JP7353494B2 - 水電解用複極式ゼロギャップ電解槽 - Google Patents

Description

本発明は、水電解用複極式ゼロギャップ電解槽に関する。

近年、二酸化炭素等の温室効果ガスによる地球温暖化、化石燃料の埋蔵量の減少等の問題を解決するため、風力や太陽光などの再生可能エネルギーを利用した風力発電や太陽光発電等の技術が注目されている。

再生可能エネルギーは、出力が気候条件に依存するため、その変動が非常に大きいという性質がある。そのため、再生可能エネルギーによる発電で得られた電力（以下、「変動電源」とも称する）を一般電力系統に輸送することが常に可能とはならず、電力需給のアンバランスや電力系統の不安定化等の社会的な影響が懸念されている。また、再生可能エネルギーから得られる電力と電力需要のアンバランスが一日の中でも起こるばかりでなく、季節によってもアンバランスを生じることはよく知られている。

そこで、再生可能エネルギーから発電された電力を、貯蔵及び輸送が可能な形に代えて、これを利用しようとする研究が行われている。具体的には、再生可能エネルギーから発電された電力を利用した水の電気分解（電解）により、貯蔵及び輸送が可能な水素を発生させ、発生した水素をエネルギー源や原料として利用することが検討されている。

水素は、石油精製、化学合成、金属精製等の場面において、工業的に広く利用されており、近年では、燃料電池車（ＦＣＶ）向けの水素ステーションやスマートコミュニティ、水素発電所等における利用の可能性も広がっている。このため、再生可能エネルギーから特に高純度の水素を得る技術の開発に対する期待は高い。

水の電気分解の方法としては、固体高分子型水電解法、高温水蒸気電解法、アルカリ水電解法等がある。中でも、数十年以上前から工業化されていること、大規模に実施することができること、他の水電解装置に比べると安価であること等の理由から、アルカリ水電解は特に有力なものの一つとされている。

しかしながら、アルカリ水電解を今後エネルギーの貯蔵及び輸送のための手段として適応させるためには、前述のとおり出力の変動が大きい電力を効率的且つ安定的に利用して水電解を行う必要がある。前記の需給のアンバランス、特に再生可能エネルギーからの電力の供給が大幅に変動すると、水電解装置に供給される電力も変動する。その結果、電解セル単位面積当たりの電流密度が変動するため、既存のアルカリ水電解装置では、水素生成の電力原単位の悪化及び発生した水素中酸素及び／または酸素中水素濃度が増えて精製ロスの増加等が懸念される。このような状況下では、水電解装置の容量を大きくし幅広い電流を受けられるようにせざるを得ず、設備投資が増えて採算性に問題が生じる。従って、水電解装置には、広い電流密度で効率的に水素製造ができることが望まれる。

アルカリ水電解において電解電圧を低く抑えて、水素製造の電力原単位を改善するという課題を解決するために、電解セルの構造として、特に、隔膜と電極との隙間を実質的に無くした構造である、ゼロギャップ構造と呼ばれる構造の採用が有効なことはよく知られている（特許文献１、２参照）。ゼロギャップ構造では、発生するガスを電極の細孔を通して電極の隔膜側とは反対側に素早く逃がすことによって、電極間の距離を低減しつつ、電極近傍におけるガス溜まりの発生を極力抑えて、電解電圧を低く抑制している。そのため、ゼロギャップ構造は、電解電圧の抑制にきわめて有効であり、種々の電解装置に採用されている。

また近年、効率的且つ安定的なアルカリ水電解を実現するために、電解セルの構造の最適化に加えて、電極や隔膜の最適化等によって上述の諸課題に取り組む研究が盛んに行われている（特許文献３、４参照）。
更に、コストの観点から、コンパクトで薄型の水電解槽が好ましく、一方で、電極室の幅が狭くても、液流の圧力損失が低く、且つ、発熱による温度分布が均一であることが望まれる。また、電力変動運転においては、電解槽内の内圧変動によって、陽極室、陰極室の間の差圧変動が生じることで、ゼロギャップ部分の圧力を一定に制御することが出来ずに、ゼロギャップの形成不良が生じることで、電解効率が悪化する。また、前記陽極室、陰極室の差圧変動によって、隔膜が損傷し、酸素ガスと水素ガスの混合が生じる恐れがある。そして、差圧変動が生じると、その他の部材間の接触部分においても、接触部分が摩擦によって損傷する恐れがある。特に、電解槽を形成する電解枠にニッケルメッキなどの保護層を形成している場合、保護層が損傷し、腐食の原因となる恐れがある。

米国特許第４５３０７４３号明細書 特開昭５９－１７３２８１号公報 国際公開第２０１３／１９１１４０号 特開２０１５－１１７４１７号公報

そこで、本発明の目的は、広い電流密度の範囲において効率的に水素を製造でき、変動電源に対応可能な電解槽を提供することにある。

本発明の要旨は以下の通りである。
［１］
陽極を備えた陽極室と、陰極を備えた陰極室と、前記陽極室と前記陰極室との間に設けられた導電性隔壁と、前記導電性隔壁を縁取る外枠とを備えた複数の複極式エレメントが、ガスケット及び隔膜を挟んでスタックされ、前記ガスケットと前記隔膜との間、及び前記ガスケットと前記外枠との間に面圧を与え、電解液の封止を実現する水電解用複極式電解槽において、
前記導電性隔壁の一方の表面のみに突起を有し、
前記導電性隔壁の前記一方の表面の反対側の表面と電極との間に導電性弾性体が配置され、
一方の電極は少なくとも前記突起を介して、他方の電極は少なくとも前記導電性弾性体を介して、前記導電性隔壁と導通を形成し、
前記導電性弾性体の弾性応力によって隣り合う複極式エレメントの陰極と陽極との間に前記隔膜が挟持され、
前記導電性隔壁は、表面に突起、凹み、及び平坦部を有し、前記突起は前記一方の表面のみに配され、少なくとも一組の隣り合う突起間に前記平坦部が配され、前記凹みは前記一方の表面の反対側の表面のみに配され、少なくとも一組の隣り合う凹み間に前記平坦部が配されること、
を特徴とする、水電解用複極式ゼロギャップ電解槽。
［２］
前記導電性隔壁において、前記突起は一方の表面のみにあり、前記一方の表面の反対側の表面には前記突起に対応する凹みがある、［１］に記載の水電解用複極式ゼロギャップ電解槽。
［３］
前記導電性隔壁の前記一方の表面と、前記一方の表面側の電極室に備えられた電極との間に導電性弾性体が配置された、
［１］又は［２］に記載の水電解用複極式ゼロギャップ電解槽。
［４］
前記導電性弾性体が少なくとも陰極室にある、［１］～［３］のいずれかに記載の水電解用複極式ゼロギャップ電解槽。
［５］
前記突起の間隔が１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下である、［１］～［４］のいずれかに記載の水電解用複極式ゼロギャップ電解槽。
［６］
前記突起の間隔が１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下であり、
前記突起の径が１ｍｍ以上７０ｍｍ以下であり、
前記突起の高さが０．１ｍｍ以上２０ｍｍ以下である、
［１］～［５］のいずれかに記載の水電解用複極式ゼロギャップ電解槽。
［７］
前記隔膜が多孔膜である、［１］～［６］のいずれかに記載の水電解用複極式ゼロギャップ電解槽。
［８］
前記導電性弾性体と前記導電性隔壁の間に集電体が配置され、
前記集電体の接触抵抗が１ｍΩｃｍ^２以上１５０ｍΩｃｍ^２以下である、［１］～［７］のいずれかに記載の水電解用複極式ゼロギャップ電解槽。
［９］
前記陽極の弾性率が０．０１ＧＰａ以上２００ＧＰａ以下である、［１］～［８］のいずれかに記載の水電解用複極式ゼロギャップ電解槽。
［１０］
前記陰極の弾性率が０．０１ＧＰａ以上２００ＧＰａ以下である、［１］～［９］のいずれかに記載の水電解用複極式ゼロギャップ電解槽。
［１１］
前記導電性弾性体が、導電性クッションマットあり、
前記導電性クッションマットが、線径が０．０５ｍｍ以上１ｍｍ以下、圧縮時厚みが１ｍｍ以上２０ｍｍ以下、５０％圧縮変形時の弾性応力が１ｋＰａ以上１０００ｋＰａ以下である、
［１］～［１０］のいずれかに記載の水電解用複極式ゼロギャップ電解槽。
［１２］
前記導電性隔壁がニッケルメッキ層を有する、［１］～［１１］のいずれかに記載の水電解用複極式ゼロギャップ電解槽。
［１３］
前記陽極及び／又は前記陰極が、材質がニッケルであり、金属発泡体、平織メッシュ型の多孔体、パンチング型の多孔体、及びエキスパンド型の多孔体からなる群から選ばれる少なくても１つの多孔体であり、
前記導電性弾性体の上に、前記多孔体が配置される、［１］～［１２］のいずれかに記載の水電解用複極式ゼロギャップ電解槽。
［１４］
スタック圧力が０．５ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下である、［１］～［１３］のいずれかに記載の水電解用複極式ゼロギャップ電解槽。
［１５］
［１］～［１４］のいずれかに記載の水電解用複極式ゼロギャップ電解槽を使用することを特徴とする、水素の製造方法。
［１６］
電解運転圧力が３～４０００ｋＰａである、［１５］に記載の水素の製造方法。

本発明によれば、広い電流密度の範囲において効率的に水素を製造でき、変動電源に対応できる、複極式電解槽及び水素製造方法を提供することができる。

本実施形態の水電解用複極式ゼロギャップ電解槽の一例の全体について示す側面図である。 本実施形態の水電解用複極式ゼロギャップ電解槽の一例を備えるアルカリ水電解装置の概要を示す図である。 本実施形態の水電解用複極式ゼロギャップ電解槽のゼロギャップ構造の一例の概要を示す図である。（Ａ）は、２つの複極式エレメントを並べたスタック前の断面図である。（Ｂ）、（Ｃ）は、複極式エレメントをスタックしてゼロギャップ構造を形成した水電解用複極式ゼロギャップ電解槽の一例の断面図である。 導電性隔壁の表面に設けられる突起の配置の一例を示す、導電性隔壁の平面図（ａ）及び断面図（ｂ）である。 本実施形態の水電解用複極式ゼロギャップ電解槽の多孔体電極の一例のエキスパンド型基材の網目部分について示す平面図、及び、前記平面図の線Ａ－Ａに沿う面により切断したときの断面図である。 本実施形態の水電解用複極式ゼロギャップ電解槽の多孔体電極の一例の平織メッシュ型基材の網目部分について示す平面図である。 本実施形態の水電解用複極式ゼロギャップ電解槽の多孔体電極の一例のパンチング型基材について示す平面図である。 本実施形態の水電解用複極式ゼロギャップ電解槽の多孔体電極の一例の開口部を拡大して示す概略図である。

以下、本発明を実施するための形態（以下、「本実施形態」という）について詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。

本実施形態の水電解用複極式ゼロギャップ電解槽は、片面が陽極、片面が陰極となる複数の複極式エレメントを、隔膜を挟んで同じ向きに並べて直列に接続し、両端のみを電源に接続した、複極式電解槽である。言い換えると、本実施形態の水電解用複極式ゼロギャップ電解槽は、陽極と、陰極と、前記陽極と前記陰極との間に配置された隔膜との組み合わせ（「電解セル」とも称する）を、複数備える、複極式電解槽である。
本実施形態の水電解用複極式ゼロギャップ電解槽は、陽極を備えた陽極室と、陰極を備えた陰極室と、前記陽極室と前記陰極室との間に設けられる導電性隔壁と、を備える複極式エレメントが、ガスケット及び隔膜を挟んでスタックされ、前記導電性隔壁の少なくとも一方の表面に突起を有し、前記導電性隔壁の前記一方の表面の反対側の表面と電極との間に導電性弾性体が配置され、一方の電極は少なくとも前記突起を介して、他方の電極は少なくとも前記導電性弾性体を介して、前記導電性隔壁と導通を形成することが好ましい。
また、本実施形態の水電解用複極式ゼロギャップ電解槽は、陽極を備えた陽極室と、陰極を備えた陰極室と、前記陽極室と前記陰極室との間に設けられた導電性隔壁と、前記導電性隔壁を縁取る外枠とを備えた複数の複極式エレメントが、ガスケット及び隔膜を挟んでスタックされ、前記ガスケットと前記隔膜との間、及び前記ガスケットと前記外枠との間に面圧を与え、電解液の封止を実現する水電解用複極式電解槽である。加えて、前記導電性隔壁の少なくとも一方の表面に突起を有し、前記導電性隔壁の前記一方の表面の反対側の表面と電極との間に導電性弾性体が配置され、一方の電極は少なくとも前記突起を介して、他方の電極は少なくとも前記導電性弾性体を介して、前記導電性隔壁と導通を形成し、前記導電性弾性体の弾性応力によって隣り合う複極式エレメントの陰極と陽極との間に前記隔膜が挟持されることが好ましい。
本実施形態の水電解用複極式ゼロギャップ電解槽は、広い電流密度の範囲において効率的に水素を製造ができ、変動電源に対応できる。また、電極室の厚さまたは幅を小さくすることで、コンパクトで構造物材料費用を削減でき、また、電解槽内の圧力損失が低いことによって、槽内の電解液の線速度を上げることができ、その結果槽内の異常温度上昇の防止、及び脱泡性を向上することができる。また、電力変動により、差圧変動が生じても、ゼロギャップ構造を維持でき、隔膜、電解枠、電極、そのほかの部材の損傷を防止する事ができる。

以下、本実施形態の水電解用複極式ゼロギャップ電解槽を特徴付ける重要な構成要素である、導電性隔壁、導電性弾性体、陽極、陰極、集電体、隔膜について、詳細に説明する。
アルカリ水電解反応では、電源に接続されている電極対（すなわち、陽極及び陰極）を備える電解槽で、アルカリ水を電気分解して、陽極で酸素ガスを発生させ、陰極で水素ガスを発生させる。
なお、本明細書中において、「電極」と称する場合には、陽極及び陰極のいずれか一方又は両方を意味するものとする。また、一方の電極とは陽極又は陰極の一方をいい、他方の電極とは前記一方の電極と異なる電極をいう。また、「導通」とは電気的に接続されることをいう。

［導電性隔壁］
前記導電性隔壁は、前記陽極室と前記陰極室との間に設けられる（図３）。導電性隔壁は、陽極室と接する表面と、陰極室と接する表面との２つの表面を有する形状であってよい。また、前記導電性隔壁は、電解液を透過しない構造であってよい。
本明細書において、導電性隔壁の一方の表面とは、陽極室側又は陰極室側の表面をいい、反対側の表面とは前記一方の表面と異なる電極室側の表面をいう。

