气体分解组件、氨分解组件、发电装置、电化学反应装置、以及气体分解组件的制造方法

专利名称：气体分解组件、氨分解组件、发电装置、电化学反应装置、以及气体分解组件的制造方法
技术领域：
本发明涉及气体分解组件、氨分解组件、发电装置、电化学反应装置、以及气体分解组件的制造方法；具体而言，本发明涉及能有效分解预定气体的气体分解组件，特别是能分解氨的氨分解组件，涉及基于气体分解反应的发电装置、以及电化学反应装置。现有技术
虽然氨在农业和工业生产中是一种重要的化合物，但它对人是有害的，因此，已经披露了大量的方法用于分解水中以及空气中的氨。例如，提出了一种方法，用于通过分解从含有高浓度氨的水中除去氨使喷射的氨水与气流接触，以将氨分离进入空气中，并且使氨与次溴酸溶液接触或硫酸接触(专利文献I)。还披露了另一种方法通过与上述相同的处理使氨分离进入空气，并且用催化剂把氨烧掉(专利文献2)。还提出了另一种方法用催化剂使含氨废水分解成氮和水(专利文献3)。披露的用于氨分解反应的催化剂是例如多孔炭末颗粒，含有过渡金属成分、锰化合物、铁-锰化合物(专利文献3);铬化合物、铜化合物、钴化合物(专利文献4);以及保持在三维网状氧化铝结构中的钼(专利文献5)。采用这种用催化剂的化学反应使氨分解的方法，可以抑制氮氧化物(NOx)的生成。还提出了一些方法，其中使用二氧化锰作为催化剂，从而在低于或等于100°C下促进氨的高效热分解(专利文献6 和7)。
—般而言,来自半导体生产设备的废气包含氨、氢气等。为了完全除去氨的气味， 氨的量需要降低至百万分之几(ppm)级。为此，普遍使用一种方法，其中，使要从半导体生产设备中释放的废气通过洗涤器，使得含有化学药品的水吸收有害气体。另一方面，为了实现无需供给能量、化学药品等的低运行成本，已经提出了一种用于来自半导体生产设备的废气的处理用磷酸燃料电池分解氨(专利文献8)。
引用列表
专利文献
专利文献I :日本未经审查的专利申请公开No.7-31966
专利文献2日本未经审查的专利申请公开No.7-116650
专利文献3日本未经审查的专利申请公开No.11-347535
专利文献4日本未经审查的专利申请公开No.53-11185
专利文献5日本未经审查的专利申请公开No.54-10269
专利文献6日本未经审查的专利申请公开No.2006-231223
专利文献7 :日本未经审查的专利申请公开No.2006-175376
专利文献8日本未经审查的专利申请公开No.2003-45472发明内容
技术问题
如上所述，通过下述方法可以使氨分解，例如，使用化学溶液诸如中和剂的方法 (专利文献I)、焚烧方法(专利文献2)、或采用催化剂作用下的热分解反应的方法(专利文献 3至7)。然而，这些方法所具有的问题是，它们需要化学药品和外部能量(燃料)，并且还需要定期更换催化剂，导致运行成本高。另外，这样的装置具有较大尺寸，而且，例如，在有些情况下，会难以将该装置附加安装在现有设备中。
使用磷酸燃料电池以使来自半导体制造的废气中的氨解毒的装置还有一个问题 由于电解质是液体，无法减小空气侧与氨侧的隔离件的尺寸，并且难以减小该装置的尺寸。 另外，关于这种装置(专利文献8)，并没有做出进一步的努力来解决压力损失的增加、电阻的增大等，这抑制了解毒能力的增强。当使用电化学反应以解毒氨等时，除非使用新颖的结构来抑制例如高温环境下压力损失的增大、以及电极/集电体之间电阻的增大，否则无法达到实用水平的高处理性能。因此，该设备至今仍然只是一个想法。
本发明的目的是提供一种气体分解组件，其采用电化学反应以降低运行成本，并且提供具有高处理性能的小型装置；尤其是一种用于氨的氨分解组件；一种发电装置，其在上述一类分解组件中，还包括发电组件；一种电化学反应装置；以及气体分解组件的制造方法。
问题的解决方案
根据本发明的气体分解组件用于分解气体。此组件包括筒状体膜电极组合体 (MEA),其包括内表面侧的第一电极、夕卜表面侧的第二电极、以及夹在第一电极与第二电极之间的固体电解质；多孔金属体，其插在筒状体MEA的内表面侧，并且与第一电极电连接； 以及中央导电棒，其插入从而作为多孔金属体的导电轴。
在上述配置中，用于第一电极的集电体包括多孔金属体和中央导电棒。在筒状体的内表面侧上，一般而言，引入待解毒气体诸如氨。将含有待解毒气体的气态流体从外部气态流体传送通道通过MEA内表面侧的入口引入至第一电极。位于MEA内表面侧的入口部分需要具有高气密性。
另一方面，在含有固体电解质的筒状MEA中，放置第一电极集电体材料的路径需要贯穿该入口。需要贯穿气态流体入口或靠近该入口的部分，建立与外部配线的连接。假如，在筒状MEA中除这些部分以外的其他部分中，第一电极集电体材料的放置路径涉及相当大的缺点，诸如用于电化学反应的面积减少、以及气体泄漏风险的增加。因此，除了从气态流体传送通道弓I入之外，使用于集电的配线穿过筒状MEA的端部。
中央导电棒是单个的实心棒，并因此具有较高刚性，稳定地保持其形状而不易在一定程度的应力下变形，并且也易于加工。据此，通过开槽、螺纹孔形成等，可以容易地对中央导电棒的端部进行加工，用于建立与外部配线的电连接。因此，例如，可以容易地将例如具有低接触电阻的连接端子布置于中央导电棒的端部。中央导电棒与多孔金属体之间的电阻在(多孔金属体/中央导电棒)之间的接触界面处增大。然而，通过螺旋状缠绕片状多孔金属体，形成多孔金属与中央导电棒外表面之间的界面；当在缠绕过程中进行强有力的收紧时，由于使高导电率金属互相接触，不会导致界面电阻产生电阻增大而高于问题级别。
相比较，当仅有多孔金属执行用于第一电极的集电时(没有使用本发明中的中央导电棒)，例如，在通过螺旋方式缠绕多孔金属片形成的筒状多孔金属体中，(Dl)很难使螺旋多孔金属体的端部进行会聚。据此，在维持上述高度气密性的同时，不容易在端部中形成紧凑结构，用于与外部配线连接。无论是圆筒形状或是螺旋形状，多孔金属端部趋于变形， 并且不易会聚；因此，用于与外部电连接的结构不可避免地具有较大尺寸。
另外，更大的问题是，(D2)由于与外部配线电连接导致的高接触电阻。
即使在外部配线与多孔金属体中具有上述形状的端部之间布置管内(筒状MEA内) 连接件时，也难以在端部处建立具有较低电阻的电连接。
总之，难以实际解决上述(Dl)和(D2) 二者。
在根据本发明的结构中，由于如上所述使用中央导电棒，可以降低电阻，以及，可以使筒状MEA的端部(在此处气态流体传送通道与外部配线连接)会聚至紧凑尺寸。也就是说，可以提供小而简单的结构。结果，可以降低“第一电极/第一电极集电体(包括多孔金属体和中央导电棒)/外部配线”中的电阻。结果，可以促进用于气体分解的电化学反应，以提高处理性能。因此，可以促进包括气体分解组件的装置的尺寸减小。
一般而言，这样的电化学反应在高温下以实用的反应速度进行。因此，MEA需要用加热器等加热至600X 一 10001:的温度范围。带来用于此加热的电力成本，但该成本相对于上述化学药品等较低。然而，此操作不需要化学药品等，并且运行成本较低。
关于此高温加热，中央导电棒进一步提供了以下的优点。在上述加热温度，对于常见树脂而言保持其耐久性诸如强度比较困难。据此，在接近来自加热器的热流主流的位置， 需要使用非常特殊并且昂贵的树脂，以保证足够的安全性。然而，在上述中央导电棒中，用于与外部配线电连接的部分可以很容易地布置成，使其延伸至与热流主流分开的位置。当中央导电棒本身不能形成为具有较大长度时，可以容易地将延伸部件附接至中央导电棒的端部。因此，在将MEA的主体部分加热至上述温度的同时，可以使连接至外部配线的部分、 以及连接至气态流体传送通道的部分保持在远低于上述温度范围的温度。结果，在MEA的端部中，可以提高各种连接构件的耐久性，并且消除了使用昂贵特殊材料的必要性。因此， 可以提闻成本效率。
关于用空气中的氧使氨分解的反应应用示例，供至第二电极的气态流体可以是空气；在此氨分解中的电化学反应导致发电，并因此可以将所发的电供至加热器。据此，由氨分解反应中所发的电可以代替用加热器进行加热所需电力的百分之几十。
应当注意到，在上述氨分解中，第一电极是阳极，以及第二电极是阴极；然而，在根据本发明的气体分解组件中，一般而言，第一电极可以是阳极或阴极，以及，第二电极相对应地是与第一电极构成一对的电极。
上述中央导电棒适宜是单相或复合相金属棒，其中至少表面层不含铬。在这种情况下，可抑制由于铬中毒等导致第一电极等反应性劣化，同时，可以提供根据例如本气体分解组件规格的合适中央导电棒。
可以采用以下配置固体电解质延伸超出筒状体MEA的两端，管状接头与筒状固体电解质的各端接合，将管状接头与传送通道(其用于供至第一电极的含有该气体的气态流体)连接，以及，将导电部件与中央导电棒电连接，并且贯穿该管状接头。在这种情况下， 气态流体传送通道与第一电极集电体(诸如多孔金属体和中央导电棒)之间的连接能以紧凑尺寸实现，同时使筒状MEA维持气密。用允许气密连接的连接机构，可以实现与气态流体传送通道的连接。关于导电部件贯穿管状接头，导电部件适宜贯穿管状接头的材料，同时， 维持气密性。在这种情况下，为了防止在管状接头中产生间隙等，适宜使用填缝剂等。
上述管状接头，可以由具有耐热性和耐腐蚀性的树脂形成。即使使用中央导电棒来降低管状接头位置处的温度，但温度仍然高于常温。据此，在使用上述树脂的情况下，即使在腐蚀性气体环境下，管状接头具有足够的耐久性，以稳定地保持气密性。
