特許 7592986 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】2024-11-25

(45)【発行日】2024-12-03

(54)【発明の名称】電気化学セル

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/1213 20160101AFI20241126BHJP

   H01M 4/86 20060101ALI20241126BHJP

   H01M 8/12 20160101ALI20241126BHJP

   C25B 1/04 20210101ALI20241126BHJP

   C25B 11/04 20210101ALI20241126BHJP

   C25B 11/03 20210101ALI20241126BHJP

【ＦＩ】

H01M8/1213

H01M4/86 T

H01M8/12 101

H01M8/12 102A

C25B1/04

C25B11/04

C25B11/03

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2020105181

(22)【出願日】2020-06-18

(65)【公開番号】P2021197332

(43)【公開日】2021-12-27

【審査請求日】2023-02-15

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(74)【代理人】

【識別番号】110000648

【氏名又は名称】弁理士法人あいち国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】人見 卓磨

【審査官】川口 由紀子

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－１５３３９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－２２８２７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２００６９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１６－５１２３８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－２２７１４２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ８／１２１３

Ｈ０１Ｍ ４／８６

Ｈ０１Ｍ ８／１２

Ｃ２５Ｂ １／０４

Ｃ２５Ｂ １１／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

酸素イオン伝導性を有する固体電解質層（２）と、上記固体電解質層の一方面側に配置され、燃料（Ｆ、Ｆ１、Ｆ２）が供給される第１電極（３）と、上記固体電解質層の他方面側に配置され、上記第１電極と対をなす第２電極（４）とを備え、
上記第２電極は、酸素不定比性を有する金属酸化物（４１）と、上記酸素不定比性を有する金属酸化物の分解物（４２）とを含み、
上記酸素不定比性を有する金属酸化物は、セル定常動作時であって、１０ ^－１ ｂａｒ～１０ ^－０．５ ｂａｒ未満の酸素分圧下で分解せず、セル定常動作時の温度かつ酸素分圧が１０^－６ｂａｒ以下、または、１０^－０．５ｂａｒ以上で分解する材料である、
電気化学セル（１）。

【請求項2】

上記酸素不定比性を有する金属酸化物は、酸素欠損型金属酸化物（４１１）を含む、
請求項１に記載の電気化学セル。

【請求項3】

上記酸素不定比性を有する金属酸化物は、さらに、酸素過剰型金属酸化物（４１２）を含む、
請求項２に記載の電気化学セル。

【請求項4】

上記酸素不定比性を有する金属酸化物は、ペロブスカイト構造を有する、
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電気化学セル。

【請求項5】

上記第２電極の厚みは、５μｍ以上である、
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電気化学セル。

【請求項6】

固体酸化物形電解セルおよび固体酸化物形燃料電池セルの少なくとも一方として用いられる、
請求項１から請求項５のいずれか１項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】

従来、酸素イオン伝導性を有する固体電解質層を用いた水電解セルや燃料電池セルなどの電気化学セルが知られている。例えば、特許文献１には、酸素極の内部に、電流を供給する酸素極給電体の一部を埋設した水電解セルが開示されている。同文献によれば、かかる構成により、酸素極と酸素極給電体との密着性を長期間にわたって持続することができ、酸素極に均一に電解電流を供給し、接触抵抗の増大を抑制することができるとされている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００８－０４５１５２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述した従来技術では、酸素極と酸素極給電体との材質が異なる限り、熱膨張差などによって接触不良が生じることが避けられない。つまり、従来技術では、酸素極において、酸素極と酸素極給電体との間に、接触している部分と接触していない部分とが局所的に発生する。そのため、従来技術では、セル面内での均一反応を得ることができず、セル面内に反応ムラが生じやすい。

【0005】

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、セル面内の反応ムラを抑制することが可能な電気化学セルを提供しようとするものである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様は、酸素イオン伝導性を有する固体電解質層（２）と、上記固体電解質層の一方面側に配置され、燃料（Ｆ、Ｆ１、Ｆ２）が供給される第１電極（３）と、上記固体電解質層の他方面側に配置され、上記第１電極と対をなす第２電極（４）とを備え、
上記第２電極は、酸素不定比性を有する金属酸化物（４１）と、上記酸素不定比性を有する金属酸化物の分解物（４２）とを含み、
上記酸素不定比性を有する金属酸化物は、セル定常動作時であって、１０ ^－１ ｂａｒ～１０ ^－０．５ ｂａｒ未満の酸素分圧下で分解せず、セル定常動作時の温度かつ酸素分圧が１０^－６ｂａｒ以下、または、１０^－０．５ｂａｒ以上で分解する材料である、
電気化学セル（１）にある。

【発明の効果】

【0007】

上記電気化学セルは、上記構成を有する。そのため、上記電解化学セルによれば、セル面内の反応ムラを抑制することができる。

【0008】

なお、特許請求の範囲および課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、実施形態１に係る電気化学セルの微構造を模式的に示した説明図である。

【図2】図２は、第２電極内の局所的に電流が流れやすい部分において、酸素不定比性を有する金属酸化物の一部が、酸素不定比性を有する金属酸化物の分解物に変換され、他の反応場に反応が移る様子を模式的に示した図であり、（ａ）は酸素不定比性を有する金属酸化物の分解前、（ｂ）は酸素不定比性を有する金属酸化物の分解後を示した図である。

【図3】図３は、実施形態１に係る電気化学セルを固体酸化物形電解セルとして動作させる場合（ＳＯＥＣモード）について説明するための説明図である。

【図4】図４は、実施形態１に係る電気化学セルを固体酸化物形燃料電池セルとして動作させる場合（ＳＯＦＣモード）について説明するための説明図である。

【図5】図５は、実施形態２に係る電気化学セルの微構造を模式的に示した説明図である。

【図6】実験例において作製された電気化学セルが有する第２電極のＸＲＤ分析結果を示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本実施形態の電気化学セルは、酸素イオン伝導性を有する固体電解質層と、上記固体電解質層の一方面側に配置され、燃料が供給される第１電極と、上記固体電解質層の他方面側に配置され、上記第１電極と対をなす第２電極とを備え、
上記第２電極は、酸素不定比性を有する金属酸化物と、上記酸素不定比性を有する金属酸化物の分解物とを含む。

