JP2023165110A - 水電解スタック - Google Patents
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Abstract
【課題】気液分離できる水電解スタックを提供する。
【解決手段】固体高分子電解質膜を挟んで一方側に配置された酸素発生極及び他方側に配置された水素発生極を有する水電解するための単位要素である水電解セルが複数積層されてなる水電解スタックであって、水電解セルには酸素発生極側に配置され水を供給する水供給流路を具備する酸素極セパレータ、及び、水素発生極側には発生した水素を流す水素流路を具備する水素極セパレータを備え、隣り合う水電解セルで、一方の水電解セルの水素極セパレータと他方の水電解セルの酸素極セパレータとが隣接しており、水素極セパレータと酸素極セパレータとの間にセパレータ間流路が形成され、セパレータ間流路は水素発生極と開口により連通している。
【選択図】図５
【解決手段】固体高分子電解質膜を挟んで一方側に配置された酸素発生極及び他方側に配置された水素発生極を有する水電解するための単位要素である水電解セルが複数積層されてなる水電解スタックであって、水電解セルには酸素発生極側に配置され水を供給する水供給流路を具備する酸素極セパレータ、及び、水素発生極側には発生した水素を流す水素流路を具備する水素極セパレータを備え、隣り合う水電解セルで、一方の水電解セルの水素極セパレータと他方の水電解セルの酸素極セパレータとが隣接しており、水素極セパレータと酸素極セパレータとの間にセパレータ間流路が形成され、セパレータ間流路は水素発生極と開口により連通している。
【選択図】図５
Description
本開示は水電解セルが積層された水電解スタックに関する。
特許文献１には、電解槽を電解システムの上段に設け、下段には電解液を電解槽に供給・循環する循環タンクを設け、循環タンクを電解液の回収用タンクとして併用し、電解液を循環タンクから電解槽に供給する供給マニホールドを電解槽の底面より下方に位置するよう設置し、供給マニホールドを電解液の回収用マニホールドとして併用し、電解槽の運転を停止したとき、電解槽内の全ての電解液をポンプを使用せずに、自重により回収することを特徴とする電解システムが開示されている。
特許文献２にはセパレータで水素ガスから分離された水をドレインラップを通じて排出させ得るように構成した水素・酸素発生装置が開示されている。
特許文献２にはセパレータで水素ガスから分離された水をドレインラップを通じて排出させ得るように構成した水素・酸素発生装置が開示されている。
特許文献１、２等の従来技術では、水電解により水素ガスを得る際に、水素発生媒体から流出した流体は気液混合であるため、外部に気液分離器を配置する必要があった。
上記問題に鑑み本開示は、飽和蒸気による水分以外を気液分離できる水電解スタックを提供することを目的とする。
発明者は、水素発生極側において流出する水素と随伴水とをセパレータ部分で分離することに着目した。具体的には隣り合う水電解セルのうち、水素発生極（カソード）セパレータと酸素発生極（アノード）セパレータとの間に流路（セパレータ間流路）を設け、水素発生極（カソード）側とセパレータ間流路とを開口で連通させる。これによりセパレータ間流路に随伴水を導き気液を分離することを考えた。
本願は、固体高分子電解質膜を挟んで一方側に配置された酸素発生極及び他方側に配置された水素発生極を有する水電解するための単位要素である水電解セルが複数積層されてなる水電解スタックであって、水電解セルには酸素発生極側に配置され水を供給する水供給流路を具備する酸素極セパレータ、及び、水素発生極側には発生した水素を流す水素流路を具備する水素極セパレータを備え、隣り合う水電解セルで、一方の水電解セルの水素極セパレータと他方の水電解セルの酸素極セパレータとが隣接しており、水素極セパレータと酸素極セパレータとの間にセパレータ間流路が形成され、セパレータ間流路は水素発生極と開口により連通している、水電解スタックを開示する。
