JP2018104788A - 電気化学式水素ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】カソードおよびアノード間の差圧によって電解質膜が破断する可能性を低減し得る電気化学式水素ポンプを提供する。【解決手段】電圧印加器１３により、膜電極接合体１５のアノードとカソードの間に電圧を印加する。次にアノード入口配管１１を通じて、アノードガスをアノード室８に供給すると、アノードガス中の水素は、アノード上で電子を遊離してプロトンとなる。遊離した電子は、電圧印加器を介してカソードへ移動する。一方、プロトンは水分子を同伴しながら電解質膜４内を透過し、カソードに触れる。カソードでは、電解質膜を透過したプロトンと、カソードガス拡散層２Ｃからの電子とによる還元反応が行われ、カソードガス（Ｈ２）が生成される。これにより、ＣＯ２ガスなどの不純物は膜電極接合体において除去される。【選択図】図２

Description

本開示は電気化学式水素ポンプに関する。

近年、地球の温暖化などの環境問題、石油資源の枯渇などのエネルギー問題から、化石燃料に代わるクリーンな代替エネルギー源として、水素が注目されている。水素は燃焼しても水しか放出せず、地球温暖化の原因となる二酸化炭素および窒素酸化物などが排出されないので、クリーンエネルギーとして期待されている。水素を燃料として利用する装置としては、例えば、燃料電池があり、自動車用電源向け、家庭用自家発電向けに、燃料電池の開発および普及が進んでいる。そして、来るべき水素社会では、水素を製造することはもとより、水素を高密度で貯蔵し、小容量かつ低コストで輸送または利用し得る技術開発が求められている。更に、燃料電池の普及の促進には、燃料供給インフラを整備する必要がある。そこで、高純度の水素を精製および昇圧する様々な提案が行われている。

例えば、特許文献１には、図１２に示すように、高差圧用電気化学セルの電解質膜の支持部材３０が、電解質膜に接触するガス拡散層として用いられている。つまり、支持部材３０の一方の面には、複数の矩形の凹部が形成され、他方の面には複数の菱形の凹部が形成されている。そして、両方の凹部同士の重畳部が、流体が通過する貫通孔３１を構成している。これにより、従来のメッシュタイプのガス拡散層で発生する恐れがあった流体流路の詰まりを抑制できるとともに、電気化学セルの高圧側と低圧側との差圧に耐え得る剛性を確保できる。よって、電解質膜の破損点に至るような変形が支持部材３０の支持により抑制される。

また、特許文献２には、図１３に示すように、燃料電池のセパレータの積層方向に隣接するガス拡散板１１２およびガス拡散板１１３の開口の中心がずれるように、これらの拡散板を配置する構成が提案されている。これにより、燃料電池のセパレータのガス拡散性を向上できる。

特許第４７３３３８０号公報 特開２００８−２３５０６０号公報

しかし、特許文献１では、電気化学セルの高圧側と低圧側との差圧によってガス拡散層の貫通孔上で電解質膜が押圧される場合の電解質膜の破断について十分に検討されていない。また、特許文献２は、燃料電池のセパレータのガス拡散板を対象としているので、ガス拡散板の開口部上で電解質膜が押圧される場合の電解質膜の破断という問題が想定されていない。

本開示の一態様（aspect）は、このような事情に鑑みてなされたものであり、カソードおよびアノード間の差圧によってアノードガス拡散層に押圧された電解質膜が破断する可能性を従来よりも低減し得る電気化学式水素ポンプを提供する。

上記課題を解決するため、本開示の一態様の電気化学式水素ポンプは、一対の主面を備える電解質膜と、前記電解質膜の一方の主面に設けられたカソード触媒層と、前記電解質膜の他方の主面に設けられたアノード触媒層と、前記カソード触媒層に設けられたカソードガス拡散層と、前記アノード触媒層に設けられたアノードガス拡散層と、前記カソード触媒層および前記アノード触媒層の間に電圧を印加する電圧印加器と、を備え、前記アノードガス拡散層は、複数の通気孔が設けられた、複数の金属シートの積層体を備え、前記アノードガス拡散層において、前記アノード触媒層に隣接する第１の金属シートの複数の通気孔の配設位置と前記第１の金属シートに隣接する第２の金属シートの複数の通気孔の配設位置とがずれており、前記第１の金属シートの通気孔の開口の一部は、前記第２の金属シートの通気孔の開口と重なっており、前記第１の金属シートの通気孔の開口の残りの部分は、前記第２の金属シートの通気孔が設けられていない領域により塞がれている。

本開示の一態様の電気化学式水素ポンプは、カソードおよびアノード間の差圧によってアノードガス拡散層に押圧された電解質膜が破断する可能性を従来よりも低減し得るという効果を奏する。

図１は、アノードガス拡散層の通気孔上で、電気化学式水素ポンプのカソードおよびアノード間の差圧によって押圧された電解質膜の一例を断面視した図である。 図２は、第１実施形態の電気化学式水素ポンプの一例を示す図である。 図３は、第１実施形態の電気化学式水素ポンプのアノードガス拡散層の一例を示す図である。 図４は、第１実施形態の第１変形例の電気化学式水素ポンプのアノードガス拡散層の一例を平面視した図である。 図５は、第１実施形態の第２変形例の電気化学式水素ポンプのカソードガス拡散層の一例を示す図である。 図６は、第１実施形態の第２変形例の電気化学式水素ポンプのカソードガス拡散層の一例を平面視した図である。 図７Ａは、第２実施形態の電気化学式水素ポンプのアノードガス拡散層の一例を断面視した図である。 図７Ｂは、第２実施形態の電気化学式水素ポンプのアノードガス拡散層の一例を断面視した図である。 図８Ａは、アノードガス拡散層の積層体の金属シートの一例を平面視した図である。 図８Ｂは、アノードガス拡散層の積層体の金属シートの一例を平面視した図である。 図８Ｃは、アノードガス拡散層の積層体の金属シートの一例を平面視した図である。 図９は、第２実施形態の第１実施例の電気化学式水素ポンプのアノードガス拡散層の一例を断面視した図である。 図１０は、第２実施形態の第２実施例の電気化学式水素ポンプのアノードガス拡散層の一例を断面視した図である。 図１１は、第２実施形態の変形例の電気化学式水素ポンプのアノードガス拡散層の一例を断面視した図である。 図１２は、従来のガス拡散層の一例を示す図である。 図１３は、従来のガス拡散層の一例を示す図である。

電気化学式水素ポンプのカソードおよびアノード間の差圧によってアノードガス拡散層の通気孔上で電解質膜が押圧される場合の電解質膜の破断について鋭意検討が行われ、以下の知見が得られた。

例えば、図１に示すように、上記の差圧により、電解質膜１０４がアノードガス拡散層１０２Ａの通気孔１２５上で押圧される場合、可とう性の電解質膜１０４は、アノードガス拡散層１０２Ａの通気孔１２５で凹状に垂れる。すると、通気孔１２５のエッジ部１２５Ｅで電解質膜１０４が曲げられることにより、このエッジ部１２５Ｅにおける電解質膜１０４にクラックなどが発生して、電解質膜１０４が破断する可能性がある。

ここで、通気孔１２５を微細に加工する程、電解質膜１０４が通気孔１２５上で押圧されても、通気孔１２５における電解質膜１０４の垂れ込み量を低減できるので、電解質膜１０４が破断しにくくなる。しかし、アノードガス拡散層１０２Ａに対して、このような通気孔１２５の微細加工が困難な場合がある。例えば、通気孔１２５の孔径が小さくなる程、通気孔１２５の孔径のバラツキが大きくなる傾向がある。また、通気孔１２５の孔径が小さくなる程、通気孔１２５の加工コストが嵩む傾向がある。

そこで、本開示の第１の態様の電気化学式水素ポンプは、以上の知見に基づいて案出されたものであり、一対の主面を備える電解質膜と、電解質膜の一方の主面に設けられたカソード触媒層と、電解質膜の他方の主面に設けられたアノード触媒層と、カソード触媒層に設けられたカソードガス拡散層と、アノード触媒層に設けられたアノードガス拡散層と、カソード触媒層およびアノード触媒層の間に電圧を印加する電圧印加器と、を備え、アノードガス拡散層は、複数の通気孔が設けられた、複数の金属シートの積層体を備え、アノードガス拡散層において、アノード触媒層に隣接する第１の金属シートの複数の通気孔の配設位置と第１の金属シートに隣接する第２の金属シートの複数の通気孔の配設位置とがずれており、第１の金属シートの通気孔の開口の一部は、第２の金属シートの通気孔の開口と重なっており、第１の金属シートの通気孔の開口の残りの部分は、第２の金属シートの通気孔が設けられていない領域により塞がれている。

かかる構成によると、本態様の電気化学式水素ポンプは、カソードおよびアノード間の差圧によってアノードガス拡散層に押圧された電解質膜が破断する可能性を従来よりも低減し得る。

具体的には、第１の金属シートの通気孔の配設位置と第２の金属シートの通気孔の配設位置とは、両者の通気孔の一部が重なり合うようにずれているので、第１の金属シートに対して通気孔の微細加工を行わずに、第１の金属シートの通気孔における電解質膜の垂れ込み量を低減できる。つまり、電解質膜が第１の金属シートの通気孔上で押圧されても、第２の金属シートの通気孔が設けられていない領域で電解質膜を保持することができるので、第１の金属シートの通気孔において、電解質膜が第２の金属シートを超えて垂れ込むことが適切に抑制される。これにより、電気化学式水素ポンプのカソードおよびアノード間の差圧によって、第１の金属シートの通気孔上で電解質膜が押圧されても、この通気孔のエッジ部で電解質膜が曲げられることを抑制できるので、電解質膜が破断しにくくなる。

