气体分解组件的制作方法

专利名称：气体分解组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种气体分解组件；具体而言，本发明涉及一种能有效分解预定气体的气体分解组件。
现有技术虽然氨在农业和工业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)。一般而言，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4)。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. 2003-45472
发明概要技术问题如上所述，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)、或采用与催化剂进行热分解反应的方法(专利文献3)等。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，导致运行成本较高。另外，这样的装置尺寸较大，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。至于使用磷酸燃料电池以将来自化合物半导体制造所排废气中的氨解毒的装置(专利文献4)，并没有做出深入努力来解决压力损失的增加、电阻的增大等问题，这阻碍了解毒能力的增强。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加以及电极/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采用电化学反应并且能具有高处理性能的气体分解组件；尤其是用于氨的氨分解组件；一种发电装置，其在上述分解组件之中包括发电组件；以及一种电化学反应装置。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。此组件包括膜电极组合体(MEA)，其包括固体电解质、以及布置成夹住固体电解质的第一电极和第二电极；多孔金属体，其电连接至第一电极或第二电极；加热器，其加热MEA ；以及含有气体的气态流体引入MEA所通过的入口、排出已经过MEA的气态流体所通过的出口、和在入口与出口之间延伸的通道，其中，多孔金属体沿通道断续布置，以及，相对于通道的中间位置，多孔金属体的布置长度在出口侧大于在入口侧。作为MEA主要组成部分的固体电解质用来使离子由此通过。当固体电解质的温度 而言，透过固体电解质的离子量限制了反应速度。据此，用加热器等将包括MEA的电化学反应装置加热至300 — I OOOt。温度越高，离子的透过速度变得越高。据此，高温度是适宜的；然而，也必须具有高耐热性的材料和结构，导致成本增加。因此，采用适当的温度。即使使用加热器进行加热时，因为所引入气态流体的低温或加热器的进口端的影响，通常提供下列温度分布靠近入口的区域中温度较低，朝中央区域升高，以及，由于加热器出口端的影响，靠近出口的区域中温度降低。也就是说，在通道中，从中间位置延伸至出口的区域中的温度变得高于从入口延伸至中间位置的区域中的温度。如上所述，用于气体分解的电化学反应在高温区域中以高反应速度进行。也就是说，在高温区域，气体分解以高处理性能进行。气体分解反应中产生的电流在促进气体分解的高温区中也变大。多孔金属体，其起到集电体的作用，还发挥的作用是，避免含有待分解气体的气态流体未经处理就通过，并且使气态流体与第一电极或第二电极接触。为了实现集电以及避免气态流体未经处理就通过这二者功能，多孔金属体具有至少在预定水平之上的孔隙率和孔隙尺寸，并且具有至少在预定水平之上的导电率。然而，即使当多孔金属体具有至少在预定水平之上的孔隙率和孔隙尺寸时，从入口到出口的整个通道长度上布置的多孔金属体导致压力损失的严重增加。压力损失的这种增加是妨碍采用电化学反应的气体分解组件的处理性能达到实用水平的一大因素。在根据本发明的上述配置中，由于多孔金属体沿通道断续布置，可以抑制压力损失的相当减少。多孔金属体布置成，使得从中间位置延伸至出口的区域中的多孔金属体的长度大于从入口延伸至中间位置的区域中的多孔金属体的长度，前者区域比后者区域具有更高的温度。据此，在其中电化学反应以较高速度进行的区域中选择性地布置多孔金属体。结果，在保持电阻较低使得以较高速度进行的电化学反应不受抑制的同时，可以抑制压力损失的增加。这里，布置在这样一种区域(自入口延伸至中间位置或从中间位置延伸至出口)中的多孔金属体的长度是该区域中多孔金属体的总长度。应当注意到，待处理的预定气体可以是单一成分或者两种或更多成分。虽然电化学反应适宜导致两种或更多成分的分解(电化学反应)，但使预定气体的至少一种成分分解就足够。第二气态流体可以包括单一成分，或者可以含有两种或更多成分。多孔金属体适宜布置在按通道总长度的至少五分之一或更多与入口分开的区域中。如上所述，由于自外部传输的气态流体的低温所致以及加热器的端部影响，靠近入口区域中的通道具有较低温度。据此，气体的分解反应速度在靠近入口的区域中较低。因此，即使多孔金属体布置在靠近入口的区域中时，其仅仅有助于增大压力损失，并且基本上不提供集电功能。在自入口延伸至按通道总长度的至少五分之一或更多与入口分开的区域中，由于温度不够高，集电体实际上没有必要。在上述配置中，由于在集电体没有必要的区域中并没有布置多孔金属体，集电功能没有受到抑制，并且，压力损失可以降低。