、本実施形態では電解セル１０２の酸素極側の面と、保持材１０４の間に設けられ、酸素極側の面と保持材１０４の間を密封する。第２シール材１０８も第１シール材１０６と同等の材料で構成されている。なお、第２シール材１０８は、電解セル１０２の燃料極側の面と、保持材１０４の間にも配置してよい。すなわち、第２シール材１０８は、酸素極側の面、及び燃料極側の面の内の少なくとも一方の面と保持材１０４の間を密封する。第２シール材１０８も第１シール材１０６と同等の材料であり、例えば、アルミナ、ジルコニア、シリカ、少なくともこれらが含まれる材料、などで構成される。なお、本実施形態では、第２シール材１０８は、矩形のリング状に形成されるが、形状についてはこれに限らない。酸素極側の面、及び燃料極側の面の内の少なくとも一方の面と保持材１０４の間を密封する形状であれば、他の形状でもよい。

【0027】

図３は、単位セル１００の構成を示す図であり、図３（ａ）は、上面図であり、右半分は第１保持材１０４ａを除いた図であり、図３（ｂ）の右半分は、Ａ−Ａ’断面図である。この図３に示すように、電解セル１０２は、電解セル１０２の周縁領域の少なくとも一部を保持材１０４に挟さまれ保持されている。また、圧着端部は、電解セル１０２の側面の外周に支持部１０４０を有し、セパレータ２００ａ、２００ｂ(図１）はこの支持部１０４０を支持する。このように、セパレータ２００ａ、２００ｂが保持材１０４を支持する際に、保持材１０４が介在することで、電解セル１０２に対して、直接的に圧力がかからないように構成されている。

【0028】

これらから分かるようにセパレータセパレータ２００ａ、２００ｂ間に圧力がかかっても、電解セル１０２に直接的に圧力がかからないように構成されている。また、応力が単位セル１００にかかっても、電解セル１０２よりも硬度の低い保持材１０４が介在し、電解セル１０２の損傷が抑制される。

【0029】

図４は、図３の丸枠内で示した構成を拡大して示す図であり、図４（ａ）は、単位セル１００を構成する構成部材を示す図であり、図３（ｂ）は、構成後の単位セル１００を示す図である。この図に示すように、第１シール材１０６及び第２シール材１０８は、圧縮され、配置された面間を密封している。これにより、酸素極側の面から酸素ガスを含むガスが水素極側に流入することが防がれている。同様に、水素極側の面から水素ガスを含むガスが酸素極側に流入することが防がれている。

【0030】

なお、本実施形態に係る第１保持材１０４ａは、第１保持材１０４ａの下面と、支持部１０４０の下面に段差を設けているが、これに限定されず、１保持材１０４ａの下面と支持部１０４０の下面とを面一に構成してもよい。また、第１保持材１０４ａの下面と、支持部１０４０の下面に段差を設ける場合には、第２保持材１０４ｂの上面と支持部１０４０の上面とを面一に構成してもよい。

【0031】

図５は、第１実施形態に係る電気化学セル１の構成図であり、図５（ａ）は、電気化学セル１の上面図であり、第２セパレータ２００ｂ、酸素極側の集電材４００、及びセパレータ間の絶縁体１１４、第４シール材１１６を除いた状態の図であり、図５（ｂ）は、電気化学セル１のＢ−Ｂ’断面図である。この図５（ａ）に示すように、保持材１０４の支持部１０４０（図４）の上面に絶縁体１１０及び第３シール材１１２が配置されている。

【0032】

また、この図５（ｂ）に示すように、第１セパレータ２００ａ及び第２セパレータ２００ｂ間には、絶縁体１１４と第４シール材１１６が配置されている。さらにまた、第１セパレータ２００ａは、第１保持材１０４ａの第１開口１０５ａを介して水素極と電気的に接続され、第２セパレータ２００ｂは、第２保持材１０４ｂの第２開口１０５ｂを介して酸素極と電気的に接続されている。

