JP2024505578A - ＣＯｘ電解セル流れ場及びガス拡散層 - Google Patents
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Abstract
【要約】ＣＯｘ電解セルの文脈において特に有用であり得る様々な流れ場設計及びガス拡散層設計を備える様々なＣＯｘ電解セルアーキテクチャが提供される。
Description
［政府支援の声明］
政府は、米国エネルギー省との契約第ＤＥ－ＳＣ００１８５４９号及び第ＤＥ－ＳＣ００１７７２５号に従って、本発明に権利を有する。
政府は、米国エネルギー省との契約第ＤＥ－ＳＣ００１８５４９号及び第ＤＥ－ＳＣ００１７７２５号に従って、本発明に権利を有する。
［参照による援用］
ＰＣＴリクエストフォームは、本出願の一部として本明細書と同時に提出される。同時に提出されたＰＣＴリクエストフォームにおいて特定されているように、本出願が利益又は優先権を主張する各出願は、その全体がすべての目的のために参照により本明細書に援用される。
ＰＣＴリクエストフォームは、本出願の一部として本明細書と同時に提出される。同時に提出されたＰＣＴリクエストフォームにおいて特定されているように、本出願が利益又は優先権を主張する各出願は、その全体がすべての目的のために参照により本明細書に援用される。
ＣＯｘ電解槽は、ＣＯｘガス、例えばＣＯ又はＣＯ２を、工業化学物質又は燃料等の１つ又は複数の所望の炭素系副生成物に変換又は還元し、それにより、通常であれば大気中に放出される廃棄ＣＯｘガスを、代わりに工業的に有用な生成物に変換することを可能にする潜在的な手段を提供する。
本明細書に含まれる背景技術及び文脈上の説明は、本開示の文脈を一般的に提示することのみを目的として提供されている。本開示の多くは、本発明者らの研究を提示し、そのような研究が背景技術セクションに記載されているという理由、又は本明細書の他の箇所で文脈として提示されているという理由だけで、そのような研究が先行技術として認められることを意味しない。
本明細書に記載されている主題の１つ又は複数の実装形態の詳細を、添付図面及び以下の説明に記載する。他の特色、態様、及び利点は、説明、図面、及び特許請求の範囲から明らかとなるだろう。
膜電極アセンブリを使用するＣＯｘ電解槽、例えばＣＯ２電解槽は、既存のポリマー電解質膜（ｐｏｌｙｍｅｒ ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ ｍｅｍｂｒａｎｅ：ＰＥＭ）水電解槽といくつかの構造的類似性を共有し得るが、ＣＯｘ電解槽がそのようなＰＥＭ水電解槽システムと著しく異なり得る点がいくつか存在する。
典型的なＣＯｘ電解槽では、膜電極アセンブリ（ｍｅｍｂｒａｎｅ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ａｓｓｅｍｂｌｙ：ＭＥＡ）は、「セル」と称される場合があるものに一緒にスタックされている複数の要素のうちの１つであり得；以下の議論において、「セル」という用語は、この多要素アセンブリを指すために使用される。
ＣＯｘ還元に使用するためのＭＥＡ１００の一例を図１に示す。ＭＥＡ１００は、イオン伝導性ポリマー層１６０によって分離されたカソード層１２０及びアノード層１４０を有し、イオン伝導性ポリマー層１６０は、カソード層１２０及びアノード層１４０の間をイオンが伝わるための経路を提供する。ある特定の実施形態では、カソード層１２０は、アニオン伝導性ポリマーを含む、及び／又は、アノード層１４０は、カチオン伝導性ポリマーを含む。ある特定の実施形態では、ＭＥＡのカソード層及び／又はアノード層は多孔質である。細孔は、ガス及び／又は流体輸送を促進し得、反応に利用可能な触媒表面積の量を増加させ得る。
イオン伝導性層１６０は、例えば、２つ又は３つの副層、すなわち、ポリマー電解質膜（ＰＥＭ）１６５、任意選択的なカソードバッファ層１２５、及び／又は任意選択的なアノードバッファ層１４５を含んでもよい。イオン伝導性層中の１つ又は複数の層は、多孔質であってもよい。ある特定の実施形態では、少なくとも１つの層が非多孔質であるため、カソードの反応物及び生成物は、ガス及び／又は液体輸送によってアノードに移ることができず、その逆も同様である。ある特定の実施形態では、ＰＥＭ層１６５は非多孔質である。アノードバッファ層及びカソードバッファ層の特徴の例は、本明細書の他の箇所に提供されている。ある特定の実施形態では、イオン伝導性層は、ただ１つの層を含むか又は２つの副層を含む。
図２は、カソード２０５で水及びＣＯ２（例えば、湿性又は乾性ガス状ＣＯ２）を反応物として受け取り、ＣＯを生成物として排出するように構成されているＣＯ２電解槽２０３を示す。電解槽２０３はまた、アノード２０７で水を反応物として受け取り、ガス状酸素を排出するように構成されている。電解槽２０３は、カソード２０５に隣接するアニオン伝導性ポリマー２０９、及びアノード２０７に隣接するカチオン伝導性ポリマー２１１（プロトン交換膜として示されている）を有するバイポーラ層を備える。
電解槽２０３の両極性界面２１３の拡大挿入図に示されるように、カソード２０５は、炭素担持粒子２１７、及び担持粒子上に担持された金属ナノ粒子２１９を電子的に伝導するアニオン交換ポリマー（この例では、バイポーラ層にあるものと同じアニオン伝導性ポリマー２０９である）を含む。ＣＯ２及び水は、細孔２２１等の細孔を介して輸送され、金属ナノ粒子２１９に到達し、そこで、この場合は、水酸化物イオンと反応して、重炭酸イオン及び還元反応生成物（図示せず）を生成する。ＣＯ２は、アニオン交換ポリマー２１５内の輸送によって金属ナノ粒子２１９に到達してもよい。
水素イオンは、アノード２０７から、カチオン伝導性ポリマー２１１を通って、両極性界面２１３に到達するまで輸送され、そこで、アニオン交換ポリマー２０９によってカソードへのさらなる輸送が妨害される。界面２１３では、水素イオンは、重炭酸イオン又は炭酸イオンと反応して炭酸（Ｈ２ＣＯ３）を生成し得、これは分解してＣＯ２及び水を生成し得る。本明細書で説明するように、結果として得られるＣＯ２は、気相で提供され得、それを還元することができるカソード２０５に戻るＭＥＡ内の経路が提供される必要がある。カチオン伝導性ポリマー２１１は、重炭酸イオン等のアニオンがアノードに輸送されることを妨害する。アノードにおいて、重炭酸イオン等のアニオンはプロトンと反応してＣＯ２を放出する可能性があり、この場合、ＣＯ２は、カソードにおける還元反応に関与するように利用することができない。
図示のように、アニオン伝導性ポリマーを有するカソードバッファ層は、カソード及びそのアニオン伝導ポリマーと協調して機能して、プロトンのカソードへの輸送を遮断することができる。カソード及びカソードバッファ層に適切な伝導タイプのイオン伝導性ポリマーを用いるＭＥＡは、カチオンのカソードへの輸送を妨害することができ、存在する場合、アノードバッファ層も同様にアニオンのアノードへの輸送を妨害することができるが、カチオン及びアニオンは依然として、膜層等のＭＥＡの内部領域において接触する場合がある。
図２に示されるように、重炭酸イオン及び／又は炭酸イオンは、カソード層及びアノード層の間で水素イオンと結合して炭酸を形成し、これは分解してガス状ＣＯ２を形成し得る。ＭＥＡは、おそらくはこのガス状ＣＯ２の生成のために層間剥離することがあり、容易な排出経路を有しないことが観察された。
層間剥離の問題には、不活性フィラー及び関連付けられる細孔を有するカソードバッファ層を用いることによって対処することができる。その有効性の考えられる説明の１つは、ガス状二酸化炭素が流出してそれを還元できるカソードに戻るための経路を、細孔が形成するというものである。いくつかの実施形態では、カソードバッファ層は多孔質であるが、カソード層及びアノード層の間の少なくとも１つの層は非多孔質である。これにより、層間剥離を依然として防止しながら、カソード層及びアノード層の間のガス及び／又はバルク液体の通過を防止することができる。例えば、非多孔質層は、アノードからカソードへの水の直接通過を防止することができる。ＭＥＡにおける様々な層のポロシティは、本明細書の他の箇所でさらに記載される。
［バイポーラＭＥＡの例］
一例として、ＭＥＡは、還元触媒及び第１のアニオン伝導性ポリマー（例えば、Ｓｕｓｔａｉｎｉｏｎ、ＦｕｍａＳｅｐ ＦＡＡ－３、又はＴｏｋｕｙａｍａアニオン交換ポリマー）を含むカソード層、酸化触媒及び第１のカチオン伝導性ポリマー（例えば、ＰＦＳＡポリマー）を含むアノード層、第２のカチオン伝導性ポリマーを含み、且つ、カソード層及びアノード層の間に配置されてカソード層及びアノード層を導電的に接続する、膜層、及び第２のアニオン伝導性ポリマー（例えば、Ｓｕｓｔａｉｎｉｏｎ、ＦｕｍａＳｅｐ ＦＡＡ－３、又はＴｏｋｕｙａｍａアニオン交換ポリマー）を含み、且つ、カソード層及び膜層の間に配置されてカソード層及び膜層を伝導的に接続する、カソードバッファ層を有する。この例では、カソードバッファ層は、約１及び９０体積パーセントの間のポロシティを有することができるが、追加的又は代替的に、任意の好適なポロシティ（例えば、ポロシティがないことを含む）を有することができる。他の例では、カソードバッファ層は、任意の好適なポロシティ（例えば、０．０１～９５％、０．１～９５％、０．０１～７５％、１～９５％、１～９０％等）を有することができる。
一例として、ＭＥＡは、還元触媒及び第１のアニオン伝導性ポリマー（例えば、Ｓｕｓｔａｉｎｉｏｎ、ＦｕｍａＳｅｐ ＦＡＡ－３、又はＴｏｋｕｙａｍａアニオン交換ポリマー）を含むカソード層、酸化触媒及び第１のカチオン伝導性ポリマー（例えば、ＰＦＳＡポリマー）を含むアノード層、第２のカチオン伝導性ポリマーを含み、且つ、カソード層及びアノード層の間に配置されてカソード層及びアノード層を導電的に接続する、膜層、及び第２のアニオン伝導性ポリマー（例えば、Ｓｕｓｔａｉｎｉｏｎ、ＦｕｍａＳｅｐ ＦＡＡ－３、又はＴｏｋｕｙａｍａアニオン交換ポリマー）を含み、且つ、カソード層及び膜層の間に配置されてカソード層及び膜層を伝導的に接続する、カソードバッファ層を有する。この例では、カソードバッファ層は、約１及び９０体積パーセントの間のポロシティを有することができるが、追加的又は代替的に、任意の好適なポロシティ（例えば、ポロシティがないことを含む）を有することができる。他の例では、カソードバッファ層は、任意の好適なポロシティ（例えば、０．０１～９５％、０．１～９５％、０．０１～７５％、１～９５％、１～９０％等）を有することができる。
ポロシティがありすぎると、バッファ層のイオン伝導性が低下し得る。いくつかの実施形態では、ポロシティは２０％又はそれ未満であり、特定の実施形態では、０．１～２０％、１～１０％、又は５～１０％である。これらの範囲のポロシティは、イオン伝導性を失うことなく、水及び／又はＣＯ２の移動を可能にするのに十分であり得る。ポロシティは、以下でさらに記載されるように測定されてもよい。
関連する例では、膜電極アセンブリは、第３のカチオン伝導性ポリマーを含み、且つ、膜層及びアノード層の間に配置されて膜層及びアノード層を伝導的に接続する、アノードバッファ層を有することができる。アノードバッファ層は、好ましくは約１及び９０体積パーセントの間のポロシティを有するが、追加的又は代替的に、任意の好適なポロシティ（例えば、ポロシティがないことを含む）を有することができる。しかしながら、他の配置及び例では、アノードバッファ層は、任意の好適なポロシティ（例えば、０．０１～９５％、０．１～９５％、０．０１～７５％、１～９５％、１～９０％）を有することができる。カソードバッファ層と同様に、いくつかの実施形態では、ポロシティは２０％又はそれ未満、例えば、０．１～２０％、１～１０％、又は５～１０％である。
一例では、アノードバッファ層は、アニオン交換ポリマーを含むカソード触媒層、アニオン交換ポリマーを含むカソードバッファ層、カチオン交換ポリマーを含む膜、及びアニオン交換ポリマーを含むアノードバッファ層を有するＭＥＡにおいて使用されてもよい。そのような構造では、アノードバッファ層は、膜／アノードバッファ層界面への水の輸送を容易にするために多孔質であってもよい。水はこの界面で分割されて、膜を進むプロトン、及びアノード触媒層に進む水酸化物を生じる。この構造の利点の１つは、塩基性条件でのみ安定している低コストの水酸化触媒（例えば、ＮｉＦｅＯｘ）を使用できる可能性があることである。
別の具体例では、膜電極アセンブリは、還元触媒及び第１のアニオン伝導性ポリマー（例えば、Ｓｕｓｔａｉｎｉｏｎ、ＦｕｍａＳｅｐ ＦＡＡ－３、Ｔｏｋｕｙａｍａアニオン交換ポリマー）を含むカソード層、酸化触媒及び第１のカチオン伝導性ポリマーを含むアノード層、第２のアニオン伝導性ポリマー（例えば、Ｓｕｓｔａｉｎｉｏｎ、ＦｕｍａＳｅｐ ＦＡＡ－３、Ｔｏｋｕｙａｍａアニオン交換ポリマー）を含み、且つ、カソード層及びアノード層の間に配置されてカソード層及びアノード層を伝導的に接続する、膜層、及び第２のカチオン伝導性ポリマーを含み、且つ、アノード層及び膜層の間に配置されてアノード層及び膜層を伝導的に接続する、アノードバッファ層を有する。
アニオン交換ポリマー膜、及びカチオン交換ポリマーを含有するアノードバッファ層を含有するＭＥＡを、ＣＯ還元のために使用してもよい。この場合は、水が、膜／アノードバッファ層界面で形成され得る。アノードバッファ層における細孔は、水の除去を促進することができる。この構造の利点の１つは、酸安定性（例えば、ＩｒＯｘ）水酸化触媒の使用であり得る。
関連する例では、膜電極アセンブリは、第３のアニオン伝導性ポリマーを含み、且つ、カソード層及び膜層の間に配置されてカソード層及び膜層を伝導的に接続する、カソードバッファ層を有することができる。第３のアニオン伝導性ポリマーは、第１及び／又は第２のアニオン伝導性ポリマーと同じであるか又は異なることができる。カソードバッファ層は、好ましくは、約１及び９０体積パーセントの間のポロシティを有するが、追加的又は代替的に、任意の好適なポロシティ（例えば、ポロシティがないことを含む）を有することができる。しかしながら、他の配置及び例では、カソードバッファ層は、任意の好適なポロシティ（例えば、０．０１～９５％、０．１～９５％、０．０１～７５％、１～９５％、１～９０％）を有することができる。いくつかの実施形態では、ポロシティは２０％又はそれ未満であり、特定の実施形態では、０．１～２０％、１～１０％、又は５～１０％である。
一例では、Ｖｕｌｃａｎ ＸＣ７２Ｒカーボン上に担持された直径４ｎｍのＡｕナノ粒子で構成され、ＴＭ１（ｍＴＰＮ－１）アニオン交換ポリマー電解質（Ｏｒｉｏｎ製）と混合されたカソード触媒層が使用されてもよい。この層は、約１５ｕｍ厚であり得、金対金＋炭素重量比（Ａｕ／（Ａｕ＋Ｃ））が２０％であり得、ＴＭ１対触媒質量比が０．３２であり得、質量負荷が１．４～１．６ｍｇ／ｃｍ２（Ａｕ＋Ｃの合計）であり得、推定ポロシティが０．５６であり得る。別の例では、ＴＭ１及びＰＴＦＥ粒子で構成されたアニオン交換ポリマー層が提供されてもよい。ＰＴＦＥ粒子は、直径がおよそ２００ｎｍ、ＴＭ１分子量がおよそ３０ｋ～４５ｋであり得る。そのような層の厚さは約１５μｍであり得、ＰＴＦＥ粒子は約８％のポロシティを導入し得る。およそ１２５μｍの厚さの、パーフルオロスルホン酸ポリマー（例えば、Ｎａｆｉｏｎ１１７）で構成されたプロトン交換膜層もまた提供されてもよい。膜は、層を通るガス（ＣＯ２、ＣＯ、Ｈ２）の著しい移動を防止する連続層を形成し得る。１０ｕｍ厚のＩｒ又はＩｒＯｘナノ粒子（１００～２００ｎｍの凝集体）で構成されたアノード触媒層もまた提供されてもよい。
［ＣＯｘ還元のためのアニオン交換膜単独ＭＥＡ］
いくつかの実施形態では、ＭＥＡは、カチオン伝導性ポリマー層を含有しない。そのような実施形態では、電解質はカチオン伝導性ポリマーではなく、アノードは、イオン伝導性ポリマーを含む場合、カチオン伝導性ポリマーを含有しない。これらの様々な例を以下に提供する。
いくつかの実施形態では、ＭＥＡは、カチオン伝導性ポリマー層を含有しない。そのような実施形態では、電解質はカチオン伝導性ポリマーではなく、アノードは、イオン伝導性ポリマーを含む場合、カチオン伝導性ポリマーを含有しない。これらの様々な例を以下に提供する。
ＡＥＭ単独ＭＥＡは、ＭＥＡ全体にわたるアニオンの伝導を可能にする。いずれのＭＥＡ層もカチオンに対して有意な伝導性を有しない実施形態では、水素イオンは、ＭＥＡ内で制限された移動度を有する。いくつかの実装形態では、ＡＥＭ単独膜は、高ｐＨ環境（例えば、少なくとも約ｐＨ７）を提供し、カソードにおける水素発生寄生反応を抑制することによってＣＯ２及び／又はＣＯ還元を促進し得る。他のＭＥＡ設計と同様に、ＡＥＭ単独ＭＥＡは、イオン、特に水酸化物イオン等のアニオンがポリマー電解質を通って移動することを可能にする。いくつかの実施形態では、ｐＨはより低くてもよく；４又はそれよりも大きいｐＨは、水素の発生を抑制するのに十分な高さであり得る。また、ＡＥＭ単独ＭＥＡは、電子が触媒層中の金属及び炭素に、及びそれらを通って移動することを可能にする。アノード層、カソード層、及び／又はＰＥＭに細孔を有する実施形態では、ＡＥＭ単独ＭＥＡは、液体及びガスが細孔を通って移動することを可能にする。
ある特定の実施形態では、ＡＥＭ単独ＭＥＡは、いずれかの側（カソード及びアノード）に電極触媒層があるアニオン交換ポリマー電解質膜を有する。いくつかの実施形態では、一方又は両方の電極触媒層もまた、アニオン交換ポリマー電解質を含有する。
ある特定の実施形態では、ＡＥＭ単独ＭＥＡは、カソード及びアノード電極触媒層をガス拡散層等の多孔質導電性担体上に堆積させて、ガス拡散電極（ＧＤＥ）を形成し、ガス拡散電極間にアニオン交換膜を挟むことによって形成される。
ある特定の実施形態では、ＡＥＭ単独ＭＥＡは、ＣＯ２還元のために使用される。アニオン交換ポリマー電解質の使用は、ＣＯ２還元を不利にする低ｐＨ環境を回避する。さらに、ＡＥＭが使用される場合、水はカソード触媒層から遠くに輸送され、それにより、セルのカソードにおける反応物ガス輸送を遮断する可能性がある水の蓄積（フラッディング）が防止される。
ＭＥＡにおける水の輸送は、拡散及び電気浸透抗力を含む様々な機構によって行われる。いくつかの実施形態では、本明細書に記載のＣＯ２電解槽の電流密度では、電気浸透抗力が支配的な機構である。水は、ポリマー電解質を通って移動するイオンと共に引っ張られる。Ｎａｆｉｏｎ膜等のカチオン交換膜では、水の輸送量は、十分に特徴付けられており、膜の前処理／水和に依存すると理解されている。プロトンは、前処理に応じて、それぞれ２～４の水分子を保持しながら、正電位から負電位に（アノードからカソードに）移動する。
ある特定の実施形態では、ＡＥＭ単独ＭＥＡは、ＣＯ還元反応で用いられ得る。ＣＯ２還元反応とは異なり、ＣＯ還元は、有益な反応物をアノードに輸送して放出し得る炭酸アニオン又は重炭酸アニオンを生成しない。
図３は、カソード触媒層３０３、アノード触媒層３０５、及びアニオン伝導性ＰＥＭ３０７を有するＣＯ２還元ＭＥＡ３０１の構築の一例を示す。ある特定の実施形態では、カソード触媒層３０３は、炭素粒子等の導電性基板上に担持されていないか又は担持されている金属触媒粒子（例えば、ナノ粒子）を含み得る。いくつかの実装形態では、カソード触媒層３０３は、アニオン伝導性ポリマーをさらに含む。金属触媒粒子は、特に７を超えるｐＨで、ＣＯ２還元を触媒し得る。ある特定の実施形態では、アノード触媒層３０５は、炭素粒子等の導電性基板上に担持されていないか又は担持されている金属酸化物触媒粒子（例えば、ナノ粒子）を含む。いくつかの実装形態では、アノード触媒層３０５は、アニオン伝導性ポリマーをさらに含み得る。アノード触媒層３０５のための金属酸化物触媒粒子の例としては、酸化イリジウム、酸化ニッケル、酸化ニッケル鉄、酸化イリジウムルテニウム、酸化白金等を挙げることができる。アニオン伝導性ＰＥＭ３０７は、例えば、ＩｏｎｏｍｒによるＨＮＮ５／ＨＮＮ８、ＦｕｍａｔｅｃｈによるＦｕｍａＳｅｐ、ＯｒｉｏｎによるＴＭ１、Ｗ７ｅｎｅｒｇｙによるＰＡＰ－ＴＰ、Ｄｉｏｘｉｄｅ ＭａｔｅｒｉａｌｓによるＳｕｓｔａｉｎｉｏｎ等の様々なアニオン伝導性ポリマーのいずれかを含み得る。１．１～２．６の範囲のイオン交換容量（ｉｏｎ ｅｘｃｈａｎｇｅ ｃａｐａｃｉｔｙ：ＩＥＣ）、０～１４の作用ｐＨ範囲、一部の有機溶媒への限定的な溶解度、適度な熱安定性及び機械的安定性、良好なイオン伝導性／ＡＳＲ、及び許容可能な吸水／膨潤比を有するこれらの及び他のアニオン伝導性ポリマーが使用され得る。ポリマーは、使用前に、ハロゲンアニオンではなく、ある特定のアニオンに化学的に交換されてもよい。
図３に示されるように、ＣＯ２ガス等のＣＯ２は、カソード触媒層３０３に提供され得る。ある特定の実施形態では、ＣＯ２は、ガス拡散電極を介して提供されてもよい。カソード触媒層３０３では、ＣＯ２が反応して、ＣｘＯｙＨｚとして一般的に示される還元生成物を生成する。カソード触媒層３０３で生成されるアニオンとしては、水酸化物、炭酸、及び／又は重炭酸を挙げることができる。これらは、アノード触媒層３０５に拡散、泳動、又はそうでなければ移動し得る。アノード触媒層３０５では、水の酸化等の酸化反応が起こって、二原子酸素及び水素イオンが生成され得る。いくつかの用途では、水素イオンが、水酸化物、炭酸、及び／又は重炭酸と反応して、水、炭酸、及び／又はＣＯ２が生成され得る。界面が少ないほど、抵抗は低くなる。いくつかの実施形態では、高度に塩基性の環境が、Ｃ２及びＣ３炭化水素合成のために維持される。
図４は、カソード触媒層４０３、アノード触媒層４０５、及びアニオン伝導性ＰＥＭ４０７を有するＣＯ還元ＭＥＡ４０１の構築の一例を示す。全体として、ＭＥＡ４０１の構築は、図３のＭＥＡ３０１のものと同様であり得る。しかしながら、カソード触媒は、ＣＯ還元反応を促進するように選択されてもよく、つまり、ＣＯ及びＣＯ２還元実施形態では異なる還元触媒が使用され得る。
いくつかの実施形態では、ＡＥＭ単独ＭＥＡは、ＣＯ還元に有利であり得る。ＡＥＭ材料の吸水数は、触媒界面での水分の調整に役立つように選択でき、それにより触媒へのＣＯの利用可能性が改善する。ＡＥＭ単独膜は、この理由でＣＯ還元に好ましい可能性がある。バイポーラ膜は、塩基性アノード液媒体中でＣＯ２溶解及びクロスオーバに対してより良好に抵抗することを理由として、ＣＯ２還元により好ましい可能性がある。
様々な実施形態では、カソード触媒層４０３は、炭素粒子等の導電性基板上に担持されていないか又は担持されている金属触媒粒子（例えば、ナノ粒子）を含み得る。いくつかの実装形態では、カソード触媒層４０３は、アニオン伝導性ポリマーをさらに含み得る。ある特定の実施形態では、アノード触媒層４０５は、炭素粒子等の導電性基板上に担持されていないか又は担持されている金属酸化物触媒粒子（例えば、ナノ粒子）を含む。いくつかの実装形態では、アノード触媒層４０５は、アニオン伝導性ポリマーをさらに含み得る。アノード触媒層４０５のための金属酸化物触媒粒子の例としては、図３のアノード触媒層３０５について特定されたものを挙げることができる。アニオン伝導性ＰＥＭ４０７は、例えば、図３のＰＥＭ３０７について特定されたもの等の様々なアニオン伝導性ポリマーのいずれかを含み得る。
図４に示されるように、ＣＯガスは、カソード触媒層４０３に提供され得る。ある特定の実施形態では、ＣＯは、ガス拡散電極を介して提供されてもよい。カソード触媒層４０３では、ＣＯが反応して、ＣｘＯｙＨｚとして一般的に示される還元生成物を生成し得る。
カソード触媒層４０３で生成されるアニオンとしては、水酸化物イオンを挙げることができる。これらは、アノード触媒層４０５に拡散、泳動、又はそうでなければ移動し得る。アノード触媒層４０５では、水の酸化等の酸化反応が起こって、二原子酸素及び水素イオンが生成され得る。いくつかの用途では、水素イオンが水酸化物イオンと反応して、水が生成され得る。
ＭＥＡ４０１の一般的な構成はＭＥＡ３０１のものと同様であるが、これらのＭＥＡには一定の違いがある。第１に、ＭＥＡは、ＣＯ還元の場合にはより湿っていてもよく、これは、触媒表面がより多くの－Ｈを有するのに役立つ。また、ＣＯ２還元の場合は、多量のＣＯ２を溶解し、その後、図３に示されるようなＡＥＭ単独ＭＥＡのアノードに移送してもよい。ＣＯ還元の場合、著しいＣＯガスクロスオーバが発生する可能性は低い。この場合、反応環境は非常に塩基性であり得る。触媒を含むＭＥＡ材料は、高ｐＨ環境で良好な安定性を有するように選択され得る。いくつかの実施形態では、ＣＯ還元においては、ＣＯ２還元におけるよりも薄い膜が使用され得る。
［ＡＥＭ単独ＭＥＡの例］
１．銅金属（ＵＳＲＮ ４０ｎｍ厚Ｃｕ、約０．０５ｍｇ／ｃｍ２）を、電子ビーム堆積を介して多孔質炭素シート（Ｓｉｇｒａｃｅｔ ３９ＢＣガス拡散層）上に堆積させた。Ｉｒ金属ナノ粒子を、ドロップキャスティングを介して３ｍｇ／ｃｍ２の負荷で多孔質チタンシート上に堆積させた。Ｉｏｎｏｍｒ製のアニオン交換膜（２５～５０μｍ、８０ｍＳ／ｃｍ２のＯＨ－伝導性、２～３ｍＳ／ｃｍ２のＨＣＯ３ －伝導性、３３～３７％の吸水率）を、多孔質炭素シート及び多孔質チタンシートの間に、電極触媒層が膜に面するようにして挟んだ。
１．銅金属（ＵＳＲＮ ４０ｎｍ厚Ｃｕ、約０．０５ｍｇ／ｃｍ２）を、電子ビーム堆積を介して多孔質炭素シート（Ｓｉｇｒａｃｅｔ ３９ＢＣガス拡散層）上に堆積させた。Ｉｒ金属ナノ粒子を、ドロップキャスティングを介して３ｍｇ／ｃｍ２の負荷で多孔質チタンシート上に堆積させた。Ｉｏｎｏｍｒ製のアニオン交換膜（２５～５０μｍ、８０ｍＳ／ｃｍ２のＯＨ－伝導性、２～３ｍＳ／ｃｍ２のＨＣＯ３ －伝導性、３３～３７％の吸水率）を、多孔質炭素シート及び多孔質チタンシートの間に、電極触媒層が膜に面するようにして挟んだ。
２．上に記載の通りに設定した、Ｆｕｍａｔｅｃｈ製のＦＡＡ－３アニオン交換固体ポリマー電解質と、０．１０のＦＡＡ－３対触媒質量比で混合された、Ｓｉｇｍａ Ａｌｄｒｉｃｈの８０ｎｍ球状Ｃｕナノ粒子。
ＭＥＡの様々な特色及び例を記載している、２０１７年１１月９日に公開された米国特許出願公開第ＵＳ２０１７／０３２１３３４号及び２０１９年７月２５日に公開された米国特許出願公開第２０１９０２２６１０３号は、その全体が参照により本明細書に援用される。本明細書で言及されるすべての公開文献は、本明細書に完全に記載されているかのように、その全体が参照により援用される。
上記の議論では、ＣＯｘ ＭＥＡ構築及び特徴の様々な態様の全体的概観を提供したが、以下の議論では、ＣＯｘ電解セルの他の態様をより直接的に扱うことが意図される。
図５は、典型的なＣＯｘ電解セル５００の分解図を示す。セル５００は、アノードガス拡散層（ｇａｓ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｌａｙｅｒ：ＧＤＬ）５０４及びカソードＧＤＬ５１４の間に置かれているＭＥＡ５０２を備え得る。アノードＧＤＬ５０４は、同様に、ＭＥＡ５０２及びアノード流れ場５０６の間に置かれ得、カソードＧＤＬ５１４は、同様に、ＭＥＡ５０２及びカソード流れ場５１６の間に置かれ得る。アノードＧＤＬ５０４は、例えば、アノードガスケット５０５によって囲まれていてもよく、カソードＧＤＬ５１４は、カソードガスケット５１５によって囲まれていてもよく；ガスケット５０５及び５１５は、ＭＥＡ５０２及び対応する流れ場５０６及び５１６の間の流体密封を実現すると同時に、ＧＤＬ５０４及び５１４の過圧縮を防止する構造的支持もまた提供することができるが、ＧＤＬ５０４及び５１４は十分に薄いため、ＧＤＬの圧縮は不十分ではない（例えば、ガスケット５０５及び５１５は、ＧＤＬが圧縮されるようなサイズであり得、その結果、ＧＤＬは、流れ場５０６及び５１６を密封して、一定の電気的接触を維持すると同時に、流体の滞留を防止又は阻止する）。同様に、アノード流れ場５０６は、アノードＧＤＬ５０４及びアノード導体プレート５０８の間に置かれ得、カソード流れ場５１６は、カソードＧＤＬ５１４及びカソード導体プレート５１８の間に置かれ得る。次いで、この要素のスタック全体は、アノード端プレート５１０及びカソード端プレート５２０の間で圧縮され得、例えば、ねじ部品５２２又は他の同様の固定機構を使用して一緒に固定され得る。アノード端プレート５１０及びカソード端プレート５２０は、固定荷重を、その間に存在する電解セル５００の層に一様に分散させる荷重スプレッダとして作用し得る。
セル内の各要素は、セル５００内で特定の機能性を発揮し得る。示されるように、アノード端プレート５１０及びカソード端プレート５２０は、概して、固定荷重をセル５００の他のスタックされた要素全体に比較的一様に分散させるように作用する、荷重をかける部材として作用するように機能し得る。アノード端プレート５１０は、例えば、１つ又は複数の流体入口ポート５２４の少なくとも一部、及び１つ又は複数の流体出口ポート５２６の少なくとも一部を有し得、これらは、セル５００のアノード側へ及びアノード側から流体を運搬するために使用され得る。いくつかの実装形態では、流体入口ポート５２４及び／又は流体出口ポート５２６は、代わりに、少なくとも一部がアノード流れ場５０６の表面に位置付けられていてもよい、及び／又は位置が逆であってもよい。
対応するように、カソード端プレート５２０は、例えば、１つ又は複数の流体入口ポート５２８の少なくとも一部、及び１つ又は複数の流体出口ポート５３０（図示していないが、アノード側で１つ又は複数の流体出口ポート５２６が１つ又は複数の流体入口ポート５２４に関連して存在しているのと同様の、カソード側の１つ又は複数の流体入口ポート５２８に対する位置）の少なくとも一部を有し得、これらは、セル５００のカソード側へ及びカソード側から流体を運搬するために使用され得る。ＣＯｘ電解槽の場合、典型的には流体入口ポート５２８を流れる流体は、ガス状ＣＯｘ、例えばＣＯ及び／又はＣＯ２である。いくつかの実装形態では、流体入口ポート５２８及び／又は流体出口ポート５３０の少なくとも一部は、カソード流れ場５１６の表面に位置付けられてもよい。入口ポート５２４／出口ポート５２６及び／又は入口ポート５２８及び出口ポート５３０の位置は、いくつかの場合では、図５に示されているものから反転されてもよいことがさらに認識されるだろう。
アノード導体プレート５０８及びカソード導体プレート５１８は、セル５００が電圧又は電流源と電気的に接続されて、セル５００内での還元及び酸化反応を駆動し得る電位又は電流をセル５００に生成することを可能にするために使用され得る。アノード導体プレート５０８及びカソード導体プレート５１８はそれぞれ、流体入口ポート５２４及び５２８からの流体が、それぞれのアノード導体プレート５０８又はカソード導体プレート５１８を通って対応するアノード流れ場５０６又はカソード流れ場５１６に入ることを可能にする１つ又は複数の孔又はフィードスルーを有し得る。同様に、アノード導体プレート５０８及びカソード導体プレート５１８はそれぞれ、対応するアノード流れ場５０６又はカソード流れ場５１６からの流体が、それぞれのアノード導体プレート５０８又はカソード導体プレート５１８を通ってそれぞれの流体出口ポート５２６又は５３０から出ることを可能にする１つ又は複数の孔又はフィードスルーも有し得る。
アノード導体プレート５０８は、例えば、電圧又は電流源の正端子と電気的に接続され得、カソード導体プレート５１８は、電圧又は電流源の負端子と電気的に接続され得る。アノード導体プレート５０８及びカソード導体プレート５１８は、各導体プレート及び適切な正又は負電圧又は電流源の間の電気的接続を容易にするために、例えば、ラグ、端子台、又は他の電気的接続機構を有してもよい。アノード導体プレート５０８及びカソード導体プレート５１８への電圧又は電流の印加によりセル５００に電位差を与える場合、結果として生じる電位差は、アノードにおいて酸化反応（例えば、水の分子状酸素への酸化）、及びカソードにおいて、例えばＣＯｘを一酸化炭素、炭化水素、及び／又は他の触媒特有の副生成物に変換する還元反応を引き起こす。
アノード導体プレート５０８は、例えば、アノード導体プレート５０８の電気伝導部分及びアノード端プレート５１０の間に置かれ得る電気絶縁材料５３２の層によって、アノード端プレート５１０から電気的に絶縁されていてもよい。そのような電気絶縁材料５３２の層は、アノード導体プレート５０８から分離していても、それに接合していても、又は代わりにアノード端プレート５１０の側に接合していてもよい（それがどのように提供されているかにかかわらず、電気絶縁材料５３２の層は、アノード導体プレート５０８及びアノード端プレート５１０の間の電気的遮蔽を実現し得る）。アノード端プレート５１０が電気伝導性ではない材料で作製されているか、又はそうでなければ、アノード端プレート５１０が、例えばカソード導体プレート５１８及び／又はカソード端プレート５２０から電気的に遮蔽されているセル５００では、電気絶縁材料５３２の層は省略されてもよい。同様に、カソード導体プレート５１８は、アノード導体プレート５０８及びアノード端プレート５１０に関して作用する電気絶縁材料５３２の層と同様に作用し得るが、カソード端プレート５２０及びカソード導体プレート５１８に関して作用し得る電気絶縁材料５３４の層によって、カソード端プレート５２０から電気的に絶縁されていてもよい。電気絶縁材料５３４の層は、同様に、カソード導体プレート５１８及び／又はカソード端プレート５２０から分離していても、又はそのうちの一方又は他方に接合していてもよい。いくつかの実装形態では、カソード導体プレート５１８がその他の方法でカソード端プレート５２０から電気的に遮蔽されている場合、電気絶縁材料５３４の層は全体が省略されてもよい。いくつかの実装形態では、セル５００の構成要素がその他の方法で、カソード導体プレート５１８及びアノード導体プレート５０８の間の電気的遮蔽を、ＭＥＡ５０２を通る導電経路以外で維持するように構成されている場合、カソード導体プレート５１８は、カソード端プレート５２０と電気伝導的に接触させることさえしてもよい。
アノード導体プレート５０８は、アノード流れ場５０６と電気伝導的に接触していてもよく；同様に、カソード導体プレート５１８は、カソード流れ場５１６と電気伝導的に接触していてもよい。流れ場５０６及び５１６は、電気伝導性であり、且つ、その他の点では、通常の運転条件中に流れ込む流体への長期間曝露に耐えることが可能な様々な材料のいずれかから作製され得る。例えば、流れ場５０６及び５１６は、いくつかの実装形態では、チタン又はチタン合金、ステンレス鋼（但し、ステンレス鋼は他の材料よりも腐食に対する感受性が高い場合がある）、多孔質グラファイト、炭素繊維強化熱硬化性ポリマー等から作製され得る。
アノード導体プレート５０８及びカソード導体プレート５１８は、いくつかの実装形態では、導体プレート及びそれらがそれぞれ電気的に接続する流れ場の間のより高いレベルの電気伝導性を実現するために、高導電性コーティング、例えば金めっき、銅めっき、又は電気伝導性が高い他の材料と共に提供されてもよい。一方の流れ場又は両方の流れ場が、機械的に安定な導電性材料、例えば金属から作製される、及び／又はそれを担持するのに十分な強度を有するいくつかの実装形態では、別個の導体プレート５０８及び５１８は省略されてもよく、電解セル５００への電気的接続を容易にする端子又は他のコネクタは、流れ場の一部であるか又は流れ場に直接取り付けられている。
流れ場５０６及び５１６は、それぞれ流体入口ポート５２４及び５２８、及びそれぞれ流体出口ポート５２６及び５３０に位置が対応する入口及び出口を有し得る。流れ場５０６及び５１６はそれぞれ、１つ又は複数のチャネルを有し得、チャネルは、流れ場５０６及び５１６のそれぞれアノードＧＤＬ５０４及びカソードＧＤＬ５１４に接触する面に形成され、チャネルを通って運ばれる流体が隣接するＧＤＬと略分散的に接触することを可能にするようにルーティングされている。
例えば、アノード流れ場５０６は、それぞれ流体入口ポート５２４及び流体出口ポート５２６と流体的に接続し得る１つ又は複数の入口開口部及び１つ又は複数の出口開口部を特色とし得る（図５において、これらは、アセンブルした場合、適宜、流体入口ポート５２４及び５２８、及び流体出口ポート５２６及び５３０の孔と一直線に並ぶ流れ場における孔である）。１つ又は複数のアノードチャネル、例えば蛇行チャネルは、アノードＧＤＬ５０４と接触するアノード流れ場５０６の表面に提供され得る。アノードチャネルは、セル５００のアノード側に導入された流体をアノードＧＤＬ５０４に分散させるように機能することができ、その結果、アノード流体は空間的に分散してアノードＧＤＬ５０４と接触することができ、その結果、アノード流体はアノードＧＤＬ５０４を、アノードＧＤＬ５０４の区域全体又は区域全体の大半にわたって比較的均一に流れることが可能となり得る。
同様に、カソード流れ場５１６は、（上で論じられたように）それぞれ流体入口ポート５２８及び流体出口ポート５３０と流体的に接続し得る１つ又は複数の入口開口部及び１つ又は複数の出口開口部を特色とし得る。１つ又は複数のカソードチャネル５５４は、カソードＧＤＬ５１４と接触するカソード流れ場５１６の表面に提供され得る。カソードチャネル５５４は、セル５００のカソード側に導入された流体をカソードＧＤＬ５１４に分散させるように機能することができ、その結果、カソード流体は空間的に分散してカソードＧＤＬ５１４と接触することができ、その結果、カソード流体はカソードＧＤＬ５１４を、カソードＧＤＬ５１４の区域全体又は区域全体の大半にわたって比較的均一に流れることが可能となり得る。