断续布置的多孔金属体具有的总长度是通道总长度的十分之一至十分之五。在这种情况下，多孔金属体在出口侧比在入口侧以更高密度布置，出口侧具有比入口侧更高的温度。因此，在用短长度多孔金属体可以有效实现集电，同时，还可以降低压力损失。当多孔金属体的总长度小于通道总长度的十分之一时，不能充分实现集电，并且抑制电化学反应；另一方面，当其超过十分之五时，压力损失变得极高。取决于多孔金属体布置所在的位置，断续布置的多孔金属体可以具有不同的平均孔隙尺寸。在这种情况下，例如，将具有较大孔隙的多孔金属体布置在靠近入口侧(此处电化学反应速度相对较低)，使得实现较低压力损失，并且提供一定程度的集电能力，以及，将具有较小孔隙的多孔金属体布置在靠近出口侧(此处电化学反应速度较高)，使得可以提供相对较高的集电能力，同时导致一定程度的压力损失。多孔金属体可以是镀金属体。在这种情况下，能得到具有较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，厚度可以容易地调节至较小，因此，可以容易地实现高孔隙率。金属网片和/或金属膏可以布置在第一电极与多孔金属体之间或第二电极与多孔金属体之间。在此配置中，金属网片和/或金属膏与多孔金属体构成集电体。当不使用金属网片和/或金属膏时，通过于其间直接接触将多孔金属体电连接至例如第一电极。在多孔金属体与第一电极或第二电极之间的接触中，不易提供足够大的接触面积。据此，当通过多孔金属体与电极之间的直接接触建立电连接时，接触电阻变高，导致电极与集电体之间电阻的增大。集电体的电阻的增大导致电化学反应性能的劣化。与之相反，利用金属网片和/或金属膏，按下列方式可以减小接触电阻。(I)在金属网片的情况下，因为其具有单片形状，其自然与电极接触，以与电极表面密接。作为例如施加外力用于提高填充程度的结果，金属网片和多孔金属体彼此密接，并且凸出至电极，导致与电极的接触面积增加。在金属网片与多孔金属体之间的接触界面处，使金属树枝结构相互压贴，并进入彼此孔隙，从而实现彼此接触。据此，维持较低接触电阻。(2)在金属膏的情况下，由于所施加的金属膏具有可塑性，即使在多孔金属体与电极稍有分离的部分，金属膏填满间隙，从而建立电连接。据此，可以非常容易地建立电极与多孔金属体之间的低电阻电连接。如上所述，通过使用金属网片或金属膏，可以使电极集电体的总电阻较低。据此，即使当多孔金属体不连续而是断续布置在通道中时，也可以形成具有足够低电阻的集电体。结果，通过减少多孔金属体的总长度，可以使通过这部分的气态流体的压力损失较低。此时，将多孔金属体以比入口侧更高的密度布置在从中间位置延伸至出口的区域中，该区域具有高温，其中电化学反应趋于以较高速度发生，据此，可以执行有效的集电。虽然金属网片可以是任何片材诸如织物、非织物、或穿孔片材，考虑到例如挠性和孔隙尺寸的均匀分布，其适宜是织物。金属材料的适宜示例包括镍、镍-铁、镍-钴、镍-铬、以及镍-钨。网片可以具有其中镀层由这种金属构成的结构。例如，可以使用镀有镍的铁织物；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的结合(bonding)中，形成网片的金属所用的还原气氛可以相对容易地实现，而无需采用非常严格的密封条件。因此可以容易地进行还原结合(reduction bonding)。特别地,镍-鹤系等具有优良的催化作用，并且可以促进例如氨的分解。可以采用以下配置MEA具有筒状体；第一电极布置在筒状体的内表面侧，而第二电极布置在筒状体的外表面侧；第一电极面对通道；而多孔金属体布置在通道中，作为用于第一电极的集电体。通过将MEA形成为筒状体，可以形成由易碎陶瓷构成的MEA，以具有稳定的强度，而且，即使加工精度相对不高，也不会在加工期间使其损坏。一般而言，由于将含有待解毒气体诸如氨的气态流体引入筒状体的内表面侧，要求通道具有高气密性。因为筒状体，在通道中保证了高气密性。气态流体流过形成第一电极集电体的多孔金属体。如 上所述，相对于中间位置，与入口侧相比，由于多孔金属体在出口侧以更高密度断续布置，可以使压力损失较低，并且可以执行有效的集电。中央导电棒可以插进筒状MEA，以作为多孔金属体的导电轴。通过使用中央导电棒，可以降低电阻，以及，其中使气态流体的传送通道和外部布线集中的筒状MEA的端部可以会聚至紧凑尺寸。也就是说，可以提供一种小而简单的结构。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)/外部布线”中的电阻率。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。多孔金属体可以包括多孔金属片，其缠绕并布置在筒状体内。多孔金属体具有有着预定厚度的片材形状；显微镜下，树枝状金属形成网状结构。当将多孔金属体插入作为筒状MEA内表面侧上的第一电极集电体时，将上述片状多孔金属体螺旋状缠绕并且插入，使得螺旋轴心沿筒状MEA的轴心延伸。在螺旋多孔金属体片的外周面中，螺旋中的最外缘或预定位置处的母线部趋于与圆筒内表面接触，从而建立电连接。据此，可以容易地形成集电体。多孔金属片的缠绕开始部分通过焊接可以固定至中央导电棒。在这种情况下，多孔金属片材可以容易地缠绕于中央导电棒。另外，必然可以使多孔金属片与中央导电棒之间电连接部分的电阻较低。多孔金属体适宜包括多个多孔金属片，这些多孔金属片具有不同的孔隙尺寸，并且这样缠绕，使得外部多孔金属片具有的孔隙尺寸小于内部多孔金属片具有的孔隙尺寸。在这种情况下，以较低接触电阻与第一电极建立电连接，同时，可以抑制增加压力损失。可以采用以下配置金属网片布置在第一电极与多孔金属体之间，金属网片具有延伸超出MEA端部的部分，以及，延伸超出端部的部分与中央导电棒电连接。在这种情况下，在第一电极与中央导电棒之间，金属网片与多孔金属体平行布置。也就是，金属网片与多孔金属体平行地集电。据此，在维持低电阻的同时，可以减少多孔金属体的长度，并且，可以进一步减少压力损失。从第一电极和第二电极可以输出电力，并且供至加热器。在这种情况下，气体分解能以闻能效进行。
