(57)【要約】【課題】  界面剥離を抑制することができる水素分離膜−電解質膜接合体およびそれを備えた燃料電池を提供する。【解決手段】  水素分離膜−電解質膜接合体（１００）は、第１金属元素を含み、水素透過性を有する水素分離膜（１０）と、プロトン伝導性を有する電解質膜（３０）と、第２金属元素を含有し、水素分離膜と電解質膜との間に配置された中間層（２０）とを備え、第２金属元素は、第１金属元素の電気陰性度と電解質膜に含まれるいずれかの還元元素の電気陰性度との間の電気陰性度を有することを特徴とする。中間層を構成する金属が水素分離膜を構成する金属の電気陰性度と電解質膜を構成するいずれかの還元元素の電気陰性度との間の電気陰性度を有することから、水素分離膜と電解質膜との間における結合電子の偏りを抑制することができる。その結果、水素分離膜と電解質膜との剥離を抑制することができる。【選択図】        図１
2008123884.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１金属元素を含み、水素透過性を有する水素分離膜と、
プロトン伝導性を有する電解質膜と、
第２金属元素を含有し、前記水素分離膜と前記電解質膜との間に配置された中間層と、を備え、
前記第２金属元素は、前記第１金属元素の電気陰性度と前記電解質膜に含まれるいずれかの還元元素の電気陰性度との間の電気陰性度を有することを特徴とする水素分離膜−電解質膜接合体。
【請求項２】
前記中間層は、前記第２金属元素からなる金属層または前記第２金属元素の酸化物からなる金属酸化物層であることを特徴とする請求項１記載の水素分離膜−電解質膜接合体。
【請求項３】
前記電解質膜は、プロトン伝導性を有する金属酸化物からなることを特徴とする請求項１または２記載の水素分離膜−電解質膜接合体。
【請求項４】
前記金属酸化物は、組成式ＡＢ（１−ｘ）ＭｘＯ３によって表されるペロブスカイト型の金属酸化物であることを特徴とする請求項３記載の水素分離膜−電解質膜接合体。
【請求項５】
前記還元元素は、組成式ＡＢ（１−ｘ）ＭｘＯ３のＡサイト、Ｂサイトまたは金属Ｍであることを特徴とする請求項４記載の水素分離膜−電解質膜接合体。
【請求項６】
前記第２金属元素は、前記Ａサイトおよび前記Ｂサイトの両方の電気陰性度と前記第１金属元素の電気陰性度との間の電気陰性度を有することを特徴とする請求項４記載の水素分離膜−電解質膜接合体。
【請求項７】
前記第２金属元素は、前記Ａサイト、前記Ｂサイトおよび前記金属Ｍの電気陰性度と前記第１金属元素の電気陰性度との間の電気陰性度を有することを特徴とする請求項４記載の水素分離膜−電解質膜接合体。
【請求項８】
前記水素分離膜は、複数の金属元素からなる合金であり、
前記第１金属元素は、前記複数の金属元素のいずれかであることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の水素分離膜−電解質膜接合体。
【請求項９】
前記第２金属元素は、前記合金を構成する複数の金属元素の電気陰性度と前記還元元素の電気陰性度との間の電気陰性度を有することを特徴とする請求項８記載の水素分離膜−電解質膜接合体。
【請求項１０】
前記中間層は、水素透過性を有することを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の水素分離膜−電解質膜接合体。
【請求項１１】
前記中間層は、複数の層からなり、
前記複数の層のそれぞれは、金属層または金属酸化物層からなり、
前記複数の層に含まれる各金属元素は、前記第１金属元素の電気陰性度と前記還元元素の電気陰性度との間の電気陰性度を有し、
前記複数の層は、前記複数の層に含まれる各金属元素の電気陰性度が前記第１金属元素の電気陰性度から前記還元元素の電気陰性度にかけて順次並ぶように配置されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の水素分離膜−電解質膜接合体。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれかに記載の水素分離膜―電解質膜接合体と、