【0011】

酸素イオン伝導性を有する固体電解質層を用いる電気化学セルでは、燃料が供給される第１電極において三相界面にて生じる電気化学反応が用いられることが多く、何も対策がなされていないとセル面内での反応ムラが生じやすい。上記電解化学セルでは、第１電極の微構造の不均一などに起因して局所的に電解電流や発電電流が流れやすい部分が生じた場合に、第１電極と対をなす第２電極では、局所的な過負荷電解反応や過負荷発電反応（以下、まとめて過負荷反応ということがある。）により、局所的に高酸素濃度雰囲気や低酸素濃度雰囲気が生じる。第２電極においてこのような高酸素濃度雰囲気や低酸素濃度雰囲気が生じた部分では、酸素不定比性を有する金属化合物が分解し、活性が低下した分解物あるいは不活性の分解物が生じる。そのため、他の反応場に反応が移り、局所的な過負荷反応が抑制される。それ故、上記電解化学セルによれば、セル面内の反応ムラを抑制することができる。また、セル面内の反応ムラの抑制により、第１電極における微構造破壊による劣化も抑制され、信頼性の高い電気化学セルが得られる。

【0012】

以下、本実施形態の電気化学セルについて、図面を用いて詳細に説明する。なお、本実施形態の電気化学セルは、以下の例示によって限定されるものではない。

【0013】

（実施形態１）
実施形態１の電気化学セルについて、図１～図４を用いて説明する。図１に例示されるように、本実施形態の電気化学セル１は、固体電解質層２と、第１電極３と、第２電極４とを備えている。第１電極３は、固体電解質層２の一方面側に配置されている。第２電極４は、固体電解質層２の他方面側に配置されている。図１では、具体的には、第１電極３、固体電解質層２、および、第２電極４がこの順に積層され、互いに接合されている例が示されている。

【0014】

なお、電気化学セル１は、固体電解質層２と第２電極４との間に中間層（不図示）をさらに備えることができる。中間層は、主に、固体電解質層２の材料と第２電極４の材料との反応を抑制するための層である。この場合、電気化学セル１は、具体的には、第１電極３、固体電解質層２、中間層、および、第２電極４がこの順に積層され、互いに接合された構成とすることができる。また、電気化学セル１は、平板形のセル構造を有することができる。また、電気化学セル１は、第１電極３が支持体としての機能を兼ねるように構成されていてもよいし、固体電解質層２が支持体としての機能を兼ねるように構成されていてもよいし、金属部材等の他の支持体（不図示）によって支持される構成とされていてもよい。

【0015】

固体電解質層２は、酸素イオン伝導性を有している。固体電解質層２は、具体的には、酸素イオン電導性を有する固体電解質より層状に構成されることができる。固体電解質層２は、ガス密性を確保するため、通常、緻密質に形成される。固体電解質層２を構成する固体電解質としては、例えば、強度、熱的安定性に優れるなどの観点から、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、スカンジア安定化ジルコニア（ＳｃＳＺ）などの酸化ジルコニウム系酸化物を好適に用いることができる。固体電解質層２を構成する固体電解質としては、酸素イオン伝導性、機械的安定性、他の材料との両立、酸化雰囲気から還元雰囲気まで化学的に安定であるなどの観点から、イットリア安定化ジルコニアなどが好適である。

【0016】

固体電解質層２を支持体として機能させない場合、固体電解質層２の厚みは、電気抵抗などの観点から、好ましくは、３～２０μｍ、より好ましくは、３．５～１５μｍ、さらに好ましくは、４～１０μｍとすることができる。固体電解質層２を支持体として機能させる場合、固体電解質層２の厚みは、強度、電気抵抗などの観点から、好ましくは、３０～３００μｍ、より好ましくは、５０～２００μｍ、さらに好ましくは、１００～１５０μｍとすることができる。

【0017】

第１電極３は、燃料が供給される部位である。第１電極３は、多孔質に形成されることができる。第１電極３は、層状に形成されることができ、単層から構成されていてもよいし、複数層から構成されていてもよい。図１では、第１電極３が単層から構成されている例が示されている。第１電極３が複数層から構成される場合、第１電極３は、具体的には、例えば、固体電解質層２側に配置される活性層（不図示）と、固体電解質層２側とは反対側に配置される拡散層（不図示）とを備える構成などとすることができる。なお、活性層は、第１電極３における電気化学反応を高めるための層である。また、拡散層は、供給される燃料Ｆを第１電極３の面内方向に拡散させることが可能な層である。

【0018】

第１電極３は、具体的には、図１に例示されるように、電子伝導性を有する電子伝導性材料３１と、酸素イオン伝導性を有する酸素イオン伝導性材料３２とを含む構成とすることができる。電子伝導性材料３１としては、例えば、Ｎｉ、Ｎｉ合金等の触媒活性を有する金属材料などを例示することができる。これらは１種または２種以上併用することがきる。また、第１電極３に用いられる酸素イオン伝導性材料としては、例えば、イットリア安定化ジルコニア、スカンジア安定化ジルコニアなどの酸化ジルコニウム系酸化物などを例示することができる。これらは１種または２種以上併用することがきる。本実施形態では、第１電極３は、具体的には、Ｎｉとイットリア安定化ジルコニアとの混合物より構成することができる。なお、図１中、符号３０は、気孔である。また、第１電極３における電子伝導性材料３１、酸素イオン伝導性材料３２は、いずれも粒子状とすることができる。

【0019】

第１電極３を支持体として機能させる場合、第１電極３の厚みは、強度、電気抵抗、ガス拡散性などの観点から、例えば、好ましくは、１００～８００μｍ、より好ましくは、１５０～７００μｍ、さらに好ましくは、２００～６００μｍとすることができる。第１電極３を支持体として機能させない場合、第１電極３の厚みは、電気抵抗、ガス拡散性などの観点から、例えば、好ましくは、１０～４０μｍ、より好ましくは、１５～３５μｍ、さらに好ましくは、２０～３０μｍとすることができる。