待分解的气体可以从半导体制造设备中排出，并至少含有氨。在这种情况下，第二电极(阴极)中所生成的氧离子移动至第一电极(阳极)；在由于金属颗粒链所致的催化作用以及由于离子所致的促进效果下，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。当使用质子导电性固体电解质诸如锆酸钡时，使氨在第一电极(阳极)中分解，以产生氮分子、质子、以及电子；质子通过固体电解质移动至阴极；电子通过外部电路移动至阴极；质子与氧在阴极中反应以生成水。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，并且，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和第四气态流体中气体的电解。取决于电化学反应中待分解气体与供给离子参与的气态流体(NH3、挥发性有机化合物(V0C)、空气(氧气)、H2O等)之间的电化学关系，确定电解质与燃料电池之间的选择 气体分解组件可以作为燃料电池，用于供给电力至外部装置。在这种情况下，在使气体例如无害化的同时，还可以发电。发明的有益效果例如，根据本发明的气体分解组件采用电化学反应，并且能具有高处理性能。特别地，通过选择性地布置多孔金属体以使其在高温区域具有较长长度，在保持压力损失较低的同时，可以执行有效的集电。


图I(a)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剖视图；图I (b)图示图I (a)中气体分解组件MEA通道中的温度分布；图2是沿图I (a)的气体分解组件中II_II线的剖视图；图3图示图I中气体分解组件的电气配线系统；图4A图示根据第一实施例的气体分解组件中的镍(镍)网片，该片具有通过穿孔镍片所形成的结构；图4B图示根据第一实施例的气体分解组件中的镍网片，该片具有通过编制镍线所形成的结构；图5图示外部配线与筒状MEA的端部中气态流体输送通道的连接状态；图6图示布置于筒状阴极外周面的银膏涂布布线和镍网片；图7A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7B是用于图7A的说明图；图8是阳极中电化学反应的说明图；图9是阴极中电化学反应的说明图；图10是筒状MEA制造方法的说明图；图IlA图示一种气体分解组件布置，一种具有单一筒状MEA的配置；图IlB图示一种配置，其中平行布置了多个图IlA中的结构(12结构)；以及图12是根据本发明第二实施例的气体分解组件的纵向剖视图。
具体实施例方式(第一实施例)图I (a)是一种气体分解组件的纵向剖视图，该气体分解组件作为根据本发明第一实施例的电化学反应装置，尤其是氨分解组件10。图I (b)图示沿图I (a)中筒状MEA7内部的通道P的温度分布。图2是沿图I (a)中II-II线的剖视图。参照图I (a)和图2，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；因此，形成筒状 MEA 7 (1、2、5)。虽然MEA称为膜电极组合体，但在本说明书中继续使用术语“MEA”。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。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/断续布置的多孔金属体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。如下文所述，在筒状MEA内表面侧上，重要的是，在使多个部件所形成集电体11的总电阻较低的同时，使通道P中的压力损失较低。<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，以居中与外部配线导电。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，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，表现出与由阴极5中所含银粒提供催化作用类似的催化作用。此外，与阴极5形成为含有银粒的情况相比，这也不太贵。作为阴极集电体的镍网片12a可以镀有银；对于促进氧分子的分解而言，此银镀层是期望的。由于银镀层表现出对氧分子分解的催化作用，有些情况下可以省略银膏涂布布线12g。虽然镍网片本身易被氧化，但由于银镀层导致的氧分子分解，可以抑制此氧化。作为MEA主要组成部分的固体电解质I用来让离子由此通过。当固体电解质I的温度接近室温时，离子透过速度较低，并且无法实现实用水平的气体分解性能。也就是说，一般而言，固体电解质I中单位时间内的离子透过量限制了反应速度。据此，用加热器41等将包括MEA 7的电化学反应装置加热至300 — IOOiTCia度越高，离子透过速度越高。据此，较高温度是适宜的；然而，需使用具有高耐热性的材料以及结构，导致成本增加。因此，采用适当的温度。即使使用加热器41进行加热时，因为所引入气态流体的低温或者加热器41的端部影响，通道P中通常提供下述温度分布温度在靠近入口的区域较低，朝中央区域增加，而在靠近出口的区域略有下降。如上所述，用于气体分解的电化学反应在高温区域中以较高反应速度进行。也就是说，在高温区域中，气体分解以高处理性能进行。在高温区域气体分解反应中所产生的电流也变大。
