JP2001342587A

JP2001342587A - 給電体

Info

Publication number: JP2001342587A
Application number: JP2001087587A
Authority: JP
Inventors: Seiji Hirai; 清司平井; Shingo Torio; 眞吾鳥生; Manabu Toyoshima; 学豊島
Original assignee: Shinko Pantec Co Ltd
Current assignee: Shinko Pantec Co Ltd
Priority date: 2000-03-28
Filing date: 2001-03-26
Publication date: 2001-12-14
Anticipated expiration: 2021-03-26
Also published as: JP4881511B2

Abstract

(57)【要約】【課題】固体電解質膜の破損を低減させると共に、エ
ネルギ効率の向上を実現可能な給電体を提供することを
課題とする。【解決手段】一方の面が固体電解質膜（１０）側に位
置し、他方の面が電極（１２），（１３）側に位置し
て、電解セルを構成する給電体（１４），（１５）にお
いて、前記給電体（１４），（１５）の一方の面が前記
固体電解質膜（１０）と接するべく設けられ、前記給電
体（１４），（１５）が二以上の給電体部（１４Ａ，１
４Ｂ），（１５Ａ，１５Ｂ）を用いて形成されており、
前記一方の面を成す第一の給電体部（１４Ａ），（１５
Ａ）の表面が所定以上の平滑性を有し、前記他方の面を
成す第二の給電体部（１４Ｂ），（１５Ｂ）が所定以上
の空隙率を有することを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水等を電気分解し
て水素ガスおよび酸素ガスを発生させる水素酸素発生装
置等の水電解装置に関し、詳しくは、水電解装置（以
下、単に「電解装置」ともいう。）を構成する際に用い
られる給電体等の構成に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】水等を電気分解して水素ガスおよび酸素
ガスを発生させる電解装置を構成する電解セルとして
は、電解質の役割を果たす部材として固体電解質膜を用
いたものが、従来から知られている。

【０００３】従来技術に係る電解セルは、固体電解質膜
と、この固体電解質膜を挟持すべく設けられた電極板
（陽極側および陰極側電極板）と、固体電解質膜と電極
板との間に設けられた給電体（陽極側および陰極側給電
体）等を用いて構成されている。また、この従来技術に
係る電解セルにおいては、固体電解質膜の両面に、電極
触媒層（陽極側および陰極側触媒層）が設けられてい
る。

【０００４】上記従来技術に係る電解セルにおいては、
陽極側に純水を供給して、電極板に対して通電すること
により、主に陽極側触媒層で純水が分解され、酸素ガス
が発生することとなる。そして、酸素ガスと同時に生成
されたＨ＋イオンは、電場の働きによって固体電解質膜
内を移動するため、陰極側触媒層においては電子を得
て、水素ガスが発生することとなる。

【０００５】以上のように構成され機能する電解セルに
おいては、電解作用のエネルギ効率を向上させるため
に、固体電解質膜の両側に設けられた給電体は、固体電
解質膜に対して、均一に圧接すべく構成されている。ま
た、純水等の供給が行われる給電体は、所定量の純水等
通水量を確保すべく、所定の空隙率を有するパンチング
メタル、エキスパンドメタル等を用いて構成されてい
る。すなわち、従来技術に係る電解セルは、高いエネル
ギ効率と所定の通水量とを実現するために、所定の空隙
率を有する給電体を固体電解質膜に圧接して構成されて
いる。例えば、エキスパンドメタルを用いて構成する場
合には、エキスパンドメタルを三層組み立てた完成品の
空隙率は８３％程度である（ただし、膜に接する面の開
口率は４８％程度である）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術に係る電解セルには、次のような問題があった。

【０００７】電解セルのエネルギ効率等を鑑みれば、上
述したように、固体電解質膜に対して、所定の空隙率
（４０％以上の空隙率）を有する給電体を圧接すべきで
ある。ところが、従来技術に係る給電体を形成するパン
チングメタル等は開口部が大きいために、給電体を固体
電解質膜に圧接させると、固体電解質膜に対して不均一
な圧力が加わることとなり、固体電解質膜における破損
発生の確率が高まるという問題があった。

