專利名稱：氣體分解裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣體分解裝置，更具體地，本發(fā)明涉及一種能夠以良好的能量效率分解氣體的氣體分解裝置。
背景技術(shù)：
在重視柴油發(fā)動(dòng)機(jī)汽車的國家中，必須明確嚴(yán)格的排氣規(guī)定。因此，已經(jīng)開發(fā)了用于減少來自柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣的各種催化劑裝置。在這些催化劑裝置中，推薦尿素選擇還原系統(tǒng)作為用于在其發(fā)動(dòng)機(jī)速度低的溫度范圍內(nèi)用于將NOx還原以凈化成氮和水的裝置 (非專利文獻(xiàn)I)。另外，提出了一種方法，其中將NOx還原催化劑、烴用氧化催化劑和離子導(dǎo)電固體電解質(zhì)相互混合，并然后將所述混合物分散布置在金屬蜂窩的表面上，由此電化學(xué)分解NOx (專利文獻(xiàn)I)。在本發(fā)明中，作為金屬蜂窩，提供蜂窩結(jié)構(gòu)或通過將加工成波形的不銹鋼波板和不銹鋼平板相互堆疊而獲得的與其相似的堆疊結(jié)構(gòu)(專利文獻(xiàn)2和非專利文獻(xiàn)2)。還提出了一種方法，所述方法為了促進(jìn)通過電化學(xué)反應(yīng)分解NOx，施加夾持有固體電解質(zhì)(SE)層的陽極和陰極的電壓(專利文獻(xiàn)3)。引用列表[專利文獻(xiàn)]專利文獻(xiàn)I :日本特開2001-070755號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 :日本特開平05-301048號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3 日本特開平8-168673號(hào)公報(bào)[非專利文獻(xiàn)]非專利文獻(xiàn)I :平田公信等人，“大型柴油汽車的尿素選擇還原系統(tǒng)”，汽車技術(shù)，第60卷，第9期，2006，第28-33頁非專利文獻(xiàn)2 電化學(xué)NOx分解裝置”，產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所，2003年5月20日發(fā)布的新聞稿。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題關(guān)于用于分解NOx的每個(gè)尿素選擇還原裝置，在其排氣系統(tǒng)中布置用于汽車的相當(dāng)大規(guī)模的尿素選擇還原裝置；因此增加了整體重量。當(dāng)然，強(qiáng)烈要求用于汽車的任意裝置尺寸小并且輕。在金屬蜂窩表面上分散布置NOx還原催化劑等的方法中，所述金屬蜂窩薄而導(dǎo)致壓力損失顯著降低的優(yōu)點(diǎn)。然而，用于電化學(xué)反應(yīng)的位置的密度沒有大大提高。而且，壓力損失的下降也不充分?？傊@些技術(shù)各自對(duì)于促進(jìn)有關(guān)裝置的尺寸減少和其分解效率兩者都不充分。使用電化學(xué)反應(yīng)的方法具有不需要將有關(guān)裝置制成大規(guī)模形式的優(yōu)點(diǎn)。然而，只要不將具有預(yù)定厚度的固體電解質(zhì)的溫度設(shè)定在約800°C至約950°C的高溫度范圍內(nèi)，就不能獲得實(shí)用的離子導(dǎo)電率。在低于所述范圍的溫度下，不能獲得充分的NOx分解速度。除了上述問題之外，對(duì)于其中使用固體電極和固體電解質(zhì)的任意電化學(xué)反應(yīng)，存在引起所述固體電極，特別是，陰極的電 阻大的問題。因?yàn)樗鲫帢O的這種大電阻，使得不用于氣體分解的電力大量消耗。因此，需要改進(jìn) 。因此，本發(fā)明的第一目的是提供一種用于通過使用電化學(xué)反應(yīng)而分解預(yù)定氣體的氣體分解裝置，其中能夠在固體電極，特別是，電極中電阻較高的電極中防止電力消耗，并且可以使氣體分解速度提高。上述固體電解質(zhì)具有機(jī)械強(qiáng)度小而易于損壞的缺點(diǎn)。因此，本發(fā)明的第二目的是提供一種用于通過使用電化學(xué)反應(yīng)而分解預(yù)定氣體的氣體分解裝置，其不易損壞并能使氣體分解速度提高。解決問題的手段<用于第一目的的氣體分解裝置>本發(fā)明的氣體分解裝置包含第一電極、與所述第一電極配對(duì)的第二電極、固體電解質(zhì)層、和用于在所述第一電極和所述第二電極之間施加電壓的電源。在該氣體分解裝置中，所述第一電極和所述第二電極各自具有位于所述固體電解質(zhì)層上的多個(gè)延伸區(qū)以接觸所述固體電解質(zhì)層，并且所述第一電極的多個(gè)延伸區(qū)和第二電極的多個(gè)延伸區(qū)交替延伸以在所述第一電極和所述第二電極之間形成間隙，所述第二電極的電阻比所述第一電極的電阻高，以及與所述電源電連接并包含導(dǎo)電材料的第二電極導(dǎo)電區(qū)在與所述第二電極的延伸區(qū)的延伸方向相交的方向上延伸，從而使所述第二電極的延伸區(qū)相互電連接。為了易于理解，可將該部分中的任意說明應(yīng)用于陰極電阻比陽極電阻高的情況。換句話說，使所述第一電極為陽極，并使電阻比所述第一電極高的所述第二電極為陰極。這種情況可適用于用于分解NOx的氣體分解裝置。在這種情況下，根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，包含導(dǎo)電材料的陰極導(dǎo)電區(qū)獲得陰極延伸區(qū)之間的電連接，從而使得將基于其電阻的陰極中的電壓下降限定在延伸區(qū)內(nèi)部。換句話說，將在電化學(xué)反應(yīng)中由陰極的高電阻引起的電力消耗基本上限定為“每個(gè)陰極延伸區(qū)處的電力消耗” X “陰極延伸區(qū)的數(shù)量”。具體地，將氣體分解裝置上使電源和陰極相互電連接的布線限定為導(dǎo)線或陰極的導(dǎo)電區(qū)。將陰極布置成限定在呈現(xiàn)氣體分解效果的場(chǎng)所中。因此，不布置任何僅用于布線的陰極區(qū)域。這種方式使得可以在與氣體分解直接相關(guān)的區(qū)域中集中使用在陰極中消耗的電力。而且，可在固體電解質(zhì)上以高密度布置相互面對(duì)并引起電化學(xué)反應(yīng)的陽極和陰極的位置。在裝置的精度范圍內(nèi)可以使陽極和陰極之間的間隙狹窄，從而能夠使氧離子等在陽極和陰極之間的移動(dòng)時(shí)間短。因此，即使當(dāng)使所述裝置的溫度不高于現(xiàn)有技術(shù)中時(shí)，也能夠提高氣體分解速度。結(jié)果，可以以實(shí)用水平實(shí)現(xiàn)氣體分解。當(dāng)使所述溫度等于現(xiàn)有技術(shù)中的溫度時(shí)，可大大提高氣體分解速度。另外，對(duì)于脆弱的固體電解質(zhì)，產(chǎn)生用于利用固體電解質(zhì)層的背面等而增強(qiáng)所述層的余裕。通過在背面等上施加增強(qiáng)，可提高所述裝置的耐沖擊性能。因此，可通過絲網(wǎng)印刷來制造固體電解質(zhì)、陽極、陰極等。因此，可減少成本。所述延伸區(qū)可筆直地延伸，或者可以在單個(gè)點(diǎn)處彎曲延伸、或在多個(gè)點(diǎn)處以Z字形彎曲延伸。
可以使所述第二電極的面積比所述第一電極的面積大。如果電阻大的第二電極和電阻較小的第一電極的面積相等，則可由第二電極的面積確定用于氣體分解的電化學(xué)反應(yīng)的速度。如上所述，通過使第二電極的面積大，可促進(jìn)氣體分解反應(yīng)。而且，其次使在電阻大的第二電極中流動(dòng)電荷的通路的截面積增加，從而使得可以在不引起電化學(xué)反應(yīng)的區(qū)域，如與導(dǎo)電區(qū)連接的區(qū)域中進(jìn)一步抑制電力消耗。如最初限定的特定情況那樣，將上述情況應(yīng)用于如下結(jié)構(gòu)其中所述第二電極為陰極，以及作為與所述電源電連接的陰極導(dǎo)電區(qū)并包含導(dǎo)電材料的所述第二電極導(dǎo)電區(qū)在與所述陰極的多個(gè)延伸區(qū)的延伸方向相交的方向上延伸，從而使所述陰極的多個(gè)延伸區(qū)相互電連接。然而，可以將本發(fā)明廣泛應(yīng)用于其中陽極電阻比陰極電阻高的情況。在這種情況下，將陽極的導(dǎo)電區(qū)布置為沿陽極的延伸區(qū)的延伸方向延伸。陽極和陰極各自的電阻大 小隨待分解的氣體成分而變化。在分解NOx的情況下，在陰極上的NOx分解反應(yīng)的反應(yīng)速度小而成為決定速度。因此，陰極的電阻變得比陽極的電阻高。容許的是，所述固體電解質(zhì)層位于絕緣基板上，陰極的延伸區(qū)從所述固體電解質(zhì)層的第一端側(cè)向所述固體電解質(zhì)層的與第一端側(cè)相反的第二端側(cè)延伸，并且所述第二電極導(dǎo)電區(qū)以與所述固體電解質(zhì)層的第一端或所述絕緣基板平行的方式延伸。存在各自由具有優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度并可以為各種類型的材料制成的絕緣基板。因此，對(duì)于所述絕緣基板，可使用機(jī)械強(qiáng)度高的材料或不容易損壞的材料，從而可提高本氣體分解裝置的機(jī)械強(qiáng)度或耐久性。通過減少陽極和陰極的延伸區(qū)寬度(其沿與延伸方向相交的方向的長度)和其間的間隙，可以在固體電解質(zhì)上以高密度布置間隙的空間。結(jié)果，可提高每單位時(shí)間和每單位面積的氣體分解量。換句話說，通過增加氣體密度=“間隙長度/固體電解質(zhì)層的面積”，可獲得尺寸小且氣體分解效率高的裝置?？蓪⒌谝浑姌O和第二電極之間的間隙設(shè)定在2至200 的范圍內(nèi)。這種方式使得可以縮短離子在陽極和陰極之間的移動(dòng)距離，從而提高待分解氣體的分解速度。因此，可降低氣體分解裝置的溫度。當(dāng)在陽極和陰極之間施加電壓時(shí)，因?yàn)殚g隙小而在陽極和陰極之間產(chǎn)生大電場(chǎng)。如果所述間隙大于200 iim，則離子移動(dòng)需要更多的時(shí)間。因此，不易良好地利用本發(fā)明的特征。如果所述間隙小于2 u m,則從制造精度的觀點(diǎn)來看，難以確實(shí)地確保間隙。上述間隙導(dǎo)致大大提高離子移動(dòng)速度而使得氣體分解速度提高。所述第二電極導(dǎo)電區(qū)可包含Au糊料。這種方式使得即使當(dāng)將所述裝置加熱至高溫而進(jìn)行操作時(shí)，也可以避免導(dǎo)電區(qū)被排氣劣化而電阻增加或其導(dǎo)電性喪失的情形。關(guān)于Au糊料，在操作時(shí)，通過高溫加熱使所述糊料部分中的樹脂等從初始狀態(tài)自然變化。容許的是，所述固體電解質(zhì)層具有氧離子導(dǎo)電性，并且將金屬粒子鏈接體的氧化物、GDC(摻雜的釓二氧化鈰)和BaCO3并入到所述第二電極中。這種方式可以使例如引入NOx的陰極與NOx接觸，從而提取氧離子并將氧離子送到所述固體電解質(zhì)層中。結(jié)果，分解NOx從而能夠從陰極釋放氮?dú)?。容許的是，使所述固體電解質(zhì)層具有質(zhì)子導(dǎo)電性，并且將金屬粒子鏈接體的氧化物、貴金屬和質(zhì)子導(dǎo)電材料并入到所述第二電極中。以這種方式，例如，陰極與從陽極移動(dòng)通過固體電解質(zhì)的質(zhì)子發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而分解NOx，從而從陰極中放出氮、水蒸汽等。向陽極中并入水蒸汽、烴、氫等的混合氣體，從而使得陽極與混合氣體接觸，由此可將上述質(zhì)子送到固體電解質(zhì)層。質(zhì)子比氧離子小從而擴(kuò)散速度大。因此，可大大降低操作溫度。另外，質(zhì)子的離子遷移率也大，從而使得可以提高氣體分解速度。當(dāng)降低操作溫度時(shí)，例如，產(chǎn)生如下優(yōu)點(diǎn)在第二電極導(dǎo)電區(qū)中，可使用便宜的材料代替Au糊料。最好使絕緣基板為用于增強(qiáng)固體電解質(zhì)層的基板。這種方式使得可以克服作為固體電解質(zhì)的大缺點(diǎn)的固體電解質(zhì)的脆性。結(jié)果，可以將所述裝置用于頻繁施加沖擊的場(chǎng)合如汽車中。所述裝置可具有所述固體電解質(zhì)層位于所述絕緣基板的前面和背面中的每一個(gè)面上的結(jié)構(gòu)。