特開 2023-180284 電気化学装置

(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】P2023180284

(43)【公開日】2023-12-21

(54)【発明の名称】電気化学装置

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/028 20160101AFI20231214BHJP

   H01M 8/0282 20160101ALI20231214BHJP

   H01M 8/0276 20160101ALI20231214BHJP

   H01M 8/12 20160101ALN20231214BHJP

【ＦＩ】

H01M8/028

H01M8/0282

H01M8/0276

H01M8/12 101

H01M8/12 102A

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022093423

(22)【出願日】2022-06-09

【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」委託研究、産業技術力強化法第１７条の運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】松永 健太郎

(72)【発明者】

【氏名】長田 憲和

(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】土屋 直実

(72)【発明者】

【氏名】小林 昌平

(72)【発明者】

【氏名】亀田 常治

【テーマコード（参考）】

5H126

【Ｆターム（参考）】

5H126AA13

5H126DD05

5H126EE03

5H126GG02

5H126GG12

(57)【要約】

【課題】絶縁シール材の特性が向上し、発電性能や電解性能の向上を容易に実現可能な電気化学装置を提供する。
【解決手段】実施形態の電気化学装置は、第１のセパレータ部と第２のセパレータ部との間を密封すると共に電気的に絶縁するように構成された絶縁シール材を有する。絶縁シール材は、シール材本体部と第１シール材軟化部と第２シール材軟化部とを含む。第１シール材軟化部は、シール材本体部において第１のセパレータ部の側に位置する第１の面に設けられている。第２シール材軟化部は、シール材本体部において第２のセパレータ部の側に位置する第２の面に設けられている。ここでは、シール材本体部は、固体酸化物形セルが運転する運転温度で硬い状態を保持する。そして、第１シール材軟化部および第２シール材軟化部は、固体酸化物形セルが運転する運転温度で軟化するように構成されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

固体酸化物の電解質膜を第１電極と第２電極とが挟むように構成されている固体酸化物形セルと、
前記固体酸化物形セルのうち前記第１電極の側に設置され、前記第１電極と電気的に接続するように構成された第１のセパレータ部と、
前記固体酸化物形セルのうち前記第２電極の側に設置され、前記第２電極と電気的に接続するように構成された第２のセパレータ部と
を備え、前記第１のセパレータ部と前記第１電極との間を第１電極ガスが流れると共に、前記第２のセパレータ部と前記第２電極との間を第２電極ガスが流れるように構成された電気化学装置であって、
前記第１のセパレータ部と前記第２のセパレータ部との間を密封すると共に電気的に絶縁するように構成された絶縁シール材
を有し、
前記絶縁シール材は、
シール材本体部と、
前記シール材本体部において前記第１のセパレータ部の側に位置する第１の面に設けられている第１シール材軟化部と、
前記シール材本体部において前記第２のセパレータ部の側に位置する第２の面に設けられている第２シール材軟化部と
を含み、
前記シール材本体部は、前記固体酸化物形セルが運転する運転温度で硬い状態を保持し、
前記第１シール材軟化部および前記第２シール材軟化部は、前記固体酸化物形セルが運転する運転温度で軟化するように構成されている、
電気化学装置。

【請求項2】

前記シール材本体部は、セラミックス材料からなる、
請求項１に記載の電気化学装置。

【請求項3】

前記シール材本体部は、
絶縁材料で形成された絶縁材部と、
金属材料で形成され、前記絶縁材部において前記第１のセパレータ部の側に位置し、前記第１の面を含む第１金属材部と、
金属材料で形成され、前記絶縁材部において前記第２のセパレータ部の側に位置し、前記第２の面を含む第２金属材部と
を含む、
請求項１に記載の電気化学装置。

【請求項4】

前記シール材本体部は、
金属材料で形成された金属材部と、
絶縁材料で形成され、前記金属材部において前記第１のセパレータ部の側に位置し、前記第１の面を含む第１絶縁材部と、
絶縁材料で形成され、前記金属材部において前記第２のセパレータ部の側に位置し、前記第２の面を含む第２絶縁材部と
を含む、
請求項１に記載の電気化学装置。

【請求項5】

前記第１シール材軟化部および前記第２シール材軟化部は、ガラス材料からなる、
請求項１に記載の電気化学装置。

【請求項6】

前記シール材本体部において、前記第１の面および前記第２の面は、凹凸面である、
請求項１に記載の電気化学装置。

【請求項7】

前記第１金属材部および前記第２金属材部は、酸化が生ずる金属材料で形成されている、
請求項３に記載の電気化学装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、電気化学装置に関する。

