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特開2022-187988電気化学セルおよび電気化学セルスタック

書誌要約請求の範囲詳細な説明課題実施例実施するための形態図面の説明

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022187988

(43)【公開日】2022-12-20

(54)【発明の名称】電気化学セルおよび電気化学セルスタック

(51)【国際特許分類】

H01M 4/86 20060101AFI20221213BHJP

C04B 35/486 20060101ALI20221213BHJP

C04B 35/50 20060101ALI20221213BHJP

C25B 1/042 20210101ALI20221213BHJP

C25B 9/00 20210101ALI20221213BHJP

C25B 11/04 20210101ALI20221213BHJP

【ＦＩ】

H01M4/86 U

C04B35/486

C04B35/50

C25B1/042

C25B9/00 A

C25B11/04

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022081464

(22)【出願日】2022-05-18

(31)【優先権主張番号】P 2021095732

(32)【優先日】2021-06-08

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）２０２１年度、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「水素利用等先導研究開発事業／水電解水素製造技術高度化のための基盤技術研究開発／高温水蒸気電解技術の研究開発」、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(71)【出願人】

【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】110001092

【氏名又は名称】弁理士法人サクラ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】長田憲和

(72)【発明者】

【氏名】亀田常治

【テーマコード（参考）】

4K011

4K021

5H018

【Ｆターム（参考）】

4K011AA02

4K011AA11

4K011DA01

4K021AA01

4K021BA02

5H018AA06

5H018AS02

5H018CC06

5H018EE02

5H018EE12

5H018HH05

(57)【要約】

【課題】機械的信頼性を十分に向上可能な電気化学セル等を提供する。
【解決手段】実施形態の電気化学セルは、水素極と酸素極との間に電解質膜が介在している。水素極は、第１の水素極層と、第１の水素極層よりも電解質膜の側に位置する第２の水素極層とを少なくとも有する。第１の水素極層は、第１の金属と第１の酸化物との焼結体で構成されている。第２の水素極層は、第２の金属と、第１の酸化物とは異なる第２の酸化物との焼結体で構成されている。第１の金属および第２の金属は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、および、Ｃｕからなる群から選ばれる少なくとも一つの元素の単体金属もしくは合金である。第１の酸化物は、Ｙ、Ｓｃ、Ｃａ、および、Ｍｇからなる群から選ばれる少なくとも一つの元素の酸化物で安定化されたジルコニアである。第２の酸化物は、Ｓｍ、Ｇｄ、および、Ｙからなる群から選ばれる少なくとも一つの元素の酸化物がドープされたセリアである。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

水素極と酸素極との間に電解質膜が介在している電気化学セルであって、
前記水素極は、
第１の水素極層と、
前記第１の水素極層よりも前記電解質膜の側に位置する第２の水素極層と
を少なくとも有し、
前記第１の水素極層は、第１の金属と第１の酸化物との焼結体で構成され、
前記第２の水素極層は、第２の金属と、前記第１の酸化物とは異なる第２の酸化物との焼結体で構成され、
前記第１の金属および前記第２の金属は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、および、Ｃｕからなる群から選ばれる少なくとも一つの元素の単体金属もしくは合金であり、
前記第１の酸化物は、Ｙ、Ｓｃ、Ｃａ、および、Ｍｇからなる群から選ばれる少なくとも一つの元素の酸化物で安定化されたジルコニアであり、
前記第２の酸化物は、Ｓｍ、Ｇｄ、および、Ｙからなる群から選ばれる少なくとも一つの元素の酸化物がドープされたセリアである、
電気化学セル。

【請求項2】

第１の水素極層の厚みＴ１と第２の水素極層の厚みＴ２とが下記の（式Ａ）に示す関係を満たす、
請求項１に記載の電気化学セル。
０．０５≦Ｔ２／Ｔ１≦０．１５・・・（式Ａ）