前記電解質膜の前記水素分離膜と反対側の面に形成されたカソードと、を備えることを特徴とする燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素分離膜−電解質膜接合体およびそれを備えた燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、一般的には水素および酸素を燃料として電気エネルギを得る装置である。この燃料電池は、環境面において優れており、また高いエネルギ効率を実現できることから、今後のエネルギ供給システムとして広く開発が進められてきている。
【０００３】
燃料電池のうち固体の電解質を用いたものには、固体高分子型燃料電池、固体酸化物型燃料電池、水素分離膜電池等がある。ここで、水素分離膜電池とは、緻密な水素分離膜を備えた燃料電池である。緻密な水素分離膜は水素透過性を有する金属によって形成される層であり、アノードとしても機能する。水素分離膜電池は、この水素分離膜上にプロトン伝導性を有する電解質が積層された構造をとっている（例えば、特許文献１参照）。水素分離膜に供給された水素はプロトンに変換され、プロトン伝導性の電解質中を移動し、カソードにおいて酸素と結合して発電が行われる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１４６３３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この水素分離膜電池においては、水素分離膜が金属からなり電解質膜が固体酸化物からなる場合には、水素分離膜と電解質膜との界面の結合強度が弱くなる場合がある。その結果、界面剥離が生じるおそれがある。
【０００６】
本発明は、界面剥離を抑制することができる水素分離膜−電解質膜接合体およびそれを備えた燃料電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る水素分離膜−電解質膜接合体は、第１金属元素を含み、水素透過性を有する水素分離膜と、プロトン伝導性を有する電解質膜と、第２金属元素を含有し、水素分離膜と電解質膜との間に配置された中間層とを備え、第２金属元素は、第１金属元素の電気陰性度と電解質膜に含まれるいずれかの還元元素の電気陰性度との間の電気陰性度を有することを特徴とするものである。本発明に係る水素分離膜−電解質膜接合体においては、中間層を構成する金属が水素分離膜を構成する金属の電気陰性度と電解質膜を構成するいずれかの還元元素の電気陰性度との間の電気陰性度を有することから、水素分離膜と電解質膜との間における結合電子の偏りを抑制することができる。その結果、水素分離膜と電解質膜との剥離を抑制することができる。
【０００８】
上記構成において、中間層は、第２金属元素からなる金属層または第２金属元素の酸化物からなる金属酸化物層であってもよい。上記構成において、電解質膜は、プロトン伝導性を有する金属酸化物からなるものであってもよく、組成式ＡＢ（１−ｘ）ＭｘＯ３によって表されるペロブスカイト型の金属酸化物であってもよい。
【０００９】
上記構成において、電解質膜に含まれる還元元素は、組成式ＡＢ（１−ｘ）ＭｘＯ３のＡサイト、Ｂサイトまたは金属Ｍであってもよい。この場合、第２金属元素は、ＡサイトおよびＢサイトの両方の電気陰性度と第１金属元素の電気陰性度との間の電気陰性度を有するものであることが好ましい。この構成によれば、水素分離膜と電解質膜との間における結合電子の偏りを抑制することができる。さらに、第２金属元素は、Ａサイト、Ｂサイトおよび金属Ｍの電気陰性度と第１金属元素の電気陰性度を有するものであることがより好ましい。この構成によれば、水素分離膜と電解質膜との間における結合電子の偏りを、水素分離膜と電解質膜との界面全体において抑制することができる。
【００１０】
上記構成において、水素分離膜は、複数の金属元素からなる合金であり、第１金属元素は、複数の金属元素のいずれかであってもよい。この場合、第２金属元素は、合金を構成する複数の金属元素の電気陰性度と還元元素の電気陰性度との間の電気陰性度を有するものであることが好ましい。この構成によれば、水素分離膜と電解質膜との間における結合電子の偏りをより抑制することができる。
【００１１】
上記構成において、中間層は、水素透過性を有するものであることが好ましい。この構成によれば、水素透過性を維持しつつ、結合電子の偏りを抑制することができる。