【背景技術】

【0002】

電気化学装置は、例えば、固体酸化物の電解質膜を水素極と酸素極とが挟むように構成された固体酸化物形セルを有する。電気化学装置において、固体酸化物形セルは、固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ（Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ））と、固体酸化物型電解セル（ＳＯＥＣ（Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓ Ｃｅｌｌ））との少なくとも一方として機能する。

【0003】

固体酸化物形セルがＳＯＦＣとして機能する際には、高温（たとえば、６００～９００℃）な運転温度の下で、水素極に供給された還元性の燃料ガス（水素、炭化水素、アンモニアなど）と、酸素極に供給された酸化性のガス（酸素、空気など）とが、電解質膜を介して反応する。ここでは、水素極と酸素極とのそれぞれにおいて、たとえば、下記反応式で示される燃料電池反応が生じる。

【0004】

・水素極： Ｈ_２＋Ｏ^２－→Ｈ_２Ｏ＋２ｅ^－
・酸素極： （１／２）Ｏ_２＋２ｅ^－→Ｏ^２－

【0005】

これに対して、ＳＯＥＣとして機能する際には、固体酸化物形セルは、ＳＯＦＣとして機能するときの反応と逆の反応が起こり、高温（たとえば、７００℃以上）な運転温度の下で、水蒸気が水素と酸素とに分解する。つまり、水素極と酸素極とのそれぞれにおいて、下記反応式で示される電気分解反応が生じる。

【0006】

・水素極： Ｈ_２Ｏ＋２ｅ^－→Ｈ_２＋Ｏ^２－
・酸素極： Ｏ^２－→（１／２）Ｏ_２＋２ｅ^－

【0007】

電気化学装置は、単セルを複数有し、複数の単セルが積層されたセルスタックを構成している。セルスタックでは、発電出力の増加等のために、単セルを構成する固体酸化物形セルが直列で電気的に接続されている。セルスタックは、一対のエンドプレートに挟まれており、たとえば、ボルトなどの締結部材を用いて一対のエンドプレートの間が締め付けられている。

【0008】

電気化学装置の単セルにおいて、固体酸化物形セルは、セパレータの間に介在している。そして、セパレータの間を密封すると共に電気的に絶縁するために、絶縁シール材が設けられている。

【0009】

絶縁シール材として、例えば、常温と運転温度との間の温度で発泡する発泡物質を含むものが提案されている。また、絶縁シール材として、例えば、マイカなどの圧縮シールとガラスシートを併用する構造が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【特許文献1】特許第５９０４７０１号

【特許文献2】特開２０１０－５５９５１号公報

【特許文献3】特許第５３６８３３３号

【特許文献4】特許第６５２７７６１号

【特許文献5】特許第６７３４７１０号

【特許文献6】特開２０１０－１９９０５９号公報

【特許文献7】特許第６８６２５３４号

【特許文献8】特開２０１７－１８３１７７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

しかしながら、従来の絶縁シール材においては、シール性などの特性を十分に得ることが困難な場合がある。その結果、電気化学装置においては、発電性能および電解性能が低下する場合がある。

【0012】

したがって、本発明が解決しようとする課題は、絶縁シール材の特性が向上し、発電性能や電解性能の向上を容易に実現可能な電気化学装置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装置は、固体酸化物形セルと第１のセパレータ部と第２のセパレータ部とを備える。固体酸化物形セルは、固体酸化物の電解質膜を第１電極と第２電極とが挟むように構成されている。第１のセパレータ部は、固体酸化物形セルのうち第１電極の側に設置され、第１電極と電気的に接続するように構成されている。第２のセパレータ部は、固体酸化物形セルのうち第２電極の側に設置され、第２電極と電気的に接続するように構成されている。電気化学装置は、第１のセパレータ部と第１電極との間を第１電極ガスが流れると共に、第２のセパレータ部と第２電極との間を第２電極ガスが流れるように構成されている。電気化学装置は、第１のセパレータ部と第２のセパレータ部との間を密封すると共に電気的に絶縁するように構成された絶縁シール材を有する。絶縁シール材は、シール材本体部と第１シール材軟化部と第２シール材軟化部とを含む。第１シール材軟化部は、シール材本体部において第１のセパレータ部の側に位置する第１の面に設けられている。第２シール材軟化部は、シール材本体部において第２のセパレータ部の側に位置する第２の面に設けられている。ここでは、シール材本体部は、固体酸化物形セルが運転する運転温度で硬い状態を保持する。そして、第１シール材軟化部および第２シール材軟化部は、固体酸化物形セルが運転する運転温度で軟化するように構成されている。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は、第１実施形態に係る電気化学装置１を模式的に示す図である。

