(57)【要約】【課題】信頼性が向上された反応器を提供する。【解決手段】本開示の反応器は、第１面および第２面を有する固体電解質と、第１面上に配置された複数の第１電極と、第２面上に配置された複数の第２電極と、複数の第１凹部を一主面上に有する第１基板と、複数の第２凹部を一主面上に有する第２基板とを備える。第１基板は、各第１凹部が第１電極のうちの１つと対向するように固体電解質上に配置されている。第２基板は、各第２凹部が第２電極のうちの１つと対向するように固体電解質上に配置されている。反応器には、複数の第１室と複数の第２室とが形成されている。第１基板の一主面に対して垂直な方向から見たときに、複数の第１室のうちの少なくとも１つは、複数の第２室のうちの２以上の第２室と重なるように配置されている。【選択図】図１Ａ
2015222712.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１面および第２面を有する固体電解質、
前記第１面上に配置された複数の第１電極、
前記第２面上に配置された複数の第２電極、
第１凹部から形成された複数の第１室を一主面上に有する第１基板、
第２凹部から形成された複数の第２室を一主面上に有する第２基板、
および外部電源
を具備し、
各第１凹部の底面が、前記複数の第１電極のうちの１つと対向し、
各第２凹部の底面が、前記複数の第２電極のうちの１つと対向し、
各第１電極は第１触媒を有し、
各第２電極は第２触媒を有し、
各第１室が前記第１基板および前記第１面の間に挟まれるように、前記第１基板は前記第１面上に配置されており、
各第２室が前記第２基板および前記第２面の間に挟まれるように、前記第２基板は前記第２面上に配置されており、
前記第１基板の前記一主面に対して垂直な方向から見たときに、前記複数の第１室のうちの少なくとも１つは、２以上の第２室と重なり、かつ
前記複数の第１電極および前記複数の第２電極の間に電位差が生じるように、前記外部電源は前記第１電極および前記第２電極の間に電気的に挟まれている、
反応器。
【請求項２】
前記固体電解質と前記第１基板との間に配置された接合層をさらに備える、請求項１に記載の反応器。
【請求項３】
前記第２基板は、導電性を有し、
前記第２電極の極性と同じ極性を有する電圧が前記第２基板に印加されるように、前記第２基板は前記外部電極に電気的に接続されている、
請求項１に記載の反応器。
【請求項４】
前記第２基板は、導電性を有し、
前記第１電極の極性と同じ極性を有する電圧が前記第２基板に印加されるように、前記第２基板は前記外部電極に電気的に接続されている、
請求項１に記載の反応器。
【請求項５】
前記第２面における、前記第２電極の外縁から前記第２基板までの距離は、前記固体電
解質の厚さよりも大きい、請求項４に記載の反応器。
【請求項６】
前記第１基板は、導電性を有し、
前記第２電極の極性と同じ極性を有する電圧が前記第１基板に印加されるように、前記第１基板は前記外部電極に電気的に接続されている、
請求項１に記載の反応器。
【請求項７】
前記第１基板の前記一主面に対して垂直な方向から見たときにおける、前記複数の第１室のそれぞれの形状は、円形または多角形であり、
前記複数の第１室は、格子パターンを形成するように配列されている、請求項１に記載の反応器。
【請求項８】
前記固体電解質中のキャリアは、水素イオンまたは酸素イオンである、請求項１に記載の反応器。
【請求項９】
請求項３に記載の反応器の作動方法であって、
前記第１電極および前記第２電極に、互いに異なる極性の電圧を印加する工程と、
前記第２電極に印加される電圧と同極性の電圧を前記第２基板に印加する工程と
を含む、反応器の作動方法。
【請求項１０】
請求項４に記載の反応器の作動方法であって、
前記第１電極および前記第２電極に、互いに異なる極性の電圧を印加する工程と、
前記第１電極に印加される電圧と同極性の電圧を前記第２基板に印加する工程と
を含む、反応器の作動方法。
【請求項１１】
請求項６に記載の反応器の作動方法であって、
前記第１電極および前記第２電極に、互いに異なる極性の電圧を印加する工程と、
前記第２電極に印加される電圧と同極性の電圧を前記第１基板に印加する工程と
を含む、反応器の作動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、固体電解質を備える反応器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、クリーンなエネルギ源として水素が注目されている。水素を利用するデバイスとして、水素を用いて発電する燃料電池が知られている。よく知られているように、燃料電池は、アノードおよびカソードと、これらの間に挟まれた電解質とを備えている。電解質としては、例えばプロトン（水素イオン）を伝導可能な固体電解質を用いることができ、このような固体電解質として、ナフィオン（登録商標）などの固体高分子膜、ペロブスカイト型酸化物などが知られている。
【０００３】
特許文献１は、ＭＥＭＳ（Micro Electro-Mechanical System）プロセスを利用した燃料電池の構造を開示している（図１参照）。特許文献１に開示される構造では、電極、電解質および電極の積層体が、マニホールド部の形成された２枚のシリコン基板の間に保持されている。これにより、固体電解質の両主面に設けられた電極にガスを接触させるための流路が形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００５−５３２６６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
外部からの機械的衝撃などによる固体電解質の損傷を抑制して、信頼性を向上させることが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の例示的な実施形態として以下のものが提供される。
【０００７】
