特開 2024-116671 電気化学セル

(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】P2024116671

(43)【公開日】2024-08-28

(54)【発明の名称】電気化学セル

(51)【国際特許分類】

   C25B 11/032 20210101AFI20240821BHJP

   H01M 8/12 20160101ALI20240821BHJP

   H01M 8/1226 20160101ALI20240821BHJP

   H01M 8/1213 20160101ALI20240821BHJP

   H01M 4/86 20060101ALI20240821BHJP

   C25B 9/65 20210101ALI20240821BHJP

【ＦＩ】

C25B11/032

H01M8/12 101

H01M8/1226

H01M8/12 102A

H01M8/1213

H01M4/86 M

H01M4/86 T

C25B9/65

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023022406

(22)【出願日】2023-02-16

(71)【出願人】

【識別番号】000004064

【氏名又は名称】日本碍子株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000202

【氏名又は名称】弁理士法人新樹グローバル・アイピー

(72)【発明者】

【氏名】小原 隆平

(72)【発明者】

【氏名】藤崎 真司

(72)【発明者】

【氏名】大森 誠

【テーマコード（参考）】

4K011

4K021

5H018

5H126

【Ｆターム（参考）】

4K011AA12

4K011AA22

4K011AA50

4K011BA08

4K011DA01

4K021AA01

4K021AA09

4K021DB36

4K021DB53

4K021DB56

4K021DC03

4K021EA03

5H018AA06

5H018AS02

5H018BB01

5H018BB07

5H018BB08

5H018EE02

5H018EE04

5H018EE12

5H126AA02

5H126BB06

5H126GG02

(57)【要約】

【課題】金属支持体と電気化学セルの接合強度向上と連通孔におけるガス流通性向上とを両立可能な電気化学セルを提供する。
【解決手段】電解セル１は、金属支持体１０と、セル本体部２０とを備える。セル本体部２０は、金属支持体１０の第１主面１２に形成された各連通孔１１を覆う水素極層６を有する。水素極層６は、第１主面１２上に配置される膜状部６１と、連通孔１１内に配置されるアンカー部６２とを有する。連通孔１１は、内径が小さく形成された狭窄部１１ａを有する。アンカー部６２は、狭窄部１１ａの内側において幅狭に形成されたくびれ部６２ａを有する。連通孔１１とアンカー部６２の間の一部には、ガス流通空間４０が形成されている。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

主面に形成された複数の連通孔を有する金属支持体と、
前記主面上に形成され、前記複数の連通孔を覆う第１電極層と、第２電極層と、前記第１電極層及び前記第２電極層の間に配置される電解質層とを有するセル本体部と、
を備え、
前記第１電極層は、前記主面上に配置される膜状部と、前記複数の連通孔内に配置される複数のアンカー部とを有し、
前記連通孔は、内径が小さく形成された狭窄部を有し、
前記アンカー部は、前記狭窄部の内側において幅狭に形成されたくびれ部を有し、
前記連通孔と前記アンカー部の間の一部には、ガス流通空間が形成されている、
電気化学セル。

【請求項2】

前記ガス流通空間は、前記アンカー部の端面に開口している、
請求項１に記載の電気化学セル。

【請求項3】

前記ガス流通空間は、前記膜状部に接している、
請求項１に記載の電気化学セル。

【請求項4】

前記ガス流通空間は、前記アンカー部の端面から前記膜状部まで連通している、
請求項２に記載の電気化学セル。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電気化学セルに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、金属支持体上に配置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）が開示されている。

【0003】

金属支持体は、主面に形成された複数の連通孔を有する。セル本体部は、金属支持体の主面上に形成され、複数の連通孔を覆う第１電極層と、第２電極層と、第１電極層及び第２電極層の間に配置される電解質層とを有する。