【図2】図２は、第１実施形態に係る電気化学装置１を模式的に示す図である。

【図3】図３は、第１実施形態に係る電気化学装置１において、絶縁シール材４０を模式的に示す図である。

【図4】図４は、第２実施形態に係る電気化学装置において、絶縁シール材４０を模式的に示す図である。

【図5】図５は、第３実施形態に係る電気化学装置において、絶縁シール材４０を模式的に示す図である。

【図6】図６は、第４実施形態に係る電気化学装置において、絶縁シール材４０を模式的に示す図である。

【図7】図７は、第４実施形態に係る電気化学装置において、絶縁シール材４０を構成するシール材本体部４００の凹凸面を模式的に示す上面図（ｘｙ面）である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

＜第１実施形態＞
［Ａ］電気化学装置１の構成
図１および図２は、第１実施形態に係る電気化学装置１を模式的に示す図である。

【0016】

図１において、縦方向は鉛直方向ｚであり、横方向は第１水平方向ｘであり、紙面に垂直な方向は、鉛直方向ｚおよび第１水平方向ｘに直交する第２水平方向ｙである。図１は、電気化学装置１の側断面図であって、図２中のＹ１－Ｙ１部分の面（ｘｚ面）に相当する部分を示している。

【0017】

図２において、縦方向は第２水平方向ｙであり、横方向は第１水平方向ｘであり、紙面に垂直な方向は鉛直方向ｚである。図２は、電気化学装置１の上面図であって、図１中のＺ１－Ｚ１部分の面（ｘｙ面）に相当する部分を示している。

【0018】

図１および図２に示すように、電気化学装置１は、固体酸化物形セル１０と第１集電材２１と第２集電材２２と第１のセパレータ部３１と第２のセパレータ部３２と絶縁シール材４０とを含む単セル２を有し、発電と電解とを実行するように構成されている。

【0019】

図示を省略しているが、電気化学装置１は、単セル２を複数有し、複数の単セル２が鉛直方向ｚに積層されたセルスタックを構成している。セルスタックは、発電出力の増加等のために、単セル２を構成する固体酸化物形セル１０が直列で電気的に接続されている。セルスタックは、鉛直方向ｚにおいて一対のエンドプレート（図示省略）に挟まれており、たとえば、ボルトなどの締結部材を用いて一対のエンドプレートの間が締め付けられている。セルスタックは、一対のブスバー（図示省略）が電気的に接続されており、電解を実行する際には一対のブスバーを介してセルスタックに電流を供給し、発電を実行する際には一対のブスバーを介して電流を取り出すように構成されている。

【0020】

なお、図１では、第１のセパレータ部３１と第２のセパレータ部３２とが別体である場合について示しているが、セルスタックを構成する場合には、両者が一体になる部分を含むように構成してもよい。

【0021】

以下より、電気化学装置１を構成する単セル２の各部について、順次、説明する。

【0022】

［Ａ－１］固体酸化物形セル１０
固体酸化物形セル１０は、四角形状の平板型であって、電解質膜１１０と水素極１１１（第１電極）と酸素極１１２（第２電極）とを含み、電解質膜１１０が水素極１１１と酸素極１１２との間に介在するように構成されている。ここでは、固体酸化物形セル１０は、例えば、水素極支持型（燃料極支持型）であって、支持体として機能する水素極１１１の上面に電解質膜１１０と酸素極１１２とが順次積層されている。固体酸化物形セル１０は、水素極支持型（例えば、電解質支持型）に限らず、また、四角形状以外の形状（円形など）であってもよい。

【0023】

固体酸化物形セル１０において、電解質膜１１０は、酸化物イオン（Ｏ^２－）が透過するイオン伝導性の固体酸化物（たとえば、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ））で形成されている。電解質膜１１０は、水素極１１１および酸素極１１２よりも緻密になるように構成されている。

【0024】

固体酸化物形セル１０において、水素極１１１は、多孔質の電気伝導体（例えば、ニッケル粒子とＹＳＺなどのセラミック粒子とを用いて形成されたサーメット）で構成されている。