第１面および第２面を有する固体電解質、前記第１面上に配置された複数の第１電極、前記第２面上に配置された複数の第２電極、第１凹部から形成された複数の第１室を一主面上に有する第１基板、第２凹部から形成された複数の第２室を一主面上に有する第２基板、および外部電源を具備し、各第１凹部の底面が、前記複数の第１電極のうちの１つと対向し、各第２凹部の底面が、前記複数の第２電極のうちの１つと対向し、各第１電極は第１触媒を有し、各第２電極は第２触媒を有し、各第１室が前記第１基板および前記第１面の間に挟まれるように、前記第１基板は前記第１面上に配置されており、各第２室が前記第２基板および前記第２面の間に挟まれるように、前記第２基板は前記第２面上に配置されており、前記第１基板の前記一主面に対して垂直な方向から見たときに、前記複数の第１室のうちの少なくとも１つは、２以上の第２室と重なり、かつ前記複数の第１電極および前記複数の第２電極の間に電位差が生じるように、前記外部電源は前記第１電極および前記第２電極の間に電気的に挟まれている、反応器。
【発明の効果】
【０００８】
本開示によれば、固体電解質の損傷を抑制し得る、信頼性が向上された反応器が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】本発明の実施の形態１における反応器１００の模式的な部分断面図
【図１Ｂ】第１室１０４ａおよび第２室１０４ｂの配置を模式的に示す図
【図２】本発明の実施の形態１における反応器の要部拡大断面模式図
【図３】反応器１００の製造方法の一例を説明するための模式的な断面図
【図４】反応器１００の製造方法の一例を説明するための模式的な上面図
【図５】反応器１００の製造方法の一例を説明するための模式的な断面図
【図６】反応器１００の製造方法の一例を説明するための模式的な断面図
【図７】反応器１００の製造方法の一例を説明するための模式的な断面図
【図８】反応器１００の製造方法の一例を説明するための模式的な断面図
【図９】反応器１００の製造方法の一例を説明するための模式的な断面図
【図１０】反応器１００の製造方法の一例を説明するための模式的な断面図
【図１１】接合層１０７を有する反応器１００Ａの模式的な断面図
【図１２Ａ】第１室１０４ａおよび第２室１０４ｂの形状および配置の例を示す模式的な上面図
【図１２Ｂ】第１室１０４ａおよび第２室１０４ｂの形状および配置の他の例を示す模式的な上面図
【図１３】本発明の実施の形態２における反応器１００Ｂの構成を示す模式的な部分断面図
【図１４】本発明の実施の形態２における反応器１００Ｃの構成を示す模式的な部分断面図
【図１５】本発明の実施の形態２における反応器１００Ｄの構成を示す模式的な部分断面図
【図１６】本発明の実施の形態２における反応器１００Ｅの構成を示す模式的な部分断面図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
まず、本発明の一態様の概要を説明する。
【００１１】
本発明の一態様である反応器は、第１面および第２面を有する固体電解質、前記第１面上に配置された複数の第１電極、前記第２面上に配置された複数の第２電極、第１凹部から形成された複数の第１室を一主面上に有する第１基板、第２凹部から形成された複数の第２室を一主面上に有する第２基板、および外部電源を具備し、各第１凹部の底面が、前記複数の第１電極のうちの１つと対向し、各第２凹部の底面が、前記複数の第２電極のうちの１つと対向し、各第１電極は第１触媒を有し、各第２電極は第２触媒を有し、各第１室が前記第１基板および前記第１面の間に挟まれるように、前記第１基板は前記第１面上に配置されており、各第２室が前記第２基板および前記第２面の間に挟まれるように、前記第２基板は前記第２面上に配置されており、前記第１基板の前記一主面に対して垂直な方向から見たときに、前記複数の第１室のうちの少なくとも１つは、２以上の第２室と重なり、かつ前記複数の第１電極および前記複数の第２電極の間に電位差が生じるように、前記外部電源は前記第１電極および前記第２電極の間に電気的に挟まれている。
【００１２】
ある態様において、前記反応器は、前記固体電解質と前記第１基板との間に配置された接合層をさらに備える。
【００１３】
ある態様において、前記第２基板は、導電性を有し、前記第２電極の極性と同じ極性を有する電圧が前記第２基板に印加されるように、前記第２基板は前記外部電極に電気的に接続されている。
【００１４】
ある態様において、前記第２基板は、導電性を有し、前記第１電極の極性と同じ極性を有する電圧が前記第２基板に印加されるように、前記第２基板は前記外部電極に電気的に接続されている。
【００１５】
ある態様において、前記第２面における、前記第２電極の外縁から前記第２基板までの距離は、前記固体電解質の厚さよりも大きい。
【００１６】
ある態様において、前記第１基板は、導電性を有し、前記第２電極の極性と同じ極性を有する電圧が前記第１基板に印加されるように、前記第１基板は前記外部電極に電気的に接続されている。
【００１７】
ある態様において、反応器は、前記第１基板の前記一主面に対して垂直な方向から見たときにおける、前記複数の第１室のそれぞれの形状は、円形または多角形であり、前記複数の第１室は、格子パターンを形成するように配列されている。
【００１８】
ある態様において、前記固体電解質中のキャリアは、水素イオンまたは酸素イオンである。
【００１９】
前記反応器のある態様による作動方法は、前記第１電極および前記第２電極に、互いに異なる極性の電圧を印加する工程と、前記第２電極に印加される電圧と同極性の電圧を前記第２基板に印加する工程と含む。
【００２０】
前記反応器の他のある態様による作動方法は、前記第１電極および前記第２電極に、互いに異なる極性の電圧を印加する工程と、前記第１電極に印加される電圧と同極性の電圧を前記第２基板に印加する工程とを含む。
【００２１】
前記反応器の更に他のある態様による作動方法は、前記第１電極および前記第２電極に、互いに異なる極性の電圧を印加する工程と、前記第２電極に印加される電圧と同極性の電圧を前記第１基板に印加する工程とを含む。
【００２２】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。
【００２３】
（実施の形態１）
図１Ａおよび図１Ｂは、それぞれ、実施の形態１における反応器の模式的な部分断面図および上面図である。図１Ａは、図１ＢのＡ−Ａ'線断面図である。参考のため、図１Ａおよび図１Ｂには、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸が示されている。他の図においても、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸を示すことがある。
【００２４】
