專利名稱：氣體分解組件、氨分解組件、發(fā)電裝置、以及電化學(xué)反應(yīng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氣體分解組件、氨分解組件、發(fā)電裝置、以及電化學(xué)反應(yīng)裝置；具體而言，本發(fā)明涉及能有效分解預(yù)定氣體的氣體分解組件，特別是能分解氨的氨分解組件，涉及基于氣體分解反應(yīng)的發(fā)電裝置、以及電化學(xué)反應(yīng)裝置?，F(xiàn)有技術(shù)
雖然氨在農(nóng)業(yè)和工業(yè)生產(chǎn)中是一種重要的化合物，但它對(duì)人是有害的，因此，已經(jīng)披露了大量的方法用于分解水中以及空氣中的氨。例如，提出了一種方法，用于通過分解從含有高濃度氨的水中除去氨使噴射的氨水與氣流接觸，以將氨分離進(jìn)入空氣中，并且使氨與次溴酸溶液接觸或硫酸接觸(專利文獻(xiàn)I)。還披露了另一種方法通過與上述相同的處理使氨分離進(jìn)入空氣，并且用催化劑把氨燒掉(專利文獻(xiàn)2)。還提出了另一種方法用催化劑使含氨廢水分解成氮和水(專利文獻(xiàn)3)。披露的用于氨分解反應(yīng)的催化劑是例如多孔炭末顆粒，含有過渡金屬成分、錳化合物、鐵-錳化合物(專利文獻(xiàn)3);鉻化合物、銅化合物、鈷化合物(專利文獻(xiàn)4);以及保持在三維網(wǎng)狀氧化鋁結(jié)構(gòu)中的鉬(專利文獻(xiàn)5)。采用這種用催化劑的化學(xué)反應(yīng)使氨分解的方法，可以抑制氮氧化物NOx的生成。還提出了一些方法，其中使用二氧化錳作為催化劑，從而在100°C或更低溫度下促進(jìn)氨的高效熱分解(專利文獻(xiàn)6和 7)。
—般而言,來(lái)自半導(dǎo)體生產(chǎn)設(shè)備的廢氣包含氨、氫氣等。為了完全除去氨的氣味， 氨的量需要降低至百萬(wàn)分之幾(ppm)級(jí)。為此，普遍使用一種方法，其中，使要從半導(dǎo)體生產(chǎn)設(shè)備中釋放的廢氣通過洗滌器，使得含有化學(xué)藥品的水吸收有害氣體。另一方面，為了實(shí)現(xiàn)無(wú)需供給能量、化學(xué)藥品等的低運(yùn)行成本，已經(jīng)提出了一種用于來(lái)自半導(dǎo)體生產(chǎn)設(shè)備的廢氣的處理用磷酸燃料電池分解氨(專利文獻(xiàn)8)。
引用列表
專利文獻(xiàn)
專利文獻(xiàn)I :日本未經(jīng)審查的專利申請(qǐng)公開No. 7-31966
專利文獻(xiàn)2 :日本未經(jīng)審查的專利申請(qǐng)公開No. 7-116650
專利文獻(xiàn)3 :日本未經(jīng)審查的專利申請(qǐng)公開No. 11-347535
專利文獻(xiàn)4 :日本未經(jīng)審查的專利申請(qǐng)公開No. 53-11185
專利文獻(xiàn)5 :日本未經(jīng)審查的專利申請(qǐng)公開No. 54-10269
專利文獻(xiàn)6 :日本未經(jīng)審查的專利申請(qǐng)公開No. 2006-231223
專利文獻(xiàn)7 :日本未經(jīng)審查的專利申請(qǐng)公開No. 2006-175376
專利文獻(xiàn)8 :日本未經(jīng)審查的專利申請(qǐng)公開No. 2003-45472發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題
如上所述，通過下述方法可以使氨分解，例如，使用化學(xué)溶液諸如中和劑的方法 (專利文獻(xiàn)I)、焚燒方法(專利文獻(xiàn)2)、或采用催化劑作用下的熱分解反應(yīng)的方法(專利文獻(xiàn) 3至7)。然而，這些方法所具有的問題是，它們需要化學(xué)藥品和外部能量(燃料)，并且還需要定期更換催化劑，導(dǎo)致運(yùn)行成本高。另外，這樣的裝置具有較大尺寸，而且，例如，在有些情況下，會(huì)難以將該裝置附加安裝在現(xiàn)有設(shè)備中。
使用磷酸燃料電池以使來(lái)自半導(dǎo)體制造的廢氣中的氨解毒的裝置還有一個(gè)問題: 由于電解質(zhì)是液體，無(wú)法減小空氣側(cè)與氨側(cè)的隔離件的尺寸，并且難以減小該裝置的尺寸。
在本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種氣體分解組件，其采用電化學(xué)反應(yīng)以降低運(yùn)行成本并提供具有高處理性能的裝置；尤其是，一種用于氨的氨分解組件；一種包括在上述分解組件之中的發(fā)電裝置；以及一種電化學(xué)反應(yīng)裝置。
問題的解決方案
根據(jù)本發(fā)明的氣體分解組件用于分解氣體。此組件包括筒狀體膜電極組合體 (MEA),其包括內(nèi)表面?zhèn)鹊牡谝浑姌O、夕卜表面?zhèn)鹊牡诙姌O、以及夾在第一電極與第二電極之間的固體電解質(zhì)；以及多孔金屬體，其插在筒狀體MEA的內(nèi)表面?zhèn)?，并且與第一電極電連接，其中，將金屬網(wǎng)片或金屬膏布置在第一電極與多孔金屬體之間。
在上述配置中，用于第一電極的集電體包括金屬網(wǎng)片或金屬膏以及多孔金屬體。 一般而言，在筒狀體MEA的內(nèi)表面?zhèn)壬弦牒写舛練怏w諸如氨的氣態(tài)流體。此氣態(tài)流體流過多孔金屬體。據(jù)此，當(dāng)多孔金屬體的孔隙比例(孔隙率)低且平均孔隙尺寸小時(shí)，盡管導(dǎo)電性良好，但氣態(tài)流體的流過明顯受到阻礙，導(dǎo)致壓力損失增大。
當(dāng)集電體由多個(gè)部件構(gòu)成時(shí)，重要的是使部件之間的接觸電阻較低。當(dāng)不使用金屬網(wǎng)片或金屬膏時(shí)，多孔金屬體與第一電極通過其間的直接接觸電連接。多孔金屬體為具有預(yù)定厚度的形狀；顯微鏡下，樹枝狀金屬形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。當(dāng)在筒狀體MEA的內(nèi)表面?zhèn)壬喜迦攵嗫捉饘袤w作為第一電極集電體時(shí)，將上述片狀多孔金屬體螺旋方式纏繞并插入，使得螺旋的軸心沿筒狀體MEA的軸心延伸。在多孔金屬體螺旋片的外周面中，螺旋中的最外緣或位于預(yù)定位置處的母線部分趨于與圓筒的內(nèi)表面接觸；然而，因?yàn)椴皇欠峭膱A而是螺旋的形狀，相對(duì)于上述部分位于內(nèi)側(cè)的部分趨于與第一電極分離。據(jù)此，在多孔金屬體與第一電極之間不易實(shí)現(xiàn)足夠大的接觸面積。同樣地，關(guān)于接觸壓力，在外緣部分中能保證足夠高的接觸壓力，而相對(duì)于上述部分位于內(nèi)側(cè)的部分的接觸壓力則變得不夠。據(jù)此，當(dāng)在多孔金屬體與第一電極之間由直接接觸建立電連接時(shí)，接觸電阻變高，導(dǎo)致第一電極集電體的電阻增大。集電體的電阻增大導(dǎo)致電化學(xué)反應(yīng)性能的劣化。
與之不同，通過使用金屬網(wǎng)片或金屬膏，可以按下述方式使接觸電阻降低。(I)在金屬網(wǎng)片的情況下，由于其具有單片形狀，片材的整周與第一電極的圓筒內(nèi)表面自然接觸。 作為例如施加用于填充筒狀體的外力(加壓)、以及對(duì)填充材料量的增加進(jìn)行調(diào)整的結(jié)果， 金屬網(wǎng)片與多孔金屬體互相符合，并向第一電極凸出，導(dǎo)致與第一電極的接觸面積增大。在金屬網(wǎng)片與多孔金屬體之間的接觸界面處，使金屬樹枝狀結(jié)構(gòu)互相壓貼，并且進(jìn)入彼此的孔隙，從而實(shí)現(xiàn)互相接觸。據(jù)此，維持低接觸電阻。(2)在金屬膏的情況下，由于所施加的金屬膏具有可塑性，即使在多孔金屬體與第一電極稍稍分開的部分中，金屬膏填充間隙，從而建立電連接。據(jù)此，能非常容易地建立第一電極與多孔金屬體之間的低阻抗電連接。
如上所述，利用金屬網(wǎng)片或金屬膏，能使第一電極集電體的總電阻較低。據(jù)此，即使多孔金屬體于筒狀體MEA軸心的方向沒有連續(xù)布置而是斷續(xù)布置，也能形成具有足夠低電阻的集電體。結(jié)果，通過減少多孔金屬體的總長(zhǎng)度，能使氣態(tài)流體通過這部分的壓力損失較低。
雖然金屬網(wǎng)片可以是任意片材，諸如織造織物、非織造織物、或穿孔片材，考慮到例如撓性以及孔隙尺寸的均勻分布，其適宜為織造織物。金屬材料的適宜示例包括鎳(Ni)、 鎳-鐵(Ni-Fe)、鎳-鈷(Ni-Co)、鎳-鉻(Ni-Cr)、以及鎳-鎢(Ni-W)。網(wǎng)片可以具有鍍制層由這種金屬構(gòu)成的結(jié)構(gòu)。例如，可以使用鍍有鎳的鐵織造織物；其通過加熱形成合金，也就是，鎳-鐵合金。在這種金屬或合金與第一電極結(jié)合時(shí)，能相對(duì)容易地實(shí)現(xiàn)用于網(wǎng)片形成金屬的還原氣氛，而不必采用非常嚴(yán)格的密封條件。因此，可以相對(duì)容易地進(jìn)行還原結(jié)合。 特別地，鎳_鎢等具有優(yōu)異的催化作用，并且能促進(jìn)例如氨的分解。