【０００８】また、上記パンチングメタル等から成る給
電体において、所定の通水量を得るために所定の空隙率
（全体の空隙率８３％）とすれば、固体電解質膜との接
触面においては、給電体の空隙率が大きいために、給電
体と固体電解質膜との間に非接触部分が形成されること
となり、この部分において電流値が低下し、効果的にエ
ネルギ効率の向上を図ることができないという問題があ
った。

【０００９】そこで、本発明は上記従来技術に係る問題
を解決するためになされたものであって、固体電解質膜
の破損を低減させると共に、エネルギ効率の向上を実現
可能な給電体を提供することを課題とし、延いては、係
る給電体を用いた電解セルおよび電解装置を提供するこ
とを課題とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】すなわち、上記課題を解
決するための本発明は、一方の面が固体電解質膜側に位
置し、他方の面が電極側に位置して、電解セルを構成す
る給電体において、前記給電体の一方の面が前記固体電
解質膜と接するべく設けられ、前記給電体が二以上の給
電体部を用いて形成されており、前記一方の面を成す第
一の給電体部の表面が所定以上の平滑性を有し、前記他
方の面を成す第二の給電体部が所定以上の空隙率を有す
ることを特徴としている。

【００１１】本発明に係る給電体によれば、複数の要素
を用いて、前記固体電解質側および前記電極側に、それ
ぞれ適切な性質を有する前記給電体部を配設して、前記
給電体が構成されている。したがって、本発明によれ
ば、容易に、表面平滑性等に優れ、適切な空隙率を有す
る給電体を得ることができる。よって、固体電解質膜の
破損を低減させると共に、エネルギ効率の向上を実現可
能な給電体を得ることができる。

【００１２】また、本発明に係る給電体においては、前
記第一の給電体部および前記第二の給電体部がそれぞれ
金属繊維を用いて形成されており、前記第一の給電体部
を成す金属繊維の繊維径が、前記第二の給電体部を成す
金属繊維の繊維径よりも細く形成されていることが好ま
しい。

【００１３】この好ましい構成によれば、前記第一の給
電体部を成す金属繊維の繊維径が、前記第二の給電体部
を成す金属繊維の繊維径よりも細く形成されているの
で、前記固体電解質膜側では、前記給電体（を構成する
前記第一の給電体部）の表面平滑性が、その内部（前記
第二の給電体部）よりも向上する。また、換言すれば、
前記前記第二の給電体部を成す金属繊維の繊維径が、前
記第一の給電体部を成す金属繊維の繊維径よりも太く形
成されているので、前記給電体の内部（前記第二の給電
体部）の空隙率が向上する。したがって、この好ましい
構成によれば、容易に、表面平滑性等に優れ、適切な空
隙率を有する給電体を得ることができ、固体電解質膜の
破損を低減させると共に、エネルギ効率の向上を実現可
能な給電体を得ることができる。

【００１４】また、本発明に係る給電体においては、前
記第一の給電体部を成す金属繊維の繊維径が４μｍ〜２
０μｍである構成が好ましい。このような繊維径として
いるのは、最小膜厚を２０μｍ〜５０μｍとすると、繊
維径は、その１／５〜１／７程度が望ましいからであ
る。

【００１５】また、本発明に係る給電体においては、前
記第二の給電体部を成す金属繊維の繊維径が３５μｍ〜
１００μｍである構成が好ましい。このような繊維径と
しているのは、繊維径が太い方が生産コストを低く抑え
ることが可能だからである。ただし、あまり太いと細い
繊維と太い繊維との境界部で焼結がうまく進まないの
で、上述した３５μｍ〜１００μｍ程度の太さであるこ
とが好ましい。

【００１６】また、本発明に係る給電体においては、前
記金属繊維がチタンを用いて、コイル切削法あるいは集
束伸線法にて形成されていることが好ましい。さらに、
本発明に係る給電体においては、空隙率が４０％以上で
あることが好ましい。