図１Ａに示す反応器１００は、固体電解質１０１と、複数の第１電極１０３ａと、複数の第２電極１０３ｂとを備えている。図１Ａに示すように、各第１電極１０３ａは、固体電解質１０１の一方の側の主面Ｓ１上に設けられており、各第２電極１０３ｂは、他方の側の主面Ｓ２上に設けられている。反応器１００は、例えば燃料電池として機能することができる。反応器１００が例えば燃料電池として機能するとき、第１電極１０３ａおよび第２電極１０３ｂは、それぞれ、例えばカソードおよびアノードとして機能する。以下では、第１電極１０３ａおよび第２電極１０３ｂを、それぞれ、カソード１０３ａおよびアノード１０３ｂと呼ぶ。
【００２５】
固体電解質１０１の主面Ｓ１上には、上側基板１０２ａが配置されている。図示するように、上側基板１０２ａは、複数のカソード１０３ａにそれぞれ対応するようにして形成された複数の凹部１０７ａを有している。上側基板１０２ａは、これらの凹部１０７ａが主面Ｓ１と対向するようにして固体電解質１０１上に配置されている。これにより、複数のカソード１０３ａのうちの１つを内部に有する複数の第１室１０４ａが形成されている。同様に、固体電解質１０１の主面Ｓ２上には、下側基板１０２ｂが配置されている。下側基板１０２ｂは、複数のアノード１０３ｂにそれぞれ対応するようにして形成された複数の凹部１０７ｂを有している。これらの凹部１０７ｂは、主面Ｓ２と対向するようにして固体電解質１０１上に配置されている。これにより、複数のアノード１０３ｂのうちの１つを内部に有する複数の第２室１０４ｂが形成されている。
【００２６】
図１Ｂは、上側基板１０２ａに垂直な方向から反応器１００を見たときにおける、第１室１０４ａおよび第２室１０４ｂの配置を模式的に示す。ここでは、上側基板１０２ａにおける固体電解質１０１側の表面Ｓａ（図１Ａ参照）に対して垂直な方向から反応器１００を見たときにおける、第１室１０４ａおよび第２室１０４ｂの配置を示している。なお、図１Ｂでは、カソード１０３ａおよびアノード１０３ｂの図示は省略されている。
【００２７】
図１Ｂでは、固体電解質１０１の主面Ｓ１のうち、上側基板１０２ａの表面Ｓａ（図１Ａ参照）との接合部分を網掛けにより示しており、第１室１０４ａの形状が実線によって模式的に示されている。ここで、本明細書において、第１室または第２室の「形状」は、固体電解質の主面上における、固体電解質と基板（上側基板または下側基板）との接合部分を除く個々の部分の輪郭の形状を意味する。本明細書における、凹部の「形状」も同様である。
【００２８】
図示する例では、上側基板１０２ａに垂直な方向から見たときの第１室１０４ａの形状は、円形である。また、図１Ｂでは、第２室１０４ｂの形状を破線によって模式的に示している。図示する例では、第２室１０４ｂの形状も円形である。なお、図示する例では、実線で示された円の直径および破線で示された円の直径はほぼ等しい。
【００２９】
図１Ｂに示す例では、第１室１０４ａは、図のＸＹ面内において二次元的に等間隔で配置されている。つまり、図１Ｂにおいて実線で示された複数の円のうち、隣り合う円の中心間の距離（ピッチ）はいずれも等しい。なお、図１Ｂでは、隣り合う円の中心間の距離が矢印ｐで示されている。図１Ｂに示す例では、第２室１０４ｂも第１室１０４ａと同様に二次元的に等間隔で配置されている。ただし、第２室１０４ｂの配置は、第１室１０４ａの配置を基準としてＸ方向に沿って半ピッチずれている。
【００３０】
図１Ｂに例示するように、本開示では、上側基板１０２ａの一主面（ここでは表面Ｓａ）に対して垂直な方向から反応器１００を見たとき、複数の第１室１０４ａのうちの少なくとも１つは、複数の第２室１０４ｂのうちの２以上の第２室と重なるように配置されている。言い換えれば、固体電解質１０１の一方の主面Ｓ１側に形成された複数の第１室１０４ａは、他方の主面Ｓ２側に形成された複数の第２室１０４ｂのうちの２つ以上にまたがって形成された少なくとも１つの第１室を含んでいる。例えば、図１Ｂにおいて、ある１つの第１室１０４ｒは、ある２つの第２室１０４ｓおよび１０４ｔと重なるように配置されている。なお、本開示では、典型的には、上側基板１０２ａに垂直な方向から見たときにおける、各第１室１０４ａの中心と各第２室１０４ｂの中心とは一致しない。
【００３１】
これにより、固体電解質の一方の主面上の空間と他方の主面上の空間とが重なるような従来の構成と比較して、固体電解質のより多くの部分を基板によって支持する構造を実現できる。本開示によれば、図１Ａに模式的に示すように、固体電解質１０１のより多くの部分を、上側基板１０２の表面Ｓａおよび／または下側基板１０２ｂにおける固体電解質１０１側の表面Ｓｂによって支持することができる。すなわち、固体電解質１０１のうち、上側基板１０２ａの表面Ｓａまたは下側基板１０２ｂの表面Ｓｂのいずれにも支持されていない部分の面積を低減できる。したがって、反応器に機械的衝撃が加わった場合であっても、固体電解質の損傷が抑制され、反応器の機械的信頼性を向上させることができる。
【００３２】
本開示によれば、固体電解質のより多くの部分を基板によって支持することができるため、固体電解質を薄膜化することが比較的容易である。固体電解質を薄膜化することにより、固体電解質のイオン伝導率を向上させ得る。したがって、反応器の運転温度を低下させ得る。また、固体電解質のうち、両方の主面が空間（例えば第１室内の空間および第２室内の空間）に露出する部分の面積を低減できるので、固体電解質を薄膜化した場合であっても、固体電解質の損傷を抑制し得る。例えば、固体電解質の一方の主面上の空間に供給される反応物質（液体または気体）と他方の主面上の空間に供給される反応物質（液体または気体）との間の圧力差、反応器の運転開始時または停止時の熱的衝撃などによる固体電解質の損傷を抑制し得る。したがって、信頼性の向上された反応器を提供できる。このような反応器がユーザーによって用意される。言い換えれば、ユーザは、反応器を入手する。
【００３３】
以下、本開示における各部の構成および反応器の動作をより詳細に説明する。
【００３４】
＜固体電解質＞
固体電解質１０１の例は、プロトン伝導性を有する有機膜または固体酸化物である。例えば、固体電解質として、プロトン伝導体であるペロブスカイト型酸化物（一般に、ＡＢＯ3の化学式で表される）を用いることができる。立方晶の頂点に位置するＡサイトに、Ｂａ、ＳｒおよびＣａからなる群から選ばれる少なくとも一つのアルカリ土類金属、立方晶の体心に位置するＢサイトに、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｇｄ、Ｉｎ、Ｇａ、ＡｌおよびＲｕからなる群から選ばれる少なくとも一つの元素、立方晶の面心に位置するサイトにＯ（酸素）をそれぞれ配置することにより、良好なプロトン伝導体を得ることができる。
