JP2019183252A - 隔膜、及び電解槽、水素製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】隔膜として多孔膜を使用した隔膜において、電解槽からの電解液の漏出を発生させることなく、優れた電解効率、即ちセル電圧を低くすること。【解決手段】本発明は、多孔構造のイオン透過性隔膜を有する隔膜であり、該イオン透過性隔膜はイオン透過領域（Ａ）とそれを取り囲むシーリング領域（Ｂ）とを有し、上記イオン透過領域（Ａ）の平均透水孔径が、シーリング領域（Ｂ）のものよりも大きいことを特徴とする。【選択図】なし

Description

本発明の実施形態は、隔膜、及び電解槽、水素製造方法に関する。

近年、ＣＯ₂による地球温暖化、化石燃料の埋蔵量の減少等の問題を解決するためのクリーンエネルギーとして、再生可能エネルギーを利用して製造した水素が注目されている。再生可能エネルギーを利用した水素製造においては、化石燃料の改質による従来の水素の製造に匹敵する安価なコストが求められている。そのため、再生可能エネルギーを利用した水素製造には、従来の技術では達成できなかった水準の高いエネルギー効率と安価な設備が求められる。

水素の工業的な製造方法の一つとして、水の電気分解がある。この方法は、化石燃料を改質する水素の製造方法に比べ、高純度の水素が得られるという利点がある。水の電気分解では、導電性を高めるために、水酸化ナトリウムや水酸化カリウム等の電解質を添加した水溶液を、電解液として用いることが一般的である。この電解液に、陰極と陽極によって直流電流を印加することで、水を電気分解する。

中でも、アルカリ水電解法は、大規模に実施できて、他の水電解装置に比べると安価であるため、すでに商業プラントとして実績がある。よって、アルカリ水電解法を用いた大規模な水素製造装置の開発が期待される。例えば、風力又は太陽光等の自然エネルギーによる発電を利用したアルカリ水の電解により、水素を大量に製造し、水素を消費地へ運搬し供給する構想がいくつも提案されている。

電気分解（以下、単に「電解」という場合がある。）を行うための電解槽は、隔膜を介して陽極室と陰極室に仕切られている。水の電気分解において電気（電子）を運ぶ媒体はイオンである。そのため、電気分解を効率よく行うために、隔膜には、高いイオン透過性が求められる。かかる観点から、高いイオン透過性を発現する隔膜として、多孔構造を有する隔膜（以下、「多孔膜」という場合もある。）が考えられている。

加えて、電気分解を効率よく行うために、陽極、陰極及び隔膜間の溶液抵抗を軽減することが望まれている。かかる観点から、隔膜を両電極で挟み込むように配置する構造（以下、「ゼロギャップ構造」という場合がある。）とすることが好ましいと考えられている。

かかる隔膜に関する技術として、特許文献１及び２には、芳香族高分子樹脂であるポリスルホンに酸化ジルコニウム又は酸化マグネシウムを混ぜ込み、非溶媒誘起相分離法で形成された多孔膜である、アルカリ水電解用隔膜が開示されている。

国際公開第９３／１５５２９号 仏国特許出願公開第２５４６５３５号明細書

しかしながら、上記した技術には未だ改善すべき点がある。例えば、多孔膜構造である隔膜を電極（陽極、陰極）で挟み込んだ際、隔膜のイオン透過性が優れていた場合は電極で挟み込んだ領域（以下、「イオン透過領域」という場合がある。）は優れたイオン透過性から電解効率を高く出来るように思える。しかし、隔膜を電極で挟み込んだ構造体のなかで電極と隔膜とを固定する領域（以下、「シーリング領域」という場合がある。）と電解セルとが接触する箇所で発生するリーク電流については、イオン透過性が高いとリーク電流を小さくすることが難しい。そのため、結果的にセル電圧が下がらずに電解効率を上げることが難しくなる。また、イオン透過性の高さ故にシーリング領域で電解液が浸透しやくなって、電解セルから電解液が漏出してしまうといった問題もある。

多孔膜を使用した従来のアルカリ水電解セルでは、セル電圧が低い方が好ましいため、電解効率を高くする必要がある。電解効率を高めるために多孔膜のイオン透過性を高くすると、多孔膜の電解セルに固定されたシーリング領域を通じて発生するリーク電流も大きくなり、電解効率が低下してセル電圧が下がらない課題があった。また、セル内の電解液が電解セル部に固定されたシーリング領域の多孔膜を通じてセルの外部へ漏出するという課題もあった。また、電解液の漏出防止のためや、リーク電流を小さくすることで電解効率を高くしてセル電圧を下げるためにイオン透過性を低くすることは、電極間のイオン透過性を下げてしまうことにつながり、電解効率を高くすることが出来ないためセル電圧が高いという課題があった。

そこで、本発明は、隔膜として多孔膜を使用したアルカリ水電解用隔膜において、電解槽からの電解液の漏出を発生させることなく、優れた電解効率、即ちセル電圧を低くすることを目的とする。

本発明者らは、上述の課題を解決するため、隔膜について鋭意検討を行った。その結果、多孔膜の電極間に挟まれたイオン透過領域は高イオン透過性とし、電解セルと隔膜とを固定するシーリング領域は低イオン透過性とすることで、上記課題を解決することを見出し、本発明を完成させるに至った。

［１］
多孔構造のイオン透過性隔膜を有する隔膜であり、
該イオン透過性隔膜はイオン透過領域（Ａ）とそれを取り囲むシーリング領域（Ｂ）とを有し、
前記イオン透過領域（Ａ）の平均透水孔径が、前記シーリング領域（Ｂ）の平均透水孔径よりも大きいことを特徴とする隔膜。
［２］
多孔構造のイオン透過性隔膜を有するアルカリ水電解用隔膜であり、
該イオン透過性隔膜はイオン透過領域（Ａ）とそれを取り囲むシーリング領域（Ｂ）とを有し、
前記イオン透過領域（Ａ）の平均透水孔径が、前記シーリング領域（Ｂ）の平均透水孔径よりも大きいことを特徴とするアルカリ水電解用隔膜。
［３］
前記イオン透過領域（Ａ）の平均透水孔径が０．１μｍ〜０．８μｍの範囲にあり、
前記シーリング領域（Ｂ）の平均透水孔径が０．０１μｍ〜０．５μｍの範囲にあることを特徴とする［１］または［２］に記載の隔膜。
［４］
多孔構造のイオン透過性隔膜を有する隔膜であり、
該イオン透過性隔膜はイオン透過領域（Ａ）とそれを取り囲むシーリング領域（Ｂ）とを有し、
前記イオン透過領域（Ａ）の最大孔径が、前記シーリング領域（Ｂ）の最大孔径よりも大きいことを特徴とする［１］〜［３］のいずれかに記載の隔膜。
［５］
前記イオン透過領域（Ａ）の最大孔径が０．８μｍ〜３．０μｍの範囲にあり、
前記シーリング領域（Ｂ）の最大孔径が０．０１〜２．０μｍの範囲にあることを特徴とする［４］に記載の隔膜。
［６］
多孔構造のイオン透過性隔膜を有する隔膜であり、
該イオン透過性隔膜はイオン透過領域（Ａ）とそれを取り囲むシーリング領域（Ｂ）とを有し、
前記イオン透過領域（Ａ）の気孔率が、前記シーリング領域（Ｂ）の気孔率よりも高いことを特徴とする［１］〜［５］のいずれかに記載の隔膜。
［７］
前記イオン透過領域（Ａ）の気孔率が３０％〜６０％の範囲にあり、
前記シーリング領域（Ｂ）の気孔率が０．１〜２０％の範囲にあることを特徴とする［６］に記載の隔膜。
［８］
多孔構造のイオン透過性隔膜を有する隔膜であり、
該イオン透過性隔膜はイオン透過領域（Ａ）とそれを取り囲むシーリング領域（Ｂ）とを有し、
前記イオン透過領域（Ａ）の膜厚が、前記シーリング領域（Ｂ）の膜厚よりも大きいことを特徴とする［１］〜［７］のいずれかに記載の隔膜。
［９］
前記イオン透過領域（Ａ）の膜厚が３００μｍ〜６００μｍの範囲にあり、
前記シーリング領域（Ｂ）の膜厚が５０μｍ〜５００μｍの範囲にあることを特徴とする［８］に記載の隔膜。
［１０］
［１］〜［９］のいずれかに記載の隔膜と、陰極と陽極とを保持したエレメントとをスタックしてなる電解槽であって、
当該隔膜のシーリング領域（Ｂ）とセル枠が接しており、且つ、当該隔膜のイオン透過領域（Ａ）の両面がそれぞれ当該陰極および陽極と接していることを特徴とする電解槽。
［１１］
前記隔膜のシーリング領域（Ｂ）と前記エレメントとが、さらにガスケットを介してスタックしてなる［１０］に記載の電解槽。
［１２］
前記ガスケットの弾性率が前記隔膜のシーリング領域（Ｂ）の弾性率よりも大きいことを特徴とする［１１］に記載の電解槽。
［１３］
前記ガスケットの断面の形状がコの字型であり、
前記隔膜を挟み込むスリット部分の幅が０．３〜１．０ｍｍであり、
前記隔膜を挟み込むスリット部分の深さが５．０〜８０ｍｍである
ことを特徴とする［１１］又は［１２］に記載の電解槽。
［１４］
前記ガスケットが前記隔膜を挟み込む構造を特徴とする［１１］〜［１３］のいずれかに記載の電解槽。
［１５］
アルカリを含有する水を電解槽により水電解し、水素を製造する水素製造方法であり、
前記電解槽は、隔膜と、陰極と陽極とを保持したエレメントとをスタックしてなり、
ここで、前記隔膜は、多孔構造のイオン透過性隔膜を有し、
前記イオン透過性隔膜は、イオン透過領域（Ａ）とそれを取り囲むシーリング領域（Ｂ）とを有し、
前記イオン透過領域（Ａ）の平均透水孔径が、前記シーリング領域（Ｂ）の平均透水孔径よりも大きく、
前記隔膜のシーリング領域（Ｂ）とセル枠とが接しており、且つ、前記隔膜のイオン透過領域（Ａ）の両面がそれぞれ前記陰極および前記陽極と接している
ことを特徴とする、水素製造方法。

本発明によれば、多孔膜の電極間に挟まれたイオン透過領域はイオン透過性が高いため、電圧損失が小さくなって高効率となり、セル全体で高効率を達成してセル電圧を低くすることが出来る一方、電解セルに固定するシーリング領域はイオン透過性が低いため、電解液の漏出も起きずリーク電流も小さくすることが出来る。

本実施形態のアルカリ水電解用複極式電解槽の一例の全体について示す側面図である。 本実施形態のアルカリ水電解用複極式電解槽の一例のゼロギャップ構造を破線四角枠の部分について示す側面図である。 本実施形態のアルカリ水電解用複極式電解槽の一例の電極室部分について示す平面図である。 本実施形態のアルカリ水電解用複極式電解槽の一例を備えるアルカリ水電解装置の概要を示す図である。 本実施形態のアルカリ水電解用複極式電解槽の多孔体電極の一例のエキスパンド型基材の網目部分について示す平面図、及び、前記平面図の線Ａ−Ａに沿う面により切断したときの断面図である。 本実施形態のアルカリ水電解用複極式電解槽の多孔体電極の一例の平織メッシュ型基材の網目部分について示す平面図である。 本実施形態のアルカリ水電解用複極式電解槽の多孔体電極の一例のパンチング型基材について示す平面図である。

以下、本発明を実施するための形態（以下、「本実施形態」という）について詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。

（アルカリ水電解用隔膜）
本実施形態のアルカリ水電解用隔膜は、アルカリ水電解用複極式電解槽において陽極と陰極との間に配置される隔膜であり、イオンを含む電解液を透過する一方、電極で発生したガスを遮断する役割を担う。本実施形態の隔膜は、多孔構造を有するイオン透過性隔膜（以下、単に「多孔膜」という場合もある。）であり、イオン透過領域（Ａ）と、それを取り囲むシーリング領域（Ｂ）とを有し、イオン透過領域（Ａ）のイオン透過性がシーリング領域（Ｂ）のイオン透過性よりも高いことを特徴とする。これにより、イオン透過領域はイオン透過性が高いため、電圧損失が小さくなって高効率となり、セル全体で高効率を達成してセル電圧を低くすることが出来る一方、シーリング領域はイオン透過性が低いため、電解液の漏出も起きずリーク電流も小さくすることが出来る。

なお、上記「イオン透過領域」は、アルカリ水分解用隔膜４と陽極２ａ、陰極２ｃとが接触している領域を意味する。また、「シーリング領域」は、イオン透過領域を除く隔膜４の領域を意味する。

また、上記イオン透過領域（Ａ）のイオン透過性をシーリング領域（Ｂ）のイオン透過性よりも高くすることは、具体的には、イオン透過領域（Ａ）の平均透水孔径、最大孔径および気孔率の少なくとも１つを、シーリング領域（Ｂ）よりも大きく（高く）することによって実現することができる。

本実施形態のアルカリ水電解用隔膜は、平均一次粒径２０．０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の親水性無機粒子を含有する多孔膜であることが好ましい。多孔膜が微粒子形状の親水性無機粒子を含有すると、多孔膜の孔を親水化して、電解液透過性、イオン透過性及びガス遮断性を向上させて、発生ガス純度を高めることができる。そして、親水性無機粒子の平均一次粒径が上記範囲であると、多孔膜内で二次粒子を構成する親水性無機粒子１個あたりの多孔膜との接触面積を増加させて多孔膜からの親水性無機粒子の脱離を防止すると共に、親水性無機粒子の二次粒子の表面積を増加させて、多孔膜の孔内の親水性を向上させることができ、発生ガス純度を一層高めることができる。更には、上記特定の範囲の平均孔径の多孔体電極との組み合わせにより、多孔膜から脱離した親水性無機粒子が多孔体電極の細孔を閉塞するのを防止することができ、過電圧の上昇を防止することができる。
上記効果をさらに高める観点から、親水性無機粒子の平均一次粒径は、２５ｎｍ以上２５０ｎｍ以下であることが好ましく、３０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることがより好ましい。
親水性無機粒子は、多孔膜の表面に付着していても良いし、一部が多孔膜を構成する高分子材料に埋没していても良い。また親水性無機粒子が多孔膜の空隙部に内包されると、多孔膜から脱離しにくくなり、多孔膜の性能を長時間維持できる。

隔膜中の親水性無機粒子の平均一次粒径は、次の方法で求めることができる。測定サンプルを膜表面の垂直方向から走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察し、親水性無機粒子が観察できる倍率で撮像した。その画像を、画像解析ソフトを用いて２値化し、凝集していない１０点の無機粒子のそれぞれに対して絶対最大長を測定し、その個数平均を求める。より具体的には、後述する実施例に記載の方法によって求めることができる。