本実施形態の水電解用複極式ゼロギャップ電解槽において、前記導電性隔壁の少なくとも一方の面に突起を有している。
突起は、電極を支持するとともに、電極と導電性隔壁との導通パスを形成する。さらに、電極と隔壁間に突起があることで、電解液や発生するガスの流体にとって、圧力損失が小さい好適な流路を形成する事ができる。また、前記突起により、発生したガスによって電解液の撹拌が促進されることで、電解槽内で局所的に発生する発熱による温度分布が均一化される。これにより、電解槽内部での局所的な温度上昇に伴う、隔膜等の部材損傷を防ぐことが出来る。
また、本明細書の突起は、リブを含まない。突起により、導電性隔壁へのリブの溶接が不要となり、コストダウンにつながる。さらに、電解槽を形成する電解枠にニッケルメッキなどの保護層を形成している場合、リブを導電性隔壁に溶接する箇所がないため、ニッケルメッキのめっき不良を抑制でき、低コストと高耐久性を両立した電解槽を実現できる。

前記導電性隔壁において、前記突起は一方の面のみにあり、前記突起に対応する凹みが一方の表面の反対側の表面のみにあることが好ましい（図３）。上記凹みは、突起の導電性隔壁の厚み方向の反対側の位置にあることが好ましい（図３）。この凹みが圧力のバッファリング効果を発現し、急激にガス発生量が変化した場合の圧力変動を平準化でき、その結果、陽極室、陰極室間の差圧を小さくすることができ、隔膜、電解枠、電極、そのほかの部材の損傷を防止する事ができる。また、前記凹みにより、前記導電性弾性体などの電解槽構成部材の脱落が抑制されるとともに、接触抵抗が低減することで、好適な電子伝導パスを形成する事が出来る。

前記突起は、前記導電性隔壁の両方の表面にあっても良い。両方の表面に突起がある場合、突起がある表面とは反対側の表面に、各突起の反対側の位置に対応する凹みがあってもよい。すなわち、表面に、突起と凹みとがあってよい。

前記突起は、電極表面と平行な導電性隔壁表面（図３（Ｂ））の陽極２ａ、弾性体２ｅと接する面）のみに設けられることが好ましい。電極表面に垂直であって電極室と接する表面には設けられていないことが好ましい。

加工性の観点から、前記突起は、前記導電性隔壁の一方の面にのみあり、他方の面には前記突起に対応する凹みがあることが好ましい（図４）。
前記凹みの設置場所は、特に指定されないが、ガス発生量が多い電極室側に設置されることで、よりバッファリング効果による圧力変動の平準化効果が得られ、差圧変動が抑制され、隔膜、電解枠、電極、そのほかの部材の損傷を防止する事ができる。

前記突起の形状は、波形、半球状、球状、円形、楕円形、台形、錐体などの任意の幾何学的形状とできる。電極への損傷が少ない点から、半球状（図４）や球状が好ましい。
突起は、ある間隔のもと配置することができる。前記突起の配置は、60°千鳥や45°千鳥、並列など、任意の配列とできる。ここで、60°千鳥とは、正三角形の頂点に突起があり、突起の中心を結ぶ線の角度が60゜で配列されることをいう（図４（a）パターン例a）。並列とは、正方形の四隅に突起があり、突起の中心を結ぶ四角形が90゜で配列されることをいう（図４（a）パターン例b）。45°千鳥とは、正方形の四隅とそれぞれの対角線の交差するところに突起があり、突起の中心を結ぶ線の角度が45゜・90゜の方向で配列されることをいう。
導電性隔壁表面を平面視したときの突起の形状は、円形状、多角形状等であってよい。

前記突起の間隔は、１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下であることが好ましい。圧力損失を抑制する観点から、間隔は、２０ｍｍ以上がより好ましく、３０ｍｍ以上が更に好ましい。また、電極の撓みを抑制する観点から、間隔は、７０ｍｍ以下であることがより好ましく、５０ｍｍ以下であることが更に好ましい。
突起の間隔とは、隣り合う２つの突起の、突起の中心間の距離としてよい（図４）。また、突起の間隔とは、ある突起と該突起の最も近くに存在する他の突起との距離をいう。突起の間隔は、例えば、導電性隔壁上に存在する任意の１０個の突起について、突起の間隔を求め、その平均値としてよい。

突起径は１ｍｍ以上７０ｍｍ以下であることが好ましい。接触抵抗を低くする観点から、径は、３ｍｍ以上がより好ましく、５ｍｍ以上が更に好ましい。また、圧力損失を抑制する観点から、径は、５０ｍｍ以下であることがより好ましく、３０ｍｍ以下であることが更に好ましい。
突起の径は、平面視した突起形状の外端の２点を結ぶ線分の長さであって、最大の長さをいう（図４）。例えば、円である場合直径であり、四角形である場合対角線の長さである。突起の径は、例えば、導電性隔壁上に存在する任意の１０個の突起について、突起の径を求め、その平均値としてよい。

突起高さは、０．１ｍｍ以上２０ｍｍ以下であることが好ましい。圧力損失の観点から、高さは、１ｍｍ以上であることがより好ましく、２ｍｍ以上であることが更に好ましい。加工性の観点から、高さは、１０ｍｍ以下であることがより好ましく、６ｍｍ以下であることが更に好ましい。図４に、突起の一例の断面図を示す。
突起の高さは、導電性隔壁の厚さ方向断面において、突起が設けられる側の導電性隔壁の表面（例えば、平坦部の表面）から、突起の最高点までの距離としてよい。突起の高さは、例えば、導電性隔壁上に存在する任意の１０個の突起について、突起の高さを求め、その平均値としてよい。

前記導電性隔壁は、同一表面上の隣り合う突起のうち、少なくとも一組の隣り合う突起間に平坦部があることが好ましく、全ての隣り合う突起間に平坦部があることがより好ましい（図４）。また、前記導電性隔壁は、少なくとも一組の隣り合う凹み間に平坦部があることが好ましく、全ての隣り合う凹み間に平坦部があることがより好ましい（図４）。
前記導電性隔壁は、表面に前記突起、前記凹み、及び平坦部を有し、前記突起は一方の表面のみに配され、前記凹みは一方の表面の反対側の表面のみに配されることが好ましい。さらに、前記導電性隔壁の凹みを有する側の表面に導電性弾性体が隣接して配置され、一方の電極は少なくとも前記突起を介して導電性隔壁と導通を形成し、他方の電極は少なくとも前記導電性弾性体を介して、前記導電性隔壁の凹みを有する側の表面の平坦部と導通を形成し、前記導電性弾性体の弾性応力によって両電極間に前記隔膜が挟持されることが、接触抵抗の低減と差圧変動の抑制による隔膜、電解枠、電極、そのほかの部材の損傷防止の観点から好ましい。
ここで、前記導電性隔壁の平坦部とは、凸部も凹部もない平坦な部分を指す。突起とは、前記導電性隔壁の突起を有する表面の平坦部から、該表面側の電極に向けた凸部を指す。凹みとは、前記導電性隔壁の凹みを有する表面の平坦部から、該表面の反対側の表面に向けた凹みを指す。なお、凹みに貫通孔やヘッダー部は含まない。
前記突起は一方の表面に配され、前記凹みは一方の表面の反対側の表面に配され、その表面上の突起や凹みの位置はそれぞれに任意にとることができる。加工性の観点から、前記突起に対応する位置に凹みがあることが好ましい。
また、ここで、前記導電性弾性体は、導電性隔壁の表面と、該表面側の電極室に備えられる電極（例えば、陽極又は陰極）との間に配置される（図３）。前記導電性弾性体と前記導電性隔壁とは導通を形成することが好ましく、前記導電性弾性体と導電性隔壁の表面とは隣接していてもよいし、他の部材（例えば、集電体等の導電性を有する部材）を介して配置されていてもよい。例えば、前記導電性隔壁の凹みを有する側の表面と、導電性弾性体の間に、他の導電性部材を介してもよい（図３（C））。
前記複極式エレメントは、前記導電性隔壁の一方の表面のみに突起があり、他方の表面に導電性弾性体を介して電極が配置される構造（図３）、前記導電性隔壁の両表面に突起があり、一方の表面のみに導電性弾性体を介して電極が配置される構造、前記導電性隔壁の両表面に突起があり、両方の表面に導電性弾性体を介して電極が配置される構造、が含まれる。
前記導電性隔壁の凹みを有する側の表面の平坦部と導通を形成することで、突起部と導通を形成する場合に比べて接触面積が広くなり接触抵抗が低減でき、好適な電子伝導パスを形成する事が出来る。さらに、前記凹みのバッファリング効果によって圧力変動の平準化ができ、その結果、陽極室、陰極室間の差圧変動が抑制され、隔膜、電解枠、電極、そのほかの部材の損傷を防止する事ができる。

［導電性弾性体］
本実施形態の水電解用複極式ゼロギャップ電解槽において、前記導電性隔壁の少なくとも一方の表面と該表面側の電極室に備えられる電極との間に導電性弾性体が配置される（図３）。中でも、前記導電性隔壁の少なくとも一方の表面に、導電性弾性体が隣接する形で配置されることが好ましい（図３（A）、（B））。導電性弾性体は、突起が設けられる表面の反対側の表面に、少なくとも配置されることが好ましい。導電性弾性体は、少なくとも陰極室にあってよく、陰極室のみにあってもよい。
導電性弾性体は、電極を支持するとともに、電極と導電性隔壁の導通を形成する。さらに、導電性弾性体は、電解液や発生するガスが流れる流路としての役割も果たす。電解槽を形成するために、隣接するアルカリ水電解エレメント同士の間に隔膜を配置し、一方のアルカリ水電解エレメントの陰極と他方のアルカリ水電解エレメントの陽極とで隔膜を挟み付けた際に、導電性隔壁に対して陰極又は陽極を移動可能に支持する前記導電性弾性体を備えることで、陰極、隔膜、及び陽極を均一に密着でき、ゼロギャップ構造を実現することが可能となる。その結果、発生するガスは陰極や陽極の背面（すなわち、隔膜と接する面とは反対側の表面）から抵抗なく抜き出せるだけでなく、気泡の滞留や、発生ガスを払い出す際の振動などを防止でき、電解電圧が非常に低い状態で安定した電解が長期間に渡り可能となる。

前記導電性弾性体が、前記導電性隔壁の両側に配置されていてもよい。例えば、前記導電性隔壁の一方の表面と一方の電極（例えば陰極）との間、及び前記導電性隔壁の他方の表面と他方の電極（例えば陽極）との間、に導電性弾性体が設けられていてもよい。導電性弾性体は、導電性隔壁の両側の表面に隣接して配置されていてよい。導電性隔壁の両側に前記弾性体を配置する場合は、同じ導電性弾性体を用いてもよいし、それぞれ異なる弾性体を用いてもよい。
導電性隔壁の両側に導電性弾性体が配置される場合、前記突起と前記導電性弾性体と一方の電極とがこの順に隣接して設けられ、前記平坦部と前記導電性弾性体と他方の電極とがこの順に隣接して設けられてよい。なお、一方の電極と他方の電極とが導通を形成できれば、導電性隔壁、導電性弾性体、電極の間には、他の導電性の部材が設けられていてもよい。

導電性弾性体の最も重要な役割は、隔膜に接している電極に対し均一で隔膜を損傷させない程度の適切な圧力を加えて、隔膜と電極とを密着させることである。導電性弾性体としては、バネやスプリング、ワイヤー織物、クッションマット等を用いることができる。例えば、ニッケル製ワイヤーを織ったものを波付け加工したクッションマット（好ましくは導電性クッションマット）を用いることができる。
クッションマットは、加工性の観点から、線径が０．０５ｍｍ以上であることが好ましく、０．１ｍｍ以上であることがより好ましく、０．１５ｍｍ以上であることが更に好ましい。膜損傷の観点から、線径は１ｍｍ以下であることが好ましく、０．５ｍｍ以下であることがより好ましく、０．３ｍｍ以下であることがさらに好ましい。クッションマットは折り返して使用したり、重ねて使用したりしてもよい。
圧力損失の観点から、マットの圧縮時厚みは１ｍｍ以上であることが好ましく、２ｍｍ以上であることがより好ましく、３ｍｍ以上であることが更に好ましい。電解槽コンパクト化の観点から、マットの圧縮時厚みは２０ｍｍ以下であることが好ましく、１５ｍｍ以下であることがより好ましく、８ｍｍ以下であることが更に好ましい。マットの圧縮時厚みは、実際に電解槽内にマットを組み込んで圧縮した際のマット厚みの平均値をいう。
内圧変動時の差圧耐性の観点から、５０％圧縮変形時の弾性応力は、１ｋＰａ以上であることが好ましく、５ｋＰａ以上であることがより好ましく、１０ｋＰａ以上であることが更に好ましい。膜損傷の観点から、１０００ｋＰａ以下であることが好ましく、５００ｋＰａ以下であることがより好ましく、１００ｋＰａ以下であることが更に好ましい。
なお、５０％圧縮変形時の弾性応力は、後述の実施例に記載の方法で測定することができる。

［電極（陽極、陰極）］
本実施形態の水電解用複極式ゼロギャップ電解槽において、発生するガスの脱泡性の観点から、陽極及び陰極の少なくとも一方が、多孔体電極であることが好ましい。

隔膜との接触面の裏側から発生するガスの脱泡性の観点から、多孔体電極は、隔膜に接する面と反対に位置する面とが、貫通していること（例えば、貫通する孔が存在すること）が好ましい。

前記多孔体電極としては、特に限定されないが、平均孔径の制御の観点から、平織メッシュ型、パンチング型、エキスパンド型などの網（メッシュ）状構造を有する電極、金属発泡体等が挙げられる。
前記多孔体電極の材質は、ニッケルが好ましい。
陽極及び／又は陰極が、材質がニッケルであり、金属発泡体、平織メッシュ型の多孔体、パンチング型の多孔体、及びエキスパンド型の多孔体からなる群から選ばれる少なくとも１つの多孔体であり、前記導電性弾性体の上に多孔体が配置されることが好ましい。

