JP6216967B2 - 電極、および、ガス生成装置 - Google Patents

Description

本発明は、光触媒を用いて水から水素ガスと酸素ガスとの少なくとも一方を生成するガス生成装置に関するものである。

光触媒（例えば、酸化チタン（ＴｉＯ_２）や酸化タングステン（ＷＯ_３）等の酸化物半導体）を用いて、水から水素ガスと酸素ガスとを生成する技術が知られている。例えば、光触媒層を有する電極と、Ｐｔ金属板からなる電極と、を備える水素生成装置が提案されている。光触媒層を有する電極で、酸素ガスが生成される。Ｐｔ金属板からなる電極で、水素ガスが生成される。

特開２００３−２３８１０４号公報

通常は、電解液と電極との接触面積が小さい場合よりも大きい場合の方が、水素ガス生成の反応は促進される。接触面積を大きくするためには、メッシュ状の部分や凹凸形状の部分等の表面積が拡張された部分を備える電極を採用することができる。ところで、表面積が拡張された部分では、電極の表面が平らではないので、生成された水素ガスの気泡が、電極と複数の位置で接触する場合がある。そのような気泡は、電極から離れずに電極の表面上に残る場合があった。気泡が電極の表面上に残ると、電解液と電極との接触面積が小さくなるので、水素ガス生成の反応が抑制される場合があった。

本発明の主な利点は、生成された水素ガスの気泡が電極の表面上の残ることを抑制することである。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様または適用例として実現することが可能である。
［態様］
水を含む電解液から光触媒を用いて水素ガスと酸素ガスとを生成するガス生成装置用の、電解液から水素ガスを生成する電極であって、
表面を有する基部と、
前記基部の前記表面から突出する複数の突出部であって、前記基部の前記表面上の互いに離れた位置に配置され、前記突出部の外径が１００マイクロメートル以上、かつ、５ミリメートル以下の範囲内であり、２つの突出部の間の最短距離が１００マイクロメートル以上、かつ、５ミリメートル以下の範囲内であるように構成された前記複数の突出部と、
を含み、
前記突出部の表面の材料は、前記基部の前記表面の材料よりも水素過電圧が低い材料を含む、
電極。

［適用例１］
水を含む電解液から光触媒を用いて水素ガスと酸素ガスとを生成するガス生成装置用の、電解液から水素ガスを生成する電極であって、
表面を有する基部と、
前記基部の前記表面から突出する突出部であって、前記基部の前記表面上の互いに離れた位置に配置された複数の前記突出部と、
を含み、
前記突出部の表面の材料は、前記基部の前記表面の材料よりも水素過電圧が低い材料を含む、
電極。

この構成によれば、基部の表面での水素ガスの生成よりも、突出部の表面での水素ガスの生成が促進される。通常は、凹んだ電極で水素ガスが生成される場合と比べて、突出する電極で水素ガスが生成される場合には、水素ガスの気泡が電極から離れやすい。従って、生成された水素ガスの気泡が電極の表面上の残ることを抑制できる。

［適用例２］
適用例１に記載の電極であって、
前記基部の前記表面の材料は、鉄と、銅と、炭素と、亜鉛と、水銀と、鉛とのうちから選択された材料を含み、
前記突出部の前記表面の材料は、白金と、鉄と、銅と、炭素と、亜鉛と、水銀とのうちから選択される材料であって、前記基部の前記表面の前記材料よりも水素過電圧が低い材料を、含む、
電極。

この構成によれば、適切に、基部での水素ガスの生成よりも、突出部での水素ガスの生成を、促進できる。

［適用例３］
水を含む電解液から光触媒を用いて水素ガスと酸素ガスとを生成するガス生成装置であって、
適用例１または２に記載の電極である第１電極と、
前記第１電極を収容する第１室と、
前記電解液から酸素ガスを生成する光触媒を含む第２電極と、
前記第２電極を収容する第２室と、
を備える、ガス生成装置。

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、ガス生成装置用の電極、その電極を備えるガス生成装置、そのガス生成装置と燃料電池とを備える発電システム、等の態様で実現することができる。

本発明の一実施例としてのガス生成システムの概略図である。 ガス生成装置８００の構成を示す断面図である。 ガス生成装置８００の分解断面図である。 ガス生成装置８００の分解斜視図である。 第１電極３１０の概略図である。 突出部３１２を形成する手順の例を示す概略図である。 参考例における水素ガスの気泡の挙動を示す概略図である。 実施例における水素ガスの気泡の挙動を示す概略図である。 突出部の別の実施例を示す概略図である。 突出部の別の実施例を示す概略図である。

Ａ．第１実施例：
Ａ１．ガス生成装置の概要：
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づき説明する。図１は、本発明の一実施例としてのガス生成システムの概略図である。ガス生成システム９００は、水の電気分解によって水素ガスと酸素ガスとを生成する。ガス生成システム９００は、ガス生成装置８００と、直流電源４００と、電解液供給装置５００と、を備えている。

ガス生成装置８００は、水素ガスが生成される第１室２１０を形成する部材（詳細は後述）と、第１室２１０に収容される第１電極３１０と、酸素ガスが生成される第２室２２０を形成する部材（詳細は後述）と、第２室２２０に収容される第２電極３２０と、第１室２１０と第２室２２０との間を仕切る分離膜３３０と、を備えている。

直流電源４００は、２つの電極３１０、３２０の間にバイアス電圧を印加する。第１電極３１０には、直流電源４００の負極が接続され、第２電極３２０には、直流電源４００の正極が接続されている。

電解液供給装置５００は、２つの室２１０、２２０に、水を含む電解液を供給する。電解液供給装置５００は、第１供給路５１０を介して第１室２１０に接続され、第２供給路５２０を介して第２室２２０に接続されている。水を含む電解液としては、プロトン（Ｈ^＋。水素イオンとも呼ばれる）の伝導を許容するＮａ_２ＳＯ_４の水溶液が用いられる。ただし、電解液としては、プロトン（Ｈ^＋）の伝導を許容する他の電解液（例えば、ＮａＨＣＯ_３の水溶液）を採用してもよい。

２つの室２１０、２２０の間を仕切る分離膜３３０は、ガスの通過を制限する膜であり、第１電極３１０によって生成された水素ガスが第２室２２０に移動することと、第２電極３２０によって生成された酸素ガスが第１室２１０に移動することを、制限している。これにより、生成された水素ガスと酸素ガスとが分離され、それらのガスの混合が抑制される。また、分離膜３３０は、プロトン（Ｈ^＋）の伝導性を有している。本実施例では、このような分離膜３３０として、スルホン酸基を含むフッ素系樹脂（例えば、ナフィオン（デュポン社の商標））の膜が用いられている。このようなフッ素系樹脂の膜は、電解質膜とも呼ばれる。

