CN117737762A - 水电解装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供在水电解装置中能够降低用于间隔体的金属板的数量的技术。水电解装置具有电解单元(10)与间隔体(20)交替地层叠的层叠结构(30)。间隔体具有金属板(21)和流路构件(91)。金属板具有流通孔(28)。流路构件(91)在层叠方向上位于电解单元(10)的基底层(50)与金属板之间。流路构件在层叠方向上观察的状态下以环状包围流通孔(28)。另外，流路构件具有将电解单元(10)的气体扩散层(72)与流通孔之间连通的流路(913)。这样，能够通过形成于流路构件的流路使气体或水在气体扩散层与流通孔之间流动。由于不需要组合复数个金属板来形成流路，因此，能够降低用于间隔体的金属板的数量。
Description
技术领域
本发明涉及一种水电解装置。
背景技术
以往，已知有通过电解水(H2O)来制造氢(H2)的水电解装置。水电解装置具有电解单元与间隔体交替地层叠而成的层叠结构。各电解单元具有电解质膜以及形成在电解质膜的两个面上的催化剂层。在执行水电解时，在阳极侧的催化剂层与阴极侧的催化剂层之间施加电压，并且向阳极侧的催化剂层供给水。由此，在阳极侧的催化剂层和阴极侧的催化剂层发生以下的电化学反应。其结果是，从阴极侧的催化剂层排出氢。
(阳极侧)2H2O→4H++O2+4e－
(阴极侧)2H++2e－→H2
关于以往的固体高分子型水电解，例如记载在专利文献1中。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2022-023996号公报。
发明内容
在水电解装置中，需要形成在上述电化学反应中供给或排出的水、氧以及氢流路，并且将这些流路之间可靠地密封。在以往的水电解装置中，间隔体由两张金属板构成以满足该条件。然而，如果在电解单元与电解单元之间配置两张金属板，则间隔体花费的成本增大。
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种在水电解装置中能够降低用于间隔体的金属板的数量的技术。
为了解决上述课题，本申请的第一发明是一种水电解装置，其是包括复数个电解单元和复数个间隔体并且具有所述电解单元与所述间隔体交替地层叠而成的层叠结构的电解装置。所述电解单元具有：基底层，该基底层包括电解质膜；催化剂层，该催化剂层层叠于所述电解质膜的表面；以及气体扩散层，该气体扩散层层叠于所述催化剂层的表面。所述间隔体具有：金属板，该金属板具有流通孔；以及流路构件，该流路构件在层叠方向上位于所述基底层与所述金属板之间，在所述层叠方向上观察的状态下，包围所述流通孔，该流路构件是环状的。所述流路构件具有将所述气体扩散层与所述流通孔之间连通的流路。
本申请的第二发明是如第一发明的水电解装置，其中，所述电解单元具有：阴极催化剂层，该阴极催化剂层是层叠于所述电解质膜的一侧的所述催化剂层；以及阴极气体扩散层，该阴极气体扩散层是层叠于所述阴极催化剂层的一侧的所述气体扩散层。所述金属板具有氢流通孔，所述氢流通孔是使从所述阴极气体扩散层排出的氢流通的所述流通孔。所述间隔体具有阴极流路构件，所述阴极流路构件在所述层叠方向上位于所述基底层的阴极侧的面与所述金属板之间并且是在所述层叠方向上观察的状态下包围所述氢流通孔的所述流路构件。所述阴极流路构件具有氢流路，所述氢流路是将所述阴极气体扩散层与所述氢流通孔之间连通的所述流路。
本申请的第三发明是如第一发明或第二发明的水电解装置，其中，所述电解单元具有：阳极催化剂层，该阳极催化剂层是层叠于所述电解质膜的另一侧的所述催化剂层；以及阳极气体扩散层，该阳极气体扩散层是层叠于所述阳极催化剂层的另一侧的所述气体扩散层。所述金属板具有：水流通孔，该水流通孔是使向所述阳极气体扩散层供给的水流通的所述流通孔；以及氧流通孔，该氧流通孔是使从所述阳极气体扩散层排出的氧流通的所述流通孔。所述间隔体具有：第一阳极流路构件，该第一阳极流路构件是在所述层叠方向上位于所述基底层的阳极侧的面与所述金属板之间，并且在所述层叠方向上观察的状态下包围所述水流通孔的所述流路构件；以及第二阳极流路构件，该第二阳极流路构件是在所述层叠方向上位于所述基底层的阳极侧的面与所述金属板之间，并且在所述层叠方向上观察的状态下包围所述氧流通孔的所述流路构件。所述第一阳极流路构件具有水流路，所述水流路是将所述阳极气体扩散层与所述水流通孔之间连通的所述流路。所述第二阳极流路构件具有氧流路，所述氧流路是将所述阳极气体扩散层与所述氧流通孔之间连通的所述流路。
本申请的第四发明是如第一发明至第三发明中任一发明所述的水电解装置，其中，所述流路构件具有：第一面，该第一面与所述金属板接触；以及第二面，该第二面与所述基底层接触，所述流路是形成于所述第一面的槽。
