JPH07502306A - 高い圧力のもとで作動する電気化学セル構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 高い圧力のもとで作動する電気化学セル構造１棗上皇旧皿斑Ｍ 本発明は、電気化学セルデバイスに関し、特に、高い圧力のもとで作動するよう に設計された電気化学セル構造に関する。

１及掠１ 種々の構造の電気化学セルデバイスが既に公知であって、それらの電気化学セル デバイスの大部分は、集合またはスタックとして構成された複数の電気化学セル を含む。用途に応じてそれらの電気化学デバイスは、二種類のカテゴリに分類さ れる。即ち、水または他の燃料物質が電気分解によってその成分（物質が水の場 合には酸素と水素）に解離する電気化学セルまたは、プロセス内で電気を発生さ せるために、水素または気体燃料と酸素とが触媒によって結合される燃料電池の 何れかに分類される。

この二種類の電気化学セルデバイスは、幾つかの点で異なり、且つ異なる仕事が 与えられているが、多くの共通な特徴を有する。よく知られているように、それ らのデノ（イスの各セルには、アノード電極、カソード電極、多量の電解液また はイオン伝達媒体またはイオン交換媒体を保持し、且つ少なくともアノード電極 板とカソード電極板との活性領域の間に配置された電解液保持体（メンブレンま たは多孔板マトリクス）とが含まれている。電気化学反応を可能にし、または強 化するために、プラチナのような多量の触媒を含有する層が、各々の電極板と電 極液保持体との間の各々の境界面に存在する。絶縁プレートまたは同様なプレー トの形状の部材（冷却デバイスのような）が、各々の隣接するセルのカソード電 極板とアノード電極板との間に挿入され、セル間で流体が移動することのないよ うにセルを分離する。

電気化学デバイスが構成され、水の電気分解を実行するように作動するとき、水 がセル及び少なくとも一方の活性領域に供給されなければならない。動作中には 、異なる電位を電極板に印加することによって、電気分解反応が各々のセルで起 こり、その結果各々の電極板の各々の活性領域で気体（水素ガス及び酸素ガス） が発生する。そのようなガスは、活性領域から別個に導びかれ、最終的には別個 にセルから放出されなければならない。一方、電気化学デノくイスが電源として 作動するときは、水素（または他の気体燃料）と、空気または（空気の成分とし ての）酸素かセル内に別個に受け入れられ、かつ電気化学反応が発生するカソー ド電極板及びアノード電極板の活性領域に別個に分布され、その結果アノード電 極板とカソード電極板との間に電位差が発生する。この電位差は、スタック内に 配置された他の燃料セル内で発生した電位差と接続されて、外部の利用者のデバ イスまたは回路に電源を供給するために用いられる。反応生成物としてセル内に 形成される水は、それが生み出された場所から取り除かれなければならず、最後 に燃料セルから除去される。

何れの場合でも、各セルのアノード部分及びカソード部分、またはアノード側及 びカソード側へ反応開始物質を別個に吸入し、かつアノード部分及びカソード部 分から個々の反応生成物を放出するばかりでなく、反応開始物質を個々の活性領 域に均一に分布させ、かつ反応が起きた活性領域の全体から反応生成物を除去す るための設備が製造されなければならないことが明かである。後者の仕事は、少 な孔質構造を与えることなどによって、反応が起きた活性領域に開口部を有し、 かつ吸入通路と放出通路の各々に連通した接続通路を提供することで実行される 。この方法は、活性領域へのまたは活性領域からの種々の流体の流れの規則正し い処理を提供するため、及び活性領域と導電性分離プレートまたは同様なプレー ト型の構成要素との間に導電性バスを提供するほかに、電解液保持体を支持する ように働き、保持体の動作または完全性、ひいては電気化学セル及びまたは電気 化学デバイス全体の動作または完全性に悪影響を及ぼす可能性のある電解液保持 体の座屈またはその他の変形を防止する電極領域の著しい利点を達成する。