第一电极和/或第二电极可以是含有离子导电性陶瓷和主要含镍(Ni)的金属颗粒链的烧结体。金属颗粒链表示细长的念珠状金属物体，其中使金属颗粒连接在一起。金属适宜是镍、含铁的镍、含有微量钛的镍、或含微量钛的含铁镍。当镍等的表面被氧化时，使金属颗粒链的表面氧化，而内容物(表面层内的部分)没有氧化，并且具有金属导电性。据此，例如，当移动通过固体电解质的离子是阴离子(该离子可以是阳离子)并且(Al)第一电极(阳极)形成为包含金属颗粒链时，在阳极中，用金属颗粒链的氧化层，促进(催化)移动通过固体电解质的阴离子与从外部引入阳极的气态流体中气体分子之间的化学反应，以及， 通过阴离子的参与，也促进(由于电荷的促进作用)阳极中的化学反应。作为化学反应的结果，金属颗粒链中的金属部分可以保证所产生电子的导电性。结果，整体上可以促进伴随阳极中电荷给出与接收的电化学反应。当第一电极(阳极)包含金属颗粒链时，在阳极中，产生阳离子如质子，以及，阳离子移动通过固体电解质到达阴极，从而，类似地提供上述由于电荷导致的促进作用。
应当注意到，在使用之前，通过烧结必然形成金属颗粒链的氧化层；然而，在使用期间，氧化层往往因还原反应而被除去。即使氧化层被除去，上述催化作用虽然减弱但并未消失。特别地，尽管缺少氧化层，但含铁或钛的镍仍具有较高的催化作用。
(A2)当第二电极(阴极)形成为含有金属颗粒链时，在阴极中，用金属颗粒链的氧化层，促进(催化)从外部引入阴极的气态流体中气体分子的化学反应；以及，增强了来自外部电路的电子导电性，以及，通过电子的参与，也促进(由于电荷的促进作用)阴极中的化学反应。因此，从分子有效地生成阴离子，并且可以将其发送至固体电解质。
与(Al)—样，在(A2)中，可以促进移动通过固体电解质的阳离子、流过外部电路的电子、以及第二气态流体之间的电化学反应。据此，与阳极含有金属颗粒链的情况一样， 整体上可以促进伴随阴极中电荷给出与接收的电化学反应。阴极是否形成为含有金属颗粒链，取决于待分解的气体。(A3)当阳极和阴极都形成为含有金属颗粒链时，可以得到上述 (Al)和(A2)中的作用。
下文将在根据本发明的实施方式中对金属颗粒链进行描述。
上述电化学反应的速度往往受到离子移动通过固体电解质的速度或离子移动通过固体电解质的时间限制。为了提高离子的移动速度，气体分解组件通常配备有加热单元诸如加热器，并且在高温如600° C至1000° C进行加热。通过加热至高温，除了提高离子的移动速度之外，还可以促进伴随电极中电荷给出与接收的化学反应。
当移动通过固体电解质的离子是阴离子时，如上所述，由阴极中的化学反应产生并供给阴离子。通过所引入流体的分子与电子之间反应，在阴极中产生阴离子。所产生的阴离子移动通过固体电解质到达阳极。参与阴极反应的电子自连接阳极和阴极的外部电路 (包括电容器、电源、以及功率消耗装置)移动。当移动通过固体电解质的离子是阳离子时， 阳离子由阳极中的电化学反应产生，并且移动通过固体电解质到达阴极。电子在阳极中产生并通过外部电路流动至阴极，并参与阴极中的电化学反应。
电化学反应可以是燃料电池的发电反应，或者可以是电解反应。
固体电解质可以具有氧离子导电性或质子导电性。
关于氧离子导电性，许多固体电解质是周知并且经充分证实。
当使用氧离子导电性固体电解质时，例如，导致电子与氧分子之间的反应，以在阴极中产生氧离子，氧离子移动通过固体电解质，并且在阳极中可以导致预定的电化学反应。 在这种情况下，由于氧离子移动通过固体电解质的速度并不高于质子，为了达到实用水平的分解能力，例如，要求以下措施提供足够高温度和/或使固体电解质的厚度足够小。
另一方面，作为质子导电性固体电解质，锆酸钡(BaZrO3)等是周知的。当使用质子导电性固体电解质时，例如，使氨在阳极中分解以产生质子、氮分子、以及电子；质子移动通过固体电解质到达阴极，并且在阴极中与氧反应而生成水(H20)。质子小于氧离子，因此，以比氧离子高的速度移动通过固体电解质。据此，在较低加热温度下，可以实现实用水平的分解容量。
例如，当用阳极布置于内侧并且使用氧离子导电性固体电解质的筒状体MEA使氨分解时，在筒状体内侧(在阳极中)导致生成水的反应。在靠近出口的低温区域处水呈水滴形式，并且可能会导致压力损失。与此不同，当使用质子导电性固体电解质时，在阴极中(在外侧)产生质子、氧分子、以及电子。由于外侧基本上敞开，即使出现水滴的附着，也不易导致压力损失。
多孔金属体可以是镀金属体。在这种情况下，能得到具有高孔隙率的多孔金属体， 并能抑制压力损失。在金属镀制多孔体中，骨架部用金属(镍)镀制形成。据此，可以容易地将厚度调节为较小，因此，可以容易地实现高孔隙率。
可以采用以下配置将第一气态流体引入第一电极，将第二气态流体引入第二电极，以及，从第一电极和第二电极输出电力。在这种情况下，使用待分解气体作为燃料，并且，气体分解组件构成发电的燃料电池。
气体分解组件可以进一步包括加热器，其中，可以将电力供至加热器。在这种情况下，能以高能量效率进行气体分解。
根据本发明的氨分解组件包括上述气体分解组件中的任一种，其中，将含氨的气态流体引入第一电极，以及，将含氧分子的气态流体引入第二电极。
在这种情况下，第二电极(阴极)中所生成的氧离子向第一电极(阳极)移动；在由于金属颗粒链的催化作用以及由于离子的促进作用下，在第一电极中导致氨与氧离子之间的反应；并且，可以使由反应所产生的电子快速移动。
可以采用以下配置将第三气态流体引入第一电极，将第四气态流体引入第二电极，以及，通过第一电极和第二电极供电。在这种情况下，消耗电力以使分解目标气体分解。 在这种情况下，在气体分解组件中，在第一电极和第二电极中进行第三气态流体和第四气态流体中气体的电解。取决于待分解气体与供给离子参与电化学反应的气态流体(册13、挥发性有机化合物(V0C)、空气(氧)、H2O等)之间的电化学关系，确定电解与燃料电池之间的选择。
根据本发明的发电装置包括输出电力的任一种上述气体分解组件、以及将电力供给另一电气装置的供电部。在这种情况下，可以使用视为发电装置的气体分解组件，通过例如只产生对地球环境没有负担的排放气体的气体的组合，来进行发电。
根据本发明的电化学反应装置用于流体(气体或液体)，并且包括上述气体分解组件中的任一种。在这种情况下，本组件不仅在气体解毒中使用，而且，例如，在采用气体分解的燃料电池中以及在原有的电化学反应装置中，用作起到装置基础的电极，从而，有助于例如提高电化学反应效率、减小装置尺寸、以及降低运行成本。
根据本发明另一实施例的气体分解组件包括筒状体膜电极组合体(MEA)，其包括内表面侧的第一电极、夕卜表面侧的第二电极、以及夹在第一电极和第二电极之间的固体电解质；加热器，其加热MEA ;多孔金属体,其插在筒状体MEA的内表面侧，并且与第一电极电连接；中央导电棒，其插入以作为多孔金属体的导电轴；以及金属网片，其插在第一电极与多孔金属体之间，其中，金属网片包括延伸超出MEA端部的部分，并将延伸超出端部的该部分电连接至中央导电棒。
在上述配置中，用于第一电极的集电体具有较低电阻，并且有助于用于气体分解的电化学反应，导致气体分解性能的增强。
金属网片可以具有圆筒形状，并且可以布置遍及第一电极以覆盖第一电极。在这种情况下，覆盖第一电极(其布置在筒状体MEA的内表面上)的金属网片存在于第一电极与多孔金属体之间，从而降低电阻。
可以使金属网片中延伸超出端部的部分的直径减小，并且，可以将该部分焊接至中央导电棒的外周。在这种情况下，可以容易地建立金属网片与中央导电棒之间的电连接。 该焊接可以通过任何焊接工艺进行，诸如熔化极惰性气体保护焊(MIG焊)、钨极惰性气体保护焊(TIG焊)、或电阻焊。
在一点或多点处，通过电阻焊可以将金属网片中延伸超出该端部的部分结合至中央导电棒的外周。在电阻焊中，将金属网片压贴中央导电棒(施加压力)，同时，使电流通过其间的界面，以通过所产生的热量实现结合。据此，不再需要焊接材料、惰性气体等，并且可以在较短时间内简单地实现结合，同时，保持相对清洁的环境。
将含有该气体的气态流体引入MEA，在MEA的入口侧和/或出口侧，可以使金属网片与中央导电棒电连接。在这种情况下，视情况而定，可以进行适当选择。
镍膏可以布置在多孔金属体与金属网片之间。在这种情况下，可以进一步降低电阻。
待分解的气体可以从半导体制造设备排出，并且可以至少含有氨。在这种情况下， 可以用小型紧凑的组件，容易地使在化合物半导体诸如GaAs (砷化镓)生产过程中所排出的氨解毒，达到几PPm量级，这样不会发出异味。半导体制造设备间歇方式排出气体，并且， 在高峰时，排出大量氨。因此，所排出氨的量明显变化。然而，根据高峰时的排出量，可以增强根据本发明的气体分解组件的处理性能，并且能执行上述解毒。
从第一电极和第二电极可以输出电力并将其供至加热器。在这种情况下，气体分解能以高能量效率执行。即使由自发电所产生的电力量是对供自外部的电力的补充时，也能降低与用加热器进行加热所需电量相关的运行成本。
气体分解组件可以起到燃料电池的作用，用于将电力供给外部装置。在这种情况下，在分解有害气体的同时，可以用燃料电池发电。