這種方式使得可以克服作為固體電解質(zhì)的大缺點(diǎn)的固體電解質(zhì)的脆性，同時(shí)促進(jìn)氣體分解裝置的小型化。能夠使用于布置氣體分解裝置的空間的利用效率高。本發(fā)明可具有如下結(jié)構(gòu)，其中將各自如上述實(shí)施方式中任一個(gè)所述的多個(gè)氣體分解裝置相互堆疊以在任意相鄰的兩個(gè)裝置之間形成間隙，并且將所述裝置固定在底盤中。這種方式使得可以得到氣體分解容量大并且尺寸小的裝置。將上述實(shí)施方式中任一個(gè)所述的氣體分解裝置安裝在汽車上，并且可通過來自汽 車的廢熱加熱所述氣體分解裝置。對(duì)于任意汽車，可獲得能量效率高的氣體分解裝置，特別是，其中能量效率高的NOx分解裝置。<用于第二目的的氣體分解裝置>本發(fā)明的氣體分解裝置包含第一電極、第二電極、固體電解質(zhì)層、和用于在所述第一電極和所述第二電極之間施加電壓的電源。所述裝置還包含電導(dǎo)體層，其中通過所述電導(dǎo)體層使所述電源的負(fù)極與所述第二電極電連接。在所述裝置中，所述第二電極疊壓在電導(dǎo)體層上以接觸電導(dǎo)體層，各自由一個(gè)所述固體電解質(zhì)層和一個(gè)所述第一電極構(gòu)成的“固體電解質(zhì)層/第一電極”疊壓體的疊壓體位于所述第二電極上以接觸第二電極，從而在任意相鄰的兩個(gè)疊壓體之間形成間隙；以及所述第一電極與所述電源的正極電連接。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，通過由導(dǎo)電層和第二電極構(gòu)成的疊壓體來增強(qiáng)脆弱的固體電解質(zhì)層，從而使得可以提高所述裝置的耐沖擊性和耐久性。參與第二電極反應(yīng)的氣體成分引起在暴露于“固體電解質(zhì)層/第一電極”疊壓體之間的間隙的第二電極上的電化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行。因此，例如，關(guān)于氧離子在固體電解質(zhì)中移動(dòng)的電化學(xué)反應(yīng)，在暴露于間隙的第二電極上產(chǎn)生氧離子，并且然后所述離子通過與所述間隙面對(duì)的固體電解質(zhì)層的側(cè)面區(qū)，從而到達(dá)第一電極。因此，盡管氧離子在每個(gè)固體電解質(zhì)層的厚度方向上移動(dòng)，但是所述離子通過固體電解質(zhì)層的側(cè)面。因此，所述離子在表面區(qū)上移動(dòng)。通過燒結(jié)而制造第二電極、固體電解質(zhì)層和第一電極。當(dāng)將各糊料等投入模具中以成形時(shí)，表面層的密度變大；因此，用于氧離子等的移動(dòng)通路的截面積實(shí)質(zhì)上變大。因此，氧離子等的移動(dòng)量增加，從而使得與燒結(jié)體內(nèi)部的其速度相比，移動(dòng)速度明顯變大。結(jié)果，通過在第二電極上以高密度將間隙布置為適當(dāng)尺寸，可以以高效率實(shí)現(xiàn)氣體分解。當(dāng)?shù)诙姌O的電阻比第一電極的電阻大時(shí)，將第二電極布置在電導(dǎo)體層上，從而使得與電導(dǎo)體層表面接觸。因此，能顯著減少由其電阻引起的第二電極中的電壓下降。這種方式使得可大大減少第一電極中消耗的電力，或基本上不消耗電力。在由電源施加電壓時(shí)，將所述電壓集中施加在第二電極或固體電解質(zhì)層的厚度方向中(使第一電極各自為良導(dǎo)體)。因此，可對(duì)第二電極/固體電解質(zhì)層施加大電場(chǎng)，從而可促進(jìn)電化學(xué)反應(yīng)并可以提高離子移動(dòng)速度。因此，所述裝置可實(shí)現(xiàn)抑制電力消耗和提高氣體分解速度兩者。另外，可通過絲網(wǎng)印刷等來制造固體電解質(zhì)、其陽極和其陰極。由此，可減少成本。
所述裝置可具有如下結(jié)構(gòu)，其中所述第二電極為陰極；所述陰極疊壓在所述電導(dǎo)體層上以接觸所述層；并且作為各自由一個(gè)所述固體電解質(zhì)層和陽極構(gòu)成的“固體電解質(zhì)層/陽極”疊壓體的疊壓體位于所述陰極上以接觸陰極，并且在任意相鄰的兩個(gè)疊壓體之間形成間隙。以這種方式，當(dāng)陰極的電阻大時(shí)，所述陰極與電導(dǎo)體層表面接觸。因此，可顯著減少由其電阻引起的陰極中的電壓下降。這種方式使得可以大大減少陰極中消耗的電力，或基本上不消耗電力。在由電源施加電壓時(shí)，將所述電壓集中施加在陰極或固體電解質(zhì)層的厚度方向中(使陽極各自為良導(dǎo)體)。因此，可對(duì)陰極/固體電解質(zhì)層施加大電場(chǎng)，從而可促進(jìn)電化學(xué)反應(yīng)并且可提高離子移動(dòng)速度。因此，所述裝置可實(shí)現(xiàn)抑制電力消耗和提高氣體分解速度兩者。陽極和陰極各自的電阻大小隨待分解的氣體成分而變化。在分解NOx的情況下，陰極上的NOx分解反應(yīng)的反應(yīng)速度小而成為決定速度。因此，陰極的電阻變得比陽極的電阻高。所述裝置可具有如下結(jié)構(gòu)，其中所述第二電極為陽極；所述陽極疊壓在所述電導(dǎo)體層上以接觸所述層；并且作為各自由一個(gè)所述固體電解質(zhì)層和陰極構(gòu)成的“固體電解質(zhì)層/陰極”疊壓體的疊壓體位于所述陽極上以接觸所述陽極，并且在任意相鄰的兩個(gè)疊壓體之間形成間隙。當(dāng)陽極的電阻大時(shí)，這種方式使得陽極與電導(dǎo)體層表面接觸，從而使得可顯著減少由其電阻引起的陽極中的電壓下降。這種方式使得可以大大減少陽極中消耗的電力，或基本上不消耗電力。在由電源施加電壓時(shí)，將所述電壓集中施加在陽極或固體電解質(zhì)層的厚度方向中(使陰極各自為良導(dǎo)體)。因此，可對(duì)陽極/固體電解質(zhì)層施加大電場(chǎng)，從而可促進(jìn)電化學(xué)反應(yīng)并且可提高離子移動(dòng)速度。因此，所述裝置可實(shí)現(xiàn)抑制電力消耗和提高氣體分解速度兩者。即使當(dāng)陰極的電阻大時(shí)，當(dāng)由陰極的面積來決定氣體分解速度時(shí)，也能夠獲得促進(jìn)氣體分解反應(yīng)的效果。這是因?yàn)?，陰極作為上層放置而容易接觸氣體，從而使得對(duì)其平穩(wěn)地提供未反應(yīng)的氣體?？墒龟帢O的面積比陽極的面積大。在這種情況下所指的面積表示，當(dāng)俯視觀察陰極和陽極時(shí)，其可見部分的面積，并且不包含任何隱藏的部分。換句話說，所述面積是在間隙區(qū)內(nèi)部的第二電極的面積，或者作為其間夾有所述間隙的各區(qū)域的第一電極的面積。當(dāng)使陰極的面積比陽極的面積大時(shí)，造成如下兩種情況。(Al)所述陰極位于電導(dǎo)體層上以接觸所述層，并且所述陰極的面積比所述陽極的面積大。(A2)所述陰極位于所述陽極上(作為一個(gè)以上上層)以接觸所述陽極，并且所述陰極的面積比所述陽極的面積大。在情況(Al)中，當(dāng)陰極的電阻大時(shí)，在抑制陰極中的電力消耗的同時(shí)，因?yàn)槠浯竺娣e而可以促進(jìn)氣體分解反應(yīng)。在情況(A2)中，當(dāng)陰極的電極大時(shí)，通過如下兩個(gè)因素可以促進(jìn)氣體分解反應(yīng)作為上層放置陰極，從而可對(duì)陰極平穩(wěn)地提供未反應(yīng)的氣體以與陰極充分接觸；并且陰極的面積大。可將所述“固體電解質(zhì)層/第一電極”疊壓體之間的各自的間隙和所述“固體電解質(zhì)層/第一電極”疊壓體的各自的寬度分別設(shè)定在2 y m至Imm的范圍內(nèi)。所述第二電 極暴露于所述間隙，從而接觸氣體成分。因此，進(jìn)行第二電極反應(yīng)。如果所述間隙各自窄于
2U m,則阻礙了任意氣體的流入和流出，從而阻礙了所述第二電極反應(yīng)的進(jìn)行，而且從精度的觀點(diǎn)來看，難以確實(shí)地保持所述間隙。如果所述間隙各自大于1mm，則所述第二電極的露出區(qū)變得太大，從而不能有效地進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)。如果所述“固體電解質(zhì)層/第一電極”疊壓體的寬度各自小于2 u m,則難以充分進(jìn)行第一電極反應(yīng)，并且從精度的觀點(diǎn)來看，難以確實(shí)地保持所述疊壓體之間的間隙。如果所述寬度各自大于1_，則所述第一電極之間的區(qū)域變得太大，從而阻礙了氣體分解的有效進(jìn)行。當(dāng)將所述間隙、所述疊壓體的寬度設(shè)定在上述各范圍內(nèi)時(shí)，可使得所述裝置為效率高的氣體分解裝置?？蓪⑺龉腆w電解質(zhì)層各自的厚度分別設(shè)定為20 Pm以下。這種方式使得可以縮短在固體電解質(zhì)層厚度方向上移動(dòng)的離子的移動(dòng)時(shí)間，從而提高所述裝置的氣體分解效率。更優(yōu)選的是，每個(gè)所述電解質(zhì)層的厚度較小。然而，如果使所述厚度小于I Pm，則難以確實(shí)地在第二電極上布置固體電解質(zhì)層以接觸所述電極。因此，最好將所述厚度設(shè)定為Ium以上。當(dāng)從加工精度的觀點(diǎn)來看能使厚度更小時(shí)，所述厚度可以為約0. 5iim以下。當(dāng)俯視觀察時(shí)，所述“固體電解質(zhì)層/第一電極”可以為選自如下形式中的至少一 種形式(1)相互平行的兩條以上的線或帶的形式；(2)梳齒形式(間隙整體為蛇形)；(3)螺旋形式；(4)點(diǎn)或碎片形式；和(5)圍繞點(diǎn)形或碎片形區(qū)域的區(qū)域(點(diǎn)形或碎片形區(qū)域的補(bǔ)集區(qū)域)。這種方式使得可布置所述間隙，其中露出所述第二電極，并且所述“固體電解質(zhì)層/第一電極”以細(xì)小間距密集地疊壓在所述第二電極或所述電導(dǎo)體層上。因此，可獲得效率高的氣體分解裝置。上述“固體電解質(zhì)層/第一電極”疊壓體之間各自的間隙和所述“固體電解質(zhì)層/第一電極”疊壓體的各自的寬度可原樣適用于形式(I)至(3)。然而，關(guān)于形式(4)至(5)，將它們定義如下對(duì)于形式(4)，將點(diǎn)形或碎片形區(qū)域的平均相交直徑定義為“固體電解質(zhì)層/第一電極”疊壓體的寬度的每一個(gè)寬度，并且將點(diǎn)形或碎片形區(qū)域之間的平均間隙定義為“固體電解質(zhì)層/第一電極”疊壓體之間的間隙的每一個(gè)間隙。關(guān)于形式(5)，使關(guān)于形式(4)的定義彼此相反，所述定義為“固體電解質(zhì)層/第一電極”疊壓體之間的間隙的每一個(gè)間隙和“固體電解質(zhì)層/第一電極”疊壓體的寬度的每一個(gè)寬度。可以使所述電導(dǎo)體層為金屬板或在絕緣基板上形成的電導(dǎo)體層。這種方式使得可克服作為固體電解質(zhì)層大缺點(diǎn)的固體電解質(zhì)層的脆性等。因此，可將所述裝置用于頻繁施加沖擊的場(chǎng)合如汽車中。換句話說，優(yōu)選使上述絕緣基板為原樣增強(qiáng)固體電解質(zhì)層的基板，從而使得可克服作為固體電解質(zhì)層大缺點(diǎn)的固體電解質(zhì)層的脆性等。因此，所述裝置可用于頻繁施加沖擊的場(chǎng)合如汽車中。容許的是，所述第二電極疊壓電導(dǎo)體層上，所述電導(dǎo)體層覆蓋于金屬板的前面和背面中的每一個(gè)面上，或覆蓋于絕緣基板的前面和背面中的每一個(gè)面上，并且另外使所述“固體電解質(zhì)層/第一電極”疊壓體位于在所述前面?zhèn)群退霰趁鎮(zhèn)戎械拿恳粋€(gè)面?zhèn)鹊牡诙姌O上。這種方式使得可以克服作為固體電解質(zhì)層大缺點(diǎn)的固體電解質(zhì)層的脆性等，同時(shí)可促進(jìn)氣體分解裝置的小型化。可使得原樣布置氣體分解裝置的空間的利用效率高。容許的是，使所述固體電解質(zhì)層具有氧離子導(dǎo)電性，并且將金屬粒子鏈接體的氧化物、GDC (摻雜釓的二氧化鈰)和BaCO3并入到第二電極中。這種方式可以使例如引入NOx的陰極與NOx接觸而提取氧離子并將氧離子送到固體電解質(zhì)層。結(jié)果，使NOx分解，從而能夠從陰極放出氮?dú)?。容許的是，使所述固體電解質(zhì)層具有質(zhì)子導(dǎo)電性，并且將金屬粒子鏈接體的氧化物、貴金屬和質(zhì)子導(dǎo)電材料并入到第二電極中。以這種方式，例如，第二電極與從第一電極移動(dòng)通過固體電解質(zhì)的質(zhì)子發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而分解NOx，從而從第二電極中放出氮?dú)?、水蒸汽等。向第一電極中并入水蒸汽、烴、氫等的混合氣體，從而使得第一電極與混合氣體接觸，由此可將上述質(zhì)子送到固體電解質(zhì)層。質(zhì)子比氧離子小從而擴(kuò)散速度大。因此，可大大降低操作溫度。另外，質(zhì)子的離子遷移率大，從而使得可以提高氣體分解速度。本發(fā)明可具有如下結(jié)構(gòu)，其中將各自如上述實(shí)施方式中任一個(gè)所述的多個(gè)氣體分解裝置相互堆疊以在任意相鄰的兩個(gè)裝置之間形成間隙，并且將所述裝置固定在底盤中。這種方式使得可以得到氣體分解容量大且尺寸小的裝置。將上述實(shí)施方式中任一個(gè)所述的氣體分解裝置安裝在汽車上，并且可通過來自汽車的廢熱加熱所述氣體分解裝置。對(duì)于任意汽車，可獲得能量效率高的氣體分解裝置，特別是，其中能量效率高的NOx高分解裝置。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明的氣體分解裝置，可在其固體電極中，特別是，在電阻較高的電極中抑制電力消耗。而且，可提高氣體分解速度。另外，根據(jù)本發(fā)明的氣體分解裝置，可在固體電極中，特別是，在電阻較高的電極中抑制電力消耗，同時(shí)可提高裝置的氣體分解速度而不易將所述裝置破損或損壞為任意其它方式。