アノードＧＤＬ５０４及びカソードＧＤＬ５１４はいずれも、それぞれアノード流れ場５０６及びカソード流れ場５１６の内部で発生するか又はそれらを介して提供されるガスが、ＭＥＡ５０２の活性区域に拡散するのに役立つように機能し得る。ＣＯｘ電解槽における使用に好適な典型的なＧＤＬは、例えば、構造的支持を例えばＭＥＡ５０２の触媒層に提供し、且つ、ガスが隣接する流れ場からＭＥＡへ向かって流れる（ＭＥＡ５０２の平面に平行な方向を含み、それにより、ＧＤＬと接触し得る隣接する流れ場の一部の下をガスが横方向に流れることを可能にする）ことを可能にし得る繊維基材を有し得る。そのようなＧＤＬはまた、ＭＥＡ５０２に存在するか、又はＧＤＬ内に閉じ込められている及び／又はＧＤＬ及びＭＥＡ５０２の間に閉じ込められている水が、ＧＤＬに隣接する流れ場のチャネルに流出することを可能にし得、それにより、その流れ場を通る流体流の結果として水がその流れ場から排出されることを潜在的に可能にする。ＧＤＬはまた、電荷をＭＥＡ５０２に伝導するように機能する電気伝導体としても機能する。
ＣＯｘ電解槽のためのＭＥＡ５０２は、プレスされてカソードＧＤＬ５１４と接触する金属ナノ粒子触媒層を特色とし得；いくつかの実装形態では、金属ナノ粒子触媒層は代替的に、カソードＧＤＬ５１４に形成され、プレスされてＭＥＡ５０２と接触してもよく、さらなる実装形態では、ＭＥＡ５０２及びカソードＧＤＬ５１４の両方に形成され、次いでプレスされて互いに接触し得る金属ナノ粒子触媒層が存在してもよい。そのような触媒層の例の１つは、金ナノ粒子の層を担持するか又は金ナノ粒子を組み込む炭素材料の層である。ＣＯｘ電解槽に使用するための様々なタイプのＭＥＡ及び適切な触媒は、共に２０１７年５月３日に提出され、共に「ＲＥＡＣＴＯＲ ＷＩＴＨ ＡＤＶＡＮＣＥＤ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ ＦＯＲ ＴＨＥ ＥＬＥＣＴＲＯＣＨＥＭＩＣＡＬ ＲＥＡＣＴＩＯＮ ＯＦ ＣＯ２， ＣＯ， ＡＮＤ ＯＴＨＥＲ ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＣＯＭＰＯＵＮＤＳ」という名称の米国特許出願第１５／５８６，１７３号及び同第１５／５８６，１８２号、及び２０１９年１１月２５日に提出され、「ＭＥＭＢＲＡＮＥ ＥＬＥＣＴＲＯＤＥ ＡＳＳＥＭＢＬＹ ＦＯＲ ＣＯｘ ＲＥＤＵＣＴＩＯＮ」という名称の米国特許出願第６２／９３９，９６０号において論じられており、これらのすべては、これによりその全体が参照により本明細書に援用される。
図５に関連して上で論じられたセルアーキテクチャは、複数のセルを使用すること以外は同様の構成で実装されてもよい。図６は、例えば、複数のセルが共通の流体入口ポート／出口ポート及び／又は共通の電位源によって機能することを実質的に可能にするために使用され得るマルチセルスタックの一例を示す。図７は、図６のマルチセルスタックの例を示すが、非分解図で示している。ここで、マルチセルスタックの全体的性能は、部分的には、複数のセル間の電力効率及び生成物選択性の均一性によって定義され、この均一性は、非常に多くの場合、セルのそれぞれへの／間のガス流送達の均一性によって左右されると述べることは重要である。この点において、流れ場形状の選択は、それが流れ場圧力降下（以下に論じられる）に関連するために、スタックの全体的な流れ均一性に大きな影響を及ぼし得る。この理由は、セル間の／セルにわたる圧力降下が、集合流がスタック内の個々のセルに分散されるプレナムの別々の位置の間の任意の圧力の差よりも約１０倍大きい場合、流れ均一性が改善するためである。したがって、スタックの全体的な性能に対して決定されたプレナム形状で作動する場合、流れ場寸法の最適化は重要であり得る。
図６では、１つが別のものの上部にスタックされている４つのセル６００のアレイを備えるスタック６０１が提供される。各セル６００は、全体の構築において図５のセル５００と略同様であり、ＭＥＡ６０２、アノードＧＤＬ６０４（及びアノードガスケット６０５）、カソードＧＤＬ６１４（及びカソードガスケット６１５）、アノード流れ場６０６（アノードチャネルは点線の輪郭で示されるが、それらはアノード流れ場６０６の、図では下に向いている側に位置付けられているため、実際にはこの図では見えない）、及びカソード流れ場６１６を有する。セル６００は、共通のアノード導体プレート６０８、カソード導体プレート６１８、アノード端プレート６１０、カソード端プレート６２０、及び電気絶縁材料６３２及び６３４の層を共有している点で、セル５００とある程度異なる。セル６００はまた、共通の流体入口ポート６２４及び６２８、並びに共通の流体出口ポート６２６及び６３０も共有する。上の図において、「セル」とは、その用語が本明細書で使用される場合、導体プレートのうちの一方又は両方（又はセル６００に電位を提供するための他の機構、例えば、流れ場が電位源と電気的に接続することを可能にする電気端子を含む、スタック６０１の対向する端部の流れ場）を有するいずれのセルも指す場合があることが理解されるだろう。
アセンブルする場合、１つが別のものの上部にスタックされている複数のセル６００は、アノード導体プレート６０８及びカソード導体プレート６１８の間に挟むことができ、それにより、アノード導体プレート６０８及びカソード導体プレート６１８が適切な電圧又は電流源と接続した場合にセル６００のスタック全体に電位が発生するのを可能にする。実質的に、セル６００は、セル６００が直列に配置される電気回路を形成する。同時に、アノード端プレート６１０及びカソード端プレート６２０は、ねじ部品６２２を締めることによってもたらされる圧縮を介して、セル６００、及びアノード導体プレート６０８及びカソード導体プレート６１８（及び電気絶縁材料６３２及び６３４の層）を圧縮して、スタック全体を一緒に固定させ、それにより、様々な層を互いに密封させ、漏れのないアセンブリを提供し得る。
流体入口ポート６２４及び６２８を介して提供される流体は、それぞれプレナム孔Ａ及びＣを介してスタック６０１を進み、その後それぞれアノード流れ場６０６及びカソード流れ場６１６に入ることができ、アノード流れ場６０６及びカソード流れ場６１６から出る流体は、それぞれプレナム孔Ｂ及びＤを介してスタック６０１を進み、その後それぞれ流体出口ポート６２６及び６３０を介してスタック６０１から出ることができる。他の実装形態は、平行な流体流を流れ場に提供する代替的な配置を特色としてもよい、例えば、流体は、スタック６０１の側面に取り付けられた単数又は複数のプレナム構造を介して流れ場の側面に位置付けられたポートを介して流れ場に導入されてもよいことが理解されるだろう。
スタックのいくつかの実装形態では、アノード流れ場６０６及びカソード流れ場６１６は、組み合わせて１つの構成要素としてもよい。例えば、１つのアノード流れ場６０６及び１つのカソード流れ場６１６が互いに接触しているスタック中の位置では、そのような別々の構成要素は、例えば一方の側にアノード流れ場６０６からのチャネル、及び他方にカソード流れ場６１６からのチャネルを含むプレートを有する単一構成要素の流れ場と置き換えてもよい。
そのような配置により、複数のセル６００が、共通の流体入口ポート及び流体出口ポート、並びに共通の電気的接続を使用すること以外は並列に運転されることが可能になるということが理解されるだろう。加えて、図６の実装形態は４セルスタック６０１を示しているが、他の実装形態は、より多いか又はより少ない数のセル、例えば２セル又は３セルスタック６０１、又は最大で５のセル、１０のセル、２０のセル、５０のセル、１００のセル、２００のセル等を備えるスタックを特色としてもよいことが認識及び理解されるだろう。図５～７の図示されたＣＯｘ電解槽の例におけるセルは、ＭＥＡ区域のサイズに関して、チャネル幅と比較して相対的に小さいが、他のＣＯｘ電解槽は、チャネル幅と比較してかなり大きいＭＥＡを備えるようなサイズであってもよいこともまた理解されるだろう。例えば、ＭＥＡは、５×５ｃｍ～１０×１０ｃｍ、最大８０×８０ｃｍ、又はそれよりも大きい範囲であってもよい。ＭＥＡはまた、図５～７に示されるように、アスペクト比で必ずしも正方形である必要はない。
先に言及したように、ＣＯｘ電解槽では、運転中、液体水はセル５００のアノード側に提供され得、ガス状ＣＯｘはセル５００のカソード側に提供され得る。いくつかの実装形態では、水の代わりに水溶液が提供されてもよく、本明細書における水への言及は、水溶液の使用もまた含むと理解されたい。液体水は、セル５００のアノード側での電解反応を介して、酸化を受けて酸素（Ｏ２）ガス、Ｈ＋プロトン、及び電子を生じ得る。Ｈ＋プロトンは、セル５００に印加されている電位のためにセル５００内に存在する電磁場のためにＭＥＡ５０２に引き寄せられ得、カソードで生成されたバイカーボネート及び／又は水酸化物及び／又はホルメートと反応し得る。
様々な他の理由のために、水はＭＥＡのカソードに入る場合がある。いくつかの実装形態では、液体水は１つ又は複数の現象によってカソードに輸送される。したがって、セル５００のアノード側からの水分子は、例えばセル５００のアノード側からセル５００のカソード側へのＨ＋プロトンの移動によって引き起こされた電気浸透抗力を介して、セル５００のカソード側に輸送される場合がある。水の、セル５００のカソード側への送達及び／又はカソード側内での発生の速度は非常に高い場合があり、例えば、ＣＯｘガスの還元を介して生成されるＣＯガス１分子につき、例えば、５及び９分子の間の、セル５００のカソード側に発生及び／又は引き寄せられ得る水が存在し得る。この不均衡は、重要な課題、すなわち、セル５００のカソード側で還元されるＣＯｘガス１分子につき、５及び９分子の間の水をセル５００のカソード側から除去する必要があり得るという課題を提示する。銅触媒を使用することができ、ＣＨ４を発生させるために使用され得るもののような一部のＣＯｘガス電解槽では、セル５００のカソード側で還元されるＣＯｘガス１分子につき、５及び３６分子の間の水をセル５００のカソード側から除去する必要があり得、水の管理に関するより一層大きな課題を提示する。
セル５００のカソード側でのＣＯｘガス還元の速度及び水の蓄積の速度の間のこの不均衡は、燃料電池のカソード側での典型的なガス流量と比較して相対的に低いＣＯｘガスのガス流量、並びにＣＯｘ電解槽において使用される、燃料電池と比較して相対的に低い温度及び高い圧力によってさらに対処が困難になる。例えば、燃料電池は、燃料電池のカソードにおけるＯ２流を、窒素（Ｎ２）を使用して希釈し、それにより、ＣＯｘ電解槽において使用され得るよりも高い体積流量を燃料電池において使用することを可能にし得る。そのようなより高い体積流量は、ＣＯｘ電解槽と比較して速い速度の水分子排除を燃料電池において実現することを可能にし得る。対照的に、ＣＯｘ電解槽に提供されるＣＯｘガスは、概して、高純度のＣＯｘガスであり得、これは、ＣＯｘ電解槽において一般的であり得る、より高い作動圧力との組み合わせにおいて、同等のサイズの燃料電池と比較してはるかに低い体積流量を使用して、ＣＯｘ電解槽内に同様のレベルの所望の反応物ガス流を実現することを可能にし得る。燃料電池と対照的な、ＣＯｘ電解槽に存在する一般により遅い流量は、セル５００のカソード側におけるより高速の水生成及び／又はセル５００のカソード側へのより高速の水泳動と組み合わされて、燃料電池ではそれほど重要な懸念事項ではない、十分に処理されなかった場合には重大な問題をＣＯｘ電解槽に引き起こす場合がある。
例えば、燃料電池の運転中に電池のカソード側に発生／送達される水のおよそ９０％は蒸気相であり、したがって、ＣＯｘ電解槽の運転中にセル５００のカソード側に発生／送達される水と比較して容易にカソード流れ場５１６から流れ出ることができる。典型的なＣＯｘ電解槽では、セル５００のカソード側に発生／送達される水の２％未満が蒸気相であり得；残りが液相である。この著しい液／蒸気相の不均衡、並びにＣＯｘ電解槽における著しくより高速の水凝縮の結果として、ＣＯｘ電解槽は、燃料電池では遭遇しない液体水の管理という固有の問題に直面する。そのような問題は、水電解槽にも当然存在しない。その理由は、水電解槽のカソード側に送達される反応物はそもそも液体水であり、したがって、カソードにおける液体水の存在は、予期されているだけでなく、所望されてもおり、設計によるものだからである。
ＣＯｘ電解槽では、セル５００のカソード側での高濃度の液体水の存在は、ＣＯｘ電解槽が効率的に運転可能となるために克服されなければならない特定の課題を提示する。とりわけ、ＣＯｘ電解槽のカソード側における液体水の存在は、カソードＧＤＬ５１４を通ってＭＥＡ５０２に至るガス状ＣＯｘの流れを妨げ得る。例えば、カソードチャネル５５４及び／又はカソードＧＤＬ５１４にたまる過剰の液体水は、カソードチャネル５５４及び／又はカソードＧＤＬ５１４の一部を塞ぐ物理的障壁を形成する場合があり、ガス状ＣＯｘがＭＥＡ５０２の一部又は全部と接触するのを妨げる。これは、セル５００の還元効率を制限し、いくつかの場合では、液体水が後に除去される場合であっても進行する、セル５００の還元効率を低下させ得るセル５００に対する永続的な損傷を引き起こしさえし得る。過剰の液体水がＣＯｘ電解槽に存在する場合に生じ得るさらなる問題は、ＣＯｘガスの代わりに水が還元され、所望の反応生成物の代わりに水素の生成がもたらされ得ることである。
ＣＯｘ電解槽は、同様のサイズの燃料電池リアクタと比較して著しく高速の液体水発生を経験し得るだけでなく、そのような液体水発生の増加を補償するＣＯｘ電解槽の能力をいくつかの点で、少なくとも燃料電池との比較において阻害する傾向がある条件下で運転される傾向もあり得る。例えば、燃料電池のカソード側に提供される注入ガス、例えば空気は、ＣＯｘ電解槽のカソード側に提供される注入ガスと比較して高い流量で提供される傾向がある。空気は豊富に利用可能であるため、燃料電池の還元反応に利用され得るよりも多くの空気が提供される燃料電池に関する懸念はほとんど存在しない。結果として、空気は、燃料電池内で行われる還元反応を支持するために必要とされ得るよりもはるかに高い流量で燃料電池のカソード流れ場に提供することができ、それにより、燃料電池カソード流れ場内に蓄積した水を強制的に排出することを促進するために使用され得る燃料電池カソード注入ガス流においてより多くの運動エネルギーを利用可能にする。さらに、燃料電池では、酸化剤ガスは通例、他のガス、例えば空気中の窒素で希釈することができ、したがって、より高い流量を使用して、燃料電池のカソード側への酸化剤ガスの十分な送達速度を保証することができる。燃料電池における増加した流速は、カソード流れ場チャネルに存在する液体水の任意の潜在的な液滴を、流れ場を通してカソード流れ場の流体出口ポートまで強制的に前進させ、それにより、流れ場チャネルに存在する少ないがすべての液体水を流れ場から急速に排除するように機能し得る。
対照的に、ＣＯｘ電解槽における注入ガスはＣＯｘガスであり、ＣＯｘ電解槽を使用する主な理由の１つは、ＣＯｘガスを他のより望ましいガス又は液体（例えば、商業的に有益なガス又は液体、又は環境に対する害がより少ないガス又は液体、例えば水及び／又は酸素）に変換することによって、環境に有害となり得るＣＯｘの排出を減少させることである。したがって、ＣＯｘガスの流量を、ＣＯｘ電解槽で使用される所与の電流密度に対して高い、好ましくは最大のＣＯｘ還元を依然として達成するが、ＣＯｘ電解槽を流れ且つ還元されない余分なＣＯｘガスの量を減少又は最小限にもするレベルまで減少させることが望ましい場合がある。
そのような要因のため、ＣＯｘ電解槽は、少なくとも同様の構築を有する等しいサイズの燃料電池と比較して相対的に低いスピードでセルのカソード側に流れ込む、高純度の希釈されていない単数又は複数の注入ガスストリーム、例えば純粋なＣＯｘガス又は比較的純粋なＣＯｘガスを使用して運転され得る。例えば、一部のＣＯｘ電解槽は、典型的な燃料電池に見出されるものと同等か又はそれよりも低いフロースピードで運転可能であり得る。いくつかの実装形態では、ＣＯｘ電解槽は、流れ場チャネルにおいて、約０．０２ｍ／ｓ及び約３０ｍ／ｓの間、約０．０２ｍ／ｓ及び約１５ｍ／ｓの間、約１５ｍ／ｓ及び約３０ｍ／ｓの間、約０．０２ｍ／ｓ及び約７．５ｍ／ｓの間、約７．５ｍ／ｓ及び約１５ｍ／ｓの間、約１５ｍ／ｓ及び約２３ｍ／ｓの間、約２３ｍ／ｓ及び約３０ｍ／ｓの間、約０．０２ｍ／ｓ及び約３．８ｍ／ｓの間、約３．８ｍ／ｓ及び約７．５ｍ／ｓの間、約７．５ｍ／ｓ及び約１１ｍ／ｓの間、約１１ｍ／ｓ及び約１５ｍ／ｓの間、約１５ｍ／ｓ及び約１９ｍ／ｓの間、約１９ｍ／ｓ及び約２３ｍ／ｓの間、約２３ｍ／ｓ及び約２６ｍ／ｓの間、又は約２６ｍ／ｓ及び約３０ｍ／ｓの間の平均ＣＯｘガス流速で運転されるように構成されている。いくつかの実装形態では、ＣＯｘ電解槽は、約２ｍ／ｓ～１０ｍ／ｓ、又は約５ｍ／ｓ～１０ｍ／ｓ、又は約７．５ｍ／ｓ～約１０ｍ／ｓのＣＯｘガス流速で運転されるように構成されている。
示されるように、いくつかの実装形態では、比較的低い流量は、多くの場合低い体積流量又は線流量と関連付けられる低いモル流量のために比較的高いＣＯｘ利用率（変換効率と混同されるべきではない）等の利点をＣＯｘ電解槽にもたらす。別の利益は、ＭＥＡを許容可能な水和レベルに維持することである。高いガス流量は、ＭＥＡを乾燥させる傾向があり、これは劣化を引き起こす。さらに、利用率を固定した場合、より低いガススピードは、より短いチャネル、したがってセル１つ当たりより多くのチャネルを有する流れ場設計を可能にする。いくつかの実施形態では、ＣＯｘ電解槽は、フローチャネルにおいて、約０．０２ｍ／ｓ及び約５ｍ／ｓの間、約０．０２ｍ／ｓ及び約２．５ｍ／ｓの間、約２．５ｍ／ｓ及び約５ｍ／ｓの間、約０．０２ｍ／ｓ及び約１．３ｍ／ｓの間、約１．３ｍ／ｓ及び約２．５ｍ／ｓの間、約２．５ｍ／ｓ及び約３．８ｍ／ｓの間、約３．８ｍ／ｓ及び約５ｍ／ｓの間、約０．０２ｍ／ｓ及び約０．６４ｍ／ｓの間、約０．６４ｍ／ｓ及び約１．３ｍ／ｓの間、約１．３ｍ／ｓ及び約１．９ｍ／ｓの間、約１．９ｍ／ｓ及び約２．５ｍ／ｓの間、約２．５ｍ／ｓ及び約３．１ｍ／ｓの間、約３．１ｍ／ｓ及び約３．８ｍ／ｓの間、約３．８ｍ／ｓ及び約４．４ｍ／ｓの間、又は約４．４ｍ／ｓ及び約５ｍ／ｓの間のＣＯｘフロースピードで運転されるように構成されている。
対照的に、ＣＯｘ電解槽に見られる典型的により低い流量は、セル５００のカソード側への著しくより高速の液体水の導入と相まって、ＣＯｘ電解槽における排水を、他の電気化学装置、例えば燃料電池又は水電解槽と比較してはるかに困難にする。
［流れ場設計］
様々な特色及び技術が、ＣＯｘ電解槽カソードにおける液体水の蓄積という有害な影響の低減に役立てるために使用することができる。例えば、カソード流れ場５１６は、電池５００内のより効果的な液体水の管理を可能にし得る１つ又は複数の構造的特色を有するように構築することができる。
様々な特色及び技術が、ＣＯｘ電解槽カソードにおける液体水の蓄積という有害な影響の低減に役立てるために使用することができる。例えば、カソード流れ場５１６は、電池５００内のより効果的な液体水の管理を可能にし得る１つ又は複数の構造的特色を有するように構築することができる。
例えば、アノード流れ場５０６及びカソード流れ場５１６の両方は、それぞれ、単数又は複数の対応するアノードチャネル５４４及び単数又は複数のカソードチャネル５５４を有し得る。カソードチャネル５５４は、例えば、ＣＯｘ電解槽の文脈におけるより効果的な排水に寄与し得る、及び／又は液体水がセル５００のカソード側にたまる場合にそのようなＣＯｘ電解槽に生じ得る潜在的な性能劣化を低減し得る、ある特定の特徴を有するように設計され得る。
［蛇行チャネル流れ場］
ＣＯｘ電解槽には様々な形状の流れ場チャネルが使用され得るが、一般に、複数蛇行チャネルが、ＣＯｘガスのカソードＧＤＬ５１４への、したがってＭＥＡ５０２への確実且つ一様な分散を実現すると同時に、そうでなければカソード流れ場５１６及びカソードＧＤＬ５１４内に蓄積し得る液体水の確実な除去もまた促進するという点で、優れた性能をもたらす。蛇行チャネルは、典型的には、反復される長手セグメントを含み、長手セグメントは略平行方向に延び、それらの間にほとんどスイッチバックのように交互に流体的に置かれている短手セグメントによって一緒に流体的に接続されている。
ＣＯｘ電解槽には様々な形状の流れ場チャネルが使用され得るが、一般に、複数蛇行チャネルが、ＣＯｘガスのカソードＧＤＬ５１４への、したがってＭＥＡ５０２への確実且つ一様な分散を実現すると同時に、そうでなければカソード流れ場５１６及びカソードＧＤＬ５１４内に蓄積し得る液体水の確実な除去もまた促進するという点で、優れた性能をもたらす。蛇行チャネルは、典型的には、反復される長手セグメントを含み、長手セグメントは略平行方向に延び、それらの間にほとんどスイッチバックのように交互に流体的に置かれている短手セグメントによって一緒に流体的に接続されている。
本開示の目的において、「流体的に接続されている」という用語は、「電気的に接続されている」という用語が一緒に接続されて電気的接続を形成する構成要素に関して使用されるのと同様に、ある手段で互いに構造的に接続されて流体的接続を形成し得る、体積、プレナム、孔等に関して使用される。「流体的に置かれている」という用語は、使用される場合、少なくとも２つの他の構成要素、体積、プレナム、又は孔と流体的に接続されている構成要素、体積、プレナム、又は孔を指すために使用される場合があり、その結果、それらの他の構成要素、体積、プレナム、又は孔のうちの１つから他の又は別のそれらの構成要素、体積、プレナム、又は孔へ流れる流体は、初めに「流体的に置かれている」構成要素を流れ、その後、その他の又は別のそれらの構成要素、体積、プレナム、又は孔に到達し得る。例えば、ポンプがリザーバ及び出口の間に流体的に置かれている場合、リザーバから出口へ流れた流体は、初めにポンプを流れ、その後出口に到達し得る。
単一蛇行チャネル配置は、より大きな面積のセル（例えば、１００ｃｍ２よりも大きい）のＣＯｘ電解槽の文脈では、限定された排水性能を有し得る。にもかかわらず、それらの性能はいくつかの用途では十分であり得る。例えば図８に示されるような単一蛇行チャネル配置では、単一の連続した蛇行チャネル８５６は、短手セグメント８６２及び最初及び最後の長手セグメント８６０によって囲まれているカソード流れ場８１６の区域８５２にわたってスイッチバックする。したがって、蛇行チャネル８５６は、ＣＯｘガスが対応するカソードＧＤＬ及びＭＥＡに入るための唯一の管路であり、カソードＧＤＬからその区域を経由してカソード流れ場８１６に来る液体水の唯一の管路でもある。したがって、液体水が蛇行チャネル８５６に追加される速度は、液体水が区域８５２からカソード流れ場８１６に流れ込む速度に等しい。そのような蛇行チャネル８５６への液体水の高速の導入は、そのような水が蛇行チャネル８５６を前進し、その後、流体出口ポート８３０等の流体出口ポートに到達するために進まなければならない長い平均距離と相まって、概して、カソード流れ場８１６内の液体水レベルを適切に管理するのを非常に困難にし、例えば複数蛇行チャネル配置を使用するＣＯｘ電解槽と比較して性能が著しく損なわれた、そのような単一チャネル蛇行カソード流れ場８１６を使用するＣＯｘ電解槽をもたらす。いくつかの実装形態では、単一蛇行チャネルは、約１２ｍ又はそれ未満、又は約６ｍ又はそれ未満、又は約２ｍ又はそれ未満のチャネル全長（入口から出口までの距離）を有する。
複数蛇行チャネルとは、全体として共通の蛇行経路をたどり、それにより別個の蛇行チャネルのインターリーブ又は入れ子配置をもたらす複数の別個の蛇行チャネルを指し得るか、又は横並びに配置されたか又はそうでなければ平行に流れるように配置された同じ蛇行チャネル（又はほとんど同じ蛇行チャネル）の複数のインスタンスを指し得る。図９は、前者の配置を示し、これは、本明細書において、入れ子又はインターリーブ複数蛇行チャネル配置とも称される場合がある。図９では、全体として同じ蛇行経路をたどる４つの蛇行チャネルが示される（識別をより容易にするために、２つは内部を白く塗りつぶして示し、２つは内部を陰で塗りつぶして示す；そのような配置を有する流れ場の開放チャネル区域及び壁占有区域の組み合わせを表す破線の矩形もまた示す）。開放チャネル区域とは、ガスがそこを通って流れ場から出てＧＤＬに進み得る全区域を指し；一定且つ等しい幅の経路を有する流れ場では、開放チャネル区域は、概して、チャネルの総経路長とチャネル幅との積に等しいと考えられる。流れ場の壁占有区域とは、流れ場の単数又は複数のチャネルの隣接する部分の間の壁を定義し、プレスされてＧＤＬと接触する流れ場の部分の区域を指す。したがって、両方の区域は、プレスされてＧＤＬと接触する流れ場の平面内で評価される。流体は、入口及び出口ポート（小さい黒塗りの丸で終端している短いセグメント）を介して蛇行チャネルに導入／から除去され得る。図１０では、同様の配置を４つの複数蛇行チャネルの横並び配置として示し、これは、本明細書において、横並び複数蛇行チャネルとも称される場合がある。入口／出口、開放チャネル区域及び壁占有区域の組み合わせ、及び異なるチャネルを示すための陰のある／陰のない塗りつぶしの使用に関して、図９と同様の規則を図１０において使用する。
そのような配置では、個々の各蛇行チャネルの長さの合計は、概して、複数蛇行チャネルにおける個々の他の蛇行チャネルの長さの合計に等しいと考えられ（但し、入れ子又はインターリーブ複数蛇行チャネル配置では、チャネルがどのように配置されるか、例えば各チャネルに奇数又は偶数の長手セグメントが存在するか否かに応じて、長さの若干の変動が存在し得る）、チャネル間で略等しい流れ抵抗、圧力降下、及び走行時間をもたらす（そのような各チャネルは、両端で同じ流体環境と流体的に接続していると仮定する）。
図１１は、２チャネル型複数蛇行チャネル配置を有するカソード流れ場１１１６の一例を示す。見られるように、カソード流れ場１１１６は、流体入口ポート１１２８及び流体出口ポート１１３０を有する。共通の蛇行経路（図示していないが、概して、２つの蛇行チャネル１１５６ａ及び１１５６ｂを分離する間仕切壁１１６６と平行して走る経路によって表され得る）をたどる２つの蛇行チャネル１１５６ａ及び１１５６ｂが示される。蛇行チャネル１１５６ａ及び１１５６ｂは、区域１１５２にわたって略タンデムにスイッチバックする。結果として、蛇行チャネル１１５６ａ及び１１５６ｂのいずれかを流れる流体、例えばＣＯｘガスは、概して、区域１１５２に対応する領域内における、隣にあるカソードＧＤＬに一様に送達され得る。同時に、隣にあるカソードＧＤＬからカソード流れ場１１１６に流れ込む任意の液体水は、それに応じて、両方の蛇行チャネル１１５６ａ及び１１５６ｂに一様に送達される傾向があり得る。したがって、各蛇行チャネル１１５６は、カソード流れ場１１１６が図８のカソード流れ場８１６の代わりに用いられていると仮定した場合、図８の単一蛇行チャネル８５６に送達された水のおよそ半分を受け取り得る。一般的に言えば、複数蛇行チャネル配置を有するカソード流れ場の各蛇行チャネルに送達される水の量は、複数蛇行チャネル配置によって受け取られた水の総量を複数蛇行チャネル配置における別個のチャネルの数で割ったものと等しくなる。これは、単位時間当たりに各蛇行チャネルから排除しなければならない水の量を減少させる効果を有し、ガス流速が維持されるか又は少なくとも比例的に低下しない場合に、ＣＯｘ電解槽内の液体水の状態を適切に管理することをより実現可能にし得る。例えば、チャネル１つ当たりの水の分量が少なくなると、質量が小さくなり、チャネルを通してカソード流れ場１１１６の流体出口ポート１１３０まで前進させるために必要なエネルギーが少なくなる。結果として、カソード流れ場１１１６の流体入口ポート１１２８及び流体出口ポート１１３０の間のより小さい圧力差を使用することができ、これは、液体水のカソード流れ場１１１６からの効率的な排除を依然として実現する。
複数蛇行チャネルはまた、それらの内部を流れる流体のカソードＧＤＬ５１４への比較的一様な分散を可能にし得るが、そのような各蛇行チャネルの総流路長は、同じ又は同様のチャネル深さ及び幅、及びカソードＧＤＬ５１４と接触する総開放チャネル区域を有するが、そのようなチャネルの数がより少ない複数蛇行チャネル又は単一蛇行チャネル実装形態と比較して低減し得る。例えば、所与の複数蛇行チャネル配置では、蛇行チャネルの少なくとも長手部分の隣接する部分の間の距離を互いの最小距離以内に維持することが望ましい場合がある。複数蛇行チャネル配置に含まれる追加の各蛇行チャネルについて、そのようなチャネル間の間隔制限を満たすことは、全長がますます短くなる蛇行チャネルを使用して達成され得る。明確にするために記すと、蛇行チャネルの全長とは、蛇行チャネルのすべての長手セグメントの平均経路長の合計と、それらの長手セグメントを互いに流体的に接続する短手セグメントの合計平均経路長と、蛇行チャネルの入口及び出口の間に流体的に置かれている任意の他のセグメントの合計平均経路長との合計を指す。
さらに、蛇行チャネルの長さが低減するにつれ、潜在的に除去される必要があり得る水の最大量が一般に低減するのと同様に、そのような蛇行チャネルから排出されるために液体水が進まなければならない潜在的平均距離もまた低減する。結果として、水がそのような蛇行チャネル内にたまっている場合にそのような蛇行チャネルから水を排除するために必要なエネルギーが少なくなるが；これは、そのようなチャネルから除去される必要があり得る水の最大量が、（全体の断面積が同じ）より長い長さのチャネルにおけるよりも少なくなる、したがって移動させる質量が小さくなるためである。さらに、そのような水塊を、そのようなチャネルを通して流体出口ポートまで前進させるために、それを変位させなければならない距離は、概して、同様の水塊を、より長い長さのチャネルを通して流体出口ポートまで前進させるために変位させなければならない距離未満である。当然、水塊を、チャネルを通して流体出口ポートまで前進させるために変位させなければならない距離は、水塊がチャネル内で位置している場所に依存する。しかしながら、平均して、より短い長さのチャネルにたまる水塊は、概して、そのようなチャネルを有する流れ場の流体出口ポートにそのような水塊を移動させるために、より長い長さのチャネルにたまる水塊よりも少ない量だけ変位させる必要がある。より短い長さの通路を有する流れ場においてはそのような水塊（液滴）を移動させるために必要なエネルギーが少なくなるため、より低いガス流速及びより低い圧力降下を使用することができる。いくつかの実施形態では、カソード流れ場は、約１２ｍ又はそれ未満、又は約１０ｍ又はそれ未満、又は約６ｍ又はそれ未満の長さの蛇行チャネルを有する。例えば、およそ約６メートル未満、例えば、約６メートル未満、約５．５メートル未満、約５メートル未満、約４．５メートル未満、約４メートル未満、３．５メートル未満、約３メートル未満、約２．５メートル未満、又は約２メートル未満の全長を有する蛇行チャネルは、いくつかの実装形態では、ＣＯｘガス流がカソードＧＤＬ５１４の広域に分散することを可能にすると同時に、そのような蛇行チャネル内からの液体水の排除があまりにも困難となるほど長くなるのを回避する、カソード流れ場５１６における流体流路を実現し得る。同時に、あまりにも短い蛇行チャネルは、カソード流れ場５１６全体の所望の圧力降下（下記の後の議論を参照されたい）の維持を困難にし得る。そのために、一部のカソード流れ場蛇行チャネルは、１．５メートルよりも長いか又はそれに等しい全長もまた有するように構成されてもよい。
いくつかの実装形態では、カソード流れ場の個々の蛇行チャネルの長さは、約１．５ｍ及び約１２ｍの間、約１．５ｍ及び約６ｍの間、約１．５ｍ及び約３．８ｍの間、約３．８ｍ及び約６ｍの間、約１．５ｍ及び約２．６ｍの間、約２．６ｍ及び約３．８ｍの間、約３．８ｍ及び約４．９ｍの間、約４．９ｍ及び約６ｍの間、約１．５ｍ及び約２．１ｍの間、約２．１ｍ及び約２．６ｍの間、約２．６ｍ及び約３．２ｍの間、約３．２ｍ及び約３．８ｍの間、約３．８ｍ及び約４．３ｍの間、約４．３ｍ及び約４．９ｍの間、約４．９ｍ及び約５．４ｍの間、約５．４ｍ及び約６ｍの間、約１．５ｍ及び約１．８ｍの間、約１．８ｍ及び約２．１ｍの間、約２．１ｍ及び約２．３ｍの間、約２．３ｍ及び約２．６ｍの間、約２．６ｍ及び約２．９ｍの間、約２．９ｍ及び約３．２ｍの間、約３．２ｍ及び約３．５ｍの間、約３．５ｍ及び約３．８ｍの間、約３．８ｍ及び約４ｍの間、約４ｍ及び約４．３ｍの間、約４．３ｍ及び約４．６ｍの間、約４．６ｍ及び約４．９ｍの間、又は約４．９ｍ及び約５．２ｍの間であり得る。本明細書、すなわち上記及び下記の両方における、ある値が２つの他の値の「間」であるという言及は、文脈上別段の指示がない限り、２つの他の値の間の値並びにそれらの値自体を含むと理解されるだろう。
蛇行チャネルを有するカソード流れ場では、増強した液体水の除去を実現すると同時にカソードＧＤＬへの効果的なＣＯｘ送達を実現し得る特定の構造的特徴を有するように蛇行チャネルを構成することが有益であり得る。例えば、上で論じられた長さ範囲内の蛇行チャネルは、ＣＯｘ電解槽の文脈におけるそれらの水除去性能をさらに強化するために、特定の幅（カソードＧＤＬ５１４の平面に平行で、チャネルがたどる経路を横断する（か、又は一般に、チャネルを通る流体流の公称流れ方向を横断する）方向の蛇行チャネルの寸法）及び深さ（カソードＧＤＬ５１４の平面に垂直な方向の蛇行チャネルの寸法）を有するようにさらに制限されてもよい。明確にするために記すと、カソードＧＤＬ５１４は、概して、ＭＥＡ５０２及びアノードＧＤＬ５０４と共にスタックされた場合にカソード流れ場５１６及びアノード流れ場５０６の間で公称平面形状に圧縮される薄いシートの形態であり；したがって、「カソードＧＤＬの平面」への言及は、そのような状態のカソードＧＤＬ５１４に略平行で、それと一致する平面を指すと理解されるべきである。例えば、そのような蛇行チャネルは、約０．３ｍｍ及び約２ｍｍの間、約０．３ｍｍ及び約１．２ｍｍの間、約１．２ｍｍ及び約２ｍｍの間、約０．３ｍｍ及び約０．７２ｍｍの間、約０．７２ｍｍ及び約１．２ｍｍの間、約１．２ｍｍ及び約１．６ｍｍの間、約１．６ｍｍ及び約２ｍｍの間、約０．３ｍｍ及び約０．５１ｍｍの間、約０．５１ｍｍ及び約０．７２ｍｍの間、約０．７２ｍｍ及び約０．９４ｍｍの間、約０．９４ｍｍ及び約１．２ｍｍの間、約１．２ｍｍ及び約１．４ｍｍの間、約１．４ｍｍ及び約１．６ｍｍの間、約１．６ｍｍ及び約１．８ｍｍの間、又は約１．８ｍｍ及び約２ｍｍの間の幅を有し得る。
そのような蛇行チャネルはまた、約０．３ｍｍ及び約３ｍｍの間、約０．３ｍｍ及び約１．６ｍｍの間、約１．６ｍｍ及び約３ｍｍの間、約０．３ｍｍ及び約０．９８ｍｍの間、約０．９８ｍｍ及び約１．６ｍｍの間、約１．６ｍｍ及び約２．３ｍｍの間、約２．３ｍｍ及び約３ｍｍの間、約０．３ｍｍ及び約０．６４ｍｍの間、約０．６４ｍｍ及び約０．９８ｍｍの間、約０．９８ｍｍ及び約１．３ｍｍの間、約１．３ｍｍ及び約１．６ｍｍの間、約１．６ｍｍ及び約２ｍｍの間、約２ｍｍ及び約２．３ｍｍの間、約２．３ｍｍ及び約２．７ｍｍの間、又は約２．７ｍｍ及び約３ｍｍの間の深さを有し得る。
とりわけ、蛇行チャネルを有するカソード流れ場のいくつかの実装形態では、チャネルは、チャネル１つ当たりの開放表面積、すなわち、カソードＧＤＬに接触するチャネルの縁部によって囲まれる面積が、約７５０ｍｍ２及び約２００，０００ｍｍ２の間、約７５０ｍｍ２及び約１００，０００ｍｍ２の間、約１００，０００ｍｍ２及び約２０００００ｍｍ２の間、約７５０ｍｍ２及び約５１０００ｍｍ２の間、約５１０００ｍｍ２及び約１０００００ｍｍ２の間、約１０００００ｍｍ２及び約１５００００ｍｍ２の間、約１５００００ｍｍ２及び約２０００００ｍｍ２の間、約７５０ｍｍ２及び約２６０００ｍｍ２の間、約２６０００ｍｍ２及び約５１０００ｍｍ２の間、約５１０００ｍｍ２及び約７５０００ｍｍ２の間、約７５０００ｍｍ２及び約１０００００ｍｍ２の間、約１０００００ｍｍ２及び約１３００００ｍｍ２の間、約１３００００ｍｍ２及び約１５００００ｍｍ２の間、約１５００００ｍｍ２及び約１８００００ｍｍ２の間、又は約１８００００ｍｍ２及び約２０００００ｍｍ２の間であるような寸法であり得る。
いくつかのそのような実装形態では、そのようなチャネルはさらに、そのような各チャネルの断面積（又はチャネルがその長さに沿って変動する断面積を有する場合は複数の面積）、すなわち、通常の運転条件下でチャネルを通る流体の流れの方向に対して、又はチャネルがたどるカソード流れ場にわたる経路に対して垂直な平面におけるチャネルの面積が、約０．１５ｍｍ２及び約６ｍｍ２の間、約０．１５ｍｍ２及び約３．１ｍｍ２の間、約３．１ｍｍ２及び約６ｍｍ２の間、約０．１５ｍｍ２及び約１．６ｍｍ２の間、約１．６ｍｍ２及び約３．１ｍｍ２の間、約３．１ｍｍ２及び約４．５ｍｍ２の間、約４．５ｍｍ２及び約６ｍｍ２の間、約０．１５ｍｍ２及び約０．８８ｍｍ２の間、約０．８８ｍｍ２及び約１．６ｍｍ２の間、約１．６ｍｍ２及び約２．３ｍｍ２の間、約２．３ｍｍ２及び約３．１ｍｍ２の間、約３．１ｍｍ２及び約３．８ｍｍ２の間、約３．８ｍｍ２及び約４．５ｍｍ２の間、約４．５ｍｍ２及び約５．３ｍｍ２の間、又は約５．３ｍｍ２及び約６ｍｍ２の間であるような寸法であり得る。