可以采用下述配置通過使單相或復(fù)合相金屬片材穿孔、或者通過將金屬線編織成為網(wǎng)片，形成金屬網(wǎng)片，并且，至少金屬網(wǎng)片表面層不含鉻。在這種情況下，可以容易地得到布置在第一電極與多孔金屬體之間以降低接觸電阻的金屬網(wǎng)片。當(dāng)至少外層不含鉻時(shí)， 能抑制由于鉻中毒導(dǎo)致的第一電極中離子導(dǎo)電性陶瓷的功能受到抑制。
金屬膏適宜不含鉻?？梢砸种朴山饘俑鄬?dǎo)致的鉻中毒。
多孔金屬體可以于筒狀體MEA軸心方向斷續(xù)布置。
在這種情況下，可以抑制氣態(tài)流體的壓力損失增大。
含鎳合金網(wǎng)片或鎳膏可以布置在第一電極與多孔金屬體之間。在這種情況下，不會(huì)引起鉻中毒，并且用耐熱性和耐腐蝕性優(yōu)良的鎳能實(shí)現(xiàn)上述低接觸電阻。出于上述原因， 含鎳合金適宜是鎳、鎳_鐵、鎳_鈷、鎳_鉻、鎳_鎢等。
根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的氣體分解組件用于分解氣體。此組件包括筒狀體MEA， 其包括內(nèi)表面?zhèn)鹊牡谝浑姌O、外表面?zhèn)鹊牡诙姌O、以及夾在第一電極與第二電極之間的固體電解質(zhì)；以及銀膏涂布層，其形成在第一電極或第二電極上，其中，銀膏涂布層是多孔體。
在上述配置中，在形成有銀膏涂布層的電極中，銀膏涂布層是多孔體，因此，可以增加氣體分解組件、形成電極的離子導(dǎo)電性材料、以及銀膏中的銀粒之間的接觸部位的密度。據(jù)此，(I)銀粒表現(xiàn)出催化作用，以促進(jìn)氣體分子的分解反應(yīng)。另外，銀粒起到良好導(dǎo)電體的作用，因此，能降低涂布有銀膏的電極集電體的電阻，并且能提高氣體分解的處理性倉(cāng)泛。
可以采用以下配置形成有銀膏涂布層的電極主要部分形成為不含銀粒。在這種情況下，電極的主要部分不含銀粒，并且能使用銀膏涂布層來(lái)取代這些銀粒。因此，能提高成本效率。
銀膏涂布層可以包括形成為格狀圖案的帶狀布線。在這種情況下，銀膏涂布層起到集電體的作用，并且，也能表現(xiàn)出促進(jìn)氣體分子分解反應(yīng)的催化作用。
銀膏涂布層可以形成為覆蓋第一電極或第二電極的整個(gè)表面。在這種情況下，能進(jìn)一步提高集電體的導(dǎo)電性，并且能增強(qiáng)促進(jìn)氣體分子分解反應(yīng)的催化作用。
對(duì)于整個(gè)表面上形成有銀膏涂布層的電極，能僅使用該銀膏涂布層作為集電體。 在這種情況下，消除了使用其他透氣性導(dǎo)電部件的必要性，并且能進(jìn)一步降低制造成本。
除了銀膏涂布層，可以使用金屬網(wǎng)片或鍍銀金屬網(wǎng)片作為第二電極的集電體。在6這種情況下，在保證透氣性的同時(shí)，能增強(qiáng)用于陰極的集電能力。雖然陰極經(jīng)常與氧等接觸，但銀膏涂布層的催化作用促進(jìn)氧分子的分解以抑制陰極的氧化。另外，鍍銀層會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)電率的大幅度增加。這里，雖然金屬網(wǎng)片可以是任意片材，諸如織造織物、非織造織物、或穿孔片材，考慮到例如撓性以及孔隙尺寸的均勻分布，優(yōu)選為織造織物。金屬材料的適宜示例包括鎳、鎳_鐵、鎳-鈷、鎳-鉻、以及鎳-鎢。如上所述，網(wǎng)片可以具有鍍銀層作為表面層。 例如，可以使用鍍銀的鎳織造織物。特別地，鎳_鎢等具有優(yōu)良催化作用，并且能促進(jìn)例如氧分子的分解。
根據(jù)本發(fā)明，第一電極和/或第二電極可以是含有離子導(dǎo)電性陶瓷和金屬顆粒鏈 (主要含鎳(Ni))的燒結(jié)體。金屬顆粒鏈表示細(xì)長(zhǎng)的念珠狀金屬物體，其中使金屬顆粒連接在一起。金屬適宜是鎳、含鐵的鎳、含有微量鈦的鎳、或含微量鈦的含鐵鎳。當(dāng)鎳等的表面被氧化時(shí)，使金屬顆粒鏈的表面氧化，而內(nèi)容物(表面層內(nèi)側(cè)的部分)沒有氧化，并且具有金屬導(dǎo)電性。據(jù)此，例如，當(dāng)移動(dòng)通過固體電解質(zhì)的離子是陰離子(該離子可以是陽(yáng)離子)并且(Al)第一電極(陽(yáng)極)形成為包含金屬顆粒鏈時(shí)，在陽(yáng)極中，用金屬顆粒鏈的氧化層，促進(jìn) (催化)移動(dòng)通過固體電解質(zhì)的陰離子與從外部引入陽(yáng)極的氣態(tài)流體中氣體分子之間的化學(xué)反應(yīng)，以及，通過陰離子的參與，也促進(jìn)(由于電荷的促進(jìn)作用)陽(yáng)極中的化學(xué)反應(yīng)。作為化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果，能在金屬顆粒鏈的金屬部分中保證所產(chǎn)生電子的導(dǎo)電性。結(jié)果，整體上能促進(jìn)伴隨陽(yáng)極中電荷給出與接收的電化學(xué)反應(yīng)。當(dāng)?shù)谝浑姌O(陽(yáng)極)包含金屬顆粒鏈時(shí)，在陽(yáng)極中，產(chǎn)生陽(yáng)離子如質(zhì)子，以及，陽(yáng)離子移動(dòng)通過固體電解質(zhì)到達(dá)陰極，從而，類似地提供上述由于電荷的促進(jìn)作用。
應(yīng)當(dāng)注意到，在使用之前，通過燒結(jié)當(dāng)然形成了金屬顆粒鏈的氧化層；然而，在使用期間，氧化層往往因還原反應(yīng)而被除去。即使氧化層被除去，上述催化作用雖然減弱但并未消失。特別地，盡管缺少氧化層，但含鐵或鈦的鎳仍具有高催化作用。
(A2)當(dāng)?shù)诙姌O(陰極)形成為含有金屬顆粒鏈時(shí)，在陰極中，用金屬顆粒鏈的氧化層，促進(jìn)(催化)從外部引入陰極的氣態(tài)流體中氣體分子的化學(xué)反應(yīng)；以及，增強(qiáng)來(lái)自外部電路的電子的導(dǎo)電性，以及，通過電子的參與，也促進(jìn)(由于電荷的促進(jìn)作用)陰極中的化學(xué)反應(yīng)。因此，從分子有效地生成陰離子，并且能將其發(fā)送至固體電解質(zhì)。
與(Al)—樣，在(A2)中，可以促進(jìn)移動(dòng)通過固體電解質(zhì)的陽(yáng)離子、流過外部電路的電子、以及第二氣態(tài)流體之間的電化學(xué)反應(yīng)。據(jù)此，與陽(yáng)極含有金屬顆粒鏈的情況一樣， 整體上可以促進(jìn)伴隨陰極中電荷給出與接收的電化學(xué)反應(yīng)。陰極是否形成為含有金屬顆粒鏈，取決于待分解的氣體。(A3)當(dāng)陽(yáng)極和陰極都形成為含有金屬顆粒鏈時(shí)，能得到上述(Al) 和(A2)中的作用。
下文中將在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式中說明金屬顆粒鏈。
上述電化學(xué)反應(yīng)的速度往往受限于離子移動(dòng)通過固體電解質(zhì)的速度或離子移動(dòng)通過固體電解質(zhì)的時(shí)間。為了提高離子的移動(dòng)速度，氣體分解組件通常配備有加熱單元諸如加熱器，并且在高溫如600° C至1000° C進(jìn)行加熱。通過加熱至高溫，除了提高離子的移動(dòng)速度之外，還能促進(jìn)伴隨電極中電荷給出與接收的化學(xué)反應(yīng)。
當(dāng)移動(dòng)通過固體電解質(zhì)的離子是陰離子時(shí)，如上所述，由陰極中的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生并供給陰離子。通過所引入流體的分子與電子之間反應(yīng)，在陰極中產(chǎn)生陰離子。所產(chǎn)生的陰離子移動(dòng)通過固體電解質(zhì)到達(dá)陽(yáng)極。參與陰極反應(yīng)的電子自連接陽(yáng)極和陰極的外部電路(包括電容器、電源、以及功率消耗裝置)移動(dòng)。當(dāng)移動(dòng)通過固體電解質(zhì)的離子是陽(yáng)離子時(shí)， 陽(yáng)離子由陽(yáng)極中的電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生，并且移動(dòng)通過固體電解質(zhì)到達(dá)陰極。電子在陽(yáng)極中產(chǎn)生并通過外部電路流動(dòng)至陰極，并參與陰極中的電化學(xué)反應(yīng)。
電化學(xué)反應(yīng)可以是燃料電池的發(fā)電反應(yīng)，或者可以是電解反應(yīng)。
固體電解質(zhì)可以具有氧離子導(dǎo)電性或質(zhì)子導(dǎo)電性。
關(guān)于氧離子導(dǎo)電性，許多固體電解質(zhì)是周知并且經(jīng)充分證實(shí)。
當(dāng)使用氧離子導(dǎo)電性固體電解質(zhì)時(shí)，例如，導(dǎo)致電子與氧分子之間的反應(yīng)，以在陰極中產(chǎn)生氧離子，氧離子移動(dòng)通過固體電解質(zhì)，并且能在陽(yáng)極中引起預(yù)定的電化學(xué)反應(yīng)。在這種情況下，由于氧離子移動(dòng)通過固體電解質(zhì)的速度并不高于質(zhì)子，為了達(dá)到實(shí)用水平的分解能力，例如，要求以下措施提供足夠高溫度和/或使固體電解質(zhì)的厚度足夠小。