なお、特許文献１に記載のガス拡散層では、第１側面の凹部と第２側面の凹部が非対称であり、第１側面の凹部の一部が第２側面の凹部が形成されていない領域で塞がれているが、このガス拡散層は一体型ガス拡散層、つまり一つのシートである。このように、特許文献１では、本開示のガス拡散層のように、一体型ガス拡散層を複数積層した場合、第１側面の凹部と第２側面の凹部とが重なる一体型ガス拡散層のガス流路は、隣接する他の一体型ガス拡散層のガス流路が形成されていない領域により塞がれることはない。従って、本開示の第１の態様の電気化学式水素ポンプは、特許文献１の発明よりも、電解質膜が破断する可能性を従来よりも低減し得る。

本開示の第２の態様の電気化学式水素ポンプは、第１の態様の電気化学式水素ポンプにおいて、第１の金属シートの厚みは電解質膜の厚みよりも小さくてもよい。

かかる構成によると、第１の金属シートの通気孔における電解質膜の垂れ込みは第１の金属シートの厚みにより規制され、この垂れ込み量は電解質膜の厚みよりも小さい。よって、本態様の電気化学式水素ポンプは、両者の厚みが逆の場合に比べて第１の金属シートの通気孔における電解質膜の垂れ込み量を低減できる。これにより、電気化学式水素ポンプのカソードおよびアノード間の差圧によって、第１の金属シートの通気孔上で電解質膜が押圧されても、この通気孔のエッジ部で電解質膜が曲げられることを更に効果的に抑制できる。

本開示の第３の態様の電気化学式水素ポンプは、第１の態様または第２の態様の電気化学式水素ポンプにおいて、第１の金属シートの通気孔の開口と第２の金属シートの通気孔の開口が重なる部分の面積は、８×円周率×（電解質膜の引張り強度）×（電解質膜の厚み）^２／３×（電解質膜の理論破断圧力）×（３＋（電解質膜のポアソン比））よりも小さくてもよい。

かかる構成によると、第１の金属シートの通気孔の開口と第２の金属シートの通気孔の開口が重なる部分の面積を適切に設定することができる。

本開示の第４の態様の電気化学式水素ポンプは、第１の態様−第３の態様のいずれかの電気化学式水素ポンプにおいて、カソードガス拡散層は、複数の通気孔が設けられた、複数の金属シートの積層体を備え、カソードガス拡散層において、カソード触媒層に隣接する第３の金属シートの複数の通気孔の開口の少なくとも一部が、第３の金属シートに隣接する第４の金属シートの複数の通気孔が設けられていない領域により塞がれている面積の総計は、アノードガス拡散層において、第１の金属シートの複数の通気孔の開口が、第２の金属シートの複数の通気孔が設けられていない領域により塞がれている面積の総計に比べ小さくてもよい。

本開示の第５の態様の電気化学式水素ポンプは、第１の態様−第３の態様のいずれかの電気化学式水素ポンプにおいて、カソードガス拡散層は、複数の通気孔が設けられた、複数の金属シートの積層体を備え、カソードガス拡散層において、カソード触媒層に隣接する第３の金属シートの複数の通気孔のうち、その開口の少なくとも一部が、第３の金属シートに隣接する第４の金属シートの複数の通気孔が設けられていない領域により塞がれている、第３の金属シートの通気孔の数は、アノードガス拡散層において、第１の金属シートの通気孔のうち、その開口の少なくとも一部が、第２の金属シートの複数の通気孔が設けられていない領域により塞がれている、第１の金属シートの通気孔の数に比べ少なくてもよい。

金属シートの通気孔が塞がれているとカソードガス拡散層のガス拡散性が低下する。ここで、カソードガス拡散層は、アノードガス拡散層に比べ、電気化学式水素ポンプのカソードおよびアノード間の差圧による変形を受けにくいので、第４の態様および第５の態様の電気化学式水素ポンプを上記の如く構成することで、カソードガス拡散層をアノードガス拡散層と同様に構成する場合に比べ、カソードガス拡散層のガス拡散性の低下が軽減する。

本開示の第６の態様の電気化学式水素ポンプは、第１の態様−第５の態様のいずれかの電気化学式水素ポンプにおいて、複数の金属シートのうち、少なくとも１つの金属シートは、貫通孔同士を連絡する連絡路を備えてもよい。

かかる構成によると、本態様の電気化学式水素ポンプは、従来に比べアノードガスを均一に拡散し得る。つまり、アノードガス拡散層の積層体の金属シートが連絡路を備えることで、適宜の流路部材からアノードガス拡散層内を通過するアノードガスを一方向だけではなく、任意の方向に送ることができる。すると、連絡路の配置パターンが異なる金属シートを積層させることで、アノードガス拡散層内のアノードガス流れの向きを任意に設定できる。これにより、アノードガス拡散層のガス拡散性が向上する。

また、例えば、適宜の流路部材のガス流路を通じてアノードガス拡散層の積層体の貫通孔にアノードガスを流入させる構成を取る場合、この積層体が上記の連絡路を備えないと、流路部材のガス流路が設けられていない部分の垂直線上に位置するアノードガス拡散層の積層体の貫通孔にはアノードガスが流れずに、アノードガス拡散層のガス拡散が不均一化する恐れがある。しかし、本態様の電気化学式水素ポンプのアノードガス拡散層では、上記の連絡路を介して、このようなアノードガス拡散層の積層体の貫通孔にもアノードガスを流すことができるので、アノードガス拡散層のガス拡散が不均一化することを抑制できる。

また、本開示の第７の態様の電気化学式水素ポンプは、第６の態様の電気化学式水素ポンプにおいて、上記の連絡路は、連絡路が設けられた金属シートに隣り合う同一の金属シートに設けられた貫通孔同士を連絡してもよい。

また、本開示の第８の態様の電気化学式水素ポンプは、第６の態様または第７の態様の電気化学式水素ポンプにおいて、上記の連絡路は、連絡路が設けられた金属シートに隣り合う異なる金属シートに設けられた貫通孔同士を連絡してもよい。

アノードガス拡散層の積層体が、以上の連絡路を備えることで、積層体内を通過するアノードガスを、積層体を貫通する方向だけではなく、積層体の主面と平行な方向にも送ることができる。よって、アノードガス拡散層のガス拡散性が向上する。

また、本開示の第９の態様の電気化学式水素ポンプは、第１の態様−第８の態様のいずれかの電気化学式水素ポンプにおいて、アノードガス拡散層の積層体は、ガスを拡散させる金属焼結体の金属シートを含んでもよい。

かかる構成によると、本態様の電気化学式水素ポンプは、アノードガス拡散層の積層体が金属焼結体の金属シートを備えることで、積層体が、金属焼結体の金属シートを備えずに、通気孔が設けられた複数の金属鋼板で構成される場合に比べて、アノードガス拡散層に必要なガス通気性およびガス拡散性を確保しやすくなる。

以下、添付図面を参照しつつ、本開示の上記の各態様の具体例について説明する。以下で説明する具体例は、いずれも上記の各態様の一例を示すものである。よって、以下で示される形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態などは、請求項に記載されていない限り、上記の各態様を限定するものではない。また、以下の構成要素のうち、本態様の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、図面において、同じ符号が付いたものは、説明を省略する場合がある。また、図面は理解しやすくするために、それぞれの構成要素を模式的に示したもので、形状および寸法比などについては正確な表示ではない場合がある。

（第１実施形態）
［装置構成］
図２は、第１実施形態の電気化学式水素ポンプの一例を示す図である。

電気化学式水素ポンプ１６は、膜電極接合体１５（以下、ＭＥＡ１５）と、第１プレート１Ａと、第２プレート１Ｃと、電圧印加器１３と、を備える。ＭＥＡ１５は、電解質膜４と、カソード触媒層３Ｃと、アノード触媒層３Ａと、カソードガス拡散層２Ｃと、アノードガス拡散層２Ａと、を備え、これらの各層が積層状態で接合されている。

電解質膜４は、一対の主面を備える。また、電解質膜４は、プロトン（Ｈ^＋）を透過可能なプロトン伝導性高分子膜である。電解質膜４はプロトン伝導性高分子膜であれば、どのような膜であってもよい。例えば、電解質膜４として、フッ素系高分子電解質膜などを挙げることができる。具体的には、電解質膜４として、例えば、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標、デュポン社製）、Ａｃｉｐｌｅｘ（商品名、旭化成株式会社製）などを用いることができる。

カソード触媒層３Ｃは、電解質膜４の一方の主面に設けられている。カソード触媒層３Ｃは、例えば、触媒金属として白金を含むが、これに限定されない。

アノード触媒層３Ａは、電解質膜４の他方の主面に設けられている。アノード触媒層３Ａは、例えば、触媒金属としてＲｕＩｒＦｅＯｘを含むが、これに限定されない。

なお、カソード触媒層３Ｃもアノード触媒層３Ａも、触媒の調製方法としては、種々の方法を挙げることができるので、特に限定されない。例えば、触媒の担体としては、導電性多孔質物質粉末、炭素系粉末などを挙げることができる。炭素系粉末としては、例えば、黒鉛、カーボンブラック、電気導電性を有する活性炭などの粉末を挙げることができる。カーボンなどの担体に、白金若しくは他の触媒金属を担持する方法は、特に限定されない。例えば、粉末混合または液相混合などの方法を用いてもよい。後者の液相混合としては、例えば、触媒成分コロイド液にカーボンなどの担体を分散させ、吸着させる方法などが挙げられる。また、必要に応じて活性酸素除去材を担体として、白金若しくは他の触媒金属を上記と同様の方法で担持することができる。白金などの触媒金属の担体への担持状態は、特に限定されない。例えば、触媒金属を微粒子化し、高分散で担体に担持してもよい。

