【手続補正書】
【提出日】平成27年12月18日(2015.12.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カソード、電解質膜、およびアノードを具備する燃料電池であって、
前記電解質膜は、前記カソードおよび前記アノードの間に挟まれており、
前記カソードが、以下の化学式（Ｉ）により表される第１プロトン伝導体および電子−酸化物イオン混合伝導体から形成され、
Ａa（ＢbＭm）Ｏ3-x      （Ｉ）
ここで、
Ａは２価の金属を表し、
Ｂは４価の金属を表し、
Ｍは３価の金属を表し、
２（３−ｘ）＝２ａ＋４ｂ＋３ｍ、
ｂ＋ｍ＝１、かつ
ｘ＝（３−２ａ−ｂ）／２
前記電解質膜が、以下の化学式（ＩＩ）により表される第２プロトン伝導体から形成され、
Ａ’a'（Ｂ’b'Ｍ’m'）Ｏ3-x'      （ＩＩ）
ここで、
Ａ’は２価の金属を表し、
Ｂ’は４価の金属を表し、
Ｍ’は３価の金属を表し、
２（３−ｘ’）＝２ａ’＋４ｂ’＋３ｍ’、
ｂ’＋ｍ’＝１、かつ
ｘ’＝（３−２ａ’−ｂ’）／２、そして
以下の数式（ＩＩＩ）が充足される。
ｍ＜ｍ’      （ＩＩＩ）
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池であって、
Ａは、バリウム、ストロンチウム、およびカルシウムからなる群から選択され、
Ｂは、ジルコニウム、チタン、およびセリウムからなる群から選択される少なくとも１種であり、
Ｍは、ガドリニウム、ガリウム、インジウム、イットリウム、イッテルビウム、およびスカンジウムからなる群から選択され、
Ａ’は、バリウム、ストロンチウム、およびカルシウムからなる群から選択され、
Ｂ’は、ジルコニウム、チタン、およびセリウムからなる群から選択される少なくとも１種であり、かつ
Ｍ’は、ガドリニウム、ガリウム、インジウム、イットリウム、イッテルビウム、およびスカンジウムからなる群から選択される。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料電池であって、
Ａ’はＡと同一であり、
Ｂ’はＢと同一であり、かつ
Ｍ’はＭと同一である。
【請求項４】
請求項２に記載の燃料電池であって、
Ａは、バリウムから選択され、
Ｂは、ジルコニウムから選択され、
Ａ’は、バリウムから選択され、かつ
Ｂ’は、ジルコニウムから選択される。
【請求項５】
請求項２に記載の燃料電池であって、
Ｂは、ＺｒＣｅまたはＴｉＣｅである。
【請求項６】
請求項４に記載の燃料電池であって、
Ｍは、インジウムまたはイットリウムから選択され、かつ
Ｍ’は、インジウムまたはイットリウムから選択される。
【請求項７】
請求項６に記載の燃料電池であって、
Ｍは、インジウムから選択され、かつ
Ｍ’は、インジウムから選択される。
【請求項８】
請求項１に記載の燃料電池であって、
前記第１プロトン伝導体は、ｐ型半導体であり、かつ
前記第２プロトン伝導体は、ｐ型半導体である。
【請求項９】
請求項１に記載の燃料電池であって、
前記第１プロトン伝導体のフェルミ準位および価電子帯の間のエネルギー差は、前記第２プロトン伝導体のフェルミ準位および価電子帯の間のエネルギー差よりも大きく、かつ
前記カソードおよび前記電解質膜はオーミックコンタクトを形成している。
【請求項１０】
請求項１に記載の燃料電池であって、
前記カソードが、前記第１プロトン伝導体および前記電子−酸化物イオン混合伝導体の混合物から形成される。
【請求項１１】
請求項１に記載の燃料電池であって、
前記カソードが、
前記第１プロトン伝導体から構成される第１層、および
前記電子−酸化物イオン混合伝導体から構成される第２層
から形成され、
前記第１層が、前記電解質膜および前記第２層の間に挟まれている。
【請求項１２】
燃料電池を用いて発電する方法であって、以下の工程を具備する：
（ａ）  請求項１に記載の燃料電池を用意する工程、および
（ｂ）  前記燃料電池の温度が摂氏３００度〜摂氏１１００度に維持されながら、前記カソードおよびアノードに、それぞれ、酸素および燃料を供給して発電する工程。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法であって、
前記燃料は水素である。
【請求項１４】
カソード、電解質膜、およびアノードを具備する電気分解デバイスであって、
前記電解質膜は、前記カソードおよび前記アノードの間に挟まれており、
前記アノードが、以下の化学式（Ｉ）により表される第１プロトン伝導体および電子−酸化物イオン混合伝導体から形成され、
Ａa（ＢbＭm）Ｏ3-x      （Ｉ）
ここで、
Ａは２価の金属を表し、
Ｂは４価の金属を表し、
Ｍは３価の金属を表し、
２（３−ｘ）＝２ａ＋４ｂ＋３ｍ、
ｂ＋ｍ＝１、かつ
ｘ＝（３−２ａ−ｂ）／２
前記電解質膜が、以下の化学式（ＩＩ）により表される第２プロトン伝導体から形成され、
Ａ’a'（Ｂ’b'Ｍ’m'）Ｏ3-x'      （ＩＩ）
ここで、
Ａ’は２価の金属を表し、
Ｂ’は４価の金属を表し、
Ｍ’は３価の金属を表し、
２（３−ｘ’）＝２ａ’＋４ｂ’＋３ｍ’、
ｂ’＋ｍ’＝１、かつ
ｘ’＝（３−２ａ’−ｂ’）／２、そして
以下の数式（ＩＩＩ）が充足される。
ｍ＜ｍ’      （ＩＩＩ）
【請求項１５】
請求項１４に記載の電気分解デバイスであって、
Ａは、バリウム、ストロンチウム、およびカルシウムからなる群から選択され、
Ｂは、ジルコニウム、チタン、およびセリウムからなる群から選択される少なくとも１種であり、
Ｍは、ガドリニウム、ガリウム、インジウム、イットリウム、イッテルビウム、およびスカンジウムからなる群から選択され、