【００１７】また、本発明に係る給電体においては、前
記第一の給電体部の表面粗度Ｒａが０．１μｍ〜１０μ
ｍであることが好ましい。このような構成とすれば、前
記第一の給電体部の平滑性が高いため、前記第一の給電
体部と接する固体電解質膜に対するピンホール等の傷の
発生を低減させることができる。また、このような表面
粗度を有する第一の給電体部であれば、前記固体電解質
膜に対して平均的に前記第一の給電体部が接することと
なるため、前記固体電解質膜と前記第一の給電体部との
接触状態が向上して、電解電圧を低減させてエネルギ効
率の向上を図ることが可能となる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて、本発明の
実施の形態を説明する。

【００１９】図１は、本発明の実施形態に係る電解装置
を構成する電解セルの概略断面図を示したものである。
ここで、電解装置は、電解セルを複数個、直列あるいは
並列に並べた電解処理部と、その他の要素（純水タン
ク、水素分離タンク、酸素分離タンク、除湿器、熱交換
器、電源供給部等）とを用いて構成されている。

【００２０】図１に示された本実施形態に係る電解セル
は、固体電解質膜１０と、この固体電解質膜１０の両側
に設けられた電極板（陽極側電極板１２，陰極側電極板
１３）と、固体電解質膜１０と電極板１２，１３との間
に設けられた給電体（陽極側給電体１４，陰極側給電体
１５）等を用いて構成されている。

【００２１】固体電解質膜１０としては、固体高分子電
解質膜、あるいはセラミック製固体電解質膜等を用いる
ことが可能である。本実施形態に係る固体電解質膜１０
としては、例えば、固体高分子電解質を膜状に形成した
もの（以下「固体高分子電解質膜」ともいう。）１１の
両面に貴金属、特に白金族金属から成る多孔質層（電極
触媒層（陽極側触媒層１６，陰極側触媒層１７））を形
成したものを用いることが好ましい。ここで、固体高分
子電解質膜１１としては、例えば、カチオン交換膜（フ
ッ素樹脂系スルフォン酸カチオン交換膜（デュポン社製
「ナフィオン１１７」等））を用いることが好ましい。

【００２２】また、電極触媒層１６，１７は、例えば、
化学的に（無電解メッキ等によって）、固体高分子電解
質膜１１の両面に形成されている。さらに、この場合、
電極触媒層１６，１７を形成する多孔質層（多孔質メッ
キ層）としては、白金族金属のうち白金を用いることが
好ましく、特に、白金とイリジウムとから成る二層構造
とすることが好ましい。このような二層構造とすれば、
８０℃の状況下において、２００Ａ／ｄｍ²の高電流密
度で四年間の長期にわたって、電気分解を行うことが可
能である。また、本実施形態に係る電極触媒層は上記構
成に限定されるものではなく、例えば、イリジウムの他
に、二種類以上の白金族金属をメッキした多層構造の電
極触媒層を形成して、これを固体高分子電解質膜１１の
両面に形成することによって、固体電解質膜１０を構成
してもよい。

【００２３】さらに、以上のように構成された本実施形
態に係る固体電解質膜１０によれば、固体高分子電解質
膜１１と電極触媒層１６，１７との間に水が存在しない
ので、溶液抵抗やガス抵抗が少ない。したがって、固体
高分子電解質膜１１と電極触媒層１６，１７との間の接
触抵抗が低くなり、電気抵抗が低くなって、固体電解質
膜１０における電流分布が均一となる。その結果、高電
流密度化、高温水電解、高圧水電解が可能となり、高純
度の水素ガスおよび酸素ガスを効率よく生成させること
が可能となる。

【００２４】また、本実施形態において、固体電解質膜
１０の両側には、先に述べたように陽極側電極板１２と
陰極側電極板１３とが設けられている。本実施形態に係
る電極板１２，１３は、それぞれ単極式電極として構成
されている。なお、本実施形態においては省略している
が、電極板としては、複極式電極板を用いることが好ま
しい。すなわち、陽極側電極板においては、固体電解質
膜に近接する面が陽極となって、他面が陰極となり、ま
た、陰極側電極板においては、固体電解質膜に近接する
面が陰極となって、他面が陽極となる構成が好ましい。
このような複極式電極板を用いた電解セルであれば、係
る電解セルを複数個直列的に配設して、より高い処理能
力を実現可能な電解装置を得ることが可能となる。（特
願平７−４０１４２号公報参照）