カソードガス拡散層２Ｃは、カソード触媒層３Ｃに設けられている。カソードガス拡散層２Ｃとしては、例えば、高弾性の黒鉛化炭素繊維、またはチタン粉末焼結体の表面に白金メッキを施した多孔質体などで構成されていてもよく、ペーパー状にしたものを用いることができる。なお、前者の黒鉛化炭素繊維を用いる場合、炭素繊維を、例えば、2000℃以上で熱処理すると黒鉛結晶が発達し黒鉛繊維に変化する。また、カソードガス拡散層２Ｃは、例えば、複数の金属シートの積層体で構成されていてもよい。金属シートの積層体の具体的な構成は第２変形例で説明する。

アノードガス拡散層２Ａは、アノード触媒層３Ａに設けられている。アノードガス拡散層２Ａは、電気化学式水素ポンプ１６のカソードおよびアノード間の差圧による電解質膜４の押し付けに耐え得る程度の剛性が必要である。アノードガス拡散層２Ａは、本差圧による電解質膜４の押し付けに耐え得る程度の剛性があれば、どのような構成であってもよい。アノードガス拡散層２Ａは、例えば、複数の金属シートの積層体で構成され、その具体的な構成は後で説明する。

第１プレート１Ａ（セパレータ板）は、アノードガスが流れるガス流路１４Ａが設けられている。つまり、第１プレート１Ａは、アノードガス拡散層２Ａにアノードガスを供給するための部材である。具体的には、第１プレート１Ａは、平面視において、例えば、図示しないマニホルドに連通するサーペンタイン状のガス流路１４Ａが形成されており、このガス流路１４Ａの形成領域がアノードガス拡散層２Ａの主面に当接するように配されている。

なお、電解質膜４は、乾燥すると膜抵抗（ＩＲ損失）、水素がプロトンと電子に解離する際の反応抵抗（反応過電圧）が大きくなるだけでなく、破れ易くなる可能性があるので、アノードガスは、少なくとも水素ガスおよび水分子（水蒸気）を含む。アノードガスとして、例えば、水素含有の改質ガス、水電解法で生成される水素含有ガスなどを挙げることができる。

第２プレート１Ｃ（セパレータ板）は、カソードガスが流れるガス流路１４Ｃが設けられている。つまり、第２プレート１Ｃのガス流路１４Ｃには、カソードガス拡散層２Ｃからのカソードガスが流れている。具体的には、第２プレート１Ｃは、平面視において、例えば、図示しないマニホルドに連通するサーペンタイン状のガス流路１４Ｃが形成されており、このガス流路１４Ｃの形成領域がカソードガス拡散層２Ｃの主面に当接するように配されている。カソードガスとして、例えば、高純度の水素ガスなどを挙げることができる。

そして、ＭＥＡ１５の上下面をそれぞれ、第１プレート１Ａおよび第２プレート１Ｃで挟持することにより電気化学式水素ポンプ１６の単セルが構成されている。

電圧印加器１３は、カソード触媒層３Ｃおよびアノード触媒層３Ａの間に電圧を印加する。具体的には、電圧印加器１３の高電位側端子は、導電性の第１プレート１Ａに接続され、電圧印加器１３の低電位側端子が、導電性の第２プレート１Ｃに接続されている。電圧印加器１３は、カソード触媒層３Ｃおよびアノード触媒層３Ａの間に電圧を印加できれば、どのような構成であってもよい。

ここで、カソードガス拡散層２Ｃおよびアノードガス拡散層２Ａはそれぞれ、ＭＥＡ１５のカソードおよびアノードにおける給電体である。つまり、カソードガス拡散層２Ｃおよびアノードガス拡散層２Ａは、第１プレート１Ａおよび第２プレート１Ｃと、カソード触媒層３Ｃおよびアノード触媒層３Ａとの間を通電する役割を備える。

また、カソードガス拡散層２Ｃおよびアノードガス拡散層２Ａは、第１プレート１Ａのガス流路１４Ａおよび第２プレート１Ｃのガス流路１４Ｃと、カソード触媒層３Ｃおよびアノード触媒層３Ａとの間でガスを拡散させる役割も備える。例えば、第１プレート１Ａのガス流路１４Ａを流れるアノードガスは、アノードガス拡散層２Ａを通じてアノード触媒層３Ａの表面へと拡散する。

なお、必要に応じて、電気化学式水素ポンプ１６の単セルに冷却器などが設けられ、２セル以上に積層することで、複数の単セルからなるスタックを構成しても構わない。

図２に示すように、電気化学式水素ポンプ１６は、アノード室８とカソード室７とを備える。

アノード室８の内部は、アノード入口配管１１と連通するとともに、図示しない流体流路（例えば、配管、マニホールドなど）を介して第１プレート１Ａのガス流路１４Ａとも連通している。これにより、アノード入口配管１１を流れるアノードガスは、アノード室８内に流入した後、第１プレート１Ａのガス流路１４Ａへと供給される。

カソード室７の内部は、カソード出口配管１２と連通するとともに、図示しない流体流路（例えば、配管、マニホールドなど）を介して第２プレート１Ｃのガス流路１４Ｃとも連通している。これにより、ＭＥＡ１５を通過したカソードガス（水素ガス）は、第２プレート１Ｃのガス流路１４Ｃを流れて、カソード室７内に流入した後、カソード出口配管１２へと供給される。なお、カソード出口配管１２には、開閉弁９（例えば、電磁弁など）が設けられており、開閉弁９を適時に開閉することで、カソードガスが、高圧水素タンク１０内に貯えられる。そして、このようなカソードガスは、図示しない水素利用機器（例えば、燃料電池）の燃料などに使用される。

［アノードガス拡散層の構成］
図３は、第１実施形態の電気化学式水素ポンプのアノードガス拡散層の一例を示す図である。図３（ａ）には、アノードガス拡散層２Ａを斜視した図が示されている。図３（ｂ）には、アノードガス拡散層２Ａのガス拡散部５０の一部の領域１００を平面視した図が示されている。図３（ｃ）には、アノードガス拡散層２Ａのガス拡散部５０の領域１００内のＣ−Ｃ部の断面が、電解質膜４とともに示されている。

図３（ａ）に示すように、アノードガス拡散層２Ａは、複数の通気孔（図３（ａ）では図示せず）が設けられた、複数の金属シート２２の積層体２０を備える。なお、図３（ａ）では、複数の金属シート２２が分離状態で図示されているが、実際は、金属シート２２は積層されている。そして、例えば、金属シート２２が、溶接、溶着またはロウ付けなどで一体的に接合されていてもよい。この場合、積層状態の金属シート２２の主面は、拡散接合などにより面接合が行われていてもよい。

金属シート２２は、通気孔以外の部分は、ガス通気性を備えないように構成されている。例えば、金属シート２２は、厚みが数十μｍ〜数百μｍ程度（例えば、約１００μｍ程度）の金属鋼板であってもよいが、これに限定されない。この金属シート２２は、例えば、金属の鋳造および圧延を行うことで製造し得る。金属の鋳造および圧延の製法は公知であるので詳細な説明を省略する。

ここで、図３（ｂ）および図３（ｃ）に示すように、アノードガス拡散層２Ａにおいて、アノード触媒層３Ａに隣接する第１の金属シート２２Ｆの複数の通気孔２５Ｆの配設位置と第１の金属シート２２Ｆに隣接する第２の金属シート２２Ｓの複数の通気孔２５Ｓの配設位置とがずれている。また、第１の金属シート２２Ｆの通気孔２５Ｆの開口の一部は、第２の金属シート２２Ｓの通気孔２５Ｓの開口と重なっている。また、第１の金属シート２２Ｆの通気孔２５Ｆの開口の残りの部分は、第２の金属シート２２Ｓの通気孔２５Ｓが設けられていない領域により塞がれている。

第１の金属シート２２Ｆには、例えば、複数の通気孔２５Ｆが、縦および横に等間隔ピッチで形成されていてもよい。そして、通気孔２５Ｆの縦方向に隣接する通気孔２５Ｆの横方向の並びにおいて、通気孔２５Ｆの横方向の位置が、横方向に隣接する通気孔２５Ｆの間隔Ｌの１／２だけ、ずれていてもよい。通気孔２５Ｆの形状は、どのような形状でも構わない。通気孔２５Ｆは、例えば、直径が数十μｍ程度の丸孔であってもよい。第１の金属シート２２Ｆの材質として、例えば、ステンレスまたはチタンなどを用いることができるが、これに限定されない。

また、第２の金属シート２２Ｓには、複数の通気孔２５Ｓが、通気孔２５Ｆと同じ間隔のピッチで縦および横に形成されていてもよい。そして、通気孔２５Ｓの縦方向に隣接する通気孔２５Ｓの横方向の並びにおいては、通気孔２５Ｓの横方向の位置が、横方向に隣接する通気孔２５Ｓの間隔Ｌの１／２だけ、ずれていてもよい。通気孔２５Ｓの形状は、どのような形状でも構わない。通気孔２５Ｓは、例えば、直径が数十μｍ程度の丸孔であってもよい。通気孔２５Ｆの直径と通気孔２５Ｓの直径とが等しくてもよい。第２の金属シート２２Ｓの材質として、例えば、ステンレスまたはチタンなどを用いることができるが、これに限定されない。