【００３５】
固体電解質１０１は、例えば、０．５μｍ以上２μｍ以下の範囲の厚さを有する。固体電解質を薄膜化することにより、プロトン伝導率を向上させ得、例えば反応器１００を燃料電池として用いる場合における発電効率を向上させ得る。なお、特許文献１の図１に示されるような従来の構造では、十分な機械的強度を確保しつつ、固体電解質を薄膜化することは困難であった。本開示によれば、第１室１０４ａおよび第２室１０４ｂは、各第１室１０４ａと各第２室１０４ｂとが完全に重ならないように配置されているので、例えば機械的な衝撃が加わった場合であっても、固体電解質１０１の損傷を抑制し得る。したがって、前述の範囲の厚さを有する固体電解質を用いることも比較的容易である。
【００３６】
＜第１電極および第２電極＞
カソード１０３ａおよびアノード１０３ｂは、それぞれ、触媒を有している。例えば、反応器１００を燃料電池として動作させる場合、カソード１０３ａは、酸素を還元する触媒を有し、アノード１０３ｂは、水素を酸化する触媒を有する。カソード１０３ａは、例えば、プロトン透過性（伝導性）、電子伝導性および触媒機能を有する材料から構成される。このような材料の例は、白金（Ｐｔ）などの金属、ＳｒＲｕＯ3などの固体酸化物などである。カソード１０３ａは、金属および固体酸化物の積層構造を有していてもよい。なお、カソード１０３ａは、プロトン透過性、電子伝導性および触媒機能の全てを備える単一の材料から形成されていなくてもよく、例えば、電子伝導性を備える電極と触媒との積層構造によって形成されてもよい。アノード１０３ｂも、カソード１０３ａと同様の材料を用いて形成することができる。カソード１０３ａおよびアノード１０３ｂに用いる材料は、反応器１００の用途によって適宜変更することができる。したがって、アノード１０３ｂは、カソード１０３ａと完全に同一の構成を有している必要はない。
【００３７】
図１Ａに示すように、カソード１０３ａのそれぞれは、第１室１０４ａの内部において露出している。また、アノード１０３ｂのそれぞれは、第２室１０４ｂの内部において露出している。すなわち、第１室１０４ａのそれぞれ、および第２室１０４ｂのそれぞれは、導入される反応物質の反応のための空間として機能し得る。なお、カソード間は、典型的には、不図示の配線によって互いに接続され、同様に、アノード間は、典型的には、不図示の配線によって互いに接続される。
【００３８】
＜上側基板および下側基板＞
図１Ａを参照しながら説明したように、上側基板１０２ａは、固体電解質１０１の主面Ｓ１と対向する複数の凹部１０７ａを有している。凹部１０７ａは、第１室１０４ａの側面および上面の少なくとも一部を規定する。同様に、下側基板１０２ｂは、固体電解質１０１の主面Ｓ２と対向する複数の凹部１０７ｂを有しており、凹部１０７ｂは、第２室１０４ｂの側面および上面の少なくとも一部を規定する。図１Ａに例示する構成では、第１室１０４ａの側面は、固体電解質１０１の主面Ｓ１とほぼ垂直方向に延び、第２室１０４ｂの側面は、固体電解質１０１の主面Ｓ２とほぼ垂直方向に延びている。
【００３９】
上側基板１０２ａは、複数の第１室１０４ａにそれぞれ対応して設けられた複数の第１流体入口１０５ａおよび複数の第１流体出口１０６ａを有している。図示するように、流体入口１０５ａおよび流体出口１０６ａは、第１室１０４ａに連通している。また、下側基板１０２ｂは、複数の第２室１０４ｂにそれぞれ対応して設けられた複数の第２流体入口１０５ｂおよび複数の第２流体出口１０６ｂを有している。図示するように、流体入口１０５ｂおよび流体出口１０６ｂは、第２室１０４ｂに連通している。つまり、反応器１００は、各第１室１０４ａ内のカソード１０３ａに独立して気体または液体を供給可能な複数の流路と、各第２室１０４ｂ内のアノード１０３ｂに独立して気体または液体を供給可能な複数の流路とを有している。反応器１００が有するこれらの流路は、それぞれ、気密および水密が保たれており、各流路に導入される流体が互いに混じり合わないように構成されている。したがって、各第１室１０４ａおよび各第２室１０４ｂでは、内部に導入された物質の反応が独立して進行する。
【００４０】
上側基板１０２ａの材料の例は、シリコン、ガラス、石英などである。上側基板１０２ａは、固体電解質１０１の主面上に、ＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）、電鋳などにより形成された、酸化物、窒化物、または金属（例えばニッケル（Ｎｉ））からなる層であってもよい。下側基板１０２ｂも上側基板１０２ａと同様の材料を用いることができる。例えば上側基板１０２ａまたは下側基板１０２ｂにシリコン基板を用いる場合、ドライエッチング、ウエットエッチングなどにより、凹部、流体入口および流体出口を容易に形成することができる。上側基板１０２ａおよび下側基板１０２ｂの形状は、図１Ａに例示されるようなプレート状に限定されず、段差、屈曲などを有する形状であり得る。
【００４１】
反応器の用途に応じて、反応物質を導入するための流路および反応物質を排出するための流路を共通の流路としてもよい。すなわち、前述の流体入口および流体出口の一方は、省略され得る。例えば、固体電解質１０１としてプロトン伝導体を用いる場合、反応器１００を水素ガスセンサとして利用することが可能である。反応器１００を水素ガスセンサとして利用する場合、第１室１０４ａと第２室１０４ｂとに、それぞれ、測定対象のガスと、基準となるガス（例えば大気）とが導入される。これらのガスの導入により、測定対象のガスの水素の分圧に応じたプロトンが固体電解質中を移動する。このとき、第１電極１０３ａおよび第２電極１０３ｂは、それぞれ、基準電極（sensing electrode）および対電極（counter electrode）として機能する。具体的には、第１電極１０３ａと第２電極１０３ｂとの間に、測定対象のガスにおける水素濃度に応じた大きさの電流が流れる。測定の前後においては、第１室１０４ａ内の物質および第２室１０４ｂ内の物質に変化はない。したがって、測定対象のガスを導入するための流路と、測定対象のガスを排出するための流路とは、共通の流路であってもよい。同様に、基準となるガスを導入するための流路と、基準となるガスを排出するための流路とは、共通の流路であり得る。