【0004】

第１電極層は、金属支持体の主面上に配置される膜状部と、連通孔内に配置されるアンカー部とを有する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０２２－１２５６２６号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上述した電気化学セルでは、連通孔の途中に狭窄部を形成するとともに、狭窄部の内側でアンカー部をくびれさせることによって、金属支持体と電気化学セルの接合強度を更に向上させることができる。

【0007】

しかしながら、連通孔に狭窄部を形成すると、連通孔におけるガス流通性が低くなってしまう。

【0008】

本発明の課題は、金属支持体と電気化学セルの接合強度向上と連通孔におけるガス流通性向上とを両立可能な電気化学セルを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明に係る電気化学セルは、金属支持体とセル本体部とを備える。金属支持体は、主面に形成された複数の連通孔を有する。セル本体部は、主面上に形成され、複数の連通孔を覆う第１電極層と、第２電極層と、第１電極層及び第２電極層の間に配置される電解質層とを有する。第１電極層は、主面上に配置される膜状部と、複数の連通孔内に配置される複数のアンカー部とを有する。連通孔は、内径が小さく形成された狭窄部を有する。アンカー部は、狭窄部の内側において幅狭に形成されたくびれ部を有する。連通孔とアンカー部の間の一部には、ガス流通空間が形成されている。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、金属支持体と電気化学セルの接合強度向上と連通孔におけるガス流通性向上とを両立可能な電気化学セルを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は、実施形態に係る電解セルの平面図である。

【図2】図２は、図１のＡ－Ａ断面図である。

【図3】図２の部分拡大図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

（電解セル１）
図１は、実施形態に係る電解セル１の平面図である。図２は、図１のＡ－Ａ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。

【0013】

電解セル１は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に広がる板状に形成される。本実施形態において、電解セル１は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に垂直なＺ軸方向から平面視した場合、Ｙ軸方向に延びる長方形に形成される。ただし、電解セル１の平面形状は特に限られず、長方形以外の多角形、楕円形、円形などであってもよい。なお、Ｘ軸方向及びＹ軸方向それぞれは電解セル１の面方向であり、Ｚ軸方向は電解セル１の厚み方向である。

【0014】

図２に示すように、電解セル１は、金属支持体１０、セル本体部２０、及び流路部材３０を備える。

【0015】

［金属支持体１０］
金属支持体１０は、セル本体部２０を支持する。金属支持体１０は、板状に形成される。金属支持体１０は、平板状であってもよいし、曲板状であってもよい。

【0016】

金属支持体１０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。

【0017】

図２に示すように、金属支持体１０は、複数の連通孔１１、第１主面１２及び第２主面１３を有する。

【0018】

各連通孔１１は、第１主面１２から第２主面１３まで金属支持体１０を貫通する。各連通孔１１は、第１主面１２及び第２主面１３それぞれに開口する。各連通孔１１の第１主面１２側の開口は、水素極層６によって覆われる。各連通孔１１の第２主面１３側の開口は、後述する流路３０ａに繋がる。

【0019】

各連通孔１１は、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。

【0020】

本実施形態において、各連通孔１１は、Ｚ軸方向に沿って形成される。連通孔１１の詳細な構成については後述する。

【0021】

第１主面１２は、第２主面１３の反対側に設けられる。第１主面１２には、セル本体部２０が配置される。第２主面１３には、流路部材３０が接合される。

【0022】

金属支持体１０は、金属材料によって構成される。例えば、金属支持体１０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１０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。

【0023】

金属支持体１０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１０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１０におけるＡｌ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１０は、ＴｉをＴｉＯ_２（チタニア）として含有していてもよいし、ＺｒをＺｒＯ_２（ジルコニア）として含有していてもよい。

【0024】

金属支持体１０は、金属支持体１０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。酸化膜としては、例えば酸化クロム膜が代表的である。酸化クロム膜は、金属支持体１０の表面の少なくとも一部を覆う。また、酸化クロム膜は、各連通孔１１の内壁面の少なくとも一部を覆っていてもよい。