另一方面，作為質(zhì)子導(dǎo)電性固體電解質(zhì)，鋯酸鋇(BaZrO3)等是周知的。當(dāng)使用質(zhì)子導(dǎo)電性固體電解質(zhì)時(shí)，例如，使氨在陽(yáng)極中分解以產(chǎn)生質(zhì)子、氮分子、以及電子；質(zhì)子移動(dòng)通過固體電解質(zhì)到達(dá)陰極，并且在陰極中與氧反應(yīng)而生成水(h20)。質(zhì)子小于氧離子，因此，以比氧離子高的速度移動(dòng)通過固體電解質(zhì)。據(jù)此，在較低加熱溫度下，能實(shí)現(xiàn)實(shí)用水平的分解能力。
例如，當(dāng)用陽(yáng)極布置于內(nèi)側(cè)并且使用氧離子導(dǎo)電性固體電解質(zhì)的筒狀體MEA使氨分解時(shí)，在筒狀體內(nèi)側(cè)(在陽(yáng)極中)導(dǎo)致生成水的反應(yīng)。在靠近出口的低溫區(qū)域處水呈水滴形式，并且會(huì)導(dǎo)致壓力損失。與此不同，當(dāng)使用質(zhì)子導(dǎo)電性固體電解質(zhì)時(shí)，在陰極中(在外側(cè))產(chǎn)生質(zhì)子、氧分子、以及電子。由于外側(cè)基本上敞開，即使出現(xiàn)水滴的附著，也不易導(dǎo)致壓力損失。
多孔金屬體可以是鍍金屬體。在這種情況下，能得到具有高孔隙率的多孔金屬體， 并能抑制壓力損失。在金屬鍍制多孔體中，骨架部用金屬(鎳)鍍制形成。據(jù)此，可以容易地將厚度調(diào)節(jié)為較小，因此，可以容易地實(shí)現(xiàn)高孔隙率。
可以采用以下配置將第一氣態(tài)流體引入第一電極，將第二氣態(tài)流體引入第二電極，以及，從第一電極和第二電極輸出電力。在這種情況下，使用待分解氣體作為燃料，并且，氣體分解組件構(gòu)成發(fā)電的燃料電池。
氣體分解組件可以進(jìn)一步包括加熱器，其中，將電力供至加熱器。在這種情況下， 能以高能量效率進(jìn)行氣體分解。
根據(jù)本發(fā)明的氨分解組件包括上述氣體分解組件中的任一種，其中，將含氨的氣態(tài)流體引入第一電極，以及，將含氧分子的氣態(tài)流體引入第二電極。
在這種情況下，第二電極(陰極)中所生成的氧離子向第一電極(陽(yáng)極)移動(dòng)；在由于金屬顆粒鏈的催化作用以及由于離子的促進(jìn)作用下，在第一電極中引起氨與氧離子之間的反應(yīng)；以及，能使由反應(yīng)所產(chǎn)生的電子快速移動(dòng)。
可以采用以下配置將第三氣態(tài)流體引入第一電極，將第四氣態(tài)流體引入第二電極，以及，通過第一電極和第二電極供電。在這種情況下，消耗電力以使分解目標(biāo)氣體分解。 在這種情況下，在氣體分解組件中，在第一電極和第二電極中進(jìn)行第三氣態(tài)流體和第四氣態(tài)流體中氣體的電解。取決于待分解氣體與供給離子參與電化學(xué)反應(yīng)的氣態(tài)流體(冊(cè)13、揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)、空氣(氧氣)、H2O等)之間的電化學(xué)關(guān)系，確定電解與燃料電池之間的選擇。
根據(jù)本發(fā)明的發(fā)電裝置包括輸出電力的任一種上述氣體分解組件、以及將電力供給另外的電氣裝置的供電部。在這種情況下，可以使用視為發(fā)電裝置的氣體分解組件，通過例如只產(chǎn)生對(duì)地球環(huán)境沒有負(fù)擔(dān)的排放氣體的氣體的組合，來(lái)進(jìn)行發(fā)電。
根據(jù)本發(fā)明的電化學(xué)反應(yīng)裝置用于流體(氣體或液體)，并且包括上述氣體分解組件中的任一種。在這種情況下，本組件不僅在氣體解毒中使用，而且，例如，在燃料電池中以及在采用氣體分解的原始電化學(xué)反應(yīng)裝置中，用作充當(dāng)裝置基礎(chǔ)的電極，從而，有助于例如提高電化學(xué)反應(yīng)效率、減小裝置尺寸、以及降低運(yùn)行成本。
發(fā)明的有益效果
根據(jù)本發(fā)明的氣體分解組件具有高處理性能并且能以較低運(yùn)行成本操作。特別地，作為采用金屬網(wǎng)片或金屬膏與多孔金屬體的組合作為第一電極集電體的結(jié)果，能降低電阻，同時(shí)，能使多孔金屬體的總長(zhǎng)度減少，并且在筒狀MEA的內(nèi)表面?zhèn)壬贤ㄟ^的氣態(tài)流體的壓力損失較低。
根據(jù)本發(fā)明另外實(shí)施例的氣體分解組件具有較高處理性能并且能以較低運(yùn)行成本操作。特別地，銀膏涂布層形成在第一電極或第二電極上，而且其為多孔體。據(jù)此，在降低電阻的同時(shí)，能促進(jìn)電極中的氣體分解反應(yīng)，因此，氣體分解組件等具有較小尺寸，并且能得到較高的成本效率。


[圖1A]圖IA是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的氣體分解組件尤其是氨分解組件的縱向首丨J視圖;
[圖1B]圖IB是沿圖IA中IB-IB線的剖視[圖2]圖2圖示圖I中氣體分解組件的電氣配線系統(tǒng)；
[圖3A]圖3A圖示根據(jù)第一實(shí)施例的氣體分解組件中的鎳網(wǎng)片，該片具有通過對(duì)鎳片進(jìn)行穿孔所形成的結(jié)構(gòu)；
[圖3B]圖3B圖示根據(jù)第一實(shí)施例的氣體分解組件中的鎳網(wǎng)片，該片具有通過編織鎳線所形成的結(jié)構(gòu)；
[圖4]圖4圖示外部配線和氣態(tài)流體傳送通道與筒狀MEA連接的狀態(tài)；
[圖5]圖5圖示布置在筒狀陰極外周面上的銀膏涂布布線和鎳網(wǎng)片；
[圖6A]圖6A是圖像數(shù)據(jù)，圖示銀膏涂布布線表面狀態(tài)的掃描電子顯微鏡圖像；
[圖6B]圖6B是用于圖6A的說明[圖7]圖7是陽(yáng)極中電化學(xué)反應(yīng)的說明圖
[圖8]圖8是陰極中電化學(xué)反應(yīng)的說明圖
[圖9]圖9是筒狀MEA制造方法的說明圖
[圖10A]圖IOA圖示一種氣體分解組件布置，一種具有單個(gè)筒狀MEA的配置；
[圖10B]圖IOB圖不一種氣體分解組件布置，一種并行布置有多個(gè)圖IOA中所不結(jié)構(gòu)(12個(gè)結(jié)構(gòu))的配置；
[圖11A]圖IlA是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的氣體分解組件的縱向剖視圖；以及
[圖11B]圖IlB是沿圖IlA中的XIB-XIB線的剖視圖。
具體實(shí)施方式
(第一實(shí)施例)
圖IA是作為根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的電化學(xué)反應(yīng)裝置的氣體分解組件尤其是氨分解組件10的縱向剖視圖。圖IB是沿圖IA中IB-IB線的剖視圖。
在氨分解組件10中，陽(yáng)極(第一電極)2布置成覆蓋筒狀固體電解質(zhì)I的內(nèi)表面； 陰極(第二電極)5布置成覆蓋筒狀固體電解質(zhì)I的外表面；藉此，形成筒狀MEA 7(1、2、5)。 陽(yáng)極2可以稱為燃料電極。陰極5可以稱為空氣電極。一般而言，筒狀體可以具有諸如螺線形狀或螺旋形狀的纏繞形狀；在圖I中，筒狀體是正圓筒狀MEA 7。雖然筒狀MEA具有例如約20毫米(mm)的內(nèi)徑，但內(nèi)徑適宜根據(jù)應(yīng)用MEA的裝置而變化。在根據(jù)本實(shí)施例的氨分解組件10中，陽(yáng)極集電體11布置成位于筒狀MEA 7的內(nèi)筒中或者使其充滿內(nèi)筒。陰極集電體12布置成圍繞陰極5的外表面。下面說明集電體。
<陽(yáng)極集電體11> :鎳網(wǎng)片Ila/多孔金屬體Ils/中央導(dǎo)電棒Ilk
鎳網(wǎng)片Ila與布置于筒狀MEA7內(nèi)表面?zhèn)鹊年?yáng)極2接觸，以介由多孔金屬體Ils與中央導(dǎo)電棒Ilk導(dǎo)電。多孔金屬體IlS適宜是鍍金屬體，其可以形成為具有高孔隙率，諸如 Celmet (注冊(cè)商標(biāo)住友電氣工業(yè)株式會(huì)社)，目的在于降低下述含氨的氣態(tài)流體壓力損失。 在筒狀MEA的內(nèi)表面?zhèn)壬?，重要的是，使多個(gè)部件所形成集電體11的總電阻較低，同時(shí)使陽(yáng)極側(cè)氣態(tài)流體引入的壓力損失較低。
<陰極集電體12> :銀膏涂布布線12g+鎳網(wǎng)片12a
鎳網(wǎng)片12a與筒狀MEA 7的外表面接觸，以與外部配線導(dǎo)電。銀膏涂布布線12g 含有作為催化劑的銀，用于促進(jìn)氧氣在陰極5中分解成氧離子，并且，也有助于減小陰極集電體12中的電阻。陰極5可以形成為含有銀。然而，陰極集電體12中具有預(yù)定特性的銀膏涂布布線12g允許氧分子由此通過，以及，允許銀粒與陰極5的接觸。因此，表現(xiàn)出與由陰極5中所含有銀粒提供的催化作用類似的催化作用。另外，與陰極5形成為含有銀粒的情況相比，這也不太貴。