特に、電気化学デバイスが、その各セル内の電解液保持体として固体の電解液メ ンブレンを用いるように構成されているとき、電気化学デバイスは高い若しくは 非常に高い大気圧以上の圧力のもとで作動しなければならない。デバイスを収納 容器内に収容し、かつデバイスの内部の圧力と等しいレベルまたはそのレベルか ら許容できる範囲内にデバイスを収納する容器の圧力を保持することによって、 デバイス全体（デバイスの外側と内側）に加わる圧力差が無視できる程度であれ ば、高い圧力でデバイスを作動させることによって問題が生じない。しかしなが ら、そのような収納容器の設備は、設備の複雑さ及びコストを大きく増加させ、 更に設備全体の寸法及び重量を大きく増加させるので、利用可能な空間または許 容可能な重量またはその両方が制限されているかまたは重要である用途に対して はこの方法は不適切なものとなる。

一方、そのような圧力を等しくする処置を行えないとき、電気化学デバイスの内 側と外側との間の圧力差が個々のセルの周辺部分に無視できない応力を加え、か つ電気化学セルデバイスの種々の構成要素及び構成要素間の境界面での流体の不 透過性が必要となる。

上述された種々の要求を満たすために、外周部分を構成し固体及び流体を透過し ない環状フレームと、環状フレームによって画定された空間を満たし流体を透過 する（導電性の）中心部分を含むように電極板を構成することが既に提案されて いる。従って、別個の部分からなるシール材をフレーム間に挿入することによっ て、フレーム間の境界面が適切にシールされる。

これらの原理を用いた少なくとも一つの公知のセル構造では、　（中間の分離プ レートまたは同様なプレートの形状の中間部材の各々と同様に）各フレームは、 電気化学デバイスが組み立てられた状態で、他の構成要素の対応する溝または貫 通孔と整合し、流体供給導管及び流体放出導管またはマニホルドを形成する複数 の貫通孔または溝を含む。

さらに、組み立てられたデバイス内に、マニホルドと適切な一つの電極板の中心 部分のボイドとの間に連通路を形成するべく、各電極板フレームに別個の接続通 路を提供する必要がある。

フレームが、非常に弾力性のある材料、特にポリイミドのような合成プラスチッ ク材料からなるとき、関連するマニホルドに達しかつ終息する別個の通路を形成 するために孔開は作業などの材料除去作業の行われるフレームの内側表面の別個 の部分に容易に到達することを禁じない程度に、永久的な変形を被ることなしに 電極板またはフレームを大きく曲げることが出来るので、そのような貫通路を形 成することによって問題は生じない。

電気化学セルデバイス、特に固体電解質型のデバイスを、非常に高い内部圧力で 作動させるという必要性または要求があるが、しかしデバイスの内部と外部との 間の圧力差の限界が存在し、その限界を越るとこの種の使用されている材料がも はや使用に適さなくなる。一方、より高い圧力差に耐えることができるばかりで なく、全ての他の点でそのようなデバイス環境内で材料に要求される条件を満足 する殆どの他の材料、特に金属製の材料が、この通路形成手段を受け入れないた めに、通路を形成するためのより高価な他の方法を用いなければならない。

従って、本発明の目的は、従来技術の欠点を回避することである。

特に、本発明の目的は公知のこの種のデバイスの欠点を備えていない並置された 個々のセルのスタックを含む電気化学セルデバイスを提供することである。

本発明の他の目的は、以下に説明されるような、デバイスの外側と内側との間の 非常に高い圧力差のもとで動作することができる電気化学セルデバイスを提供す ることである。

更に本発明の他の目的は、組立が容易かつ信頼できるものであり、組み立てられ て作動しているときに、各マニホルドとデバイスの各内部領域との間に、反応開 始物質と反応生成物の所望の流れを形成し、電極の活性領域に反応開始物質を適 切に分布させる電気化学セルデバイスを提供することである。