本申请的第五发明是如第四发明的水电解装置，其中，所述间隔体还具有密封构件，该密封构件配置于所述金属板的与所述流路构件相反的面上，在所述层叠方向上观察的状态下，包围所述流通孔，该密封构件是环状的。所述流路构件在所述层叠方向上观察的状态下配置于与所述密封构件重叠的位置，所述流路构件的所述第二面是平坦面。
本申请的第六发明是如第四发明或第五发明的水电解装置，其中，所述槽在连接所述气体扩散层与所述流通孔的方向上贯穿所述流路构件的所述第一面。
本申请的第七发明是如第四发明或第五发明的水电解装置，其中，所述槽是连接所述气体扩散层与所述流通孔的方向上的形成于所述第一面的排除两端部后的一部分的凹部，所述流路构件的所述两端部与所述金属板不接触。
根据本申请的第一发明～第七发明，能够通过形成于流路构件的流路使气体或水在气体扩散层与流通孔之间流动。由于不需要组合复数个金属板来形成流路，因此，能够降低用于间隔体的金属板的数量。
特别地，根据本申请的第二发明，能够通过形成于阴极流路构件的氢流路将从阴极气体扩散层排出的氢向氢流通孔流动。
特别地，根据本申请的第三发明，能够通过形成于第一阳极流路构件的水流路使从水流通孔供给的水向阳极气体扩散层流动。另外，能够通过形成于第二阳极流路构件的氧流路使从阳极气体扩散层排出的氧向氧流通孔流动。
特别地，根据本申请的第五发明，通过密封构件能够防止不希望的气体或水在流通孔中流动。另外，通过将流路构件的第二面设为平坦面，能够提高密封构件与基底层的密合性。
附图说明
图1是水电解装置的示意图。
图2是一个电解单元和位于该电解单元的两侧的一对间隔体的示意图。
图3是表示间隔体的阳极面的图。
图4是表示间隔体的阴极面的图。
图5是图4的A-A位置的层叠结构的剖视图。
图6是表示阴极流路构件的变形例的图。
附图标记说明
1：水电解装置；10：电解单元；20：间隔体；21：金属板；26：水流通孔；27：氧流通孔；28：氢流通孔；30：层叠结构；40：电源；50：基底层；51：电解质膜；61：阳极催化剂层；62：阳极气体扩散层；71：阴极催化剂层；72：阴极气体扩散层；81：阳极外周密封构件；82：阴极外周密封构件；83：第一密封构件；84：第二密封构件；85：第三密封构件；91：阴极流路构件；92：第一阳极流路构件；93：第二阳极流路构件；94：阳极外周限制部；95：阴极外周限制部；96：第一限制部；97：第二限制部；98：第三限制部；913：氢流路；923：水流路；933：氧流路。
具体实施方式
以下，参照附图来说明本发明的实施方式。
＜1.水电解装置的概要＞
图1是本发明的一实施方式的水电解装置1的示意图。该水电解装置1是通过固体高分子型水电解来制造氢的装置。如图1所示，水电解装置1具有：层叠结构30，包括复数个电解单元10和复数个间隔体20；以及电源40。通过将电解单元10与间隔体20交替地层叠，从而构成层叠结构30。以下，将电解单元10和间隔体20层叠的方向称为“层叠方向”。
图2是示意性地仅示出了水电解装置1的层叠结构30中的一个电解单元10和位于该电解单元10的两侧的一对间隔体20的图。如图2所示，一个电解单元10具有电解质膜51、阳极催化剂层61、阳极气体扩散层62、阴极催化剂层71以及阴极气体扩散层72。
由电解质膜51、阳极催化剂层61、阳极气体扩散层62、阴极催化剂层71以及阴极气体扩散层72构成的层叠体被称为膜电极接合体(MEA：Membrane-Electrode-Assembly)。另外，由电解质膜51、阳极催化剂层61以及阴极催化剂层71构成的层叠体被称为膜催化剂层接合体(CCM：Catalyst-coated membrane)。
电解质膜51是具有离子传导性的薄板状的膜(离子交换膜)。本实施方式的电解质膜51是传导氢离子(H+)的质子交换膜。作为电解质膜51，使用氟系或烃系的高分子电解质膜。具体而言，作为电解质膜51，例如使用包含全氟碳磺酸的高分子电解质膜。电解质膜51的膜厚例如为5μm～200μm。
阳极催化剂层61是在阳极侧发生电化学反应的催化剂层。阳极催化剂层61层叠于电解质膜51的阳极侧的表面。阳极催化剂层61包含许多催化剂粒子。催化剂粒子例如为氧化铱(IrOx)、铂(Pt)、铱(Ir)和钌(Ru)的合金、铱(Ir)和二氧化钛(TiO2)的合金等。使用水电解装置1时，向阳极催化剂层61供给水(H2O)。而且，通过电源40在阳极催化剂层61与阴极催化剂层71之间施加电压。于是，通过该电压和催化剂粒子的作用，在阳极催化剂层61中，水被电解为氢离子(H+)、氧(O2)、以及电子(e－)。