【００１２】
上記構成において、中間層は、複数の層からなり、複数の層に含まれる各金属元素は、第１金属元素の電気陰性度と還元元素の電気陰性度との間の電気陰性度を有し、複数の層は、複数の層に含まれる各金属元素の電気陰性度が第１金属元素の電気陰性度から還元元素の電気陰性度にかけて順次並ぶように配置されているものであってもよい。この場合、隣り合う層を構成する元素間の電気陰性度差が小さくなる。それにより、水素分離膜と電解質膜との間における結合電子の偏りをより緩和することができる。そのため、水素分離膜と電解質膜との剥離をより抑制することができる。
【００１３】
本発明に係る燃料電池は、請求項１〜１１のいずれかに記載の水素分離膜―電解質膜接合体と、電解質膜の水素分離膜と反対側の面に形成されたカソードとを備えることを特徴とするものである。本発明に係る燃料電池においては、請求項１〜１１のいずれかに記載の水素分離膜−電解質膜接合体を使用しているため、水素分離膜と電解質膜との剥離が抑制される。その結果、燃料電池の発電効率低下または発電不能を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、水素分離膜と電解質膜との界面剥離を抑制することができる水素分離膜−電解質膜接合体およびそれを備えた燃料電池を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１は、本発明の第１実施例に係る水素分離膜−電解質膜接合体１００の模式的断面図である。図１に示すように、水素分離膜−電解質膜接合体１００は、水素分離膜１０上に中間層２０および電解質膜３０が順に形成された構造を有する。水素分離膜１０は、水素透過性金属からなり、電解質膜３０を支持および補強する支持体として機能する。本実施例においては、水素分離膜１０は、パラジウム（Ｐｄ）からなる。水素分離膜１０の膜厚は、特に限定されないが、例えば２０μｍ程度である。
【００１７】
電解質膜３０は、ＡＢ（１−ｘ）ＭｘＯ３構造を有するペロブスカイト型のプロトン伝導性電解質からなる。すなわち、電解質膜３０は、Ｂサイトの一部が金属Ｍによって置換されたペロブスカイトからなる。なお、Ｍは＋４価よりも小さい価数を有するドープ金属である。また、ｘは０＜ｘ＜１を満たす値である。本実施例においては、電解質膜３０は、ＳｒＺｒ（１−ｘ）ＩｎｘＯ３である（Ｓｒ：ストロンチウム、Ｚｒ：ジルコニウム、Ｉｎ：インジウム）。また、電解質膜３０の膜厚は、特に限定されないが、例えば１μｍ程度である。電解質膜３０の成膜方法としては、物理蒸着（ＰＶＤ）、化学蒸着（ＣＶＤ）等の方法を用いることができる。
【００１８】
中間層２０は、水素分離膜１０に含まれる金属元素の電気陰性度と電解質膜３０に含まれるいずれかの還元元素の電気陰性度との間の電気陰性度を有する金属層からなる。ここで、還元元素とは、酸素等によって酸化される金属または半金属元素のことをいう。本実施例においては、Ｓｒ、ＺｒまたはＩｎが還元元素に相当する。また、水素分離膜１０を構成するＰｄの電気陰性度は、２．２０である。また、電解質膜３０を構成するＳｒの電気陰性度は、０．９５であり、Ｚｒの電気陰性度は、１．３３であり、Ｉｎの電気陰性度は、１．７８である。したがって、本実施例においては、中間層２０を構成する金属は、０．９５と２．２０との間の電気陰性度を有していればよい。例えば、中間層２０を構成する金属としては、マンガン（Ｍｎ）、クロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）等が挙げられる。なお、Ｍｎの電気陰性度は、１．５５であり、Ｃｒの電気陰性度は、１．６６であり、Ｃｏの電気陰性度は、１．８８である。
【００１９】
中間層２０の厚さは、中間層２０における水素透過に支障がない程度であり、例えば数ｎｍ程度である。なお、中間層２０は層状であってもよく、島状であってもよい。中間層２０の成層方法としては、物理蒸着（ＰＶＤ）、化学蒸着（ＣＶＤ）等の方法を用いることができる。
【００２０】
このように、中間層２０を構成する金属が水素分離膜１０を構成する金属の電気陰性度と電解質膜３０を構成するいずれかの還元元素の電気陰性度との間の電気陰性度を有することから、水素分離膜１０と電解質膜３０との間における結合電子の偏りを抑制することができる。その結果、水素分離膜１０と電解質膜３０との剥離を抑制することができる。