親水性無機粒子の平均二次粒径は、特に限定されないが、隔膜からの脱落防止及び多孔膜孔内の親水化の観点から、０．２μｍ以上１０．０μｍ以下であることが好ましく、
０．５μｍ以上８．０μｍ以下であることがより好ましい。平均二次粒径は、親水性無機粒子が多孔膜中で形成している二次粒子の状態の平均粒径である。
なお、平均二次粒径は、多孔膜から高分子樹脂を溶解除去して残った親水性無機粒子を測定試料として、レーザー回折・散乱法により、体積分布から平均二次粒径を計測することができる。

なお、親水性無機粒子としては、特に限定されないが、例えば、ジルコニウム、チタン、ビスマス、セリウムの酸化物又は水酸化物；周期律表第ＩＶ族元素の酸化物；周期律表第ＩＶ族元素の窒化物、及び周期律表第ＩＶ族元素の炭化物からなる群より選ばれる少なくとも１種の無機物が挙げられる。これらの中でも、化学的安定性の観点から、ジルコニウム、チタン、ビスマス、セリウムの酸化物、周期律表第ＩＶ族元素の酸化物が好ましく、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂）、酸化チタン（ＴｉＯ₂）がより好ましい。親水性無機粒子の粒子表面は、極性を帯びている。水溶液である電解液内における、極性の小さな酸素分子や水素分子と、極性の大きな水分子との親和性等を踏まえると、極性の大きな水分子の方が親水性無機粒子と吸着し易いとと考えられる。よって、このような親水性無機粒子が膜表面に存在することで、膜表面には水分子が優先的に吸着し、酸素分子や水素分子等の気泡は膜表面に吸着しない。その結果、多孔膜の表面への気泡の付着を効果的に抑制することができる。

多孔膜の平均透水孔径は、特に限定されないが、イオン透過領域（Ａ）の平均透水孔径は例えば０．１μｍ以上０．８μｍ以下であることが好ましく、０．１５μｍ以上０．５μｍ以下であることがより好ましい。イオン透過領域（Ａ）の平均透水孔径がこの範囲であれば、イオン透過性が高いため隔膜による電圧損失を上昇させないことでセル電圧を低く維持することが可能である。また、シーリング領域（Ｂ）の平均透水孔径は例えば０．０１μｍ以上０．５μｍ以下であることが好ましく、０．０３μｍ以上０．４μｍ以下であることがより好ましく、０．０４μｍ以上０．３μｍ以下であることがさらに好ましいい。シーリング領域（Ｂ）の平均透水孔径がこの範囲であれば、シーリング領域からの電解液の漏出を防ぐことが出来、また、セルと電極間で生じるリーク電流を小さくすることで電解効率を向上させることが出来る。

なお、多孔膜の平均透水孔径は、完全性試験機（ザルトリウス・ステディム・ジャパン社製、「Ｓａｒｔｏｃｈｅｃｋ Ｊｕｎｉｏｒ ＢＰ−Ｐｌｕｓ」）を使用して以下の方法で測定した平均透水孔径をいう。まず、多孔膜を芯材も含めて所定の大きさに切り出して、これをサンプルとする。このサンプルを任意の耐圧容器にセットして、容器内を純水で満たす。次に、耐圧容器を所定温度に設定した恒温槽内で保持し、耐圧容器内部が所定温度になってから測定を開始する。測定が始まると、サンプルの上面側が窒素で加圧されていき、サンプルの下面側から純水が透過してくる際の圧力及び透過流量の数値を記録する。平均透水孔径は、圧力が１０ｋＰａから３０ｋＰａの間の圧力と透水流量との勾配を使い、以下のハーゲンポアズイユの式から求めることができる。
平均透水孔径（ｍ）＝｛３２ηＬμ₀／（εＰ）｝^0.5
ここで、ηは水の粘度（Ｐａ・ｓ）、Ｌは多孔膜の厚み（ｍ）、μ₀は見かけの流速でありμ₀（ｍ／ｓ）＝流量（ｍ³／ｓ）／流路面積（ｍ²）である。また、εは気孔率、Ｐは圧力（Ｐａ）である。

ここで、多孔膜の気孔率εとは、アルキメデス法により求めた開気孔率をいい、以下の式により求めることができる。
気孔率ε（％）＝（ρ１−ρ２）×１００
ρ１は、飽水密度（ｇ／ｃｍ³）、すなわち、開気孔内が水を含んで飽和した状態のサンプルの密度を表す。ρ２は、乾燥密度（ｇ／ｃｍ³）、すなわち、開気孔内から水が十分に除去されて乾燥した状態のサンプルの密度を表す。ρ１及びρ２は、それぞれの状態のサンプルについて、ｗ：重量（ｇ）、ｄ：厚み（ｃｍ）、ｓ：厚み方向に垂直な面の面積（ｃｍ²）を測定し、ρ＝ｗ／（ｄ×ｓ）として求めることができる。
多孔膜サンプルの水接触面が低吸水性であって、サンプルが水を含んだ状態と乾燥状態との間で厚みや面積が有意に変化しない場合には、ｄ及びｓは一定値とみなすこともできる。
気孔率εは、具体的に、２５℃に設定した室内で次の手順で測定することができる。純水で洗浄した多孔膜を３ｃｍ×３ｃｍの大きさで３枚に切出して、シックネスゲージで厚みｄを測定する。これら測定サンプルを純水中に２４時間浸し、余分な水分を取り除いて重量ｗ１（ｇ）を測定する。続いて、取り出したサンプルを５０℃に設定された乾燥機で１２時間以上静置して乾燥させて、重量ｗ２（ｇ）を測定する。そして、ｗ１、ｗ２、及びｄの値から気孔率を求める。３枚のサンプルについて気孔率を求め、それらの算術平均値を多孔膜の気孔率εとする。

多孔膜の最大孔径は、特に限定されないが、ガス遮断性及び閉塞防止の観点から、イオン透過領域（Ａ）の最大孔径は例えば０．０５μｍ以上４．０μｍ以下とすることができ、０．５μｍ以上３．５μｍ以下であることが好ましく、０．６μｍ以上３．０μｍ以下であることがより好ましく、０．８μｍ以上３．０μｍ以下であることがさらに好ましい。シーリング領域（Ｂ）の最大孔径は例えば０．０１μｍ以上２．０μｍ以下とすることができ、０．０２μｍ以上１．５μｍ以下であることが好ましく、０．０３μｍ以上１．３μｍ以下であることがより好ましく、０．０５μｍ以上１．０μｍ以下であることがさらに好ましい。
最大孔径は、完全性試験機（ザルトリウス・ステディム・ジャパン社製、「Ｓａｒｔｏｃｈｅｃｋ Ｊｕｎｉｏｒ ＢＰ−Ｐｌｕｓ」）を使用して以下の方法で測定することができる。まず、隔膜として使用する多孔膜を芯材も含めて所定の大きさに切り出して、これをサンプルとする。このサンプルを純水で濡らし、多孔膜の孔内に純水を含浸させ、これを測定用の耐圧容器にセットする。次に、耐圧容器を所定温度に設定した恒温槽内で保持し、耐圧容器内部が所定温度になってから測定を開始する。測定が始まると、サンプルの上面側が窒素で加圧されていき、サンプルの下面側から気泡が連続して発生してくるときの窒素圧力を、バブルポイント圧力とする。最大孔径はヤング−ラプラスの式を変形させた下記バブルポイント式から求めることができる。
最大孔径（ｍ）＝４γｃｏｓθ／Ｐ
ここで、γは水の表面張力（Ｎ／ｍ）、ｃｏｓθは多孔膜表面と水の接触角（ｒａｄ）、Ｐはバブルポイント圧力（Ｐａ）である。

なお、多孔膜の平均孔径と最大孔径との差が小さい程、多孔膜の分離性能は高くなる傾向にある。特に、電解においては、多孔膜内の孔径のばらつきを小さく保てる為、ピンホールが発生して両電極室から発生するガスの純度が低下する可能性を低くできる。

多孔膜の平均透水孔径、最大孔径、平均孔径、表面開口率は、例えば、後述の多孔膜の製造方法で製造することによって制御することができる。

本実施形態において隔膜として使用できる多孔膜としては、高分子多孔膜、無機多孔膜、織布、不織布等が挙げられる。これらは公知の技術により作製することができる。
高分子多孔膜の製法例としては、相転換法（ミクロ相分離法）、抽出法、延伸法、湿式ゲル延伸法等が挙げられる。相転換法（ミクロ相分離法）とは、高分子材料を良溶媒に溶解して得られた溶液により製膜し、これを貧溶媒中で相分離させることで多孔質化する方法（非溶媒誘起相分離法）である。抽出法とは、高分子材料に炭酸カルシウム等の無機粉体を混練して製膜した後に、該無機粉体を溶解抽出して多孔質化する方法である。延伸法とは、所定の結晶構造を有する高分子材料のフィルムを所定の条件で延伸して開孔させる方法である。湿式ゲル延伸法とは、高分子材料を流動パラフィン等の有機溶剤で膨潤させてゲル状シートとし、これを所定の条件で延伸したのち有機溶剤を抽出除去する方法である。
無機多孔膜の製法例としては、焼結法等が挙げられる。焼結法は、プレスや押出しによって得られた成形物を焼き、微細孔を残したまま一体化させる方法である。
不織布の製法例としては、スパンボンド法、電界紡糸（エレクトロスピニング）法等が挙げられる。スパンボンド法とは、溶融したペレットから紡糸された糸を熱ロールで圧着し、シート状に一体化させる方法である。電界紡糸（エレクトロスピニング）法とは、溶融ポリマーの入ったシリンジとコレクター間に高電圧を印加しながら射出することで、細く伸長した繊維をコレクター上に集積させる方法である。

−−−高分子材料−−−
高分子材料としては、例えば、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニルスルホン、ポリビニリデンフロライド、ポリカーボネート、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体、ポリビニリデンフルオライド、ポリテトラフルオロエチレン、パーフルオロスルホン酸、パーフルオロカルボン酸、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフェニレンサルファイド、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール、ポリケトン、ポリイミド、ポリエーテルイミド等が挙げられる。これらの中でも、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニルスルホン、ポリフェニレンサルファイド、ポリテトラフルオロエチレン、であることが好ましく、ポリスルホンであることがより好ましい。これらは１種単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。

高分子材料として、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニルスルホンを用いることで、高温、高濃度のアルカリ溶液に対する耐性が一層向上する。
また、例えば、非溶媒誘起相分離法等の方法を用いることで、隔膜を一層簡便に製膜することができる。特にポリスルホンであれば、孔径を一層精度よく制御することができる。

ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニルスルホンは架橋処理が施されていてもよい。かかる架橋処理が施されたポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニルスルホンの重量平均分子量は、標準ポリスチレン換算の重量平均分子量として、４万以上１５万以下であることが好ましい。架橋処理の方法は、特に限定されないが、電子線やγ線等の放射線照射による架橋や架橋剤による熱架橋等が挙げられる。なお、標準ポリスチレン換算の重量平均分子量はＧＰＣで測定することができる。

上記した高分子材料は、市販品を用いることもできる。ポリスルホンとしては、例えば、ＢＡＳＦ社の「Ｕｌｔｒａｓｏｎ Ｓ ＰＳＵ（登録商標、以下同様）」、ソルベイアドバンストポリマーズ社の「ユーデル（登録商標、以下同様）」等が挙げられる。ポリエーテルスルホンとしては、例えば、ＢＡＳＦ社の「Ｕｌｔｒａｓｏｎ Ｅ ＰＥＳ（登録商標、以下同様）」、ソルベイアドバンストポリマーズ社の「レーデル Ａ（登録商標、以下同様）」等が挙げられる。ポリフェニルスルホンとしては、例えば、ＢＡＳＦ社の「Ｕｌｔｒａｓｏｎ Ｐ ＰＰＳＵ（登録商標、以下同様）」、ソルベイアドバンストポリマーズ社の「レーデル Ｒ（登録商標）」等が挙げられる。ポリフェニレンサルファイドとしては、例えば、東レ社の「トレリナ（登録商標、以下同様）」等が挙げられる。ポリテトラフルオロエチレンとしては、三井デュポンフロロケミカル社の「テフロン（登録商標、以下同様）」、ダイキン社の「ポリフロン（登録商標、以下同様）」、旭硝子社の「フロオン（登録商標、以下同様）」等が挙げられる。

多孔膜の厚みは、特に限定されないが、２００μｍ以上７００μｍ以下であることが好ましい。多孔膜の厚みが、２００μｍ以上であれば、一層優れたガス遮断性が得られ、また、衝撃に対する多孔膜の強度が一層向上する。一方で、多孔膜の厚みが、７００μｍ以下であれば、運転時に孔内に含まれる電解液の抵抗によりイオンの透過性を阻害されにくく、一層優れたイオン透過性を維持することができる。特に、高分子樹脂が、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン及びポリフェニルスルホンからなる群より選ばれる少なくとも１種を含むものである場合に、かかる効果は一層向上する。多孔膜の厚みは、２５０μｍ以上であればより好ましく、３００μｍ以上であればさらに好ましい。また、多孔膜の厚みは、６５０μｍ以下であればより好ましく、６００μｍ以下であればさらに好ましい。

−−多孔性支持体−−
隔膜として多孔膜を用いる場合、多孔膜は多孔性支持体と共に用いてよい。好ましくは、多孔膜が多孔性支持体を内在した構造であり、より好ましくは、多孔性支持体の両面に多孔膜を積層した構造である。また、多孔性支持体の両面に対称に多孔膜を積層した構造であってもよい。

隔膜の強度を一層向上する目的で、多孔性支持体を含むことができる。例えば、機械的なストレスによる、隔膜の切れや破れや伸び等といった不具合を防止できる。また、多孔性支持体の両面に多孔膜が積層されている構造では、多孔性支持体の片面に傷や穴（ピンホール等）が生じた場合でも、多孔性支持体の他方に積層された多孔膜によりガス遮断性を担保することができる。多孔性支持体の両面に、対称に多孔膜が積層される構造では、膜のカール等を効果的に防止でき、運搬時や膜設置時等における取り扱い性が一層向上する。

多孔性支持体の材質は、特に限定されないが、隔膜における電解液のイオン透過性を実質的に低減させない材質であることが好ましい。多孔性支持体の材質は、特に限定されないが、例えば、ポリフェニレンサルファイド、ポリエチレン、ポリプロピレン、フッ素系樹脂、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール、ポリケトン、ポリイミド、ポリエーテルイミド等が挙げられる。これらの中でも、ポリフェニレンサルファイドを含むことが好ましい。ポリフェニレンサルファイドを用いることで、高温、高濃度のアルカリ溶液に対しても優れた耐性を示し、また、水の電気分解時に陽極から発生する活性酸素に対しても化学的に優れた安定性を示す。さらに、織布や不織布等のような様々に形態に加工し易いので、使用目的や使用環境に即して好適に調節することができる。これらは１種単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。

多孔性支持体としては、例えば、メッシュ、多孔質膜、不織布、織布、不織布及びこの不織布に内在する織布とを含む複合布等が挙げられる。これらは１種単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。多孔性支持体のより好適な態様としては、例えば、ポリフェニレンサルファイドのモノフィラメントで構成されるメッシュ基材、又は不織布及び該不織布内に内在する織布とを含む複合布等が挙げられる。