【0020】

第２電極４は、第１電極３と対をなす電極である。第２電極４は、具体的には、図１に示されるように、固体電解質層２を挟んで第１電極３と対向するように配置されることができる。第２電極４の外形は、例えば、第１電極３の外形と同じ大きさとなるように形成されていてもよいし、第１電極３の外形よりも小さく形成されていてもよい。第２電極４は、多孔質に形成されることができる。第２電極４は、層状に形成されることができ、単層から構成されていてもよいし、複数層から構成されていてもよい。図１では、第２電極４が単層から構成されている例が示されている。

【0021】

ここで、第２電極４は、酸素不定比性を有する金属酸化物４１と、酸素不定比性を有する金属酸化物の分解物４２とを含んでいる。酸素不定比性を有する金属酸化物４１は、複合金属酸化物であって、価数の異なる金属元素を含むことにより、酸素位置に点欠陥を有することができる材料である。酸素不定比性を有する金属酸化物の分解物４２は、酸素不定比性を有する金属酸化物４１が分解して生じた物質である。酸素不定比性を有する金属酸化物４１は、第２電極４中に１種または２種以上含まれていてもよい。また、酸素不定比性を有する金属酸化物の分解物４２は、第２電極４中に１種または２種以上含まれていてもよい。

【0022】

酸素不定比性を有する金属酸化物４１は、酸素欠損型金属酸化物４１１を含む構成とすることができる。酸素欠損型金属酸化物４１１は、酸素空孔を伴う金属酸化物であり、上述の点欠陥位置が空席である。酸素欠損型金属酸化物４１１は、余剰に酸素が入ると不安定になり、より安定な酸化物等に変わろうとする。したがって、酸素不定比性を有する金属酸化物４１が酸素欠損型金属酸化物４１１を含む構成によれば、以下の利点がある。すなわち、酸素欠損型金属酸化物４１１により高酸素濃度雰囲気に対する感度が高まり、図２（ａ）に示されるように、高酸素濃度雰囲気が生じた部分では、余剰に入り込んだ酸素によって酸素欠損型金属酸化物４１１が分解し、活性が低下した分解物あるいは不活性の分解物が生じる。つまり、図２（ｂ）に示されるように、酸素欠損型金属酸化物の分解物４２１が生じる。酸素欠損型金属酸化物の分解物４２１は、電極活性に乏しいため、図２（ａ）、（ｂ）に示されるように、反応が他の反応場４４に移り、局所的な過負荷反応（後述するＳＯＥＣモードでは局所的な過負荷水電解反応、後述するＳＯＦＣモードでは局所的な過負荷発電反応）が抑制され、セル面内の反応ムラが抑制される。

【0023】

酸素不定比性を有する金属酸化物４１は、ペロブスカイト構造またはダブルペロブスカイト構造を有する構成とすることができる。この構成によれば、価数の異なる金属元素が固定されるので、水電解セル（水蒸気電解セル含む、以下省略）等の固体酸化物形電解セル（Solid Oxide Electrochemical Cell：以下、ＳＯＥＣということがある。）や固体酸化物形燃料電池セル（Solid Oxide Fuel Cell：以下、ＳＯＦＣということがある。）の定常動作環境下においては、酸素不定比性を有した構造体を維持しつつも、酸素濃度変動に対しては、構造を変化させ、安定した化合物を形成することができる。そのため、この構成によれば、電気化学セル１の定常動作時において、酸素濃度が異なる環境下に第２電極４が置かれた場合でも、電極活性の確保を図りやすくなる。酸素不定比性を有する金属酸化物４１は、好ましくは、ペロブスカイト構造を有する構成とすることができる。この構成によれば、ＡサイトまたはＢサイトの金属が酸素濃度変動に起因して、安定した化合物を形成することができる。そのため、この構成によれば、発電性能を維持しつつ、均一な電解反応の実現に有利である。

【0024】

酸素欠損型金属酸化物４１１としては、例えば、（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ_３－δ、（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ_３－δ、（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｍｎ，Ｆｅ）Ｏ_３－δ、（Ｌａ，Ｓｒ）ＦｅＯ_３－δ、（Ｓｍ，Ｓｒ）ＣｏＯ_３－δ、（Ｌａ，Ｃａ）ＣｒＯ_３－δ、（Ｂａ，Ｌａ）ＣｏＯ_３－δなどを例示することができる。これらは１種または２種以上併用することができる。なお、δは酸素不定比量を示す。また、上記（Ａ，Ｂ）は、Ａ元素およびＢ元素の少なくとも１つを含み、Ａ元素とＢ元素の合計の化学組成が１となるようにＡ元素とＢ元素とが互いに一部置換可能であることを意味する（以下、同様である。）。上述した酸素欠損型金属酸化物４１１のうち、電気抵抗率、他の機能層への被毒性が低い、原材料コストなどの観点から、好ましくは、（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ_３－δ、（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ_３－δ、（Ｓｍ，Ｓｒ）ＣｏＯ_３－δなどであり、より好ましくは、（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ_３－δである。

【0025】

（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ_３－δとしては、具体的には、Ｌａ_１－ｘＳｒ_ｘＣｏＯ_３－δ（０≦ｘ≦１、好ましくは、０．１≦ｘ≦０．５）、（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ_３－δとしては、具体的には、Ｌａ_１－ｘＳｒ_ｘＣｏ_１－ｙＦｅ_ｙＯ_３－δ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、好ましくは、０．１≦ｘ≦０．５、０．５≦ｙ≦０．９）、（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｍｎ，Ｆｅ）Ｏ_３－δとしては、具体的には、Ｌａ_１－ｘＳｒ_ｘＭｎ_１－ｙＦｅ_ｙＯ_３－δ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、好ましくは、０．１≦ｘ≦０．５、０．５≦ｙ≦０．９）、（Ｌａ，Ｓｒ）ＦｅＯ_３－δとしては、具体的には、Ｌａ_１－ｘＳｒ_ｘＦｅＯ_３－δ（０≦ｘ≦１、好ましくは、０．１≦ｘ≦０．５）、（Ｓｍ，Ｓｒ）ＣｏＯ_３－δとしては、具体的には、Ｓｍ_１－ｘＳｒ_ｘＣｏＯ_３－δ（０≦ｘ≦１、好ましくは、０．４≦ｘ≦０．６）、（Ｌａ，Ｃａ）ＣｒＯ_３－δとしては、具体的には、Ｌａ_１－ｘＣａ_ｘＣｏＯ_３－δ（０≦ｘ≦１、好ましくは、０．１≦ｘ≦０．５）、（Ｂａ，Ｌａ）ＣｏＯ_３－δとしては、具体的には、Ｂａ_１－ｘＬａ_ｘＣｏＯ_３－δ（０≦ｘ≦１、好ましくは、０．１≦ｘ≦０．５）などを例示することができる。これらは１種または２種以上併用することができる。なお、これら金属酸化物は、ペロブスカイト構造を有する。