【００２１】
以下、この原理について説明する。水素分離膜１０を構成する金属の電気陰性度と電解質膜３０を構成する還元元素の電気陰性度とが異なる場合、水素分離膜１０と電解質膜３０との間の結合電子は電気陰性度の大きい元素側に引き寄せられる。特に、上記電気陰性度差が大きい場合には、結合電子は電気陰性度の大きい元素側に偏って分布する。この場合、水素分離膜１０と電解質膜３０との界面における結合力が低下する。それにより、水素分離膜１０と電解質膜３０との剥離が生じやすくなる。
【００２２】
したがって、水素分離膜１０と電解質膜３０との間における結合電子の偏りを抑制することによって、水素分離膜１０と電解質膜３０との界面における結合力低下を抑制することができる。この場合、水素分離膜１０と電解質膜３０との剥離を抑制することができる。
【００２３】
本実施例においては、水素分離膜１０を構成する金属と中間層２０を構成する金属との電気陰性度差は、水素分離膜１０を構成する金属と電解質膜３０を構成する還元元素との電気陰性度差に比較して小さくなっている。したがって、水素分離膜１０と中間層２０との間における結合電子の偏りを抑制することができる。
【００２４】
また、中間層２０を構成する金属と電解質膜３０を構成する還元元素との電気陰性度差は、水素分離膜１０を構成する金属と電解質膜３０を構成する還元元素との電気陰性度差に比較して小さくなっている。したがって、中間層２０と電解質膜３０との間における結合電子の偏りを抑制することができる。以上のことから、中間層２０が設けられていない場合に比較して、水素分離膜１０と電解質膜３０との間における結合電子の偏りを抑制することができる。その結果、水素分離膜１０と電解質膜３０との剥離を抑制することができる。
【００２５】
例えば、水素分離膜１０を構成するＰｄの電気陰性度と電解質膜３０を構成するＳｒの電気陰性度との差は、１．２５である。一方、中間層２０としてＭｎを用いた場合、Ｐｄの電気陰性度とＭｎの電気陰性度との差は、０．６５であり、Ｍｎの電気陰性度とＳｒの電気陰性度との差は、０．６０である。したがって、中間層２０を設けることによって、水素分離膜１０と電解質膜３０との間における結合電子の偏りを抑制することができる。
【００２６】
なお、中間層２０を構成する金属は、水素分離膜１０を構成する金属の電気陰性度と電解質膜３０のＡサイトおよびＢサイトの両方の電気陰性度との間の電気陰性度を有していることが好ましい。水素分離膜１０と電解質膜３０との間における結合電子の偏りを、より抑制することができるからである。本実施例においては、例えば、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｃｏ等がこの条件を満足する。
【００２７】
また、中間層２０を構成する金属は、水素分離膜１０を構成する金属の電気陰性度と電解質膜３０のＡサイト、Ｂサイトおよびドープ金属Ｍの電気陰性度との間の電気陰性度を有していることが好ましい。水素分離膜１０と電解質膜３０との間における結合電子の偏りを、水素分離膜１０と電解質膜３０との界面全体において抑制することができるからである。本実施例においては、例えば、Ｃｏ等がこの条件を満足する。
【００２８】
ここで、中間層２０として、電解質膜３０を構成するいずれかの還元元素を用いることも考えられる。具体的には、例えば、電解質膜３０を構成するＳｒを中間層２０として用いれば、電解質膜３０と中間層２０との界面において結合電子の偏りが生じにくくなる。この場合、電解質膜３０と中間層２０との界面剥離が抑制される。
【００２９】
しかしながら、この場合、中間層２０を構成するＳｒと水素分離膜１０を構成するＰｄとの電気陰性度の差は、低減されていない。したがって、中間層２０と水素分離膜１０との界面において電子の偏りによる界面剥離が生じ易くなる。本実施例においては、電解質膜３０と中間層２０との界面剥離と、中間層２０と水素分離膜１０との界面剥離との両方を抑制することができる。
【００３０】