平織メッシュ型は、金属や樹脂などからなる線材を、一方向に平行な複数の線材に対して、別方向に平行な複数の線材が一定の間隔を保ちつつ互いに１本ずつ交差するように織られた網状構造である。図６に、平織メッシュ型の多孔体電極の一例の開口部を拡大して示す。
なお、平織メッシュ型の開口部の形状は、開口部を平面として垂直方向から観察した場合に、一方向に平行な隣接する２本の線材１組と、別方向に平行な隣接する２本の線材１組とが交差して形成される平行四辺形であり、正方形、長方形、菱形のいずれであってもよい。
本実施形態において、平織メッシュ型の多孔体電極を用いる場合、寸法は特に制限されないが、電解表面積増加によるガス発生量の増加と、電解により発生するガスの電極表面からの効率的な除去を両立させるために、目開き（Ａ）は、０．１ｍｍ以上５．０ｍｍ以下とすることができ、０．２ｍｍ以上４．０ｍｍ以下が好ましく、０．３ｍｍ以上３．０ｍｍ以下がより好ましい。
ここで、目開き（Ａ）は、図６に示すように、平織メッシュ型の開口部を構成する４本の線材のうち、平行な隣接する２本１組の線材間の垂直距離と、他方の２本１組の線材間の垂直距離との平均値を意味する。１つの基材上の開口部間で目開き（Ａ）が異なる場合には、平均値とする。
なお、目開きは、後述する線径及びメッシュ数から下記式で求めることができる。
目開き＝（２５．４／メッシュ数）－線径

本実施形態において、目開き以外の寸法については、特に制限されないが、線径は０．０５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下、メッシュ数は５以上７０以下が好ましい。より好ましくは、線径は０．１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下、メッシュ数は１０以上６５以下である。
線径は、図６に示すように、平織メッシュ型を構成する線材の直径である。メッシュ数は、１インチ（２５．４ｍｍ）の中にある目の数であり、下記式で求めることができる。
メッシュ数＝２５．４／（目開き＋線径）。

パンチング型は、金属や樹脂などからなる板に丸型や角型のパンチ穴を一定間隔で複数開けた網状構造である。パンチ穴の形状は、特に限定されないが、機械的強度の観点から、円形が好ましく、真円形がより好ましい。図７に、パンチング型の多孔体電極の一例の平面図を示す。
本実施形態において、パンチング型の多孔体電極を用いる場合、寸法は特に制限されないが、電解表面積増加によるガス発生量の増加と、電解により発生するガスの電極表面からの効率的な除去を両立させるため、穴径（Ｄ）は０．５ｍｍ以上１２．０ｍｍ以下、穴間ピッチ（Ｐ）は０．５ｍｍ以上１５ｍｍ以下とすることができる。好ましくは、穴径（Ｄ）が１．０ｍｍ以上１０．０ｍｍ以下、穴間ピッチ（Ｐ）が１．０ｍｍ以上１０．０ｍｍ以下であり、より好ましくは、穴径（Ｄ）が１．５ｍｍ以上８．０ｍｍ以下、穴間ピッチ（Ｐ）が１．５ｍｍ以上８．０ｍｍ以下である。
ここで、穴径（Ｄ）は、パンチ穴が真円形の場合は直径を意味し、パンチ穴が楕円形の場合には長軸径と短軸径の平均値を意味する。穴間ピッチ（Ｐ）は、１つのパンチ穴と最近接するパンチ穴との中心間距離を意味する。言い換えると、１つのパンチ穴に隣接する複数のパンチ穴の中心から当該１つのパンチ穴中心までの距離のうち最短のものを意味する。１つの基材上のパンチ穴間で穴径（Ｄ）、穴間ピッチ（Ｐ）が異なる場合は、平均値とする。

エキスパンド型は、金属や樹脂などからなる板に千鳥状に切れ目を入れながら押し広げて、菱形の開口部を成形した網状構造である。ここで、エキスパンド型における「菱形」は、四辺の長さが等しく、対角線同士が直交し、４つの内角のうちの１つの角度が０°超１８０°未満である、平行四辺形を意味する。１つの内角の角度が９０°である場合、すなわち「正方形」も含むものとする。図５に、エキスパンド型の多孔体電極の一例の開口部を拡大した平面図及び断面図を示す。
本実施形態において、エキスパンド型の多孔体電極を用いる場合、寸法は特に制限されないが、電解表面積増加によるガス発生量の増加と、電解により発生するガスの電極表面からの効率的な除去を両立させるため、メッシュの長目方向の中心間距離（ＬＷ）は１．０ｍｍ以上１０．０ｍｍ以下、メッシュの短目方向の中心間距離（ＳＷ）は０．５ｍｍ以上８．０ｍｍ以下とすることができる。好ましくは、ＬＷが２．０ｍｍ以上６．０ｍｍ以下、ＳＷが１．０ｍｍ以上５．０ｍｍ以下、より好ましくは、ＬＷが３．０ｍｍ以上５．０ｍｍ以下、ＳＷが１．０ｍｍ以上４．０ｍｍ以下である。
ここで、メッシュの長目方向の中心間距離（ＬＷ）は、開口部を平面として垂直方向から観察した場合の、隣接するボンド（メッシュ交差部）中心間の最長距離を意味する。メッシュの短目方向の中心間距離（ＳＷ）は、開口部を平面として垂直方向から観察した場合の、ＬＷに対し直角方向で隣接するボンド中心間の最短距離を意味する。１つの基材上のメッシュ間でＬＷ、ＳＷが異なる場合は、平均値とする。

金属発泡体を多孔体電極として用いる場合、寸法は特に制限されないが、電解表面積増加によるガス発生量の増加と、電解により発生するガスの電極表面からの効率的な除去を両立させるため、気孔率は５０％以上９５％以下が好ましく、金属発泡体の孔径は、０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下が好ましく、０．４ｍｍ以上５ｍｍ以下がより好ましい。図８に、金属発泡体の多孔体電極の一例の開口部を拡大して示す。

本実施形態において、多孔体電極の表面開口率としては、特に限定されないが、電解効率の向上の観点から、例えば８％以上８５％以下とすることができ、３０％以上８０％以下が好ましく、３１％以上７０％以下がより好ましく、３５％以上６５％以下が更に好ましい。
なお、多孔体電極の表面開口率は、多孔体電極の表面上に占める孔部分の割合を示す。多孔体電極の表面開口率は、測定用サンプルを、電極表面の垂直方向から走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で撮像し、孔が電極表面内を占める割合として求めることができる。

多孔体電極の厚みとしては、特に限定されないが、機械的強度と電解により発生するガスの電極表面からの効率的な除去を両立させる観点から、０．２ｍｍから５ｍｍ程度が好ましく、０．５ｍｍから３ｍｍ程度が更に好ましい。

陽極の弾性率としては、０．０１ＧＰａ以上２００ＧＰａ以下であることが好ましい。電極の撓みの観点から、陽極の弾性率は、０．１ＧＰａ以上がより好ましく、１ＧＰａ以上が更に好ましい。多少の柔軟性があることで使用環境における熱や圧力変動等が起こった際にもゼロギャップ構造の維持が容易なことから、陽極の弾性率は、１００ＧＰａ以下がより好ましく、８０ＧＰａ以下が更に好ましい。

陰極の弾性率としては、０．０１ＧＰａ以上２００ＧＰａ以下であることが好ましい。電極の撓みの観点から、陰極の弾性率は、０．１ＧＰａ以上がより好ましく、１ＧＰａ以上が更に好ましい。ゼロギャップ構造の維持の観点から、陰極の弾性率は、１００ＧＰａ以下がより好ましく、８０ＧＰａ以下が更に好ましい。

陽極の曲げ剛性としては、０．１ｋＮ・ｍｍ²以上２００ｋＮ・ｍｍ²以下であることが好ましい。電極の撓みの観点から、陽極の曲げ剛性は、１ｋＮ・ｍｍ²以上がより好ましく、５ｋＮ・ｍｍ²以上が更に好ましい。多少の柔軟性があることで使用環境における熱や圧力変動等が起こった際にもゼロギャップ構造の維持が容易なことから、１５０ｋＮ・ｍｍ²以下がより好ましく、１００ｋＮ・ｍｍ²以下が更に好ましい。

陰極の曲げ剛性としては、０．１ｋＮ・ｍｍ²以上２００ｋＮ・ｍｍ²以下であることが好ましい。電極の撓みの観点から、陰極の曲げ剛性は、１ｋＮ・ｍｍ²以上がより好ましく、５ｋＮ・ｍｍ²以上が更に好ましい。ゼロギャップ構造の維持の観点から、１５０ｋＮ・ｍｍ²以下がより好ましく、１００ｋＮ・ｍｍ²以下が更に好ましい。
電極の弾性率や曲げ剛性は、引張試験機を用いて算出することができる。より具体的には、後述する実施例に示す方法で測定することができる。

本実施形態における多孔体電極は、基材そのものとしてもよく、基材の表面に反応活性の高い触媒層を有するものとしてもよいが、基材の表面に反応活性の高い触媒層を有するものが好ましい。
多孔体電極は、上記の平織メッシュ型、パンチング型、エキスパンド型などの網（メッシュ）状構造を有する電極、金属発泡体等から１種類の多孔体を用いても良いし、厚みや孔径や構造の異なる２種類以上の多孔体を使用してもよい。例えば、陽極ないし陰極として、触媒層を有する多孔体を第１の電極、触媒層を有さない多孔体を第２の電極としてその２種類を重ねて使用してもよい。

本実施形態において、多孔体電極が、基材のみで構成される場合、多孔体電極について上述する、平均孔径、表面開口率は、基材表面についてのものとする。
本実施形態において、多孔体電極が、基材と、基材の表面を被覆する触媒層とを備える場合、多孔体電極について上述する、平均孔径、表面開口率は、電極触媒層表面についてのものとする。

基材の材料としては、特に制限されず、ニッケル、鉄、軟鋼、ステンレス、バナジウム、モリブデン、銅、銀、マンガン、白金族、黒鉛及びクロム等から群より選ばれる少なくとも一種からなる導電性基材が挙げられる。二種以上の金属からなる合金又は、二種以上の導電性物質の混合物からなる導電性基材を用いてもよい。中でも、基材の導電性及び使用環境への耐性の観点から、ニッケル及びニッケル基合金などが好ましい。

陽極の触媒層は、酸素発生能が高いものであることが好ましく、ニッケルやコバルト、鉄もしくは白金族元素等を使用することができる。これらは、所望の活性や耐久性を実現するために、金属単体や、酸化物等の化合物、複数の金属元素からなる複合酸化物や合金、或いはそれらの混合物として、触媒層を形成できる。耐久性や基材との接着性を向上させるために高分子等の有機物が含まれていてもよい。

陰極の触媒層は、水素発生能が高いものであることが好ましく、ニッケルやコバルト、鉄もしくは白金族元素等を使用することができる。これらは、所望の活性や耐久性を実現するために、金属単体や、酸化物等の化合物、複数の金属元素からなる複合酸化物や合金、或いはそれらの混合物として、触媒層を形成できる。耐久性や基材との接着性を向上させるために高分子材料等の有機物が含まれていてもよい。

基材上に触媒層を形成させる方法としては、めっき法、プラズマ溶射法等の溶射法、基材上に前駆体層溶液を塗布した後に熱を加える熱分解法、触媒物質をバインダー成分と混合して基材に固定化する方法、及び、スパッタリング法等の真空成膜法といった手法が挙げられる。

ゼロギャップ構造では、隔膜が、従来の電解セルより強く電極に押しつけられる。例えばエキスパンド型基材を用いた電極では開口部の端部で、隔膜が破損すること或いは、開口部に隔膜が食い込んで、陰極と隔膜の間に隙間ができて電圧が上昇する場合がある。
上記の課題を解決するためには、できるだけ平面的な電極形状とすることが好ましい。例えば、エキスパンド加工した基材（例えば、エキスパンド型基材）をローラーでプレスして平面状に加工する方法が適用できる。この際、エキスパンド加工前の元の金属平板厚みに対し、９５％から１１０％までプレスし、平面化することが望ましい。
上記の処理を施して製造した電極は、隔膜の損傷を防げるだけでなく、意外なことに電圧も低減できる。この理由は明確ではないが隔膜の表面と電極面が均一に接触するので電流密度が均―化するためと予想される。

電極のサイズとしては、特に限定されず、後述する水電解用複極式ゼロギャップ電解槽、電解セル、複極式エレメント、隔壁などの形状やサイズに合わせて、また所望する電解能力などに応じて、定めることができる。例えば、隔壁が板状の形状の場合、隔壁のサイズに合わせて定められてよい。

［集電体］
本実施形態の水電解用複極式ゼロギャップ電解槽において、前記導電性弾性体と前記導電性隔壁の間に集電体が配置され、前記集電体の接触抵抗が１ｍΩｃｍ²以上１５０ｍΩｃｍ²以下であることが好ましい。前記集電体は、電解槽中の前記導電性弾性体と前記導電性隔壁の間のうち少なくとも一か所の間に配置されることが好ましく、全ての前記導電性弾性体と前記導電性隔壁の間に配置されることがより好ましい。前記導電性弾性体と前記導電性隔壁の間に集電体を配置することで、前記導電性弾性体の圧縮率をより均一にでき、陰極、隔膜、及び陽極をより均一に密着でき、より好ましいゼロギャップ構造を形成できる。
電子伝導パスの形成の観点から、集電体の接触抵抗は、１５０ｍΩｃｍ²以下が好ましく、１００ｍΩｃｍ²以下がより好ましく、５０ｍΩｃｍ²以下がさらに好ましい。集電体の厚みや表面開口率の観点から、集電体の接触抵抗は、１ｍΩｃｍ²以上が好ましく、１０ｍΩｃｍ²以上がより好ましく、１５ｍΩｃｍ²以上がさらに好ましい。具体的には、集電体の接触抵抗は、後述の方法で算出したものである。
電子伝導パスの形成と、組付け性の観点から、前記導電性弾性体と前記集電体は、スポット溶接などで一体化されていることが好ましい。
前記集電体の材質としては、発生するガスの脱泡性の観点から、導電性多孔体であることが好ましい。前記導電性多孔体としては、特に限定されないが、平均孔径の制御の観点から、平織メッシュ型、パンチング型、エキスパンド型などの網（メッシュ）状構造を有する多孔体、金属発泡体等が挙げられる。
前記集電体の材質は、耐薬品性の観点から、ニッケルないしニッケルメッキ層を有する導電性多孔体が好ましい。
前記集電体の表面開口率としては、特に限定されないが、脱泡性の観点から、例えば８％以上８５％以下とすることができ、３０％以上８０％以下が好ましく、３１％以上７０％以下がより好ましく、３５％以上６５％以下が更に好ましい。
なお、集電体の表面開口率は、集電体の表面上に占める孔部分の割合を示す。集電体の表面開口率は、測定用サンプルを、集電体表面の垂直方向から走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で撮像し、孔が集電体表面内を占める面積割合として求めることができる。
集電体の厚みとしては、特に限定されないが、機械的強度と電解により発生するガスの良好な脱泡性を両立させる観点から、０．２ｍｍから５ｍｍ程度が好ましく、０．５ｍｍから３ｍｍ程度が更に好ましい。
集電体の弾性率としては、０．０１ＧＰａ以上２００ＧＰａ以下であることが好ましい。集電体の撓みの観点から、集電体の弾性率は、０．１ＧＰａ以上がより好ましく、１ＧＰａ以上が更に好ましい。多少の柔軟性があることで使用環境における熱や圧力変動等が起こった際にもゼロギャップ構造の維持が容易なことから、集電体の弾性率は、１００ＧＰａ以下がより好ましく、８０ＧＰａ以下が更に好ましい。
集電体の曲げ剛性としては、０．１ｋＮ・ｍｍ²以上２００ｋＮ・ｍｍ²以下であることが好ましい。集電体の撓みの観点から、集電体の曲げ剛性は、１ｋＮ・ｍｍ²以上がより好ましく、５ｋＮ・ｍｍ²以上が更に好ましい。多少の柔軟性があることで使用環境における熱や圧力変動等が起こった際にもゼロギャップ構造の維持が容易なことから、１５０ｋＮ・ｍｍ²以下がより好ましく、１００ｋＮ・ｍｍ²以下が更に好ましい。
前記導電性隔壁が、表面に突起、凹み、及び平坦部を有し、前記突起は一方の表面に配され、前記凹みは前記一方の表面の反対側の表面に配され、前記導電性隔壁の凹みを有する側の表面と電極との間に導電性弾性体が配置され、さらに、前記導電性弾性体と前記隔壁の間に集電体が配置されることで、前記導電性弾性体が凹みに落ち込むことを防ぎ、導電性弾性体の圧縮率をより均一にでき、陰極、隔膜、及び陽極をより均一に密着でき、より好ましいゼロギャップ構造を形成できる。