【請求項3】

請求項１または２に記載の電気化学セルを複数含み、
前記複数の電気化学セルが積層されている、
電気化学セルスタック。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、電気化学セルおよび電気化学セルスタックに関する。

【背景技術】

【0002】

電気化学セルは、水素極と酸素極とが電解質膜を挟むように構成されている。電気化学セルは、複数が積層され、電気化学セルスタックを構成する。

【0003】

電気化学セルにおいて、固体酸化物を電解質膜に用いた固体酸化物型電気化学セルは、高価な貴金属触媒を用いなくても反応速度が十分に高いため、注目されている。

【0004】

固体酸化物型電気化学セルは、固体酸化物型燃料電池セル（ＳＯＦＣ；ＳｏｌｉｄＯｘｉｄｅＦｕｅｌＣｅｌｌ）または固体酸化物型電解セル（ＳＯＥＣ；ＳｏｌｉｄＯｘｉｄｅＥｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓＣｅｌｌ）として利用可能である。

【0005】

固体酸化物型電気化学セルがＳＯＦＣとして使用される場合には、高温条件下において、たとえば、水素極に供給された水素と、酸素極に供給された酸素とが、電解質膜を介して反応することで、電気エネルギーが得られる。ＳＯＦＣは、発電効率が高く、ＣＯ_２の発生も少ないため、クリーンな次世代の発電システムとして期待されている。

【0006】

これに対して、固体酸化物型電気化学セルがＳＯＥＣとして使用される場合には、たとえば、高温条件下で水（水蒸気）が電気分解されることによって、水素極において水素が発生し、酸素極において酸素が発生する。ＳＯＥＣは、高い動作温度によって、原理的に低い電解電圧で水素を製造することが可能であるため、水素の製造効率が高い。

【0007】

また、固体酸化物型電気化学セルは、ＳＯＦＣおよびＳＯＥＣの両者として機能するため、電力貯蔵システムとして利用することが検討されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２０１２－７４３０７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

上記の電気化学セルにおいては、電気化学セルの形態を維持するために、支持層を有する。一般に、水素極が支持層を有し、支持層に活性層が積層されていることが多い。水素極において、活性層は、十分な反応活性が必要である。これに対して、水素極において、支持層は、電気化学セルの形態を維持するための強度が必要である他に、ガスの拡散性を高めるために多孔度が高いことが好ましい。

【0010】

しかしながら、支持層の多孔度を高めた場合には、支持層の強度が低下する。支持層の多孔度を下げた場合には、支持層の強度が向上するが、ガスの拡散性が低下する。

【0011】

上記のような事情により、電気化学セルにおいては、電気化学セルの性能を保持した上で機械的信頼性を十分に向上させることが困難である。

【0012】

本発明が解決しようとする課題は、機械的信頼性を十分に向上可能な電気化学セルおよび電気化学セルスタックを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0013】

実施形態の電気化学セルは、水素極と酸素極との間に電解質膜が介在している。水素極は、第１の水素極層と、第１の水素極層よりも電解質膜の側に位置する第２の水素極層とを少なくとも有する。第１の水素極層は、第１の金属と第１の酸化物との焼結体で構成されている。第２の水素極層は、第２の金属と、第１の酸化物とは異なる第２の酸化物との焼結体で構成されている。第１の金属および第２の金属は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、および、Ｃｕからなる群から選ばれる少なくとも一つの元素の単体金属もしくは合金である。第１の酸化物は、Ｙ、Ｓｃ、Ｃａ、および、Ｍｇからなる群から選ばれる少なくとも一つの元素の酸化物で安定化されたジルコニアである。第２の酸化物は、Ｓｍ、Ｇｄ、および、Ｙからなる群から選ばれる少なくとも一つの元素の酸化物がドープされたセリアである。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は、実施形態において、電気化学セルスタック２００の全体構成を模式的に示す断面図である。