なお、中間層２０は、水素透過性を有するものであることが好ましい。この構成によれば、水素透過性を維持しつつ、結合電子の偏りを抑制することができるからである。例えば、バナジウム（Ｖ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）等を中間層２０として用いることができる。なお、Ｖの電気陰性度は、１．６３であり、Ｔｉの電気陰性度は、１．５４であり、Ｔａの電気陰性度は、１．５０である。
【００３１】
本実施例においては、水素分離膜１０を構成するＰｄが第１金属元素に相当し、電解質膜３０を構成するＳｒ、Ｚｒ、Ｉｎのいずれかが還元元素に相当し、中間層２０を構成する金属が第２金属元素に相当する。
【実施例２】
【００３２】
続いて、本発明の第２実施例に係る水素分離膜−電解質膜接合体１００ａについて説明する。図２は、水素分離膜−電解質膜接合体１００ａの模式的断面図である。図２に示すように、水素分離膜−電解質膜接合体１００ａが図１の水素分離膜−電解質膜接合体１００と異なる点は、中間層２０の代わりに中間層２０ａが設けられている点である。なお、その他の構成は実施例１と同じであるため説明を省略する。
【００３３】
中間層２０ａは、水素分離膜１０を構成する金属元素の電気陰性度と電解質膜３０を構成するいずれかの還元元素の電気陰性度との間の電気陰性度を有する金属の酸化物層からなる。本実施例においては、例えば、ＭｎＯ２、Ｃｒ２Ｏ３、ＣｏＯ等を中間層２０ａとして用いることができる。この場合、実施例１と同様に、水素分離膜１０と電解質膜３０との間における結合電子の偏りを抑制することができる。その結果、水素分離膜１０と電解質膜３０との剥離を抑制することができる。なお、中間層２０ａの厚さは、中間層２０ａにおける水素透過に支障がない程度であり、例えば数ｎｍ程度である。なお、中間層２０ａは層状であってもよく、島状であってもよい。中間層２０ａの成層方法としては、ＰＶＤ、ＣＶＤ等の方法を用いることができる。
【実施例３】
【００３４】
続いて、本発明の第３実施例に係る水素分離膜−電解質膜接合体１００ｂについて説明する。図３は、水素分離膜−電解質膜接合体１００ｂの模式的断面図である。図３に示すように、水素分離膜−電解質膜接合体１００ｂが図１の水素分離膜−電解質膜接合体１００と異なる点は、水素分離膜１０の代わりに水素分離膜１０ｂが設けられている点である。水素分離膜１０ｂは、水素透過性を有する合金からなる。本実施例においては、水素分離膜１０ｂはＰｄ合金からなる。この場合の合金元素としては、例えば、金（Ａｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、ガリウム（Ｇａ）等を用いることができる。
【００３５】
本実施例においては、中間層２０は、水素分離膜１０ｂを構成するいずれかの金属元素の電気陰性度と電解質膜３０を構成するいずれかの還元元素の電気陰性度との間の電気陰性度を有する金属層からなる。この場合、実施例１と同様に、水素分離膜１０ｂと電解質膜３０との間における結合電子の偏りを抑制することができる。その結果、水素分離膜１０ｂと電解質膜３０との剥離を抑制することができる。表１に、各金属元素の電気陰性度を示す。
【００３６】
【表１】
2008123884.tif 000003
【００３７】
なお、中間層２０を構成する金属は、水素分離膜１０ｂを構成する各合金元素の電気陰性度と、電解質膜３０を構成するいずれかの還元元素の電気陰性度との間の電気陰性度を有していることが好ましい。水素分離膜１０ｂと電解質膜３０との間における結合電子の偏りを、より抑制することができるからである。例えば、水素分離膜１０ｂがＰｄおよびＡｇからなる場合、中間層２０を構成する金属は、０．９５と１．９３との間の電気陰性度を有していることが好ましい。
【００３８】
また、中間層２０を構成する金属は、水素分離膜１０ｂを構成する各合金元素の電気陰性度と電解質膜３０のＡサイトおよびＢサイトの両方の電気陰性度との間の電気陰性度を有していることが好ましく、水素分離膜１０ｂを構成する各合金元素の電気陰性度と電解質膜３０のＡサイト、Ｂサイトおよびドープ金属Ｍの電気陰性度との間の電気陰性度を有していることがさらに好ましい。水素分離膜１０ｂと電解質膜３０との界面全体において、水素分離膜１０ｂと電解質膜３０との間における結合電子の偏りを抑制することができるからである。
【００３９】
