特許 7577244 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】

(24)【登録日】2024-10-24

(45)【発行日】2024-11-01

(54)【発明の名称】電気化学セル

(51)【国際特許分類】

   C25B 13/02 20060101AFI20241025BHJP

   C25B 1/23 20210101ALI20241025BHJP

   C25B 9/00 20210101ALI20241025BHJP

   C25B 9/63 20210101ALI20241025BHJP

   H01M 8/12 20160101ALI20241025BHJP

   C25B 1/042 20210101ALI20241025BHJP

【ＦＩ】

C25B13/02 301

C25B1/23

C25B9/00 Z

C25B9/63

H01M8/12 101

C25B1/042

C25B9/00 A

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2024506000

(86)(22)【出願日】2023-02-16

(86)【国際出願番号】 JP2023005517

(87)【国際公開番号】W WO2023171297

(87)【国際公開日】2023-09-14

【審査請求日】2024-06-26

(31)【優先権主張番号】P 2022035316

(32)【優先日】2022-03-08

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【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】千葉 春香

(72)【発明者】

【氏名】中村 俊之

(72)【発明者】

【氏名】寺澤 玄太

(72)【発明者】

【氏名】大森 誠

【審査官】黒木 花菜子

(56)【参考文献】

【文献】特開２００９－０４１０４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－１１１４７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２０／２１８３３４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００７－１７２８４８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ２５Ｂ １３／０２

Ｃ２５Ｂ １／２３

Ｃ２５Ｂ ９／００

Ｃ２５Ｂ ９／６３

Ｈ０１Ｍ ８／１２

Ｃ２５Ｂ １／０４２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１電極層、第２電極層、及び前記第１電極層と前記第２電極層との間に配置される電解質層を有するセル本体部と、
前記セル本体部を支持する主面、及び複数の供給孔を有する金属支持体と、
を備え、
前記電解質層は、前記主面の第１辺を覆う第１端部を有し、
前記主面に垂直な前記電解質層の断面において、前記第１端部は、第１基準線と第２基準線の間に配置される先端部を含み、
前記第１基準線は、前記第１辺を通り、前記主面に垂直な直線であり、
前記第２基準線は、前記第１基準線から４μｍ内側に位置し、前記第１基準線と平行な直線であって、
前記第１端部の前記先端部は、前記主面と平行な方向において前記第１辺に近づくほど薄くなっている、
電気化学セル。

【請求項2】

前記電解質層は、前記主面の第２辺を覆う第２端部を有し、
前記第２辺は、前記第１辺と平行であり、
前記主面に垂直な前記電解質層の断面において、前記第２端部は、第３基準線と第４基準線の間に配置される先端部を含み、
前記第３基準線は、前記第２辺を通り、前記主面に垂直な直線であり、
前記第４基準線は、前記第３基準線から４μｍ内側に位置し、前記第３基準線と平行な直線であって、
前記第２端部の前記先端部は、前記主面と平行な方向において前記第２辺に近づくほど薄くなっている、
請求項１に記載の電気化学セル。

【請求項3】

前記主面は、長方形に形成され、
前記第１辺及び前記第２辺それぞれは、前記主面の長辺である、
請求項２に記載の電気化学セル。

【請求項4】

前記電解質層は、前記主面の外側にはみ出た突出部を有し、
前記突出部は、前記金属支持体の側面のうち少なくとも一部を覆っている、
請求項１乃至３のいずれか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】

電気化学セル（電解セル、燃料電池など）において、金属支持体によってセル本体部を支持する構造が知られている。例えば、特許文献１に記載された電気化学セルは、第１電極層、電解質層、及び第２電極層がこの順で金属支持体の主面上に積層されたセル本体部を備える。電解質層は第１電極層を覆っており、その端部はセル本体部の主面に接続されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０２０－１５５３３７号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

電気化学セルの保温性を向上させるには、金属支持体の主面を電解質層の端部で覆うことによって金属支持体からの放熱を抑制することが有効である。しかしながら、電解質層の端部を金属支持体の主面の端まで形成すると、電解質層の端部に損傷（角割れ、クラックなど）が生じやすい。

【0005】

本発明の課題は、電解質層の損傷を抑制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】

【0006】

本発明の一側面に係る電気化学セルは、セル本体部と、金属支持体とを備える。セル本体部は、第１電極層、第２電極層、及び第１電極層と第２電極層との間に配置される電解質層を有する。金属支持体は、セル本体部を支持する主面、及び複数の供給孔を有する。電解質層は、主面の第１辺を覆う第１端部を有する。第１端部は、主面と平行な方向において第１辺に近づくほど薄くなっている。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、電解質層の損傷を抑制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】