【００４２】
＜反応器の動作＞
ここで、反応器１００の動作の一例を説明する。
【００４３】
固体電解質１０１としてプロトン伝導体を用いる場合、例えば、流体入口１０５ｂから第２室１０４ｂ内に反応物質（例えば水素）を導入する。前述したように、各第２室１０４ｂは互いに独立しており、各第２室１０４ｂには、個別に流体入口１０５ｂおよび流体出口１０６ｂが形成されている。各第２室１０４ｂに連通する流体入口１０５ｂは、例えば、第１の反応物質貯蔵容器に接続されている（図示せず）。
【００４４】
流体入口１０５ｂから導入された反応物質は、第２室１０４ｂ内においてアノード１０３ｂと接触する。アノード１０３ｂの作用により反応物質からプロトンが引き抜かれ、固体電解質１０１中にプロトンが導入される。固体電解質１０１中のプロトンは、その濃度勾配、第２室１０４ｂと第２室１０４ｂに対向する第１室１０４ａとの間の（水素の）分圧差、またはアノード１０３ｂとカソード１０３ａとの間に印加される電圧差の少なくともいずれかにより、カソード１０３ａに到達する。カソード１０３ａを内部に有する各第１室１０４ａも、第２室１０４ｂと同様に互いに独立しており、各第１室１０４ａには、個別に流体入口１０５ａおよび流体出口１０６ａが形成されている。各第１室１０４ａに連通する流体入口１０５ａは、例えば、第２の反応物質貯蔵容器に接続されている（図示せず）。各第１室１０４ａにおける生成物は、流体出口１０６ａを介して収集される。
【００４５】
反応器１００は、用いるアノード１０３ｂおよびカソード１０３ａの組み合わせにより、種々の用途に使用することができる。反応器１００は、燃料電池のほか、水素化装置、脱水素化装置、水素センサなどに使用することができる。ここでは、反応器１００を用いて水蒸気の電解および被水素化物の水素化を行う例を説明する。以下では、水蒸気の電解および被水素化物の水素化に用いる装置を「水蒸気電解水素化装置」と呼ぶことがある。
【００４６】
反応器１００を水蒸気電解水素化装置として用いる場合には、水を含有する気体中の水素を酸化する触媒を含むアノードを用い、水素化触媒を含むカソードを用いる。水を含有する気体中の水素を酸化する触媒、および水素化触媒の例は、Ｐｔを含む金属または合金である。
【００４７】
図２を参照する。反応器１００の用途に応じて、図２に示すように、カソード１０３ａおよびアノード１０３ｂに外部電源１０８を接続する。これにより、固体電解質１０１は、例えばプロトンなどのキャリアを効率的に伝導させることができる。
【００４８】
水蒸気電解水素化装置の動作時、水蒸気電解水素化装置全体をおよそ３００℃に保持し、流体入口１０５ｂを介して第２室１０４ｂに例えば水蒸気を導入する。また、流体入口１０５ａを介して第１室１０４ａに例えばトルエン（Ｃ6Ｈ5ＣＨ3）を導入する。さらに、カソード１０３ａおよびアノード１０３ｂに外部電源１０８を接続し、アノード−カソード間に電位差（例えば１．５Ｖ）を与える。第２室１０４ｂ内において、水蒸気をアノード１０３ｂに接触させることにより、水蒸気（水）からプロトンが引き抜かれる。アノード１０３ｂにおいて生成したプロトンは、固体電解質１０１中を移動し、カソード１０３ａに到達する。トルエンをカソード１０３ａに接触させることより、トルエンが水素化される。これにより、第１室１０４ａにおいてメチルシクロヘキサン（Ｃ6Ｈ11ＣＨ3）を得ることができる。
【００４９】
通常、固体酸化物を固体電解質として用いた反応器においては、このような反応は４００℃から８００℃の温度域で達成される。これに対し、本開示によれば、例えば３００℃程度の温度において反応器を作動させてメチルシクロヘキサンなどのいわゆる有機ハイドライドを得ることも可能である。本開示によれば、機械的衝撃などによる固体電解質１０１の損傷を抑制し得るので、例えば数μｍ程度の厚さの固体電解質を用いることもできる。数μｍ程度の厚さの固体電解質を用いることにより、より高いイオン伝導率を得ることができる。したがって、反応器の運転温度を従来よりも低く設定することが可能である。
【００５０】
＜反応器の製造方法＞
次に、図３〜図１０を参照しながら、本開示による反応器の製造方法の一例を説明する。
【００５１】
まず、図３に示すように、シリコン（Ｓｉ）基板１０上に、Ｐｔ膜１３ｂ、固体電解質１０１およびＰｔ膜１３ａを順次成膜する。エピタキシャル成長によって、Ｐｔ膜１３ｂ、固体電解質１０１およびＰｔ膜１３ａの三層膜が形成されるように、例えば、Ｓｉ基板１０として単結晶基板を用いる。予めＳｉ基板１０上にバッファー層を形成することで三層エピタキシャル膜の成長を促してもよい。バッファー層としては、例えば、ＭｇＯ、ＳｒＲｕＯ3などの酸化膜を選ぶことができ、数ｎｍから数十ｎｍの厚さを有するバッファー層をＳｉ基板１０上に予め形成することで、良好なエピタキシャル膜を得ることができる。
【００５２】
Ｐｔ膜１３ｂ、固体電解質１０１およびＰｔ膜１３ａの成膜には、例えばスパッタリング法を用いることができる。Ｐｔ膜１３ｂ、固体電解質１０１およびＰｔ膜１３ａのそれぞれの厚さは、例えば、２０ｎｍ、１μｍおよび２０ｎｍである。固体電解質１０１としては、ＢａＺｒＯ3を骨格に、Ｂサイトの一部をＹ（イットリウム）で置換したペロブスカイト型酸化物を用いることができる。各層の成膜方法は、スパッタリング法に限定されず、ＰＬＤ（Pulsed Laser Deposition）法、真空蒸着法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法、またはＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）などを用いてもよい。
【００５３】
次に、フォトリソグラフィにより、最上層のＰｔ膜１３ａをパターニングする。これにより、カソード１０３ａを形成することができる。ここでは、図４に示すように、パターニングにより、直径がおよそ１５０μｍの円形状を有する複数のカソード１０３ａを形成する。図４に示す例では、円形状のカソードのそれぞれは、円の中心（重心）の間隔が等しくなるように、図のＸ方向およびＹ方向に二次元的に配置されている。なお、図４では、カソード間の配線の図示が省略されている。カソード間を接続する配線は、例えばパターニングによって形成することができる。
【００５４】
次に、厚さ１μｍの熱酸化膜が形成された２枚の単結晶Ｓｉ基板１２ａおよび１２ｂを準備する。これらの厚さは例えば約５００μｍである。
【００５５】