【0025】

［セル本体部２０］
セル本体部２０は、金属支持体１０上に配置される。セル本体部２０は、金属支持体１０によって支持される。セル本体部２０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。

【0026】

水素極層６、電解質層７、反応防止層８、及び酸素極層９は、Ｚ軸方向において、この順で金属支持体１０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。

【0027】

［水素極層６］
水素極層６は、本発明に係る「第１電極層」の一例である。水素極層６は、金属支持体１０及び電解質層７の間に配置される。水素極層６は、金属支持体１０の第１主面１２上に形成される。本実施形態では、水素極層６の一部が、金属支持体１０の各連通孔１１の内側に配置されている。水素極層６の詳細な構成については後述する。

【0028】

水素極層６には、各連通孔１１を介して原料ガスが供給される。原料ガスは、原料ガスは少なくともＨ_２Ｏを含む。

【0029】

原料ガスがＨ_２Ｏのみを含む場合、水素極層６は、下記（１）式に示す水電解の電気化学反応に従って、原料ガスからＨ_２を生成する。
・水素極層６：Ｈ_２Ｏ＋２ｅ^－→Ｈ_２＋Ｏ^２－・・・（１）

【0030】

原料ガスがＨ_２Ｏに加えてＣＯ_２を含む場合、水素極層６は、下記（２）、（３）、（４）式に示す共電解の電気化学反応に従って、原料ガスからＨ_２、ＣＯ及びＯ^２－を生成する。
・水素極層６：ＣＯ_２＋Ｈ_２Ｏ＋４ｅ^－→ＣＯ＋Ｈ_２＋２Ｏ^２－・・・（２）
・Ｈ_２Ｏの電気化学反応：Ｈ_２Ｏ＋２ｅ^－→Ｈ_２＋Ｏ^２－・・・（３）
・ＣＯ_２の電気化学反応：ＣＯ_２＋２ｅ^－→ＣＯ＋Ｏ^２－・・・（４）

【0031】

水素極層６は、電子伝導性を有する多孔体である。水素極層６は、ニッケル（Ｎｉ）と酸化物イオン伝導性材料とを含有する。

【0032】

Ｎｉは、電子伝導物質として機能する。共電解の場合、Ｎｉは、生成されるＨ_２と原料ガスに含まれるＣＯ_２との熱的反応を促進してメタネーションやＦＴ（Ｆｉｓｃｈｅｒ－Ｔｒｏｐｓｃｈ）合成などに適切なガス組成を維持する熱触媒としても機能する。

【0033】

Ｎｉは、酸化雰囲気において酸化ニッケル（ＮｉＯ）の状態で存在し、還元雰囲気において金属Ｎｉの状態で存在する。水素極層６は、電解セル１の停止中において酸化雰囲気に曝され、電解セル１の運転中、及び、電解セル１の運転前に実施される還元処理中において還元雰囲気に曝される。水素極層６は、Ｎｉの酸化／還元に伴って膨張／収縮する。

【0034】

酸化物イオン伝導性材料としては、ＹＳＺ、ＣＳＺ、ＳｃＳＺ、ＧＤＣ、ＳＤＣ、（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｒ，Ｍｎ）Ｏ_３、（Ｌａ，Ｓｒ）ＴｉＯ_３、Ｓｒ_２（Ｆｅ,Ｍｏ）_２Ｏ_６、（Ｌａ，Ｓｒ）ＶＯ_３、（Ｌａ，Ｓｒ）ＦｅＯ_３、ＬＤＣ（ランタンドープセリア）、ＬＳＧＭ（ランタンガレート）及びこれらのうち２つ以上を組み合わせた混合材料などを用いることができる。

【0035】

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。

【0036】

［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。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が配置されているので、電解質層７は、水素極層６及び反応防止層８の間に挟まれている。