［隔膜］
本実施形態の水電解用複極式ゼロギャップ電解槽において、隔膜は、隣り合う複極式エレメントの陽極室と陰極室との間に設けられる（図３）。
前記隔膜としては、イオンを透過しつつ、発生する水素ガスと酸素ガスを隔離するために、イオン透過性の隔膜が使用される。このイオン透過性の隔膜は、イオン交換能を有するイオン交換膜と、電解液を浸透することができる多孔膜が使用できる。このイオン透過性の隔膜は、ガス透過性が低く、イオン伝導率が高く、電子電導度が小さく、強度が強いものが好ましい。

－－多孔膜－－
多孔膜は、複数の微細な貫通孔を有し、隔膜を電解液が透過できる構造を有する。電解液が多孔膜中に浸透することにより、イオン伝導を発現するため、孔径や気孔率、親水性といった多孔構造の制御が非常に重要となる。一方、電解液だけでなく、発生ガスを通過させないこと、すなわちガスの遮断性を有することが求められる。この観点でも多孔構造の制御が重要となる。

多孔膜は、複数の微細な貫通孔を有するものであるが、高分子多孔膜、無機多孔膜、織布、不織布等が挙げられる。これらは公知の技術により作製することができる。
高分子多孔膜の製法例としては、相転換法（ミクロ相分離法）、抽出法、延伸法、湿式ゲル延伸法等が挙げられる。

多孔膜は、高分子材料と親水性無機粒子とを含むことが好ましく、親水性無機粒子が存在することによって多孔膜に親水性を付与することができる。

－－－高分子材料－－－
高分子材料としては、例えば、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニルスルホン、ポリビニリデンフロライド、ポリカーボネート、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体、ポリビニリデンフルオライド、ポリテトラフルオロエチレン、パーフルオロスルホン酸、パーフルオロカルボン酸、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフェニレンサルファイド、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール、ポリケトン、ポリイミド、ポリエーテルイミド等が挙げられる。これらの中でも、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニルスルホン、ポリフェニレンサルファイド、ポリテトラフルオロエチレン、であることが好ましく、ポリスルホンであることがより好ましい。これらは１種単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。

多孔膜は、分離能、強度等適切な膜物性を得る為に、孔径を制御することが好ましい。また、アルカリ水電解に用いる場合、陽極から発生する酸素ガス及び陰極から発生する水素ガスの混合を防止し、かつ電解における電圧損失を低減する観点から、多孔膜の孔径を制御することが好ましい。
多孔膜の平均孔径が大きいほど、単位面積あたりの多孔膜透過量は大きくなり、特に、電解においては多孔膜のイオン透過性が良好となり、電圧損失を低減しやすくなる傾向にある。また、多孔膜の平均孔径が大きいほど、アルカリ水との接触表面積が小さくなるので、ポリマーの劣化が抑制される傾向にある。
一方、多孔膜の平均孔径が小さいほど、多孔膜の分離精度が高くなり、電解においては多孔膜のガス遮断性が良好となる傾向にある。更に、後述する粒径の小さな親水性無機粒子を多孔膜に担持した場合、欠落せずしっかりと保持することができる。これにより、親水性無機粒子が持つ高い保持能力を付与でき、長期に亘ってその効果を維持することができる。

かかる観点から、上記多孔膜においては、平均孔径は、０．１～１．０μｍの範囲であることが好ましい。多孔膜は、孔径がこの範囲であれば、優れたガス遮断性と高いイオン透過性とを両立することができる。また、多孔膜の孔径は実際に使用する温度域において制御されることが好ましい。従って、例えば９０℃の環境下での電解用隔膜４として使用する場合は、９０℃で上記の孔径の範囲を満足させることが好ましい。また、多孔膜は、アルカリ水電解用隔膜４として、より優れたガス遮断性と高いイオン透過性とを発現できる範囲として、平均孔径が０．１～０．５μｍであることがより好ましい。

多孔膜の平均孔径は、以下の方法で測定することができる。
多孔膜の平均孔径とは、完全性試験機（ザルトリウス・ステディム・ジャパン社製、「Ｓａｒｔｏｃｈｅｃｋ Ｊｕｎｉｏｒ ＢＰ－Ｐｌｕｓ」）を使用して以下の方法で測定した平均透水孔径をいう。まず、多孔膜を芯材も含めて所定の大きさに切り出して、これをサンプルとする。このサンプルを任意の耐圧容器にセットして、容器内を純水で満たす。次に、耐圧容器を所定温度に設定した恒温槽内で保持し、耐圧容器内部が所定温度になってから測定を開始する。測定が始まると、サンプルの上面側が窒素で加圧されていき、サンプルの下面側から純水が透過してくる際の圧力及び透過流量の数値を記録する。平均透水孔径は、圧力が１０ｋＰａから３０ｋＰａの間の圧力と透水流量との勾配を使い、以下のハーゲンポアズイユの式から求めることができる。
平均透水孔径（ｍ）＝｛３２ηＬμ₀／（εＰ）｝^0.5
ここで、ηは水の粘度（Ｐａ・ｓ）、Ｌは多孔膜の厚み（ｍ）、μ₀は見かけの流速であり、μ₀（ｍ／ｓ）＝流量（ｍ³／ｓ）／流路面積（ｍ²）である。また、εは空隙率、Ｐは圧力（Ｐａ）である。

アルカリ水電解用隔膜は、ガス遮断性、親水性の維持、気泡の付着によるイオン透過性低下の防止、更には長時間安定した電解性能（低電圧損失等）が得られるといった観点から、多孔膜の気孔率を制御することが好ましい。
ガス遮断性や低電圧損失等を高いレベルで両立させるといった観点から、多孔膜の気孔率の下限は３０％以上であることが好ましく、３５％以上であることがより好ましく、４０％以上であることが更に好ましい。また、気孔率の上限は７０％以下であることが好ましく、６５％以下であることがより好ましく、５５％以下であることが更に好ましい。多孔膜の気孔率が上記上限値以下であれば、膜内をイオンが透過しやすく、膜の電圧損失を抑制できる。

多孔膜の気孔率とは、アルキメデス法により求めた開気孔率をいい、以下の式により求めることができる。
気孔率Ｐ（％）＝ρ／（１＋ρ）×１００
ここで、ρ＝（Ｗ３－Ｗ１）／（Ｗ３－Ｗ２）であり、Ｗ１は多孔膜の乾燥質量（ｇ）、Ｗ２は多孔膜の水中質量（ｇ）、Ｗ３は多孔膜の飽水質量（ｇ）である。

気孔率の測定方法としては、純水で洗浄した多孔膜を３ｃｍ×３ｃｍの大きさで３枚に切出して、測定サンプルとする。まず、サンプルのＷ２及びＷ３を測定する。その後、多孔膜を５０℃に設定された乾燥機で１２時間以上静置して乾燥させて、Ｗ１を測定する。そして、Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３の値から気孔率を求める。３枚のサンプルについて気孔率を求め、それらの算術平均値を気孔率Ｐとする。

多孔膜の厚みは、特に限定されないが、１００～７００μｍであることが好ましく、より好ましくは１００～６００μｍ、更に好ましくは２００～６００μｍである。
多孔膜の厚みが、上記下限値以上であると、突刺し等で破れにくく、電極間がショートしにくい。また、ガス遮断性が良好となる。また、上記上限値以下であると、電圧損失が増大しにくい。また、多孔膜の厚みのばらつきによる影響が少なくなる。
また、隔膜の厚みが、１００μｍ以上であると、突刺し等で破れにくく、電極間がショートしにくい。また、ガス遮断性が良好となる。６００μｍ以下であると、電圧損失が増大しにくい。また、多孔膜の厚みのばらつきによる影響が少なくなる。
多孔膜の厚みが、２５０μｍ以上であれば、一層優れたガス遮断性が得られ、また、衝撃に対する多孔膜の強度が一層向上する。この観点より、多孔膜の厚みの下限は、３００μｍ以上であることがより好ましく、３５０μｍ以上であることが更に好ましく４００μｍ以上でることがより一層好ましい。一方で、多孔膜の厚みが、７００μｍ以下であれば、運転時に孔内に含まれる電解液の抵抗によりイオンの透過性を阻害されにくく、一層優れたイオン透過性を維持することができる。かかる観点から、多孔膜の厚みの上限は、６００μｍ以下であることがより好ましく、５５０μｍ以下であることが更に好ましく、５００μｍ以下であることがより一層好ましい。

－－－親水性無機粒子－－－
多孔膜は、高いイオン透過性及び高いガス遮断性を発現するために親水性無機粒子を含有していることが好ましい。親水性無機粒子は多孔膜の表面に付着していても良いし、一部が多孔膜を構成する高分子材料に埋没していても良い。また親水性無機粒子が多孔膜の空隙部に内包されると、多孔膜から脱離しにくくなり、多孔膜の性能を長時間維持できる。

親水性無機粒子としては、例えば、ジルコニウム、ビスマス、セリウムの酸化物又は水酸化物；周期律表第ＩＶ族元素の酸化物；周期律表第ＩＶ族元素の窒化物、及び周期律表第ＩＶ族元素の炭化物からなる群より選ばれる少なくとも１種の無機物が挙げられる。これらの中でも、化学的安定性の観点から、ジルコニウム、ビスマス、セリウムの酸化物、周期律表第ＩＶ族元素の酸化物がより好ましく、ジルコニウム、ビスマス、セリウムの酸化物が更に好ましく、酸化ジルコニウムがより更に好ましい。

親水性無機粒子の形態は、微粒子形状であることが好ましい。

－－多孔性支持体－－
隔膜として多孔膜を用いる場合、多孔膜は多孔性支持体と共に用いてよい。好ましくは、多孔膜が多孔性支持体を内在した構造であり、より好ましくは、多孔性支持体の両面に多孔膜を積層した構造である。また、多孔性支持体の両面に対称に多孔膜を積層した構造であってもよい。

多孔性支持体としては、例えば、メッシュ、多孔質膜、不織布、織布、不織布及びこの不織布に内在する織布とを含む複合布等が挙げられる。これらは１種単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。多孔性支持体のより好適な態様としては、例えば、ポリフェニレンサルファイドのモノフィラメントで構成されるメッシュ基材、又は不織布及び該不織布内に内在する織布とを含む複合布等が挙げられる。

－－イオン交換膜－－
イオン交換膜としては、カチオンを選択的に透過させるカチオン交換膜とアニオンを選択的に透過させるアニオン交換膜があり、いずれの交換膜でも使用することができる。
イオン交換膜の材質としては、特に限定されず、公知のものを用いることができる。例えば、含フッ素系樹脂やポリスチレン・ジビニルベンゼン共重合体の変性樹脂が好適に使用できる。特に耐熱性及び耐薬品性等に優れる点で、含フッ素系イオン交換膜が好ましい。

含フッ素系イオン交換膜としては、電解時に発生するイオンを選択的に透過する機能を有し、かつイオン交換基を有する含フッ素系重合体を含むもの等が挙げられる。ここでいうイオン交換基を有する含フッ素系重合体とは、イオン交換基、又は、加水分解によりイオン交換基となり得るイオン交換基前駆体、を有する含フッ素系重合体をいう。例えば、フッ素化炭化水素の主鎖を有し、加水分解等によりイオン交換基に変換可能な官能基をペンダント側鎖として有し、かつ溶融加工が可能な重合体等が挙げられる。

イオン交換基を有する含フッ素系共重合体の分子量は、特に限定されないが、ＡＳＴＭ：Ｄ１２３８に準拠して（測定条件：温度２７０℃、荷重２１６０ｇ）測定されたメルトフローインデックス（ＭＦＩ）の値で０．０５～５０（ｇ／１０分）であることが好ましく、０．１～３０（ｇ／１０分）であることがより好ましい。

イオン交換膜が有するイオン交換基としては、スルホン酸基、カルボン酸基、リン酸基等のカチオン交換基、４級アンモニウム基等のアニオン交換基が挙げられる。

イオン交換膜は、イオン交換基の当量質量ＥＷを調整することによって、優れたイオン交換能と親水性を付与することができる。また、より小さなクラスター（イオン交換基が水分子を配位及び／又は吸着した微小部分）を数多く有するように制御でき、耐アルカリ性やイオン選択透過性を向上する傾向にある。
この当量質量ＥＷは、イオン交換膜を塩置換し、その溶液をアルカリ又は酸溶液で逆滴定することにより測定することができる。当量質量ＥＷは、原料であるモノマーの共重合比、モノマー種の選定等により調整することができる。
イオン交換膜の当量質量ＥＷは、親水性、膜の耐水性の観点から３００以上であることが好ましく、親水性、イオン交換能の観点から１３００以下であることが好ましい。

イオン交換膜の厚みは特に制限されないが、イオン透過性や強度の観点から、５～３００μｍの範囲が好ましい。

イオン交換膜の表面の親水性を向上させる目的で、表面処理を施してもよい。具体的には、酸化ジルコニウム等の親水性無機粒子をコーティングする方法や、表面に微細な凹凸を付与する方法が挙げられる。