阳极气体扩散层62是用于向阳极催化剂层61均匀地供给水并且将在阳极催化剂层61生成的氧和电子向间隔体20输送的层。阳极气体扩散层62层叠于阳极催化剂层61的外侧的面。即，阳极气体扩散层62层叠于阳极催化剂层61的与电解质膜51侧相反一侧的面。阳极催化剂层61夹在电解质膜51与阳极气体扩散层62之间。阳极气体扩散层62具有导电性，并且由多孔质的材料形成。阳极气体扩散层62例如使用碳纸(carbon paper)。
阴极催化剂层71是在阴极侧发生电化学反应的催化剂层。阴极催化剂层71层叠于电解质膜51的阴极侧的表面。即，阴极催化剂层71层叠于电解质膜51的与阳极催化剂层61侧相反一侧的表面。阴极催化剂层71包含负载了催化剂粒子的许多碳粒子。催化剂粒子例如为铂粒子。但是，催化剂粒子也可以为在铂粒子中混合了微量的钌或钴粒子的粒子。使用水电解装置1时，向阴极催化剂层71供给氢离子(H+)和电子(e－)。而且，通过电源40在阳极催化剂层61与阴极催化剂层71之间施加电压。于是，通过该电压和催化剂粒子的作用，在阴极催化剂层71中发生还原反应，由氢离子和电子生成氢气(H2)。
阴极气体扩散层72是用于从间隔体20向阴极催化剂层71输送电子并且将在阴极催化剂层71生成的氢向间隔体20输送的层。阴极气体扩散层72层叠于阴极催化剂层71的外侧的面。即，阴极气体扩散层72层叠于阴极催化剂层71的与电解质膜51侧相反一侧的面。阴极催化剂层71夹在电解质膜51与阴极气体扩散层72之间。阴极气体扩散层72具有导电性，并且由多孔质的材料形成。阴极气体扩散层72例如使用碳纸。
间隔体20是用于使电子在相邻的电解单元10之间移动并且形成水、氧以及氢的通道的层。间隔体20夹杂在相邻的电解单元10的阳极气体扩散层62与阴极气体扩散层72之间。间隔体20具有导电性，并且具有不透过气体和液体的金属板21。金属板21具有与阳极气体扩散层62接触的阳极面22以及与阴极气体扩散层72接触的阴极面23。
金属板21在阳极面22上具有复数个阳极槽24。通过间隔体20的该阳极槽24将水向阳极气体扩散层62供给。另外，在阳极催化剂层61生成的氧通过阳极气体扩散层62，并通过间隔体20的阳极槽24被向外部排出。
另外，金属板21在阴极面23上具有复数个阴极槽25。在阴极催化剂层71生成的氢通过阴极气体扩散层72，并通过间隔体20的阴极槽25被向外部排出。
电源40是对上述层叠结构30施加电压的装置。如图1所示，电源40的正极侧的端子与位于层叠结构30的最阳极侧的端部的间隔体20电连接。电源40的负极侧的端子与位于层叠结构30的最阴极侧的端部的间隔体20电连接。电源40对层叠结构30施加水的电解所需要的电压。
使用水电解装置1时，通过阳极气体扩散层62从间隔体20的阳极槽24向阳极催化剂层61供给水。于是，通过电源40的电压和阳极催化剂层61的催化剂粒子的作用，水被分解为氢离子、氧以及电子。通过电解质膜51将氢离子向阴极催化剂层71搬运。通过阳极气体扩散层62以及间隔体20的阳极槽24将氧向外部排出。电子通过阳极气体扩散层62以及间隔体20向相邻的电解单元10流动。在相邻的电解单元10中，该电子通过阴极气体扩散层72到达阴极催化剂层71。接着，在阴极催化剂层71中，氢离子与电子结合，从而生成氢。通过阴极气体扩散层72以及间隔体20的阴极槽25将生成的氢向外部排出。由此制造氢。
＜2.水电解装置的层叠结构＞
接着，更具体地说明上述水电解装置1的层叠结构30。
图3是表示间隔体20的阳极面22的图。在图3中，配置有阳极催化剂层61以及阳极气体扩散层62的区域用假想线(双点划线)表示。图4是表示间隔体20的阴极面23的图。在图4中，配置有阴极催化剂层71以及阴极气体扩散层72的区域用假想线(双点划线)表示。图5是图4的A-A位置的层叠结构30的剖视图。
如图5所示，电解单元10和间隔体20沿着层叠方向交替地层叠。电解单元10具有包括上述电解质膜51的基底层50、阳极催化剂层61、阳极气体扩散层62、阴极催化剂层71以及阴极气体扩散层72。在图5的例子中，基底层50仅由电解质膜51构成。但是，基底层50可以由电解质膜51以及形成于电解质膜51的周缘部的副密封垫(sub-gasket)构成。
间隔体20具有金属板21。金属板21例如为实施了铂涂布的钛薄板。但是，金属板21也可以为实施了金涂布的不锈钢等。本实施方式的间隔体20通过对一张金属板进行冲压加工而形成。如果使用冲压加工，则与使用蚀刻等其他方法的情况相比，能够廉价地制造间隔体20。
金属板21具有图3所示的阳极面22以及图4所示的阴极面23。如图3所示，金属板21在阳极面22的中央附近具有上述复数个阳极槽24。另外，如图4所示，金属板21在阴极面23的中央附近具有上述复数个阴极槽25。