本実施形態の電気化学式水素ポンプ１６では、以上の第１の金属シート２２Ｆと第２の金属シート２２Ｓとを積層する場合、第１の金属シート２２Ｆの通気孔２５Ｆの配設位置と第２の金属シート２２Ｓの通気孔２５Ｓの配設位置とが、第１の金属シート２２Ｆおよび第２の金属シート２２Ｓの主面と平行かつ横方向に、両者の通気孔２５Ｆおよび通気孔２５Ｓの一部が重なり合うようにずれている。

これにより、第１の金属シート２２Ｆの通気孔２５Ｆの開口と第２の金属シート２２Ｓの通気孔２５Ｓの開口が重なる部分２７Ａ（図３（ｂ）のドット部）が、平面視において、第１の金属シート２２Ｆおよび第２の金属シート２２Ｓの葉形状の通気空間として形成されている。

電気化学式水素ポンプ１６の運転中（動作中）は、カソードおよびアノード間の差圧によって、電解質膜４が第１の金属シート２２Ｆの通気孔２５Ｆ上で押圧されるので、電解質膜４は、図３（ｃ）に示すように、この通気孔２５Ｆで凹状に垂れる。しかし、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１６では、電解質膜４は、第２の金属シート２２Ｓの通気孔２５Ｓが設けられていない領域で保持されるとともに、第１の金属シート２２Ｆの厚みＹは電解質膜４の厚みＸよりも小さい。よって、第１の金属シート２２Ｆの通気孔２５Ｆにおける電解質膜４の垂れ込みが第１の金属シート２２Ｆの厚みＹにより規制され、この垂れ込み量は、電解質膜４の厚みＸよりも小さい。

なお、上記の重なる部分２７Ａは、通気孔２５Ｆおよび通気孔２５Ｓの一部が重なり合う通気空間として形成されていれば、どのような形状であってもよい。本例では、円形状の通気孔２５Ｆの一部および円形状の通気孔２５Ｓの一部が互いに重なり合うことで、平面視において、葉形状の通気空間が形成されているが、これに限らない。例えば、長円形状の通気孔の長手方向の端部同士が重なり合うことで、平面視において、円形状の通気空間が形成されていてもよい。

このような重なる部分２７Ａの大きさ（面積）の設定方法については実施例で説明する。また、第１の金属シート２２Ｆおよび第２の金属シート２２Ｓ以外の積層体２０の金属シート２２の構成については第２実施形態で説明する。

なお、以上の第１の金属シート２２Ｆの通気孔２５Ｆおよび第２の金属シート２２Ｓの通気孔２５Ｓの形状、配置および寸法などは例示であって、本例に限定されない。

［動作］
以下、実施形態の電気化学式水素ポンプの動作について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の動作の一部または全部は、図示しない制御器の制御プログラムにより行われても構わない。制御器は、制御機能を有するものであれば、どのような構成であっても構わない。制御器は、例えば、演算回路と、制御プログラムを記憶する記憶回路と、を備える。演算回路として、例えば、ＭＰＵ、ＣＰＵなどが例示される。記憶回路として、例えば、メモリが例示される。制御器は、集中制御を行う単独の制御器で構成されていてもよいし、互いに協働して分散制御を行う複数の制御器で構成されていてもよい。

まず、電圧印加器１３により、ＭＥＡ１５のアノードとカソードの間に電圧を印加する。

次に、アノード入口配管１１を通じて、アノードガスをアノード室８に供給すると、アノードガス中の水素は、アノード上で電子を遊離してプロトン（Ｈ^＋）となる（式（１））。遊離した電子は、電圧印加器１３を介してカソードへと移動する。

一方、プロトンは、水分子を同伴しながら電解質膜４内を透過し、カソードに触れる。カソードでは、電解質膜４を透過したプロトンと、カソードガス拡散層２Ｃからの電子とによる還元反応が行われ、カソードガス（水素ガス）が生成される（式（２））。

これにより、ＣＯ_２ガスなどの不純物を含むアノードガスから高効率にガスの純化が行われる。つまり、ＣＯ_２ガスなどの不純物は、ＭＥＡ１５において除去される。なお、アノードガスには、不純物としてＣＯガスを含有する場合がある。この場合、ＣＯガスは、アノード触媒層３Ａなどの触媒活性を低下させるので、ＣＯガスは、図示しないＣＯ除去器（例えば、変成器、ＣＯ選択酸化器など）で除去する方がよい。

そして、開閉弁９が閉止される場合、カソード室７内のカソードガスの圧力が上昇し、カソードのガス圧が高圧になる。具体的には、アノードのガス圧Ｐ１、カソードのガス圧Ｐ２および電圧印加器１３の電圧Ｅの関係は、以下の式（３）で定式化される。

アノード：Ｈ_２（低圧）→２Ｈ^＋＋２ｅ⁻ ・・・（１）
カソード：２Ｈ^＋＋２ｅ⁻→Ｈ_２（高圧） ・・・（２）
Ｅ＝（ＲＴ／２Ｆ）ｌｎ（Ｐ２／Ｐ１）＋ｉｒ・・・（３）
式（３）において、Ｒは気体定数（８.３１４５Ｊ／Ｋ・ｍｏｌ）、ＴはＭＥＡ１５の温度（Ｋ）、Ｆはファラデー定数（９６４８５Ｃ／ｍｏｌ）、Ｐ２はカソードのガス圧、Ｐ１はアノードのガス圧、ｉは電流密度（Ａ／ｃｍ^２）、ｒはセル抵抗（Ω・ｃｍ^２）である。

式（３）から、電圧印加器１３の電圧Ｅを上げることで、カソードのガス圧Ｐ２を上昇し得ることが容易に理解できる。

よって、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１６では、開閉弁９を閉止し、電圧印加器１３の電圧Ｅを上げることで、カソード室７内のカソードのガス圧を上昇させる。そして、カソードのガス圧が所定圧以上になると、開閉弁９を開けることで、カソード室７内のカソードガスが、カソード出口配管１２を通じて高圧水素タンク１０へ充填される。一方、カソード室７内のカソードのガス圧が所定圧力未満になると、開閉弁９を閉めることで、カソード室７と高圧水素タンク１０とが遮断される。このため、高圧水素タンク１０のカソードガスがカソード室７に逆流することが抑制される。

このようにして、電気化学式水素ポンプ１６により、カソードガス（水素ガス）が、所望の目標圧力に昇圧され、高圧水素タンク１０へ充填される。

そして、このとき、電気化学式水素ポンプ１６のカソードおよびアノード間の差圧が生じ、本差圧によって電解質膜４がアノードガス拡散層２Ａに押圧されるが、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１６は、上記の差圧によってアノードガス拡散層２Ａに押圧された電解質膜４が破断する可能性を従来よりも低減し得る。

具体的には、図３（ｂ）および図３（ｃ）に示すように、第１の金属シート２２Ｆの通気孔２５Ｆの配設位置と第２の金属シート２２Ｓの通気孔２５Ｓの配設位置とは、両者の通気孔２５Ｆおよび通気孔２５Ｓの一部が重なり合うようにずれているので、第１の金属シート２２Ｆに対して通気孔の微細加工を行わずに、第１の金属シート２２Ｆの通気孔２５Ｆにおける電解質膜４の垂れ込み量を低減できる。つまり、図３（ｃ）に示すように、電解質膜４が第１の金属シート２２Ｆの通気孔２５Ｆ上で押圧されても、第２の金属シート２２Ｓの通気孔２５Ｓが設けられていない領域で電解質膜４を保持することができるので、第１の金属シート２２Ｆの通気孔２５Ｆにおいて、電解質膜４が第２の金属シート２２Ｓを超えて垂れ込むことが適切に抑制される。これにより、電気化学式水素ポンプ１６のカソードおよびアノード間の差圧によって、第１の金属シート２２Ｆの通気孔２５Ｆ上で電解質膜４が押圧されても、この通気孔２５Ｆのエッジ部２５Ｅで電解質膜４が曲げられることを抑制できるので、電解質膜４が破断しにくくなる。

また、電解質膜４は、第２の金属シート２２Ｓの通気孔２５Ｓが設けられていない領域で保持されるとともに、第１の金属シート２２Ｆの厚みＹが電解質膜４の厚みＸよりも小さい。このため、第１の金属シート２２Ｆの通気孔２５Ｆにおける電解質膜４の垂れ込みが第１の金属シート２２Ｆの厚みＹにより規制され、この垂れ込み量は電解質膜４の厚みＸよりも小さい。よって、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１６は、両者の厚みが逆の場合に比べて、第１の金属シート２２Ｆの通気孔２５Ｆにおける電解質膜４の垂れ込み量を低減できる。これにより、電気化学式水素ポンプ１６のカソードおよびアノード間の差圧によって、第１の金属シート２２Ｆの通気孔２５Ｆ上で電解質膜４が押圧されても、この通気孔２５Ｆのエッジ部２５Ｅで電解質膜４が曲げられることを更に効果的に抑制できる。

（実施例）
第１実施形態の実施例の電気化学式水素ポンプ１６は、第１の態様または第２の態様の電気化学式水素ポンプ１６において、第１の金属シート２２Ｆの通気孔２５Ｆの開口と第２の金属シート２２Ｓの通気孔２５Ｓの開口が重なる部分２７Ａの面積は、８×円周率×（電解質膜４の引張り強度）×（電解質膜４の膜厚）^２／（３×（電解質膜４の理論破断圧力）×（３＋電解質膜４のポアソン比））よりも小さい。

一般的に、電解質膜を円形状の開口が形成された適宜の部材に載せ、適宜の圧力を付与した場合、以下の式（４）が成り立つことが知られている。

ｐ＝８×γ×（２×ｈ／ｄ）^２／（３×（３＋ｖ））・・・式（４）
式（４）において、ｐは電解質膜の理論破断圧力であり、γは電解質膜の引張り強度であり、ｈは電解質膜の膜厚であり、ｄは円形開口の直径であり、ｖは電解質膜のポアソン比である。