【0026】

酸素欠損型金属酸化物の分解物４２１としては、具体的には、上述した酸素欠損型金属酸化物４１１を構成する金属元素を１種または複数含む非活性な酸化物などを例示することができる。（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ_３－δの分解物としては、例えば、Ｓｒ_３Ｃｏ_２Ｏ_６．６、Ｓｒ_２Ｃｏ_２Ｏ_５等のＳｒおよびＣｏを含む酸化物などを例示することができる。（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ_３－δの分解物としては、例えば、Ｓｒ_３Ｃｏ_２Ｏ_６．６、Ｓｒ_２Ｃｏ_２Ｏ_５、ＳｒＦｅＯ_２等のＳｒとＣｏおよび／またはＦｅとを含む酸化物などを例示することができる。（Ｓｍ，Ｓｒ）ＣｏＯ_３－δの分解物としては、例えば、Ｓｒ_３Ｃｏ_２Ｏ_６．６、Ｓｒ_２Ｃｏ_２Ｏ_５等のＳｒおよびＣｏを含む酸化物などを例示することができる。

【0027】

図１では、酸素不定比性を有する金属酸化物４１が、酸素欠損型金属酸化物４１１より構成されている例が示されている。したがって、本実施形態では、図１に例示されるように、第２電極４は、酸素欠損型金属酸化物４１１と、その酸素欠損型金属酸化物の分解物４２１とを含んでいる。酸素欠損型金属酸化物の分解物４２１は、第２電極４内に含まれる酸素欠損型金属酸化物４１１の一部が分解して生じた物質である。なお、上述した酸素不定比性を有する金属酸化物４１、酸素不定比性を有する金属酸化物の分解物４２、酸素欠損型金属酸化物４１１、酸素欠損型金属酸化物の分解物４２１は、いずれも粒子状とすることができる。

【0028】

酸素不定比性を有する金属酸化物４１は、セル定常動作時であって、１０ ^－１ ｂａｒ～１０ ^－０．５ ｂａｒ未満の酸素分圧下で分解せず、セル定常動作時の温度かつ酸素分圧が１０^－６ｂａｒ以下、または、１０^－０．５ｂａｒ以上で分解する材料である。通常、ＳＯＥＣやＳＯＦＣの定常動作時において、ＳＯＥＣの酸素極やＳＯＦＣの空気極（酸化剤極）が晒される酸素濃度は、１０^－１ｂａｒ～１０^－０．５ｂａｒ未満である。したがって、上記構成によれば、電気化学セル１を、ＳＯＥＣおよびＳＯＦＣの少なくとも一方として定常動作させる場合に、第２電極４が晒される酸素濃度雰囲気では、酸素不定比性を有する金属酸化物４１が分解し難い。そのため、上記構成によれば、定常動作時に安定な出力を確保しやすい電気化学セル１が得られる。

【0029】

なお、例えば、上述した（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ_３－δ、（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ_３－δなどは、文献「K.Kendall, M.Kendall,“Chapter 6-Cathodes”High-temperature Solid Oxide Fuel Cells for the 21st Century,p166,Figure6.4(2015)」から理解されるように、１０^－８ｂａｒの酸素濃度で分解が生じる。また、実施形態２にて後述する（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ_３＋δは、文献「T.Ishihara“Perovskite Oxide for Cathode of SOFCs”Perovskite Oxide for Solid Oxide Fuel Cells,p160,Fig7.9(2009)」から理解されるように、１０^－７ｂａｒの酸素濃度で分解が生じる。

【0030】

第２電極４は、図１に例示されるように、他にも、酸素イオン伝導性を有する酸素イオン伝導性材料４３を含むことができる。第２電極４に用いられる酸素イオン伝導性材料４３としては、例えば、セリア（ＣｅＯ_２）、Ｇｄ、Ｙ、Ｓｍ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｙｂ、Ｃａ、および、Ｈｏから選択される１種または２種以上の元素等がドープされたセリア、Ｙ、Ｃａ、および、Ｓｃから選択される１種または２種以上の元素などがドープされたジルコニア、（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｇａ，Ｍｇ）Ｏ_３、（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｓｃ，Ｍｇ）Ｏ_３、（Ｌａ，Ｓｒ）（Ａｌ，Ｍｇ）Ｏ_３などを例示することができる。これらは１種または２種以上併用することができる。（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｇａ，Ｍｇ）Ｏ_３としては、具体的には、Ｌａ_１－ｘＳｒ_ｘＧａ_１－ｙＭｇ_ｙＯ_３（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、好ましくは、０．１≦ｘ≦０．３、０．１≦ｙ≦０．３）、（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｓｃ，Ｍｇ）Ｏ_３としては、具体的には、Ｌａ_１－ｘＳｒ_ｘＳｃ_１－ｙＭｇ_ｙＯ_３（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、好ましくは、０．１≦ｘ≦０．５、０．１≦ｙ≦０．３）、（Ｌａ，Ｓｒ）（Ａｌ，Ｍｇ）Ｏ_３としては、Ｌａ_１－ｘＳｒ_ｘＡｌ_１－ｙＭｇ_ｙＯ_３（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、好ましくは、０．１≦ｘ≦０．５、０．１≦ｙ≦０．５）などを例示することができる。

【0031】

第２電極４に用いられる上述した酸素イオン伝導性材料４３のうち、好ましくは、酸素イオン伝導の温度依存性が小さい、電子伝導性、他の機能層との反応抑制などの観点から、Ｇｄがドープされたセリアが好適である。なお、図１中、符号４０は、気孔である。また、第２電極４に用いられる酸素イオン伝導性材料４３は、粒子状とすることができる。