圖2圖示固體電解質(zhì)是氧離子導(dǎo)電性時(shí)圖I中氣體分解組件10的電氣配線系統(tǒng)。 以高氣密方式將含氨的氣態(tài)流體引入筒狀MEA 7的內(nèi)筒，也就是，引入布置有陽(yáng)極集電體 12的空間。當(dāng)使用筒狀MEA 7以使氣態(tài)流體在筒狀MEA 7內(nèi)表面?zhèn)壬贤ㄟ^時(shí)，多孔金屬體 Ils的使用是必不可少的。考慮到降低壓力損失，如上所述，使用金屬鍍體諸如Celmet是重要的。
含氨的氣態(tài)流體通過鎳網(wǎng)片Ila和多孔金屬體Ils中的孔隙，同時(shí)，其也與陽(yáng)極2 接觸，導(dǎo)致下文所述的氨分解反應(yīng)。由陰極中氧氣分解反應(yīng)產(chǎn)生氧離子02_，其穿過固體電解質(zhì)I到達(dá)陽(yáng)極2。也就是說，此為氧離子(其為陰離子)移動(dòng)通過固體電解質(zhì)情況下的電化學(xué)反應(yīng)。
(陽(yáng)極反應(yīng))2NH3+302_— N2+3H20+6e_
具體而言，一部分氨反應(yīng)2NH3 — N2+3H2。這些3H2與氧尚子302反應(yīng)生成3H20。
使空氣尤其是氧氣通過空間S，并將其引入陰極5。將陰極5中自氧分子離解的氧離子朝陽(yáng)極2送至固體電解質(zhì)I。陰極反應(yīng)如下。
(陰極反應(yīng))02+4e— 2O2
作為電化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果，產(chǎn)生電力；在陽(yáng)極2與陰極5之間產(chǎn)生電勢(shì)差；電流I從陰極集電體12流到陽(yáng)極集電體11。當(dāng)將負(fù)載(諸如用于加熱氣體分解組件10的加熱器41) 連接在陰極集電體12與陽(yáng)極集電體11之間時(shí)，可以為加熱器41供電。這種給加熱器41 的供電可以是部分供給。相比較，在大多數(shù)情況下，來(lái)自這種自發(fā)電的供給量等于或低于加熱器所需總電力的一半。
如以上所述，氣體分解組件的關(guān)鍵點(diǎn)在于，在布置于筒狀MEA內(nèi)表面?zhèn)壬系年?yáng)極2 中，在使陽(yáng)極集電體11電阻較低的同時(shí)，使通過陽(yáng)極集電體11的氣態(tài)流體的壓力損失較低。在陰極側(cè)，雖然空氣不會(huì)通過筒狀件，關(guān)鍵點(diǎn)在于，使空氣與陰極之間接觸點(diǎn)的密度高， 并且也使陰極集電體12的電阻較低。
上述的電化學(xué)反應(yīng)是這樣一種反應(yīng)，其中，氧離子(其為陰離子)移動(dòng)通過固體電解質(zhì)I。在根據(jù)本發(fā)明的另一理想實(shí)施例中，例如，固體電解質(zhì)I由鋯酸鋇(BaZrO3)構(gòu)成， 并且引起一種反應(yīng)，其中，在陽(yáng)極2中產(chǎn)生質(zhì)子，并且使質(zhì)子移動(dòng)通過固體電解質(zhì)I到達(dá)陰極5。
當(dāng)使用質(zhì)子導(dǎo)電性固體電解質(zhì)I時(shí)，例如，在分解氨的情況下，在陽(yáng)極2中使氨分解以產(chǎn)生質(zhì)子、氮分子、以及電子；使質(zhì)子移動(dòng)通過固體電解質(zhì)I到達(dá)陰極5 ;以及，在陰極 5中，質(zhì)子與氧反應(yīng)以生成水(H20)。由于質(zhì)子小于氧離子，質(zhì)子以高于氧離子的速度移動(dòng)通過固體電解質(zhì)。據(jù)此，在可以降低加熱溫度的同時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)用水平的分解能力。
另外，固體電解質(zhì)I能容易地形成為具有提供足夠強(qiáng)度的厚度。
例如，當(dāng)用筒狀體MEA分解氨時(shí)，將陽(yáng)極布置在筒狀體MEA內(nèi)側(cè)，并且使用氧離子導(dǎo)電性固體電解質(zhì)，在筒狀體內(nèi)側(cè)(在陽(yáng)極中)發(fā)生生成水的反應(yīng)。在靠近筒狀體MEA出口的低溫部分處水呈水滴形式，并且會(huì)導(dǎo)致壓力損失。與之不同，當(dāng)使用質(zhì)子導(dǎo)電性固體電解質(zhì)時(shí)，質(zhì)子、氧分子、以及電子在陰極中(在外側(cè))反應(yīng)而生成水。由于外側(cè)實(shí)質(zhì)上敞開，即使水滴附著至出口附近的低溫部分，也不易導(dǎo)致壓力損失。
<根據(jù)本實(shí)施例的氣體分解組件>
I.陽(yáng)極集電體的鎳網(wǎng)片的Ila :
圖IA和圖IB中陽(yáng)極集電體11的鎳網(wǎng)片Ila是降低陽(yáng)極集電體11電阻的重要組成部分，其有助于降低氣流的壓力損失。如上所述，陽(yáng)極集電體11具有陽(yáng)極2/鎳網(wǎng)片Ila/ 多孔金屬體(Celmet)Ils/中央導(dǎo)電棒Ilk的導(dǎo)電路徑。不使用鎳網(wǎng)片Ila時(shí),多孔金屬體 Ils與陽(yáng)極2直接接觸。在這種情況下，即使多孔金屬體Ils由鍍金屬體諸如Celmet構(gòu)成， 如上所述接觸電阻也變高。鍍金屬體為具有預(yù)定厚度的片材形狀；顯微鏡下，樹枝狀金屬形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
當(dāng)在筒狀體MEA內(nèi)表面?zhèn)壬喜迦脲兘饘袤w作為第一電極集電體時(shí)，上述片狀鍍金屬體螺旋狀纏繞，并且這樣插入鍍金屬體，使得螺旋的軸心沿筒狀體MEA的軸心延伸。在螺旋片材的外周面中，螺旋中的最外緣或位于預(yù)定位置處的母線部分趨于與圓筒的內(nèi)表面接觸；然而，因?yàn)椴皇欠峭膱A而是螺旋的形狀，相對(duì)于上述部分位于內(nèi)側(cè)的部分趨于與第一電極分離。據(jù)此，在多孔金屬體與第一電極之間不易實(shí)現(xiàn)足夠大的接觸面積。同樣地，關(guān)于接觸壓力，在預(yù)定母線部分中能夠保證足夠高的接觸壓力，而相對(duì)于上述部分位于內(nèi)側(cè)的部分的接觸壓力則變得不夠。據(jù)此，當(dāng)在多孔金屬體與第一電極之間由直接接觸建立電連接時(shí)，接觸電阻變高，導(dǎo)致第一電極集電體的電阻增大。集電體電阻增大導(dǎo)致電化學(xué)反應(yīng)性能的劣化。更糟的是，為了增大接觸面積，常規(guī)方式是將多孔金屬體I Is連續(xù)布置在陽(yáng)極2的整個(gè)長(zhǎng)度上。多孔金屬體Ils在整個(gè)長(zhǎng)度上連續(xù)的這種布置導(dǎo)致所引入氣態(tài)流體的壓力損失的增加。
與之不同，通過使用金屬網(wǎng)片11a，尤其是鎳網(wǎng)片，可以使接觸電阻以下述方式降低。具體而言，由于鎳網(wǎng)片Ila具有單片形狀，鎳網(wǎng)片Ila的全周與第一電極的圓筒內(nèi)表面自然接觸。
作為例如施加用于填充筒狀體的外力(加壓)、以及對(duì)填充材料量的增加進(jìn)行調(diào)整的結(jié)果，金屬網(wǎng)片Ila與鍍金屬體Ils彼此相符，并向陽(yáng)極2凸出，導(dǎo)致與陽(yáng)極2的接觸面積增大。在金屬網(wǎng)片Ila與鍍金屬體Ils之間的接觸界面處，使金屬樹枝狀結(jié)構(gòu)互相壓貼， 并且進(jìn)入彼此的孔隙，從而實(shí)現(xiàn)互相接觸。據(jù)此，維持低接觸電阻。
如上所述，即使使用鍍金屬體Celmet (注冊(cè)商標(biāo))作為多孔金屬體Ils時(shí)，鎳網(wǎng)片的缺少導(dǎo)致相對(duì)較高的接觸電阻氣體分解組件10的陰極集電體12與陽(yáng)極集電體11之間的電阻為例如約4歐姆(Ω )至約7歐姆。通過將鎳網(wǎng)片Ila插入此結(jié)構(gòu)，可以使電阻降低至約I歐姆或更少，也就是，以大約4或者超過4的因數(shù)減小。
根據(jù)上述配置，其中在陽(yáng)極集電體11中使用鎳網(wǎng)片11a，揭示了以下發(fā)現(xiàn)。
(Fl)通過布置鎳網(wǎng)片11a，在筒狀MEA內(nèi)側(cè)斷續(xù)布置多孔金屬體Ils即可滿足需要。因此，在圖IA所示的配置中，可以實(shí)現(xiàn)足夠低的電阻。據(jù)此，消除了常規(guī)方式在筒狀 MEA 7整個(gè)長(zhǎng)度上連續(xù)布置多孔金屬體Ils的必要。
(F2)作為以間隔方式斷續(xù)布置多孔金屬體Ils的結(jié)果，可以顯著降低含氨的氣態(tài)流體流動(dòng)中的壓力損失。結(jié)果，例如，無(wú)需施加很大的壓差即可抽取從半導(dǎo)體制造設(shè)備廢氣單元排出的足夠大量的含氨的氣態(tài)流體，并且，可以降低抽出氣態(tài)流體所需的電力成本。
另外，可以放寬管道系統(tǒng)以及氣體分解組件的零部件對(duì)壓差的要求。因此，能提高成本效率，并且還能減少由于高壓差等導(dǎo)致事故的風(fēng)險(xiǎn)。
圖3A和圖3B圖示鎳網(wǎng)片11a。關(guān)于圖3A，使單相鎳片穿孔以形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。關(guān)于圖3B，編織鎳線以形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。這兩種片材都可以使用作為鎳網(wǎng)片11a。在圖3中，雖然鎳網(wǎng)片Ila并不具有圓筒形狀，但在實(shí)際氣體分解組件10中，可以使用這種頂部略微打開的不完整圓筒形狀的片材。