なお、水素分離膜−電解質膜接合体１００ｂは、中間層２０の代わりに実施例２に係る中間層２０ａを備えていてもよい。本実施例においては、水素分離膜１０ｂを構成するいずれかの合金元素が第１金属元素に相当する。
【実施例４】
【００４０】
続いて、本発明の第４実施例に係る水素分離膜−電解質膜接合体１００ｃについて説明する。図４は、水素分離膜−電解質膜接合体１００ｃの模式的断面図である。図４に示すように、水素分離膜−電解質膜接合体１００ｃが、図１の水素分離膜―電解質膜接合体１００と異なる点は、中間層２０の代わりに中間層２０ｃが設けられている点である。中間層２０ｃは複数の層から構成されている。中間層２０ｃは、水素分離膜１０側に第１中間層４０を備え、電解質膜３０側に第２中間層５０を備える。その他の構成は実施例１と同じであるため説明を省略する。
【００４１】
第１中間層４０および第２中間層５０は、水素分離膜１０に含まれる金属元素の電気陰性度と電解質膜３０に含まれるいずれかの還元元素の電気陰性度との間の電気陰性度を有する金属層からなる。第１中間層４０および第２中間層５０は、例えば、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｃｏ等から構成される。この場合、実施例１と同様に、水素分離膜１０と電解質膜３０との間における結合電子の偏りを抑制することができる。その結果、水素分離膜１０と電解質膜３０との剥離を抑制することができる。なお、第１中間層４０および第２中間層５０の厚さは、水素透過に支障がない程度であり、例えば数ｎｍ程度である。なお、第１中間層４０および第２中間層５０は層状であってもよく、島状であってもよい。第１中間層４０および第２中間層５０の成層方法としては、ＰＶＤ、ＣＶＤ等の方法を用いることができる。
【００４２】
また、第１中間層４０は、水素分離膜１０に含まれる金属元素の電気陰性度と第２中間層５０に含まれる金属元素の電気陰性度との間の電気陰性度を有する金属層からなり、かつ、第２中間層５０は、第１中間層４０に含まれる金属元素の電気陰性度と電解質膜３０に含まれるいずれかの還元元素の電気陰性度との間の電気陰性度を有する金属層からなることが望ましい。すなわち、第１中間層４０および第２中間層５０を構成する金属元素の電気陰性度が、水素分離膜１０を構成する金属元素の電気陰性度から電解質膜３０を構成するいずれかの還元元素の電気陰性度にかけて順次並ぶように、第１中間層４０及び第２中間層５０が配置されることが望ましい。
【００４３】
すなわち、例えば、第１中間層４０を構成する金属元素がＣｒ、第２中間層５０を構成する金属元素がＭｎであれば、水素分離膜１０から電解質膜３０にかけて、電気陰性度が、２．２０、１．６６、１．５５、０．９５と、順次並ぶように構成される。このように中間層が配置されれば、第１中間層４０を構成する金属元素がＭｎ、第２中間層５０を構成する金属元素がＣｒと配置される場合に比較して、第１中間層４０と水素分離膜１０との間および第２中間層５０と電解質膜３０との間の電気陰性度の差が小さくなる。すなわち、隣り合う層を構成する元素間の電気陰性度差が小さくなる。この結果、水素分離膜１０と電解質膜３０との間における結合電子の偏りが緩和される。その結果、水素分離膜１０と電解質膜３０との剥離が抑制される。なお、第１中間層４０および第２中間層５０は、金属酸化物であってもよい。
【００４４】
なお、中間層２０ｃは、３以上の中間層からなるものであってもよい。この場合においても、各層に含まれる金属元素の電気陰性度が水素分離膜１０に含まれる金属元素の電気陰性度と電解質膜３０に含まれるいずれかの還元元素の電気陰性度との間の電気陰性度を有していれば本発明の効果が得られる。この場合、各層に含まれる金属元素の電気陰性度が水素分離膜１０を構成する金属元素の電気陰性度から電解質膜３０を構成するいずれかの還元元素の電気陰性度にかけて順次並ぶように配置されていることが好ましい。
【実施例５】
【００４５】
続いて、本発明の第５実施例に係る燃料電池２００について説明する。図５は、本実施例に係る燃料電池２００の模式的断面図である。図５に示すように、燃料電池２００は、実施例１に係る水素分離膜−電解質膜接合体１００の電解質膜３０の上に、カソード６０が形成された構造を有する。本実施例においては、水素分離膜１０は、電解質膜３０を支持および補強する支持体として機能するとともに、燃料ガスが供給されるアノードとしても機能する。その他の構成は、実施例１と同じであるため、説明を省略する。