在本实施方式中，像图5那样，通过将金属板21加工为波浪线状，从而在一张金属板21上形成阳极槽24和阴极槽25。阳极槽24与阴极槽25沿着间隔体20的表面交替地排列。即，在阳极面22上形成相邻的阳极槽24之间的凸状的部分在阴极面23上形成凹状的阴极槽25。另外，在阴极面23上形成相邻的阴极槽25之间的凸状的部分在阳极面22上形成凹状的阳极槽24。这样，在不使用复数个金属板的情况下，能够通过一张金属板21在间隔体20的两个面上分别形成复数个阳极槽24以及复数个阴极槽25。
另外，如图3和图4所示，金属板21具有复数个水流通孔26。水流通孔26是使向阳极气体扩散层62供给的水流通的流通孔。在层叠方向上观察的状态下，复数个水流通孔26位于比阳极气体扩散层62更靠外侧的位置。水流通孔26在层叠方向上贯穿金属板21。在电解单元10的基底层50，在层叠方向上与水流通孔26重叠的位置形成有通孔。因此，在交替地层叠电解单元10与间隔体20的状态下，复数个水流通孔26形成沿层叠方向延伸的一系列的流通路。
另外，如图3和图4所示，金属板21具有复数个氧流通孔27。氧流通孔27是使从阳极气体扩散层62排出的氧流通的流通孔。需要说明的是，未反应而残留的水也在复数个氧流通孔27中流通。在层叠方向上观察的状态下，复数个氧流通孔27位于比阳极气体扩散层62更靠外侧的位置。氧流通孔27在层叠方向上贯穿金属板21。在电解单元10的基底层50，在层叠方向上与氧流通孔27重叠的位置形成有通孔。因此，在交替地层叠电解单元10与间隔体20的状态下，复数个氧流通孔27形成沿层叠方向延伸的一系列的流通路。
另外，如图3～图5所示，金属板21具有复数个氢流通孔28。氢流通孔28是使从阴极气体扩散层72排出的氢流通的流通孔。在层叠方向上观察的状态下，复数个氢流通孔28位于比阴极气体扩散层72更靠外侧的位置。氢流通孔28在层叠方向上贯穿金属板21。在电解单元10的基底层50，在层叠方向上与氢流通孔28重叠的位置形成有通孔。因此，在交替地层叠电解单元10与间隔体20的状态下，复数个氢流通孔28形成沿层叠方向延伸的一系列的流通路。
另外，如图3和图5所示，间隔体20具有阳极外周密封构件81。阳极外周密封构件81是安装于金属板21的阳极面22的环状的密封构件(O形环)。阳极外周密封构件81由橡胶等弹性体形成。阳极外周密封构件81沿着阳极面22的外周部配置。另外，阳极外周密封构件81与基底层50的阳极侧的面接触。阳极外周密封构件81在沿层叠方向压缩的状态下夹杂在阳极面22的外周部与基底层50的外周部之间。由此，抑制了存在于基底层50与金属板21的阳极面22之间的水和氧向比阳极外周密封构件81更靠外侧的位置漏出。
另外，如图4和图5所示，间隔体20具有阴极外周密封构件82。阴极外周密封构件82是安装于金属板21的阴极面23的环状的密封构件(O形环)。阴极外周密封构件82由橡胶等弹性体形成。阴极外周密封构件82沿着阴极面23的外周部配置。另外，阴极外周密封构件82与基底层50的阴极侧的面接触。阴极外周密封构件82在沿层叠方向压缩的状态下夹杂在阴极面23的外周部与基底层50的外周部之间。由此，抑制了存在于基底层50与金属板21的阴极面23之间的氢向比阴极外周密封构件82更靠外侧的位置漏出。
另外，如图3和图5所示，间隔体20具有复数个第一密封构件83。第一密封构件83是安装于金属板21的阳极面22的环状的密封构件(O形环)。第一密封构件83由橡胶等弹性体形成。第一密封构件83在层叠方向上观察的状态下包围氢流通孔28。第一密封构件83与基底层50的阳极侧的面接触。第一密封构件83在氢流通孔28的周围，在沿层叠方向压缩的状态下夹杂在阳极面22与基底层50之间。由此，抑制了存在于阳极面22与基底层50之间的水和氧向氢流通孔28流入。另外，也抑制了存在于氢流通孔28的氢向阳极面22与基底层50之间流入。
另外，如图4所示，间隔体20具有复数个第二密封构件84。第二密封构件84是安装于金属板21的阴极面23的环状的密封构件(O形环)。第二密封构件84由橡胶等弹性体形成。第二密封构件84在层叠方向上观察的状态下包围水流通孔26。第二密封构件84与基底层50的阴极侧的面接触。第二密封构件84在水流通孔26的周围，在沿层叠方向压缩的状态下夹杂在阴极面23与基底层50之间。由此，抑制了存在于阴极面23与基底层50之间的氢向水流通孔26流入。另外，也抑制了存在于水流通孔26的水向阴极面23与基底层50之间流入。
另外，如图4所示，间隔体20具有复数个第三密封构件85。第三密封构件85是安装于金属板21的阴极面23的环状的密封构件(O形环)。第三密封构件85由橡胶等弹性体形成。第三密封构件85在层叠方向上观察的状态下包围氧流通孔27。第三密封构件85与基底层50的阴极侧的面接触。第三密封构件85在氧流通孔27的周围，在沿层叠方向压缩的状态下夹杂在阴极面23与基底层50之间。由此，抑制了存在于阴极面23与基底层50之间的氢向氧流通孔27流入。另外，也抑制了存在于氧流通孔27的氧向阴极面23与基底层50之间流入。