【0037】

電解質層７は、水素極層６を覆うとともに、金属支持体１０の第１主面１２のうち水素極層６から露出する領域を覆う。

【0038】

電解質層７は、水素極層６において生成されたＯ^２－を酸素極層９側に伝達させる。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、ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア、例えば８ＹＳＺ）、ＧＤＣ（ガドリニウムドープセリア）、ＳｃＳＺ（スカンジア安定化ジルコニア）、ＳＤＣ（サマリウム固溶セリア）、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。

【0039】

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の厚み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。

【0040】

電解質層７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。

【0041】

［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を基準として水素極層６の反対側に配置される。反応防止層８は、電解質層７の構成元素が酸素極層９の構成元素と反応して電気抵抗の大きい層が形成されることを抑制する。

【0042】

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。

【0043】

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の厚み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。

【0044】

反応防止層８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。

【0045】

［酸素極層９］
酸素極層９は、本発明に係る「第２電極層」の一例である。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が配置されているので、酸素極層９は反応防止層８に接続される。電解質層７及び酸素極層９の間に反応防止層８が配置されない場合、酸素極層９は電解質層７に接続される。

【0046】

酸素極層９は、下記（５）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Ｏ^２－からＯ_２を生成する。
・酸素極層９：２Ｏ^２－→Ｏ_２＋４ｅ^－・・・（５）

【0047】

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）Ｏ_３、（Ｌａ，Ｓｒ）ＦｅＯ_３、Ｌａ（Ｎｉ，Ｆｅ）Ｏ_３、（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ_３、及び（Ｓｍ，Ｓｒ）ＣｏＯ_３のうち１つ以上と酸化物イオン伝導性材料（ＧＤＣなど）との複合材料によって構成することができる。

【0048】

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の厚み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。

【0049】

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。

【0050】

［流路部材３０］
流路部材３０は、金属支持体１０の第２主面１３に接合される。流路部材３０は、金属支持体１０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１０の各連通孔１１を介して、セル本体部２０の水素極層６に供給される。

【0051】

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１０と同様の材料によって形成されていてもよい。この場合、流路部材３０は、金属支持体１０と実質的に一体であってもよい。

【0052】

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１０の第２主面１３に接合される。インターコネクタ３２は、外部電源又は他の電解セルを電解セル１と電気的に直列に接続するための板状部材である。インターコネクタ３２は、枠体３１に接合される。

【0053】

本実施形態では、枠体３１とインターコネクタ３２が別部材となっているが、枠体３１とインターコネクタ３２は一体の部材であってもよい。

【0054】

（連通孔１１と水素極層６の構成）
金属支持体１０の連通孔１１と水素極層６の構成について図面を参照しながら説明する。図３は、図２の部分拡大図である。

【0055】

［連通孔１１の構成］
図３に示すように、金属支持体１０の連通孔１１は、狭窄部１１ａ、第１拡幅部１１ｂ、及び第２拡幅部１１ｃを有する。

【0056】

狭窄部１１ａは、金属支持体１０の厚み方向において、第１拡幅部１１ｂと第２拡幅部１１ｃの間に配置される。狭窄部１１ａは、第１拡幅部１１ｂ及び第２拡幅部１１ｃそれぞれに繋がっている。

【0057】

第１拡幅部１１ｂは、狭窄部１１ａの電解質層７側に配置される。第１拡幅部１１ｂは、第１主面１２に開口する。第２拡幅部１１ｃは、狭窄部１１ａの電解質層７と反対側に配置される。第２拡幅部１１ｃは、第２主面１３に開口する。

【0058】

連通孔１１は、狭窄部１１ａにおいて内径が小さく形成されている。具体的には、金属支持体１０の面方向において、狭窄部１１ａの最小幅は、第１拡幅部１１ｂの最大幅より小さく、かつ、第２拡幅部１１ｃの最大幅より小さい。よって、連通孔１１は、厚み方向の途中に位置する狭窄部１１ａにおいて部分的に窄まっている。