水素極セパレータ、及び、酸素極セパレータは、いずれも凹凸が繰り返される形状を有しており、水素極セパレータの凸部と酸素極セパレータの凸部とが重なることにより、水素極セパレータの凹部と酸素極セパレータの凹部との間にセパレータ間流路が形成されてもよい。
本開示によれば、隣り合う水電解セルの酸素発生極側のセパレータと水素発生極側のセパレータとの間に形成された流路で気液分離でき、水電解スタック内で気液分離をすることが可能となる。
１．水電解セル
図１、図２に１つの形態にかかる水電解セル１０の構造を説明する図を示した。水電解セル１０は純水を水素と酸素とに分解するための単位要素であり、このような水分解セル１０が複数積層されて水電解スタックを構成している。図１は水電解セル１０を平面視した図、図２は図１のＡーＡ断面の一部であり水電解セル１０のうち水電解が行われる部位である水電解部１０ａにおける層構成を説明する図である。
図１、図２に１つの形態にかかる水電解セル１０の構造を説明する図を示した。水電解セル１０は純水を水素と酸素とに分解するための単位要素であり、このような水分解セル１０が複数積層されて水電解スタックを構成している。図１は水電解セル１０を平面視した図、図２は図１のＡーＡ断面の一部であり水電解セル１０のうち水電解が行われる部位である水電解部１０ａにおける層構成を説明する図である。
水電解セル１０は複数の層からなり、固体高分子電解質膜１１を挟んで一方が酸素発生極（アノード）、他方が水素発生極（カソード）となる。アノードは固体高分子電解質膜１１側からアノード触媒層１２、アノードガス拡散層１３、アノードセパレータ１４がこの順に積層されている。一方、カソードは固体高分子電解質膜１１側からカソード触媒層１５、カソードガス拡散層１６、カソードセパレータ１７をこの順に備えている。ここで、水電解膜電極接合体は、固体高分子電解質膜１１、固体高分子電解質膜１１のアノード側に配置されたアノード触媒層１２、及び、固体高分子電解質膜１１のカソード側に配置されたカソード触媒層１５の積層体を意味する。水電解膜電極接合体の厚さは０．４ｍｍ程度が典型的であり、水電解部１０ａにおける水電解セル１０の厚さは１．３ｍｍ程度が典型的である。
各層は例えば次の通りである。
各層は例えば次の通りである。
１．１．固体高分子電解質膜
固体高分子電解質膜１１はプロトン伝導性を有する膜の１つの態様である。本形態で固体高分子電解質膜１１を構成する材料（電解質）は固体高分子材料であり、例えばフッ素系樹脂や炭化水素系樹脂材料等により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜が挙げられる。これは湿潤状態で良好なプロトン伝導性（電気伝導性）を示す。より具体的にはパーフルオロ系電解質であるナフィオン（Nafion、登録商標）による膜が挙げられる。
固体高分子電解質膜１１の厚さは特に限定されることはないが、２００μｍ以下、好ましくは１００μｍ以下、より好ましくは３０μｍ以下である。
固体高分子電解質膜１１はプロトン伝導性を有する膜の１つの態様である。本形態で固体高分子電解質膜１１を構成する材料（電解質）は固体高分子材料であり、例えばフッ素系樹脂や炭化水素系樹脂材料等により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜が挙げられる。これは湿潤状態で良好なプロトン伝導性（電気伝導性）を示す。より具体的にはパーフルオロ系電解質であるナフィオン（Nafion、登録商標）による膜が挙げられる。
固体高分子電解質膜１１の厚さは特に限定されることはないが、２００μｍ以下、好ましくは１００μｍ以下、より好ましくは３０μｍ以下である。
１．２．アノード触媒層