現(xiàn)在說明金屬網(wǎng)片的材料。金屬網(wǎng)片的材料并不局限于鎳。雖然金屬網(wǎng)片可以是任意片材，諸如織造織物、非織造織物、或者穿孔片材，但考慮到例如撓性以及孔隙尺寸的均勻分布，適宜的是織造織物。金屬材料的適宜示例包括鎳(N i )、鎳-鐵(N i -F e )、鎳-鈷 (Ni-Co)、鎳-鉻(Ni-Cr)、以及鎳-鎢(Ni-W)。網(wǎng)片可以具有鍍制層由這種金屬或合金構(gòu)成的結(jié)構(gòu)。例如，可以使用鍍鎳的鐵織造織物；其通過加熱形成合金，也就是，鎳-鐵合金。 在這種金屬或合金與第一電極結(jié)合時(shí)，能相對(duì)容易地實(shí)現(xiàn)用于網(wǎng)片形成金屬的還原氣氛， 而不必采用非常嚴(yán)格的密封條件。因此，能相對(duì)容易地進(jìn)行與第一電極的還原結(jié)合。特別地，鎳_鎢等具有優(yōu)異的催化作用，并且能促進(jìn)例如氨的分解。
2.銀膏涂布布線12g
以往，一般而言，將銀粒布置在陰極5中，因而，使用由銀粒導(dǎo)致的催化作用來(lái)提高氧分子的分解速度。然而，在包括含銀粒陰極5的結(jié)構(gòu)中，陰極5的成本變高，導(dǎo)致成本效率降低。代替將陰極5形成為含有銀粒，可以以位于陰極5外表面上的銀膏涂布層的形式，形成銀粒布線。
圖5圖示布置于筒狀陰極5外周面上的銀膏涂布布線12g和鎳網(wǎng)片12a。銀膏涂布布線12g可以這樣形成，例如，通過將銀膏涂至陰極5外周面，使得帶狀布線布置成網(wǎng)格圖案(在母線方向以及在環(huán)狀方向)，如圖5所示。
銀膏中，重要的是，使銀膏干燥或燒結(jié)，以提供具有高孔隙率的多孔結(jié)構(gòu)。圖6是圖示銀膏涂布布線12g表面的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像圖6A是圖像數(shù)據(jù)，以及，圖6B是該圖像數(shù)據(jù)的說明圖。在圖6B中，黑色區(qū)域代表孔隙，并且孔隙是彼此連通的。通過涂布以及干燥(燒結(jié))來(lái)提供如圖6中所示多孔結(jié)構(gòu)的銀膏是市售的。例如，可以使用由Kyoto Elex有限公司制造的DD-1240。形成銀膏涂布布線12g以使其成多孔狀的重要性基于以下原因。
優(yōu)選使供至陰極5的氧分子O2量最大化。此外，銀膏中所含銀粒具有催化作用， 其促進(jìn)陰極5中的陰極反應(yīng)(參見圖8)。通過在陰極5上施加銀膏涂布布線12g，以高密度形成多個(gè)點(diǎn)(接觸點(diǎn))，這些點(diǎn)處，金屬氧化物(允許陰極中的氧離子由此通過，諸如鍶摻雜的錳酸鑭(LSM))、銀粒、以及氧分子O2互相接觸。通過形成銀膏涂布布線12g以使其多孔， 大量的氧分子O2進(jìn)入多孔結(jié)構(gòu)的孔隙，以與接觸點(diǎn)接觸，增大了陰極反應(yīng)發(fā)生的幾率。
另外，由于含銀粒的銀膏涂布布線12g具有高導(dǎo)電率，連同鎳網(wǎng)片12a—起降低了陰極集電體12的電阻。據(jù)此，如上所述，銀膏涂布布線12g優(yōu)選連續(xù)布置成網(wǎng)格圖案(在母線方向以及在環(huán)狀方向)。位于外側(cè)的鎳網(wǎng)片12a纏繞成與銀膏涂布布線12g接觸并與之電連接。
總之，利用多孔的銀膏涂布布線12g，(I)能促進(jìn)陰極反應(yīng)，以及(2)能降低陰極集電體12的電阻。
銀膏涂布布線12g可以形成為網(wǎng)格圖案的帶狀外形，如圖5中所示，或者，可以形成在陰極5的整個(gè)外周面上。當(dāng)銀膏施加于陰極5的整個(gè)外周面時(shí)，術(shù)語(yǔ)“布線”可能有些別扭。然而，在本說明書中，在銀膏施加于外周面整個(gè)區(qū)域而不留空白區(qū)域的情況下，仍使用術(shù)語(yǔ)“銀膏涂布布線”。在這種銀膏施加于陰極5整個(gè)外周面的情況下，鎳網(wǎng)片12a可以省略。
當(dāng)省略鎳網(wǎng)片12a時(shí)，除了銀膏涂布層12g，可以使用金屬網(wǎng)片或鍍銀的金屬網(wǎng)片作為用于陰極5的集電體。在這種情況下，在保證透氣性的同時(shí)，能增強(qiáng)用于電極的集電能力。雖然陰極經(jīng)常與氧等接觸，但鍍銀層的催化作用促進(jìn)氧分子的分解以抑制陰極的氧化。 如同陰極5形成為含有銀粒的情況，鍍銀層能促進(jìn)氧分子的分解。
另外，鍍銀層會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)電率大幅度提高。具有鍍銀層的金屬網(wǎng)片提供了這樣的效果，因此，起著重要作用。
這里，雖然用于陰極5的金屬網(wǎng)片可以是任意片材，諸如織造織物、非織造織物、 或者穿孔片材，但考慮到例如撓性以及孔隙尺寸的均勻分布，適宜的是織造織物。金屬材料的適宜示例包括鎳、鎳-鐵、鎳-鈷、鎳-鉻、以及鎳-鎢。網(wǎng)片可以具有鍍銀層作為表面層。 例如，可以使用鍍銀的鎳織造織物。特別地，鎳-鎢等具有優(yōu)異的催化作用，并且能促進(jìn)例如氧分子的分解。
3.中央導(dǎo)電棒Ilk:
本實(shí)施方式具有這樣的特征，MEA 7是筒狀，以及，陽(yáng)極集電體11包括中央導(dǎo)電棒 Ilk。中央導(dǎo)電棒Ilk適宜由金屬形成，使得至少表面層不含鉻(Cr)。例如，適宜使用鎳導(dǎo)電棒Ilk。這是因?yàn)椋?dāng)采用含鉻不銹鋼時(shí)，在使用過程中，鉻中毒抑制陽(yáng)極2中陶瓷(諸如氧化禮摻雜的二氧化鋪(⑶c, gadolia-doped ceria))的功能。雖然中央導(dǎo)電棒Ilk的直徑?jīng)]有特別限制，但其優(yōu)選為筒狀固體電解質(zhì)I內(nèi)徑的約1/9至約1/3。例如，當(dāng)內(nèi)徑為18 毫米時(shí)，該直徑適宜為約2毫米至約6毫米。當(dāng)直徑過大時(shí)，最大氣流速度變低。當(dāng)直徑過小時(shí)，電阻變高，導(dǎo)致發(fā)電時(shí)電壓降低。具有片狀形狀的多孔金屬體Ils (Celmet片)螺旋狀緊密纏繞于中央導(dǎo)電棒Ilk周圍，以保持多孔金屬體Ils的螺旋狀態(tài)?？商娲?，通過電阻焊將片材的開始纏繞部分焊接至中央導(dǎo)電棒11k，然后，螺旋方式緊密纏繞片材以保持螺旋狀態(tài)。據(jù)此，多孔金屬體Hs與中央導(dǎo)電棒Ilk之間界面處的電阻較低。使用中央導(dǎo)電棒Ilk所提供的優(yōu)點(diǎn)如下。
(El)從陽(yáng)極2到外部配線的總電阻可以降低。也就是，實(shí)現(xiàn)陽(yáng)極集電體11電阻的降低。
(E2)使用現(xiàn)有筒狀MEA的缺點(diǎn)是內(nèi)表面?zhèn)鹊募婓w的外部端子不能會(huì)聚成簡(jiǎn)單并且較小的結(jié)構(gòu)。對(duì)于筒狀MEA內(nèi)表面?zhèn)壬系募?，多孔金屬體是不可缺少的；多孔金屬體的端部不易會(huì)聚，并且無(wú)法形成具有較小尺寸的端子部。例如，當(dāng)使多孔金屬的端部延伸以與外部實(shí)現(xiàn)電連接時(shí)，氣體分解組件本身的尺寸變大，并且大大降低了該組件的商業(yè)價(jià)值。
另外，考慮到壓力損失，多孔金屬體的延長(zhǎng)并不適宜。
此外，由于將含有氨的氣態(tài)流體引入筒狀MEA 7內(nèi)部，重要的是以高度氣密方式建立氣態(tài)流體傳送通道與筒狀MEA 7之間的連接、以及陽(yáng)極集電體11與外部配線之間的連接。在筒狀MEA 7的端部，設(shè)置了陽(yáng)極集電體與外部配線的連接部，還設(shè)置了與氣態(tài)流體傳送通道的連接部。
通過車螺紋、開槽等，能容易地對(duì)中央導(dǎo)電棒Ilk進(jìn)行加工。由于中央導(dǎo)電棒Ilk 是實(shí)心棒，其不會(huì)因一定程度的外部應(yīng)力而變形，并且能穩(wěn)定地保持其形狀。結(jié)果，能形成陽(yáng)極集電體12與外部配線之間的連接部，以使其具有簡(jiǎn)單并且較小的結(jié)構(gòu)。
(E3)為了有效地操作氣體分解組件10，需要將其加熱至600° C至1000° C。用于加熱的加熱器41的位置可布置于空氣通道外部。熱量從筒狀MEA 7外部傳播到內(nèi)部，并且筒狀MEA 7的端部自然具有高溫。為了將外部配線和氣態(tài)流體傳送通道以高度氣密方式與這樣的高溫端部連接，考慮到上述高溫，需要特殊的耐熱樹脂。另外，例如，隨著溫度升高，由氣體所導(dǎo)致的腐蝕趨于發(fā)生。據(jù)此，考慮到耐腐蝕性，會(huì)需要特殊材料。結(jié)果，可以使用的樹脂會(huì)局限于非常貴的樹脂。
與此不同，當(dāng)使用中央導(dǎo)電棒Ilk時(shí)，將其布置在離外部加熱器41側(cè)的外部最遠(yuǎn)的位置，并且中央導(dǎo)電棒Iik能容易地于軸向延伸。據(jù)此，在相對(duì)低溫的延伸位置，能以高度氣密方式實(shí)現(xiàn)與外部配線的電連接、以及與氣態(tài)流體傳送通路的連接。結(jié)果，消除了使用特殊樹脂的需求，并能使用具有普通水平耐熱性和耐腐蝕性的樹脂。因此，能提高成本效率，并且能增強(qiáng)耐久性。
