[发明专利]电化学元件、电化学模块、固体氧化物型燃料电池和制造方法

说明书

本发明提供具有高性能的电极层、且低成本的电化学元件。具有电极层的电化学元件，其中，电极层含有小颗粒和大颗粒，在电极层中的小颗粒的粒径为200nm以下，在电极层中的大颗粒的粒径为500nm以上。

技术领域

本发明涉及具有电极层的电化学元件等。

背景技术

近年来，作为下一代能量，已经开发出可以使用燃料气体(含氢气体)和含氧气体(通常是指空气)得到电力的燃料电池。燃料电池具有将电解质层用燃料极和空气极夹持的结构。燃料电池通过将燃料气体流入燃料极、将含氧气体流入空气极、且加热至1000~1050℃来发电(专利文献1)。已知燃料电池的空气极反应主要在具有氧化物离子导电性的相、具有电子传导性的相和成为气体扩散路径的气相的三相界面处进行。因此，已经尝试制作成为反应场的三相界面长度长的高性能的空气极。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2016-225036号公报；

专利文献2：日本特开2012-221946号公报。

发明内容

发明所要解决的课题

以往，通过在1100℃～1200℃的高温域进行烧制来制作空气极(专利文献1)，但在以往法中，通过在高温域的烧制而粒生长，因此无法制成微粒的复合电极，无法得到具有充分的三相界面长度的高性能的电极。于是，通过蒸镀制作空气极，还考察了制作纳米复合电极的方法(专利文献2)，但若通过蒸镀进行制作，则成为柱状结构而难以得到三维的气体的扩散路径，电极性能不充分。另外，蒸镀是在真空下的间歇工艺，还存在制造成本高的课题。

本发明是鉴于上述课题而完成的发明，其目的在于提供具有高性能的电极层、且低成本的电化学元件。

用于解决课题的手段

用于达成上述目的电化学元件的特征构成在于以下的方面：

是具有电极层的电化学元件，

前述电极层含有小颗粒和大颗粒，

在前述电极层中的前述小颗粒的粒径为200nm以下，

在前述电极层中的前述大颗粒的粒径为500nm以上。

根据上述的特征构成，电极层成为具有三维的气体的扩散路径的高性能的电极层，由此可以以低成本实现高性能的电化学元件。

另外，如果小颗粒的粒径为200nm以下，则可以制成电极层为更确定地具有三维的气体扩散路径的高性能的电极层，因此优选。

此外，如果大颗粒的粒径为500nm以上，则可以制成电极层为更确定地具有三维的气体扩散路径的高性能的电极层，因此优选。

本发明所涉及的电化学元件的另外的特征构成在于以下的方面：前述小颗粒和前述大颗粒由各自不同的材料构成。

根据上述的特征构成，例如，通过使前述小颗粒和前述大颗粒的任一种为具有离子导电性的物质、另一种为具有电子传导性的物质，可以制成三相界面长度长的高性能的电极层。

若前述小颗粒和前述大颗粒的至少任一种为二氧化铈系氧化物，则前述电极层会成为具有具备高的氧化物离子导电性的相的高性能的电极层，因此是适合的。

若前述小颗粒和前述大颗粒的至少任一种为氧化锆系氧化物，则前述电极层会成为具有具备高的氧化物离子导电性的相的高性能的电极层，因此是适合的。

若前述小颗粒和前述大颗粒的至少任一种为钙钛矿型复合氧化物，则前述电极层会成为具有兼具高的电子传导性和对氧还原反应的高的催化活性的相的高性能的电极层，因此是适合的。