更に本発明の他の目的は、構造が比較的簡単で、製造コストが低く、容易に使用 でき、かつ動作の信頼性が高い電気化学セルデバイスを設計することである。

免肌立舅逐 これらの目的及び以下に明らかにされる他の目的を達成するために、本発明の一 つの特徴は、アセンブリ内で互いに並置された第１の主面と、第１の主面に対す る第２の主面とを備えた、導電性で機械的強度の高い材料からなる少なくとも二 個の概ね同型のプレート型の構成要素の積層アセンブリを含む電気化学セルの電 極板を備えている。これらの構成要素の各々は、アセンブリ内の他の構成要素の 流体流れ空間と連通ずる複数の流体流れ空間を備えた中心部分と、中心部分を囲 繞するように一体形成され、かつ少なくとも一つの貫通孔を備えた固体フレーム 部分とを有する。

この貫通孔は第１の主面と第２の主面とに開口部を有し、アセンブリ内の他の構 成要素の貫通孔と整合して連続した流体流れ導管を形成する。本発明に基づけば 、各構成要素のフレーム部分は、貫通孔と中心部分との間に配置されかつ第１の 主面に開口部を備えた少なくとも一つのチャネルを有する。二つの構成要素のチ ャネルは、アセンブリ内で互いに連通し、かつ互いに補完して、貫通孔と一つの 構成要素の中心部分の少なくとも一つの空間との間で連通ずる連絡通路を形成す る。好ましくは、チャネルは、別個のサブチャネルまたは溝の各々の列から形成 されており、アセンブリ内の二つの構成要素のうちの一方の構成要素の溝は、も う一方の構成要素の溝と部分的に重なりあって、折れ曲がった経路を備えた連絡 通路を形成する。

この方法の特別な利点は、通路が二つの構成要素によって形成されているために 、これら二つの構成要素の化学反応の影響を受けたフレーム領域の何れもが、応 力に耐える能力が弱まるほどに薄くならないということである。さらに、各々の チャネルは、フレーム部分内に完全に収容されるのではなく、アセンブリを形成 する前に容易にアクセスできる各々の構成要素の少なくとも一方の主面に開口部 を有するので、そのようなチャネルの製造方法は簡単かつ廉価な工程を有する。

乱証囚国運友１１ 第１図は、電気化学セルに用いるための本発明に基づいて構成されたアノード電 極のプレート型の構成要素の平面図。

第２図は、第１図の部分Ｃの拡大部分平面図。

第３図は、第１図のプレート型の構成要素及び他の同様なプレート型の構成要素 に組み込まれた、電気化学セルに用いるためのアノード電極の第２図の線３−３ に沿った部分断面図。

■の女−適な実施形態 本発明を添付の図面を参照しながら以下に詳しく説明する。

添付の図面を参照し、まず初めに第１図を参照すると、電気化学セルデバイスの 電気化学セルアセンブリまたはスタック内で用いるための薄板からなる電極部材 の形式と同形または同様の他のプレート型の構成要素と共に使用するための、本 発明に基づいて構成されたプレート型の構成要素を特定する符号１０が用いられ ていることが分かる。こ燃料電池装置として用いられるが、説明の都合上電気分 解装置として用いられるものとして以下に説明される。

本発明を説明する前に、本発明に基づく新規な構成要素を使用する以外は、電気 化学セルデバイスは公知の構造であり、かつ公知の原理に基づいて動作するので 、電気化学セルデバイスについてはここで詳しく説明する必要のないことが言及 される。電気化学セルアセンブリまたはスタックは、互いに並置されかつ各分離 プレートによって互いに分離された、アノード電極板とカソード電極板とを備え た複数の別個の電気化学セルを、各々の触媒または触媒含有層によって構成され たセルの各活性領域の間に少なくとも挿入された電解液または固体電解質または 他のイオン交換媒体の何れかを含むマトリックスまたは同様のボディ　（メンブ レン）と共に含む。

更にこの時点では、本発明の電気化学セルデバイスの電極、セパレータ、端部プ レートを構成する種々のセル構成要素が、多くの点で等しくかつ概ね等しい外形 を有し、かつ多くの特徴を有するので、上述されたプレート型の構成要素１０に ついて詳しく説明し、その他の構成要素と構成要素１０との間の相違を明かにす ることで十分なことが言及される。