【図2】図２は、実施形態に係る電気化学セル１の構造を示す断面図である。

【図3A】図３Ａは、実施形態に係る電気化学セル１を製造する製造工程を示す断面図である。

【図3B】図３Ｂは、実施形態に係る電気化学セル１を製造する製造工程を示す断面図である。

【図3C】図３Ｃは、実施形態に係る電気化学セル１を製造する製造工程を示す断面図である。

【図3D】図３Ｄは、実施形態に係る電気化学セル１を製造する製造工程を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下より、実施形態に関して図面を用いて説明する。以下の説明で参照する図面は、模式図であって、各部の寸法は、実際のものと必ずしも一致するものではない。

【0016】

［Ａ］電気化学セルスタックの構造
図１は、実施形態において、電気化学セルスタック２００の全体構成を模式的に示す断面図である。

【0017】

電気化学セルスタック２００は、複数の電気化学セル１と複数のセパレータ２とを含み、電気化学セル１とセパレータ２とが積層方向において交互に積層されている。電気化学セルスタック２００は、積層方向において一対のエンドプレート（図示省略）の間に介在しており、一対のエンドプレートの間は、タイロッドやバンドなどの締結部材（図示省略）を用いて締め付けられている。
［Ｂ］電気化学セル１の構造

【0018】

図２は、実施形態に係る電気化学セル１の構造を示す断面図である。

【0019】

図２に示すように、電気化学セル１は、水素極１０と電解質膜２０と酸素極３０とを備える。電気化学セル１は、たとえば、平板形の固体酸化物型電気化学セルである。また、電気化学セル１は、水素極支持型である。電気化学セル１を構成する各部について順次説明する。

【0020】

［Ｂ－１］水素極１０
電気化学セル１において、水素極１０は、図２に示すように、第１の水素極層１０１と第２の水素極層１０２とを備えており、第１の水素極層１０１の上面に第２の水素極層１０２が設けられている。

【0021】

［Ｂ－１－１］第１の水素極層１０１
水素極１０のうち、第１の水素極層１０１は、たとえば、支持層として機能するように構成されている。第１の水素極層１０１は、電気化学セル１において最も表面側に位置する層である。

【0022】

第１の水素極層１０１は、多孔質体であって、第１の金属と第１の酸化物との焼結体で構成されている。

【0023】

具体的には、第１の水素極層１０１において、第１の金属は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、および、Ｃｕからなる群から選ばれる少なくとも一つの元素の単体金属、もしくは、当該元素の合金である。また、第１の水素極層１０１において、第１の酸化物は、Ｙ、Ｓｃ、Ｃａ、および、Ｍｇからなる群から選ばれる少なくとも一つの元素の酸化物（Ｙ_２Ｏ_３，Ｓｃ_２Ｏ_３，ＣａＯ，ＭｇＯ）で安定化されたジルコニアである。第１の水素極層１０１を構成する焼結体においては、第１の金属が第１の酸化物に固溶している。

【0024】

［Ｂ－１－２］第２の水素極層１０２
水素極１０のうち、第２の水素極層１０２は、たとえば、活性層として機能するように構成されている。第２の水素極層１０２は、多孔質体であって、第１の水素極層１０１よりも電解質膜２０の側に位置している。つまり、水素極層１０２は、第１の水素極層１０１と電解質膜２０との間に介在している。

【0025】

第２の水素極層１０２は、第２の金属と、第１の水素極層１０１を構成する第１の酸化物とは異なる第２の酸化物との焼結体で構成されている。

【0026】

具体的には、第２の水素極層１０２において、第２の金属は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、および、Ｃｕからなる群から選ばれる少なくとも一つの元素の単体金属、もしくは、当該元素の合金である。第２の水素極層１０２を構成する第２の金属は、第１の水素極層１０１を構成する第１の金属と同じであっても相違していてもよい。また、第２の水素極層１０２において、第２の酸化物は、Ｓｍ、Ｇｄ、および、Ｙの群から選ばれる少なくとも一つの元素の酸化物（Ｓｍ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３）がドープされたセリア（ＣｅＯ_２）である。第２の水素極層１０２を構成する焼結体においては、第２の金属が第２の酸化物に固溶している。