さらなる実装形態では、そのような各チャネルの総チャネル体積は、約２００μｌ及び約３６０００μｌの間、約２００μｌ及び約１８０００μｌの間、約１８０００μｌ及び約３６０００μｌの間、約２００μｌ及び約９２００μｌの間、約９２００μｌ及び約１８０００μｌの間、約１８０００μｌ及び約２７０００μｌの間、約２７０００μｌ及び約３６０００μｌの間、約２００μｌ及び約４７００μｌの間、約４７００μｌ及び約９２００μｌの間、約９２００μｌ及び約１４０００μｌの間、約１４０００μｌ及び約１８０００μｌの間、約１８０００μｌ及び約２３０００μｌの間、約２３０００μｌ及び約２７０００μｌの間、約２７０００μｌ及び約３２０００μｌの間、又は約３２０００μｌ及び約３６０００μｌの間であり得る。
いくつかのそのような実装形態では、蛇行チャネルを有するカソード流れ場はまた、１つ又は複数の蛇行チャネルの隣接する長手セグメントの間に置かれている壁の厚さに関する構造的特徴を有してもよい。例えば、１つ又は複数の蛇行チャネルの隣接する長手セグメントの間の壁厚（したがって、互いに最も近いそのチャネル又はそれらのチャネルの表面間の距離）は、その蛇行チャネル又はそれらの蛇行チャネルの平均全長（後者の場合は、壁が２つの異なる蛇行チャネルの長手部分を互いに分離している場合に当てはまる－明確にするために記すと、この場合、「平均」全長は、両方の蛇行チャネルの全長の合計の半分である）の、約０．００００５及び約０．００１３３３３倍の間、約０．００００５及び約０．０００６９倍の間、約０．０００６９及び約０．００１３３３３倍の間、約０．００００５及び約０．０００３７倍の間、約０．０００３７及び約０．０００６９倍の間、約０．０００６９及び約０．００１倍の間、約０．００１及び約０．００１３３３３倍の間、約０．００００５及び約０．０００２１倍の間、約０．０００２１及び約０．０００３７倍の間、約０．０００３７及び約０．０００５３倍の間、約０．０００５３及び約０．０００６９倍の間、約０．０００６９及び約０．０００８５倍の間、約０．０００８５及び約０．００１倍の間、約０．００１及び約０．００１２倍の間、又は約０．００１２及び約０．００１３３３３倍の間となるように選択され得る。上で論じられたもののような寸法特徴を有するそのような蛇行チャネルのいくつかの実装形態では、壁厚は、例えば、約０．３ｍｍ及び約２ｍｍの間、約０．３ｍｍ及び約１．２ｍｍの間、約１．２ｍｍ及び約２ｍｍの間、約０．３ｍｍ及び約０．７２ｍｍの間、約０．７２ｍｍ及び約１．２ｍｍの間、約１．２ｍｍ及び約１．６ｍｍの間、約１．６ｍｍ及び約２ｍｍの間、約０．３ｍｍ及び約０．５１ｍｍの間、約０．５１ｍｍ及び約０．７２ｍｍの間、約０．７２ｍｍ及び約０．９４ｍｍの間、約０．９４ｍｍ及び約１．２ｍｍの間、約１．２ｍｍ及び約１．４ｍｍの間、約１．４ｍｍ及び約１．６ｍｍの間、約１．６ｍｍ及び約１．８ｍｍの間、又は約１．８ｍｍ及び約２ｍｍの間であり得る。
上で論じられたもののような特徴を有する蛇行チャネルカソード流れ場は、ＣＯｘ電解槽の文脈において、例えば、（本明細書で先に論じられたような）ＣＯｘ電解槽に典型的に見られる運転条件下で、燃料電池での使用のために設計され得るような他のそのような特徴を有する蛇行チャネルカソード流れ場と比較して、液体水の優れた排除性能を提供し得る。
ますます多くの数の複数蛇行チャネルをカソード流れ場に含めることが一般に望ましいと考えられるが、カソード流れ場５１６の流れ場チャネルの数の際限のない増加は逆効果となる場合がある。カソード流れ場５１６に存在する追加の各平行流れ場チャネルは、複数蛇行チャネルを流れる流体が、複数蛇行チャネルの配置における１つ又は複数の他の蛇行チャネルを流れることを阻止された場合に取り得る別の経路をとなり得る。そのような流体の再ルーティングが行われる場合、それはチャネルの、例えばチャネル開始点からチャネル終点までの圧力差の増大を引き起こす場合があり、これは、妨害物を押している流体による、妨害物に対するより大きい圧力の印加を引き起こし、それにより、妨害物（液体水）が、取り除かれ、遮断されている蛇行チャネルを押し進められ、最終的に流れ場出口１８３０等の流れ場出口を介してカソード流れ場５１６から排除される可能性を高め得る。しかしながら、十分に多い十分な数のチャネルが存在する場合、それらのいずれか１つ（又はそれらの少数）の遮断は、より少ない数のチャネルを有する流れ場において、等しい数のチャネルが遮断される場合に生じ得るよりもはるかに小さい、任意の単一チャネルにおける圧力差の増大をもたらし得る。手短に述べると、遮断されて、他の遮断されていないチャネルを再ルーティングするガス流は、より多い数の代替チャネルの間で分割され、それにより、各チャネルを流れなければならない余分なガスの量を、同様の遮断状況でより少ない数のチャネルを有する場合に存在し得るよりも少なくすることができる。各チャネルを流れなければならない余分なガスの量が少ないほど、そのような変化に適応するために必要な圧力降下の変化は小さくなる。結果として、遮断された単数又は複数のチャネルのためにガス流が再ルーティングされる場合に遮断されていないチャネルに生じ得る圧力降下の増加は、存在するチャネルの数が増加するにつれて低減する。
同時に、蛇行通路の長さの合計が十分に長い、例えば０．３ｍ～６ｍである場合、そのような各チャネルに生じる圧力降下は、存在するチャネルの数にかかわらず、任意の個々の蛇行チャネル内に存在し得る任意の障害物、例えば水を取り除くのに役立つように作用し得るほど十分大きいと考えられる。例えば、ＣＯｘ電解槽の蛇行チャネルは、そのような蛇行チャネルの通常の作動流中に、蛇行チャネル内に存在し得る潜在的な水妨害物を取り除くのに十分大きいと考えられる０．００１ｐｓｉ（６．８９４Ｐａ）～４ｐｓｉ（２７．５７９ｋＰａ）の圧力降下を生じるように選択される寸法及び作動条件、例えば流体入口ポート圧を有することができ；より大きな圧力降下も使用され得るが、それらは、排水に関して不要である場合があり、そのような圧力降下条件下で流体を、蛇行チャネルを通して移動させるのに必要なエネルギーの浪費をもたらすだけである場合がある。いくつかの実装形態では、ＣＯｘ電解槽の蛇行チャネルは、ＣＯｘ電解槽の通常の作動流条件中に、約０．００１ｐｓｉ（６．８９４Ｐａ）及び約４ｐｓｉ（２７．５７９ｋＰａ）の間、約０．００１ｐｓｉ（６．８９４Ｐａ）及び約２ｐｓｉ（１３．７９０ｋＰａ）の間、約２ｐｓｉ（１３．７９０ｋＰａ）及び約４ｐｓｉ（２７．５７９ｋＰａ）の間、約０．００１ｐｓｉ（６．８９４Ｐａ）及び約１ｐｓｉ（６．８９４ｋＰａ）の間、約１ｐｓｉ（６．８９４ｋＰａ）及び約２ｐｓｉ（１３．７９０ｋＰａ）の間、約２ｐｓｉ（１３．７９０ｋＰａ）及び約３ｐｓｉ（２０．６８４ｋＰａ）の間、約３ｐｓｉ（２０．６８４ｋＰａ）及び約４ｐｓｉ（２７．５７９ｋＰａ）の間、約０．００１ｐｓｉ（６．８９４Ｐａ）及び約０．５ｐｓｉ（３．４４７ｋＰａ）の間、約０．５ｐｓｉ（３．４４７ｋＰａ）及び約１ｐｓｉ（６．８９４ｋＰａ）の間、約１ｐｓｉ（６．８９４ｋＰａ）及び約１．５ｐｓｉ（１０．３４２ｋＰａ）の間、約１．５ｐｓｉ（１０．３４２ｋＰａ）及び約２ｐｓｉ（１３．７９０ｋＰａ）の間、約２ｐｓｉ（１３．７９０ｋＰａ）及び約２．５ｐｓｉ（１７．２３７ｋＰａ）の間、約２．５ｐｓｉ（１７．２３７ｋＰａ）及び約３ｐｓｉ（２０．６８４ｋＰａ）の間、約３ｐｓｉ（２０．６８４ｋＰａ）及び約３．５ｐｓｉ（２４．１３２ｋＰａ）の間、約３．５ｐｓｉ（２４．１３２ｋＰａ）及び約４ｐｓｉ（２７．５７９ｋＰａ）の間、約０．００１ｐｓｉ（６．８９４Ｐａ）及び約０．２５ｐｓｉ（１．７２４ｋＰａ）の間、約０．２５ｐｓｉ（１．７２４ｋＰａ）及び約０．５ｐｓｉ（３．４４７ｋＰａ）の間、約０．５ｐｓｉ（３．４４７ｋＰａ）及び約０．７５ｐｓｉ（５．１７１ｋＰａ）の間、約０．７５ｐｓｉ（５．１７１ｋＰａ）及び約１ｐｓｉ（６．８９４ｋＰａ）の間、約１ｐｓｉ（６．８９４ｋＰａ）及び約１．３ｐｓｉ（８．９６３ｋＰａ）の間、約１．３ｐｓｉ（８．９６３ｋＰａ）及び約１．５ｐｓｉ（１０．３４２ｋＰａ）の間、約１．５ｐｓｉ（１０．３４２ｋＰａ）及び約１．８ｐｓｉ（１２．４１１ｋＰａ）の間、約１．８ｐｓｉ（１２．４１１ｋＰａ）及び約２ｐｓｉ（１３．７９０ｋＰａ）の間、約２ｐｓｉ（１３．７９０ｋＰａ）及び約２．３ｐｓｉ（１５．８５８ｋＰａ）の間、約２．３ｐｓｉ（１５．８５８ｋＰａ）及び約２．５ｐｓｉ（１７．２３７ｋＰａ）の間、約２．５ｐｓｉ（１７．２３７ｋＰａ）及び約２．８ｐｓｉ（１９．３０５ｋＰａ）の間、約２．８ｐｓｉ（１９．３０５ｋＰａ）及び約３ｐｓｉ（２０．６８４ｋＰａ）の間、約３ｐｓｉ（２０．６８４ｋＰａ）及び約３．３ｐｓｉ（２２．７５３ｋＰａ）の間、約３．３ｐｓｉ（２２．７５３ｋＰａ）及び約３．５ｐｓｉ（２４．１３２ｋＰａ）の間、約３．５ｐｓｉ（２４．１３２ｋＰａ）及び約３．８ｐｓｉ（２６．２００ｋＰａ）の間、約３．８ｐｓｉ（２６．２００ｋＰａ）及び約４ｐｓｉ（２７．５７９ｋＰａ）の間、約０．００１ｐｓｉ（６．８９４Ｐａ）及び約０．１３ｐｓｉ（０．８９６ｋＰａ）の間、約０．１３ｐｓｉ（０．８９６ｋＰａ）及び約０．２５ｐｓｉ（１．７２４ｋＰａ）の間、約０．２５ｐｓｉ（１．７２４ｋＰａ）及び約０．３８ｐｓｉ（２．６２０ｋＰａ）の間、約０．３８ｐｓｉ（２．６２０ｋＰａ）及び約０．５ｐｓｉ（３．４４７ｋＰａ）の間、約０．５ｐｓｉ（３．４４７ｋＰａ）及び約０．６３ｐｓｉ（４．３４４ｋＰａ）の間、約０．６３ｐｓｉ（４．３４４ｋＰａ）及び約０．７５ｐｓｉ（５．１７１ｋＰａ）の間、約０．７５ｐｓｉ（５．１７１ｋＰａ）及び約０．８８ｐｓｉ（６．０６７ｋＰａ）の間、約０．８８ｐｓｉ（６．０６７ｋＰａ）及び約１ｐｓｉ（６．８９４ｋＰａ）の間、約１ｐｓｉ（６．８９４ｋＰａ）及び約１．１ｐｓｉ（７．５８４ｋＰａ）の間、約１．１ｐｓｉ（７．５８４ｋＰａ）及び約１．３ｐｓｉ（８．９６３ｋＰａ）の間、約１．３ｐｓｉ（８．９６３ｋＰａ）及び約１．４ｐｓｉ（９．６５３ｋＰａ）の間、約１．４ｐｓｉ（９．６５３ｋＰａ）及び約１．５ｐｓｉ（１０．３４２ｋＰａ）の間、約１．５ｐｓｉ（１０．３４２ｋＰａ）及び約１．６ｐｓｉ（１１．０３２ｋＰａ）の間、約１．６ｐｓｉ（１１．０３２ｋＰａ）及び約１．８ｐｓｉ（１２．４１１ｋＰａ）の間、約１．８ｐｓｉ（１２．４１１ｋＰａ）及び約１．９ｐｓｉ（１３．１００ｋＰａ）の間、約１．９ｐｓｉ（１３．１００ｋＰａ）及び約２ｐｓｉ（１３．７９０ｋＰａ）の間、約２ｐｓｉ（１３．７９０ｋＰａ）及び約２．１ｐｓｉ（１４．４７９ｋＰａ）の間、約２．１ｐｓｉ（１４．４７９ｋＰａ）及び約２．３ｐｓｉ（１５．８５８ｋＰａ）の間、約２．３ｐｓｉ（１５．８５８ｋＰａ）及び約２．４ｐｓｉ（１６．５４７ｋＰａ）の間、約２．４ｐｓｉ（１６．５４７ｋＰａ）及び約２．５ｐｓｉ（１７．２３７ｋＰａ）の間、約２．５ｐｓｉ（１７．２３７ｋＰａ）及び約２．６ｐｓｉ（１７．９２６ｋＰａ）の間、約２．６ｐｓｉ（１７．９２６ｋＰａ）及び約２．８ｐｓｉ（１９．３０５ｋＰａ）の間、約２．８ｐｓｉ（１９．３０５ｋＰａ）及び約２．９ｐｓｉ（１９．９９５ｋＰａ）の間、約２．９ｐｓｉ（１９．９９５ｋＰａ）及び約３ｐｓｉ（２０．６８４ｋＰａ）の間、約３ｐｓｉ（２０．６８４ｋＰａ）及び約３．１ｐｓｉ（２１．３７４ｋＰａ）の間、約３．１ｐｓｉ（２１．３７４ｋＰａ）及び約３．３ｐｓｉ（２２．７５３ｋＰａ）の間、約３．３ｐｓｉ（２２．７５３ｋＰａ）及び約３．４ｐｓｉ（２３．４４２ｋＰａ）の間、約３．４ｐｓｉ（２３．４４２ｋＰａ）及び約３．５ｐｓｉ（２４．１３２ｋＰａ）の間、約３．５ｐｓｉ（２４．１３２ｋＰａ）及び約３．６ｐｓｉ（２４．８２１ｋＰａ）の間、約３．６ｐｓｉ（２４．８２１ｋＰａ）及び約３．８ｐｓｉ（２６．２００ｋＰａ）の間、約３．８ｐｓｉ（２６．２００ｋＰａ）及び約３．９ｐｓｉ（２６．８９０ｋＰａ）の間、又は約３．９ｐｓｉ（２６．８９０ｋＰａ）及び約４ｐｓｉ（２７．５７９ｋＰａ）の間の圧力降下を生じるように選択される寸法及び作動条件、例えば流体入口ポート圧を有し得る。いくつかの他の実装形態では、ＣＯｘ電解槽の蛇行チャネルは、ＣＯｘ電解槽の通常の作動流条件中に、約４ｐｓｉ（２７．５７９ｋＰａ）及び約５０ｐｓｉ（３４４．７３８ｋＰａ）の間、約４ｐｓｉ（２７．５７９ｋＰａ）及び約２７ｐｓｉ（１８６．１５８ｋＰａ）の間、約２７ｐｓｉ（１８６．１５８ｋＰａ）及び約５０ｐｓｉ（３４４．７３８ｋＰａ）の間、約４ｐｓｉ（２７．５７９ｋＰａ）及び約１６ｐｓｉ（１１０．３１６ｋＰａ）の間、約１６ｐｓｉ（１１０．３１６ｋＰａ）及び約２７ｐｓｉ（１８６．１５８ｋＰａ）の間、約２７ｐｓｉ（１８６．１５８ｋＰａ）及び約３８ｐｓｉ（２６２．００１ｋＰａ）の間、約３８ｐｓｉ（２６２．００１ｋＰａ）及び約５０ｐｓｉ（３４４．７３８ｋＰａ）の間、約４ｐｓｉ（２７．５７９ｋＰａ）及び約９．８ｐｓｉ（６７．５６９ｋＰａ）の間、約９．８ｐｓｉ（６７．５６９ｋＰａ）及び約１６ｐｓｉ（１１０．３１６ｋＰａ）の間、約１６ｐｓｉ（１１０．３１６ｋＰａ）及び約２１ｐｓｉ（１４４．７９０ｋＰａ）の間、約２１ｐｓｉ（１４４．７９０ｋＰａ）及び約２７ｐｓｉ（１８６．１５８ｋＰａ）の間、約２７ｐｓｉ（１８６．１５８ｋＰａ）及び約３３ｐｓｉ（２２７．５２７ｋＰａ）の間、約３３ｐｓｉ（２２７．５２７ｋＰａ）及び約３８ｐｓｉ（２６２．００１ｋＰａ）の間、約３８ｐｓｉ（２６２．００１ｋＰａ）及び約４４ｐｓｉ（３０３．３６９ｋＰａ）（２７．５７９ｋＰａ）の間、約４４ｐｓｉ（３０３．３６９ｋＰａ）（２７．５７９ｋＰａ）及び約５０ｐｓｉ（３４４．７３８ｋＰａ）の間、約４ｐｓｉ（２７．５７９ｋＰａ）及び約６．９ｐｓｉ（４７．５７４ｋＰａ）の間、約６．９ｐｓｉ（４７．５７４ｋＰａ）及び約９．８ｐｓｉ（６７．５６９ｋＰａ）の間、約９．８ｐｓｉ（６７．５６９ｋＰａ）及び約１３ｐｓｉ（８９．６３２ｋＰａ）の間、約１３ｐｓｉ（８９．６３２ｋＰａ）及び約１６ｐｓｉ（１１０．３１６ｋＰａ）の間、約１６ｐｓｉ（１１０．３１６ｋＰａ）及び約１８ｐｓｉ（１２４．１０６ｋＰａ）の間、約１８ｐｓｉ（１２４．１０６ｋＰａ）及び約２１ｐｓｉ（１４４．７９０ｋＰａ）の間、約２１ｐｓｉ（１４４．７９０ｋＰａ）及び約２４ｐｓｉ（１６５．４７４ｋＰａ）の間、約２４ｐｓｉ（１６５．４７４ｋＰａ）及び約２７ｐｓｉ（１８６．１５８ｋＰａ）の間、約２７ｐｓｉ（１８６．１５８ｋＰａ）及び約３０ｐｓｉ（２０６．８４３ｋＰａ）の間、約３０ｐｓｉ（２０６．８４３ｋＰａ）及び約３３ｐｓｉ（２２７．５２７ｋＰａ）の間、約３３ｐｓｉ（２２７．５２７ｋＰａ）及び約３６ｐｓｉ（２４８．２１１ｋＰａ）の間、約３６ｐｓｉ（２４８．２１１ｋＰａ）及び約３８ｐｓｉ（２６２．００１ｋＰａ）の間、約３８ｐｓｉ（２６２．００１ｋＰａ）及び約４１ｐｓｉ（２８２．６８５ｋＰａ）の間、約４１ｐｓｉ（２８２．６８５ｋＰａ）及び約４４ｐｓｉ（３０３．３６９ｋＰａ）の間、約４４ｐｓｉ（３０３．３６９ｋＰａ）及び約４７ｐｓｉ（３２４．０５４ｋＰａ）の間、又は約４７ｐｓｉ（３２４．０５４ｋＰａ）及び約５０ｐｓｉ（３４４．７３８ｋＰａ）の間の圧力降下を生じるように選択される寸法及び作動条件、例えば流体入口ポート圧を有し得る。いくつかの他の実装形態では、ＣＯｘ電解槽の蛇行チャネルは、ＣＯｘ電解槽の通常の作動流条件中に、約０．００１ｐｓｉ（６．８９４Ｐａ）及び約５０ｐｓｉ（３４４．７３８ｋＰａ）の間、約０．００１ｐｓｉ（６．８９４Ｐａ）及び約２５ｐｓｉ（１７２．３６９ｋＰａ）の間、約２５ｐｓｉ（１７２．３６９ｋＰａ）及び約５０ｐｓｉ（３４４．７３８ｋＰａ）の間、約０．００１ｐｓｉ（６．８９４Ｐａ）及び約１３ｐｓｉ（８９．６３２ｋＰａ）の間、約１３ｐｓｉ（８９．６３２ｋＰａ）及び約２５ｐｓｉ（１７２．３６９ｋＰａ）の間、約２５ｐｓｉ（１７２．３６９ｋＰａ）及び約３８ｐｓｉ（２６２．００１ｋＰａ）の間、約３８ｐｓｉ（２６２．００１ｋＰａ）及び約５０ｐｓｉ（３４４．７３８ｋＰａ）の間、約０．００１ｐｓｉ（６．８９４Ｐａ）及び約６．３ｐｓｉ（４３．４３７ｋＰａ）の間、約６．３ｐｓｉ（４３．４３７ｋＰａ）及び約１３ｐｓｉ（８９．６３２ｋＰａ）の間、約１３ｐｓｉ（８９．６３２ｋＰａ）及び約１９ｐｓｉ（１３１．０００ｋＰａ）の間、約１９ｐｓｉ（１３１．０００ｋＰａ）及び約２５ｐｓｉ（１７２．３６９ｋＰａ）の間、約２５ｐｓｉ（１７２．３６９ｋＰａ）及び約３１ｐｓｉ（２１３．７３７ｋＰａ）の間、約３１ｐｓｉ（２１３．７３７ｋＰａ）及び約３８ｐｓｉ（２６２．００１ｋＰａ）の間、約３８ｐｓｉ（２６２．００１ｋＰａ）及び約４４ｐｓｉ（３０３．３６９ｋＰａ）の間、又は約４４ｐｓｉ（３０３．３６９ｋＰａ）及び約５０ｐｓｉ（３４４．７３８ｋＰａ）の間の圧力降下を生じるように選択される寸法及び作動条件、例えば流体入口ポート圧を有し得る。上に列挙した範囲内の圧力降下は、特にＣＯｘ
電解槽が示す傾向があるより高い水発生速度の文脈において、そのような蛇行チャネル内に存在し得る潜在的な水妨害物を取り除くのに十分大きいと考えられる。
電解槽が示す傾向があるより高い水発生速度の文脈において、そのような蛇行チャネル内に存在し得る潜在的な水妨害物を取り除くのに十分大きいと考えられる。
図１２～１４は、いくつかの実装形態で使用され得るカソード流れ場１２１６の一例を示す。図示される流れ場は１５のチャネル及び９のパスを有する。一実装形態では、図示される流れ場は７００ｃｍ２の平面表面積（ＧＤＬに面する）を有する。図１２は等角図を示し、図１４は、図１２の円で囲んだ部分の詳細図を示す。図１３は、図１２の等角図を示すが、流れ場のチャネルの大半が省略されており、３つのチャネル１２５８ａ、１２５８ｂ及び１２５８ｃのみを視認可能のままにしており；この図は、様々なチャネルがたどる代表的な蛇行経路の確認をより容易にすることが意図されている。カソード流れ場１２１６は、実際には１５のチャネル１２５８を有する。例示的なカソード流れ場１２１６におけるチャネルはそれぞれ、深さ０．６６ｍｍ、幅０．８１ｍｍであり、それぞれ、約２３１０ｍｍの長さ、約１８８０ｍｍ２のチャネル開放面積、及び約１２４０ｍｍ３の体積を有する。カソード流れ場１２１６の総開放チャネル区域は、この例では２８，２００ｍｍ２である。１５のチャネルのそれぞれが、１．１２ｍｍ幅の壁によって任意の隣接するチャネルから分離されており、且つ、カソード流れ場が約２６５ｍｍ×２６５ｍｍの寸法を有することを踏まえると、カソード流れ場１２１６表面積の約４０％はチャネル１２５８によって占められる。図示されるカソード流れ場１２１６は、カソード流れ場の外縁部にマウントされ得る外部マニホールドから流体を受け取り（及び送達し）、流体を側面からチャネル１２５８の中又は外へ流すように設計されている。
図１５～１７は、いくつかの実装形態で使用され得るカソード流れ場１５１６の別の例を示す。図示される流れ場は３４のチャネル及び７のパスを有する。一実装形態では、図示される流れ場は１６００ｃｍ２の平面表面積（ＧＤＬに面する）を有する。図１２～１４と同様に、図１５は等角図を示し、図１７は、図１５の円で囲んだ部分の詳細図を示す。図１６は、図１５の等角図を示すが、流れ場のチャネルの大半が省略されており、３つのチャネル１５５８ａ、１５５８ｂ及び１５５８ｃのみを視認可能のままにしており；図１４と同様に、この図は、様々なチャネルがたどる代表的な蛇行経路の確認をより容易にすることが意図されている。カソード流れ場１５１６は、実際には３４のチャネル１５５８を有する。例示的なカソード流れ場１５１６におけるチャネルはそれぞれ、深さ０．６６ｍｍ、幅０．７６ｍｍであり、それぞれ、約２４４０ｍｍの長さ、約１８８０ｍｍ２のチャネル開放面積、及び約１２３０ｍｍ３の体積を有する。カソード流れ場１５１６の総開放チャネル区域は、この例では６３，２３０ｍｍ２である。３４のチャネルのそれぞれが、１．１４ｍｍ幅の壁によって任意の隣接するチャネルから分離されており、且つ、カソード流れ場が約３６０ｍｍ×４５０ｍｍの寸法を有することを踏まえると、カソード流れ場１５１６表面積の約３９％はチャネル１５５８によって占められる。カソード流れ場１２１６と同様に、図示されるカソード流れ場１５１６は、カソード流れ場の外縁部にマウントされ得る外部マニホールドから流体を受け取り（及び送達し）、流体を側面からチャネル１５５８の中又は外へ流すように設計されている。
図１２～１７と同様の蛇行流れ場のある特定の実施形態では、チャネル深さは約０．５ｍｍ～１．５ｍｍである。ある特定の実施形態では、図１２～１７の流れ場における各フローチャネルの公称長さは約３００ｍｍ～３０００ｍｍである。ある特定の実施形態では、図１２～１７の流れ場における公称チャネル幅は約０．５ｍｍ～１ｍｍである。ある特定の実施形態では、図１２～１７の流れ場における公称チャネル間距離は約１ｍｍ～１．５ｍｍである。
いくつかの実装形態では、蛇行チャネルカソード流れ場は、長手セグメント及び短手セグメントの間に、そのようなセグメント間の急角度の移行部とは対照的な、丸みを帯びたか又はなだらかな移行部を含む蛇行チャネルを特色としてもよい。例えば、図１８は、４つのカソード蛇行チャネル１８５６が複数蛇行チャネル配置で配置されているカソード流れ場１８１６の一例を示す。図８及び１１に示される単一チャネル及び２チャネル型蛇行配置と異なり、長手セグメント間の移行部が直線の短手セグメントではなく弓形の短手セグメントによって提供されていることに留意されたい。他の実装形態では、短手セグメントは依然として直線の部分を含んでもよいが、より小さい弓形のセグメントによって、流体的に隣接する長手セグメントに連結し得る。そのようなカソード流れ場は、内部の急角度の曲がり角が蛇行チャネルに存在しないことで、そうでなければカソード流れ場の使用中に液体水がたまり、永久に存在し得る場として機能し得る、流体流の潜在的なデッドゾーン又は停滞場所が消失している場合があるため、ＣＯｘ電解槽の排水性能をさらに強化し得る。
流れ場チャネルの他の態様は、より効果的な液体水の排除を促進するために、代替的又は追加的に改変されてもよい。例えば、図１９は、カソードＧＤＬ１９１４にプレスされているカソード流れ場１９１６の断面図を示す。複数の正方形又は矩形断面蛇行チャネル１９５６は、カソードＧＤＬ１９１４にプレスされているカソード流れ場１９１６の面に形成されている。これらの蛇行チャネル１９５６は、それらの内部底縁部１９５７に、液体水を通常のＣＯｘ電解槽運転条件中に容易に排除させないようにし得る小さな流体流停滞区域を形成するように作用し得る急角度の曲がり角を有する。
対照的に、図２０は、カソードＧＤＬ２０１４にプレスされているカソード流れ場２０１６に関する同様の構造の断面図を示す。複数の正方形又は矩形断面蛇行チャネル２０５６は、カソードＧＤＬ２０１４にプレスされているカソード流れ場２０１６の面に形成されている。蛇行チャネル１９５６と異なり、蛇行チャネル２０５６はそれらの内部底縁部２０５７に、そのようなチャネルの底部内縁領域における流れの停滞を減少させ、それにより通常のＣＯｘ電解槽運転条件中の液体水の排除を促進するように作用し得る丸みを帯びた曲がり角を有する。
図２１は、液体水を通常のＣＯｘ電解槽運転条件中により容易に排除し得るカソード流れ場のさらなる例である。見られるように、カソード流れ場２１１６はカソードＧＤＬ２１１４にプレスされている。複数のＵ字型断面蛇行チャネル２１５６は、カソードＧＤＬ２１１４にプレスされているカソード流れ場２１１６の面に形成されている。この場合、そのような蛇行チャネル２１５６の底面は半円状であり、そのようなチャネルにおける流れの停滞をさらに減少させるように作用し、それにより通常のＣＯｘ電解槽運転条件中の液体水の排除をさらに促進し得るため、蛇行チャネル２１５６の内部底縁部は事実上存在しない。
いくつかの他の又は追加の実装形態では、蛇行チャネルカソード流れ場は、１つ又は複数の蛇行チャネルの長手セグメントの一部又は全部の間に可変幅の壁を有してもよい。図２２は、そのようなカソード流れ場の一例を示す。図２２では、各蛇行チャネル２２５６が長手セグメント２２６０及び短手セグメント２２６２を含む４チャネル型蛇行配置を有するカソード流れ場２２１６が示される。複数蛇行チャネル配置が、流体が蛇行チャネル２２５６を流れている場合に反対の流体流方向を有する、共通の蛇行チャネル２２５６ａ（又は２２５６ｂ）の隣り合う長手セグメント２２６０の間に置かれている「半島状」壁２２６４を有することに留意されたい（略すべての入れ子又はインターリーブ複数蛇行チャネル配置は半島状壁を有し得；これらは、ここではこの例示的な実装形態の詳細のために具体的にコールアウトされているに過ぎない）。
図２２に見られるように、半島状壁２２６４は変動する壁厚を有し得る。例えば、半島状壁２２６４は、半島状壁２２６４がカソード流れ場の外周領域と「接続」する根元幅２２６８（半島状壁の「根元」と考えることができる）及びその反対端の先端幅２２７０を有する。半島状壁２２６４の先端と比較して増加している根元の幅は、半島状壁２２６４によって分離されている長手セグメント２２６０の一部又は全部を、壁の下を通ることによってバイパスし得る、カソードＧＤＬを通るガス流、すなわち、カソード流れ場２２１６及びＭＥＡ（図示していないが、図５を参照されたい）の間に挟まれ、カソード蛇行チャネル２２５６を実質的に覆うＧＤＬを通るガス流の可能性を低減し得る。
例えば、互いに隣接する部分を有するカソード流れ場の蛇行チャネル、例えばマルチチャネル型インターリーブ蛇行チャネル配置における最も外側又は最も内側の蛇行チャネルでは、そのようなチャネルを例えば点Ａから点Ｂへ流れるガスは、点Ａから点Ｃを通る流れを介して点Ｂへ進む場合、一部の状況下において、ガスが、例えば点Ａ及びＢの間の半島状壁２２６４の下を、点Ａ及びＢの間且つ半島状壁２２６４の下に広がる多孔質ＧＤＬを経由して通ることによって単に点Ａから点Ｂへより直接的に流れる場合に経験し得る圧力降下／流れ抵抗を超え得る圧力降下／流れ抵抗を経験し得る。例えば、点Ａ及びＣの間及び／又は点Ｃ及びＢの間のチャネルに水が蓄積する場合、結果として生じる遮断は、この経路に沿って流れるガスの圧力降下／流れ抵抗を増加させる場合があり、それは、ガスが点Ａから点Ｂへより直接的に、例えば半島状壁２２６４の下を進む場合に経験し得る圧力降下／流れ抵抗を超える。点Ａ及びＢの間且つ半島状壁２２６４の下の流路は、点Ｃを経由するＡ及びＢの間の流路よりも小さい流れ抵抗をもたらし得るため、その場合、ガスは、点Ａから点Ｃを経由するのではなく半島状壁２２６４を通って点Ｂへ優先的に流れ、したがって、ＧＤＬ及びＭＥＡが、通常であれば点Ｃを流れるガスに曝露されなくなり、カソード流れ場２２１６を使用するＣＯｘセルの効率を低下させ得る。これが起こるのを防止するために、又は少なくともこれが生じる可能性を低減するために、いくつかの実装形態では、半島状壁２２６４は、それらの長さに沿って一定の厚さを単に有し得るが、同じ方向に流体流を有する他の隣り合う長手セグメント２２６０を分離し得る間仕切壁２２６６より厚くして、それにより、半島状壁２２６４の下を流れようとするガスが経験する流れ抵抗を増加させてもよい。図２２に示されるもののような他の実装形態では、半島状壁２２６４は、先端幅２２７０のサイズが低減するように、それらの先端に向かってテーパ状になっており、それにより、半島状壁２２６４の下の流れ抵抗を、流れが半島状壁２２６４の先端に近づくにつれて半島状壁２２６４の根元付近のものから低下させてもよい。これは、半島状壁２２６４の根元付近において、それらの壁の下をガスが流れるのを阻止することを促進し得るが、この効果はまた、ガス流が半島状壁をその先端に向かって移動するにつれて減少し得る－しかしながら、所望の流路（例えば点Ｃ＜を介した）に沿った流れ抵抗もまた低下し得、したがって、ガスが半島状壁２２６４の先端付近において半島状壁の下を流れるための誘因はそれほど大きくないと考えられる。半島状壁の厚さをテーパ状にすることによって、半島状壁２２６４の下に圧縮されているカソードＧＤＬの区域は、非テーパ状半島状壁２２６４と比較して減少し、それにより、チャネルを通るガス流に対する直接曝露を有するカソードＧＤＬの区域が増加し、そのようなガスとの還元反応が生じる機会が増加し得る。
［鏡映型蛇行チャネル流れ場］
上で論じられた蛇行チャネル流れ場において、概略的に論じられた蛇行チャネルはいかなる鏡映対称性又は左右対称性も示していない。しかしながら、蛇行チャネル流れ場のさらなるクラスは、略左右対称に配置されている蛇行チャネルを特色とし得る。そのような流れ場では、流れ場は全体として２つの区画に仕切られ得る。２つの区画は、略等しいサイズ及び形であり得、それぞれ同様の数の蛇行チャネルを含有し得る。各区画における単数又は複数の蛇行チャネルは、全体として２つの区画の間の境界に関して互いの鏡像となるように配置され得る、例えば、蛇行チャネルは、２つの区画の間の境界に対して左右対称性を示し得る。
上で論じられた蛇行チャネル流れ場において、概略的に論じられた蛇行チャネルはいかなる鏡映対称性又は左右対称性も示していない。しかしながら、蛇行チャネル流れ場のさらなるクラスは、略左右対称に配置されている蛇行チャネルを特色とし得る。そのような流れ場では、流れ場は全体として２つの区画に仕切られ得る。２つの区画は、略等しいサイズ及び形であり得、それぞれ同様の数の蛇行チャネルを含有し得る。各区画における単数又は複数の蛇行チャネルは、全体として２つの区画の間の境界に関して互いの鏡像となるように配置され得る、例えば、蛇行チャネルは、２つの区画の間の境界に対して左右対称性を示し得る。
図２３は、そのようなカソード流れ場の一例の簡略化した描写の平面図を示す。図２３では、略同じ形及びサイズの２つの区画２３７０に仕切られているカソード流れ場２３１６が示される。境界２３７２は、２つの区画２３７０の間において定義され；区画２３７０は、境界２３７２の両側に略対称に配置される。この例における各区画２３７０は、単一のカソード蛇行チャネル２３５６を含むが、各区画は、先に論じられた例と同様に、共通の経路をたどる、より多い数のカソード蛇行チャネル２３５６を入れ子又はインターリーブ式に含んでもよいことが理解されるだろう。カソード蛇行チャネル２３５６はそれぞれ、対応する流体入口ポート２３２８及び対応する流体出口ポート２３３０の間に延びる（これらの流体入口ポート２３２８は、例えば同じ位置、例えば共通の流れ通路又はマニホールドで終端し得、流体出口ポート２３３０も同様に構成され得ることが理解されるだろう）。
以下でさらに論じられるように、カソード蛇行チャネル２３５６の対称配置は、カソード流れ場２３１６全体の流れ均一性を維持することに関して、カソード蛇行チャネルの非対称配置よりも優れた様々な利点をもたらし得る。例えば、２つの区画２３７０は共に、概して、カソード流れ場２３１６の活性区域を表し得る。活性区域は、例えば、図２４に示されるように、活性区域の向かい合う側の間を往復する単数又は複数のカソード蛇行チャネルによって横断され得る。
図２４は、カソード流れ場２４１６を示し；区画２３７０及び境界２３７２と同様の２つの区画２４７０及び１つの境界２４７２も示す。カソード流れ場２４１６は、活性区域の１組の対向縁部に対して公称的に垂直な方向に延びる長手セグメントＡ、及びそれらの対向縁部に対して公称的に平行な方向に延びる短手セグメントＢを含む蛇行チャネル２４５６を有する。より長い長さのセグメントは、概して、活性区域の２つの対向縁部の間の距離と同じ桁の長さを有する（が、追加のカソード蛇行チャネルを入れ子又はインターリーブ式にルーティングすることを可能にするために、ある程度短い可能性がある）。カソード蛇行チャネル２４５６の長手セグメントＡは、境界２４７２を越え、両方の区画２４７０に延びることが確認され得る。そのような配置では、長手セグメントＡを流下し、短手セグメントＢを通り、最初の長手セグメントＡと隣り合う別の長手セグメントＡに至る、例えば、図２４において一番左の２つの長手セグメントＡと関連付けて示される太破線２４７４に沿って流れる流体は、２つの長手セグメントＡ及びそれらを連結する短手セグメントＢの長さの合計に略比例する圧力降下を経験することになる。
しかしながら、カソード蛇行チャネル２４５６を通るガス流は、カソード蛇行チャネル２４５６内に留まることに限定されない。例えば、先に論じられたように、カソード蛇行チャネル２４５６が提供されるカソード流れ場２４１６の側は、多孔質又は繊維ＧＤＬ（図示せず）に対して圧縮されていてもよく、多孔質又は繊維ＧＤＬは、ガスが、隣接する長手セグメントＡの各ペアの間にある間仕切壁２４６６の下を、例えば、カソード流れ場２４１６及び隣接する構造体、例えばＭＥＡの間に挟まれているＧＤＬを介してさらに又は代替的に流れることを可能にする代替流路を提供する。例えば、ガス流は、図２４の左側の２つの長手セグメントＡの間を、点線２４７６に沿った流路を介しても流れる場合がある。
一般的に言えば、流路２４７４及び流路２４７６に沿って流れるガスの比は、カソード蛇行チャネル２４５６がＧＤＬ流路２４７６と比較して相対的に大きい開放断面を有するという事実のために、チャネル流路２４７４に沿ったガス流に偏り得る。例えば、カソード蛇行チャネル２４５６は、全体的に開放されており、且つ、相対的に大きい寸法（例えば、およそ１ミリメートル又はその程度の高さ及び幅）を有する断面を有し得るが、ＧＤＬによって提供される流路は、およそ数百ミクロンの高さに過ぎず、ＧＤＬの繊維又は多孔質材料で充填され得る。言い換えれば、ＧＤＬの単位長当たりの流れ抵抗は、カソード蛇行チャネル２４５６の単位長当たりの流れ抵抗よりもはるかに高いと考えられる。
しかしながら、流路２４７４の全流れ抵抗は、カソード蛇行チャネル２４５６の長手セグメントＡの長さを増加させるにつれて増加し得る。したがって、カソード蛇行チャネル２４５６の長手セグメントＡが長くなるほど、流路２４７４に沿った流れ抵抗は高くなり、流路２４７４を流れるガスの流路２４７６を流れるガスに対する比を低下させる。換言すれば、より短い長さの長手セグメントＡは、より長い長さの長手セグメントＡよりも少ない、流路２４７６に沿ったガス流をもたらし得る。
さらに、流路２４７４の流れ抵抗はまた、例えば液体水、又は例えば無機物の堆積による、カソード蛇行チャネル２４５６内における妨害物の可能性のために、運転中に増加し得る。そのような妨害物が生じる場合、これは、カソード蛇行チャネルに沿った流れ抵抗を増加させ、それにより、流路２４７４を流れるガスの流路２４７６を流れるガスに対する比を低下させ得る。
図２４では１つの流路２４７４及び１つの流路２４７６のみが示されているが、そのような流路は、概して、同様の形状特色のためにカソード流れ場２４１６にわたって繰り返される場合があり、そのような追加の流路は同様の特徴及び挙動を有し得ることが理解されるだろう。
図２３に戻って、同じ２つの区画２３７０に別個のカソード蛇行チャネル２３５６を充填することによって、それらの蛇行チャネル２３５６の長手セグメントＡをカソード蛇行チャネル２４５６の長手セグメントＡと比較して低減し得ることが分かる。図２３では、カソード蛇行チャネル２３５６の長手セグメントＡは、カソード蛇行チャネル２４５６の長手セグメントＡのおよそ半分の長さである。カソード蛇行チャネル２３５６及び２４５６がその他の点では全体として同様、例えば同様の断面積であると仮定すると、流路２３７４に沿った流れ抵抗は、著しく小さくなる、例えば、流路２４７４に沿った流れ抵抗の約５０％又はその程度となる。これは、ひいては、例えば半島状壁２３６６の下に（例えば流路２３７６を介して）漏出するのとは対照的に、カソード蛇行チャネル２３５６を流れるガスの比を増加させる。カソード蛇行チャネル２３５６は略一様に分散して区画２３７０を横断しているため、このことは、区画２３７０にわたって、カソード流れ場２４１６等のカソード流れ場において生じ得るよりも均一なガスの分散をもたらす。
図２３に示される形状の別の態様は、２つの区画におけるカソード蛇行チャネルが互いに非常に接近する位置において、例えば境界２３７２に隣接する短手セグメントＢにおいて、それらのそれぞれの入口からそれらのセグメントまでの蛇行チャネルに沿った総流れ抵抗が略等しくなり、それにより、入口から各位置のセットまで略等しい圧力降下がもたらされるように、図示されるカソード蛇行チャネル２３５６が略対称に配置されるというものである。これにより、異なるカソード蛇行チャネルの２つのセグメントは互いに隣接しているが、公称的に異なる圧力を有し、ガスをそのようなカソード蛇行チャネルの一方から別のカソード蛇行チャネルへ渡らせるように作用し得る、それらの間の圧力差が生じ得るというシナリオが回避される。
例えば、図２３における位置Ｃ及び流体入口ポート２３２８の間にあるカソード蛇行チャネル２３５６の一部に沿った流れ抵抗を考慮する場合、各カソード蛇行チャネル２３５６を対応する流体入口ポート２３２８から対応する位置Ｃまで流れるガスは、４つの長手セグメントＡ及び３つの短手セグメントＢ（及び、ほとんど確実に、番号を付していないが、流体入口ポート２３２８から一番左の長手セグメントＡに至る第４の短手セグメントＢ）に沿って流れることが分かる。したがって、カソード蛇行チャネル２３５６を流れるガスが横断するカソード蛇行チャネル２３５６の一部の長さは、略同じであり得、したがって、（カソード蛇行チャネル２３５６がその他の点では同じ、例えば同じ断面寸法であると仮定すると）流体入口ポート２３２８及び位置Ｃの間の総流れ抵抗は同じであり得る。このことは、流体入口ポート２３２８及び位置Ｃの間で経験される略同じ圧力降下をもたらし、結果的に、２つの位置Ｃの間の圧力差はほとんど又はまったくない。結果として、一方のカソード蛇行チャネル２３５６のガスを、そのカソード蛇行チャネル２３５６から他方のカソード蛇行チャネル２３５６へ流すように作用し得る圧力差は、位置Ｃの近傍にはほとんど又はまったく存在しない。これにより、一方の区画２３７０へ流れたガスが他方の区画２３７０に泳動し、カソード流れ場２３１６にわたり偏ったガス分散をもたらすというシナリオが回避されるか、又はそのリスク又は重大度が低減される。