圖4圖示中央導(dǎo)電棒Ilk與外部配線Ile之間的連接狀態(tài)、以及筒狀MEA 7與氣態(tài)流體傳送通道45之間的連接狀態(tài)。氟碳樹脂形成的管狀接頭30與筒狀MEA 7的端部接合。執(zhí)行接合使得保持下述狀態(tài)接合部31b從管狀接頭30的本體部31向固體電解質(zhì)I 延伸，接合部31b的內(nèi)表面?zhèn)壬纤哂械腛形環(huán)33鄰接由作為燒結(jié)體的陶瓷所構(gòu)成的固體電解質(zhì)I的外表面。據(jù)此，管狀接頭30的接合部31b形成為具有以錐形方式變化的外徑。錐形部是帶螺紋的，并且將圓螺母32擰至此螺紋。通過在外徑增大方向旋緊圓螺母，將接合部31b在其外表面旋緊。因此，能調(diào)節(jié)O形環(huán)33的氣密性。
在管狀接頭30的本體部31中，設(shè)置以氣密方式穿透本體部31的導(dǎo)電貫通部37c。 為了保證氣密性，例如，施加密封樹脂38。導(dǎo)電貫通部37c優(yōu)選是帶螺紋的圓柱形桿，以便旋緊螺母39，用于保證與外部配線lie電連接的目的。將導(dǎo)電引線37b與導(dǎo)電貫通部37c 中位于管內(nèi)的端部連接。導(dǎo)電引線37b的另一端與連接板37a連接。
使用連接工具諸如螺絲刀，用插進(jìn)管狀接頭30的凸出孔部31a的螺絲刀旋緊螺釘 34，建立連接板37a與中央導(dǎo)電棒Ilk的末端部35之間的電連接。通過用螺絲刀旋緊螺釘 34，能基本上消除末端部35與連接板37a之間電連接的電阻(接觸電阻)。
通過將外部配線12e纏繞于陰極集電體12的鎳網(wǎng)片12a的端部外周周圍，能建立與外部的連接。與從陽(yáng)極集電體11到外部的連接相比，由于陰極5位于筒狀MEA 7的外表面?zhèn)?，建立連接的難度低。
氣態(tài)流體傳送通道45優(yōu)選是由例如樹脂構(gòu)成的可彈性變形管。管45接合在凸出孔部31a的外周，并且用緊固件47緊固。結(jié)果，能得到高度氣密的連接。
在圖4中，陽(yáng)極集電體11與外部配線lie之間的連接、以及管狀接頭30與氣態(tài)流體傳送通道45之間的連接，二者都由非常簡(jiǎn)單并且較小的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。另外，使用中央導(dǎo)電棒Ilk以及與之連接的末端部35，將這兩種連接布置在與來(lái)自加熱器的熱流主流分開的位置處。據(jù)此，使用氟碳樹脂(其為普通的耐熱或耐腐蝕樹脂)，可保證長(zhǎng)期重復(fù)使用的耐久性。需確認(rèn)的是，應(yīng)當(dāng)注意到，如上所述，中央導(dǎo)電棒Ilk與多孔金屬體Ils以較低接觸電阻電連接。
下面，說明組件的配置。
〈陽(yáng)極2>
_配置與作用-
圖7是固體電解質(zhì)I是氧離子導(dǎo)電性情況下陽(yáng)極2中電化學(xué)反應(yīng)的說明圖。含氨的氣態(tài)流體引入陽(yáng)極2并流過孔隙2h。陽(yáng)極2是主要由金屬顆粒鏈21 (其表面經(jīng)氧化而具有氧化層)與氧離子導(dǎo)電性陶瓷22構(gòu)成的燒結(jié)體。氧離子導(dǎo)電性陶瓷22的示例包括鈧穩(wěn)定的氧化鋯(SSZ)、釔穩(wěn)定的氧化鋯(YSZ)、釤穩(wěn)定的二氧化鈰(SDC)、鎵酸鑭(LSGM)和氧化釓穩(wěn)定的二氧化鈰(GDC)。
金屬顆粒鏈21的金屬適宜為鎳(Ni)或含鐵(Fe)的鎳。更適宜為含微量約2至約 IOOOOppm 鈦(Ti)的金屬。
(I)鎳本身具有促進(jìn)氨分解的催化作用。當(dāng)鎳含有微量鐵或鈦時(shí)能進(jìn)一步增強(qiáng)催化作用。當(dāng)使這樣的鎳氧化以形成氧化鎳時(shí)，由于金屬元素導(dǎo)致的催化作用能得到進(jìn)一步增強(qiáng)。應(yīng)當(dāng)注意到，氨的分解反應(yīng)(陽(yáng)極反應(yīng))是還原反應(yīng)；在所要使用的產(chǎn)品中，鎳顆粒鏈具有通過燒結(jié)等形成的氧化層；作為使用此產(chǎn)品的結(jié)果，也使陽(yáng)極中的金屬顆粒鏈還原，并且使氧化層消失。然而，鎳本身肯定有催化作用。另外，為了補(bǔ)償氧化層的欠缺，鎳可以含有鐵或鈦，以補(bǔ)償催化作用的劣化。
除了催化作用之外，在陽(yáng)極中，在分解反應(yīng)中使用氧離子。具體而言，在電化學(xué)反應(yīng)中進(jìn)行分解。在陽(yáng)極反應(yīng)2NH3+302_ —N2+3H20+6e_*，氧離子有助于顯著提高氨的分解速度。(3)在陽(yáng)極反應(yīng)中，產(chǎn)生自由電子e_。當(dāng)電子e—留在陽(yáng)極2中時(shí)，陽(yáng)極反應(yīng)的發(fā)生受到抑制。金屬顆粒鏈21具有細(xì)長(zhǎng)鏈形狀；覆蓋有氧化層21b的內(nèi)容物21a由作為良好導(dǎo)體的金屬(鎳)構(gòu)成。電子e_于鏈狀金屬顆粒鏈的縱向順暢流動(dòng)。據(jù)此，電子e_不會(huì)停留在陽(yáng)極2中，并且經(jīng)過金屬顆粒鏈21的內(nèi)容物21a到達(dá)外部。金屬顆粒鏈21非常便利于電子 e—的通過。綜上所述，本發(fā)明的實(shí)施例的特征是，陽(yáng)極中的下列(el)、(e2)、以及(e3)。
(el)由鎳顆粒鏈、含鐵鎳鏈、或含鐵和含鈦的鎳顆粒鏈促進(jìn)分解反應(yīng)(高催化作用)
(e2)由氧離子促進(jìn)分解(促進(jìn)電化學(xué)反應(yīng)中的分解)
(e3)以金屬顆粒鏈的鏈狀優(yōu)良導(dǎo)體建立電子導(dǎo)電性(高電子導(dǎo)電性)
這些(el)、(e2)、以及(e3)顯著促進(jìn)了陽(yáng)極反應(yīng)。
通過簡(jiǎn)單地提高溫度并且使待分解氣體與催化劑接觸，進(jìn)行此氣體的分解。如上所述，這是文獻(xiàn)中披露的并且也是公知的。然而，如上所述，在構(gòu)成燃料電池的組件中，在反應(yīng)中使用供自陰極5并且經(jīng)過離子導(dǎo)電性固體電解質(zhì)I的氧離子，并且使得到的電子傳導(dǎo)至外部；因此，顯著提高了分解速度。本發(fā)明的一大特征是上述功能(el)、(e2)、以及(e3)， 以及提供這些功能的配置。
在上述說明中，描述了固體電解質(zhì)I是氧離子導(dǎo)電性的情況?？商娲?，固體電解質(zhì)I可以是質(zhì)子(H+)導(dǎo)電性。在這種情況下，陽(yáng)極2中的離子導(dǎo)電性陶瓷22可以是質(zhì)子導(dǎo)電性陶瓷,例如,鋯酸鋇。
_混合與燒結(jié)-
當(dāng)陽(yáng)極2中的氧離子導(dǎo)電性金屬氧化物(陶瓷)是鈧穩(wěn)定的氧化鋯(SSZ)時(shí)，SSZ原料粉末具有約O. 5微米(μ m)至約50 μ m的平均粒徑。表面經(jīng)氧化的金屬顆粒鏈21與SSZ 22的混合比(摩爾比)在O. I至10的范圍內(nèi)。對(duì)混合物進(jìn)行燒結(jié)，例如，通過將其在1000°C 一 1600°C溫度范圍下在空氣氣氛中保持30至180分鐘。下面描述制造方法，特別是，有關(guān)筒狀MEA 7的制造方法。
〈金屬顆粒鏈21>
_還原沉淀過程_
金屬顆粒鏈21適宜通過還原沉淀過程制造。在例如日本未經(jīng)審查的專利申請(qǐng)公開No. 2004-332047中，具體描述了用于金屬顆粒鏈21的這種還原沉淀過程。這里所描述的還原沉淀過程采用三價(jià)鈦(Ti)離子作為還原劑，并且沉淀含有微量鈦的金屬顆粒(諸如鎳顆粒)。據(jù)此，對(duì)鈦含量進(jìn)行的定量分析允許識(shí)別采用三價(jià)鈦離子通過還原沉淀過程產(chǎn)生的顆粒。通過改變與三價(jià)鈦離子共存的金屬離子的類型，能得到所期望的金屬顆粒；為了得到鎳顆粒，與三價(jià)鈦離子一起使用鎳離子；添加微量鐵離子，導(dǎo)致形成含有微量鐵(trace amount of Fe)的鎳顆粒鏈。
為了形成顆粒鏈，金屬需要為鐵磁性金屬，并且還滿足預(yù)定或更大的尺寸。由于鎳和鐵是鐵磁性金屬，可以容易地形成金屬顆粒鏈。在此過程期間需要滿足關(guān)于尺寸的要求， 在此過程中，鐵磁性金屬形成磁疇，導(dǎo)致通過磁力結(jié)合在一起，并且，在此結(jié)合狀態(tài)下，實(shí)現(xiàn)金屬沉淀以及隨后的金屬層生長(zhǎng)，以導(dǎo)致累積為金屬體。在通過磁力使具有預(yù)定或更大尺寸的金屬顆粒結(jié)合在一起之后，金屬沉淀繼續(xù)例如，結(jié)合的金屬顆粒之間邊界處的頸部連同金屬顆粒的其他部分一起生長(zhǎng)為更厚。
陽(yáng)極2中所含的金屬顆粒鏈21優(yōu)選具有大于或等于5納米(nm)并且小于或等于16500納米的平均直徑D、以及大于或等于O. 5微米并且小于或等于1000微米的平均長(zhǎng)度L。 平均長(zhǎng)度L與平均直徑D之比優(yōu)選大于或等于3。應(yīng)當(dāng)注意到，金屬顆粒鏈21可以具有不滿足這些范圍的尺寸。