【0027】

［Ｂ－１－３］第１の水素極層１０１の厚みＴ１と第２の水素極層１０２の厚みＴ２との関係
水素極１０においては、第１の水素極層１０１の厚みＴ１と第２の水素極層１０２の厚みＴ２とが下記の（式Ａ）に示す関係を満たすことが好ましい。

【0028】

０．０５≦Ｔ２／Ｔ１≦０．１５・・・（式Ａ）

【0029】

［Ｂ－２］電解質膜２０
電気化学セル１において、電解質膜２０は、水素極１０と酸素極３０との間に挟まれている。ここでは、電解質膜２０は、水素極１０および酸素極３０よりも気孔率が低い緻密層であって、水素極１０の上面に積層されている。電解質膜２０は、固体酸化物の焼結体で形成されている。

【0030】

具体的には、電解質膜２０は、たとえば、Ｙ、Ｓｃ、Ｙｂ、Ｇｄ、Ｃａ、Ｍｇ、および、Ｃｅからなる群から選ばれる少なくとも一つの元素の酸化物（Ｙ_２Ｏ_３，Ｓｃ_２Ｏ_３，Ｙｂ_２Ｏ_３，Ｇｄ_２Ｏ_３，ＣａＯ，ＭｇＯ，ＣｅＯ_２）で安定化されたジルコニアを用いて形成されている。この他に、電解質膜２０は、たとえば、Ｓｍ、Ｇｄ、および、Ｙの群から選ばれる少なくとも一つの元素の酸化物（Ｓｍ_２Ｏ_３，Ｇｄ_２Ｏ_３，Ｙ_２Ｏ_３）がドープされたセリアを用いて形成されていてもよい。

【0031】

［Ｂ－３］酸素極３０
電気化学セル１において、酸素極３０は、多孔質体であって、電解質膜２０の上面側に設けられている。酸素極３０は、ペロブスカイト酸化物を含む焼結体で構成されている。ペロブスカイト酸化物は、主として、化学式Ｌｎ_１－ｘＡ_ｘＢ_１－ｙＣ_ｙＯ_３－δで表される。化学式において、Ｌｎは、例えば、Ｌａなどの希土類元素である。Ａは、例えば、Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ等である。Ｂ及びＣは、例えば、Ｃｒ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｆｅ，Ｎｉ等である。なお、化学式において、ｘ、ｙ、および、δは、下記式に示す関係を満たす。

【0032】

０≦ｘ≦１
０≦ｙ≦１
０≦δ≦１

【0033】

酸素極３０は、上記の他に、Ｓｍ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３とＹ_２Ｏ_３等からなる群から選ばれる少なくとも１つの酸化物をドープしたセリアを含んでもよい。

【0034】

［Ｂ－４］反応防止層２５
本実施形態の電気化学セル１は、図２に示すように、更に、反応防止層２５を含む。反応防止層２５は、電解質膜２０と酸素極３０との間に介在しており、電解質膜２０と酸素極３０とが直接的に接触することを防いでいる。

【0035】

反応防止層２５は、固体酸化物の焼結体で形成されている。

【0036】

具体的には、反応防止層２５は、たとえば、Ｙ、Ｓｃ、Ｙｂ、Ｇｄ、Ｃａ、Ｍｇ、および、Ｃｅからなる群から選ばれる少なくとも一つの元素の酸化物（Ｙ_２Ｏ_３，Ｓｃ_２Ｏ_３，Ｙｂ_２Ｏ_３，Ｇｄ_２Ｏ_３，ＣａＯ，ＭｇＯ，ＣｅＯ_２）で安定化されたジルコニアを用いて形成されている。この他に、反応防止層２５は、たとえば、Ｓｍ、Ｇｄ、および、Ｙの群から選ばれる少なくとも一つの元素の酸化物（Ｓｍ_２Ｏ_３，Ｇｄ_２Ｏ_３，Ｙ_２Ｏ_３）がドープされたセリアを用いて形成されていてもよい。