ここで、発明者らは、第１の金属シート２２Ｆの通気孔２５Ｆの開口と第２の金属シート２２Ｓの通気孔２５Ｓの開口が重なる部分２７Ａ（葉形状の通気空間）の長径Ｄ（図３（ｂ）参照）を、式（４）の直径ｄと仮定しても、この式（４）の関係が近似的には成立し得ると判断した。

この場合、第１の金属シート２２Ｆの通気孔２５Ｆの開口と第２の金属シート２２Ｓの通気孔２５Ｓの開口が重なる部分２７Ａの長径Ｄが、式（４）により、（３２×（電解質膜４の引張り強度）×（電解質膜４の膜厚）^２／（３×（電解質膜４の理論破断圧力）×（３＋電解質膜４のポアソン比）））^１／２よりも小さい場合、電解質膜４の理論破断圧力において、電解質膜４が破断することを適切に抑制できる。また、第１の金属シート２２Ｆの通気孔２５Ｆの開口と第２の金属シート２２Ｓの通気孔２５Ｓの開口が重なる部分２７Ａの面積（つまり、円周率×（Ｄ／２）^２）が、式（４）より、８×円周率×（電解質膜４の引張り強度）×（電解質膜４の膜厚）^２／（３×（電解質膜４の理論破断圧力）×（３＋電解質膜４のポアソン比））よりも小さい場合、電解質膜４の理論破断圧力において、電解質膜４が破断することを適切に抑制できる。なお、以上の開口が重なる部分２７Ａの長径Ｄおよび面積を導出する際には、電解質膜４の理論破断圧力を、別途、実験などで求めておくとよい。

以上により、本実施例の電気化学式水素ポンプ１６では、第１の金属シート２２Ｆの通気孔２５Ｆの開口と第２の金属シート２２Ｓの通気孔２５Ｓの開口が重なる部分２７Ａの面積を適切に設定することができる。

本実施例の電気化学式水素ポンプ１６は、上記特徴以外は、第１実施形態の電気化学式水素ポンプ１６と同様であってもよい。

（第１変形例）
図４は、第１実施形態の第１変形例の電気化学式水素ポンプのアノードガス拡散層の一例を平面視した図である。図４には、アノードガス拡散層２Ａのガス拡散部５０（図３（ａ）参照）の一部の領域を平面視した図が示されている。

第１実施形態の電気化学式水素ポンプ１６では、第１の金属シート２２Ｆの通気孔２５Ｆと第２の金属シート２２Ｓの通気孔２５Ｓとが同一形状である場合について説明した。

本変形例の電気化学式水素ポンプ１６では、第１の金属シート２２Ｆの通気孔１２５Ｆと第２の金属シート２２Ｓの通気孔１２５Ｓとが相似形である場合について説明する。

図４に示す例では、第１の金属シート２２Ｆの円形状の通気孔１２５Ｆの直径が、第２の金属シート２２Ｓの円形状の通気孔１２５Ｓの直径よりも大きい。本例では、第１の金属シート２２Ｆの通気孔１２５Ｆの周囲の３箇所において、この通気孔１２５Ｆの開口の一部が、第２の金属シート２２Ｓの３個の通気孔１２５Ｓの開口のそれぞれの一部と重なり合っている。これにより、１個の通気孔１２５Ｆの開口と３個の通気孔１２５Ｓの開口が重なる第１部分１２７ＡＡ、第２部分１２７ＡＢおよび第３部分１２７ＡＣ（図４のドット部）が、第１の金属シート２２Ｆの通気孔１２５Ｆの周囲に、ほぼ等間隔だけ隔てて形成されている。

本変形例の電気化学式水素ポンプ１６は、上記特徴以外は、第１実施形態または第１実施形態の実施例の電気化学式水素ポンプ１６と同様であってもよい。例えば、上記の第１部分１２７ＡＡ、第２部分１２７ＡＢおよび第３部分１２７ＡＣのそれぞれの面積は、第１実施形態の実施例に記載の設定方法に基づいて導出してもよい。

（第２変形例）
図５は、第１実施形態の第２変形例の電気化学式水素ポンプのカソードガス拡散層の一例を示す図である。図５（ａ）には、カソードガス拡散層２Ｃを斜視した図が示されている。図５（ｂ）には、カソードガス拡散層２Ｃのガス拡散部５０の一部の領域１００を平面視した図が示されている。図５（ｃ）には、カソードガス拡散層２Ｃのガス拡散部５０の領域１００内のＣ−Ｃ部の断面が示されている。

本変形例の電気化学式水素ポンプ１６は、第１実施形態、第１実施形態の実施例および第１実施形態の第１変形例のいずれかの電気化学式水素ポンプ１６において、カソードガス拡散層２Ｃは、複数の通気孔が設けられた、複数の金属シート２２の積層体２０を備え、カソードガス拡散層２Ｃにおいて、カソード触媒層３Ｃに隣接する第３の金属シート２２Ｇの複数の通気孔２５Ｇの開口の少なくとも一部が、第３の金属シート２２Ｇに隣接する第４の金属シート２２Ｈの複数の通気孔２５Ｈが設けられていない領域により塞がれている面積の総計は、アノードガス拡散層２Ａにおいて、第１の金属シート２２Ｆの複数の通気孔２５Ｆの開口が、第２の金属シート２２Ｓの複数の通気孔２５Ｓが設けられていない領域により塞がれている面積の総計に比べ小さい。

カソードガス拡散層２Ｃの金属シート２２の詳細な構成は、アノードガス拡散層２Ａの金属シート２２の構成と同様であるので説明を省略する。また、カソードガス拡散層２Ｃの第３の金属シート２２Ｇおよび第４の金属シート２２Ｈの構成はそれぞれ、第３の金属シート２２Ｇと第４の金属シート２２Ｈとが積層した状態以外は、アノードガス拡散層２Ａの第１の金属シート２２Ｆおよび第２の金属シート２２Ｓの構成と同様であるので説明を省略する。

本変形例の電気化学式水素ポンプ１６では、第３の金属シート２２Ｇと第４の金属シート２２Ｈとを積層する場合、第３の金属シート２２Ｇの通気孔２５Ｇの配設位置と第４の金属シート２２Ｈの通気孔２５Ｈの配設位置とが、第３の金属シート２２Ｇおよび第４の金属シート２２Ｈの主面と平行かつ横方向に、両者の通気孔２５Ｇおよび通気孔２５Ｈの一部が重なり合うようにずれている。

これにより、第３の金属シート２２Ｇの通気孔２５Ｇの開口と第４の金属シート２２Ｈの通気孔２５Ｈの開口が重なる部分２７Ｃ（図５（ｂ）のドット部）が、平面視において、第３の金属シート２２Ｇおよび第４の金属シート２２Ｈの楕円状の通気空間として形成されている。

そして、以上の開口が重なる部分２７Ｃの大きさ（面積）は、アノードガス拡散層２Ａにおいて、第１の金属シート２２Ｆの通気孔２５Ｆの開口と第２の金属シート２２Ｓの通気孔２５Ｓの開口が重なる部分２７Ａ（図３（ｂ）のドット部）の面積よりも大きい。つまり、上記のとおり、第３の金属シート２２Ｇの通気孔２５Ｇの開口の少なくとも一部が、第４の金属シート２２Ｈの通気孔２５Ｈが設けられていない領域により塞がれている面積の総計は、アノードガス拡散層２Ａにおいて、第１の金属シート２２Ｆの通気孔２５Ｆの開口が、第２の金属シート２２Ｓの通気孔２５Ｓが設けられていない領域により塞がれている面積の総計に比べ小さい。

なお、上記の重なる部分２７Ｃは、通気孔２５Ｇおよび通気孔２５Ｈが重なり合う通気空間として形成されていれば、どのような形状であってもよい。本例では、円形状の通気孔２５Ｇの一部および円形状の通気孔２５Ｈの一部が互いに重なり合うことで、平面視において、楕円状の通気空間が形成されているが、これに限らない。例えば、円形状の通気孔２５Ｇと円形状の通気孔２５Ｈとが完全に重なり合うことによって、平面視において、円形状の通気空間が形成されていてもよい。

図６に示す例では、第３の金属シート２２Ｇの円形状の通気孔１２５Ｇの直径が、第４の金属シート２２Ｈの円形状の通気孔１２５Ｈの直径よりも大きい。本例では、第３の金属シート２２Ｇの通気孔１２５Ｇの周囲の３箇所において、この通気孔１２５Ｇの開口の一部が、第４の金属シート２２Ｈの３個の通気孔１２５Ｈの開口のそれぞれの一部と重なり合っている。これにより、１個の通気孔１２５Ｇの開口と３個の通気孔１２５Ｈの開口が重なる第１部分１２７ＣＡ、第２部分１２７ＣＢおよび第３部分１２７ＣＣ（図６のドット部）が、第３の金属シート２２Ｇの通気孔１２５Ｇの周囲に、ほぼ等間隔だけ隔てて形成されている。

そして、以上の開口が重なる第１部分１２７ＣＡ、第２部分１２７ＣＢおよび第３部分１２７ＣＣの大きさ（面積）はそれぞれ、アノードガス拡散層２Ａにおいて、第１の金属シート２２Ｆの１個の通気孔１２５Ｆの開口と第２の金属シート２２Ｓの３個の通気孔１２５Ｓの開口が重なる第１部分１２７ＡＡ、第２部分１２７ＡＢおよび第３部分１２７ＡＣ（図４のドット部）のそれぞれの面積よりも大きい。つまり、上記のとおり、第３の金属シート２２Ｇの通気孔１２５Ｇの開口の少なくとも一部が、第４の金属シート２２Ｈの通気孔１２５Ｈが設けられていない領域により塞がれている面積の総計は、アノードガス拡散層２Ａにおいて、第１の金属シート２２Ｆの通気孔１２５Ｆの開口が、第２の金属シート２２Ｓの通気孔１２５Ｓが設けられていない領域により塞がれている面積の総計に比べ小さい。