【0025】

固体酸化物形セル１０において、酸素極１１２は、多孔質の電気伝導体（ＬａＳｒＭｎＯ_３などのペロブスカイト酸化物など）で構成されている。

【0026】

電解質膜１１０において、水素極１１１と酸素極１１２とに挟まれた領域Ｒ１０は、例えば、平面形状が四角形状であって、固体酸化物形セル１０がＳＯＦＣまたはＳＯＥＣとして機能する際には、その領域Ｒ１０の内部において酸化物イオン（Ｏ^２－）が移動する。

【0027】

［Ａ－２］第１集電材２１および第２集電材２２
第１集電材２１は、固体酸化物形セル１０を構成する水素極１１１の下面に設けられている。第１集電材２１は、網状構造や多孔質構造であって、水素極１１１において消費または生成される水素極ガス（第１電極ガス）が透過するように構成されている。また、第１集電材２１は、例えば、ニッケルなどの金属材料で形成されており、水素極１１１と、水素極１１１の下方に位置する第１のセパレータ部３１との間を電気的に接続している。第１集電材２１は、水素極１１１と第１のセパレータ部３１との間の電気的な接続を確保ために、両者の間において付勢する付勢部材であってもよい。

【0028】

第２集電材２２は、固体酸化物形セル１０を構成する酸素極１１２の下面に設けられている。第２集電材２２は、第１集電材２１と同様に、網状構造や多孔質構造であって、酸素極１１２において消費または生成される酸素極ガス（第２電極ガス）が透過するように構成されている。また、第２集電材２２は、例えば、銀などの金属材料で形成されており、酸素極１１２と、酸素極１１２の上方に位置する第２のセパレータ部３２との間を電気的に接続している。第２集電材２２は、第１集電材２１と同様に、酸素極１１２と第２のセパレータ部３２との間の電気的な接続を確保ために、両者の間において付勢する付勢部材であってもよい。

【0029】

［Ａ－３］第１のセパレータ部３１
第１のセパレータ部３１は、たとえば、金属などの導電材料で形成されており、固体酸化物形セル１０のうち水素極１１１の側に設置されている。

【0030】

本実施形態では、第１のセパレータ部３１は、収容空間Ｋ３１を有する。収容空間Ｋ３１は、第１のセパレータ部３１の上面のうち中央部分に形成されている。収容空間Ｋ３１は、平面形状が四角形状の凹部であって、第１集電材２１、および、固体酸化物形セル１０を収容するように構成されている。ここでは、収容空間Ｋ３１は、固体酸化物形セル１０のうち電解質膜１１０と水素極１１１とを収容している。

【0031】

第１のセパレータ部３１において、収容空間Ｋ３１は、第１集電材２１および固体酸化物形セル１０を収容したときに、第１集電材２１および固体酸化物形セル１０の各側面と収容空間Ｋ３１の側面との間に、ギャップが介在するように構成されている。

【0032】

また、第１のセパレータ部３１には、水素極ガス供給口Ｆ３１１、水素極ガス流路Ｆ３１、水素極ガス排出口Ｆ３１２が設けられており、水素極ガス供給口Ｆ３１１から供給された水素極ガスが、水素極ガス流路Ｆ３１を通過した後に、水素極ガス排出口Ｆ３１２から排出されるように構成されている。ここでは、水素極ガス流路Ｆ３１は、例えば、直線状の溝であって、収容空間Ｋ３１において水素極１１１を支持する支持面（底面）に形成されている。

【0033】

なお、水素極ガス流路Ｆ３１は、第１集電材２１に形成しもよい。また、水素極ガス流路Ｆ３１を形成せずに、水素極ガス流路Ｆ３１の機能を第１集電材２１が担うように構成してもよい。つまり、第１のセパレータ部３１と水素極１１１との間を水素極ガスが流れるように構成されていればよい。

【0034】

［Ａ－４］第２のセパレータ部３２
第２のセパレータ部３２は、第１のセパレータ部３１と同様に、たとえば、金属などの導電材料で形成されており、固体酸化物形セル１０のうち酸素極１１２の側に設置されている。