【0037】

［Ｃ］電気化学セル１の製造方法
上記の電気化学セル１を製造する工程の一例について説明する。

【0038】

図３Ａ，図３Ｂ，図３Ｃ、および、図３Ｄは、実施形態に係る電気化学セル１を製造する製造工程を示す断面図である。図３Ａ，図３Ｂ，図３Ｃ、および、図３Ｄにおいては、図２と同様な断面を示している。

【0039】

［Ｃ－１］第１の水素極層前駆体１０１ａの形成
電気化学セル１を製造する際には、まず、図３Ａに示すように、第１の水素極層前駆体１０１ａを形成する。

【0040】

第１の水素極層前駆体１０１ａは、第１の水素極層１０１を形成する前段階の層である。第１の水素極層前駆体１０１ａの形成では、第１の水素極層１０１において第１の金属を構成する金属の酸化物からなる粉末と、第１の水素極層１０１において第１の酸化物を構成する酸化物の粉末とを含むペーストを作製する。ペーストの作製では、樹脂などのバインダー、および、バインダーを溶解する溶媒等を用いる。

【0041】

そして、その作製したペーストを用いてシート状の成形体を形成することで、第１の水素極層前駆体１０１ａを作製する。第１の水素極層前駆体１０１ａの作製は、たとえば、ドクターブレード法によって、ペーストの膜を均一な厚みに形成することで実行される。

【0042】

［Ｃ－２］第２の水素極層前駆体１０２ａおよび電解質膜２０の形成
つぎに、図３Ｂに示すように、第２の水素極層前駆体１０２ａの形成および電解質膜２０の形成を行う。

【0043】

第２の水素極層前駆体１０２ａは、第２の水素極層１０２を形成する前段階の層である。第２の水素極層前駆体１０２ａの形成では、第１の水素極層１０１の作製と同様に、第２の水素極層１０２において第２の金属を構成する金属の酸化物からなる粉末と、第２の水素極層１０２において第２の酸化物を構成する酸化物の粉末とを含むペーストを作製する。そして、第２の水素極層前駆体１０２ａの形成は、その作製したペーストを用いてシート状の成形体を第１の水素極層前駆体１０１ａの上面に形成することによって実行される。

【0044】

電解質膜２０の形成では、電解質膜２０を構成する物質の粉末を含むペーストを作製する。そして、その作製したペーストを用いてシート状の成形体を第２の水素極層前駆体１０２ａの上面に形成することによって、電解質膜２０の形成が実行される。

【0045】

その後、第１の水素極層前駆体１０１ａと第２の水素極層前駆体１０２ａと電解質膜２０との積層体について、焼成を実行する。焼成は、各層の内部の強度、および、各層間の強度が十分になるような条件で実行される。

【0046】

［Ｃ－３］反応防止層２５の形成
つぎに、図３Ｃに示すように、反応防止層２５の形成を行う。

【0047】

ここでは、反応防止層２５を構成する物質の粉末を含むペーストを作製する。そして、その作製したペーストを用いてシート状の成形体を電解質膜２０の上面に形成することによって、反応防止層２５の形成が実行される。

【0048】

その後、第１の水素極層前駆体１０１ａと第２の水素極層前駆体１０２ａと電解質膜２０と反応防止層２５との積層体について、焼成を実行する。上記と同様に、焼成は、各層の内部の強度、および、各層間の強度が十分になるような条件で実行される。

【0049】

［Ｃ－４］酸素極３０の形成
つぎに、図３Ｄに示すように、酸素極３０の形成を行う。

【0050】

ここでは、たとえば、スクリーン印刷で反応防止層２５の上面に酸素極３０を形成する。

【0051】

その後、第１の水素極層前駆体１０１ａと第２の水素極層前駆体１０２ａと電解質膜２０と反応防止層２５と酸素極３０との積層体について、焼成を実行する。上記と同様に、焼成は、各層の内部の強度、および、各層間の強度が十分になるような条件で実行される。

