(57)【要約】【課題】反応効率が高く、低コスト化を実現し得る反応器を提供する。【解決手段】本開示の反応器は、第１基材と、第１基材に支持された電解質層と、電解質層の主面のうち、第１基材とは反対側の主面上に設けられた第１電極および第２電極と、第１溝および第２溝を有する第２基材であって、第１電極および第２電極を覆う第２基材とを備える。第２基材は、第１溝および第２溝がそれぞれ第１電極および第２電極と対向するようにして電解質層上に配置される。第１電極と第２電極との間の距離は、５００ｎｍ以上５μｍ以下である。電解質層の厚さは、第１電極と第２電極との間の距離よりも大きい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１流路および第２流路を有する反応器であって、
前記反応器は、
第１基材と、
前記第１基材に支持された電解質層と、
前記電解質層の主面のうち、前記第１基材とは反対側の主面上に設けられた第１電極および第２電極と、
第１溝および第２溝を有する第２基材であって、前記第１電極および前記第２電極を覆う第２基材と
を備え、
前記第１流路および前記第２流路は、前記第１溝および前記第２溝がそれぞれ前記第１電極および前記第２電極と対向するように前記第２基材を前記電解質層上に配置することによって形成された流路であり、
前記第１電極と前記第２電極との間の距離は、５００ｎｍ以上５μｍ以下であり、
前記電解質層の厚さは、前記距離よりも大きい、反応器。
【請求項２】
前記電解質層の厚さは、前記距離の２倍以上１０倍以下である、請求項１に記載の反応器。
【請求項３】
前記第１電極は、互いに平行な第１の直線部分および第２の直線部分を有し、
前記第２電極は、前記第１の直線部分および前記第２の直線部分に平行かつ互いに平行な第３の直線部分および第４の直線部分を有し、
前記第１の直線部分および前記第２の直線部分は、互いに隣接しており、
前記第３の直線部分は、前記第１の直線部分に対して前記第２の直線部分とは反対側に隣接し、
前記第４の直線部分は、前記第２の直線部分に対して前記第１の直線部分とは反対側に隣接する、請求項１または２に記載の反応器。
【請求項４】
前記第１電極および前記第２電極は、ミアンダ形状を有する、請求項３に記載の反応器。
【請求項５】
前記第１電極および前記第２電極は、前記第１の直線部分および前記第２の直線部分の延びている方向に直交する方向に延びる接続部分を有し、
前記第１の直線部分および前記第２の直線部分は、前記第１電極の前記接続部分と接続されており、
前記第３の直線部分および前記第４の直線部分は、前記第２電極の前記接続部分と接続されている、請求項３に記載の反応器。
【請求項６】
前記反応器は、
前記第１流路に連通する第１開口部および第２開口部と、前記第２流路に連通する第３開口部および第４開口部と
を有し、
前記第１開口部、前記第２開口部、前記第３開口部および前記第４開口部の少なくとも１つの開口部は、前記第２基材の端面に設けられている、請求項１から５のいずれかに記載の反応器。
【請求項７】
前記反応器は、前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を与えられるように構成されている、請求項１から６のいずれかに記載の反応器。
【請求項８】
前記電解質層中のキャリアは、水素イオンまたは酸素イオンである、請求項１から７のいずれかに記載の反応器。
【請求項９】
請求項１から８のいずれかに記載の反応器を備える燃料電池。
【請求項１０】
請求項１から８のいずれかに記載の反応器を備えるガスセンサ。
【請求項１１】
請求項１から８のいずれかに記載の反応器を備える改質器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、反応器に関する。
【背景技術】
【０００２】