したがって、図２３に示されるカソード蛇行チャネルの対称配置は、例えば、それらの間の距離が最小となるカソード蛇行チャネルの位置の各セットについて、それらの流体入口ポート及びそれらの位置の間のカソード蛇行チャネルがたどる蛇行経路に沿って、同一又は公称的に同一の経路長を有すると特徴付けることができる。
上で論じられた図から自明な、カソード蛇行チャネルの左右対称配置のさらなる利益は、そのような配置により、流体入口ポート及び流体出口ポートをカソード流れ場の縁部の中央付近（角ではなく）に位置付けることが可能になることである。同様の蛇行チャネル形状をカソード流れ場及びアノード流れ場の両方に使用することができる実装形態では、流体入口ポート及び流体出口ポートを流れ場の対向縁部の中間に位置付けることにより、同じ流れ場構成要素をカソード流れ場又はアノード流れ場のいずれかとして使用することが可能になり得、それにより、特定のＣＯｘ電解セルをアセンブルするのに必要となり得る固有の部品の数が潜在的に減少する。
図２５は、蛇行チャネルが左右対称に配置されているカソード流れ場２５１６を示す。図２６は、同じカソード流れ場を、様々な特色のより容易な表示及び参照を可能にするために、拡大破断図として示す。図２６では、カソード流れ場２５１６の大部分は切り抜かれ、除去されており、残りの部分が互いに隣接するように移動されている。図２５及び２６の実装形態では、カソード流れ場２５１６は、境界２５７２によって分離される２つの区画２５７０に分割されている。各区画２５７０は、境界２５７２及び関連する区画２５７０の境界２５７２から最も遠い縁部の間を入れ子又はインターリーブ式にスイッチバックする４つのカソード蛇行チャネル２５５６のセットを含む。カソード蛇行チャネル２５５６はそれぞれ、対応する流体入口ポート２５２８及び対応する流体出口ポート２５３０の間に延びる（そのような流体入口ポート２５２８及び流体出口ポート２５３０は、いくつかの実装形態では、プレナム又はマニホールドがすべての流体入口ポートに同時にガスを送達する（か又は、適宜、すべての流体出口ポートから同時にガスを受け取る）セルのスタックにおいて、共通のプレナム又はマニホールドと流体的に接続し得ることが理解されるだろう）。
図２５及び２６のカソード流れ場は、例えば、およそ７５０～８００ｃｍ２、例えば７６０～７９０ｃｍ２又は７７０～７８０ｃｍ２の活性区域（概して、図２５に示される構成要素の境界線内の区域に対応する）を有し得、カソード蛇行チャネル２５５６自体は、例えば、それぞれおよそ５０００～６０００ｍｍ、例えば、５２００～５８００ｍｍ、５４００～５６００ｍｍ、５４００～５８００ｍｍ、又は５２００～５６００ｍｍの長さを有し得る。カソード蛇行チャネルはそれぞれ、断面が略矩形又は正方形であり得、例えば、０．５ｍｍ～２ｍｍの範囲、例えば、０．５ｍｍ、０．６ｍｍ、０．７ｍｍ、０．８ｍｍ、０．９ｍｍ、１ｍｍ、１．１ｍｍ、１．２ｍｍ等の横断方向幅（カソード蛇行チャネル内のガス流の方向に略垂直）及び／又は深さを有する。図示された例では、カソード蛇行チャネル２５５６はそれぞれ、例えば、横断方向幅が０．５ｍｍ～２ｍｍ、例えば、０．５ｍｍ～２ｍｍ、例えば、０．５ｍｍ、０．６ｍｍ、０．７ｍｍ、０．８ｍｍ、０．９ｍｍ、１ｍｍ、１．１ｍｍ、１．２ｍｍ等の半島状壁２５６６によって、隣接するカソード蛇行チャネルから分離されている。例えば、カソード蛇行チャネル２５５６は、およそ０．８ｍｍの幅及び深さであり得、およそ０．９ｍｍ幅の半島状壁によって互いに分離されており、それぞれはおよそ５６００ｍｍの長さ（したがって、７７６５０ｍｍ２の活性区域を包含する区画の各チャネルについて約５４００ｍｍ２の開放チャネル区域を有する）であり得る。
図２７は、蛇行チャネルが左右対称に配置されている別のカソード流れ場２７１６を示す。図２８は、同じカソード流れ場２７１６を、様々な特色のより容易な表示及び参照を可能にするために、拡大破断図として示す。図２８では、カソード流れ場２７１６の大部分は切り抜かれ、除去されており、残りの部分が互いに隣接するように移動されている。図２７及び２８の実装形態は、図２５及び２６のものと略同様であり、対応する要素は、図２５及び２６の実装形態におけるそれらの対応物と共通する最後の２桁を共有する図のコールアウトを用いて表示される。図２５及び２６の文脈におけるそのような要素に関する上述の議論は、以下に別段の指示がない限り、図２７及び２８におけるそれらの同じ要素に等しく適用可能である。
図２７及び２８の実装形態は、例えば、各区画２７７０におけるより多い数のカソード蛇行チャネル２７５６、例えば各区画２７７０における７つのカソード蛇行チャネル２７５６を特色とする。カソード蛇行チャネル２７５６はそれぞれ、およそ３０００ｍｍ～３５００ｍｍ長であり得る。示される実装形態では、カソード蛇行チャネル２７５６は、およそ０．８ｍｍの幅及び深さであり得、およそ０．９ｍｍ幅の半島状壁によって互いに分離されており、それぞれはおよそ３２００ｍｍの長さ（したがって、７７６５０ｍｍ２の活性区域を包含する区画の各チャネルについて約２５７０ｍｍ２の開放チャネル区域を有する）であり得る。
［平行チャネル流れ場］
一部のカソード流れ場に使用され得る別のタイプのチャネル配置は、平行チャネル配置である。平行チャネル配置を有する流れ場は、入口ポート及び出口ポートの間に直線又は実質的に直線の経路を含む少なくともいくつかのチャネルを有する。いくつかの実施形態では、平行チャネル配置を有する流れ場のすべてのチャネルが、入口ポート及び出口ポートの間に直線又は実質的に直線の経路を含む。いくつかの実施形態では、平行チャネル配置を有する流れ場は、流れ場の平行チャネルのチャネル長と少なくとも同じ長さの寸法を少なくとも１つ有する。図２９は、平行チャネルカソード流れ場の一例を示す。見られるように、流体入口ポート２９２８及び流体出口ポート２９３０を有するカソード流れ場２９１６が示される。流体入口ポート２９２８及び流体出口ポート２９３０はそれぞれ、概して互いに平行な方向に延び得る対応するプレナム通路２９７２と流体的に接続し得る。一連の平行チャネル２９５８は、直線配列で配置され得、各平行チャネル２９５８は、２つのプレナム通路２９７２と流体的に接続し、それらの間に流体的に置かれている。平行チャネル２９５８は、同様の流れ抵抗、例えば同様又は同一の断面及び同様又は同一の長さを有するように設計され得る。流体入口ポート２９２８及び流体出口ポート２９３０は、流体入口ポート２９２８から流体出口ポート２９３０までの平行チャネル２９５８及びプレナム通路２９７２を経由する流路が、任意の所与の流路がどの平行チャネル２９５８を流れるかにかかわらず、略等しい長さになるように、平行チャネル配置の対角に位置し得る。
一部のカソード流れ場に使用され得る別のタイプのチャネル配置は、平行チャネル配置である。平行チャネル配置を有する流れ場は、入口ポート及び出口ポートの間に直線又は実質的に直線の経路を含む少なくともいくつかのチャネルを有する。いくつかの実施形態では、平行チャネル配置を有する流れ場のすべてのチャネルが、入口ポート及び出口ポートの間に直線又は実質的に直線の経路を含む。いくつかの実施形態では、平行チャネル配置を有する流れ場は、流れ場の平行チャネルのチャネル長と少なくとも同じ長さの寸法を少なくとも１つ有する。図２９は、平行チャネルカソード流れ場の一例を示す。見られるように、流体入口ポート２９２８及び流体出口ポート２９３０を有するカソード流れ場２９１６が示される。流体入口ポート２９２８及び流体出口ポート２９３０はそれぞれ、概して互いに平行な方向に延び得る対応するプレナム通路２９７２と流体的に接続し得る。一連の平行チャネル２９５８は、直線配列で配置され得、各平行チャネル２９５８は、２つのプレナム通路２９７２と流体的に接続し、それらの間に流体的に置かれている。平行チャネル２９５８は、同様の流れ抵抗、例えば同様又は同一の断面及び同様又は同一の長さを有するように設計され得る。流体入口ポート２９２８及び流体出口ポート２９３０は、流体入口ポート２９２８から流体出口ポート２９３０までの平行チャネル２９５８及びプレナム通路２９７２を経由する流路が、任意の所与の流路がどの平行チャネル２９５８を流れるかにかかわらず、略等しい長さになるように、平行チャネル配置の対角に位置し得る。
平行チャネル配置を有するカソード流れ場は、等しい包含区域の蛇行チャネル配置がもたらすよりも直接的な流体流路を提供し、蓄積された液体水がそのような配置における平行チャネルから排除されるために移動しなければならない平均距離は、同様のサイズのＣＯｘ電解槽の場合、平行チャネルの方が蛇行チャネルよりも著しく短い。これは、液体水をチャネルから排除するために必要なエネルギーが少なくなるという点で有利であるが、平行チャネル配置はまた、典型的には、より少ない数の流路、例えば、２、３、４又は他の比較的少数の流路を含む傾向がある蛇行チャネル配置と比較して、より多い数の潜在的な代替流路、例えば数十又は数百の流路を含み得る。先に論じられたように、カソード流れ場を通る流路の数が増加するにつれて、通常であれば遮断された平行チャネルを流れる流体流が、流体流を遮っている液体水を放出するように作用するのではなく、単にそれ自体を再ルーティングし、カソード流れ場内の１つ又は複数の他の遮られていない平行チャネルを進む可能性が高くなり得る。
平行チャネルカソード流れ場に使用するために必要であり得る、より多い数の平行チャネルは、平行チャネルの断面積をさらに減少させて２つのプレナム通路２２７２の間のより大きい圧力差を可能にすることなしに、ＣＯｘ電解槽の文脈におけるそのようなカソード流れ場内で必要な高い圧力及びフロースピードを維持することを困難にし得る。そのような断面積の達成は、機械加工の観点から困難であることが判明していると考えられ、規模が小さいほどそのようなカソード流れ場の製造を困難にし得る。しかしながら、より大きいサイズのカソード流れ場、例えば平行直線チャネル流れ場を支持可能であるほど十分な、十分に大きいものは、容易に機械加工可能なチャネル寸法の使用による所望の圧力降下の達成を可能にし得る。例えば、それぞれおよそ１．５メートル長の長さ及び０．２ｍｍ２の断面積、例えば０．５ｍｍの幅及び０．４ｍｍの深さを有する平行直線チャネル流れ場は、一部のカソード流れ場において通常の運転条件中に１．９ｐｓｉ（１３．１００ｋＰａ）の圧力降下を可能にし得、これは、ＣＯｘ電解槽運転に起因する任意の蓄積された水を排除するのに十分であり得る。
例として、一部の平行チャネルカソード流れ場は、それぞれが約１２ｍ又はそれ未満又は約６ｍ又はそれ未満の全長を有する平行チャネルを有し得る。一部の平行チャネルカソード流れ場は、それぞれが約０．３ｍ又はそれよりも長い全長を有する平行チャネルを有する。いくつかの実施形態では、平行チャネルカソード流れ場は、それぞれおよそ約０．１ｍ及び約１．５ｍの間、約０．１ｍ及び約０．８ｍの間、約０．３及び約２ｍの間、約０．８ｍ及び約１．５ｍの間、約０．１ｍ及び約０．４５ｍの間、約０．４５ｍ及び約０．８ｍの間、約０．８ｍ及び約１．１５ｍの間、約１．１５ｍ及び約１．５ｍの間、約０．１ｍ及び約０．２７５ｍの間、約０．２７５ｍ及び約０．４５ｍの間、約０．４５ｍ及び約０．６２５ｍの間、約０．６２５ｍ及び約０．８ｍの間、約０．８ｍ及び約０．９７５ｍの間、約０．９７５ｍ及び約１．１５ｍの間、約１．１５ｍ及び約１．３２ｍの間、又は約１．３２ｍ及び約１．５ｍの間の全長を有するチャネルを有する。
例えば、そのような平行チャネルは、約０．５ｍｍ及び約２ｍｍの間、約０．５ｍｍ及び約１．２ｍｍの間、約１．２ｍｍ及び約２ｍｍの間、約０．５ｍｍ及び約０．８８ｍｍの間、約０．８８ｍｍ及び約１．２ｍｍの間、約１．２ｍｍ及び約１．６ｍｍの間、約１．６ｍｍ及び約２ｍｍの間、約０．５ｍｍ及び約０．６９ｍｍの間、約０．６９ｍｍ及び約０．８８ｍｍの間、約０．８８ｍｍ及び約１．１ｍｍの間、約１．１ｍｍ及び約１．２ｍｍの間、約１．２ｍｍ及び約１．４ｍｍの間、約１．４ｍｍ及び約１．６ｍｍの間、約１．６ｍｍ及び約１．８ｍｍの間、又は約１．８ｍｍ及び約２ｍｍの間の幅を有し得る。
そのような平行チャネルはまた、約０．３ｍｍ及び約３ｍｍの間、約０．３ｍｍ及び約１．６ｍｍの間、約１．６ｍｍ及び約３ｍｍの間、約０．３ｍｍ及び約０．９８ｍｍの間、約０．９８ｍｍ及び約１．６ｍｍの間、約１．６ｍｍ及び約２．３ｍｍの間、約２．３ｍｍ及び約３ｍｍの間、約０．３ｍｍ及び約０．６４ｍｍの間、約０．６４ｍｍ及び約０．９８ｍｍの間、約０．９８ｍｍ及び約１．３ｍｍの間、約１．３ｍｍ及び約１．６ｍｍの間、約１．６ｍｍ及び約２ｍｍの間、約２ｍｍ及び約２．３ｍｍの間、約２．３ｍｍ及び約２．７ｍｍの間、又は約２．７ｍｍ及び約３ｍｍの間の深さを有し得る。
上で論じられたもののような幅及び深さを有する平行チャネルは、チャネル１つ当たり約１５０ｍｍ２及び約３０００ｍｍ２の間、約１５０ｍｍ２及び約１６００ｍｍ２の間、約１６００ｍｍ２及び約３０００ｍｍ２の間、約１５０ｍｍ２及び約８６０ｍｍ２の間、約８６０ｍｍ２及び約１６００ｍｍ２の間、約１６００ｍｍ２及び約２３００ｍｍ２の間、約２３００ｍｍ２及び約３０００ｍｍ２の間、約１５０ｍｍ２及び約５１０ｍｍ２の間、約５１０ｍｍ２及び約８６０ｍｍ２の間、約８６０ｍｍ２及び約１２００ｍｍ２の間、約１２００ｍｍ２及び約１６００ｍｍ２の間、約１６００ｍｍ２及び約１９００ｍｍ２の間、約１９００ｍｍ２及び約２３００ｍｍ２の間、約２３００ｍｍ２及び約２６００ｍｍ２の間、又は約２６００ｍｍ２及び約３０００ｍｍ２の間の開放表面積を有する、そのような各平行チャネルをもたらし得る。
そのような平行チャネルはまた、チャネル１つ当たり約０．１５ｍｍ２及び約６ｍｍ２の間、約０．１５ｍｍ２及び約３．１ｍｍ２の間、約３．１ｍｍ２及び約６ｍｍ２の間、約０．１５ｍｍ２及び約１．６ｍｍ２の間、約１．６ｍｍ２及び約３．１ｍｍ２の間、約３．１ｍｍ２及び約４．５ｍｍ２の間、約４．５ｍｍ２及び約６ｍｍ２の間、約０．１５ｍｍ２及び約０．８８ｍｍ２の間、約０．８８ｍｍ２及び約１．６ｍｍ２の間、約１．６ｍｍ２及び約２．３ｍｍ２の間、約２．３ｍｍ２及び約３．１ｍｍ２の間、約３．１ｍｍ２及び約３．８ｍｍ２の間、約３．８ｍｍ２及び約４．５ｍｍ２の間、約４．５ｍｍ２及び約５．３ｍｍ２の間、又は約５．３ｍｍ２及び約６ｍｍ２の間の断面積を有し得る。
そのような平行チャネルはまた、（チャネル１つ当たり）約１００μｌ及び約９０００μｌの間、約１００μｌ及び約４６００μｌの間、約４６００μｌ及び約９０００μｌの間、約１００μｌ及び約２３００μｌの間、約２３００μｌ及び約４６００μｌの間、約４６００μｌ及び約６８００μｌの間、約６８００μｌ及び約９０００μｌの間、約１００μｌ及び約１２００μｌの間、約１２００μｌ及び約２３００μｌの間、約２３００μｌ及び約３４００μｌの間、約３４００μｌ及び約４６００μｌの間、約４６００μｌ及び約５７００μｌの間、約５７００μｌ及び約６８００μｌの間、約６８００μｌ及び約７９００μｌの間、又は約７９００μｌ及び約９０００μｌの間の総チャネル体積を有し得る。
いくつかのそのような実装形態では、平行チャネルを有するカソード流れ場はまた、隣接する平行チャネルの間に置かれている壁の厚さに関する構造的特徴を有してもよい。例えば、隣接する平行チャネルの間の壁厚（したがって、互いに最も近いそれらのチャネルの表面間の距離）は、２つの隣接する平行チャネルの平均全長の約０．０００２及び約０．００６７倍の間、約０．０００２及び約０．００３４倍の間、約０．００３４及び約０．００６７倍の間、約０．０００２及び約０．００１８倍の間、約０．００１８及び約０．００３４倍の間、約０．００３４及び約０．００５倍の間、約０．００５及び約０．００６７倍の間、約０．０００２及び約０．００１倍の間、約０．００１及び約０．００１８倍の間、約０．００１８及び約０．００２６倍の間、約０．００２６及び約０．００３４倍の間、約０．００３４及び約０．００４２倍の間、約０．００４２及び約０．００５倍の間、約０．００５及び約０．００５９倍の間、約０．００５９及び約０．００６７倍の間となるように選択され得る。
上で論じられたもののような寸法特徴を有するそのような平行チャネルのいくつかの実装形態では、隣接するチャネルの間の壁厚は、例えば、約０．１５ｍｍ及び５ｍｍの間、約０．１５ｍｍ及び約２．６ｍｍの間、約２．６ｍｍ及び約５ｍｍの間、約０．１５ｍｍ及び約１．４ｍｍの間、約１．４ｍｍ及び約２．６ｍｍの間、約２．６ｍｍ及び約３．８ｍｍの間、約３．８ｍｍ及び約５ｍｍの間、約０．１５ｍｍ及び約０．７６ｍｍの間、約０．７６ｍｍ及び約１．４ｍｍの間、約１．４ｍｍ及び約２ｍｍの間、約２ｍｍ及び約２．６ｍｍの間、約２．６ｍｍ及び約３．２ｍｍの間、約３．２ｍｍ及び約３．８ｍｍの間、約３．８ｍｍ及び約４．４ｍｍの間、又は約４．４ｍｍ及び約５ｍｍの間であり得る。
［分岐平行チャネル流れ場］
上で論じられたもののような寸法特徴を有する平行チャネルのいくつかの実装形態では、平行チャネルは、対応する共通の入口流路によってガスがそれぞれ提供される（且つ、同様の排出流路配置を有する）隣接するチャネルの別個のクラスタに分割されていてもよい。そのような平行チャネルの実装形態は、ガスのカソード流れ場内へのより一様な分散を保証するのに役立ち得る。実質的に、平行チャネルの各クラスタは、同じ出発点、例えば、平行チャネルの各クラスタにガスを供給する流体入口ポートを与えるプレナム又はマニホールドに由来する別個の流体流「分岐」を表し得る。
上で論じられたもののような寸法特徴を有する平行チャネルのいくつかの実装形態では、平行チャネルは、対応する共通の入口流路によってガスがそれぞれ提供される（且つ、同様の排出流路配置を有する）隣接するチャネルの別個のクラスタに分割されていてもよい。そのような平行チャネルの実装形態は、ガスのカソード流れ場内へのより一様な分散を保証するのに役立ち得る。実質的に、平行チャネルの各クラスタは、同じ出発点、例えば、平行チャネルの各クラスタにガスを供給する流体入口ポートを与えるプレナム又はマニホールドに由来する別個の流体流「分岐」を表し得る。
図３０は、そのような平行チャネル流れ場の一例の概略図を示す。図３０では、カソード流れ場３０１６の概略図が示される。図３０の上半分では、カソード流れ場３０１６を単一のピースとして示し、下半分では、カソード流れ場３０１６を通る流路を様々な下位部分に解体して示す（点線は、これらの下位部分の間の流体的接続を示す）。見られるように、先に論じられた平行チャネルと同様に、第１の方向３０８６に沿って平行に延びる平行チャネル３０５８のクラスタ３０７８ａ／ｂ／ｃ／ｄが存在する。図示される配置では、クラスタ３０７８ａ／ｂ／ｃ／ｄは左右対称に配置されている、例えば、２つのクラスタ３０７８ａは、対称軸３０７２の両側に、等距離の位置で位置付けられている。他のクラスタ３０７８ｂ／ｃ／ｄもまた、ペアで提供されており、各ペアのクラスタは、対称軸３０７２からそれぞれ同様に等しい間隔で離れている。
各クラスタ３０７８ａ／ｂ／ｃ／ｄにおける平行チャネル３０５８はそれぞれ、一端において、第１の方向３０８６と公称的に直交する第２の方向３０８８に延びる対応する入口分岐通路３０８０と、及び他端において、これもまた第２の方向３０８８に延びる対応する出口分岐通路３０８２と流体的に接続する。入口分岐通路３０８０のそれぞれは、対応する流体入口ポート３０２８に通じる対応する入口通路３０８１と接続しており、他方の側の出口分岐通路３０８２のそれぞれは、対応する流体出口ポート３０３０に通じる出口通路３０８３と接続している。入口通路３０８１及び出口通路３０８３は、概して、第２の方向３０８８に平行な方向に沿って延び得るが、（適宜）流体入口ポート３０２８又は流体出口ポート３０３０と接続するために第１の方向３０８６に延びるセグメントも含み得、流体入口ポート３０２８及び流体出口ポート３０３０はそれぞれ、対称軸３０７２付近の位置に位置付けられ、（群の場合）それを中心とし得る。ここでは図示されないが、流体入口ポート３０２８及び流体出口ポート３０３０はそれぞれ、適宜、本明細書における流れ場の他の例に示されるように、対応する共通の入口又は共通の出口と接続していてもよい。
ガスが流体入口ポート３０２８に流れ込む場合、別個のガスが対応する入口通路３０８１を介して入口分岐通路３０８０のそれぞれに流れるように、ガスはカソード流れ場３０１６に流れ込み、この点において、各ガス流は、平行チャネル３０５８が接続している入口分岐通路３０８０と流体的に接続しているそれらの平行チャネル３０５８のそれぞれのクラスタ３０７８ａ／ｂ／ｃ／ｄの別個の平行チャネル３０５８に細分され得る。同様に、ガスが特定のクラスタ３０７８ａ／ｂ／ｃ／ｄの平行チャネル３０５８を流下する場合、それは、それらの平行チャネル３０５８から出て、ここで、そのようなガス流は、それらの平行チャネル３０５８と接続している出口分岐通路３０８２において再び合わさって、その後、対応する出口通路３０８３及び流体出口ポート３０３０を介してカソード流れ場３０１６から出ることになる。
各クラスタ３０７８ａ／ｂ／ｃ／ｄにおける平行チャネル３０５８の数は、クラスタ３０７８ａ／ｂ／ｃ／ｄが対称軸３０７２から遠くなるほど減少することに留意されたい。言い換えれば、各クラスタ３０７８ａ／ｂ／ｃ／ｄにおける平行チャネル３０５８の数は、概して、対応する流体入口ポート３０２８から対応する入口分岐通路３０８０までの流路長が増加することに応じて減少し得る（が、いくつかの場合では、一部の隣接するクラスタにおける平行チャネル３０５８の数は同じままであり得る）。したがって、クラスタ３０７８ａ／ｂ／ｃ／ｄのうちのあるクラスタ３０７８（ガスがより長い入口通路３０８１経路長に沿って進み、その後そのクラスタに到達する）は、クラスタ３０７８ａ／ｂ／ｃ／ｄのうちのあるクラスタ３０７８（ガスがより短い入口通路３０８１経路長に沿って進み、その後それに到達する）よりも少ない平行チャネル３０５８をそこに含み得る。そのような構成は、カソード流れ場３０１６を流れるガスのより一様な分散を可能にする。例えば、クラスタ３０７８ｄにおける平行チャネル３０５８を流れる場合にガスが流れなければならないより長い距離のために（流体入口ポート３０２８及びクラスタ３０７８ｄにおける平行チャネル３０５８と接続している入口分岐通路３０８０の間のより長い流路のために）、そのような平行チャネル３０５８を流れるガスが経験する全流れ抵抗は、例えばクラスタ３０７８ａ／ｂ／ｃにおける平行チャネル３０５８を流れるガス（より短い流路長に沿って流れ、したがってより低い流れ抵抗に遭遇する）のものよりも高くなり得る。
図３１は、分岐平行チャネル流れ場の一例を示し；図３２は、図３１と同じ分岐チャネル流れ場だが、拡大し、平行チャネルの中間を中断部分によって省略して示す。
図３１及び３２では、平行チャネル配置を有するカソード流れ場３１１６が示される。カソード流れ場３１１６は、対称軸（図示していないが、カソード流れ場３１１６をページの向きに関して水平に二分する）の両側に平行チャネル３１５８の７つのクラスタ３１７８ａ／ｂ／ｃ／ｄ／ｅ／ｆ／ｇを有する。平行チャネル３１５８は間仕切壁３１６６によって分離されており；さらなる間仕切壁３１６６は、カソード流れ場３１１６の他のチャネルを画定し得る。
各クラスタ３１７８ａ／ｂ／ｃ／ｄ／ｅ／ｆ／ｇの平行チャネル３１５８はそれぞれ、一端において、対応する入口分岐通路３１８０ａ／ｂ／ｃ／ｄ／ｅ／ｆ／ｇに、及び他端において、対応する出口分岐通路３１８２ａ／ｂ／ｃ／ｄ／ｅ／ｆ／ｇに接続されており、これらは概して、平行チャネル３１５８に垂直な方向に延びている（図示されたカソード流れ場３１１６の左上の象限の入口分岐通路３１８０及び右上の象限の出口分岐通路３１８２のみをコールアウトしているが、同様の設計の追加の入口分岐通路３１８０及び出口分岐通路３１８２が図３１及び３２において視認可能であることが理解されるだろう）。各入口分岐通路３１８０は、対応する入口通路３１８１を介して流体入口ポート３１２８のうちの１つに接続され得る。同様に、各出口分岐通路３１８２は、対応する出口通路３１８３を介して流体出口ポート３１３０のうちの１つに接続され得る。
図３１及び３２のカソード流れ場は、例えば、およそ７５０～８００ｃｍ２、例えば７６０～７９０ｃｍ２又は７７０～７８０ｃｍ２の活性区域（概して、図３１に示される構成要素の境界線内の区域に対応する）を有し得、平行チャネル３１５８自体は、例えば、それぞれおよそ２５０～３００ｍｍ、例えば、２６０～２９０ｍｍ、２６０～２８０ｍｍ、２７０～２８０ｍｍ、２７０～２９０ｍｍ、又は２７０～２８０ｍｍの長さを有し得る。平行チャネルはそれぞれ、断面が略矩形又は正方形であり得、例えば、０．５ｍｍ～２ｍｍの範囲、例えば、０．５ｍｍ、０．６ｍｍ、０．７ｍｍ、０．８ｍｍ、０．９ｍｍ、１ｍｍ、１．１ｍｍ、１．２ｍｍ等の横断方向幅（平行チャネル内のガス流の方向に略垂直）及び／又は深さを有する。図示された例では、平行チャネル３１５８はそれぞれ、例えば、横断方向幅が０．５ｍｍ～２ｍｍ、例えば、０．５ｍｍ～２ｍｍ、例えば、０．５ｍｍ、０．６ｍｍ、０．７ｍｍ、０．８ｍｍ、０．９ｍｍ、１ｍｍ、１．１ｍｍ、１．２ｍｍ等の間仕切壁３１６６によって、隣接する平行チャネルから分離されている。例えば、平行チャネル３１５８は、およそ０．８ｍｍの幅及び０．５ｍｍの深さであり得、およそ０．９ｍｍ幅の間仕切壁によって互いに分離されており、それぞれはおよそ２７０ｍｍの長さであり得る。
図３３は、分岐平行チャネル流れ場の別の例の概略図を示す。図３３では、平行チャネル３３５８の複数のクラスタ（例えば、図３０に示したクラスタ３０７８と同様である）が存在するカソード流れ場３３１６が示される。平行チャネル３３５８の各クラスタにおける平行チャネル３３５８は、一端において、入口分岐通路３３８０に、及び他端において、出口分岐通路３３８２に接続され得る。各入口分岐通路３３８０は、対応する入口通路３３８１を介して対応する流体入口ポート３３２８と接続され得、各出口分岐通路３３８２は、対応する出口通路３３８３を介して対応する流体出口ポート３３３０と接続され得る。図３３では、１つの入口分岐通路３３８０、出口分岐通路３３８２、入口通路３３８１、及び出口通路３３８３のみをコールアウトと共に示しているが、入口／出口分岐通路３３８０／３３８２及び入口／出口通路３３８１／３３８３の他のペアもまた、平行チャネル３３５８の各クラスタとの関連で存在することが理解されるだろう。
図３３に示される平行チャネル３３５８及び入口／出口分岐通路３３８０／３３８２の配置は、図３０に示されるものと非常に類似している。しかしながら、１つの重大な差異－図３３における平行チャネル３３５８の各クラスタの入口分岐通路３３８０及び出口分岐通路３３８２はそれぞれ、それぞれの入口通路３３８１又は出口通路３３８３と実質的に反対端で接続している－が存在する。例えば、入口分岐通路３３８０は、流体入口ポート３３２８のうちの１つに通じる入口通路３３８１に接続しており、出口分岐通路３３８２は、流体出口ポート３３３０のうちの１つに通じる出口通路３３８３に接続している。しかしながら、流体入口ポート３３２８に通じる入口通路３３８１は、その流体入口ポート３３２８に最も近い、入口分岐通路３３８０上の位置で入口分岐通路３３８０に接続しており、流体出口ポート３３３０に通じる出口通路３３８３は、流体出口ポート３３３０から最も遠い、出口分岐通路３３８２上の位置で出口分岐通路３３８２に接続している。逆の配置も使用され得る（図示された配置を本質的に左右反転させる）ことが理解されるだろう。
この配置の別の見方は、流体入口ポート３３２８から通じる入口通路３３８１は、入口分岐通路３３８０がガスを提供する平行チャネル３３５８のクラスタにおける最も外側の２つの平行チャネル３３５８のうちの一方に近接する位置で入口分岐通路３３８０と接続しており、流体出口ポート３３３０に通じる出口通路３３８３は、出口分岐通路３３８２がガスを受け取る平行チャネル３３５８のクラスタにおける最も外側の２つの平行チャネル３３５８のうちの他方に近接する位置で出口分岐通路３３８２と接続している、というものである。明確にするために記すと、平行チャネルのクラスタにおける「最も外側」の平行チャネルとは、クラスタにおける他のすべての平行チャネル（存在する場合）がその間に位置付けられる２つのチャネルである。
そのような配置は、平行チャネル３３５８の所与のクラスタに流れ込むガスが、流体出口ポート３３３０に到達するために、そのクラスタにおける平行チャネル３３５８のうちの１つを横断することを必要とするだけでなく、入口分岐通路３３８０のうちの１つを凝集して横断することも必要とすることを保証し得る。実質的に、そのような配置は、概して、平行チャネル３３５８の所与のクラスタにおけるすべての平行チャネル３３５８に関して、流体入口ポート３３２８から流体出口ポート３３３０までの流路長を等しくする。これは、平行チャネル３３５８の各クラスタ内の平行チャネル３３５８間の流れ抵抗を等しくし、それにより、平行チャネル３３５８の各クラスタ内の流れ均一性を高めるのに役立つように機能する。
図３４は、分岐平行チャネル流れ場のさらに別の例の概略図を示す。図３４では、平行チャネル３４５８の複数のクラスタ（例えば、図３０に示したクラスタと同様である）が存在するカソード流れ場３４１６が示される。平行チャネル３４５８の各クラスタにおける平行チャネル３４５８は、一端において、入口分岐通路３４８０（３４８０'及び３４８０"）と、及び他端において、出口分岐通路３４８２（３４８２'及び３４８２"）と接続され得る。各入口分岐通路３４８０は、対応する入口通路３４８１を介して対応する流体入口ポート３４２８と接続され得、各出口分岐通路３４８２は、対応する出口通路３４８３を介して対応する出口ポート３４３０と接続され得る。示されるように、コールアウトされている出口分岐通路３４８２は、実際には２つの下位部分３４８２'及び３４８２"に分けられ、そのそれぞれは、対応する出口分岐通路延伸部３４８５（３４８５'又は３４８５"）によって同じ出口通路３４８３と接続している。これらの出口分岐通路延伸部３４８５'及び３４８５"の長さは概して等しくてもよい。図３３と同様、１つの入口分岐通路３４８０、出口分岐通路３４８２、入口通路３４８１、及び出口通路３４８３のみを示しているが、そのような通路の他の例が平行チャネル３４５８の各クラスタと関連付けられてもよいことが理解されるだろう。
図３４に示される配置は、図３３に示されるものと同様であるが、入口分岐通路３４８０及び出口分岐通路３４８２をそれらのそれぞれの流体入口ポート３４２８及び流体出口ポート３４３０と接続する入口通路３４８１及び出口通路３４８３は、必ずしも、入口分岐通路３４８０又は出口分岐通路３４８２のいずれかの端に接続しているわけではない。例えば、流体入口ポート３４２８を入口分岐通路３４８０に接続する入口通路３４８１は、その長さのおよそ中間の位置で入口分岐通路３４８０と接続しており、平行チャネル３４５８の関連するクラスタにおけるいくつかの平行チャネル３４５８は、その接続点の一方の側で入口分岐通路３４８０の第１の下位部分３４８０'と接続しており、平行チャネル３４５８の関連するクラスタにおける他の平行チャネル３４５８は、その接続点の他方の側で入口分岐通路３４８０の第２の下位部分３４８０"と接続している。出口分岐通路３４８２もまたこの規則に従うが、出口分岐通路３４８２の場合、下位部分は、平行チャネル３４５８がそれと接続する場所及び流体出口ポート３４３０に通じる出口通路３４８３がそれと接続する場所の間に、流路がＵターンすることを可能にする出口分岐通路延伸部３４８５'及び３４８５"を含むことに留意されたい。出口分岐通路延伸部３４８５'及び３４８５"は、見られるように、それぞれ、出口分岐通路３４８２の下位部分３４８２'及び３４８２"の対応する長さに略等しい長さを有し得る。
図３４の入口分岐通路３４８０及び出口分岐通路３４８２は、概して、対応する下位部分を含み、対応する下位部分の各ペアにおける下位部分は、入口分岐通路３４８０のそれぞれ及び出口分岐通路３４８２のそれぞれと関連付けられている平行チャネル３４５８のクラスタにおける平行チャネル３４５８の下位群の対向する端部と接続していると特徴付けることができる。下位部分の各ペアは、図３３の実装形態において平行チャネルの各クラスタにおける平行チャネル３３５８が、平行チャネル３３５８のそのクラスタの対応する入口分岐通路３３８０及び出口分岐通路３３８２と接続するのと同様の方式で、それらの下位部分の間にわたる平行チャネル３４５８と接続し得る。
例えば、各入口分岐通路３４８０の下位部分及び各出口分岐通路３４８２の下位部分は、第１の端部及び第２の端部を含み得、そのような各下位部分の第１の端部は、関連する流体入口又は出口ポート３４２８又は３４３０に通じる対応する入口通路３４８１又は出口通路３４８３が、下位部分を含む入口分岐通路３４８０又は出口分岐通路３４８２と接続している位置に最も近く、その下位部分の第２の端部は、その下位部分がたどる経路上で、その位置から最も遠い。各ペアの下位部分の間にわたる平行チャネル３４５８は、互いに間隔を空けた位置で各下位部分と接続し得る。平行チャネル３４５８の各下位群が、それらの平行チャネル３４５８がその間にわたる２つの下位部分と接続する順序は、それらの２つの下位部分の間で逆であってもよい。例えば、一方の下位部分と、様々な接続位置のうち、その下位部分の第１の端部に最も近い位置で接続する平行チャネル３４５８は、他方の下位部分と、様々な接続位置のうち、他方の下位部分の第１の端部から最も遠い位置で接続してもよく、その逆も同様である。
屈曲度が増加したそのような配置は、図３３に関して上で論じられた構成の改良点であり、図３３の構成と比較して、カソード流れ場３４１６にわたるガス流がより一層一様に分散することを可能にする。上で論じられた下位部分配置は、図３４では平行チャネルの最も内側の２つのクラスタについてのみ示されているが、そのような構成は、分岐平行チャネル流れ場における任意の又はすべてのクラスタで実装可能であることが理解されるだろう。図３４の配置は左右で逆であってもよく、入口分岐通路が入口分岐通路延伸部を含み、出口分岐通路が出口分岐通路延伸部を含まなくてもよいこともまた理解されるだろう。
図３５は、分岐平行チャネルを特色とするカソード流れ場の一例を示す。図３６は、図３５のカソード流れ場の上半分の左側及び右側の詳細図を、流れ場の残りの部分を図から省略して示す。
図３５及び３６に見られるようにカソード流れ場３５１６は、平行チャネル３５５８の複数のクラスタ３５７８ａ／ｂ／ｃ／ｄ／ｅ／ｆ／ｇを特色とする。クラスタ３５７８ａは、実際には平行チャネル３５５８の２つの下位群３５７８ａ'及び３５７８ａ"から形成されている。各クラスタ３５７８における平行チャネル３５５８はそれぞれ、流体入口ポート３５２８のうちの１つから、対応する入口通路３５８１を介して流体入口ポート３５２８のうちの１つに接続されている、対応する入口分岐通路３５８０ａ／ｂ／ｃ／ｄ／ｅ／ｆ／ｇを経由してガスを提供される。次いで、平行チャネル３５５８の各クラスタに提供されるガスは、対応する出口通路３５８３を介して流体出口ポート３５３０のうちの１つに接続されている、対応する出口分岐通路３５８２ａ／ｂ／ｃ／ｄ／ｅ／ｆ／ｇを経由して、対応するクラスタ３５７８ａ／ｂ／ｃ／ｄ／ｅ／ｆ／ｇから出る。入口分岐通路３５８０ａはそれぞれ、２つの下位部分３５８０ａ'及び３５８０ａ"を含み、そのそれぞれは、下位群３５７８ａ'及び３５７８ａ"における平行チャネル３５５８の下位群のうちの異なる１つとそれぞれ関連付けられており、出口分岐通路３５８２ａも同様に、それぞれ、２つの下位部分３５８２ａ'及び３５８２ａ"（対応する出口分岐通路延伸部３５８５、例えば３５８５'及び３５８５"によって出口通路３５８３に接続されている）を含み、そのそれぞれは、下位群３５７８ａ'及び３５７８ａ"における平行チャネル３５５８の下位群のうちの異なる１つとそれぞれ関連付けられている。この配置は、図３４に示されるものと略同様であり、同様の均一性挙動を示す。カソード流れ場３１１６について示された範囲内にある、図示された様々な特色の寸法値は、例えば、ＣＯｘ電解槽に使用するための高い均一性及び十分な水放出能をガス流に提供し得る。
［相互噛合チャネル流れ場］