根据本发明的气体分解组件制造方法，用来制造一种气体分解组件，其中，将第一电极布置于筒状体MEA的内表面侧，以及，用于第一电极的集电体包括布置于筒状体内侧的金属网片、多孔金属体、以及中央导电棒，将中央导电棒插入穿过多孔金属体。这种制造方法包括以下步骤将多孔金属片固定至中央导电棒，并将多孔金属片缠绕于中央导电棒周围；将筒状的金属网片放置在筒状体MEA的内表面上，使得金属网片具有延伸超出筒状体MEA端部的部分；将周围缠绕有多孔金属片的中央导电棒插进包括金属网片的筒状体 MEA;在缠绕多孔金属体与金属网片之间建立电连接；以及，将金属网片中延伸超出端部的部分电连接至中央导电棒。
根据上述制造方法，可以形成具有较低电阻的第一电极集电体，并且，可以容易地制造具有足够高处理性能的气体分解组件。
通过焊接，可以将金属网片中延伸超出端部的部分结合至中央导电棒。在这种情况下，可以有效地使金属网片与中央导电棒电连接。
在将中央导电棒插进筒状体MEA之前，可以将镍膏施加至放置在筒状体MEA中的缠绕多孔金属体或金属网片，使得镍膏布置在缠绕多孔金属体与金属网片之间。在这种情况下，可以降低第一电极/金属网片/多孔金属体的电阻。
发明的有益效果
根据本发明的气体分解组件可以提供小型装置，其具有高处理性能、并且能以较低运行成本操作。特别地，作为采用中央导电棒与多孔金属体的组合作为第一电极集电体的结果，在降低电阻的同时，可以使筒状MEA的端部形成为具有气密性的紧凑结构。
例如，在根据本发明的气体分解组件中，金属网片(为减小第一电极与多孔金属体之间电连接的电阻而插入)具有与中央导电棒电连接的延伸部；结果，可以进一步降低第一电极集电体中的电阻。结果，可以提供具有高处理性能并且能以低运行成本操作的小型装置。


[图1A]图IA是根据本发明第一实施例的气体分解组件尤其是氨分解组件的纵向首丨J视图;
[图1B]图IB是沿图IA中IB-IB线的剖视[图2]图2图示图IA和图IB中气体分解组件的电气配线系统；
[图3]图3图示外部配线和气态流体传送通道与筒状MEA连接的状态；
[图4A]图4A图示气体分解组件中的镍网片，该片具有通过使镍片穿孔而形成的结构；
[图4B]图4B图示气体分解组件中的镍网片，该片具有通过编织镍线所形成的结构；
[图5]图5图示布置于筒状阴极外周面的银膏涂布布线和镍网片；
[图6A]图6A是图像数据，图示银膏涂布布线表面状态的扫描电子显微镜图像；
[图6B]图6B是用于图6A的说明[图7]图7是阳极中电化学反应的说明[图8]图8是阴极中电化学反应的说明[图9]图9是筒状MEA制造方法的说明[图10A]图IOA图示一种气体分解组件布置，一种具有单个筒状MEA的配置；
[图10B]图IOB图示一种配置，其中平行布置了多个图IOA中的结构(12个结构);CN 102933293 A说明书8/23页
[图11A]图IlA是根据本发明第二实施例的气体分解组件的纵向剖视[图11B]图IlB是沿图IlA中的XIB-XIB线的剖视[图12A]图12A是根据本发明另一实施例的气体分解组件尤其是氨分解组件的纵向剖视[图12B]图12B是沿图12A中IB-IB线的剖视[图13]图13图示镍网片的端部；
[图14]图14图示图12A和图12B中气体分解组件的电气配线系统；
[图15]图15图示形成阳极集电体的方法；以及·
[图16]图16图示外部配线和气态流体传送通道与筒状MEA连接的状态。
具体实施方式
(第一实施例)
图IA是作为根据本发明第一实施例的电化学反应装置的气体分解组件尤其是氨分解组件10的纵向剖视图。图IB是沿图IA中IB-IB线的剖视图。
在氨分解组件10中，阳极(第一电极)2布置成覆盖筒状固体电解质I的内表面； 阴极(第二电极)5布置成覆盖筒状固体电解质I的外表面；藉此，形成筒状MEA 7(1、2、5)。 阳极2可以称为燃料电极。阴极5可以称为空气电极。一般而言，筒状体可以具有诸如螺线形状或螺旋形状的卷绕形状；在图I中，筒状体是正圆筒状MEA 7。虽然筒状MEA具有例如约20毫米(mm)的内径，但内径适宜根据应用MEA的装置而变化。在根据本实施例的氨分解组件10中，阳极集电体11布置成位于筒状MEA 7的内筒中或者使其充满内筒。阴极集电体12布置成围绕阴极5的外表面。下面说明集电体。
<阳极集电体11> :镍网片Ila/多孔金属体Ils/中央导电棒Ilk
镍网片Ila与布置于筒状MEA7内表面侧的阳极2接触，以介由多孔金属体Ils与中央导电棒Ilk导电。多孔金属体IlS适宜是镀金属体，其可以形成为具有高孔隙率，诸如 Celmet (注册商标住友电气工业株式会社)，用于降低下述含氨的气态流体压力损失的目的。在筒状MEA的内表面侧上，重要的是，使多个部件所形成集电体11的总电阻较低，同时， 使阳极侧气态流体引入的压力损失较低。
<阴极集电体12> :银膏涂布布线12g+镍网片12a
镍网片12a与筒状MEA 7的外表面接触，以与外部配线导电。银膏涂布布线12g 含有作为催化剂的银，用于促进氧气在阴极5中分解成氧离子，并且，也有助于减小阴极集电体12中的电阻。阴极5可以形成为含有银。然而，阴极集电体12中具有预定特性的银膏涂布布线12g允许氧分子由此通过，以及，允许银粒与阴极5的接触。因此，表现出与由阴极5中所含银粒提供的催化作用类似的催化作用。另外，与阴极5形成为含有银粒的情况相比，这也不太贵。
图2图示固体电解质是氧离子导电性时图I中气体分解组件10的电气配线系统。 以高气密方式将含氨的气态流体引入筒状MEA 7的内筒，也就是，引入布置有阳极集电体 12的空间。当使用筒状MEA 7以使气态流体在筒状MEA 7内表面侧上通过时，多孔金属体 Ils的使用是必不可少的。考虑到降低压力损失，如上所述，使用金属镀体诸如Celmet是重要的。12
在含氨的气态流体通过镍网片Ila和多孔金属体Ils中的孔隙的同时，其也与阳极2接触，导致下文所述的氨分解反应。由阴极中氧气分解反应产生氧离子02_，其穿过固体电解质I到达阳极2。也就是说，此为氧离子(其为阴离子)移动通过固体电解质情况下的电化学反应。
(阳极反应)2NH3+302_— N2+3H20+6e_
具体而言，一部分氨反应2NH3 — N2+3H2。这些3!12与氧尚子302反应生成3H20。
使空气尤其是氧气通过空间S，并将其引入阴极5。将阴极5中自氧分子离解的氧离子朝阳极2送至固体电解质I。阴极反应如下。
(阴极反应)02+4丨一202-
作为电化学反应的结果，产生电力；在阳极2与阴极5之间产生电势差；电流I从阴极集电体12流到阳极集电体11。当将负载(诸如用于加热气体分解组件10的加热器41) 连接在阴极集电体12与阳极集电体11之间时，可以为加热器41供电。这种给加热器41 的供电可以是部分供给。相比较，在大多数情况下，来自这种自发电的供给量等于或低于加热器所需总电力的一半。
如以上所述，上述气体分解组件的关键点在于，在布置于筒状MEA内表面侧上的阳极2中，使阳极集电体11电阻较低，同时，使通过阳极集电体11的气态流体的压力损失较低。在阴极侧，虽然空气不会通过筒状件，关键点在于，使空气与阴极之间接触点的密度较高，并且也使阴极集电体12的电阻较低。
上述的电化学反应是这样一种反应，氧离子(其为阴离子)移动通过固体电解质I。 在根据本发明的另一理想实施例中，例如，固体电解质I由锆酸钡(BaZrO3)构成，并且引起一种反应，其中，在阳极2中产生质子，并且使质子移动通过固体电解质I到达阴极5。
当使用质子导电性固体电解质I时，例如，在分解氨的情况下，在阳极2中使氨分解以产生质子、氮分子、以及电子；使质子通过固体电解质I移动至阴极5 ；以及，在阴极5 中，质子与氧反应以生成水(H20)。由于质子小于氧离子，质子以高于氧离子的速度移动通过固体电解质。据此，在可以降低加热温度的同时，可以实现实用水平的分解容量。
另外，固体电解质I能容易地形成为具有提供足够强度的厚度。
例如，当用筒状体MEA分解氨时，将阳极布置在筒状体MEA内侧，并且使用氧离子导电性固体电解质，在筒状体内侧(在阳极中)发生生成水的反应。在靠近筒状体MEA出口的低温部分处水呈水滴形式，并且会导致压力损失。相反，当使用质子导电性固体电解质时， 质子、氧分子、以及电子在阴极中(在外侧)反应而生成水。由于外侧实质上敞开，即使水滴附着至出口附近的低温部分，也不易导致压力损失。
下文中，说明根据本实施例的气体分解组件10的其它部分的特征。
I.中央导电棒Ilk:
本实施方式具有这样的特征，MEA 7是筒状，以及，阳极集电体11包括中央导电棒 Ilk。中央导电棒Ilk适宜由金属形成，使得至少表面层不含有铬(Cr)。例如，适宜使用镍导电棒Ilk。这是因为，当采用含铬不锈钢时，在使用过程中，铬中毒抑制了阳极2中陶瓷 (诸如氧化礼掺杂的二氧化铺(⑶C, gadolia-doped ceria))的功能。虽然中央导电棒Ilk 的直径没有特别限制，但其优选为筒状固体电解质I内径的约1/9至约1/3。例如，当内径为18毫米时，该直径适宜为约2毫米至约6毫米。当直径过大时，最大气流速度变低。当直径过小时，电阻变高，导致发电时电压降低。具有片材形状的多孔金属体llS(Celmet片) 螺旋状紧密缠绕于中央导电棒Ilk周围，以保持多孔金属体Ils的螺旋状态。可替代地，通过电阻焊将片材的开始缠绕部分焊接至中央导电棒11k，然后，螺旋方式紧密缠绕片材以保持螺旋状态。据此，多孔金属体Hs与中央导电棒Ilk之间界面处的电阻较低。使用中央导电棒Ilk所提供的优点如下。