_氧化層的形成_
對(duì)于陽(yáng)極2來(lái)說，因?yàn)橐M(jìn)行還原，表面氧化處理的重要性稍稍減少。
下文中，說明這種表面氧化處理。三種工藝是適宜的(i)通過氣相處理的熱氧化；(ii)電解氧化；以及(iii)化學(xué)氧化。在(i)中，處理適宜以500°C: — 70(TC:在空氣中進(jìn)行I一30分鐘；這是最簡(jiǎn)單的過程；然而，不易實(shí)現(xiàn)對(duì)氧化膜厚度的控制。在(ii)中，通過施加相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)氫電極約3伏的電勢(shì)，經(jīng)陽(yáng)極氧化實(shí)現(xiàn)表面氧化；此過程的特點(diǎn)在于，通過根據(jù)表面積改變電量，能控制氧化膜的厚度；然而，對(duì)于較大面積，不易形成均勻的氧化膜。 在(iii)中，通過在溶解有氧化劑如硝酸的溶液中浸潰約I分鐘至約5分鐘，進(jìn)行表面氧化； 通過改變時(shí)間、溫度、或氧化劑的類型，可以控制氧化膜的厚度；然而，沖洗掉該試劑比較麻煩。雖然所有這些工藝都適宜，但(i)和(iii)更優(yōu)選。
氧化層適宜具有I納米至100納米范圍的厚度，更適宜具有10納米至50納米范圍的厚度。應(yīng)當(dāng)注意到，厚度可以不在這樣的范圍中。當(dāng)氧化膜的厚度過小時(shí)，不足以提供催化作用；另外，即使在還原性很弱的氣氛中也會(huì)導(dǎo)致金屬化。另一方面，當(dāng)氧化膜的厚度過大時(shí)，足以維持催化作用；然而，在界面處電子導(dǎo)電性劣化，導(dǎo)致發(fā)電性能的劣化。
〈陰極〉
_配置與作用-
圖8是在固體電解質(zhì)I是氧離子導(dǎo)電性的情況下陰極5中電化學(xué)反應(yīng)的說明圖。 在陰極5中，引入空氣尤其是氧分子。
陰極5是主要由氧離子導(dǎo)電性陶瓷52構(gòu)成的燒結(jié)體。在這種情況下，氧離子導(dǎo)電性陶瓷52的適宜示例包括LSM (鍶摻雜的錳酸鑭)、LSC (鍶摻雜的鈷酸鑭)、以及SSC (鍶摻雜的鉆Ife韋>)。
在根據(jù)本實(shí)施例的陰極5中，銀粒布置成銀膏涂布布線12g的形式。按這種形式， 銀粒表現(xiàn)出顯著促進(jìn)陰極反應(yīng)02+4e_ — 202—的催化作用。結(jié)果，陰極反應(yīng)能以非常高的速度進(jìn)行。銀粒適宜具有10納米至100納米的平均尺寸。
在上述說明中，描述了固體電解質(zhì)I是氧離子導(dǎo)電性的情況?？商娲?，固體電解質(zhì)I可以是質(zhì)子(H+)導(dǎo)電性。在這種情況下，陰極5中的離子導(dǎo)電性陶瓷52可以是質(zhì)子導(dǎo)電性陶瓷，適宜是鋯酸鋇等。
_ 燒結(jié)-
適宜使用具有約O. 5微米至約50微米平均尺寸的鈧穩(wěn)定的氧化鋯(SSZ)。燒結(jié)條件是于1000T； 一 1600‘_C溫度范圍下在空氣氣氛中保持約30分鐘至約180分鐘。
〈固體電解質(zhì)〉
雖然電解質(zhì)I可以是固體氧化物、碳酸鹽融燒物(molten carbonate)、磷酸、固相聚合物等，但固體氧化物是適宜的，因?yàn)槠淇梢砸暂^小尺寸使用，并且易于處理。固體氧化物I的適宜示例包括氧離子導(dǎo)電性氧化物，諸如SSZ (鈧穩(wěn)定的氧化鋯)、YSZ (釔穩(wěn)定的氧化鋯)、SDC (釤穩(wěn)定的二氧化鈰)、LSGM (鎵酸鑭)、以及⑶C (氧化釓摻雜的二氧化鈰)?？商娲?，如上所述，可以使用質(zhì)子導(dǎo)電性鋯酸鋇。
〈鍍金屬體〉
多孔金屬體Ils適宜為鍍金屬體，其為用于陽(yáng)極2的集電體的重要組成部分。多孔金屬體11適宜是金屬鍍制的多孔體，尤其是，鍍鎳多孔體，即上述的Celmet (注冊(cè)商標(biāo))。 鍍鎳多孔體能形成為具有例如大于或等于O. 6并且小于或等于O. 98的高孔隙率；因此，鍍鎳多孔體能作為用于陽(yáng)極2 (其作為內(nèi)表面?zhèn)鹊碾姌O)的集電體的組成部分，并且，也能具有非常高的透氣性。當(dāng)孔隙率小于O. 6時(shí)，壓力損失變高；當(dāng)采用泵等執(zhí)行強(qiáng)制循環(huán)時(shí)，能量效率降低，以及，例如，導(dǎo)致離子導(dǎo)電部件等的彎曲變形，這是不適宜的。為了減小壓力損失，并且抑制對(duì)離子導(dǎo)電部件的損壞，孔隙率適宜為大于或等于O. 8，優(yōu)選為大于或等于 0.9。另一方面，當(dāng)孔隙率大于O. 98時(shí)，導(dǎo)電率變低，使集電能力劣化。
<筒狀MEA的制造方法>
參見圖9，說明筒狀MEA 7制造方法的概要。圖9圖示分別燒制陽(yáng)極2以及陰極5 的步驟。首先購(gòu)買并準(zhǔn)備市售的筒狀固體電解質(zhì)I。然后形成陰極5時(shí)，通過將陰極形成材料溶解在溶劑中制備溶液，以實(shí)現(xiàn)預(yù)定的流動(dòng)性；并且將此溶液均勻地施加至筒狀固體電解質(zhì)的外表面。然后，在適合于陰極5的燒制條件下燒制所施加的溶液。接著，進(jìn)行陽(yáng)極2 的形成。除了圖9中所示的制造方法，還有許多變化方式。在只執(zhí)行一次燒制的情況下，燒制并非如圖9中所示的分開進(jìn)行，而是將這兩個(gè)部分形成為施加狀態(tài)，并且最終在適合于這兩個(gè)部分的條件下，燒制這些部分。另外，有許多變化方式?？梢跃C合考慮例如形成這些部分的材料、目標(biāo)分解效率、以及生產(chǎn)成本,確定生產(chǎn)條件。
<氣體分解組件的布置>
圖10圖示氣體分解組件10布置的示例。圖IOA圖示采用單個(gè)筒狀MEA 7的氣體解毒裝置。圖IOB圖示并行布置有多個(gè)圖IOA中所示結(jié)構(gòu)(12個(gè)結(jié)構(gòu))配置的氣體解毒裝置。當(dāng)由單個(gè)MEA 7提供的處理能力不夠時(shí)，多個(gè)MEA 7的并行布置允許能力增加而無(wú)需麻煩的處理。在多個(gè)筒狀MEA 7的每一個(gè)中，將陽(yáng)極集電體11 (IlaUls和Ilk)插在內(nèi)表面?zhèn)?，并且使含氨的氣態(tài)流體通過內(nèi)表面?zhèn)取Ｔ谕矤頜EA 7的外表面?zhèn)?，設(shè)置空間S，使得高溫空氣或高溫氧氣與外表面接觸。
加熱器41是加熱單元，其可以布置成與并行布置的所有筒狀MEA 7結(jié)合在一起。 在這種所有結(jié)構(gòu)都結(jié)合在一起的配置中，能實(shí)現(xiàn)尺寸減小。
(第三實(shí)施例)
圖IlA是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的氣體分解組件10的縱向剖視圖。圖IlB是沿圖 IlA中XIB-XIB線的剖視圖。本實(shí)施例具有這樣一種特征，陽(yáng)極集電體11由與陽(yáng)極2接觸的鎳膏層Hg/多孔金屬體Hs/中央導(dǎo)電棒Ilk構(gòu)成。具體而言，本特征為，用鎳膏層Ilg 取代在圖IA和圖IB中所示氣體分解組件10的鎳網(wǎng)片11a。
如上所述，盡管使用鍍金屬體Celmet (注冊(cè)商標(biāo))作為多孔金屬體11s，但接觸電阻相對(duì)較高氣體分解組件10的陰極集電體12與陽(yáng)極集電體11之間的電阻為例如約6歐姆。在這種結(jié)構(gòu)中，通過另外形成鎳膏層llg，電阻可以降低至約2歐姆，也就是，以大約3 為因數(shù)減少了電阻。這種降低電阻的效果與鎳網(wǎng)片Ila是等效的。
優(yōu)選地，考慮例如成本效率以及生產(chǎn)的容易程度，確定鎳膏層Ilg與鎳網(wǎng)片Ila之間的選擇。
(另一氣體分解組件)
表I中描述了可以應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明氣體分解組件的其他氣體分解反應(yīng)的示例。氣體分解反應(yīng)Rl是第一實(shí)施例和第三實(shí)施例中所描述的氨/氧分解反應(yīng)。另外，根據(jù)本發(fā)明的氣體分解組件可以應(yīng)用于所有氣體分解反應(yīng)R2至R8 :具體而言，氨/水、氨/氮氧化物 (NOx)、氫/氧、氨/ 二氧化碳、VOC (揮發(fā)性有機(jī)化合物)/氧、VOC/氮氧化物、水/氮氧化物等。在上述所有反應(yīng)中，第一電極并不局限于陽(yáng)極，也可以是陰極。使此陰極與另一電極構(gòu)成一對(duì)。
[表I]
權(quán)利要求