【0059】

なお、金属支持体１０の厚み方向とは、金属支持体１０の第１主面１２に垂直な方向である。金属支持体１０の面方向とは、金属支持体１０の厚み方向に垂直な方向である。本実施形態において、金属支持体１０の厚み方向はＺ軸方向と略平行であり、金属支持体１０の面方向はＺ軸方向及びＹ軸方向と略平行である。

【0060】

［水素極層６の構成］
図３に示すように、水素極層６は、膜状部６１と、アンカー部６２とを有する。図３ではアンカー部６２が１つだけ図示されているが、図２に示したように、水素極層６は、金属支持体１０の複数の連通孔１１に対応する複数のアンカー部６２を有している。

【0061】

膜状部６１は、金属支持体１０の第１主面１２上に配置される。膜状部６１は、膜状に形成される。膜状とは、第１主面１２を覆う薄い層状であることを意味する。膜状部６１の厚み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。膜状部６１は、部分的に薄くなっていてもよいし、全体的に一様な厚みであってもよい。膜状部６１は、組成の異なる複数の層からなる多層構造であってもよい。

【0062】

アンカー部６２は、金属支持体１０の連通孔１１内に配置される。アンカー部６２は、膜状部６１に接続される。アンカー部６２は、膜状部６１と実質的に一体であってもよい。アンカー部６２の組成は、膜状部６１の組成と同じであってもよいし、膜状部６１の組成と異なっていてもよい。

【0063】

アンカー部６２は、金属支持体１０の連通孔１１に係止されることによって、金属支持体１０に対してアンカー効果を発揮する。これによって、金属支持体１０に対するセル本体部２０の接合力を向上させることができる。

【0064】

図３に示すように、アンカー部６２は、くびれ部６２ａ、第１幅広部６２ｂ、及び第２幅広部６２ｃを有する。

【0065】

くびれ部６２ａは、金属支持体１０の狭窄部１１ａの内側に配置される。くびれ部６２ａは、金属支持体１０の厚み方向において、第１幅広部６２ｂと第２幅広部６２ｃの間に配置される。くびれ部６２ａは、第１幅広部６２ｂ及び第２幅広部６２ｃそれぞれに接続されている。くびれ部６２ａは、第１幅広部６２ｂ及び第２幅広部６２ｃそれぞれと実質的に一体である。

【0066】

第１幅広部６２ｂは、金属支持体１０の第１拡幅部１１ｂの内側に配置される。第１幅広部６２ｂは、くびれ部６２ａの電解質層７側に配置される。第１幅広部６２ｂは、膜状部６１に接続される。

【0067】

第２幅広部６２ｃは、金属支持体１０の第２拡幅部１１ｃの内側に配置される。第２幅広部６２ｃは、くびれ部６２ａの電解質層７と反対側に配置される。第２幅広部６２ｃは、アンカー部６２の端面６２Ｓを有する。

【0068】

本実施形態において、第２幅広部６２ｃは、第２拡幅部１１ｃの一部のみに存在している。すなわち、第２幅広部６２ｃは、第２拡幅部１１ｃの全体に充填されていない。そのため、端面６２Ｓは、第２拡幅部１１ｃの内側に位置している。

【0069】

ただし、第２幅広部６２ｃは、第２拡幅部１１ｃの全体に充填されていてもよいし、更に第２拡幅部１１ｃから流路３０ａに向かって突出していてもよい。これらの場合、端面６２Ｓは、第２拡幅部１１ｃの外側（すなわち、流路３０ａ内）に位置することになる。

【0070】

本実施形態において、端面６２Ｓは、流路３０ａに向かって突出する曲面状に形成されているが、端面６２Ｓの形状は特に限られない。

【0071】

金属支持体１０の面方向において、くびれ部６２ａの最小幅は、第１幅広部６２ｂの最大幅より小さく、かつ、第２幅広部６２ｃの最大幅より小さい。よって、アンカー部６２は、厚み方向の途中に位置するくびれ部６２ａにおいて部分的に幅狭に形成されている。そのため、アンカー部６２の第２幅広部６２ｃが金属支持体１０の狭窄部１１ａに係止されることによって、金属支持体１０に対するアンカー部６２のアンカー効果をより向上させることができる。

