JP2955675B2 - 固体高分子電解質膜を用いる水電解槽 - Google Patents

固体高分子電解質膜を用いる水電解槽

Info

Publication number
JP2955675B2
JP2955675B2 JP10057658A JP5765898A JP2955675B2 JP 2955675 B2 JP2955675 B2 JP 2955675B2 JP 10057658 A JP10057658 A JP 10057658A JP 5765898 A JP5765898 A JP 5765898A JP 2955675 B2 JP2955675 B2 JP 2955675B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
polymer electrolyte
electrolyte membrane
solid polymer
cathode
anode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP10057658A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH11256380A (ja
Inventor
雅芳 近藤
近 稲住
浩志 梶山
啓介 小黒
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Zosen Corp
JFE Engineering Corp
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
Hitachi Zosen Corp
Nippon Kokan Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Agency of Industrial Science and Technology, Hitachi Zosen Corp, Nippon Kokan Ltd filed Critical Agency of Industrial Science and Technology
Priority to JP10057658A priority Critical patent/JP2955675B2/ja
Publication of JPH11256380A publication Critical patent/JPH11256380A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP2955675B2 publication Critical patent/JP2955675B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高分子電解質膜を
用いる水素および酸素製造のための水電解槽に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】従来、高分子電解質膜を用いて水電解に
よって水素および酸素を製造する場合のフィルタープレ
ス式水電解槽としては、特開平７−２５２６８２に開示
されたものが知られている。この水電解槽は、図２およ
び図３に示すように、両端に配された陽極主電極(1) お
よび陰極主電極(2) と、これら主電極(1) (2) の間に直
列に配された複数の単位セルと、これらを一体化する各
４本の締め付けボルトおよびナットとから主として構成
され、１つのセルは、複極板(9) の陽極側と、金属メッ
シュからなる陽極給電体(7) と、固体高分子電解質膜か
らなる電極接合体膜(3) と、多孔質カーボンからなる陰
極給電体(8) と、隣の複極板(9) の陰極側からなり、電
極接合体膜(3) は、イオン交換膜(4) とその両面に設け
られた触媒電極層(5) (6) とからなる。単位セルの個数
は、商業規模の電解槽では、８０から６００である。同
図において、(21)はフランジ、(22)はノズルプレート、
(23)は絶縁パッキン、(24)はＯリングガスケット、(25)
は多孔質スペーサー、(26)はシールガスケットをそれぞ
れ示す。
【０００３】上記構成の水電解槽によると、先ず電解槽
下部の給水ヘッダー(10)から供給された水は、多孔質の
陽極給電体(7) を通って、電極接合体膜(3) の陽極側触
媒電極層(5) に達する。ここで付加された電力により水
の電気分解反応が起こり、酸素が発生する。発生した酸
素は陽極給電体(7) を通り、複極板(9) の陽極側に設け
られた垂直流路内を未反応の水とともに上昇し、複極板
(9) の酸素ヘッダー(11)の外周に設けられた多孔質スペ
ーサー(25)を通って酸素ヘッダー(11)に排出される。一
方、電極接合体膜(3) の陰極側触媒電極層(6) 表面で発
生した水素とイオン交換膜(4) を透過した水は、多孔質
の陰極給電体(8) を通り、複極板(9) の陰極側に設けら
れた垂直流路内を上昇し、複極板(9) の水素ヘッダー(1
2)の外周に設けられた多孔質スペーサー(25)を通って水
素ヘッダー(12)に排出される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の電解槽で
は、多孔質カーボンからなる陰極給電体が、薄いと電解
槽の締付け時に破壊しやすく、厚いと電気抵抗が増大す
るという問題があった。また、陽極給電体の金属メッシ
ュのエッジによって電極接合体膜が損傷するという問題
もあった。また、陽極給電体から電極接合体膜への供給
電流がまだらになり、電流密度分布が不均一になるとい
う問題もあった。
【０００５】本発明は、上記のような問題点を解決すべ
く工夫されたもので、給電体の強度の確保と電極接合体
膜の損傷の防止を両立させるとともに、電気抵抗が小さ
く、したがって、電解特性に優れた電解槽を提供するこ
とをその目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】第１の発明による水電解
槽は、両端に配された陽極主電極(1) および陰極主電極
(2) と、これら主電極(1) (2) の間に直列に配された複
数の単位セルと、これらを一体化する締め付け具とを具
備し、１つのセルは、複極板(9) の陽極側と、陽極給電
体(7) と、固体高分子電解質膜からなる電極接合体膜
(3) と、多孔質カーボン層からなる陰極給電体(8) と、
隣の複極板(9) の陰極側からなる、固体高分子電解質膜
を用いる水電解槽において、陰極給電体(8) の複極板
(9) に接する面にカーボン層補強用金属メッシュ層(34)
が設けられていることを特徴とするものである。