【0008】

【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３は、図２の部分拡大図である。

【図4】図４は、図２の部分拡大図である。

【図5】図５は、変形例４に係る電解質層の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

（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。

【0010】

電解セル１は、板状に形成される。電解セル１は、平面視において長手方向（Ｙ軸方向）に延びる長方形に形成される。

【0011】

図２に示すように、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。

【0012】

［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。

【0013】

［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「第１電極層」の一例である。

【0014】

水素極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、少なくともＨ_２Ｏを含む。

【0015】

原料ガスがＨ_２Ｏのみを含む場合、水素極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６：Ｈ_２Ｏ＋２ｅ^－→Ｈ_２＋Ｏ^２－・・・（１）

【0016】

原料ガスがＨ_２Ｏに加えてＣＯ_２を含む場合、水素極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）

【0017】

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）Ｏ_３、（Ｌａ，Ｓｒ）ＴｉＯ_３、Ｓｒ_２（Ｆｅ,Ｍｏ）_２Ｏ_６、（Ｌａ，Ｓｒ）ＶＯ_３、（Ｌａ，Ｓｒ）ＦｅＯ_３、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。

【0018】

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。

【0019】

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。

【0020】

［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。本実施形態において、電解質層７は、水素極層６及び反応防止層８の間に配置され、水素極層６及び反応防止層８それぞれに接続される。

【0021】

電解質層７の外周部は、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。なお、電解質層７の外周部とは、電解質層７のうち、金属支持体２０の第１主面２０Ｓに接続される部分である。

【0022】

図１に示すように、電解質層７は、第１端部７１及び第２端部７２を有する。第１及び第２端部７１，７２は、短手方向（Ｘ軸方向）における電解質層７の両端部である。第１及び第２端部７１，７２それぞれは、長手方向に沿って延びる。

【0023】

第１端部７１は、電解質層７の外周部のうち、第１主面２０Ｓの第１辺Ｌ１に沿って延びる部分である。第２端部７２は、電解質層７の外周部のうち、第１主面２０Ｓの第２辺Ｌ２に沿って延びる部分である。第１及び第２端部７１，７２の構成については後述する。

【0024】

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）、ＧＤＣ（ガドリニウムドープセリア）などによって構成することができる。

【0025】

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によって構成される。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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

［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。

【0029】

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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

［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に接続される。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上に接続される。酸素極層９は、本発明に係る「第２電極層」の一例である。

【0033】

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

【0034】

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材料（ＧＤＣなど）との複合物によって構成することができる。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

［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。

【0038】

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。第１主面２０Ｓは、本発明に係る「主面」の一例である。

【0039】

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。

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

ここで、図１には、第１主面２０Ｓを規定する４辺が図示されている。第１主面２０Ｓは、第１辺Ｌ１、第２辺Ｌ２、第３辺Ｌ３、及び第４辺Ｌ４によって規定される。第１主面２０Ｓは、金属支持体２０の外表面のうち、第１辺Ｌ１、第２辺Ｌ２、第３辺Ｌ３、及び第４辺Ｌ４によって囲まれた領域である。

【0043】

第１主面２０Ｓの平面形状は、長手方向に延びる長方形である。第１辺Ｌ１と第２辺Ｌ２は、互いに平行である。第１及び第２辺Ｌ１，Ｌ２それぞれは、第１主面２０Ｓの長辺である。第１及び第２辺Ｌ１，Ｌ２それぞれは、長手方向と平行である。第３辺Ｌ３と第４辺Ｌ４は、互いに平行である。第３及び第４辺Ｌ３，Ｌ４それぞれは、第１主面２０Ｓの短辺である。第３及び第４辺Ｌ３，Ｌ４それぞれは、短手方向と平行である。なお、本明細書において、「平行」とは、厳密な意味で平行な場合だけでなく、実質的に平行（傾きが１０度以内）といえる場合をも含む概念である。

【0044】

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。

【0045】

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。

【0046】

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。

【0047】

［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。

【0048】

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。

【0049】

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。

【0050】

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。

【0051】

［電解質層７の第１端部７１の構成］
次に、電解質層７の第１端部７１の構成について説明する。図３は、図２の部分拡大図である。

【0052】

図３に示すように、第１端部７１は、金属支持体２０の第１主面２０Ｓに接続される。第１端部７１は、第１主面２０Ｓの第１辺Ｌ１を覆う。すなわち、第１端部７１は、第１主面２０Ｓのうち水素極層６から露出した領域を端まで覆っている。これによって、金属支持体２０からの放熱を抑制できるため、電解セル１の保温性を向上させることができる。