化石燃料の枯渇、地球温暖化などの問題から、持続可能でかつ二酸化炭素を排出しない新しいエネルギー源の開発が急務であり、太陽光発電や燃料電池の技術開発が進んでいる。燃料電池は、水の電気分解、炭化水素ガスを含む天然ガスからの抽出などによって得られる水素を燃料として発電する。燃料電池は、住宅、自動車などの新しいエネルギー源として応用が期待されている。特許文献１において、電解質層の表面側のみに流路を形成し、反応器の構造を簡素化する構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２８２０８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
反応効率が高く、低コスト化を実現し得る反応器を提供することが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の例示的な実施形態として以下が提供される。
【０００６】
第１流路および第２流路を有する反応器であって、前記反応器は、第１基材と、前記第１基材に支持された電解質層と、前記電解質層の主面のうち、前記第１基材とは反対側の主面上に設けられた第１電極および第２電極と、第１溝および第２溝を有する第２基材であって、前記第１電極および前記第２電極を覆う第２基材とを備え、前記第１流路および前記第２流路は、前記第１溝および前記第２溝がそれぞれ前記第１電極および前記第２電極と対向するように前記第２基材を前記電解質層上に配置することによって形成された流路であり、前記第１電極と前記第２電極との間の距離は、５００ｎｍ以上５μｍ以下であり、前記電解質層の厚さは、前記距離よりも大きい、反応器。
【発明の効果】
【０００７】
本開示によれば、反応効率が高く、低コスト化を実現し得る反応器を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１における反応器の例示的な構成を示す断面図
【図２】実施の形態１における反応器の電極の配置の一例を示す上面図
【図３】電極の配置の他の一例を示す上面図
【図４】電極の配置のさらに他の一例を示す上面図
【図５】実施の形態２における反応器の例示的な構成を示す断面図
【図６】従来の燃料電池の構成を示す断面図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の実施形態の説明の前に、燃料電池の発電の仕組みを説明する。図６は、従来の燃料電池の構成を示す断面図である。図６に示す燃料電池５０００は、電解質層５０１をアノード５０２とカソード５０３とで挟んだ膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）を、セパレータと呼ばれる流路部材５０４、５０６で挟んだ構成を有する。流路部材５０４に形成された流路５０５からアノード５０２に水素が供給され、アノード５０２の触媒作用によりＨ2→２Ｈ+＋２ｅ-の水素酸化反応が起こる。これによりプロトン（Ｈ+）が生成される。プロトンは、電解質層５０１を介してカソード５０３へ移動する。電子は、外部回路５０９を通過する。流路部材５０６に形成された流路５０７から、空気中の酸素がカソード５０３に供給され、カソード５０３の触媒作用によりＯ2＋４Ｈ+＋４ｅ-→２Ｈ2Ｏの酸素還元反応が起きる。水素と酸素から水が生成され発電するので、燃料電池は、二酸化炭素を排出しない環境負荷低減に貢献する発電装置である。燃料電池は、電解質層５０１の材料で分類され、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ：Polymer  Electrolyte  Fuel  Cell）、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ：Solid  Oxide  Fuel  Cell）などがある。
【００１０】
図６に示すように電解質層の表面側と裏面側とに流路を形成する構成では、構造が複雑であり、製造工程の削減が難しい。また、部材の数の低減が難しく、製造工程が複雑になりやすい。したがって、製造コストが増大する。特許文献１に開示されるような、電解質層の表面側のみに流路を有する構成では、製造工程を簡素化し得るものの、十分なイオン伝導度が得られずに反応効率が低下しやすい。
【００１１】
本発明者は、上記の事情に鑑み検討し、本発明を想到した。
【００１２】
まず、本発明の一態様の概要を説明する。
【００１３】