イオン交換膜は、膜強度の観点から、補強材と共に用いることが好ましい。補強材としては、特に限定されず、一般的な不織布や織布、各種素材からなる多孔膜が挙げられる。この場合の多孔膜としては、特に限定されないが、延伸されて多孔化したＰＴＦＥ系膜が好ましい。
本実施形態の水電解用複極式ゼロギャップ電解槽においては、これらいずれの膜も制限なく使用できるが、コストの観点から、前記隔膜は多孔膜であることが好ましい。

（水電解用複極式ゼロギャップ電解槽）
以下、上述した導電性隔壁、導電性弾性体、陰極、陽極、隔膜を備える、本実施形態の水電解用複極式ゼロギャップ電解槽の一例について、図を参照しながら説明する。
なお、本実施形態の水電解用複極式ゼロギャップ電解槽は、下記で説明するものに限定されるものではない。また、水電解用複極式ゼロギャップ電解槽に含まれる、陽極、陰極及び隔膜以外の部材も、下記で挙げられるものに限定されず、公知のものを適宜選択、設計等して用いることができる。

図１に、本実施形態の水電解用複極式ゼロギャップ電解槽の一例の全体についての側面図を示す。
本実施形態の水電解用複極式ゼロギャップ電解槽は、図１に示すとおり、陽極と、陰極と、陽極を備えた陽極室と陰極を備えた陰極室とを隔離する導電性隔壁と、導電性隔壁を縁取る外枠とを備える複数の複極式エレメント６０が隔膜を挟んで重ね合わせられている複極式電解槽５０である。外枠３は、隔壁１の外縁に沿って隔壁１を取り囲むように設けられていてよい。隣り合う複極式エレメントは、互いに絶縁された状態であることが好ましい。例えば、隣り合う複極式エレメントは、外枠同士、又はガスケットを介して隣接することにより、電気的に絶縁されていることが好ましい。導電性隔壁が外枠を兼ねてもよい。外枠、ガスケットは、絶縁性であってもよい。

（（複極式エレメント））
一例の水電解用複極式ゼロギャップ電解槽に用いられる複極式エレメント６０は、陽極２ａと陰極２ｃ・２ｒとを隔離する隔壁１を備え、隔壁１を縁取る外枠３を備えている。より具体的には、隔壁１は導電性を有し、外枠３は隔壁１の外縁に沿って隔壁１を取り囲むように設けられている。

本実施形態では、図１に示すとおり、複極式電解槽５０は複極式エレメント６０を必要数積層することで構成されている。
図１に示す一例では、複極式電解槽５０は、一端からファストヘッド５１ｇ、絶縁板５１ｉ、陽極ターミナルエレメント５１ａが順番に並べられ、更に、陽極側ガスケット部分７、隔膜４、陰極側ガスケット部分７、複極式エレメント６０が、この順番で並べて配置される。このとき、複極式エレメント６０は、陽極ターミナルエレメント５１ａ側に陰極２ｃを向けるよう配置する。陽極側ガスケット部分７から複極式エレメント６０までは、設計生産量に必要な数だけ繰り返し配置される。陽極側ガスケット部分７から複極式エレメント６０までを必要数だけ繰り返し配置した後、再度、陽極側ガスケット部分７、隔膜４、陰極側ガスケット部分７を並べて配置し、最後に陰極ターミナルエレメント５１ｃ、絶縁板５１ｉ、ルーズヘッド５１ｇをこの順番で配置する。図１中の破線四角枠は、電解セル内部のゼロギャップ構造部分を示す。
本実施形態の水電解用複極式ゼロギャップ電解槽は、締め付け方法が油圧制御であることが好ましい。複極式電解槽５０は、全体をタイロッド５１ｒ（図１参照）や油圧シリンダー方式等の締め付け機構で締め付けることにより一体化され、複極式電解槽５０となる。
内圧変動時においてもシール面圧を一定に保ち、ガスリークを抑制できる観点から、締付方法は油圧制御であることが好ましい。前記油圧制御は、例えば、電解槽に備えられた、油圧式の締め付け手段による制御等が挙げられる。締め付け手段は、例えば、シリンダー（例えば油圧シリンダー）、遮断弁、逃がし弁（例えば、油圧逃がし弁）、タンク（例えば油タンク）、ポンプ（例えば油圧ポンプ）等で形成されていてもよい。
ガスケットのシーリング性能の観点から、スタック圧力は、０．５ＭＰａ以上であることが好ましい。耐久性の観点から、スタック圧力は１００ＭＰａ以下であることが好ましい。なおスタック圧力とは、任意の隣り合う複極式エレメント間にかかる面圧としてよい。
複極式電解槽５０を構成する配置は、陽極２ａ側からでも陰極２ｃ・２ｒ側からでも任意に選択でき、上述の順序に限定されるものではない。

図１に示すように、複極式電解槽５０では、複極式エレメント６０が、陽極ターミナルエレメント５１ａと陰極ターミナルエレメント５１ｃとの間に配置され、隔膜４は、陽極ターミナルエレメント５１ａと複極式エレメント６０との間、隣接して並ぶ複極式エレメント６０同士の間、及び複極式エレメント６０と陰極ターミナルエレメント５１ｃとの間に配置されている。

また、本実施形態における複極式電解槽５０では、隔壁１と外枠と隔膜４とガスケット７とにより、電解液が通過する電極室が画成されている。例えば、導電性隔壁１、隔壁の縁に設けられる外枠３（図１では省略）、ガスケット７、隔膜４で区画される部分を電極室とし、陰極２ｃがある電極室を陰極室５ｃ、陽極２ａがある電極室を陽極室５ａとしてよい（図３）。例えば、陰極室５ｃでは、導電性隔壁１、導電性弾性体２ｅ、陰極２ｒ・２ｃ（例えば、第１の陰極２ｃと第２の陰極２ｒ）、隔膜４が、それぞれ隣接して積層されていてもよい（図３（Ｂ））し、導電性隔壁１、集電体２ｘ、導電性弾性体２ｅ、陰極２ｃ、隔膜４が、それぞれ隣接して積層されていてもよい（図３（Ｃ））。

本実施形態の水電解用複極式ゼロギャップ電解槽は、前記導電性弾性体の弾性応力によって両電極間に前記隔膜が挟持されることが好ましい。
本実施形態の水電解用複極式ゼロギャップ電解槽は、前記導電性弾性体の弾性応力によって、隣り合う複極式エレメントの陰極と陽極との間に前記隔膜が挟持されることが好ましい（図３）。例えば、陰極室と陽極室とに導電性弾性体が配置される場合、隣り合う複極式エレメントのうち、一方の複極式エレメントの陰極室の導電性弾性体と、他方の複極式エレメントの陽極室の導電性弾性体とに挟まれた陰極と陽極との間に、電極に隣接して隔膜が挟まれていることが好ましい。
上記弾性応力としては、５０％圧縮変形時の弾性応力１～１０００ｋＰａとしてよい。内圧変動時の差圧耐性の観点から、５０％圧縮変形時の弾性応力は、１ｋＰａ以上であることが好ましく、５ｋＰａ以上であることがより好ましく、１０ｋＰａ以上であることが更に好ましい。膜損傷の観点から、１０００ｋＰａ以下であることが好ましく、５００ｋＰａ以下であることがより好ましく、１００ｋＰａ以下であることが更に好ましい。なお、５０％圧縮変形時の弾性応力は、後述の実施例に記載の方法で測定することができる。上記弾性応力は、例えば、電解槽内に設ける導電性弾性体の種類や数、厚み等により調整することができる。

本実施形態の水電解用複極式ゼロギャップ電解槽は、隣り合う複極式エレメントの陽極室と陰極室との間にガスケット及び隔膜を設け、複数の複極式エレメントがガスケット及び隔膜を挟んで積み重ねられることが好ましい。隣り合う複極式エレメント間において、陽極室、ガスケット、隔膜、ガスケット、陰極室、の順に積層されていてもよい（図１）。
本実施形態の水電解用複極式ゼロギャップ電解槽は、電解液の封止が実現されている。隣り合う複極式エレメント間は、陽極室及び陰極室内に流入する電解液が漏れない構造であることが好ましい。すなわち、隣り合う複極式エレメント間の電解液の封止を実現することが好ましい。隣り合う複極式エレメント間に設けられる、ガスケットと隔膜との間に面圧が与えられてガスケットと隔膜との間から電解液が漏れない構造とし、ガスケットと外枠との間に面圧が与えられてガスケットと外枠との間から電解液が漏れない構造となることが好ましい（図３）。また、各電極室は、外枠に囲まれ、後述のヘッダー部を除き、電解液が外部に漏れないことが好ましい。
上記電解液の封止とは、例えば、後述の実施例に記載の電解試験（好ましくは、電解試験と変動試験の両方）を行ったのちに、ガスケットと隔膜との間、及びガスケットと外枠との間から電解液のもれがないこととしてよい。
本実施形態の水電解用複極式ゼロギャップ電解槽において、前記ガスケットと前記隔膜との間、及び前記ガスケットと前記外枠との間の面圧は、０．１ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下であってよい。なお、上記面圧は、プレス荷重をシール面の投影面積で除することで換算することができる。上記面圧は、例えば、油圧プレスによる締付方式の場合は油圧で、タイロッド方式の締付の場合はタイロッドの本数やトルクで、電解槽のプレス荷重を調整すること等により調整することができる。また、相対する部材の形状や材質を変えることで、電解槽のプレス荷重を各部材間の所望の面圧に分配することができる。

複極式電解槽５０には、通常、電解液を配液又は集液する管であるヘッダーが取り付けられ、隔壁の端縁にある外枠のうちの下方に、陽極室に電解液を入れる陽極入口ヘッダーと、陰極室に電解液を入れる陰極入口ヘッダーとを備えている。また、同様に、隔壁の端縁にある外枠のうちの上方に、陽極室から電極液を出す陽極出口ヘッダーと、陰極室から電解液を出す陰極出口ヘッダーとを備えている。
なお、図１に示す複極式電解槽５０に取り付けられるヘッダーの配設態様として、代表的には、内部ヘッダー型と外部ヘッダー型とがあるが、本発明では、いずれの型を採用してもよく、特に限定されない。

なお、図１に示す例では、隔壁、陽極２ａ、陰極２ｃ・２ｒがいずれも所定の厚みを有する板状の形状であるが、本発明はこれに限定されることなく、断面において全部又は一部がジグザグ状、波状となる形状であってもよく、端部が丸みを帯びている形状であってもよい。

（（ゼロギャップ構造））
本実施形態の水電解用複極式ゼロギャップ電解槽では、隔膜が陽極及び陰極と接触した、いわゆる「ゼロギャップ構造」が形成されている。「ゼロギャップ構造」は、電極全面にわたり、陽極と隔膜とが互いに接触し、且つ、陰極と隔膜とが互いに接触している状態、又は、電極全面にわたり、極間距離が隔膜の厚みとほぼ同じとなる距離で、陽極と隔膜との間及び陰極と隔膜との間に隙間のほとんど無い状態、に保つことのできる構造である。（図３）。
アルカリ水電解において、隔膜と、陽極や陰極との間に隙間がある場合、この部分には電解液の他に電解で発生した大量のガスバブルが滞留することで、電気抵抗が非常に高くなる。
一方、ゼロギャップ構造を形成すると、発生するガスを電極の細孔を通して電極の隔膜側とは反対側に素早く逃がすことによって、陽極と陰極の間隔（以下、「極間距離」ともいう。）を低減しつつ、電解液による電圧損失や電極近傍におけるガス溜まりの発生を極力抑え、電解電圧を低く抑制することができる。

ゼロギャップ構造を構成する手段は、既にいくつか提案されており、例えば、陽極と陰極を完全に平滑に加工して、隔膜を挟むように押し付ける方法や、電極と隔壁との間にバネ等の弾性体を配置し、この弾性体で電極を支持する方法が挙げられる。
本実施形態の水電解用複極式ゼロギャップ電解槽において、極間距離を小さくする手段として、電極と隔壁との間に弾性体（例えば、導電性弾性体）を配置し、この弾性体で電極を支持する形態をとることができる。なお、このような弾性体を用いた形態を採用する場合には、電極が隔膜に接する圧力が不均一にならないように、弾性体の強度、弾性体の数、形状等必要に応じて適宜調節する。

また弾性体を介して支持した電極の対となるもう一方の電極、及び電極支持体の剛性を強くすることで、平坦性の高いゼロギャップを形成することができる。―方で、弾性体を介して支持した電極については、隔膜を押しつけると変形する柔軟な構造とすることで、電解槽の製作精度上の公差や電極の変形等による凹凸を吸収してゼロギャップ構造を保つことができる。水素を製造する場合、陰極室を陽極室に比べて高圧にすることで、陰極室側への酸素のクロスリークを抑制し、水素純度を高く維持する事が出来る。そのため、陽極室側を高圧に耐えうる、剛性が強い電極及び電極支持体とし、陰極室に弾性体を設置することが好ましい。
図３には、本実施形態の水電解用複極式ゼロギャップ電解槽の一例の概要を示した。極間距離を小さくする手段として、電極（例えば、陽極２ａ、陰極２ｃ、２ｒ）と導電性隔壁１との間に導電性弾性体２ｅを配置し、この導電性弾性体で電極２を支持する（図３（Ｂ））。図３（Ｂ）では、陰極室５ｃに導電性弾性体２ｅを入れた例となっており、導電性弾性体２ｅは、突起１１に対応する凹み１２のある導電性隔壁１に隣接する形で配置される。また、図３（Ｃ）では、陰極室５ｃに、集電体２ｘと、導電性弾性体２ｅと、陰極２ｃとが隣接して配置されている。
導電性弾性体２ｅの上に配置する電極としては、材質がニッケルの金属発泡体、平織メッシュ型、パンチング型、エキスパンド型の多孔体の少なくても１つを配置することが好ましい。電極としては、厚みや孔径や構造の異なる２種類以の多孔体を使用してもよい。例えば、陰極として、孔径が小さく厚みの薄い多孔体（第１の陰極）２ｃと、孔径が大きく厚い第２の陰極２ｒの２種類を重ねて使用してもよい。この際、第１の陰極２ｃは触媒層を有していてもよい。２ｒは、導電性弾性体２ｅの上に配置することが好ましい。