多孔金属体11s，其起到集电体的作用，还起到这样的作用，防止气态流体在未经处理的情况下通过，并且使气态流体与阳极2接触。为了实现集电以及防止气态流体在未经处理情况下通过这两种功能，多孔金属体Ils具有至少处于预定水平的孔隙率和孔隙尺寸，并且具有至少处于预定水平的导电率。然而，即使多孔金属体具有至少在预定水平的孔隙率和孔隙尺寸时，在通道P的整个长度从入口到出口布置的多孔金属体也导致压力损失的严重增加。<本发明实施例中的特征>参见图I (a)和图I (b)，多孔金属体或Celmet Ils在从入口 17到出口 19延伸的通道中断续布置，以使其集中在高温区域。在MEA 7或通道P的温度分布中，在自中间位置15延伸至出口 19的出口侧区域中的温度高于从入口 17延伸至中间位置15的入口侧区域中的温度。由于引入MEA 7的气态流体具有较低温度，MEA 7内需要预备区，用于将气态流体加热至预定温度。如图I (a)和图1(b)中所示，相比于从入口 17延伸至中间位置15的区域，Celmet Ils在从中间位置15延伸至出口 19的高温区域中布置长度更长。据此，Celmet Ils布置成以使其集中在电化学反应以较高速度进行的高温区域中。例如，当通道P长度的一半定义为L而Celmet的长度定义为d时，在图I (a)和图I (b)中，Celmet Ils在从入口 17延伸至中间位置15的区域中占(O. 5(1/1)父100%，而在从中间位置15延伸至出口 19的区域中占(2. 5d/L) X 100%。后一区域中Celmet Ils的长度是前一区域中的5倍。Celmet Ils的总长度占MEA 7通道长度的约10%至约50%就够了。具体而言，例如，当MEA 7具有约50厘米(cm)的长度时，可以布置各具有约4厘米长度的三个CelmetIls ;因此，Celmet Ils的总长度占MEA 7长度的比例略少于25%。特别地，下述配置是适宜的在气态流体具有较低温度的靠近入口 15的区域中，不布置Celmet 11，以及，在从入口延伸至距离入口约通道P五分之一长度的位置以外的区域中，布置Celmet Ils0延伸约通道P五分之一长度的这个区域可以视为用于达到最高温度的预备区。结果，与整个通道填充有Celmet的常规情况相比，可以显著减少压力损失。由于Celmet Ils选择性地布置在电化学反应以较高速度进行的区域中，以高速度进行的电化学反应没有受到抑制，并且可以实现低电阻。结果，可以提供一种气体分解组件，其采用电化学反应，具有较小尺寸，并且具有高处理性能。图3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的电气布线系统。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11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，使用镀金属体诸如Celmet是重要的。在含氨的气态流体通过镍网片Ila中的孔隙和Celmet Ils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3H2与氧离子3(Γ生成3Η20。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— 2O2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。相反地，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，在使阳极集电体11电阻较低的同时，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，但关键点在于，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)组成，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能力。另外，固体电解质I能够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内部，并且使用氧离子导电性固体电解质，在筒状体内部(阳极中)发生生成水的反应。在靠近筒状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(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，说明图I (a)中所示气体分解组件10的其它部分的特征。I.