【0052】

そして、第１の水素極層前駆体１０１ａにおいて第１の金属を構成する金属の酸化物、および、第２の水素極層前駆体１０２ａにおいて第２の金属を構成する金属の酸化物を還元する処理を実行する。第１の水素極層前駆体１０１ａにおいて第１の金属を構成する金属の酸化物が、第１の金属を構成する金属になる。同様に、第２の水素極層前駆体１０２ａにおいて第２の金属を構成する金属の酸化物は、第２の金属を構成する金属になる。これにより、第１の金属と第１の酸化物との焼結体で構成された第１の水素極層１０１が第１の水素極層前駆体１０１ａから形成される。これと共に、第２の金属と第２の酸化物との焼結体で構成された第２の水素極層１０２が第２の水素極層前駆体１０２ａから形成される。

【0053】

なお、上記した製造方法の他に、たとえば、熱圧着によって各層の積層体を形成することで、電気化学セル１の作製を行ってもよい。

【0054】

［Ｄ］実施例
以下より、上記実施形態の実施例等について、表１を用いて説明する。表１において、例１から例１１は、実施例であり、例Ｃ１および例Ｃ２は、比較例である。

【0055】

【表1】

【0056】

［Ｄ－１］サンプル作製
各例の作製に関して説明する。

【0057】

［例１］
（１）第１の水素極層前駆体１０１ａの形成
例１では、まず、第１の水素極層前駆体１０１ａの形成を行った（図３Ａ参照）。

【0058】

ここでは、第１の水素極層前駆体１０１ａを形成するために、表１に示すように、第１の金属を構成する金属（Ｎｉ）の酸化物（ＮｉＯ）の粉末と、第１の酸化物を構成する酸化物（ＹＳＺ）の粉末とを含むペーストを準備した。各粉末については下記に示す混合割合で混合して、ペーストを作製した

【0059】

・酸化ニッケル（ＮｉＯ） …６０重量部
・イットリア（Ｙ_２Ｏ_３）安定化ジルコニア（ＹＳＺ；（Ｙ_２Ｏ_３）_０．０８（ＺｒＯ_２）_０．９２の組成） …４０重量部

【0060】

そして、その準備したペーストを用いてシート状の成形体を形成することで、第１の水素極層前駆体１０１ａを作製した。ここでは、表１に示すように、第１の水素極層１０１の厚みＴ１である４００μｍになるように、第１の水素極層前駆体１０１ａの成膜を行った。

【0061】

（２）第２の水素極層前駆体１０２ａの形成および電解質膜２０の形成
つぎに、第２の水素極層前駆体１０２ａの形成および電解質膜２０の形成を行った（図３Ｂ参照）。

【0062】

ここでは、第１の水素極層前駆体１０１ａを形成するために、表１に示すように、第２の金属を構成する金属（Ｎｉ）の酸化物（ＮｉＯ）の粉末と、第２の酸化物を構成する酸化物（ＧＤＣ）の粉末とを含むペーストを準備した。各粉末については下記に示す混合割合で混合して、ペーストを作製した

【0063】

・酸化ニッケル（ＮｉＯ） …６０ｗｔ．％
・Ｇｄ_２Ｏ_３がドープされたセリア（ＧＤＣ；（Ｇｄ_２Ｏ_３）_０．１（ＣｅＯ_２）_０．９の組成） …４０ｗｔ．％

【0064】

そして、その準備したペーストを用いてシート状の成形体を形成することで、第２の水素極層前駆体１０２ａを作製した。ここでは、表１に示すように、第２の水素極層１０２の厚みＴ２である６０μｍになるように、第２の水素極層前駆体１０２ａの成膜を行った。