第１電極３１０は、導電性材料（詳細は後述）を用いて構成されている。第２電極３２０は、光を用いて水の電気分解を促進する光触媒としての酸化タングステン（ＷＯ_３）を含む導電性材料を用いて構成されている。第２電極３２０に太陽光等の光が照射されると、光触媒の作用により、水（Ｈ_２Ｏ）から、酸素ガス（Ｏ_２）と、プロトン（Ｈ^＋）とが生成され、そして、電子（ｅ⁻）が、第２電極３２０に生じる。

酸素ガスは、第２室２２０に接続された第２ガス流路４２０を通じて、第２室２２０の外に排出される。排出された酸素ガスは、図示しない酸素タンクに貯留される。ただし、酸素ガスを、貯留せずに、所定の空間（例えば、大気中）に解放してもよい。第２電極３２０に生じた電子（ｅ⁻）は、直流電源４００に移動し、直流電源４００から第１電極３１０へ電子（ｅ⁻）が供給される。プロトン（Ｈ^＋）は、分離膜３３０を通り抜けて、第１室２１０に移動する。

第１室２１０に移動したプロトン（Ｈ^＋）は、第１電極３１０で電子（ｅ⁻）と結合して、水素ガス（Ｈ_２）を生成する。生成された水素ガス（Ｈ_２）は、第１室２１０に接続された第１ガス流路４１０を通じて、第１室２１０の外に排出される。排出された水素ガス（Ｈ_２）は、例えば、図示しない水素タンクに貯留される。また、水素ガスが、図示しない燃料電池に供給されてもよい。

Ａ２．ガス生成装置の詳細：
図２は、ガス生成装置８００の構成を示す断面図であり、図３はガス生成装置８００の分解断面図であり、図４は、ガス生成装置８００の分解斜視図である。図中には、互いに直交する３つの方向Ｄｘ、Ｄｙ、Ｄｚが示されている。図２と図３とは、第２方向Ｄｙと直交する断面図であり、図４（Ａ）に示すＡ−Ａ断面である。図４（Ａ）と図４（Ｂ）との間では、観察する方向が互いに逆方向である。以下、第１方向Ｄｘを「＋Ｄｘ方向」とも呼び、第１方向Ｄｘの反対方向を「−Ｄｘ方向」とも呼ぶ。また、＋Ｄｘ方向側を、単に「＋Ｄｘ側」とも呼び、−Ｄｘ方向側を、単に「−Ｄｘ側」とも呼ぶ。「＋Ｄｙ方向」と「−Ｄｙ方向」と「＋Ｄｙ側」と「−Ｄｙ側」と「＋Ｄｚ方向」と「−Ｄｚ方向」と「＋Ｄｚ側」と「−Ｄｚ側」とについても、同様である。なお、本実施例では、第２方向Ｄｙが鉛直上方向を向くように、ガス生成装置８００の向きが設定される。

Ａ２−１．第１室：
図２に示すように、第１室２１０は、容器１１０と分離膜３３０とによって形成される空間である。以下、容器１１０を、「第１室形成部１１０」とも呼ぶ。容器１１０は、−Ｄｚ方向を向いた開口１１１と、開口１１１に連通する凹部である収容室１１２と、を有する有底の容器である。

図２、図３に示すように、容器１１０は、収容室１１２の＋Ｄｘ側に形成されて＋Ｄｘ方向に沿って延びる貫通孔１１３を有している。貫通孔１１３は、収容室１１２と容器１１０の外部とを連通する。以下、貫通孔１１３が収容室１１２から外部に向かって延びる方向（ここでは、第１方向Ｄｘ）を、「挿入方向Ｄｘ」とも呼ぶ。なお、容器１１０は、絶縁性材料（例えば、樹脂）を用いて単一の部材として形成されている。

図３、図４（Ｂ）に示すように、第１電極３１０は、板状の部分３１１（「基部３１１」と呼ぶ）と、基部３１１の両面（＋Ｄｚ側の第１面ｓ１と−Ｄｚ側の第２面ｓ２）に固定された複数の突出部３１２と、基部３１１の＋Ｄｘ側の端部に固定されたバスバー３１３と、バスバー３１３に固定されて＋Ｄｘ方向に向かって突出する端子３１４と、含んでいる。図４（Ｂ）に示すように、基部３１１は、第１方向Ｄｘと平行なライン状の端と、第２方向Ｄｙと平行なライン状の端と、を有する略矩形状のプレートであり、第３方向Ｄｚと直交するように配置されている。バスバー３１３と端子３１４とは、例えば、ステンレス鋼で形成されている。基部３１１は、例えば、炭素で形成され、突出部３１２は、例えば、白金で形成されている。水素ガスの生成は、基部３１１と突出部３１２との両方が電解液中に沈んだ状態で、すなわち、基部３１１と突出部３１２との両方が電解液と接触した状態で、進行する。第１電極３１０の詳細については、後述する。

図２に示すように、第１電極３１０の端子３１４は、収容室１１２内（すなわち、容器１１０内）から、容器１１０の貫通孔１１３に挿入されている。端子３１４と貫通孔１１３との間は、Ｏリング３１５によって、シールされている。Ｏリング３１５は、弾性材料（例えば、ゴム）を用いて形成されている。貫通孔１１３は、端子３１４が貫通孔１１３に挿入されることによって、第１電極３１０を支持している。

図４（Ｂ）に示すように、容器１１０の−Ｄｚ側の端面には、開口１１１を囲むループ状の溝１１８が形成されている。この溝１１８には、第１シール部材３９１が嵌め込まれる（図２）。第１シール部材３９１の−Ｄｚ側（すなわち、容器１１０の−Ｄｚ側）には、分離膜３３０が配置されている。分離膜３３０は、容器１１０の開口１１１を塞いでいる。分離膜３３０と容器１１０との間は、第１シール部材３９１によってシールされている。第１シール部材３９１は、弾性材料（例えば、ゴム）を用いて形成されている。

Ａ２−２．第２室：
図２に示すように、第２室２２０は、第２室形成部１４０と分離膜３３０とガラス板３２４とによって形成される空間である。第２室形成部１４０は、第１壁部材１２０と、第１壁部材１２０の−Ｄｚ側に配置される第２壁部材１３０と、を含んでいる。

図４に示すように、第１壁部材１２０は、第３方向Ｄｚに沿って延びる貫通孔１２２を有するループ状の部材である。図３、図４（Ｂ）に示す様に、第１壁部材１２０は、貫通孔１２２の大きさが互いに異なる第１部分１２０ａ（＋Ｄｚ側の部分）と第２部分１２０ｂ（−Ｄｚ側の部分）との２つの部分に区分される。第２部分１２０ｂによって形成される貫通孔１２２は、第１部分１２０ａによって形成される貫通孔１２２よりも、大きい。なお、第１壁部材１２０は、絶縁性材料（例えば、樹脂）を用いて形成されている。

図４に示すように、第２壁部材１３０は、第３方向Ｄｚに沿って延びる貫通孔１３２を有するループ状の部材である。図３、図４（Ｂ）に示すように、第３方向Ｄｚを向いて観察した場合、貫通孔１３２の形状は、略矩形状である。なお、第２壁部材１３０は、絶縁性材料（例えば、樹脂）を用いて形成されている。

図３、図４（Ａ）に示すように、第２電極３２０は、ガラス板３２４と、ガラス板３２４の＋Ｄｚ側の面上の全体に形成された透明導電層３２３と、透明導電層３２３の＋Ｄｚ側の面上の縁よりも内側の部分に形成された光触媒層３２２と、透明導電層３２３の＋Ｄｚ側の面上の縁部分と全周に亘って接触する金具３２５と、を含んでいる。金具３２５は、光触媒層３２２を覆わないように、ループ状に形成されている。図２に示すように、第２電極３２０は、第１壁部材１２０の第２部分１２０ｂに嵌め込まれ、第１壁部材１２０の第１部分１２０ａと第２壁部材１３０とによって挟まれる。第２壁部材１３０の貫通孔１３２は、ガラス板３２４によって閉じられる。第１壁部材１２０の貫通孔１２２のガラス板３２４よりも＋Ｄｚ側の空間が、第２室２２０に対応する。

図３、図４に示すように、金具３２５の内周側には、ループ状の第３シール部材３９３が配置されている。第３シール部材３９３は、透明導電層３２３と第１壁部材１２０（より具体的には、第１部分１２０ａ）との間に挟まれて、第２電極３２０と第１壁部材１２０との間を、貫通孔１２２の全周に亘って、シールする。第３シール部材３９３は、弾性材料（例えば、ゴム）を用いて形成されている。

光触媒層３２２は、酸化タングステン（ＷＯ_３）を膜状に形成したものである。透明導電層３２３は、導電性材料の例としてのＦＴＯ（フッ素ドープ酸化スズ）を膜状に形成したものであり、光触媒層３２２によって用いられる光を透過可能である。ガラス板３２４も、光触媒層３２２によって用いられる光を透過可能である。図２に示すように、光（例えば、太陽光）は、第２壁部材１３０の貫通孔１３２から入射し、ガラス板３２４と透明導電層３２３を透過して、光触媒層３２２に至る。光を受けた光触媒層３２２は、水の電気分解を促進する。また、光触媒層３２２では、電子（ｅ⁻）が生じる。生じた電子（ｅ⁻）は、透明導電層３２３を介して、金具３２５に集められる。

金具３２５は、導電性材料（例えば、ステンレス鋼）を用いて形成されている。金具３２５は、透明導電層３２３の縁部分と全周に亘って接触しているので、透明導電層３２３から電子（ｅ⁻）を効率よく集めることができる。また、金具３２５は、金具３２５と透明導電層３２３との間の接触抵抗を低減させるために、弾性を有するように構成されている。本実施例では、金具３２５は、導電性材料の網を折り畳むことによって、形成されている。金具３２５の第３方向Ｄｚの厚さは、第３シール部材３９３のつぶし率を考慮して、透明導電層３２３との十分な接触面積を実現できるように、設定されている。金具３２５には、図示しない端子がガス生成装置８００の外部から接続される。図４（Ｂ）に示すように、第１壁部材１２０の第２部分１２０ｂの＋Ｄｘ側には、図示しない端子を挿入するための切欠１２４が形成されている。

図４（Ａ）に示すように、第１壁部材１２０の＋Ｄｚ側の端面には、貫通孔１２２を囲むループ状の溝１２８が形成されている。この溝１２８には、第２シール部材３９２が嵌め込まれる（図２）。第２シール部材３９２の＋Ｄｚ側（すなわち、第１壁部材１２０の＋Ｄｚ側）には、分離膜３３０が配置されている。分離膜３３０は、第１壁部材１２０の貫通孔１２２を塞いでいる。分離膜３３０と第１壁部材１２０との間は、第２シール部材３９２によってシールされている。第２シール部材３９２は、弾性材料（例えば、ゴム）を用いて形成されている。

Ａ２−３．その他の部分の構成：
図４に示すように、ガス生成装置８００の複数の部材は、複数のボルト３８０によって固定される。複数のボルト３８０のために、容器１１０は、複数のネジ孔１１９を有し、第１壁部材１２０は、複数のネジ孔１２９を有し、第２壁部材１３０は、複数のネジ孔１３９を、有している。容器１１０のネジ孔１１９には、雌ネジが形成されている。ボルト３８０は、−Ｄｚ側から、ネジ孔１３９、１２９を通り抜け、そして、容器１１０のネジ孔１１９にねじ込まれる。複数のネジ孔１１９、１２９、１３９は、収容室１１２と貫通孔１２２、１３２（すなわち、第１室２１０と第２室２２０）の周囲を囲むように、配置されている。

なお、図示を省略するが、容器１１０には、第１ガス流路４１０（図１）を接続するための接続口と、第１供給路５１０を接続するための接続口と、が設けられている。また、図示を省略するが、第１壁部材１２０には、第２ガス流路４２０を接続するための接続口と、第２供給路５２０を接続するための接続口と、が設けられている。

Ａ３．第１電極について：
Ａ３−１．構成：
図５（Ａ）は、第１電極３１０の斜視図であり、図５（Ｂ）は、基部３１１の第１面ｓ１の一部の拡大斜視図である。図５（Ｂ）に示すように、基部３１１の第１面ｓ１上には、多数の突出部３１２が設けられている。本実施例では、複数の突出部３１２は、第１面ｓ１上の互いに離れた位置に配置されている。そして、各突出部３１２の形状は、略円柱形状である。円柱形状の一端面（すなわち、円形状の端面）が、第１面ｓ１に固定されている。各突出部３１２は、基部３１１の第１面ｓ１から、第１面ｓ１と垂直な方向（具体的には、＋Ｄｚ方向）に向かって、突出している。図５（Ｃ）は、図５（Ｂ）のＢ−Ｂ断面である。この断面は、第１方向Ｄｘと直交し、基部３１１と突出部３１２とを含んでいる。図示するように、基部３１１の第２面ｓ２にも、第１面ｓ１と同様に、多数の突出部３１２が固定されている。第２面ｓ２に固定された突出部３１２は、第２面ｓ２から−Ｄｚ方向に向かって突出している。本実施例では、基部３１１は、第２方向Ｄｙ、すなわち、鉛直方向に沿って延びるように配置される。そして、突出部３１２は、第３方向Ｄｚと平行な方向、すなわち、水平方向に突出するように、配置される。

Ａ３−２．製造方法：
図６は、基部３１１の第１面ｓ１上に突出部３１２を形成する手順の例を示す概略図である。図６には、図５（Ｃ）と同様の断面図が示されている。本実施例では、いわゆるスパッタリングによって、突出部３１２が形成される。

まず、基部３１１が準備される。本実施例では、基部３１１は、炭素（より具体的には、グラファイト）で構成された板である。例えば、カーボンペーパーを所定の矩形状に切断して得られる部材を、基部３１１として採用することができる。

次に、図６（Ａ）に示すように、基部３１１の第１面ｓ１上に、マスク３１２Ｍが配置される。マスク３１２Ｍには、格子状に配置された複数の開口３１２ｏが設けられている。各開口３１２ｏの形状は、スパッタリングによって突出部３１２が形成されるように、決定されている。図６（Ａ）の例では、開口３１２ｏの形状は、略円柱形状であり、その内径は、突出部３１２の外径３１２Ｄとおおよそ同じである、マスク３１２Ｍの形成方法としては、公知の種々の方法を採用可能である。例えば、いわゆるフォトレジストを用いることによって、第１面ｓ１上にマスク３１２Ｍを形成可能である。

次に、図６（Ｂ）に示すように、突出部３１２の材料（ここでは、白金）を用いたスパッタリングによって、開口３１２ｏ内に突出部３１２が形成される。開口３１２ｏの底（すなわち、第１面ｓ１）まで十分な量の材料の粒子を供給する方法としては、公知の方法（例えば、いわゆるコリメートスパッタリング）を採用可能である。

次に、図６（Ｃ）に示すように、マスク３１２Ｍが除去される。例えば、マスク３１２Ｍを有機溶剤に溶解させることによって、マスク３１２Ｍが除去される。以上により、突出部３１２が形成される。突出部３１２は、第１面ｓ１上に、直接的に、形成されているので、基部３１１と突出部３１２との間の良好な導電性を実現できる。基部３１１の第２面ｓ２にも、同じ手順に従って、複数の突出部３１２が形成される。

基部３１１は、バスバー３１３に固定される。固定方法としては、基部３１１とバスバー３１３との間の導電性を実現する任意の方法を採用可能である。例えば、バスバー３１３として２枚の金属板を採用し、２枚の金属板を用いて基部３１１を挟持する方法を採用可能である。バスバー３１３は、端子３１４に固定される。固定方法としては、バスバー３１３と端子３１４との間の導電性を実現する任意の方法を採用可能である。例えば、溶接を採用可能である。なお、第１電極３１０の部材３１１、３１２、３１３、３１４の形成と接続との順番としては、任意の順番を採用可能である。

Ａ３−３．気泡の挙動：
図７、図８は、第１電極で生成される水素ガスの気泡の挙動を示す概略図である。図７は、参考例を示し、図８は、実施例を示している。まず、図７の参考例について説明する。図７には、参考例の第１電極３１０ｘの一部の断面図が示されている。実施例の第１電極３１０との差異は、基部３１１ｘと突出部３１２ｘとが同じ材料で構成されている点だけである。例えば、参考例の基部３１１ｘと突出部３１２ｘとは、同じ白金で構成されている。基部３１１ｘの形状は、実施例の基部３１１の形状と、同じである。突出部３１２ｘの形状は、実施例の突出部３１２の形状と、同じである。なお、図示された断面図は、図５（Ｃ）に示す第１電極３１０の断面と同様に、第１方向Ｄｘと直交し、基部３１１ｘと突出部３１２ｘとを含む断面を表している。

図中には、基部３１１ｘの第１面ｓｘ１から＋Ｄｚ方向に向かって突出する２つの突出部３１２ｘが示されている。ここで、＋Ｄｙ側の突出部３１２ｘを、「第１突出部３１２ｘｕ」と呼び、−Ｄｙ側の突出部３１２ｘを、「第２突出部３１２ｘｄ」と呼ぶ。第１突出部３１２ｘｕの表面のうち、第２突出部３１２ｘｄ側（すなわち、−Ｄｙ側）の表面を、「第１側面ｓｘｕ」と呼ぶ。第２突出部３１２ｘｄの表面のうち、第１突出部３１２ｘｕ側（すなわち、＋Ｄｙ側）の表面を、「第２側面ｓｘｄ」と呼ぶ。また、基部３１１ｘの第１面ｓｘ１を、「底面ｓｘ１」とも呼ぶ。底面ｓｘ１と第１側面ｓｘｕとが形成する隅を、「第１隅ｃｎｘ１」と呼ぶ。底面ｓｘ１と第２側面ｓｘｄとが形成する隅を、「第２隅ｃｎｘ２」と呼ぶ。以下、２つの突出部３１２ｘの間の領域、すなわち、底面ｓｘ１と第１側面ｓｘｕと第２側面ｓｘｄとで囲まれた領域における気泡の挙動について、説明する。

図中に示された白丸は、気泡を表している。図中で、気泡は、簡略化されて、円で示されている。実際には、気泡の形状は、環境（例えば、電解液の流れや、気泡と電極との接触状況）に応じて、種々に変化し得る。黒丸は、気泡と電極との接触位置（「付着位置」とも呼ぶ）を表している。図中では、２つの突出部３１２ｘの間の領域以外の領域の気泡の図示が省略されている。

水素ガスの生成が進行することに応じて、気泡の状態は、図７（Ａ）から図７（Ｄ）の順番に変化する。図７（Ａ）の状態では、底面ｓｘ１と第１側面ｓｘｕと第２側面ｓｘｄとのそれぞれで水素ガスが生成され、各面ｓｘ１、ｓｘｕ、ｓｘｄに、小さい気泡が付着している。各気泡の形状は、略球形状である。この段階では、１つの気泡は、１つの位置で、電極と接触している。

図７（Ｂ）の状態では、電極３１０ｘに付着した複数の気泡が、合体することによって、より大きな１つの気泡を形成する。形成された気泡の形状も、通常は、略球形状である。ここで、合体前の付着位置は、合体後にも、維持され得る。例えば、第１気泡７１ａは、図７（Ａ）に示す第１隅ｃｎｘ１の近傍の２つの気泡７０ａ１、７０ａ２、すなわち、第１側面ｓｘｕに付着していた気泡７０ａ１と、底面ｓｘ１に付着していた気泡７０ａ２と、から形成されている。この第１気泡７１ａは、底面ｓｘ１と第１側面ｓｘｕとの両方に付着している。第２気泡７１ｂは、図７（Ａ）に示す第２隅ｃｎｘ２の近傍の２つの気泡７０ｂ１、７０ｂ２、すなわち、第１側面ｓｘｕに付着していた気泡７１ｂ１と、底面ｓｘ１に付着していた気泡７１ｂ２と、から形成されている。この第２気泡７１ｂは、底面ｓｘ１と第２側面ｓｘｄとの両方に付着している。このように、２つの面によって形成される隅の近傍では、一方の面に付着していた気泡と他方の面に付着していた気泡とが合体することによって、２つの面の両方に付着する気泡が形成され得る。

一方、合体前の複数の気泡のそれぞれの付着位置が同じ平面上に配置されている場合、合体によっておおよそ球形状の気泡が形成されることによって、複数の付着位置は、１つの付着位置に集約され得る。例えば、第３気泡７１ｃは、図７（Ａ）中の、共通の第１側面ｓｘｕに付着していた２つの気泡７０ｃ１、７０ｃ２から形成されている。この第３気泡７１ｃは、１つの位置で、第１側面ｓｘｕと接触している。第４気泡７１ｄは、図７（Ａ）中の、共通の第２側面ｓｘｄに付着していた２つの気泡７０ｄ１、７０ｄ２から形成されている。この第４気泡７１ｄは、１つの位置で、第２側面ｓｘｄと接触している。

図７（Ｃ）の状態は、図示しない小さい気泡との合体を繰り返すことによって、気泡が大きく成長した状態である。図７（Ｂ）の気泡７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、７１ｄは、それぞれ成長して、気泡７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７２ｄを形成する。第１気泡７２ａと第２気泡７１ｂとは、２つの位置で電極３１０ｘと接触し、第３気泡７２ｃと第４気泡７２ｄとは、１つの位置で電極３１０ｘと接触している。

第１気泡７２ａは、２つの位置で電極３１０ｘと接触しているので、第１気泡７２ａと電極３１０ｘとの間の付着力は、１つの位置で電極３１０ｘと接触する気泡７２ｃ、７２ｄと電極３１０ｘとの間の付着力よりも強い。このような強い付着力に起因して、第１気泡７２ａは、電極３１０ｘから離脱せずに、電極３１０ｘに付着し続け得る。第２気泡７２ｂも、同様に、２つの位置で電極３１０ｘと接触しているので、電極３１０ｘから離脱せずに、電極３１０ｘに付着し続け得る。

第３気泡７２ｃは、電極３１０ｘに付着し続けている気泡７２ａ、７２ｂと同程度の大きさに成長している。上述のように、第３気泡７２ｃと電極３１０ｘとの間の付着力は、気泡７２ａ、７２ｂと電極３１０ｘとの間の付着力よりも弱い。従って、第３気泡７２ｃは、浮力によって、第１側面ｓｘｕから離脱し得る。第４気泡７２ｄも、同様に、浮力によって、第２側面ｓｘｄから離脱し得る。

図７（Ｄ）の状態は、図７（Ｃ）の状態から、さらに、気泡が大きく成長した状態である。気泡７３は、図７（Ｃ）の２つの気泡７２ａ、７２ｂが合体することによって、形成されている。この気泡７３は、底面ｓｘ１と第１側面ｓｘｕと第２側面ｓｘｄとの３つの面と接触している。このように、気泡７３は、３つの位置で電極３１０ｘと接触しているので、大きく成長したにも拘わらずに、電極３１０ｘから離脱せずに、電極３１０ｘに付着し続け得る。このように、電極３１０ｘに付着し続ける大きな気泡７３は、電極３１０ｘの表面（ここでは、表面ｓｘ１、ｓｘｕ、ｓｘｄ）が新たな電解液と接触することを抑制する。この結果、水素ガス生成の効率が、低下する場合がある。

次に、図８を参照して、実施例について説明する。図８は、図５（Ｃ）に示す断面の一部、具体的には、基部３１１の第１面ｓ１から＋Ｄｚ方向に向かって突出する２つの突出部３１２を示している。以下、図７で説明した部分と同じ部分には、同じ名前を用いて、説明を行う。具体的には、＋Ｄｙ側の突出部３１２を、「第１突出部３１２ｕ」と呼び、−Ｄｙ側の突出部３１２を「第２突出部３１２ｄ」と呼ぶ。第１突出部３１２ｕの表面のうち、第２突出部３１２ｄ側（すなわち、−Ｄｙ側）の表面を、「第１側面ｓｕ」と呼ぶ。第２突出部３１２ｄの表面のうち、第１突出部３１２ｕ側（すなわち、＋Ｄｙ側）の表面を、「第２側面ｓｄ」と呼ぶ。また、基部３１１の第１面ｓ１を、「底面ｓ１」とも呼ぶ。底面ｓ１と第１側面ｓｕとが形成する隅を、「第１隅ｃｎ１」と呼ぶ。底面ｓ１と第２側面ｓｄとが形成する隅を、「第２隅ｃｎ２」と呼ぶ。

水素ガスの生成が進行することに応じて、気泡の状態は、図８（Ａ）から図８（Ｄ）の順番に変化する。図８（Ａ）の状態では、第１側面ｓｕと第２側面ｓｄとのそれぞれで水素ガスが生成され、各面ｓｕ、ｓｄに、小さい気泡が付着している。一方、底面ｓ１では、側面ｓｕ、ｓｄと比べて、水素ガスの生成が進行し難い。この理由は、基部３１１の材料（ここでは、炭素）の水素過電圧が、突出部３１２の材料（ここでは、白金）の水素過電圧よりも、高いからである。なお、水素過電圧は、水素ガスの生成に伴う過電圧である。水素過電圧が低いほど、水素ガスが生成され易い。

図８（Ｂ）の状態では、電極３１０に付着した複数の気泡が、合体することによって、より大きな１つの気泡を形成する。図７（Ｂ）の例とは異なり、底面ｓ１では、気泡の数が少なく、また、気泡の成長も抑制されている。従って、気泡の合体は、主に、第１側面ｓｕ上と、第２側面ｓｄ上と、で進行する。図８（Ｂ）の例では、第１側面ｓｕに付着した複数の気泡から、第１気泡８１ａと第３気泡８１ｃとが、形成される。第２側面ｓｄに付着した複数の気泡から、第２気泡８１ｂと第４気泡８１ｄとが、形成される。図８（Ｂ）の例では、気泡と電極３１０との間の接触位置の総数は、いずれの気泡８１ａ〜８１ｄに関しても、１である。

図８（Ｃ）の状態では、図示しない小さい気泡との合体を繰り返すことによって、気泡が大きく成長した状態である。図８（Ｂ）の気泡８１ａ、８１ｂ、８１ｃ、８１ｄは、それぞれ成長して、気泡８２ａ、８２ｂ、８２ｃ、８２ｄを形成する。これらの気泡８２ａ、８２ｂ、８２ｃ、８２ｄは、図７（Ｃ）の気泡７２ｃ、７２ｄと同様に、１つの位置で電極３１０に付着している。従って、これらの気泡８２ａ、８２ｂ、８２ｃ、８２ｄは、いずれも、浮力によって、電極３１０から離脱し得る。

図８（Ｄ）の状態は、成長した気泡が離脱した後の状態である。この状態は、図８（Ａ）に示す状態と同じである。第１側面ｓｕと第２側面ｓｄとのそれぞれで、水素ガスの生成が進行し、各面ｓｕ、ｓｄに、小さい気泡が付着している。以後、図８（Ａ）〜図８（Ｄ）の変化が、繰り返される。

このように、実施例の第１電極３１０では、互いに離れた位置に配置された複数の突出部３１２の材料の水素過電圧が、それらの突出部３１２が固定された基部３１１の材料の水素過電圧よりも低いので、基部３１１での水素ガスの生成が抑制され、突出部３１２での水素ガスの生成が促進される。従って、基部３１１と突出部３１２との両方に付着する気泡が生成されることが抑制されるので、水素ガスの気泡が第１電極３１０の表面上に残ることを抑制できる。この結果、水素ガスの生成効率の低下を抑制できる。

また、通常は、第１電極と電解液との接触面積が小さい場合よりも大きい場合の方が、水素ガスの生成反応が促進される。この点に着目すれば、第１電極の全ての表面で、水素ガスの生成を活発に進行させることが好ましいというのが従来の考え方であった。例えば、仮に、第１電極として、単一材料（例えば、白金やステンレス鋼）で構成された網状の部材を採用すると仮定する。この場合、目の細かい網を採用すれば、第１電極と電解液との広い接触面積を容易に実現できる。しかし、目の細かい網を採用する場合、図７（Ｃ）の気泡７２ａ、７２ｂが電極３１０ｘから離脱し難いのと同様の理由により、網に付着した気泡が、網から離脱し難い。この結果、網に大量の気泡が付着し続け、水素ガスの生成効率が低下する場合がある。

そこで、本実施例では、敢えて、第１電極３１０の基部３１１の材料として、突出部３１２の材料（ここでは、白金）よりも水素過電圧が高い材料（ここでは、炭素）を採用している。これにより、第１電極３１０の一部分（すなわち、基部３１１）での水素ガスの生成が、他の部分（すなわち、突出部３１２）よりも、抑制される。この場合、第１電極３１０の表面の全体で水素ガスの生成が活発に進行し得る場合と比べて、水素ガスの生成が活発に進行し得る部分の面積が小さくなるが、気泡が第１電極３１０の表面上に残ることが抑制される。従って、総合的な水素ガスの生成効率が低下することを抑制できる。このように、本実施例の第１電極３１０を採用すれば、気泡の付着による水素ガスの生成効率の低下を抑制できる。

また、複数の突出部３１２を用いることによって、電解液と第１電極３１０との接触面積を容易に増大できる。従って、水素ガスの生成効率を向上できる。

Ｂ．第２実施例：
図９は、突出部の別の実施例を示す概略図である。図９（Ａ）は、図５（Ｂ）と同様の斜視図であり、図９（Ｂ）は、図５（Ｃ）と同様の断面図である。図９（Ａ）に示すように、突出部３１２ａの形状は、略円錐形状であり、突出部３１２ａは、第１面ｓ１から、第１面ｓ１と垂直な方向（具体的には、＋Ｄｚ方向）に向かって、突出している。突出部３１２ａの外径は、基部３１１の第１面ｓ１から遠いほど、小さい。図９（Ｂ）に示すように、第２面ｓ２にも、第１面ｓ１と同様に、多数の突出部３１２ａが固定されている。突出部３１２ａは、第１実施例の突出部３１２と同様に、白金で構成されている。第２実施例の第１電極３１０ａの他の部分の構成は、第１実施例の第１電極３１０の構成と同じである。第２実施例の第１電極３１０ａは、第１実施例の第１電極３１０の代わりに、利用可能である。

第２実施例の第１電極３１０ａを採用する場合も、第１実施例の第１電極３１０を採用する場合と同様に、基部３１１と突出部３１２ａとの両方に付着する気泡が生成されることが抑制される。この結果、水素ガスの気泡が第１電極３１０ａの表面上に残ることを抑制できる。そして、水素ガスの生成効率が低下することを抑制できる。また、複数の突出部３１２ａを用いることによって、電解液と第１電極３１０ａとの接触面積を容易に増大できる。従って、水素ガスの生成効率を向上できる。

ここで、電極からの気泡の離脱について、検討する。仮に、電極が、細長い針状の部分と、平面部分とを含むと仮定する。この場合、針状の部分に付着する気泡は、平面部分に付着する気泡よりも、電極から離脱し易い。このように、表面が凸状に湾曲する部分では、表面が平らな部分よりも、気泡が離脱し易い。この理由は、表面が凸状に湾曲する部分では、表面が平らな部分よりも、気泡と電極との接触部分の面積が小さいからだと推定される。

図９の実施例では、突出部３１２ａの形状は、略円錐形状である。突出部３１２ａの外径は、基部３１１から遠いほど、小さい。また、外径が小さいほど、気泡と電極との接触面積が小さくなる傾向にある。従って、突出部３１２ａの表面のうちの基部３１１から遠い部分では、気泡が突出部３１２ａから離脱し易い。このように、略円錐形状の突出部３１２ａは、突出部３１２ａからの気泡の離脱を促進できる。従って、水素ガスの気泡が第１電極３１０ａの表面上に残ることを抑制できる。この結果、水素ガスの生成効率が低下することを抑制できる。

また、突出部３１２ａの外径は、基部３１１に近いほど大きいので、突出部３１２ａと基部３１１との接触部分の面積が小さくなることを抑制できる。従って、突出部３１２ａが、基部３１１から外れることを、抑制できる。また、突出部３１２ａと基部３１１との間の電気抵抗が大きくなることを、抑制できる。

なお、略円錐形状の突出部３１２ａを形成する方法としては、種々の方法を採用可能である。例えば、基部３１１の第１面ｓ１上に突出部３１２の材料の膜を形成し、形成された膜上にマスクを形成し、マスク上からのショットブラストによって、突出部３１２ａを形成可能である。第２面ｓ２上の突出部３１２ａについても、同様である。

Ｃ．第３実施例：
図１０は、突出部の別の実施例を示す概略図である。図１０（Ａ）は、図５（Ｂ）と同様の斜視図であり、図１０（Ｂ）は、図５（Ｃ）と同様の断面図である。図１０（Ａ）に示すように、突出部３１２ｂの形状は、略円錐台形状であり、突出部３１２ｂは、第１面ｓ１から、第１面ｓ１と垂直な方向（具体的には、＋Ｄｚ方向）に向かって、突出している。突出部３１２ｂの外径は、基部３１１の第１面ｓ１から遠いほど、大きい。図１０（Ｂ）に示すように、第２面ｓ２にも、第１面ｓ１と同様に、多数の突出部３１２ｂが固定されている。突出部３１２ｂは、第１実施例の突出部３１２と同様に、白金で構成されている。第３実施例の第１電極３１０ｂの他の部分の構成は、第１実施例の第１電極３１０の構成と同じである。第３実施例の第１電極３１０ｂは、第１実施例の第１電極３１０の代わりに、利用可能である。

第３実施例の第１電極３１０ｂを採用する場合も、第１実施例の第１電極３１０を採用する場合と同様に、基部３１１と突出部３１２ｂとの両方に付着する気泡が生成されることが抑制される。この結果、水素ガスの気泡が第１電極３１０ｂの表面上に残ることを抑制できる。そして、水素ガスの生成効率が低下することを抑制できる。また、複数の突出部３１２ｂを用いることによって、電解液と第１電極３１０ｂとの接触面積を容易に増大できる。従って、水素ガスの生成効率を向上できる。

なお、略円錐台形状の突出部３１２ｂを形成する方法としては、種々の方法を採用可能である。例えば、図６で説明した手順と同様の手順に従って、突出部３１２ｂを形成可能である。具体的には、開口３１２ｏの底（すなわち、第１面ｓ１）まで十分な量の材料の粒子を供給するための対策を省略することによって、第３実施例の突出部３１２ｂを形成可能である。

Ｄ．変形例：
（１）上記各実施例において、突出部３１２、３１２ａ、３１２ｂのサイズとしては、種々のサイズを採用可能である。図５（Ｂ）、図５（Ｃ）には、突出部３１２の外径３１２Ｄおよび高さ３１２Ｈと、２つの突出部３１２の間の最短距離３１２Ｇと、が示されている。例えば、外径３１２Ｄについては、以下の通りである。突出部３１２の強度を向上するためには、外径３１２Ｄが大きいことが好ましい。一方、第１電極３１０に設けられる突出部３１２の総数を増やすためには、外径３１２Ｄが小さいことが好ましい。例えば、外径３１２Ｄは、１００マイクロメートル以上、かつ、５ミリメートル以下の範囲内であることが好ましく、２００マイクロメートル以上、かつ、２ミリメートル以下の範囲内であることが特に好ましく、３００マイクロメートル以上、かつ、１ミリメートル以下の範囲内であることが最も好ましい。外径３１２Ｄを、１００マイクロメートル以上に設定すれば、突出部３１２の強度を容易に向上できる。また、外径３１２Ｄを、５ミリメートル以下に設定すれば、基部３１１に固定される突出部３１２の総数を、容易に増大できるので、第１電極３１０と電解液との接触面積を、容易に増大できる。ただし、外径３１２Ｄを、１００マイクロメートル未満に設定してもよく、５ミリメートルよりも大きな値に設定してもよい。

高さ３１２Ｈについては、以下の通りである。突出部３１２の強度を向上するためには、高さ３１２Ｈが小さいことが好ましい。一方、第１電極３１０と電解液との接触面積を増大するためには、高さ３１２Ｈが大きいことが好ましい。例えば、高さ３１２Ｈは、１００マイクロメートル以上、かつ、２０ミリメートル以下の範囲内であることが好ましく、２００マイクロメートル以上、かつ、１０ミリメートル以下の範囲内であることが特に好ましく、３００マイクロメートル以上、かつ、１ミリメートル以下の範囲内であることが最も好ましい。高さ３１２Ｈを、１００マイクロメートル以上に設定すれば、第１電極３１０と電解液との接触面積を、容易に増大できる。また、高さ３１２Ｈを、２０ミリメートル以下に設定すれば、突出部３１２の強度を容易に向上できる。ただし、高さ３１２Ｈを、１００マイクロメートル未満に設定してもよく、２０ミリメートルよりも大きな値に設定してもよい。

最短距離３１２Ｇについては、以下の通りである。第１電極３１０と電解液との接触面積を増大するためには、最短距離３１２Ｇが小さいことが好ましい。一方、気泡の離脱を促進するためには、最短距離３１２Ｇが大きいことが好ましい。例えば、最短距離３１２Ｇは、１００マイクロメートル以上、かつ、５ミリメートル以下の範囲内であることが好ましく、２００マイクロメートル以上、かつ、２ミリメートル以下の範囲内であることが特に好ましく、３００マイクロメートル以上、かつ、１ミリメートル以下の範囲内であることが最も好ましい。最短距離３１２Ｇを１００マイクロメートル以上に設定すれば、１つの気泡が複数の突出部３１２に付着することを抑制できるので、気泡が第１電極３１０の表面上に残ることを抑制できる。最短距離３１２Ｇを５ミリメートル以下に設定すれば、第１電極３１０に設けられる突出部３１２の総数を、容易に増大できるので、第１電極３１０と電解液との接触面積を、容易に増大できる。ただし、最短距離３１２Ｇを、１００マイクロメートル未満に設定してもよく、５ミリメートルよりも大きな値に設定してもよい。

また、図９（Ｂ）には、第２実施例の突出部３１２ａの外径３１２ａＤ（最大外径）および高さ３１２ａＨと、２つの突出部３１２ａの間の最短距離３１２ａＧと、が示されている。図１０（Ｂ）には、第３実施例の突出部３１２ｂの外径３１２ｂＤ（最大外径）および高さ３１２ｂＨと、２つの突出部３１２ｂの間の最短距離３１２ｂＧと、が示されている。外径３１２ａＤ、３１２ｂＤの好ましい範囲としては、上述の第１実施例の外径３１２Ｄの好ましい範囲と同じ範囲を採用可能である。高さ３１２ａＨ、３１２ｂＨの好ましい範囲としては、上述の第１実施例の高さ３１２Ｈの好ましい範囲と同じ範囲を採用可能である。また、最短距離３１２ａＧ、３１２ｂＧの好ましい範囲としては、上述の第１実施例の最短距離３１２Ｇの好ましい範囲と同じ範囲を採用可能である。

（２）第１電極の突出部の形状としては、図５、図９、図１０で説明した形状に限らず、種々の形状を採用可能である。例えば、多角形に基づく角柱や、半球形状を採用してもよい。一般的には、外側に向かって凸な形状、すなわち、窪みのない形状を採用することが好ましい。こうすれば、気泡が突出部に付着し続けることを抑制できる。

（３）第１電極の突出部の延びる方向（すなわち、突出する方向）としては、第１電極の基部の表面に対して直交する方向に限らず、種々の方向を採用可能である。例えば、基部の表面と斜めに交差する方向を採用してもよい。より具体的には、斜め上方向（すなわち、鉛直上側に向かって傾斜した方向）を採用してもよい。こうすれば、突出部に付着した気泡の離脱を促進できる。

（４）第１電極の構成としては、上記各実施例の構成とは異なる種々の構成を採用可能である。例えば、基部（例えば、平板部分）と突出部とを含む形状の全体を、カーボンを用いて形成し、基部の表面をマスクした状態で、突出部の表面を白金でメッキしてもよい。このように、突出部の表面の除いた残りの部分が、基部と連続な部分であってもよい。通常は、水素ガスの生成反応は、電極と電解液とが接触する部分、すなわち、電極の表面で、進行する。従って、突出部の表面の材料が、基部の表面の材料よりも水素過電圧が低い材料を含むことによって、突出部での水素ガスの生成を促進できる。

（５）基部（例えば、平板部分）の表面の材料と突出部の表面の材料としては、種々の材料を採用可能である。例えば、白金（Ｐｔ）と、鉄（Ｆｅ）と、銅（Ｃｕ）と、炭素（Ｃ）と、亜鉛（Ｚｎ）と、水銀（Ｈｇ）と、鉛（Ｐｂ）と、のような種々の導電性材料を採用可能である。ここで、突出部の表面の材料としては、基部の表面の材料よりも低い水素過電圧を示す材料が、採用される。例えば、上に挙げた材料から基部の表面の材料を選択し、そして、残った材料のうちの基部の表面の材料よりも低い水素過電圧を示す材料を、突出部の表面の材料として採用することができる。なお、上に挙げた材料に関しては、水素過電圧の大小関係は、おおよそ、Ｐｔ＜＜Ｆｅ＜Ｃｕ＝Ｃ＜Ｚｎ＜Ｈｇ＜Ｐｂである。実際の水素過電圧は、電解液の種類に応じて異なり得るので、電解液の種類に応じて、材料を選択することが好ましい。また、上に挙げた材料に限らず、他の材料を、基部の表面、または、突出部の表面の材料として採用してもよい。例えば、突出部の表面が、ルテニウム（Ｒｕ）を含んでもよい。いずれの場合も、基部よりも突出部で水素ガスの生成が活発であれば、突出部の表面の材料の水素過電圧は、基部の表面の材料の水素過電圧よりも、小さいと推定できる。

また、基部は、複数種類の材料を用いて、構成されていてもよい。同様に、突出部は、複数種類の材料を用いて、構成されていてもよい。いずれの場合も、突出部の表面が、基部の表面に含まれる材料よりも低い水素過電圧を示す材料を含むことが好ましい。こうすれば、基部の表面での水素ガスの生成よりも、突出部の表面での水素ガスの生成を、促進できる。また、基部の表面の材料は、突出部の表面の材料よりも低い水素過電圧を示す材料を、含まないことが好ましい。こうすれば、基部の表面で水素ガスの生成が進行することを抑制できる。

（６）第１電極の基部の形状としては、平板形状に限らず、種々の形状を採用可能である。例えば、パイプ形状を採用してもよい。この場合、パイプ形状の外周面と内周面とのそれぞれに、突出部を設けることが好ましい。また、基部の大きさとしては、第１電極を収容する室の大きさに適した任意の大きさを採用可能である。また、基部の配置方向としても、種々の方向を採用可能である。例えば、上記各実施例において、基部３１１が、鉛直方向と直交する方向、すなわち、水平方向に沿って拡がるように、配置されてもよい。この場合、第１面ｓ１と第２面ｓ２とのうちの鉛直下側の面の突出部を省略してもよい。この理由は、基部３１１の表面のうちの鉛直下側の面に複数の突出部を設けると、電極から離脱して上昇しようとする気泡が複数の突出部によって補足される可能性が高いからである。

（７）第１電極の突出部の形成方法としては、スパッタリングやショットブラストに限らず、種々の方法を採用可能である。例えば、棒状の部材を基部に貫通させることによって、突出部を形成してもよい。この場合、棒状の部材のうちの基部から飛び出した部分が、突出部に対応する。

（８）酸素を生成する電極に用いられる光触媒としては、酸化タングステン（ＷＯ_３）に限らず、光を用いて水の電気分解を促進する種々の材料を採用可能である。なお、光触媒の材料としては、必ずしもＷＯ_３に限定されるものでなく、ＴｉＯ_２（二酸化チタン）、ＳｒＴｉＯ_３（チタン酸ストロンチウム）、ＢａＴｉＯ_３（チタン酸バリウム）、ＺｒＯ（酸化亜鉛）、ＳｎＯ_２（二酸化錫（すず））、ＣｄＳ（硫化カドミウム）等の任意の高機能酸化物半導体光触媒を選択することができる。

（９）第１室２１０を形成する第１室形成部１１０と、第２室２２０を形成する第２室形成部１４０と、のそれぞれの構成としては、図２〜図４で説明した構成に限らず、任意の構成を採用可能である。例えば、第２室形成部１４０が、第２電極３２０を挟む複数の部材１２０、１３０で構成されているのと同様に、第１室形成部１１０が、第１電極３１０を挟む複数の部材で構成されていてもよい。こうすれば、第１室２１０内の端から他の端まで拡がる大きなサイズの第１電極３１０を利用できる。

（１０）分離膜３３０としては、ガス（具体的には、水素ガスと酸素ガス）の通過を制限（好ましくは、防止）する種々の膜を採用可能である。ここで、水素ガスの生成を効率よく行うためには、プロトン（Ｈ^＋）の伝導性を有する膜が採用される。例えば、プロトン（Ｈ^＋）が通過し得る程度の多数の細孔が設けられたフィルタを採用可能である。また、プロトン（Ｈ^＋）の伝導性が良好な膜としては、上述したフッ素系樹脂の膜のほか、例えば、炭化水素系樹脂の膜を採用可能である。

以上、実施例、変形例に基づき本発明について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれる。

１１０...第１室形成部、１１１...開口、１１２...収容室、１１３...貫通孔、１１８...溝、１１９...ネジ孔、１２０...第１壁部材、１２０ａ...第１部分、１２０ｂ...第２部分、１２２...貫通孔、１２４...切欠、１２８...溝、１２９...ネジ孔、１３０...第２壁部材、１３２...貫通孔、１３９...ネジ孔、１４０...第２室形成部、２１０...第１室、２２０...第２室、３１０、３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｘ...第１電極、３１１、３１１ｘ...基部、３１２、３１２ａ、３１２ｂ、３１２ｄ、３１２ｘ、３１２ｘｕ、３１２ｘｄ、３１２ｕ...突出部、３１２Ｍ...マスク、３１２ｏ...開口、３１３...バスバー、３１４...端子、３１５...Ｏリング、３２０...第２電極、３２２...光触媒層、３２３...透明導電層、３２４...ガラス板、３２５...金具、３３０...分離膜、３８０...ボルト、３９１...第１シール部材、３９２...第２シール部材、３９３...第３シール部材、４００...直流電源、４１０...第１ガス流路、４２０...第２ガス流路、５００...電解液供給装置、５１０...第１供給路、５２０...第２供給路、８００...ガス生成装置、９００...ガス生成システム、ｓ１...第１面（底面）、ｓ２...第２面、ｓｕ...第１側面、ｓｄ...第２側面、ｓｘ１...第１面（底面）、ｓｘｕ...第１側面、ｓｘｄ...第２側面

Claims (3)

1. 水を含む電解液から光触媒を用いて水素ガスと酸素ガスとを生成するガス生成装置用の、電解液から水素ガスを生成する電極であって、
   表面を有する基部と、
   前記基部の前記表面から突出する複数の突出部であって、前記基部の前記表面上の互いに離れた位置に配置され、前記突出部の外径が１００マイクロメートル以上、かつ、５ミリメートル以下の範囲内であり、２つの突出部の間の最短距離が１００マイクロメートル以上、かつ、５ミリメートル以下の範囲内であるように構成された前記複数の突出部と、
   を含み、
   前記突出部の表面の材料は、前記基部の前記表面の材料よりも水素過電圧が低い材料を含む、
   電極。
2. 請求項１に記載の電極であって、
   前記基部の前記表面の材料は、鉄と、銅と、炭素と、亜鉛と、水銀と、鉛とのうちから選択された材料を含み、
   前記突出部の前記表面の材料は、白金と、鉄と、銅と、炭素と、亜鉛と、水銀とのうちから選択される材料であって、前記基部の前記表面の前記材料よりも水素過電圧が低い材料を、含む、
   電極。
3. 水を含む電解液から光触媒を用いて水素ガスと酸素ガスとを生成するガス生成装置であって、
   請求項１または２に記載の電極である第１電極と、
   前記第１電極を収容する第１室と、
   前記電解液から酸素ガスを生成する光触媒を含む第２電極と、
   前記第２電極を収容する第２室と、
   を備える、ガス生成装置。

Images