【0032】

第２電極４において、酸素不定性を有する金属酸化物４１および酸素不定性を有する金属酸化物の分解物４２の合計に占める酸素不定性を有する金属酸化物４１の量は、電解反応・発電反応の反応点量を十分なものとするなどの観点から、９５体積％以上が好適である。なお、上記体積％の算出には、ＦＩＢ－ＳＥＭ－ＥＤＳ（集束イオンビーム走査電子顕微鏡を用いたエネルギー分散型Ｘ線分光解析）などを用いた３Ｄ元素マッピング結果を用いて算出することができる。

【0033】

第２電極４の厚みは、５μｍ以上とすることができる。電気化学セル１では、第２電極４内に、酸素不定比性を有する金属酸化物４１以外に、酸素不定比性を有する金属酸化物の分解物４２を含んでいる。つまり、第２電極４は、酸素不定比性を有する金属酸化物４１を含みかつ酸素不定比性を有する金属酸化物の分解物４２を含んでいない電極に比べて、酸素不定比性を有する金属酸化物４１の一部の分解により、電極活性が一部失われているといえる。そのため、第２電極４の厚みが上記範囲であれば、電極厚みの確保によって十分な反応が得られる反応点を確保しやすくなり、第２電極４の性能低下を抑制しやすくなる。

【0034】

第２電極４の厚みは、十分な反応点の確保などの観点から、好ましくは、１０μｍ以上、より好ましくは、１５μｍ以上、さらに好ましくは、２０μｍ以上、さらにより好ましくは、２５μｍ以上とすることができる。第２電極４の厚みは、ガス拡散性、電気抵抗などの観点から、好ましくは、１００μｍ以下、より好ましくは、６０μｍ以下、さらに好ましくは、５０μｍ以下とすることができる。

【0035】

電気化学セル１が中間層を有する場合、中間層は、具体的には、酸素イオン伝導性を有する固体電解質より層状に構成されることができる。中間層に用いられる固体電解質としては、例えば、セリア（ＣｅＯ_２）、セリアにＧｄ、Ｓｍ、Ｙ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｙｂ、Ｃａ、および、Ｈｏから選択される１種または２種以上の元素などがドープされたセリアなどを例示することができる。これらは１種または２種以上併用することができる。中間層に用いられる固体電解質としては、Ｇｄがドープされたセリアが好適である。

【0036】

中間層の厚みは、オーミック抵抗の低減、第２電極からの元素拡散の抑制等の観点から、好ましくは、１～２０μｍ、より好ましくは、２～１０μｍとすることができる。

【0037】

なお、上述した電気化学セル１における各部位の厚みは、電気化学セル１のセル面に垂直な断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて観察して測定した各部位における１０点の厚み測定値の算術平均値である。

【0038】

電気化学セル１は、例えば、以下のようにして製造することができる。

【0039】

酸素イオン伝導性を有する固体電解質層２と、固体電解質層２の一方面側に配置される第１電極３と、固体電解質層２の他方面側に配置され、酸素不定比性を有する金属酸化物４１を含みかつ酸素不定比性を有する金属酸化物の分解物４２は含まない第２電極前駆体（不図示）とを有するセル（不図示）を作製する。本実施形態では、具体的には、例えば、酸素欠損型金属酸化物４１１を含み、かつ、酸素欠損型金属酸化物の分解物４２１は含まない第２電極前駆体を用いることができる。次いで、このセルに対して、電気化学セル１の定常動作時の電流密度よりも高い電流密度、つまり、不均一な反応がより顕在化する電流密度領域にて動作させる平準化処理を行う。これにより、第２電極前駆体中における局所的に電流が流れやすい部分において、酸素不定比性を有する金属酸化物４１が分解し、酸素不定比性を有する金属酸化物の分解物４２が生じる。一方、第２電極前駆体中における局所的な電流の流れが生じない部分では、酸素不定比性を有する金属酸化物４１の分解はほとんど進行しない。上記平準化処理により、第２電極前駆体が、酸素不定比性を有する金属酸化物４１と、酸素不定比性を有する金属酸化物の分解物４２１とを含む第２電極４に変換され、上述した電気化学セル１が得られる。つまり、この電気化学セル１の製造方法では、上記セルに対して平準化処理を行い、セルの状態において、酸素不定比性を有する金属酸化物４１の一部をあえて分解させることにより、得られる電気化学セル１のセル面内の反応分布を緩和させる。つまり、電気化学セル１のセル面内の反応を平準化させる。なお、平準化処理としては、例えば、第１電極３にＨ_２とＨ_２Ｏとの混合ガスを供給し、第２電極前駆体に空気を供給し、平準化温度６５０℃～８５０℃にて、定常動作時の電流密度よりも高い電流密度領域にて動作させる処理などを例示することができる。定常動作時の電流密度よりも高い電流密度領域としては、例えば、電気化学セル１を定常発電動作させる際の電流密度（後述する）の２倍以上４倍以下の電流密度の範囲などを例示することができる。また、発電動作による処理時間は、例えば、２時間～１０時間とすることができる。なお、上記処理は１回実施してもよいし、同じ条件または異なる条件にて複数回実施することもできる。このようにして得られる電気化学セル１は、上記平準化処理時の電流密度以下の電流密度にて定常動作させることが好ましい。

【0040】

電気化学セル１は、ＳＯＥＣおよびＳＯＦＣの少なくとも一方として用いられることができる。つまり、電気化学セル１は、ＳＯＥＣとして動作させてもよいし、また、ＳＯＦＣとして動作させてもよいし、さらには、ＳＯＥＣとして動作させるＳＯＥＣモードとＳＯＦＣとして動作させるＳＯＦＣモードとに切り替え可能に構成し、ＳＯＥＣおよびＳＯＦＣとして動作させてもよい。以下、電気化学セル１の動作例について説明する。