【0035】

また、第２のセパレータ部３２には、酸素極ガス供給口Ｆ３２１、酸素極ガス流路Ｆ３２、酸素極ガス排出口Ｆ３２２が設けられており、酸素極ガス供給口Ｆ３２１から供給された酸素極ガスが、酸素極ガス流路Ｆ３２を通過した後に、酸素極ガス排出口Ｆ３２２から排出されるように構成されている。酸素極ガス流路Ｆ３２は、第２のセパレータ部３２において酸素極１１２の上面に対面する下面に設けられている。酸素極ガス流路Ｆ３２は、例えば、直線状の溝であって、水素極ガス流路Ｆ３１を構成する直線状の溝に対して直交するように形成されている。

【0036】

なお、酸素極ガス流路Ｆ３２は、第２集電材２２に形成しもよい。また、酸素極ガス流路Ｆ３２を形成せずに、酸素極ガス流路Ｆ３２の機能を第２集電材２２が担うように構成してもよい。つまり、第２のセパレータ部３２と酸素極１１２との間を酸素極ガスが流れるように構成されていればよい。

【0037】

［Ａ－５］絶縁シール材４０
絶縁シール材４０は、第１のセパレータ部３１と第２のセパレータ部３２との間に介在している。

【0038】

絶縁シール材４０は、額縁状の板状体であって、中央部分に開口部Ｋ４０が形成されており、その開口部Ｋ４０の内部には、酸素極１１２および第２集電材２２が収容されている。また、絶縁シール材４０は、収容空間Ｋ３１の上方において内側へ突き出た部分を含み、その突き出た部分が、ギャップを覆うと共に、電解質膜１１０の上面に接触している。

【0039】

絶縁シール材４０は、第１のセパレータ部３１と第２のセパレータ部３２との間を密封状態にするように構成されている。

【0040】

また、絶縁シール材４０は、第１のセパレータ部３１と第２のセパレータ部３２との間を電気的な絶縁状態にするように構成されている。絶縁シール材４０は、固体酸化物形セル１０の運転を、数万時間以上、実施した場合であっても、絶縁破壊が生じずに、絶縁性能を保持可能であることが好ましい。

【0041】

［Ｂ］絶縁シール材４０の詳細構成
絶縁シール材４０に関して、図１と共に図３を用いて説明する。

【0042】

図３は、第１実施形態に係る電気化学装置１において、絶縁シール材４０を模式的に示す図である。図３は、図１と同様に側断面図であって、図１に示す絶縁シール材４０の一部を拡大して示している。

【0043】

図１および図３に示すように、絶縁シール材４０は、シール材本体部４００と第１シール材軟化部４１１と第２シール材軟化部４１２とを含む。

【0044】

［Ｂ－１］シール材本体部４００
シール材本体部４００は、固体酸化物形セル１０が運転する運転温度で硬い状態を保持するように構成されている。つまり、シール材本体部４００の軟化点は、固体酸化物形セル１０において発電または電解が行われるときの運転温度よりも高い。

【0045】

ここでは、シール材本体部４００は、絶縁材料で形成されている。シール材本体部４００は、例えば、アルミナやジルコニアなどのセラミックス材料で形成されている。シール材本体部４００は、例えば、圧縮強度が約５００ＭＰａ以上（ジルコニアと同等以上）であることが好ましい。シール材本体部４００の厚みは、例えば、０．１～１．０ｍｍである。

【0046】

［Ｂ－２］第１シール材軟化部４１１
第１シール材軟化部４１１は、シール材本体部４００において第１のセパレータ部３１の側に位置する下面（第１の面）に設けられている。第１シール材軟化部４１１は、固体酸化物形セル１０が運転する運転温度で軟化するように構成されている。つまり、第１シール材軟化部４１１の軟化点は、固体酸化物形セル１０において発電または電解が行われるときの運転温度以下である。

【0047】

ここでは、第１シール材軟化部４１１は、シール材本体部４００および第１のセパレータ部３１を構成する材料と反応せずに腐食が生じない絶縁材料で形成されていることが好ましく、例えば、第１シール材軟化部４１１は、ガラス材料からなる。第１シール材軟化部４１１の厚みは、例えば、０．０１～０．１ｍｍである。

【0048】

［Ｂ－３］第２シール材軟化部４１２
第２シール材軟化部４１２は、シール材本体部４００において第２のセパレータ部３２の側に位置する上面（第２の面）に設けられている。第２シール材軟化部４１２は、第１シール材軟化部４１１はと同様に、固体酸化物形セル１０が運転する運転温度で軟化するように構成されている。つまり、第２シール材軟化部４１２の軟化点は、固体酸化物形セル１０において発電または電解が行われるときの運転温度以下である。