圖1(a)至1(c)示出了本發(fā)明第一實(shí)施方式中的氣體分解裝置；并且圖1(a)是其平面圖，圖1(b)是沿IB-IB線獲得的其截面圖，并且圖1(c)是沿IC-IC線獲得的其截面圖。圖2是為了說明當(dāng)將氧離子導(dǎo)電固體電解質(zhì)用于分解NOx時(shí)的電化學(xué)反應(yīng)而提及 的圖。圖3是為了說明圖2的陰極中的NOx分解反應(yīng)(陰極反應(yīng))而提及的圖。圖4是為了說明圖2的陽極中的陽極反應(yīng)而提及的圖。圖5是示出本發(fā)明第一實(shí)施方式的修改例I的圖。圖6是示出本發(fā)明第一實(shí)施方式的修改例2的圖。圖7(a)至7(c)示出了本發(fā)明第二實(shí)施方式中的氣體分解裝置；且圖7(a)是其平面圖，圖7(b)其沿VIIB-VIIB線獲得的是截面圖，且圖7(c)是沿VIIC-VIIC線獲得的其截面圖。圖8是為了說明本發(fā)明第三實(shí)施方式中的氣體分解裝置的原理而提及的圖。圖9是示出本發(fā)明第四實(shí)施方式中的氣體分解裝置(多個(gè)疊壓體結(jié)構(gòu))的圖。圖10(a)至10(c)示出了本發(fā)明第五實(shí)施方式中的氣體分解裝置；并且圖10(a)是其平面圖，圖10(b)是沿IB-IB線獲得的其截面圖，且圖10(c)是沿IC-IC線獲得的其截面圖。圖11是為了說明當(dāng)將氧離子導(dǎo)電固體電解質(zhì)用于分解NOx時(shí)的電化學(xué)反應(yīng)而提及的圖。圖12是為了說明圖11的陰極中的NOx分解反應(yīng)(陰極反應(yīng))而提及的圖。
圖13是為了說明圖11的陽極中的陽極反應(yīng)而提及的圖。圖14 (a)至14 (c)各自為示出本發(fā)明第五實(shí)施方式中，各自由“固體電解質(zhì)層/陽極”構(gòu)成的疊壓體的平面形狀的修改例的平面圖；并且圖14(a)、圖14(b)和圖14(c)分別示出了梳齒形、平行帶形和螺旋形。圖15(a)和15(b)各自為示出本發(fā)明第五實(shí)施方式中的“固體電解質(zhì)層/陽極”疊壓體的平面形狀的修改例的平面圖；并且圖15(a)和圖15(b)分別示出了碎片形以及碎片形區(qū)域的補(bǔ)集區(qū)域的形式。圖16(a)至16(c)各自示出了本發(fā)明第五實(shí)施方式的修改例；并且圖16(a)為示出其中氣體分解區(qū)覆蓋在導(dǎo)電板的兩個(gè)表面上的結(jié)構(gòu)的圖，圖16(b)為示出其中導(dǎo)電層覆蓋在絕緣基板上并且氣體分解區(qū)覆蓋在導(dǎo)電層上的結(jié)構(gòu)的圖，且圖16(c)為示出其中導(dǎo)電層分別覆蓋在絕緣基板的兩個(gè)表面上，并且氣體分解區(qū)覆蓋在各導(dǎo)電層上的結(jié)構(gòu)的圖。
圖17(a)至17(c)示出了本發(fā)明第六實(shí)施方式中的氣體分解裝置；并且圖17(a)是其平面圖，圖17(b)是沿VIIIB-VIIIB線獲得的其截面圖，且圖17(c)是沿VIIIC-VIIIC線獲得的其截面圖。圖18是為了說明本發(fā)明第七實(shí)施方式中的氣體分解裝置的原理而提及的圖。圖19是示出本發(fā)明第八實(shí)施方式中的氣體分解裝置(多個(gè)疊壓體結(jié)構(gòu))的圖。
具體實(shí)施例方式(第一實(shí)施方式)圖I (a)是示出作為本發(fā)明第一實(shí)施方式中的氣體分解裝置的NOx分解裝置10的平面圖；圖1(b)是沿IB-IB線獲得的其截面圖；且圖1(c)是沿IC-IC線獲得的其截面圖。在該NOx分解裝置10中，固體電解質(zhì)層I位于絕緣基板14上，并且將陽極(第一電極)2的延伸區(qū)2e和陰極(第二電極)3的延伸區(qū)3e交替放置以使得其與固體電解質(zhì)層I接觸。在陽極2和陰極3之間形成間隙lg。間隙Ig的間隔d不需要恒定。所述間隙的要點(diǎn)之一在于所述間隔小至約10 Pm至約Imm的值。如圖1(a)中所示，陽極2和陰極3分別主要由以間隙Ig的間隔d相互隔開而在y方向上交替延伸的延伸區(qū)2e和3e構(gòu)成。在本實(shí)施方式中，絕緣基板14、固體電解質(zhì)I等各自的平面形狀各自為矩形。所述矩形優(yōu)選具有IOcmX 15cm的尺寸，因?yàn)檫@種形狀容易形成。然而，其尺寸不限于此，并可以更大或更小。根據(jù)待分解的氣體成分，將電源9固定至陽極2和陰極3以在兩個(gè)電極之間施加預(yù)定電壓或提供電力。最好將電源9的輸出電壓設(shè)定在約10至20V的范圍內(nèi)。將電源9的負(fù)極電連接至陰極(第二電極)3。所述陰極3通過陰極導(dǎo)電區(qū)13與電源9電連接。在這種情況下，所述陰極3具有比較高的電阻，并且其電阻高于陽極(第一電極)2的電阻。由此，陰極導(dǎo)電區(qū)13位于陰極3的整個(gè)根區(qū)3b上以與其整體接觸，并且延伸區(qū)3e與其平行地電連接。因此，以使得在與陰極3的延伸區(qū)3e的延伸方向y相交的方向上延伸的方式布置陰極導(dǎo)電區(qū)13。本發(fā)明的要點(diǎn)在于該陰極導(dǎo)電區(qū)13電連接全部陰極延伸區(qū)3e，從而實(shí)現(xiàn)抑制陰極3中的電力消耗。通過圖1(a)中所示的陰極導(dǎo)電區(qū)13的布置，抑制了陰極3中的電力消耗。陽極2的延伸區(qū)也與電源9的正極電連接。然而，陽極2的電阻并不高于陰極3的電阻；因此，陽極導(dǎo)電區(qū)12不必為與陰極導(dǎo)電區(qū)13所采取的形式相同的形式。容許的是，陽極導(dǎo)電區(qū)12僅與陽極根區(qū)2b的側(cè)面接觸，或者以與由陰極導(dǎo)電區(qū)13所實(shí)現(xiàn)的方式相同的方式布置該區(qū)域12，所述區(qū)域12位于陽極2的根區(qū)2b上以接觸根區(qū)2b，從而以在與y方向相交的方向(X方向)上延伸的方式布置陽極導(dǎo)電區(qū)12,所述y方向是延伸區(qū)2e延伸的方向。在以下說明中，在一些情況下，當(dāng)分別使用詞“陽極2”和“陰極3”而沒有嚴(yán)格區(qū)分電極2或3與延伸區(qū)2e或延伸區(qū)3e時(shí)，所述詞表示延伸區(qū)2e或延伸區(qū)3e。沿矩形固體電解質(zhì)層I的各邊緣和絕緣基板14的各邊緣放置陰極導(dǎo)電區(qū)13和陽極導(dǎo)電區(qū)12。所述固體電解質(zhì)層I等的邊緣各自表示在距離其端面幾厘米的距離上延伸的范圍內(nèi)的區(qū)域，所述端面是其側(cè)面。所述邊緣是使得不妨礙延伸區(qū)2e或3e的形成的區(qū)域，所述延伸區(qū)2e或3e是主要引起電化學(xué)反應(yīng)(有關(guān)的)的場(chǎng)所。陽極2和陰極3中哪個(gè)具有較高的電阻隨待分解的氣體成分而變化。當(dāng)如在本實(shí)施方式中那樣分解NOx時(shí)，將作為催化劑的銀粒子并入到陽極2中。向陰極3中并入附著有氧化層的金屬粒子鏈接體以及氧離子陶瓷，從而使得陰極3的電阻比陽極2的電阻高。當(dāng)將水蒸汽或氫用于分解氨時(shí)，將作為催化劑的銀粒子用于陰極中并且無銀粒子并入到陽極中因此，陽極的電阻比陰極的電阻高，盡管這種情況在本實(shí)施方式中沒有進(jìn)一步提及。陰極上NOx分解反應(yīng)的反應(yīng)速度慢，從而使得所述反應(yīng)成為速度控制步驟。因此，陰極3的電阻比陽極2的電阻高。哪個(gè)電極的電阻較高由待處理氣體的分解容易性等因素來決定。在本實(shí)施方式中，為了使得反應(yīng)能夠持續(xù)，必要的是，在用于分解NOx的電化學(xué)反應(yīng)中，由陰極3中的反應(yīng)產(chǎn)生的氧離子(02_)通過固體電解質(zhì)I的內(nèi)部而到達(dá)陽極2。然而，在使用具有質(zhì)子導(dǎo)電性的固體電解質(zhì)的情況下，不是氧離子而是質(zhì)子在與上述方向相反的方向上移動(dòng)(參見第二實(shí)施方式)。在使用氧離子的移動(dòng)的本實(shí)施方式中，在低溫下，在很多情況下氧離子通過固體電解質(zhì)I而到達(dá)陽極2的時(shí)間決定NOx的分解速度。因此，為了提高氧離子在固體電解質(zhì)I中的速度，并緩和其它的反應(yīng)速度的限制以促進(jìn)反應(yīng)，將氣體分解裝置10加熱至250°C至600°C。因此優(yōu)選布置加熱器，所述加熱器在圖1(a)至I (c)中未示出。當(dāng)在汽車的排氣通路中布置該NOx分解裝置10時(shí)，最好通過將來自汽車的廢熱和加熱器一起使用或代替加熱器使用來加熱所述裝置。通常將圖I (c)中所示的間隙I的寬度d設(shè)定為200 y m以下。更優(yōu)選將間隙I的寬度d設(shè)定為30 y m以下，還更優(yōu)選設(shè)定為10 y m以下，例如5 u m。當(dāng)使該間隙I的寬度d小時(shí)，能夠使陰極3中產(chǎn)生的氧離子到達(dá)陽極2的時(shí)間短，從而導(dǎo)致NOx分解速度上升?；蛘?，為了使氣體分解速度為實(shí)用水平，可以考慮當(dāng)使用于加熱的加熱器等上的負(fù)擔(dān)輕或者當(dāng)將本裝置安裝到汽車等上時(shí)，使用廢熱或除去加熱器等。如專利文獻(xiàn)3中所公開的，作為常規(guī)的氣體分解裝置，提出了一種氣體分解裝置，其中將外徑10_且內(nèi)徑7_而具有厚度
I.5mm的氧化鋯管用作固體電解質(zhì)層，從而在氧化鋯管的內(nèi)表面上形成陰極并在從外表面末端開始的預(yù)定范圍內(nèi)的外表面上形成陽極。在這種情況下，必要的是，在氧化鋯管中氧離子在由I. 5.(150(^ m)厚度限定的區(qū)域中擴(kuò)散。因此，對(duì)氧化鋯管施加電壓，并且將氣體分解裝置加熱至600°C至800°C的溫度范圍內(nèi)，例如700°C而進(jìn)行操作。
、