例示された構成要素１０は、アノード電極板（アノード電極部材）またはカソー ド電極板（カソード電極部材）の何れか一方の一部を構成するように形成または 設計されている。この電極板として使用できるように、構成要素１゜は、少なく ともその一部が導電性でありかつ流体を透過させる必要がある。後者の必要性を 満足するために、構成要素１０は流体を透過させる中心部分１１と中心部分１１ 全体を囲繞しかつ本質的に固体からなる（流体を透過させない）周辺部分または フレーム部分１２とを含む。構成要素１０の例示された構造で、中心部分１１と フレーム部分１２は互いに一体形成されており、中心部分１１はフレーム部分１ ２と同じ材料からなる同じ板材がら材料除去技術によって製造されたメツシュが ら形成されている。上述された他の構成要素として、好ましくは単一の構成要素 １ｏが金属材料から形成される。構成要素１ｏを形成する材料は、少なくとも中 心部分１１の良好な導電率を確実にするだけでなく、フレーム部分１２がセルの スタック内に組み入れられて電気化学デバイスが作動しているときに、構成要素 １０の半径方向に働く非常に高い圧力差にフレーム１２が耐えることのできるよ うに特にフレーム部分１２の非常に高い機械的強度を確実にするように選択され る。この場合、上述されたメツシュを製造するために用いられた材料除去技術は 、フォトレジストエツチングまたはレーザエツチング等のエツチングである。

第１図に示されているように、構成要素１ｏの固体フレーム部分１２には、円周 上に間隔を置いて配置された貫通孔１３．１４．１５．１６及び１７が備えられ ており、一方の貫通孔１３及び１４と他方の貫通孔１５及び１６とは、構成要素 １０の軸Ａに関して対称的に配置され、軸Ａにまたがって延在する貫通孔１７は 、軸Ａに関して対称的な形状を有する。更に、貫通孔１５及び１６は、構成要素 １゜の中心を通る軸Ａに直行する軸Ｂに関して対称的にがっ軸Ｂにまたがって延 在している。

このように対称的に配置されているために、そのような全ての構成要素の貫通孔 １３〜１７は構成要素１０が上述された他の構成要素と共に適切な相互の配置で 組み立てられて、電気化学セルスタックが形成されたとき、個々のセル内で起こ る電気化学反応の進行中に必要なまたは発生する種々の流体を各セルへまたは各 セルから導くための、より特定すれば別個にセルのアノード側及びカソード側へ またはアノード側及びカソード側から導くための各々の導管またはマニホルドを 全体として形成する。種々の構成要素が、後により詳しく説明される上述された 適切な相互の配置で組み立てられることを確実にするために、構成要素１０（及 び同様に全ての他の構成要素）は、そのフレーム部分１２に複数の（図示された ように３個の）配置用貫通孔１８．１９及び２０が備えられ、これらの貫通孔は 少なくとも電気化学セルスタックの組立中に（図示されていない）各配置ピンを 受容するように働く。貫通孔１８〜２０は、軸へに関して対称的に配置されてい るが、例示された構成では互いに１２０度の角度（一般的にはｎ個の貫通孔に対 して３６０度／ｎの角度）をなして円周上に間隔を置いて配置されている。貫通 孔１８〜２０がこのように配置されているために、及びスタックが組み立てられ ている間に貫通孔１８〜２０内に延在する配置ビンのために、構成要素１０（ま たは任意の他の構成要素）は、配置ビンが存在するときに、図示された配置また は例示された初めの配置とは裏返された（即ち軸Ａに関して１８０度回転した） 配置以外の配置では他の構成要素と共に組み立てられることはない。この裏返し て配置できることの重要性及び理由は、後に明かにされる。