アノード触媒層（酸素極触媒層）１２は、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｉｒ等の貴金属触媒及びその酸化物を少なくとも１つ以上含む触媒を有する層である。触媒としてより具体的には、Ｐt、イリジウム酸化物、ルテニウム酸化物、イリジウムルテニウム酸化物、又は、これらの混合物が挙げられる。
イリジウム酸化物としては、酸化イリジウム(ＩｒＯ２、ＩｒＯ３)、イリジウムスズ酸化物、イリジウムジルコニウム酸化物等が挙げられる。
ルテニウム酸化物としては、酸化ルテニウム（ＲｕＯ２、Ｒｕ２Ｏ３）、ルテニウムタンタル酸化物、ルテニウムジルコニウム酸化物、ルテニウムチタン酸化物、ルテニウムチタンセリウム酸化物等が挙げられる。
イリジウムルテニウム酸化物としては、イリジウムルテニウムコバルト酸化物、イリジウムルテニウムスズ酸化物、イリジウムルテニウム鉄酸化物、イリジウムルテニウムニッケル酸化物等が挙げられる。
アノード触媒層（酸素極触媒層）１２は、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｉｒ等の貴金属触媒及びその酸化物を少なくとも１つ以上含む触媒を有する層である。触媒としてより具体的には、Ｐt、イリジウム酸化物、ルテニウム酸化物、イリジウムルテニウム酸化物、又は、これらの混合物が挙げられる。
イリジウム酸化物としては、酸化イリジウム(ＩｒＯ２、ＩｒＯ３)、イリジウムスズ酸化物、イリジウムジルコニウム酸化物等が挙げられる。
ルテニウム酸化物としては、酸化ルテニウム（ＲｕＯ２、Ｒｕ２Ｏ３）、ルテニウムタンタル酸化物、ルテニウムジルコニウム酸化物、ルテニウムチタン酸化物、ルテニウムチタンセリウム酸化物等が挙げられる。
イリジウムルテニウム酸化物としては、イリジウムルテニウムコバルト酸化物、イリジウムルテニウムスズ酸化物、イリジウムルテニウム鉄酸化物、イリジウムルテニウムニッケル酸化物等が挙げられる。
ここでアノード触媒層１２にはアイオノマを含んでもよい。アイオノマを含むことにより塗工性向上を図る他、その親水性により水分解の際に供給される水の透過を円滑に行うことができる。含まれるアイオノマとしては固体高分子電解質膜に用いる電解質であるパーフルオロ系電解質を含むアイオノマを挙げることができる。
１．３．アノードガス拡散層
アノードガス拡散層１３は、アノード側に配置されるガス拡散層であり、公知のものを用いることができるが、ガス透過性及び導電性を有する部材によって構成されている。具体的には金属繊維（例えばチタン繊維）または金属粒子（チタン粒子）などの焼結体からなる多孔質導電性部材等を挙げることができる。
アノードガス拡散層１３は、アノード側に配置されるガス拡散層であり、公知のものを用いることができるが、ガス透過性及び導電性を有する部材によって構成されている。具体的には金属繊維（例えばチタン繊維）または金属粒子（チタン粒子）などの焼結体からなる多孔質導電性部材等を挙げることができる。
１．４．アノードセパレータ
アノードセパレータ１４は、アノードガス拡散層１３に供給する純水及び分解した酸素が流れる流路（水供給流路）１４ａを備える部材である。本形態でアノードセパレータ１４は水電解部１０ａにおいて板状の部材を波状に形成して凹凸が繰り返された部材であり凹部１４ｃがアノードガス拡散層１３に接触して配置されることにより、アノードガス拡散層１３と凸部１４ｂの間に水供給流路１４ａが形成される。このとき、板厚は０．１ｍｍ～０．２ｍｍが典型的であり、凹凸の高さは０．５ｍｍ程度が典型的である。
アノードセパレータ１４は、アノードガス拡散層１３に供給する純水及び分解した酸素が流れる流路（水供給流路）１４ａを備える部材である。本形態でアノードセパレータ１４は水電解部１０ａにおいて板状の部材を波状に形成して凹凸が繰り返された部材であり凹部１４ｃがアノードガス拡散層１３に接触して配置されることにより、アノードガス拡散層１３と凸部１４ｂの間に水供給流路１４ａが形成される。このとき、板厚は０．１ｍｍ～０．２ｍｍが典型的であり、凹凸の高さは０．５ｍｍ程度が典型的である。