1.一種用于分解氣體的氣體分解組件，包括筒狀體膜電極組合體(MEA)，其包括內(nèi)表面?zhèn)鹊牡谝浑姌O、外表面?zhèn)鹊牡诙姌O、以及夾在所述第一電極與所述第二電極之間的固體電解質(zhì)；以及多孔金屬體，其插在所述筒狀體MEA的內(nèi)表面?zhèn)?，并且與所述第一電極電連接，其中，將金屬網(wǎng)片或金屬膏布置在所述第一電極與所述多孔金屬體之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氣體分解組件，其中，通過對(duì)單相或復(fù)合相金屬片進(jìn)行穿孔、 或者通過將金屬線材編織成為網(wǎng)片，形成所述金屬網(wǎng)片，以及，至少所述金屬網(wǎng)片的表面層不含鉻。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氣體分解組件，其中，所述金屬膏不含鉻。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至權(quán)利要求3中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的氣體分解組件，其中，所述多孔金屬體于所述筒狀體MEA的軸心方向斷續(xù)布置。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至權(quán)利要求4中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的氣體分解組件，其中，將含鎳合金網(wǎng)片或鎳膏布置在所述第一電極與所述多孔金屬體之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至權(quán)利要求5中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的氣體分解組件，其中，所述第一電極和/或所述第二電極是這樣的燒結(jié)體，其包含離子導(dǎo)電性陶瓷和主要含鎳(Ni)的金屬顆粒鏈。
7.根據(jù)權(quán)利要求I至權(quán)利要求6中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的氣體分解組件，其中，所述固體電解質(zhì)具有氧離子導(dǎo)電性或質(zhì)子導(dǎo)電性。
8.根據(jù)權(quán)利要求I至權(quán)利要求7中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的氣體分解組件，其中，所述多孔金屬體是鍍金屬體。
9.根據(jù)權(quán)利要求I至權(quán)利要求8中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的氣體分解組件，其中，將第一氣態(tài)流體引入所述第一電極，將第二氣態(tài)流體引入所述第二電極，以及，從所述第一電極和所述第二電極輸出電力。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的氣體分解組件，進(jìn)一步包括加熱器，其中，將所述電力供至所述加熱器。
11.一種氨分解組件，包括根據(jù)權(quán)利要求I至權(quán)利要求10中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的氣體分解組件，其中，將含氨的氣態(tài)流體引入所述第一電極，以及，將含氧分子的氣態(tài)流體引入所述第二電極。
12.根據(jù)權(quán)利要求I至權(quán)利要求8中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的氣體分解組件，其中，將第三氣態(tài)流體引入所述第一電極，將第四氣態(tài)流體引入所述第二電極，以及，通過所述第一電極和所述第二電極供電。
13.一種發(fā)電裝置，包括權(quán)利要求9至權(quán)利要求11中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的氣體分解組件、以及將所述電力供給另外的電氣裝置的供電部。
14.一種用于流體的電化學(xué)反應(yīng)裝置，包括權(quán)利要求I至權(quán)利要求13中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的氣體分解組件。
15.一種用于分解氣體的氣體分解組件，包括筒狀體膜電極組合體(MEA)，其包括內(nèi)表面?zhèn)鹊牡谝浑姌O、外表面?zhèn)鹊牡诙姌O、以及夾在所述第一電極和所述第二電極之間的固體電解質(zhì)；以及，在所述第一電極或所述第二電極上形成銀膏涂布層，其中，所述銀膏涂布層是多孔體。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的氣體分解組件，其中，形成所述銀膏涂布層所在的電極的主要部分不含銀粒。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或權(quán)利要求16所述的氣體分解組件，其中，所述銀膏涂布層包括形成為網(wǎng)格圖案的帶狀布線。
18.根據(jù)權(quán)利要求15或權(quán)利要求16所述的氣體分解組件，其中，所述銀膏涂布層形成為覆蓋所述第一電極或所述第二電極的整個(gè)表面。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的氣體分解組件，其中，對(duì)于整個(gè)表面上形成有所述銀膏涂布層的所述電極，只使用所述銀膏涂布層作為集電體。
20.根據(jù)權(quán)利要求15至權(quán)利要求18中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的氣體分解組件，其中， 除了所述銀膏涂布層之外，還使用金屬網(wǎng)片或鍍銀金屬網(wǎng)片作為用于所述第二電極的集電體。
21.根據(jù)權(quán)利要求15至權(quán)利要求20中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的氣體分解組件，其中，所述第一電極和/或所述第二電極是這樣的燒結(jié)體，其包含離子導(dǎo)電性陶瓷和主要含鎳(Ni) 的金屬顆粒鏈。
22.根據(jù)權(quán)利要求15至權(quán)利要求21中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的氣體分解組件，其中，所述固體電解質(zhì)具有氧離子導(dǎo)電性或質(zhì)子導(dǎo)電性。
23.根據(jù)權(quán)利要求15至權(quán)利要求22中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的氣體分解組件，其中，將第一氣態(tài)流體引入所述第一電極，將第二氣態(tài)流體引入所述第二電極，以及，從所述第一電極和所述第二電極輸出電力。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的氣體分解組件，進(jìn)一步包括加熱器，其中，將所述電力供至所述加熱器。
25.一種氨分解組件，包括根據(jù)權(quán)利要求15至權(quán)利要求24中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的氣體分解組件，其中，將含氨的氣態(tài)流體引入所述第一電極，以及，將含氧分子的氣態(tài)流體引入所述第二電極。
26.根據(jù)權(quán)利要求15至權(quán)利要求22中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的氣體分解組件，其中，將第三氣態(tài)流體引入所述第一電極，將第四氣態(tài)流體引入所述第二電極，以及，通過所述第一電極和所述第二電極供電。
27.一種發(fā)電裝置，包括權(quán)利要求23至權(quán)利要求25中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的氣體分解組件、以及將所述電力供給另外的電氣裝置的供電部。
28.一種用于流體的電化學(xué)反應(yīng)裝置，包括權(quán)利要求15至權(quán)利要求27中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的氣體分解組件。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種氣體分解組件，其采用電化學(xué)反應(yīng)以降低運(yùn)行成本并且能具有高處理性能的氣體分解組件。本氣體分解組件包括筒狀體MEA(7)，其包括內(nèi)表面?zhèn)鹊年?yáng)極(2)、外表面?zhèn)鹊年帢O(5)、以及固體電解質(zhì)(1)；以及多孔金屬體(11s)，其插在筒狀體MEA的內(nèi)表面?zhèn)?，并且與陽(yáng)極(2)電連接，其中，將金屬網(wǎng)片(11a)布置在陽(yáng)極(2)與多孔金屬體(11s)之間。另一種氣體分解組件包括筒狀MEA(7)和形成在陰極(5)上的銀膏涂布布線(12g)，其中，銀膏涂布布線(12g)是多孔體。
文檔編號(hào)H01M8/12GK102939152SQ20118002823
公開日2013年2月20日 申請(qǐng)日期2011年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月7日
發(fā)明者平巖千尋, 真島正利, 桑原鐵也, 倉(cāng)本敏行, 上田登志雄, 粟津知之 申請(qǐng)人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社