第１図の部分Ｃを拡大して描いた第２図を参照すると、図示された貫通孔１３は 、補助的な軸りに関して対称的な形状であることが初めに言及される。溝２１ａ 〜２１ｄ及び２２ａ〜２２ｄの各々の中断された列は、フレーム部分１２内の貫 通孔１３から中心部分１１へ延在している。簡略化するために、一方の溝２１ａ 〜２１ｄと他方の溝２２ａ〜２２ｄを、以後特別にそれらの溝を特定する必要が ない限り、第１型式の溝２１と、第２型式の溝２２と呼ぶことにする。溝２１及 び２２のあるものは、貫通孔１３と連通し、他の溝２１及び２２は、全体として 上述されたメツシュを形成する各々の仕切壁２４によって中心部分２１内で境界 を定められた各々の空間２３内に開口部を有する。

図示されているように、第１型式の溝２１の各列の半径方向外向きの溝は、貫通 孔１３と連通し、第２型式の溝２２の各列の半径方向内向きの溝は、各々の空間 ２３内に開口部を有する。　個々の溝２１及び２２は、個々の溝の列の進路に沿 った溝２１または２２の寸法が、他の溝２２または２１の列の対応する仕切部分 ２６及び２５の寸法より長くなるように各々の固体の仕切部分２５及び２６によ って各々の列内で互いに分離されている。さらに、溝２１は溝２２と互い違いに 配置されているので、　（補助的な軸りの方向に沿ってオフセットされているの で）、各々の溝２１は、溝２２の列の横方向に隣接する仕切部分２６と交差して 延在し、かつその逆も成り立つ。

第１型式と第２型式の溝２１と２２の対応する溝は、補助的な軸りから対応する 距離だけ隔てられた（図示されたように平行な）進路に沿って形成されている。

しがし、溝２１と２２の列は補助的な軸りに関して、各々の対応する距離だけ隔 てられて、その両側に第１型式の溝２１の一つの列と、第２型式の溝２１の一つ の列が配置されている。

図示されているように、溝２１と２２の列は交互に配置され、フレーム部分１２ の指定された領域にハニカム状の構造が形成されているので、フレーム部分１２ が上述された圧力差またはフレーム部分１２に加えられる他の応力に耐える能力 に悪影響を与えることがない。

この手段を用いる理由は、電極（この場合はアノード電極）板を共働して形成す るべく、他の同−若しくは同様の構成要素１０’、１０′及び１０″と共に（対 応する部分を特定するべく適切に用いられた１個、２個または３個のプライム符 号が付された以外は等しい符号が付された構成要素と共に）用いられた構成要素 １０を示す第３図から明かとなる。構成要素１０′は、構成要素１０と等しいが 、構成要素１０に対して上述された裏返さ、れた位置で配置されているので、構 成要素１０′の第１型式の溝２１ｂ′は、構成要素１０の第２型式の溝２２ｃと 並置されている。更に、　（隣接する２個の電気化学セルを互いに分離するかま たは電気化学セルをスタックの端部プレートと分離するための分離プレートであ る）構成要素１０″は、フレーム部分１２″と中心部分１１″の両方を取り囲み 、かつ（構成要素１０″が各々のスタックのマニホルドを終息させるための端部 プレートであるときには存在しない）貫通孔１３″以外は固体から成る部分２８ を有する。一方、（再び裏返された位置の）構成要素１０′は、貫通孔１４′が その中に存在する以外は固体から成る（即ち上述された溝の列の少なくとも一方 、好ましくは両方を含まない）フレーム部分１２″を有し、構成要素１０’の中 心部分１１′は、上述されたメツシュによって形成されている。電気化学セルス タックが組み立てられたとき、電極板３０の構成要素１０’は、従来通り既知の 型式の固体電解質メンブレンと隣接して配置され、一方固体電解質メンブレンは 、後に説明されるある種の変更を伴だ、上述された構造と同様の構造の逆の極性 の（例えばカソード）電極板と隣接して配置される。セルアセンブリまたはセル スタックのこれらの部品は、図面を過度に複雑にしないために図示されていない 。