また、アノードセパレータ１４には、図１からわかるように、水電解部１０ａから延長して外側となる位置で、流路１４ａの一端側となる部位には水入口孔Ｈ２Ｏｉｎ1、水入口孔Ｈ２Ｏｉｎ２が設けられ、流路１４ａの他端側となる部位には水及び酸素出口孔Ｏ２／Ｈ２Ｏｏｕｔ、水素出口孔Ｈ２ｏｕｔが設けられている。また、流路１４ａが並ぶ方向の一端側に複数の水出口Ｈ２Ｏｏｕｔが設けられている。
ここで流路１４ａは一端が水入口孔Ｈ２Ｏｉｎ１に通じ、他端が水及び酸素出口孔Ｏ２／Ｈ２Ｏｏｕｔに通じている。
ここで流路１４ａは一端が水入口孔Ｈ２Ｏｉｎ１に通じ、他端が水及び酸素出口孔Ｏ２／Ｈ２Ｏｏｕｔに通じている。
１．５．カソード触媒層
カソード触媒層１５に含まれる触媒は、公知の触媒を用いることができ、例えば白金、白金被覆チタン、白金担持カーボン、パラジウム担持カーボン、コバルトグリオキシム、ニッケルグリオキシム等を挙げることができる。
ここでカソード触媒層１５にはアイオノマを含んでもよい。アイオノマを含むことにより塗工性向上を図ることができる。含まれるアイオノマとしては固体高分子電解質膜に用いる電解質であるパーフルオロ系電解質からなるアイオノマを挙げることができる。
カソード触媒層１５に含まれる触媒は、公知の触媒を用いることができ、例えば白金、白金被覆チタン、白金担持カーボン、パラジウム担持カーボン、コバルトグリオキシム、ニッケルグリオキシム等を挙げることができる。
ここでカソード触媒層１５にはアイオノマを含んでもよい。アイオノマを含むことにより塗工性向上を図ることができる。含まれるアイオノマとしては固体高分子電解質膜に用いる電解質であるパーフルオロ系電解質からなるアイオノマを挙げることができる。
１．６．カソードガス拡散層
カソードガス拡散層１６は、カソード側に配置されるガス拡散層であり、公知のものを用いることができるが、ガス透過性及び導電性を有する部材によって構成されている。具体的にはカーボンクロスやカーボンペーパー等の多孔質部材等を挙げることができる。
カソードガス拡散層１６は、カソード側に配置されるガス拡散層であり、公知のものを用いることができるが、ガス透過性及び導電性を有する部材によって構成されている。具体的にはカーボンクロスやカーボンペーパー等の多孔質部材等を挙げることができる。
１．７．カソードセパレータ
カソードセパレータ１７は、水素イオンが還元されて発生した水素、及び、水素イオンが固体高分子電解質膜１１を透過するときにこれに随伴した水（随伴水）が到達する流路１７ａを備える部材である。本形態でカソードセパレータ１７は水電解部１０ａにおいて板状の部材を波状に形成して凹凸が繰り返された部材であり凹部１７ｃがカソードガス拡散層１６に接触して配置されることにより、カソードガス拡散層１６と凸部１７ｂとの間に水素排出のための流路１７ａが形成される。このとき、板厚は０．１ｍｍ～０．２ｍｍが典型的であり、凹凸の高さは０．５ｍｍ程度が典型的である。
カソードセパレータ１７は、水素イオンが還元されて発生した水素、及び、水素イオンが固体高分子電解質膜１１を透過するときにこれに随伴した水（随伴水）が到達する流路１７ａを備える部材である。本形態でカソードセパレータ１７は水電解部１０ａにおいて板状の部材を波状に形成して凹凸が繰り返された部材であり凹部１７ｃがカソードガス拡散層１６に接触して配置されることにより、カソードガス拡散層１６と凸部１７ｂとの間に水素排出のための流路１７ａが形成される。このとき、板厚は０．１ｍｍ～０．２ｍｍが典型的であり、凹凸の高さは０．５ｍｍ程度が典型的である。
