JP7843723B2 - 水電解セルおよび水電解装置 - Google Patents

Description

本開示は、水電解セルおよび水電解装置に関する。

特許文献１には、２つのマクロポーラス炭素系バッキング層と、当該２つのマクロポーラス炭素系バッキング層の間に配置されたアイオノマー層（イオン交換膜）と、これらマクロポーラス炭素系バッキング層およびアイオノマー層の間で、アイオノマー層の側から順に触媒層（電極触媒層）、バリア層、およびマイクロポーラス層が配置された層構造を含む膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）が開示されている。触媒層は、アイオノマー層の両面に接合されている。

特許第６４３０９６９号公報

ところで、膜電極接合体を備える電気化学セルの分野では、イオン交換膜に接する電極触媒層の表面が粗く形成される場合がある。このため、電極触媒層がイオン交換膜に密着している部分と密着していない部分とがまばらに存在することがある。当該密着している部分における接触抵抗の集中を抑制するために、イオン交換膜に電極触媒層側から面圧が付与される場合がある。しかしながら、この場合、付与される面圧の大きさによっては、電極触媒層の表面の粗さに起因してイオン交換膜に損傷などの不具合が生じる場合がある。

本開示は、上記課題を解決するためになされたものであって、大きな面圧を付与した場合でも不具合を生じにくい水電解セルおよび水電解装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本開示に係る水電解セルは、イオン交換膜と、前記イオン交換膜よりも一方側に配置された陰極触媒層と、前記イオン交換膜よりも、前記一方側とは反対の他方側に配置された陽極触媒層と、前記陰極触媒層と前記イオン交換膜との間と、前記陽極触媒層と前記イオン交換膜との間とのうち少なくとも一方に配置されたセラミックス粒子含有層と、を備え、前記イオン交換膜は、前記セラミックス粒子含有層に接する第１面を有し、前記セラミックス粒子含有層は、セラミックス粒子と、ポリマー結着剤と、空隙を含み、前記陰極触媒層または前記陽極触媒層は、前記セラミックス粒子含有層に接する第２面を有し、前記第２面は、前記第１面と比べて粗く、前記セラミックス粒子含有層の厚さは、前記第２面の面粗度の最大高さよりも大きく、前記セラミックス粒子含有層を間に挟む前記陰極触媒層または前記陽極触媒層と前記イオン交換膜との間に所定の面圧を作用させる押圧機構を備え、前記所定の面圧を、前記セラミックス粒子含有層が存在しないことを除く同じ構成において、前記イオン交換膜に不具合が生じる面圧よりも高い値に調整した場合に、前記イオン交換膜が損傷することによる短絡が発生しない。

本開示に係る水電解装置は、上記電気化学セルである電解セルと、前記電解セルに電解液を供給する電解液供給部と、前記電解セルに電圧を印加する電源部と、を備える。

本開示によれば、大きな面圧を付与した場合でも不具合を生じにくい水電解セルおよび水電解装置を提供することができる。

本開示の第１実施形態に係る電解装置の全体構成を示す概略構成図である。 本開示の第１実施形態に係る電気化学セルを模式的に示す図である。 本開示の第１実施形態に係るセラミックス粒子含有層の断面を模式的に示す図である。 本開示の第１実施形態に係る電気化学セルを模式的に示す分解斜視図である。 本開示の第１実施形態に係る電気化学セルを示す断面図である。 本開示の第１実施形態に係る押圧機構を説明するための図（断面図）である。 本開示の第１実施形態に係る膜電極接合体の製造方法を示す断面図である。 本開示の第２実施形態に係る膜電極接合体の製造方法を示す断面図である。 本開示の第３実施形態に係る膜電極接合体の製造方法を示す断面図である。 本開示の実施形態に係るセラミックス粒子含有層が有る場合と、無い場合の、面圧と接触抵抗の関係を対比的に示す図である。 本開示の実施形態に係るセラミックス粒子含有層が有る場合と、無い場合の、電流密度とセル電圧の関係を対比的に示す図である。

以下、本開示の実施形態に係る電解装置１、および当該電解装置１に含まれる膜電極接合体４３の製造方法を、図面を参照して説明する。以下の説明では、同一または類似の機能を有する構成に同一の符号を付す。本明細書中の「対向する」とは、ある方向で見た場合に２つの部材が重なることを意味し、上記２つの部材の間に別の部材（例えば別の層）が存在する場合も含み得る。

先に図５を参照し、Ｚ方向、Ｘ方向、およびＹ方向を定義する。Ｚ方向は、後述する第１セパレータ４１から第２セパレータ４２に向かう方向（図５中の左右方向）である。また、Ｚ方向は、後述する膜電極接合体４３のイオン交換膜５０、セラミックス粒子含有層５１、陰極触媒層５４、陰極給電体５５、陽極触媒層５６、および陽極給電体５７が層構造を成した時の積層方向でもある。Ｘ方向は、Ｚ方向とは交差する（例えば直交する）方向であり、膜電極接合体４３の中央部Ｃから膜電極接合体４３の一端部に向かう方向（図５中の上下方向）である。Ｙ方向は、Ｚ方向およびＸ方向とは交差する（例えば直交する）方向であり、例えば図５における紙面奥行方向である。本明細書中の「面積」とは、Ｚ方向で見た場合における面積（すなわちＸ方向およびＹ方向に広がる面積）を意味する。また、本明細書中の「外形サイズ」とは、Ｚ方向で見た場合における外形サイズを意味する。すなわち「外形サイズ」と「面積」は、実質的に同じものを意味する場合があり、適宜互いに読み替えられてもよい。

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態の電解装置１の全体構成を示す概略構成図である。本実施形態では、電解装置１は、電解液に含まれる水（Ｈ_２Ｏ）を電気分解することで水素（Ｈ_２）を生成する装置（電気分解装置）である。なお、電解装置１は、水を電気分解して水素を生成する構成に限定されることはなく、例えば、電解液に含まれる有機物・無機物の生成や精製、あるいは所定の物質の濃縮などを目的として電解液を電気分解する装置であってもよい。また、本実施形態では、電解装置１は、例えば、アニオン交換膜（ＡＥＭ：Anion Exchange Membrane）式の装置である。ただし、電解装置１は、アニオン交換膜式に限定されることはなく、プロトン交換膜（ＰＥＭ：Polymer Electrolyte Membrane）式の装置や、燃料電池、ＣＯ_２電解還元装置、食塩電解装置、化成品電解合成装置などであってもよい。電解装置１は、例えば、セルスタック１０と、電解液供給部２０と、電源部３０とを備えている。

（セルスタック）
セルスタック１０は、複数の電気化学セル１１の集合体である。セルスタック１０は、例えば、複数の電気化学セル１１が一方向に並べられることで形成される。各々の電気化学セル１１は、陰極室Ｓａと、陽極室Ｓｂとを含む。電気化学セル１１については、詳しく後述する。

（電解液供給部）
電解液供給部２０は、各々の電気化学セル１１に電解液を供給する供給部である。電解液は、例えば、純水あるいはアルカリ水溶液である。本実施形態における電解液には、アルカリ水溶液として水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液が採用される。電解液供給部２０は、陰極側供給部２０ａと、陽極側供給部２０ｂとを含む。

陰極側供給部２０ａは、各々の電気化学セル１１の陰極室Ｓａに電解液を供給する供給部である。陰極側供給部２０ａは、例えば、水素気液分離装置２１、第１ポンプ２２、水素回収部２３、第１電解液供給部２４、および配管ラインＬ１，Ｌ２を含む。複数の電気化学セル１１を積層したセルスタック１０では、例えば、各々の電気化学セル１１を互いに連結したマニホールドと呼ばれる電気化学セル１１内の配管構造に配管ラインＬ１，Ｌ２を接続し、配管ラインＬ１側では電解液を供給し、配管ラインＬ２側では電解液と生成した水素を排出する。

水素気液分離装置２１は、電解液を貯留する。水素気液分離装置２１の供給口は、配管ラインＬ１を介して電気化学セル１１の陰極室Ｓａに接続される。第１ポンプ２２は、配管ラインＬ１の途中に設けられ、水素気液分離装置２１に貯留された電解液を電気化学セル１１の陰極室Ｓａに向けて送る。

水素気液分離装置２１の戻り口は、配管ラインＬ２を介して電気化学セル１１の陰極室Ｓａに接続される。水素気液分離装置２１には、電気化学セル１１で生成された水素を含む電解液が電気化学セル１１から流入する。水素気液分離装置２１は、電解液に含まれる水素を分離する気液分離部を有している。水素気液分離装置２１により電解液から分離された水素は、水素回収部２３によって回収される。水素気液分離装置２１には、第１電解液供給部２４から電解液が補充される。

一方で、陽極側供給部２０ｂは、各々の電気化学セル１１の陽極室Ｓｂに電解液を供給する供給部である。陽極側供給部２０ｂは、例えば、酸素気液分離装置２６、第２ポンプ２７、酸素回収部２８、第２電解液供給部２９、および配管ラインＬ３，Ｌ４を含む。複数の電気化学セル１１を積層したセルスタック１０では、例えば、各々の電気化学セル１１を互いに連結したマニホールドと呼ばれる電気化学セル１１内の配管構造に配管ラインＬ３，Ｌ４を接続し、配管ラインＬ３側では電解液を供給し、配管ラインＬ４側では電解液と生成した酸素を排出する。

酸素気液分離装置２６は、電解液を貯留する。酸素気液分離装置２６の供給口は、配管ラインＬ３を介して電気化学セル１１の陽極室Ｓｂに接続される。第２ポンプ２７は、配管ラインＬ３の途中に設けられ、酸素気液分離装置２６に貯留された電解液を電気化学セル１１の陽極室Ｓｂに向けて送る。

酸素気液分離装置２６の戻り口は、配管ラインＬ４を介して電気化学セル１１の陽極室Ｓｂに接続される。酸素気液分離装置２６には、電気化学セル１１で生成された酸素（Ｏ_２）を含む電解液が電気化学セル１１から流入する。酸素気液分離装置２６は、電解液に含まれる酸素を分離する気液分離部を有している。酸素気液分離装置２６により電解液から分離された酸素は、酸素回収部２８によって回収される。酸素気液分離装置２６には、第２電解液供給部２９から電解液が補充される。