【0072】

なお、くびれ部６２ａと第１幅広部６２ｂとの境界は、第１幅広部６２ｂの最大幅の８０％の幅を示すラインによって規定される。くびれ部６２ａと第２幅広部６２ｃとの境界は、第２幅広部６２ｃの最大幅の８０％の幅を示すラインによって規定される。

【0073】

［ガス流通空間４０］
連通孔１１とアンカー部６２の間にはガス流通空間４０が形成されている。ガス流通空間４０は、連通孔１１の内表面とアンカー部６２の外表面の隙間である。ガス流通空間４０は、連通孔１１とアンカー部６２の間の一部のみに形成される。従って、ガス流通空間４０が存在する箇所では、連通孔１１の内表面はアンカー部６２の外表面から離れており、ガス流通空間４０が存在しない箇所では、連通孔１１の内表面はアンカー部６２の外表面に接触している。

【0074】

ガス流通空間４０は、流路３０ａから供給される原料ガスの膜状部６１への速やかな供給、或いは、膜状部６１において生成された生成ガスの流路３０ａへの速やかな排出のために利用される。

【0075】

このようなガス流通空間４０を連通孔１１とアンカー部６２の間に設けることによって、狭窄部１１ａにおいて幅狭な連通孔１１におけるガス流通性を向上させることができる。その結果、水素極層６（特に、膜状部６１）における電極反応を活性化させることができる。

【0076】

図３に示すように、ガス流通空間４０は、アンカー部６２の端面６２Ｓに開口していることが好ましい。これによって、ガス流通空間４０と流路３０ａの間におけるガスの給排を速やかに行うことができる。

【0077】

図３に示すように、ガス流通空間４０は、膜状部６１に接していることが好ましい。これによって、ガス流通空間４０と膜状部６１の間におけるガスの給排を速やかに行うことができる。この場合、ガス流通空間４０の一部は、膜状部６１の内部に入り込んでいてもよい。

【0078】

ガス流通空間４０は、アンカー部６２の端面６２Ｓから膜状部６１まで連通していることが好ましい。すなわち、１つのガス流通空間４０の電解質層７側の端部が膜状部６１に接し、かつ、当該ガス流通空間４０の電解質層７と反対側の端部がアンカー部６２の端面６２Ｓに開口していることが好ましい。このことを図３の例でいえば、２つに分かれて観察されているガス流通空間４０が、図３の紙面奥側又は図３の紙面手前側において繋がっていることを意味する。これによって、ガス流通空間４０を介して流路３０ａと膜状部６１の間を直接的に繋げることができるため、流路３０ａと膜状部６１の間におけるガスの給排を更に速やかに行うことができる。

【0079】

なお、ガス流通空間４０の３次元形状は、水素極層６及び金属支持体１０の切断面を徐々に研磨しながら断面観察することによって把握できる。

【0080】

図３に示すように、ガス流通空間４０は、金属支持体１０の厚み方向に沿った断面において、金属支持体１０の厚み方向に沿って延びていることが好ましい。これによって、連通孔１１におけるガス流通性をより向上させることができる。

【0081】

（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。

【0082】

［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ことになる。

【0083】

［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。

【符号の説明】

【0084】

１ 電解セル
１０ 金属支持体
１１ 連通孔
１１ａ 狭窄部
１１ｂ 第１拡幅部
１１ｃ 第２拡幅部
１２ 第１主面
１３ 第２主面
２０ セル本体部
６ 水素極層
６１ 膜状部
６２ アンカー部
６２ａ くびれ部
６２ｂ 第１幅広部
６２ｃ 第２幅広部
６２Ｓ 端面
７ 電解質層
８ 反応防止層
９ 酸素極層
３０ 流路部材
３０ａ 流路
４０ ガス流通空間

【図1】

【図2】

【図3】