また導電性弾性体２ｅを介して支持した電極（例えば、陰極２ｃ、２ｒ）の対となるもう一方の電極（例えば、陽極２ａ）の剛性を強くすること（陽極の剛性を陰極の剛性よりも強くすること）で、押しつけても変形の少ない構造としている。―方で、導電性弾性体を介して支持した電極（例えば、陰極２ｃ、２ｒ）については、隔膜４を押しつけると変形する柔軟な構造とすることで、電解槽５０の製作精度上の公差や電極の変形等による凹凸を吸収してゼロギャップ構造を保つことができる。陽極２ａは、隔壁にある突起１１を介して、導電性隔壁と導通を形成する。

導電性隔壁１の材質は、導電性の金属が用いられる。例えば、ニッケルや、ニッケルメッキを施した軟鋼、ステンレススチール、表面にラネーニッケル、多孔質ニッケル、多孔質酸化ニッケルから選ばれたがいずれかがコーティングされた金属（すなわち、コーティング層を有する金属）等が利用できる。コストとアルカリ耐性の観点から、ニッケルメッキ層を有することが好ましい。

本実施形態の別の形態としては、前記導電性隔壁１の両方の表面に隣接して、導電性弾性体２ｅが配置されていてもよい。
本実施形態の別の形態としては、前記導電性隔壁１の両方の表面に突起１１を有し、導電性弾性体２ｅが導電性隔壁の両側の表面に隣接して配置されていてもよい。
本実施形態の別の形態としては、前記導電性隔壁１の両方の表面に突起１１とその突起に対応する凹み１２を有し、導電性弾性体２ｅが隔壁の両側の表面に隣接して配置されていてもよい。
本実施形態の水電解用複極式電解槽において、電極が複数ある場合（例えば、第１の陰極と第２の陰極とがある場合）、少なくとも１つの電極が、少なくとも突起及び／又は少なくとも導電性弾性体を介して導電性隔壁と導通を形成することが好ましく、全ての電極が少なくとも突起及び／又は少なくとも導電性弾性体を介して導電性隔壁と導通を形成することがより好ましい。例えば、図３において、第２の陰極２ｒのみが導電性弾性体２ｅを介して導通していてもよいし、第１の陰極２ｃが導電性弾性体２ｅ及び第２の陰極２ｒを介して導通していてもよい。

（アルカリ水電解装置）
本実施形態の水電解用複極式ゼロギャップ電解槽を用いることができる、アルカリ水電解装置の一例を図２に示す。
アルカリ水電解装置７０は、本実施形態の水電解用複極式ゼロギャップ電解槽５０に加えて、送液ポンプ７１、気液分離タンク７２、水補給器７３以外にも、整流器７４、酸素濃度計７５、水素濃度計７６、流量計７７、圧力計７８、熱交換器７９、圧力制御弁８０などを備えてよい。

（アルカリ水電解）
本実施形態の水電解用複極式ゼロギャップ電解槽を備えたアルカリ水電解装置に電解液を循環させて電解を行うことにより、高密度電流運転の場合でも、優れた電解効率及び高い発生ガス純度を維持して、高効率なアルカリ水電解を実施することができる。

本実施形態のアルカリ水電解に用いることができる電解液としては、アルカリ塩が溶解されたアルカリ性の水溶液としてよく、例えば、ＮａＯＨ水溶液、ＫＯＨ水溶液等が挙げられる。
アルカリ塩の濃度としては、特に限定されないが、２０質量％～５０質量％が好ましく、２５質量％～４０質量％がより好ましい。
中でも、イオン導電率、動粘度、冷温化での凍結の観点から、２５質量％～４０質量％のＫＯＨ水溶液が特に好ましい。

電解セル内にある電解液の温度は、特に限定されないが、６０℃～１３０℃であることが好ましい。
上記温度範囲とすれば、高い電解効率を維持しながら、ガスケット、隔膜等の電解装置の部材が熱により劣化することを効果的に抑制することができる。
電解液の温度は、８５℃～１２５℃であることがさらに好ましく、９０℃～１１５℃であることが特に好ましい。

本実施形態のアルカリ水電解において、電解セルに与える電流密度としては、特に限定されないが、０．１ｋＡ／ｍ²～２０ｋＡ／ｍ²であることが好ましく、０．５ｋＡ／ｍ²～１５ｋＡ／ｍ²であることがさらに好ましい。
特に、変動電源を使用する場合には、電流密度の上限を上記範囲にすることが好ましい。

本実施形態のアルカリ水電解において、電解運転圧力がとしては、コストの観点から、ゲージ圧が３ｋＰａ～４０００ｋＰａであることが好ましく、３ｋＰａ～１０００ｋＰａであることがさらに好ましい。
前記電解運転圧力は、アルカリ水電解装置に備え付けた圧力計７８により測定することができ、陰極側の圧力と陽極側の圧力との平均としてよい。

電極室当たりの電解液の流量その他の条件は、水電解用複極式ゼロギャップ電解槽の各構成に応じて適宜制御すればよい。

（水素製造方法）
本実施形態の水素の製造方法としては、上述の本実施形態の水電解用複極式ゼロギャップ電解槽を使用する方法が好ましい。本実施形態の水素製造方法は、アルカリを含有する水を複極式電解槽により水電解し、水素を製造するものであり、本実施形態の複極式電解槽、本実施形態の電解装置、本実施形態の水電解方法を用いて実施されてよい。

本実施形態の水素製造方法における、本実施形態の電解槽の詳細、本実施形態の電解装置の詳細、本実施形態の水電解方法の詳細は、前述のとおりである。

以上、図面を参照して、本発明の実施形態の水電解用複極式ゼロギャップ電解槽、アルカリ水電解装置及びアルカリ水電解方法について例示説明したが、本発明の水電解用複極式ゼロギャップ電解槽、アルカリ水電解装置及びアルカリ水電解方法は、上記の例に限定されることはなく、上記実施形態には、適宜変更を加えることができる。

以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。

（弾性率）
電極の弾性率は、引張圧縮試験機（島津製作所製オートグラフＡＧ－Ｘｐｌｕｓ）を使用して以下のように求めた。２．５ｃｍ×８ｃｍのサイズの電極をサンプルとして用い、０．１Ｎのときの変位を０として、電極を設置し試験力０．１Ｎから支点間距離５ｃｍで３点曲げ試験を行い、歪０．０１％から０．０５％の間または０．１％から０．５％の間における、歪―応力曲線の傾きを弾性率とした。

（曲げ剛性）
電極の曲げ剛性は、上記で得られた電極の弾性率を用いて、以下のように算出した。

ここで、ＥＩは曲げ剛性（ｋＮ・ｍｍ²）、Ｅは弾性率（ｋＮ／ｍｍ²）、Ｉは断面二次モーメント（ｍｍ⁴）をそれぞれ表す。断面二次モーメントは、下記のように算出した。

ここで、ｂは電極サンプルサイズ（２５ｍｍ）、ｈは電極の厚み（ｍｍ）を表す。

（５０％圧縮変形時の弾性応力）
導電性弾性体の５０％圧縮変形時の弾性応力は、引張圧縮試験機（島津製作所製オートグラフＡＧ－Ｘｐｌｕｓ）を使用して以下のように求めた。１０ｃｍ×１０ｃｍのサイズの導電性弾性体をサンプルとして用い、導電性弾性体がない状態で１０Ｎのときの変位を０として、導電性弾性体を設置し試験力１０Ｎから圧縮試験を行い、歪５０％のときの応力を５０％圧縮変形時の弾性応力とした。

（集電体の接触抵抗）
集電体の接触抵抗は、引張圧縮試験機（島津製作所製オートグラフＡＧ－Ｘｐｌｕｓ）と抵抗計（ＨＩＯＫＩ、ＲＭ３５４４－０１）を使用して以下のように求めた。１０ｃｍ×１０ｃｍのサイズの集電体をサンプルとして用い、銅板（１０ｃｍ×１０ｃｍで厚み３ｍｍの平板）を2枚用意し、2枚の銅板の間に集電体を設置し、室温で試験力２００Ｎで圧縮試験を行い、そのときの2枚の銅板に挟まれた集電体の抵抗値（ｍΩ）にサンプル面積（１００ｃｍ²）をかけたものを、集電体の接触抵抗（ｍΩｃｍ²）とした。

［実施例１］
（隔壁）
実施例１の隔壁として、厚み３ｍｍのニッケル板の一方の表面に、径が２０ｍｍ高さ４ｍｍの半球状突起が間隔２５ｍｍで60°千鳥で配置され、反対側の表面に半球状の凹部が上記半球状の突起と対応する位置に配置された、導電性の隔壁を使用し、陽極室側に突起があり、陰極室側に対応する凹みがあるように設置した。隔壁が外枠を兼ねた。当該隔壁を以下及び表１において「隔壁１」と表記する。
隣り合う複極式エレメントの、後述の陽極を含む陽極室と後述の陰極を含む陰極室との間に隔膜が設けられ、陽極室と陰極室とが区画化されていた。
なお、以下の実施例、比較例において、隔壁表面上の隣り合う突起間及び隣り合う凹み間は、全て平坦部のものを使用した。
（陽極）
実施例１の陽極として、ニッケルエキスパンド型多孔体電極（触媒層ニッケル）を用いた。メッシュの長目方向の中心間距離（ＬＷ）は４．５ｍｍ、基材メッシュの短目方向の中心間距離（ＳＷ）は３ｍｍ、基材の厚みは１ｍｍであった。なお、当該陽極を以下及び表１において「陽極１」と表記する。陽極１の弾性率は１２ＧＰａ、曲げ剛性は３２ｋＮ・ｍｍ²であった。
（陰極）
実施例１の陰極として、直径０．１５ｍｍのニッケルの細線を４０メッシュに編んだ平織メッシュ型多孔体電極（触媒層白金・パラジウム）を第１の陰極として用いた。なお、当該陰極を以下及び表１において「陰極１」と表記する。第２の陰極として、平均孔径０．５ｍｍ厚み１ｍｍの発泡ニッケル（陰極１’）を使用し、隔膜に近い位置に陰極１、弾性体上に陰極１’を置いた。陰極１’の弾性率は０．４ＧＰａ、曲げ剛性は１ｋＮ・ｍｍ²であった。
（弾性体）
実施例１の弾性体として、０．２５ｍｍのニッケルワイヤーを用いて織物とし更に波型に加工した厚さ８ｍｍの導電性のクッションマットを使用し、陰極室の隔壁と陰極の間に、隔壁の表面に隣接させて設置し、４ｍｍまで圧縮した。当該弾性体を以下及び表１において「弾性体１」と表記する。弾性体１の５０％圧縮変形時の弾性応力は４０ｋＰａであった。
各複極式エレメント内において、隔壁の突起を介して、陽極と隔壁とが導通していた。また、隔壁と隣接する弾性体を介して、弾性体に隣接する陰極と隔壁とが導通していた。
また、弾性体の弾性応力によって、隣り合う複極式エレメントの陰極と陽極との間に隔膜を挟持していた。
（隔膜）
実施例１の隔膜として、市販の水電解用多孔膜（「Ｚｉｒｆｏｎ Ｐｅｒｌ ＵＴＰ５００」、Ａｇｆａ社製）を用いた。なお、当該隔膜を以下及び表１において「隔膜１」と表記する。

［実施例２］
（隔壁）
実施例２の隔壁として、隔壁１を使用し、陽極室側に突起があり、陰極室側に対応する凹みがあるように設置した。
後述の陽極を含む陽極室と後述の陰極を含む陰極室との間に隔膜が設けられ、陽極室と陰極室とが区画化されていた。
（陽極）
実施例２の陽極として、穴径４ｍｍ、穴間ピッチ６ｍｍ、基材の厚み１ｍｍのニッケルパンチング型多孔体電極（触媒層ニッケル）を使用した。なお、当該陽極を以下及び表１中において「陽極２」と表記する。陽極２の弾性率は４９ＧＰａ、曲げ剛性は１００ｋＮ・ｍｍ²であった。
（陰極）
実施例２の陰極としては、第１の陰極として陰極１を、第２の陰極として陰極１’を使用し、隔膜に近い位置に陰極１、弾性体上に陰極１’を置いた。
（隔膜）
実施例２の隔膜としては、隔膜１を使用した。
（弾性体）
実施例２の弾性体としては、弾性体１を使用し、陰極室の隔壁と陰極の間に、隔壁の表面に隣接させて設置し、４ｍｍまで圧縮した。
各複極式エレメント内において、隔壁の突起を介して、陽極と隔壁とが導通していた。また、隔壁と隣接する弾性体を介して、弾性体に隣接する陰極と隔壁とが導通していた。
また、弾性体の弾性応力によって、隣り合う複極式エレメントの陰極と陽極との間に隔膜を挟持していた。

［実施例３］
（隔壁）
実施例３の隔壁として、厚み３ｍｍのニッケル板の一方の表面に、径１５ｍｍ高さ３ｍｍの半球状突起が間隔４０ｍｍで並列に配置され、反対側の表面に半球状の凹部が上記半球状の突起と対応する位置に配置された、導電性の隔壁を使用し、陽極室側に突起があり、陰極室側に対応する凹みがあるように設置した。隔壁が外枠を兼ねた。当該隔壁を以下及び表１において「隔壁２」と表記する。
後述の陽極を含む陽極室と後述の陰極を含む陰極室との間に隔膜が設けられ、陽極室と陰極室とが区画化されていた。
（陽極）
実施例３の陽極として、平均孔径０．９ｍｍ、基材の厚み２ｍｍの発泡ニッケル多孔体電極（触媒層ニッケル）を使用した。なお、当該陽極を表１において「陽極３」と表記する。陽極３の弾性率は０．７ＧＰａ、曲げ剛性は１０ｋＮ・ｍｍ²であった。
（陰極）
実施例３の陰極としては、第１の陰極として陰極１を、第２の陰極として陰極１’を使用し、隔膜に近い位置に陰極１、弾性体上に陰極１’を置いた。
（隔膜）
実施例３の隔膜としては隔膜１を使用した。
（弾性体）
実施例３の弾性体として、０．１７ｍｍのニッケルワイヤーを用いて織物とし更に波型に加工した厚さ８ｍｍの導電性のクッションマットを折り返して使用し、陰極室の隔壁と陰極の間に隔壁の表面に隣接させて設置し、６ｍｍまで圧縮した。当該弾性体を以下及び表１において「弾性体２」と表記する。弾性体２の５０％圧縮変形時の弾性応力は１１ｋＰａであった。
各複極式エレメント内において、隔壁の突起を介して、陽極と隔壁とが導通していた。また、隔壁と隣接する弾性体を介して、弾性体に隣接する陰極と隔壁とが導通していた。
また、弾性体の弾性応力によって、隣り合う複極式エレメントの陰極と陽極との間に隔膜を挟持していた。