阳极集电体的镍网片Ila图I (a)和图2的阳极集电体11中的镍网片Ila是减小阳极集电体11电阻的重要组成部分，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) Hs/中央导电棒Ilk的导电路径。这些之中，镍网片Ila不是必不可少的，而且镍网片可以省略。例如，当不使用镍网片Ila时，Celmet Ils与阳极2直接接触。在这种情况下，不易实现低接触电阻，如下文所述。Celmet Ils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MEA的内表面侧上插入CelmetIls作为阳极集电体时，上述片状Celmet螺旋状缠绕于中央导电棒Ilk上，并且这样插入，使得中央导电棒I Ik的轴心沿筒状MEA轴心延伸。在螺旋状片材的外周面中，螺旋的最外缘或预定位置处的母线部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趋于与阳极2分离，因为该形状不是非同心圆而是螺旋。据此，在Celmet Ils与阳极2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CelmetIls与阳极2之间由直接接触建立电连接时，不易实现低接触电阻。相比较，按下列方式，通过使用金属网片11a，尤其是镍网片，必然会降低接触电阻。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。例如施加外力(压缩)用于填充筒状体，并对用于填充的材料量增加进行调节，其结果是，金属网片Ila与Celmet Ils彼此相符合，并向阳极2凸出，导致与阳极2的接触面积增加。在金属网片Ila与Celmet Ils之间的接触界面处，金属树枝结构互相压贴，并且进入彼此的孔隙，从而实现彼此接触。据此，维持低接触电阻。如上所述，即使当使用镀金属体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之间的电阻是例如约4欧姆(Ω)至约7欧姆。通过将镍网片Ila插入此结构，会使电阻降低至约I欧姆或更少，即，以大约4或者超过4的因数减小。
图4A和图4B图示镍网片11a。关于图4A，在单相镍片上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，但在实际的气体分解组件10中，可以使用具有不完整圆筒形状的片材，其顶部略微打开。金属网片的材料并不局限于镍。虽然金属网片可以是任意片材诸如织造织物、非织造织物、或穿孔片材，但考虑到例如挠性和孔隙尺寸的均匀分布，织造织物是适宜的。金属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，即，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，而无需采用非常严格的密封条件。因此，可以容易地执行与第一电极的还原结合。特别地，镍-钨等具有优良的催化作用，并且能促进例如氨的分解。2.中央导电棒IlK :本实施方式具有这样的特征，MEA 7是圆筒，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。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，在发电时带来电压的降低。具有片材形状的多孔金属体(Celmet片)118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。据此，多孔金属体Ils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。(El)从阳极2到外部布线的总电阻可以减小。(E2)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导入筒状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与外部布线之间的连接。在筒状MEA 7的端部，设置了阳极集电体与外部布线的连接部，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12与外部布线之间的连接部，以使其具有简单并且较小的结构。(E3)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。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的外部传播到内部，并且筒状MEA 7的端部自然具有较高温度。为了以高度气密方式使外部布线和气态流体传送通道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昂贵的树脂。相比较，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，并且可以很容易地于轴向延伸。据此，在相对较低温度的延伸位置处，能以高度气密方式实现与外部布线的电连接、以及与气态流体传送通道的连接。结果，可以消除使用特殊树脂的需求，并且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，并且能提闻耐久性。