本発明の一態様である反応器は、第１流路および第２流路を有する反応器であって、反応器は、第１基材と、電解質層と、第１電極および第２電極と、第１溝および第２溝を有する第２基材とを備える。電解質層は、第１基材に支持されている。第１電極および第２電極は、電解質層の主面のうち、第１基材とは反対側の主面上に設けられている。第２基材は、第１電極および第２電極を覆っている。第１流路および第２流路は、第１溝および第２溝がそれぞれ第１電極および第２電極と対向するように第２基材を電解質層上に配置することによって形成された流路である。第１電極と第２電極との間の距離は、５００ｎｍ以上５μｍ以下である。電解質層の厚さは、第１電極と第２電極との間の距離よりも大きい。
【００１４】
電解質層の厚さは、上述の距離の２倍以上１０倍以下であってもよい。
【００１５】
ある態様において、第１電極は、互いに平行な第１の直線部分および第２の直線部分を有している。また、第２電極は、第１の直線部分および第２の直線部分に平行かつ互いに平行な第３の直線部分および第４の直線部分を有している。第１の直線部分および第２の直線部分は、互いに隣接する。第３の直線部分は、第１の直線部分に対して第２の直線部分とは反対側に隣接する。第４の直線部分は、第２の直線部分に対して第１の直線部分とは反対側に隣接する。
【００１６】
第１電極および第２電極は、ミアンダ形状を有していてもよい。
【００１７】
ある態様において、第１電極および第２電極は、第１の直線部分および第２の直線部分の延びている方向に直交する方向に延びる接続部分を有している。第１の直線部分および第２の直線部分は、第１電極の接続部分と接続されている。第３の直線部分および第４の直線部分は、第２電極の接続部分と接続されている。
【００１８】
ある態様において、反応器は、第１流路に連通する第１開口部および第２開口部と、第２流路に連通する第３開口部および第４開口部とを有する。第１開口部、第２開口部、第３開口部および第４開口部の少なくとも１つの開口部は、第２基材の端面に設けられていてもよい。
【００１９】
ある態様において、反応器は、第１電極と第２電極との間に電圧を与えられるように構成されている。
【００２０】
電解質層中のキャリアは、水素イオンまたは酸素イオンであってもよい。
【００２１】
本発明の他の一態様である燃料電池は、上記のいずれかに記載の反応器を備える。
【００２２】
本発明のさらに他の一態様であるガスセンサは、上記のいずれかに記載の反応器を備える。
【００２３】
本発明のさらに他の一態様である改質器は、上記のいずれかに記載の反応器を備える。
【００２４】
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。
【００２５】
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態における反応器の例示的な構成を示す断面図である。図１は、後述する図２のＡ−Ａ線断面図である。参考のため、図１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。図１に示す反応器１００は、下側基材１０８上に電解質層１０１を有している。電解質層１０１を支持する下側基材１０８の主面は、典型的には平坦面である。電解質層１０１の例は、プロトン伝導性を有する固体電解質の層である。反応器１００は、電解質層１０１の一方の主面Ｓ１上にアノード１０２とカソード１０３とを備えている。図示するように、主面Ｓ１は、電解質層１０１の主面のうち、下側基材１０８とは反対側の主面である。
【００２６】
アノード１０２およびカソード１０３は、それぞれ、触媒を有する電極である。本開示では、アノード１０２の外縁とカソード１０３の外縁との間の距離（図１中、矢印「ｅ１」で示す距離）は、５００ｎｍ以上５μｍ以下である。後述するように、これにより、反応効率を向上させ得る。なお、距離ｅ１の上記範囲の上限および下限において、１０ｎｍ程度の誤差は許容される。
【００２７】