（電源部）
電源部３０は、電気化学セル１１に電圧を印加する直流電源装置である。電源部３０は、電気化学セル１１の陽極４８と陰極４７（図２参照）との間に、電解液の電気分解に必要な直流電圧を印加する。複数の電気化学セル１１を積層したセルスタック１０では、例えば、セルスタック１０の両端の電極に電源部３０からの電線が接続され、必要直流電流と積層段数の倍数で必要電圧が印加され、必要電力が供給される。なお、本実施形態では、下記式（ｉ）が成立する。
（１つの電気化学セル１１に必要な電解電流（Ａ））×（１つの電気化学セル１１に必要な電解電圧（Ｖ））×（積層した電気化学セル１１の数）＝供給電力（Ｗ） …（ｉ）

（電気化学セルの構成）
次に、電気化学セル１１について詳しく説明する。電気化学セル１１は、外部から入力された電気エネルギーにより電解液中で化学反応（電気分解）を引き起こして特定の物質（所望の物質）を生成する装置、あるいは電解液中で化学反応させることにより外部に出力するための電気エネルギーを生じさせる装置である。

本実施形態では、電気化学セル１１は、外部から入力された電気エネルギーにより、電解液に含まれる水の電気分解を引き起こして水素を生成する電解セル（水電解セル）である。なお、電気化学セル１１は、水を電気分解して水素を生成する電解セルに限定されることはなく、例えば、二酸化炭素（ＣＯ_２）を電解還元するなど異なるタイプの装置や、燃料電池、食塩電解装置、化成品電解合成装置などであってもよい。

図２は、電気化学セル１１を模式的に示す断面図である。電気化学セル１１などは、例えば、第１セパレータ４１、第２セパレータ４２、および膜電極接合体４３を含む。

（第１セパレータ）
第１セパレータ４１は、電気化学セル１１の収容空間Ｓの一方の面を規定する部材である。収容空間Ｓは、後述する陰極室Ｓａおよび陽極室Ｓｂを含む空間である。第１セパレータ４１は、例えば、矩形の板状であり、ステンレスやチタン、ニッケルなどの金属部材、または導電性カーボン板やモールド樹脂で封止された導電性カーボン板などにより形成される。第１セパレータ４１は、例えば、後述する第１集電体６１（図４および図６参照）を介して電源部３０からマイナス電圧が印加される。

第１セパレータ４１は、第１セパレータ端部４１ｅ１（例えば下端部）と、第１セパレータ端部４１ｅ１とは反対側に位置した第２セパレータ端部４１ｅ２（例えば上端部）とを有している。第１セパレータ４１の第１セパレータ端部４１ｅ１には、上述した配管ラインＬ１が接続される。第１セパレータ４１の第２セパレータ端部４１ｅ２には、上述した配管ラインＬ２が接続される。

第１セパレータ４１は、後述する陰極室Ｓａに面する第１内面４１ａを有している。第１内面４１ａには、配管ラインＬ１から供給される電解液が流れる第１流路ＦＰ１が形成されている。第１流路ＦＰ１は、例えば、第１内面４１ａから凹むように設けられた溝である。第１流路ＦＰ１を流れた電解液は、配管ラインＬ２を通じて電気化学セル１１の外部に排出される。

なお、図２に示される各構造（例えば電解液の流路構造など）は、あくまで例示であり、本実施形態の内容を限定するものではない。例えば、流路構造は、装置の大きさや目的、使用環境などに応じて種々の構造が利用可能である。これは、他の図で示される各構造についても同様である。

（第２セパレータ）
第２セパレータ４２は、第１セパレータ４１の少なくとも一部との間に収容空間Ｓを空けて配置され、収容空間Ｓの他方の面を規定する部材である。第２セパレータ４２は、例えば、矩形の板状であり、ステンレスやチタン、ニッケルなどの金属部材、または導電性カーボン板やモールド樹脂で封止された導電性カーボン板などにより形成される。第２セパレータ４２は、後述する第２集電体６２（図４および図６参照）を介して電源部３０からプラス電圧が印加される。同じ電気化学セル１１に含まれる第１セパレータ４１と第２セパレータ４２とは、一対のセパレータとして当該電気化学セル１１の電解槽４０を形成する。

第２セパレータ４２は、第１セパレータ端部４２ｅ１（例えば下端部）と、第１セパレータ端部４２ｅ１とは反対側に位置した第２セパレータ端部４２ｅ２（例えば上端部）とを有している。第２セパレータ４２の第１セパレータ端部４２ｅ１には、上述した配管ラインＬ３が接続される。第２セパレータ４２の第２セパレータ端部４２ｅ２には、上述した配管ラインＬ４が接続される。

第２セパレータ４２は、後述する陽極室Ｓｂに面する第２内面４２ａを有している。第２内面４２ａには、配管ラインＬ３から供給される電解液が流れる第２流路ＦＰ２が形成されている。第２流路ＦＰ２は、例えば、第２内面４２ａから凹むように設けられた溝である。第２流路ＦＰ２を流れた電解液は、配管ラインＬ４を通じて電気化学セル１１の外部に排出される。

なお、ここでは説明の便宜上、第１セパレータ４１の第１内面４１ａが流路用の溝（第１流路ＦＰ１）を有し、第２セパレータ４２の第２内面４２ａが流路用の溝（第２流路ＦＰ２）を有する構成について説明している。しかしながら、例えばセルスタック１０（図１参照）に含まれる電気化学セル１１の第１セパレータ４１は、第１内面４１ａに加えて第１内面４１ａとは反対側の面４１ｂにも同様の流路用の溝（第１流路ＦＰ１、図２中に二点鎖線で示す）を有したバイポーラプレートでもよい。また、セルスタック１０に含まれる電気化学セル１１の第２セパレータ４２は、第２内面４２ａに加えて第２内面４２ａとは反対側の面４２ｂにも同様の流路用の溝（第２流路ＦＰ２、図２中に二点鎖線で示す）を有したバイポーラプレートでもよい。なお、第１セパレータ４１の両面および第２セパレータ４２の両面に設けられる流路用の溝は、互いに形状や配置が異なってもよい。

（膜電極接合体の構成）
膜電極接合体４３（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）は、イオン交換膜、触媒、および給電体が組み立てられた構造体である。膜電極接合体４３は、第１セパレータ４１と第２セパレータ４２との間に配置され、収容空間Ｓに位置する。膜電極接合体４３は、例えば、イオン交換膜５０、セラミックス粒子含有層５１、陰極触媒層５４、陰極給電体５５、陽極触媒層５６、および陽極給電体５７を含む。

（イオン交換膜）
イオン交換膜５０は、イオンを選択透過させる膜である。イオン交換膜５０は、例えば、固体高分子電解質膜である。イオン交換膜５０は、例えば、水酸化物イオン（ＯＨ^－）伝導性のあるアニオン交換膜（ＡＥＭ）である。ただし、イオン交換膜５０は、上記例に限定されず、上記例とは異なるタイプの例えばプロトン交換膜（ＰＥＭ）であってもよい。

イオン交換膜５０は、例えば、矩形のシート状であり、可撓性を有している。イオン交換膜５０の外形サイズは、第１セパレータ４１または第２セパレータ４２の外形サイズよりも小さい。イオン交換膜５０は、第１セパレータ４１と第２セパレータ４２との間に配置され、上述した収容空間Ｓに位置する。イオン交換膜５０は、所定の分子骨格を成し、分子量が所定の第１量である第１高分子を含む。本明細書中に記載する「分子骨格」は、例えば、高分子（第１高分子、および後述の第２高分子）に含まれる分子同士（または原子同士）の、３次元の連続的かつ立体的な位置関係などを意味する。さらに説明すると、本明細書中の分子骨格は、高分子主鎖および側鎖、ならびにイオン交換基などの化学組成および原子配列を意味する。

イオン交換膜５０は、第１セパレータ４１の第１内面４１ａと対向する第１交換膜面５０ａと、第１交換膜面５０ａとは反対側に位置した第２交換膜面５０ｂとを有している。イオン交換膜５０の第２交換膜面５０ｂは、第２セパレータ４２の第２内面４２ａと対向する。第１交換膜面５０ａおよび第２交換膜面５０ｂは、いずれも「第１面」の一例である。収容空間Ｓで、イオン交換膜５０の第１交換膜面５０ａと第１セパレータ４１の第１内面４１ａとの間には、陰極室Ｓａが規定される。また、収容空間Ｓで、イオン交換膜５０の第２交換膜面５０ｂと第２セパレータ４２の第２内面４２ａとの間には、陽極室Ｓｂが規定される。

陰極室Ｓａでは、電気化学セル１１に電圧が印加される場合に、下記（化１）に示す化学反応が生じ、電解液から水素が生成される。なお、本明細書中の「ＸＸが生成される」とは、ＸＸの生成に伴って他の物質が同時に生成される場合も含み得る。陰極室Ｓａで生成された水酸化物イオンは、膜電極接合体４３を通過して陰極室Ｓａから陽極室Ｓｂに移動する。
２Ｈ_２Ｏ＋２ｅ^－→Ｈ_２＋２ＯＨ^－ …（化１）

陽極室Ｓｂでは、電気化学セル１１に電圧が印加される場合に、下記（化２）に示す化学反応が生じ、電解液から酸素が生成される。
２ＯＨ^－→１／２Ｏ_２＋Ｈ_２Ｏ＋２ｅ^－ …（化２）

これにより、電気化学セル１１全体で見た場合は、下記（化３）に示す化学反応が生じる。
Ｈ_２Ｏ→Ｈ_２＋１／２Ｏ_２ …（化３）

イオン交換膜５０は、イオン伝導率が比較的高い膜の一例として、主鎖にポリスチレン系またはテトラフェニル系の組成を含み、側鎖にイミダゾリウム基または４級アンモニウム基を含んでよい。一方、これに代えて、イオン交換膜５０は、耐酸化性が比較的高い膜の一例として、ポリスルフォン系またはブロモブチルスチレン系の組成を含んでもよい。