多孔性支持体が、メッシュであれば、十分な開口度を有するため、隔膜のイオン透過性をより高いレベルで維持できる。また、機械的強度が高いため、隔膜の破断や寸法の変化を一層効果的に抑制できる（機械的強度、寸法安定性）。さらに、アンカー効果によって多孔膜から多孔性支持体が剥離することも効果的に抑制できる。モノフィラメントである場合の繊維径は、特に限定されないが、３０μｍ以上６００μｍ以下であることが好ましい。モノフィラメントの繊維径の下限が、３０μｍ以上であれば、十分な機械的強度が得られ、多孔膜が一層破れにくくなる。また、繊維径の上限が６００μｍ以下であれば、メッシュ表面の凸凹をより一層抑制でき、多孔膜表面の平滑性を一層向上させることができる。

＜隔膜の製造方法＞
隔膜の製造方法は、特に限定されないが、非溶媒誘起相分離法（「湿式相分離法」とも称される）で行うことが好ましい。以下、非溶媒誘起相分離法による製造方法の例を記載する。
非溶媒誘起相分離法による製造方法は、以下の工程を含む：
高分子樹脂と、溶媒と、任意により親水性無機粒子とを含有する溶液を調製する工程、
前記溶液を多孔性支持体の片面又は両面に塗工し、多孔性支持体上に塗膜を形成する工程、
前記多孔性支持体上の塗膜を、前記高分子樹脂の貧溶媒の蒸気を含む気体に晒す工程、
前記多孔性支持体上の塗膜を、前記高分子樹脂の貧溶媒を含む凝固浴に浸漬させ、多孔膜を形成する工程。

本実施形態の作用効果が得られる範囲であれば、上記各工程はこの順に行うことに限定されるものではなく、必要に応じて同時に行ってもよいし、連続的に行ってもよい。

溶媒は、高分子樹脂を溶解する性質を有するものであり、使用する高分子樹脂について高い溶解性を有する良溶媒であることが好ましい。この溶媒は、使用する高分子樹脂の種類等に応じて適宜選択することができる。かかる溶媒としては、特に限定されないが、例えば、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、Ｎ、Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ、Ｎ−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホオキシド等が挙げられる。これらの溶媒は、１種単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。これらの中で、種々の樹脂に対する溶解性、不揮発性、及び溶媒の管理の容易性等の観点から、Ｎ−メチル−２−ピロリドンがより好ましい。

貧溶媒は、高分子樹脂を実質的に溶解しない溶媒であり、全く溶かさない非溶媒であることが好ましい。貧溶媒は、使用する高分子樹脂の種類に応じて適宜選択することができる。貧溶媒としては、特に限定されないが、例えば、水、メタノール、エタノール、プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、ブチルアルコール、イソブチルアルコール等が挙げられ、これらの混合液であってもよい。

多孔膜の表面及び内部の孔径を制御するには、例えば、溶液を多孔性支持体に塗工し、多孔性支持体上に塗膜を形成する工程と、多孔性支持体上の塗膜を、高分子樹脂の貧溶媒を含む凝固浴に浸漬させ、多孔膜を形成する工程との間に、塗膜を、高分子樹脂の貧溶媒の蒸気を含む気体に晒す工程を行うことが好ましい。
なお、多孔膜の表面及び内部の孔径とは、多孔膜の表面及び裏面の平均孔径、表面開口率、平均透水孔径、最大孔径、並びに気孔率等を包含するものとする。

多孔性支持体に塗工した塗膜が貧溶媒の蒸気を含む気体に晒されると、蒸気に晒されている表面から、微量な貧溶媒が塗膜表面内に浸透する。貧溶媒が浸透したところは非溶媒誘起相分離が始まり、凝固浴に浸漬されるまでの間に相分離が十分に進行する。塗膜を、貧溶媒の蒸気を含む気体に晒すことなく、高分子樹脂の貧溶媒を含む凝固浴に浸漬させると、塗膜表面の相分離がほとんど進行していない状態で、塗膜表面が固化するため、表面の孔径は非常に小さなものとなる。これにより、隔膜内へのイオン透過性が悪くなり、結果として電圧損失が増大する傾向となる。また塗膜内部の高分子樹脂の溶媒と貧溶媒の置換は、塗膜表面に形成された小さな孔から行われるため、内部が固化するまでの置換に長い時間を有することとなる。これにより、塗膜内部の相分離時間は非常に長いものとなり、膜内部に大きなボイドが形成され易くなる。膜内に大きなボイドが形成されると、ガス遮断性が失われたり、膜が脆くなったりする問題が生じる。この点、塗膜表面に貧溶媒の蒸気を含む気体を晒し、塗膜表面に貧溶媒を浸透させる工程を有することで、多孔膜の表面の平均孔径を上記下限値以上に制御しやすいという観点等から好ましい。また、多孔膜の表面の孔径は、塗膜に浸透させる蒸気量等を調整することで制御できる。

蒸気の発生方法としては、例えば、塗工した溶液を浸漬する凝固浴の温度上げて蒸気を発生させてもよいし、凝固浴とは別に蒸気を発生させるための蒸気発生浴を用いてもよい。蒸気発生の温度は、特に限定されないが、３０℃以上１００℃以下であることが好ましい。蒸気発生の温度が３０℃以上であれば、塗工した溶液に浸透して相分離を進行できる量の蒸気を発生させ易い。

塗膜表面を貧溶媒の蒸気を含む気体に晒す時間は、特に限定されないが、３秒以上１８０秒以下であることが好ましい。塗膜表面を貧溶媒の蒸気を含む気体に晒す時間は、塗膜の組成、蒸気発生浴の温度等によって適宜好適な条件を選択できる。通常、３秒以上であれば、多孔膜表面の孔径が小さくなり過ぎず、多孔膜の表面の平均孔径を上記下限値以上に制御しやすくなるという観点等から好ましい。これにより隔膜のイオン透過性が良好で、運転時の電圧損失の増大を一層効果的に抑制できる。また、多孔膜内部に大きなボイドが形成されにくく、高いガス遮断性を維持できる。１８０秒以下であれば、蒸気発生浴の温度が高い場合でも、貧溶媒の蒸気を含む気体により膜が固化しづらく、また多孔膜表面の孔径が大きくなり過ぎず、多孔膜の表面の平均孔径を上記上限値以下に制御しやすくなるという観点等から好ましい。これにより多孔膜の孔内等からの親水性無機粒子の欠落を一層効果的に抑制できる。

多孔性支持体上の塗膜を凝固浴に浸漬させる時間は、特に限定されないが、３０秒以上６００秒以下であることが好ましい。塗膜を凝固浴に浸漬させる時間は、塗膜の組成、貧溶媒の組成、凝固浴の温度等によって適宜好適な条件を選択できる。通常、３０秒以上５６００秒以下であれば、多孔性支持体上の塗膜を十分に凝固させることができる。
凝固浴の温度は、特に限定されないが、１０℃以上６０℃以下であることが好ましい。凝固浴の温度は、塗膜の組成、貧溶媒の組成、凝固浴の温度等によって適宜好適な条件を選択できるが、通常、１０℃以上６０℃以下であれば、得られる多孔膜の表面及び内部の孔径を所望の範囲に制御することができる。

多孔膜の表面及び内部の孔径を制御する方法としては、特に限定されないが、例えば、親水性無機粒子と高分子樹脂とその溶媒を含有する溶液に、孔径を制御するための添加剤を加える方法等も挙げられる。これにより該溶液が高分子樹脂の貧溶媒を含む凝固浴に接触した際に生じる非溶媒誘起相分離の速度を変化させる、あるいは、高分子樹脂を凝固させた後に、添加剤を溶出させることにより、多孔膜における平均透水孔径や最大孔径を制御することができる。孔径を制御するための添加剤としては、特に限定されないが、以下の有機化合物や無機化合物等が挙げられる。

有機化合物としては、上述した溶媒と高分子樹脂の貧溶媒の両方に溶解するものを用いることが好ましい。有機化合物は、使用する溶媒や貧溶媒の種類等を踏まえて適宜好適なものを選択することができるが、例えば、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキサイド、ポリビニルピロリドン、ポリエチレンイミン、ポリアクリル酸、デキストラン等が好ましい。これらの中で、特に溶媒との相溶性の観点から、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキサイド、ポリビニルピロリドン等がより好ましい。さらに、少量の添加量であっても相分離速度を大幅に変化させること等が可能といった観点から、分子量が１万〜５万のポリエチレングリコール、分子量が５万〜３０万のポリエチレンオキサイド、分子量が３万〜１００万のポリビニルピロリドン等が更に好ましい。これらは１種単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。

無機化合物としては、上述した溶媒及び高分子樹脂の貧溶媒の両方に溶解するものを用いることが好ましい。無機化合物は、使用する溶媒や貧溶媒の種類等を踏まえて適宜好適なものを選択することができるが、例えば、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、塩化リチウム、硫酸バリウム等が好ましい。これらは１種単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。

また、添加剤を用いずに、凝固浴における貧溶媒の種類、濃度及び温度によって相分離速度を制御し、多孔膜の表面及び内部の孔径を制御することも可能である。一般的には、相分離速度が速いと平均孔径が小さくなり、相分離速度が遅いと平均孔径が大きくなる傾向にある。また、高分子樹脂とそれらの溶媒を含有する溶液に、高分子樹脂の貧溶媒を添加することも、相分離速度を変化させて、多孔膜における平均孔径を制御することに有効である。

高分子樹脂、親水性無機粒子、及びそれらの溶媒を含有する溶液における高分子樹脂の含有量は、５質量％以上２５質量％以下であることが好ましく、１０質量％以上１５質量％以下であることがより好ましい。高分子樹脂の含有量を上記上限値以下とすることで、多孔膜の機械的強度が一層向上する。高分子樹脂の含有量を上記下限値以上とすることで、溶液の高粘度化を抑制でき、製膜性が一層向上するので、多孔膜の厚みを一層均一なものとすることができる。

溶液における親水性無機粒子の含有量は、１０質量％以上６０質量％以下であることが好ましく、２０質量％以上５０質量％以下であることがより好ましく、２５質量％以上４０質量％以下であることがさらに好ましい。親水性無機粒子の含有量を上記上限値以下とすることで、溶液の高粘度化を抑制でき、製膜性が一層向上するので、多孔膜の厚みを一層均一なものにできる。親水性無機粒子の含有量を上記下限値以上とすることで、多孔膜の親水性が一層向上する。

溶液における溶媒の含有量は、３０質量％以上８０質量％以下であることが好ましく、４０質量％以上７０質量％以下であることが好ましく、４５質量％以上６０質量％以下であることがより好ましい。溶媒の含有量を上記上限値以下とすることで、溶液の高粘度化を抑制でき、塗工時のむらや斑も一層抑制できる。溶媒の含有量を上記下限値以上とすることで、高分子樹脂をより溶解させることができるとともに、親水性無機粒子を溶液中に一層分散させることができる。

溶液を調製する方法は、特に限定されていないが、例えば次の様な方法を用いることができる。ボールミルのポット内に高分子樹脂の溶媒と親水性無機粒子を投入した後、ボールミルのポットを撹拌し、親水性無機粒子を高分子樹脂の溶媒に細分化しながら分散させる。その後、得られた液からボールを濾過により分離する。その後、親水性無機粒子を分散した溶液を撹拌翼で撹拌しながら、高分子樹脂を少量ずつ添加して溶解させ、製膜溶液を調節する。また必要があれば添加剤を添加して溶液を調製することもできる。この他、溶液の調節は、例えば、ボールミルのポット内に高分子樹脂の溶媒と親水性無機粒子と添加剤を一緒に投入した後、ボールミルのポットを撹拌することや、高分子樹脂の溶媒に添加剤を溶解させることでも可能である。

高分子樹脂、親水性無機粒子、及びそれらの溶媒を含有する溶液を多孔性支持体に塗工する方法は、特に限定されない。例えば、多孔性支持体上に溶液を供給した後、コーターを用いて、目的とした塗工量以外の部分を掻き取る方法、溶液に多孔性支持体を浸漬させた後、目的とした塗工量以外の部分をロールで絞り取る方法、溶液に多孔性支持体を浸漬させた後、目的とした塗工量以外の部分をコーターで掻き取る方法、Ｔダイにより塗工液を多孔性支持体にフィードして塗工する方法等が挙げられる。また、多孔膜の厚みの調節としては、特に限定されるものではないが、例えば溶液を塗工するコーターと多孔性支持体の間隔を調節する方法や、Ｔダイにより塗工される液量を調節する方法が用いられる。

凝固浴は貧溶媒以外に、上記した溶媒を加えることにより、相分離速度を制御して、多孔膜における表面及び内部の孔径を制御することができる。例えば、溶媒を凝固浴に加えることにより、塗膜内の溶媒と凝固浴内の貧溶媒の置換速度を遅くすることができ、これにより固化するまでの相分離時間を長くすることができ、孔径を大きくすることができる。溶媒としては、上記したものを使用することができる。貧溶媒は凝固浴内に３０体積％以上あれば、非溶媒誘起相分離を問題なく進行させることができるが、それ以下の量になると、高分子樹脂の固化が不十分となる場合がある。よって、凝固浴中に含まれる貧溶媒の割合は３０体積％以上が好ましい。

また、多孔膜は多孔性支持体の孔内に一部入り込み、一体となっていることが好ましい。これらが一体となっていれば、いわゆるアンカー効果により、多孔膜から多孔性支持体の剥離を一層効果的に抑制できる。

多孔膜を製膜した後に、更に熱処理を施してもよい。熱処理を行うと、高分子樹脂の高分子鎖を結晶化又は固定化させて、多孔膜の構造を一層安定化することができる。熱処理の方法としては、多孔膜を湯浴に浸漬させる方法；高温の金属板で多孔膜を挟み、プレスする方法；高温のロールで多孔膜を挟み、プレスする方法等が挙げられる。熱処理温度は、特に限定されないが、８０℃以上２１０℃以下であることが好ましく、１８０℃以上２１０℃以下であることがより好ましい。熱処理温度が８０℃以上であれば、水電解における使用温度より高い温度となるため、隔膜とした際に、高分子樹脂の高分子鎖が再び動き始めて多孔膜の構造が不安定となるといった不具合を効果的に抑制できる。熱処理温度が２１０℃以下であれば、高分子の熱劣化を効果的に抑制できる。熱処理温度が１８０℃以上であれば、通常汎用される高分子樹脂のガラス転移点温度以上の温度であるため、高分子鎖を結晶化又は固定化して、より優れた耐熱性を有する多孔膜とすることができる。