以上により、本変形例の電気化学式水素ポンプ１６は、カソードガス拡散層２Ｃをアノードガス拡散層２Ａと同様に構成する場合に比べ、カソードガス拡散層２Ｃのガス拡散性の低下を軽減できる。具体的には、第３の金属シート２２Ｇの複数の通気孔２５Ｇ、１２５Ｇが塞がれているとカソードガス拡散層２Ｃのガス拡散性が低下する。ここで、カソードガス拡散層２Ｃは、アノードガス拡散層２Ａに比べ、電気化学式水素ポンプ１６のカソードおよびアノード間の差圧による変形を受けにくい。このため、カソードガス拡散層２Ｃにおける通気孔２５Ｇ、１２５Ｇの開口が、通気孔２５Ｈ、１２５Ｈが設けられていない領域により塞がれている面積の総計を、アノードガス拡散層２Ａにおける通気孔２５Ｆ、１２５Ｆの開口が、通気孔２５Ｓ、１２５Ｓが設けられていない領域により塞がれている面積の総計よりも小さくすることにより、カソードガス拡散層２Ｃのガス拡散性の低下が軽減する。

なお、以上の第３の金属シート２２Ｇの通気孔２５Ｇ、１２５Ｇおよび第４の金属シート２２Ｈの通気孔２５Ｈ、１２５Ｈの形状および配置などは例示であって、本例に限定されない。

本変形例の電気化学式水素ポンプ１６は、上記特徴以外は、第１実施形態、第１実施形態の実施例および第１実施形態の第１変形例のいずれかの電気化学式水素ポンプ１６と同様であってもよい。

（第３変形例）
本変形例の電気化学式水素ポンプ１６は、第１実施形態、第１実施形態の実施例および第１実施形態の第１変形例のいずれかの電気化学式水素ポンプ１６において、カソードガス拡散層２Ｃは、複数の通気孔が設けられた、複数の金属シート２２の積層体２０を備え、カソードガス拡散層２Ｃにおいて、カソード触媒層３Ｃに隣接する第３の金属シート２２Ｇの複数の通気孔２５Ｇのうち、その開口の少なくとも一部が、第３の金属シート２２Ｇに隣接する第４の金属シート２２Ｈの複数の通気孔２５Ｈが設けられていない領域により塞がれている、第３の金属シート２２Ｇの通気孔２５Ｇの数は、アノードガス拡散層２Ａにおいて、第１の金属シート２２Ｆの通気孔２５Ｆのうち、その開口の少なくとも一部が、第２の金属シート２２Ｓの複数の通気孔２５Ｓが設けられていない領域により塞がれている、第１の金属シート２２Ｆの通気孔２５Ｆの数に比べ少ない。

カソードガス拡散層２Ｃの金属シート２２の詳細な構成は、アノードガス拡散層２Ａの金属シート２２の構成と同様であるので説明を省略する。また、カソードガス拡散層２Ｃの第３の金属シート２２Ｇおよび第４の金属シート２２Ｈの構成はそれぞれ、第３の金属シート２２Ｇと第４の金属シート２２Ｈとが積層した状態以外は、アノードガス拡散層２Ａの第１の金属シート２２Ｆおよび第２の金属シート２２Ｓの構成と同様であるので説明を省略する。

図示を省略するが、例えば、同一形状（例えば、直径が等しい円形状）の通気孔２５Ｇと通気孔２５Ｈとが完全に重なり合う数が多い程、複数の通気孔２５Ｇのうち、その開口の少なくとも一部が、通気孔２５Ｈが設けられていない領域により塞がれている、通気孔２５Ｇの数は少なくなる。

よって、本変形例の電気化学式水素ポンプ１６では、第３の金属シート２２Ｇと第４の金属シート２２Ｈとを積層する場合、通気孔２５Ｇと通気孔２５Ｈとの間での完全な重なりが、ガス拡散部５０の少なくとも一部の領域において存在するように構成されている。これにより、第３の金属シート２２Ｇの通気孔２５Ｇが塞がれることが適切に抑制される。

以上により、本変形例の電気化学式水素ポンプ１６は、カソードガス拡散層２Ｃをアノードガス拡散層２Ａと同様に構成する場合に比べ、カソードガス拡散層２Ｃのガス拡散性の低下を軽減できる。具体的には、カソードガス拡散層２Ｃの第３の金属シート２２Ｇの複数の通気孔２５Ｇが塞がれているとカソードガス拡散層２Ｃのガス拡散性が低下する。ここで、カソードガス拡散層２Ｃは、アノードガス拡散層２Ａに比べ、電気化学式水素ポンプ１６のカソードおよびアノード間の差圧による変形を受けにくい。このため、カソードガス拡散層２Ｃにおける複数の通気孔２５Ｇのうち、その開口の少なくとも一部が、複数の通気孔２５Ｈが設けられていない領域により塞がれている通気孔２５Ｇの数を、アノードガス拡散層２Ａにおける複数の通気孔２５Ｆのうち、その開口の少なくとも一部が、複数の通気孔２５Ｓが設けられていない領域により塞がれている通気孔２５Ｆの数に比べ少なくすることにより、カソードガス拡散層２Ｃのガス拡散性の低下が軽減する。

なお、以上の第３の金属シート２２Ｇの通気孔２５Ｇおよび第４の金属シート２２Ｈの通気孔２５Ｈの形状および配置などは例示であって、本例に限定されない。

本変形例の電気化学式水素ポンプ１６は、上記特徴以外は、第１実施形態、第１実施形態の実施例および第１実施形態の第１変形例のいずれかの電気化学式水素ポンプ１６と同様であってもよい。

（第２実施形態）
［装置構成］
図７Ａおよび図７Ｂは、第２実施形態の電気化学式水素ポンプのアノードガス拡散層の一例を断面視した図である。図７Ａおよび図７Ｂには、アノードガス拡散層２Ａの積層体２０の一部の断面が示されている。なお、アノード触媒層３Ａに隣接する積層体２０の部分には、上記のとおり、第１の金属シート２２Ｆおよび第２の金属シート２２Ｓが設けられているが、図７Ａおよび図７Ｂでは、これらの第１の金属シート２２Ｆおよび第２の金属シート２２Ｓの図示を省略している。

図８Ａ、図８Ｂおよび図８Ｃは、アノードガス拡散層の積層体の金属シートの一例を平面視した図である。

本実施形態の電気化学式水素ポンプ１６は、第１実施形態、第１実施形態の実施例および第１実施形態の第１変形例−第３変形例のいずれかの電気化学式水素ポンプ１６において、複数の金属シート２２のうち、少なくとも１つの金属シート２２は、貫通孔２１同士を連絡する連絡路２３を備える。

具体的には、図７Ａおよび図７Ｂに示すように、積層体２０は、ガスが通過する、複数の貫通孔２１を有する金属シート２２を備える。また、積層体２０の複数の金属シート２２のうち、少なくとも１つの金属シート２２は、貫通孔２１同士を連絡する連絡路２３を備える。

積層体２０は、複数の貫通孔２１を有する金属シート２２を備え、少なくとも１つの金属シート２２が、貫通孔２１同士を連絡する連絡路２３を備えていれば、どのような構成であってもよい。

図７Ａに示す例では、積層体２０を貫通する方向に延伸するガス流路（以下、基準ガス流路）を構成する貫通孔２１および連絡路２３の両端部と、基準ガス流路から枝分かれし、隣の基準ガス流路に至るように積層体２０の主面と平行な方向に延伸するガス流路を構成する連絡路２３とが、積層体２０に設けられている。これにより、連絡路２３は、連絡路２３が設けられた金属シート２２に隣り合う、金属シート２２の貫通孔２１同士を連絡する。

図７Ｂに示す例では、階段状に延伸するガス流路（以下、階段状ガス流路）のうちの積層体２０を貫通する方向に延伸する貫通路を構成する貫通孔２１と、階段状ガス流路のうち貫通路同士を連絡する連絡路２３とが、積層体２０に設けられている。これにより、連絡路２３は、連絡路２３が設けられた金属シート２２に隣り合う、金属シート２２の貫通孔２１同士を連絡する。

積層体２０を平面視した場合、例えば、図８Ａに示すように、積層体２０の金属シート２２Ａに、複数の貫通孔２１Ａが、縦および横に等間隔ピッチでマトリクス状（格子状）に形成されていてもよい。貫通孔２１Ａの形状は、どのような形状でも構わない。貫通孔２１Ａは、例えば、直径が数十μｍ程度の丸孔であってもよい。金属シート２２Ａの材質として、例えば、ステンレスまたはチタンなどを用いることができるが、これに限定されない。なお、図８Ａの金属シート２２Ａは、上記の連絡路を備えていない。

また、図８Ｂに示すように、積層体２０の金属シート２２Ｂに、複数の貫通孔２１Ｂが、縦および横に等間隔ピッチで形成されていてもよい。貫通孔２１Ｂの形状は、どのような形状でも構わない。貫通孔２１Ｂは、例えば、直径が数十μｍ程度の丸孔であってもよい。金属シート２２Ｂの材質として、例えば、ステンレスまたはチタンなどを用いることができるが、これに限定されない。