（セラミックス粒子含有層）
セラミックス粒子含有層５１は、イオン交換膜５０の両面（第１交換膜面５０ａおよび第２交換膜面５０ｂ）に設けられた層である。セラミックス粒子含有層５１は、水酸化物イオンが通過可能である。図３は、セラミックス粒子含有層５１の断面を模式的に示す図である。図３に示すように、セラミックス粒子含有層５１（後述の第１層５２および第２層５３）は、セラミックス粒子Ｃｓと、非セラミックス粒子Ａｄとを含む。本実施形態では、セラミックス粒子含有層５１は、これらセラミックス粒子Ｃｓおよび非セラミックス粒子Ａｄにより構成されている。セラミックス粒子含有層５１中のセラミックス粒子Ｃｓおよび非セラミックス粒子Ａｄは、所定の比（質量比や体積比）で存在している。また、セラミックス粒子含有層５１は、所定の厚さ（図３中に示すＴ）で形成されている。本実施形態では、セラミックス粒子含有層５１の厚さは、例えば、３μｍ以上、１０μｍ以下である。なお、セラミックス粒子含有層５１中には、電解液が通過可能な空隙Ｇａが存在している。

セラミックス粒子Ｃｓは、絶縁性を有している。セラミックス粒子Ｃｓは、例えば、酸化アルミニウム（アルミナ：Ａｌ_２Ｏ_３）、シリカ（ＳｉＯ_２）、酸化ジルコニウム（ジルコニア：ＺｒＯ_２）、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）などのうち１つ以上を含む。本実施形態では、セラミックス粒子Ｃｓの粒径は、１μｍ以上、１０μｍ以下である。なお、電解液に水酸化カリウム水溶液が採用された場合、セラミックス粒子Ｃｓは、酸化アルミニウム（アルミナ）、窒化ケイ素、炭化ケイ素などのうち、１つ以上を含むことが望ましい。

非セラミックス粒子Ａｄは、例えば、ポリマー結着剤、イオノマーなどのうち、１つ以上を含む。本実施形態では、非セラミックス粒子Ａｄは、ポリマー結着剤およびイオノマーの両方を含む。ポリマー結着剤は、上記セラミックス粒子Ｃｓに対するバインダーとして機能する。すなわち、ポリマー結着剤は、セラミックス粒子Ｃｓを互いに結着させる。本実施形態におけるポリマー結着剤には、例えば、フッ素系バインダーを採用することができる。フッ素系バインダ―には、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(ＰＴＦＥ：polytetrafluoroethylene)、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ：Poly Vinylidene Difluoride）、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（ＰＦＡ：Tetrafluoroethylene/perfluoroalkyl vinyl ether copolymer）、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ：Tetrafluoroethylene hexafluoropropylene copolymer）、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＴＦＥ：Ethylene Tetrafluoro Ethylene copolymer）などが採用される。なお、ポリマー結着剤は、セラミックス粒子を結着させる作用を有するものであれば良く、ポリマー結着剤には、非フッ素系バインダーも採用することが出来る。

イオノマー（ionomer、アイオノマー）は、セラミックス粒子含有層５１全体の電気抵抗を低減させるためのイオン交換樹脂成分である。イオノマーには、例えば、Diaza (bicyclo-octane) polyethersulfone、または、poly[(p-terphenyl-4,4'-diyl)(N,N-dimethyl-piperidinium-bicarbonate-4,4-diyl)-co-(p-terphenyl-4,4'-diyl)(2,2,2-trifluoro-1-phenylethylidene-diyl)]、または、poly[(p-terphenyl-4,4'-diyl)(N,N-dimethyl-piperidinium-bicarbonate-4,4-diyl)]など、芳香族系高分子骨格に4級アンモニウム基が導入されたカチオン性高分子が採用される。また，イオノマーには、フッ素系高分子骨格にスルホン酸基やカルボン酸基などのアニオン性官能基が導入されたアニオン性高分子を採用することも可能である。また、本実施形態では、イオノマーは、イオン交換膜５０に含まれる第１高分子よりも分子量が小さく、かつ第１高分子と分子骨格が同一である第２高分子を含む。第２高分子は、分子量が所定の第２量である。第２量は、上記第１量よりも小さい。なお、第２高分子の分子量と第１高分子の分子量との関係は、上記に限定されることはなく、第２高分子の分子量が第２高分子と同じ、または第２高分子の分子量が第１高分子の分子量よりも大きくてもよい。本実施形態では、セラミックス粒子含有層５１の全体は、絶縁性を有している。

図２に戻り、本実施形態では、セラミックス粒子含有層５１は、陰極室Ｓａに配置されて、イオン交換膜５０の第１交換膜面５０ａに接している第１層５２と、陽極室Ｓｂに配置されて、イオン交換膜５０の第２交換膜面５０ｂに接している第２層５３とを有している。すなわち、第１層５２および第２層５３は、イオン交換膜５０を両側から挟み込んでいる。本明細書中では、イオン交換膜５０に対して第１層５２が設けられている側（図２中の左側）を「一方側」と称し、一方側とは反対（図２中の右側）を「他方側」と称する。したがって、第１層５２は、イオン交換膜５０よりも一方側に配置されており、第２層５３は、イオン交換膜５０よりも他方側に配置されている。後述するが、第１層５２および第２層５３は、いずれもイオン交換膜５０にコーティングされることで形成されたコーティング層である。第１層５２および第２層５３は、例えば矩形のシート状である。本実施形態では、第１層５２および第２層５３の外形サイズは、イオン交換膜５０の外形サイズと同じであるか、又は小さい。ただし、第１層５２および第２層５３の外形サイズは、後述の面圧（積層方向の押し圧力）がかかる陰極給電体５５及び陽極給電体５７の外形サイズよりも大きい。

（陰極触媒層）
陰極触媒層５４は、上述した陰極室Ｓａでの化学反応を促進する層（電極触媒層）である。陰極触媒層５４は、例えば、矩形のシート状である。本実施形態では、陰極触媒層５４の外形サイズは、例えば、第１層５２と同じ大きさに形成されている。陰極触媒層５４は、陰極室Ｓａに配置されて、第１層５２の全域にイオン交換膜５０とは反対側から設けられている。したがって、陰極触媒層５４は、イオン交換膜５０よりも一方側に配置されている。陰極触媒層５４は、第１層５２の全域に接している第１陰極触媒面５４ａと、当該第１陰極触媒面５４ａとは反対側を向く第２陰極触媒面５４ｂとを有している。すなわち、第１層５２は、陰極触媒層５４の第１陰極触媒面５４ａに接している。第１陰極触媒面５４ａは、イオン交換膜５０の第１交換膜面５０ａおよび第２交換膜面５０ｂよりも粗く形成されている。第１陰極触媒面５４ａは、「第２面」の一例である。第２陰極触媒面５４ｂの全域には、後述の陰極給電体５５が接続されている。陰極触媒層５４は、第１セパレータ４１および陰極給電体５５を介して電源部３０からマイナス電圧が印加され、電気化学セル１１の陰極４７の一部として機能する。

陰極触媒層５４の材質としては、上述した陰極室Ｓａでの化学反応を促進する材質であればよく、種々の材質が利用可能である。例えば、陰極触媒層５４は、ニッケル、ニッケル合金、セリウム酸化物、ランタン酸化物、または白金のうち１つ以上を含む。なお、本明細書中の「〇〇酸化物」は、〇〇および酸素以外の別材料を含み得る。なお、陰極触媒層５４は、上述した材料に加えて、例えばカーボンなどの別材料を含んでもよい。

（陰極給電体）
陰極給電体５５は、第１セパレータ４１に印加された電圧を陰極触媒層５４に伝える電気接続部である。陰極給電体５５は、陰極室Ｓａに配置されている。陰極給電体５５は、第１セパレータ４１の第１内面４１ａと陰極触媒層５４との間に位置し、第１セパレータ４１の第１内面４１ａおよび陰極触媒層５４の双方に接している。すなわち、陰極触媒層５４は、陰極給電体５５におけるイオン交換膜５０側を向く面に形成されている。以下、説明の便宜上、陰極給電体５５における陰極触媒層５４が形成される面を「陰極面５５ａ」と称する。陰極面５５ａと、陰極触媒層５４の第２陰極触媒面５４ｂとは、接している。

陰極給電体５５は、内部を電解液とガスが通過可能な構造を有している。陰極給電体５５は、例えば、金属製のメッシュ構造体、焼結体、ファイバー、または導電性カーボン繊維のメッシュ構造体、不織布などにより形成される。本実施形態では、陰極給電体５５の外形サイズは、陰極触媒層５４の外形サイズよりも小さい。本実施形態では、陰極触媒層５４と陰極給電体５５とにより、電気化学セル１１の陰極４７が形成されている。

（陽極触媒層）
陽極触媒層５６は、上述した陽極室Ｓｂでの化学反応を促進する層（電極触媒層）である。陽極触媒層５６は、例えば、矩形のシート状である。本実施形態では、陽極触媒層５６の外形サイズは、例えば、第２層５３と同じ大きさに形成されている。陽極触媒層５６は、陽極室Ｓｂに配置され、第２層５３の全域にイオン交換膜５０とは反対側から設けられている。したがって、陽極触媒層５６は、イオン交換膜５０よりも他方側に配置されている。陽極触媒層５６は、第２層５３の全域に接している第１陽極触媒面５６ａと、当該第１陽極触媒面５６ａとは反対側を向く第２陽極触媒面５６ｂとを有している。すなわち、第２層５３は、陽極触媒層５６の第１陽極触媒面５６ａに接している。第１陽極触媒面５６ａは、イオン交換膜５０の第１交換膜面５０ａおよび第２交換膜面５０ｂよりも粗く形成されている。第１陽極触媒面５６ａは、「第２面」の一例である。第２陽極触媒面５６ｂの全域には、後述の陽極給電体５７が接続されている。陽極触媒層５６は、第２セパレータ４２および陽極給電体５７を介して電源部３０からプラス電圧が印加され、電気化学セル１１の陽極４８の一部として機能する。本実施形態では、陽極触媒層５６は、陰極触媒層５４と同じ厚さに形成されている。