【0033】

図６は、図５（ｂ）の枠内を拡大した図である。この図６に示すように第１セパレータ２００ａ及び第２セパレータ２００ｂ間は、絶縁体１１４と第４シール材１１６とを介して組み合わされている。また、保持材１０４の支持部１０４０とセパレータ２００ａ、２００ｂとの間にも絶縁体１１０及びシール材１１２が配置されている。このように、第１セパレータ２００ａ及び第２セパレータ２００ｂ間は、絶縁されるとともに、気密性が保たれるように構成されている。なお、本実施形態では、気密性と絶縁性を増すため、保持材１０４の支持部１０４０とセパレータ２００ａとの間にも絶縁体１１０及びシール材１１２が配置されているが、これに限定されず、支持部１０４０とセパレータ２００ａとの間の絶縁体１１０及びシール材１１２は配置しなくともよい。シール材１０８と、支持部１０４０とセパレータ２００ｂとの間の絶縁体１１０及びシール材１１２により、気密性が保たれるためである。

【0034】

絶縁体１１０、１１４については、特に材質は問わず、電気的な絶縁性が高いものが望ましい。材質は例えば、アルミナ、ジルコニア、シリカ、少なくともこれらが含まれる材料、などが挙げられる。また、形状についても特に問わない。密度については、緻密なものが望ましいが、多孔質でも構わない。また、シール材と同じ材質のものを用いてもよい。

【0035】

このように、電気化学セル１は、電解セル１０２と、電解セル１０２の上下を挟みこみ、端部を圧着した圧着端部で固定された薄い金属板の保持材１０４と、電解セル１０２に通電を行う集電材３００、４００と、それらを覆うセパレータ２００ａ、２００ｂと、各所のリークを防ぐためのシール材１０６、１０８、１１２、１１６と、セパレータ間の導通を防ぐための絶縁体１１０、１１４を積層して構成されている。なお、シール材は保持材１０４間、および、保持材１０４と電解セル１０２間だけでなく、電解セル１０２の側面に配置しても良い。なお、保持材１０４a、１０４b間にはシール材だけでなく、絶縁体を挟んでもよい。なお、シール材１０６、１０８、１１２、１１６をシール性と絶縁性を持った材料で構成してもよく、同様に絶縁体１１０、１１４をシール性と絶縁性を持った材料で構成してもよい。

【0036】

以上のように、本実施形態よれば、電気化学セル１は、電解セル１０２よりも硬度が低い保持材１０４を介して電解セル１０２を支持することとした。これにより、電気化学セル１に曲げ応力が生じても、保持材１０４が応力を吸収することで、電解セル１０２の変形を抑制できる。

【0037】

（変形例）
第１実施形態に係る電気化学セル１は、第１保持材１０４ａ及び第２保持材１０４ｂの対向する面の間に第１シール材１０６を配置し、電解セル１０２の酸素極側の面、及び電解セル１０２の燃料極側の面の内の少なくとも一方の面と、保持材１０４の間に第２シール材１０８を配置した。本変形例では、第１シール材１０６、第２シール材１０８をシール接着剤とすることで相違する。電気化学セル１の構成は、第１実施形態と同等であるので、説明を省略する。

【0038】

シール接着剤は、ガラスシートやセラミックス系接着剤等で構成される。例えば、電解セル１０２を保持材１０４で挟み込む際に、ガラス遷移点を超える高温でシール接着剤を溶融させ、第１保持材１０４ａ及び第２保持材１０４ｂを接着できる。なお、シール接着剤には、接着性を向上させるためにセラミックス製のフィラー等を混入しても良い。

【0039】

本変形例によれば、第１保持材１０４ａ及び第２保持材１０４ｂの対向する面の間にシール接着剤を配置することとした。これにより、第１保持材１０４ａ及び第２保持材１０４ｂ間の接着力を向上可能である。このため、より確実にセル保持第１保持材１０４ａ及び第２保持材１０４ｂを接着することが可能になるとともに、電気化学セル１の製造時に電解セルの周囲に圧縮応力をかけることを避け、電解セルが変形する可能性を下げることができる。

【0040】

（第２実施形態）
第１実施形態に係る保持材１０４の支持部１０４０は平板状に構成されていたのに対し、第２実施形態に係る保持材１０４の支持部１０４０は、波状に構成されることで相違する。

【0041】

図７は、第２実施形態に係る単位セル１００の構成を示す図であり、図７（ａ）は、底面図であり、図７（ｂ）の右半分は、Ｃ−Ｃ’断面図である。第１実施形態と同等の構成には、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