【０００７】金属メッシュ層(34)は、チタン製またはス
テンレス製のものが好ましく、チタン製のものがより好
ましい。
【０００８】第２の発明による水電解槽は、両端に配さ
れた陽極主電極(1) および陰極主電極(2) と、これら主
電極(1) (2) の間に直列に配された複数の単位セルと、
これらを一体化する締め付け具とを具備し、１つのセル
は、複極板(9) の陽極側と、チタン製メッシュ層(36)か
らなる陽極給電体(7) と、固体高分子電解質膜からなる
電極接合体膜(3) と、陰極給電体(8) と、隣の複極板
(9) の陰極側からなる、固体高分子電解質膜を用いる水
電解槽において、陽極給電体(7) の電極接合体膜(3) に
接する面にチタン繊維焼結体層(35)が設けられているこ
とを特徴とするものである。
【０００９】第１の発明において、金属メッシュ層(34)
に貴金属メッキが施されていることが好ましく、また、
第２の発明において、メッシュ層(36)とチタン繊維焼結
体層(35)の複合体に貴金属メッキが施されていることが
好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。
【００１１】第１の発明の固体高分子電解質膜を用いる
水電解槽は、図２および図３に示した従来のものと陰極
給電体(8) の構成のみが異なっている。すなわち、この
陰極給電体(8) は、図１に示すように、電気抵抗が小さ
くかつ電極接合体膜(3) の陰極側触媒電極層(6) に接す
る薄い多孔質カーボン層(33)と、複極板(9) の陽極側に
接するカーボン層補強用チタン製メッシュ層(34)とより
なるものである。メッシュ層(34)には、白金メッキ層(3
4a) が施されている。
【００１２】上記構成によると、陰極給電体(8) の電極
接合体膜(3) に接する面に多孔質カーボン層(33)が配置
されているので、電極接合体膜(3) の損傷が防止され、
多孔質カーボン層(33)に補強用金属メッシュ層(34)が重
ね合わせられているので、陰極給電体(8) の強度が確保
される。また、メッシュ層(34)に白金メッキが施されて
いるので、陰極給電体(8) の水素脆化が防止される。上
記の陰極給電体(8) を備えた構成で電極サイズ２５０cm
2 のセルを２０層積層した電解槽を運転したところ、多
孔質カーボンだけからなる陰極給電体を備えた電解槽に
比べ、電解槽の電気抵抗が小さくなり、初期特性も従来
より向上し、特性劣化はほとんどなかった。
【００１３】第２の発明の固体高分子電解質膜を用いる
水電解槽は、図２および図３に示した従来のものと陽極
給電体(7) の構成のみが異なっている。すなわち、この
陽極給電体(7) は、図１に示すように、電極接合体膜
(3) の陽極側触媒電極層(5) に接するチタン繊維焼結体
層(35)と複極板(9) の陽極側に接するチタン製メッシュ
層(36)とを拡散接合させたものである。チタン繊維焼結
体層(35)およびチタン製メッシュ層(36)の複合体には、
白金メッキ層(36a) が設けられている。
【００１４】上記構成によると、陽極給電体(7) はチタ
ン製であるからその強度が確保されるとともに、電極接
合体膜(3) に接する面にはチタン繊維焼結体層(35)が配
置されているので、電極接合体膜(3) の損傷が防止され
る。また、チタン繊維焼結体層(35)とメッシュ層(36)の
複合体に白金メッキ層(36a) が設けられているので、陽
極給電体(7) の表面に酸化チタン被膜が形成されること
が防止されている。上記の陽極給電体(7) を備えた構成
で電極サイズ２５０cm2 のセルを２０層積層した電解槽
を運転したところ、金属メッシュだけからなる陽極給電
体を備えた電解槽に比べて電解槽の電気抵抗が小さくな
り、初期特性も従来より向上し、特性劣化はほとんどな
かった。
【００１５】
【発明の効果】第１の発明の水電解槽によると、陰極給
電体の電極接合体膜に接する面に多孔質カーボン層が配
置されているので、電極接合体膜の損傷が防止され、多
孔質カーボン層に補強用金属メッシュ層が重ね合わせら
れているので、陰極給電体の強度が確保されるととも
に、電気抵抗の小さい多孔質カーボン層と金属メッシュ
層との組み合わせにより、電気抵抗が小さくなり、した
がって、電解特性に優れた水電解槽が得られる。
【００１６】第２の発明の水電解槽によると、陽極給電
体の電極接合体膜に接する面にチタン繊維焼結体層が配
置されているので、電極接合体膜の損傷が防止され、チ
タン繊維焼結体層とチタン製メッシュ層との組み合わせ
により、陽極給電体の強度が確保されるとともに、電気
抵抗が小さくなり、したがって、電解特性に優れた水電
解槽が得られる。
【００１７】金属メッシュ層に貴金属メッキが施されて
いるものおよびメッシュ層とチタン繊維焼結体層の複合
体に貴金属メッキが施されているものでは、接触抵抗が
小さくなるので、さらに電気抵抗が減少する。また、チ
タン製メッシュ層に貴金属メッキを施すことにより、水
素脆化が防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のフィルタープレス式水電解槽を示す模
式断面図である。
【図２】従来のフィルタープレス式水電解槽を示す模式
断面図である。
【図３】従来のフィルタープレス式水電解槽の分解状態
を示す分解斜視図である。
【符号の説明】
１：陽極主電極 ２：陰極主電極 ３：電極接合体膜 ４：イオン交換膜 ５：陽極側触媒電極層 ６：陰極側触媒電極層 ７：陽極給電体 ８：陰極給電体 ９：複極板 ３３：多孔質カーボン層 ３４：補強用金属メッシュ層 ３５：チタン繊維焼結体層 ３６：チタン製メッシュ層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (74)上記１名の指定代理人 工業技術院大阪工業技術研 究所長 （外５名） (72)発明者 近藤 雅芳 東京都港区西新橋２丁目８番11号 第７ 東洋海事ビル 財団法人地球環境産業技 術研究機構 ＣＯ２ 固定化等プロジェ クト室内 (72)発明者 稲住 近 東京都港区西新橋２丁目８番11号 第７ 東洋海事ビル 財団法人地球環境産業技 術研究機構 ＣＯ２ 固定化等プロジェ クト室内 (72)発明者 梶山 浩志 東京都港区西新橋２丁目８番11号 第７ 東洋海事ビル 財団法人地球環境産業技 術研究機構 ＣＯ２ 固定化等プロジェ クト室内 (72)発明者 小黒 啓介 大阪府池田市緑丘１丁目８番31号 工業 技術院大阪工業技術研究所内 審査官 廣野 知子 (56)参考文献 特開 平７−252682（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C25B 9/00 C25B 9/04