反応器１００は、電解質層１０１上に配置された上側基材１０４を備える。図示するように、上側基材１０４には第１溝（第１の凹部）１１５および第２溝（第２の凹部）１１７が形成されている。図示するように、上側基材１０４は、アノード１０２およびカソード１０３を覆っている。上側基材１０４は、第１溝１１５および第２溝１１７がそれぞれアノード１０２およびカソード１０３と対向するようにして電解質層１０１上に配置されている。これにより、反応器１００の内部に、アノード１０２を内部に有する第１流路１０５と、カソード１０３を内部に有する第２流路１０７とが形成されている。上側基材１０４は、複数の部材の組み合わせによって形成されていてもよい。
【００２８】
図２は、本実施の形態における反応器の電極の配置の一例を示す上面図である。図示する例では、アノード１０２およびカソード１０３は、電解質層１０１の主面Ｓ１（図１参照）に対して垂直な方向から見たとき、互いに一定の距離を保ちながら、ミアンダ形状に形成されている。より詳細には、アノード１０２およびカソード１０３のそれぞれは、図のＹ方向に沿って延びる複数の直線部分を有している。アノード１０２およびカソード１０３のそれぞれにおいて、各直線部分は、屈曲部分によって接続されている。
【００２９】
図２に例示する構成において、アノード１０２は、互いに平行な直線部分１０２ａおよび直線部分１０２ｂを有する。また、カソード１０３は、アノード１０２の直線部分１０２ａおよび直線部分１０２ｂと平行な、直線部分１０３ａおよび直線部分１０３ｂを有する。図示するように、アノード１０２の直線部分１０２ａおよび直線部分１０２ｂは、図のＸ方向に沿って、互いに隣接している。カソード１０３の直線部分１０３ａは、図のＸ方向に沿って、アノード１０２の直線部分１０２ａに対してアノード１０２の直線部分１０２ｂとは反対側に隣接している。また、カソード１０３の直線部分１０３ｂは、図のＸ方向に沿って、アノード１０２の直線部分１０２ｂに対してアノード１０２の直線部分１０２ａとは反対側に隣接している。図示する例では、電解質層１０１の主面に垂直な断面（ＸＺ断面）において、アノード１０２およびカソード１０３は、交互に配置されていない。
【００３０】
ここでは、上側基材１０４の第１溝１１５および第２溝１１７（図２において不図示）は、アノード１０２およびカソード１０３の形状に対応するようにミアンダ形状に形成されている。したがって、第１流路１０５および第２流路１０７も、ミアンダ形状の流路であり得る。アノード１０２およびカソード１０３をミアンダ形状に形成することにより、第１流路１０５および第２流路１０７を高密度に配置することができる。つまり、電解質層１０１の面積に対して、反応に寄与する部分の面積を大きくできる。ここで、隣り合う第１流路１０５と第２流路１０７との間の距離をｃ１、隣り合う２つの第１流路１０５間の距離をｃ２、隣り合う２つの第２流路１０７間の距離をｃ３とする（図１参照）。例えばｃ１＜ｃ２＝ｃ３となるように第１流路１０５および第２流路１０７を配置する。
【００３１】
図１および図２を参照する。隣り合うアノード１０２とカソード１０３との間の距離をｅ１、隣り合う２つのアノード１０２の間の距離をｅ２、隣り合う２つのカソード１０３の間の距離をｅ３、電解質層１０１の厚さをｔ１とする。本開示では、隣り合うアノード１０２とカソード１０３との間の距離ｅ１の範囲を、概ね５００ｎｍ以上５μｍ以下に設定する。距離ｅ１は、イオンの伝導距離と同等であると考えられる。
【００３２】
本開示では、電解質層の厚さは、隣り合うアノード１０２とカソード１０３との間の距離ｅ１よりも大きい。イオンは、電解質層１０１中において、上側基材１０４側の表面（図１に示す主面Ｓ１）近くの浅い領域を面内方向に沿って移動する。典型的には、イオンは、電解質層１０１の表面から深さ５μｍ程度までの領域を移動する。すなわち、本開示では、距離ｅ１が、電解質層１０１においてイオン伝導の生じる部分の厚さと同程度の大きさに設定されている。距離ｅ１を上記の範囲に設定することにより、効率的なイオン伝導を実現し得る。
【００３３】
距離ｅ１を５μｍ程度以下とすることにより、イオンの伝導経路の長さを低減できる。したがって、結晶格子による、電解質層１０１の結晶中を流れるイオンの散乱を低減でき、イオン伝導度の低下を抑制し得る。また、距離ｅ１を５００ｎｍ程度以上とすることにより、隣り合う第１流路１０５と第２流路１０７とを分離する隔壁の幅（電解質層１０１および上側基材１０４の接合部の幅ｃ１、図１参照）が小さくなりすぎることを防止できる。これにより、第１流路１０５と第２流路１０７との間における漏れを抑制できる。