−シーリング領域−
得られた多孔膜にイオン透過領域（Ａ）とシーリング領域（Ｂ）を作成する方法は、イオン透過領域（Ａ）の周囲をプレスまたは熱プレス、ガスケットに挿入後にプレス、ガスケットに挿入した状態からセル組立時の圧力で圧縮、などの処理を施す方法が挙げられる。プレスの方法としては、例えば金属板で多孔膜のシーリング領域（Ｂ）としたい部分を挟み込みプレスする方法が挙げられる。熱プレスの場合は、金属板を高温にすることで対応できる。熱処理温度は、特に限定されないが、８０℃以上２１０℃以下であることが好ましく、１８０℃以上２１０℃以下であることがより好ましい。熱処理温度が８０℃以上であれば、水電解における使用温度より高い温度となるため、隔膜とした際に、高分子樹脂の高分子鎖が再び動き始めて多孔膜の構造が不安定となるといった不具合を効果的に抑制できる。熱処理温度が２１０℃以下であれば、高分子の熱劣化を効果的に抑制できる。熱処理温度が１８０℃以上であれば、通常汎用される高分子樹脂のガラス転移点温度以上の温度であるため、高分子鎖を結晶化又は固定化して、より優れた耐熱性を有する多孔膜とすることができる。

（アルカリ水電解用複極式電解槽）
本実施形態のアルカリ水電解用電解槽は、上述した本発明のアルカリ水電解用隔膜と、陰極と陽極とを保持した複極式エレメントとを積層（スタック）してなる複極式電解槽である。言い換えると、本実施形態のアルカリ水電解用電解槽は、陽極と、陰極と、前記陽極と前記陰極との間に配置された上述の本発明によるアルカリ水電解用隔膜との組み合わせ（「電解セル」とも称する）を、複数備える、複極式電解槽である。本発明のアルカリ水電解用隔膜は、イオン透過領域（Ａ）と、それを取り囲むシーリング領域（Ｂ）とを有し、イオン透過領域（Ａ）のイオン透過性がシーリング領域（Ｂ）のイオン透過性よりも高く構成されている。これにより、イオン透過領域はイオン透過性が高いため、電圧損失が小さくなって高効率となり、セル全体で高効率を達成してセル電圧を低くすることが出来る一方、シーリング領域はイオン透過性が低いため、電解液の漏出も起きずリーク電流も小さくすることが出来る。

このように、本実施形態のアルカリ水電解用複極式電解槽は、上述した本発明のアルカリ水電解用隔膜を備えることを特徴とするものであり、それ以外の構成については特に限定されない。以下、本実施形態のアルカリ水電解用複極式電解槽の一例の構成について、図を参照しながら説明する。

図１に、本実施形態のアルカリ水電解用複極式電解槽の一例の全体についての側面図を示す。
図２に、本実施形態のアルカリ水電解用複極式電解槽の一例のゼロギャップ構造を（Ａ）に示す破線四角枠の部分についての側面図を示す。
図３に、本実施形態のアルカリ水電解用複極式電解槽の一例の電極室部分についての平面図を示す。
本実施形態のアルカリ水電解用複極式電解槽は、図１に示すとおり、陽極２ａと、陰極２ｃと、陽極２ａと陰極２ｃとを隔離する隔壁１と、隔壁１を縁取る外枠３とを備える複数の複極式エレメント６０が隔膜４を挟んで重ね合わせられている複極式電解槽５０である。

本実施形態のアルカリ水電解用複極式電解槽５０では、特に限定されないが、隔膜４が陽極２ａ及び陰極２ｃと接触したゼロギャップ構造Ｚが形成されていることが好ましい（図２参照）。

そして、本実施形態における複極式電解槽５０では、隔壁１と外枠３と隔膜４とにより電解液が通過する電極室５が画成されており、電極室５には隔壁に沿う所与の方向Ｄ１に対して平行に配置される複数の整流板６が設けられていることが好ましい（図２、図３参照）。

（（複極式エレメント））
一例のアルカリ水電解用複極式電解槽５０に用いられる複極式エレメント６０は、図２〜図３に示すように、陽極２ａと陰極２ｃとを隔離する隔壁１を備え、隔壁を縁取る外枠３を備えている。より具体的には、隔壁１は導電性を有し、外枠３は隔壁１の外縁に沿って隔壁１を取り囲むように設けられている。

なお、本実施形態では、複極式エレメント６０は、通常、隔壁１に沿う所与の方向Ｄ１が、鉛直方向となるように、使用してよい。具体的には、図２、図３に示すように隔壁１の平面視形状が長方形である場合、隔壁１に沿う所与の方向Ｄ１が、向かい合う２組の辺のうちの１組の辺の方向と同じ方向となるように、使用してよい（図１〜図３参照）。そして、本明細書では、上記鉛直方向を電解液通過方向とも称する。

本実施形態では、図１に示すとおり、複極式電解槽５０は複極式エレメント６０を必要数積層（スタック）することで構成されている。
図１に示す一例では、複極式電解槽５０は、一端からファストヘッド５１ｇ、絶縁板５１ｉ、陽極ターミナルエレメント５１ａが順番に並べられ、更に、陽極側ガスケット部分７、隔膜４、陰極側ガスケット部分７、複極式エレメント６０が、この順番で並べて配置される。このとき、複極式エレメント６０は、陽極ターミナルエレメント５１ａ側に陰極２ｃを向けるよう配置する。陽極側ガスケット部分７から複極式エレメント６０までは、設計生産量に必要な数だけ繰り返し配置される。陽極側ガスケット部分７から複極式エレメント６０までを必要数だけ繰り返し配置した後、再度、陽極側ガスケット部分７、隔膜４、陰極側ガスケット部分７を並べて配置し、最後に陰極ターミナルエレメント５１ｃ、絶縁板５１ｉ、ルーズヘッド５１ｇをこの順番で配置する。複極式電解槽５０は、全体をタイロッド５１ｒ（図１参照）や油圧シリンダー方式等の締め付け機構で締め付けることによりー体化され、複極式電解槽５０となる。
複極式電解槽５０を構成する配置は、陽極２ａ側からでも陰極２ｃ側からでも任意に選択でき、上述の順序に限定されるものではない。

図１に示すように、複極式電解槽５０では、複極式エレメント６０が、陽極ターミナルエレメント５１ａと陰極ターミナルエレメント５１ｃとの間に配置され、隔膜４は、陽極ターミナルエレメント５１ａと複極式エレメント６０との間、隣接して並ぶ複極式エレメント６０同士の間、及び複極式エレメント６０と陰極ターミナルエレメント５１ｃとの間に配置されている。

また、本実施形態における複極式電解槽５０では、図２、図３に示すとおり、隔壁１と外枠３と隔膜４とにより、電解液が通過する電極室５が画成されている。

詳細には、電極室５は、外枠３との境界において、電極室５に電解液を導入する電解液入口と、電極室５から電解液を導出する電解液出口とを有する。より具体的には、陽極室５ａには、陽極室５ａに電解液を導入する陽極電解液入口と、陽極室５ａから導出する電解液を導出する陽極電解液出口とが設けられ、陰極室５ｃには、陰極室５ｃに電解液を導入する陰極電解液入口と、陰極室５ｃから導出する電解液を導出する陰極電解液出口とが設けられる。

なお、図１〜図３に示した例では、長方形形状の隔壁１と長方形形状の隔膜４とが平行に配置され、また、隔壁１の端縁に設けられた直方体形状の外枠３の隔壁１側の内面が隔壁１に垂直となっているため、電極室５の形状が直方体となっている。

複極式電解槽５０には、通常、電解液を配液又は集液する管であるヘッダーが取り付けられ、隔壁１の端縁にある外枠３のうちの下方に、陽極室５ａに電解液を入れる陽極入口ヘッダーと、陰極室５ｃに電解液を入れる陰極入口ヘッダーとを備えている。また、同様に、隔壁１の端縁にある外枠３のうちの上方に、陽極室５ａから電極液を出す陽極出口ヘッダーと、陰極室５ｃから電解液を出す陰極出口ヘッダーとを備えている。
なお、図１〜図３に示す複極式電解槽５０に取り付けられるヘッダーの配設態様として、代表的には、内部ヘッダー型と外部ヘッダー型とがあるが、本発明では、いずれの型を採用してもよく、特に限定されない。

本実施形態の複極式電解槽５０では、陽極入口ヘッダーで配液された電解液が、陽極電解液入口を通って陽極室５ａに導入され、陽極室５ａを通過し、陽極電解液出口を通って陽極室５ａから導出され、陽極出口ヘッダーで集液される。

そして、本実施形態における電極室は、図２、図３に示すとおり、隔壁１に沿う所与の方向Ｄ１に対して平行に配置される複数の整流板６を備える。

整流板６は、電極室５内における気液の流れの乱れにより電極室５に生じる対流を低減して、局所的な電解液の温度の上昇を抑制する。

特に、図１〜図３に示した例では、複数の整流板６が、隔壁１に沿う所与の方向（図示の例では、電解液通過方向）Ｄ１に垂直な方向に、一定の間隔（ピッチ）で設けられている。

また、一例の複極式電解槽５０では、整流板６は、電極室５の高さとほぼ同じ長さを有し、隔壁１に垂直に設けられており、隔壁１に沿う所与の方向Ｄ１（図示の例では、電解液通過方向）について所定のピッチで貫通孔を有している。

なお、本発明において、電極室５の形状は、図１〜図３に示す例の直方体に限定されることなく、隔壁１や隔膜４の平面視形状、外枠３の隔壁２側の内面と隔壁２とのなす角度等により、適宜変形されてよく、本発明の効果が得られる限り、いかなる形状であってもよい。

また、本発明において、電極室５における整流板６の配設態様は、図１〜図３に示す例に限定されない。
本発明において、整流板６の数や整流板６の隔壁１に沿う所与の方向Ｄ１に垂直な方向についての一定の間隔（ピッチ）は、本発明の効果が得られる限り、適宜定められてよい。ここで、整流板６の間隔は、一定でなくてもよい。
また、本発明において、整流板６の長さ、整流板６と隔壁１とのなす角度、貫通孔の数や貫通孔の隔壁１に沿う所与の方向Ｄ１についての一定の間隔（ピッチ）は、本発明の効果が得られる限り、適宜定められてよい。ここで、貫通孔の間隔は、一定でなくてもよい。

なお、図１〜図３に示す例では、隔壁１、陽極２ａ、陰極２ｃがいずれも所定の厚みを有する板状の形状であるが、本発明はこれに限定されることなく、断面において全部又は一部がジグザグ状、波状となる形状であってもよく、端部が丸みを帯びている形状であってもよい。

［アルカリ水分解用隔膜］
本実施形態のアルカリ水分解用電解槽に用いる隔膜４は、上述した本発明のアルカリ水電解用隔膜であり，説明は割愛する。

［電極（陽極、陰極）］
アルカリ水電解反応では、電源に接続されている電極対（すなわち、陽極及び陰極）を備える電解槽で、アルカリ水を電気分解して、陽極で酸素ガスを発生させ、陰極で水素ガスを発生させる。
以下、本実施形態のアルカリ水電解用複極式電解槽５０に含まれる電極２について、詳述する。
なお、本明細書中において、「電極」と称する場合には、陽極２ａ及び陰極２ｃのいずれか一方又は両方を意味するものとする。

本実施形態のアルカリ水電解用複極式電解槽５０においては、陽極２ａ及び陰極２ｃの少なくとも一方が、平均孔径５０ｎｍ以上１８０ｎｍ以下の多孔体電極である。陽極２ａ及び陰極２ｃの少なくとも一方が、この範囲の平均孔径の細孔を有する多孔体電極であると、電極２で発生するガスの気泡（バブル）の大きさを制御することができ、発生ガスが後述する隔膜４を透過して他方の電極室５へ流入することを防いで、隔膜４のガス遮断性を高めることができる。同時に、電解に用いられる比表面積の増加によって過電圧を低下させることができ、電解効率を向上させることができる。
本実施形態では、陽極２ａ及び陰極２ｃのうちのいずれか一方又は両方が、平均孔径５０ｎｍ以上１８０ｎｍ以下の多孔体電極である。
上記効果をさらに高める観点から、多孔体電極の平均孔径は、８０ｎｍ以上１７０ｎｍ以下であることがより好ましく、１００ｎｍ以上１６０ｎｍ以下であることがさらに好ましい。
なお、多孔体電極の平均孔径は、ＢＥＴ法を用いて測定することができる。測定試料を専用セルに入れ、加熱真空排気を行うことにより前処理を行い、細孔表面への吸着物を予め取り除く。その後、−１９６℃で測定サンプルへのガス吸着の吸脱着等温線を測定する。得られた吸脱着等温線をＢＥＴ法で解析することにより、平均孔径を求めることができる。より具体的には、後述する実施例に示す方法で測定することができる。

多孔体電極の二重層容量は、特に限定されないが、０．５Ｆ／ｃｍ²以上４．０Ｆ／ｃｍ²以下であることが好ましく、１．０Ｆ／ｃｍ²以上３．５Ｆ／ｃｍ²以下であることがより好ましい。二重層容量は、電極と電解液との界面で形成される電気二重層の静電容量であり、電極表面で電解に使用される比表面積を疑似的に示すことができる。この範囲の二重層容量を有すると、電解に用いられる比表面積を最適化して、過電圧を一層低下させ、電解効率を一層向上させることができる。
なお、二重層容量は、電気化学インピーダンス法により測定することができる。交流インピーダンス測定により得られた実部と虚部をプロットしたＣｏｌｅ−Ｃｏｌｅプロットに対して、等価回路フィッティングにより解析することで、二重層容量を算出する。

後述するゼロギャップ電解槽の場合は、隔膜４との接触面の裏側から発生するガスを脱泡する必要があるため、多孔体電極は、隔膜４に接する面と反対に位置する面が、貫通していることが好ましい。

本実施形態における多孔体電極としては、特に限定されないが、平均孔径の制御の観点から、平織メッシュ型、パンチング型、エキスパンド型などの網（メッシュ）状構造を有する電極、金属発泡体等が挙げられる。中でも、細孔の寸法や形状の制御の観点から、平織メッシュ型、パンチング型、エキスパンド型からなる群より選択される網状構造を有することが好ましい。

平織メッシュ型は、金属や樹脂などからなる線材を、一方向に平行な複数の線材に対して、別方向に平行な複数の線材が一定の間隔を保ちつつ互いに１本ずつ交差するように織られた網状構造である。図６に、平織メッシュ型の多孔体電極の一例の開口部を拡大して示す。
なお、平織メッシュ型の開口部の形状は、開口部を平面として垂直方向から観察した場合に、一方向に平行な隣接する２本の線材１組と、別方向に平行な隣接する２本の線材１組とが交差して形成される平行四辺形であり、正方形、長方形、菱形のいずれであってもよい。
平織メッシュ型の多孔体電極を用いる場合、寸法は特に制限されないが、電解表面積増加によるガス発生量の増加と、電解により発生するガスの電極表面からの効率的な除去を両立させるために、目開き（Ａ）は、０．１μｍ以上５．０μｍ以下とすることができ、０．２μｍ以上２．５μｍ以下が好ましく、０．３μｍ以上２．０μｍ以下がより好ましい。
ここで、目開き（Ａ）は、図６に示すように、平織メッシュ型の開口部を構成する４本の線材のうち、平行な隣接する２本１組の線材間の垂直距離と、他方の２本１組の線材間の垂直距離との平均値を意味する。１の基材上の開口部間で目開き（Ａ）が異なる場合には、平均値とする。
なお、目開きは、後述する線径及びメッシュ数から下記式で求めることができる。
目開き＝（２５．４／メッシュ数）−線径