さらに、カソードセパレータ１７は、その一部に壁を貫通する開口１７ｄを備えている。本形態では凹部１７ｃに設けられ、この開口１７ｄによりカソードとセパレータ間流路３０（図５参照）とが連通し、開口１７ｄを通じて随伴水をセパレータ間流路３０に流すことができる。
開口１７ｄの形態は特に限定されることはないが、流路１７ａが延びる方向に連続したスリット状であってもよく、流路１７ａが延びる方向に断続的に複数の開口１７ｄが間隔を有して設けられてもよい。ただし、カソードではその性質上ある程度の圧力を有していることから、開口１７ｄをある程度小さくすることで、後述するような開口１７ｄを通して随伴水を選択的にセパレータ間流路３０に押し出すようにして導きやすくなる。
開口１７ｄの形態は特に限定されることはないが、流路１７ａが延びる方向に連続したスリット状であってもよく、流路１７ａが延びる方向に断続的に複数の開口１７ｄが間隔を有して設けられてもよい。ただし、カソードではその性質上ある程度の圧力を有していることから、開口１７ｄをある程度小さくすることで、後述するような開口１７ｄを通して随伴水を選択的にセパレータ間流路３０に押し出すようにして導きやすくなる。
また、カソードセパレータ１７には、図１からわかるように、水電解部１０ａから延長して外側となる位置で、流路１７ａの一端側となる部位には水入口孔Ｈ２Ｏｉｎ１、水入口孔Ｈ２Ｏｉｎ２が設けられ、流路１７ａの他端側となる部位には水及び酸素出口孔Ｏ２／Ｈ２Ｏｏｕｔ、水素出口孔Ｈ２ｏｕｔが設けられている。また、流路１７ａが並ぶ方向の一端側に複数の水出口Ｈ２Ｏｏｕｔが設けられている。
ここで流路１７ａは一端が水入口孔Ｈ２Ｏｉｎ２に通じ、他端が水素出口孔Ｈ２ｏｕｔに通じている。
ここで流路１７ａは一端が水入口孔Ｈ２Ｏｉｎ２に通じ、他端が水素出口孔Ｈ２ｏｕｔに通じている。
２．水電解スタック
２．１．水電解スタックの基本構造
水電解スタック２０は、上記した水電解セル１０が複数（５０枚～４００枚程度）重ねられてなる部材であり、複数の水電解セル１０に通電して水素及び酸素を生成する。図３にその構成の概要を示した。水電解セル２０は、スタックケース２１、エンドプレート２２、複数の水電解セル１０、及び、付勢部材２３を備えている。
２．１．水電解スタックの基本構造
水電解スタック２０は、上記した水電解セル１０が複数（５０枚～４００枚程度）重ねられてなる部材であり、複数の水電解セル１０に通電して水素及び酸素を生成する。図３にその構成の概要を示した。水電解セル２０は、スタックケース２１、エンドプレート２２、複数の水電解セル１０、及び、付勢部材２３を備えている。
スタックケース２１は、重ねられた複数の水電解セル１０、及び、付勢部材２３をその内側に収納する筐体である。本形態でスタックケース２１は四角形の筒状で一端が開口し、他端が閉じているとともに、開口の縁に沿って開口とは反対側に板状の片が張り出し、フランジ２１ａを形成している。
エンドプレート２２は板状の部材であり、スタックケース２１の開口を塞ぐ。スタックケース２１のフランジ２１ａとの重なり部分をボルト及びナット等によりスタックケース２１にフタをするようにエンドプレート２２がスタックケース２１に固定される。
水電解セル１０は上記の通りである。このような水電解セル１０が複数重ねられている。ここで本形態では、図３からわかるように、水電解セル１０は水平方向に重ねられるように構成され、各水電解セル１０では図１に示したように流路１４ａが並ぶ方向、流路１７ａが並ぶ方向が鉛直方向となり、Ｈ２Ｏｏｕｔが下方となるように配置されている。これにより後述するように重力の作用を利用し易くなる。
付勢部材２３は、スタックケース２１の内側に収まり、水電解セル１０の積層体に対してその積層方向に押圧力を付与する。付勢部材として例えば皿バネ等を挙げることができる。
２．２．水電解セルの積層構造
上記のように水電解スタック２０では複数の水電解セル１０が積層されてなる。図４には積層された水電解セル１０のうち３つを抽出して一部の断面を表した。また図５には図４のうちＶで示した部分を拡大して表した。