第３図から、貫通孔１３″、１４′、１３及び１４′は連続して互いに整合され 、　（セルスタ・ツク内の等しい型式の他の電極３０と同様に、省略された固体 電解質プレート及び他の型式の電極板に備えられた同様に配置された対応する貫 通孔と共に）スタックのマニホルド２９を形成することが分かる。各々が不連続 な部分チャネルを形成する例示された溝２２ｃ及び２１ｂ′は、その互い違いの 配置及び関連する仕切部分２６及び２５′に対する各々の長さのために、互いに 補完し合って各々の矢印で示されたように流体を通過させるための空間２３とマ ニホルド２９との間の折れ曲がりかつ連続した通路を全体として形成する。

一方、構成要素１０″の固体部分２８と構成要素１０’の固体フレーム部分１２ ′は、第２図に示されているようにこの通路の垂直方向の境界を定める。

更に、第３図と第２図とを比較すると明かなように、ダイヤモンド形のパターン を形成する仕切壁２４は、補助的な軸りに対しである角度をなして傾斜した経路 に沿って延在しているので、構成要素１０，１０’及び１０’が第３図に示され たように互いに組み立てられたとき、仕切壁２４．２４′及び２４′互いに整合 しない状態で、各々の空間２３．２３′及び２３′は互いに連通し、従って上述 された流体が空間２３．２３′及び２３′を通って、上述された通路（及びまた はその他の溝２１及び２２によって同様に形成された通路へ、または通路から） へ（または通路から）、流れることを可能にする。更に、仕切壁２４．２４′及 び２４′によって形成されたメツシュは、第３図の垂直方向に働く力が加えられ た場合に、メツシュの座屈または図示されていない固体電解質メンブレンの座屈 を防止するために、十分な強度を有しかつ十分広い面積で互いに接触している。

水の電気分解のために用いられる第１図から第３図に例示された特定の構造では 、貫通孔１７は、アノード電極板３０へ水を導くために用いられ、平行な二つの 貫通孔１３及び１４は、アノード電極板３０から水と酸素の混合物を放出するた めに用いられる。この手段を用いる理由は、混合物の体積流量が導かれた水の体 積流量を超過し、かつ指定された領域のフレーム部分１２の構造の完全性を弱め ることなく、単一のマニホルドと通路との組合せによって処理できる体積流量を 超過するためである。第２図及び第３図に例示された領域に関する上述された状 態は、アノード電極３０に関する限り、貫通孔１７及び１４の領域にも存在する かまたは等しく適用できることが認識される。

更に、溝２１及び２２と同種の第１形式及び第２形式の溝が貫通孔１５及びまた は１６と中心部分の対応する空間との間に延在し、貫通孔１３．１４及び１７と 中心部分との間の領域が、第１図の貫通孔１５及び１６と中心部分１１との間の 領域のように固体からなる以外は、図示されていないカソード電極板についても 同様の状況が現れる。貫通孔１６に関する各々の第１形式の溝が軸Ａに跨って貫 通孔１５に関する対応する第２形式の溝と整合することを意味するフリップオー バが、軸へに関しても起こり、貫通孔１６に関する各々の第２形式の溝も貫通孔 １５に関する各々の第１形式の溝と整合する。

第１図はまた、構成要素１０が凹部３１を含む突出した輪郭を有することを示し ている。これらの凹部３１は、スタックに沿って延在する各々のボルトまたは同 様な締め付は可能な要素を部分的に収容し、締め付けられたときボルトまたは締 め付は可能な要素は、スタックの各部分を一体的に保持するだけでなく、各部分 に対してスタックの長手方向に沿った力を加え、スタックの各構成要素または部 材間の境界を通って電気化学セルスタックの外部と内部との間の漏れを防止する ように、各部分を連続して互いに押圧する。

