JPH1121685A - フィルタ−プレス式固体高分子型水電解セル - Google Patents

フィルタ−プレス式固体高分子型水電解セル

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JPH1121685A
JPH1121685A JP9194855A JP19485597A JPH1121685A JP H1121685 A JPH1121685 A JP H1121685A JP 9194855 A JP9194855 A JP 9194855A JP 19485597 A JP19485597 A JP 19485597A JP H1121685 A JPH1121685 A JP H1121685A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の水電解セルの複極板は、O−リングタ
イプでは加工代が高く経済的ではない上に複極板重量の
セルに占める割合がかなり大きくなる問題点がある。ま
た、ガスケットタイプでは各セル間のセル電圧が大きく
異なり、保守管理が難しくなる。また、シ−ル性はO−
リングのそれと比べて劣り、5kg/cm2 G程度の運
転が限界である。 【解決手段】 金属平板の両面に給電体収納穴を有する
プラスチックプレートを配し、プラスチックプレートの
周縁部または周縁の内側にシール部をもち、給電体収納
穴の外周に陽極への水の導入孔、酸素排出孔、水素排出
孔を各1個以上もち、一方のプラスチックプレートは、
陽極への水の導入孔および酸素排出孔の外周がシ−ルさ
れ、他方のプラスチックプレートは、水素排出孔の外周
がシールされてなる複極板を用いたフィルタ−プレス式
固体高分子型水電解セル。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体高分子型水電
解セルに係わり、さらには、複極を備えたフィルタ−プ
レス式水電解セル関するものである。
【0002】
【従来の技術】固体高分子電解質であるイオン交換膜を
電解質として用いた固体高分子型水電解セルは、イオン
交換膜の両面の一方に白金族金属からなる陽極を、他方
に同じく白金族金属からなる陰極を一体に接合してなる
イオン交換膜−触媒電極接合体を基本ユニットとし、陽
極室に水を送りながら、両極間に電圧を印可すると、下
記の反応により陽極より酸素、陰極より水素が得られ
る。
【0003】 陽極:H2 O→1/2O2 +2H+ +2e- 陰極:2H+ +2e- →H2 総反応:H2 O→1/2O2 +H2 この固体高分子型水電解セルは、従来のアルカリ水溶液
を用いる水電解セルと比べると、 1)水が唯一の循環流体であるため、保守保安が容易。
【0004】2)非多孔質のイオン交換膜が、隔膜とし
ても働くため、両極室の差圧制御が容易。
【0005】3)電極間のガス抵抗がなく、高電流密度
操業が可能。
【0006】という、特徴を持つ。
【0007】しかし、1セルだけでは得られるガス量が
少ないので、これらのセルを直列に積層したフィルタ−
プレス式水電解セルが使われる。その一般的構造を図2
に示す。チタンよりなる複極板10、エキスパンデット
チタンを複数枚重ねた陽極給電体11、エキスパンデッ
トチタンを複数枚重ねた陰極給電体12、イオン交換膜
−触媒電極接合体13で基本的に構成される数十組のユ
ニットと、陽極主電極14、陰極主電極15およびこれ
らを一体に締め付けるボルト−ナットから基本的に構成
される。
【0008】複極板10を陽極室側から見た平面図と断
面図である図3、図4を用いてさらに詳しく例で示す。
【0009】[例1]O−リングタイプ(図3):複極
板10は、下方の陽極の水の導入孔3に水が供給される
と水の導入溝7を経て陽極側のみに水を送り、陽極で発
生した酸素は、余剰の水とともに酸素排出溝8を経て酸
素排出孔4より、陰極で発生した水素は水素排出孔5よ
り排出される。各部のシ−ルは、各O−リング6a〜6
bによって行われており、各給電体は、複極に設けられ
た給電体収納穴9に収納されており、給電体のつぶしし
ろは給電体収納穴9の穴の深さで規定されているため、
給電体とイオン交換膜−触媒電極接合体との接触圧は常
に一定の押し付け圧が得られる。
【0010】[例2]ガスケットタイプ(図4):例1
のO−リングのかわりにガスケットを用いた例で、ガス
ケット16と金属平板1の組み合わせにより複極板を構
成しおり、ガスケット16と金属平板1により形成され
る給電体収納穴9が給電体のつぶししろを規定する。下
方の陽極の水の導入孔3に水が供給されると水の導入溝
7を経て陽極側のみに水を送り、陽極で発生した酸素
は、余剰の水とともに酸素排出溝8を経て酸素排出孔4
より、陰極で発生した水素は水素排出孔5より排出され
る。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】従来の水電解セルの複
極板は、たとえば[例1]O−リングタイプでは、O−
リング溝、給電体収納溝を設ける必要があり、そのた
め、加工代が高く経済的ではない上に、加工時にそりが
出ないようにするために、複極板を分厚くする必要があ
り、複極板重量のセルに占める割合がかなり大きくなる
問題点がある。