【００３４】
電解質層１０１は、バルク体であり得る。電解質層１０１の厚さは、例えば、隣り合うアノード１０２とカソード１０３との間の距離ｅ１の２倍以上１０倍以下である。すなわち、２≦（ｔ１／ｅ１）≦１０であってもよい。電解質層１０１の厚さが上記の範囲内であると、電解質層１０１の形成が比較的容易である。
【００３５】
図６に示す従来の燃料電池５０００においては、イオンは、電解質層５０１の膜厚方向に沿って移動する。これに対し、本開示においては、イオン（例えばプロトン）は、電解質層１０１の面内方向に沿って、隣り合うアノード１０２とカソード１０３との間を移動する。本開示によれば、隣り合うアノード１０２とカソード１０３との間の距離を概ね５００ｎｍ以上５μｍ以下の範囲としているので、比較的高い反応効率を実現し得る。また、電解質層１０１の一方の主面側に第１流路１０５および第２流路１０７を形成するので、部材の数の低減および／または製造工程の簡素化を実現し得る。したがって製造コストを低減し得る。
【００３６】
なお、電解質層の一方の主面上にアノードおよびカソードを設けた構造において流路を高密度に配置するには、櫛歯状のアノードおよびカソードを用いることが考えられる（例えば特許文献１の図１参照）。しかしながら、このようなアノードおよびカソードを用いた場合、以下の理由により、反応効率が向上しにくい。
【００３７】
櫛歯状のアノードおよびカソードを用いた場合には、電解質層の主面に垂直な断面において、アノードおよびカソードが交互に並ぶ。したがって、流路を高密度に配置するためにアノードとカソードとの間の距離を小さくすると、アノード側の流路とカソード側の流路との間隔も小さくなる。すなわち、このような構成においては、流路間における漏れ（ガス、液体の漏れ）が発生しやすい。また、アノードおよびカソードが交互に並ぶ構成では、例えばアノードで生成されたイオンは、電解質層を介してアノードの右隣のカソードまたは左隣のカソードのいずれかに向かって移動する。例えば、アノードとそのアノードの右隣のカソードとの間の距離に対して、アノードとそのアノードの左隣のカソードとの間の距離が大きい場合を考える。このとき、反応効率の観点からは、アノードに対してより近い位置にある右隣のカソードにイオンが移動した方が有利である。言い換えれば、アノードに対してより遠い位置にある左隣のカソードへのイオンの移動は、反応効率の低下の原因となり得る。
【００３８】
図２に例示する構成では、アノード１０２およびカソード１０３は、それぞれがミアンダ形状を有し、かつ互いに平行に形成されている。具体的には、図のＸ方向に沿って見たときに、ある電極（例えばアノード）に隣接する２つの電極のうちの一方は逆極性（カソード）であり、他方は同極性（アノード）である。したがって、アノードおよびカソードが交互に並ぶ構成と比較して、より確実に、近接する逆極性の電極にイオンを移動させることができる。本開示によれば、アノードおよびカソードが交互に並ぶ構成と比較して、より高い反応効率を実現し得る。
【００３９】
図２に例示する構成において、反応器１００は、第１流路１０５に連通する開口部１５ａおよび開口部１５ｂを有している。また、反応器１００は、第２流路１０７に連通する開口部１７ａおよび開口部１７ｂを有している。例えば、開口部１５ａを介してアノード１０２側の反応物質が第１流路１０５に供給される。反応によって生成された物質が開口部１５ｂを介して取り出される。同様に、開口部１７ａを介してカソード１０３側の反応物質が第２流路１０７に供給される。反応によって生成された物質が開口部１７ｂを介して取り出される。図２中の太い矢印は、反応物質および生成物の流れの例を模式的に示している。アノード１０２またはカソード１０３と外部回路とを接続する配線が、これらの開口部から引き出されてもよい。
【００４０】