(I)从阳极2到外部配线的总电阻可以降低。也就是，实现阳极集电体11电阻的降低。
(2)使用现有筒状MEA的缺点是，内表面侧的集电体的外部端子不能会聚成简单并且较小的结构。对于筒状MEA内表面侧上的集电，多孔金属体是不可缺少的；多孔金属体的端部不易会聚，并且无法形成具有较小尺寸的端子部。例如，当使多孔金属的端部延伸以与外部实现电连接时，气体分解组件本身的尺寸变大，并且大大降低了该组件的商业价值。
另外，考虑到压力损失，多孔金属体的延长并不适宜。
此外，由于将含有氨的气态流体引入筒状MEA 7内部，重要的是以高度气密方式建立气态流体传送通道与筒状MEA 7之间的连接、以及阳极集电体11与外部配线之间的连接。在筒状MEA 7的端部，设置了阳极集电体与外部配线的连接部，还设置了与气态流体传送通道的连接部。
通过车螺纹、开槽等，可以容易地对中央导电棒Ilk进行加工。由于中央导电棒 Iik是实心棒，其不会因一定程度的外部应力而变形，并且可以稳定地保持其形状。结果，可以形成阳极集电体11与外部配线之间的连接部，以使其具有简单并且较小的结构。
(3)为了有效地操作气体分解组件10，需要将其加热至300° C至1000° C，优选为600° C至1000° C。用于加热的加热器41的位置可以布置于空气通道外部。热量从筒状MEA 7外部传播到内部，并且筒状MEA 7的端部自然具有高温。为了将外部配线和气态流体传送通道以高度气密方式与这样的高温端部连接，考虑到上述高温，需要特殊的耐热树脂。另外，例如，随着温度升高，由气体所导致的腐蚀趋于发生。据此,考虑到耐腐蚀性, 会需要特殊材料。结果，可以使用的树脂会局限于非常贵的树脂。
与此不同，当使用中央导电棒Ilk时，将其布置在离加热器41侧的外部最远的位置，并且中央导电棒Ilk可以很容易地于轴向延伸。据此，在相对低温的延伸位置中，可以以高度气密方式实现与外部配线的电连接、以及与气态流体传送通路的连接。结果，消除了使用特殊树脂的需求，并可以使用具有普通水平耐热性和耐腐蚀性的树脂。因此，可以提高成本效率，并且可以增强耐久性。
图3图示中央导电棒Ilk与外部配线Ile之间的连接状态、以及筒状MEA 7与气态流体传送通道45之间的连接状态。氟碳树脂形成的管状接头30与筒状MEA 7的端部接合。执行接合使得保持下述状态接合部31b从管状接头30的本体部31中延伸至固体电解质1，接合部31b的内表面侧上所具有的O形环33邻接烧结体的陶瓷所构成的固体电解质I的外表面。据此，管状接头30的接合部31b形成为具有以锥形方式变化的外径。锥形部是带螺纹的，并且将圆螺母32拧至此螺纹。通过在外径增大方向旋紧圆螺母，将接合部 31b在其外表面旋紧。因此，可以调节O形环33的气密性。
在管状接头30的本体部31中，设置以气密方式穿透本体部31的导电贯通部37c。 为了保证气密性，例如，施加密封树脂38。导电贯通部37c优选是带螺纹的圆柱形杆，以便旋紧螺母39，用于保证与外部配线lie电连接的目的。将导电引线37b与导电贯通部37c 中位于管内的端部连接。导电引线37b的另一端与连接板37a连接。
使用连接工具诸如螺丝刀，用插进管状接头30的凸出孔部31a的螺丝刀旋紧螺钉 34，建立连接板37a与中央导电棒Ilk的末端部35之间的电连接。通过用螺丝刀旋紧螺钉 34，可以基本上消除末端部35与连接板37a之间电连接的电阻(接触电阻)。
通过将外部配线12e缠绕于阴极集电体12的镍网片12a的端部外周周围，可以建立与外部的连接。与从阳极集电体11到外部的连接相比，由于阴极5位于筒状MEA 7的外表面侧，建立连接的难度低。
气态流体传送通道45优选是由例如树脂构成的可弹性变形管。管45接合在凸出孔部31a的外周，并且用紧固件47紧固。结果，可以得到高度气密的连接。
在图3中，阳极集电体11与外部配线lie之间的连接、以及管状接头30与气态流体传送通道45之间的连接，二者都由非常简单并且较小的结构实现。另外，使用中央导电棒Ilk以及与之连接的末端部35，将这两种连接布置在与来自加热器的热流主流分开的位置处。据此 ，使用氟碳树脂(其为普通的耐热或耐腐蚀树脂)，可保证长期重复使用的耐久性。需确认的是，应当注意到，如上所述，中央导电棒Ilk与多孔金属体Ils以较低接触电阻电连接。
2.阳极集电体的镍网片Ila
图IA和图IB中阳极集电体11的镍网片Ila是降低阳极集电体11电阻的重要组成部分，其有助于降低气流的压力损失。如上所述，阳极集电体11具有阳极2/镍网片Ila/ 多孔金属体(Celmet)Ils/中央导电棒Ilk的导电路径。不使用镍网片Ila时,多孔金属体 Ils与阳极2直接接触。在这种情况下，即使多孔金属体Ils由镀金属体诸如Celmet构成, 如上所述接触电阻也变高。镀金属体为具有预定厚度的片材形状；显微镜下，树枝状金属形成网状结构。
当在筒状体MEA内表面侧上插入镀金属体作为第一电极集电体时，上述片状镀金属体螺旋状缠绕，并且这样插入镀金属体，使得螺旋的轴心沿筒状体MEA的轴心延伸。在螺旋片材的外周面中，螺旋中的最外缘或位于预定位置处的母线部分趋于与圆筒的内表面接触；然而，相对于上述部分位于内侧的部分则趋于与第一电极分离，因为不是非同心圆而是螺旋的形状。当片材可以强有力地紧密缠绕于中央导电棒Ilk周围时，可以使接触电阻减小；然而，螺旋的外周侧与螺旋的中心并不处于相同状态。据此，在多孔金属体与第一电极之间不易实现足够大的接触面积。同样地，关于接触压力，在预定母线部分中能够保证足够高的接触压力，而相对于上述部分位于内侧的部分的接触压力则变得不够。据此，当在多孔金属体与第一电极之间由直接接触建立电连接时，接触电阻变高，导致第一电极集电体的电阻增大。集电体电阻增大导致电化学反应性能的劣化。更糟的是，为了增大接触面积，常规方式是将多孔金属体Ils连续布置在阳极2的整个长度上。多孔金属体Ils在整个长度上连续的这种布置导致所引入气态流体的压力损失的增加。
与之不同，通过使用金属网片11a，尤其是镍网片，可以使接触电阻以下述方式降低。具体而言，由于镍网片Ila具有单片形状，镍网片Ila的全周自然与第一电极的圆筒内表面接触。
作为例如施加用于填充筒状体的外力(加压)、以及对填充材料的量增加进行调整的结果，金属网片Ila与镀金属体Ils彼此相符，并向阳极2凸出，导致与阳极2的接触面积增大。在金属网片Ila与镀金属体Ils之间的接触界面处，使金属树枝状结构互相压贴， 并且进入彼此的孔隙，从而实现互相接触。据此，维持低接触电阻。
如上所述，即使使用镀金属体Celmet (注册商标)作为多孔金属体Ils时，镍网片的缺少导致相对较高的接触电阻气体分解组件10的阴极集电体12与阳极集电体11之间的电阻为例如约4欧姆(Ω )至约7欧姆。通过将镍网片Ila插入此结构，可以使电阻降低至约I欧姆或更少，也就是，以大约4或者超过4的因数减小。
根据上述配置，其中在阳极集电体11中使用镍网片11a，揭示了以下发现。
(Fl)通过布置镍网片11a，在筒状MEA内侧断续布置多孔金属体Ils即可满足需要。因此，在图IA所示的配置中，可以实现足够低的电阻。据此，消除了常规方式在筒状 MEA 7整个长度上连续布置多孔金属体Ils的必要。
(F2)作为以间隔方式断续布置多孔金属体Ils的结果，可以显著降低含氨的气态流体流动中的压力损失。结果，例如，无需施加很大的压差即可抽取从半导体制造设备废气单元排出的足够大量的含氨气态流体，并且，可以降低抽出气态流体所需的电力成本。
另外，考虑到压差，对于管道系统以及气体分解组件的零部件的要求可以放宽。因此，可以提高成本效率，并且还可以减少由于很大压差等导致的意外风险。
图4A和图4B图示镍网片11a。关于图4A，使单相镍片穿孔以形成网状结构。关于图4B，编织镍线以形成网状结构。这两种片材都可以使用作为镍网片11a。在图4中，虽然镍网片Ila并不具有圆筒形状，但在实际气体分解组件10中，可以使用这种顶部略微打开的不完整圆筒形状的片材。
3.银膏涂布布线12g
以往，一般而言，将银粒布置在阴极5中，因而，使用由银粒导致的催化作用来提高氧分子的分解速度。然而，在包括含银粒阴极5的结构中，阴极5的成本变高，导致成本效率降低。代替将阴极5形成为含有银粒，可以以位于阴极5外表面上的银膏涂布层的形式，形成银粒布线。
图5图示布置于筒状阴极5外周面上的银膏涂布布线12g和镍网片12a。银膏涂布布线12g可以这样形成，例如，通过将银膏涂至阴极5外周面，使得带状线材布置成网格图案(在母线方向以及在环状方向)，如图5所示。
银膏中，重要的是，使银膏干燥或烧结以提供具有高孔隙率的多孔结构。图6是图示银膏涂布布线12g表面的扫描电子显微镜(SEM)图像图6A是图像数据，以及，图6B是该图像数据的说明图。在图6B中，黑色区域代表孔隙，并且孔隙是彼此连通的。通过涂布以及干燥(烧结)来提供如图6中所示多孔结构的银膏是市售的。例如，可以使用由Kyoto Elex有限公司制造的DD-1240。形成银膏涂布布线12g以使其成多孔状的重要性基于以下原因。
优选使供至阴极5的氧分子O2的量最大化。此外，银膏中所含银粒具有催化作用， 其促进阴极5中的阴极反应(参见图8)。通过在阴极5上施加银膏涂布布线12g，以高密度形成多个点(接触点)，这些点处，金属氧化物(允许阴极中的氧离子由此通过，诸如锶掺杂的锰酸镧(LSM))、银粒、以及氧分子O2互相接触。通过形成银膏涂布布线12g以使其多孔， 大量的氧分子O2进入多孔结构的孔隙，以与接触点接触，增大了阴极反应发生的几率。
