[发明专利]电化学反应单体电池和电化学反应电池堆

说明书

本发明公开一种能够抑制空气极的活化极化的上升的技术。电化学反应单体电池包括：电解质层，其包含固体氧化物；空气极和燃料极，该空气极和燃料极隔着电解质层在第1方向上互相相对；以及中间层，其配置在电解质层与空气极之间，该中间层包含第1铈系氧化物，其中，空气极包括具有离子传导性和电子传导性的活性层，该活性层包含含有锶的钙钛矿型氧化物、第2铈系氧化物、硫以及覆盖第2铈系氧化物的表面的至少一部分的硫酸锶。

技术领域

本说明书公开的技术涉及一种电化学反应单体电池。

背景技术

作为利用氢和氧之间的电化学反应来进行发电的燃料电池的种类之一，公知有固体氧化物型燃料电池(以下称作“SOFC”)。作为构成SOFC的燃料电池单体电池(以下称作“单体电池”)包括包含固体氧化物的电解质层和隔着电解质层在预定方向(以下称作“排列方向”)上互相相对的空气极和燃料极。

在单体电池中，公知有如下一种技术(例如参照专利文献1)：为了抑制空气极所包含的Sr(锶)与电解质层所包含的元素(例如Zr(锆))发生反应而形成高电阻层(例如SrZrO₃)导致发电性能降低，在空气极与电解质层之间配置中间层。中间层通过抑制作为高电阻层的生成源的Sr自空气极向电解质层扩散来抑制高电阻层的形成。此外，为了确保中间层的离子传导性，中间层以包含Ce系氧化物(例如GDC(钆掺杂的氧化铈))的方式形成。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2012-227011号公报

发明内容

发明要解决的问题

即使是配置有中间层的单体电池，有时也存在以下情况：由于Sr自空气极扩散至中间层，电解质层所包含的元素扩散至中间层，因此，Sr和自电解质层扩散过来的元素在中间层内发生反应而形成高电阻层，由此使发电性能降低。因此，在配置有中间层的单体电池中，要求进一步的改善，以便抑制发电性能的降低。

此外，这样的课题对于利用水的电解反应来生成氢的固体氧化物型电解池(以下也称作“SOEC”)来说也是共同的课题。此外，在本说明书中，将燃料电池单体电池和电解池统称为电化学反应单体电池。

在本说明书中公开了能够解决上述课题的技术。

用于解决问题的方案

本说明书所公开的技术能够作为以下的形态来实现。

(1)本说明书所公开的电化学反应单体电池包括：电解质层，其包含固体氧化物；空气极和燃料极，该空气极和燃料极隔着所述电解质层在第1方向上互相相对；以及中间层，其配置在所述电解质层与所述空气极之间，该中间层包含第1铈系氧化物，其中，所述空气极包括具有离子传导性和电子传导性的活性层，该活性层包含硫酸锶、第2铈系氧化物以及含有锶的钙钛矿型氧化物。采用本电化学反应单体电池，在空气极的活性层内锶(Sr)、硫(S)以及氧发生反应而形成硫酸锶(SrSO₄)，因此能够抑制锶自空气极向电解质层扩散，由此能够抑制因Sr和电解质层所包含的元素而形成高电阻层。另外，由于硫酸锶是绝缘物，因此，硫酸锶对作为氧的电离反应的反应场所的空气极所包含的钙钛矿型氧化物的表面进行覆盖的区域越大，空气极中的氧的电离反应的反应场所越少。由此，存在空气极的活化极化(也就是极化电阻值)上升的风险。针对该问题，采用本电化学反应单体电池，空气极的活性层包含钙钛矿型氧化物和第2铈系氧化物，硫酸锶覆盖第2铈系氧化物的表面。因此，能够使硫酸锶覆盖钙钛矿型氧化物的表面的比例减少，与硫酸锶覆盖钙钛矿型氧化物的情况相比，能够抑制空气极的活化极化的上升。以上，采用本电化学反应单体电池，能够抑制性能的降低。