一部のカソード流れ場において使用され得る別のタイプのチャネル配置は、相互噛合チャネル配置である。図３７は、相互噛合チャネルカソード流れ場の一例を示す。見られるように、流体入口ポート３７２８及び流体出口ポート３７３０を有するカソード流れ場３７１６が示される。流体入口ポート３７２８及び流体出口ポート３７３０はそれぞれ、対応するプレナム通路３７７２又は３７７２'とそれぞれ流体的に接続し得る。プレナム通路３７７２及び３７７２'は、概して互いに平行な方向に延び得、対応するプレナム通路３７７２又は３７７２'から離れて他方のプレナム通路３７７２'又は３７７２に向かってそれぞれ延びる複数のチャネル３７５８又は３７５８'を含み得る（参照をより容易にするために、プレナム通路３７７２及びチャネル３７５８に、プレナム通路３７７２'及びチャネル３７５８'と異なる陰影を付けている）。隣接するチャネル３７５８の各ペアは、それらの間にチャネル３７５８'を置くことができ、隣接するチャネル３７５８'の各ペアは、それらの間にチャネル３７５８を置くことができる（したがって、２組の相互噛合チャネルが提供される）。そのような配置では、各チャネル３７５８は、カソード流れ場３７１６内でチャネル３７５８'と流体的に接続していないデッドエンドチャネルであり得る。同様に、各チャネル３７５８'もまた、カソード流れ場３７１６内でチャネル３７５８と流体的に接続していないデッドエンドチャネルであり得る。しかしながら、ＣＯｘガスは、カソード流れ場３７１６及びカソード流れ場３７１６が使用されるＣＯｘ電解槽のＭＥＡの間で圧縮されているカソードＧＤＬ（図示せず）を泳動して壁３７４８の下を通ることによって、依然として使用中に２組のチャネル３７５８及び３７５８'の間を通ることができる。この壁の下のＣＯｘガス流は、図３７では、チャネル３７５８からチャネル３７５８'に至る短い矢印の使用によって示される。流体入口ポート３７２８からチャネル３７５８を通るガス流、並びにチャネル３７５８'から流体出口ポート３７３０までのガス流もまた矢印を使用して示される。
一部のカソード流れ場において使用され得る別のタイプのチャネル配置は、相互噛合チャネル配置である。図３７は、相互噛合チャネルカソード流れ場の一例を示す。見られるように、流体入口ポート３７２８及び流体出口ポート３７３０を有するカソード流れ場３７１６が示される。流体入口ポート３７２８及び流体出口ポート３７３０はそれぞれ、対応するプレナム通路３７７２又は３７７２'とそれぞれ流体的に接続し得る。プレナム通路３７７２及び３７７２'は、概して互いに平行な方向に延び得、対応するプレナム通路３７７２又は３７７２'から離れて他方のプレナム通路３７７２'又は３７７２に向かってそれぞれ延びる複数のチャネル３７５８又は３７５８'を含み得る（参照をより容易にするために、プレナム通路３７７２及びチャネル３７５８に、プレナム通路３７７２'及びチャネル３７５８'と異なる陰影を付けている）。隣接するチャネル３７５８の各ペアは、それらの間にチャネル３７５８'を置くことができ、隣接するチャネル３７５８'の各ペアは、それらの間にチャネル３７５８を置くことができる（したがって、２組の相互噛合チャネルが提供される）。そのような配置では、各チャネル３７５８は、カソード流れ場３７１６内でチャネル３７５８'と流体的に接続していないデッドエンドチャネルであり得る。同様に、各チャネル３７５８'もまた、カソード流れ場３７１６内でチャネル３７５８と流体的に接続していないデッドエンドチャネルであり得る。しかしながら、ＣＯｘガスは、カソード流れ場３７１６及びカソード流れ場３７１６が使用されるＣＯｘ電解槽のＭＥＡの間で圧縮されているカソードＧＤＬ（図示せず）を泳動して壁３７４８の下を通ることによって、依然として使用中に２組のチャネル３７５８及び３７５８'の間を通ることができる。この壁の下のＣＯｘガス流は、図３７では、チャネル３７５８からチャネル３７５８'に至る短い矢印の使用によって示される。流体入口ポート３７２８からチャネル３７５８を通るガス流、並びにチャネル３７５８'から流体出口ポート３７３０までのガス流もまた矢印を使用して示される。
相互噛合チャネル配置を有するカソード流れ場は、平行チャネル配置と同様に、包含区域３７５２と同様の包含区域の蛇行チャネル配置がもたらし得るよりも直接的な流体流路を提供することができ、蓄積された液体水がそのような配置におけるチャネルから排除されるために移動しなければならない平均距離は、同様のサイズのＣＯｘ電解槽の場合、相互噛合チャネルの方が蛇行チャネルよりも著しく短い。これは、液体水をチャネルから排除するために必要なエネルギーが少なくなるという点で有利であるが、平行チャネル配置はまた、典型的には、より少ない数の流路、例えば、２、３、４又は他の比較的少数の流路を含む傾向がある蛇行チャネル配置と比較して、より多い数の潜在的な代替流路、例えば数十又は数百の流路を含み得る。先に論じられたように、カソード流れ場を通る流路の数が増加するにつれて、通常であれば遮断された平行チャネルを流れる流体流が、流体流を遮っている液体水を放出するように作用するのではなく、単にそれ自体を再ルーティングし、カソード流れ場内の１つ又は複数の他の遮られていない平行チャネルを進む可能性がますます高くなる。壁３７４８の下のガス流を余儀なくさせることによって、相互噛合カソード流れ場は、本質的に、ＣＯｘガスを壁３７４８の下のカソードＧＤＬ及びＭＥＡの一部と強制的に接触させ、それにより、ＣＯｘガスがそのような領域に到達することを保証することができる（平行及び蛇行チャネル配置では、ＣＯｘガスは、ＭＥＡ及びカソードＧＤＬのそのような一部と依然として接触し得るが、それは必ずしもそうするように強制されているわけではない）。
相互噛合カソード流れ場ＣＯｘ電解槽は、それらを、ＣＯｘ電解槽の文脈における使用に、例えばカソード流れ場からの水の除去を促進することに関して、特に良好に適したものにし得る様々な寸法特徴を有するチャネルを備え得る。
例として、一部の相互噛合チャネルカソード流れ場は、およそ約０．１ｍ及び約１．５ｍの間、約０．１ｍ及び約０．８ｍの間、約０．８ｍ及び約１．５ｍの間、約０．１ｍ及び約０．４５ｍの間、約０．４５ｍ及び約０．８ｍの間、約０．８ｍ及び約１．１５ｍの間、約１．１５ｍ及び約１．５ｍの間、約０．１ｍ及び約０．２７５ｍの間、約０．２７５ｍ及び約０．４５ｍの間、約０．４５ｍ及び約０．６２５ｍの間、約０．６２５ｍ及び約０．８ｍの間、約０．８ｍ及び約０．９７５ｍの間、約０．９７５ｍ及び約１．１５ｍの間、約１．１５ｍ及び約１．３２ｍの間、又は約１．３２ｍ及び約１．５ｍの間の個々の長さを有する相互噛合チャネルを有し得る。
例えば、そのような相互噛合チャネルは、約０．５ｍｍ及び約２ｍｍの間、約０．５ｍｍ及び約１．２ｍｍの間、約１．２ｍｍ及び約２ｍｍの間、約０．５ｍｍ及び約０．８８ｍｍの間、約０．８８ｍｍ及び約１．２ｍｍの間、約１．２ｍｍ及び約１．６ｍｍの間、約１．６ｍｍ及び約２ｍｍの間、約０．５ｍｍ及び約０．６９ｍｍの間、約０．６９ｍｍ及び約０．８８ｍｍの間、約０．８８ｍｍ及び約１．１ｍｍの間、約１．１ｍｍ及び約１．２ｍｍの間、約１．２ｍｍ及び約１．４ｍｍの間、約１．４ｍｍ及び約１．６ｍｍの間、約１．６ｍｍ及び約１．８ｍｍの間、又は約１．８ｍｍ及び約２ｍｍの間の幅を有し得る。
そのような相互噛合チャネルはまた、約０．３ｍｍ及び約３ｍｍの間、約０．３ｍｍ及び約１．６ｍｍの間、約１．６ｍｍ及び約３ｍｍの間、約０．３ｍｍ及び約０．９８ｍｍの間、約０．９８ｍｍ及び約１．６ｍｍの間、約１．６ｍｍ及び約２．３ｍｍの間、約２．３ｍｍ及び約３ｍｍの間、約０．３ｍｍ及び約０．６４ｍｍの間、約０．６４ｍｍ及び約０．９８ｍｍの間、約０．９８ｍｍ及び約１．３ｍｍの間、約１．３ｍｍ及び約１．６ｍｍの間、約１．６ｍｍ及び約２ｍｍの間、約２ｍｍ及び約２．３ｍｍの間、約２．３ｍｍ及び約２．７ｍｍの間、又は約２．７ｍｍ及び約３ｍｍの間の深さを有し得る。
上で論じられたもののような幅及び深さを有する相互噛合チャネルは、チャネル１つ当たり約１５０ｍｍ２及び約３０００ｍｍ２の間、約１５０ｍｍ２及び約１６００ｍｍ２の間、約１６００ｍｍ２及び約３０００ｍｍ２の間、約１５０ｍｍ２及び約８６０ｍｍ２の間、約８６０ｍｍ２及び約１６００ｍｍ２の間、約１６００ｍｍ２及び約２３００ｍｍ２の間、約２３００ｍｍ２及び約３０００ｍｍ２の間、約１５０ｍｍ２及び約５１０ｍｍ２の間、約５１０ｍｍ２及び約８６０ｍｍ２の間、約８６０ｍｍ２及び約１２００ｍｍ２の間、約１２００ｍｍ２及び約１６００ｍｍ２の間、約１６００ｍｍ２及び約１９００ｍｍ２の間、約１９００ｍｍ２及び約２３００ｍｍ２の間、約２３００ｍｍ２及び約２６００ｍｍ２の間、又は約２６００ｍｍ２及び約３０００ｍｍ２の間の開放表面積を有する、そのような各相互噛合チャネルをもたらし得る。
そのような相互噛合チャネルはまた、チャネル１つ当たり約０．１５ｍｍ２及び約６ｍｍ２の間、約０．１５ｍｍ２及び約３．１ｍｍ２の間、約３．１ｍｍ２及び約６ｍｍ２の間、約０．１５ｍｍ２及び約１．６ｍｍ２の間、約１．６ｍｍ２及び約３．１ｍｍ２の間、約３．１ｍｍ２及び約４．５ｍｍ２の間、約４．５ｍｍ２及び約６ｍｍ２の間、約０．１５ｍｍ２及び約０．８８ｍｍ２の間、約０．８８ｍｍ２及び約１．６ｍｍ２の間、約１．６ｍｍ２及び約２．３ｍｍ２の間、約２．３ｍｍ２及び約３．１ｍｍ２の間、約３．１ｍｍ２及び約３．８ｍｍ２の間、約３．８ｍｍ２及び約４．５ｍｍ２の間、約４．５ｍｍ２及び約５．３ｍｍ２の間、又は約５．３ｍｍ２及び約６ｍｍ２の間の断面積を有し得る。
そのような相互噛合チャネルはまた、（チャネル１つ当たり）約１００μｌ及び約９０００μｌの間、約１００μｌ及び約４６００μｌの間、約４６００μｌ及び約９０００μｌの間、約１００μｌ及び約２３００μｌの間、約２３００μｌ及び約４６００μｌの間、約４６００μｌ及び約６８００μｌの間、約６８００μｌ及び約９０００μｌの間、約１００μｌ及び約１２００μｌの間、約１２００μｌ及び約２３００μｌの間、約２３００μｌ及び約３４００μｌの間、約３４００μｌ及び約４６００μｌの間、約４６００μｌ及び約５７００μｌの間、約５７００μｌ及び約６８００μｌの間、約６８００μｌ及び約７９００μｌの間、又は約７９００μｌ及び約９０００μｌの間の総チャネル体積を有し得る。
いくつかのそのような実装形態では、相互噛合チャネルを有するカソード流れ場はまた、隣接する相互噛合チャネルの間に置かれている壁の厚さに関する構造的特徴を有してもよい。例えば、隣接する相互噛合チャネルの間の壁厚（したがって、互いに最も近いそれらのチャネルの表面間の距離）は、２つの隣接する相互噛合チャネルの平均全長の約０．０００２及び約０．００６７倍の間、約０．０００２及び約０．００３４倍の間、約０．００３４及び約０．００６７倍の間、約０．０００２及び約０．００１８倍の間、約０．００１８及び約０．００３４倍の間、約０．００３４及び約０．００５倍の間、約０．００５及び約０．００６７倍の間、約０．０００２及び約０．００１倍の間、約０．００１及び約０．００１８倍の間、約０．００１８及び約０．００２６倍の間、約０．００２６及び約０．００３４倍の間、約０．００３４及び約０．００４２倍の間、約０．００４２及び約０．００５倍の間、約０．００５及び約０．００５９倍の間、約０．００５９及び約０．００６７倍の間となるように選択され得る。
上で論じられたもののような寸法特徴を有するそのような相互噛合チャネルのいくつかの実装形態では、隣接するチャネルの間の壁厚は、例えば、約０．１５ｍｍ及び５ｍｍの間、約０．１５ｍｍ及び約２．６ｍｍの間、約２．６ｍｍ及び約５ｍｍの間、約０．１５ｍｍ及び約１．４ｍｍの間、約１．４ｍｍ及び約２．６ｍｍの間、約２．６ｍｍ及び約３．８ｍｍの間、約３．８ｍｍ及び約５ｍｍの間、約０．１５ｍｍ及び約０．７６ｍｍの間、約０．７６ｍｍ及び約１．４ｍｍの間、約１．４ｍｍ及び約２ｍｍの間、約２ｍｍ及び約２．６ｍｍの間、約２．６ｍｍ及び約３．２ｍｍの間、約３．２ｍｍ及び約３．８ｍｍの間、約３．８ｍｍ及び約４．４ｍｍの間、又は約４．４ｍｍ及び約５ｍｍの間であり得る。
上記の特徴に加えて、ＣＯｘ電解槽のカソード流れ場に使用するための、本明細書で論じられる流れ場チャネルのいくつかの実装形態はまた、ある特定の相対的寸法制約を有し得る。例えば、チャネル幅の、各ペアの隣接するチャネル又はチャネル部分の間の壁の壁幅に対する比は、約０．０８及び約１０の間、約０．０８及び約５の間、約５及び約１０の間、約０．０８及び約２．６の間、約２．６及び約５の間、約５及び約７．５の間、約７．５及び約１０の間、約０．０８及び約１．３の間、約１．３及び約２．６の間、約２．６及び約３．８の間、約３．８及び約５の間、約５及び約６．３の間、約６．３及び約７．５の間、約７．５及び約８．８の間、又は約８．８及び約１０の間であり得る。
同様に、いくつかの実装形態において、流れ場におけるすべてのチャネルの、又は単一チャネルが流れ場に使用される場合はそのチャネルの開放表面積の合計は、約２５％及び約８０％の間、約２５％及び約５２％の間、約５２％及び約８０％の間、約２５％及び約３９％の間、約３９％及び約５２％の間、約５２％及び約６６％の間、約６６％及び約８０％の間、約２５％及び約３２％の間、約３２％及び約３９％の間、約３９％及び約４６％の間、約４６％及び約５２％の間、約５２％及び約５９％の間、約５９％及び約６６％の間、約６６％及び約７３％の間、又は約７３％及び約８０％の間であり得る。
本明細書で論じられ、図に示される例は、略正方形のセル形状、例えば正方形領域にわたって延びるチャネルに焦点を当てているが、他の実装形態は、非正方形セル形状、例えば矩形形状を特色としてもよいことに留意されたい。
これまで論じてきたチャネルは、概して、（おそらくは、曲がり角に入る及びそこから出る際にプロファイルが拡大及び縮小し得る急角度の曲がり角を除いて）一定の断面プロファイルを有していたが、いくつかの実装形態は、それらの長さに沿った様々な位置に可変幅及び／又は深さを有するチャネルを特色としてもよいことにもまた留意されたい。例えば、いくつかの実装形態では、チャネル幅及び／又は深さは、流体入口ポートから流体入口ポート及び流体出口ポートの間のある点まで延びるフロースピード低下領域では、フロースピード低下領域及び流体出口ポートの間に流体的に置かれているフロースピード上昇領域のチャネル幅及び／又は深さと比較して増加し得る。フロースピード低下領域における増加したチャネル深さ及び／又は幅は、フロースピード低下領域におけるチャネルの断面積を拡大するように作用し、それにより、フロースピード低下領域におけるガス流速をフロースピード上昇領域におけるものと比較して低減させ得る。同様に、フロースピード上昇領域における減少したチャネル深さ及び／又は幅は、フロースピード上昇領域におけるチャネルの断面積を減少させるように作用し、それにより、フロースピード上昇領域におけるガス流速をフロースピード低減領域におけるものと比較して上昇させ得る。フロースピード低減領域における、そのようなより低いフロースピードに起因するガスの滞留時間の増加は、カソードＧＤＬに存在する水が蒸発及び／又はフロースピード低減領域におけるチャネルを流れるガスに拡散し、それにより、ガスを、それが下流でフロースピード上昇領域に流れ込む前に湿潤させるためのさらなる時間をもたらし得る。そのような実装形態は、カソードＧＤＬの一部が乾燥し、それによりＧＤＬの性能が潜在的に損なわれ得る可能性を低減することを促進し得る。
［圧力の検討］
より一般的に、ＣＯｘ電解槽のカソード流れ場は、例えば、ＣＯｘ還元において、例えば燃料電池の運転と比較して増加した速度でカソード流れ場に蓄積する液体水を圧力降下によってカソード流れ場から確実に放出することができるほど十分に大きい十分な圧力降下を実現するという点で、カソード流れ場のある特定の物理的特徴をもたらす物理的構造を有するように設計されていることから恩恵を受けることができる。例えば、ＣＯｘ電解槽カソード流れ場のカソードチャネルは、ＣＯｘ電解槽の典型的な運転条件下で、約０．００１ｐｓｉ（６．８９４Ｐａ）及び約４ｐｓｉ（２７．５７９ｋＰａ）の間、約０．００１ｐｓｉ（６．８９４Ｐａ）及び約２ｐｓｉ（１３．７９０ｋＰａ）の間、約２ｐｓｉ（１３．７９０ｋＰａ）及び約４ｐｓｉ（２７．５７９ｋＰａ）の間、約０．００１ｐｓｉ（６．８９４Ｐａ）及び約１ｐｓｉ（６．８９４ｋＰａ）の間、約１ｐｓｉ（６．８９４ｋＰａ）及び約２ｐｓｉ（１３．７９０ｋＰａ）の間、約２ｐｓｉ（１３．７９０ｋＰａ）及び約３ｐｓｉ（２０．６８４ｋＰａ）の間、約３ｐｓｉ（２０．６８４ｋＰａ）及び約４ｐｓｉ（２７．５７９ｋＰａ）の間、約０．００１ｐｓｉ（６．８９４Ｐａ）及び約０．５ｐｓｉ（３．４４７ｋＰａ）の間、約０．５ｐｓｉ（３．４４７ｋＰａ）及び約１ｐｓｉ（６．８９４ｋＰａ）の間、約１ｐｓｉ（６．８９４ｋＰａ）及び約１．５ｐｓｉ（１０．３４２ｋＰａ）の間、約１．５ｐｓｉ（１０．３４２ｋＰａ）及び約２ｐｓｉ（１３．７９０ｋＰａ）の間、約２ｐｓｉ（１３．７９０ｋＰａ）及び約２．５ｐｓｉ（１７．２３７ｋＰａ）の間、約２．５ｐｓｉ（１７．２３７ｋＰａ）及び約３ｐｓｉ（２０．６８４ｋＰａ）の間、約３ｐｓｉ（２０．６８４ｋＰａ）及び約３．５ｐｓｉ（２４．１３２ｋＰａ）の間、約３．５ｐｓｉ（２４．１３２ｋＰａ）及び約４ｐｓｉ（２７．５７９ｋＰａ）の間、約０．００１ｐｓｉ（６．８９４Ｐａ）及び約０．２５ｐｓｉ（１．７２４ｋＰａ）の間、約０．２５ｐｓｉ（１．７２４ｋＰａ）及び約０．５ｐｓｉ（３．４４７ｋＰａ）の間、約０．５ｐｓｉ（３．４４７ｋＰａ）及び約０．７５ｐｓｉ（５．１７１ｋＰａ）の間、約０．７５ｐｓｉ（５．１７１ｋＰａ）及び約１ｐｓｉ（６．８９４ｋＰａ）の間、約１ｐｓｉ（６．８９４ｋＰａ）及び約１．３ｐｓｉ（８．９６３ｋＰａ）の間、約１．３ｐｓｉ（８．９６３ｋＰａ）及び約１．５ｐｓｉ（１０．３４２ｋＰａ）の間、約１．５ｐｓｉ（１０．３４２ｋＰａ）及び約１．８ｐｓｉ（１２．４１１ｋＰａ）の間、約１．８ｐｓｉ（１２．４１１ｋＰａ）及び約２ｐｓｉ（１３．７９０ｋＰａ）の間、約２ｐｓｉ（１３．７９０ｋＰａ）及び約２．３ｐｓｉ（１５．８５８ｋＰａ）の間、約２．３ｐｓｉ（１５．８５８ｋＰａ）及び約２．５ｐｓｉ（１７．２３７ｋＰａ）の間、約２．５ｐｓｉ（１７．２３７ｋＰａ）及び約２．８ｐｓｉ（１９．３０５ｋＰａ）の間、約２．８ｐｓｉ（１９．３０５ｋＰａ）及び約３ｐｓｉ（２０．６８４ｋＰａ）の間、約３ｐｓｉ（２０．６８４ｋＰａ）及び約３．３ｐｓｉ（２２．７５３ｋＰａ）の間、約３．３ｐｓｉ（２２．７５３ｋＰａ）及び約３．５ｐｓｉ（２４．１３２ｋＰａ）の間、約３．５ｐｓｉ（２４．１３２ｋＰａ）及び約３．８ｐｓｉ（２６．２００ｋＰａ）の間、約３．８ｐｓｉ（２６．２００ｋＰａ）及び約４ｐｓｉ（２７．５７９ｋＰａ）の間、約０．００１ｐｓｉ（６．８９４Ｐａ）及び約０．１３ｐｓｉ（０．８９６ｋＰａ）の間、約０．１３ｐｓｉ（０．８９６ｋＰａ）及び約０．２５ｐｓｉ（１．７２４ｋＰａ）の間、約０．２５ｐｓｉ（１．７２４ｋＰａ）及び約０．３８ｐｓｉ（２．６２０ｋＰａ）の間、約０．３８ｐｓｉ（２．６２０ｋＰａ）及び約０．５ｐｓｉ（３．４４７ｋＰａ）の間、約０．５ｐｓｉ（３．４４７ｋＰａ）及び約０．６３ｐｓｉ（４．３４４ｋＰａ）の間、約０．６３ｐｓｉ（４．３４４ｋＰａ）及び約０．７５ｐｓｉ（５．１７１ｋＰａ）の間、約０．７５ｐｓｉ（５．１７１ｋＰａ）及び約０．８８ｐｓｉ（６．０６７ｋＰａ）の間、約０．８８ｐｓｉ（６．０６７ｋＰａ）及び約１ｐｓｉ（６．８９４ｋＰａ）の間、約１ｐｓｉ（６．８９４ｋＰａ）及び約１．１ｐｓｉ（７．５８４ｋＰａ）の間、約１．１ｐｓｉ（７．５８４ｋＰａ）及び約１．３ｐｓｉ（８．９６３ｋＰａ）の間、約１．３ｐｓｉ（８．９６３ｋＰａ）及び約１．４ｐｓｉ（９．６５３ｋＰａ）の間、約１．４ｐｓｉ（９．６５３ｋＰａ）及び約１．５ｐｓｉ（１０．３４２ｋＰａ）の間、約１．５ｐｓｉ（１０．３４２ｋＰａ）及び約１．６ｐｓｉ（１１．０３２ｋＰａ）の間、約１．６ｐｓｉ（１１．０３２ｋＰａ）及び約１．８ｐｓｉ（１２．４１１ｋＰａ）の間、約１．８ｐｓｉ（１２．４１１ｋＰａ）及び約１．９ｐｓｉ（１３．１００ｋＰａ）の間、約１．９ｐｓｉ（１３．１００ｋＰａ）及び約２ｐｓｉ（１３．７９０ｋＰａ）の間、約２ｐｓｉ（１３．７９０ｋＰａ）及び約２．１ｐｓｉ（１４．４７９ｋＰａ）の間、約２．１ｐｓｉ（１４．４７９ｋＰａ）及び約２．３ｐｓｉ（１５．８５８ｋＰａ）の間、約２．３ｐｓｉ（１５．８５８ｋＰａ）及び約２．４ｐｓｉ（１６．５４７ｋＰａ）の間、約２．４ｐｓｉ（１６．５４７ｋＰａ）及び約２．５ｐｓｉ（１７．２３７ｋＰａ）の間、約２．５ｐｓｉ（１７．２３７ｋＰａ）及び約２．６ｐｓｉ（１７．９２６ｋＰａ）の間、約２．６ｐｓｉ（１７．９２６ｋＰａ）及び約２．８ｐｓｉ（１９．３０５ｋＰａ）の間、約２．８ｐｓｉ（１９．３０５ｋＰａ）及び約２．９ｐｓｉ（１９．９９５ｋＰａ）の間、約２．９ｐｓｉ（１９．９９５ｋＰａ）及び約３ｐｓｉ（２０．６８４ｋＰａ）の間、約３ｐｓｉ（２０．６８４ｋＰａ）及び約３．１ｐｓｉ（２１．３７４ｋＰａ）の間、約３．１ｐｓｉ（２１．３７４ｋＰａ）及び約３．３ｐｓｉ（２２．７５３ｋＰａ）の間、約３．３ｐｓｉ（２２．７５３ｋＰａ）及び約３．４ｐｓｉ（２３．４４２ｋＰａ）の間、約３．４ｐｓｉ（２３．４４２ｋＰａ）及び約３．５ｐｓｉ（２４．１３２ｋＰａ）の間、約３．５ｐｓｉ（２４．１３２ｋＰａ）及び約３．６ｐｓｉ（２４．８２１ｋＰａ）の間、約３．６ｐｓｉ（２４．８２１ｋＰａ）及び約３．８ｐｓｉ（２６．２００ｋＰａ）の間、約３．８ｐｓｉ（２６．２００ｋＰａ）及び約３．９ｐｓｉ（２６．８９０ｋＰａ）の間、又は約３．９ｐｓｉ（２６．８９０ｋＰａ）及び約４ｐｓｉ（２７．５７９ｋＰａ）の間の、カソード流れ場の流体入口ポート及び流体出口ポートの間の圧力降下をもたらすチャネル寸法、例えば長さ、幅、及び深さを有し得る。いくつかの他の実装形態では、ＣＯｘ電解槽のそのようなチャネルは、ＣＯｘ電解槽の通常の作動流条件中に、約４ｐｓｉ（２７．５７９ｋＰａ）及び約５０ｐｓｉ（３４４．７３８ｋＰａ）の間、約４ｐｓｉ（２７．５７９ｋＰａ）及び約２７ｐｓｉ（１８６．１５８ｋＰａ）の間、約２７ｐｓｉ（１８６．１５８ｋＰａ）及び約５０ｐｓｉ（３４４．７３８ｋＰａ）の間、約４ｐｓｉ（２７．５７９ｋＰａ）及び約１６ｐｓｉ（１１０．３１６ｋＰａ）の間、約１６ｐｓｉ（１１０．３１６ｋＰａ）及び約２７ｐｓｉ（１８６．１５８ｋＰａ）の間、約２７ｐｓｉ（１８６．１５８ｋＰａ）及び約３８ｐｓｉ（２６２．００１ｋＰａ）の間、約３８ｐｓｉ（２６２．００１ｋＰａ）及び約５０ｐｓｉ（３４４．７３８ｋＰａ）の間、約４ｐｓｉ（２７．５７９ｋＰａ）及び約９．８ｐｓｉ（６７．５６９ｋＰａ）の間、約９．８ｐｓｉ（６７．５６９ｋＰａ）及び約１６ｐｓｉ（１１０．３１６ｋＰａ）の間、約１６ｐｓｉ（１１０．３１６ｋＰａ）及び約２１ｐｓｉ（１４４．７９０ｋＰａ）の間、約２１ｐｓｉ（１４４．７９０ｋＰａ）及び約２７ｐｓｉ（１８６．１５８ｋＰａ）の間、約２７ｐｓｉ（１８６．１５８ｋＰａ）及び約３３ｐｓｉ（２２７．５２７ｋＰａ）の間、約３３ｐｓｉ（２２７．５２７ｋＰａ）及び約３８ｐｓｉ（２６２．００１ｋＰａ）の間、約３８ｐｓｉ（２６２．００１ｋＰａ）及び約４４ｐｓｉ（３０３．３６９ｋＰａ）の間、約４４ｐｓｉ（３０３．３６９ｋＰａ）及び約５０ｐｓｉ（３４４．７３８ｋＰａ）の間、約４ｐｓｉ（２７．５７９ｋＰａ）及び約６．９ｐｓｉ（４７．５７４ｋＰａ）の間、約６．９ｐｓｉ（４７．５７４ｋＰａ）及び約９．８ｐｓｉ（６７．５６９ｋＰａ）の間、約９．８ｐｓｉ（６７．５６９ｋＰａ）及び約１３ｐｓｉ（８９．６３２ｋＰａ）の間、約１３ｐｓｉ（８９．６３２ｋＰａ）及び約１６ｐｓｉ（１１０．３１６ｋＰａ）の間、約１６ｐｓｉ（１１０．３１６ｋＰａ）及び約１８ｐｓｉ（１２４．１０６ｋＰａ）の間、約１８ｐｓｉ（１２４．１０６ｋＰａ）及び約２１ｐｓｉ（１４４．７９０ｋＰａ）の間、約２１ｐｓｉ（１４４．７９０ｋＰａ）及び約２４ｐｓｉ（１６５．４７４ｋＰａ）の間、約２４ｐｓｉ（１６５．４７４ｋＰａ）及び約２７ｐｓｉ（１８６．１５８ｋＰａ）の間、約２７ｐｓｉ（１８６．１５８ｋＰａ）及び約３０ｐｓｉ（２０６．８４３ｋＰａ）の間、約３０ｐｓｉ（２０６．８４３ｋＰａ）及び約３３ｐｓｉ（２２７．５２７ｋＰａ）の間、約３３ｐｓｉ（２２７．５２７ｋＰａ）及び約３６ｐｓｉ（２４８．２１１ｋＰａ）の間、約３６ｐｓｉ（２４８．２１１ｋＰａ）及び約３８ｐｓｉ（２６２．００１ｋＰａ）の間、約３８ｐｓｉ（２６２．００１ｋＰａ）及び約４１ｐｓｉ（２８２．６８５ｋＰａ）の間、約４１ｐｓｉ（２８２．６８５ｋＰａ）及び約４４ｐｓｉ（３０３．３６９ｋＰａ）の間、約４４ｐｓｉ（３０３．３６９ｋＰａ）及び約４７ｐｓｉ（３２４．０５４ｋＰａ）の間、又は約４７ｐｓｉ（３２４．０５４ｋＰａ）及び約５０ｐｓｉ（３４４．７３８ｋＰａ）の間の圧力降下を生じるように選択される寸法及び作動条件、例えば流体入口ポート圧を有し得る。圧力降下は、ある特定の状況下、例えば、流体出口ポートからの排出ストリームが別の電解セルの入口ポートに進む場合、水がチャネル内に蓄積し、チャネルを通る流れを遮る場合、カソードＧＤＬが圧縮された際に流れ場チャネルへ膨張する場合等に、上記範囲を超える場合があることが理解されるだろう。０．５ｐｓｉ（３．４４７ｋＰａ）よりも低い圧力降下もまた機能し得るが、これはまた、カソード流れ場を通るＣＯｘガス流が、液体水が特定のカソードチャネルを遮断している場合（複数のカソードチャネルが存在すると仮定する）に、遮断されたチャネルから液体水を放出するように作用するのではなく、単に再ルーティングするリスクを高め得る。上に列挙した範囲のうちの１つ又は複数よりも大きい圧力降下もまた機能し得るが、これは、いかなる追加の性能利益も提供しない場合がある、すなわち、より低い圧力降下によっても提供され得るガス分散均一性及び水放出能を提供すると同時に、ＣＯｘ電解槽による過剰なエネルギー消費を単にもたらす場合がある。そのような圧力降下は、例えば、５０（３４４．７３８）又は７５（５１７．１０７）～４００ｐｓｉｇ（２７５７．９０３ｋＰａ）の範囲のＣＯｘガス圧、及び０．０１９～３０ｍ／ｓのガス流速を伴うＣＯｘ電解槽の典型的な運転条件の文脈において、チャネルの少なくともいくつかの部分で評価されると理解されるべきである。例えば、上で論じられたもの又はそれと同様のもののようなカソード流れ場は、ＣＯｘ含有ガスがカソード流れ場の流体入口ポートに、活性カソード流れ場区域１平方センチメートル当たり２（０．００３）～２１ｓｃｃｍ（０．０３５Ｐａ・ｍ３／秒）の流量、５０（３４４．７３８）及び４００ｐｓｉ（２７５７．９０３ｋＰａ）の間の入口圧、及び３０℃及び８０℃の間の温度で流れ込むＣＯｘ電解セルにおいて使用され得る。そのような条件下では、そのようなカソード流れ場は、カソード流れ場にわたって十分に均一なガス流を依然として提供すると同時に、カソード蛇行チャネル内に蓄積し得る任意の液体水を確実に放出するのに十分な、その流体入口ポート及び流
体出口ポートの間の圧力降下、例えば本明細書で論じられる圧力降下等を発生させ得る。
より一般的に、ＣＯｘ電解槽のカソード流れ場は、例えば、ＣＯｘ還元において、例えば燃料電池の運転と比較して増加した速度でカソード流れ場に蓄積する液体水を圧力降下によってカソード流れ場から確実に放出することができるほど十分に大きい十分な圧力降下を実現するという点で、カソード流れ場のある特定の物理的特徴をもたらす物理的構造を有するように設計されていることから恩恵を受けることができる。例えば、ＣＯｘ電解槽カソード流れ場のカソードチャネルは、ＣＯｘ電解槽の典型的な運転条件下で、約０．００１ｐｓｉ（６．８９４Ｐａ）及び約４ｐｓｉ（２７．５７９ｋＰａ）の間、約０．００１ｐｓｉ（６．８９４Ｐａ）及び約２ｐｓｉ（１３．７９０ｋＰａ）の間、約２ｐｓｉ（１３．７９０ｋＰａ）及び約４ｐｓｉ（２７．５７９ｋＰａ）の間、約０．００１ｐｓｉ（６．８９４Ｐａ）及び約１ｐｓｉ（６．８９４ｋＰａ）の間、約１ｐｓｉ（６．８９４ｋＰａ）及び約２ｐｓｉ（１３．７９０ｋＰａ）の間、約２ｐｓｉ（１３．７９０ｋＰａ）及び約３ｐｓｉ（２０．６８４ｋＰａ）の間、約３ｐｓｉ（２０．６８４ｋＰａ）及び約４ｐｓｉ（２７．５７９ｋＰａ）の間、約０．００１ｐｓｉ（６．８９４Ｐａ）及び約０．５ｐｓｉ（３．４４７ｋＰａ）の間、約０．５ｐｓｉ（３．４４７ｋＰａ）及び約１ｐｓｉ（６．８９４ｋＰａ）の間、約１ｐｓｉ（６．８９４ｋＰａ）及び約１．５ｐｓｉ（１０．３４２ｋＰａ）の間、約１．５ｐｓｉ（１０．３４２ｋＰａ）及び約２ｐｓｉ（１３．７９０ｋＰａ）の間、約２ｐｓｉ（１３．７９０ｋＰａ）及び約２．５ｐｓｉ（１７．２３７ｋＰａ）の間、約２．５ｐｓｉ（１７．２３７ｋＰａ）及び約３ｐｓｉ（２０．６８４ｋＰａ）の間、約３ｐｓｉ（２０．６８４ｋＰａ）及び約３．５ｐｓｉ（２４．１３２ｋＰａ）の間、約３．５ｐｓｉ（２４．１３２ｋＰａ）及び約４ｐｓｉ（２７．５７９ｋＰａ）の間、約０．００１ｐｓｉ（６．８９４Ｐａ）及び約０．２５ｐｓｉ（１．７２４ｋＰａ）の間、約０．２５ｐｓｉ（１．７２４ｋＰａ）及び約０．５ｐｓｉ（３．４４７ｋＰａ）の間、約０．５ｐｓｉ（３．４４７ｋＰａ）及び約０．７５ｐｓｉ（５．１７１ｋＰａ）の間、約０．７５ｐｓｉ（５．１７１ｋＰａ）及び約１ｐｓｉ（６．８９４ｋＰａ）の間、約１ｐｓｉ（６．８９４ｋＰａ）及び約１．３ｐｓｉ（８．９６３ｋＰａ）の間、約１．３ｐｓｉ（８．９６３ｋＰａ）及び約１．５ｐｓｉ（１０．３４２ｋＰａ）の間、約１．５ｐｓｉ（１０．３４２ｋＰａ）及び約１．８ｐｓｉ（１２．４１１ｋＰａ）の間、約１．８ｐｓｉ（１２．４１１ｋＰａ）及び約２ｐｓｉ（１３．７９０ｋＰａ）の間、約２ｐｓｉ（１３．７９０ｋＰａ）及び約２．３ｐｓｉ（１５．８５８ｋＰａ）の間、約２．３ｐｓｉ（１５．８５８ｋＰａ）及び約２．５ｐｓｉ（１７．２３７ｋＰａ）の間、約２．５ｐｓｉ（１７．２３７ｋＰａ）及び約２．８ｐｓｉ（１９．３０５ｋＰａ）の間、約２．８ｐｓｉ（１９．３０５ｋＰａ）及び約３ｐｓｉ（２０．６８４ｋＰａ）の間、約３ｐｓｉ（２０．６８４ｋＰａ）及び約３．３ｐｓｉ（２２．７５３ｋＰａ）の間、約３．３ｐｓｉ（２２．７５３ｋＰａ）及び約３．５ｐｓｉ（２４．１３２ｋＰａ）の間、約３．５ｐｓｉ（２４．１３２ｋＰａ）及び約３．８ｐｓｉ（２６．２００ｋＰａ）の間、約３．８ｐｓｉ（２６．２００ｋＰａ）及び約４ｐｓｉ（２７．５７９ｋＰａ）の間、約０．００１ｐｓｉ（６．８９４Ｐａ）及び約０．１３ｐｓｉ（０．８９６ｋＰａ）の間、約０．１３ｐｓｉ（０．８９６ｋＰａ）及び約０．２５ｐｓｉ（１．７２４ｋＰａ）の間、約０．２５ｐｓｉ（１．７２４ｋＰａ）及び約０．３８ｐｓｉ（２．６２０ｋＰａ）の間、約０．３８ｐｓｉ（２．６２０ｋＰａ）及び約０．５ｐｓｉ（３．４４７ｋＰａ）の間、約０．５ｐｓｉ（３．４４７ｋＰａ）及び約０．６３ｐｓｉ（４．３４４ｋＰａ）の間、約０．６３ｐｓｉ（４．３４４ｋＰａ）及び約０．７５ｐｓｉ（５．１７１ｋＰａ）の間、約０．７５ｐｓｉ（５．１７１ｋＰａ）及び約０．８８ｐｓｉ（６．０６７ｋＰａ）の間、約０．８８ｐｓｉ（６．０６７ｋＰａ）及び約１ｐｓｉ（６．８９４ｋＰａ）の間、約１ｐｓｉ（６．８９４ｋＰａ）及び約１．１ｐｓｉ（７．５８４ｋＰａ）の間、約１．１ｐｓｉ（７．５８４ｋＰａ）及び約１．３ｐｓｉ（８．９６３ｋＰａ）の間、約１．３ｐｓｉ（８．９６３ｋＰａ）及び約１．４ｐｓｉ（９．６５３ｋＰａ）の間、約１．４ｐｓｉ（９．６５３ｋＰａ）及び約１．５ｐｓｉ（１０．３４２ｋＰａ）の間、約１．５ｐｓｉ（１０．３４２ｋＰａ）及び約１．６ｐｓｉ（１１．０３２ｋＰａ）の間、約１．６ｐｓｉ（１１．０３２ｋＰａ）及び約１．８ｐｓｉ（１２．４１１ｋＰａ）の間、約１．８ｐｓｉ（１２．４１１ｋＰａ）及び約１．９ｐｓｉ（１３．１００ｋＰａ）の間、約１．９ｐｓｉ（１３．１００ｋＰａ）及び約２ｐｓｉ（１３．７９０ｋＰａ）の間、約２ｐｓｉ（１３．７９０ｋＰａ）及び約２．１ｐｓｉ（１４．４７９ｋＰａ）の間、約２．１ｐｓｉ（１４．４７９ｋＰａ）及び約２．３ｐｓｉ（１５．８５８ｋＰａ）の間、約２．３ｐｓｉ（１５．８５８ｋＰａ）及び約２．４ｐｓｉ（１６．５４７ｋＰａ）の間、約２．４ｐｓｉ（１６．５４７ｋＰａ）及び約２．５ｐｓｉ（１７．２３７ｋＰａ）の間、約２．５ｐｓｉ（１７．２３７ｋＰａ）及び約２．６ｐｓｉ（１７．９２６ｋＰａ）の間、約２．６ｐｓｉ（１７．９２６ｋＰａ）及び約２．８ｐｓｉ（１９．３０５ｋＰａ）の間、約２．８ｐｓｉ（１９．３０５ｋＰａ）及び約２．９ｐｓｉ（１９．９９５ｋＰａ）の間、約２．９ｐｓｉ（１９．９９５ｋＰａ）及び約３ｐｓｉ（２０．６８４ｋＰａ）の間、約３ｐｓｉ（２０．６８４ｋＰａ）及び約３．１ｐｓｉ（２１．３７４ｋＰａ）の間、約３．１ｐｓｉ（２１．３７４ｋＰａ）及び約３．３ｐｓｉ（２２．７５３ｋＰａ）の間、約３．３ｐｓｉ（２２．７５３ｋＰａ）及び約３．４ｐｓｉ（２３．４４２ｋＰａ）の間、約３．４ｐｓｉ（２３．４４２ｋＰａ）及び約３．５ｐｓｉ（２４．１３２ｋＰａ）の間、約３．５ｐｓｉ（２４．１３２ｋＰａ）及び約３．６ｐｓｉ（２４．８２１ｋＰａ）の間、約３．６ｐｓｉ（２４．８２１ｋＰａ）及び約３．８ｐｓｉ（２６．２００ｋＰａ）の間、約３．８ｐｓｉ（２６．２００ｋＰａ）及び約３．９ｐｓｉ（２６．８９０ｋＰａ）の間、又は約３．９ｐｓｉ（２６．８９０ｋＰａ）及び約４ｐｓｉ（２７．５７９ｋＰａ）の間の、カソード流れ場の流体入口ポート及び流体出口ポートの間の圧力降下をもたらすチャネル寸法、例えば長さ、幅、及び深さを有し得る。いくつかの他の実装形態では、ＣＯｘ電解槽のそのようなチャネルは、ＣＯｘ電解槽の通常の作動流条件中に、約４ｐｓｉ（２７．５７９ｋＰａ）及び約５０ｐｓｉ（３４４．７３８ｋＰａ）の間、約４ｐｓｉ（２７．５７９ｋＰａ）及び約２７ｐｓｉ（１８６．１５８ｋＰａ）の間、約２７ｐｓｉ（１８６．１５８ｋＰａ）及び約５０ｐｓｉ（３４４．７３８ｋＰａ）の間、約４ｐｓｉ（２７．５７９ｋＰａ）及び約１６ｐｓｉ（１１０．３１６ｋＰａ）の間、約１６ｐｓｉ（１１０．３１６ｋＰａ）及び約２７ｐｓｉ（１８６．１５８ｋＰａ）の間、約２７ｐｓｉ（１８６．１５８ｋＰａ）及び約３８ｐｓｉ（２６２．００１ｋＰａ）の間、約３８ｐｓｉ（２６２．００１ｋＰａ）及び約５０ｐｓｉ（３４４．７３８ｋＰａ）の間、約４ｐｓｉ（２７．５７９ｋＰａ）及び約９．８ｐｓｉ（６７．５６９ｋＰａ）の間、約９．８ｐｓｉ（６７．５６９ｋＰａ）及び約１６ｐｓｉ（１１０．３１６ｋＰａ）の間、約１６ｐｓｉ（１１０．３１６ｋＰａ）及び約２１ｐｓｉ（１４４．７９０ｋＰａ）の間、約２１ｐｓｉ（１４４．７９０ｋＰａ）及び約２７ｐｓｉ（１８６．１５８ｋＰａ）の間、約２７ｐｓｉ（１８６．１５８ｋＰａ）及び約３３ｐｓｉ（２２７．５２７ｋＰａ）の間、約３３ｐｓｉ（２２７．５２７ｋＰａ）及び約３８ｐｓｉ（２６２．００１ｋＰａ）の間、約３８ｐｓｉ（２６２．００１ｋＰａ）及び約４４ｐｓｉ（３０３．３６９ｋＰａ）の間、約４４ｐｓｉ（３０３．３６９ｋＰａ）及び約５０ｐｓｉ（３４４．７３８ｋＰａ）の間、約４ｐｓｉ（２７．５７９ｋＰａ）及び約６．９ｐｓｉ（４７．５７４ｋＰａ）の間、約６．９ｐｓｉ（４７．５７４ｋＰａ）及び約９．８ｐｓｉ（６７．５６９ｋＰａ）の間、約９．８ｐｓｉ（６７．５６９ｋＰａ）及び約１３ｐｓｉ（８９．６３２ｋＰａ）の間、約１３ｐｓｉ（８９．６３２ｋＰａ）及び約１６ｐｓｉ（１１０．３１６ｋＰａ）の間、約１６ｐｓｉ（１１０．３１６ｋＰａ）及び約１８ｐｓｉ（１２４．１０６ｋＰａ）の間、約１８ｐｓｉ（１２４．１０６ｋＰａ）及び約２１ｐｓｉ（１４４．７９０ｋＰａ）の間、約２１ｐｓｉ（１４４．７９０ｋＰａ）及び約２４ｐｓｉ（１６５．４７４ｋＰａ）の間、約２４ｐｓｉ（１６５．４７４ｋＰａ）及び約２７ｐｓｉ（１８６．１５８ｋＰａ）の間、約２７ｐｓｉ（１８６．１５８ｋＰａ）及び約３０ｐｓｉ（２０６．８４３ｋＰａ）の間、約３０ｐｓｉ（２０６．８４３ｋＰａ）及び約３３ｐｓｉ（２２７．５２７ｋＰａ）の間、約３３ｐｓｉ（２２７．５２７ｋＰａ）及び約３６ｐｓｉ（２４８．２１１ｋＰａ）の間、約３６ｐｓｉ（２４８．２１１ｋＰａ）及び約３８ｐｓｉ（２６２．００１ｋＰａ）の間、約３８ｐｓｉ（２６２．００１ｋＰａ）及び約４１ｐｓｉ（２８２．６８５ｋＰａ）の間、約４１ｐｓｉ（２８２．６８５ｋＰａ）及び約４４ｐｓｉ（３０３．３６９ｋＰａ）の間、約４４ｐｓｉ（３０３．３６９ｋＰａ）及び約４７ｐｓｉ（３２４．０５４ｋＰａ）の間、又は約４７ｐｓｉ（３２４．０５４ｋＰａ）及び約５０ｐｓｉ（３４４．７３８ｋＰａ）の間の圧力降下を生じるように選択される寸法及び作動条件、例えば流体入口ポート圧を有し得る。圧力降下は、ある特定の状況下、例えば、流体出口ポートからの排出ストリームが別の電解セルの入口ポートに進む場合、水がチャネル内に蓄積し、チャネルを通る流れを遮る場合、カソードＧＤＬが圧縮された際に流れ場チャネルへ膨張する場合等に、上記範囲を超える場合があることが理解されるだろう。０．５ｐｓｉ（３．４４７ｋＰａ）よりも低い圧力降下もまた機能し得るが、これはまた、カソード流れ場を通るＣＯｘガス流が、液体水が特定のカソードチャネルを遮断している場合（複数のカソードチャネルが存在すると仮定する）に、遮断されたチャネルから液体水を放出するように作用するのではなく、単に再ルーティングするリスクを高め得る。上に列挙した範囲のうちの１つ又は複数よりも大きい圧力降下もまた機能し得るが、これは、いかなる追加の性能利益も提供しない場合がある、すなわち、より低い圧力降下によっても提供され得るガス分散均一性及び水放出能を提供すると同時に、ＣＯｘ電解槽による過剰なエネルギー消費を単にもたらす場合がある。そのような圧力降下は、例えば、５０（３４４．７３８）又は７５（５１７．１０７）～４００ｐｓｉｇ（２７５７．９０３ｋＰａ）の範囲のＣＯｘガス圧、及び０．０１９～３０ｍ／ｓのガス流速を伴うＣＯｘ電解槽の典型的な運転条件の文脈において、チャネルの少なくともいくつかの部分で評価されると理解されるべきである。例えば、上で論じられたもの又はそれと同様のもののようなカソード流れ場は、ＣＯｘ含有ガスがカソード流れ場の流体入口ポートに、活性カソード流れ場区域１平方センチメートル当たり２（０．００３）～２１ｓｃｃｍ（０．０３５Ｐａ・ｍ３／秒）の流量、５０（３４４．７３８）及び４００ｐｓｉ（２７５７．９０３ｋＰａ）の間の入口圧、及び３０℃及び８０℃の間の温度で流れ込むＣＯｘ電解セルにおいて使用され得る。そのような条件下では、そのようなカソード流れ場は、カソード流れ場にわたって十分に均一なガス流を依然として提供すると同時に、カソード蛇行チャネル内に蓄積し得る任意の液体水を確実に放出するのに十分な、その流体入口ポート及び流