上述の開口部１５ａ、開口部１５ｂ、開口部１７ａおよび開口部１７ｂは、例えば上側基材１０４の端面に設けられてもよい。ここで、「端面」は、電解質層の主面（例えば図１に示す主面Ｓ１）と概ね垂直な面を意味する。すなわち、第１溝１１５および／または第２溝１１７は、上側基材１０４の外縁に達していてもよい。このとき、反応器は、その端面に、少なくとも１つの開口部を有する。反応器の端面に、流路に連通する開口部を形成することにより、複数の反応器を積層する場合であっても、配線および／または配管の接続が複雑となることを抑制できる。
【００４１】
図３は、電極の配置の他の一例を示す上面図である。図３に示す反応器３００のアノード１０２Ａおよびカソード１０３Ａは、図２に示すアノード１０２およびカソード１０３と比較してより多くの屈曲を有している。さらに、距離ｅ２およびｅ３の大きさが距離ｅ１と同程度に設定されている。このような構成によれば、図２に例示する構成と比較して、第１流路１０５および第２流路１０７をより密に配置することができる。なお、距離ｅ２およびｅ３の大きさを距離ｅ１と同程度に設定した場合であっても、図示する構成ではＸ方向に沿ってアノード１０２およびカソード１０３が交互に並んでいないので、近接する逆極性の電極に向けてイオンを移動させることができる。
【００４２】
図４は、電極の配置のさらに他の一例を示す上面図である。図４に示す反応器４００のアノード１０２Ｂおよびカソード１０３Ｂは、それぞれ、図のＸ方向に沿って延びる接続部分１０２ｚおよび接続部分１０３ｚを有している。図示する例において、アノード１０２Ｂは、接続部分１０２ｚに接続された複数の分枝を有している。同様に、カソード１０３Ｂは、接続部分１０３ｚに接続された複数の分枝を有している。図示する例では、接続部分１０２ｚから図のＹ方向に沿ってアノード１０２の直線部分１０２ａおよび直線部分１０２ｂが延びている。また、接続部分１０３ｚから図のＹ方向に沿ってカソード１０３の直線部分１０３ａおよび直線部分１０３ｂが延びている。図４に示す例においても、アノード１０２Ｂの各分枝とカソード１０３Ｂの各分枝とは、図のＸ方向に沿って交互に並んでいない。したがって、図４に例示するような構成においても、電解質層１０１中のイオンは、近接する逆極性の電極に向かって移動する。
【００４３】
このように、アノードおよびカソードの形状は、ミアンダ形状に限定されない。すなわち、第１流路１０５および第２流路１０７の形状もミアンダ形状に限定されない。ただし、第１流路１０５および第２流路１０７のそれぞれが、分岐を有さない単一の連続した流路（例えばミアンダ形状の流路）であると、反応物質（ガスまたは液体）を一方向にスムースに流せるという有利な効果が得られる。また、アノード１０２またはカソード１０３を外部回路に接続するための接続部の数を低減し得る。第１流路１０５および第２流路１０７の形状は、反応面積を増やすことができる形状であればよく、例えばうずまき形状であってもよい。
【００４４】
ここで、本開示の反応器の動作の一例を説明する。本開示の反応器は、用いるカソードおよびアノード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。カソードおよびアノードの材料は、用途に応じて公知の材料を用いることができる。ここでは、図１および図２に示す反応器１００を燃料電池として使用する例を説明する。
【００４５】
第１流路１０５からアノード１０２にガスが供給される。例えば燃料電池の場合、水素が供給される。例えば、アノード１０２の触媒作用により、Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ-の水素酸化反応が起こり、プロトン（Ｈ+）が生成する。プロトンは電解質層１０１中を移動し、電子は燃料電池に接続された外部回路を通過する。プロトンおよび電子はそれぞれカソード１０３へ移動する。カソード１０３では第２流路１０７からガスが供給され反応が起こる。燃料電池の場合、ガスは空気中の酸素であり、カソード１０３の触媒作用によりＯ2＋４Ｈ+＋４ｅ-→２Ｈ2Ｏの酸素還元反応が起きる。
【００４６】