【0049】

ここでは、第２シール材軟化部４１２は、シール材本体部４００および第２のセパレータ部３２を構成する材料と反応せずに腐食が生じない材料で形成されていることが好ましく、例えば、第２シール材軟化部４１２は、第１シール材軟化部４１１と同様に、ガラス材料からなる。第２シール材軟化部４１２の厚みは、例えば、０．０１～０．１ｍｍである。

【0050】

［Ｃ］まとめ
以上のように、本実施形態の電気化学装置１では、絶縁シール材４０は、シール材本体部４００において第１のセパレータ部３１の側に位置する下面（第１の面）に第１シール材軟化部４１１が設けられ、シール材本体部４００において第２のセパレータ部３２の側に位置する上面（第２の面）に第２シール材軟化部４１２が設けられている。

【0051】

本実施形態の絶縁シール材４０において、シール材本体部４００は、固体酸化物形セル１０が運転する運転温度で硬い状態を保持する。また、本実施形態の絶縁シール材４０において、第１シール材軟化部４１１および第２シール材軟化部４１２は、固体酸化物形セル１０が運転する運転温度で軟化するように構成されている。

【0052】

このため、本実施形態の絶縁シール材４０は、固体酸化物形セル１０の運転時に作用する締付け圧力に対して十分に耐える強度を得ることができる。また、固体酸化物形セル１０の運転時においても、十分なシール性能を得ることができる。

【0053】

＜第２実施形態＞
［Ａ］絶縁シール材４０の詳細構成
図４は、第２実施形態に係る電気化学装置において、絶縁シール材４０を模式的に示す図である。図４は、図３と同様に側断面図を示している。

【0054】

図４に示すように、本実施形態は、絶縁シール材４０の構成の一部が、上記した第１実施形態の場合（図３参照）と異なる。この点、および、関連する点以外には、第１実施形態の場合と同様である。このため、本実施形態において、重複する事項については、適宜、説明を省略する。

【0055】

図４に示すように、本実施形態の絶縁シール材４０は、第１実施形態の場合（図３参照）と同様に、シール材本体部４００と第１シール材軟化部４１１と第２シール材軟化部４１２とを含む。

【0056】

しかし、本実施形態の絶縁シール材４０において、シール材本体部４００は、第１実施形態の場合（図３参照）と異なり、絶縁材部４０２と第１金属材部４０１ａと第２金属材部４０１ｂとを含む。

【0057】

［Ａ－１］絶縁材部４０２
絶縁材部４０２は、絶縁材料からなる板状体である。ここでは、絶縁材部４０２は、例えば、マイカ、サーミキュライト、粘土などのセラミックス材料で形成されている。絶縁材部４０２は、例えば、厚みが０．２～０．５ｍｍである板状体である。

【0058】

［Ａ－２］第１金属材部４０１ａ
第１金属材部４０１ａは、絶縁材部４０２において第１のセパレータ部３１の側に位置する下面に形成されており、第１金属材部４０１ａの下面には、第１シール材軟化部４１１が設けられている。

【0059】

第１金属材部４０１ａは、金属材料からなる板状体であって、例えば、ステンレス（ＳＵＳ４３０等）のように、酸化が生じない金属材料で形成されている。第１金属材部４０１ａは、例えば、厚みが０．１～０．２ｍｍであって、第１金属材部４０１ａは、固体酸化物形セル１０と熱膨張率がほぼ同等の材料を用いることが好ましい。

【0060】

［Ａ－３］第２金属材部４０１ｂ
第２金属材部４０１ｂは、絶縁材部４０２において第２のセパレータ部３２の側に位置する上面に形成されており、第２金属材部４０１ｂの下面には、第２シール材軟化部４１２が設けられている。

【0061】

第２金属材部４０１ｂは、金属材料からなる板状体であって、第１金属材部４０１ａと同様に、例えば、ステンレス（ＳＵＳ４３０等）のように、酸化が生じない金属材料で形成されている。第２金属材部４０１ｂは、例えば、厚みが０．１～０．２ｍｍである板状体であって、固体酸化物形セル１０と熱膨張率がほぼ同等の材料を用いることが好ましい。