【００２５】本実施形態においては、固体電解質膜１０
と陽極側電極板１２とで挟まれた空間を陽極室といい、
固体電解質膜１０と陰極側電極板１３とで挟まれた空間
を陰極室という。陽極側電極板１２には、純水供給孔１
２ａと、酸素抽出孔１２ｂとが形成されており、純水供
給孔１２ａを介して、電解セル外部から陽極室に対して
純水が供給され、酸素抽出孔１２ｂを介して、陽極室に
て生成された酸素が電解セル外部に抽出される。陰極側
電極板１３には、水素抽出孔１３ｂが形成されており、
この水素抽出孔１３ｂを介して、陰極室にて生成された
水素が電解セル外部に抽出される。

【００２６】また、本実施形態に係る電解セルにおいて
は、陽極室および陰極室に、陽極側給電体１４および陰
極側給電体１５が設けられている。本実施形態に係る給
電体１４，１５は、それぞれ金属繊維を焼結して形成さ
れており、詳しくは後述する。ここで、陽極側給電体１
４は、チタン等を用いて形成されており、陰極側給電体
１５は、ステンレス等を用いて形成されている。

【００２７】本実施形態に係る電解セルは、以上のよう
に構成されており、固体電解質膜１０を隔膜として用
い、陽極室に設けられた陽極側給電体１４に純水を供給
し、この純水を電気分解することによって、陽極室側か
ら酸素ガスを発生させ、陰極室側から水素ガスを発生さ
せるべく機能する。以下、本実施形態に係る電解セルに
おける電解処理等について、さらに詳細に説明する。

【００２８】まず、図１に示された本実施形態に係る電
解セルにおいては、陽極側電極板１２に設けられた純水
供給孔１２ａを介して、電解セルの外部に設けられた純
水タンク等（図示省略）から、陽極室に設けられた陽極
側給電体１４に対して、純水等の供給が行われる。

【００２９】次に、本実施形態に係る電解セルにおいて
は、陽極側給電体１４へ純水を供給すると共に、各電極
板１２，１３に対して電流を供給する（通電する）こと
によって、主に陽極側触媒層１６で純水が分解され、酸
素ガスが発生することとなる。この際、純水の一部は電
解セル等を冷却するための冷却水としても機能するた
め、すべての純水が分解されるわけではない。したがっ
て、本実施形態においては、陽極側電極板１４に設けら
れた酸素抽出孔１２ｂを介して、電解セルの外部に、純
水と、分解された酸素ガスとが抽出されることとなる。

【００３０】次に、本実施形態においては、酸素ガスと
同時に生成されたＨ＋イオンが、電場の働きによって固
体電解質膜１１内を移動する。したがって、本実施形態
においては、Ｈ＋イオンが移動することによって、陰極
側触媒層１７で水素イオンが電子を得ることとなり、水
素ガスが発生する。そして、陰極側電極板１３に設けら
れた水素抽出孔１３ｂを介して、電解セルの外部に、発
生した水素ガスが抽出されることとなる。

【００３１】以上のように構成され、機能する電解セル
において、高いエネルギ効率を得るためには、固体電解
質膜１０と給電体１４，１５とを圧接した構成とするこ
とが好ましい。すなわち、固体電解質膜１０と給電体１
４，１５との間隔をなくし（これらの要素の間のギャッ
プをゼロとし）、固体電解質膜１０の膜面に対して均一
に圧力が作用した状態で、固体電解質膜１０と給電体１
４，１５とが接すべく構成されたことが好ましい。

【００３２】固体電解質膜１０と給電体１４，１５とが
接した状態で電解セルが構成される場合において、固体
電解質膜１０と接する部位である給電体１４，１５の表
面は、固体電解質膜１０に傷等を付けないように、また
電気抵抗が低くなるように、できるだけ平面性、平滑性
等を有するべく構成されることが好ましい。例えば、固
体電解質膜１０と接する給電体１４，１５の表面粗度Ｒ
ａは、０．１μｍ〜１０μｍであることが好ましい。