目開き以外の寸法については、特に制限されないが、線径は０．０５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下、メッシュ数は５以上７０以下が好ましい。より好ましくは、線径は０．１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下、メッシュ数は１０以上６５以下である。
線径は、図６に示すように、平織メッシュ型を構成する線材の直径である。メッシュ数は、１インチ（２５．４ｍｍ）の中にある目の数であり、下記式で求めることができる。
メッシュ数＝２５．４／（目開き＋線径）。

パンチング型は、金属や樹脂などからなる板に丸型や角型のパンチ穴を一定間隔で複数開けた網状構造である。パンチ穴の形状は、特に限定されないが、機械的強度の観点から、円形が好ましく、真円形がより好ましい。図７に、パンチング型の多孔体電極の一例の平面図を示す。
パンチング型の多孔体電極を用いる場合、寸法は特に制限されないが、電解表面積増加によるガス発生量の増加と、電解により発生するガスの電極表面からの効率的な除去を両立させるため、穴径（Ｄ）は０．５ｍｍ以上１２．０ｍｍ以下、穴間ピッチ（Ｐ）は０．５ｍｍ以上１５ｍｍ以下とすることができる。好ましくは、穴径（Ｄ）が１．０ｍｍ以上１０．０ｍｍ以下、穴間ピッチ（Ｐ）が１．０ｍｍ以上１０．０ｍｍ以下であり、より好ましくは、穴径（Ｄ）が１．５ｍｍ以上８．０ｍｍ以下、穴間ピッチ（Ｐ）が１．５ｍｍ以上８．０ｍｍ以下である。
ここで、穴径（Ｄ）は、パンチ穴が真円形の場合は直径を意味し、パンチ穴が楕円形の場合には長軸径と短軸径の平均値を意味する。穴間ピッチ（Ｐ）は、１のパンチ穴と最近接するパンチ穴との中心間距離を意味する。言い換えると、１のパンチ穴に隣接する複数のパンチ穴の中心から当該１のパンチ穴中心までの距離のうち最短のものを意味する。１の基材上のパンチ穴間で穴径（Ｄ）、穴間ピッチ（Ｐ）が異なる場合は、平均値とする。

エキスパンド型は、金属や樹脂などからなる板に千鳥状に切れ目を入れながら押し広げて、菱形の開口部を成形した網状構造である。ここで、エキスパンド型における「菱形」は、四辺の長さが等しく、対角線同士が直交し、４つの内角のうちの１つの角度が０°超１８０°未満である、平行四辺形を意味する。１つの内角の角度が９０°である場合、すなわち「正方形」も含むものとする。図５に、エキスパンド型の多孔体電極の一例の開口部を拡大した平面図及び断面図を示す。
エキスパンド型の多孔体電極を用いる場合、寸法は特に制限されないが、電解表面積増加によるガス発生量の増加と、電解により発生するガスの電極表面からの効率的な除去を両立させるため、メッシュの長目方向の中心間距離（ＬＷ）は１．０ｍｍ以上１０．０ｍｍ以下、メッシュの短目方向の中心間距離（ＳＷ）は０．５ｍｍ以上８．０ｍｍ以下とすることができる。好ましくは、ＬＷが２．０ｍｍ以上６．０ｍｍ以下、ＳＷが１．０ｍｍ以上５．０ｍｍ以下、より好ましくは、ＬＷが３．０ｍｍ以上５．０ｍｍ以下、ＳＷが１．０ｍｍ以上４．０ｍｍ以下である。
ここで、メッシュの長目方向の中心間距離（ＬＷ）は、開口部を平面として垂直方向から観察した場合の、隣接するボンド（メッシュ交差部）中心間の最長距離を意味する。メッシュの短目方向の中心間距離（ＳＷ）は、開口部を平面として垂直方向から観察した場合の、ＬＷに対し直角方向で隣接するボンド中心間の最短距離を意味する。１の基材上のメッシュ間でＬＷ、ＳＷが異なる場合は、平均値とする。

金属発泡体を多孔体電極として用いる場合、寸法は特に制限されないが、電解表面積増加によるガス発生量の増加と、電解により発生するガスの電極表面からの効率的な除去を両立させるため、気孔率８０％以上９５％以下が好ましい。

多孔体電極の表面開口率としては、特に限定されないが、電解効率の向上の観点から、例えば８％以上８５％以下とすることができ、３０％以上８０％以下が好ましく、４０％以上７０％以下がより好ましい。
なお、多孔体電極の表面開口率は、多孔体電極の表面上に占める孔部分の割合を示す。多孔体電極の表面開口率は、測定用サンプルを、電極表面の垂直方向から走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で撮像し、孔が電極表面内を占める割合として求めることができる。

多孔体電極の厚みとしては、特に限定されないが、機械的強度の観点から、０．７ｍｍから３ｍｍ程度が好ましい。

多孔体電極の水接触角は、特に限定されないが、０°超３０°以下であることが好ましく、０°超２０°以下であることがより好ましい。水接触角がこの範囲であると、電極表面の濡れ性を向上させ、電解で発生するガスを電極表面から一層効率的に除去することができ、電解効率を一層高めることができる。ここで、多孔体電極の水接触角とは、多孔体電極の表面に水を滴下し、水滴が多孔体電極と接する部位から水滴の表面に接線を引いたときに、接線と多孔体電極表面のなす角度である。
多孔体電極の水接触角は、市販の接触角計を用いて、θ／２法により測定することができる。

本実施形態における多孔体電極は、基材そのものとしてもよく、基材の表面に反応活性の高い触媒層を有するものとしてもよいが、基材の表面に反応活性の高い触媒層を有するものが好ましい。

多孔体電極が、基材のみで構成される場合、多孔体電極について上述する、平均孔径、表面開口率、及び水接触角は、基材表面についてのものとする。
多孔体電極が、基材と、基材の表面を被覆する触媒層とを備える場合、多孔体電極について上述する、平均孔径、表面開口率、及び水接触角は、電極触媒層表面についてのものとする。

基材の材料としては、特に制限されず、ニッケル、鉄、軟鋼、ステンレス、バナジウム、モリブデン、銅、銀、マンガン、白金族、黒鉛及びクロム等から群より選ばれる少なくとも一種からなる導電性基材が挙げられる。二種以上の金属からなる合金又は、二種以上の導電性物質の混合物からなる導電性基材を用いてもよい。中でも、基材の導電性及び使用環境への耐性の観点から、ニッケル及びニッケル基合金などが好ましい。

陽極２ａの触媒層は、酸素発生能が高いものであることが好ましく、ニッケルやコバルト、鉄若しくは白金族元素等を使用することができる。これらは、所望の活性や耐久性を実現するために、金属単体や、酸化物等の化合物、複数の金属元素からなる複合酸化物や合金、あるいはそれらの混合物として、触媒層を形成できる。具体的には、ニッケルめっきや、ニッケルとコバルト、ニッケルと鉄等の合金めっき、ＬａＮｉＯ₃やＬａＣｏＯ₃、ＮｉＣｏ２Ｏ₄等のニッケルやコバルトを含む複合酸化物、酸化イリジウム等の白金族元素の化合物、グラフェン等の炭素材料等が挙げられる。耐久性や基材との接着性を向上させるために高分子等の有機物が含まれていてもよい。

陰極２ｃの触媒層は、水素発生能が高いものであることが好ましく、ニッケルやコバルト、鉄若しくは白金族元素等を使用することができる。これらは、所望の活性や耐久性を実現するために、金属単体や、酸化物等の化合物、複数の金属元素からなる複合酸化物や合金、あるいはそれらの混合物として、触媒層を形成できる。具体的には、ラネーニッケルや、ニッケルとアルミニウム、あるいはニッケルと錫等の複数の材料の組み合わせからなるラネー合金、ニッケル化合物やコバルト化合物を原料として、プラズマ溶射法により作製した多孔被膜、ニッケルと、コバルト、鉄、モリブデン、銀、銅等から選ばれる元素との合金や複合化合物、水素発生能が高い白金やルテニウム等の白金族元素の金属や酸化物、及び、それら白金族元素の金属や酸化物と、イリジウムやパラジウム等の他の白金族元素の化合物やランタンやセリウム等の希土類金属の化合物との混合物、グラフェン等の炭素材料等が挙げられる。高い触媒活性や耐久性を実現するために、上記の材料を複数積層してもよく、触媒層中に複数混在させてもよい。耐久性や基材との接着性を向上させるために高分子材料等の有機物が含まれていてもよい。

多孔体電極が、触媒層を含む場合、電極２の導電性、ガス発生能及び使用環境への耐性の観点から、触媒層はニッケルを含むことが好ましい。

触媒層の厚みは、厚すぎると電気抵抗が増加し過電圧を上昇させる場合があり、逆に薄すぎると長期間の電解や電解の停止により触媒層が溶解若しくは脱落することで電極が劣化し、過電圧が上昇する場合がある。
これらの理由から、触媒層の厚みは、０．２μｍ以上、１０００μｍ以下が好ましく、より好ましくは０．５μｍ以上、３００μｍ以下である。
なお、触媒層の厚みは、例えば電子顕微鏡にて電極の断面を観察することにより測定できる。

基材上に触媒層を形成させる方法としては、めっき法、プラズマ溶射法等の溶射法、基材上に前駆体層溶液を塗布した後に熱を加える熱分解法、触媒物質をバインダー成分と混合して基材に固定化する方法、及び、スパッタリング法等の真空成膜法といった手法が挙げられる。

溶射法としては、アセチレン等の可燃性ガスと酸素の燃焼熱で溶射用粉末を溶融する方法、溶射法に用いる溶射用粉末（触媒層の原料粉末）を棒状に加工し、可燃性ガスを燃焼した熱で溶融した素材を燃焼ガスで吹き付ける方法、アルゴン、水素、窒素又はヘリウム等のガスを加熱して得たプラズマガスで溶射粉末を溶融する方法がある。その中では、窒素又はアルゴンに水素を混ぜたガスをプラズマ化して、プラズマで溶射用粉末を溶融するプラズマ溶射法が好ましい。プラズマガスの速度が音速を超える程度に大きく、ガスの温度が５０００℃以上である。そのため、融点の高い溶射用粉末を溶融することができ、溶融した溶射用粉末を高速で基材に付着させることができる。その結果、緻密で強度の強いコーティング層を形成することが可能になる。プラズマ溶射法を用いた場合、原料粉末のコーティング速度が速いため、１０〜１０００μｍの厚みを有する触媒層を比較的短時間で形成することができる。プラズマ溶射法では、その条件にもよるが、溶融した原料粉末の粒子が基材上に積層する過程で粒子間に形成される細孔が、他の溶射法を用いた場合に比べ緻密になりやすい。水素を含むプラズマガスを用いた溶射法で酸化物を基材に吹き付ける場合、コーティングの一部が還元されやすく、コーティング層の導電性が増し、導電性に優れた電極２を製造することが可能となる。

溶射法によって形成されたコーティング層（実施例中で「触媒層の前駆体」とも称する）を、水素気流下で還元することにより、触媒層に細孔を形成することもできる。溶射法によって形成された金属酸化物層を水素で還元する際の温度は重要であり、還元の温度が高すぎる場合、還元により生じた細孔が熱によりつぶされて、期待する細孔、比表面積及び細孔容量が得られない場合がある。また還元温度が低すぎると、金属酸化物の還元が進まない。例えば、金属酸化物として酸化ニッケルを用いる場合、水素による金属酸化物層の還元温度としては、１８０〜３００℃が好ましく、１８０〜２５０℃が特に好ましい。
コーティング層は電解によって還元してもよい。

上記の溶射工程及び還元工程によって、得られた触媒層の表面をロジウム、パラジウム、イリジウム、及びルテニウムからなる群より選ばれる少なくとも１種の触媒で修飾してもよい。

プラズマ溶射法で作製される膜は多孔質であるため、高い比表面積を有する電極を得ることができる。

プラズマ溶射法の原料としては、金属酸化物の粉末が好ましく用いられる。プラズマ溶射工程に先立ち、平均粒径が１．０μｍ〜５．０μｍである金属酸化物粉末を噴霧乾燥造粒気により造粒し、平均粒径が１０〜１００μｍである金属酸化物粒子を得る。この金属酸化物の粒子をプラズマガス等の高温のガス中に吹き込み、溶融させて、導電性基材に吹き付ける。つまり、導電性基材を溶融した金属酸化物でコーティングする。造粒する前の金属酸化物の粒径が大きすぎても、小さすぎても、電極を形成した際に必要な孔径や比表面積、細孔容量が得られない。造粒前の金属酸化物粉末の平均粒径は１．０〜５．０μｍであることが好ましく、１．０〜１．２μｍであることがより好ましい。

プラズマ溶射原料として用いられる金属酸化物は、電解環境への耐久性や触媒活性能から、少なくともニッケル酸化物を含むことが好ましい。酸化ニッケル粉末と他の粉末との混合物を原料に用いてもよい。他の粉末としては、金属ニッケル、チタン、クロム、モリブデン、コバルト、マンガン、鉄、タンタル、ジルコニウム、アルミニウム、亜鉛、白金族及び希土類元素等からなる群より選ばれる少なくとも一種の金属の粉末が挙げられる。さらに、導電性基材に吹き付ける前の酸化ニッケル粉末に、アラビアガム、カルボキシメチルセルロース及びラウリル硫酸ナトリウムからなる群より選ばれる少なくとも一種の添加材を混ぜてもよい。

なお、プラズマ溶射法などの溶射法では、溶射原料としての金属酸化物の平均粒径、その造粒物の平均粒径、造粒物中の溶射原料（例えば、金属酸化物）と添加剤の含有割合などを制御することによって、電極触媒層における平均孔径や表面開口率を制御することができる。

熱分解法を用いると、多孔基材上に均一な厚みの薄膜を形成することができる。そのため、少量の原料で基材表面を効率的に被覆することができる。
熱分解法では、基材表面に前駆体層を形成する前駆体形成工程と、表面に前駆体層を形成した基材を加熱することで、前駆体を分解し、触媒層を形成させる焼成工程とを備える。