【0062】

［Ｂ］まとめ
以上のように、本実施形態において、絶縁シール材４０のシール材本体部４００は、絶縁材部４０２を第１金属材部４０１ａと第２金属材部４０１ｂとが挟むように構成されている。このため、本実施形態の絶縁シール材４０においては、絶縁特性が絶縁材部４０２によって担保されると共に、固体酸化物形セル１０の運転時に作用する締付け圧力に対して耐える強度が、第１金属材部４０１ａおよび第２金属材部４０１ｂによって担保される。また、容易に加工可能な絶縁材部４０２に第１金属材部４０１ａおよび第２金属材部４０１ｂを設けるため、コストの低減を容易に実現することができる。

【0063】

［Ｃ］変形例
上記の実施形態の絶縁シール材４０では、第１金属材部４０１ａおよび第２金属材部４０１ｂが、ステンレスなどのように、酸化が生じない金属材料で形成されている場合について説明したが、これに限らない。第１金属材部４０１ａおよび第２金属材部４０１ｂは、酸化が生ずる金属材料で形成されていてもよい。ここでは、酸化が生ずる金属材料として、例えば、鉄、マンガン、ニッケルを用いて、第１金属材部４０１ａおよび第２金属材部４０１ｂを形成することが好ましい。これにより、例えば、第１シール材軟化部４１１および第２シール材軟化部４１２が破損して欠落した場合であっても、第１金属材部４０１ａおよび第２金属材部４０１ｂが酸化して酸化物の皮膜が形成される。その結果、第１シール材軟化部４１１および第２シール材軟化部４１２の欠落によって生じた隙間が、第１金属材部４０１ａおよび第２金属材部４０１ｂの酸化物によって塞がれる。それゆえ、シール性能を十分に確保することができる。

【0064】

＜第３実施形態＞
［Ａ］絶縁シール材４０の詳細構成
図５は、第３実施形態に係る電気化学装置において、絶縁シール材４０を模式的に示す図である。図５は、図３と同様に側断面図を示している。

【0065】

図５に示すように、本実施形態は、絶縁シール材４０の構成の一部が、上記した第１実施形態の場合（図３参照）と異なる。この点、および、関連する点以外には、第１実施形態の場合と同様である。このため、本実施形態において、重複する事項については、適宜、説明を省略する。

【0066】

図５に示すように、本実施形態の絶縁シール材４０は、第１実施形態の場合（図３参照）と同様に、シール材本体部４００と第１シール材軟化部４１１と第２シール材軟化部４１２とを含む。

【0067】

しかし、本実施形態の絶縁シール材４０において、シール材本体部４００は、第１実施形態の場合（図３参照）と異なり、金属材部４０１と第１絶縁材部４０２ａと第２絶縁材部４０２ｂとを含む。

【0068】

［Ａ－１］金属材部４０１
金属材部４０１は、金属材料からなる板状体（稠密板、ハニカム構造材等）であって、例えば、ステンレス（ＳＵＳ４３０等）で形成されている。金属材部４０１は、例えば、厚みが０．２～０．５ｍｍである。

【0069】

［Ａ－２］第１絶縁材部４０２ａ
第１絶縁材部４０２ａは、金属材部４０１において第１のセパレータ部３１の側に位置する下面に形成されており、第１絶縁材部４０２ａの下面には、第１シール材軟化部４１１が設けられている。

【0070】

第１絶縁材部４０２ａは、絶縁材料からなる板状体であって、例えば、マイカ、サーミキュライトなどで形成されている。第１絶縁材部４０２ａは、例えば、厚みが０．１～０．２ｍｍである。

【0071】

［Ａ－３］第２絶縁材部４０２ｂ
第２絶縁材部４０２ｂは、金属材部４０１において第２のセパレータ部３２の側に位置する上面に形成されており、第２絶縁材部４０２ｂの上面には、第２シール材軟化部４１２が設けられている。

【0072】

第２絶縁材部４０２ｂは、絶縁材料からなる板状体であって、例えば、マイカ、サーミキュライトなどで形成されている。第２絶縁材部４０２ｂは、例えば、厚みが０．１～０．２ｍｍである。

【0073】

［Ｂ］まとめ
以上のように、本実施形態において、絶縁シール材４０のシール材本体部４００は、金属材部４０１を第１絶縁材部４０２ａと第２絶縁材部４０２ｂとが挟むように構成されている。このため、本実施形態の絶縁シール材４０においては、絶縁特性が第１絶縁材部４０２ａおよび第２絶縁材部４０２ｂによって担保されると共に、固体酸化物形セル１０の運転時に作用する締付け圧力に対して耐える強度が、金属材部４０１によって担保される。