另外，由于含银粒的银膏涂布布线12g具有高导电率，连同镍网片12a—起降低了阴极集电体12的电阻。据此，如上所述，银膏涂布布线12g优选连续布置成网格图案(在母线方向以及在环状方向)。位于外侧的镍网片12a缠绕成与银膏涂布布线12g接触并与之电连接。
总之，利用多孔的银膏涂布布线12g，(I)可以促进阴极反应，以及(2)可以降低阴极集电体12的电阻。
银膏涂布布线12g可以形成为网格图案的带状外形，如图5中所示，或者，可以形成在阴极5的整个外周面上。当银膏施加于阴极5的整个外周面时，术语“线材”可能有些别扭。然而，在本说明书中，在银膏施加于外周面整个区域而不留空白区域的情况下，仍使用术语“银膏涂布布线”。在银膏施加于阴极5整个外周的情况下，镍网片12a可以省略。
下面，说明组件的配置。
4.阳极 2
_配置与作用-
图7是固体电解质I是氧离子导电性情况下阳极2中电化学反应的说明图。含氨的气态流体引入阳极2并流过孔隙2h。阳极2是主要由金属颗粒链21 (其表面经氧化而具有氧化层)与氧离子导电性陶瓷22构成的烧结体。氧离子导电性陶瓷22的示例包括钪稳定的氧化锆(SSZ)、钇稳定的氧化锆(YSZ)、钐稳定的二氧化铈(SDC)、镓酸镧(LSGM)和氧化钆稳定的二氧化铈(GDC)。
金属颗粒链21的金属适宜为镍(Ni)或含铁(Fe)的镍。更适宜为含微量约2至约 IOOOOppm 钛(Ti)的金属。
(I)镍本身具有促进氨分解的催化作用。当镍含有微量铁或钛时可以进一步增强催化作用。当使这样的镍氧化以形成氧化镍时，由于金属元素导致的催化作用可以得到进一步增强。应当注意到，氨的分解反应(阳极反应)是还原反应；在所要使用的产品中，镍颗粒链具有通过烧结等形成的氧化层；作为使用此产品的结果，也使阳极中的金属颗粒链还原，并且使氧化层消失。然而，镍本身肯定有催化作用。另外，为了补偿氧化层的欠缺，镍可以含有铁或钛，以补偿催化作用的劣化。
除了催化作用之外，在阳极中，在分解反应中使用氧离子。具体而言，在电化学反应中进行分解。在阳极反应2NH3+302_ —N2+3H20+6e_*，氧离子有助于显著提高氨的分解速度。(3)在阳极反应中，产生自由电子e_。当电子e—留在阳极2中时，阳极反应的发生受到抑制。金属颗粒链21具有细长链形状；覆盖有氧化层21b的内容物21a由作为良好导体的金属(镍)构成。电子e_于链状金属颗粒链的纵向顺畅流动。据此，电子e_不会停留在阳极2中，并且经过金属颗粒链21的内容物21a到达外部。金属颗粒链21非常便利于电子 e—的通过。综上所述，本发明的实施例的特征是，阳极中的下列(el)、(e2)、以及(e3)。
(el)由镍颗粒链、含铁的镍链、或含铁和钛的镍颗粒链促进分解反应(高催化作用)
(e2)由氧离子促进分解(促进电化学反应中的分解)
(e3)以金属颗粒链的链状优良导体建立电子导电(高电子电导率)这些(el)、 (e2)、以及(e3)显著促进了阳极反应。
通过简单地提高温度并且使待分解气体与催化剂接触，进行此气体的分解。如上17所述，这是文献中披露的并且也是公知的。然而，如上所述，在构成燃料电池的组件中，在反应中使用供自阴极5并且经过离子导电性固体电解质I的氧离子，并且使得到的电子传导至外部；因此，显著提高了分解速度。本发明的一大特征是上述功能(el)、(e2)、以及(e3)， 以及提供这些功能的配置。
在上述说明中，描述了固体电解质I是氧离子导电性的情况。可替代地，固体电解质I可以是质子(H+)导电性。在这种情况下，阳极2中的离子导电性陶瓷22可以是质子导电性陶瓷,例如,锆酸钡。
_混合与烧结-
当阳极2中的氧离子导电性金属氧化物(陶瓷)是钪稳定的氧化锆(SSZ)时，SSZ原料粉末具有约O. 5微米(μ m)至约50 μ m的平均粒径。表面经氧化的金属颗粒链21与SSZ 22的混合比(摩尔比)在O. I至10的范围内。对混合物进行烧结，例如，通过将其在IOOO0C 一 1600°C温度范围下在空气气氛中保持达30至180分钟。下面描述制造方法，特别是，有关筒状MEA 7的制造方法。
5.金属颗粒链21:
-还原沉淀过程-
金属颗粒链21适宜通过还原沉淀过程制造。在例如日本未经审查的专利申请公开No. 2004-332047中，具体描述了用于金属颗粒链21的这种还原沉淀过程。这里所描述的还原沉淀过程采用三价钛(Ti)离子作为还原剂，并且沉淀含有微量钛的金属颗粒(诸如镍颗粒)。据此，对钛含量进行的定量分析允许识别采用三价钛离子通过还原沉淀过程产生的颗粒。通过改变与三价钛离子共存的金属离子的类型，可以得到所期望的金属颗粒；为了得到镍颗粒，与三价钛离子一起使用镍离子；添加微量铁离子，导致形成含有微量铁(trace amount of Fe)的镍链颗粒。
为了形成颗粒链，金属需要为铁磁性金属，并且还满足预定或更大的尺寸。由于镍和铁是铁磁性金属，可以容易地形成金属颗粒链。在此过程期间需要满足关于尺寸的要求， 在此过程中，铁磁性金属形成磁畴，导致通过磁力结合在一起，并且，在此结合状态下，实现金属沉淀以及随后的金属层生长，以导致累积为金属体。在通过磁力使具有预定或更大尺寸的金属颗粒结合在一起之后，金属沉淀继续例如，结合的金属颗粒之间边界处的颈部连同金属颗粒的其他部分一起生长为更厚。
阳极2中所含的金属颗粒链21优选具有大于或等于5纳米(nm)并且小于或等于 500纳米的平均直径D、以及大于或等于O. 5微米并且小于或等于1000微米的平均长度L。 平均长度L与平均直径D之比优选大于或等于3。应当注意到，金属颗粒链21可以具有不满足这些范围的尺寸。
_氧化层的形成_
对于阳极2来说，因为要进行还原，表面氧化处理的重要性稍稍减少。
下文中，说明这种表面氧化处理。三种工艺是适宜的(i)通过气相处理的热氧化；(ii)电解氧化；以及(iii)化学氧化。在(i)中，处理适宜以500 — 700 C下在空气中进行I一30分钟；这是最简单的过程；然而，不易实现对氧化膜厚度的控制。在(ii)中， 通过施加相对于标准氢电极约3伏的电势，经阳极氧化实现表面氧化；此过程的特点在于， 通过根据表面面积改变电量，可以控制氧化膜的厚度；然而，对于较大面积，不易形成均匀的氧化膜。在(iii)中，通过在溶解有氧化剂如硝酸的溶液中浸溃约I分钟至约5分钟，进行表面氧化；通过改变时间、温度、或氧化剂的类型，可以控制氧化膜的厚度；然而，冲洗掉该试剂比较麻烦。虽然所有这些工艺都适宜，但(i )和(i i i )更适宜。
氧化层适宜具有I纳米至100纳米范围的厚度，更适宜具有10纳米至50纳米范围的厚度。应当注意到，厚度可以不在这样的范围中。当氧化膜的厚度过小时，不足以提供催化作用；另外，即使在还原性很弱的气氛中也会导致金属化。另一方面，当氧化膜的厚度过大时，足以维持催化作用；然而，在界面处电子导电劣化，导致发电性能的劣化。
6.阴极 5:
_配置与作用-
图8是在固体电解质I是氧离子导电性的情况下阴极5中电化学反应的说明图。 在阴极5中，引入空气尤其是氧分子。
阴极5是主要由氧离子导电性陶瓷5c构成的烧结体。在这种情况下，氧离子导电性陶瓷5c的适宜示例包括锶掺杂的锰酸镧(LSM)、锶掺杂的钴酸镧(LSC)、以及锶掺杂的钴酸钐(SSC)。
在根据本实施例的阴极5中，银粒布置成银膏涂布布线12g的形式。按这种形式， 银粒表现出显著促进阴极反应02+4e_ — 202—的催化作用。结果，阴极反应能以非常高的速度进行。银粒适宜具有10纳米至100纳米的平均尺寸。
在上述说明中，描述了固体电解质I是氧离子导电性的情况。可替代地，固体电解质I可以是质子(H+)导电。在这种情况下，阴极5中的离子导电性陶瓷5c可以是质子导电性陶瓷，适宜是锆酸钡等。
_ 烧结-
适宜使用具有约O. 5微米至约50微米平均尺寸的钪稳定的氧化锆(SSZ)。烧结条件是于^(^!^…!^(^!^范围温度下在空气气氛中保持约30分钟至约180分钟。
7.固体电解质I:
虽然电解质I可以是固体氧化物、碳酸盐融烧物(molten carbonate)、磷酸、固相聚合物等，但固体氧化物是适宜的，因为其可以以较小尺寸使用，并且易于处理。固体氧化物I的适宜示例包括氧离子导电性氧化物，诸如SSZ (钪稳定的氧化锆)、YSZ (钇稳定的氧化锆)、SDC (钐稳定的二氧化铈)、LSGM (镓酸镧)、以及⑶C (氧化钆稳定的二氧化铈)。可替代地，如上所述，可以使用质子导电性锆酸钡。
8.镀金属体Ils:
多孔金属体Ils适宜为镀金属体，其为用于阳极2的集电体的重要组成部分。多孔金属体11适宜是金属镀制的多孔体，尤其是，镀镍多孔体，即上述的Celmet (注册商标)。 镀镍多孔体可以形成为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， 镀镍多孔体可以作为用于阳极2 (其作为内表面侧的电极)的集电体的组成部分，并且，也可以具有非常高的透气性。当孔隙率小于O. 6时，压力损失变高；当采用泵等执行强制循环时，能量效率降低，以及，例如，导致离子导电部件等的弯曲变形，这是不适宜的。为了减小压力损失，并且抑制对离子导电部件的损坏，孔隙率适宜为大于或等于O. 8，优选为大于或等于O. 9。另一方面，当孔隙率大于O. 98时，导电率变低，使集电能力劣化。