前駆体形成工程は、例えば金属元素を含む液を基材表面に塗布する手法が挙げられる。塗布液中での金属の形態は特に制限はなく、金属や金属化合物の微粒子でもよく、溶解してイオン化されていてもよい。微粒子状態の場合、均質な前駆体層を形成するために、液中で分散されている状態が好ましい。そのため粒径は１００ｎｍ以下であることが好ましい。イオン化されている場合、金属塩としては、フッ化物、塩化物、臭化物、ヨウ化物等のハロゲン化物塩、硝酸塩、硫酸塩、リン酸塩等の無機化合物塩、酢酸塩に代表される有機化合物塩等が例示できる。これらの中で、塩化物、硝酸塩は原料を工業的に入手できるために好ましく用いられる。さらに、硝酸塩は分解後に残留するアニオン成分による基材の劣化が小さく、保存安定性の良好な電極を得ることができるため、より好ましい。溶液の溶媒としては、溶質である金属塩等を溶解するものであればよい。高濃度の溶液を調製することができれば、塗布量が増加し、生産性を高めることができるため、水若しくは炭素数が２〜５のアルコールの少なくとも１種以上を含むことが好ましい。溶液の金属塩の濃度が薄いと、溶媒の揮発に多くのエネルギーを要する。一方、金属塩の濃度が濃いと、ムラが生じる恐れがあり、触媒層の厚みが不均一となる場合がある。そのため、前駆体形成工程において用いる塗布液の金属塩の濃度は０．００１ｍｏｌ／Ｌ以上、１ｍｏｌ／Ｌ以下が好ましく、より好ましくは０．０１ｍｏｌ／Ｌ以上、０．５ｍｏｌ／Ｌ以下である。

前駆体形成工程において、基材表面に金属元素を含む液を塗布する方法としては、公知の様々な手法を用いることが可能である。例えば、基材を液に浸漬するディップ法、基材に液を刷毛で塗る方法、スポンジ状ロールに含浸させた液を基材に塗布するロール法、塗布液と基材とを反対の電荷に帯電させてスプレー等を用いて噴霧を行う静電塗布法等が挙げられる。特に、生産性の点と触媒層が均一に塗布できる点とからロール法及び静電塗布法が好適に用いられる。
基材には、溶液を塗布するのに先立ち、表面に凹凸を設けるための表面処理を行ってもよい。基材表面に凹凸を設けると、基材と触媒層との密着性が向上する。表面処理の方法は特に限定されず、ブラスト処理や薬液を用いたエッチング等が例示できる。

焼成工程において触媒層を形成する温度は、用いる金属塩の熱分解温度以上であればよいが、３００℃以上が好ましい。多くの金属塩の熱分解は３００℃以上で進行するためである。熱分解を良好に進行させ、未反応の物質を除去するため、４００℃以上が好ましく、より好ましくは５００℃以上である。１０００℃より高い温度で焼成すると、基材が軟化して変形する場合があるので、１０００℃以下が好ましく、より好ましくは８００℃以下である。

前駆体形成工程と焼成工程は複数回繰り返すことが好ましい。所望の厚みの触媒層を形成するためには、１回当たりの液塗布量や、あるいは液中の金属塩の濃度だけでも調整できるが、１回当たりの液塗布量や液中の金属濃度を高くし過ぎると、ムラになる恐れがあり、各層が均一に形成されない場合がある。そのため、前駆体形成工程と焼成工程を複数回繰り返すことによって、より均一な触媒層を所望の厚みで形成することができる。繰り返し回数は、所望の厚みが得られる条件であれば、特に限定されないが、５回以上、３０回以下が好ましい。

前駆体形成工程と焼成工程とを複数回繰り返した後に、さらに、焼成工程の温度以上の高温で焼成する工程を含んでもよい。この際の焼成する温度の上限は１０００℃以下が好ましく、より好ましくは８００℃以下である。

上述する熱分解法では、塗布液中の金属（金属化合物、金属塩の場合も含む）の微粒子の平均粒径や濃度、塗工方法、塗工焼成回数などを制御することによって、電極触媒層の平均孔径や表面開口率を制御することができる。

陽極２ａ及び陰極２ｃの一方のみが平均孔径１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の多孔体電極である場合、対となる他方の電極は、公知のものを用いることができ、多孔体電極であってもなくてもよい。また、前記他方の電極は、平均孔径以外の特性について、平均孔径１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の多孔体電極について上述した特性を有するものであっても、そうでなくてもよい。

後述するゼロギャップ構成では、隔膜４が、従来の電解セルより強く電極に押しつけられる。例えばエキスパンド型基材を用いた電極では開口部の端部で、隔膜４が破損すること或いは、開口部に隔膜４が食い込んで、陰極２ｃと隔膜４の間に隙間ができて電圧が上昇する場合がある。

上記の課題を解決するためには、できるだけ平面的な電極形状とすることが好ましい。例えば、エキスパンド加工した基材（例えば、エキスパンド型基材）をローラーでプレスして平面状に加工する方法が適用できる。この際、エキスパンド加工前の元の金属平板厚みに対し、９５％から１１０％までプレスし、平面化することが望ましい。

上記の処理を施して製造した電極２は、隔膜４の損傷を防げるだけでなく、意外なことに電圧も低減できる。この理由は明確ではないが隔膜４の表面と電極面が均一に接触するので電流密度が均―化するためと予想される。

電極２のサイズとしては、特に限定されず、アルカリ水電解用複極式電解槽、電解セル、複極式エレメント、隔壁などの形状やサイズに合わせて、また所望する電解能力などに応じて、定めることができる。例えば、隔壁が板状の形状の場合、隔壁のサイズに合わせて定められてよい。

［ガスケット］
本実施形態のアルカリ水電解用複極式電解槽５０では、隔膜のシーリング領域（Ｂ）と複極式エレメントとが、さらにガスケット７を介してスタックされることが好ましい。
ガスケット７は、複極式エレメント６０と隔膜４の間、複極式エレメント６０間を電解液と発生ガスに対してシールするために使用され、電解液や発生ガスのセル外への漏れや両極室間におけるガス混合を防ぐことができる。

ガスケット７の一般的な構造としては、エレメントの枠体に接する面に合わせて、電極面をくり抜いた四角形状または環状である。このようなガスケット２枚で隔膜４を挟み込む形でエレメント間に隔膜４をスタックさせることができる。さらに、ガスケット７は、隔膜４のシーリング領域（Ｂ）挿入することで保持することが可能な、隔膜４を収容することが可能な四角形状のスリット構造（断面形状がコの字型の構造）を備え、収容された隔壁１がガスケット７両表面に露出することを可能にする開口部を備えることも好ましい。これにより、ガスケット７は、隔膜４の縁部をスリット部内に収容し、隔膜４の縁部の端面を覆う構造がとれる。したがって、隔膜４の端面から電解液やガスが漏れることをより確実に防止できる。

また、ガスケット７の何れか一方の面から突出する突出部を設けることが好ましい。このような突出部を設けることにより、スタック時に突出部が局所的に押圧され、突出部に対応する位置においてスリット部に収容された隔膜４がガスケット７により押圧される。したがって、ガスケット７では、隔膜４をより強固に保持することができ、電解液やガスが漏れることをより防止しやすくなる。

ガスケット７の材質としては、特に制限されるものではなく、絶縁性を有する公知のゴム材料や樹脂材料等を選択することができる。
ゴム材料や樹脂材料としては、具体的には、天然ゴム（ＮＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、シリコーンゴム（ＳＲ）、エチレン−プロピレンゴム（ＥＰＴ）、エチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ）、フッ素ゴム（ＦＲ）、イソブチレン−イソプレンゴム（ＩＩＲ）、ウレタンゴム（ＵＲ）、クロロスルホン化ポリエチレンゴム（ＣＳＭ）等のゴム材料、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）やテトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、クロロトリフルオエチレン・エチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）等のフッ素樹脂材料や、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエチレン、ポリイミド、ポリアセタール等の樹脂材料を用いることができる。これらの中でも、弾性率や耐アルカリ性の観点でエチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ）、フッ素ゴム（ＦＲ）が特に好適である。

ガスケット７は、補強材が埋設されていてもよい。これにより、スタック時に枠体に挟まれて押圧されたときに、ガスケット７が潰れることを抑制でき、破損を防止し易くできる。
このような補強材は公知の金属材料、樹脂材料及び炭素材料等が使用でき、具体的には、ニッケル、ステンレス等の金属、ナイロン、ポリプロピレン、ＰＶＤＦ、ＰＴＦＥ、ＰＰＳ等の樹脂、カーボン粒子や炭素繊維等の炭素材料が挙げられる。
補強材の形状としては、織布、不織布、短繊維、多孔膜等の形状のものが好適である。さらに、ガスケット７の表面に保護層が設けられていてもよい。これにより、ガスケット７とエレメント間の密着性を向上させることや、ガスケット７の耐アルカリ性を向上させることもできる。このような保護層の材質としても、ガスケット７の材質の中から選択できる。

ガスケット７のサイズは、特に制限されるものではなく、電極室５や膜の寸法に合わせて設計すればよいが、幅が１０ｍｍ〜４０ｍｍにするのがよい。

ガスケット７の厚みは、特に制限されるものではなく、ガスケット７の材質や弾性率、セル面積に応じて設計される。好ましい厚みの範囲としては、１．０ｍｍ〜１０ｍｍが好ましく、３．０ｍｍ〜１０ｍｍがより好ましい。

また、ガスケット７は、隔膜４を収容することが可能な四角形状のスリット構造（断面形状がコの字型の構造）を備える場合、隔膜４を挟み込むスリット部分の間隔が０．２ｍｍ以上１．２ｍｍ以下であることが好ましく、０．２５ｍｍ以上１．１ｍｍ以下であることが好ましく、０．３ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であることがより好ましく、０．３５ｍｍ以上０．８ｍｍ以下であることがより好ましい。また、スリット構造で隔膜４を挿入するスリット部分の深さは４．０ｍｍ以上９０ｍｍ以下であることが好ましく、４．５ｍｍ以上８５ｍｍ以下であることがより好ましく、５．０ｍｍ以上８０ｍｍ以下であることがさらに好ましい。

また、前記の突出部を設ける際の突出部の高さも、特に制限されるものではないが、十分な押し圧を発現するために、０．５ｍｍ〜５ｍｍであることが好ましい。

ガスケット７の弾性率は、特に制限されるものではなく、電極２の材質やセル面積に応じて設計される。好ましい弾性率の範囲としては、１００％変形時の引張応力で、０．２０ＭＰａ〜２０ＭＰａの範囲がより好ましく、シーリング特性やスタック時のセル強度の観点から、１．０ＭＰａ〜１０ＭＰａの範囲がより好ましい。
なお、引張応力は、ＪＩＳ Ｋ６２５１に準拠して、測定することができる。例えば、島津製作所社製のオートグラフＡＧを用いてよい。
また、ガスケットの弾性率が隔膜のシーリング領域（Ｂ）の弾性率よりも大きいことが好ましい。これにより、複極式電解槽５０をタイロッド５１ｒ（図１参照）や油圧シリンダー方式等の締め付け機構で締め付けることによりー体化して複極式電解槽５０とする際に、シーリング領域（Ｂ）がガスケットよりも先に変形することでガスケットとシーリング領域（Ｂ）間の密閉度が上がり、電解液の漏出を防ぐことが出来る。

ガスケット７を複極式エレメント６０に取り付ける際に、接着剤を使用してもよい。ガスケット７の片面に接着剤を塗布し、エレメントの片側の外枠３に貼り付けることができる。なお、接着剤を乾燥させた後、複極式アルカリ水複極式エレメント６０の電極面に水をかけ、電極２を湿らせておくことが好ましい。隔膜４を保持できるように、隔膜４の縁部を収容するスリット部を設けたガスケット７の場合は、隔膜４を保持した状態で貼り付けてもよいし、貼り付けた後に隔膜４を保持させてもよい。

（（ゼロギャップ構造））
本実施形態のアルカリ水電解用複極式電解槽５０では、特に限定されないが、図２に示すように、隔膜４が陽極２ａ及び陰極２ｃと接触した、いわゆる「ゼロギャップ構造」Ｚが形成されていることが好ましい。「ゼロギャップ構造」Ｚは、電極全面にわたり、陽極２ａと隔膜４とが互いに接触し、且つ、陰極２ｃと隔膜４とが互いに接触している状態、又は、電極全面にわたり、極間距離が隔膜の厚みとほぼ同じとなる距離で、陽極２ａと隔膜４との間及び陰極２ｃと隔膜４との間に隙間のほとんど無い状態、に保つことのできる構造である。
アルカリ水電解において、隔膜４と、陽極２ａや陰極２ｃとの間に隙間がある場合、この部分には電解液の他に電解で発生した大量のガスバブルが滞留することで、電気抵抗が非常に高くなる。
一方、ゼロギャップ構造Ｚを形成すると、発生するガスを電極２の細孔を通して電極２の隔膜４側とは反対側に素早く逃がすことによって、陽極２ａと陰極２ｃの間隔（以下、「極間距離」ともいう。）を低減しつつ、電解液による電圧損失や電極近傍におけるガス溜まりの発生を極力抑え、電解電圧を低く抑制することができる。

ゼロギャップ構造Ｚを構成する手段は、既にいくつか提案されており、例えば、陽極２ａと陰極２ｃを完全に平滑に加工して、隔膜４を挟むように押し付ける方法や、電極２と隔壁４との間にバネ等の弾性体を配置し、この弾性体で電極２を支持する方法が挙げられる。
なお、本実施形態のアルカリ水電解用複極式電解槽５０において、ゼロギャップ構造Ｚを構成する手段の好ましい実施形態については、後述する。

ゼロギャップ型セルにおける複極式エレメント６０では、極間距離を小さくする手段として、電極２と隔壁１との間に弾性体であるバネを配置し、このバネで電極２を支持する形態をとることが好ましい。例えば、第１の例では、隔壁１に導電性の材料で製作されたバネを取り付け、このバネに電極２を取り付けてよい。また、第２の例では、隔壁１に取り付けた電極リブ６にバネを取り付け、そのバネに電極２を取り付けてよい。なお、このような弾性体を用いた形態を採用する場合には、電極２が隔膜４に接する圧力が不均一にならないように、バネの強度、バネの数、形状等必要に応じて適宜調節する必要がある。

また弾性体を介して支持した電極２の対となるもう一方の電極２の剛性を強くすること（例えば、陽極の剛性を陰極の剛性よりも強くすること）で、押しつけても変形の少ない構造としている。―方で、弾性体を介して支持した電極２については、隔膜４を押しつけると変形する柔軟な構造とすることで、電解槽５０の製作精度上の公差や電極２の変形等による凹凸を吸収してゼロギャップ構造Ｚを保つことができる。

より具体的には、整流板６（リブ６）の先端に集電体２ｒを取り付け、その集電体２ｒの上面側、つまり、隔壁１側とは反対となる側に導電性弾性体２ｅを取り付け、さらに、その上面側、つまり、導電性弾性体２ｅに隣接して隔膜４側となる部分に電極２を重ねた少なくとも３層構造を構成することが挙げられる。集電体２ｒと導電性弾性体２ｅとによって弾性体が構成される。

本実施形態のアルカリ水電解用複極式電解槽５０では、図２に示すように、陰極２ｃ又は陽極２ａと隔壁１との間に、導電性弾性体２ｅ及び集電体２ｒが、導電性弾性体２ｅが陰極２ｃ又は陽極２ａと集電体２ｒとに挟まれるように、設けられている。

（アルカリ水電解装置）
本実施形態のアルカリ水電解用複極式電解槽を用いることができる、アルカリ水電解装置の一例を図４に示す。
アルカリ水電解装置７０は、本実施形態のアルカリ水電解用複極式電解槽５０に加えて、送液ポンプ７１、気液分離タンク７２、水補給器７３以外にも、整流器７４、酸素濃度計７５、水素濃度計７６、流量計７７、圧力計７８、熱交換器７９、圧力制御弁８０などを備えてよい。