【００３３】また、本実施形態に係る電解セルにおいて
は、所定の処理量（水素および酸素等の発生量）を実現
するために、さらに、電解セル等の過熱を防止するため
に、陽極室内に所定量の純水を流通させなければならな
い。つまり、所定量の純水を流通させるために、陽極室
に設けられた陽極側給電体１４が、所定の空隙率を有す
るべく構成されることが好ましい。空隙率としては、少
なくとも４０％以上であることが好ましい。空隙率が低
いと膜への純水の供給が不充分となり、膜の焼損の危険
があるからである。

【００３４】さらに、電解セルのエネルギ効率を向上さ
せるためには、給電体１４，１５を固体電解質膜１０に
対して均一に圧接する必要があるため、給電体１４，１
５は、ある程度の撓み易さを有することが好ましい。

【００３５】そこで、本実施形態に係る電解セルを構成
する給電体１４，１５は、上述した種々の効果を奏する
べく、二層構造を有している。すなわち、本実施形態に
係る給電体１４，１５は、固体電解質膜１０と接する側
に位置し、その表面（少なくとも固体電解質膜１０との
接触面）が所定以上の平面性、平滑性等を有する第一の
給電体部１４Ａ，１５Ａと、その内部が所定以上の空隙
率（４０％以上の空隙率）を有すると共に、ある程度の
撓み易さをも有する第二の給電体部１４Ｂ，１５Ｂとを
用いて形成されている。以下、具体的に説明する。

【００３６】図２は、図１のＡ部拡大図を示したもので
あり、詳しくは、陽極側給電体１４周辺の部分拡大図を
示したものである。この図２からも明らかなように、陽
極側給電体１４は、第一の給電体部１４Ａと第二の給電
体部１４Ｂとを用いて形成されている。第一の給電体部
１４Ａの一方の面は、固体電解質膜１０を形成する陽極
触媒層１６に接し、第一の給電体部１４Ａの他方の面
は、第二の給電体部１４Ｂに接する位置に設けられ、第
二の給電体１４Ｂの一方の面は、第一の給電体部１４Ａ
に接し、第二の給電体部１４Ｂの他方の面は、陽極側電
極板１２に接する位置に設けられている。ここでは、第
一の給電体部１４Ａ（の他方の面）と第二の給電体部１
４Ｂ（の一方の面）とを固着する（例えば、焼結、拡散
接合、スポット溶接、ロウ付等によって固着する）こと
によって、陽極側給電体１４が構成されている。

【００３７】そして、陽極側給電体１４は、４μｍ〜１
００μｍの繊維径を有する金属繊維を用いて形成されて
いる。本実施形態に係る陽極側給電体１４を形成する金
属繊維としては、チタン繊維が用いられる。なお、この
チタン繊維以外であっても、ニオブ、チタン−パラジウ
ム合金等を用いることが可能である。

【００３８】詳細には、第一の給電体部１４Ａは、４μ
ｍ〜２０μｍ程度の繊維径を有する金属繊維（以下、
「細繊維」ともいう。）を用いて形成され、第二の給電
体部１４Ｂは、３５μｍ〜１００μｍ程度の繊維径を有
する金属繊維（以下、「粗繊維」ともいう。）を用いて
形成されている。

【００３９】すなわち、本実施形態においては、所定の
金属材料（チタン等）を、「細繊維」および「粗繊維」
に加工して、これらを焼結等することによって、上述し
た効果を奏する第一の給電体部１４Ａおよび第二の給電
体部１４Ｂが形成されている。具体的には、例えば、所
定の型の中に「細繊維」および「粗繊維」を積層させ
て、所定形状に形成した後に、焼結等することによっ
て、本実施形態に係る第一の給電体部１４Ａおよび第二
の給電体部１４Ｂから成る給電体１４が作製される。