更に、各々の別個のシール要素が、必須のシール効果を提供するために各々の境 界に配置されているが、層の他の側面に基づいて、アノード電極板３０（及び図 示されていないカソード電極板も同様に）を積層されたユニットとして提供する か、若しくは、スタックの両端を除くスタックの全体に亘って積層されたユニッ トとして用いられる、１０″のような中間のシェア分離プレートを間に挟み背中 合わせの配置でスタック内の隣接する電気化学セルに属する上述されたアノード 電極板とカソード電極板とからなるバイポーラプレートを形成することが特に有 益であることが、第３図を参照することで明かとなる。このような関係では、積 層物質として用いられることが予想されかつ適している様々な材料が存在するこ とが言及される。そのような材料の例としては、種々のエポキシ材料、シリコン 及びフルオレル（Ｆｌｕｏｒｅｌ）（商標）エラストマ、及びテフロン（Ｔｅｆ ｌｏｎ）（商標）ＦＥＰ　（フルオロエチレンプロピレン）があり、１０．１０ ′、１０′及びまたは１０″のような種々の構成要素のフレーム部分の指定され た領域に、コーティングの形式の液体としてまたは分離したフィルムまたは層の 形式の固体として用いられる。

そのような材料を塗布する前に、エツチングなどによって、結果的な接着を改良 するべく反応の影響を受けた表面を整えることが有益であり、その後に研磨粒子 を含む水の懸濁液のジェットの噴射を伴う蒸気吹き付けが行われる。塗布及び構 成要素の組立の後に、各々のアセンブリを高温及び高圧にさらす工程を含む積層 プロセスが行われる。その温度及び圧力は、接着剤として用いられる材料の形式 によって措定され、かつ使用される材料に対して公知である。

電極板３０などの各々の電極の種々の構成要素の材料として、ニオビウムまたは ジルコニウムを用いることによって、良好な結果が得られる。それらの材料が、 損傷を受けることなしに（大気圧程度の外部圧力と）６０００ｐｓ　ｉ程度の内 部圧力に耐えるように十分な強度を有することが明かにされている。これらの材 料は、電気化学セルの環境内で利用できる十分な導電率を備え、各々のセルに供 給される媒体または各々のセルで発生する媒体（水、水素または他の気体燃料、 酸素）に対して相溶性を有し、各セル内る）大きな影響を受けることはない。

本発明は、電気化学セルデバイス、特に電気分解プロセスを行うために用いられ る特定の構造の実施例について例示されかつ説明されたが、本発明がこの特定の 実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的視点が添付の請求項によって のみ限定されるものであることが理解される。