陽極触媒層５６の材質としては、上述した陽極室Ｓｂでの化学反応を促進する材質であればよく、種々の材質が利用可能である。例えば、陽極触媒層５６は、ニッケル、ニッケル合金、ニッケル酸化物、銅酸化物、イリジウム酸化物、ニオブ酸化物、鉛酸化物、またはビスマス酸化物のうち１つ以上を含む。上述したように、本明細書中の「ＸＸ酸化物」は、ＸＸおよび酸素以外の別材料を含み得る。例えば、「ニッケル酸化物」は、ニッケルおよび酸素の他に、鉄（Ｆｅ）やコバルト（Ｃｏ）などの別材料を含み得る。また、「銅酸化物」は、銅（Ｃｕ）および酸素の他に、コバルトなどの別材料を含み得る。「イリジウム酸化物」は、イリジウム（Ｉｒ）および酸素の他に、ルテニウム（Ｒｕ）などの別材料を含み得る。「鉛酸化物」は、鉛（Ｐｂ）および酸素の他に、ルテニウムなどの別材料を含み得る。「ビスマス酸化物」は、ビスマス（Ｂｉ）および酸素の他に、ルテニウムなどの別材料を含み得る。なお、陽極触媒層５６は、上述した材料に加えて、例えばカーボンなどの別材料を含んでもよい。

したがって、上述したセラミックス粒子含有層５１（第１層５２および第２層５３）は、イオン交換膜５０と陰極触媒層５４との間、およびイオン交換膜５０と陽極触媒層５６との間に、陰極触媒層５４および陽極触媒層５６と別体として設けられて、これらイオン交換膜５０、陰極触媒層５４、および陽極触媒層５６と共に層構造（５層）を成している。すなわち、第１層５２と陰極触媒層５４との間、および第２層５３と陽極触媒層５６との間には、境界面が存在している。同様に、第１層５２とイオン交換膜５０との間、および第２層５３とイオン交換膜５０との間には、境界面が存在している。

（陽極給電体）
陽極給電体５７は、第２セパレータ４２に印加された電圧を陽極触媒層５６に伝える電気接続部である。陽極給電体５７は、陽極室Ｓｂに配置されている。陽極給電体５７は、第２セパレータ４２の第２内面４２ａと陽極触媒層５６との間に位置し、第２セパレータ４２の第２内面４２ａおよび陽極触媒層５６の双方に接している。すなわち、陽極触媒層５６は、陽極給電体５７におけるイオン交換膜５０側を向く面に形成されている。以下、説明の便宜上、陽極給電体５７における陽極触媒層５６が形成される面を「陽極面５７ａ」と称する。陽極面５７ａと、陽極触媒層５６の第２陽極触媒面５６ｂとは、接している。

陽極給電体５７は、内部を電解液とガスが通過可能な構造を有している。陽極給電体５７は、例えば、金属製のメッシュ構造体、焼結体、ファイバー、または導電性カーボン繊維のメッシュ構造体、不織布などにより形成される。本実施形態では、陽極給電体５７の外形サイズは、陽極触媒層５６の外形サイズよりも小さい。本実施形態では、陽極触媒層５６と陽極給電体５７とにより、電気化学セル１１の陽極４８が形成されている。

図４は、電気化学セル１１を模式的に示す分解斜視図である。電気化学セル１１は、上述した構成に加えて、例えば、第１集電体６１、第２集電体６２、第１絶縁体６３、第２絶縁体６４、第１絶縁材６５、第２絶縁材６６、第１エンドフランジ６７、および第２エンドフランジ６８を更に含む。なお図４中では、後述する支持部７０、封止部８０、および押圧機構９０の図示は省略している。

（第１集電体）
第１集電体６１は、電源部３０から印加されるマイナス電圧を第１セパレータ４１に伝える電気接続部である。第１集電体６１は、金属製の板部材（例えば銅板）である。第１集電体６１は、例えば、電気化学セル１１の収容空間Ｓとは反対側から第１セパレータ４１に接し、第１セパレータ４１に電気的に接続される。第１集電体６１には、電気化学セル１１での電気分解に必要なマイナス電圧が電源部３０から印加される。なお、第１集電体６１は、セルスタック１０中で互いに隣り合う２つの電気化学セル１１によって共有されてもよい。

（第２集電体）
第２集電体６２は、電源部３０から印加されるプラス電圧を第２セパレータ４２に伝える電気接続部である。第２集電体６２は、金属製の板部材（例えば銅板）である。第２集電体６２は、例えば、電気化学セル１１の収容空間Ｓとは反対側から第２セパレータ４２に接し、第２セパレータ４２に電気的に接続される。第２集電体６２には、電気化学セル１１での電気分解に必要なプラス電圧が電源部３０から印加される。なお、第２集電体６２は、セルスタック１０中で互いに隣り合う２つの電気化学セル１１によって共有されてもよい。

（第１絶縁体）
第１絶縁体６３は、第１セパレータ４１の外周部と第２セパレータ４２の外周部との間を絶縁する部材である。第１絶縁体６３は、第１層５２の外形、陰極触媒層５４の外形、および陰極給電体５５の外形よりもひと回り大きな枠状のシート部材である。第１絶縁体６３は、第１セパレータ４１の第１内面４１ａに取り付けられ、第１内面４１ａの端部を覆う（図５および図６参照）。第１絶縁体６３の材質は、絶縁材料であれば特に限定されず、例えばＰＴＦＥなどのシート状樹脂である。

（第２絶縁体）
第２絶縁体６４は、第１絶縁体６３と同様に、第１セパレータ４１の外周部と第２セパレータ４２の外周部との間を絶縁する部材である。第２絶縁体６４は、第２層５３の外形、陽極触媒層５６の外形、および陽極給電体５７の外形よりもひと回り大きな枠状のシート部材である。第２絶縁体６４は、第２セパレータ４２の第２内面４２ａに取り付けられ、第２内面４２ａの端部を覆う（図５および図６参照）。第２絶縁体６４の材質は、絶縁材料であれば特に限定されず、例えばＰＴＦＥなどのシート状樹脂である。また、第１絶縁体６３と第２絶縁体６４は、一体化された絶縁体であってもよい。

（第１絶縁材）
第１絶縁材６５は、第１集電体６１と第１エンドフランジ６７との間に位置する。第１絶縁材６５の外形サイズは、例えば、第１集電体６１の外形サイズと同じ、または第１集電体６１の外形サイズよりも大きい。

（第２絶縁材）
第２絶縁材６６は、第２集電体６２と第２エンドフランジ６８との間に位置する。第２絶縁材６６の外形サイズは、例えば、第２集電体６２の外形サイズと同じ、または第２集電体６２の外形サイズよりも大きい。

（第１エンドフランジ）
第１エンドフランジ６７は、電気化学セル１１の収容空間Ｓに対して、第１絶縁材６５とは反対側に位置する。第１エンドフランジ６７は、例えば、金属製の板部材（例えばステンレス板）などにより形成されている。第１エンドフランジ６７の外形サイズは、例えば、第１絶縁材６５の外形サイズよりも大きい。

（第２エンドフランジ）
第２エンドフランジ６８は、電気化学セル１１の収容空間Ｓに対して、第２絶縁材６６とは反対側に位置する。第２エンドフランジ６８は、例えば、金属製の板部材（例えばステンレス板）などにより形成されている。第２エンドフランジ６８の外形サイズは、例えば、第２絶縁材６６の外形サイズよりも大きい。

なお、電気化学セル１１は、上述した構成に限定されない。例えば、セルスタック１０が、複数の電気化学セル１１が並べて配置されることで構成される場合、複数の電気化学セル１１のなかで隣り合う２つの電気化学セル１１は、それぞれバイポーラプレートである第１セパレータ４１または第２セパレータ４２を共有してもよい。この場合、隣り合う２つの電気化学セル１１の間には、集電体（第１集電体６１または第２集電体６２）、絶縁体（第１絶縁体６３または第２絶縁体６４）、絶縁材（第１絶縁材６５または第２絶縁材６６）、エンドフランジ（第１エンドフランジ６７または第２エンドフランジ６８）は存在しなくてもよい。

（電気化学セルの外周部の構造）
図５は、電気化学セル１１を示す断面図である。本実施形態では、イオン交換膜５０の外形サイズは、セラミックス粒子含有層５１（第１層５２および第２層５３）の外形サイズ、陰極触媒層５４の外形サイズ、および陰極給電体５５の外形サイズの各々よりも大きい。言い換えると、イオン交換膜５０の面積は、セラミックス粒子含有層５１の面積、陰極触媒層５４の面積、および陰極給電体５５の面積の各々よりも大きい。イオン交換膜５０は、膜電極接合体４３の厚さ方向（Ｚ方向）とは直交する方向（例えばＸ方向またはＹ方向）で、陰極触媒層５４および陰極給電体５５よりも外側（外周側）に突出している。本明細書中の「外側」または「外周側」とは、膜電極接合体４３の厚さ方向（Ｚ方向）とは直交する方向（例えばＸ方向またはＹ方向）で、膜電極接合体４３の中央部Ｃから離れる側を意味する。

図５に示すように、電気化学セル１１は、上述した構成に加えて、例えば、支持部７０、および封止部８０を更に含む。支持部７０は、電気化学セル１１の内部（具体的には第１セパレータ４１および第２セパレータ４２の間）で、膜電極接合体４３を支持する部材である。封止部８０は、第１セパレータ４１と第２セパレータ４２との間の収容空間Ｓを外周側から閉じる部材である。以下、これら支持部７０および封止部８０について説明する。