【００４０】本実施形態においては、「細繊維」を用い
て、厚さ０．５ｍｍ〜１．０ｍｍ程度の第一の給電体部
１４Ａが形成される。「細繊維」を用いれば、比較的容
易に、上記厚みを有し、且つ空隙率５０％以上、圧縮弾
性率１５０ＭＰａ程度の第一の給電体部１４Ａを形成す
ることができる。

【００４１】このような「細繊維」を用いれば、「粗繊
維」等の太めの金属繊維を用いる場合と比較して、繊維
径が細い分だけ、給電体部表面における固体電解質膜１
０との接触点が増加して、膜に係る面圧を分散して均一
化し、所定以上の平滑性（例えば、表面粗度Ｒａが０．
１μｍ〜１０μｍ程度の平滑性）を実現する給電体部１
４Ａを得ることが可能となる。また、金属繊維を焼結す
るため、必要とされる空隙率（５０％以上）を比較的容
易に実現可能である。

【００４２】さらに、本実施形態においては、「粗繊
維」を用いて、厚さ１．０ｍｍ〜１０．０ｍｍ程度の第
二の給電体部１４Ｂが形成される。「粗繊維」を用いれ
ば、比較的容易に、上記厚みを有し、且つ空隙率７５％
〜８５％、圧縮弾性率１５〜２２ＭＰａ程度の第二の給
電体部１４Ｂを形成することができる。

【００４３】このような「粗繊維」を用いれば、粉末あ
るいは「細繊維」等の細かい原料を用いる場合と比較し
て、繊維径が太い分だけ、容易に高い空隙率を有する給
電体部１４Ｂを形成して得ることが可能となる。従来技
術においては、例えば、粉末焼結体等から給電体が形成
されていたが、係る構成では、空隙率５０％に焼結する
のが非常に困難であった（従来技術においては、空隙率
が３０％〜４０％程度であれば比較的に容易に作製可能
であった。）。

【００４４】以上のように、本実施形態においては、固
体電解質膜１０側と、電極板１２側とで、それぞれ必要
とされる性質が異なるのに対応して、それぞれの「側」
に適切な給電体部１４Ａ，１４Ｂを用いて、陽極側給電
体１４を形成している。

【００４５】したがって、本実施形態によれば、第一の
給電体部１４Ａが固体電解質膜１０（を形成する陽極側
触媒層１６）に接することにより、固体電解質膜１０の
損傷を防止し、第二の給電体部１４Ｂが高い空隙率を有
することにより、所定の純水流通量の確保を容易に実現
可能である。また、第一の給電体部１４Ａよりも第二の
給電体部１４Ｂの方が圧縮弾性率が小さいので（すなわ
ち、撓み易いので）、第二の給電体部１４Ｂが、第一の
給電体部１４Ａを固体電解質膜１０に押し付ける際のク
ッション的な役割を果たすこととなる。よって、比較的
容易に、固体電解質膜１０の膜面に対して均一に圧力が
作用した状態で、固体電解質膜１０と給電体１４（第一
の給電体１４Ａ）との接触状態を維持することができ
る。以上のことから、本実施形態によれば、固体電解質
膜１０の破損を低減させると共に、エネルギ効率の向上
を実現可能な給電体１４を得ることができる。また、こ
の給電体１４を用いることによって、長寿命化、高効率
化を実現可能な電解セルおよび電解装置を得ることがで
きる。

【００４６】なお、図２においては、陽極側給電体１４
について説明したが、本発明は、この陽極側給電体１４
のみに限定されるものではなく、略同様の趣旨から、陰
極側給電体１５についても、第一の給電体部１５Ａと第
二の給電体部１５Ｂとを用いて形成されることが好まし
い（図１参照）。また、陽極側給電体１４と同様に、陰
極側給電体１５の場合も、第一の給電体部１５Ａが「細
繊維」を用いて形成され、第二の給電体部１５Ｂが「粗
繊維」を用いて形成されることが好ましい。ここで、陰
極側給電体１５を形成する金属繊維としては、ステンレ
ス繊維が用いられる。なお、このステンレス繊維以外で
あってもグラファイト、カーボン等を用いることが可能
である。