【0053】

図３に示すように、第１端部７１は、第１主面２０Ｓと平行な短手方向において第１辺Ｌ１に近づくほど薄くなっている。詳細には、第１端部７１は、第１辺Ｌ１を覆う先端部７１ａを有しており、先端部７１ａの厚みは、短手方向において第１辺Ｌ１に近づくに従って徐々に小さくなっている。これによって、先端部７１ａの外縁に損傷（角割れ、クラックなど）が生じることを抑制できる。

【0054】

ここで、平面形状が長方形である電解セル１は、短手方向に比べて長手方向において大きく熱伸縮する。そのため、電解質層７の外周部のうち長手方向に沿った部分には短手方向に沿った部分に比べて大きな熱応力がかかりやすい。従って、第１端部７１の厚みを第１辺Ｌ１に近づくほど薄くすることによって、電解質層７のうち特に損傷しやすい部分を効果的に保護することができる。

【0055】

先端部７１ａは、電解質層７のうち第１基準線Ｐ１と第２基準線Ｐ２との間の部分である。第１基準線Ｐ１は、第１辺Ｌ１を通り、かつ、第１主面２０Ｓに垂直な直線である。第２基準線Ｐ２は、第１基準線Ｐ１から４μｍ内側に位置し、かつ、第１基準線Ｐ１と平行な直線である。

【0056】

先端部７１ａの厚みとは、第１主面２０Ｓに垂直な方向（Ｚ軸方向）における先端部７１ａの高さを意味する。先端部７１ａの厚みは、第２基準線Ｐ２と交差する位置で最大値となり、第１基準線Ｐ１と交差する位置で最小値となる。先端部７１ａの厚みは、第１辺Ｌ１に近づくに従って連続的に小さくなっていてよく、或いは、第１辺Ｌ１に近づくに従って段階的に小さくなっていてよい。

【0057】

従って、図３において、先端部７１ａの外表面は、第１主面２０Ｓの反対側に向かって凸状に湾曲しているが、第１主面２０Ｓ側に向かって凸状に湾曲していてよく、直線状であってよく、或いは、全体的又は部分的に屈曲していてよい。

【0058】

先端部７１ａの厚みが第１辺Ｌ１に近づくに従って徐々に小さくなっている限り、第１端部７１のうち先端部７１ａ以外の部分の厚みは特に限られない。先端部７１ａ以外の部分の厚みは、実質的に均一であってよく、先端部７１ａに近づくほど小さくなっていてよく、或いは、先端部７１ａに近づくほど大きくなっていてよい。

【0059】

以上、図３に示した一断面において、先端部７１ａの厚みが第１辺Ｌ１に近づくに従って徐々に小さくなっていることを説明した。図３に示した構成は、先端部７１ａの全ての断面において観察されることが好ましいが、先端部７１ａの少なくとも一断面において観察できればよい。図３に示した構成が一断面でも観察されるのであれば、少なくとも当該部分では電解セル１の保温性を向上させることができるとともに、当該部分の外縁に損傷が生じることを抑制できる。

【0060】

［電解質層７の第２端部７２の構成］
次に、電解質層７の第２端部７２の構成について説明する。図４は、図２の部分拡大図である。

【0061】

図４に示すように、第２端部７２は、金属支持体２０の第１主面２０Ｓに接続される。第２端部７２は、第１主面２０Ｓの第２辺Ｌ２を覆う。すなわち、第２端部７２は、第１主面２０Ｓのうち水素極層６から露出した領域を端まで覆っている。これによって、金属支持体２０からの放熱を抑制できるため、電解セル１の保温性を向上させることができる。

【0062】

図４に示すように、第２端部７２は、第１主面２０Ｓと平行な短手方向において第２辺Ｌ２に近づくほど薄くなっている。詳細には、第２端部７２は、第２辺Ｌ２を覆う先端部７２ａを有しており、先端部７２ａの厚みは、短手方向において第２辺Ｌ２に近づくに従って徐々に小さくなっている。これによって、先端部７２ａの外縁に損傷（角割れ、クラックなど）が生じることを抑制できる。上述した第１端部７１と同様、第２端部７２には大きな熱応力がかかりやすいため、第２端部７２の厚みを第２辺Ｌ２に近づくほど薄くすることによって、電解質層７のうち特に損傷しやすい部分を効果的に保護することができる。

【0063】

先端部７２ａは、電解質層７のうち第３基準線Ｐ３と第４基準線Ｐ４との間の部分である。第３基準線Ｐ３は、第２辺Ｌ２を通り、かつ、第１主面２０Ｓに垂直な直線である。第４基準線Ｐ４は、第３基準線Ｐ３から４μｍ内側に位置し、かつ、第３基準線Ｐ３と平行な直線である。