（アルカリ水電解）
本実施形態のアルカリ水電解用複極式電解槽を備えたアルカリ水電解装置に電解液を循環させて電解を行うことにより、高密度電流運転や変動電源運転後の場合でも、優れた電解効率及び高い発生ガス純度を維持して、高効率なアルカリ水電解を実施することができる。

本実施形態のアルカリ水電解に用いることができる電解液としては、アルカリ塩が溶解されたアルカリ性の水溶液としてよく、例えば、ＮａＯＨ水溶液、ＫＯＨ水溶液等が挙げられる。
アルカリ塩の濃度としては、特に限定されないが、２０質量％〜５０質量％が好ましく、２５質量％〜４０質量％がより好ましい。
中でも、イオン導電率、動粘度、冷温化での凍結の観点から、２５質量％〜４０質量％のＫＯＨ水溶液が特に好ましい。

電解セル内にある電解液の温度は、特に限定されないが、８０℃〜１３０℃であることが好ましい。
上記温度範囲とすれば、高い電解効率を維持しながら、ガスケット、隔膜等の電解装置の部材が熱により劣化することを効果的に抑制することができる。
電解液の温度は、８５℃〜１２５℃であることがさらに好ましく、９０℃〜１１５℃であることが特に好ましい。

本実施形態のアルカリ水電解において、電解セルに与える電流密度としては、特に限定されないが、４ｋＡ／ｍ²〜２０ｋＡ／ｍ²であることが好ましく、６ｋＡ／ｍ²〜１５ｋＡ／ｍ²であることがさらに好ましい。
特に、変動電源を使用する場合には、電流密度の上限を上記範囲にすることが好ましい。

本実施形態のアルカリ水電解において、電解セル内の圧力としては、特に限定されないが、３ｋＰａ〜１０００ｋＰａであることが好ましく、３ｋＰａ〜３００ｋＰａであることがさらに好ましい。

電極室当たりの電解液の流量その他の条件は、アルカリ水電解用複極式電解層の各構成に応じて適宜制御すればよい。

以上、図面を参照して、本発明の実施形態のアルカリ水電解用複極式電解槽、アルカリ水電解装置及びアルカリ水電解方法について例示説明したが、本発明のアルカリ水電解用複極式電解槽、アルカリ水電解装置及びアルカリ水電解方法は、上記の例に限定されることはなく、上記実施形態には、適宜変更を加えることができる。

（水素製造方法）
本実施形態の水素製造方法は、アルカリを含有する水を電解槽により水電解し、水素を製造するものであり、本実施形態のアルカリ水電解用複極式電解槽、本実施形態のアルカリ水電解装置、本実施形態のアルカリ水電解方法を用いて実施されてよい。

本実施形態では、電解槽は、アルカリ水電解用隔膜と、陰極と陽極とを保持した複極式エレメントとをスタックしてなるものとしてよい。

本実施形態のアルカリ水電解用隔膜の詳細、本実施形態の複極式電解槽の詳細、本実施形態の水電解方法の詳細は、前述のとおりである。

以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。

実施例及び比較例で使用した電極（陽極、陰極）及び隔膜は、下記の通りに作製した。

［実施例１］
（陽極）
実施例１の陽極として、下記の手順で作製した電極を使用した。
陽極としては、あらかじめブラスト処理を施したニッケルエキスパンド基材を用い、酸化ニッケルの造粒物をプラズマ溶射法によって導電性基材の両面に吹き付けて製作した。

（陰極）
実施例１の陰極として、下記の手順で作製した電極を使用した。
導電性基材として、直径０．１５ｍｍのニッケルの細線を４０メッシュに編んだ平織メッシュ型基材上に白金を担持したものを用いた。

（アルカリ水分解用隔膜）
実施例１のアルカリ水分解用隔膜として、下記の手順で作製した多孔膜を使用した。
酸化ジルコニウム（「ＥＰ酸化ジルコニウム」、第一稀元素化学工業社製）とＮ−メチル−２−ピロリドン（和光純薬工業社製）を、粒径０．５ｍｍのＳＵＳボールが１ｋｇ入った容量１０００ｍＬのボールミルポットに投入した。これらを回転数７０ｒｐｍで２５℃雰囲気下において３時間攪拌して、分散させて混合物を得た。得られた混合物を、ステンレス製のざる（網目３０メッシュ）により濾過し、混合物からボールを分離した。ボールを分離した混合物にポリスルホン（「ユーデル」、ソルベイアドバンストポリマーズ社製）及びポリビニルピロリドン（重量平均分子量（Ｍｗ）９０００００、和光純薬工業社製）を加え、スリーワンモータを用いて６０℃で１２時間攪拌して溶解させ、以下の成分組成の塗工液を得た。
ポリスルホン：１５質量部
ポリビニルピロリドン：８質量部
Ｎ−メチル−２−ピロリドン：５５質量部
酸化ジルコニウム：３０質量部

この塗工液を、多孔性支持体であるポリフェニレンサルファイドメッシュ（くればぁ社製、膜厚２８０μｍ、目開き３５８μｍ、糸径１５０μｍ）の両表面に対して、コンマコータを用いて塗工厚みが各面１５０μｍとなるよう塗工した。塗工後直ちに、塗工液を塗工した多孔性支持体を、３０℃の純水／イソプロパノール混合液（和光純薬工業社製、純水／イソプロパノール＝５０／５０（ｖ／ｖ））を溜めた凝固浴の蒸気下へ２分間晒した。その後直ちに、凝固浴中へ４分間浸漬した。そして、ポリスルホンを凝固させることで多孔性支持体の表面に塗膜を形成させた。その後、純水で塗膜を十分洗浄して多孔膜を得た。
この多孔膜表面の平均透水孔径は０．７μｍで最大孔径は１．９μｍであった。厚みは５８０μｍであった。気孔率は４３％であった。
こうして得られた隔膜について、電極の接触部分（すなわち、イオン透過領域（Ａ））より外周部（すなわち、シーリング領域（Ｂ））を８０℃でプレスすることにより、イオン透過領域（Ａ）の平均透水孔径は０．７μｍで最大孔径は１．９μｍとしつつ、シーリング領域（Ｂ）の平均透水孔径を０．０５μｍ、最大孔径を０．１μｍ、気孔率を１０％とした。

（ガスケット）
ガスケットは、厚み４．０ｍｍ、幅１８ｍｍの内寸５０４ｍｍ角の四角形状のもので、内側に隔膜のシーリング領域を挿入することで保持するためのスリット構造を有するものを使用した。スリット構造は、隔膜のシーリング領域を収容するためにガスケット内側に深さ０．５ｍｍの隙間を幅方向に距離１４ｍｍに設けた構造とした。このガスケットは、ＥＰＤＭゴムを材質とし、１００％変形時の弾性率が４．０ＭＰａであった。

［実施例２］
（隔膜）
実施例２の隔膜として、下記の手順で作製した多孔膜を使用した。
酸化ジルコニウム（「ＥＰ酸化ジルコニウム」、第一稀元素化学工業社製）とＮ−メチル−２−ピロリドン（和光純薬工業社製）を、粒径０．５ｍｍのＳＵＳボールが１ｋｇ入った容量１０００ｍＬのボールミルポットに投入した。これらを回転数７０ｒｐｍで２５℃雰囲気下において３時間攪拌して、分散させて混合物を得た。得られた混合物を、ステンレス製のざる（網目３０メッシュ）により濾過し、混合物からＳＵＳボールを除去した。この混合物にポリスルホン（「ユーデル」、ソルベイアドバンストポリマーズ社製）及びポリビニルピロリドン（重量平均分子量（Ｍｗ）９０００００、和光純薬工業社製）を加え、スリーワンモータを用いて６０℃で１２時間攪拌して溶解させ、以下の成分組成の塗工液を得た。
ポリスルホン：２０質量部
ポリビニルピロリドン：６質量部
Ｎ−メチル−２−ピロリドン：８０質量部
酸化ジルコニウム：４５質量部

この塗工液を、基材であるポリフェニレンサルファイドメッシュ（くればぁ社製、膜厚２８０μｍ、目開き３５８μｍ、糸径１５０μｍ）の両表面に対して、コンマコータを用いて塗工厚みが各面１５０μｍとなるよう塗工した。塗工後直ちに、塗工液を塗工した基材を、４０℃の純水／イソプロパノール混合液（和光純薬工業社製、純水／イソプロパノール＝５０／５０（ｖ／ｖ））を溜めた凝固浴の蒸気下へ２分間晒した。その後直ちに、塗工液を塗工した基材を、凝固浴中へ４分間浸漬した。そして、ポリスルホンを凝固させることで基材表面に塗膜を形成した。その後、純水で塗膜を十分洗浄して多孔膜を得た。
この多孔膜は、平均透水孔径が０．３μｍ、最大孔径が１．１μｍ、厚みが５６０μｍであった。気孔率は４６％であった。
こうして得られた隔膜について、実施例１と同様にプレスすることにより、イオン透過領域（Ａ）の平均透水孔径は０．３μｍで最大孔径は１．１μｍ、気孔率は４６％としつつ、シーリング領域（Ｂ）の平均透水孔径を０．０６μｍ、最大孔径を０．１μｍ、気孔率を１５％とした。

（陽極）
実施例２の陽極としては、実施例１の陽極と同様に作製した電極を使用した。
（陰極）
実施例２の陰極としては、実施例１の陰極と同様に作製した電極を使用した。
（ガスケット）
実施例２のガスケットとしては、実施例１と同様のガスケットを使用した。

［実施例３］
（隔膜）
実施例３の隔膜として、下記の手順で作製した多孔膜を使用した。
酸化ジルコニウム（「ＥＰ酸化ジルコニウム」、第一稀元素化学工業社製）とＮ−メチル−２−ピロリドン（和光純薬工業社製）を、粒径０．５ｍｍのＳＵＳボールが１ｋｇ入った容量１０００ｍＬのボールミルポットに投入した。これらを回転数７０ｒｐｍで２５℃雰囲気下において３時間攪拌して、分散させて混合物を得た。得られた混合物を、ステンレス製のざる（網目３０メッシュ）により濾過し、混合物からボールを分離した。ボールを分離した混合物にポリスルホン（「ユーデル」、ソルベイアドバンストポリマーズ社製）及びポリビニルピロリドン（重量平均分子量（Ｍｗ）９０００００、和光純薬工業社製）を加え、スリーワンモータを用いて６０℃で１２時間攪拌して溶解させ、以下の成分組成の塗工液を得た。
ポリスルホン：１５質量部
ポリビニルピロリドン：８質量部
Ｎ−メチル−２−ピロリドン：７０質量部
酸化ジルコニウム：４５質量部

この塗工液を、多孔性支持体であるポリフェニレンサルファイドメッシュ（くればぁ社製、膜厚２８０μｍ、目開き３５８μｍ、糸径１５０μｍ）の両表面に対して、コンマコータを用いて塗工厚みが各面１５０μｍとなるよう塗工した。塗工後直ちに、塗工液を塗工した多孔性支持体を、３０℃の純水／イソプロパノール混合液（和光純薬工業社製、純水／イソプロパノール＝５０／５０（ｖ／ｖ））を溜めた凝固浴の蒸気下へ２分間晒した。その後直ちに、凝固浴中へ４分間浸漬した。そして、ポリスルホンを凝固させることで多孔性支持体の表面に塗膜を形成させた。その後、純水で塗膜を十分洗浄して多孔膜を得た。
この多孔膜表面の平均透水孔径は０．２μｍで最大孔径は１．１μｍであった。厚みは５８０μｍであった。気孔率は４３％であった。
こうして得られた隔膜について、実施例１と同様にプレスすることにより、イオン透過領域（Ａ）の平均透水孔径は０．２μｍで最大孔径は１．１μｍ、気孔率は４３％としつつ、シーリング領域（Ｂ）の平均透水孔径を０．０５μｍ、最大孔径を０．１μｍ、気孔率を１０％とした。

（ガスケット）
実施例３のガスケットとしては、深さが０．６ｍｍ、距離が１８ｍｍのガスケットを使用した。
（陽極）
実施例３の陽極としては、実施例１の陽極と同様に作製した電極を使用した。
（陰極）
実施例３の陰極としては、実施例１の陰極と同様に作製した電極を使用した。

［実施例４］
（隔膜）
（隔膜）
実施例４の隔膜として、シーリング領域（Ｂ）をイオン透過領域（Ａ）と同じ材料で構成した以外は、実施例１の隔膜と同様にして作製した多孔膜を使用した。
こうして得られた隔膜について、実施例１よりプレス条件を緩和することにより、シーリング領域（Ｂ）の平均透水孔径を０．５μｍ、最大孔径を１．２μｍ、気孔率を３５％とした。
（陽極）
実施例４の陽極としては、実施例１の陽極と同様に作製した電極を使用した。
（陰極）
実施例４の陰極としては、実施例１の陰極と同様に作製した電極を使用した。
（ガスケット）
実施例４のガスケットとしては、実施例１のガスケットと同様に作製したガスケットを使用した。

［比較例１］
（陽極）
比較例１の陽極としては、実施例２の陽極と同様に作製した電極を使用した。
（陰極）
比較例１の陰極としては、実施例２の陰極と同様に作製した電極を使用した。
（隔膜）
比較例１の隔膜としては、シーリング領域（Ｂ）をイオン透過領域（Ａ）と同じ材料で構成した以外は、実施例２の隔膜と同様に作製した多孔膜を使用した。
この多孔膜表面の平均透水孔径は０．３μｍで最大孔径は１．１μｍであった。厚みは５６０μｍであった。気孔率は４６％であった。
（ガスケット）
比較例１のガスケットとしては、実施例２のガスケットと同様に作製したガスケットを使用した。

［比較例２］
（隔膜）
比較例２の隔膜としては、シーリング領域（Ｂ）をイオン透過領域（Ａ）と同じ材料で構成した以外は、実施例３の隔膜と同様に作製した多孔膜を使用した。
この多孔膜表面の平均透水孔径は０．２μｍで最大孔径は１．１μｍであった。厚みは５８０μｍであった。気孔率は４３％であった。
（陽極）
比較例２の陽極としては、実施例３の陽極と同様に作製した電極を使用した。
（陰極）
比較例２の陰極としては、実施例３の陰極と同様に作製した電極を使用した。
（ガスケット）
比較例２のガスケットとしては、実施例３のガスケットと同様に作製したガスケットを使用した。

以下、使用した複極式電解槽及び電解システムについて説明する。上述した電極及び隔膜以外は、実施例及び比較例の全てにおいて同一条件とした。

［複極式電解槽］
陽極ターミナルエレメント、陰極ターミナルエレメント、４個の複極式エレメントから構成される、図１のような、複極式ゼロギャップ構造の電解槽を作製した。各電解槽にはそれぞれの実施例及び比較例の陽極、陰極、及び隔膜が同様に組み込まれている。電解槽のヘッダー管の配設は外部ヘッダー型とした。