図８Ｂに示す例では、隣接する貫通孔２１Ｂの中心が結ばれると、二点鎖線で示す菱形Ｓとなるように、貫通孔２１Ｂが縦および横に配列されている。本例では、連絡路２３Ｂは、隣り合う菱形Ｓのそれぞれの中心ＰＢを斜めに結ぶ開口となるように形成されている。また、連絡路２３Ｂは、貫通孔２１Ｂ同士が連絡路２３Ｂを横断せずに結ばれる第１方向と平行な方向に延伸しているとも言える。また、連絡路２３Ｂは、第１方向と異なる方向で隣り合う貫通孔２１Ｂ同士のうち離間距離のより長い隣り合う貫通孔２１Ｂ同士（縦方向および横方向に隣り合う貫通孔２１Ｂ同士）を結ぶ直線の中点（ＰＢ）を結ぶ開口となるように形成されているとも言える。そして、例えば、金属シート２２Ｂと金属シート２２Ａとを積層する場合、貫通孔２１Ａと貫通孔２１Ｂとが重なり合うとともに、貫通孔２１Ａと連絡路２３Ｂの両端部とが重なり合うように、貫通孔２１Ｂおよび連絡路２３Ｂが配列されている。よって、この場合、連絡路２３Ｂは、貫通孔２１Ａ同士を連絡することができる。

連絡路２３Ｂは、どのような形状でも構わない。例えば、貫通孔２１Ｂが、直径が数十μｍ程度の丸孔である場合、連絡路２３Ｂは、幅が数十μｍ程度のスリットであってもよい。

また、図８Ｃに示すように、積層体２０の金属シート２２Ｃに、複数の貫通孔２１Ｃが形成されていてもよい。貫通孔２１Ｃの形状は、どのような形状でも構わない。貫通孔２１Ｃは、例えば、直径が数十μｍ程度の丸孔であってもよい。金属シート２２Ｃの材質として、例えば、ステンレスまたはチタンなどを用いることができるが、これに限定されない。

図８Ｃに示す例では、連絡路２３Ｃを横断せずに、隣接する貫通孔２１Ｃの中心が結ばれると、二点鎖線で示す傾斜直線Ｌとなるように、貫通孔２１Ｃが縦および横に配列されている。本例では、連絡路２３Ｃは、横方向に隣り合う貫通孔２１Ｃ同士を結ぶ直線を三等分した場合の２つの中間点ＰＣを横に結ぶ開口となるように形成されている。そして、例えば、金属シート２２Ａと金属シート２２Ｃと積層する場合、貫通孔２１Ａと貫通孔２１Ｃとが重なり合うとともに、貫通孔２１Ａと連絡路２３Ｃの両端部とが重なり合うように、貫通孔２１Ｃおよび連絡路２３Ｃが配列されている。よって、この場合、連絡路２３Ｃは、貫通孔２１Ａ同士を連絡することができる。

連絡路２３Ｃは、どのような形状でも構わない。例えば、貫通孔２１Ｃが、直径が数十μｍ程度の丸孔である場合、連絡路２３Ｃは、幅が数十μｍ程度のスリットであってもよい。

以上により、アノードガス拡散層２Ａの積層体２０は、従来に比べアノードガスを均一に拡散し得る。つまり、積層体２０が連絡路２３を備えることで、積層体２０内を通過するアノードガスを一方向だけではなく、任意の方向に送ることができる。すると、連絡路２３の配置パターンが異なる金属シート２２を積層体２０に積層させることで、積層体２０内のアノードガスの流れの向きを任意に設定できる。これにより、アノードガス拡散層２Ａのガス拡散性が向上する。

なお、連絡路２３の配置パターンが異なる金属シート２２の組合せはどのようなものであってもよい。例えば、金属シート２２Ｃとは配置パターンが異なる金属シートは、連絡路２３Ｃの位置が横にずれた金属シートでもよいし、金属シート２２Ｂでもよい。

また、例えば、図示しない流路部材のガス流路を通じてアノードガス拡散層２Ａの積層体２０の貫通孔２１にアノードガスを流入させる構成を取る場合、この積層体２０が上記の連絡路を備えないと、流路部材のガス流路が設けられていない部分の垂直線上に位置するアノードガス拡散層２Ａの積層体２０の貫通孔２１にはアノードガスが流れずに、アノードガス拡散層２Ａのガス拡散が不均一化する恐れがある。しかし、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１６のアノードガス拡散層２Ａでは、上記の連絡路２３を介して、このようなアノードガス拡散層２Ａの積層体２０の貫通孔２１にもアノードガスを流すことができるので、アノードガス拡散層２Ａのガス拡散が不均一化することを抑制できる。

以上により、アノードガス拡散層２Ａのガス拡散性が向上するので、電気化学式水素ポンプ１６の反応過電圧の増加を抑制できる。つまり、アノードガス中の水素がプロトンと電子に解離する際の反応抵抗（反応過電圧）の増大、すなわち、電気化学式水素ポンプ１６の水素圧縮運転に必要な消費電力の増加が従来よりも抑制される。

また、アノードガス拡散層２Ａの積層体２０の金属シート２２は連絡路２３の数が少ない程、アノード触媒層３Ａと金属シート２２との間の接触面積が増える。ここで、図４に示すように、アノード触媒層３Ａに隣接する第１の金属シート２２Ｆは、このような連絡路を備えないので、第１の金属シート２２Ｆとアノード触媒層３Ａとの間の接触面積は、アノード触媒層３Ａが、連絡路を備える金属シートに隣接する場合に比べ増える。よって、第１の金属シート２２Ｆとアノード触媒層３Ａとの間の拡散抵抗を適切に低減できる。

また、アノードガス拡散層２Ａの積層体２０の金属シート２２の連絡路の数が多くなる場合、この金属シート２２の面内の流体抵抗のバラツキが増大する傾向がある。例えば、連絡路が多い領域とそうでない領域とが、金属シート２２の面内に混在する場合、連絡路２３の方が貫通孔２１よりも開口面積が大きいため、前者の領域が後者の領域に比べ流体抵抗が低くなる。すると、前者の領域が後者の領域よりもガスが流れやすくなる。このため、仮に連絡路２３の数が多い金属シート２２がアノード触媒層３Ａと接触する場合、アノードガス拡散層２Ａからアノード触媒層３Ａの全域にガスを万遍なく供給することが阻害される可能性がある。しかし、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１６のアノードガス拡散層２Ａでは、このような連絡路を備えない第１の金属シート２２Ｆがアノード触媒層３Ａと接触することで、このような可能性が低減される。

なお、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１６は、上記特徴以外は、第１実施形態、第１実施形態の実施例および第１実施形態の第１変形例−第３変形例のいずれかの電気化学式水素ポンプ１６と同様であってもよい。

また、以上の貫通孔２１および連絡路２３の形状および寸法は例示であって、本例に限定されない。

（第１実施例）
図９は、第２実施形態の第１実施例の電気化学式水素ポンプのアノードガス拡散層の一例を断面視した図である。図９には、アノードガス拡散層２Ａの積層体２０の一部の断面が示されている。なお、アノード触媒層３Ａに隣接する積層体２０の部分には、上記のとおり、第１の金属シート２２Ｆおよび第２の金属シート２２Ｓが設けられているが、図９では、これらの第１の金属シート２２Ｆおよび第２の金属シート２２Ｓの図示を省略している。

本実施例の電気化学式水素ポンプ１６は、第２実施形態の電気化学式水素ポンプ１６において、連絡路２３は、連絡路２３が設けられた金属シート２２に隣り合う同一の金属シート２２Ｄに設けられた貫通孔２１ＬＤおよび貫通孔２１ＲＤ同士を連絡する。つまり、連絡路２３は、連絡路２３が設けられた金属シート２２の下方の同一の金属シート２２Ｄに存在する左の貫通孔２１ＬＤと右の貫通孔２１ＲＤとを連絡している。なお、貫通孔２１ＬＤと貫通孔２１ＲＤとは、連絡路２３の長さ分、積層体２０の主面と平行な方向に偏倚している。

また、図９に示すように、連絡路２３が設けられた金属シート２２の上方の金属シート２２Ｕが、貫通孔２１ＬＤの直上の貫通孔２１Ｕを備えてもよい。この場合、連絡路２３は、貫通孔２１Ｕと貫通孔２１ＲＤとを連絡する。なお、連絡路２３が設けられた金属シート２２の上方の金属シート２２Ｕが、貫通孔２１ＲＤの直上の貫通孔（図示せず）を備えてもよい。この場合、連絡路２３は、上記の直上の貫通孔と貫通孔２１ＬＤとを連絡する。

アノードガス拡散層２Ａの積層体２０が、上記の連絡路２３を備えることで、積層体２０内を通過するアノードガスを、積層体２０を貫通する方向だけではなく、積層体２０の主面と平行な方向にも送ることができる。よって、アノードガス拡散層２Ａのガス拡散性が向上する。

本実施例の電気化学式水素ポンプ１６は、上記特徴以外は、第２実施形態の電気化学式水素ポンプ１６と同様であってもよい。

（第２実施例）
図１０は、第２実施形態の第２実施例の電気化学式水素ポンプのアノードガス拡散層の一例を断面視した図である。図１０には、アノードガス拡散層２Ａの積層体２０の一部の断面が示されている。なお、アノード触媒層３Ａに隣接する積層体２０の部分には、上記のとおり、第１の金属シート２２Ｆおよび第２の金属シート２２Ｓが設けられているが、図１０では、これらの第１の金属シート２２Ｆおよび第２の金属シート２２Ｓの図示を省略している。