當(dāng)將所述裝置安裝到汽車上時(shí)，施加電壓并不困難；然而，不容易在其排氣系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)置待加熱至700°C的區(qū)域。如關(guān)于本實(shí)施方式所述的，在固體電解質(zhì)I的兩個(gè)表面的一個(gè)上布置陽極2和陰極3以在其間形成小間隙lg，從而使得可大大縮短在所述固體電解質(zhì)中的氧離子的移動(dòng)時(shí)間。在本實(shí)施方式的氣體分解裝置10中，可使氧離子的移動(dòng)距離比氧化鋯管中氧離子的移動(dòng)距離小(1/(幾十至一百))。以這種方式，可使上述加熱溫度低，從而使得本裝置可以為可容易地安裝到任意汽車上的加熱機(jī)構(gòu)。圖2是示意性地示出當(dāng)將本實(shí)施方式中的NOx分解裝置10用于分解NOx時(shí)產(chǎn)生的電化學(xué)反應(yīng)的原理圖。在本發(fā)明中，將相同的排氣引入到陽極2和陰極3兩者中而不將陽極2和陰極3相互區(qū)分。大部分電化學(xué)反應(yīng)在陽極2和陰極3的各自的延伸區(qū)2e和3e中進(jìn)行；然而，當(dāng)說明原理時(shí)，為了使說明簡單清楚，省略了延伸區(qū)2e和3e。在陰極3中，產(chǎn)生如下陰極反應(yīng)2N02+8丨一N2+402、或N0+2丨一(l/2)N2+02'在陰極反應(yīng)中產(chǎn)生的氧離子02_通過在陰極3正下方的固體電解質(zhì)1，并穿過間隙Ig而到達(dá)陽極2。在陽極2中，產(chǎn)生反應(yīng)02_+02_ — 02+4e_。電子e_從陽極2前進(jìn)經(jīng)由外部回路而到達(dá)陰極3，從而參與上述陰極反應(yīng)。 在圖2中，布置陰極導(dǎo)電區(qū)13和陽極導(dǎo)電區(qū)12 ;然而，將它們省略。在汽車中，關(guān)于用于在陽極2和陰極3之間施加電壓的電源，優(yōu)選的是，通過使用輔助電池等施加IOV至20V的適當(dāng)電壓。如上所述，在將陽極和陰極分別布置在固體電解質(zhì)I的前面和背面上以在其間夾有固體電解質(zhì)I的情況下，間隙Ig遠(yuǎn)小于固體電解質(zhì)I的厚度。因此，即使當(dāng)對(duì)其施加小電壓時(shí)，也可以在陽極和陰極之間產(chǎn)生大電場(chǎng)。在大電場(chǎng)中氧離子的移動(dòng)速度提高，從而可提高氣體分解速度。安裝到汽車等上的任何氣體分解裝置都受到其電源電壓的制約。因此，當(dāng)以使得這些電極以小間隙Ig相互面對(duì)的方式布置陽極2和陰極3而放置時(shí)，產(chǎn)生大優(yōu)點(diǎn)。陰極3、陽極2和固體電解質(zhì)I各自的材料不受特別限制。所述材料可各自為任意材料，只要所述材料可引起上述電化學(xué)反應(yīng)即可。在下文中所述的陰極3、陽極2和固體電解質(zhì)I各自的材料僅為實(shí)例。-陰極-圖3是為了說明陰極3中的NOx分解反應(yīng)(陰極反應(yīng))而提及的圖。所述陰極3優(yōu)選為主要由Ni粒鏈接體31和氧離子導(dǎo)電陶瓷32構(gòu)成的燒結(jié)體，所述Ni粒鏈接體31由覆蓋有表面氧化層31b的金屬31a制成。所述氧離子導(dǎo)電陶瓷可以為SSZ(鈧穩(wěn)定化的氧化鋯)、YSZ (釔穩(wěn)定化的氧化鋯)、SDC (摻雜釤的二氧化鈰)、LSGM(鎵酸鑭)、GDC (摻雜釓的二氧化鈰)等。通過添加表面氧化的金屬粒子，特別是，表面氧化的金屬粒子鏈接體(線形或針形)31，可增加催化效果并可提高上述導(dǎo)電性，從而能夠促進(jìn)陰極反應(yīng)。所述金屬粒子鏈接體31的導(dǎo)電部(覆蓋有氧化層的金屬部)31a可僅由Ni制成，或可由并入了 Fe、Ti 等的Ni制成。金屬粒子鏈接體的金屬優(yōu)選為鎳(Ni)。所述金屬可以為其中Ni包含少量鐵(Fe)的物質(zhì)。所述金屬更優(yōu)選為以約2至IOOOOppm的痕量包含Ti的物質(zhì)。⑴Ni本身具有促進(jìn)NOx分解的催化效果。而且，以非常小的量并入Fe或Ti使得可提高催化效果。另外，由該金屬Ni的氧化而形成的氧化鎳使得可以使該純金屬的促進(jìn)效果顯著更高。(2)有關(guān)物質(zhì)不僅具有催化效果還具有使電子參與陰極中的分解反應(yīng)的效果。換句話說，在電化學(xué)反應(yīng)中進(jìn)行所述分解。在上述陰極反應(yīng)，即，N0+4e_ — N2+202_和2N02+8f — N2+402_中，進(jìn)行電子的賦予，從而使得NOx的分解速度大大提高。(3)對(duì)于陰極反應(yīng)，使電子e_的移動(dòng)平穩(wěn)。除非電子e_對(duì)陰極導(dǎo)電，否則妨礙陰極反應(yīng)的進(jìn)行。所述金屬粒子鏈接體31是細(xì)長的線形或針形，并且覆蓋有氧化層31b的其內(nèi)部31a是高導(dǎo)電金屬(Ni)。電子e_在線形金屬粒子鏈接體的縱向上平穩(wěn)移動(dòng)。因此，不會(huì)發(fā)生電子^對(duì)陰極3不導(dǎo)電的情況。因此，電子通過金屬粒子鏈接體31的內(nèi)部31a而流入到其中。金屬粒子鏈接體31的存在使得電子的流動(dòng)比不存在金屬粒子鏈接體31的情況平穩(wěn)得多。然而，陰極3整體的電阻高。所述整體接受基于陰極導(dǎo)電區(qū)13的布置的上述貢獻(xiàn)，由此可抑制基于除陰極3中的氣體分解之外的電力消耗。-陽極-圖4是為了說明陽極2的每一個(gè)中的陽極反應(yīng)而提及的圖。所述陽極2優(yōu)選為包含銀(催化劑)粒子23和氧離子導(dǎo)電陶瓷22的燒結(jié)體。氧離子導(dǎo)電陶瓷22優(yōu)選為LSM (亞錳酸鑭鍶)、LSC (鑭鍶鈷氧化物)、SSC (釤鍶鈷氧化物)等。
-固體電解質(zhì)-固體電解質(zhì)I可以為具有氧離子導(dǎo)電性的固體氧化物、熔融碳酸鹽、磷酸、固體聚合物等。優(yōu)選固體氧化物，因?yàn)榭墒顾鲅趸锍叽缧〔⑶宜鲅趸锟扇菀椎靥幚怼Ｋ龉腆w電解質(zhì)I優(yōu)選為SSZ、YSZ、SDC、LSGM、⑶C等。_制造方法_除了金屬粒子鏈接體之外，構(gòu)成氣體分解裝置的材料都是市售的。可使用市售產(chǎn)品。所述絕緣基板14可以例如為鋁(Al2O3)板。所述固體電解質(zhì)I可以例如為由YSZ制成的薄板的市售產(chǎn)品。當(dāng)將固體電解質(zhì)層I粘合至絕緣基板14時(shí)，其厚度優(yōu)選為幾十微米至幾百微米。所述固體電解質(zhì)層的厚度特別優(yōu)選為5 y m至20 y m。所述絕緣基板14可以例如為鋁板。為了將固體電解質(zhì)I粘合到絕緣基板14上，可使用現(xiàn)有的燒結(jié)性粘合劑。當(dāng)不使用絕緣基板14時(shí)，為了能夠確保所述裝置的強(qiáng)度，優(yōu)選使用厚度為幾百微米至幾毫米的固體電解質(zhì)。通過絲網(wǎng)印刷將含有上述成分的陽極2和陰極3分別布置在固體電解質(zhì)I上。將陽極2和陰極3的每一個(gè)的厚度設(shè)定在優(yōu)選5 ii m至50 ii m,特別優(yōu)選約10 y m至25 y m的范圍內(nèi)。優(yōu)選將所述陽極2中的銀粒子的平均粒徑設(shè)定在IOnm至IOOnm的范圍內(nèi)。氧粒子導(dǎo)電陶瓷粒子22和23，例如LSM或⑶C的平均粒徑優(yōu)選為0. 5 y m至50 y m。將銀粒子對(duì)LSM的共混比，或金屬粒子鏈接體31對(duì)⑶C的共混比設(shè)定在優(yōu)選約0. 01至約10的范圍內(nèi)。將粘合劑樹脂、有機(jī)溶劑和上述粒子相互混合成糊料形式，并且將所述糊料絲網(wǎng)印刷。在絲網(wǎng)印刷后，例如，在還原氣氛中將工件在800°C至900°C的溫度下保持約30分鐘至約180分鐘。以這種方式，將所述工件燒結(jié)。形成絕緣基板14/固體電解質(zhì)層I/ “陽極2+陰極3”的疊壓體，并然后將金(Au)糊料涂布到其陰極導(dǎo)電區(qū)12和陽極導(dǎo)電區(qū)13的每一個(gè)上。然后干燥所得物。(金屬粒子鏈接體的制造方法)金屬粒子鏈接體不是市售的，而是一種特殊材料。因此，將在下文中對(duì)其制造方法進(jìn)行說明。(金屬粒子鏈接體)最好通過還原析出技術(shù)來制造金屬粒子鏈接體31。金屬粒子鏈接體的還原析出技術(shù)詳述在日本特開2004-332047號(hào)公報(bào)中。在此引入的還原析出技術(shù)是使用三價(jià)鈦(Ti)離子作為還原劑的方法。由此析出的金屬粒子(如Ni粒子)包含痕量Ti。因此，當(dāng)定量分析Ti含量時(shí)，可將分析的物質(zhì)指定為通過使用三價(jià)鈦離子的還原析出技術(shù)而制造的物質(zhì)。當(dāng)改變與三價(jià)鈦離子一起存在的金屬離子時(shí)，可獲得期望的金屬粒子。在Ni的情況下，可使Ni離子與其一起共存。通過添加痕量Fe離子，形成了含有痕量Fe的Ni粒子鏈接體。為了形成鏈接體，必要的是，所述金屬是強(qiáng)磁性金屬并且其粒子具有預(yù)定尺寸以上。因?yàn)镹i和Fe是強(qiáng)磁性金屬，所以所述金屬可各自容易地形成金屬粒子鏈接體。關(guān)于尺寸的要求在如下步驟中是必要的強(qiáng)磁性金屬形成磁疇；所述疇通過磁力相互結(jié)合；在保持結(jié)合狀態(tài)的同時(shí)，金屬析出；并且然后金屬層生長，從而使得整個(gè)疇一體化為金屬體。通過磁力使具有預(yù)定尺寸以上的金屬粒子相互結(jié)合。并且其后，金屬析出繼續(xù)進(jìn)行。例如，結(jié)合的金屬粒子之間的邊界的頸部與金屬粒子的其它部分一起各自生長成厚的形式。優(yōu)選將包含在陰極3中的金屬粒子鏈接體的平均直徑D設(shè)定為5nm以上且500 y m以下。優(yōu)選將平均長度L設(shè)定為0. 5 m以上且1000 u m以下。優(yōu)選將平均長度L對(duì)平均直徑D的比率、設(shè)定為3以上。然而，金屬粒子鏈接體可以為具有這些范圍之外的尺寸的鏈接體。(2)表面氧化用于金屬粒子鏈接體的表面氧化處理的方式的優(yōu)選實(shí)例為如下三種(i)根據(jù)氣相法的熱處理氧化；(ii)電解氧化；和(iii)化學(xué)氧化。在方式(i)中，優(yōu)選的是，在大氣中在500至700°C下將工件處理I至30分鐘。盡管這種方式是最簡單的方式，但是難以控制氧化膜的厚度。在方式(ii)中，對(duì)所述工件施加相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)氫電極為約3V的電位以進(jìn)行陽極氧化，從而實(shí)現(xiàn)表面氧化。這種方式的特征在于根據(jù)對(duì)應(yīng)于表面積的電量，能夠控制氧化膜的厚度。然而，該方式是使表面成為大面積時(shí)的方式，其難以均勻地沉積氧化膜。在方式(iii)中，在溶解有氧化劑如硝酸的溶液中，將工件浸潰約I至約5分鐘，從而實(shí)現(xiàn)表面氧化。可根據(jù)時(shí)間、溫度和氧化劑的種類來控制氧化膜的厚度。然而，需要很多的勞動(dòng)來洗滌化學(xué)試劑。優(yōu)選所述方式中的任一種。更優(yōu)選方式(i)或(iii)。期望氧化層31b的厚度為Inm至IOOnm,更優(yōu)選IOnm至50nm。然而,所述厚度可在該范圍之外。如果所述氧化涂層太薄，則催化效果變得不充分。還擔(dān)心的是，所述涂層僅通過輕微還原氣氛的效果而金屬化。相反地，如果所述氧化涂層太厚，則充分保持催化性能；然而，界面的導(dǎo)電性消失，從而使得所述分解裝置在發(fā)電性能方面劣化。根據(jù)所述NOx分解裝置，由導(dǎo)電材料制成的陰極導(dǎo)電區(qū)13在陰極3的延伸區(qū)3e之間實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電平行連接，從而使得將基于陰極電阻的電壓下降限定在延伸區(qū)3e內(nèi)。換句話說，將在電化學(xué)反應(yīng)中，由陰極的高電阻引起的電力消耗限定為“每個(gè)陰極延伸區(qū)處的電力消耗”X “陰極延伸區(qū)的數(shù)量”。在氣體分解裝置10上，將用于使電源9與陰極3電連接的卷繞布線限定在陰極導(dǎo)電區(qū)13上。將所述陰極3布置為限定在呈現(xiàn)氣體分解效果的場(chǎng)所中。這種方式使得可以在與氣體分解直接相關(guān)的區(qū)域集中使用陰極中消耗的電力。而且，可在矩形固體電解質(zhì)層I上以高密度布置引起電化學(xué)反應(yīng)的陽極2和陰極3各自的延伸區(qū)2e和3e。將所述延伸區(qū)2e和3e與矩形固體電解質(zhì)層I或絕緣基板14的一些邊緣平行布置。因此，在裝置的精度范圍內(nèi)可以使陽極2和陰極3之間的間隙Ig狹窄；因此，可縮短氧離子等在陽極2和陰極3之間移動(dòng)的時(shí)間。因此，即使當(dāng)使裝置的溫度不如現(xiàn)有技術(shù)中高時(shí)，也可以提高氣體分解速度。結(jié)果，可以以實(shí)用水平實(shí)現(xiàn)氣體分解。另外，對(duì)于脆弱的固體電解質(zhì)層1，產(chǎn)生利用固體電解質(zhì)層的背面等來增強(qiáng)所述層的余裕。當(dāng)在本實(shí)施方式中將鋁基板14用于對(duì)背面等施加增強(qiáng)時(shí)，可提高所述裝置的耐沖擊性能。可通過絲網(wǎng)印刷等來制造固體電解質(zhì)I、陽極2、陰極3等。