【0041】

先ず、電気化学セル１をＳＯＥＣとして動作させる一例について、図３を用いて説明する。この場合、第１電極３は、水素極とされ、第２電極４は、酸素極として用いられる。第１電極３には、燃料Ｆとして、例えば、水蒸気ガスなどの水（Ｈ_２Ｏ）含有ガスＦ１を供給することができる。第２電極４には、空気などのガスＡ１を供給してもよいし、ガスＡ１を供給しなくてもよい。なお、図３では、第２電極４にガスＡ１を供給する例が示されている。第１電極３側には、第１電極３に接して第１電極側ガス流路５を配置することができる。第２電極４側には、第２電極４に接して第２電極側ガス流路６を配置することができる。第１電極３と第２電極４との間には、図３に例示されるように、電源７が接続される。ＳＯＥＣモードにおいて、第１電極側ガス流路５の供給口５１から供給された燃料Ｆは、第１電極側ガス流路５を通り、第１電極３に到達する。第１電極３では、Ｈ_２Ｏ＋２ｅ^－→Ｈ_２＋Ｏ^２－の電極反応が生じる。余った燃料Ｆは、生成した水素ガス（Ｈ_２）とともに第１電極側ガス流路５を通って排出口５２から排出される。一方、第２電極４では、Ｏ^２－→１/２Ｏ_２＋２ｅ^－→の電極反応が生じる。生成した酸素ガス（Ｏ_２）は、排出口６２から排出される。なお、第２電極４にガスＡ１を供給しない場合には、生成した酸素ガスは、外部との酸素濃度差によって排出口６２より排出される。第２電極４にガスＡ１を供給する場合には、生成した酸素ガスは、その濃度がガスＡ１により薄められて外部に排出される利点がある。固体電解質層２では、第１電極３側から第２電極４側に向かって酸素イオン（Ｏ^２－）が移動する。このようにして、電気化学セル１は、ＳＯＥＣとして動作させることができる。なお、第１電極３には、燃料Ｆとしての水含有ガスＦ１に、水素ガスなどの調整ガス（還元性ガス）（不図示）を混合することもできる。この場合には、ＳＯＥＣ動作時に、第１電極３に含まれうる金属材料の酸化を抑制することができる。

【0042】

次に、電気化学セル１をＳＯＦＣとして動作させる一例について、図４を用いて説明する。この場合、第１電極３は、燃料極とされ、第２電極４は、空気極（酸化剤極）として用いられる。第１電極３には、燃料Ｆとして、例えば、水素ガスなどの水素含有ガスＦ２を供給することができる。第２電極４には、酸化剤として、空気、酸素ガスなどの酸素含有ガスＡ２を供給することができる。第１電極３側には、第１電極３に接して第１電極側ガス流路５を配置することができる。第２電極４側には、第２電極４に接して第２電極側ガス流路６を配置することができる。第１電極３と第２電極４との間には、図４に例示されるように、負荷８が接続される。ＳＯＦＣモードにおいて、第１電極側ガス流路５の供給口５１から供給された燃料Ｆは、第１電極側ガス流路５を通り、第１電極３に到達する。第１電極３では、Ｈ_２＋Ｏ^２－→Ｈ_２Ｏ＋２ｅ^－の電極反応が生じる。余った燃料Ｆは、生成した水蒸気（Ｈ_２Ｏ）とともに第１電極側ガス流路５を通って排出口５２から排出される。一方、第２電極側ガス流路６の供給口６１から供給された酸素含有ガスＡ２は、第２電極側ガス流路６を通り、第２電極４に到達する。第２電極４では、１/２Ｏ_２＋２ｅ^－→Ｏ^２－の電極反応が生じる。余った酸素含有ガスＡ２は、第２電極側ガス流路６を通って排出口６２から排出される。固体電解質層２では、第２電極４側から第１電極３側に向かって酸素イオン（Ｏ^２－）が移動する。このようにして、電気化学セル１は、ＳＯＦＣとして動作させることができる。なお、第１電極３には、燃料Ｆとしての水素含有ガスＦ２に水蒸気など（不図示）を混合することもできる。

【0043】

次に、電気化学セル１をＳＯＥＣおよびＳＯＦＣとして動作させる（電気化学セル１をリバーシブル動作させる）一例について説明する。この場合、電気化学セル１を、上述したようにＳＯＥＣおよびＳＯＦＣとして動作可能に構成すればよい。この構成によれば、余剰電力、再生可能エネルギー等による電気を使用し、電気化学セル１をＳＯＥＣとして動作させ、生成した水素ガスを別途貯留しておくとともに、貯留しておいた水素ガスを燃料として使用し、電気化学セル１をＳＯＦＣとして動作させ、発電させることが可能な、電解・発電装置を得ることができる。

【0044】

電気化学セル１の定常動作温度は、例えば、ＳＯＥＣとして機能させる場合、４００℃以上８００℃以下、ＳＯＦＣとして機能させる場合、ＳＯＥＣと同様に４００℃以上８００℃以下などを例示することができる。また、電気化学セル１の定常動作時の電流密度は、具体的には、ＳＯＥＣとして機能させる場合、０．４Ａ／ｃｍ^２以上２．０Ａ／ｃｍ^２以下、ＳＯＦＣとして機能させる場合、０．２Ａ／ｃｍ^２以上１．０Ａ／ｃｍ^２以下とすることができる。

【0045】

（実施形態２）
実施形態２の電気化学セルについて、図５を用いて説明する。なお、実施形態２以降において用いられる符号のうち、既出の実施形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。

【0046】

図５に例示されるように、本実施形態の電気化学セル１は、実施形態１の電気化学セル１と比べ、第２電極４の構成が異なっている。具体的には、本実施形態において、第２電極４における酸素不定比性を有する金属酸化物４１は、さらに、酸素過剰型金属酸化物４１２を含む構成とすることができる。

【0047】

酸素過剰型金属酸化物４１２は、格子間酸素を伴う金属酸化物であり、上述の点欠陥位置が過剰に埋まっている。酸素過剰型金属酸化物４１２は、格子間酸素が抜けると不安定になり、より安定な酸化物等に変わろうとする。したがって、酸素不定比性を有する金属酸化物４１が、酸素欠損型金属酸化物４１１のみならず、さらに、酸素過剰型金属酸化物４１２を含む構成によれば、以下の利点がある。すなわち、第２電極４内に局所的に高酸素濃度雰囲気が生じた場合に、第２電極４内に含まれる酸素欠損型金属酸化物４１１が過度に分解してしまったときでも、酸素過剰型金属酸化物４１２は分解しない。また逆に、第２電極４内に局所的に低酸素濃度雰囲気が生じた場合に、第２電極４内に含まれる酸素過剰型金属酸化物４１２が過度に分解してしまったときでも、酸素欠損型金属酸化物４１１は分解しない。そのため、上記構成によれば、第２電極４内の触媒活性物質の量が過度に少なくなることを抑制することができ、第２電極４の電極活性の低下を抑制することができる。つまり、上記構成によれば、第２電極４内に、局所的に高酸素濃度雰囲気または低酸素濃度雰囲気のどちらが生じた場合でも、触媒活性を発揮する酸素不定性を有する金属酸化物４１の過度な分解を抑制することができる。