【0042】

この図７に示すように、保持材１０４における圧着端部の支持部１０４０を波状に構成している。すなわち、支持部１０４０は、水素極側に尖った突起状の形状をしている。このように、ガスの通過する経路が長くなることで圧力損失が増加し、シール性を向上させることができる。これにより、必要な平均面圧を低下させ、単位セル１００が変形する可能性を低減させることが可能である。なお、本実施形態では、支持部１０４０は、水素極側に尖った突起状の形状をしているが、これに限定されず、支持部１０４０を、酸素極側に尖った突起状の形状に構成してもよい。

【0043】

本実施形態によれば、保持材１０４とセパレータ間に設けたシール材を支持部１０４０の突起形状で抑えることとした。これにより、局所的に面圧を高めてシール材の圧縮度を向上させることが可能であり、ガス漏洩の可能性をより低下できる。また、支持部１０４０は、水素極側に尖った突起状の形状をしているので、水素還元剤の漏洩の可能性をより低下させることができる。

【0044】

（第３実施形態）
第１実施形態では、第１セパレータ２００ａ上に、単位セル１００を配置していたが、本実施形態では、位置決めピン２０６を介して単位セル１００を第１セパレータ２００ａ上に、配置することで相違する。

【0045】

図８は、第３実施形態に係る電気化学セル１の構成図であり、図８（ａ）は、電気化学セル１の上面図であり、第２セパレータ２００ｂ、酸素極側の集電材４００、セパレータ間の絶縁体１１４及び第４シール材１１６を除いた状態の図であり、図８（ｂ）は、Ｄ−Ｄ’断面図である。

【0046】

第１実施形態と同等の構成には、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。保持材１０４の端部に設置位置固定用の位置決めピン穴１１７を設けている。また、第１セパレータ２００ａに位置決めピン２０６を設けている。すなわち、保持材１０４は、端部に位置決めピン２０６に対応する位置決めピン穴１１７を有する。

【0047】

本実施例によれば、位置決めピン２０６を介して単位セル１００を第１セパレータ２００ａ上に、配置することとした。これにより、単位セル１００の位置が位置決めピン２０６及び位置決めピン穴１１７を介して、一定の箇所に収まるため、位置ずれによる応力の不均一を防ぐことが可能になり、単位セル１００が変形することを防ぐことができる。

【0048】

（第４実施形態）
第１実施形態では、第１セパレータ２００ａ上に、単位セル１００を配置していたが、本実施形態では、位置決め台座２０８を介して単位セル１００を第１セパレータ２００ａ上に、配置することで相違する。

【0049】

図９は、第４実施形態に係る電気化学セル１の構成図であり、図９（ａ）は、電気化学セル１の上面図であり、第２セパレータ２００ｂ、酸素極側の集電材４００、セパレータ間の絶縁体１１４及び第４シール材１１６を除いた状態を示す図であり、図９（ｂ）は、Ｅ−Ｅ’断面図である。第１実施形態と同等の構成には、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。保持材１０４の端部に位置固定用の切欠き１１８を設けている。また、第１セパレータ２００ａに位置決め台座２０８を設けている。すなわち、保持材１０４は、端部に位置決め台座２０８に対応する切欠き１１８を有する。

【0050】

本実施例によれば、位置決め台座２０８を介して単位セル１００を第１セパレータ２００ａ上に、配置することとした。これにより、単位セル１００の位置が位置決め台座２０８及び切欠き１１８を介して、一定の箇所に収まるため、位置ずれによる応力の不均一を防ぐことが可能になり、単位セル１００が変形することを防ぐことができる。

【0051】

（第５実施形態）
第１実施形態では、電解セル１０２と保持材１０４の間に第２シールド材を配置していたが、本実施形態では、更に保持材１０４にガスシールドのためのガス経路１２２を設けていることで相違する。

【0052】

図１０は、単位セル１００の構成を示す図であり、図１０（ａ）は、底面図であり、図１０（ｂ）のは、Ｆ−Ｆ’断面図である。第１実施形態と同等の構成には、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。この図１０に示すように、保持材１０４の上流側にガス侵入穴１２０を設け、ガス経路１２２を設けている。

【0053】

本実施例によれば、保持材１０４にガスシールドのためのガス経路１２２を設けることとした。これにより、上流側の高圧のガスが第１保持材１０４ａと第２保持材１０４ｂとの間などの単位セル１００の隙間に充填され、下流部で発生する低圧なガスがこの領域に侵入しにくくなり、発生した水素ガス、酸素ガスの漏えいを防ぐことができる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】