【００４７】また、上述した本実施形態においては、第
二の給電体部１４Ｂ，１５Ｂを形成する「粗繊維」の繊
維径が、３５μｍ〜１００μｍである場合について説明
したが、製作上は、繊維径が３５μｍよりも細い金属繊
維、あるいは１００μｍよりも太い金属繊維を用いるこ
とも可能である。しかしながら、３５μｍよりも細い金
属繊維の場合は、得られる性質の割にはコスト高とな
り、また、１００μｍよりも太い金属繊維の場合は、空
隙率の高い焼結には不適切であり、さらに焼結の際の強
度が不充分である等の問題がある。よって、本実施形態
においては、「粗繊維」は、３５μｍ〜１００μｍの繊
維径を有する金属繊維として定義している。

【００４８】さらに、以上説明した実施形態において
は、第一の給電体部１４Ａを「細繊維」を用いて形成す
る場合について説明したが、本発明は、この構成に限定
されるものではなく、第一の給電体部１４Ａに要求され
る平滑性等を実現可能であれば、他の構成であってもよ
い。したがって、例えば、第一の給電体部１４Ａを「長
繊維」を用いて形成してもよい。

【００４９】ここで、「長繊維」とは、２０ｍｍ〜２０
０ｍｍ程度の長さに形成された金属繊維（切削方式によ
る金属繊維の製造法（特開平７−３１４２６０号公報参
照）あるいは集束伸線法等で形成された金属繊維）であ
って、第一の給電体部１４Ａに要求される平滑性等を実
現するためには、その繊維長は、２０ｍｍ〜２００ｍｍ
程度であることが好ましい。

【００５０】以下、「長繊維」を用いることによって、
平滑性に優れた給電体を得られる理由について説明す
る。

【００５１】従来技術に係る給電体は、短い金属繊維
（以下、「短繊維」という。）あるいは金属粉末等を用
いて形成されていた。金属粉末を用いて給電体を構成す
ると、適切な空隙率を得ることが困難であるため、従来
は、例えば、その繊維長が２．５ｍｍ程度の短繊維を用
いて給電体が形成されていた。

【００５２】短繊維を用いて給電体（給電体部）を形成
する場合においては、その繊維長の短さから、金属繊維
が起立状態で維持される可能性が高まる。一方、長繊維
を用いて給電体（給電体部）を形成する場合において
は、短繊維を用いる場合よりも、金属繊維が起立状態で
維持される可能性は低くなる。

【００５３】また、同質量の給電体部を構成する場合を
考えると、長繊維を用いる場合よりも、短繊維を用いる
場合の方が、その本数は、明らかに多数となる。その長
さが１／１０程度であるものとすれば、短繊維の数は、
長繊維の約１０倍となる。よって、短繊維の端部（両端
部）の数も、長繊維の端部（両端部）の数の１０倍とな
り、短繊維を用いる場合においては、端部の数の増加に
伴い、給電体表面に対して金属繊維の端部が突出する可
能性も増大する。

【００５４】すなわち、短繊維を用いて給電体部を形成
すると、長繊維を用いて給電体部を形成する場合に比べ
て、金属繊維の起立する確率、および給電体部表面に金
属繊維の端部が突出する確率が増大することとなる。し
たがって、これらのことから、短繊維を用いて給電体部
を形成する場合よりも、長繊維を用いて給電体部を形成
する場合の方が、給電体表面の平滑性等を向上させるこ
とが可能となる。

【００５５】なお、繊維長が２００ｍｍよりも長い金属
繊維を用いて給電体を形成する場合も考えられるが、係
る構成であると、金属繊維の繊維間の絡み合いが少なく
なる。そうすると、繊維間の絡み合いが少ないことに起
因して、給電体を焼結して形成する際の焼結強度が低く
なってしまう。電解セルを構成する場合において、基本
的に、給電体は圧接した状態で保持される。よって、強
度が低い給電体を用いて電解セルを構成すると、給電体
の破損等の原因となり、好ましくない。このようなこと
から、給電体を構成する金属繊維の繊維長等は、上述し
たような長繊維の範囲であることが好ましい。