＜導電性弾性体＞
導電性弾性体は、線径０．１５ｍｍのニッケル製ワイヤーを織ったものを、波高さ５ｍｍになるように波付け加工したものを使用した。厚みは５ｍｍであり、５０％圧縮変形時の反発力は１５０ｇ／ｃｍ²、メッシュ数は５メッシュ程度であった。

＜複極式エレメント＞
複極式エレメントは、５４０ｍｍ×６２０ｍｍの長方形で、陽極及び陰極の面積は５００ｍｍ×５００ｍｍとした。また陽極室の深さ（陽極室深さ）は２５ｍｍ、陰極室の深さ（陰極室深さ）２５ｍｍとし、材質をニッケルとした。高さ２５ｍｍ、厚み１．５ｍｍのニッケル製の陽極リブと、高さ２５ｍｍ、厚み１．５ｍｍのニッケル製の陰極リブを溶接により取り付けたニッケル製の隔壁の厚みは２ｍｍとした。

集電対として、厚み１ｍｍ、開口部の横方向長さ４．５ｍｍ、縦方向長さ３．２ｍｍのニッケルエキスパンドメタルを用いた。上述した導電性弾性体を、集電対上にスポット溶接して固定した。このゼロギャップ複極式エレメントを、５２５ｍｍ×５２５ｍｍの隔膜を介してスタックさせることで、陰極と陽極が隔膜に押し付けられたゼロギャップ構造を形成した。

［電解システム］
上記複極式電解槽を、図４に示す電解装置７０に組み込んでアルカリ水電解に使用した。以下、図４を参照しながら、電解システムの概略を説明する。
気液分離タンク７２及び外部ヘッダー型の複極式電解槽５０には、電解液として３０％ＫＯＨ水溶液が封入されている。この電解液は、送液ポンプ７１により、陽極室と陽極用気液分離タンク（酸素分離タンク７２ｏ）との間、陰極室と陰極用気液分離タンク（水素分離タンク７２ｈ）との間をそれぞれ循環している。電解液の流量は、流量計７７で測定して２００Ｌ／ｍｉｎに、温度は、熱交換器７９によって９０℃に調整した。循環流路の電解液接液部には、ＳＧＰ炭素鋼配管にテフロンライニング内面処理を施した、２０Ａの配管を用いた。
気液分離タンク７２（７２ｈ及び７２ｏ）は、高さ１４００ｍｍ、容積１ｍ³のものを使用した。各気液分離タンク７２ｈ及び７２ｏの液量は、設計容積の５０％程度とした。
整流器７４から、各電解セルの陰極及び陽極に対して、所定の電極密度で通電した。
通電開始後のセル内圧力は、圧力計７８で測定し、陰極側圧力が５０ｋＰａ、酸素側圧力が４９ｋＰａとなるとように調整した。圧力調整は、圧力計７８の下流に圧力制御弁８０を設置し、これにより行った。

なお、整流器７４としては、（株）三社電機製作所社製のＫＣＡ２Ｆ７−１５−２５００ＣＬを用いた。
酸素濃度計７５としては、アドバンストインストゥルメンツ社製のＧＰＲ−２５００を用いた。
水素濃度計７６としては、理研計器（株）社製のＳＤ−Ｄ５８・ＡＣを用いた。
圧力計７８としては、横河電機（株）社製のＥＪＡ−１１８Ｗを用いた。
流量計７７、熱交換器７９、送液ポンプ７１、気液分離タンク７２（７２ｈ及び７２ｏ）、水補給器７３等は、いずれも当該技術分野において通常使用されるものを用いた。

［物性の測定・評価方法］
以下、対象電極及び隔膜についての物性の測定・評価方法について説明する。
なお、実施例及び比較例で使用した対象電極は、基材上に触媒層を形成したものであるため、表面物性は触媒層に由来する。

（１）隔膜の平均透水孔径
隔膜の平均透水孔径は、完全性試験機（ザルトリウス・ステディム・ジャパン社製、「Ｓａｒｔｏｃｈｅｃｋ Ｊｕｎｉｏｒ ＢＰ−Ｐｌｕｓ」）を使用して以下の方法の測定で得られる平均透水孔径とした。まず、隔膜を芯材も含めて所定の大きさに切り出して、これをサンプルとした。このサンプルを測定用の耐圧容器（透過部面積１２．５７ｃｍ²）にセットして、容器内を１５０ｍＬの純水で満たした。次に、耐圧容器を９０℃に設定した恒温槽内で保持し、耐圧容器内部が９０℃になってから測定を開始した。測定が始まると、サンプルの上面側が窒素で加圧されていき、サンプルの下面側から純水が透過してくるので、圧力及び透過流量の数値を記録した。平均透水孔径は、圧力が１０ｋＰａから３０ｋＰａの間の圧力と透水流量との勾配を使い、以下のハーゲンポアズイユの式から求めた。
平均透水孔径（ｍ）＝｛３２ηＬμ₀／（εＰ）｝^0.5
ここで、ηは水の粘度（Ｐａ・ｓ）、Ｌは隔膜の厚み（ｍ）、μ₀は見かけの流速でありμ₀（ｍ／ｓ）＝流量（ｍ³／ｓ）／流路面積（ｍ²）である。また、εは気孔率、Ｐは圧力（Ｐａ）である。

（２）隔膜の最大孔径
隔膜の最大孔径は、完全性試験機（ザルトリウス・ステディム・ジャパン社製、「Ｓａｒｔｏｃｈｅｃｋ Ｊｕｎｉｏｒ ＢＰ−Ｐｌｕｓ」）を使用して以下の方法で測定した。まず、隔膜を芯材も含めて所定の大きさに切り出して、これをサンプルとした。このサンプルを純水で濡らし、膜の孔内に純水を含浸させ、これを測定用の耐圧容器にセットした。次に、耐圧容器を所定温度に設定した恒温槽内で保持し、耐圧容器内部が所定温度になってから測定を開始した。測定が始まると、サンプルの上面側が窒素で加圧されていき、サンプルの下面側から１５０ｍＬ／分の割合で気泡が連続して発生してくるときの窒素圧力を、バブルポイント圧力とした。最大孔径はヤング−ラプラスの式を変形させた下記バブルポイント式から求めた。
最大孔径（ｍ）＝４γｃｏｓθ／Ｐ
ここで、γは水の表面張力（Ｎ／ｍ）、ｃｏｓθは隔膜表面と水との接触角（ｒａｄ）、Ｐはバブルポイント圧力（Ｐａ）である。

（３）隔膜の気孔率
隔膜の気孔率は、電子天秤を用いて、２５℃に保った室内で測定した。
隔膜を３ｃｍ×３ｃｍの大きさ（９ｃｍ²）で３枚に切出して測定サンプルとし、シックネスゲージで厚みｄ（ｃｍ）を測定した。次いで、測定サンプルを純水中に２４時間浸し、余分な水分を取り除いて、重量ｗ１（ｇ）を測定した。続いて、これらを５０℃に設定した乾燥機内で１２時間以上静置して乾燥させて、重量ｗ２（ｇ）を測定した。
測定対象の隔膜は、水接触面が非常に低吸水性であり、測定サンプルが水を含んだ状態と乾燥状態とで厚み及び面積が有意に変化しなかった。そのため、厚みｄ及び面積を一定値とみなして、下記式で、ｗ１、ｗ２の値から気孔率を求めた。
気孔率（％）＝｛（ｗ１−ｗ２）／（ｄ×９）｝×１００
３枚の測定サンプルについてそれぞれ気孔率を求め、それらの算術平均値を隔膜の気孔率εとした。

［漏出試験］
セルを組み立てた際、シーリング領域からの電解液の漏出があったか、なかったかを評価した。この結果を表１に示す。

［電解試験］
実施例１〜４及び比較例１、２の電解槽構成で、電流密度１０ｋＡ／ｍ²の高電流密度下で連続して２４時間通電し、アルカリ水電解を行った。
２４時間後、各実施例及び比較例ごとに４つの電解セルの対電圧の平均値を算出し、セル電圧（Ｖ）として評価した。この結果を表１に示す。

［電解試験の結果］
実施例１〜４においては、セルからの電解液の漏出が確認出来なかった。また、２４時間電解後のセル電圧が２．５Ｖ以下であり、低過電圧が維持されていた。

一方、比較例１及び２はセルからの電解液の漏出が確認されたため、電解試験が行えなかった。

本発明によれば、多孔膜の電極間に挟まれたイオン透過領域はイオン透過性が高いため、電圧損失が小さくなって高効率となり、セル全体で高効率を達成してセル電圧を低くすることが出来る一方、電解セルに固定するシーリング領域はイオン透過性が低いため、電解液の漏出も起きずリーク電流も小さくすることが出来る。

１ 隔壁
２ 電極
２ａ 陽極
２ｃ 陰極
２ｅ 導電性弾性体
２ｒ 集電体
３ 外枠
４ 隔膜
５ 電極室
５ａ 陽極室
５ｃ 陰極室
６ 整流板（リブ）
７ ガスケット
５０ 複極式電解槽
５１ｇ ファストヘッド、ルーズヘッド
５１ｉ 絶縁板
５１ａ 陽極ターミナルエレメント
５１ｃ 陰極ターミナルエレメント
５１ｒ タイロッド
６０ 複極式エレメント
６５ 電解セル
７０ 電解装置
７１ 送液ポンプ
７２ 気液分離タンク
７２ｈ 水素分離タンク
７２ｏ 酸素分離タンク
７３ 水補給器
７４ 整流器
７５ 酸素濃度計
７６ 水素濃度計
７７ 流量計
７８ 圧力計
７９ 熱交換器
８０ 圧力制御弁
Ｄ１ 隔壁に沿う所与の方向（電解液通過方向）
Ｚ ゼロギャップ構造
ＳＷ メッシュの短目方向の中心間距離
ＬＷ メッシュの長目方向の中心間距離
Ｃ メッシュの目開き
ＴＥ メッシュの厚み
Ｂ メッシュのボンド長さ
Ｔ 板厚
Ｗ 送り幅（刻み幅）
Ａ 平織メッシュ型の目開き
ｄ 平織メッシュ型の線径
Ｄ パンチング型の穴径
Ｐ パンチング型の穴間ピッチ

Claims (15)

1. 多孔構造のイオン透過性隔膜を有する隔膜であり、
   該イオン透過性隔膜はイオン透過領域（Ａ）とそれを取り囲むシーリング領域（Ｂ）とを有し、
   前記イオン透過領域（Ａ）の平均透水孔径が、前記シーリング領域（Ｂ）の平均透水孔径よりも大きいことを特徴とする隔膜。
2. 多孔構造のイオン透過性隔膜を有するアルカリ水電解用隔膜であり、
   該イオン透過性隔膜はイオン透過領域（Ａ）とそれを取り囲むシーリング領域（Ｂ）とを有し、
   前記イオン透過領域（Ａ）の平均透水孔径が、前記シーリング領域（Ｂ）の平均透水孔径よりも大きいことを特徴とするアルカリ水電解用隔膜。
3. 前記イオン透過領域（Ａ）の平均透水孔径が０．１μｍ〜０．８μｍの範囲にあり、
   前記シーリング領域（Ｂ）の平均透水孔径が０．０１μｍ〜０．５μｍの範囲にあることを特徴とする請求項１または２に記載の隔膜。
4. 多孔構造のイオン透過性隔膜を有する隔膜であり、
   該イオン透過性隔膜はイオン透過領域（Ａ）とそれを取り囲むシーリング領域（Ｂ）とを有し、
   前記イオン透過領域（Ａ）の最大孔径が、前記シーリング領域（Ｂ）の最大孔径よりも大きいことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の隔膜。
5. 前記イオン透過領域（Ａ）の最大孔径が０．８μｍ〜３．０μｍの範囲にあり、
   前記シーリング領域（Ｂ）の最大孔径が０．０１〜２．０μｍの範囲にあることを特徴とする請求項４に記載の隔膜。
6. 多孔構造のイオン透過性隔膜を有する隔膜であり、
   該イオン透過性隔膜はイオン透過領域（Ａ）とそれを取り囲むシーリング領域（Ｂ）とを有し、
   前記イオン透過領域（Ａ）の気孔率が、前記シーリング領域（Ｂ）の気孔率よりも高いことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の隔膜。
7. 前記イオン透過領域（Ａ）の気孔率が３０％〜６０％の範囲にあり、
   前記シーリング領域（Ｂ）の気孔率が０．１〜２０％の範囲にあることを特徴とする請求項６に記載の隔膜。
8. 多孔構造のイオン透過性隔膜を有する隔膜であり、
   該イオン透過性隔膜はイオン透過領域（Ａ）とそれを取り囲むシーリング領域（Ｂ）とを有し、
   前記イオン透過領域（Ａ）の膜厚が、前記シーリング領域（Ｂ）の膜厚よりも大きいことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の隔膜。
9. 前記イオン透過領域（Ａ）の膜厚が３００μｍ〜６００μｍの範囲にあり、
   前記シーリング領域（Ｂ）の膜厚が５０μｍ〜５００μｍの範囲にあることを特徴とする請求項８に記載の隔膜。
10. 請求項１〜９のいずれかに記載の隔膜と、陰極と陽極とを保持したエレメントとをスタックしてなる電解槽であって、
    当該隔膜のシーリング領域（Ｂ）とセル枠が接しており、且つ、当該隔膜のイオン透過領域（Ａ）の両面がそれぞれ当該陰極および陽極と接していることを特徴とする電解槽。
11. 前記隔膜のシーリング領域（Ｂ）と前記エレメントとが、さらにガスケットを介してスタックしてなる請求項１０に記載の電解槽。
12. 前記ガスケットの弾性率が前記隔膜のシーリング領域（Ｂ）の弾性率よりも大きいことを特徴とする請求項１１に記載の電解槽。
13. 前記ガスケットの断面の形状がコの字型であり、
    前記隔膜を挟み込むスリット部分の幅が０．３〜１．０ｍｍであり、
    前記隔膜を挟み込むスリット部分の深さが５．０〜８０ｍｍである
    ことを特徴とする請求項１１又は１２に記載の電解槽。
14. 前記ガスケットが前記隔膜を挟み込む構造を特徴とする請求項１１〜１３のいずれかに記載の電解槽。
15. アルカリを含有する水を電解槽により水電解し、水素を製造する水素製造方法であり、
    前記電解槽は、隔膜と、陰極と陽極とを保持したエレメントとをスタックしてなり、
    ここで、前記隔膜は、多孔構造のイオン透過性隔膜を有し、
    前記イオン透過性隔膜は、イオン透過領域（Ａ）とそれを取り囲むシーリング領域（Ｂ）とを有し、
    前記イオン透過領域（Ａ）の平均透水孔径が、前記シーリング領域（Ｂ）の平均透水孔径よりも大きく、
    前記隔膜のシーリング領域（Ｂ）とセル枠とが接しており、且つ、前記隔膜のイオン透過領域（Ａ）の両面がそれぞれ前記陰極および前記陽極と接している
    ことを特徴とする、水素製造方法。

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