图5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53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邻接由作为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形成的外径。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拧圆螺母，将接合部31b旋紧于其外表面。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，可以基本上消除顶端部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53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5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与气态流体输送通道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的主流分开的位置处。据此，使用氟碳树脂(其为普通的耐热或耐腐蚀树脂)，可以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。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，在包括含银粒的阴极5的结构中，阴极5的成本变高，导致成本效率下降。代替将阴极5形成为含有银粒，可以以阴极5外表面上银膏涂布层的形式，形成银粒线材。图6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的外周面，使得以如图6所示的网格图案(在母线方向以及在环状方向)布置带状线材。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7是图示银膏涂布布线12g表面的扫描电子显微镜(SEM)图图7A是图像数据，以及，图7B是该图像数据的说明图。在图7B中，黑色区域代表孔隙，以及孔隙是彼此连通的。通过涂布以及干燥(烧结)来提供如图7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。供至阴极5的氧分子O2的量优选最大化。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9)。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缠绕成使其与银膏涂布布线12g接触并与之电连接。此镍网片可以是镀银镍网片，以便得到得如上所述的银的催化活性。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)可以减小阴极集电体12的电阻。银膏涂布布线12g可以形成为以具有网格图案中的带状外形，如图6中所示，或者，可以形成在阴极5的整个外周面上。当银膏涂敷于阴极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整个外周面的情况下，镍网片12a可以省略。此外，对形成各个组成部分的材料以及结构的特点进行说明。阳极2 (第一电极)和/或阴极5 (第二电极)可以是含有离子导电性陶瓷与镍(Ni)为主要成分的金属颗粒链的烧结体。〈阳极2>-配置与作用-
图8是固体电解质I是氧离子导电性的情况下阳极2中电化学反应的说明图。将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。当镍中含有微量铁或钛时，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，氨的分解反应(阳极反应)是还原反应；在所要使用的产品中，镍颗粒链具有由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，阳极反应的发生被抑制。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，以及其经过金属颗粒链21的内容物21a到达外部。金属颗粒链21很有助于电子e_的通过。综上所述，本发明的实施例的特征是，阳极具有下列(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)与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成部分中，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。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SSZ时，SSZ原料粉末具有约O. 5微米(μ m)至约50微米的平均粒径。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j OOOcC 一 1 600X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，结合筒状MEA 7的制造方法。