国際調査報告　。ＦＩＩ／Ｉ＋、。ｖｔ、、ａ。わ。

ＰＣＴ／ＵＳ　９３７０４９６Ｂ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. １．電気化学セル電極板であって、 アセンブリ内で互いに並置された２つの第１主面と、互いに間隔を置いて向かい 合った２つの第２主面とを備えた、導電性の機械的強度の高い材料からなる少な くとも２つの概ね同一の構造の平板型の構成要素からなる積層アセンブリを有し 、 前記構成要素の各々が、 前記アセンブリ内の他の各々の構成要素の複数の流体流れ空間と連通する複数の 前記流体流れ空間を備えた中心部分と、 前記第１主面及び前記第２主面に開口部を備えると共に前記アセンブリ内の他の 前記構成要素の貫通孔と整合して前記構成要素への連続した流体流れ導管を形成 する少なくとも一つの貫通孔を有し、かつ前記中心部分の円周に沿って囲繞する ように一体形成された固体フレーム部分とを有し、 各々の前記構成要素の前記フレーム部分が、前記貫通孔と前記中心部分との間に 配置されると共に前記第１主面に開口部を備えた少なくとも１つのチャネルを有 し、スタック内で隣接する前記構成要素の前記チャネルが互いに連通しかっ互い に補完することによって、前記貫通孔と前記構成要素の１つの前記中心部分の少 なくとも１つの前記空間とを連通させる連続した通路を形成することを特徴とす る電気化学セル電極板。
2. ２．各々の前記チャネルが、各々のフレーム部分の各々の固体領域によって互い に分離された榎数の一連の長寸のサブチャネルからなり、 各々の前記チャネルの複数の前記サブチャネルが、前記通路の経路に沿って各々 の列をなして延在し、かつ前記経路に沿った他の前記チャネルの複数の前記サブ チャネルと互い違いに配置されて互いに部分的に重なり合い、前記経路の一方の 端部の前記複数のサブチャネルの１つカ、前記貫通孔と連通し、 前記経路のもう一方の端部の前記複数のサブチャネルの１つが、前記空間の一つ と連通することを特徴とする請求項１に記載の電気化学セル電極板。
3. ３．各々の前記サブチャネルが、各々の前記構成要素の前記第２主面に別の開口 部を有する溝として形成され、前記積層アセンブリが、前記２つの構成要素と等 しく、かつ前記２つの構成要素をその間に挟む少なくとも２つの別の構成要素を 含み、前記別の構成要素の少なくとも一方が、前記アセンブリの前記２つの構成 要素の前記貫通孔と整合する前記貫通孔を備え、 前記別の構成要素の両方の前記フレーム部分が、前記貫通孔と前記中心部分との 間では固体からなり各々の前記溝に重なることによって、前記アセンブリ内の前 記通路の境界を定めることを特徴とする請求項２に記載の電気化学セル電極板。
4. ４．前記別の構成要素の片方の前記中心部分が固体からなることを特徴とする請 求項３に記載の電気化学セル電極板。
5. ５．前記２つの構成要素と前記２つの別の構成要素とが、前記アセンブリ内で互 いに積層されていることを特徴とする請求項３に記載の電気化学セル電極板。
6. ６．各々の前記構成要素の前記フレーム部分が、フリップオーバ軸に対して前記 列の経路と対称的に配置された経路に沿って延在する前記サブチャネルの少なく とも１つの別の列を更に有し、 前記列及び前記別の列の前記サブチャネルが、各々の経路に沿って互い違いに配 置され、 前記２つの構成要素の前記第１主面が互いに並置され、かつ前記２つの構成要素 の前記フリップオーバ軸が整合するように前記アセンブリを組み立てたときに、 前記２つの構成要素の一方の前記列の前記サブチャネルが、前記２つの構成要素 のもう一方の前記別の列の前記サブチャネルに部分的に重なり合い、前記一方の 構成要素の前記別の列の前記サブチャネルが、前記もう一方の構成要素の前記列 の前記サブチャネルと部分的に重なり合うことを特徴とする請求項２に記載の電 気化学セル電極板。
7. ７．各々の前記２つの構成要素の前記中心部分が、前記第１主面と前記第２主面 との間の全長に亘つて延在すると共に互いに交差してメッシュ伏の構造を形成す ることにより各々の前記中心部分にそれ自体の間および前記フレーム部分との間 に前記流体流れ空間の境界を定める複数の仕切壁によって構成され、 前記２つの構成要素の前記仕切壁が前記フリップオーバ軸に対して特定の方向に 向けて配置され、前記アセンブリ内で前記２つの構成要素の前記流体流れ空間が 前記中心部分の問の境界面を通して互いに連通することを特徴とする請求項６に 記載の電気化学セル電極板。
8. ８．前記２つの構成要素の各々の前記フレーム部分が、フリップオーバ軸に関し て前記貫通孔と対称的に配置された少なくとも１つの別の貫通孔と、 前記別の貫通孔と前記各々の構成要素の前記中心部分との間に延在し、かつフリ ップオーバ軸に関して前記列の経路と対称的に配置された経路に沿って延在する 前記サブチャネルの少なくとも１つの別の列を更に有し、前記列及び前記別の列 の前記サブチャネルが、各々の経路に沿って互い違いに配置され、 前記２つの構成要素の前記第１主面が互いに並置され、かつ前記２つの構成要素 の前記フリップオーバ軸が整合するように前記アセンブリを組み立てたとき、前 記２つの構成要素の一方の前記列の前記サブチャネルが、前記２つの構成要素の もう一方の前記別の列の前記サブチャネルに部分的に重なり合い、前記一方の構 成要素の前記別の列の前記サブチャネルが、前記もう一方の構成要素の前記列の 前記サブチャネルと部分的に重なり合うことを特徴とする請求項２に記載の電気 化学セル電極板。