次に、図５に示すように、深掘りドライエッチング（Deep-RIE（Reactive Ion Etching））により、Ｓｉ基板１２ａの一方の主面に複数の凹部１０７ａを形成する。ここでは、Ｓｉ基板１２ａの表面Ｓａに垂直な方向から見たときの輪郭が円形である凹部を形成する。各凹部１０７ａの直径ｄおよび深さｅは、それぞれ、例えば約２００μｍおよび約５０μｍである。また、ここでは、開口の中心の間隔が等しくなるように、図のＸ方向およびＹ方向に二次元的に複数の凹部１０７ａを形成する。開口の中心の間隔ｐは、例えば２５０μｍである。なお、図５に示す例では、ドライエッチングにより凹部１０７ａを形成しているため、その断面が矩形となっている。凹部１０７ａの形成には、ウエットエッチングを用いてもよく、したがって、各凹部１０７ａの断面は、テーパ形状であってもよい。
【００５６】
次に、図６に示すように、複数の凹部１０７ａを形成した側とは反対側の主面から、各凹部１０７ａに達する貫通孔を形成する。これにより、流体入口１０５ａおよび流体出口１０６ａを有する第１基板１０２ａが得られる。ここでは、流体入口１０５ａおよび流体出口１０６ａの直径ｆは約１０μｍである。
【００５７】
次に、図７に示すように、前述のＳｉ基板１２ａと同様にして、Ｓｉ基板１２ｂの一方の主面に複数の凹部１０７ｂを形成する。ここでは、Ｓｉ基板１２ｂの表面Ｓｂに垂直な方向から見たときの開口の輪郭が円形である複数の凹部１０７ｂを、図のＸ方向およびＹ方向に二次元的に形成する。このとき、Ｓｉ基板１２ａ上の複数の凹部１０７ａと同様のパターンを形成するように、複数の凹部１０７ｂをＳｉ基板１２ｂ上に形成することができる。例えば、隣り合う開口の中心の間隔が約２５０μｍとなるように、複数の凹部１０７ｂを配置することができる。
【００５８】
ただし、Ｓｉ基板１２ａの表面ＳａとＳｉ基板１２ｂの表面Ｓｂとが対向するようにしてＳｉ基板１２ａとＳｉ基板１２ｂとを重ね合わせたときに、それぞれの基板上の開口の輪郭が一致しないように複数の凹部１０７ｂを形成する。より詳細には、Ｓｉ基板１２ａ上の開口の、表面Ｓａ（または表面Ｓｂ）と平行な面への垂直投影の少なくとも１つは、Ｓｉ基板１２ｂ上の開口の、表面Ｓａ（または表面Ｓｂ）と平行な面への垂直投影のうちの２以上と重なる（図１Ｂ参照）。なお、Ｓｉ基板１２ｂに形成する開口の輪郭は、Ｓｉ基板１２ａに形成した開口の輪郭と同一の形状でなくてもよい。
【００５９】
次に、図８に示すように、前述のＳｉ基板１２ａと同様にして、複数の凹部１０７ｂを形成した側とは反対側の主面から、各凹部１０７ｂに達する貫通孔を形成する。これにより、流体入口１０５ｂおよび流体出口１０６ｂを有する下側基板１０２ｂが得られる。なお、上側基板１０２ａおよび下側基板１０２ｂのそれぞれにおける凹部、流体入口および流体出口のサイズは、反応器の用途に応じて適宜設定可能である。
【００６０】
次に、図９に示すように、パターニングによって形成されたカソード１０３ａを主面Ｓ１上に有する固体電解質膜１０１と、複数の凹部１０７ａが形成された上側基板１０２ａとを接合する。より詳細には、複数の凹部１０７ａのうちの１つと、複数のカソード１０３ａのうちの１つとがそれぞれ対向するようにして固体電解質１０１の主面Ｓ１上に上側基板１０２ａを配置し、これらを加熱および電圧印加しながら加圧する（陽極接合）。これは、酸化物である固体電解質とＳｉ基板表面に予め形成された熱酸化膜（図示せず）との間の拡散接合であり得る。接合表面の清浄性、平坦性が良好な場合には、このような直接接合を行い得る。
【００６１】
次に、上側基板１０２ａが接合された側と反対側から、ウエットエッチングによりＳｉ基板１０を除去する。ウエットエッチングに代えて、ドライエッチングを用いてもよい。なお、Ｓｉ基板１０上にエピタキシャル多層膜を形成する際に、予めＳｉ基板１０上に犠牲層を形成しておき、エピタキシャルリフトオフ法、犠牲層エッチングなどによりＳｉ基板１０を除去してもよい。
【００６２】
次に、図１０に示すように、Ｐｔ膜１３ａと同様にして、Ｐｔ膜１３ｂをパターニングすることによって、アノード１０３ｂを形成する。例えば、直径が約１５０μｍの円形状を有する複数のアノード１０３ｂを固体電解質１０１の主面Ｓ２上に形成する。このとき、前述の下側基板１０２ｂ上の凹部１０７ｂと同様のパターンを形成するように、各アノード１０３ｂを配置する。言い換えれば、下側基板１０２ｂの主面Ｓｂと固体電解質１０１の主面Ｓ２とを対向させたときに、複数の凹部１０７ｂのそれぞれ内において、複数のアノード１０３ｂのうちの１つが露出するようにパターニングを行う。なお、アノード間を接続する配線もパターニングによって形成することができる。
【００６３】
その後、上側基板１０２ａと同様にして、アノード１０３ｂを主面Ｓ２上に有する固体電解質膜１０１と、複数の凹部１０７ｂが形成された下側基板１０２ｂとを加熱および電圧印加しながら加圧することにより、これらを陽極接合する。このとき、下側基板１０２ｂは、複数の凹部１０７ｂのうちの１つと、複数のアノード１０３ｂのうちの１つとがそれぞれ対向するようにして固体電解質１０１の主面Ｓ２上に配置される。以上により、図１Ａに示す反応器１００を得ることができる。
【００６４】
上記の例では、固体電解質１０１が基板（Ｓｉ基板１０または上側基板１０２ａ）に支持された状態において電極が形成される。そのため、電極／固体電解質／電極の積層体を基板に接合する手法とは異なり、比較的薄い固体電解質を用いた場合であっても、固体電解質へのピンホールなどの欠陥の発生を抑制し得る。また、製造工程における機械的衝撃などによる固体電解質の損傷の発生を抑制し得る。したがって、信頼性の向上された反応器を得ることができる。
【００６５】
なお、前述したように、例えば隣接するカソード間には、これらを互いに接続する配線（不図示）が設けられている。上記の例では、カソード間の配線は、上側基板１０２ａの熱酸化膜により上側基板１０２ａと電気的に絶縁される。同様に、例えば隣接するアノード間の配線は、下側基板１０２ｂの熱酸化膜により下側基板１０２ｂと電気的に絶縁される。
【００６６】