【0064】

先端部７２ａの厚みとは、第１主面２０Ｓに垂直な方向における先端部７２ａの高さを意味する。先端部７２ａの厚みは、第４基準線Ｐ４と交差する位置で最大値となり、第３基準線Ｐ３と交差する位置で最小値となる。先端部７２ａの厚みは、第２辺Ｌ２に近づくに従って連続的に小さくなっていてよく、或いは、第２辺Ｌ２に近づくに従って段階的に小さくなっていてよい。

【0065】

従って、図４において、先端部７２ａの外表面は、第１主面２０Ｓの反対側に向かって凸状に湾曲しているが、第１主面２０Ｓ側に向かって凸状に湾曲していてよく、直線状であってよく、或いは、全体的又は部分的に屈曲していてよい。

【0066】

先端部７２ａの厚みが第２辺Ｌ２に近づくに従って徐々に小さくなっている限り、第２端部７２のうち先端部７２ａ以外の部分の厚みは特に限られない。先端部７２ａ以外の部分の厚みは、実質的に均一であってよく、先端部７２ａに近づくほど小さくなっていてよく、或いは、先端部７２ａに近づくほど大きくなっていてよい。

【0067】

以上、図４に示した一断面において、先端部７２ａの厚みが第２辺Ｌ２に近づくに従って徐々に小さくなっていることを説明した。図４に示した構成は、先端部７２ａの全ての断面において観察されることが好ましいが、先端部７２ａの少なくとも一断面において観察できればよい。図４に示した構成が一断面でも観察されるのであれば、少なくとも当該部分では電解セル１の保温性を向上させることができるとともに、当該部分の外縁に損傷が生じることを抑制できる。

【0068】

（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。

【0069】

［変形例１］
上記実施形態において、電解セル１は、平面視において長手方向に延びる長方形に形成されることとしたが、これに限られない。電解セル１は、平面視において正方形に形成されていてよく、或いは、平面視において短手方向に延びる長方形に形成されていてよい。

【0070】

［変形例２］
上記実施形態において、金属支持体２０の第１主面２０Ｓの平面形状は、長手方向に延びる長方形であることとしたが、これに限られない。金属支持体２０の第１主面２０Ｓの平面形状は、正方形であってよく、或いは、短手方向に延びる長方形であってよい。

【0071】

［変形例３］
電解質層７の外周部のうち短手方向に沿って延びる第３及び第４端部７３，７４（図１参照）は、第１及び第２端部７１，７２と同じ構成であってよく、或いは、第１及び第２端部７１，７２と異なる構成であってよい。第３及び第４端部７３，７４それぞれが第１及び第２端部７１，７２と同じ構成である場合には、電解セル１の保温性を更に向上させることができるとともに、電解質層７の外縁に損傷が生じることを更に抑制できる。

【0072】

［変形例４］
図５に示すように、電解質層７の第１端部７１は、突出部７１ｂを有していてもよい。突出部７１ｂは、第１端部７１のうち金属支持体２０の第１主面２０Ｓの外側にはみ出た部分である。すなわち、突出部７１ｂは、第１端部７１のうち第１基準線Ｐ１より外側（第２基準線Ｐ２の反対側）に位置する部分である。突出部７１ｂは、先端部７１ａに連なる。突出部７１ｂは、先端部７１ａと一体である。

【0073】

また、図５に示すように、突出部７１ｂは、金属支持体２０の側面２０Ｕのうち少なくとも一部を覆っていることが好ましい。これによって、側面２０Ｕを突出部７１ｂで被覆できるため、金属支持体２０からの放熱をさらに抑制することができる。

【0074】

なお、第１端部７１が突出部７１ｂを有する場合であっても、第１端部７１の先端部７１ａは、第１及び第２基準線Ｐ１，Ｐ２によって規定される。また、図示しないが、電解質層７の第２端部７２も突出部を有していてもよい。

【0075】

［変形例５］
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。

【0076】

［変形例６］
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】

【0077】

１ セル
６ 水素極層
７ 電解質層
７１ 第１端部
７１ａ 先端部
７１ｂ 突出部
７２ 第２端部
７２ａ 先端部
７３ 第３端部
７４ 第４端部
８ 反応防止層
９ 酸素極層
１０ セル本体部
２０ 金属支持体
２０Ｓ 第１主面
２１ 供給孔
３０ 流路部材
３０ａ 流路
Ｌ１～Ｌ４ 第１乃至第４辺
Ｐ１～Ｐ４ 第１乃至第４基準線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】