【００４６】
続いて、燃料電池２００の動作について説明する。燃料電池２００では、まず、水素を含有する燃料ガスが水素分離膜１０に供給される。燃料ガス中の水素は、水素分離膜１０および中間層２０を透過して電解質膜３０に到達する。電解質膜３０に到達した水素は、プロトンと電子とに解離する。プロトンは、電解質膜３０を伝導し、カソード６０に到達する。一方、酸素を含有する酸化剤ガスは、カソード６０に供給される。カソード６０においては、酸化剤ガス中の酸素とカソード６０に到達したプロトンとから、水が発生するとともに、電力が発生する。以上の動作により、燃料電池２００による発電が行われる。
【００４７】
燃料電池２００においては、実施例１に係る水素分離膜−電解質膜接合体１００を使用していることから、水素分離膜１０と電解質膜３０との剥離が抑制される。その結果、燃料電池２００の発電効率低下または発電不能を抑制することができる。なお、本実施例においては、電解質膜３０のプロトン輸率は、０．９以上であることが好ましい。
【００４８】
なお、実施例１〜５において、水素分離膜１０，１０ｂを構成する金属は、Ｐｄ以外の水素透過性金属あるいは水素透過性合金でもよい。この場合においても、中間層２０，２０ａ，２０ｃが、水素分離膜１０，１０ｂに含まれるいずれかの金属元素の電気陰性度と電解質膜３０に含まれるいずれかの還元元素の電気陰性度との間の電気陰性度を有する金属を含む金属層または金属酸化物層からなれば、水素分離膜１０，１０ｂと電解質膜３０との間における結合電子の偏りを抑制することができる。その結果、水素分離膜１０，１０ｂと電解質膜３０との剥離を抑制することができる。
【００４９】
また、実施例１〜５において、電解質膜３０は、ＳｒＺｒ（１−ｘ）ＩｎｘＯ３以外の電解質であってもよい。また、電解質膜３０は、ペロブスカイトに限定されない。例えば、電解質膜３０は、１ｍｏｌ％Ｓｒ−ＣｅＰＯ４（モナザイト型）、Ｌａ５．８ＷＯ１１．７（蛍石型）、Ｓｒ３Ｃａ（Ｚｒ０．５Ｔａ１．５）Ｏ８．７５（複合ペロブスカイト型）等の電解質であってもよい。このように、電解質膜３０を構成する還元元素は、金属に限定されずリン（Ｐ）のような半金属を含んでいてもよい。この場合においても、中間層２０，２０ａ，２０ｃが、水素分離膜１０，１０ｂに含まれるいずれかの金属元素の電気陰性度と電解質膜３０に含まれるいずれかの還元元素の電気陰性度との間の電気陰性度を有する金属を含む金属層または金属酸化物層からなれば、水素分離膜１０，１０ｂと電解質膜３０との間における結合電子の偏りを抑制することができる。その結果、水素分離膜１０，１０ｂと電解質膜３０との剥離を抑制することができる。
【００５０】
なお、上記各実施例における電気陰性度は、J.E.Huheey,E.A.Keiter and R.L.Keiter;“Inorganic Chemistry-principles of structure and reactivity”,4th ed.（Hapere Collins,New York,1993）から抜粋した値である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の第１実施例に係る水素分離膜−電解質膜接合体の模式的断面図である。
【図２】第２実施例に係る水素分離膜−電解質膜接合体の模式的断面図である。
【図３】第３実施例に係る水素分離膜−電解質膜接合体の模式的断面図である。
【図４】第４実施例に係る水素分離膜−電解質膜接合体の模式的断面図である。
【図５】第５実施例に係る燃料電池の模式的断面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１０  水素分離膜
２０  中間層
３０  電解質膜
４０  第１中間層
５０  第２中間層
６０  カソード
１００  水素分離膜−電解質膜接合体
２００  燃料電池
【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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