［実施例４］
（隔壁）
実施例４の隔壁として、隔壁１を使用し、陽極室側に突起があり、陰極室側に対応する凹みがあるように設置した。
後述の陽極を含む陽極室と後述の陰極を含む陰極室との間に隔膜が設けられ、陽極室と陰極室とが区画化されていた。
（陽極）
実施例４の陽極としては、陽極２を使用した。
（陰極）
実施例４の陰極としては、第１の陰極として陰極１を、第２の陰極として陰極１’を使用し、隔膜に近い位置に陰極１、弾性体上に陰極１’を置いた。
（隔膜）
実施例４の隔膜としては、隔膜１を使用した。
（弾性体）
実施例４の弾性体としては、弾性体２を使用し、陰極室の隔壁と陰極の間に、隔壁の凹みがある表面と隣接させて設置し、６ｍｍまで圧縮した。
更に、０．２５ｍｍのニッケルワイヤーを用いて織物とし更に波型に加工した厚さ５ｍｍの導電性のクッションマットを使用し、陽極室の隔壁と陽極の間に、隔壁の突起がある表面と隣接させて設置し、３ｍｍまで圧縮した。当該弾性体を以下及び表１において「弾性体３」と表記する。弾性体３の５０％圧縮変形時の弾性応力は６０ｋＰａであった。
各複極式エレメント内において、隔壁の突起と弾性体とを介して、陽極と隔壁とが導通していた。また、隔壁と隣接する弾性体を介して、弾性体に隣接する陰極と隔壁とが導通していた。
また、弾性体の弾性応力によって、隣り合う複極式エレメントの陰極と陽極との間に隔膜を挟持していた。

［実施例５］
（隔壁）
実施例５の隔壁として、厚み３ｍｍのニッケル板の片面に径１０ｍｍ高さ３ｍｍの半球状突起が間隔５０ｍｍの60°千鳥で配置され、その反対面にも径１０ｍｍ高さ３ｍｍの半球状突起が間隔５０ｍｍで60°千鳥で配置され、両側の突起は、一方の面の３つの突起からなる正三角形の重心の位置に、反対面の突起が位置する関係で配置された、導電性の隔壁を使用した。上記隔壁は、両側の表面に突起と凹みとがあり、各半球状の突起の反対側の面の対応する位置に半球状の凹みがある。隔壁が外枠を兼ねた。当該隔壁を以下及び表１において「隔壁３」と表記する。
一方の面にある径１０ｍｍ高さ３ｍｍの半球状突起が陽極室側に、もう一方の面にある径１０ｍｍ高さ３ｍｍの半球状突起が陰極室側になるように設置した。
後述の陽極を含む陽極室と後述の陰極を含む陰極室との間に隔膜が設けられ、陽極室と陰極室とが区画化されていた。
（陽極）
実施例５の陽極としては、陽極１を使用した。
（陰極）
実施例５の陰極としては、第１の陰極として陰極１を、第２の陰極として陰極１’を使用し、隔膜に近い位置に陰極１、弾性体上に陰極１’を置いた。
（隔膜）
実施例５の隔膜としては、隔膜１を使用した。
（弾性体）
実施例５の弾性体としては、弾性体２を使用し、陰極室の隔壁と陰極の間に、隔壁の表面に隣接させて設置し、６ｍｍまで圧縮した。更に、弾性体３を陽極室の隔壁と陽極の間に、隔壁に隣接させて設置し、３ｍｍまで圧縮した。
各複極式エレメント内において、隔壁の突起及び弾性体を介して、陽極と隔壁とが導通していた。また、隔壁の突起及び弾性体を介して、陰極と隔壁とが導通していた。
また、弾性体の弾性応力によって、隣り合う複極式エレメントの陰極と陽極との間に隔膜を挟持していた。

［実施例６］
（隔壁）
実施例６の隔壁として、隔壁１を使用し、陽極室側に突起があり、陰極室側に対応する凹みがあるように設置した。
後述の陽極を含む陽極室と後述の陰極を含む陰極室との間に隔膜が設けられ、陽極室と陰極室とが区画化されていた。
（陽極）
実施例６の陽極としては、ＬＷ４．５ｍｍ、ＳＷ３ｍｍ、厚み１．０ｍｍのニッケルエキスパンド型多孔体電極（触媒層なし）を使用した。なお、当該陽極を以下及び表１中において「陽極４」と表記する。陽極４の弾性率は１２ＧＰａ、曲げ剛性は３２ｋＮ・ｍｍ²であった。
（陰極）
実施例６の陰極としては、第１の陰極として、直径０．１５ｍｍのニッケルの細線を４０メッシュに編んだ平織メッシュ型多孔体電極（触媒層なし）を使用した。なお、当該陰極を以下及び表１において「陰極２」と表記する。第２の陰極として陰極１’を使用し、隔膜に近い位置に陰極２、弾性体上に陰極１’を置いた。
（隔膜）
実施例６の隔膜としては、隔膜１を使用した。
（弾性体）
実施例６の弾性体としては、弾性体１を使用し、陰極室の隔壁と陰極の間に、隔壁の表面に隣接させて設置し、４ｍｍまで圧縮した。
各複極式エレメント内において、隔壁の突起を介して、陽極と隔壁とが導通していた。また、隔壁と隣接する弾性体を介して、弾性体に隣接する陰極と隔壁とが導通していた。
また、弾性体の弾性応力によって、隣り合う複極式エレメントの陰極と陽極との間に隔膜を挟持していた。

［実施例７］
（隔壁）
実施例７の隔壁として、厚み３ｍｍのニッケル板の一方の表面に、径が２０ｍｍ高さ４ｍｍの半球状突起が間隔２５ｍｍで60°千鳥で配置され、反対側の表面には突起も凹部もない平らである、導電性の隔壁を使用し、陽極室側に突起があり、陰極室側には突起も凹みもないように設置した。隔壁が外枠を兼ねた。当該隔壁を以下及び表１において「隔壁４」と表記する。
隣り合う複極式エレメントの、後述の陽極を含む陽極室と後述の陰極を含む陰極室との間に隔膜が設けられ、陽極室と陰極室とが区画化されていた。
（陽極）
実施例７の陽極としては、陽極１を使用した。
（陰極）
実施例７の陰極としては、第１の陰極として陰極１を、第２の陰極として陰極１’を使用し、隔膜に近い位置に陰極１、弾性体上に陰極１’を置いた
（隔膜）
実施例７の隔膜としては、隔膜１を使用した。
（弾性体）
実施例７の弾性体としては、弾性体１を使用し、陰極室の隔壁と陰極の間に、隔壁の表面に隣接させて設置し、４ｍｍまで圧縮した。
各複極式エレメント内において、隔壁の突起を介して、陽極と隔壁とが導通していた。また、隔壁と隣接する弾性体を介して、弾性体に隣接する陰極と隔壁とが導通していた。
また、弾性体の弾性応力によって、隣り合う複極式エレメントの陰極と陽極との間に隔膜を挟持していた。

［実施例８］
（隔壁）
実施例８の隔壁として、厚み３ｍｍのＳＰＣＣの表面にニッケルメッキ層を有する板の一方の表面に、径が２０ｍｍ高さ４ｍｍの半球状突起が間隔２５ｍｍで60°千鳥で配置され、反対側の表面に半球状の凹部が上記半球状の突起と対応する位置に配置された、導電性の隔壁を使用し、陽極室側に突起があり、陰極室側に対応する凹みがあるように設置した。隔壁が外枠を兼ねた。当該隔壁を以下及び表１において「隔壁５」と表記する。
後述の陽極を含む陽極室と後述の陰極を含む陰極室との間に隔膜が設けられ、陽極室と陰極室とが区画化されていた。
（陽極）
実施例８の陽極としては、陽極１を使用した。
（陰極）
実施例８の陰極としては、第１の陰極として陰極１を、第２の陰極として陰極１’を使用し、隔膜に近い位置に陰極１、弾性体上に陰極１’を置いた
（隔膜）
実施例８の隔膜としては、隔膜１を使用した。
（弾性体）
実施例８の弾性体としては、弾性体１を使用し、陰極室の隔壁と陰極の間に、隔壁の表面に隣接させて設置し、４ｍｍまで圧縮した。
各複極式エレメント内において、隔壁の突起を介して、陽極と隔壁とが導通していた。また、隔壁と隣接する弾性体を介して、弾性体に隣接する陰極と隔壁とが導通していた。
また、弾性体の弾性応力によって、隣り合う複極式エレメントの陰極と陽極との間に隔膜を挟持していた。

［実施例９］
（隔壁）
実施例９の隔壁として、隔壁１を使用し、陽極室側に突起があり、陰極室側に対応する凹みがあるように設置した。
後述の陽極を含む陽極室と後述の陰極を含む陰極室との間に隔膜が設けられ、陽極室と陰極室とが区画化されていた。
（陽極）
実施例９の陽極としては、陽極１を使用した。
（陰極）
実施例９の陰極としては、陰極１を用いた。第２の陰極は用いなかった。
（隔膜）
実施例９の隔膜としては、隔膜１を使用した。
（弾性体、集電体）
実施例９の集電体として、ＬＷ４．５ｍｍ、ＳＷ３ｍｍ、厚み１．０ｍｍのニッケルエキスパンドを使用した。なお、当該集電体を以下において「集電体１」と表記する。集電体１の接触抵抗は２０ｍΩｃｍ²、弾性率は１２ＧＰａ、曲げ剛性は３２ｋＮ・ｍｍ²であった。弾性体としては、弾性体１を使用した。
集電体１を陰極室の隔壁の表面に接する形で置き、さらに、集電体１に接する形で弾性体１を設置し、４ｍｍまで圧縮した。
各複極式エレメント内において、隔壁の突起を介して、陽極と隔壁とが導通していた。また、隔壁と隣接する弾性体を介して、弾性体に隣接する陰極と隔壁とが導通していた。
また、弾性体の弾性応力によって、隣り合う複極式エレメントの陰極と陽極との間に隔膜を挟持していた。

［実施例１０］
（隔壁）
実施例１０の隔壁として、厚み３ｍｍのニッケル板の一方の表面に、径が５０ｍｍ高さ９ｍｍの半球状突起が間隔７０ｍｍで60°千鳥で配置され、反対側の表面に半球状の凹部が上記半球状の突起と対応する位置に配置された、導電性の隔壁を使用し、陽極室側に突起があり、陰極室側に対応する凹みがあるように設置した。隔壁が外枠を兼ねた。当該隔壁を以下及び表１において「隔壁６」と表記する。
後述の陽極を含む陽極室と後述の陰極を含む陰極室との間に隔膜が設けられ、陽極室と陰極室とが区画化されていた。
（陽極）
実施例１０の陽極としては、陽極１を使用した。
（陰極）
実施例１０の陰極としては、第１の陰極として陰極１を、第２の陰極として、平均孔径０．９ｍｍ、基材の厚み２ｍｍの発泡ニッケル（陰極２’）を使用し、隔膜に近い位置に陰極１、弾性体上に陰極２’を置いた。陰極２’の弾性率は０．７ＧＰａ、曲げ剛性は１０ｋＮ・ｍｍ²であった。
（隔膜）
実施例１０の隔膜としては、隔膜１を使用した。
（弾性体、集電体）
実施例１０の集電体として、集電体１を用いた。集電体１を陰極室の隔壁の表面に接する形で置き、さらに、集電体１に接する形で弾性体を設置した。弾性体としては０．２５ｍｍのニッケルワイヤーを用いて織物とし更に波型に加工した厚さ８ｍｍの導電性のクッションマットを折り返して使用し、１０ｍｍまで圧縮した。当該弾性体を以下及び表１において「弾性体４」と表記する。弾性体４の５０％圧縮変形時の弾性応力は４０ｋＰａであった。
各複極式エレメント内において、隔壁の突起を介して、陽極と隔壁とが導通していた。また、隔壁と隣接する弾性体を介して、弾性体に隣接する陰極と隔壁とが導通していた。
また、弾性体の弾性応力によって、隣り合う複極式エレメントの陰極と陽極との間に隔膜を挟持していた。

［実施例１１］
（隔壁）
実施例１１の隔壁として、厚み３ｍｍのニッケル板の一方の表面に、径が５５ｍｍ高さ１２ｍｍの半球状突起が間隔１０５ｍｍで60°千鳥で配置され、反対側の表面に半球状の凹部が上記半球状の突起と対応する位置に配置された、導電性の隔壁を使用し、陽極室側に突起があり、陰極室側に対応する凹みがあるように設置した。隔壁が外枠を兼ねた。当該隔壁を以下及び表１において「隔壁７」と表記する。
後述の陽極を含む陽極室と後述の陰極を含む陰極室との間に隔膜が設けられ、陽極室と陰極室とが区画化されていた。
（陽極）
実施例１１の陽極としては、陽極１を使用した。
（陰極）
実施例１１の陰極としては、第１の陰極として陰極１を、第２の陰極として、平均孔径０．９ｍｍ、基材の厚み２ｍｍの発泡ニッケル（陰極２'）を使用し、隔膜に近い位置に陰極１、弾性体上に陰極２'を置いた。陰極２'の弾性率は０．７ＧＰａ、曲げ剛性は１０ｋＮ・ｍｍ²であった。
（隔膜）
実施例１１の隔膜としては、隔膜１を使用した。
（弾性体、集電体）
実施例１１の集電体として、集電体１を用いた。集電体１を陰極室の隔壁の表面に接する形で置き、さらに、集電体１に接する形で弾性体を設置した。弾性体としては０．２５ｍｍのニッケルワイヤーを用いて織物とし更に波型に加工した厚さ８ｍｍの導電性のクッションマットを折り返して使用し、１０ｍｍまで圧縮した。当該弾性体を以下及び表１において「弾性体４」と表記する。弾性体４の５０％圧縮変形時の弾性応力は４０ｋＰａであった。
各複極式エレメント内において、隔壁の突起を介して、陽極と隔壁とが導通していた。また、隔壁と隣接する弾性体を介して、弾性体に隣接する陰極と隔壁とが導通していた。
また、弾性体の弾性応力によって、隣り合う複極式エレメントの陰極と陽極との間に隔膜を挟持していた。

［比較例１］
（隔壁）
比較例１の隔壁として、隔壁１を使用し、陽極室側に突起があり、陰極室側に対応する凹みがあるように設置した。
（陽極）
比較例１の陽極として、陽極４を使用した。
（陰極）
比較例１の陰極としては、第１の陰極として陰極２を、第２の陰極として陰極１’を使用し、隔膜に近い位置に陰極２、遠い位置に陰極１’を置いた
（隔膜）
比較例１の隔膜としては、隔膜１を使用した。
（弾性体）
比較例１では、弾性体を使用しなかった。
各複極式エレメント内において、隔壁の突起を介して、陽極と隔壁とが導通していた。また、隔壁と陰極とが隣接しており、陰極と隔壁とが導通していた。