〈金属颗粒链〉-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(traceamount ofFe)的镍链颗粒。为了形成颗粒链，金属为铁磁性金属，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。对尺寸的要求需要在此过程期间得到满足，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的比优选大于或等于3。应当注意到，金属颗粒链21可以具有未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°C — 700°C下在空气中进行I 一30分钟；这是最简单的过程；然而，氧化膜的厚度控制不易实现。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；此过程具有的特点在于，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，在界面处电子导电率劣化，导致发电性能的劣化。〈阴极〉-配置与影响-图9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的催化作用02+4θ_ — 202-。结果，阴极反应可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52可以是质子导电性陶瓷，适宜是锆酸钡等。-烧结-具有约0.5微米至约50微米平均尺寸的SSZ适宜使用。烧结条件是在I OOOaC 一 I 6001范围温度下在空气气氛中保持约30分钟至约180分钟。〈固体电解质〉虽然电解质I可以是固体氧化物、碳酸盐融烧物(moltencarbonate)、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、YSZ、SDC、LSGM、以及⑶C。可替代地，如上所述，可以使用质子导电性锆酸钡。〈镀金属体〉多孔金属体Ils适宜为镀金属体，其为用于阳极2集电体的重要组成部分。多孔金属体11适宜是镀金属的多孔体，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，其可以作为用于阳极2的集电体的组成部分，作为内表面侧的电极，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，在离子导电部件等中导致弯曲变形，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。在图I中断续布置的三个Celmet适宜具有下述配置例如，靠近于入口 17的Celmet Ils具有较大孔隙尺寸和较高孔隙率，以及，与靠近于入口 17的Celmet Ils相比，靠近于出口 19的Celmet以及中间Celmet具有较小的孔隙尺寸和较低孔隙率。由于反应在高温区域中以较高速度进行，适宜使气态流体在此区域中的停留时间较长。首先缠绕在中央导电棒Ilk周围的Celmet片适宜具有较小孔隙尺寸和较低孔隙率，以及，与首先缠绕的Celmet片相比，用于外部区域的Celmet片适宜具有较大孔隙尺寸和较高孔隙率。对于减少压力损失、抑制电阻增大、以及促进气态流体与第一电极(阳极)的接触而言，这是适宜的。<筒状MEA的制造方法>参见图10，说明筒状MEA 7制造方法的概要。图10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10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10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。<气体分解组件的布置>图11图示气体分解组件10布置的示例。图IlA图示采用单一筒状MEA 7的气体解毒装置。图IlB图示并行布置有多个图IlA中所示结构(12个结构)配置的气体解毒装置。当由单一 MEA 7提供的处理容量不够时，多个MEA 7的平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，其可以布置成与平行布置的所有筒状MEA 7结合在一起。在这种所有结构结合在一起的配置中，可以实现尺寸减小。
(第二实施例)图12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。在本实施例中，在出口 19侦彳，镍网片Ila具有延伸超出MEA 7的部分，并且将该部分与中央导电棒Ilk电连接。在图12中，位于入口 17侧的延伸部仅电连接至中央导电棒Ilk;然而，电连接可以仅建立于出口 19侧，或者建立于入口 17侧和出口 19侧二者。应当注意到，镍网片Ila于出口侧19延伸的部分与图5中用于外部连接的部分相抵触，因此，其紧凑排列比较困难。当位于出口侧19的长延伸部位于低温区时，由阳极2中的反应所产生的水(H2O)可能在镍网片Ila上凝结，导致压力损失的增力卩。因此，特别是，当出口 19侧的温度可能变低时，镍网片Ila与中央导电棒Ilk的电连接优选仅建立于入口 17侧。通过电阻焊接可以容易地建立电连接。在图12中，通过电阻焊接将镍网片Ila焊接至中央导电棒Ilk。