＜3.对于流路构件＞
＜3-1.阴极流路构件＞
如图4和图5所示，本实施方式的间隔体20具有复数个阴极流路构件91。阴极流路构件91是用于在氢流通孔28的周围形成氢流路的构件。阴极流路构件91例如由PS(聚苯乙烯)、PPS(聚苯硫醚)等树脂形成。但是，阴极流路构件91也可以为PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)或PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)等树脂膜。另外，阴极流路构件91也可以为钛、不锈钢等金属板。
如图5所示，阴极流路构件91具有第一面911以及第二面912。例如用粘接剂将第一面911固定于金属板21的阴极面23。第二面912与基底层50的阴极侧的面接触。即，阴极流路构件91在层叠方向上夹杂在金属板21的阴极面23与基底层50的阴极侧的面之间。另外，如图4所示，阴极流路构件91在层叠方向上观察的状态下包围氢流通孔28。
另外，阴极流路构件91具有复数个氢流路913。在本实施方式中，氢流路913是形成于阴极流路构件91的第一面911的槽。构成氢流路913的槽在连接阴极气体扩散层72与氢流通孔28的方向上贯穿阴极流路构件91的第一面911。由此，氢流路913成为将阴极气体扩散层72与氢流通孔28之间连通的流路。
从阴极气体扩散层72排出的气体的氢像图5中的虚线箭头那样通过阴极流路构件91的复数个氢流路913向氢流通孔28流动。如此地，在本实施方式的结构中，由阴极流路构件91形成阴极气体扩散层72与氢流通孔28之间的氢流路。这样，不需要将复数个金属板组合来形成流路。因此，能够降低用于间隔体20的金属板的数量。其结果是，能够降低水电解装置1的制造成本。
上述第一密封构件83配置于金属板21的与阴极流路构件91相反一侧的面。阴极流路构件91在层叠方向上观察的状态下配置于与第一密封构件83重叠的位置。因此，像图5那样，阴极流路构件91的第二面912与相邻的间隔体20的第一密封构件83以夹着基底层50的方式彼此相邻。而且，在本实施方式中，阴极流路构件91的第二面912为平坦面。由此，第一密封构件83与基底层50的密合性提高。其结果是，能够进一步提高第一密封构件83带来的密封性。
＜3-2.第一阳极流路构件＞
如图3所示，本实施方式的间隔体20具有第一阳极流路构件92。第一阳极流路构件92是用于在水流通孔26的周围形成水流路的构件。第一阳极流路构件92例如由PS(聚苯乙烯)、PPS(聚苯硫醚)等树脂形成。但是，第一阳极流路构件92也可以为PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)或PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)等树脂膜。另外，第一阳极流路构件92也可以为钛、不锈钢等金属板。
第一阳极流路构件92与上述阴极流路构件91同样地具有第一面以及第二面。例如用粘接剂将第一面固定于金属板21的阳极面22。第二面与基底层50的阳极侧的面接触。即，第一阳极流路构件92在层叠方向上夹杂在金属板21的阳极面22与基底层50的阳极侧的面之间。另外，如图3所示，第一阳极流路构件92在层叠方向上观察的状态下包围水流通孔26。
另外，第一阳极流路构件92具有复数个水流路923。在本实施方式中，水流路923是形成于第一阳极流路构件92的第一面的槽。构成水流路923的槽在连接阳极气体扩散层62与水流通孔26的方向上贯穿第一阳极流路构件92的第一面。由此，水流路923成为将阳极气体扩散层62与水流通孔26之间连通的流路。
从外部向水流通孔26供给的液体的水通过第一阳极流路构件92的复数个水流路923向阳极气体扩散层62流动。如此地，在本实施方式的结构中，由第一阳极流路构件92形成水流通孔26与阳极气体扩散层62之间的水流路。这样，不需要将复数个金属板组合来形成流路。因此，能够降低用于间隔体20的金属板的数量。其结果是，能够降低水电解装置1的制造成本。
上述的第二密封构件84配置于金属板21的与第一阳极流路构件92相反一侧的面。第一阳极流路构件92配置于在层叠方向上观察的状态下与第二密封构件84重叠的位置。因此，第一阳极流路构件92的第二面与相邻的间隔体20的第二密封构件84以夹着基底层50的方式彼此相邻。而且，第一阳极流路构件92的第二面为平坦面。由此，第二密封构件84与基底层50的密合性提高。其结果是，能够进一步提高第二密封构件84带来的密封性。
＜3-3.第二阳极流路构件＞