【0065】

その後、電解質膜２０を形成するために、表１に示すように、電解質膜２０を構成する物質（ＹＳＺ；イットリア安定化ジルコニア（（Ｙ_２Ｏ_３）_０．０８（ＺｒＯ_２）_０．９２の組成））の粉末を含むペーストを準備した。そして、そのペーストを第２の水素極層前駆体１０２ａの上面に成膜することで、電解質膜２０の作製を実行した。本例では、厚みが約５μｍになるように電解質膜２０を作製した。

【0066】

そして、第１の水素極層前駆体１０１ａと第２の水素極層前駆体１０２ａと電解質膜２０との積層体について、焼成を実行した。ここでは、１２００℃以上１６００℃以下の条件で、各層の内部の強度、および、各層間の強度が十分になるまで、焼成を実行した。
（３）反応防止層２５の形成
つぎに、反応防止層２５の形成を行った（図３Ｃに参照）。

【0067】

ここでは、反応防止層２５を構成する物質（ＧＤＣ：Ｇｄ_２Ｏ_３がドープされたセリア）の粉末を含むペーストを作製した。そして、その作製したペーストを用いてシート状の成形体を電解質膜２０の上面に形成することによって、反応防止層２５の形成を実行した。本例では、厚みが約３μｍになるように反応防止層２５を作製した。

【0068】

その後、第１の水素極層前駆体１０１ａと第２の水素極層前駆体１０２ａと電解質膜２０と反応防止層２５との積層体について、焼成を実行した。ここでは、１１００℃以上１５００℃以下の条件で、各層の内部の強度、および、各層間の強度が十分になるまで、焼成を実行した。

【0069】

（４）酸素極３０の形成
つぎに、酸素極３０の形成を行った（図３Ｄ参照）。

【0070】

ここでは、組成がＬａ_０．６（Ｓｒ）_０．４Ｃｏ_０．２（Ｆｅ）_０．８Ｏ_３－δであるＬＳＣＦ（ランタン・ストロンチウム・コバルト・フェライト）の酸素極３０を、反応防止層２５の上面に形成した。本例では、厚みが約３０μｍになるように酸素極３０を作製した。

【0071】

その後、第１の水素極層前駆体１０１ａと第２の水素極層前駆体１０２ａと電解質膜２０と反応防止層２５と酸素極３０との積層体について、焼成を実行した。ここでは、９００℃以上１２００℃以下の条件で、焼成を実行した。

【0072】

そして、上記のように焼成された積層体のうち、第１の水素極層前駆体１０１ａにおいて第１の金属を構成する金属（Ｎｉ）の酸化物（ＮｉＯ）、および、第２の水素極層前駆体１０２ａにおいて第２の金属を構成する金属（Ｎｉ）の酸化物（ＮｉＯ）を還元する還元処理を実行した。
ここでは、後述するＩ－Ｖ特性などの出力特性を評価するための出力特性評価装置を用いて、還元処理を実行した。具体的には、上記の積層体を出力特性評価装置に設置し、７００℃以上の条件で、水素極１０の側に乾燥水素を流すと共に、酸素極３０の側に、空気（もしくは空気組成の混合気体）を流した。

【0073】

これにより、表１に示すように、第１の金属（Ｎｉ）と第１の酸化物（ＹＳＺ）との焼結体で構成された第１の水素極層１０１、および、第２の金属（Ｎｉ）と第２の酸化物（ＧＤＣ）との焼結体で構成された第２の水素極層１０２を含む、例１の電気化学セル１を完成させた。

【0074】

［例２］
例２では、表１に示すように、例１と異なり、第１の水素極層１０１において、第１の酸化物が、Ｓｃ_２Ｏ_３（酸化スカンジウム）で安定化されたジルコニア（ＳｃＳＺ；（Ｓｃ_２Ｏ_３）_０．１（ＺｒＯ_２）_０．８９の組成）で構成されている。

【0075】

また、電解質膜２０がＳｃ_２Ｏ_３（スカンディア）で安定化されたジルコニア（ＳｃＳＺ）で構成されている。

【0076】