上記のように水電解スタック２０では複数の水電解セル１０が積層されてなる。図４には積層された水電解セル１０のうち３つを抽出して一部の断面を表した。また図５には図４のうちＶで示した部分を拡大して表した。
図４、図５からわかるように、水電解セル１０が積層されたときには隣接する水電解セル１０で、一方の水電解セル１０のカソードセパレータ１７と他方の水電解セル１０のアノードセパレータ１４とが重なる。より具体的には一方の水電解セル１０のカソードセパレータ１７の凸部１７ｂと他方の水電解セル１０のアノードセパレータ１４の凸部１４ｂとが接触して重なる。
このように水電解セル１０が積層されることで、隣接する水電解セル１０の間に流路であるセパレータ間流路３０が形成される。具体的には、隣接する水電解セル１０において、一方の水電解セル１０のカソードセパレータ１７ａの凸部１７ｂ及び他方の水電解セル１０のアノードセパレータ１４の凸部１４ｂが重なるように配置されると、凹部１４ｃと凹部１７ｃと間に空間が形成されてこれがセパレータ間流路３０となる。そしてこのセパレータ流路３０は図１に示したＨ２Ｏｏｕｔに連通している。
本形態ではカソードセパレータ１７に上記したように開口１７ｄが設けられているため、カソードからの随伴水をセパレータ間流路３０に流すことができる。
図６には開口１７ｄの位置が異なる例を説明する図を示した。図６は図５と同様の視点による図である。図６の例ではカソードセパレータ１７の凸部１７ｂと凹部１７ｃとを結ぶ壁部に開口１７ｄが設けられている。このような開口１７ｄでも同様に作用する。
３．水電解スタックによる水素の生成等
水電解スタック２０により次のように純水から水素及び酸素が生成される。従って、本開示の水電解スタックは上記の他にも水素を生成するために必要な公知の部材や構成を備えることができる。
水電解スタック２０により次のように純水から水素及び酸素が生成される。従って、本開示の水電解スタックは上記の他にも水素を生成するために必要な公知の部材や構成を備えることができる。
アノードセパレータ１４の流路１４ａからアノード（酸素発生極）に供給された純水（Ｈ２Ｏ）は、アノードとカソードとの間に通電することで、電位がかかったアノード触媒層１２で酸素、電子及びプロトン（Ｈ＋）に分解される。このときプロトンは固体高分子電解質膜１１を通りカソード触媒層１５に移動する。一方、アノード触媒層１２で分離された電子は外部回路を通りカソード触媒層１５に達する。そして、カソード触媒層１５にてプロトンが電子を受け取り水素（Ｈ２）が発生し、カソードガス拡散層１６に達する。なお、カソードガス拡散層１６では発生した水素ガスとともに随伴水が存在する。
カソードガス拡散層１６に存在する水素ガス及び随伴水はカソードセパレータ１７に達する。カソードセパレータ１７には開口１７ｄが設けられている。また、本形態の水電解スタック２０では水電解セル１０が、セパレータ間流路３０が水平の延び、複数のこれらのセパレータ間流路３０が鉛直方向に配置される。これにより、開口１７ｄを通じて随伴水がセパレータ間流路３０に達し重力の作用で下方に移動する。その結果水素は流路１７ａを移動する。そして随伴水は水電解セル１０の下方に設けられ、セパレータ間流路３０に通じるＨ２Ｏｏｕｔから排出され、水素ガスは流路１７ａを通ってＨ２ｏｕｔから排出される。すなわち、水電解スタック内で水素と随伴水との気液分離がされる。
なお、アノード触媒層１２で発生した酸素及び使用されなかった水はアノードセパレータ１４に達して流路１４ａを通ってＯ２／Ｈ２Ｏｏｕｔから排出される。
４．効果等