因此，可降低成本。(第一實(shí)施方式的修改例I)圖5是示出作為第一實(shí)施方式的修改例I的本發(fā)明實(shí)施方式的一個(gè)實(shí)例的氣體分解裝置的圖。圖5中所示的氣體分解裝置10基本上具有與圖I中所示的氣體分解裝置10相同的結(jié)構(gòu)；然而，所述裝置具有如下獨(dú)創(chuàng)性以在固體電解質(zhì)層I的整個(gè)寬度或長度上延伸的方式布置陰極3的延伸區(qū)3e。在陰極延伸區(qū)3e的中心處，與所述延伸方向相交延伸地覆蓋陰極導(dǎo)電區(qū)13。將陽極2分成兩部分。從分別沿矩形的兩個(gè)相對(duì)邊緣并在所述邊緣各自的末端上放置的兩個(gè)陽極導(dǎo)電區(qū)12，施加電壓。關(guān)于陰極延伸區(qū)3e，當(dāng)本實(shí)施方式的這兩個(gè)實(shí)例全部具有相同形狀時(shí)，該結(jié)構(gòu)使 得可以使從陰極導(dǎo)電區(qū)13到延伸區(qū)3e的每一個(gè)的尖端的距離減半。換句話說，當(dāng)陰極延伸區(qū)3e的每一個(gè)的整體長度等于圖I中的長度時(shí)，可以使從陰極導(dǎo)電區(qū)13到延伸區(qū)3e的每一個(gè)的尖端的距離減半。作為其結(jié)果，可進(jìn)一步抑制電阻比較高的陰極中的電力消耗。結(jié)果，在陽極2中，在陽極延伸區(qū)2e的每一個(gè)中，也可以使從陽極導(dǎo)電區(qū)12(有關(guān)的)到延伸區(qū)2e的尖端的距離減半。當(dāng)然，可以抑制陽極2中的電力消耗，盡管抑制值小?？赏ㄟ^由陽極2、陽極延伸區(qū)2e和陽極根區(qū)2b分別代替圖5中的陰極3、陰極延伸區(qū)3e和陰極根區(qū)3b，并進(jìn)一步由陰極3、陰極延伸區(qū)3e和陰極根區(qū)3b分別代替圖5中的陽極2、陽極延伸區(qū)2e和陽極根區(qū)2b而抑制圖I的氣體分解裝置10中的陰極3中的電力消耗；該方式?jīng)]有重新示出。換句話說，即使當(dāng)將圖5中的陽極2和陰極3相互交換時(shí)，也可以以與圖5中的氣體分解裝置10中相同的方式抑制陰極3中的電力消耗。(第一實(shí)施方式的修改例2)圖6是示出作為第一實(shí)施方式的修改例2的本發(fā)明實(shí)施方式的一個(gè)實(shí)例的圖。圖6中所示的氣體分解裝置10基本上具有與圖I中所示的氣體分解裝置10相同的結(jié)構(gòu)；然而，所述裝置具有如下獨(dú)創(chuàng)性(I)以在固體電解質(zhì)層I的整個(gè)寬度或長度上延伸的方式設(shè)置陰極3的延伸區(qū)3e。在陰極延伸區(qū)3e的中心處,與所述延伸方向相交延伸地覆蓋陰極導(dǎo)電區(qū)13。這與圖5中的氣體分解裝置10中相同。(2)用于對(duì)陽極2施加電壓的陽極導(dǎo)電區(qū)12位于矩形兩側(cè)(相對(duì)的)的每一側(cè)的單獨(dú)位置上。通過沿所述側(cè)的邊緣連續(xù)的陽極根區(qū)2b的每一個(gè)，對(duì)多個(gè)陽極延伸區(qū)2b施加電壓。所述項(xiàng)⑴是與修改例I (圖5)中相同的結(jié)構(gòu)。所述項(xiàng)⑵使得可以減少比較貴的金糊料的用量。陽極2包含電阻低的銀粒子23 ;因此，如圖6中所示，即使當(dāng)將陽極根區(qū)2b用作陽極導(dǎo)電區(qū)時(shí)，也不顯著增加電力消耗。(第二實(shí)施例)圖7(a)是示出作為本發(fā)明第二實(shí)施方式中的氣體分解裝置的NOx分解裝置10的平面圖；圖7(b)是沿線VIIB-VIIB獲得的其截面圖；且圖7 (c)是沿線VIIC-VIIC獲得的其截面圖。本實(shí)施方式的NOx分解裝置10的特征在于陰極3的面積比陽極2的面積大。其它部分或部件與第一實(shí)施方式(圖I)的NOx分解裝置10中相同。陰極3或陽極2的大部分面積由陰極延伸區(qū)3e或陽極延伸區(qū)2e占據(jù)。因此，關(guān)于這些面積之間的大小關(guān)系，換句話說可以說，陰極延伸區(qū)3e比陽極延伸區(qū)2e大。NOx的分解效率由陰極3的面積來決定，并且其與陰極3的面積成比例。因此，如果陰極3的面積與陽極2的面積相等，則NOx的分解效率偏離最佳條件。通過使陰極3的面積比陽極2的面積大，可以使NOx分解的條件為NOx分解效率的最佳條件，或者可以使其更接近于最佳條件。除了關(guān)于NOx分解條件是否與最佳條件一致的情況之外，如圖7中所示，在陰極3的面積比陽極2的面積大的情況下，至少使所述NOx分解效率遠(yuǎn)好于其中陰極3的面積與陽極2的面積相等的NOx分解裝置中的NOx分解效率。陰極3的面積應(yīng)該比陽極2的面積大多少主要受各個(gè)構(gòu)成區(qū)1、2、3和Ig的性能和尺寸等的影響。因此，最好在一定程度上進(jìn)行計(jì)算，然后在實(shí)驗(yàn)上決定細(xì)節(jié)。如圖7(a)中所示，使陰極3的延伸區(qū)3e均等地大于每個(gè)陽極2的延伸區(qū)2e，由此使得可以在電阻高的陰極3中增加電荷用通路的截面積。結(jié)果，可進(jìn)一步抑制除了其中分解NOx的任意區(qū)域之外的區(qū)域中消耗的電力，所述區(qū)域的實(shí)例包括陰極3和導(dǎo)電區(qū)13之間的連接區(qū)。
對(duì)于絕緣基板14，使用具有優(yōu)異機(jī)械強(qiáng)度的材料，例如燒結(jié)鋁，從而使得可提高機(jī)械強(qiáng)度以改進(jìn)所述裝置的耐久性。這種情況等與第一實(shí)施方式中相同。其制造方法也與第一實(shí)施方式中相同，不同之處僅在于使陰極3和陽極2的面積各不相同。(第三實(shí)施方式)圖8是為了說明本發(fā)明第二實(shí)施方式中的氣體分解裝置的原理而提及的圖。作為裝置10的第三實(shí)施方式中的氣體分解裝置的形式與圖I、圖5或6中所示的氣體分解裝置的形式基本相同。在第三實(shí)施方式中，關(guān)于材料的內(nèi)容物，將在第一實(shí)施方式中的氧粒子移動(dòng)材料變?yōu)橘|(zhì)子移動(dòng)材料。來自汽車的排氣不僅包含NOx還包含烴(CmHn)、氫(H2)、水蒸汽(H2O)等。在排氣中，放置具有圖I、圖5或6中所示的配置，并由對(duì)應(yīng)于質(zhì)子移動(dòng)的材料制成的氣體分解裝置10。在其陽極2和陰極3中，反應(yīng)如下“陽極反應(yīng)”:根據(jù)如下(Al)和/或(A2)進(jìn)行質(zhì)子(H+)供給反應(yīng)(Al)H2 — 2H.+2e (A2) CmHn+2mH20 — mC02+ (4m+n) H++ (4m+n)“陰極反應(yīng)”(NO) :2N0+4H++4e-— N2+2H20(NO2) :2N02+8H++8e-— N2+4H20在本實(shí)施方式中，固體電解質(zhì)層I由質(zhì)子導(dǎo)電體制成。質(zhì)子導(dǎo)電材料可以為例如CsHSO4 或 BaZrO3。陽極2由例如Ag粒子以及CsHSO4或BaZrO3的質(zhì)子導(dǎo)電陶瓷粒子制成。陰極3由例如Ni粒子鏈接體的表面氧化材料、CsHSO4或BaZrO3的質(zhì)子導(dǎo)電陶瓷粒子和貴金屬如Pt或Rh制成。在本實(shí)施方式中，陽極2的電阻也低，因?yàn)殛枠O2包含Ag粒子。陰極3的電阻比較高，因?yàn)镹i粒子鏈接體的表面氧化材料的核是導(dǎo)電材料但已經(jīng)表面氧化。因此，在陰極3的電阻比較高的方面，使用質(zhì)子移動(dòng)的本實(shí)施方式的氣體分解裝置10與第一實(shí)施例相同。因此，在本實(shí)施方式的氣體分解裝置中，參考圖I (第一實(shí)施方式)、圖5 (修改例I)或圖6 (修改例2)說明的陰極導(dǎo)電區(qū)13等的效果和優(yōu)點(diǎn)原樣也是正確的。另外，如圖7(第二實(shí)施方式)中所示，本裝置可以是其中陰極3的面積比陽極2的面積大的裝置。換句話說，如上所述，圖7(a)至7(c)中所示的NOx分解裝置中的固體電解質(zhì)等可以由質(zhì)子傳導(dǎo)用物質(zhì)替換。在本實(shí)施方式中，使用質(zhì)子移動(dòng)，從而使質(zhì)子移動(dòng)速度高于氧離子移動(dòng)速度；因此，可獲得以下等優(yōu)點(diǎn)可使所述氣體分解裝置的操作溫度低；并且根據(jù)在相同操作溫度下的比較，所述氣體分解裝置的氣體分解速度可更大。(第四實(shí)施方式)圖9是示出本發(fā)明第四實(shí)施方式的氣體分解裝置50的圖。在該氣體分解裝置中，在絕緣基板14的兩個(gè)表面的每一個(gè)上布置第一實(shí)施方式、其修改例I或2、第二實(shí)施方式、 或第三實(shí)施方式的NOx分解裝置10。除了該絕緣基板14之外，布置一個(gè)以上與其相同的絕緣基板14。這些絕緣基板14在其各表面上各自布置有固體電解質(zhì)層I、陽極2和陰極3。通過疊壓支持構(gòu)件21來堆疊并保持這些絕緣基板14。當(dāng)然，該裝置50在如下要點(diǎn)上與第一實(shí)施方式、其修改例I或2、第二實(shí)施方式和第三實(shí)施方式相同(在裝置10的每一個(gè)中)陰極延伸區(qū)3e通過陰極導(dǎo)電區(qū)13平行地相互電連接；并且在固體電解質(zhì)層I上布置陽極2和陰極3使得其以具有幾微米至幾十微米間隔的間隙Ig相互面對(duì)。當(dāng)將圖8中的氣體分解裝置50安裝到例如汽車上時(shí)，最好將裝置50的高度、寬度、深度和總體積分別設(shè)定在約10至約15cm、約10至約15cm、約10至約20cm和約I. 5至約2L的范圍內(nèi)。這是與使用三元催化劑的NOx分解裝置的體積相似的體積。如上所述，當(dāng)將數(shù)量例如為約20的NOx分解裝置10相互堆疊以在其任意相鄰的兩者之間具有空間時(shí)，可以在短時(shí)間內(nèi)分解大量N0X。因此，可將本裝置50用于分解來自柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣中的N0X。而且，所述裝置50可獲得第一實(shí)施方式、其修改例I或2、第二實(shí)施方式、或第三實(shí)施方式的優(yōu)點(diǎn)。具體地，通過陰極導(dǎo)電區(qū)13，可抑制陰極3中的電力消耗，并且可以使陽極和陰極(與其成對(duì)的)的每一個(gè)之間的間隙狹窄。因此，可以使陽極和陰極之間的移動(dòng)時(shí)間短，從而使得即使當(dāng)使溫度不高于現(xiàn)有技術(shù)中的溫度時(shí)，也可以提高氣體分解速度。結(jié)果，可以以實(shí)用水平實(shí)現(xiàn)氣體分解。另外，對(duì)于脆弱的固體電解質(zhì)層，產(chǎn)生利用固體電解質(zhì)層的背面等以增強(qiáng)所述層的余裕。通過在背面等上施加增強(qiáng)，可改進(jìn)所述裝置的耐沖擊性能。另外，可通過絲網(wǎng)印刷來制造固體電解質(zhì)、陽極和陰極等。因此，可減少成本。對(duì)于本發(fā)明的實(shí)施方式，對(duì)其中在第二電極(電阻比第一電極的電阻高)為陰極的狀態(tài)下分解NOx的情況進(jìn)行了說明，然而，為了分解其它氣體成分，所述第二電極可以為陽極。(第五實(shí)施方式)圖10(a)是示出作為本發(fā)明第五實(shí)施方式中的氣體分解裝置的NOx分解裝置10的平面圖；圖10(b)是沿IB-IB獲得的其截面圖；且圖10(c)是沿線IC-IC的其截面圖。在該NOx分解裝置10中，其第一電極各自為陽極2，且電阻比第一電極的電阻高的其第二電極為陰極3。所述陰極(第二電極)3疊壓在作為電導(dǎo)體層的電導(dǎo)體板15上，并且布置各自由固體電解質(zhì)層I和一個(gè)陽極(第一電極)2構(gòu)成的疊壓體以接觸陰極3并在任意相鄰的兩個(gè)疊壓體之間具有尺寸為w3的間隙3g。間隙3g各自的尺寸《3不需要恒定。本實(shí)施方式的一個(gè)要點(diǎn)是使尺寸w3各自小至約2 y m至約Imm的值，并且使所述疊壓體(各自由“固體電解質(zhì)層I/陽極2”制成)各自的寬度《2各自接近于尺寸《3的每一個(gè)，從而小至2 u m至Imm的值。換句話說，重要的是，在陰極3上以細(xì)小間距交替并密集地分布間隙3g和疊壓體(各自由“固體電解質(zhì)層I/陽極2”制成)。在本實(shí)施方式中，電導(dǎo)體板15和陰極3的平面形狀各自為矩形。所述矩形優(yōu)選具有IOcmX 15cm的尺寸，因?yàn)樵撔螤钜子谛纬?。然而，其尺寸不限于此，并且可以較大或較小。在陽極2和陰極3之間設(shè)置電源9以根據(jù)待分解的氣體成分而在兩個(gè)電極之間施加預(yù)定的電壓或提供電力。最好將電源9的輸出電壓設(shè)置在約IOV至約20V的范圍內(nèi)。將電源9的負(fù)極與陰極3電連接。具體地，通過與陰極表面接觸的電導(dǎo)體板15使陰極3與電源9電連接。陰極3的電阻比較高。因此，如圖10中所示，當(dāng)通過與電源9電連接的電導(dǎo)體板15表面接觸來提供電力(對(duì)陰極)時(shí)，基本上僅在厚度方向上產(chǎn)生陰極3中的電壓下降。因此，對(duì)于實(shí)際使用，可基本上忽略陰極3中的電力消耗。將陽極2各自與電源9的正極電連接。因?yàn)殛枠O2包含銀粒子，所以陽極的電阻不高于陰極3的電阻，并且是相當(dāng)好的電導(dǎo)體(好于不良電導(dǎo)體)。因此，最好以電連接至電導(dǎo)體的方式將電分布到相互獨(dú)立的陽極2上。在圖10(c)中，通過在絕緣體18如鋁上通過的金糊料16使陽極2與電源9電連接。陽極2和陰極3中哪個(gè)具有較高的電阻隨待分解的氣體成分而變化。當(dāng)如本實(shí)施方式中那樣分解NOx時(shí)，將作為催化劑的銀粒子并入到陽極2中。陰極上的NOx分解反應(yīng)的反應(yīng)速度慢，從而使得所述反應(yīng)為速度控制步驟。因此，陰極3的電阻比陽極2的電阻高。電極中哪一個(gè)的電阻較高由待處理氣體的分解容易性等因素決定。根據(jù)本實(shí)施方式，在用于分解電化學(xué)反應(yīng)中，在陰極3處的反應(yīng)中產(chǎn)生的氧離子(02_)通過固體電解質(zhì)I的內(nèi)部而到達(dá)各自的陽極2，對(duì)于反應(yīng)的持續(xù)性而言是必須的。然而，在使用具有質(zhì)子導(dǎo)電性的固體電解質(zhì)的情況下，不是氧離子而是質(zhì)子在與上述方向相反的方向上移動(dòng)(參見第六實(shí)施方式)。在使用氧離子的移動(dòng)的本實(shí)施方式中，在低溫下，在很多情況下氧離子通過固體電解質(zhì)I而到達(dá)陽極2的時(shí)間決定NOx的分解速度。因此，為了提高氧離子在固體電解質(zhì)I中的速度，并緩和其它的反應(yīng)速度的限制以促進(jìn)反應(yīng)，將氣體分解裝置10加熱至250°C至600°C。因此優(yōu)選布置加熱器，所述加熱器在圖10(a)至10(c)中未示出。當(dāng)在汽車的排氣通路中布置該NOx分解裝置10時(shí)，最好通過將來自汽車的廢熱和加熱器一起使用或代替加熱器使用來加熱所述裝置。間隙3g是陰極3暴露于外部空氣的區(qū)域，并且是陰極3參與用于氣體分解的電化學(xué)反應(yīng)的區(qū)域。在該NOx分解裝置10中，引入包含排氣以碰撞圖10 (a)中所示的氣體分解裝置10的前面。以相同的方式，使排氣碰撞間隙3g或陰極3的露出區(qū)3g、和陽極
2。在本實(shí)施方式的氣體分解裝置10中，關(guān)于NOx，在陰極的露出區(qū)3g中發(fā)生下述陰極反應(yīng)以產(chǎn)生氧離子和氮?dú)?。將氧離子從陰極3送到固體電解質(zhì)層I中，同時(shí)通過陰極露出區(qū)3g將氮?dú)馀欧诺酵獠靠諝庵?。在陽極2的每一個(gè)中，使在有關(guān)固體電解質(zhì)層I中移動(dòng)的氧離子相互結(jié)合，從而產(chǎn)生氧氣并然后將其排放到外部空氣中。因此，重要的是，如上所述，在陰極3上以細(xì)小間距交替并密集地分布間隙3g和疊壓體(各自由“固體電解質(zhì)層I/陽極2”制成)。通常將圖(IOb)和圖10(c)中所示的固體電解質(zhì)層的每一個(gè)的厚度tl設(shè)定為20iim以下。厚度tl更優(yōu)選10 ii m以下,還更優(yōu)選7. 5 ii m以下,例如5 ii m。使該厚度tl 小的情況使得可以縮短陰極3中產(chǎn)生的氧離子到達(dá)陽極2的時(shí)間，從而導(dǎo)致NOx分解速度升高?；蛘?，為了使氣體分解速度達(dá)到實(shí)用水平，可以考慮當(dāng)使用于加熱的加熱器等上的負(fù)擔(dān)變輕或者當(dāng)將本發(fā)明裝置安裝到汽車等上時(shí)，使用廢熱或除去加熱器等。如專利文獻(xiàn)
3中所公開的，作為常規(guī)的氣體分解裝置，提出了一種氣體分解裝置，其中將外徑IOmm且內(nèi)徑7mm而具有厚度I. 5mm的氧化錯(cuò)管用作固體電解質(zhì)層,從而在氧化錯(cuò)管的內(nèi)表面上形成陰極并在從外表面末端開始的預(yù)定范圍內(nèi)的外表面上形成陽極。在這種情況下，必要的是，氧離子在氧化鋯管中在由I. 5mm(1500iim)厚度限定的區(qū)域中擴(kuò)散。因此，對(duì)氧化鋯管施加電壓，并且將氣體分解裝置加熱至600°C至800°C的溫度范圍內(nèi)，例如700°C而進(jìn)行操作。圖11是示意性地示出當(dāng)將本實(shí)施方式中的NOx分解裝置10用于分解NOx時(shí)而產(chǎn)生的電化學(xué)反應(yīng)的原理圖。如上所述，在本發(fā)明中，將相同的排氣引入到陽極2和陰極3兩者中而不將這些電極種類相互區(qū)分。大部分陰極中的電化學(xué)反應(yīng)在間隙3g或陰極3的露出區(qū)3g中進(jìn)行；然而，當(dāng)說明原理時(shí)，為了簡單清楚，省略了對(duì)“露出區(qū)3g”的說明。
在陰極3中，產(chǎn)生如下陰極反應(yīng)2N02+8丨一N2+402、或N0+2丨一(l/2)N2+02'在陰極反應(yīng)中產(chǎn)生的氧離子02_通過與陰極3接觸的固體電解質(zhì)I而到達(dá)陽極2。在陽極2中，產(chǎn)生反應(yīng)02-+02_ —02+4e_。電子e_從陽極2前進(jìn)經(jīng)由外部回路而到達(dá)陰極3，從而參與上述陰極反應(yīng)。在汽車中，關(guān)于用于在陽極2和陰極3之間施加電壓的電源，優(yōu)選的是，通過使用輔助電池等施加IOV至20V的合適電壓。如上所述，在本實(shí)施方式中，在其平面方向上不引起陰極3中的電壓下降。因此，在其厚度方向上對(duì)陰極3和固體電解質(zhì)層I原樣施加電源9的電壓。因?yàn)殛枠O2是良導(dǎo)體，所以可忽略其中的電壓下降。因此，即使當(dāng)施加小電壓時(shí)，也能在陰極3和固體電解質(zhì)層I中產(chǎn)生大電場(chǎng)。在大電場(chǎng)中氧離子的移動(dòng)速度提高，從而可提高氣體分解速度。可認(rèn)為在上述化學(xué)反應(yīng)中，獲得了本發(fā)明特有的效果，其尚未由任何實(shí)證實(shí)驗(yàn)確認(rèn)。具體地，在陰極3中產(chǎn)生的氧離子從陰極露出區(qū)3g擴(kuò)散到固體電解質(zhì)層I的厚度方向上而達(dá)到各自的陽極2，從而在陽極2中產(chǎn)生氧氣。在該電化學(xué)反應(yīng)中，關(guān)于氧離子從陰極露出區(qū)3g通過固體電解質(zhì)層I到達(dá)陽極2的擴(kuò)散，大部分離子在表面層或外層中移動(dòng)。因?yàn)橥ㄟ^燒結(jié)法來制造陰極3、固體電解質(zhì)層I和陽極2，所以盡管外層是多孔的，但是與模具(有關(guān)的)如金屬模具接觸的外層的密度比內(nèi)部的密度高。因此，很顯然，氧離子的移動(dòng)通路的截面積增大，從而使擴(kuò)散速度明顯變大。結(jié)果，可使氣體分解裝置10的操作溫度為低溫。陰極3、陽極2和固體電解質(zhì)I各自的材料不受特別限制。所述材料可各自為任意材料，只要所述材料可產(chǎn)生上述電化學(xué)反應(yīng)即可。在下文中所述的陰極3、陽極2和固體電解質(zhì)I各自的材料僅為實(shí)例。—陰極―圖12是指為了說明陰極3中的NOx分解反應(yīng)(陰極反應(yīng))而提及的圖。所述陰極3優(yōu)選為主要由Ni粒子鏈接體31和氧離子導(dǎo)電陶瓷32構(gòu)成的燒結(jié)體，所述Ni粒子鏈接體31由覆蓋有表面氧化層31b的金屬31a制成。所述氧離子導(dǎo)電陶瓷可以為SSZ(鈧穩(wěn)定化的氧化鋯)、YSZ (釔穩(wěn)定化的氧化鋯)、SDC (摻雜釤的二氧化鈰)、LSGM(鎵酸鑭)、GDC (摻雜釓的二氧化鈰)等。通過添加表面氧化的金屬粒子，特別是，表面氧化的金屬粒子鏈接體(線形或針形)31，可增加催化效果并可提高負(fù)極的導(dǎo)電性，從而能夠促進(jìn)陰極反應(yīng)。所述金屬粒子鏈接體31的導(dǎo)電部(覆蓋有氧化層的金屬部)31a可僅由Ni制成，或可由并入了Fe、Ti等的Ni制成。金屬粒子鏈接體的金屬優(yōu)選為鎳(Ni)。所述金屬可以為其中Ni包含少量鐵(Fe)的物質(zhì)。所述金屬更優(yōu)選為以約2至IOOOOppm的痕量包含Ti的物質(zhì)。⑴Ni本身具有促進(jìn)NOx分解的催化效果。而且，以非常小的量并入Fe或Ti使得可提高催化效果。另外，由該金屬Ni的氧化而形成的氧化鎳使得可以使該純金屬的促進(jìn)效果顯著更高。(2)有關(guān)物質(zhì)不僅具有催化效果還具有使電子參與陰極中的分解反應(yīng)的效果。換句話說，在電化學(xué)反應(yīng)中進(jìn)行所述分解。在上述陰極反應(yīng)，即，N0+4e_ — N2+202_和2N02+8f — N2+402_中，進(jìn)行電子的賦予，從而使得NOx的分解速度大大提高。(3)對(duì)于陰極反應(yīng)，使電子e_的移動(dòng)平穩(wěn)。除非電子e_對(duì)陰極導(dǎo)電，否則妨礙陰極反應(yīng)的進(jìn)行。所述金屬粒子鏈接體31是細(xì)長的線形或針形，并且覆蓋有氧化層31b的其內(nèi)部31a是高導(dǎo)電金屬(Ni)。電子e_在線形金屬粒子鏈接體的縱向上平穩(wěn)移動(dòng)。因此，不會(huì)發(fā)生電子^對(duì)陰極3不導(dǎo)電的情況。因此，電子
通過金屬粒子鏈接體31的內(nèi)部31a而流入到其中。金屬粒子鏈接體31的存在使得電子 e_的流動(dòng)比不存在金屬粒子鏈接體31的情況平穩(wěn)得多。然而，陰極3整體的電阻高。如上所述，當(dāng)在電導(dǎo)體板15和陰極3之間實(shí)現(xiàn)表面接觸時(shí)，可抑制基于除陰極3中的氣體分解之外的電力消耗，并且可以在陰極3和固體電解質(zhì)層I中產(chǎn)生大電場(chǎng)。-陽極-圖13是指為了說明在陽極2的每一個(gè)中的陽極反應(yīng)而提及的圖。所述陽極2優(yōu)選為包含銀(催化劑)粒子23和氧離子導(dǎo)電陶瓷22的燒結(jié)體。氧離子導(dǎo)電陶瓷22優(yōu)選為LSM (亞錳酸鑭鍶)、LSC (鑭鍶鈷氧化物)、SSC (釤鍶鈷氧化物)等。-固體電解質(zhì)-固體電解質(zhì)I可以為具有氧離子導(dǎo)電性的固體氧化物、熔融碳酸鹽、磷酸、固體聚合物等。優(yōu)選固體氧化物，因?yàn)榭墒顾鲅趸锍叽缧〔⑶宜鲅趸锟扇菀椎靥幚怼Ｋ龉腆w電解質(zhì)I優(yōu)選為SSZ、YSZ、SDC、LSGM、⑶C等。-制造方法-除了金屬粒子鏈接體之外，構(gòu)成氣體分解裝置的材料都是市售的?？墒褂檬惺郛a(chǎn)品。所述電導(dǎo)體板15可以例如為不銹鋼板。當(dāng)通過絲網(wǎng)印刷而在電導(dǎo)體板15上形成陰極3時(shí)，最好將陰極3的厚度設(shè)定在10 ii m至20 ii m的范圍內(nèi)。所述厚度特別優(yōu)選為5 y m至20iim的厚度。所述固體電解質(zhì)I可以為例如由YSZ制成的薄板的市售產(chǎn)品。最好使固體電解質(zhì)層I各自的厚度小至2 ii m至20 ii m的值。通過絲網(wǎng)印刷而在陰極3上形成各疊壓體(由“固體電解質(zhì)層/陽極2”制成)。最好將陽極的厚度設(shè)定在10 y m至20 y m的范圍內(nèi)。通過絲網(wǎng)印刷而將包含上述成分的固體電解質(zhì)層I和陽極2分別布置在陰極3上。以使得能夠獲得上述細(xì)小間距的方式設(shè)置間隙3g和陽極2的寬度《2。將陽極2中的銀粒子23的平均粒徑設(shè)定在優(yōu)選IOnm至IOOnm的范圍內(nèi)。氧粒子導(dǎo)電陶瓷粒子22和23，例如LSM或⑶C的平均粒徑優(yōu)選為0. 5 y m至50 y m。將銀粒子對(duì)LSM的共混比，或金屬粒子鏈接體31對(duì)⑶C32的共混比設(shè)定在優(yōu)選約0. 01至約10的范圍內(nèi)。將粘合劑樹脂、有機(jī)溶劑和上述粒子相互混合成糊料形式，并且將所述糊料絲網(wǎng)印刷。在絲網(wǎng)印刷后，例如，在還原氣氛中將工件在800°C至900°C的溫度下保持約30分鐘至約180分鐘。以這種方式，將所述工件燒結(jié)。在金屬板15/陰極3/固體電解質(zhì)層I/陽極2，以及由氧化鋁等制成的絕緣區(qū)18的燒結(jié)之后，在陽極2和電導(dǎo)體板15上涂布金(Au)糊料，并然后干燥工件以在這些構(gòu)件和電源9之間形成布線。(金屬粒子鏈接體的制造方法)金屬粒子鏈接體31的制造方法及其表面氧化處理的方法與第一實(shí)施方式中相同。根據(jù)所述NOx分解裝置，將金屬板15和陰極3相互堆疊以經(jīng)歷表面接觸，從而使得基于陰極電阻的電壓下降不在平面方向上產(chǎn)生，并且被限定在厚度方向內(nèi)。這種情況使得可抑制陰極中的電力消耗并在陰極3和固體電解質(zhì)層I中集中形成大電場(chǎng)。而且，為了引起電化學(xué)反應(yīng)，可以在陰極3或金屬板15上以高密度布置陽極2和陰極3的露出區(qū)3g。因此，即使當(dāng)使所述裝置的溫度不高于現(xiàn)有技術(shù)中時(shí)，也能夠提高氣體分解速度，從而可以以實(shí)用水平實(shí)現(xiàn)氣體分解。另外，對(duì)于脆弱的固體電解質(zhì)層1，產(chǎn)生利用固體電解質(zhì)層的背面等來增強(qiáng)所述層的余裕。在本實(shí)施方式中，通過使用由不銹鋼制成的金屬板15經(jīng)由陰極3對(duì)背面等施加增強(qiáng)，可提高所述裝置的耐沖擊性能。可通過絲網(wǎng)印刷來制造固體電解質(zhì)I、陽極2、陰極3等。因此，可減少成本。在圖10中，當(dāng)俯視觀察所述裝置時(shí)，作為間隙區(qū)中每一個(gè)的面積的陰極面積3g與其間夾有間隙3g的陽極2中每一個(gè)的面積一致。然而，可使陰極間隙3g中每一個(gè)的面積大于其間夾有間隙的陽極2中每一個(gè)的面積。通過使陰極3的面積大于陽極2的面積，可促進(jìn)NOx分解反應(yīng)。總之，可使所用條件接近分解效率的最佳條件。
(各自由“固體電解質(zhì)層/陽極”制成的疊壓體的平面形狀)圖14(a)至14(c)和圖15各自是為了說明在陰極3上，各自由“固體電解質(zhì)層I/陽極2”制成的疊壓體的平面形狀而提及的圖。重要的是，如上所述，以細(xì)小間距交替并密集地分布各自由“固體電解質(zhì)層I/陽極2”制成的疊壓體，以及間隙3g或陰極3的露出區(qū)3g。只要滿足該要求，則所述平面形狀就可以為任意形狀，并可以例如為如圖14(a)至14(c)中所示的平面形狀中的每一個(gè)。在圖14(a)中，各自由“固體電解質(zhì)層I/陽極2”制成的疊壓體整體為所謂的梳齒形，并且所述間隙3g整體為蛇形。圖14(b)示出了各自由“固體電解質(zhì)層I/陽極2”制成的疊壓體為相互平行的兩條以上的線或帶的形式。圖14(c)示出了螺旋形式。在各自由“固體電解質(zhì)層I/陽極2”制成的疊壓體的平面形狀為如圖14(a)至14(c)中每一個(gè)的平面形狀時(shí)，可提高根據(jù)所示術(shù)語進(jìn)行測(cè)量而獲得間隙3g或陰極3的露出區(qū)3g的尺寸w3，和陽極2的寬度的尺寸w3。圖15(a)示出了在陰極3上以碎片形式分布各自由“固體電解質(zhì)層I/陽極2”制成的疊壓體的形式。圖15(b)示出了以碎片形式分布各自由“固體電解質(zhì)層I/陽極2”制成的疊壓體之間的間隙3g的相反形式。在圖15(a)和15(b)中每一個(gè)所示的情況下，通過以細(xì)小間距密集分布間隙3g的碎片區(qū)，有關(guān)裝置可獲得與圖10或圖14(a)至14(c)中所示的氣體分解裝置10相同的效果和優(yōu)點(diǎn)。擴(kuò)大了間隙3g的含義，由此也可以將有限區(qū)域如碎片形區(qū)域定義為間隙3g的一個(gè)實(shí)例。在圖15(a)中所示的情況下，使各自由“固體電解質(zhì)層I/陽極2”制成的疊壓體的寬度《2等于碎片的直徑。當(dāng)碎片形區(qū)域不是圓形時(shí)，將沿方向各自相交的直徑平均。當(dāng)碎片的尺寸不相等時(shí)，將不相等的碎片的尺寸平均。如圖15(a)中所示，關(guān)于間隙3g，將在獨(dú)立相鄰的兩個(gè)碎片之間的各間隔平均。所得值為間隙3g的尺寸《3。在圖15(b)中所示的情況下，所述間隙或陰極3的露出區(qū)3g是碎片形式。因此，將碎片的直徑或相交直徑的平均值定義成間隙3g的尺寸。獨(dú)立相鄰的兩個(gè)碎片之間的各間隔的平均值變得等于各自由“固體電解質(zhì)層I/陽極2”制成的疊壓體的尺寸(寬度)。(第五實(shí)施方式的修改例) 圖16(a)至16(c)各自為第五實(shí)施方式的修改例，并且各自為本發(fā)明實(shí)施方式的一個(gè)實(shí)例的氣體分解裝置。圖16(a)至16(c)中所示的氣體分解裝置10基本上具有與圖10中所示的氣體分解裝置相同的結(jié)構(gòu)。然而，所述裝置中的每一個(gè)具有如下獨(dú)創(chuàng)性圖16(a)中的氣體分解裝置在電導(dǎo)體板，或由不銹鋼等制成的金屬板15的前面或背面中的每一面上疊壓陰極3，并且布置各自由固體電解質(zhì)層I和陽極2制成的疊壓體以在任意相鄰的兩個(gè)疊壓體之間形成間隙3g。這種方式使得可克服作為這些構(gòu)件的大缺點(diǎn)的固體電解質(zhì)層I、陰極3、陽極2等的脆性，并且同時(shí)促進(jìn)所述氣體分解裝置的小型化。可以使用于氣體分解裝置的布置的空間的使用效率高。圖16(b)和圖16(c)中的氣體分解裝置10 在圖16(b)的氣體分解裝置中，在絕緣基板14的表面上形成電導(dǎo)體層35，并且在形成的電導(dǎo)體板35上將陰極3形成為層的形式。在陰極3上布置各自由固體電解質(zhì)層I和陽極2制成的疊壓體以在任意相鄰的兩個(gè)疊壓體之間形成間隙3g。所述絕緣基板14可以為例如鋁基板。所述電導(dǎo)體層35可以為例如金屬膜，并可以通過任意成膜法如濺射或激光燒蝕而作為膜形成。這種方式使得可不使用任何電導(dǎo)體板或金屬板而使所述裝置輕，并同時(shí)克服作為其大缺點(diǎn)的電解質(zhì)層I、陰極3、陽極2等的脆性。在圖16(c)的氣體分解裝置10中，在圖16(b)的絕緣基板14的兩個(gè)表面上都分別覆蓋電導(dǎo)體層35。在每個(gè)表面上布置陰極3，和各自由固體電解質(zhì)層I和陽極2制成的多個(gè)疊壓體，從而在任意相鄰的兩個(gè)疊壓體之間形成間隙3g。這種方式使得可使所述裝置輕，并同時(shí)促進(jìn)所述氣體分解裝置的小型化，且克服作為其大缺點(diǎn)的電解質(zhì)層I、陰極3、陽極2等的脆性。(第六實(shí)施方式)圖17(a)是示出作為本發(fā)明第六實(shí)施方式中的氣體分解裝置的NOx分解裝置10的平面圖；圖17(b)是沿線VIIIB-VIIIB獲得的其截面圖；并且圖17(c)是沿線VIIIC-VIIIC獲得的其截面圖。在該NOx分解裝置10中，其第二電極是陽極2，并且電阻比第二電極高的其第一電極是陰極3。在作為電導(dǎo)體層的電導(dǎo)體板15上疊壓陽極(第二電極)2，并且布置各自由固體電解質(zhì)層I和一個(gè)陰極(第二電極)3構(gòu)成的疊壓體以接觸陽極2并在任意相鄰的兩個(gè)疊壓體之間具有尺寸為《3的間隙2g。本實(shí)施方式的特征是如下兩點(diǎn)(I)由電導(dǎo)體板15/陽極2/固體電解質(zhì)層I/陰極3構(gòu)成的疊壓體。
(2)陰極3的面積比陽極2的面積大。在此所指的面積表示，當(dāng)俯視觀察所述疊壓體時(shí)，其可見部分的面積，并且不包含任何隱藏的面積。換句話說，所述面積是在間隙區(qū)內(nèi)部的第二電極(陽極2或2g)的面積，或作為在其間夾有間隙2g的各區(qū)域的第一電極(陰極3)的面積。間隙2g各自的尺寸w3不必恒定。本實(shí)施方式的一個(gè)要點(diǎn)在于使尺寸w3各自小至約2 y m至約Imm的值，并且使所述疊壓體的各寬度w2 (各自由“固體電解質(zhì)層I/陰極3”制成)各自接近于尺寸《2的每一個(gè)，從而小至2 y m至Imm的值。換句話說，重要的是，在陽極2上以細(xì)小間距交替并密集地分布間隙2g和疊壓體(各自由“固體電解質(zhì)層I/陰極3”制成)。通過如上所述使陰極3的面積大于陽極2的面積，可促進(jìn)NOx分解反應(yīng)。S卩，對(duì)于NOx分解效率，可使用于NOx分解的條件更接近于最佳條件。而且，作為上層來設(shè)置陰極3。因此，可使其與NOx的接觸良好，從而可促進(jìn)NOx分解。 (第七實(shí)施方式)圖18是為了說明本發(fā)明第七實(shí)施方式中的氣體分解裝置的原理而提及的圖。作為裝置10的第七實(shí)施方式中的氣體分解裝置基本上具有與圖10、圖14或15、或圖16中所述的氣體分解裝置10相同的形式。在第七實(shí)施方式中，關(guān)于材料內(nèi)容物，將第五實(shí)施方式中的氧離子移動(dòng)材料變?yōu)橘|(zhì)子移動(dòng)材料。來自汽車的排氣不僅包含NOx還包含烴(CmHn)、氫(H2)、水蒸汽(H2O)等。在排氣中，放置具有圖10、圖14或15、或圖16中所示的配置，并由對(duì)應(yīng)于質(zhì)子移動(dòng)的材料制成的氣體分解裝置10。在其陽極2和陰極3中，反應(yīng)如下“陽極反應(yīng)”:根據(jù)如下(Al)和/或(A2)進(jìn)行質(zhì)子(H+)供給反應(yīng)(Al)H2 — 2H.+2e (A2) CmHn+2mH20 — mC02+ (4m+n) H++ (4m+n)“陰極反應(yīng)”(NO) :2N0+4H++4e-— N2+2H20(N02) 2N02+8H++8e_ — N2+4H20在本實(shí)施方式中，固體電解質(zhì)層I由質(zhì)子導(dǎo)電體制成。質(zhì)子導(dǎo)電材料可以例如為CsHSO4 或 BaZrO3。陽極2例如由Ag粒子和CsHSO4或BaZrO3的質(zhì)子導(dǎo)電陶瓷粒子制成。陰極3例如由Ni粒子鏈接體的表面氧化材料、CsHSO4或BaZrO3的質(zhì)子導(dǎo)電陶瓷粒子和貴金屬如Pt或Rh制成。在本實(shí)施方式中，陽極2的電阻也低，因?yàn)殛枠O2包含Ag粒子。陰極3的電阻比較高，因?yàn)镹i粒子鏈接體的表面氧化材料的核是導(dǎo)電材料但已經(jīng)表面氧化。因此，在陰極3的電阻比較高的方面，使用質(zhì)子移動(dòng)的本實(shí)施方式的氣體分解裝置10與第五實(shí)施例相同。因此，在本實(shí)施方式的氣體分解裝置中，參考圖10等說明的“導(dǎo)電板15/陰極3”的效果和優(yōu)點(diǎn)原樣也是正確的。另外，如圖17(第六實(shí)施方式)中所示，允許將陽極2疊壓到電導(dǎo)體板15上，并然后在陽極2上布置各自由固體電解質(zhì)層I和陰極3制成的疊壓體，由此使陰極3的面積比陽極2的面積大，所述面積具有上述含義。換句話說，如上所述，圖17(a)至17(c)中所示的NOx分解裝置中的固體電解質(zhì)等可以由質(zhì)子傳導(dǎo)用物質(zhì)替換。在本實(shí)施方式中，使用質(zhì)子移動(dòng),從而使質(zhì)子移動(dòng)速度比氧離子移動(dòng)速度高；因此，可獲得以下等優(yōu)點(diǎn)可使所述氣體分解裝置的操作溫度低；并且根據(jù)在相同操作溫度下的比較，所述氣體分解裝置的氣體分解速度可更大。(第八實(shí)施方式)圖19是示出本發(fā)明第八實(shí)施方式的氣體分解裝置50的圖。在該氣體分解裝置中，在導(dǎo)電板15的各表面上布置第五實(shí)施方式、其各修改例、第六實(shí)施方式或第七實(shí)施方式的NOx分解裝置。而且，通過疊壓支持構(gòu)件21將該板15和一個(gè)以上與其相同的電導(dǎo)體板相互堆疊。在所述板15每一個(gè)的各表面上布置一個(gè)以上陰極3、固體電解質(zhì)層I和一個(gè)以上陽極2。