【0048】

酸素過剰型金属酸化物４１２としては、例えば、（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ_３＋δ、ＰｒＢａＣｏ_２Ｏ_５＋δ、ＰｒＢａＦｅ_２Ｏ_５＋δなどを例示することができる。これらは１種または２種以上併用することができる。なお、δは酸素不定比量を示す。上述した酸素過剰型金属酸化物４１２のうち、電気抵抗率、材料精製にかかるコストなどの観点から、好ましくは、（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ_３＋δ、ＰｒＢａＣｏ_２Ｏ_５＋δなどであり、より好ましくは、（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ_３＋δである。

【0049】

（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ_３＋δとしては、具体的には、Ｌａ_１－ｘＳｒ_ｘＭｎＯ_３＋δ（０≦ｘ≦１、好ましくは、０．１≦ｘ≦０．４）などを例示することができる。これらは１種または２種以上併用することができる。なお、これら金属酸化物は、ペロブスカイト構造もしくはダブルペロブスカイト構造を有する。

【0050】

酸素過剰型金属酸化物の分解物４２２としては、具体的には、上述した酸素過剰型金属酸化物４１２を構成する金属元素を１種または複数含む非活性な酸化物などを例示することができる。（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ_３＋δの分解物としては、例えば、Ｓｒ_２Ｍｎ_２Ｏ_５、Ｓｒ_２ＭｎＯ_４等のＳｒおよびＭｎを含む酸化物などを例示することができる。

【0051】

本実施形態において、第２電極４は、酸素欠損型金属酸化物４１１と、その酸素欠損型金属酸化物の分解物４２１と、酸素過剰型金属酸化物４１２とを含んでいてもよいし、酸素欠損型金属酸化物４１１と、その酸素欠損型金属酸化物の分解物４２１と、酸素過剰型金属酸化物４１２と、その酸素過剰型金属酸化物の分解物４２２とを含んでいてもよい。酸素過剰型金属酸化物の分解物４２２は、第２電極４内に含まれる酸素過剰型金属酸化物４１２の一部が分解して生じた物質である。なお、上述した酸素不定比性を有する金属酸化物４１、酸素不定比性を有する金属酸化物の分解物４２、酸素欠損型金属酸化物４１１、酸素欠損型金属酸化物の分解物４２１、酸素過剰型金属酸化物４１２、酸素過剰型金属酸化物の分解物４２２は、いずれも粒子状とすることができる。また、本実施形態における第２電極４を有する電気化学セル１は、例えば、次のようにして製造することができる。具体的には、実施形態１にて上述した第２電極前駆体として、酸素欠損型金属酸化物４１１および酸素過剰型金属酸化物４１２を含み、かつ、酸素欠損型金属酸化物の分解物４２１および酸素過剰型金属酸化物の分解物４２２は含まない構成とする。そして、実施形態１にて上述したように、電気化学セル１を定常発電動作させる際の電流密度の２倍以上４倍以下の電流密度の範囲にて動作させた後、さらに、電気化学セル１を定常電解動作させる際の電流密度の２倍以上４倍以下の電流密度の範囲にて動作させる処理などを例示することができる。なお、電解動作による処理時間は、例えば、２時間～１０時間とすることができる。

【0052】

第２電極４は、他にも、実施形態１にて上述したような、酸素イオン伝導性を有する酸素イオン伝導性材料４３を含むことができる。図５では、第２電極４が、酸素欠損型金属酸化物４１１と、酸素欠損型金属酸化物の分解物４２１と、酸素過剰型金属酸化物４１２と、酸素過剰型金属酸化物の分解物４２２と、酸素イオン伝導性材料４３とを含む例が示されている。

【0053】

その他の構成および作用効果は、実施形態１と同様である。

【0054】

（実験例）
＜材料準備＞
ＮｉＯ粉末（平均粒子径：１．０μｍ）と、８ｍｏｌ％のＹ_２Ｏ_３を含むイットリア安定化ジルコニア（以下、ＹＳＺ）粉末（平均粒子径：０．５μｍ）と、カーボン（造孔剤）と、ポリビニルブチラールと、酢酸イソアミルと、１－ブタノールとをボールミルにて混合することによりスラリーを調製した。ＮｉＯ粉末とＹＳＺ粉末との質量比は、６５：３５とした。ドクターブレード法を用いて、樹脂シート上に上記スラリーを層状に塗工し、乾燥させた後、樹脂シートを剥離することにより、第１電極形成用シートを準備した。なお、上記平均粒子径は、レーザー回折・散乱法により測定した体積基準の累積度数分布が５０％を示すときの粒子径（直径）ｄ５０である（以下、同様）。

【0055】

ＹＳＺ粉末（平均粒子径：０．５μｍ）と、ポリビニルブチラールと、酢酸イソアミルと、１－ブタノールとをボールミルにて混合することによりスラリーを調製した。以降は、第１電極形成用シートの作製と同様にして、固体電解質層形成用シートを準備した。

【0056】

ＧｄがドープされたＣｅＯ_２（以下、ＧＤＣ）粉末（平均粒子径：０．３μｍ）と、ポリビニルブチラールと、酢酸イソアミルと、２－ブタノールと、エタノールとをボールミルにて混合することによりスラリーを調製した。なお、本実験例では、ＧＤＣとして、ＣｅＯ_２に１０ｍｏｌ％のＧｄがドープされたものを用いた。以降は、第１電極形成用シートの作製と同様にして、中間層形成用シートを準備した。

【0057】

酸素欠損型金属酸化物としての（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ_３－δ粉末（平均粒子径：１．５μｍ）と、酸素イオン伝導性材料としてのＧＤＣ粉末（平均粒子径：２．０μｍ）とを混合し、これを分散剤とともに、溶媒としてのテルピネオール中に分散させた。得られた分散液に、バインダーとしてのエチルセルロースを加え、混合することにより、第２電極形成用ペーストを準備した。なお、上記（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ_３－δ粉末には、具体的には、Ｌａ_０．６Ｓｒ_０．４ＣｏＯ_３－δ粉末を用いた。また、（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ_３－δ粉末とＧＤＣ粉末との質量比は、５０：５０とした。