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 両端に配された陽極主電極(1) および陰
    極主電極(2) と、これら主電極(1) (2) の間に直列に配
    された複数の単位セルと、これらを一体化する締め付け
    具とを具備し、１つのセルは、複極板(9) の陽極側と、
    陽極給電体(7) と、固体高分子電解質膜からなる電極接
    合体膜(3) と、多孔質カーボン層からなる陰極給電体
    (8) と、隣の複極板(9) の陰極側からなる、固体高分子
    電解質膜を用いる水電解槽において、陰極給電体(8) の
    複極板(9) に接する面にカーボン層補強用金属メッシュ
    層(34)が設けられていることを特徴とする、固体高分子
    電解質膜を用いる水電解槽。
  2. 【請求項２】 金属メッシュ層(34)がチタン製のもので
    ある請求項１記載の固体高分子電解質膜を用いる水電解
    槽。
  3. 【請求項３】 両端に配された陽極主電極(1) および陰
    極主電極(2) と、これら主電極(1) (2) の間に直列に配
    された複数の単位セルと、これらを一体化する締め付け
    具とを具備し、１つのセルは、複極板(9) の陽極側と、
    チタン製メッシュ層(36)からなる陽極給電体(7) と、固
    体高分子電解質膜からなる電極接合体膜(3) と、陰極給
    電体(8) と、隣の複極板(9) の陰極側からなる、固体高
    分子電解質膜を用いる水電解槽において、陽極給電体
    (7) の電極接合体膜(3) に接する面にチタン繊維焼結体
    層(35)が設けられていることを特徴とする、固体高分子
    電解質膜を用いる水電解槽。
  4. 【請求項４】 金属メッシュ層(34)に貴金属メッキが施
    されていることを特徴とする、請求項１または２記載の
    固体高分子電解質膜を用いる水電解槽。
  5. 【請求項５】 メッシュ層(36)とチタン繊維焼結体層(3
    5)の複合体に貴金属メッキが施されていることを特徴と
    する、請求項３記載の固体高分子電解質膜を用いる水電
    解槽。
JP10057658A 1998-03-10 1998-03-10 固体高分子電解質膜を用いる水電解槽 Expired - Fee Related JP2955675B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10057658A JP2955675B2 (ja) 1998-03-10 1998-03-10 固体高分子電解質膜を用いる水電解槽