如图3所示，本实施方式的间隔体20具有第二阳极流路构件93。第二阳极流路构件93是用于在氧流通孔27的周围形成氧流路的构件。第二阳极流路构件93例如由PS(聚苯乙烯)、PPS(聚苯硫醚)等树脂形成。但是，第二阳极流路构件93也可以为PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)或PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)等树脂膜。另外，第二阳极流路构件93也可以为钛、不锈钢等金属板。
第二阳极流路构件93与上述阴极流路构件91同样地具有第一面以及第二面。例如用粘接剂将第一面固定于金属板21的阳极面22。第二面与基底层50的阳极侧的面接触。即，第二阳极流路构件93在层叠方向上夹杂在金属板21的阳极面22与基底层50的阳极侧的面之间。另外，如图3所示，第二阳极流路构件93在层叠方向上观察的状态下包围氧流通孔27。
另外，第二阳极流路构件93具有复数个氧流路933。在本实施方式中，氧流路933是形成于第二阳极流路构件93的第一面的槽。构成氧流路933的槽在连接阳极气体扩散层62与氧流通孔27的方向上贯穿第二阳极流路构件93的第一面。由此，氧流路933成为将阳极气体扩散层62与氧流通孔27之间连通的流路。
从阳极气体扩散层62排出的气体氧通过第二阳极流路构件93的复数个氧流路933向氧流通孔27流动。如此地，在本实施方式的结构中，由第二阳极流路构件93形成阳极气体扩散层62与氧流通孔27之间的氧流路。这样，不需要将复数个金属板组合来形成流路。因此，能够降低用于间隔体20的金属板的数量。其结果是，能够降低水电解装置1的制造成本。
上述的第三密封构件85配置于金属板21的与第二阳极流路构件93相反一侧的面。第二阳极流路构件93配置于在层叠方向上观察的状态下与第三密封构件85重叠的位置。因此，第二阳极流路构件93的第二面与相邻的间隔体20的第三密封构件85以夹着基底层50的方式彼此相邻。而且，第二阳极流路构件93的第二面为平坦面。由此，第三密封构件85与基底层50的密合性提高。其结果是，能够进一步提高第三密封构件85带来的密封性。
＜3-4.流路构件的变形例＞
图6是表示上述阴极流路构件91的变形例的图。在图6的例子中，氢流路913也是形成于阴极流路构件91的第一面911的槽。但是，在图6的例子中，该槽在连接阴极气体扩散层72与氢流通孔28的方向上未贯穿第一面911。在图6的例子中，该槽成为在连接阴极气体扩散层72与氢流通孔28的方向上的形成于第一面911的排除两端部后的一部分的凹部。而且，金属板21的阴极面23成为沿着第一面911的该形状的屈曲形状。因此，阴极流路构件91的上述两端部与金属板21不接触。通过这种结构也能够在阴极流路构件91与金属板21之间形成将阴极气体扩散层72与氢流通孔28之间连通的氢流路913。
需要说明的是，第一阳极流路构件92以及第二阳极流路构件93也可以采用与图6的阴极流路构件91同样的形状。
另外，阴极流路构件91、第一阳极流路构件92以及第二阳极流路构件93可以由陶瓷等多孔质体形成。在这种情况下，通过多孔质体具有的微细孔能够形成将气体扩散层与流通孔之间连通的流路。因此，不需要形成作为流路的槽。
＜4.对于限制部＞
＜4-1.阳极外周限制部＞
如图3～图5所示，本实施方式的金属板21具有阳极外周限制部94。阳极外周限制部94是用于在间隔体20的外周部附近限制阳极外周密封构件81被过度压缩的限制部。
阳极外周限制部94位于阳极外周密封构件81的附近。如图3和图4所示，阳极外周限制部94沿着阳极外周密封构件81以环状设置。本实施方式的阳极外周限制部94具有形成于金属板21的复数个凸部941。复数个凸部941通过金属板21的冲压加工来形成。阳极外周限制部94的该凸部941朝向基底层50的阳极侧的面突出。而且，凸部941的前端与基底层50的阳极侧的面接触。由此，限制了阳极外周密封构件81在层叠方向上被过度压缩。
特别地，在本实施方式中，阳极外周限制部94不仅具有上述复数个凸部941，还具有向层叠方向的相反侧突出的复数个凸部942。如图3和图4所示，凸部941与凸部942在层叠方向上观察的状态下沿着阳极外周密封构件81交替地排列。而且，复数个凸部942与基底层50的阴极侧的面接触。这样，能够使阳极外周限制部94与配置于间隔体20的一侧的电解单元10的基底层50和配置于间隔体20的另一侧的电解单元10的基底层50两者接触。因此，能够使层叠方向上的阳极外周限制部94的位置稳定。其结果是，能够进一步限制阳极外周密封构件81在层叠方向上被过度压缩。
如图5所示，凸部941、942的前端为平坦面。而且，该平坦面与基底层50接触。这样，与使凸部941、942的前端与基底层50点接触的情况相比，能够抑制施加给基底层50的单位面积的压力。因此，能够降低基底层50的损伤。
＜4-2.阴极外周限制部＞