また、図１および図２に例示する反応器１００は、例えばガスセンサとして用いることもできる。例えば電解質層１０１としてプロトン伝導体を用いることにより、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流路１０５と第２流路１０７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）とを導入する。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電解質層１０１中を移動する。このとき、カソード１０３およびアノード１０２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、カソード１０３およびアノード１０２に接続された外部回路に、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。
【００４７】
（実施の形態２）
次に、本開示の実施の形態２を説明する。実施の形態２と実施の形態１の相違点は、動作時において、アノード１０２とカソード１０３の間に電圧が印加される点である。
【００４８】
図５は、本実施の形態における例示的な反応器の構成を示す断面図である。図５に示す反応器２００は、アノード１０２とカソード１０３との間に電圧を与えられるように構成されている。図５に例示する構成では、アノード１０２およびカソード１０３に外部電源１１０が接続されている。アノード１０２とカソード１０３との間に電界を与えることにより、効率的なイオン伝導を実現し得る。例えば、アノード１０２で発生した、プロトンのようなプラスイオンを、カソード１０３の方向に効率よく引き込むことができる。アノード１０２とカソード１０３との間に印可する電圧の大きさは、例えば０．５〜２５０Ｖである。かかる構成の反応器２００は、比較的高い反応効率を有し得る。
【００４９】
また、図５に例示する反応器２００は、例えば改質器として用いることができる。なお、本明細書においては、反応物質からプロトンを引き抜き、水素ガス、水素化された炭素化合物または脱水素化された炭素化合物を生成する装置を「改質器」と称する。ここでは、反応器２００を水蒸気電解水素化装置として使用する例を説明する。
【００５０】
第１流路１０５からアノード１０２に、水を含有する気体（典型的には水蒸気）が供給される。また、第２流路１０７からカソード１０３に被水素化物（典型的には液体）が供給される。アノード１０２は、Ｎｉ、Ｐｔなど、水を含有する気体中の水素を酸化する触媒を含む。カソード１０３は、Ｎｉ、Ｐｔなどの水素化触媒を含む。アノード１０２の触媒作用により、２Ｈ2Ｏ→Ｏ2＋４Ｈ+＋４ｅ-の反応が進行し、プロトン（Ｈ+）が生成する。プロトンは電解質層１０１中を移動し、カソード１０３に到達する。被水素化物が例えばトルエンである場合、第２流路１０７内においてＣ7Ｈ8＋６Ｈ+＋６ｅ-→Ｃ7Ｈ14の反応が進行し、第２流路１０７内にメチルシクロヘキサンが得られる。このように、本開示の反応器は、いわゆる有機ハイドライドの生成に使用することが可能である。
【００５１】
上述の実施形態１および２では、電解質層１０１としてプロトン伝導体を例示した。しかしながら、電解質層１０１は、プロトン伝導体に限定されない。電解質層１０１は、酸素イオン導電体であってもよい。すなわち、電解質層１０１中のキャリアは、プロトンに限定されず、酸素イオンであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
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。
【符号の説明】
【００５３】
１００    反応器
１０１    電解質層
１０２    アノード
１０３    カソード
１０４    上側基材
１０５    第１流路
１０７    第２流路
１０８    下側基材
１１０    外部電源
【図１】
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【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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