体出口ポートの間の圧力降下、例えば本明細書で論じられる圧力降下等を発生させ得る。
［ＧＤＬ設計］
ＣＯｘ電解槽はまた、ＣＯｘ、重炭酸／炭酸塩、水、及び発生した生成物を含む、ＭＥＡ及び流れ場の間の種の輸送を促進し得る特定の特徴及び特色を有するカソードＧＤＬの使用からも恩恵を受けることができる。先に述べたように、ＣＯｘ電解槽における使用に好適なカソードＧＤＬは、例えば、構造的支持を例えばＭＥＡ５０２の触媒層に提供する繊維基材を有し得る。いくつかの実装形態では、カソードＧＤＬは、電気伝導材料、例えばカーボンファイバから作製される繊維基材、例えばバッキングペーパ、クロス、又はフェルトを有し得、これは構造的支持をマイクロポーラス層（ｍｉｃｒｏｐｏｒｏｕｓ ｌａｙｅｒ：ＭＰＬ）に提供する。繊維基材は、例えば、織られていても（クロス）又は織られていなくてもよい（ペーパ又はフェルト）。ＭＰＬは、カソードＧＤＬ及び隣接するＭＥＡの間の密接な接触を保証する多孔質炭素層であり得る（ＭＰＬは、カソードＧＤＬの、ＭＥＡに面し、接触する側にあり得る）。ＭＰＬ材料の例としては、ポリマー統合又はポリマー担持粒状炭素層、例えばフルオロポリマー統合又はフルオロポリマー担持炭素粒子層を挙げることができる。
ＣＯｘ電解槽はまた、ＣＯｘ、重炭酸／炭酸塩、水、及び発生した生成物を含む、ＭＥＡ及び流れ場の間の種の輸送を促進し得る特定の特徴及び特色を有するカソードＧＤＬの使用からも恩恵を受けることができる。先に述べたように、ＣＯｘ電解槽における使用に好適なカソードＧＤＬは、例えば、構造的支持を例えばＭＥＡ５０２の触媒層に提供する繊維基材を有し得る。いくつかの実装形態では、カソードＧＤＬは、電気伝導材料、例えばカーボンファイバから作製される繊維基材、例えばバッキングペーパ、クロス、又はフェルトを有し得、これは構造的支持をマイクロポーラス層（ｍｉｃｒｏｐｏｒｏｕｓ ｌａｙｅｒ：ＭＰＬ）に提供する。繊維基材は、例えば、織られていても（クロス）又は織られていなくてもよい（ペーパ又はフェルト）。ＭＰＬは、カソードＧＤＬ及び隣接するＭＥＡの間の密接な接触を保証する多孔質炭素層であり得る（ＭＰＬは、カソードＧＤＬの、ＭＥＡに面し、接触する側にあり得る）。ＭＰＬ材料の例としては、ポリマー統合又はポリマー担持粒状炭素層、例えばフルオロポリマー統合又はフルオロポリマー担持炭素粒子層を挙げることができる。
図３８は、カソードＧＤＬの一例、及びＭＥＡ及びカソード流れ場の一部の部分断面図を示す。ＭＥＡ３８０２は、いかなる内部又は構造の詳細なしに示され、示されるカソード流れ場３８１６の一部は、代表的なチャネル断面を含む。カソードＧＤＬ３８１４は、カソード流れ場３８１６及びＭＥＡ３８０２の間に挟まれ、繊維層３８７６及びマイクロポーラス層３８７８を有する。左側の写真は、繊維層３８７６及びマイクロポーラス層３８７８の代表例の拡大図である。
ＣＯｘ電解槽運転中、ＭＥＡを通って電解セルのアノード側からセルのカソード側へ輸送される液体水、並びにＣＯｘ還元中にカソード側で発生する液体水は、カソードＧＤＬを通ってカソード流れ場チャネルに流れ込み得る。カソードＧＤＬは、そのような液体水のカソードＧＤＬからの放出を容易にし、促進するための特定の特性を有するように選択され得る。例えば、カソードＧＤＬは、ＭＰＬ及び繊維基材をより疎水性にするために、ポリテトラフルオロエチレン（ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ：ＰＴＦＥ）又は他の疎水性成分がＭＰＬ及び繊維基材の両方に添加されていてもよく、これにより、液体水のカソードＧＤＬからの放出が促進され、流れ場における水が拡散してカソード層に戻ることを防止することができる。
以下の議論は、ＣＯｘ電解槽、及びいくつかの場合では他の電解システムにおけるカソードＧＤＬに使用されるＧＤＬに関する。以下に記載される様々な実施形態では、ＧＤＬは、繊維状炭素、サブミクロンスケールの炭素粉末、アセチレンブラック、フラーレン、ケッチェンブラック、ポリアクリロニトリル、及び／又は多孔質炭素等の１つ又は複数の炭素構成要素を有する。ある特定の実施形態では、ＧＤＬ中の炭素は約７５～１３００ｍ２／ｇの密度を有する。
上で論じられたように、ＧＤＬは、バッキング層とも称される繊維層、及びマイクロポーラス層（ＭＰＬ）を有し得る。いくつかの実施形態では、マイクロポーラス層は、バッキング層に少なくともある程度重なり得るか又は延び得る。いくつかの実施形態では、マイクロポーラス層及びバッキング層は、操作、電極の製作及び／又は電解中の層間剥離にそれらが抵抗するように互いに固着される。一部のＣＯｘ電解槽では、カソードＧＤＬは、ＭＰＬがＭＥＡと接触するか又はそれに近接すると同時に、ＧＤＬの他方の側がカソード流れ場と接触するように配置される。
ＭＰＬが省略されている市販のＧＤＬが利用可能であるが、試験は、一部のＣＯｘ電解槽において、そのようなＧＤＬが低い性能をもたらしたことを示した。例えば、２つの同様のＧＤＬ（一方のＧＤＬはＭＰＬを有し、他方は有しない）を使用して行われた試験において、ＣＯｘ電解槽における一酸化炭素のファラデー収率（Ｆａｒａｄａｉｃ ｙｉｅｌｄ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｍｏｎｏｘｉｄｅ：ＦＹ＿ＣＯ）は、ＭＰＬを有しないＧＤＬを使用した場合、約９０～１００％から、４時間で７５％未満、及びおおよそ９時間で２５％未満に低下したが、ＭＰＬを有するＧＤＬを使用したＣＯｘ電解槽は、１６時間続けて約９０％＋のＦＹ＿ＣＯを生じた。同時に、電解セル電圧は、ＭＰＬを有するＧＤＬを使用した場合のＣＯｘセルでは、１６時間にわたって安定のままであったが、ＭＰＬを有しないＧＤＬを使用した場合のＣＯｘ電解槽では、電圧は同じ時間にわたって着実に上昇した。
ＣＯｘ電解槽におけるＧＤＬは、カソード流れ場との組み合わせにおいて、ＣＯｘ電解槽カソードからの水の除去において重要な役割を果たす。特定の特徴を有するように選択又は構築されているＧＤＬは、ＣＯｘ電解槽の水の放出速度及び／又は放出能を強化し得る。先に述べたように、ＣＯｘ電解槽におけるＭＥＡのＣＯｘを反応させる能力は、通常の運転中に多量に存在する液体水の存在によって妨げられる。水は、カソードから十分に除去されない場合、ガス種の大量輸送に影響を及ぼし、水の電解を介してＨ２等の副生成物の生成を促進することによって、ＣＯｘ電解槽の性能を劣化させる。
ＧＤＬは、多くの場合、燃料電池、フロー電池、及び／又は水電解槽に使用するために設計される。そのようなＧＤＬはＣＯｘ電解槽における使用に対して最適化されていないが、それにもかかわらず、それらはそのような文脈において使用可能である場合がある。本発明者らは、ＣＯｘ電解槽の文脈において特に効果的な性能を提供するＧＤＬを提供するように選択することができる、ＧＤＬのある特定の特徴を特定した。ＣＯｘ電解槽の文脈における種々のＧＤＬの性能は、多くの場合、他の文脈、例えば、燃料電池、フロー電池、及び／又は水電解槽における同じＧＤＬの性能と著しく異なる。それらの他の文脈において良好に機能するものは、ＣＯｘの文脈においては良好に機能しない場合があり、逆もまた同様である。
例えば、燃料電池の文脈では、厚いＧＤＬの使用を回避することが好ましい。燃料電池は、それらが運転される条件のために、ＧＤＬの厚さの増加に伴って、反応物の、ＧＤＬを介した触媒表面への拡散の減少を経験する。そのため、一部の供給業者が、場合によっては、最大約４００μｍ、例えば４１０μｍのＧＤＬを提供している可能性はあるが、市販されている多くのＧＤＬは、約３００μｍ、例えば３１５μｍ、又はそれ未満の厚さ範囲である。より高い厚さのＧＤＬは、燃料電池の性能に悪影響を及ぼすと一般に認識されており、したがって、製造業者は一般に、３００μｍ又は最大でも４００μｍよりも厚いＧＤＬの作製を回避する。カソードＧＤＬの特定の厚さ又は厚さ範囲への以下の言及は、別段の指示がない限り、そのようなＧＤＬの非圧縮厚を指すと理解されるだろう。市販のＧＤＬにおいては、その非圧縮厚は、そのようなＧＤＬを規定するために使用される典型的な厚さパラメータである。
対照的に、より厚いＧＤＬを用いるＣＯｘ電解槽は、そのような性能劣化を受けないと考えられる。ＣＯｘ電解槽は、燃料電池よりも高い圧力及び低い温度で運転される傾向があり、そのため、ＣＯｘ電解槽カソード内での液体水の生成及び／又は保持を増加し得る。しかしながら、やや意外なことに、より高い厚さのＧＤＬは、実際にはＣＯｘ電解槽の文脈において性能の強化をもたらすことが見出された。
例えば、本発明者らは、ＣＯｘ電解槽の文脈において、いくつかの異なるタイプのＧＤＬの性能を試験及びモデル化し、ＧＤＬの厚さを、例えば燃料電池のＧＤＬに典型的に使用されるものよりも厚い厚さまで増加させることが、ＣＯｘ電解槽の性能に著しく且つ有益に、直接的に影響を及ぼすことを見出した。
例えば、そのモデルにおいて、ＧＤＬの厚さを２５２μｍから７５６μｍに３倍にし（モデルのＧＤＬ厚は、ＧＤＬの圧縮厚、すなわち、電解槽スタック内で予荷重を加えた／固定された場合のＧＤＬの厚さを表す）、他のすべてのインプットを一定に保持した場合（少なくとも１１の、モデル内で変化又は調整可能なパラメータが存在した）、モデルは、ＧＤＬを通って流れ場から出て行く水蒸気フラックスの１２％の増加を予測したことが見出された。水蒸気は、排ガスストリームの一部としてＣＯｘ電解槽から容易に排除することができる。理論に拘束されることを望むものではないが、水蒸気フラックスの増加は、モデルがＧＤＬにわたり示した温度勾配と結び付けられた。例えば、カソード流れ場及びＧＤＬの間の界面における温度は、両方のＧＤＬにおいて４４℃であったが、ＧＤＬ／触媒界面における温度は、より薄いＧＤＬでは４６．５℃であり、より厚いＧＤＬでは５１．５℃であった。温度差の増大は水蒸気フラックスを増加し得る。
試験はまた、より厚いＧＤＬ、例えば３５０μｍ又はそれよりも厚いＧＤＬ（圧縮されていない、且つＭＰＬ及びバッキング層を有する）が、より薄い、例えば２００μｍ（ＭＰＬ及びバッキング層を有する）ＧＤＬよりも多く反復可能且つ高い性能をもたらしたことを示した。例えば、試験ＣＯｘ電解槽におけるファラデー収率は、より厚い（３５０＋μｍ）ＧＤＬの組み合わせにおいては、３回の４５時間にわたる性能運転の間、９５％＋のままであったが、より薄いＧＤＬ（２００μｍ）は、試験の開始から性能の即座の低下、例えば、約６時間以内に９０％未満、及び約１３時間以内に８５％未満への低下（且つ、試験の残り時間の間に、８５％超に回復することはなかった）を認めた。このデータのセットのすべてのＧＤＬは、バッキング層及びＭＰＬに２５重量％のＰＴＦＥ含量を有した。試験に使用されたより厚いＧＤＬには、３５０～５５０μｍの範囲、９５０～１２５０μｍの範囲、及び１３５０～１７５０μｍの範囲の非圧縮厚を有するＧＤＬが含まれた（そのようなＧＤＬは、所望の厚さを得るためにスタック構成で配置された複数の別々のＧＤＬで構成されており、そのような厚さの市販のＧＤＬは、おそらくは燃料電池の文脈におけるそれらの有害な性能のために利用可能ではなかった）。
試験はまた、より厚いＧＤＬ、例えば６００μｍ又はそれよりも厚いＧＤＬ（圧縮されていない、且つＭＰＬ及びバッキング層を有する）が、より薄い、例えば３１５μｍ（ＭＰＬ及びバッキング層を有する）ＧＤＬよりも多く反復可能且つ高い性能をもたらしたことを示した。例えば、試験ＣＯｘ電解槽におけるＦＹ＿ＣＯは、より厚い（６００μｍ）ＧＤＬにおいては、２回の２８時間にわたる性能運転の間、９５％＋のままであったが、より薄いＧＤＬ（３１５μｍ）は、１５時間の期間にわたって同等の性能を認めたが、その後、２回目の性能運転を行った際、著しい即座に明白なＦＹ＿ＣＯ性能の低下（約６時間以内に９５％、１１時間以内に９０％、及び２１時間以内に約８５％への低下）を認めた。両方のＧＤＬは、バッキング層に５重量％のＰＴＦＥ含量を有した。
この例では、より厚いＧＤＬは、２つのより薄い市販のＧＤＬ（一方はＭＰＬを有し、一方は有しない）をスタックすることによってアセンブルされ、一方の側（ＭＥＡに面する側）にＭＰＬ、及び他方の側（カソード流れ場に面する側）にバッキング層の広がりを有するより厚いＧＤＬを形成した。スタックされたＧＤＬのバッキング層部分は、全体にわたって５重量％のＰＴＦＥ処理を有した。結果として得られた６００μｍのＧＤＬは、本発明者らの知る限り、その厚さのために、これまで利用可能ではなかった新たなタイプのＧＤＬであった。本発明者らは、独自の厚いＧＤＬを考案した。この実験は、そのようなより厚いＧＤＬが、やや驚くべきことに、ＣＯｘ電解槽に使用した場合に機能しただけでなく、著しい予期せぬ性能利益も提供したことを明らかにした。
ＧＤＬの増加した厚さ、例えば４００μｍ又はそれよりも厚い非圧縮厚は、ＧＤＬを通るより長い熱伝導経路をもたらし、これは、ＭＥＡで生成された、ＧＤＬを通ってカソード流れ場に伝わる熱のために、より高い温度差をＧＤＬに引き起こし得る。この温度差の増大は、より多くの熱をＧＤＬ内に存在し得る液体水に伝達させ、そのような液体水の蒸気相に移行する（か又は留まる）割合を増加させ、それにより、それのＧＤＬからの除去を促進し、ＣＯｘ電解槽のファラデー収率性能を改善する。
６００μｍのスタックされたＧＤＬ、及び８８０μｍ厚であること以外は構築の点で６００μｍのＧＤＬと同様の別のスタックされたＧＤＬ（両方とも圧縮されていない）を用いてさらなる試験を行った。このさらなる試験では、両方のＧＤＬをＣＯｘ電解槽において、ほとんど７０時間にわたり連続して使用した。両方のＧＤＬがその時間枠にわたってＦＹ＿ＣＯの性能低下を経験したが、より厚い（８８０μｍ厚）ＧＤＬは、ある程度薄い（が、依然として同等に厚い）ＧＤＬが同じＦＹ＿ＣＯに到達するのにかかった約４５時間と比較して、約２０時間以内に約９７％から９０％のＦＹ＿ＣＯに低下した。しかしながら、その後、８８０μｍ厚のＧＤＬは安定し、５０＋時間にわたって一貫して約８８％及び約９０％の間のＦＹ＿ＣＯで運転されたが、６００μｍ厚のＧＤＬのＦＹ＿ＣＯ性能は、安定することはなく、実際、時間が経つにつれて徐々に加速する劣化を示した。６０時間までに、６００μｍ厚のＧＤＬのＦＹ＿ＣＯは８８％未満に低下し、６８時間までにそれは８６％未満に低下した。したがって、８８０μｍ厚は、７０時間の試験期間にわたって、経時的に次第に低くなるＦＹ＿ＣＯ性能を提供したある程度薄い６００μｍのＧＤＬと比較して、より低いがはるかにより一貫した性能をもたらした。
様々な実施形態によれば、ＣＯｘ電解槽のカソード側のＧＤＬは、少なくとも約３００μｍ、又は少なくとも約４００μｍ、又は少なくとも約５００μｍの非圧縮厚を有する。いくつかの実施形態では、ＣＯｘ電解槽のカソード側のＧＤＬは、約２００μｍ～１０００μｍ、約３００μｍ～１０００μｍ、約４００μｍ～１０００μｍ、約５００μｍ～１０００μｍ、約６００μｍ～１０００μｍ、約２００μｍ～１６００μｍ、約３００μｍ～１６００μｍ、約４００μｍ～１６００μｍ、約５００μｍ～１６００μｍ、約６００μｍ～１６００μｍ、約２００μｍ～２０００μｍ、約３００μｍ～２０００μｍ、約４００μｍ～２０００μｍ、約５００μｍ～２０００μｍ、約６００μｍ～２０００μｍ、約２００μｍ～３０００μｍ、約３００μｍ～３０００μｍ、約４００μｍ～３０００μｍ、約５００μｍ～３０００μｍ、又は約６００μｍ～３０００μｍの厚さを有する。いくつかの代替的な実装形態では、ＣＯｘ電解槽のカソード側のＧＤＬは、約３５０～約３０００μｍ、約３５０μｍ～約１６８０μｍ、約１６８０μｍ～約３０００μｍ、約３５０μｍ～約１０１０μｍ、約１０１０μｍ～約１６８０μｍ、約１６８０μｍ～約２３４０μｍ、約２３４０μｍ～約３０００μｍ、約３５０μｍ～約６８１μｍ、約６８１μｍ～約１０１０μｍ、約１０１０μｍ～約１３４０μｍ、約１３４０μｍ～約１６８０μｍ、約１６８０μｍ～約２０１０μｍ、約２０１０μｍ～約２３４０μｍ、約２３４０μｍ～約２６７０μｍ、又は約２６７０μｍ～約３０００μｍの非圧縮厚を有し得る。いくつかのさらなる代替的な実装形態では、ＣＯｘ電解槽のカソード側のＧＤＬは、約４００～約３０００μｍ、約４００μｍ～約１７００μｍ、約１７００μｍ～約３０００μｍ、約４００μｍ～約１０５０μｍ、約１０５０μｍ～約１７００μｍ、約１７００μｍ～約２３５０μｍ、約２３５０μｍ～約３０００μｍ、約４００μｍ～約７２５μｍ、約７２５μｍ～約１０５０μｍ、約１０５０μｍ～約１３８０μｍ、約１３８０μｍ～約１７００μｍ、約１７００μｍ～約２０２０μｍ、約２０２０μｍ～約２３５０μｍ、約２３５０μｍ～約２６８０μｍ、又は約２６８０μｍ～約３０００μｍの非圧縮厚を有し得る。いくつかのさらなる代替的な実装形態では、ＣＯｘ電解槽のカソード側のＧＤＬは、約４５０～約３０００μｍ、約４５０μｍ～約１７２０μｍ、約１７２０μｍ～約３０００μｍ、約４５０μｍ～約１０９０μｍ、約１０９０μｍ～約１７２０μｍ、約１７２０μｍ～約２３６０μｍ、約２３６０μｍ～約３０００μｍ、約４５０μｍ～約７６９μｍ、約７６９μｍ～約１０９０μｍ、約１０９０μｍ～約１４１０μｍ、約１４１０μｍ～約１７２０μｍ、約１７２０μｍ～約２０４０μｍ、約２０４０μｍ～約２３６０μｍ、約２３６０μｍ～約２６８０μｍ、又は約２６８０μｍ～約３０００μｍの厚さを有し得る。いくつかの実装形態では、ここに提示したような厚さを有するＧＤＬは、１つ又は複数のＭＰＬ及び１つ又は複数のバッキング層を有する。
ＣＯｘ電解槽の文脈におけるＧＤＬ性能を強化するように選択され得るＧＤＬの別の特徴は、ＧＤＬの熱伝導率である。例えば、上で言及したモデルを使用して、それぞれの熱伝導率のみが異なる２つの等しい厚さのＧＤＬ（一方のＧＤＬでは０．２Ｗ／ｍＫであり、他方では倍の０．４Ｗ／ｍＫであった）の予測性能を比較した。熱伝導率を半分にすると、ＧＤＬの温度差は約１．２５倍増大したが、水蒸気フラックスもまたおよそ１０５％増加した。
様々な実施形態によれば、ＣＯｘ電解槽のカソード側のＧＤＬは、最大約０．５Ｗ／ｍＫ又は最大約０．１Ｗ／ｍＫの平均熱伝導率を有する。いくつかの実施形態では、ＣＯｘ電解槽のカソード側のＧＤＬは、約０．０５～０．５Ｗ／ｍＫの平均熱伝導率を有する。いくつかの実装形態では、ここに提示したような熱伝導率を有するＧＤＬは、１つ又は複数のＭＰＬ及び１つ又は複数のバッキング層を有する。
熱伝導率に関する上記の観察と少なくともある程度関連し得ることとして、追加の試験は、ＣＯｘ電解槽において使用されるＧＤＬのバッキング層の厚さ全体にわたるＰＴＦＥの存在が著しい性能利益を提供したことを明らかにした。ＰＴＦＥをバッキング層に含めることは、例えばバッキング層の疎水性の変更を含むいくつかの有益な効果のいずれかを有し得る。しかしながら、ＰＴＦＥは、例えばバッキング層に使用され得るカーボンファイバよりも著しく低い熱伝導率を有するため、ＰＴＦＥを含めることはまた、バッキング層の熱伝導率を低下し得る。ＰＴＦＥは、実質的に、カーボンファイバを断熱する、したがって全体としてＧＤＬの熱伝導率を低下するのに役立ち得る。
２つのより厚い（両方とも約６００μｍ）ＧＤＬ（そのうちの一方は、バッキング層材料全体にわたって５重量％のＰＴＦＥを有し、一方はＰＴＦＥをまったく有しない約２８０μｍのバッキング層を有した）及びバッキング層に５重量％のＰＴＦＥを有するより薄いＧＤＬ（３１５μｍ）の試験において、それらのバッキング層の厚さ全体にわたって５重量％のＰＴＦＥを有する両方のＧＤＬが、１８時間の試験間隔にわたり、バッキング層の厚さの一部にのみＰＴＦＥを有する約６００μｍのＧＤＬと比較して、相対的に安定且つ高いＦＹ＿ＣＯ性能を維持した（３１５μｍのＧＤＬでは８５％超だが、経時的に緩やかに低減し；６００μｍのＧＤＬでは同じ期間にわたって９５％超であり、はるかにより緩やかな速度で低減した）ことが見出された。バッキング層の厚さの一部がＰＴＦＥを含有しないＧＤＬは、５時間未満で８５％未満、及び７時間が経過する前に６０％未満までの、そのＦＹ＿ＣＯレベルの低下を認めた。このＧＤＬを使用したＦＹ＿ＣＯは、１２時間までに２０％未満に低下した。
試験はまた、ＧＤＬのバッキング層内に存在するＰＴＦＥの重量パーセント／量の増加がＣＯｘ電解槽において有益な効果をもたらしたことを示唆した。いくつかのＧＤＬを用いて行った試験において、上昇したレベルのＰＴＦＥをバッキング層に有する（例えば、５重量％と比較して２５重量％）が同等の厚さを有するＧＤＬの使用が、ファラデー収率のより低い減少速度をもたらしたことが見出された。
様々な実施形態によれば、ＣＯｘ電解槽のカソード側ＧＤＬは、疎水性添加剤を含有する。いくつかのそのような場合では、ＧＤＬ又はその層は、炭素質材料及び疎水性添加剤を有する。いくつかの場合では、疎水性添加剤は、フッ素化又は全フッ素化ポリマー等の疎水性ポリマー（例えばＰＴＦＥ）である。ある特定の実施形態では、全フッ素化ポリマー等の疎水性添加剤は、ＧＤＬバッキング層及びＭＰＬの両方（どちらもＧＤＬに含有される）に存在する。いくつかの構成では、疎水性添加剤は、ＭＰＬ、バッキング層、及び任意の他の層を含むＧＤＬの厚さ全体にわたって存在する。いくつかの実施形態では、全フッ素化ポリマー等の疎水性添加剤は、少なくとも約５重量％、又は約５重量％～５５重量％の濃度でＧＤＬに存在する。
いくつかの場合では、それぞれが異なる微細構造（ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ）及び／又は異なる組成を有する異なる層を有する積層されたＧＤＬを使用することが有益となり得る。一例として、２つ又はそれよりも多い層のそれぞれは、バッキング層及びＭＰＬを含み得る。いくつかの実施形態では、２つの異なる層は異なる疎水性添加剤含量を有し、例えば、ＧＤＬは、ＭＰＬ及びそれぞれが異なる疎水性添加剤含量を有する３つの異なるバッキング層、例えばＭＰＬ／層Ａ／層Ｂ／層Ｃを有し、層Ａは約５％、層Ｂは約１０％、及び層Ｃは約２０％（重量で）のＰＴＦＥをそこに有する。
上記結果及び様々な他の観察に基づいて、ＣＯｘ電解槽に使用するためのＧＤＬのある特定の潜在的に望ましい特徴を特定し；以下に要約されるこれらの特徴は、個別に適用可能であり得るが、それらのうちの多く又はすべては、任意の特定の特徴が単独で実現可能であり得るものを超える性能の向上を実現するために組み合わせ可能でもあり得る。
ＣＯｘ電解槽に使用するためのＧＤＬは、例えば、以下のうちのいずれか１つ又は複数等の特徴を有する場合、性能の強化を実現し得る：
約２００μｍ～２０００μｍの全厚、ここで、４００μｍ～２０００μｍの範囲、５００μｍ～２０００μｍの範囲、又は６００μｍ～９００μｍの範囲の厚さは、より薄いＧＤＬと比較して改善した性能をもたらすことが実証されている。
バッキング層における約０重量％～５５重量％のＰＴＦＥ含量、ここで、バッキング層における少なくとも約２５重量％のＰＴＦＥ含量は良好な性能をもたらすことが示されている。
バッキング層に対する水の適用から６０秒以内に測定した、約１２０°～１７０°の値を有し、いくつかの実装形態では約１４０°よりも大きいか又はそれに等しい、外部水接触角。この特徴は、ＧＤＬバッキング層のＰＴＦＥ含量によって左右され得るが、ＰＴＦＥ以外の疎水性材料（例えば他のフッ素化ポリマー）を含有するバッキング層を有するＧＤＬは、それらの非ＰＴＦＥ ＧＤＬが示された範囲内の外部水接触角を有する場合、上で述べたＰＴＦＥ含量を有するＧＤＬを使用して得られたものと同様の性能を提供し得る。
約３５％～９０％又は約６０％～９０％のバッキング層又は全ＧＤＬポロシティ。
約１～２５μｍ、例えば約５～１５μｍのバッキング層繊維径。
約０．２ｇ／ｃｍ３～０．４ｇ／ｃｍ３の嵩密度を含む約０．１ｇ／ｃｍ３～０．８ｇ／ｃｍ３のＧＤＬ嵩密度、これはより低い嵩密度と比較して向上した性能を示した。
約５０ｇ／ｃｍ２～１０００ｇ／ｃｍ２のＧＤＬ斥量、ここで、約１５０ｇ／ｃｍ２～３００ｇ／ｃｍ２の斥量はより低い斥量と比較して向上した性能を示す。
約０．０５ｍΩ・ｃｍ２～２０ｍΩ・ｃｍ２又は約０．０５ｍΩ・ｃｍ２～５ｍΩ・ｃｍ２のＧＤＬ面積比抵抗。
約０．０５ｍΩ・ｍ～７ｍΩ・ｍ又は約０．０５ｍΩ・ｍ～２ｍΩ・ｍのＧＤＬ面内抵抗率。
約１ガーレー秒～１０００ガーレー秒のＧＤＬ透気度。
約０％～４０％、例えば１０％～２０％のＧＤＬ圧縮率。
約０．０５Ｗ／ｍＫ～０．５Ｗ／ｍＫ又は約０．１５Ｗ／ｍＫ～０．３５Ｗ／ｍＫのＧＤＬ熱伝導率。
約１，０００Ｎ／ｍ～１０，０００Ｎ／ｍ、例えば約２，０００Ｎ／ｍ～４，５００Ｎ／ｍのＧＤＬ破断強度。
約２０Ｔａｂｅｒ剛性単位～４０Ｔａｂｅｒ剛性単位、例えば２５～３０Ｔａｂｅｒ剛性単位のＧＤＬ剛性。
約１．５～５のＧＤＬ屈曲度（屈曲度は、ＧＤＬを通る分子が２点間で取る実際の経路長の、それらの２点間の直線距離と比較した比である）。
上記特性のいずれも、ＭＰＬ又はバッキング層に別個に適用することができる。又は、上記特性のいずれも、ＭＰＬ及びバッキング層の両方に適用することができる。
上で述べたように、ＭＰＬを有しないＧＤＬを使用するＣＯｘ電解槽は、著しく劣化した性能を示し得る。したがって、いくつかの実施形態では、少なくとも１つのＭＰＬが、ＣＯｘ電解槽に使用するためのＧＤＬに存在する。いくつかの実装形態では、ＧＤＬは少なくともＭＰＬを有する。
いくつかの実装形態では、ＣＯｘ電解槽利用のためのＧＤＬのＭＰＬは、約１５重量％及び５５重量％の間、例えば約２５重量％のＰＴＦＥ含量を有し得る。ＣＯｘ電解槽利用のためのＧＤＬのＭＰＬはまた、ＧＤＬの全厚の約１％～３０％の範囲の厚さを有し得る。
いくつかの実装形態では、ＧＤＬはＧＤＬユニットのスタックを有し、各スタックは少なくとも１つのバッキング層に固着した少なくとも１つのＭＰＬを含む。いくつかの場合では、ＧＤＬは２つのＧＤＬユニットのスタックを有し、それぞれは少なくとも１つのバッキング層を含有し、ＧＤＬユニットのうちの一方又は両方はＭＰＬを含有する。いくつかの場合では、ＧＤＬは３つのＧＤＬユニットのスタックを有し、各ＧＤＬユニットは少なくとも１つのバッキング層を含有し、ＧＤＬユニットのうちの少なくとも１つはＭＰＬを含有する。
上で論じられた、例えばカソードＧＤＬの文脈におけるＧＤＬは、ＣＯｘ電解槽スタックアセンブリにおいて、上で論じられた、例えばカソード流れ場の文脈における流れ場と組み合わせることができると理解されるだろう。例えば、より厚いＧＤＬ（及び／又は上で論じられた他の特徴を有するＧＤＬ）の使用は、ＣＯｘ電解槽使用の文脈において生じ得るより高い水蒸気フラックスのために、そのような電解槽のＭＥＡからの水のより高い放出速度をもたらし得る。そのようなＧＤＬを、上で論じられたもののような優れた水除去能を提供し得る流れ場と連結することによって、ＣＯｘ電解槽は、残留する水の保持が低減されるため、より効率的に、且つより高い一貫性及びより低い潜在的な性能劣化を伴って運転させることができる。
「１つ又は複数の＜項目＞のうちの各＜項目＞について」、「１つ又は複数の＜項目＞のうちの各＜項目＞」等の語句は、本明細書で使用される場合、単一項目の群及び複数項目の群の両方を含む、すなわち、「…それぞれについて（ｆｏｒ...ｅａｃｈ）」という語句は、それがプログラミング言語において使用される意味で使用され、言及される項目のあらゆる集団（それが１つの項目からなる集団であれ、又は１つよりも多い項目からなる集団であれ）の各項目を指すことが理解されるべきである。例えば、言及される１つ又は複数の項目からなる集団が単一の項目である場合、「各（ｅａｃｈ）」は、その単一の項目のみを指し（「各」の辞書による定義では、その用語が「２つ又はそれよりも多い物事の１つずつ」を指すと定義されることが多いという事実にもかかわらず）、それらの項目のうち少なくとも２つが存在しなければならないということを含意するものではない。同様に、「セット」又は「サブセット」という用語は、本来、複数の項目を必然的に包含すると見なされるべきではない、すなわち、セット又はサブセットは、（文脈上別段の指示がない限り）ただ１つの要素又は複数の要素を包含し得ると理解されるだろう。
本明細書で提供される様々な寸法パラメータ範囲が、本明細書で提供される任意の他の寸法パラメータ範囲と組み合わせることができることもまた理解されるべきである。例えば、チャネルが、範囲Ａ、Ｂ、又はＣの長さ、範囲Ｄ、Ｅ、又はＦの幅、及び範囲Ｇ、Ｈ、又はＩの深さを潜在的に有すると記載される場合、これは、そのような範囲の任意の組み合わせを表す長さ、幅、及び深さを有するチャネルを明示的に企図していると理解されるべきである。例えば、上記シナリオでは、そのようなチャネルは、ＡＥＩ、ＡＥＪ、ＡＥＫ、ＡＥＬ、ＡＦＩ、ＡＦＪ、ＡＦＫ、ＡＦＬ、ＡＧＩ、ＡＧＪ、ＡＧＫ、ＡＧＬ、ＡＨＩ、ＡＨＪ、ＡＨＫ、ＡＨＬ、ＢＥＩ、ＢＥＪ、ＢＥＫ、ＢＥＬ、ＢＦＩ、ＢＦＪ、ＢＦＫ、ＢＦＬ、ＢＧＩ、ＢＧＪ、ＢＧＫ、ＢＧＬ、ＢＨＩ、ＢＨＪ、ＢＨＫ、ＢＨＬ、ＣＥＩ、ＣＥＪ、ＣＥＫ、ＣＥＬ、ＣＦＩ、ＣＦＪ、ＣＦＫ、ＣＦＬ、ＣＧＩ、ＣＧＪ、ＣＧＫ、ＣＧＬ、ＣＨＩ、ＣＨＪ、ＣＨＫ、ＣＨＬ、ＤＥＩ、ＤＥＪ、ＤＥＫ、ＤＥＬ、ＤＦＩ、ＤＦＪ、ＤＦＫ、ＤＦＬ、ＤＧＩ、ＤＧＪ、ＤＧＫ、ＤＧＬ、ＤＨＩ、ＤＨＪ、ＤＨＫ、又はＤＨＬの長さ、幅、及び高さを有する場合があり、各三つ組の文字の第１の文字はチャネルの長さ範囲を表し、各三つ組の文字の第２の文字はチャネルの幅範囲を表し、各三つ組の文字の第３の文字はチャネルの深さ範囲を表す。
高性能装置をもたらす上記ＧＤＬ仕様の組み合わせの１つは、約２０～７０ｕｍ厚の１つのマイクロポーラス層であって、２５％のＰＴＦＥが分散している、マイクロポーラス層、並びにカーボンファイババッキング層を伴う、約４７０～５７０ｕｍ厚の非圧縮全厚を有する。このＧＤＬは、約８５～９０ｇ／ｍ２の坪量、約０．３２～０．３５ｇ／ｃｍ３の嵩密度、機械方向に約２１００～４２００Ｎ／ｍの破断強度、機械方向に約１２～５２Ｔａｂｅｒの剛性、約２５～５０ガーレー秒の面厚（ｔｈｒｏｕｇｈ－ｐｌａｎｅ）及び面内（ｉｎ－ｐｌａｎｅ）透気度、約１１～１７％の圧縮率、約１１ｍＯｈｍ＊ｃｍ２の面積比抵抗率、又はそれらの任意の組み合わせを有し得る。これらの特性の組み合わせは、ＭＰＬのみ、バッキング層のみ、及び１つ又は複数のバッキング層及び１つ又は複数のＭＰＬを含む任意のスタックを有するＧＤＬを含む様々なタイプのＧＤＬ配置を記載し得ることに留意されたい。いくつかの場合では、特性のそのような組み合わせを有するＧＤＬは、少なくとも１つのＭＰＬ及び少なくとも１つのバッキング層をそれぞれ有する２つ又はそれよりも多い構造体のスタックを有する。
前述の概念のすべての組み合わせ（但し、そのような概念は相互に矛盾しないものとする）は、本明細書に開示の本発明の主題の一部であると企図されると理解されるべきである。とりわけ、本開示の最後に出てくる特許請求されている主題のすべての組み合わせが、本明細書に開示の本発明の主題の一部であると企図される。参照により援用される任意の開示にも出てくる場合がある、本明細書で明示的に用いられる用語には、本明細書に開示の特定の概念と最も一致する意味が与えられるべきであることもまた理解されるべきである。
本開示は少なくとも以下の番号を付した実装形態を対象とするが、追加の実装形態は上の議論から自明であり得、以下のリストは限定的又は排他的と見なされるべきではないことが理解されるだろう。
実装形態１：カソード入口ポート；カソード出口ポート；及び１つ又は複数のＣＯｘ電解セル、各ＣＯｘ電解セルは、対応するカソード流れ場、金属ナノ粒子触媒層を含む対応する膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）、そのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場及びそのＣＯｘ電解セルの前記対応するＭＥＡの間に置かれている対応するカソードガス拡散層（ＧＤＬ）を有し、ここで、前記１つ又は複数のＣＯｘ電解セルは、電圧又は電流源と接続されて、電位又は電流を前記１つ又は複数のＣＯｘ電解セルに発生させるように構成されており、各ＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場は、前記カソード入口ポートを介してカソード流体を受け取り、そのカソード流体の少なくとも一部を前記カソード出口ポートに導くようにそれぞれ構成されている１つ又は複数の対応するカソードチャネルを含み、前記カソード入口ポートは、ガス状ＣＯｘを受け取るように構成されており、各ＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の前記対応するカソードチャネルは、そのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソードＧＤＬと接触する、そのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の対応する側にあり、各ＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の前記１つ又は複数の対応するカソードチャネルの各カソードチャネルは、３００及び６０００ｍｍの間の長さ、０．１５及び６平方ｍｍの間の断面積、及び０．５及び２ｍｍの間の幅を有する、を備えるＣＯｘ電解槽システム。
実装形態２：各ＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の前記１つ又は複数の対応するカソードチャネルのそれぞれが、対応する蛇行経路をたどり、その複数の長手セグメントが、平行な経路に沿って延びており、その短手セグメントが、その隣接する長手セグメントの対向する端部の間にわたっている、実装形態１に記載のＣＯｘ電解槽システム。
実装形態３：各ＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の前記１つ又は複数の対応するカソードチャネルの各カソードチャネルが、１５００及び６０００ｍｍの間の長さを有する、実装形態２に記載のＣＯｘ電解槽システム。
実装形態４：各ＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場に複数の対応するカソードチャネルが存在する、実装形態２又は３に記載のＣＯｘ電解槽システム。
実装形態５：各ＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の前記複数の対応するカソードチャネルがインターリーブ型で配置されており、ここで、各対応するカソードチャネルの各長手セグメントは、別の対応するカソードチャネルの少なくとも１つの長手セグメントに隣接している、実装形態４に記載のＣＯｘ電解槽システム。
実装形態６：各ＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の前記複数の対応するカソードチャネルが、第１の対応するカソードチャネル及び第２の対応するカソードチャネルを含み、そのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の前記第１の対応するカソードチャネルの互いに隣接する長手セグメントが、第１の対応する半島状壁によって分離されており、そのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の前記第２の対応するカソードチャネルの互いに隣接する長手セグメントが、第２の対応する半島状壁によって分離されており、各第１の対応する半島状壁が、その長さの少なくとも一部において、その第１の対応する半島状壁が、その第１の対応する半島状壁によって分離されているその前記２つの長手セグメントの間にわたる、そのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の前記対応する第１のカソードチャネルの短手セグメントに近づくにつれて、幅を減少し、各第２の対応する半島状壁が、その長さの少なくとも一部において、その対応する第２の半島状壁が、その第２の対応する半島状壁によって分離されているその前記２つの長手セグメントの間にわたる、そのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の前記対応する第２のカソードチャネルの短手セグメントに近づくにつれて、幅を減少する、実装形態５に記載のＣＯｘ電解槽システム。
実装形態７：各ＣＯｘ電解セルの各対応するカソード流れ場の各対応するカソードチャネルの端部長手セグメントがそれぞれ、対応する第１の端部セグメント及び対応する第２の端部セグメントを含み、各ＣＯｘ電解セルの各対応するカソード流れ場の前記複数の対応するカソードチャネルが横並び型で配置されており、ここで、各ＣＯｘ電解セルの各対応するカソード流れ場の隣接する対応するカソードチャネルの各ペアにおける前記対応するカソードチャネルの一方の前記第１の対応する端部セグメントは、隣接する対応するカソードチャネルのそのペアの前記対応するカソードチャネルの他方の前記第２の対応する端部セグメントに隣接している、実装形態４に記載のＣＯｘ電解槽システム。