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10057658A JP2955675B2 (ja) 1998-03-10 1998-03-10 固体高分子電解質膜を用いる水電解槽

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH11256380A JPH11256380A (ja) 1999-09-21
JP2955675B2 true JP2955675B2 (ja) 1999-10-04

Family

ID=13062006

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP10057658A Expired - Fee Related JP2955675B2 (ja) 1998-03-10 1998-03-10 固体高分子電解質膜を用いる水電解槽

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2955675B2 (ja)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013207075A1 (de) * 2013-04-19 2014-10-23 Robert Bosch Gmbh Bipolarplattenkonzept mit integrierten Stromverteilern für Elektrolyseure
JP6289940B2 (ja) * 2014-03-04 2018-03-07 東芝ライフスタイル株式会社 減酸素装置及び冷蔵庫
WO2021033366A1 (ja) * 2019-08-21 2021-02-25 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 圧縮装置
CA3235481A1 (en) 2021-10-20 2023-04-27 Toray Industries, Inc. Membrane electrode assembly and water electrolyzer
JP2022023997A (ja) * 2021-11-05 2022-02-08 東京瓦斯株式会社 電気化学デバイス

Also Published As

Publication number Publication date
JPH11256380A (ja) 1999-09-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6838205B2 (en) Bifunctional catalytic electrode
US6972162B2 (en) Solid polymer electrolyte fuel cell unit
US20050123816A1 (en) Cell unit of solid polymeric electrolyte type fuel cell
JPH11162478A (ja) 燃料電池用セパレータ
JP2893238B2 (ja) 高分子電解質膜を用いる水電解槽
US20080199774A1 (en) Membrane electrode assembly with electrode support
CN117858979A (zh) 用于聚合物电解质膜电解的电解电池以及涂覆部
JP3072333B2 (ja) 固体高分子電解質膜を用いる水電解槽
JP2955675B2 (ja) 固体高分子電解質膜を用いる水電解槽
US4749452A (en) Multi-layer electrode membrane-assembly and electrolysis process using same
JP3122734B2 (ja) 固体高分子電解質膜を用いる水の電気分解槽
US7691242B2 (en) Electrochemical half-cell
JPH0631457B2 (ja) 電極−膜集成体用の多層構造体及びそれを使用する電解法
EP1724861A1 (en) Novel materials for alkaline electrolysers and alkaline fuel cells
CN103184467A (zh) 质子交换膜氧气电化学提纯装置
WO2006039464A1 (en) Gas barrier for electrochemical cells
JP2961228B2 (ja) 固体高分子電解質膜を用いる水電解槽
JP2972925B2 (ja) 固体高分子電解質膜を用いる水電解槽
CA2333413A1 (en) Filter press electrolyzer
JP3360100B2 (ja) フィルタプレス型配列電解槽
JP2636670B2 (ja) 水電解槽
JPH0633284A (ja) 水電解セル
JP3122736B2 (ja) 水電解槽用複極板およびその製造方法
RU2392698C1 (ru) Способ изготовления мембранно-электродного блока с бифункциональными электрокаталитическими слоями
JP3062540B2 (ja) 水電解槽用複極板及びそれを用いたセル

Legal Events

Date Code Title Description
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 19990525

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313532

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20070723

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080723

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090723

Year of fee payment: 10

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090723

Year of fee payment: 10

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100723

Year of fee payment: 11

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110723

Year of fee payment: 12

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120723

Year of fee payment: 13

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120723

Year of fee payment: 13

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120723

Year of fee payment: 13

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130723

Year of fee payment: 14

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees