JP7176026B2

JP7176026B2 - 電気化学反応装置

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Publication number: JP7176026B2
Application number: JP2021039197A
Authority: JP
Inventors: 博及川; 雄太嶋田
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2021-03-11
Filing date: 2021-03-11
Publication date: 2022-11-21
Anticipated expiration: 2041-03-11
Also published as: US20220290318A1; CN115125546A; JP2022139001A

Description

本発明は、電気化学反応装置に関する。

排気ガスや大気中の二酸化炭素を電気化学的に還元して有価物を得る技術は、カーボンニュートラルを達成する可能性のある有望な技術であるが、経済性が最大の課題である。経済性を改善するためには、できるだけ損失を低減し、高いエネルギー効率で二酸化炭素を電解することが重要である。

二酸化炭素電解には水電解が伴うため、二酸化炭素電解を行うセルには、二酸化炭素の供給、及び還元によって生成したガス状生成物の排出のためのガス流路に加え、電解液（水溶液）の供給及び排出のための電解液流路が必要である。そのため、二酸化炭素電解を行うセルは多層構造で、水電解を行うセルの構造よりも複雑である。二酸化炭素電解を行う電気化学反応装置としては、例えば、ガス拡散層の電解液と接する側に二酸化炭素還元触媒を用いて触媒層を形成したカソードに対し、ガス拡散層の触媒層とは反対側に二酸化炭素ガスを供給するガス流路を設けた装置が知られている（例えば特許文献１）。

国際公開第２０１８／２３２５１５号

特許文献１のような従来の電気化学反応装置のエネルギー効率はまだ不十分であり、さらに損失を低減し、エネルギー効率を向上させることは意義深いと言える。

本発明は、高いエネルギー効率で二酸化炭素を電気化学的に還元できる電気化学反応装置を提供することを目的とする。

本発明は、以下の態様を採用した。
（１）本発明の一態様に係る電気化学反応装置（例えば、実施形態の電気化学反応装置１０）は、二酸化炭素を電気化学的に還元する電気化学反応装置であって、カソード（例えば、実施形態のカソード２１）と、アノード（例えば、実施形態のアノード２２）と、前記アノードの前記カソード側の表面に隣接されたイオン交換膜（例えば、実施形態のイオン交換膜２６）と、前記カソードと前記イオン交換膜の間に設けられ、電解液流路（例えば、実施形態の電解液流路３１）を形成する液流路構造体（例えば、実施形態の液流路構造体２３）と、前記カソードの前記アノードとは反対側に設けられ、二酸化炭素ガスが供給されるカソード側ガス流路（例えば、実施形態のカソード側ガス流路３２）を形成する第１ガス流路構造体（例えば、実施形態の第１ガス流路構造体２４）と、前記アノードの前記カソードとは反対側に設けられ、アノード側ガス流路（例えば、実施形態のアノード側ガス流路３３）を形成する第２ガス流路構造体（例えば、実施形態の第２ガス流路構造体２５）と、前記第１ガス流路構造体の前記カソードとは反対側に設けられた第１給電体（例えば、実施形態の第１給電体２７）と、前記第２ガス流路構造体の前記アノードとは反対側に設けられた第２給電体（例えば、実施形態の第２給電体２８）と、を備えている。

（２）前記電解液流路、前記カソード側ガス流路及び前記アノード側ガス流路がそれぞれ複数形成されており、少なくとも一組の前記電解液流路の間で、前記カソード、前記アノード及び前記イオン交換膜が、前記液流路構造体と前記第１ガス流路構造体と前記第２ガス流路構造体の流路以外の部分によって挟持されていてもよい。

（３）前記カソード側ガス流路と前記電解液流路と前記アノード側ガス流路がそれぞれ同数で、かつそれらが厚さ方向から見て重なるように配置されており、すべての隣り合う前記電解液流路の間で、前記カソード、前記アノード及び前記イオン交換膜が、前記液流路構造体と前記第１ガス流路構造体と前記第２ガス流路構造体の流路以外の部分によって挟持されていてもよい。

（１）～（３）の態様によれば、高いエネルギー効率で二酸化炭素を電気化学的に還元できる電気化学反応装置を提供できる。

実施形態の電気化学反応装置を電解液流路の長さ方向に垂直な面で切断した断面図である。図１の電気化学反応装置を電解液流路の長さ方向に沿う面で切断した断面図である。図１の電気化学反応装置の液流路構造体をカソード側から見た図である。図１の電気化学反応装置の第１ガス流路構造体をカソード側から見た図である。図１の電気化学反応装置の第２ガス流路構造体をアノード側から見た図である。他の実施形態の電気化学反応装置を電解液流路の長さ方向に垂直な面で切断した断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明において例示される図の寸法等は一例であって、本発明はそれらに必ずしも限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。

図１～５に例示する実施形態の電気化学反応装置１０は、二酸化炭素を電気化学的に還元する装置である。電気化学反応装置１０は、カソード２１と、アノード２２と、液流路構造体２３と、第１ガス流路構造体２４と、第２ガス流路構造体２５と、イオン交換膜２６と、第１給電体２７と、第２給電体２８と、を備えている。電気化学反応装置１０では、第１給電体２７、第１ガス流路構造体２４、カソード２１、液流路構造体２３、イオン交換膜２６、アノード２２、第２ガス流路構造体２５、第２給電体２８がこの順に積層されている。

図３に示すように、液流路構造体２３には、６本の直線状のスリット２３ａが互いに平行に形成されている。各々のスリット２３ａにおけるカソード２１とイオン交換膜２６と液流路構造体２３とで囲まれた部分が電解液流路３１になっている。各々の電解液流路３１の長さ方向の一方の側には、外部から供給される電解液を各々の電解液流路３１に分配する入口側流路３１ａが形成されている。各々の電解液流路３１の長さ方向の他方の側には、各々の電解液流路３１を流れる電解液を集約して排出する出口側流路３１ｂが形成されている。

電解液流路３１の厚さ方向から見た形状は、特に限定されず、圧損が小さいことから、直線状が好ましい。
電解液流路３１の高さ、すなわち液流路構造体２３の厚さ方向における電解液流路３１の両端間の距離は、カソード２１からアノード２２へのイオン移動抵抗が可能な範囲で小さくなるように設定すればよく、例えば、０．１～５ｍｍとすることができる。電解液流路３１の幅は、適宜設定でき、例えば、０．１～１ｍｍとすることができる。

電気化学反応装置１０が有する電解液流路３１の数は、６本には限定されず、電気化学反応装置１０の寸法等に応じて適宜設定でき、例えば、５～１０００本とすることができる。

図４に示すように、第１ガス流路構造体２４のカソード２１側の面には６本の直線状の溝２４ａが互いに平行して形成されている。各々の溝２４ａにおける第１ガス流路構造体２４とカソード２１に囲まれた部分がカソード側ガス流路３２となっている。各々のカソード側ガス流路３２の長さ方向の一方の側には、外部から供給される二酸化炭素ガスを各々のカソード側ガス流路３２に分配する入口側流路３２ａが形成されている。各々のカソード側ガス流路３２の長さ方向の他方の側には、カソード２１での還元反応によって生成するガス状生成物を各々のカソード側ガス流路３２から集約して排出する出口側流路３２ｂが形成されている。

本実施形態では、電解液流路３１の入口側流路３１ａとカソード側ガス流路３２の入口側流路３２ａとが流路の長さ方向において逆側に配置されている。すなわち、電解液流路３１内の電解液の流れ方向と、カソード側ガス流路３２内の二酸化炭素ガス及びガス状生成物の流れ方向とが逆向き（向流）となるようになっている。二酸化炭素の還元効率が高い点では、この例のように電解液の流れと二酸化炭素ガス及びガス状生成物の流れが向流となる態様が好ましい。なお、実施形態の電気化学反応装置は、電解液の流れ方向と二酸化炭素ガス及びガス状生成物の流れ方向が同じ方向（並流）となる態様であってもよい。

カソード側ガス流路３２の厚さ方向から見た形状は、電解液流路３１の形状に一致させればよく、圧損が小さいことから、直線状が好ましい。カソード側ガス流路３２の寸法は、適宜設定できる。厚さ方向から見てカソード側ガス流路３２と電解液流路３１が完全に重なると、電極を挟む面圧を与えることができ、給電体から供給される電気が損失無く各部に均等に行きわたる点から、カソード側ガス流路３２と電解液流路３１の幅は同じであることが好ましい。

電気化学反応装置１０が有するカソード側ガス流路３２の数は、６本には限定されず、電気化学反応装置１０の寸法等に応じて適宜設定でき、例えば、５～１０００本とすることができる。

図５に示すように、第２ガス流路構造体２５のアノード２２側の面には６本の直線状の溝２５ａが互いに平行して形成されている。各々の溝２５ａにおける第２ガス流路構造体２５とアノード２２に囲まれた部分がアノード側ガス流路３３となっている。各々のアノード側ガス流路３３の長さ方向の一方の側には、アノード２２で生成する酸素を各々のアノード側ガス流路３３から集約して排出する出口側流路３３ａが形成されている。

アノード側ガス流路３３の形状は、特に限定されないが、圧損が小さいことから、直線状が好ましい。アノード側ガス流路３３の寸法は、適宜設定できる。厚さ方向から見てアノード側ガス流路３３と電解液流路３１が完全に重なると、電極を挟む面圧を与えることができ、給電体から供給される電気が損失無く各部に均等に行きわたる点から、カソード側ガス流路３２、電解液流路３１及びアノード側ガス流路３３の幅は同じであることが好ましい。

電気化学反応装置１０が有するアノード側ガス流路３３の数は、６本には限定されず、電気化学反応装置１０の寸法等に応じて適宜設定でき、例えば、５～１０００本とすることができる。電解液流路３１、カソード側ガス流路３２及びアノード側ガス流路３３の数は、同じであることが好ましい。

このように電気化学反応装置１０では、図１及び図２に示すように、カソード２１とアノード２２の間に複数の電解液流路３１が形成され、カソード２１のアノード２２とは反対側に複数のカソード側ガス流路３２が形成され、アノード２２のカソード２１とは反対側に複数のアノード側ガス流路３３が形成されている。この例では、電解液流路３１、カソード側ガス流路３２及びアノード側ガス流路３３が同数であり、厚さ方向（積層方向）から見て、それぞれ１本ずつの電解液流路３１、カソード側ガス流路３２及びアノード側ガス流路３３が重なる位置で平行に延びている。

第１給電体２７と第２給電体２８は、図示しない電源装置と電気的に接続されている。また、第１ガス流路構造体２４と第２ガス流路構造体２５は導電体であり、電源装置から供給される電力によってカソード２１とアノード２２の間に電圧を印加できるようになっている。

カソード２１は、二酸化炭素を還元するとともに水を還元するための電極である。カソード２１としては、二酸化炭素を電気化学的に還元でき、かつ還元反応によって生成したガス状生成物がカソード側ガス流路３２まで透過するものであればよく、例えば、ガス拡散層の電解液流路３１側にカソード触媒層が形成された電極を例示できる。カソード触媒層は、一部がガス拡散層中に入り込んでいてもよい。ガス拡散層とカソード触媒層の間には、ガス拡散層よりも緻密な多孔質層を配置してもよい。

カソード触媒層を形成するカソード触媒としては、二酸化炭素の還元を促進する公知の触媒を使用できる。カソード触媒の具体例としては、金、銀、銅、白金、パラジウム、ニッケル、コバルト、鉄、マンガン、チタン、カドミウム、亜鉛、インジウム、ガリウム、鉛、錫等の金属、それらの合金や金属間化合物、ルテニウム錯体、レニウム錯体等の金属錯体を例示できる。なかでも、二酸化炭素の還元が促進される点から、銅、銀が好ましく、銅がより好ましい。カソード触媒としては、１種を単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。
カソード触媒としては、金属粒子が炭素材料（カーボン粒子、カーボンナノチューブ、グラフェン等）に担持された担持触媒を用いてもよい。

カソード２１のガス拡散層としては、特に限定されず、例えば、カーボンペーパー、カーボンクロスを例示できる。
カソード２１の製造方法は、特に限定されず、例えば、ガス拡散層の電解液流路３１側となる面に、カソード触媒を含む液状組成物を塗布して乾燥する方法を例示できる。

アノード２２は、水酸化物イオンを酸化して酸素を生成するための電極である。アノード２２としては、水酸化物イオンを電気化学的に酸化でき、かつ生成した酸素がアノード側ガス流路３３まで透過するものであればよく、例えば、ガス拡散層の電解液流路３１側にアノード触媒層が形成された電極を例示できる。

アノード触媒層を形成するアノード触媒としては、特に限定されず、公知のアノード触媒を使用できる。具体的には、例えば、白金、パラジウム、ニッケル等の金属、それらの合金や金属間化合物、酸化マンガン、酸化イリジウム、酸化ニッケル、酸化コバルト、酸化鉄、酸化スズ、酸化インジウム、酸化ルテニウム、酸化リチウム、酸化ランタン等の金属酸化物、ルテニウム錯体、レニウム錯体等の金属錯体を例示できる。アノード触媒としては、１種を単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。

アノード２２のガス拡散層としては、例えば、カーボンペーパー、カーボンクロスを例示できる。また、ガス拡散層としては、メッシュ材、パンチング材、多孔体、金属繊維焼結体等の多孔質体を用いてもよい。多孔質体の材質としては、例えば、チタン、ニッケル、鉄等の金属、これらの合金（例えばＳＵＳ）を例示できる。

イオン交換膜２６としては、水酸化物イオンを透過し、かつアノード２２で生成する酸素を透過しないものであればよく、公知の陰イオン交換膜を使用できる。
陰イオン交換膜としては、例えば、炭化水素系陰イオン交換樹脂を含む陰イオン交換膜を例示できる。炭化水素系陰イオン交換樹脂としては、例えば、ポリスルホン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン等に、必要に応じて種々の官能基が導入された陰イオン交換樹脂を例示できる。

イオン交換膜２６の厚さは、０．０３～０．５ｍｍが好ましく、０．０５～０．１ｍｍがより好ましい。イオン交換膜２６の厚さが前記範囲の下限値以上であれば、機械的強度及び耐久性が得られる。イオン交換膜２６の厚さが前記範囲の上限値以下であれば、イオン移動抵抗が低く抑えられる。

液流路構造体２３の材質としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂を例示できる。
第１ガス流路構造体２４及び第２ガス流路構造体２５の材質としては、例えば、チタン、ＳＵＳ等の金属、カーボンを例示できる。
第１給電体２７及び第２給電体２８の材質としては、例えば、銅、金、チタン、ＳＵＳ等の金属、カーボンを例示できる。第１給電体２７及び第２給電体２８としては、銅基材の表面に金メッキ等のメッキ処理を施したものを使用してもよい。

電気化学反応装置１０を用いて二酸化炭素を電気化学的に還元する際には、例えば、膜分離装置等の公知の濃縮装置によって大気や排ガスの二酸化炭素を濃縮し、その濃縮ガスをエタノールアミン等の吸収液に吸収させて回収する。そして、二酸化炭素を吸収した吸収液を加熱して二酸化炭素ガスを放出させ、二酸化炭素ガスを電気化学反応装置１０のカソード側ガス流路３２に供給する。また、電解液流路３１に電解液を流して、カソード２１とアノード２２の間に電圧を印加する。これにより、水電解を伴う二酸化炭素電解によって、カソード２１で二酸化炭素が電気化学的に還元されてエチレン等を含むガス状生成物が得られる。

電解液としては、特に限定されず、例えば、水酸化カリウム水溶液、水酸化ナトリウム水溶液を例示できる。なかでも、二酸化炭素の還元が促進される点から、水酸化カリウム水溶液が好ましい。

カソード２１では、例えば、以下の反応で二酸化炭素が還元されて一酸化炭素及びエチレンが生成する。また、カソード２１では以下の反応で水素も生成する。生成した一酸化炭素、エチレン、水素等のガス状生成物は、カソード２１のガス拡散層を透過し、カソード側ガス流路３２から流出する。
ＣＯ_２＋Ｈ_２Ｏ→ＣＯ＋２ＯＨ^－
２ＣＯ＋８Ｈ_２Ｏ→Ｃ_２Ｈ_４＋８ＯＨ^－＋２Ｈ_２Ｏ
２Ｈ_２Ｏ→Ｈ_２＋２ＯＨ^－

また、カソード２１で生じた水酸化物イオンは電解液及びイオン交換膜２６を通じてアノード２２へと移動し、以下の反応で酸化されて酸素が生成する。生成した酸素は、アノード２２のガス拡散層を透過し、アノード側ガス流路３３から排出される。
４ＯＨ^－→Ｏ_２＋２Ｈ_２Ｏ

電気化学反応装置１０では、アノード２２のカソード２１側の表面にイオン交換膜２６が隣接して設けられている。イオン交換膜２６においては、水酸化物イオンはアノード２２に向かって移動するが、酸素の透過は妨げられる。これにより、アノード２２で生成した酸素はカソード２１側に移動することが抑制される。そのため、カソード２１で酸素が副反応を起こすことによる損失が低減される。また、電解液流路３１のアノード２２側ではイオン交換膜２６が設けられたことによってアノード２２へのイオン移動抵抗が低減される。このように、水電解を伴う二酸化炭素電解における損失が低減され、エネルギー効率が高まる。

また、カソード２１における電解液流路３１とカソード側ガス流路３２が存在する部分は、液流路構造体２３と第２ガス流路構造体２５で挟持されていない。そのため、電解液流路３１とカソード側ガス流路３２とアノード側ガス流路３３を、それぞれ幅広い１本ずつの流路とすると、カソード２１及びアノード２２は幅方向の両端部だけで支持されることになるため、電気化学反応装置１０の各積層部材をボルト、ナット等で締結したときにカソード２１及びアノード２２に十分な面圧がかかりにくい。その結果、カソード２１及びアノード２２の幅方向における流路の幅方向の電流密度が不均一になりやすく、エネルギーの損失となる。

これに対し、図１に示すように、この例では電解液流路３１とカソード側ガス流路３２とアノード側ガス流路３３が同数であり、各流路はいずれも直線状で幅が揃えられている。また、厚さ方向（積層方向）から見て、電解液流路３１とカソード側ガス流路３２とアノード側ガス流路３３がそれぞれ重なるように配置されている。そして、すべての隣り合う電解液流路３１の間で、カソード２１は、液流路構造体２３の電解液流路３１以外の部分と、第１ガス流路構造体２４のカソード側ガス流路３２以外の部分とによって挟持されている。また、すべての隣り合う電解液流路３１の間で、アノード２２及びイオン交換膜２６は、液流路構造体２３の電解液流路３１以外の部分と、第２ガス流路構造体２５のアノード側ガス流路３３以外の部分とによって挟持されている。

電気化学反応装置１０では、このような態様になっていることで、各積層部材をボルト、ナット等で厚さ方向（積層方向）に締結したときに、隣り合う流路間においてカソード２１、アノード２２及びイオン交換膜２６に多点でしっかりと面圧がかかる。これにより、第１給電体２７、第１ガス流路構造体２４及びカソード２１が互いにしっかりと密着するため、第１給電体２７からカソード２１までの電気の供給の損失を低減できる。同様に、第２給電体２８、第２ガス流路構造体２５及びアノード２２が互いにしっかりと密着するため、第２給電体２８からアノード２２までの電気の供給の損失を低減できる。これらのことから、カソード２１及びアノード２２において、各々の電解液流路３１の幅方向の電流密度が均一になり、エネルギー効率がさらに高くなる。

以上説明したように、実施形態の電気化学反応装置１０では、アノード２２のカソード２１側にイオン交換膜２６を隣接させて設け、カソード２１とイオン交換膜２６の間に電解液流路３１を形成している。これにより、アノード２２で生成した酸素がカソード２１側に移動することがイオン交換膜２６によって妨げられ、カソード２１での酸素の副反応による損失が低減されるため、高いエネルギー効率を実現できる。

なお、本発明の電気化学反応装置は、前記した電気化学反応装置１０には限定されない。例えば、電解液流路、カソード側ガス流路及びアノード側ガス流路がそれぞれ複数形成され、少なくとも一組の電解液流路の間で、カソード、アノード及びイオン交換膜が、液流路構造体と第２ガス流路構造体の流路以外の部分で挟持されていれば、電解液流路、カソード側ガス流路及びアノード側ガス流路の数は同じでなくてもよい。

具体的には、図６に例示した電気化学反応装置２０であってもよい。図６における図１と同じ部分は同符号を付して説明を省略する。電気化学反応装置２０は、液流路構造体２３の代わりに、液流路構造体２３Ａを備えている以外は、電気化学反応装置２０と同様の態様である。