［比較例２］
（隔壁）
比較例２の隔壁として、隔壁３を使用した（陽極室側と陽極室側の両方に突起とそれ対応する凹みがある）。
（陽極）
比較例２の陽極として、陽極４を使用した。
（陰極）
比較例２の陰極としては、第１の陰極として陰極２を、第２の陰極として陰極１'を使用し、隔膜に近い位置に陰極２、遠い位置に陰極１’を置いた
（隔膜）
比較例２の隔膜としては、隔膜１を使用した。
（弾性体）
比較例２では、弾性体を使用しなかった。
各複極式エレメント内において、隔壁の突起を介して、陽極と隔壁とが導通していた。また、隔壁の突起を介して、陰極と隔壁とが導通していた。

［比較例３］
（隔壁）
比較例３の隔壁として、突起も凹みもない厚み３ｍｍのニッケル平板を使用した。隔壁が外枠を兼ねた。当該隔壁を以下及び表１において「隔壁８」と表記する。
（陽極）
比較例３の陽極として、陽極４を使用した。
（陰極）
比較例３の陰極としては、第１の陰極として陰極２を、第２の陰極として陰極１'を使用し、隔膜に近い位置に陰極２、遠い位置に陰極１’を置いた
（隔膜）
比較例３の隔膜としては、隔膜１を使用した。
（弾性体）
比較例３では、弾性体を使用しなかった。
各複極式エレメント内において、隔壁と陽極とが隣接しており、陽極と隔壁とが導通していた。また、隔壁と陽極とが隣接しており、陽極と隔壁とが導通していた。

以下、使用した複極式電解槽及び電解システムについて説明する。上述した隔壁、電極隔膜及び弾性体以外は、実施例及び比較例の全てにおいて同一条件とした。

［複極式電解槽］
陽極ターミナルエレメント、陰極ターミナルエレメント、４個の複極式エレメントから構成される、図１のような、複極式ゼロギャップ構造の電解槽を作製した。各電解槽にはそれぞれの実施例及び比較例の陽極、陰極、及び隔膜が同様に組み込まれている。陽極、陰極、及び隔膜以外の部材は、本技術分野で一般的なものを使用した。
なお、電解槽のスタック圧力は０．８ＭＰａであり、ガスケットと隔膜との間、及びガスケットと外枠との間の面圧は２．５ＭＰａであった。

＜複極式エレメント＞
複極式エレメントは、１２００ｍｍ×２００ｍｍの長方形で、陽極及び陰極の面積は１１５０ｍｍ×１８０ｍｍとした。このゼロギャップ複極式エレメントを、１１５０ｍｍ×１８０ｍｍの隔膜を介してスタックさせることで、陰極と陽極が隔膜に押し付けられたゼロギャップ構造を形成した。

［電解システム］
上記複極式電解槽を、図２に示す電解装置７０に組み込んでアルカリ水電解に使用した。以下、図２を参照しながら、電解システムの概略を説明する。
気液分離タンク７２及び複極式電解槽５０には、電解液として３０％ＫＯＨ水溶液が封入されている。この電解液は、送液ポンプ７１により、陽極室と陽極用気液分離タンク（酸素分離タンク７２ｏ）との間、陰極室と陰極用気液分離タンク（水素分離タンク７２ｈ）との間をそれぞれ循環している。電解液の流量は、流量計７７で測定して電解槽中の線速度が平均３ｍｍ/ｓになるように調整した。温度は、熱交換器７９によって、電解槽出側温度が９０℃になるように調整した。
整流器７４から、各電解セルの陰極及び陽極に対して、所定の電極密度で通電した。
通電開始後のセル内圧力は、圧力計７８で測定し、陰極側圧力が５００ｋＰａ、酸素側圧力が４９９ｋＰａとなるとように調整した。圧力調整は、圧力計７８の下流に圧力制御弁８０を設置し、これにより行った。
整流器７４、酸素濃度計７５、水素濃度計７６、流量計７７、圧力計７８、熱交換器７９、送液ポンプ７１、気液分離タンク７２（７２ｈ及び７２ｏ）、水補給器７３等は、いずれも当該技術分野において通常使用されるものを用いた。

［電解試験］
実施例１～１１及び比較例１～３の電解槽構成で、電流密度１、６、１０ｋＡ／ｍ²の電流密度下で連続して２４時間通電し、アルカリ水電解を行った。
２４時間後、各実施例及び比較例ごとに４つの電解セルの対電圧の平均値を算出し、セル電圧（Ｖ）として評価し、その結果を表１に示す。
なお、実施例１～１１、比較例１～３のいずれにおいても、電解試験後に電解液の漏れはなかった。

［変動試験］
実施例１～１１及び比較例１～３の電解槽構成で、電流密度１から１０ｋＡ／ｍ²まで約３秒間で上昇させ、電流密度１０から１ｋＡ／ｍ²まで約３秒間で降下させる変動を１００００回繰り返した。その後、電流密度を１０ｋＡ／ｍ²に設定し、２４時間後、各実施例及び比較例ごとに４つの電解セルの対電圧の平均値を算出し、セル電圧（Ｖ）として評価し、その結果を表１に示す。
変動試験後の１０ｋＡ／ｍ²でのセル電圧と、上記電解試験での１０ｋＡ／ｍ²でのセル電圧の差をΔＶ（Ｖ）として算出した。その結果を表１に示す。
なお、実施例１～１１、比較例１～３のいずれにおいても、変動試験後に電解液の漏れはなかった。

［槽内温度差］
電解試験にて、電流密度１０ｋＡ／ｍ²で連続して２４時間通電時の槽内温度差ΔＴを、槽の入側（Ｔ１）と出側（Ｔ２）の温度を測定することで算出した。
ΔＴ（℃）＝Ｔ２－Ｔ１

［変動試験後の部材損傷確認］
変動試験後に、電解槽を解体し、隔膜、電解枠、電極等の損傷状態を目視で観察した。
そして、以下の基準で評価を行った。
優れる（〇）：損傷なし
良好（△）：軽微な損傷
不良（×）：重度の損傷

実施例１－５の電解槽において、１～１０ｋＡ／ｍ²の範囲において、低いセル電圧を示したため、広い電流密度の範囲において効率的に水素を製造できることが示された。また、槽内温度上昇も小さく、更に、変動試験後のセル電圧の上昇が小さく、部材損傷も見られなかったことから、変動電源に対応できることが示された。
実施例６より、触媒がなくても、本効果が得られることが示された。
実施例７は、１～１０ｋＡ／ｍ²の範囲において、低いセル電圧を示したため、広い電流密度の範囲において効率的に水素を製造できることが示された。一方、変動試験後に、若干のセル電圧の上昇が見られ、また、一部軽微な部材損傷が見られたが、運転には支障は無く、変動電源に対応できることが示された。
実施例８より、導電性隔壁がニッケルメッキ層を有しても、１～１０ｋＡ／ｍ²の範囲において、低いセル電圧を示したため、広い電流密度の範囲において効率的に水素を製造できることが示された。また、槽内温度上昇も小さく、更に、変動試験後のセル電圧の上昇が小さく、ニッケルメッキ層を含めて部材損傷も見られなかったことから、変動電源に対応できることが示された。
実施例９、１０より、集電体を有する場合においても、１～１０ｋＡ／ｍ²の範囲において、低いセル電圧を示したため、広い電流密度の範囲において効率的に水素を製造できることが示された。また、槽内温度上昇は小さく、変動試験後に若干のセル電圧の上昇がみられたが、部材損傷はほとんど見られなかったことから、集電体を有する場合においても、変動電源に対応できることが示された。
実施例１１では、１～１０ｋＡ／ｍ²の範囲において、多少高いセル電圧を示したものの、広い電流密度の範囲において効率的に水素を製造できることが示された。これは、突起間の間隔が広くなり、電極のたわみによって、ゼロギャップ構造の均一性が下がったことによるものと考える。槽内温度上昇は小さく、変動試験後に若干のセル電圧の上昇がみられたが、部材損傷はほとんど見られなかったことから、変動電源に対応できることが示された。
比較例１－３では、１～１０ｋＡ／ｍ²の範囲において、高いセル電圧を示し、また、槽内温度上昇も大きく、更に、変動試験後のセル電圧の上昇が大きく、部材損傷も見られたことから、広い電流密度の範囲において効率的に水素を製造する事が出来ず、変動電源に対応することが困難である事が示された。

本実施形態の水電解用複極式ゼロギャップ電解槽によれば、広い電流密度の範囲において効率的に水素を製造でき、変動電源に対応できる。例えば、アルカリ水電解用の電解槽として用いることができる。

１ 導電性隔壁
１１ 突起
１２ 凹み
１３ 平坦部
２ 電極
２ａ 陽極
２ｃ 第１の陰極
２ｅ 弾性体
２ｒ 第２の陰極
２ｘ 集電体
３ 外枠
４ 隔膜
５ａ 陽極室
５ｂ 陰極室
７ ガスケット
５０ 複極式電解槽
５１ｇ ファストヘッド、ルーズヘッド
５１ｉ 絶縁板
５１ａ 陽極ターミナルエレメント
５１ｃ 陰極ターミナルエレメント
５１ｒ タイロッド
６０ 複極式エレメント
６５ 電解セル
７０ 電解装置
７１ 送液ポンプ
７２ 気液分離タンク
７２ｈ 水素分離タンク
７２ｏ 酸素分離タンク
７３ 水補給器
７４ 整流器
７５ 酸素濃度計
７６ 水素濃度計
７７ 流量計
７８ 圧力計
７９ 熱交換器
８０ 圧力制御弁
ＳＷ メッシュの短目方向の中心間距離
ＬＷ メッシュの長目方向の中心間距離
Ｃ メッシュの目開き
ＴＥ メッシュの厚み
Ｂ メッシュのボンド長さ
Ｔ 板厚
Ｗ 送り幅（刻み幅）
Ａ 平織メッシュ型の目開き
ｄ 平織メッシュ型の線径
Ｄ パンチング型の穴径
Ｐ パンチング型の穴間ピッチ

Claims (16)

1. 陽極を備えた陽極室と、陰極を備えた陰極室と、前記陽極室と前記陰極室との間に設けられた導電性隔壁と、前記導電性隔壁を縁取る外枠とを備えた複数の複極式エレメントが、ガスケット及び隔膜を挟んでスタックされ、前記ガスケットと前記隔膜との間、及び前記ガスケットと前記外枠との間に面圧を与え、電解液の封止を実現する水電解用複極式電解槽において、
   前記導電性隔壁の一方の表面のみに突起を有し、
   前記導電性隔壁の前記一方の表面の反対側の表面と電極との間に導電性弾性体が配置され、
   一方の電極は少なくとも前記突起を介して、他方の電極は少なくとも前記導電性弾性体を介して、前記導電性隔壁と導通を形成し、
   前記導電性弾性体の弾性応力によって隣り合う複極式エレメントの陰極と陽極との間に前記隔膜が挟持され、
   前記導電性隔壁は、表面に突起、凹み、及び平坦部を有し、前記突起は前記一方の表面のみに配され、少なくとも一組の隣り合う突起間に前記平坦部が配され、前記凹みは前記一方の表面の反対側の表面のみに配され、少なくとも一組の隣り合う凹み間に前記平坦部が配されること、
   を特徴とする、水電解用複極式ゼロギャップ電解槽。
2. 前記導電性隔壁において、前記突起は一方の表面のみにあり、前記一方の表面の反対側の表面には前記突起に対応する凹みがある、請求項１に記載の水電解用複極式ゼロギャップ電解槽。
3. 前記導電性隔壁の前記一方の表面と、前記一方の表面側の電極室に備えられた電極との間に導電性弾性体が配置された、
   請求項１又は２に記載の水電解用複極式ゼロギャップ電解槽。
4. 前記導電性弾性体が少なくとも陰極室にある、請求項１～３のいずれか一項に記載の水電解用複極式ゼロギャップ電解槽。
5. 前記突起の間隔が１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下である、請求項１～４のいずれか一項に記載の水電解用複極式ゼロギャップ電解槽。
6. 前記突起の間隔が１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下であり、
   前記突起の径が１ｍｍ以上７０ｍｍ以下であり、
   前記突起の高さが０．１ｍｍ以上２０ｍｍ以下である、
   請求項１～５のいずれか一項に記載の水電解用複極式ゼロギャップ電解槽。
7. 前記隔膜が多孔膜である、請求項１～６のいずれか一項に記載の水電解用複極式ゼロギャップ電解槽。
8. 前記導電性弾性体と前記導電性隔壁の間に集電体が配置され、
   前記集電体の接触抵抗が１ｍΩｃｍ^２以上１５０ｍΩｃｍ^２以下である、請求項１～７のいずれか一項に記載の水電解用複極式ゼロギャップ電解槽。
9. 前記陽極の弾性率が０．０１ＧＰａ以上２００ＧＰａ以下である、請求項１～８のいずれか一項に記載の水電解用複極式ゼロギャップ電解槽。
10. 前記陰極の弾性率が０．０１ＧＰａ以上２００ＧＰａ以下である、請求項１～９のいずれか一項に記載の水電解用複極式ゼロギャップ電解槽。
11. 前記導電性弾性体が、導電性クッションマットあり、
    前記導電性クッションマットが、線径が０．０５ｍｍ以上１ｍｍ以下、圧縮時厚みが１ｍｍ以上２０ｍｍ以下、５０％圧縮変形時の弾性応力が１ｋＰａ以上１０００ｋＰａ以下である、
    請求項１～１０のいずれか一項に記載の水電解用複極式ゼロギャップ電解槽。
12. 前記導電性隔壁がニッケルメッキ層を有する、請求項１～１１のいずれか一項に記載の水電解用複極式ゼロギャップ電解槽。
13. 前記陽極及び／又は前記陰極が、材質がニッケルであり、金属発泡体、平織メッシュ型の多孔体、パンチング型の多孔体、及びエキスパンド型の多孔体からなる群から選ばれる少なくても１つの多孔体であり、
    前記導電性弾性体の上に、前記多孔体が配置される、請求項１～１２のいずれか一項に記載の水電解用複極式ゼロギャップ電解槽。
14. スタック圧力が０．５ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下である、請求項１～１３のいずれか一項に記載の水電解用複極式ゼロギャップ電解槽。
15. 請求項１～１４のいずれか一項に記載の水電解用複極式ゼロギャップ電解槽を使用することを特徴とする、水素の製造方法。
16. 電解運転圧力が３～４０００ｋＰａである、請求項１５に記載の水素の製造方法。

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