上記のように本形態では、発生した多くの随伴水をセパレータ間流路３０に流すことができ、水電解スタック２０で気液が分離される。これをさらに水素の出口（Ｈ２ｏｕｔ）と随伴水の排出口（Ｈ２Ｏｏｕｔ）の高低差を利用して気液分離を促進してより確実に気液分離を行う。これにより分離された気液混合流体から気体（飽和蒸気による水分は含んだまま）は分離することができ、外部に別途気液分離器を設けることを不要とすることも可能である。また、随伴水をセパレータ間流路３０に流すことができるので、水素の流路１７ａに随伴水が溜まり難く、水電解の進行が妨げられることを抑制することが可能となる。
上記のように本形態では、発生した多くの随伴水をセパレータ間流路３０に流すことができ、水電解スタック２０で気液が分離される。これをさらに水素の出口（Ｈ２ｏｕｔ）と随伴水の排出口（Ｈ２Ｏｏｕｔ）の高低差を利用して気液分離を促進してより確実に気液分離を行う。これにより分離された気液混合流体から気体（飽和蒸気による水分は含んだまま）は分離することができ、外部に別途気液分離器を設けることを不要とすることも可能である。また、随伴水をセパレータ間流路３０に流すことができるので、水素の流路１７ａに随伴水が溜まり難く、水電解の進行が妨げられることを抑制することが可能となる。
また、本形態では、水電解セルに燃料電池に用いられる単位要素の構造を兼用することができる（ただし開口は除く。）。このとき、燃料電池の冷却水流路を上記セパレータ間流路として用いることができる。従って水電解スタックと燃料電池との構造上の互換性を高め、両者の部品供給性を高めて生産性向上、コスト削減を図ることもできる。
１０ 水電解セル
１１ 固体高分子電解質膜
１２ アノード触媒層
１３ アノードガス拡散層（酸素発生極ガス拡散層）
１４ アノードセパレータ（酸素発生極セパレータ）
１５ カソード触媒層
１６ カソードガス拡散層（水素発生極ガス拡散層）
１７ カソードセパレータ（水素発生極セパレータ）
１７ｄ 開口
２０ 水電解スタック
３０ セパレータ間流路
１１ 固体高分子電解質膜
１２ アノード触媒層
１３ アノードガス拡散層（酸素発生極ガス拡散層）
１４ アノードセパレータ（酸素発生極セパレータ）
１５ カソード触媒層
１６ カソードガス拡散層（水素発生極ガス拡散層）
１７ カソードセパレータ（水素発生極セパレータ）
１７ｄ 開口
２０ 水電解スタック
３０ セパレータ間流路
Claims (2)
- 固体高分子電解質膜を挟んで一方側に配置された酸素発生極及び他方側に配置された水素発生極を有する水電解するための単位要素である水電解セルが複数積層されてなる水電解スタックであって、
前記水電解セルには前記酸素発生極側に配置され水を供給する水供給流路を具備する酸素極セパレータ、及び、前記水素発生極側には発生した水素を流す水素流路を具備する水素極セパレータを備え、
隣り合う前記水電解セルで、一方の前記水電解セルの前記水素極セパレータと他方の前記水電解セルの前記酸素極セパレータとが隣接しており、
前記水素極セパレータと前記酸素極セパレータとの間にセパレータ間流路が形成され、
前記セパレータ間流路は前記水素発生極と開口により連通している、
水電解スタック。 - 前記水素極セパレータ、及び、前記酸素極セパレータは、いずれも凹凸が繰り返される形状を有しており、前記水素極セパレータの凸部と前記酸素極セパレータの凸部とが重なることにより、前記水素極セパレータの凹部と前記酸素極セパレータの凹部との間に前記セパレータ間流路が形成されている、請求項１に記載の水電解スタック。
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| JP2004119084A (ja) * | 2002-09-24 | 2004-04-15 | Equos Research Co Ltd | 燃料電池 |
| JP2005209470A (ja) * | 2004-01-22 | 2005-08-04 | Equos Research Co Ltd | 燃料電池 |
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