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公開番号2025091399
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-18
出願番号2024212354
出願日2024-12-05
発明の名称温度可変剛性を有する機械的補強要素を組み込んだ電気化学電池のスタックを有する、電解もしくは共電解の反応器(SOEC)または燃料電池(SOFC)
出願人コミッサリアアレネルジーアトミークエオゼネルジザルタナテイヴ
代理人個人,個人,個人
主分類C25B 1/042 20210101AFI20250611BHJP(電気分解または電気泳動方法;そのための装置)
要約【課題】電気化学電池のスタックを備える、改善された電気化学装置を提供する。
【解決手段】本発明は、電気化学電池と流体電気相互接続部との交互の従来の積み重ねによる組み立てによって形成される電気化学装置に関し、少なくとも1つの機械的補強要素が、初期の熱機械的処理ステップの間に積み重ねにおいて起こる傾向がある曲げ力を受け止めるために、各段に設置される。
【選択図】図6
特許請求の範囲【請求項１】
高温において動作するように意図された、ＳＯＥＣ式の電解もしくは共電解の反応器、またはＳＯＦＣ式燃料電池を構成する電気化学装置（１）であって、
固体酸化物に基づくＳＯＥＣ／ＳＯＦＣ式の電気化学電池（２）と、前記電気化学電池の各々の両側に個別に配置される電気流体相互接続部（３）とのスタックであって、各相互接続部は、前記電池への電流の供給または回収をするために、および、各電気化学電池の各電極にわたって気体の供給、回収、および循環を行うために、電子伝導性気密材料から作られる少なくとも１つの構成部品を備える、スタックと、
前記スタックの端に配置され、端板と呼ばれる２つの板（６）と、
前記端板のうちの１つの面と接触して、前記電気化学電池の電極と接触して、または、相互接続部の面と接触して、各々が配置される複数の電気接触要素（４、５）と、
前記スタックの中で各気体入口／出口の周りを封止することを確実にするために、貫通孔の各々の周りに各々が配置される複数のシール（７）と、
前記端板のうちの１つの面と接触して、前記電気化学電池の電極と接触して、または、相互接続部の面と接触して、各々が配置される複数の機械的補強要素（１０）であって、前記装置の動作の前に、前記装置の温度における第１の上昇において、前記補強要素が、前記シールと同時に軟化してから融解することで、前記端板および前記相互接続部の曲げを制限するように、温度の関数として変化可能であって前記シールの剛性と実質的に等しい剛性を呈する電気的に絶縁性の材料から作られる複数の機械的補強要素（１０）と
を備える、電気化学装置（１）。
続きを表示（約 890 文字）【請求項２】
前記機械的補強要素は、前記シールと同じ構成材料、好ましくはガラスセラミックを含む、請求項１に記載の電気化学装置。
【請求項３】
前記機械的補強要素の少なくとも一部分が、前記端板の前記面の中心、前記電気化学電池の前記電極の中心、または、前記相互接続部の前記面の中心に配置される、請求項１または２に記載の電気化学装置。
【請求項４】
前記機械的補強要素の表面積は、０．１ｃｍ
２
から１０ｃｍ
２
までの間であり、より好ましくは０．５ｃｍ
２
である、請求項１から３のいずれか一項に記載の電気化学装置。
【請求項５】
前記機械的補強要素は、ビーズの形態であり、好ましくは、それら自体において閉じられている、および／または、固体パッドの形態である、請求項１から４のいずれか一項に記載の電気化学装置。
【請求項６】
前記電気接触要素は、好ましくは金から作られる少なくとも１つの導電性の格子を備える、請求項１から５のいずれか一項に記載の電気化学装置。
【請求項７】
１つの電池電極と接触している前記格子の数が、１から１０までの間であり、好ましくは５である、請求項６に記載の電気化学装置。
【請求項８】
前記格子の表面積が、０．５ｃｍ
２
から５ｃｍ
２
までの間であり、好ましくは２ｃｍ
２
程度である、請求項６または７に記載の電気化学装置。
【請求項９】
１つまたは複数の前記格子は、前記相互接続部の前記面および／または前記端板の前記面に直接的に溶接される、請求項６から８のいずれか一項に記載の電気化学装置。