（支持部）
支持部７０は、第１セパレータ４１と第２セパレータ４２との間に配置されている。支持部７０は、イオン交換膜５０の外縁部５０ｅよりも内側（内周側）に位置し、イオン交換膜５０を支持する。本明細書中の「外縁部５０ｅ」とは、膜電極接合体４３の厚さ方向（Ｚ方向）とは直交する方向（例えばＸ方向またはＹ方向）で、膜電極接合体４３の中央部Ｃから離れた縁部を意味する。また、本明細書中の「内側」または「内周側」とは、膜電極接合体４３の中央部Ｃから見て内側（中央部Ｃに近い側）を意味する。本実施形態では、支持部７０は、例えば、第１支持部７１と、第２支持部７２とを含む。第１支持部７１は、陰極４７側の支持部である。第１支持部７１は、第１セパレータ４１の第１内面４１ａと陰極触媒層５４の第２陰極触媒面５４ｂとの間に配置されている。第１支持部７１は、イオン交換膜５０の外縁部５０ｅよりも内側（内周側）に位置する。第１支持部７１は、陰極給電体５５よりも外側（外周側）の位置で第１内面４１ａ（または第１絶縁体６３）と第２陰極触媒面５４ｂとの間に挟まれて、第１内面４１ａに対してイオン交換膜５０を支持する。第１支持部７１は、イオン交換膜５０の外縁部５０ｅに沿う環状（例えば枠状）であって、イオン交換膜５０の外縁部５０ｅよりもひと回り小さな環状に形成されている。第２支持部７２は、陽極４８側の支持部である。第２支持部７２は、第２セパレータ４２の第２内面４２ａと陽極触媒層５６の第２陽極触媒面５６ｂとの間に配置されている。第２支持部７２は、イオン交換膜５０の外縁部５０ｅよりも内側（内周側）に位置する。第２支持部７２は、陽極給電体５７よりも外側（外周側）の位置で第２内面４２ａと第２陽極触媒面５６ｂとの間に挟まれて、第２内面４２ａに対してイオン交換膜５０を支持する。第２支持部７２は、イオン交換膜５０の外縁部５０ｅに沿う環状（例えば枠状）であって、イオン交換膜５０の外縁部５０ｅよりもひと回り小さな環状に形成されている。

（封止部）
封止部８０は、第１セパレータ４１と第２セパレータ４２との間に配置されている。封止部８０は、イオン交換膜５０の外縁部５０ｅよりも外側（外周側）に位置し、電気化学セル１１の収容空間Ｓを封止する。本実施形態では、封止部８０は、第１封止部８１と、第２封止部８２とを含む。ただし、第１封止部８１と第２封止部８２とは、一体に形成されてもよい。すなわち、第１封止部８１と第２封止部８２とは、１つの部材であってもよい。また、封止部８０は、上述した第１絶縁体６３および第２絶縁体６４のうち少なくとも一方と一体に形成されてもよい。第１封止部８１は、陰極４７側の封止部である。第１封止部８１は、イオン交換膜５０の外縁部５０ｅよりも外側（外周側）に位置する。第１封止部８１は、第１セパレータ４１の第１内面４１ａと第２封止部８２との間に挟まれて、収容空間Ｓの外周側の一部を封止する。本実施形態では、第１封止部８１は、第１内面４１ａに取り付けられた第１絶縁体６３と第２封止部８２との間に挟まれている。第１封止部８１は、イオン交換膜５０の外縁部５０ｅに沿う環状（例えば枠状）であって、イオン交換膜５０の外縁部５０ｅよりもひと回り大きな環状に形成される。第２封止部８２は、陽極４８側の封止部である。第２封止部８２は、イオン交換膜５０の外縁部５０ｅよりも外側に位置する。第２封止部８２は、第２セパレータ４２の第２内面４２ａと第１封止部８１との間に挟まれて、収容空間Ｓの外周側の一部を封止する。本実施形態では、第２封止部８２は、第２内面４２ａに取り付けられた第２絶縁体６４と第１封止部８１との間に挟まれている。第２封止部８２は、イオン交換膜５０の外縁部５０ｅに沿う環状（例えば枠状）であって、イオン交換膜５０の外縁部５０ｅよりもひと回り大きな環状に形成される。

電気化学セル１１は、上述した構成に加えて、例えば、押圧機構９０を更に含む。図６は、押圧機構９０を説明するための図である。図６中では、図５中で図示された構成に加えて、第１集電体６１、第２集電体６２、第１絶縁材６５、第２絶縁材６６、第１エンドフランジ６７、第２エンドフランジ６８、および押圧機構９０が更に図示されている。

（押圧機構）
押圧機構９０は、例えば、第１部品９１と、第２部品９２とを有している。本実施形態では、例えば、第１部品９１が頭部を有さないボルト（スタッドボルトなど）であり、第２部品９２が第１部品９１に螺合可能なナットである。第１部品９１および第２部品９２は、金属などの材料により形成されている。

ここで、図６に示すように、本実施形態では、第１エンドフランジ６７、第１絶縁材６５、第２絶縁材６６、および第２エンドフランジ６８のそれぞれには、互いに積層される方向（Ｚ方向、以下「積層方向」と称する）に貫通した孔が形成されており、それぞれに形成された孔が積層方向（図６中の左右方向）で互いに重なることで、積層方向に延びる挿通孔１１ｈが形成されている。本実施形態では、複数（例えば３つ以上）の挿通孔１１ｈが、第１絶縁体６３、第２絶縁体６４、支持部７０（第１支持部７１および第２支持部７２）、および封止部８０（第１封止部８１および第２封止部８２）の枠状に沿うように互いに間隔をあけて配置されている。なお、図６中では、図示の便宜上、２つの挿通孔１１ｈのみを示している。すなわち、電気化学セル１１は、複数の押圧機構９０を含む。

第１部品９１は、上述した各々の挿通孔１１ｈに挿通されている。本実施形態では、第２部品９２は、各々の挿通孔１１ｈに挿通された各々の第１部品９１に２つずつ螺合している。第１部品９１に螺合した２つの第２部品９２のうち、一方の第２部品９２は、第１エンドフランジ６７に対して第１絶縁材６５とは反対側から当接している。一方、第１部品９１に螺合した２つの第２部品９２のうち、他方の第２部品９２は、第２エンドフランジ６８に対して第２絶縁材６６とは反対側から当接している。すなわち、各々の第１部品９１に螺合した２つの第２部品９２は、第１エンドフランジ６７および第２エンドフランジ６８を介してこれら第１エンドフランジ６７および第２エンドフランジ６８の間に配置された電気化学セル１１の各要素に対して積層方向の面圧を付与している。

したがって、複数の押圧機構９０は、セラミックス粒子含有層５１を間に挟む陰極触媒層５４および陽極触媒層５６と、イオン交換膜５０との間に所定の面圧（図６中に示す矢印Ｐｓ）を作用させている。当該所定の面圧の大きさは、例えば、第２部品９２の締付けトルクにより調整されている。なお、本実施形態では、第１部品９１に螺合した２つの第２部品９２の積層方向における押圧力は、いずれの押圧機構９０でも等しく調整されている。

（膜電極接合体の製造方法）
次に、膜電極接合体４３の製造方法について説明する。
図７は、本実施形態における膜電極接合体４３の製造方法を示す断面図である。

まず、図７中の（ａ）に示すように、イオン交換膜５０の第１交換膜面５０ａに、セラミックス粒子含有層５１の第１層５２が設けられる。第１層５２は、例えば、イオン交換膜５０の第１交換膜面５０ａに第１層５２を形成するための材料が塗布（コーティング）されて、塗布された第１層５２を形成するための材料とイオン交換膜５０とが所定の温度および所定の圧力の下でプレスされることで形成される。ここでいう「第１層５２を形成するための材料」は、上述したセラミックス粒子Ｃｓと、非セラミックス粒子Ａｄ（ポリマー結着剤およびイオノマー）と、所定の溶剤とが混合されて形成されたスラリーである。所定の温度および所定の圧力の下でプレスされることで、第１交換膜面５０ａ上に塗布されたスラリーから溶剤が揮発する（スラリーが乾燥する）。これによって、第１交換膜面５０ａ上にコーティング層としての第１層５２が形成される。すなわち、イオン交換膜５０の第１交換膜面５０ａがセラミックス粒子含有層５１の第１層５２に接した状態となる。同様に、イオン交換膜５０の第２交換膜面５０ｂに、第２層５３が設けられる。第２層５３は、例えば、イオン交換膜５０の第２交換膜面５０ｂに第２層５３を形成するための材料が塗布（コーティング）されて、塗布された第２層５３を形成するための材料とイオン交換膜５０とが所定の温度および所定の圧力の下でプレスされることで形成される。ここでいう「第２層５３を形成するための材料」は、第１層５２を形成するための材料と同じスラリーである。所定の温度および所定の圧力の下でプレスされることで、第２交換膜面５０ｂ上に塗布されたスラリーから溶剤が揮発する（スラリーが乾燥する）。これによって、第２交換膜面５０ｂ上にコーティング層としての第２層５３が形成される。すなわち、イオン交換膜５０の第２交換膜面５０ｂがセラミックス粒子含有層５１の第２層５３に接した状態となる。第１層５２を形成するための材料および第２層５３を形成するための材料の塗布は、例えば、塗工法、ＣＶＤ法、無電解メッキ法、触媒インクを用いる方法、またはスプレーにより塗布する方法などが適宜選択されてよい。なお、第１層５２および第２層５３をイオン交換膜５０に設ける順番が限定されることはない。