実装形態８：前記短手セグメントが弓形である、実装形態２から７のいずれか１つに記載のＣＯｘ電解槽システム。
実装形態９：各ＣＯｘ電解セルの対応するカソード流れ場の各対応するカソードチャネルの各長手セグメントが、少なくとも０．３及び２ｍｍの間の厚さを有する対応する壁によって、その対応するカソードチャネル又は隣接する対応するカソードチャネルの各隣にあるセグメントから分離されている、実装形態２から８のいずれか１つに記載のＣＯｘ電解槽システム。
実装形態１０：直線配列で配置されている、各ＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の複数の対応するカソードチャネルが存在し、各対応するカソードチャネルが、そのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の一方の側及びそのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の対向する側の間にわたっている、実装形態１に記載のＣＯｘ電解槽システム。
実装形態１１：各ＣＯｘ電解セルの対応するカソード流れ場の１つ又は複数の対応するカソードチャネルの各カソードチャネルが、３００及び１５００ｍｍの間の長さを有する、実装形態１０に記載のＣＯｘ電解槽システム。
実装形態１２：各ＣＯｘ電解セルの対応するカソード流れ場の各対応するカソードチャネルの各長手セグメントが、少なくとも０．３及び２ｍｍの間の厚さを有する対応する壁によって、その対応するカソードチャネル又は隣接する対応するカソードチャネルの各隣にあるセグメントから分離されている、実装形態１０又は１１に記載のＣＯｘ電解槽システム。
実装形態１３：各ＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の各対応するカソードチャネルが、そのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソードＧＤＬと接触する、そのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の対応する側から、それに対して垂直な方向に一定間隔で離れている２つの対応する内部底縁部を含み、各対応する内部底縁部が丸みを帯びている、実装形態１から１０のいずれか１つに記載のＣＯｘ電解槽。
実装形態１４：各ＣＯｘ電解セルが、対応するアノード流れ場、対応するアノードＧＤＬ、アノード入口ポート、及びアノード出口ポートをさらに有し、アノード入口ポートが、液体水又は水溶液を受け取るように構成されており、各ＣＯｘ電解セルの対応するアノード流れ場が、アノード入口ポートを介してアノード流体を受け取り、そのアノード流体の少なくとも一部をアノード出口ポートに導くようにそれぞれ構成されている１つ又は複数の対応するアノードチャネルを含み、各ＣＯｘ電解セルの対応するＭＥＡが、そのＣＯｘ電解セルの対応するアノードＧＤＬ及びそのＣＯｘ電解セルの対応するカソードＧＤＬの間で圧縮されており、各ＣＯｘ電解セルの対応するカソードＧＤＬが、そのＣＯｘ電解セルの対応するカソード流れ場及びそのＣＯｘ電解セルの対応するＭＥＡの間で圧縮されており、各ＣＯｘ電解セルの対応するアノードＧＤＬが、そのＣＯｘ電解セルの対応するアノード流れ場及びそのＣＯｘ電解セルの対応するＭＥＡの間で圧縮されており、１つ又は複数のＣＯｘ電解セルが、複数のＮ個のＣＯｘ電解セルを有し、複数のＮ個のＣＯｘ電解セルが、スタックで配置されており、ＣＯｘ電解セルのうちのＮ－１個の各ＣＯｘ電解セルの各対応するカソード流れ場が、ＣＯｘ電解セルのうちのＮ－１個の各ＣＯｘ電解セルの対応するアノード流れ場に隣接している、実装形態１から１３のいずれか１つに記載のＣＯｘ電解槽。
実装形態１５：各ＣＯｘ電解セルが、対応するアノード流れ場、対応するアノードＧＤＬ、アノード入口ポート、及びアノード出口ポートをさらに有し、アノード入口ポートが、液体水又は水溶液を受け取るように構成されており、各ＣＯｘ電解セルの対応するアノード流れ場が、アノード入口ポートを介してアノード流体を受け取り、そのアノード流体の少なくとも一部をアノード出口ポートに導くようにそれぞれ構成されている１つ又は複数の対応するアノードチャネルを含み、各ＣＯｘ電解セルの対応するＭＥＡが、そのＣＯｘ電解セルの対応するアノードＧＤＬ及びそのＣＯｘ電解セルの対応するカソードＧＤＬの間で圧縮されており、各ＣＯｘ電解セルの対応するカソードＧＤＬが、そのＣＯｘ電解セルの対応するカソード流れ場及びそのＣＯｘ電解セルの対応するＭＥＡの間で圧縮されており、各ＣＯｘ電解セルの対応するアノードＧＤＬが、そのＣＯｘ電解セルの対応するアノード流れ場及びそのＣＯｘ電解セルの対応するＭＥＡの間で圧縮されており、１つ又は複数のＣＯｘ電解セルが、複数のＣＯｘ電解セルを有し、複数のＮ個のＣＯｘ電解セルが、スタックで配置されており、ＣＯｘ電解セルの各隣接するペアの対応する共通の構造が、ＣＯｘ電解セルのその隣接するペアにおけるＣＯｘ電解セルの一方に、対応するカソード流れ場、及びＣＯｘ電解セルのその隣接するペアにおけるＣＯｘ電解セルの他方に、対応するアノード流れ場を提供する、実装形態１から１３のいずれか１つに記載のＣＯｘ電解槽。
実装形態１６：ガス状ＣＯｘ供給源；及び液体水又は水溶液供給源をさらに備え、ガス状ＣＯｘ供給源がカソード入口ポートと流体的に接続されており、液体水又は水溶液供給源がアノード入口ポートと流体的に接続されている、実装形態１４又は１５に記載のＣＯｘ電解槽。
実装形態１７：ＣＯｘ電解槽にただ１つのＣＯｘ電解セルが存在する、実装形態１から１３のいずれか１つに記載のＣＯｘ電解槽。
実装形態１８：アノード端子；及びカソード端子をさらに備え、電流がアノード端子によって１つ又は複数のＣＯｘ電解セルに導入される場合、電流が１つ又は複数のＣＯｘ電解セルを直列に、カソード端子に到達するまで流れるように、アノード端子及びカソード端子が１つ又は複数のＣＯｘ電解セルと導電的に連結されている、実装形態１から１７のいずれか１つに記載のＣＯｘ電解槽。
実装形態１９：アノード導体プレート；及びカソード導体プレートをさらに備え、１つ又は複数のＣＯｘ電解セルが、アノード導体プレート及びカソード導体プレート間に置かれており、アノード端子がアノード導体プレートの一部であり、カソード端子がカソード導体プレートの一部である、実装形態１８に記載のＣＯｘ電解槽。
実装形態２０：アノード入口ポート；ガス状ＣＯｘ供給源；及び液体水又は水溶液供給源をさらに備え、ガス状ＣＯｘ供給源がカソード入口ポートと流体的に接続されており、液体水又は水溶液供給源がアノード入口ポートと流体的に接続されている、実装形態１から１３及び１７から１９のいずれか１つに記載のＣＯｘ電解槽。
実装形態２１：カソード入口ポート；カソード出口ポート；及び１つ又は複数のＣＯｘ電解セル、前記１つ又は複数のＣＯｘ電解セルは、ＣＯｘ電解セルを有し、各ＣＯｘ電解セルは、対応するカソード流れ場、金属ナノ粒子触媒層を含む対応する膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）、そのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場及びそのＣＯｘ電解セルの前記対応するＭＥＡの間に置かれている対応するカソードガス拡散層（ＧＤＬ）を有し、ここで、前記１つ又は複数のＣＯｘ電解セルは、電圧又は電流源と接続されて、電位又は電流を前記１つ又は複数のＣＯｘ電解セルに発生させるように構成されており、各ＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場は、前記カソード入口ポートを介してカソード流体を受け取り、そのカソード流体の少なくとも一部を前記カソード出口ポートに導くようにそれぞれ構成されている１つ又は複数の対応するカソードチャネルを含み、前記カソード入口ポートは、ガス状ＣＯｘを受け取るように構成されており、各ＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の前記対応するカソードチャネルは、そのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソードＧＤＬと接触する、そのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の対応する側にあり、各カソード流れ場は、ＣＯｘ電解槽システムの通常の運転条件下で０．００１ｐｓｉ（６．８９４Ｐａ）及び５０ｐｓｉ（３４４．７３８ｋＰａ）の間の圧力降下をその前記カソードチャネルに発生させるように構成されている、を備えるＣＯｘ電解槽システム。
実装形態２２：前記ＣＯｘ電解槽システムが、通常の運転条件下で、一酸化炭素のモル濃度が１％～９５％の範囲であるガスが、活性セル区域１平方センチメートル当たり２標準立方センチメートル毎分（ｓｃｃｍ）（０．００３Ｐａ・ｍ３／秒）及び２１ｓｃｃｍ（０．０３５Ｐａ・ｍ３／秒）の間の速度、及び５０ｐｓｉ（３４４．７３８ｋＰａ）及び４００ｐｓｉ（２７５７．９０３ｋＰａ）の間の前記カソード入口ポートにおける入口圧で各カソード流れ場に供給されるように運転されるように構成されている、実装形態２１に記載のＣＯｘ電解槽システム。
実装形態２３：各ＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の前記１つ又は複数の対応するカソードチャネルのそれぞれが、対応する蛇行経路をたどり、その複数の長手セグメントが、平行な経路に沿って延びており、その短手セグメントが、その隣接する長手セグメントの対向する端部の間にわたっている、実装形態２１に記載のＣＯｘ電解槽システム。
実装形態２４：各ＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の前記１つ又は複数の対応するカソードチャネルの各カソードチャネルが、１５００及び６０００ｍｍの間の長さを有する、実装形態２３に記載のＣＯｘ電解槽システム。
実装形態２５：各ＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場に複数の対応するカソードチャネルが存在する、実装形態２３又は２４に記載のＣＯｘ電解槽システム。
実装形態２６：各ＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の前記複数の対応するカソードチャネルがインターリーブ型で配置されており、ここで、各対応するカソードチャネルの各長手セグメントは、別の対応するカソードチャネルの少なくとも１つの長手セグメントに隣接している、実装形態２５に記載のＣＯｘ電解槽システム。
実装形態２７：各ＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の前記複数の対応するカソードチャネルが、第１の対応するカソードチャネル及び第２の対応するカソードチャネルを含み、そのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の前記第１の対応するカソードチャネルの互いに隣接する長手セグメントが、第１の対応する半島状壁によって分離されており、そのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の前記第２の対応するカソードチャネルの互いに隣接する長手セグメントが、第２の対応する半島状壁によって分離されており、各第１の対応する半島状壁が、その長さの少なくとも一部において、その第１の対応する半島状壁が、その第１の対応する半島状壁によって分離されているその前記２つの長手セグメントの間にわたる、そのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の前記対応する第１のカソードチャネルの短手セグメントに近づくにつれて、幅を減少し、各第２の対応する半島状壁が、その長さの少なくとも一部において、その対応する第２の半島状壁が、その第２の対応する半島状壁によって分離されているその前記２つの長手セグメントの間にわたる、そのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の前記対応する第２のカソードチャネルの短手セグメントに近づくにつれて、幅を減少する、実装形態２６に記載のＣＯｘ電解槽システム。
実装形態２８：各ＣＯｘ電解セルの各対応するカソード流れ場の各対応するカソードチャネルの端部長手セグメントがそれぞれ、対応する第１の端部セグメント及び対応する第２の端部セグメントを含み、各ＣＯｘ電解セルの各対応するカソード流れ場の前記複数の対応するカソードチャネルが横並び型で配置されており、ここで、各ＣＯｘ電解セルの各対応するカソード流れ場の隣接する対応するカソードチャネルの各ペアにおける前記対応するカソードチャネルの一方の前記第１の対応する端部セグメントは、隣接する対応するカソードチャネルのそのペアの前記対応するカソードチャネルの他方の前記第２の対応する端部セグメントに隣接している、実装形態２５に記載のＣＯｘ電解槽システム。
実装形態２９：前記短手セグメントが弓形である、実装形態２３から２８のいずれか１つに記載のＣＯｘ電解槽システム。
実装形態３０：各ＣＯｘ電解セルの対応するカソード流れ場の各対応するカソードチャネルの各長手セグメントが、少なくとも０．３及び２ｍｍの間の厚さを有する対応する壁によって、その対応するカソードチャネル又は隣接する対応するカソードチャネルの各隣にあるセグメントから分離されている、実装形態２３から２９のいずれか１つに記載のＣＯｘ電解槽システム。
実装形態３１：直線配列で配置されている、各ＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の複数の対応するカソードチャネルが存在し、各対応するカソードチャネルが、そのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の一方の側及びそのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の対向する側の間にわたっている、実装形態２１に記載のＣＯｘ電解槽システム。
実装形態３２：各ＣＯｘ電解セルの対応するカソード流れ場の１つ又は複数の対応するカソードチャネルの各カソードチャネルが、３００及び１５００ｍｍの間の長さを有する、実装形態３１に記載のＣＯｘ電解槽システム。
実装形態３３：各ＣＯｘ電解セルの対応するカソード流れ場の各対応するカソードチャネルの各長手セグメントが、少なくとも０．３及び２ｍｍの間の厚さを有する対応する壁によって、その対応するカソードチャネル又は隣接する対応するカソードチャネルの各隣にあるセグメントから分離されている、実装形態３１又は３２に記載のＣＯｘ電解槽システム。
実装形態３４：各ＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の各対応するカソードチャネルが、そのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソードＧＤＬと接触する、そのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の対応する側から、それに対して垂直な方向に一定間隔で離れている２つの対応する内部底縁部を含み、各対応する内部底縁部が丸みを帯びている、実装形態２１から３１のいずれか１つに記載のＣＯｘ電解槽。
実装形態３５：各ＣＯｘ電解セルが、対応するアノード流れ場、対応するアノードＧＤＬ、アノード入口ポート、及びアノード出口ポートをさらに有し、アノード入口ポートが、液体水又は水溶液を受け取るように構成されており、各ＣＯｘ電解セルの対応するアノード流れ場が、アノード入口ポートを介してアノード流体を受け取り、そのアノード流体の少なくとも一部をアノード出口ポートに導くようにそれぞれ構成されている１つ又は複数の対応するアノードチャネルを含み、各ＣＯｘ電解セルの対応するＭＥＡが、そのＣＯｘ電解セルの対応するアノードＧＤＬ及びそのＣＯｘ電解セルの対応するカソードＧＤＬの間で圧縮されており、各ＣＯｘ電解セルの対応するカソードＧＤＬが、そのＣＯｘ電解セルの対応するカソード流れ場及びそのＣＯｘ電解セルの対応するＭＥＡの間で圧縮されており、各ＣＯｘ電解セルの対応するアノードＧＤＬが、そのＣＯｘ電解セルの対応するアノード流れ場及びそのＣＯｘ電解セルの対応するＭＥＡの間で圧縮されており、１つ又は複数のＣＯｘ電解セルが、複数のＮ個のＣＯｘ電解セルを有し、複数のＮ個のＣＯｘ電解セルが、スタックで配置されており、ＣＯｘ電解セルのうちのＮ－１個の各ＣＯｘ電解セルの各対応するカソード流れ場が、ＣＯｘ電解セルのうちのＮ－１個の各ＣＯｘ電解セルの対応するアノード流れ場に隣接している、実装形態２１から３４のいずれか１つに記載のＣＯｘ電解槽。
実装形態３６：各ＣＯｘ電解セルが、対応するアノード流れ場、対応するアノードＧＤＬ、アノード入口ポート、及びアノード出口ポートをさらに有し、アノード入口ポートが、液体水又は水溶液を受け取るように構成されており、各ＣＯｘ電解セルの対応するアノード流れ場が、アノード入口ポートを介してアノード流体を受け取り、そのアノード流体の少なくとも一部をアノード出口ポートに導くようにそれぞれ構成されている１つ又は複数の対応するアノードチャネルを含み、各ＣＯｘ電解セルの対応するＭＥＡが、そのＣＯｘ電解セルの対応するアノードＧＤＬ及びそのＣＯｘ電解セルの対応するカソードＧＤＬの間で圧縮されており、各ＣＯｘ電解セルの対応するカソードＧＤＬが、そのＣＯｘ電解セルの対応するカソード流れ場及びそのＣＯｘ電解セルの対応するＭＥＡの間で圧縮されており、各ＣＯｘ電解セルの対応するアノードＧＤＬが、そのＣＯｘ電解セルの対応するアノード流れ場及びそのＣＯｘ電解セルの対応するＭＥＡの間で圧縮されており、１つ又は複数のＣＯｘ電解セルが、複数のＮ個のＣＯｘ電解セルを有し、複数のＮ個のＣＯｘ電解セルが、スタックで配置されており、ＣＯｘ電解セルの各隣接するペアの対応する共通の構造が、ＣＯｘ電解セルのその隣接するペアにおけるＣＯｘ電解セルの一方に、対応するカソード流れ場、及びＣＯｘ電解セルのその隣接するペアにおけるＣＯｘ電解セルの他方に、対応するアノード流れ場を提供する、実装形態２１から３４のいずれか１つに記載のＣＯｘ電解槽。
実装形態３７：ガス状ＣＯｘ供給源；及び液体水又は水溶液供給源をさらに備え、ガス状ＣＯｘ供給源がカソード入口ポートと流体的に接続されており、液体水又は水溶液供給源がアノード入口ポートと流体的に接続されている、実装形態３５又は３６に記載のＣＯｘ電解槽。
実装形態３８：ＣＯｘ電解槽にただ１つのＣＯｘ電解セルが存在する、実装形態２１から３４のいずれか１つに記載のＣＯｘ電解槽。
実装形態３９：アノード端子；及びカソード端子をさらに備え、電流がアノード端子によって１つ又は複数のＣＯｘ電解セルに導入される場合、電流が１つ又は複数のＣＯｘ電解セルを直列に、カソード端子に到達するまで流れるように、アノード端子及びカソード端子が１つ又は複数のＣＯｘ電解セルと導電的に連結されている、実装形態２１から３８のいずれか１つに記載のＣＯｘ電解槽。
実装形態４０：アノード導体プレート；及びカソード導体プレートをさらに備え、１つ又は複数のＣＯｘ電解セルが、アノード導体プレート及びカソード導体プレート間に置かれており、アノード端子がアノード導体プレートの一部であり、カソード端子がカソード導体プレートの一部である、実装形態３９に記載のＣＯｘ電解槽。
実装形態４１：アノード入口ポート；ガス状ＣＯｘ供給源；及び液体水又は水溶液供給源をさらに備え、ガス状ＣＯｘ供給源がカソード入口ポートと流体的に接続されており、液体水又は水溶液供給源がアノード入口ポートと流体的に接続されている、実装形態２１から３４及び３８から４０のいずれか１つに記載のＣＯｘ電解槽。
実装形態４２。膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）；ＭＥＡの第１の側に配置されている、酸化炭素還元触媒を有するカソード；カソードと接触し、少なくとも約４００μｍの厚さを有するガス拡散層（ＧＤＬ）；及びＧＤＬのカソードと反対の側でガス拡散層と接触する流れ場、を備える酸化炭素電解槽。
実装形態４３：ＧＤＬが少なくとも約６００μｍの厚さを有する、実装形態４２に記載の酸化炭素電解槽。
実装形態４４：ＧＤＬがマイクロポーラス層（ＭＰＬ）及びバッキング層を有する、実装形態４２に記載の酸化炭素電解槽。
実装形態４５：ＧＤＬが２つ又はそれよりも多いＭＰＬを有する、実装形態４２に記載の酸化炭素電解槽。
実装形態４６：ＧＤＬが疎水性ポリマーを有する、実装形態４２に記載の酸化炭素電解槽。
実装形態４７：ＧＤＬが疎水性ポリマーを、ＧＤＬの厚さ全体にわたって有する、実装形態４６に記載の酸化炭素電解槽。
実装形態４８：疎水性ポリマーがフッ素化ポリオレフィンを含む、実装形態４６に記載の酸化炭素電解槽。
実装形態４９：ＧＤＬが最大約０．５Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有する、実装形態４２に記載の酸化炭素電解槽。
実装形態５０。酸化炭素を、ＧＤＬを介してカソードに送達する段階を備える、実装形態１から８のいずれかに記載の酸化炭素電解槽を使用して酸化炭素を電解する方法。
実装形態５１。膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）；ＭＥＡの第１の側に配置されている、酸化炭素還元触媒を有するカソード；カソードと接触し、最大約０．５Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有するガス拡散層（ＧＤＬ）；及びＧＤＬのカソードと反対の側でガス拡散層と接触する流れ場、を備える酸化炭素電解槽。
実装形態５２：ＧＤＬが約０．０５～０．５Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有する、実装形態５１に記載の酸化炭素電解槽。
実装形態５３：ＧＤＬが少なくとも約４００μｍの厚さを有する、実装形態５１に記載の酸化炭素電解槽。
実装形態５４：ＧＤＬがマイクロポーラス層（ＭＰＬ）及びバッキング層を有する、実装形態５１に記載の酸化炭素電解槽。
実装形態５５：ＧＤＬが２つ又はそれよりも多いＭＰＬを有する、実装形態５１に記載の酸化炭素電解槽。
実装形態５６：ＧＤＬが疎水性ポリマーを有する、実装形態５１に記載の酸化炭素電解槽。
実装形態５７：ＧＤＬが疎水性ポリマーを、ＧＤＬの厚さ全体にわたって有する、実装形態５６に記載の酸化炭素電解槽。
実装形態５８：疎水性ポリマーがフッ素化ポリオレフィンを含む、実装形態５７に記載の酸化炭素電解槽。
実装形態５９。酸化炭素を、ＧＤＬを介してカソードに送達する段階を備える、実装形態５１から５８のいずれかに記載の酸化炭素電解槽を使用して酸化炭素を電解する方法。
実装形態６０。膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）；ＭＥＡの第１の側に配置されている、酸化炭素還元触媒を有するカソード；カソードと接触し、（ａ）バッキング層及び（ｂ）マイクロポーラス層（ＭＰＬ）を有するガス拡散層（ＧＤＬ）、ここで、バッキング層及びＭＰＬはそれぞれ疎水性成分を含む；及びＧＤＬのカソードと反対の側でガス拡散層と接触する流れ場、を備える酸化炭素電解槽。
実装形態６１：疎水性成分が疎水性ポリマーを含む、実装形態６０に記載の酸化炭素電解槽。
実装形態６２：疎水性ポリマーがフッ素化ポリオレフィンを含む、実装形態６１に記載の酸化炭素電解槽。
実装形態６３：ＧＤＬが２つ又はそれよりも多いＭＰＬを有する、実装形態６０に記載の酸化炭素電解槽。
実装形態６４：ＧＤＬが少なくとも約４００μｍの厚さを有する、実装形態６０に記載の酸化炭素電解槽。
実装形態６５：ＧＤＬが最大約０．５Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有する、実装形態６０に記載の酸化炭素電解槽。
実装形態６６：バッキング層が第１の濃度の疎水性成分を含み、ＭＰＬが第２の濃度の疎水性成分を含み、第１及び第２の濃度が実質的に同じである、実装形態６０に記載の酸化炭素電解槽。
実装形態６７：バッキング層が第１の濃度の疎水性成分を含み、ＭＰＬが第２の濃度の疎水性成分を含み、第１及び第２の濃度が実質的に異なる、実装形態６０に記載の酸化炭素電解槽。
実装形態６８。酸化炭素を、ＧＤＬを介してカソードに送達する段階を備える、実装形態６０から６７のいずれかに記載の酸化炭素電解槽を使用して酸化炭素を電解する方法。
実装形態６９：ガス状ＣＯｘを受け取るように構成されているカソード入口ポート；カソード出口ポート；及び１つ又は複数のＣＯｘ電解セルであって、カソード流れ場、膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）、及びそのＣＯｘ電解セルのカソード流れ場及びＭＥＡの間に置かれているカソードガス拡散層（ＧＤＬ）をそれぞれ有する、１つ又は複数のＣＯｘ電解セル、ここで、１つ又は複数のＣＯｘ電解セルは、電圧又は電流源と接続されて、電位又は電流を１つ又は複数のＣＯｘ電解セルに発生させるように構成されており、各ＣＯｘ電解セルのカソード流れ場は、カソード入口ポートを介してカソード流体を受け取り、そのカソード流体の少なくとも一部をカソード出口ポートに導くようにそれぞれ構成されている複数の平行カソードチャネルを含み、各ＣＯｘ電解セルの対応するカソード流れ場の１つ又は複数の対応するカソードチャネルのそれぞれは、蛇行経路をたどるのではなく、対応する実質的に直線的な経路をたどり、各ＣＯｘ電解セルのカソード流れ場の複数の平行カソードチャネルは、そのＣＯｘ電解セルのカソードＧＤＬと接触する、そのＣＯｘ電解セルの対応するカソード流れ場の対応する側にあり、複数の平行カソードチャネルのそれぞれは少なくとも約３００ｍｍの長さを有する、を備えるＣＯｘ電解槽システム。
実装形態７０：カソード流れ場が、少なくとも約３００ｍｍである少なくとも１つの寸法を有する、実装形態６９に記載のＣＯｘ電解槽システム。
実装形態７１：複数の平行カソードチャネルのそれぞれが、少なくとも約３５０ｍｍの長さを有し、カソード流れ場が、少なくとも約３５０ｍｍの少なくとも１つの寸法を有する、実装形態６９に記載のＣＯｘ電解槽システム。
実装形態７２：複数の平行カソードチャネルのそれぞれが、少なくとも約４００ｍｍの長さを有し、カソード流れ場が、少なくとも約４００ｍｍの少なくとも１つの寸法を有する、実装形態６９に記載のＣＯｘ電解槽システム。
実装形態７３：複数の平行カソードチャネルのそれぞれが、少なくとも約５００ｍｍの長さを有し、カソード流れ場が、少なくとも約５００ｍｍの少なくとも１つの寸法を有する、実装形態６９に記載のＣＯｘ電解槽システム。
実装形態７４。ガス状ＣＯｘを、ＧＤＬを介してカソードに送達する段階を備える、実装形態６９から７３のいずれかに記載のＣＯｘ電解槽を使用してＣＯｘを電解する方法。
上記開示は、単数又は複数の実装形態の特定の例に焦点を当てているが、論じられた例のみに限定されるのではなく、同様の変形例及び機構にも適用することができ、そのような同様の変形例及び機構もまた本開示の範囲内であると考えられることがさらに理解されるべきである。
［項目１］
カソード入口ポート；
カソード出口ポート；及び
１つ又は複数のＣＯｘ電解セルを備え、各ＣＯｘ電解セルは、
対応するカソード流れ場、
金属ナノ粒子触媒層を含む対応する膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）、
そのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場及びそのＣＯｘ電解セルの前記対応するＭＥＡの間に置かれている対応するカソードガス拡散層（ＧＤＬ）
を有し、ここで、
前記１つ又は複数のＣＯｘ電解セルは、電圧又は電流源と接続されて、電位又は電流を前記１つ又は複数のＣＯｘ電解セルに発生させるように構成されており、
各ＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場は、前記カソード入口ポートを介してカソード流体を受け取り、そのカソード流体の少なくとも一部を前記カソード出口ポートに導くようにそれぞれ構成されている１つ又は複数の対応するカソードチャネルを含み、
前記カソード入口ポートは、ガス状ＣＯｘを受け取るように構成されており、
各ＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の前記対応するカソードチャネルは、そのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソードＧＤＬと接触する、そのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の対応する側にあり、
各ＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の前記１つ又は複数の対応するカソードチャネルの各カソードチャネルは、３００及び６０００ｍｍの間の長さ、０．１５及び６平方ｍｍの間の断面積、及び０．５及び２ｍｍの間の幅を有する、
ＣＯｘ電解槽システム。
［項目２］
各ＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の前記１つ又は複数の対応するカソードチャネルのそれぞれが、対応する蛇行経路をたどり、その複数の長手セグメントが、平行な経路に沿って延びており、その短手セグメントが、その隣接する長手セグメントの対向する端部の間にわたっている、項目１に記載のＣＯｘ電解槽システム。
［項目３］
各ＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の前記１つ又は複数の対応するカソードチャネルの各カソードチャネルが、１５００及び６０００ｍｍの間の長さを有する、項目２に記載のＣＯｘ電解槽システム。
［項目４］
各ＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場に複数の対応するカソードチャネルが存在する、項目２又は３に記載のＣＯｘ電解槽システム。
［項目５］
各ＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の前記複数の対応するカソードチャネルがインターリーブ型で配置されており、ここで、各対応するカソードチャネルの各長手セグメントは、別の対応するカソードチャネルの少なくとも１つの長手セグメントに隣接している、項目４に記載のＣＯｘ電解槽システム。
［項目６］
各ＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の前記複数の対応するカソードチャネルが、第１の対応するカソードチャネル及び第２の対応するカソードチャネルを含み、
そのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の前記第１の対応するカソードチャネルの互いに隣接する長手セグメントが、第１の対応する半島状壁によって分離されており、
そのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の前記第２の対応するカソードチャネルの互いに隣接する長手セグメントが、第２の対応する半島状壁によって分離されており、
各第１の対応する半島状壁が、その長さの少なくとも一部において、その第１の対応する半島状壁が、その第１の対応する半島状壁によって分離されているその前記２つの長手セグメントの間にわたる、そのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の前記対応する第１のカソードチャネルの短手セグメントに近づくにつれて、幅を減少し、
各第２の対応する半島状壁が、その長さの少なくとも一部において、その対応する第２の半島状壁が、その第２の対応する半島状壁によって分離されているその前記２つの長手セグメントの間にわたる、そのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の前記対応する第２のカソードチャネルの短手セグメントに近づくにつれて、幅を減少する、
項目５に記載のＣＯｘ電解槽システム。
［項目７］
各ＣＯｘ電解セルの各対応するカソード流れ場の各対応するカソードチャネルの端部長手セグメントがそれぞれ、対応する第１の端部セグメント及び対応する第２の端部セグメントを含み、
各ＣＯｘ電解セルの各対応するカソード流れ場の前記複数の対応するカソードチャネルが横並び型で配置されており、ここで、各ＣＯｘ電解セルの各対応するカソード流れ場の隣接する対応するカソードチャネルの各ペアにおける前記対応するカソードチャネルの一方の前記対応する第１の端部セグメントは、隣接する対応するカソードチャネルのそのペアの前記対応するカソードチャネルの他方の前記対応する第２の端部セグメントに隣接している、
項目４に記載のＣＯｘ電解槽システム。
［項目８］
前記短手セグメントが弓形である、項目２から７のいずれか一項に記載のＣＯｘ電解槽システム。
［項目９］
直線配列で配置されている、各ＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の複数の対応するカソードチャネルが存在し、各対応するカソードチャネルが、そのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の一方の側及びそのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の対向する側の間にわたっている、項目１に記載のＣＯｘ電解槽システム。
［項目１０］
前記１つ又は複数のカソード流れ場の第１のカソード流れ場に複数のカソードチャネルが存在し；
前記第１のカソード流れ場における前記カソードチャネルが平行チャネルであり；
前記第１のカソード流れ場における前記カソードチャネルの第１の群の前記カソードチャネルが、前記平行チャネルを横断する第１の方向に延びる対応する入口分岐通路とそれぞれ接続している第１の端部を含み、
前記第１のカソード流れ場における前記カソードチャネルの前記第１の群の前記カソードチャネルが、前記第１の方向に延びる対応する出口分岐通路とそれぞれ接続している第２の端部を含み、
前記カソードチャネルの前記第１の群が、最も外側の２つのカソードチャネルを含み、
入口通路が、前記第１のカソード流れ場の流体入口ポートから前記入口分岐通路まで延び、前記第１の群の前記最も外側のカソードチャネルのうちの一方が前記入口分岐通路と接続する場所に近接する位置で前記入口分岐通路と接続しており、
出口通路が、前記第１のカソード流れ場の流体出口ポートから前記出口分岐通路まで延び、前記第１の群の前記最も外側のカソードチャネルのうちの他方が前記出口分岐通路と接続する場所に近接する位置で前記出口分岐通路と接続している、
項目１に記載のＣＯｘ電解槽システム。
［項目１１］
各ＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の各対応するカソードチャネルが、そのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソードＧＤＬと接触する、そのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の対応する側から、それに対して垂直な方向に一定間隔で離れている２つの対応する内部底縁部を含み、
各対応する内部底縁部が丸みを帯びている、
項目１から１０のいずれか一項に記載のＣＯｘ電解槽システム。
［項目１２］
カソード入口ポート；
カソード出口ポート；及び
１つ又は複数のＣＯｘ電解セルを備え、各ＣＯｘ電解セルは、
対応するカソード流れ場、
金属ナノ粒子触媒層を含む対応する膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）、
そのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場及びそのＣＯｘ電解セルの前記対応するＭＥＡの間に置かれている対応するカソードガス拡散層（ＧＤＬ）
を有し、ここで、
前記１つ又は複数のＣＯｘ電解セルは、電圧又は電流源と接続されて、電位又は電流を前記１つ又は複数のＣＯｘ電解セルに発生させるように構成されており、
各ＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場は、前記カソード入口ポートを介してカソード流体を受け取り、そのカソード流体の少なくとも一部を前記カソード出口ポートに導くようにそれぞれ構成されている１つ又は複数の対応するカソードチャネルを含み、
前記カソード入口ポートは、ガス状ＣＯｘを受け取るように構成されており、
各ＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の前記対応するカソードチャネルは、そのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソードＧＤＬと接触する、そのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の対応する側にあり、
各カソード流れ場は、ＣＯｘ電解槽システムの通常の運転条件下で０．００１ｐｓｉ（６．８９４Ｐａ）及び５０ｐｓｉ（３４４．７３８ｋＰａ）の間の圧力降下をその前記カソードチャネルに発生させるように構成されている、
ＣＯｘ電解槽システム。
［項目１３］
前記ＣＯｘ電解槽システムが、通常の運転条件下で、ＣＯｘ含有ガスが、活性流カソード流れ場区域１平方センチメートル当たり２標準立方センチメートル毎分（ｓｃｃｍ）（０．００３Ｐａ・ｍ３／秒）及び活性流カソード流れ場区域１平方センチメートル当たり２１ｓｃｃｍ（０．０３５Ｐａ・ｍ３／秒）の間の速度、及び５０ｐｓｉ（３４４．７３８ｋＰａ）及び４００ｐｓｉ（２７５７．９０３ｋＰａ）の間の前記カソード入口ポートにおける入口圧で各カソード流れ場に供給されるように運転されるように構成されている、項目１２に記載のＣＯｘ電解槽システム。
［項目１４］
各ＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の前記１つ又は複数の対応するカソードチャネルのそれぞれが、対応する蛇行経路をたどり、その複数の長手セグメントが、平行な経路に沿って延びており、その短手セグメントが、その隣接する長手セグメントの対向する端部の間にわたっている、項目１２に記載のＣＯｘ電解槽システム。
［項目１５］
各ＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の前記複数の対応するカソードチャネルがインターリーブ型で配置されており、ここで、各対応するカソードチャネルの各長手セグメントは、別の対応するカソードチャネルの少なくとも１つの長手セグメントに隣接している、項目１２に記載のＣＯｘ電解槽システム。
［項目１６］
各ＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の前記複数の対応するカソードチャネルが、第１の対応するカソードチャネル及び第２の対応するカソードチャネルを含み、
そのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の前記第１の対応するカソードチャネルの互いに隣接する長手セグメントが、第１の対応する半島状壁によって分離されており、
そのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の前記第２の対応するカソードチャネルの互いに隣接する長手セグメントが、第２の対応する半島状壁によって分離されており、
各第１の対応する半島状壁が、その長さの少なくとも一部において、その第１の対応する半島状壁が、その第１の対応する半島状壁によって分離されているその２つの前記長手セグメントの間にわたる、そのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の前記対応する第１のカソードチャネルの短手セグメントに近づくにつれて、幅を減少し、
各第２の対応する半島状壁が、その長さの少なくとも一部において、その対応する第２の半島状壁が、その第２の対応する半島状壁によって分離されているその２つの前記長手セグメントの間にわたる、そのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の前記対応する第２のカソードチャネルの短手セグメントに近づくにつれて、幅を減少する、
項目１５に記載のＣＯｘ電解槽システム。
［項目１７］
各ＣＯｘ電解セルの各対応するカソード流れ場の各対応するカソードチャネルの端部長手セグメントがそれぞれ、対応する第１の端部セグメント及び対応する第２の端部セグメントを含み、
各ＣＯｘ電解セルの各対応するカソード流れ場の前記複数の対応するカソードチャネルが横並び型で配置されており、ここで、各ＣＯｘ電解セルの各対応するカソード流れ場の隣接する対応するカソードチャネルの各ペアにおける前記対応するカソードチャネルの一方の前記対応する第１の端部セグメントは、隣接する対応するカソードチャネルのそのペアの前記対応するカソードチャネルの他方の前記対応する第２の端部セグメントに隣接している、
項目１５に記載のＣＯｘ電解槽システム。
［項目１８］
前記短手セグメントが弓形である、項目１４から１７のいずれか一項に記載のＣＯｘ電解槽システム。
［項目１９］
直線配列で配置されている、各ＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の複数の対応するカソードチャネルが存在し、各対応するカソードチャネルが、そのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の一方の側及びそのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の対向する側の間にわたっている、項目１２に記載のＣＯｘ電解槽システム。
［項目２０］
各ＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の各対応するカソードチャネルが、そのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソードＧＤＬと接触する、そのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の対応する側から、それに対して垂直な方向に一定間隔で離れている２つの対応する内部底縁部を含み、
各対応する内部底縁部が丸みを帯びている、
項目１２から１９のいずれか一項に記載のＣＯｘ電解槽システム。
カソード入口ポート；
カソード出口ポート；及び
１つ又は複数のＣＯｘ電解セルを備え、各ＣＯｘ電解セルは、
対応するカソード流れ場、
金属ナノ粒子触媒層を含む対応する膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）、
そのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場及びそのＣＯｘ電解セルの前記対応するＭＥＡの間に置かれている対応するカソードガス拡散層（ＧＤＬ）
を有し、ここで、
前記１つ又は複数のＣＯｘ電解セルは、電圧又は電流源と接続されて、電位又は電流を前記１つ又は複数のＣＯｘ電解セルに発生させるように構成されており、
各ＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場は、前記カソード入口ポートを介してカソード流体を受け取り、そのカソード流体の少なくとも一部を前記カソード出口ポートに導くようにそれぞれ構成されている１つ又は複数の対応するカソードチャネルを含み、
前記カソード入口ポートは、ガス状ＣＯｘを受け取るように構成されており、
各ＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の前記対応するカソードチャネルは、そのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソードＧＤＬと接触する、そのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の対応する側にあり、
各ＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の前記１つ又は複数の対応するカソードチャネルの各カソードチャネルは、３００及び６０００ｍｍの間の長さ、０．１５及び６平方ｍｍの間の断面積、及び０．５及び２ｍｍの間の幅を有する、
ＣＯｘ電解槽システム。
［項目２］
各ＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の前記１つ又は複数の対応するカソードチャネルのそれぞれが、対応する蛇行経路をたどり、その複数の長手セグメントが、平行な経路に沿って延びており、その短手セグメントが、その隣接する長手セグメントの対向する端部の間にわたっている、項目１に記載のＣＯｘ電解槽システム。
［項目３］
各ＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の前記１つ又は複数の対応するカソードチャネルの各カソードチャネルが、１５００及び６０００ｍｍの間の長さを有する、項目２に記載のＣＯｘ電解槽システム。
［項目４］
各ＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場に複数の対応するカソードチャネルが存在する、項目２又は３に記載のＣＯｘ電解槽システム。
［項目５］
各ＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の前記複数の対応するカソードチャネルがインターリーブ型で配置されており、ここで、各対応するカソードチャネルの各長手セグメントは、別の対応するカソードチャネルの少なくとも１つの長手セグメントに隣接している、項目４に記載のＣＯｘ電解槽システム。
［項目６］
各ＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の前記複数の対応するカソードチャネルが、第１の対応するカソードチャネル及び第２の対応するカソードチャネルを含み、
そのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の前記第１の対応するカソードチャネルの互いに隣接する長手セグメントが、第１の対応する半島状壁によって分離されており、
そのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の前記第２の対応するカソードチャネルの互いに隣接する長手セグメントが、第２の対応する半島状壁によって分離されており、
各第１の対応する半島状壁が、その長さの少なくとも一部において、その第１の対応する半島状壁が、その第１の対応する半島状壁によって分離されているその前記２つの長手セグメントの間にわたる、そのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の前記対応する第１のカソードチャネルの短手セグメントに近づくにつれて、幅を減少し、
各第２の対応する半島状壁が、その長さの少なくとも一部において、その対応する第２の半島状壁が、その第２の対応する半島状壁によって分離されているその前記２つの長手セグメントの間にわたる、そのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の前記対応する第２のカソードチャネルの短手セグメントに近づくにつれて、幅を減少する、
項目５に記載のＣＯｘ電解槽システム。
［項目７］
各ＣＯｘ電解セルの各対応するカソード流れ場の各対応するカソードチャネルの端部長手セグメントがそれぞれ、対応する第１の端部セグメント及び対応する第２の端部セグメントを含み、
各ＣＯｘ電解セルの各対応するカソード流れ場の前記複数の対応するカソードチャネルが横並び型で配置されており、ここで、各ＣＯｘ電解セルの各対応するカソード流れ場の隣接する対応するカソードチャネルの各ペアにおける前記対応するカソードチャネルの一方の前記対応する第１の端部セグメントは、隣接する対応するカソードチャネルのそのペアの前記対応するカソードチャネルの他方の前記対応する第２の端部セグメントに隣接している、
項目４に記載のＣＯｘ電解槽システム。
［項目８］
前記短手セグメントが弓形である、項目２から７のいずれか一項に記載のＣＯｘ電解槽システム。
［項目９］
直線配列で配置されている、各ＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の複数の対応するカソードチャネルが存在し、各対応するカソードチャネルが、そのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の一方の側及びそのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の対向する側の間にわたっている、項目１に記載のＣＯｘ電解槽システム。
［項目１０］
前記１つ又は複数のカソード流れ場の第１のカソード流れ場に複数のカソードチャネルが存在し；
前記第１のカソード流れ場における前記カソードチャネルが平行チャネルであり；
前記第１のカソード流れ場における前記カソードチャネルの第１の群の前記カソードチャネルが、前記平行チャネルを横断する第１の方向に延びる対応する入口分岐通路とそれぞれ接続している第１の端部を含み、
前記第１のカソード流れ場における前記カソードチャネルの前記第１の群の前記カソードチャネルが、前記第１の方向に延びる対応する出口分岐通路とそれぞれ接続している第２の端部を含み、
前記カソードチャネルの前記第１の群が、最も外側の２つのカソードチャネルを含み、
入口通路が、前記第１のカソード流れ場の流体入口ポートから前記入口分岐通路まで延び、前記第１の群の前記最も外側のカソードチャネルのうちの一方が前記入口分岐通路と接続する場所に近接する位置で前記入口分岐通路と接続しており、
出口通路が、前記第１のカソード流れ場の流体出口ポートから前記出口分岐通路まで延び、前記第１の群の前記最も外側のカソードチャネルのうちの他方が前記出口分岐通路と接続する場所に近接する位置で前記出口分岐通路と接続している、
項目１に記載のＣＯｘ電解槽システム。
［項目１１］
各ＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の各対応するカソードチャネルが、そのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソードＧＤＬと接触する、そのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の対応する側から、それに対して垂直な方向に一定間隔で離れている２つの対応する内部底縁部を含み、
各対応する内部底縁部が丸みを帯びている、
項目１から１０のいずれか一項に記載のＣＯｘ電解槽システム。
［項目１２］
カソード入口ポート；
カソード出口ポート；及び
１つ又は複数のＣＯｘ電解セルを備え、各ＣＯｘ電解セルは、
対応するカソード流れ場、
金属ナノ粒子触媒層を含む対応する膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）、
そのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場及びそのＣＯｘ電解セルの前記対応するＭＥＡの間に置かれている対応するカソードガス拡散層（ＧＤＬ）
を有し、ここで、
前記１つ又は複数のＣＯｘ電解セルは、電圧又は電流源と接続されて、電位又は電流を前記１つ又は複数のＣＯｘ電解セルに発生させるように構成されており、
各ＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場は、前記カソード入口ポートを介してカソード流体を受け取り、そのカソード流体の少なくとも一部を前記カソード出口ポートに導くようにそれぞれ構成されている１つ又は複数の対応するカソードチャネルを含み、
前記カソード入口ポートは、ガス状ＣＯｘを受け取るように構成されており、
各ＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の前記対応するカソードチャネルは、そのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソードＧＤＬと接触する、そのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の対応する側にあり、
各カソード流れ場は、ＣＯｘ電解槽システムの通常の運転条件下で０．００１ｐｓｉ（６．８９４Ｐａ）及び５０ｐｓｉ（３４４．７３８ｋＰａ）の間の圧力降下をその前記カソードチャネルに発生させるように構成されている、
ＣＯｘ電解槽システム。
［項目１３］
前記ＣＯｘ電解槽システムが、通常の運転条件下で、ＣＯｘ含有ガスが、活性流カソード流れ場区域１平方センチメートル当たり２標準立方センチメートル毎分（ｓｃｃｍ）（０．００３Ｐａ・ｍ３／秒）及び活性流カソード流れ場区域１平方センチメートル当たり２１ｓｃｃｍ（０．０３５Ｐａ・ｍ３／秒）の間の速度、及び５０ｐｓｉ（３４４．７３８ｋＰａ）及び４００ｐｓｉ（２７５７．９０３ｋＰａ）の間の前記カソード入口ポートにおける入口圧で各カソード流れ場に供給されるように運転されるように構成されている、項目１２に記載のＣＯｘ電解槽システム。
［項目１４］
各ＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の前記１つ又は複数の対応するカソードチャネルのそれぞれが、対応する蛇行経路をたどり、その複数の長手セグメントが、平行な経路に沿って延びており、その短手セグメントが、その隣接する長手セグメントの対向する端部の間にわたっている、項目１２に記載のＣＯｘ電解槽システム。
［項目１５］
各ＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の前記複数の対応するカソードチャネルがインターリーブ型で配置されており、ここで、各対応するカソードチャネルの各長手セグメントは、別の対応するカソードチャネルの少なくとも１つの長手セグメントに隣接している、項目１２に記載のＣＯｘ電解槽システム。
［項目１６］
各ＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の前記複数の対応するカソードチャネルが、第１の対応するカソードチャネル及び第２の対応するカソードチャネルを含み、
そのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の前記第１の対応するカソードチャネルの互いに隣接する長手セグメントが、第１の対応する半島状壁によって分離されており、
そのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の前記第２の対応するカソードチャネルの互いに隣接する長手セグメントが、第２の対応する半島状壁によって分離されており、
各第１の対応する半島状壁が、その長さの少なくとも一部において、その第１の対応する半島状壁が、その第１の対応する半島状壁によって分離されているその２つの前記長手セグメントの間にわたる、そのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の前記対応する第１のカソードチャネルの短手セグメントに近づくにつれて、幅を減少し、
各第２の対応する半島状壁が、その長さの少なくとも一部において、その対応する第２の半島状壁が、その第２の対応する半島状壁によって分離されているその２つの前記長手セグメントの間にわたる、そのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の前記対応する第２のカソードチャネルの短手セグメントに近づくにつれて、幅を減少する、
項目１５に記載のＣＯｘ電解槽システム。
［項目１７］
各ＣＯｘ電解セルの各対応するカソード流れ場の各対応するカソードチャネルの端部長手セグメントがそれぞれ、対応する第１の端部セグメント及び対応する第２の端部セグメントを含み、
各ＣＯｘ電解セルの各対応するカソード流れ場の前記複数の対応するカソードチャネルが横並び型で配置されており、ここで、各ＣＯｘ電解セルの各対応するカソード流れ場の隣接する対応するカソードチャネルの各ペアにおける前記対応するカソードチャネルの一方の前記対応する第１の端部セグメントは、隣接する対応するカソードチャネルのそのペアの前記対応するカソードチャネルの他方の前記対応する第２の端部セグメントに隣接している、
項目１５に記載のＣＯｘ電解槽システム。
［項目１８］
前記短手セグメントが弓形である、項目１４から１７のいずれか一項に記載のＣＯｘ電解槽システム。
［項目１９］
直線配列で配置されている、各ＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の複数の対応するカソードチャネルが存在し、各対応するカソードチャネルが、そのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の一方の側及びそのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の対向する側の間にわたっている、項目１２に記載のＣＯｘ電解槽システム。
［項目２０］
各ＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の各対応するカソードチャネルが、そのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソードＧＤＬと接触する、そのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の対応する側から、それに対して垂直な方向に一定間隔で離れている２つの対応する内部底縁部を含み、
各対応する内部底縁部が丸みを帯びている、
項目１２から１９のいずれか一項に記載のＣＯｘ電解槽システム。
Claims (20)
- カソード入口ポート；
カソード出口ポート；及び
１つ又は複数のＣＯｘ電解セルを備え、各ＣＯｘ電解セルは、
対応するカソード流れ場、
金属ナノ粒子触媒層を含む対応する膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）、
そのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場及びそのＣＯｘ電解セルの前記対応するＭＥＡの間に置かれている対応するカソードガス拡散層（ＧＤＬ）
を有し、ここで、
前記１つ又は複数のＣＯｘ電解セルは、電圧又は電流源と接続されて、電位又は電流を前記１つ又は複数のＣＯｘ電解セルに発生させるように構成されており、
各ＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場は、前記カソード入口ポートを介してカソード流体を受け取り、そのカソード流体の少なくとも一部を前記カソード出口ポートに導くようにそれぞれ構成されている１つ又は複数の対応するカソードチャネルを含み、
前記カソード入口ポートは、ガス状ＣＯｘを受け取るように構成されており、
各ＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の前記対応するカソードチャネルは、そのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソードＧＤＬと接触する、そのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の対応する側にあり、
各ＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の前記１つ又は複数の対応するカソードチャネルの各カソードチャネルは、３００及び６０００ｍｍの間の長さ、０．１５及び６平方ｍｍの間の断面積、及び０．５及び２ｍｍの間の幅を有する、
ＣＯｘ電解槽システム。 - 各ＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の前記１つ又は複数の対応するカソードチャネルのそれぞれが、対応する蛇行経路をたどり、その複数の長手セグメントが、平行な経路に沿って延びており、その短手セグメントが、その隣接する長手セグメントの対向する端部の間にわたっている、請求項１に記載のＣＯｘ電解槽システム。
- 各ＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の前記１つ又は複数の対応するカソードチャネルの各カソードチャネルが、１５００及び６０００ｍｍの間の長さを有する、請求項２に記載のＣＯｘ電解槽システム。
- 各ＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場に複数の対応するカソードチャネルが存在する、請求項２又は３に記載のＣＯｘ電解槽システム。
- 各ＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の前記複数の対応するカソードチャネルがインターリーブ型で配置されており、ここで、各対応するカソードチャネルの各長手セグメントは、別の対応するカソードチャネルの少なくとも１つの長手セグメントに隣接している、請求項４に記載のＣＯｘ電解槽システム。
- 各ＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の前記複数の対応するカソードチャネルが、第１の対応するカソードチャネル及び第２の対応するカソードチャネルを含み、
そのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の前記第１の対応するカソードチャネルの互いに隣接する長手セグメントが、第１の対応する半島状壁によって分離されており、
そのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の前記第２の対応するカソードチャネルの互いに隣接する長手セグメントが、第２の対応する半島状壁によって分離されており、
各第１の対応する半島状壁が、その長さの少なくとも一部において、その第１の対応する半島状壁が、その第１の対応する半島状壁によって分離されているその前記２つの長手セグメントの間にわたる、そのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の前記対応する第１のカソードチャネルの短手セグメントに近づくにつれて、幅を減少し、
各第２の対応する半島状壁が、その長さの少なくとも一部において、その対応する第２の半島状壁が、その第２の対応する半島状壁によって分離されているその前記２つの長手セグメントの間にわたる、そのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の前記対応する第２のカソードチャネルの短手セグメントに近づくにつれて、幅を減少する、
請求項５に記載のＣＯｘ電解槽システム。 - 各ＣＯｘ電解セルの各対応するカソード流れ場の各対応するカソードチャネルの端部長手セグメントがそれぞれ、対応する第１の端部セグメント及び対応する第２の端部セグメントを含み、
各ＣＯｘ電解セルの各対応するカソード流れ場の前記複数の対応するカソードチャネルが横並び型で配置されており、ここで、各ＣＯｘ電解セルの各対応するカソード流れ場の隣接する対応するカソードチャネルの各ペアにおける前記対応するカソードチャネルの一方の前記対応する第１の端部セグメントは、隣接する対応するカソードチャネルのそのペアの前記対応するカソードチャネルの他方の前記対応する第２の端部セグメントに隣接している、
請求項４に記載のＣＯｘ電解槽システム。 - 前記短手セグメントが弓形である、請求項２から７のいずれか一項に記載のＣＯｘ電解槽システム。
- 直線配列で配置されている、各ＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の複数の対応するカソードチャネルが存在し、各対応するカソードチャネルが、そのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の一方の側及びそのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の対向する側の間にわたっている、請求項１に記載のＣＯｘ電解槽システム。
- 前記１つ又は複数のカソード流れ場の第１のカソード流れ場に複数のカソードチャネルが存在し；
前記第１のカソード流れ場における前記カソードチャネルが平行チャネルであり；
前記第１のカソード流れ場における前記カソードチャネルの第１の群の前記カソードチャネルが、前記平行チャネルを横断する第１の方向に延びる対応する入口分岐通路とそれぞれ接続している第１の端部を含み、
前記第１のカソード流れ場における前記カソードチャネルの前記第１の群の前記カソードチャネルが、前記第１の方向に延びる対応する出口分岐通路とそれぞれ接続している第２の端部を含み、
前記カソードチャネルの前記第１の群が、最も外側の２つのカソードチャネルを含み、
入口通路が、前記第１のカソード流れ場の流体入口ポートから前記入口分岐通路まで延び、前記第１の群の前記最も外側のカソードチャネルのうちの一方が前記入口分岐通路と接続する場所に近接する位置で前記入口分岐通路と接続しており、
出口通路が、前記第１のカソード流れ場の流体出口ポートから前記出口分岐通路まで延び、前記第１の群の前記最も外側のカソードチャネルのうちの他方が前記出口分岐通路と接続する場所に近接する位置で前記出口分岐通路と接続している、
請求項１に記載のＣＯｘ電解槽システム。 - 各ＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の各対応するカソードチャネルが、そのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソードＧＤＬと接触する、そのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の対応する側から、それに対して垂直な方向に一定間隔で離れている２つの対応する内部底縁部を含み、
各対応する内部底縁部が丸みを帯びている、
請求項１から１０のいずれか一項に記載のＣＯｘ電解槽システム。 - カソード入口ポート；
カソード出口ポート；及び
１つ又は複数のＣＯｘ電解セルを備え、各ＣＯｘ電解セルは、
対応するカソード流れ場、
金属ナノ粒子触媒層を含む対応する膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）、
そのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場及びそのＣＯｘ電解セルの前記対応するＭＥＡの間に置かれている対応するカソードガス拡散層（ＧＤＬ）
を有し、ここで、
前記１つ又は複数のＣＯｘ電解セルは、電圧又は電流源と接続されて、電位又は電流を前記１つ又は複数のＣＯｘ電解セルに発生させるように構成されており、
各ＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場は、前記カソード入口ポートを介してカソード流体を受け取り、そのカソード流体の少なくとも一部を前記カソード出口ポートに導くようにそれぞれ構成されている１つ又は複数の対応するカソードチャネルを含み、
前記カソード入口ポートは、ガス状ＣＯｘを受け取るように構成されており、
各ＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の前記対応するカソードチャネルは、そのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソードＧＤＬと接触する、そのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の対応する側にあり、
各カソード流れ場は、ＣＯｘ電解槽システムの通常の運転条件下で０．００１ｐｓｉ（６．８９４Ｐａ）及び５０ｐｓｉ（３４４．７３８ｋＰａ）の間の圧力降下をその前記カソードチャネルに発生させるように構成されている、
ＣＯｘ電解槽システム。 - 前記ＣＯｘ電解槽システムが、通常の運転条件下で、ＣＯｘ含有ガスが、活性流カソード流れ場区域１平方センチメートル当たり２標準立方センチメートル毎分（ｓｃｃｍ）（０．００３Ｐａ・ｍ３／秒）及び活性流カソード流れ場区域１平方センチメートル当たり２１ｓｃｃｍ（０．０３５Ｐａ・ｍ３／秒）の間の速度、及び５０ｐｓｉ（３４４．７３８ｋＰａ）及び４００ｐｓｉ（２７５７．９０３ｋＰａ）の間の前記カソード入口ポートにおける入口圧で各カソード流れ場に供給されるように運転されるように構成されている、請求項１２に記載のＣＯｘ電解槽システム。
- 各ＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の前記１つ又は複数の対応するカソードチャネルのそれぞれが、対応する蛇行経路をたどり、その複数の長手セグメントが、平行な経路に沿って延びており、その短手セグメントが、その隣接する長手セグメントの対向する端部の間にわたっている、請求項１２に記載のＣＯｘ電解槽システム。
- 各ＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の前記複数の対応するカソードチャネルがインターリーブ型で配置されており、ここで、各対応するカソードチャネルの各長手セグメントは、別の対応するカソードチャネルの少なくとも１つの長手セグメントに隣接している、請求項１２に記載のＣＯｘ電解槽システム。
- 各ＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の前記複数の対応するカソードチャネルが、第１の対応するカソードチャネル及び第２の対応するカソードチャネルを含み、
そのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の前記第１の対応するカソードチャネルの互いに隣接する長手セグメントが、第１の対応する半島状壁によって分離されており、
そのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の前記第２の対応するカソードチャネルの互いに隣接する長手セグメントが、第２の対応する半島状壁によって分離されており、
各第１の対応する半島状壁が、その長さの少なくとも一部において、その第１の対応する半島状壁が、その第１の対応する半島状壁によって分離されているその２つの前記長手セグメントの間にわたる、そのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の前記対応する第１のカソードチャネルの短手セグメントに近づくにつれて、幅を減少し、
各第２の対応する半島状壁が、その長さの少なくとも一部において、その対応する第２の半島状壁が、その第２の対応する半島状壁によって分離されているその２つの前記長手セグメントの間にわたる、そのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の前記対応する第２のカソードチャネルの短手セグメントに近づくにつれて、幅を減少する、
請求項１５に記載のＣＯｘ電解槽システム。 - 各ＣＯｘ電解セルの各対応するカソード流れ場の各対応するカソードチャネルの端部長手セグメントがそれぞれ、対応する第１の端部セグメント及び対応する第２の端部セグメントを含み、
各ＣＯｘ電解セルの各対応するカソード流れ場の前記複数の対応するカソードチャネルが横並び型で配置されており、ここで、各ＣＯｘ電解セルの各対応するカソード流れ場の隣接する対応するカソードチャネルの各ペアにおける前記対応するカソードチャネルの一方の前記対応する第１の端部セグメントは、隣接する対応するカソードチャネルのそのペアの前記対応するカソードチャネルの他方の前記対応する第２の端部セグメントに隣接している、
請求項１５に記載のＣＯｘ電解槽システム。 - 前記短手セグメントが弓形である、請求項１４から１７のいずれか一項に記載のＣＯｘ電解槽システム。
- 直線配列で配置されている、各ＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の複数の対応するカソードチャネルが存在し、各対応するカソードチャネルが、そのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の一方の側及びそのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の対向する側の間にわたっている、請求項１２に記載のＣＯｘ電解槽システム。
- 各ＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の各対応するカソードチャネルが、そのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソードＧＤＬと接触する、そのＣＯｘ電解セルの前記対応するカソード流れ場の対応する側から、それに対して垂直な方向に一定間隔で離れている２つの対応する内部底縁部を含み、
各対応する内部底縁部が丸みを帯びている、
請求項１２から１９のいずれか一項に記載のＣＯｘ電解槽システム。
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