9.筒状MEA的制造方法
参见图9，说明筒状MEA 7制造方法的概要。图9图示分别烧制阳极2以及阴极5 的步骤。首先购买并准备市售的筒状固体电解质I。然后形成阴极5时，通过将阴极形成材料溶解在溶剂中制备溶液，以实现预定的流动性；并且将此溶液均匀地施加至筒状固体电解质的外表面。然后，在适合于阴极5的烧制条件下烧制所施加的溶液。接着，进行阳极2 的形成。除了图9中所示的制造方法，还有许多变化方式。在只执行一次烧制的情况下，烧制并非如图9中所示地分开进行，而是将这两个部分形成为施加状态，并且最终在适合于这两个部分的条件下，烧制这些部分。另外，有许多变化方式。可以综合考虑例如形成这些部分的材料、目标分解效率、以及生产成本,确定生产条件。
10.气体分解组件的布置
图10图示气体分解组件10布置的示例。图IOA图示采用单个筒状MEA 7的气体解毒装置。图IOB图示具有并行布置有多个图IOA中所示结构(12个结构)配置的气体解毒装置。当由单个MEA 7提供的处理容量不够时，多个MEA 7的并行布置允许容量增加而无需麻烦的处理。在多个筒状MEA 7的每一个中，将阳极集电体11 (IlaUls和Ilk)插在内表面侧，并且使含氨的气态流体通过内表面侧。在筒状MEA 7的外表面侧，设置空间S，使得高温空气或高温氧气与外表面接触。
加热器41是加热单元，其可以布置成与并行布置的所有筒状MEA 7结合在一起。 在这种所有结构都结合在一起的配置中，可以实现尺寸减小。
(第二实施例)
图IlA是根据本发明第二实施例的气体分解组件10的纵向剖视图。图IlB是沿图 IlA中XIB-XIB线的剖视图。本实施例具有这样一种特征，阳极集电体11由与阳极2接触的镍膏层Hg/多孔金属体Hs/中央导电棒Ilk构成。具体而言，本特征为，用镍膏层Ilg 取代在图IA和图IB中所示气体分解组件10的镍网片11a。
如上所述，尽管使用镀金属体Celmet (注册商标)作为多孔金属体11s，但接触电阻相对较高气体分解组件10的阴极集电体12与阳极集电体11之间的电阻为例如约6欧姆。在这种结构中，通过另外形成镍膏层llg，电阻可以降低至约2欧姆，也就是，以大约3 为因数降低了电阻。这种降低电阻的效果与镍网片Ila是等效的。
优选地，考虑例如成本效率以及生产的容易程度，确定镍膏层Ilg与镍网片Ila之间的选择。
对于以上没有特别说明的结构、组件等(例如，中央导电棒Ilk、银膏涂布布线 12g、阳极2、金属颗粒链21、阴极5、固体电解质I、镀金属体11S、筒状MEA 7的制造方法、以及气体分解组件的布置)，可以采用第一实施例中描述的那些。
(第三实施例)
<阳极集电体11> :镍网片Ila/多孔金属体Ils/中央导电棒Ilk
镍网片Ila与布置在筒状MEA 7内表面侧的阳极2电连接，以通过多孔金属体Ils 与中央导电棒Ilk导电。如图12A所示。在入口 17侧上，镍网片Ila具有延伸超出MEA 7 的部分，并且，使该部分的末端W与中央导电棒Ilk电连接。据此，镍网片Ila并行地具有(I)镍网片Ila/多孔金属体Ils/中央导电棒Ilk的导电路径，以及，(2)镍网片/中央导电棒Ilk的导电路径。结果，布置在筒状MEA 7内表面上的镍网片Ila可以保持较低电阻， 并且还可以抑制压力损失的增加。这种结构作为第三实施例的基础。这方面将在下面详细描述。
多孔金属体Ils适宜是镀金属体，其可以形成为具有高孔隙率，诸如Celmet(注册商标住友电气工业株式会社)，用于降低含氨的气态流体的压力损失的目的。在筒状MEA 的内表面侧上，重要的是，使多个部件所形成集电体11的总电阻较低，同时，使阳极侧气态流体引入中的压力损失较低。
通过施加镍膏随后还原烧结，使阳极2与镍网片Ila结合在一起；烧结的镍膏8a 布置在阳极2与镍网片Ila之间。类似地，使经过还原烧结的镍膏Sb布置在多孔金属体 Ils与镍网片Ila之间。
<阴极集电体12> :银膏涂布布线12g+镍网片12a
镍网片12a与筒状MEA 7的外表面接触，以与外部配线导电。银膏涂布布线12g含有作为催化剂的银，用于促进氧气在阴极5中分解成氧离子，并且，也有助于降低阴极集电体12中的电阻。阴极5可以形成为含有银。然而，阴极集电体12中具有预定特性的银膏涂布布线12g允许氧分子由此通过并且与阴极5的银粒接触。因此，呈现出与由阴极5中含有的银粒所提供的类似催化作用。另外，与阴极5形成为含有银粒的情况相比，这也不太虫贝ο
不考虑银膏涂布布线12g的存在与否，镍网片12a都可以覆盖有银膏层。银膏层起到催化剂的作用，其促进阴极5中氧分子的分解。另外，银膏层具有较低电阻，导致阴极集电体12的电阻降低。虽然银膏层可以与银膏涂布布线12g联合有效地使用，但银膏涂布布线12g可以省略。
<第三实施例的气体分解组件的特征>
根据本实施例的气体分解组件10的特点如下。
(I)镍网片布置在整个阳极2上以覆盖阳极2。镍网片Ila布置在阳极2与多孔金属体Ils之间。
(2)镍网片Ila具有延伸超出MEA 7的部分。通过电阻焊将此延伸部焊接至中央导电棒Ilk。通过焊接部W使镍网片Ila与中央导电棒Ilk结合。
(3)多孔金属体的Ils断续方式布置在气态流体通道P中。多孔金属体Ils相对于通道P总长度的比例为约20%，这是非常低的。阳极集电体11中多孔金属体Ils的作用是维持较低电阻，并且防止气态流体未经处理而通过。出于提高气态流体与阳极2接触几率的目的，通过例如使含有待分解气体的气态流体成为紊流，可以防止气态流体未经处理而通过。
重要的是，在防止气态流体未经处理而通过的同时，不增大压力损失。当多孔金属体IlS相对于通道P总长度的比例调整至约20%时，这种调整明显有助于减少压力损失。
上述特征可以提供以下显著作用。
(El)镍网状片Ila布置在阳极2与多孔金属体Ils之间，从而提高了阳极2与多孔金属体Ils之间的导电率。这是因为镍网片Ila具有光滑表面并且与另一部件相符，从而实现与该部件的良好接触，而多孔金属体尤其是Celmet Ils缠绕于中央导电棒Ilk周围以具有螺旋形式，并且由细微的树枝状部分聚集而构成。
(E2)作为从阳极2到中央导电棒Ilk的导电路径，给导电路径(阳极2/镍网片 Ila/多孔金属体Ils/中央导电棒Ilk)以并行方式增加了导电路径(阳极2/镍网片Ila/中央导电棒Ilk)。结果，可以显著降低阳极集电体11的电阻。
(E3)由于上述(E2)中的电阻降低，可以减小多孔金属体Ils相对于通道P长度的长度。如上所述，多孔金属体Ils的总长度相对于通道P全长的比例为约20%。结果，可以显著降低通道P中的压力损失。此外，如上所述断续方式布置多孔金属体11s，并且将其主要布置在高温区中，在高温区中，分解电化学反应以高速进行(温度在气体出口侧变得比在气体入口侧高)。
下文中，进一步具体说明镍网片11a。首先说明上述作用(El)。
不使用镍网片Ila时，多孔金属体Ils与阳极2直接接触。在这种情况下，即使当多孔金属体Ils由镀金属体如Celmet构成时，接触电阻也变高。镀金属体为具有预定厚度的片状；显微镜下，树枝状金属形成网状结构。当在筒状体MEA的内表面侧上插入镀金属体作为第一电极集电体时，上述片状镀金属体螺旋状缠绕，并且这样插入，使得螺旋的轴心沿筒状体MEA的轴心延伸。在螺旋片材的外周面中，螺旋中的最外缘或位于预定位置处的母线部分趋于与圆筒的内表面接触；然而，相对上述部分位于内侧的部分趋于与第一电极分离，因为不是非同心圆而是螺旋的形状。据此，在多孔金属体与第一电极之间不易实现足够大的接触面积。类似地，关于接触压力，在预定母线部分中可以保证足够高的接触压力，而相对于上述部分位于内侧的部分的接触压力变得不够。据此，当通过多孔金属体与第一电极的直接接触实现电连接时，接触电阻变高，导致第一电极集电体的电阻增大。集电体的电阻增大导致电化学反应性能的劣化。更糟的是，为了增大接触面积，常规方式将多孔金属体 Ils连续布置在阳极2的整个长度上。在整个长度上多孔金属体Ils的这种连续布置导致所引入气态流体的压力损失增大。
与此不同，通过使用镍网片，可以使接触电阻按下述方式降低。具体而言，由于镍网片Ila具有单片形状，镍网片Ila的全周自然与第一电极的圆筒内表面接触。作为例如施加用于填充筒状体的外力(加压)、以及对填充材料量的增加进行调节的结果，金属网片Ila 与镀金属体Ils互相符合，并且向阳极2凸出，导致与阳极2的接触面积增大。在金属网片 Ila与镀金属体Ils之间的接触界面处，金属树枝状结构互相压贴，并且进入彼此的孔隙， 从而实现互相接触。据此，维持较低的接触电阻。
将镍膏8a和Sb放置在阳极2/镍网片Ila/镀金属体Ils之间的界面处，并且经过还原烧结，从而进一步降低电阻。下文说明还原烧结。
如上所述，即使使用镀金属体Celmet (注册商标)作为多孔金属体Ils时，镍网片的缺少导致相对较高的接触电阻气体分解组件10的阴极集电体12与阳极集电体11之间的电阻为例如约4欧姆(Ω )至约7欧姆。通过将镍网片Ila插入此结构，布置镍膏8a和 8b，并且进行还原烧结，可以使电阻降低至约I欧姆或更少，也就是，以大约4或者大于4的因数减少。