可以通过焊接至中央导电棒Ilk的全周，或者以降低的电阻焊接机容量在几个点处进行焊接，进行电阻焊接。结果，在阳极2与中央导电棒Ilk之间，镍网片Ila与Celmet Ils平行布置。也就是，与Celmet Ils平行的镍网片Ila集电。据此，在维持低电阻的同时，可以减少CelmetIls的长度，并且可以进一步减少压力损失。在图12的示例中，Celmet Ils的数量减少为两个。结果，可以进一步促进总体电化学反应，以增强处理性能。(另一种气体分解组件)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到所有气体分解反应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。在上述所有的反应中，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]
权利要求
1.一种用于分解气体的气体分解组件，包括 膜电极组合体(MEA)，其包括固体电解质、以及第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极布置成将所述固体电解质夹于中间； 多孔金属体，其电连接至所述第一电极或所述第二电极； 加热器，其加热所述MEA;以及 将含有所述气体的气态流体引入所述MEA的入口、将已经过所述MEA的所述气态流体排出的出口、以及在所述入口与所述出口之间延伸的通道， 其中，所述多孔金属体沿所述通道断续布置，以及，相对于所述通道的中间位置，所述多孔金属体在所述出口侧的布置长度大于在所述入口侧的布置长度。
2.根据权利要求I所述的气体分解组件，其中，所述多孔金属体布置在这样的区域中，该区域与所述入口相隔所述通道总长度的至少五分之一或更多。
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，断续布置的所述多孔金属体具有的总长度是所述通道总长度的十分之一至十分之五。
4.根据权利要求I至权利要求3中任一项权利要求所述的气体分解组件，其中，取决于所述多孔金属体的布置位置，断续布置的所述多孔金属体具有不同的平均孔隙尺寸。
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，所述多孔金属体是镀金属体。
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，金属网片和/或金属膏布置在所述第一电极与所述多孔金属体之间或所述第二电极与所述多孔金属体之间。
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MEA具有筒状体；所述第一电极布置在所述筒状体的内表面侧，以及，所述第二电极布置在所述筒状体的外表面侧；所述第一电极面对所述通道；以及，所述多孔金属体布置在所述通道中，作用为所述第一电极的集电体。
8.根据权利要求7所述的气体分解组件，进一步包括中央导电棒，其插进所述筒状MEA,用以作为所述多孔金属体的导电轴。
9.根据权利要求8所述的气体分解组件，其中，所述多孔金属体包括多孔金属片，其缠绕于所述中央导电棒周围并且布置在所述筒状体内。
10.根据权利要求9所述的气体分解组件，其中，所述多孔金属片的缠绕开始部分通过焊接固定于所述中央导电棒。
11.根据权利要求9或权利要求10所述的气体分解组件，其中，所述多孔金属体包括多个多孔金属片，所述多个多孔金属片具有不同的孔隙尺寸，以及，所述多个多孔金属片缠绕为，使得外侧多孔金属片具有的孔隙尺寸小于内侧多孔金属片具有的孔隙尺寸。
12.根据权利要求8至权利要求11中任一项权利要求所述的气体分解组件，其中，所述金属网片布置在所述第一电极与所述多孔金属体之间，所述金属网片具有延伸超出所述MEA的端部的部分，以及，该延伸超出所述端部的部分与所述中央导电棒电连接。
13.根据权利要求I至权利要求12中任一项权利要求所述的气体分解组件，其中，从所述第一电极和所述第二电极输出电力，并且将该电力供至所述加热器。
14.根据权利要求I至权利要求13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。
15.根据权利要求I至权利要求12中任一项权利要求所述的气体分解组件，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电。
16.根据权利要求I至权利要求14中任一项权利要求所述的气体分解组件，其作用为燃料电池向外部装置供电。
全文摘要
本发明提供了一种采用电化学反应并且可以具有高处理性能的气体分解组件，尤其是氨分解组件。气体分解组件包括MEA(7)，其包括固体电解质(1)以及布置成将固体电解质夹于中间的阳极(2)和阴极(5)；Celmet(11s)，其电连接至阳极(2)；加热器(41)，其加热MEA；以及，将含有气体的气态流体引入MEA的入口(17)、将已经过MEA的气态流体排出的出口(19)、以及在入口与出口之间延伸的通道(P)。其中，Celmet(11s)沿通道(P)断续布置，以及，相对于通道的中间位置(15)，Celmet的布置长度在出口侧大于在入口侧。
文档编号B01J19/08GK102933294SQ20118002826
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