本実施例の電気化学式水素ポンプ１６は、第２実施形態または第２実施形態の第１実施例の電気化学式水素ポンプ１６において、連絡路２３は、連絡路２３が設けられた金属シート２２に隣り合う、異なる金属シート２２Ｕおよび金属シート２２Ｄに設けられた貫通孔２１Ｕおよび貫通孔２１Ｄ同士を連絡する。つまり、連絡路２３は、連絡路２３が設けられた金属シート２２の上方の金属シート２２Ｕの貫通孔２１Ｕと下方の金属シート２２Ｄの貫通孔２１Ｕとを連絡している。なお、貫通孔２１Ｕと貫通孔２１Ｄとは、連絡路２３の長さ分、積層体２０の主面と平行な方向に偏倚している。

アノードガス拡散層２Ａの積層体２０が、上記の連絡路２３を備えることで、積層体２０内を通過するガスを、積層体２０を貫通する方向だけではなく、積層体２０の主面と平行な方向にも送ることができる。よって、アノードガス拡散層２Ａのガス拡散性が向上する。

本実施例の電気化学式水素ポンプ１６は、上記特徴以外は、第２実施形態または第２実施形態の第１実施例の電気化学式水素ポンプ１６と同様であってもよい。

（変形例）
図１１は、第２実施形態の変形例の電気化学式水素ポンプのアノードガス拡散層の一例を断面視した図である。図１１には、アノードガス拡散層２Ａの積層体２０の一部の断面が示されている。なお、アノード触媒層３Ａに隣接する積層体２０の部分には、上記のとおり、第１の金属シート２２Ｆおよび第２の金属シート２２Ｓが設けられているが、図１１では、これらの第１の金属シート２２Ｆおよび第２の金属シート２２Ｓの図示を省略している。

本変形例の電気化学式水素ポンプ１６は、第１の態様−第２の態様、第１実施形態の実施例、第１実施形態の第１変形例−第３変形例、第２実施形態および第２実施形態の第１実施例−第２実施例のいずれかの電気化学式水素ポンプ１６において、アノードガス拡散層２Ａの積層体２０は、ガスを拡散させる金属焼結体の金属シート２２２を含む。

金属焼結体の金属シート２２２は、例えば、金属粉を焼結することで得られ、骨格部５４および複数の空孔部５３からなる多孔質化された構成を備える。空孔部５３は、直径が数十μｍ程度（例えば、約５０μｍ程度）の空間であって互いに連通している。これにより、アノードガスが、金属シート２２２をその厚み方向に通過するとき、アノードガスを拡散することができる。なお、金属シート２２２は、平滑に表面処理されている。

以上により、本変形例の電気化学式水素ポンプ１６は、アノードガス拡散層２Ａの積層体２０が金属焼結体の金属シート２２２を備えることで、積層体２０が、金属焼結体の金属シートを備えずに、通気孔が設けられた複数の金属鋼板で構成される場合に比べて、アノードガス拡散層２Ａに必要なガス通気性およびガス拡散性を確保しやすくなる。

本変形例の電気化学式水素ポンプ１６は、上記特徴以外は、第１実施形態、第１実施形態の実施例、第１実施形態の第１変形例−第３変形例、第２実施形態および第２実施形態の第１実施例−第２実施例のいずれかの電気化学式水素ポンプ１６と同様であってもよい。

なお、第１実施形態、第１実施形態の実施例、第１実施形態の第１変形例−第３変形例、第２実施形態、第２実施形態の第１実施例−第２実施例および第２実施形態の変形例は、互いに相手を排除しない限り、互いに組み合わせても構わない。

また、上記説明から、当業者にとっては、本開示の多くの改良および他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本開示を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本開示の精神を逸脱することなく、その構造および／または機能の詳細を実質的に変更できる。

本開示の一態様は、カソードおよびアノード間の差圧によってアノードガス拡散層に押圧された電解質膜が破断する可能性を従来よりも低減し得る電気化学式水素ポンプに利用できる。

１Ａ ：第１プレート
１Ｃ ：第２プレート
２Ａ ：アノードガス拡散層
２Ｃ ：カソードガス拡散層
３Ａ ：アノード触媒層
３Ｃ ：カソード触媒層
４ ：電解質膜
７ ：カソード室
８ ：アノード室
９ ：開閉弁
１０ ：高圧水素タンク
１１ ：アノード入口配管
１２ ：カソード出口配管
１３ ：電圧印加器
１４Ａ ：ガス流路
１４Ｃ ：ガス流路
１５ ：膜電極接合体（ＭＥＡ）
１６ ：電気化学式水素ポンプ
２０ ：積層体
２１ ：貫通孔
２１Ａ ：貫通孔
２１Ｂ ：貫通孔
２１Ｃ ：貫通孔
２１Ｄ ：貫通孔
２１ＬＤ ：貫通孔
２１ＲＤ ：貫通孔
２１Ｕ ：貫通孔
２２ ：金属シート
２２Ａ ：金属シート
２２Ｂ ：金属シート
２２Ｃ ：金属シート
２２Ｄ ：金属シート
２２Ｆ ：第１の金属シート
２２Ｓ ：第２の金属シート
２２Ｇ ：第３の金属シート
２２Ｈ ：第４の金属シート
２２Ｕ ：金属シート
２３ ：連絡路
２３Ｂ ：連絡路
２３Ｃ ：連絡路
２５Ｅ ：エッジ部
２５Ｆ ：通気孔
２５Ｓ ：通気孔
２５Ｇ ：通気孔
２５Ｈ ：通気孔
２７Ａ ：開口が重なる部分
２７Ｃ ：開口が重なる部分
５０ ：ガス拡散部
５３ ：空孔部
５４ ：骨格部
１００ ：領域
１２５Ｅ ：エッジ部
１２５Ｆ ：通気孔
１２５Ｓ ：通気孔
１２５Ｇ ：通気孔
１２５Ｈ ：通気孔
１２７ＡＡ ：第１部分
１２７ＡＢ ：第２部分
１２７ＡＣ ：第３部分
１２７ＣＡ ：第１部分
１２７ＣＢ ：第２部分
１２７ＣＣ ：第３部分
２２２ ：金属シート

Claims (9)

1. 一対の主面を備える電解質膜と、
   前記電解質膜の一方の主面に設けられたカソード触媒層と、
   前記電解質膜の他方の主面に設けられたアノード触媒層と、
   前記カソード触媒層に設けられたカソードガス拡散層と、
   前記アノード触媒層に設けられたアノードガス拡散層と、
   前記カソード触媒層および前記アノード触媒層の間に電圧を印加する電圧印加器と、
   を備え、
   前記アノードガス拡散層は、複数の通気孔が設けられた、複数の金属シートの積層体を備え、
   前記アノードガス拡散層において、前記アノード触媒層に隣接する第１の金属シートの複数の通気孔の配設位置と前記第１の金属シートに隣接する第２の金属シートの複数の通気孔の配設位置とがずれており、
   前記第１の金属シートの通気孔の開口の一部は、前記第２の金属シートの通気孔の開口と重なっており、
   前記第１の金属シートの通気孔の開口の残りの部分は、前記第２の金属シートの通気孔が設けられていない領域により塞がれている、電気化学式水素ポンプ。
2. 前記第１の金属シートの厚みは、前記電解質膜の厚みよりも小さい請求項１に記載の電気化学式水素ポンプ。
3. 前記第１の金属シートの通気孔の開口と前記第２の金属シートの通気孔の開口が重なる部分の面積は、８×円周率×（電解質膜の引張り強度）×（電解質膜の厚み）^２／（３×（電解質膜の理論破断圧力）×（３＋電解質膜のポアソン比））よりも小さい請求項１または２に記載の電気化学式水素ポンプ。
4. 前記カソードガス拡散層は、複数の通気孔が設けられた、複数の金属シートの積層体を備え、
   前記カソードガス拡散層において、前記カソード触媒層に隣接する第３の金属シートの複数の通気孔の開口の少なくとも一部が、前記第３の金属シートに隣接する第４の金属シートの複数の通気孔が設けられていない領域により塞がれている面積の総計は、前記アノードガス拡散層において、前記第１の金属シートの複数の通気孔の開口が、前記第２の金属シートの複数の通気孔が設けられていない領域により塞がれている面積の総計に比べ小さい、請求項１−３のいずれか１項に記載の電気化学式水素ポンプ。
5. 前記カソードガス拡散層は、複数の通気孔が設けられた、複数の金属シートの積層体を備え、
   前記カソードガス拡散層において、前記カソード触媒層に隣接する第３の金属シートの複数の通気孔のうち、その開口の少なくとも一部が、前記第３の金属シートに隣接する第４の金属シートの複数の通気孔が設けられていない領域により塞がれている、前記第３の金属シートの通気孔の数は、前記アノードガス拡散層において、前記第１の金属シートの通気孔のうち、その開口の少なくとも一部が、前記第２の金属シートの複数の通気孔が設けられていない領域により塞がれている、前記第１の金属シートの通気孔の数に比べ少ない、請求項１−３のいずれか１項に記載の電気化学式水素ポンプ。
6. 前記複数の金属シートのうち、少なくとも１つの前記金属シートは、貫通孔同士を連絡する連絡路を備える請求項１−５のいずれか１項に記載の電気化学式水素ポンプ。
7. 前記連絡路は、前記連絡路が設けられた金属シートに隣り合う同一の金属シートに設けられた貫通孔同士を連絡する請求項６に記載の電気化学式水素ポンプ。
8. 前記連絡路は、前記連絡路が設けられた金属シートに隣り合う異なる金属シートに設けられた貫通孔同士を連絡する請求項６または７に記載の電気化学式水素ポンプ。
9. 前記積層体は、ガスを拡散させる金属焼結体の金属シートを含む請求項１−８のいずれか１項に記載の電気化学式水素ポンプ。

Images