【請求項１０】
前記機械的補強要素が、前記格子の中心に作られる切り欠きに配置される固体パッドの形態である、請求項５と組み合わされた、請求項６から９のいずれか一項に記載の電気化学装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）の分野、水の高温電解（ＨＴＥ）、または同様に固体酸化物との高温水蒸気電解（ＨＴＳＥ）の分野（固体酸化物電解槽電池についてのＳＯＥＣ）、および、水と二酸化炭素ＣＯ
２
および二酸化窒素ＮＯ
２
から選択される他の気体との高温共電解の分野に関する。
続きを表示（約 1,700 文字）【０００２】
本発明は、より詳細には、基本電気化学電池のスタックを有する、水の高温電解（ＨＴＥ）または共電解、ＳＯＥＣ式の高温電解（ＨＴＥ）または共電解、またはＳＯＦＣ式の燃料電池の高温電解（ＨＴＥ）または共電解のための反応器を構成する電気化学装置の実現に関する。
【０００３】
本発明は、そのような装置などの組み立ておよび動作を向上させることに最も向けられている。
【０００４】
本発明は、主に、水の高温電解の適用を参照して記載されているが、ＳＯＦＣ式燃料電池など、水、および、二酸化炭素（ＣＯ
２
）から選択される他の気体の共電解にも完全に適用可能である。
【０００５】
本発明は、代替で、水素、例えばメタン（ＣＨ
４
）などの炭化水素、または、ＮＨ
３
などの任意の他の燃料を、その燃料として使用するＳＯＦＣ式燃料電池に適用可能である。
【背景技術】
【０００６】
ＳＯＦＣ式燃料電池またはＨＴＥ電解槽は、互いに重ね合わされた３つの層であるアノード／電解質／カソードと、双極板または相互接続部とも呼ばれる金属合金から作られた相互接続板とから成る固体酸化物電気化学電池を各々が備える基本構成要素の積み重ねから成る電気化学装置である。相互接続部の機能は、電流を通過させ、各電池の近傍において気体を循環させることと（ＨＴＥ電解槽では、注入された蒸気、ならびに抽出された水素および酸素であり、ＳＯＦＣ電池では、注入された空気および水素、ならびに抽出された水）、電池のアノード側およびカソード側における気体循環室であるアノード室とカソード室のそれぞれに分離することとの両方である。
【０００７】
上記の高温電解（ＨＴＥ）を行うために、典型的には６００℃から９５０℃までの間で、蒸気（Ｈ
２
Ｏ）がカソード室へと注入される。電池に印加される電流の効果の下で、蒸気の形態での水分子が水素電極（カソード）と電解質との間の境界面において解離し、この解離は、二水素の気体（Ｈ
２
）と酸素イオンとを生成する。二水素は、水素室の出口において回収されて排出される。酸素イオン（Ｏ
２
－
）は、電解質を通じて移動し、電解質と酸素電極（アノード）との間の境界面において二原子酸素へと再結合する。
【０００８】
ＳＯＦＣ式燃料電池の動作を確保するために、空気（酸素）がカソード室へと注入され、水素がアノード室へと注入される。水素（Ｈ
２
）はＨ
＋
イオンへと変換され、電子を放出し、その電子はアノードによって捕獲される。Ｈ
＋
イオンはカソードに到着し、そこで、空気に由来する酸素から形成されるＯ
２
－
イオンと組み合わされて水を作る。カソードへのＨ
＋
イオンおよび電子の移動は、水素に基づいた連続的な電流の生成をすることになる。
【０００９】
ＨＴＥ電解の場合に生成される水素および酸素の流れを増加させるために、または、ＳＯＦＣ式燃料電池の場合に供給される電力を増加させるために、複数の基本電気化学電池を相互接続部による分離を伴って次々と積み重ねることは、知られている実施である。組立体は、電解槽（電解反応器）またはＳＯＦＣ式燃料電池の電気供給および気体供給／回収を支持する２つの端連結板の間に位置付けられる。
【００１０】
さらに、相互接続部と電極との間に作られる電気接触の品質を向上させ、延いては、前述の電気化学装置の性能を向上させるために、電気接触要素が個々に介在させられ、電極に配置される。電気化学装置では、ニッケルの格子が、低コストで満足できる結果を生み出すため、水素電極（ＨＴＥ反応器におけるカソード、ＳＯＦＣ式燃料電池におけるアノード）との接触のために従来から使用されている。
（【００１１】以降は省略されています）

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