図１１に示すように、固体電解質１０１と、上側基板１０２ａおよび／または下側基板１０２ｂとの間に、接合層を配置してもよい。図１１に示す反応器１０１Ａは、固体電解質１０１と上側基板１０２ａとの間、および固体電解質１０１と下側基板１０２ｂとの間に、接合層１０７を有している。接合層１０７の例は、有機膜、酸化膜、金属層、ガラス層などである。例えば、接合の前に、上側基板１０２ａ（もしくは下側基板１０２ｂ）または固体電解質１０１上にエポキシ樹脂、ガラス粉末（ガラスフリット）などを付与しておくことにより、接合層を介した接合を行うことができる。接合層１０７を設けることにより、より強固な接合を行い得る。また、接合の前に、固体電解質１０１上にエポキシ樹脂などを付与しておくことにより、上側基板１０２ａ（または下側基板１０２ｂ）が接合されるべき領域を平坦面とすることができる。
【００６７】
このような接合層を介して固体電解質１０１と上側基板１０２ａ（または下側基板１０２ｂ）との間の接合を行うことにより、隣り合う第１室の間（または隣り合う第２室の間）における反応物質のリークを抑制することが可能である。なお、前述した種々の成膜方法によって上側基板１０２ａ（または下側基板１０２ｂ）を形成した場合にも、同様の効果が得られる。なお、例えば配線の表面を絶縁材料を用いてコーティングしておけば、メタライズされたセラミック層から接合層１０７を形成することも可能である。接合層１０７の材料として絶縁材料を用いる場合、カソード間および／またはアノード間の配線の設計の自由度が向上するので、第１室１０４ａおよび／または第２室１０４ｂの形状、配置などの設計の自由度も向上する。
【００６８】
図１２Ａは、第１室１０４ａおよび第２室１０４ｂの形状および配置の例を示す。図１２Ａに示す例では、上側基板１０２ａに垂直な方向から見たときの各第１室１０４ａの形状が円形であり、各第１室１０４ａは、図１２Ａにおいて実線で示された円の中心が三角格子パターン（六角格子パターンといってもよい。）を形成するように二次元的に配置されている。各第２室１０４ｂも同様に、上側基板１０２ａに垂直な方向から見たときの形状が円形であり、図１２Ａにおいて破線で示された円の中心が三角格子パターンを形成するように二次元的に配置されている。ただし、図１２Ａに示すように、第２室の配列は、第１室の配列に対して図のＹ方向に沿って半ピッチだけずれている。
【００６９】
図１２Ｂは、第１室１０４ａおよび第２室１０４ｂの形状および配置の他の例を示す。図１２Ｂに示す例において、各第１室１０４ａおよび各第２室１０４ｂの配置は、図１２Ａに示す配置と同様である。ただし、各第１室１０４ａの形状および各第２室１０４ｂの形状は、六角形である。このように、上側基板１０２ａに垂直な方向から見たときにおける、各第１室１０４ａおよび／または各第２室１０４ｂの形状は、円形に限定されず、四角形、多角形であってもよい。なお、各第１室１０４ａおよび／または各第２室１０４ｂの形状が円形であると、固体電解質１０１の局所的な応力の集中を抑制し得る。
【００７０】
図１２Ａおよび図１２Ｂに例示するように、第１室１０４ａおよび／または第２室１０４ｂは、格子パターンを形成するように配列され得る。格子パターンの例は、三角格子パターン、正方格子パターン、矩形格子パターン、斜方格子パターンである。図１２Ａおよび図１２Ｂに例示するように、円形または多角形の形状を有する第１室および第２室を、それぞれ、三角格子パターンを形成するように配置することにより、固体電解質の面積に対して第１室および第２室を高密度に配置することができる。このような形態によれば、反応の面積効率を向上させることができる。また、固体電解質１０１のうち、上側基板１０２ａの表面Ｓａまたは下側基板１０２ｂの表面Ｓｂのいずれかによって支持されている部分に偏りがほとんど存在しないので、固体電解質１０１の損傷が抑制される。したがって、機械的信頼性に優れた反応器を得ることが可能である。なお、第１室１０４ａおよび／または第２室１０４ｂの形状が不定形である場合には、第１室１０４ａおよび／または第２室１０４ｂの重心位置が格子パターンを形成するように配列を行えばよい。
【００７１】
（実施の形態２）
上側基板または下側基板として、導電性の基板を用いてもよい。
【００７２】
図１３は、導電性の上側基板を用いた反応器の構成の例を示す。図１３に示す反応器１００Ｂにおいて、上側基板１０２ａは、Ｓｉ、Ｎｉなどから形成された導電性基板である。図１３に示す例では、外部電源１０８の高電位側および低電位側が、それぞれ、アノード１０３ｂおよびカソード１０３ａに接続されており、さらに、上側基板１０２ａが外部電源１０８の高電位側と接続されている。つまり、反応器１００Ｂは、アノード１０３ｂに印加される電圧と同極性の電圧が上側基板１０２ａに印加されるように構成されている。
【００７３】
図１３からわかるように、反応器１００Ｂの動作時においては、アノード１０３ｂおよびカソード１０３ａに、互いに異なる極性の電圧を印加する。また、アノード１０３ｂに印加される電圧と同極性の電圧を上側基板１０２ａに印加する。これにより、互いに対向するアノード−カソード間を結ぶ方向に沿った電場だけではなく、固体電解質１０１の面内方向の電場を発生させることができる。したがって、アノード１０３ｂからカソード１０３ａに向けて、より効率的にプロトンを移動させ、反応効率を向上させ得る。なお、反応器１００Ｂの動作時においてアノード１０３ｂと上側基板１０２ａとは等電位である必要はなく、同極性であれば、アノード１０３ｂと上側基板１０２ａとは互いに異なる電位に保持されていてもよい。例えば、上側基板１０２ａは、外部電源１０８とは異なる電源と接続されてもよい。
【００７４】
図１４は、導電性の上側基板および下側基板を用いた反応器の構成の例を示す。図１４に示す反応器１００Ｃにおいて、下側基板１０２ｂは、上側基板１０２ａと同様に、Ｓｉ、Ｎｉなどから形成された導電性基板である。図１４に示す例では、下側基板１０２ｂも外部電源１０８の高電位側と接続されている。つまり、反応器１００Ｃは、アノード１０３ｂに印加される電圧と同極性の電圧が下側基板１０２ｂに印加されるように構成されている。
【００７５】
図１４からわかるように、反応器１００Ｃの動作時においては、アノード１０３ｂおよびカソード１０３ａに、互いに異なる極性の電圧を印加する。また、アノード１０３ｂに印加される電圧と同極性の電圧を下側基板１０２ｂに印加する。これにより、固体電解質１０１の主面と垂直な方向に沿った電場をさらに発生させることができ、アノード１０３ｂからカソード１０３ａに向けて、より効率的にプロトンを移動させることができる。なお、反応器１００Ｃの動作時においてアノード１０３ｂと上側基板１０２ａおよび下側基板１０２ｂとは等電位である必要はなく、同極性であれば、アノード１０３ｂ、上側基板１０２ａおよび下側基板１０２ｂは互いに異なる電位に保持されていてもよい。例えば、上側基板１０２ａおよび下側基板１０２ｂのそれぞれは、外部電源１０８とは異なる電源と接続されてもよい。また、図１４に示すように上側基板１０２ａおよび下側基板１０２ｂの両方を外部電源１０８の高電位側と接続するのではなく、下側基板１０２ｂのみを外部電源１０８の高電位側と接続してもよい。