続いて、図７中の（ｂ）に示すように、セラミックス粒子含有層５１の第１層５２に、陰極触媒層５４が設けられる。陰極触媒層５４は、例えば、第１層５２上に陰極触媒層５４の材料が塗布（コーティング）されて、塗布された陰極触媒層５４の材料と、イオン交換膜５０およびセラミックス粒子含有層５１とが所定の温度および所定の圧力の下でプレスされることで形成される。これによって、第１層５２上に陰極触媒層５４が形成される。すなわち、陰極触媒層５４の第１陰極触媒面５４ａがセラミックス粒子含有層５１の第１層５２に接した状態となる。同様に、セラミックス粒子含有層５１の第２層５３に陽極触媒層５６が設けられる。陽極触媒層５６は、例えば、第２層５３上に陽極触媒層５６の材料が塗布（コーティング）されて、塗布された陽極触媒層５６の材料とイオン交換膜５０およびセラミックス粒子含有層５１とが所定の温度および所定の圧力の下でプレスされることで形成される。これによって、第２層５３上に陽極触媒層５６が形成される。すなわち、陽極触媒層５６の第１陽極触媒面５６ａがセラミックス粒子含有層５１の第２層５３に接した状態となる。陰極触媒層５４の材料および陽極触媒層５６の材料の塗布は、例えば、塗工法、ＣＶＤ法、無電解メッキ法、触媒インクを用いる方法、またはスプレーにより塗布する方法などが適宜選択されてよい。なお、陰極触媒層５４および陽極触媒層５６をセラミックス粒子含有層５１に設ける順番が限定されることはない。また、イオン交換膜５０に第１層５２および第２層５３を設けた後に陰極触媒層５４および陽極触媒層５６が設けられなくてもよく、例えば、イオン交換膜５０に第１層５２のみを設けた後に陰極触媒層５４を第１層５２に設けてもよいし、イオン交換膜５０に第２層５３のみを設けた後に陽極触媒層５６を第２層５３に設けてもよい。

続いて、図７中の（ｃ）に示すように、陰極給電体５５を陰極触媒層５４の第２陰極触媒面５４ｂに重ねる。そして、陰極給電体５５を陰極触媒層５４に重ねた状態で所定の温度および所定の圧力でプレスされることで、陰極給電体５５と陰極触媒層５４とが互いに接続される。すなわち、陰極給電体５５の陰極面５５ａと、陰極触媒層５４の第２陰極触媒面５４ｂとが接する。これによって、陰極触媒層５４に陰極給電体５５が設けられる。同様に、陽極給電体５７を陽極触媒層５６の第２陽極触媒面５６ｂに重ねる。そして、陽極給電体５７を陽極触媒層５６に重ねた状態で所定の温度および所定の圧力でプレスされることで、陽極給電体５７と陽極触媒層５６とが互いに接続される。すなわち、陽極給電体５７の陽極面５７ａと、陽極触媒層５６の第２陽極触媒面５６ｂとが接する。これによって、陽極触媒層５６に陽極給電体５７が設けられる。なお、陰極給電体５５と陰極触媒層５４との接続、および陽極給電体５７と陽極触媒層５６との接続の順番が限定されることはない。

以上により、膜電極接合体４３が完成する。セラミックス粒子含有層５１は、イオン交換膜５０と陰極触媒層５４との間、およびイオン交換膜５０と陽極触媒層５６との間に、陰極触媒層５４および陽極触媒層５６と別体として設けられて、陰極４７（陰極触媒層５４および陰極給電体５５）および陽極４８（陽極触媒層５６および陽極給電体５７）と共に層構造を成す。

（作用・効果）
比較例として、イオン交換膜５０の両面（第１交換膜面５０ａおよび第２交換膜面５０ｂ）に、陰極触媒層５４および陽極触媒層５６が設けられた電気化学セル１１の構造について考える。ここで、陰極触媒層５４および陽極触媒層５６が塗工などによって形成された場合、イオン交換膜５０に接する陰極触媒層５４の表面（第１陰極触媒面５４ａ）および陽極触媒層５６の表面（第１陽極触媒面５６ａ）は粗く形成されることがある。そのため、陰極触媒層５４および陽極触媒層５６がイオン交換膜５０に密着している部分と密着していない部分とがまばらに存在することがある。当該密着している部分における接触抵抗の集中を抑制するために、イオン交換膜５０に電極触媒層側から面圧が付与される場合がある。しかしながら、付与される面圧の大きさによっては、陰極触媒層５４および陽極触媒層５６の表面の粗さ（凹凸）に起因して、イオン交換膜５０に損傷などの不具合が発生する場合がある。

一方で、本実施形態では、電気化学セル１１は、イオン交換膜５０と陰極触媒層５４との間、およびイオン交換膜５０と陽極触媒層５６との間に配置されたセラミックス粒子含有層５１を備えている。このような構成によれば、陰極触媒層５４の表面（第１陰極触媒面５４ａ）および陽極触媒層５６の表面（第１陽極触媒面５６ａ）に凹凸がまばらに生じていた場合であっても、面圧がかけられた際に陰極触媒層５４および陽極触媒層５６は、セラミックス粒子含有層５１を押圧する。すなわち、陰極触媒層５４および陽極触媒層５６の凹凸がイオン交換膜５０に直接的に影響することがない。したがって、大きな面圧を付与した場合であっても、イオン交換膜５０に損傷などの不具合が発生することを回避することができる。つまり、電気化学セル１１の耐久性の向上を図ることができる。

＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態について図８を参照して説明する。図８は、第２実施形態の膜電極接合体４３の製造方法を示す断面図である。第２実施形態では、膜電極接合体４３の製造方法が、第１実施形態で説明した膜電極接合体４３の製造方法と異なる。

まず、図８中の（ａ）に示すように、陰極給電体５５の陰極面５５ａに、陰極触媒層５４が設けられる。陰極触媒層５４は、例えば、陰極給電体５５の陰極面５５ａに陰極触媒層５４の材料が塗布（コーティング）され、塗布された陰極触媒層５４の材料と陰極給電体５５とが所定の温度および所定の圧力の下でプレスされることで形成される。同様に、陽極給電体５７の陽極面５７ａに陽極触媒層５６が設けられる。陽極触媒層５６は、例えば、陽極給電体５７の陽極面５７ａに陽極触媒層５６の材料が塗布（コーティング）され、塗布された陽極触媒層５６の材料と陽極給電体５７とが所定の温度および所定の圧力の下でプレスされることで形成される。陰極触媒層５４の材料および陽極触媒層５６の材料の塗布は、例えば、塗工法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、無電解メッキ法、触媒インクを用いる方法、またはスプレーにより触媒を塗布する方法などが適宜選択されてよい。なお、陰極触媒層５４および陽極触媒層５６を陰極給電体５５および陽極触媒層５６に設ける順番が限定されることはない。

続いて、図８中の（ｂ）に示すように、陰極触媒層５４にセラミックス粒子含有層５１の第１層５２が設けられる。第１層５２は、例えば、陰極触媒層５４に第１層５２を形成するための材料が塗布（コーティング）されて、塗布された第１層５２を形成するための材料と陰極触媒層５４および陰極給電体５５とが所定の温度および所定の圧力の下でプレスされることで形成される。これによって、陰極触媒層５４に第１層５２が形成される。同様に、陽極触媒層５６にセラミックス粒子含有層５１の第２層５３が設けられる。第２層５３は、例えば、陽極触媒層５６に第２層５３を形成するための材料が塗布（コーティング）されて、塗布された第２層５３の材料と陽極触媒層５６および陽極給電体５７とが所定の温度および所定の圧力の下でプレスされることで形成される。これによって、陽極触媒層５６に第２層５３が形成される。第１層５２を形成するための材料および第２層５３を形成するための材料の塗布は、例えば、塗工法、ＣＶＤ法、無電解メッキ法、触媒インクを用いる方法、またはスプレーにより触媒を塗布する方法などが適宜選択されてよい。なお、第１層５２を陰極触媒層５４に設けること、および第２層５３を陽極触媒層５６に設けることの順番が限定されることはない。

続いて、図８中の（ｃ）に示すように、陰極触媒層５４に形成された第１層５２をイオン交換膜５０の第１交換膜面５０ａに重ねた状態で、所定の温度および所定の圧力でプレスされることで、第１層５２を介して陰極４７（陰極触媒層５４および陰極給電体５５）とイオン交換膜５０とが互いに接続される。同様に、陽極触媒層５６に形成された第２層５３をイオン交換膜５０の第２交換膜面５０ｂに重ねた状態で、所定の温度および所定の圧力でプレスされることで、第２層５３を介して陽極４８（陽極触媒層５６および陽極給電体５７）とイオン交換膜５０とが互いに接続される。なお、第１層５２を介した陰極４７とイオン交換膜５０との接続、および第２層５３を介した陽極４８とイオン交換膜５０との接続の順番が限定されることはない。

本実施形態で説明した製造方法によっても、第１実施形態で説明した膜電極接合体４３を完成させることができる。本実施形態で説明した方法によれば、イオン交換膜５０の表面（第１交換膜面５０ａおよび第２交換膜面５０ｂ）に、セラミックス粒子含有層５１（第１層５２および第２層５３）を形成するための材料（スラリー）を塗布する必要がない。このため、例えば、イオン交換膜５０がスラリーに含まれる溶剤などを吸収してたわむことがない。したがって、膜電極接合体４３（電気化学セル１１）の製造性を高めることができる。

＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態について図９を参照して説明する。図９は、第３実施形態の膜電極接合体４３の製造方法を示す断面図である。第３実施形態では、膜電極接合体４３の製造方法が、第１実施形態および第２実施形態で説明した膜電極接合体４３の製造方法と異なる。

まず、図９中の（ａ）に示すように、イオン交換膜５０の第１交換膜面５０ａに、セラミックス粒子含有層５１の第１層５２が設けられる。同様に、イオン交換膜５０の第２交換膜面５０ｂに、第２層５３が設けられる。イオン交換膜５０の第１交換膜面５０ａにセラミックス粒子含有層５１の第１層５２を設ける方法、およびイオン交換膜５０の第２交換膜面５０ｂにセラミックス粒子含有層５１の第２層５３を設ける方法は、第１実施形態で図７中の（ａ）を参照しながら説明した方法を採用してよい。

続いて、図９中の（ｂ）に示すように、陰極給電体５５の陰極面５５ａに陰極触媒層５４が設けられる。同様に、陽極給電体５７の陽極面５７ａに陽極触媒層５６が設けられる。陰極給電体５５の陰極面５５ａに陰極触媒層５４を設ける方法、および陽極給電体５７の陽極面５７ａに陽極触媒層５６を設ける方法は、図８中の（ａ）を参照しながら第２実施形態で説明した方法を採用してよい。
なお、図９中の（ａ）が示す方法および図９中の（ｂ）が示す方法が実行される順番が限定されることはない。