如图3～图5所示，本实施方式的金属板21具有阴极外周限制部95。阴极外周限制部95是用于在间隔体20的外周部附近限制阴极外周密封构件82被过度压缩的限制部。
阴极外周限制部95位于阴极外周密封构件82的附近。如图3和图4所示，阴极外周限制部95沿着阴极外周密封构件82以环状设置。本实施方式的阴极外周限制部95具有形成于金属板21的复数个凸部951。复数个凸部951通过金属板21的冲压加工来形成。阴极外周限制部95的该凸部951朝向基底层50的阴极侧的面突出。而且，凸部951的前端与基底层50的阴极侧的面接触。由此，限制了阴极外周密封构件82在层叠方向上被过度压缩。
特别地，在本实施方式中，阴极外周限制部95不仅具有上述复数个凸部951，还具有向层叠方向的相反侧突出的复数个凸部952。如图3和图4所示，凸部951与凸部952在层叠方向上观察的状态下沿着阴极外周密封构件82交替地排列。而且，该复数个凸部952与基底层50的阳极侧的面接触。这样，能够使阴极外周限制部95与配置于间隔体20的一侧的电解单元10的基底层50和配置于间隔体20的另一侧的电解单元10的基底层50两者接触。因此，能够使层叠方向上的阴极外周限制部95的位置稳定。其结果是，能够进一步限制阴极外周密封构件82在层叠方向上被过度压缩。
如图5所示，凸部951、952的前端为平坦面。而且，该平坦面与基底层50接触。这样，与使凸部951、952的前端与基底层50点接触的情况相比，能够抑制施加给基底层50的单位面积的压力。因此，能够降低基底层50的损伤。
＜4-3.第一限制部＞
如图3～图5所示，本实施方式的金属板21具有第一限制部96。第一限制部96是用于在氢流通孔28的周围限制第一密封构件83被过度压缩的限制部。
第一限制部96位于第一密封构件83的附近。如图3和图4所示，第一限制部96沿着第一密封构件83以环状设置。本实施方式的第一限制部96具有形成于金属板21的复数个凸部961。复数个凸部961通过金属板21的冲压加工来形成。第一限制部96的该凸部961朝向基底层50的阳极侧的面突出。而且，凸部961的前端与基底层50的阳极侧的面接触。由此，限制了第一密封构件83在层叠方向上被过度压缩。
特别地，在本实施方式中，第一限制部96不仅具有上述复数个凸部961，还具有向层叠方向的相反侧突出的复数个凸部962。凸部961与凸部962在层叠方向上观察的状态下沿着第一密封构件83交替地排列。而且，该复数个凸部962与基底层50的阴极侧的面接触。这样，能够使第一限制部96与配置于间隔体20的一侧的电解单元10的基底层50和配置于间隔体20的另一侧的电解单元10的基底层50两者接触。因此，能够使层叠方向上的第一限制部96的位置稳定。其结果是，能够进一步限制第一密封构件83在层叠方向上被过度压缩。
如图5所示，凸部961、962的前端为平坦面。而且，该平坦面与基底层50接触。这样，与使凸部961、962的前端与基底层50点接触的情况相比，能够抑制施加给基底层50的单位面积的压力。因此，能够降低基底层50的损伤。
＜4-4.第二限制部＞
如图3和图4所示，本实施方式的金属板21具有第二限制部97。第二限制部97是用于在水流通孔26的周围限制第二密封构件84被过度压缩的限制部。
第二限制部97位于第二密封构件84的附近。如图3和图4所示，第二限制部97沿着第二密封构件84以环状设置。本实施方式的第二限制部97具有形成于金属板21的复数个凸部971。复数个凸部971通过金属板21的冲压加工来形成。第二限制部97的该凸部971朝向基底层50的阴极侧的面突出。而且，凸部971的前端与基底层50的阴极侧的面接触。由此，限制了第二密封构件84在层叠方向上被过度压缩。
特别地，在本实施方式中，第二限制部97不仅具有上述复数个凸部971，还具有向层叠方向的相反侧突出的复数个凸部972。凸部971与凸部972在层叠方向上观察的状态下沿着第二密封构件84交替地排列。而且，该复数个凸部972与基底层50的阳极侧的面接触。这样，能够使第二限制部97与配置于间隔体20的一侧的电解单元10的基底层50和配置于间隔体20的另一侧的电解单元10的基底层50两者接触。因此，能够使层叠方向上的第二限制部97的位置稳定。其结果是，能够进一步限制第二密封构件84在层叠方向上被过度压缩。
＜4-5.第三限制部＞
如图3和图4所示，本实施方式的金属板21具有第三限制部98。第三限制部98是用于在氧流通孔27的周围限制第三密封构件85被过度压缩的限制部。
第三限制部98位于第三密封构件85的附近。如图3和图4所示，第三限制部98沿着第三密封构件85以环状设置。本实施方式的第三限制部98具有形成于金属板21的复数个凸部981。复数个凸部981通过金属板21的冲压加工来形成。第三限制部98的该凸部981朝向基底层50的阴极侧的面突出。而且，凸部981的前端与基底层50的阴极侧的面接触。由此，限制了第三密封构件85在层叠方向上被过度压缩。