【0074】

＜第４実施形態＞
［Ａ］絶縁シール材４０の詳細構成
図６は、第４実施形態に係る電気化学装置において、絶縁シール材４０を模式的に示す図である。図６は、図３と同様に側断面図を示している。

【0075】

図６に示すように、本実施形態は、絶縁シール材４０の構成の一部が、上記した第１実施形態の場合（図３参照）と異なる。この点、および、関連する点以外には、第１実施形態の場合と同様である。このため、本実施形態において、重複する事項については、適宜、説明を省略する。

【0076】

図６に示すように、本実施形態の絶縁シール材４０は、第１実施形態の場合（図３参照）と同様に、シール材本体部４００と第１シール材軟化部４１１と第２シール材軟化部４１２とを含む。

【0077】

しかし、本実施形態の絶縁シール材４０において、シール材本体部４００は、第１実施形態の場合（図３参照）と異なり、下面（第１の面）および上面（第２の面）は、凹凸面である。ここでは、凹凸面は、凹部と凸部とが交互に繰り返し並んでいる。凹部の幅および凸部の幅は、例えば、平均で０．１ｍｍ以下であることが好ましい。

【0078】

図７は、第４実施形態に係る電気化学装置において、絶縁シール材４０を構成するシール材本体部４００の凹凸面を模式的に示す上面図（ｘｙ面）である。

【0079】

図７では、シール材本体部４００の凹凸面を構成する凹部および凸部の延在方向について、図示の都合により、破線で示している（ただし、凹部および凸部の延在方向のうち、収容空間Ｋ３１の輪郭と重複する部分については、実線で示している）。図７において破線で示すように、シール材本体部４００の凹凸面は、固体酸化物形セル１０を収容する収容空間Ｋ３１の輪郭に沿って、凹部および凸部が延在している。

【0080】

具体的には、シール材本体部４００のうち第１水平方向ｘにおいて収容空間Ｋ３１の両端に位置する部分（図７では、左側端部分と右側端部分）では、収容空間Ｋ３１において第２水平方向ｙに延びる輪郭と同様に、凹部および凸部は、第２水平方向ｙに延在している。そして、シール材本体部４００のうち第２水平方向ｙにおいて収容空間Ｋ３１の両端に位置する部分（図７では、上側端部分と下側端部分）では、収容空間Ｋ３１において第１水平方向ｘに延びる輪郭と同様に、凹部および凸部は、第１水平方向ｘに延在している。

【0081】

［Ｂ］まとめ
以上のように、本実施形態の絶縁シール材４０において、シール材本体部４００は、第１シール材軟化部４１１が形成される下面（第１の面）、および、第２シール材軟化部４１２が形成される上面（第２の面）が、凹凸面である。このため、本実施形態の絶縁シール材４０では、シール材本体部４００において第１シール材軟化部４１１および第２シール材軟化部４１２を保持する量が増加するため、より長期に渡ってシール特性を確保可能である。

【0082】

また、本実施形態では、シール材本体部４００の凹凸面は、固体酸化物形セル１０を収容する収容空間Ｋ３１の輪郭に沿って、凹部および凸部が延在しているため、収容空間Ｋ３１からガスが凹部および凸部に沿って漏洩しにくい。それゆえ、本実施形態では、シール特性を向上可能である。

【0083】

＜その他＞
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0084】

１：電気化学装置、２：単セル、１０：固体酸化物形セル、２１：第１集電材、２２：第２集電材、３１：第１のセパレータ部、３２：第２のセパレータ部、４０：絶縁シール材、１１０：電解質膜、１１１：水素極（第１電極）、１１２：酸素極（第２電極）、４００：シール材本体部、４０１：金属材部、４０１ａ：第１金属材部、４０１ｂ：第２金属材部、４０２：絶縁材部、４０２ａ：第１絶縁材部、４０２ｂ：第２絶縁材部、４１１：第１シール材軟化部、４１２：第２シール材軟化部、Ｆ３１：水素極ガス流路、Ｆ３１１：水素極ガス供給口、Ｆ３１２：水素極ガス排出口、Ｆ３２：酸素極ガス流路、Ｆ３２１：酸素極ガス供給口、Ｆ３２２：酸素極ガス排出口、Ｋ３１：収容空間、Ｋ４０：開口部、Ｒ１０：領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】