【００５６】以上のことから、本発明に係る第一の給電
体部としては、上述した「長繊維」を複数積層等し焼結
等して得られた給電体部を用いてもよい。

【００５７】なお、本実施形態に係る給電体１４，１５
については、適宜、メッキ処理を施すことが好ましい。
具体的には、陽極側給電体１４における固体電解質膜１
０との接触面については、白金メッキが施されている構
成が好ましい。また、陰極側給電体１５についても、固
体電解質膜１０との接触面には、白金メッキあるいは金
メッキが施されている構成が好ましい。このように、そ
れぞれの給電体１４，１５について、メッキ処理を施す
のは、各給電体１４，１５表面（特に固体電解質膜１０
に接する面）に関する腐蝕（酸化、水素脆化等）等を防
止するためである。

【００５８】さらに、金属繊維を用いて形成された本実
施形態に係る給電体１４，１５であれば、焼結した後で
あっても、圧縮等により、その空隙率を変更可能である
ので、空隙率の制御幅を、従来よりもかなり広く設定す
ることができる。また、金属繊維であれば、粉末のよう
に、強大な圧力（１００〜２００ＭＰａ）で圧縮する必
要がないので、給電体の製作コストを低減することがで
きる。

【００５９】また、本実施形態においては、給電体が二
つの給電体部にて形成される場合について説明したが、
本発明はこの構成に限定されるものではなく、適当な繊
維径の金属繊維等を用いることによって、膜側あるいは
電極板側に必要な要件を適切に満足する構成であれば、
給電体が三つ以上の給電体部にて形成されてもよい。

【００６０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、固
体電解質膜の破損を低減させると共に、エネルギ効率の
向上を実現可能な給電体を得ることが可能となり、延い
ては、係る給電体を用いることによって、長寿命化、お
よび高効率化を実現可能な電解セルおよび電解装置を得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る電解装置を構成する電
解セルの概略断面図

【図２】図１のＡ部拡大図

【符号の説明】

１０…固体電解質膜、１１…固体高分子電解質膜、１２
…陽極側電極板、１２ａ…純水供給孔、１２ｂ…酸素抽
出孔、１３…陰極側電極板、１３ｂ…水素抽出孔、１４
…陽極側給電体、１４Ａ…第一の給電体部（陽極側給電
体の第一の給電体部）、１４Ｂ…第二の給電体部（陽極
側給電体の第二の給電体部）、１５…陰極側給電体、１
５Ａ…第一の給電体部（陰極側給電体の第一の給電体
部）、１５Ｂ…第二の給電体部（陰極側給電体の第二の
給電体部）、１６…陽極側触媒層、１７…陰極側触媒層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一方の面が固体電解質膜側に位置し、他
方の面が電極側に位置して、電解セルを構成する給電体
において、前記給電体の一方の面が前記固体電解質膜と
接するべく設けられ、前記給電体が二以上の給電体部を
用いて形成されており、前記一方の面を成す第一の給電
体部の表面が所定以上の平滑性を有し、前記他方の面を
成す第二の給電体部が所定以上の空隙率を有しているこ
とを特徴とする給電体。
【請求項２】前記第一の給電体部および前記第二の給
電体部がそれぞれ金属繊維を用いて形成されており、前
記第一の給電体部を成す金属繊維の繊維径が、前記第二
の給電体部を成す金属繊維の繊維径よりも細く形成され
ている請求項１に記載の給電体。
【請求項３】前記第一の給電体部を成す金属繊維の繊
維径が４μｍ〜２０μｍである請求項２に記載の給電
体。
【請求項４】前記第二の給電体部を成す金属繊維の繊
維径が３５μｍ〜１００μｍである請求項２または３に
記載の給電体。
【請求項５】前記金属繊維がチタンを用いて、コイル
切削法あるいは集束伸線法にて形成されている請求項２
から４のいずれか１項に記載の給電体。
【請求項６】空隙率が４０％以上である請求項１から
５のいずれか１項に記載の給電体。
【請求項７】前記第一の給電体部の表面粗度Ｒａが
０．１μｍ〜１０μｍである請求項１から６のいずれか
１項に記載の給電体。