続いて、図９中の（ｃ）に示すように、陰極給電体５５に形成された陰極触媒層５４を、イオン交換膜５０の第１交換膜面５０ａに形成されたセラミックス粒子含有層５１の第１層５２に重ねた状態で所定の温度および所定の圧力でプレスされることで、第１層５２を介して陰極４７（陰極触媒層５４および陰極給電体５５）とイオン交換膜５０とが互いに接続される。同様に、陽極給電体５７に形成された陽極触媒層５６を、イオン交換膜５０の第２交換膜面５０ｂに形成されたセラミックス粒子含有層５１の第２層５３に重ねた状態で所定の温度および所定の圧力でプレスされることで、第２層５３を介して陽極４８（陽極触媒層５６および陽極給電体５７）とイオン交換膜５０とが互いに接続される。なお、第１層５２を介した陰極４７とイオン交換膜５０との接続、および第２層５３を介した陽極４８とイオン交換膜５０との接続の順番が限定されることはない。

本実施形態で説明した製造方法によっても、第１実施形態で説明した膜電極接合体４３を完成させることができる。

図１０は、上述した各実施形態に係る電気化学セル１１中にセラミックス粒子含有層５１が有る場合と、無い場合の、面圧と接触抵抗の関係の一例を対比的に示す図である。図１０中で横軸に基づき示される「面圧」は、押圧機構９０により、陰極触媒層５４および陽極触媒層５６とイオン交換膜５０との間に作用する面圧の大きさを意味する。なお、当該面圧の大きさは、上述した締付けトルクの大きさにより測定されてもよいし、例えば感圧紙などが電気化学セル１１中に配置されることで測定されてもよい。図１０中で縦軸に基づき示される「接触抵抗」は、陰極触媒層５４および陽極触媒層５６に生じる接触抵抗の大きさを意味する。図１０は、発明者らの解析により得られた結果である。図１０中の実線の曲線に示されるように、セラミックス粒子含有層５１を間に挟む（セラミックス粒子含有層５１有り）陰極触媒層５４および陽極触媒層５６と、イオン交換膜５０との間に作用する面圧が増大するにしたがって、陰極触媒層５４および陽極触媒層５６の接触抵抗が低下している。また、図１０中の点線の曲線に示されるように、セラミックス粒子含有層５１を間に挟まない（セラミックス粒子含有層５１無し）陰極触媒層５４および陽極触媒層５６と、イオン交換膜５０との間に作用する面圧が増大するにしたがって、陰極触媒層５４および陽極触媒層５６の接触抵抗が低下している。しかしながら、「セラミックス粒子含有層５１無し」の場合では、ある面圧（図１０中に示すＡ）よりも大きい面圧がかけられた場合に、イオン交換膜５０が損傷することによる短絡が発生して、接触抵抗が急激に低下していることが把握された。イオン交換膜５０が損傷することによる短絡は、「イオン交換膜５０に生じる不具合」の一例である。上記第１実施形態から第３実施形態で説明した押圧機構９０が作用させる所定の面圧は、上記のある面圧（Ａ）よりも大きい面圧の範囲（図１０中に示すＲ）から採用される。言い換えれば、上記実施形態で説明した所定の面圧は、セラミックス粒子含有層５１が存在しないことを除く同じ構成において、イオン交換膜５０に不具合が生じる面圧よりも高い値に調整される。

図１１は、上述した各実施形態に係る電気化学セル１１中にセラミックス粒子含有層５１が有る場合と、無い場合の、電流密度とセル電圧の関係を対比的に示す図である。図１１中で横軸に基づき示される「電流密度」は、陰極触媒層５４および陽極触媒層５６における電流密度を意味する。図１１中で縦軸に基づき示される「セル電圧」は、陰極触媒層５４および陽極触媒層５６に印加される電圧の大きさを意味する。すなわち、図１１は、陰極触媒層５４および陽極触媒層５６に印加される電圧（Ｖ）と、印加された電圧に伴って陰極触媒層５４および陽極触媒層５６に流れる電流（Ｉ）の関係を示したＩ－Ｖ特性でもある。図１１に示す電流密度とセル電圧との関係は、例えば押圧機構９０が一定の面圧を作用させた時のものである。図１１は、発明者らの解析により得られた結果である。図１１中の実線の曲線および点線の曲線に示されるように、陰極触媒層５４および陽極触媒層５６における電流密度が増大するにしたがって、陰極触媒層５４および陽極触媒層５６に印加される電圧が増大している。しかしながら、セラミックス粒子含有層５１を間に挟まない（セラミックス粒子含有層５１無し）陰極触媒層５４および陽極触媒層５６に印加される電圧は、セラミックス粒子含有層５１を間に挟む（セラミックス粒子含有層５１有り）陰極触媒層５４および陽極触媒層５６に印加される電圧よりも高い。したがって、「セラミックス粒子含有層５１無し」の場合では、「セラミックス粒子含有層５１有り」の場合と比較して、陰極触媒層５４および陽極触媒層５６に生じる接触抵抗が大きいことが把握される。

＜第４実施形態＞
次に、第４実施形態について説明する。

本実施形態では、電気化学セル１１におけるセラミックス粒子含有層５１（第１層５２および第２層５３）の厚さは、上記第２面（陰極触媒層５４の第１陰極触媒面５４ａおよび陽極触媒層５６の第１陽極触媒面５６ａ）の面粗度（表面粗さ）の最大高さよりも大きい。具体的には、第１層５２の厚さ（図３中に示すＴ）は、第１陰極触媒面５４ａの面粗度の最大高さよりも大きい。第２層５３の厚さ（図３中に示すＴ）は、第１陽極触媒面５６ａの面粗度の最大高さよりも大きい。ここでいう「面粗度」は、例えば、JIS B 0601：1994, JIS B 0031：1994などに規定されている表面粗さを意味している。当該面粗度の最大高さ（Ｒｍａｘ）は、例えば、粗さ曲線からその平均線の方向に基準長さだけを抜き取り、この抜取り部分の山頂線と谷底線との間隔を粗さ曲線の縦倍率の方向に測定し、この値をマイクロメートル（μｍ）で表したものをいう。

（作用・効果）
発明者らは、セラミックス粒子含有層５１の厚さが第２面の面粗度の最大高さよりも大きい場合、セラミックス粒子含有層５１の厚さが第２面の面粗度の最大高さよりも小さい場合と比較して、押圧機構９０により作用する面圧を増大させた時に、イオン交換膜５０に生じる不具合が発生する蓋然性が低くなることを見出した。したがって、本実施形態の構成によれば、第１実施形態で説明した作用・効果をより高精度に実現することができる。つまり、押圧機構９０により作用する面圧をより増大させて接触抵抗を低下させることができる結果、より良好な電気化学セル１１のＩ－Ｖ特性を実現することができる。

（その他の実施形態）
以上、本開示の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成は実施形態の構成に限られるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内での構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。

例えば、セラミックス粒子含有層５１は、イオン交換膜５０よりも陰極触媒層５４側にのみに配置されていてもよい。すなわち、イオン交換膜５０と陽極触媒層５６との間に第２層５３が存在せず、第１層５２のみがイオン交換膜５０と陰極触媒層５４との間に配置されてよい。この場合、陽極触媒層５６は、例えば、イオン交換膜５０の第２交換膜面５０ｂに面圧着されてよい。また、セラミックス粒子含有層５１は、イオン交換膜５０よりも陽極触媒層５６側にのみに配置されていてもよい。すなわち、イオン交換膜５０と陰極触媒層５４との間に第１層５２が存在せず、第２層５３のみがイオン交換膜５０と陽極触媒層５６との間に配置されてよい。まとめると、セラミックス粒子含有層５１は、イオン交換膜５０の片面（第１交換膜面５０ａまたは第２交換膜面５０ｂ）にのみ設けられてもよい。なおこの場合、陰極触媒層５４は、例えば、イオン交換膜５０の第１交換膜面５０ａに面圧着されてよい。

また、セラミックス粒子含有層５１（第１層５２および第２層５３）は、陰極触媒層５４および陽極触媒層５６に接してなくてもよい。この場合、セラミックス粒子含有層５１と、陰極触媒層５４および陽極触媒層５６との間には、例えば他の材料から成る層が介在していてもよい。また、セラミックス粒子含有層５１（第１層５２および第２層５３）は、イオン交換膜５０（第１交換膜面５０ａおよび第２交換膜面５０ｂ）に接してなくてもよい。この場合、セラミックス粒子含有層５１およびイオン交換膜５０の間には、例えば他の材料から成る層が介在していてもよい。

＜付記＞
各実施形態に記載の電気化学セル１１および電解装置１は、例えば以下のように把握される。

（１）第１の態様に係る電気化学セル１１は、イオン交換膜５０と、前記イオン交換膜５０よりも一方側に配置された陰極触媒層５４と、前記イオン交換膜５０よりも、前記一方側とは反対の他方側に配置された陽極触媒層５６と、前記陰極触媒層５４と前記イオン交換膜５０との間とのうち少なくとも一方に配置されたセラミックス粒子含有層５１と、を備えている。

これにより、陰極触媒層５４および陽極触媒層５６とイオン交換膜５０との間に面圧が作用した場合に、陰極触媒層５４および陽極触媒層５６は、セラミックス粒子含有層５１を押圧する。すなわち、陰極触媒層５４および陽極触媒層５６の凹凸がイオン交換膜５０に直接的に影響しない。

（２）第２の態様に係る電気化学セル１１は、（１）の電気化学セル１１であって、前記電気化学セル１１は、電解セルであってもよい。

これにより、上記作用が電解セルのなかで実現される。すなわち、電解セルの耐久性を向上させることができる。

（３）第３の態様に係る電気化学セル１１は、（１）または（２）の電気化学セル１１であって、前記セラミックス粒子含有層５１は、前記陰極触媒層５４または前記陽極触媒層５６に接し、かつ前記イオン交換膜５０に接してもよい。