【0058】

＜電気化学セルの作製＞
複数枚の第１電極形成用シートと、固体電解質層形成用シートと、中間層形成用シートとをこの順に積層し、静水圧プレス(ＷＩＰ)成形法を用いて圧着した。なお、ＷＩＰ成形条件は、温度８５℃、加圧力５０ＭＰａ、加圧時間１０分という条件とした。また、得られた成形体は、脱脂した。

【0059】

次いで、得られた成形体を、大気雰囲気中にて、１３５０℃で２時間焼成した。これにより、層状の第１電極（厚み４００μｍ）、固体電解質層（３．５μｍ）、および、中間層（３μｍ）がこの順に積層された焼成体を得た。

【0060】

次いで、上記焼成体における中間層の表面に、第２電極形成用ペーストをスクリーン印刷法により塗布し、大気雰囲気中にて、９５０℃で２時間焼成（焼付け）することにより、層状の第２電極前駆体（厚み５０μｍ）を形成した。なお、第２電極前駆体の外形は、第１電極の外形よりも小さく形成した。これにより平板形のセルを形成した。なお、形成したセルは、通常、金属製のスタック部材に組付け、システムとして動作可能とされる。本実験例では、金属部材から飛散する被毒物質や大型化に伴う温度分布などの様々な環境因子を除外するため、小型にセルを形成し、このセルのみを用い、要素評価用ベンチを用いて以下の処理および評価を行った。

【0061】

次いで、得られたセルの端面に封止用ガラスを塗布した。このセルを、大気雰囲気中にて８５０℃まで昇温し、第１電極と燃料配管とをガラスによりシールし、ガスシール構造を形成した。次いで、第１電極を還元処理した。還元処理条件は、還元温度：８００℃、還元処理ガス：水素ガス、還元時間：３時間とした。

【0062】

次いで、上記還元処理後、少し温度を下げて発電温度とし、セルに対して、定常発電動作時の電流密度の倍の電流密度（具体的には、１．５Ａ／ｃｍ^２）にて、４時間発電動作させるという処理を実施した。この際、第１電極には、Ｈ_２とＨ_２Ｏとの混合ガス（体積比でＨ_２：Ｈ_２Ｏ＝６：４）を供給し、第２電極前駆体には、空気を供給した。また、発電温度は、７００℃とした。本実験例では、さらに、上記発電動作させたセルに対して、上記と同じ電流密度にて、４時間電解動作させる処理を実施した。この際、第１電極には、Ｈ_２とＨ_２Ｏとの混合ガス（体積比でＨ_２：Ｈ_２Ｏ＝６：４）を供給し、第２電極前駆体には、空気を供給した。また、水電解温度は、７００℃とした。その後、第１電極の雰囲気を保ったまま、降温した。これにより、本実験例に係る電気化学セルを作製した。なお、本実験例では、平準化処理として、上記発電動作による処理と上記電解動作による処理の両方を行った。これは、セルの面内での空隙の不均一性などから生じる反応分布が発電動作時は水素の供給の律速部があると反応し難い箇所ができるのに対し、電解動作時には、水蒸気の供給の律速部があると反応し難い箇所ができるため、どちらのモードにおいても均一な反応が得られることを確実なものとするためである。

【0063】

＜第２電極のＸＲＤ分析＞
要素評価用ベンチから取り出した上記電気化学セルについて、Ｘ線回折装置（ＲＩＧＡＫＵ社製、全自動多目的Ｘ線回折装置「ＳｍａｒｔＬａｂ」）を用いて、第２電極の構造を分析した。ここで、本実験例では、電気化学セルの作製時に様々な環境因子を除外するため、小型セルのみを用いて平準化処理を行っている。そのため、第２電極に含まれうる物質は、基本的には、第２電極の原料に用いた（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ_３－δおよびＧＤＣ（原料中の不純物も含む）と、それ以外の物質、つまり、製造時に形成された化合物とに大別することができる。

【0064】

図６に第２電極のＸＲＤ分析結果を示す。図６によれば、上記電気化学セルの第２電極では、第２電極の原料に用いた（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ_３－δおよびＧＤＣのピーク以外に、Ｌａ_２Ｏ_３、Ｓｒ_２Ｃｏ_２Ｏ_５のピークが検出された。Ｌａ_２Ｏ_３、Ｓｒ_２Ｃｏ_２Ｏ_５のピークが検出されたのは、酸素不定比性の金属酸化物である（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ_３－δが、上記平準化処理によって分解し、Ｌａ_２Ｏ_３、Ｓｒ_２Ｃｏ_２Ｏ_５が生じたためである。また、比較のため、上記平準化処理を行っていないセルにおける第２電極前駆体について、同様にＸＲＤ分析を行ったところ、第２電極前駆体では、Ｌａ_２Ｏ_３、Ｓｒ_２Ｃｏ_２Ｏ_５のピークが検出されなかった。

【0065】

上記電気化学セルと、上記平準化処理を行っていないセルとを、ＳＯＦＣとして用い、７００℃、電流密度０．５Ａ／ｃｍ^２で定常動作させた。その結果、上記電気化学セルは、上記平準化処理を行っていないセルに比べ、セル面内の反応温度分布が低減された。なお、上記電気化学セルをＳＯＦＣとして機能させ、セル面内の反応温度分布を確認したのは、ＳＯＦＣは発電反応が生じるため、ＳＯＥＣに比べ、セル面内の反応温度分布が確認しやすいことによる。この結果から、上記電気化学セルによれば、セル面内の反応ムラを抑制することができることが確認された。

【0066】

本発明は、上記各実施形態、各実験例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。また、各実施形態、各実験例に示される各構成は、それぞれ任意に組み合わせることができる。

【符号の説明】

【0067】

１ 電気化学セル
２ 固体電解質層
３ 第１電極
４ 第２電極
Ｆ 燃料
Ｆ１ 水含有ガス
Ｆ２ 水素含有ガス

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】