Ａ’は、バリウム、ストロンチウム、およびカルシウムからなる群から選択され、
Ｂ’は、ジルコニウム、チタン、およびセリウムからなる群から選択される少なくとも１種であり、かつ
Ｍ’は、ガドリニウム、ガリウム、インジウム、イットリウム、イッテルビウム、およびスカンジウムからなる群から選択される。
【請求項１６】
請求項１５に記載の電気分解デバイスであって、
Ａ’はＡと同一であり、
Ｂ’はＢと同一であり、かつ
Ｍ’はＭと同一である。
【請求項１７】
請求項１５に記載の電気分解デバイスであって、
Ａは、バリウムから選択され、
Ｂは、ジルコニウムから選択され、
Ａ’は、バリウムから選択され、かつ
Ｂ’は、ジルコニウムから選択される。
【請求項１８】
請求項１５に記載の電気分解デバイスであって、
Ｂは、ＺｒＣｅまたはＴｉＣｅである。
【請求項１９】
請求項１７に記載の電気分解デバイスであって、
Ｍは、インジウムまたはイットリウムから選択され、かつ
Ｍ’は、インジウムまたはイットリウムから選択される。
【請求項２０】
請求項１９に記載の電気分解デバイスであって、
Ｍは、インジウムから選択され、かつ
Ｍ’は、インジウムから選択される。
【請求項２１】
請求項１４に記載の電気分解デバイスであって、
前記第１プロトン伝導体は、ｐ型半導体であり、かつ
前記第２プロトン伝導体は、ｐ型半導体である。
【請求項２２】
請求項１４に記載の電気分解デバイスであって、
前記第１プロトン伝導体のフェルミ準位および価電子帯の間のエネルギー差は、前記第２プロトン伝導体のフェルミ準位および価電子帯の間のエネルギー差よりも大きく、かつ
前記アノードおよび前記電解質膜はオーミックコンタクトを形成している。
【請求項２３】
請求項１４に記載の電気分解デバイスであって、
前記アノードが、前記第１プロトン伝導体および前記電子−酸化物イオン混合伝導体の混合物から形成される。
【請求項２４】
請求項１４に記載の電気分解デバイスであって、
前記アノードが、
前記第１プロトン伝導体から構成される第１層、および
前記電子−酸化物イオン混合伝導体から構成される第２層
から形成され、
前記第１層が、前記電解質膜および前記第２層の間に挟まれている。
【請求項２５】
水または有機物を電気分解することによって水素を発生する方法であって、以下の工程を具備する：
（ａ）  請求項１４に記載の電気分解デバイスを用意する工程、および
（ｂ）  前記アノードおよび前記カソードに接する前記水または有機物を供給する工程、
（ｃ）  前記アノードおよび前記カソードの間に電位差を印加することによって前記水または有機物を電気分解して、前記カソード上で水素を発生させる工程。
【請求項２６】
請求項２５に記載の方法であって、
前記工程（ｂ）において、前記水は水蒸気である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６８】
（参考例１）
組成式ＢａＺｒ0.9Ｉｎ0.1Ｏ2.95に代えて、組成式ＢａＺｒ0.8Ｉｎ0.2Ｏ2.90で表されるプロトン伝導体がカソード１１に用いられたこと以外は、実施例１と同様に固体酸化物燃料電池１４が作製された。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６９】
（比較例１）
組成式ＢａＺｒ0.9Ｉｎ0.1Ｏ2.95に代えて、組成式ＢａＺｒ0.7Ｉｎ0.3Ｏ2.85で表されるプロトン伝導体がカソード１１に用いられたこと以外は、実施例１と同様に固体酸化物燃料電池１４が作製された。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７０】
（比較例２）
組成式ＢａＺｒ0.9Ｉｎ0.1Ｏ2.95で表されるプロトン伝導体がカソード１１に用いられなかったこと以外は、実施例１と同様に固体酸化物燃料電池１４が作製された。言い換えれば、カソード１１は、組成式Ｌａ0.6Ｓｒ0.4Ｃｏ0.2Ｆｅ0.8Ｏ3で表される電子−酸化物イオン混合伝導体のみから形成された。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７２】
【表１】
2015213050.tif 000001
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７３】
実施例１、参考例１、比較例１、および比較例２において用いられた材料に含有される金属原子の組成比は、高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法により測定された。測定された金属比を元にして電気的中性を保つために必要とされる酸素の組成比が計算された。表１に示される酸素の組成比は、当該計算結果に基づいている。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７４】
実施例１および参考例１においては、開回路電圧は、それぞれ１．１３ボルトおよび１．１１ボルトであった。これらの開回路電圧は、比較例２における開回路電圧よりも高かった。比較例１においては、開回路電圧は、１．０２ボルトであった。比較例１における開回路電圧は、実施例１および参考例１における開回路電圧よりもずっと低く、比較例２における開回路電圧と同じであった。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７６】
実施例１を参考例１と比較すれば明らかなように、組成比ｍは、組成比ｍ’よりも小さいことが望ましい。言い換えれば、カソード１１に含有される第１プロトン伝導体は、電解質膜１２の第２プロトン伝導体よりも高いフェルミ準位を有することが望ましい。