【００７６】
図１５は、導電性の下側基板を用いた反応器の構成の他の例を示す。図１５に示す例では、外部電源１０８の高電位側および低電位側が、それぞれ、アノード１０３ｂおよびカソード１０３ａに接続されており、導電性の下側基板１０２ｂに外部電源１０８の低電位側が接続されている。つまり、図１５に示す反応器１００Ｄは、カソード１０３ａに印加される電圧と同極性の電圧が下側基板１０２ｂに印加されるように構成されている。
【００７７】
図１５からわかるように、反応器１００Ｄの動作時においては、アノード１０３ｂおよびカソード１０３ａに、互いに異なる極性の電圧を印加する。また、カソード１０３ａに印加される電圧と同極性の電圧を下側基板１０２ｂに印加する。このような構成によっても、互いに対向するアノード−カソード間を結ぶ方向に沿った電場だけではなく、固体電解質１０１の面内方向の電場を発生させることができる。なお、反応器１００Ｄの動作時においてカソード１０３ａと下側基板１０２ｂとは等電位である必要はない。例えば、下側基板１０２ｂは、外部電源１０８とは異なる電源と接続されてもよい。
【００７８】
図１６に示すように、導電性の上側基板１０２ａと外部電源１０８の高電位側とをさらに接続してもよい。つまり、図１６に示す反応器１００Ｅは、アノード１０３ｂに印加される電圧と同極性の電圧が上側基板１０２ａに印加され、カソード１０３ａに印加される電圧と同極性の電圧が下側基板１０２ｂに印加されるように構成されている。
【００７９】
図１６からわかるように、反応器１００Ｅの動作時においては、例えば、アノード１０３ｂおよびカソード１０３ａに、互いに異なる極性の電圧を印加し、アノード１０３ｂに印加される電圧と同極性の電圧を上側基板１０２ａに印加する。これにより、固体電解質１０１の面内方向の電場を発生させることができる。さらに、カソード１０３ａに印加される電圧と同極性の電圧を下側基板１０２ｂに印加してもよい。これにより、固体電解質１０１の面内方向のさらなる電場を発生させることができる。なお、反応器１００Ｅの動作時においてアノード１０３ｂと上側基板１０２ａとが等電位である必要はなく、カソード１０３ａと下側基板１０２ｂとが等電位である必要もない。例えば、上側基板１０２ａおよび下側基板１０２ｂのそれぞれは、外部電源１０８とは異なる電源と接続されてもよい。
【００８０】
図１５および図１６に例示するような、カソード１０３ａに印加される電圧と同極性の電圧を下側基板１０２ｂに印加することが可能な構成においては、アノード１０３ｂの外縁から下側基板１０２ｂまでの距離が固体電解質１０１の厚さ（図１５、図１６中、「ｈ」で示す厚さ）よりも大きいと有益である。ここで、アノードの外縁から下側基板までの距離とは、固体電解質の主面と平行な面内における、アノードの端部と、下側基板および固体電解質の接合部分との間の距離（図１５、図１６中、「ｗ」で示す距離）を意味する。このような形態によれば、固体電解質の主面に沿った方向の電場の大きさよりも、固体電解質の主面と垂直な方向に沿った電場の大きさを大きくし得るため、固体電解質を移動するプロトンが、アノード１０３ｂと対向する上側基板１０２ａに引き寄せられやすくなると考えられる。
【００８１】
図１３〜図１６に示す例において、外部電源１０８の極性は、図示する構成と逆であってもよい。例えば、アノード１０３ｂおよびカソード１０３ａに、互いに異なる極性の電圧を印加し、カソードに印加される電圧と同極性の電圧を上側基板１０２ａおよび／または下側基板１０２ｂに印加するような構成であってもよい。
【００８２】
以上に説明したように、本開示によれば、機械的衝撃、運転開始時または停止時の熱的衝撃などに対する固体電解質の損傷を抑制し得る、信頼性の向上された反応器を提供することができる。本開示によれば、固体電解質の損傷が抑制されるので、固体電解質を薄膜化することも比較的容易である。したがって、より高いイオン伝導率を実現し得、例えば３００℃程度の運転温度において反応器を作動させることが可能である。
【００８３】
なお、固体電解質としてはプロトン伝導体に限定されず、固体酸化物などから形成された酸素イオン導電体を用いてもよく、したがって、固体電解質中のキャリアは、酸素イオンであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本開示による反応器は、燃料電池、水素化装置、脱水素化装置、水蒸気電解装置、水蒸気電解水素化装置などに利用可能である。また、本開示による反応器は、第１電極と第２電極との間に生じる起電力を測定することにより、水素センサ、酸素センサなどのガスセンサとして利用することが可能である。
【符号の説明】
【００８５】
１００    反応器
１０１    固体電解質
１０２ａ    上側基板（第１基板）
１０２ｂ    下側基板（第２基板）
１０３ａ    カソード（第１電極）
１０３ｂ    アノード（第２電極）
１０４ａ    第１室
１０４ｂ    第２室
１０５ａ、１０５ｂ    流体入口
１０６ａ、１０６ｂ    流体出口
１０７    接合層
１０８    外部電源
【図１Ａ】
2015222712.tif 000003
【図１Ｂ】
2015222712.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2015222712.tif 000011
【図９】
2015222712.tif 000012
【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
2015222712.tif 000015
【図１２Ｂ】
2015222712.tif 000016
【図１３】
2015222712.tif 000017
【図１４】
2015222712.tif 000018
【図１５】
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【図１６】
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