图4A和图4B图示镍网片11a。关于图4A，使单相镍片穿孔以形成网状结构。图 4B图示通过编织镍线形成具有网状结构的织造织物。可替代地，可以使用通过制备棉花状纤维并且加压形成的非织造织物(图中未示出)。虽然所有这些织物都可以用作镍网片11a， 但考虑到例如挠性和孔隙尺寸的均匀分布，织造织物是优选的。在图4中，虽然镍网片Ila 并不具有圆筒形状，但在实际气体分解组件10中，可以使用这种顶部略微打开的不完整圆筒形状的片材。
现在说明网片的材料。在上文描述中，使用了术语“镍网片11a”。然而，网片的材料并不局限于镍。材料的适宜示例包括镍(Ni)、镍-铁(Ni-Fe)、镍-钴(Ni_Co)、镍-铬 (Ni-Cr)、以及镍-钨(Ni-W)。网片可以具有镀制层由这种金属或合金构成的结构。例如， 可以使用镀有镍的铁织造织物；其通过加热形成合金，也就是，镍-铁合金。在这种金属或合金与第一电极结合时，可以相对容易地实现对于网片形成金属的还原气氛，而不必米用非常严格的密封条件。因此，可以相对容易地进行与第一电极的还原结合。特别地，镍-钨等具有优良催化作用，并且可以促进例如氨的分解。
下面所使用的术语“镍网片”也表示由这种材料构成的网片。
图13图示镍网片Ila的端部形状。如图12A中所示，出于将镍网片Ila焊接至中央导电棒Ilk的目的，需要进行减径。使待焊接部分W与中央导电棒Ilk的外周接触，并且适宜通过电阻焊进行焊接。电阻焊中的焊点适宜为大约四个点，这些点以等间距位于中央导电棒Ilk的外周上。取代电阻焊，可以执行TIG焊(钨极惰性气体保护焊)或MIG焊(熔化极惰性气体保护焊)；然而，需要焊接材料和保护气体，并且输入的热量较高，因此，中央导电棒可能变形；据此，适宜采用电阻焊。通过进行电阻焊以将镍网片Ila和中央导电棒Ilk 结合，可以得到具有高强度及低电阻的结合部。
图14图示固体电解质是氧离子导电性时图12中气体分解组件10的电气配线系统。将含氨的气态流体以高度气密方式引入筒状MEA 7的内筒，也就是，布置阳极集电体12 的空间。当使用筒状MEA 7时，由于气态流体在内表面侧上通过，重要的是使用多孔金属体 Ils,如上所述,镀金属体,诸如Celmet。如上所述,在本实施例中，将Celmet Ils以间隔方式断续布置；以及，Celmet Ils相对于通道P长度的比例为约20%。
在含氨的气态流体通过镍网片Ila和多孔金属体Ils中的孔隙时，其也与阳极2 接触，导致下述的氨分解反应。由阴极中氧气分解反应产生氧离子02_，其穿过固体电解质I 到达阳极2。也就是说，此为氧离子(其为阴离子)移动通过固体电解质的电化学反应。
(阳极反应)2NH3+302_— N2+3H20+6e_
具体而言，一部分氨反应2NH3 — N2+3H2。这些3H2与氧尚子302反应生成3H20。
使空气尤其是氧气通过空间S，并将其引入阴极5。将阴极5中自氧分子离解的氧离子朝阳极2送至固体电解质I。阴极反应如下。
(阴极反应)02+4e_— 202-
作为电化学反应的结果，产生电力；在阳极2与阴极5之间产生电势差；电流I从阴极集电体12流到阳极集电体11。当将负载(诸如用于加热气体分解组件10的加热器41) 连接在阴极集电体12与阳极集电体11之间时，可以为加热器41供电。这种给加热器41 的供电可以是部分供给。相比较，在大多数情况下，来自这种自发电的供给量等于或低于加热器所需总电力的一半。
上述的电化学反应是这样一种反应，其中，氧离子(其为阴离子)移动通过固体电解质I。在根据本发明的另一理想实施例中，例如，固体电解质I可以由锆酸钡(BaZrO3)构成，并且引起一种反应，其中，在阳极2中产生质子，并且使其移动通过固体电解质I到达阴极5。
当使用质子导电性固体电解质I时，例如，在分解氨的情况下，在阳极2中使氨分解以产生质子、氮分子、以及电子；使质子移动通过固体电解质I到达阴极5 ;以及，在阴极5中，质子与氧反应以生成水(H20)。由于质子小于氧离子，质子以高于氧离子的速度移动通过固体电解质。据此，可以降低加热温度，同时，可以实现实用水平的分解容量。
另外，固体电解质I能容易地形成为具有提供足够强度的厚度。
例如，当用筒状体MEA分解氨时，将阳极布置在筒状体MEA内侧，并且使用氧离子导电性固体电解质，在筒状体内侧(在阳极中)发生生成水的反应。在靠近筒状体MEA出口的低温部分处水呈水滴形式，并且会导致压力损失。相反，当使用质子导电性固体电解质时， 质子、氧分子、以及电子在阴极中(在外侧)反应以生成水。由于外侧实质上敞开，即使水滴附着至出口附近的低温部分，也不易导致压力损失。
下文中，参照图15，说明用筒状MEA 7、镍网片11a、Celmet (多孔金属体)11s、以及中央导电棒Ilk形成阳极集电体11的方法。筒状MEA的制造方法与上述相同。将镍网片Ila的端部首先如图13中所示进行处理。用镍膏8a涂覆镍网片11a，然后将其插进筒状 MEA7。随即，可以执行还原烧结以使阳极2/镍网片Ila结合。可选择地，可以保留处于临时结合状态下的阳极2/镍网片Ila而不经过还原烧结。
将Celmet片Ils的开始缠绕部分通过电阻焊固定至中央导电棒11，并且，缠绕并临时结合Celmet片11s。用镍膏8b涂覆这样缠绕的Celmet Ils的外表面,并且将Celmet Ils插进具有镍网片Ila的上述筒状MEA 7。随即，执行还原烧结(RS步骤)，以将Celmet Ils与镍网片Ila结合在一起。当镍网片Ila和阳极2直到此时(RS步骤)仍没有经过还原烧结时，在此时(RS步骤)，使镍网片Ila和阳极2同时进行还原烧结。接着，(W步骤)将镍网片Ila的延伸部(端部)W放置于中央导电棒Ilk的外周上，并通过电阻焊进行焊接。(RS 步骤)和(W步骤)的顺序可以颠倒。这样，形成阳极集电体11，并且执行下一步骤。
电阻焊也可以在例如下述条件下进行。
MIYACHI CORPORATION生产的电阻焊机；焊接电源IS_120B ;焊接变压器 ITH-651A6W6 ;焊头MH-D500C ;焊接条件电流 6. OKAX 压力 25. ON
还原烧结条件为在20%NH3的氮气气氛中，在800°C下保持10至20分钟。
图16图示中央导电棒Ilk与外部配线Ile的连接状态、以及筒状MEA 7与气态流体传送通道45之间的连接状态。氟碳树脂形成的管状接头30与筒状MEA 7的端部接合。 执行接合使得保持下述状态接合部31b从管状接头30的本体部31延伸至固体电解质1， 接合部31b的内表面侧上所具有的O形环33邻接由陶瓷(其为烧结体)所构成的固体电解质I的外表面。据此，管状接头30的接合部31b形成为具有以锥形方式改变的外径。锥形部是带螺纹的，并且将圆螺母32拧至此螺纹。通过于外径增大方向旋紧圆螺母，将接合部 31b于其外表面上旋紧。因此，可以调节O形环33的气密性。
在管状接头30的本体部31中，设置以气密方式穿透本体部31的导电贯通部37c。 为了保证气密性，例如，施加密封树脂38。导电贯通部37c优选是带螺纹的圆柱形杆，以便旋紧螺母39，用于保证与外部配线lie电连接的目的。将导电引线37b与导电贯通部37c 中位于管内的端部连接。导电引线37b的另一端与连接板37a连接。
使用连接工具诸如螺丝刀，用插进管状接头30的凸出孔部31a的螺丝刀旋紧螺钉 34，建立连接板37a与中央导电棒Ilk的末端部35之间的电连接。通过用螺丝刀旋紧螺钉 34，可以基本上消除末端部35与连接板37a之间电连接中的电阻(接触电阻)。
通过将外部配线12e缠绕在阴极集电体12的镍网片12a端部外周，可以建立与外部的连接。与从阳极集电体11到外部的连接相比，由于阴极5位于筒状MEA 7的外表面侧， 建立连接的难度低。
气态流体传送通道45优选是由例如树脂构成的可弹性变形管。管45接合在凸出孔部31a的外周，并且用紧固件47紧固。结果，可以得到高度气密的连接。
在图16中，阳极集电体11与外部配线Ile之间的连接、以及管状接头30与气态流体传送通道45之间的连接，二者都由非常简单并且较小的结构实现。另外，使用中央导电棒Ilk以及与之连接的末端部35，将这两种连接布置在与来自加热器的热流主流分开的位置处。据此，使用氟碳树脂(其为普通的耐热或耐腐蚀树脂)，即可保证长期重复使用的耐久性。需确认的是，应当注意到，如上所述，中央导电棒Ilk与多孔金属体Ils以较低接触电阻电连接。
关于以上没有特别说明的结构、组件等(诸如，中央导电棒Ilk、银膏涂布布线 12g、阳极2、金属颗粒链21、阴极5、固体电解质I、镀金属体11 s、筒状MEA 7的制造方法、以及气体分解组件的布置)，可以采用第一实施例中描述的那些。
(另一气体分解组件)
表I中描述了可以应用根据本发明气体分解组件的其他气体分解反应的示例。气体分解反应Rl是第一实施例和第三实施例中所描述的氨/氧分解反应。另外，根据本发明的气体分解组件可以应用于所有气体分解反应R2至R8 :具体而言，氨/水、氨/氮氧化物 (NOx)、氢/氧、氨/ 二氧化碳、VOC (挥发性有机化合物)/氧、VOC/氮氧化物、水/氮氧化物等。在上述所有反应中，第一电极并不局限于阳极，也可以是阴极。使此阴极与另一电极构成一对。
[表 I]
页目 G今\\引入阳极的气体移动离子引入阴极的气体电化学反应RlNH3O2'O2发电R2NH,O2'H2O发电R3NH；,O2'NO2' NO发电R4H2O2-O2发电R5NH3OCO2电解 (供电)R6VOC 如CH4O2-O发电R7VOC 如CH4ONO2、NO电解 (供电)R8H OO2'NO2、NO电解 (供电)