液流路構造体２３Ａは、厚さ方向から見て間隔をあけて隣り合っている２本のカソード側ガス流路３２の両方に重なる幅広の３本のスリット２３ａが互いに平行して形成されている。そして、各々のスリット２３ａにおけるカソード２１とイオン交換膜２６と液流路構造体２３Ａとで囲まれた部分が３本の電解液流路３１Ａになっている。

電気化学反応装置２０では、電解液流路３１Ａとカソード側ガス流路３２とは１対２で対応しており、厚さ方向から見て、１本の電解液流路３１に対して２本のカソード側ガス流路３２が重なるように配置されている。同様に、電解液流路３１Ａとアノード側ガス流路３３とは１対２で対応しており、厚さ方向から見て、１本の電解液流路３１に対して２本のアノード側ガス流路３３が重なるように配置されている。

電気化学反応装置２０においても、隣り合う電解液流路３１Ａの間では、カソード２１は、液流路構造体２３Ａの電解液流路３１Ａ以外の部分と、第１ガス流路構造体２４のカソード側ガス流路３２以外の部分とによって挟持されている。同様に、隣り合う電解液流路３１Ａの間で、アノード２２及びイオン交換膜２６は、液流路構造体２３Ａの電解液流路３１Ａ以外の部分と、第２ガス流路構造体２５のアノード側ガス流路３３以外の部分とによって挟持されている。

そのため、電気化学反応装置２０においても、各積層部材をボルト、ナット等で厚さ方向（積層方向）に締結したときに、隣り合う電解液流路３１Ａ間においてカソード２１、アノード２２及びイオン交換膜２６に多点でしっかりと面圧がかかる。そのため、第１給電体２７からカソード２１までの電気の供給と、第２給電体２８からアノード２２までの電気の供給における損失を低減でき、エネルギー効率がさらに高くなる。
カソード２１及びアノード２２をより多点で支持でき、カソード２１及びアノード２２に面圧をかけやすく、電流密度を均一化しやすい点では、電気化学反応装置２０よりも電気化学反応装置１０が好ましい。

また、アノードのカソード側にイオン交換膜が隣接して設けられていれば、電解液流路、カソード側ガス流路及びアノード側ガス流路がそれぞれ１本ずつ形成されている電気化学反応装置としてもよい。
その他、本発明の趣旨に逸脱しない範囲で、前記実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、前記した変形例を適宜組み合わせてもよい。

１０，２０…電気化学反応装置、２１…カソード、２２…アノード、２３，２３Ａ…液流路構造体、２４…第１ガス流路構造体、２５…第２ガス流路構造体、２６…イオン交換膜、２７…第１給電体、２８…第２給電体、３１…電解液流路、３２…カソード側ガス流路、３３…アノード側ガス流路。

Claims

二酸化炭素を電気化学的に還元する電気化学反応装置であって、
カソードと、
アノードと、
前記アノードの前記カソード側の表面に隣接されたイオン交換膜と、
前記カソードと前記イオン交換膜の間に設けられ、電解液流路を形成する液流路構造体と、
前記カソードの前記アノードとは反対側に設けられ、二酸化炭素ガスが供給されるカソード側ガス流路を形成する第１ガス流路構造体と、
前記アノードの前記カソードとは反対側に設けられ、アノード側ガス流路を形成する第２ガス流路構造体と、
前記第１ガス流路構造体の前記カソードとは反対側に設けられた第１給電体と、
前記第２ガス流路構造体の前記アノードとは反対側に設けられた第２給電体と、
を備え、
前記電解液流路、前記カソード側ガス流路及び前記アノード側ガス流路がそれぞれ複数形成されており、
少なくとも一組の前記電解液流路の間で、前記カソード、前記アノード及び前記イオン交換膜が、前記液流路構造体と前記第１ガス流路構造体と前記第２ガス流路構造体の流路以外の部分によって挟持されており、
前記カソード側ガス流路と前記電解液流路と前記アノード側ガス流路がそれぞれ同数で、かつそれらが厚さ方向から見て重なるように配置されており、すべての隣り合う前記電解液流路の間で、前記カソード、前記アノード及び前記イオン交換膜が、前記液流路構造体と前記第１ガス流路構造体と前記第２ガス流路構造体の流路以外の部分によって挟持されている、電気化学反応装置。