これにより、陰極触媒層５４または陽極触媒層５６と、イオン交換膜５０との間に面圧が作用した場合に、陰極触媒層５４または陽極触媒層５６は、セラミックス粒子含有層５１を直接的に押圧する。すなわち、陰極触媒層５４または陽極触媒層５６に生じた凹凸が、セラミックス粒子含有層５１に直接的に影響する。したがって、陰極触媒層５４または陽極触媒層５６からの直接的な押圧による影響を吸収するための専用の層などをセラミックス粒子含有層５１以外に設ける必要がない。その結果、例えば、電気化学セル１１全体の電気抵抗の増加を抑制することができ、電気化学セル１１中での電解を効率的に実現することができる。

（４）第４の態様に係る電気化学セル１１は、（１）から（３）のうちいずれか１つの電気化学セル１１であって、前記セラミックス粒子含有層５１は、絶縁性を有してもよい。

これにより、例えば、電気化学セル１１の経年の使用に伴って、イオン交換膜５０に穿孔などの不具合が生じた場合であっても、陰極触媒層５４および陽極触媒層５６の間に絶縁性を有するセラミックス粒子含有層５１が介在するため、陰極触媒層５４と陽極触媒層５６との間で電気が流れてしまうことを抑制できる。

（５）第５の態様に係る電気化学セル１１は、（３）の電気化学セル１１であって、前記イオン交換膜５０は、前記セラミックス粒子含有層５１に接する第１面を有し、前記陰極触媒層５４または前記陽極触媒層５６は、前記セラミックス粒子含有層５１に接する第２面を有し、前記第２面は、前記第１面と比べて粗くてもよい。

これにより、陰極触媒層５４または陽極触媒層５６の第２面の粗さがイオン交換膜５０の第１面よりも粗い粗さであっても、面圧の作用に伴う影響をセラミックス粒子含有層５１で吸収することができる。したがって、イオン交換膜５０に損傷などの不具合が発生することをより回避できる。

（６）第６の態様に係る電気化学セル１１は、（５）の電気化学セル１１であって、前記セラミックス粒子含有層５１の厚さは、前記第２面の面粗度の最大高さよりも大きくてもよい。

発明者らは、セラミックス粒子含有層５１の厚さが第２面の面粗度の最大高さよりも大きい場合、セラミックス粒子含有層５１の厚さが第２面の面粗度の最大高さよりも小さい場合と比較して、面圧を増大させた時にイオン交換膜５０に不具合が発生する蓋然性が低くなることを見出した。つまり、上記作用をより具体的な設定で高精度に実現することができる。

（７）第７の態様に係る電気化学セル１１は、（１）から（６）のうちいずれか１つの電気化学セル１１であって、前記セラミックス粒子含有層５１は、セラミックス粒子Ｃｓと、ポリマー結着剤とを含んでもよい。

これにより、ポリマー結着剤がセラミックス粒子Ｃｓ同士を結着させるため、セラミックス粒子含有層５１の保持性を高めることができる。したがって、例えばポリマー結着剤を含まないセラミックス粒子含有層５１が設けられている場合と比較して、電気化学セル１１の経年の使用に伴ってセラミックス粒子含有層５１からセラミックス粒子Ｃｓが脱落してしまうことなどを抑制できる。

（８）第８の態様に係る電気化学セル１１は、（１）から（７）のうちいずれか１つの電気化学セル１１であって、前記セラミックス粒子含有層５１は、セラミックス粒子Ｃｓと、イオノマーとを含んでもよい。

これにより、例えばイオノマーを含まないセラミックス粒子含有層５１が設けられている場合と比較して、陰極触媒層５４から陽極触媒層５６に向けてセラミックス粒子含有層５１中をイオンが通りやすくなる。すなわち、セラミックス粒子含有層５１の電気抵抗を低減させることができる。

（９）第９の態様に係る電気化学セル１１は、（８）の電気化学セル１１であって、前記イオン交換膜５０は、第１高分子を含み、前記イオノマーは、前記第１高分子と同一、または、前記第１高分子と分子骨格が同一である第２高分子を含んでもよい。

これにより、セラミックス粒子含有層５１がイオン交換膜５０に接した場合に、例えば第２高分子を含まないセラミックス粒子含有層５１が設けられている場合と比較して、イオン交換膜５０との化学的な相溶性（親和性）が高く、セラミックス粒子含有層５１およびイオン交換膜５０の密着性が高くなる。

（１０）第１０の態様に係る電気化学セル１１は、（１）から（９）のうちいずれか１つの電気化学セル１１であって、前記セラミックス粒子含有層５１は、セラミックス粒子Ｃｓを含むコーティング層であってもよい。

これにより、例えばセラミックス粒子含有層５１（例えばセラミックス粒子Ｃｓを含むシート状の材料など）を別に準備して、張り合わせることにより形成する場合と比較して、製造性が良好となる。

（１１）第１１の態様に係る電気化学セル１１は、（１）から（１０）のうちいずれか１つの電気化学セル１１であって、前記セラミックス粒子含有層５１を間に挟む前記陰極触媒層５４または前記陽極触媒層５６と前記イオン交換膜５０との間に所定の面圧を作用させる押圧機構９０をさらに備え、前記所定の面圧は、前記セラミックス粒子含有層５１が存在しないことを除く同じ構成において、前記イオン交換膜５０に不具合が生じる面圧よりも高い値に調整されてもよい。

発明者らは、セラミックス粒子含有層５１を間に挟む陰極触媒層５４または陽極触媒層５６とイオン交換膜５０とを備える電気化学セル１１と、セラミックス粒子含有層５１が存在しないことを除く同じ構成を備える電気化学セルとを比較検討した。その結果、前者の電気化学セル１１は、後者の電気化学セルと比較して、イオン交換膜５０との間に作用する面圧が増大するにしたがって、イオン交換膜５０に不具合が生じることなく陰極触媒層５４または陽極触媒層５６の接触抵抗が低下することを見出した。つまり、上記作用をより具体的な設定で高精度に実現することができる。

（１２）第１２の態様に係る電解装置１は、（１）から（１１）のうちいずれか１つの電気化学セル１１である電解セルと、前記電解セルに電解液を供給する電解液供給部２０と、前記電解セルに電圧を印加する電源部３０と、を備える。

１…電解装置 １０…セルスタック １１…電気化学セル １１ｈ…挿通孔 ２０…電解液供給部 ２０ａ…陰極側供給部 ２０ｂ…陽極側供給部 ２１…水素気液分離装置 ２２…第１ポンプ ２３…水素回収部 ２４…第１電解液供給部 ２６…酸素気液分離装置 ２７…第２ポンプ ２８…酸素回収部 ２９…第２電解液供給部 ３０…電源部 ４０…電解槽 ４１…第１セパレータ ４１ａ…第１内面 ４１ｂ，４２ｂ…面 ４１ｅ１…第１セパレータの第１セパレータ端部 ４１ｅ２…第１セパレータの第２セパレータ端部 ４２…第２セパレータ ４２ａ…第２内面 ４２ｅ１…第２セパレータの第１セパレータ端部 ４２ｅ２…第２セパレータの第２セパレータ端部 ４３…膜電極接合体 ４７…陰極 ４８…陽極 ５０…イオン交換膜 ５０ａ…第１交換膜面 ５０ｂ…第２交換膜面 ５０ｅ…外縁部 ５１…セラミックス粒子含有層 ５２…第１層 ５３…第２層 ５４…陰極触媒層 ５４ａ…第１陰極触媒面 ５４ｂ…第２陰極触媒面 ５５…陰極給電体 ５５ａ…陰極面 ５６…陽極触媒層 ５６ａ…第１陽極触媒面 ５６ｂ…第２陽極触媒面 ５７…陽極給電体 ５７ａ…陽極面 ６１…第１集電体 ６２…第２集電体 ６３…第１絶縁体 ６４…第２絶縁体 ６５…第１絶縁材 ６６…第２絶縁材 ６７…第１エンドフランジ ６８…第２エンドフランジ ７０…支持部 ７１…第１支持部 ７２…第２支持部 ８０…封止部 ８１…第１封止部 ８２…第２封止部 ９０…押圧機構 ９１…第１部品 ９２…第２部品 Ａｄ…非セラミックス粒子 Ｃ…中央部 Ｃｓ…セラミックス粒子 ＦＰ１…第１流路 ＦＰ２…第２流路 Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４…配管ライン Ｓ…収容空間 Ｓａ…陰極室 Ｓｂ…陽極室

Claims (5)

1. イオン交換膜と、
   前記イオン交換膜よりも一方側に配置された陰極触媒層と、
   前記イオン交換膜よりも、前記一方側とは反対の他方側に配置された陽極触媒層と、
   前記陰極触媒層と前記イオン交換膜との間と、前記陽極触媒層と前記イオン交換膜との間とのうち少なくとも一方に配置されたセラミックス粒子含有層と、を備え、
   前記イオン交換膜は、前記セラミックス粒子含有層に接する第１面を有し、
   前記セラミックス粒子含有層は、セラミックス粒子と、ポリマー結着剤と、空隙を含み、
   前記陰極触媒層または前記陽極触媒層は、前記セラミックス粒子含有層に接する第２面を有し、
   前記第２面は、前記第１面と比べて粗く、
   前記セラミックス粒子含有層の厚さは、前記第２面の面粗度の最大高さよりも大きく、
   前記セラミックス粒子含有層を間に挟む前記陰極触媒層または前記陽極触媒層と前記イオン交換膜との間に所定の面圧を作用させる押圧機構を備え、
   前記所定の面圧を、前記セラミックス粒子含有層が存在しないことを除く同じ構成において、前記イオン交換膜に不具合が生じる面圧よりも高い値に調整した場合に、前記イオン交換膜が損傷することによる短絡が発生しない、
   水電解セル。
2. 前記セラミックス粒子含有層は、前記陰極触媒層または前記陽極触媒層に接し、かつ前記イオン交換膜に接する、
   請求項１に記載の水電解セル。
3. 前記セラミックス粒子含有層は、絶縁性を有する、
   請求項２に記載の水電解セル。
4. 前記セラミックス粒子含有層は、セラミックス粒子を含むコーティング層である、
   請求項１に記載の水電解セル。
5. 請求項１に記載の水電解セルと、
   前記水電解セルに電解液を供給する電解液供給部と、
   前記水電解セルに電圧を印加する電源部と、
   を備えた水電解装置。