表I中仅仅描述了很多种电化学反应的几个示例。根据本发明的气体分解组件也适用于很多种的其他反应。例如，表I中的反应示例限于采用氧离子导电性固体电解质的示例。然而，如上所述，采用质子(H+)导电性固体电解质的反应示例也是本发明的主要实施例。即使在采用质子导电性固体电解质时，在表I所述的气体的组合中，虽然经过固体电解质的离子种类是质子，最终也可以使气体分子分解。例如，在反应(Rl)中，在质子导电性固体电解质的情况下，在阳极中使氨(NH3)分解成氮分子、质子、以及电子；质子移动通过固体电解质到达阴极；电子移动通过外部电路到达阴极；以及，在阴极中，氧分子、电子、以及质子生成水分子。考虑到最终使氨与氧分子结合并分解这一方面，这种情况与氧离子固体电解质的情况是一样的。
(其它应用示例)
上述电化学反应是用于气体解毒的气体分解反应。也存在主要目的并非气体解毒的气体分解组件。根据本发明的气体分解组件也适用于这种电化学反应装置，诸如燃料电池。
前文中描述了本发明的实施方式。然而，仅仅出于例示说明的目的给出以上披露的本发明实施方式，本发明的范围并不局限于这些实施方式。本发明的范围由权利要求限定，并且涵盖本权利要求的等效置换含义及范围内的所有修改。
工业实用性
根据本发明的气体分解组件可以提供一种小型装置，其中使用电化学反应来降低运行成本，并且实现高处理性能。特别地，用于氨的具有筒状MEA的氨分解组件尺寸较小， 但具有较高处理性能，并且，即使在高温下使用还具有高耐久性，以保证处理容量。
例如，在根据本发明的气体分解组件中，插入金属网片以减小第一电极与多孔金属体之间电连接的电阻，将金属网片的延伸部与中央导电棒电连接。据此，可以进一步降低第一电极集电体的电阻。由于电阻的这种降低，气体通道中多孔金属体的长度可以减小，因此，能够抑制压力损失的增加。结果，可以提供一种小型装置，其气体处理性能高，并且能以较低运行成本工作。
附图标记列表
I固体电解质
2阳极
2h阳极孔隙
5阴极
5c阴极中的离子导电性陶瓷
8a, 8b镍膏
10气体分解组件
11阳极集电体
Ila镍网片
lie阳极外部配线
Ilg镍膏层
Ilk中央导电棒
Ils多孔金属体(镀金属体)
12阴极集电体
12a镍网片
12e阴极外部配线
12g银膏涂布布线
21金属颗粒链
21a金属颗粒链的芯部(金属部分)
21b氧化层
22阳极中的离子导电性陶瓷
30管状接头
31管状接头的本体部
31a凸出孔部
31b接合部
32圆螺母
33O型环
34螺钉
35中央导电棒的末端部
37a连接板
37b导电引线
37c导电贯通部
39螺母
45气态流体传送通道
47紧固件
41加热器
51分解前的排气通道
53分解后的排气通道
61控制面板
63用于发电的配线
64用于外部电力的配线
P气态流体通道(在MEA中)
S空气空间
W镍网片的焊接部2权利要求
1.一种用于分解气体的气体分解组件，包括 筒状体膜电极组合体(MEA)，其包括内表面侧的第一电极、外表面侧的第二电极、以及夹在所述第一电极与所述第二电极之间的固体电解质； 多孔金属体，其插在所述筒状体MEA的内表面侧，并且与所述第一电极电连接；以及 中央导电棒，其插入从而作为所述多孔金属体的导电轴。
2.根据权利要求I所述的气体分解组件，其中，所述中央导电棒是单相或复合相金属棒，其中至少表面层不含铬。
3.根据权利要求I或权利要求2所述的气体分解组件，其中，所述固体电解质延伸超出所述筒状体MEA的两端，管状接头与所述筒状固体电解质的各端接合，所述管状接头与用于供至第一电极的含有所述气体的气态流体的传送通道连接，以及，导电部件与所述中央导电棒电连接并贯穿所述管状接头。
4.根据权利要求3所述的气体分解组件，其中，所述管状接头由具有耐热性和耐腐蚀性的树脂形成。
5.根据权利要求I至权利要求4中任一项权利要求所述的气体分解组件，其中，所述第一电极和/或所述第二电极是这样的烧结体，其包含离子导电性陶瓷和主要含镍(Ni)的金属颗粒链。
6.根据权利要求I至权利要求5中任一项权利要求所述的气体分解组件，其中，所述固体电解质具有氧离子导电性或质子导电性。
7.根据权利要求I至权利要求6中任一项权利要求所述的气体分解组件，其中，所述多孔金属体是镀金属体。
8.根据权利要求I至权利要求7中任一项权利要求所述的气体分解组件，其中，将第一气态流体引入所述第一电极，将第二气态流体引入所述第二电极，以及，从所述第一电极和所述第二电极输出电力。
9.根据权利要求8所述的气体分解组件，进一步包括加热器，其中，将所述电力供至所述加热器。
10.一种氨分解组件，包括根据权利要求I至权利要求9中任一项权利要求所述的气体分解组件，其中，将含氨的气态流体引入所述第一电极，以及，将含氧分子的气态流体引入所述第二电极。
11.根据权利要求I至权利要求7中任一项权利要求所述的气体分解组件，其中，将第三气态流体引入所述第一电极，将第四气态流体引入所述第二电极，以及，通过所述第一电极和所述第二电极供给电力。
12.一种发电装置，包括权利要求8至权利要求10中任一项权利要求所述的气体分解组件、以及将所述电力供给另外的电气装置的供电部。
13.一种用于流体的电化学反应装置，包括权利要求I至权利要求12中任一项权利要求所述的气体分解组件。
14.一种用于分解气体的气体分解组件，包括 筒状体膜电极组合体(MEA)，其包括内表面侧的第一电极、外表面侧的第二电极、以及夹在所述第一电极和所述第二电极之间的固体电解质； 加热器，其加热所述MEA ；多孔金属体，其插在所述筒状体MEA的内表面侧，并且与所述第一电极电连接； 中央导电棒，其插入从而作为所述多孔金属体的导电轴；以及 金属网片，其插在所述第一电极与所述多孔金属体之间， 其中，所述金属网片包括延伸超出所述MEA的端部的部分，以及，将该延伸超出所述端部的部分电连接至所述中央导电棒。
15.根据权利要求14所述的气体分解组件，其中，所述金属网片具有圆筒形状，并且布置在整个所述第一电极上以覆盖所述第一电极。
16.根据权利要求15所述的气体分解组件，其中，使所述金属网片中延伸超出所述端部的部分的直径减小，以及，将该部分焊接至所述中央导电棒的外周。
17.根据权利要求14至权利要求16中任一项权利要求所述的气体分解组件，其中，在一点或多点处，通过电阻焊将所述金属网片中延伸超出所述端部的部分结合至所述中央导电棒的外周。
18.根据权利要求14至权利要求17中任一项权利要求所述的气体分解组件，其中，在所述MEA的入口侧和/或出口侧，使所述金属网片与所述中央导电棒电连接，含有所述气体的气态流体被引入该MEA。
19.根据权利要求14至权利要求18所述的气体分解组件，其中，将镍膏布置在所述多孔金属体与所述金属网片之间。
20.根据权利要求14至权利要求19中任一项权利要求所述的气体分解组件，其中，待分解的气体是从半导体制造设备排出的，并且至少含有氨。
21.根据权利要求14至权利要求20中任一项权利要求所述的气体分解组件，其中，从所述第一电极和所述第二电极输出电力，并且将所述电力供至所述加热器。
22.根据权利要求14至权利要求21中任一项权利要求所述的气体分解组件，起到燃料电池的作用，用于将电力供给外部装置。
23.一种用于气体分解组件的制造方法，其中，将第一电极布置于筒状体MEA的内表面侧，以及，用于所述第一电极的集电体包括布置于所述筒状体内侧的金属网片、多孔金属体、以及中央导电棒，将所述中央导电棒插入穿过所述多孔金属体，所述方法包括下列步骤 将所述多孔金属片固定于所述中央导电棒、并且将所述多孔金属片缠绕于所述中央导电棒周围的步骤； 将具有圆筒形状的所述金属网片放置在所述筒状体MEA的内表面上的步骤，使得所述金属网片具有延伸超出筒状体MEA端部的部分； 将周围缠绕有所述多孔金属片的所述中央导电棒插进包括所述金属网片的所述筒状体MEA的步骤； 在所述缠绕多孔金属体与所述金属网片之间建立电连接的步骤；以及 将所述金属网片中延伸超出所述端部的部分电连接至所述中央导电棒的步骤。
24.根据权利要求23所述的气体分解组件制造方法，其中，通过焊接，将所述金属网片中延伸超出所述端部的部分结合至所述中央导电棒。
25.根据权利要求23或权利要求24所述的气体分解组件制造方法，其中，在将所述中央导电棒插进所述筒状体MEA之前，将镍膏施加至放置于所述筒状体MEA中的所述缠绕多孔金 属体或所述金属网片，使得所述镍膏布置在所述缠绕多孔金属体与所述金属网片之间。
全文摘要
本发明提供了一种气体分解组件以及这种气体分解组件的制造方法，本气体分解组件使用电化学反应来降低运行成本并且可以实现高处理性能。本气体分解组件包括筒状MEA(7)，其包括内表面侧的阳极(2)、外表面侧的阴极(5)、以及夹在阳极与阴极之间的固体电解质(1)；多孔金属体(11s)，其插在筒状MEA的内表面侧，并且与第一电极接触；以及中央导电棒(11k)，其插入以作为多孔金属体(11s)的导电轴。
文档编号B01D53/58GK102933293SQ20118002824
公开日2013年2月13日 申请日期2011年6月6日 优先权日2010年6月7日
发明者平岩千寻, 真岛正利, 桑原铁也, 粟津知之, 上田登志雄, 仓本敏行 申请人:住友电气工业株式会社