特别地，在本实施方式中，第三限制部98不仅具有上述复数个凸部981，还具有向层叠方向的相反侧突出的复数个凸部982。凸部981与凸部982在层叠方向上观察的状态下沿着第三密封构件85交替地排列。而且，该复数个凸部982与基底层50的阳极侧的面接触。这样，能够使第三限制部98与配置于间隔体20的一侧的电解单元10的基底层50和配置于间隔体20的另一侧的电解单元10的基底层50两者接触。因此，能够使层叠方向上的第三限制部98的位置稳定。其结果是，能够进一步限制第三密封构件85在层叠方向上被过度压缩。
＜4-6.限制部的变形例＞
在上述实施方式中，金属板21具有阳极外周限制部94、阴极外周限制部95、第一限制部96、第二限制部97以及第三限制部98。然而，金属板21也可以仅具有上述限制部中的一部分限制部。例如，金属板21也可以仅具有上述限制部中的阳极外周限制部94以及阴极外周限制部95。在间隔体20的外周部中，通过限制相邻的基底层50的间隔，也能够在一定程度上限制位于内侧的第一密封构件83、第二密封构件84以及第三密封构件85的压缩量。
Claims (7)
1.一种水电解装置，其是包括复数个电解单元和复数个间隔体并且具有所述电解单元与所述间隔体交替地层叠而成的层叠结构的电解装置，其中，
所述电解单元具有：
基底层，该基底层包括电解质膜；
催化剂层，该催化剂层层叠于所述电解质膜的表面；以及
气体扩散层，该气体扩散层层叠于所述催化剂层的表面，
所述间隔体具有：
金属板，该金属板具有流通孔；以及
流路构件，该流路构件在层叠方向上位于所述基底层与所述金属板之间，在所述层叠方向上观察的状态下，包围所述流通孔，并且该流路构件是环状的，
所述流路构件具有将所述气体扩散层与所述流通孔之间连通的流路。
2.如权利要求1所述的水电解装置，其中，
所述电解单元具有：
阴极催化剂层，该阴极催化剂层是层叠于所述电解质膜的一侧的所述催化剂层；以及
阴极气体扩散层，该阴极气体扩散层是层叠于所述阴极催化剂层的一侧的所述气体扩散层，
所述金属板具有氢流通孔，所述氢流通孔是使从所述阴极气体扩散层排出的氢流通的所述流通孔，
所述间隔体具有阴极流路构件，所述阴极流路构件是在所述层叠方向上位于所述基底层的阴极侧的面与所述金属板之间并且在所述层叠方向上观察的状态下包围所述氢流通孔的所述流路构件，
所述阴极流路构件具有氢流路，所述氢流路是将所述阴极气体扩散层与所述氢流通孔之间连通的所述流路。
3.如权利要求1或2所述的水电解装置，其中，
所述电解单元具有：
阳极催化剂层，该阳极催化剂层是层叠于所述电解质膜的另一侧的所述催化剂层；以及
阳极气体扩散层，该阳极气体扩散层是层叠于所述阳极催化剂层的另一侧的所述气体扩散层，
所述金属板具有：
水流通孔，该水流通孔是使向所述阳极气体扩散层供给的水流通的所述流通孔；以及
氧流通孔，该氧流通孔是使从所述阳极气体扩散层排出的氧流通的所述流通孔，
所述间隔体具有：
第一阳极流路构件，该第一阳极流路构件是在所述层叠方向上位于所述基底层的阳极侧的面与所述金属板之间并且在所述层叠方向上观察的状态下包围所述水流通孔的所述流路构件；以及
第二阳极流路构件，该第二阳极流路构件是在所述层叠方向上位于所述基底层的阳极侧的面与所述金属板之间并且在所述层叠方向上观察的状态下包围所述氧流通孔的所述流路构件，
所述第一阳极流路构件具有水流路，所述水流路是将所述阳极气体扩散层与所述水流通孔之间连通的所述流路，
所述第二阳极流路构件具有氧流路，所述氧流路是将所述阳极气体扩散层与所述氧流通孔之间连通的所述流路。
4.如权利要求1～3中任一项所述的水电解装置，其中，
所述流路构件具有：
第一面，该第一面与所述金属板接触；以及
第二面，该第二面与所述基底层接触，
所述流路是形成于所述第一面的槽。
5.如权利要求4所述的水电解装置，其中，
所述间隔体还具有密封构件，该密封构件配置于所述金属板的与所述流路构件相反的面上，在所述层叠方向上观察的状态下，包围所述流通孔，该密封构件是环状的，
所述流路构件在所述层叠方向上观察的状态下配置于与所述密封构件重叠的位置，
所述流路构件的所述第二面是平坦面。
6.如权利要求4或5所述的水电解装置，其中，
所述槽在连接所述气体扩散层与所述流通孔的方向上贯穿所述流路构件的所述第一面。
7.如权利要求4或5所述的水电解装置，其中，
所述槽是连接所述气体扩散层与所述流通孔的方向上的形成于所述第一面的排除两端部后的一部分的凹部，
所述流路构件的所述两端部与所述金属板不接触。
Applications Claiming Priority (2)
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