當(dāng)然,本實(shí)施方式在如下方面與第五實(shí)施方式、其修改例、第六實(shí)施方式和第七實(shí)施方式相同在導(dǎo)電板15中的每一個(gè)上疊壓負(fù)極3或陽極2 ;并且在其上以細(xì)小間距密集地布置各自由一個(gè)固體電解質(zhì)層I和一個(gè)陽極2或陰極3制成的疊壓體，從而在任意相鄰的兩個(gè)疊壓體之間形成間隙3g或2g。以這種方式，使NOx分解裝置10相互堆疊以在其任意相鄰的兩者之間具有空間，由此可使得在短時(shí)間內(nèi)分解大量N0X。因此，可將本裝置50用于分解來自柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣中的N0X。本實(shí)施方式可獲得第五實(shí)施方式、其各修改例、第六實(shí)施方式或第七實(shí)施方式的優(yōu)點(diǎn)。具體地，本實(shí)施方式可提高耐久性和氣體分解速度，并可實(shí)現(xiàn)電力消耗的抑制。結(jié)果，可以以實(shí)用水平實(shí)現(xiàn)氣體分解。特別地，對(duì)于脆弱的固體電解質(zhì)，產(chǎn)生利用固體電解質(zhì)層的背面等來增強(qiáng)所述固體電解質(zhì)的余裕。因此，通過對(duì)背面等施加增強(qiáng)，可以提高本裝置的耐沖擊性能。另外，可通過絲網(wǎng)印刷來制造固體電解質(zhì)、陽極、陰極等。因此，可減少成本。以上公開的本發(fā)明的實(shí)施方式僅是示例，并且本發(fā)明的范圍不限于本發(fā)明的這些實(shí)施方式。本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求書的記載而指定。另外，本發(fā)明包括具有與權(quán)利要求書的記載等價(jià)的含義和范圍的全部修改。工業(yè)實(shí)用性根據(jù)本發(fā)明，在使用電化學(xué)反應(yīng)來分解預(yù)定氣體的裝置中，能夠防止其固體電極，特別是其陰極中的電力消耗。而且，可提高氣體分解速度。在預(yù)定情況下，本發(fā)明可獲得一種氣體分解裝置，其能夠克服在固體電解質(zhì)上的低離子移動(dòng)速度，機(jī)械脆性以及比較高的制造成本。當(dāng)將所述裝置安裝到汽車等上并使用來自汽車的廢熱時(shí)，可使其中的加熱器的負(fù)擔(dān)減輕或消失。根據(jù)本發(fā)明，在使用電化學(xué)反應(yīng)來分解預(yù)定氣體的裝置中，可革命性地抑制其固體電極，特別是其陰極中的電力消耗。而且，可對(duì)陰極/固體電解質(zhì)層施加大電場(chǎng)；因此，可提高所述裝置的氣體分解速度。在預(yù)定情況下，本發(fā)明可獲得一種氣體分解裝置，其能夠克服在固體電解質(zhì)上的低離子移動(dòng)速度，機(jī)械脆性以及比較高的制造成本。當(dāng)將所述裝置安裝到汽車等上并使用來自汽車的廢熱時(shí)，可使其中的加熱器的負(fù)擔(dān)減輕或消失。附圖標(biāo)記I :固體電解質(zhì)Ig:陽極和陰極之間的間隙2:陽極2b:陽極根區(qū)2e:陽極延伸區(qū)2g:陽極露出區(qū)(間隙)3 :陰極3b :陰極根區(qū)3e 陰極延伸區(qū)3g :陰極露出區(qū)(間隙)9:電源10:氣體分解裝置12:陽極導(dǎo)電區(qū)13:陰極導(dǎo)電區(qū)14:絕緣基板15:導(dǎo)電板16 :金糊料18:絕緣層(如氧化鋁) 21 :疊壓支持構(gòu)件22:氧離子導(dǎo)電陶瓷23銀粒子
31 :附著氧化層的Ni粒子鏈接體31a :Ni粒子鏈接體31b:氧化層32:氧離子導(dǎo)電陶瓷50 :堆疊構(gòu)造的氣體分解裝置 d :間隙的尺寸11 :固體電解質(zhì)層的厚度w2 :陽極的寬度w3 陰極露出區(qū)(間隙)的尺寸
權(quán)利要求
1.一種氣體分解裝置，其包含第一電極、與所述第一電極配對(duì)的第二電極、固體電解質(zhì)層和用于在所述第一電極和第二電極之間施加電壓的電源， 其中所述第一電極和所述第二電極各自具有位于所述固體電解質(zhì)層上的多個(gè)延伸區(qū)以接觸所述固體電解質(zhì)層，并且所述第一電極的多個(gè)延伸區(qū)和所述第二電極的多個(gè)延伸區(qū)交替延伸以在所述第一電極和所述第二電極之間形成間隙；以及 所述第二電極的電阻比所述第一電極的電阻高，以及與所述電源電連接并包含導(dǎo)電材料的第二電極導(dǎo)電區(qū)在與所述第二電極的延伸區(qū)的延伸方向相交的方向上延伸，從而使所述第二電極的延伸區(qū)相互電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氣體分解裝置，其中所述第二電極的面積比所述第一電極的面積大。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的氣體分解裝置，其中所述第二電極為陰極，以及作為與所述電源電連接的陰極導(dǎo)電區(qū)并包含導(dǎo)電材料的所述第二電極導(dǎo)電區(qū)在與所述陰極的多個(gè)延伸區(qū)的延伸方向相交的方向上延伸，從而使所述陰極的多個(gè)延伸區(qū)相互電連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任一項(xiàng)所述的氣體分解裝置，其中所述固體電解質(zhì)層位于絕緣基板上，所述第二電極的延伸區(qū)從所述固體電解質(zhì)層的第一端側(cè)向所述固體電解質(zhì)層的與第一端側(cè)相反的第二端側(cè)延伸，并且所述第二電極導(dǎo)電區(qū)以與所述固體電解質(zhì)層的第一端或所述絕緣基板平行的方式延伸。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4中任一項(xiàng)所述的氣體分解裝置，其中所述第一電極和所述第二電極之間的間隙的范圍為2 μ m至200 μ m。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至5中任一項(xiàng)所述的氣體分解裝置，其中所述第二電極導(dǎo)電區(qū)為包含金(Au)糊料的區(qū)域。
7.根據(jù)權(quán)利要求I至6中任一項(xiàng)所述的氣體分解裝置，其中所述固體電解質(zhì)層具有氧離子導(dǎo)電性，并且所述第二電極包含金屬粒子鏈接體的氧化物、GDC(摻雜釓的二氧化鈰)和 BaCO3。
8.根據(jù)權(quán)利要求4至7中任一項(xiàng)所述的氣體分解裝置，其中所述固體電解質(zhì)層位于所述絕緣基板的前面和背面中的每一個(gè)面上。
9.一種氣體分解裝置，其包含第一電極、第二電極、固體電解質(zhì)層和用于在所述第一電極和所述第二電極之間施加電壓的電源， 所述裝置還包含電導(dǎo)體層，其中通過所述電導(dǎo)體層使所述電源的負(fù)極與所述第二電極電連接， 其中所述第二電極疊壓在所述電導(dǎo)體層上以接觸所述電導(dǎo)體層， 各自由一個(gè)所述固體電解質(zhì)層和一個(gè)所述第一電極構(gòu)成的“固體電解質(zhì)層/第一電極”疊壓體位于所述第二電極上以接觸所述第二電極，從而在任意相鄰的兩個(gè)疊壓體之間形成間隙；以及 所述第一電極與所述電源的正極電連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的氣體分解裝置，其中所述第二電極為陰極，所述陰極疊壓在所述電導(dǎo)體層上以接觸所述層；并且作為各自由一個(gè)所述固體電解質(zhì)層和陽極構(gòu)成的“固體電解質(zhì)層/陽極”疊壓體的疊壓體位于所述陰極上以接觸所述陰極，并且在任意相鄰的兩個(gè)疊壓體之間具有間隙。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的氣體分解裝置，其中所述第二電極為陽極；所述陽極疊壓在所述電導(dǎo)體層上以接觸所述層；并且作為各自由一個(gè)所述固體電解質(zhì)層和陰極構(gòu)成的“固體電解質(zhì)層/陰極”疊壓體的疊壓體位于所述陽極上以接觸所述陽極，并且在任意相鄰的兩個(gè)疊壓體之間具有間隙。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的氣體分解裝置，其中所述陰極的面積比所述陽極的面積大。
13.根據(jù)權(quán)利要求9至12中任一項(xiàng)所述的氣體分解裝置，其中所述“固體電解質(zhì)層/第一電極”疊壓體之間各自的間隙和所述“固體電解質(zhì)層/第一電極”疊壓體各自的寬度的范圍分別為2 μ m至1_。
14.根據(jù)權(quán)利要求9至13中任一項(xiàng)所述的氣體分解裝置，其中所述固體電解質(zhì)層各自 的厚度分別為20 μ m以下。
15.根據(jù)權(quán)利要求9至14中任一項(xiàng)所述的氣體分解裝置，其中當(dāng)俯視觀察時(shí)，所述“固體電解質(zhì)/第一電極”疊壓體為選自如下形式中的至少一種形式(1)相互平行的兩條以上的線或帶的形式；(2)梳齒形式；(3)螺旋形式；(4)點(diǎn)或碎片形式；(5)圍繞點(diǎn)形或碎片形區(qū)域的區(qū)域(點(diǎn)形或碎片形區(qū)域的補(bǔ)集區(qū)域)。
16.根據(jù)權(quán)利要求9至15中任一項(xiàng)所述的氣體分解裝置，其中所述電導(dǎo)體層為在金屬板或絕緣基板上形成的電導(dǎo)體層。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的氣體分解裝置，其中所述第二電極疊壓在所述電導(dǎo)體層上，所述電導(dǎo)體層覆蓋于所述金屬板的前面和背面中的每一個(gè)面上或覆蓋在所述絕緣基板的前面和背面中的每一個(gè)面上，并且 另外所述“固體電解質(zhì)層/第一電極”疊壓體位于在所述前面?zhèn)群退霰趁鎮(zhèn)戎械拿恳粋€(gè)面?zhèn)鹊牡诙姌O上。
18.根據(jù)權(quán)利要求9至17中任一項(xiàng)所述的氣體分解裝置，其中所述固體電解質(zhì)層具有氧離子導(dǎo)電性，并且所述第二電極包含金屬粒子鏈接體的氧化物、GDC(摻雜釓的二氧化鈰)和 BaCO3。
19.根據(jù)權(quán)利要求I至18中任一項(xiàng)所述的氣體分解裝置，其中所述固體電解質(zhì)層具有質(zhì)子導(dǎo)電性，并且所述第二電極包含金屬粒子鏈接體的氧化物、貴金屬和質(zhì)子導(dǎo)電材料。
20.一種氣體分解裝置，其中各自如權(quán)利要求I至19中任一項(xiàng)所限定的多個(gè)氣體分解裝置相互堆疊以在任意相鄰的兩個(gè)裝置之間形成間隙，并且所述裝置固定在底盤中。
21.根據(jù)權(quán)利要求I至20中任一項(xiàng)所述的氣體分解裝置，其安裝在汽車上，并具有通過來自汽車的廢熱加熱所述氣體分解裝置的加熱機(jī)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種氣體分解裝置，其具有如下結(jié)構(gòu)中的任一種1)一種結(jié)構(gòu)，其中固體電解質(zhì)層上的陽極和陰極各自具有多個(gè)延伸區(qū)；所述陽極的延伸區(qū)和陰極的延伸區(qū)交替延伸以在所述陽極和所述陰極之間形成間隙；所述陰極的電阻比所述陽極的電阻大；以及與電源電連接并由導(dǎo)電材料制成的陰極導(dǎo)電區(qū)在與所述陰極的多個(gè)延伸區(qū)的延伸方向相交的方向上延伸，從而使所述陰極的多個(gè)延伸區(qū)相互電連接；和2)一種結(jié)構(gòu)，其具有電導(dǎo)體層，其中通過所述電導(dǎo)體層使所述電源的負(fù)極與所述陰極電連接；并且其是如下結(jié)構(gòu)其中所述陰極疊壓在所述電導(dǎo)體層上以接觸所述層，各自由固體電解質(zhì)層和陽極構(gòu)成的疊壓體位于所述陰極上以在任意相鄰的兩個(gè)疊壓體之間形成間隙，以及所述陽極與所述電源的正極電連接。
文檔編號(hào)F01N3/08GK102665869SQ20108005220
公開日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2010年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月18日
發(fā)明者平巖千尋, 新田耕司, 江頭繁樹, 真島正利, 福永篤史 申請(qǐng)人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社