【0012】また、[例2]ガスケットタイプでは、金
属平板の加工はかなり単純なため、加工代も安く、材料
も薄くでき、セルの軽量化がはかれるが、弾性体である
ガスケットに給電体のつぶししろを規定する役目を持た
せており、そのガスケットのつぶれ具合がセル間で必ず
しも同じではないため、各セル間の給電体とイオン交換
膜−触媒電極接合体との接触圧が一定しない。そのた
め、各セル間のセル電圧が大きく異なるため、保守管理
が難しくなる。また、ガスケットのシ−ル性はO−リン
グのそれと比べて劣り、O−リングを用いた[例1]の
電解セルでは、10kg/cm2 Gの高圧運転も可能だ
が、ガスケットシ−ルを用いた[例2]の電解セルは、
5kg/cm2 G程度の運転が限界である。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明フィルタ−プレス
式固体高分子型水電解セルは、金属平板の両面に給電体
収納穴を有するプラスチックプレートを配し、プラスチ
ックプレートの周縁部または周縁の内側にシール部をも
ち、給電体収納穴の外周に陽極への水の導入孔、酸素排
出孔、水素排出孔を各1個以上もち、金属平板の一方の
面に配されたプラスチックプレートは、陽極への水の導
入孔および酸素排出孔の外周がシ−ルされ、他方の面に
配されたプラスチックプレートは、水素排出孔の外周が
シールされてなる複極板を用いることを特徴とする。ま
た、給電体収納穴の外周にはさらに陰極への水の導入孔
を1個以上もち、他方の面に配されたプラスチックプレ
ートは陰極への水の導入孔の外周がシールされているこ
とを特徴とする。さらに、各部のシ−ルがすべてO−リ
ングによることを特徴とする。
【0014】
【発明の実施の形態】本発明によるフィルタ−プレス式
固体高分子型水電解セルでは、金属平板の両面に給電体
収納穴を有するプラスチックプレートを配し、プレート
の周縁部または周縁の内側にシール部をもち、給電体収
納穴の外周に陽極への水の導入孔、酸素排出孔、水素排
出孔を各1個以上もち、一方のプレートは陽極への水の
導入孔および酸素排出孔の外周がシ−ルされ、他方のプ
レートは水素排出孔の外周がシールされてなる複極板を
用いる。このようにすることにより、従来のガスケット
タイプ水電解セルと同様の軽量化、簡素化を持ちなが
ら、従来のO−リングタイプと同様の耐圧性能を持つ電
解セルを安価に作成することが可能となる。
【0015】
【実施例】本発明を好適な実施例により説明する。本発
明フィルタ−プレス式固体高分子型水電解セルの複極板
を示す図である。
【0016】金属平板1として、300×300mm、
厚さ1mmのチタン板を用い、その両面に300×30
0mm、厚さ5mmのポリプロピレンよりなるプラスチ
ックプレ−ト2を配している。プラスチックプレ−トに
は、中央に135×135mmの四角い穴があけてあ
り、金属平板1との組み合わせにより、給電体収納穴9
を形成しており、この給電体収納穴の周りには、3個の
直径8mmの穴が設けられていて、それぞれ水の導入孔
3、酸素排出孔4、水素排出孔5である。これらの穴
は、先の金属平板1にも同様に設けられている。
【0017】プラスチックプレ−ト2は、周縁の内側が
O−リング6aでシ−ルされており、さらに陽極側のプ
ラスチックプレ−トは、水素排出孔6bの外周が、陰極
側のプラスチックプレ−トは、陽極への水の導入孔およ
び酸素排出孔の外周がO−リングでシ−ルされている。
なお、図中では各O−リングは片面のみに配されている
が、裏面にも同様に配されている。(断面図参照) また、陽極への水の導入孔3および酸素排出孔4と給電
体収納穴9、水素排出孔5と給電体収納穴9の間には、
水の導入溝7、酸素排出溝8、水素排出溝が設けられて
いる。
【0018】本発明の複極板を用いて20セル積層のフ
ィルタ−プレス式水電解セルを作成した。また比較のた
めに、シリコンゴム性ガスケット(厚さ5.3mm)を
用いて、同等のセルを組み立てた。用いたイオン交換膜
−触媒電極接合体はデュポン社製パ−フルオロスルフォ
ン酸膜(Nafion-117)の両面に無電解メッキにより白金
を接合(電極寸法:134×134mm)したものであ
る。
【0019】給電体として、2μmの白金メッキを施し
たエキスパンデッドチタンを5枚重ねて構成されている
厚さ5.6mm、大きさ133×133mmを用いた。
【0020】図5はフィルタープレス式水電解セルのセ
ル電圧のばらつきを比較した図であり、Aは本発明の複
極板を用いたフィルタープレス式水電解セル、Bは従来
のガスケット式複極板を用いたフィルタープレス式水電
解セルの場合をそれぞれ示す。図中のセルNoは、陽極
主電極より順次付けたものである。
【0021】運転条件を下記に示す。
【0022】・運転温度;60℃ ・電解電流密度;1A/cm2 ・運転圧力;陽極室=陰極室=0〜10kg/cm2 G 本発明を用いた水電解セルは、給電体のつぶししろをプ
ラスチックプレ−ト(厚さ5mm)で規定しているた
め、実際の使用に際しては、給電体のつぶししろは、す
べてのセルで0.6mm(一定)となる。給電体のイオ
ン交換膜−触媒電極接合体への押し付け圧が一定してい
るため、各セルの電圧が一定している。また、運転圧力
を10kg/cm2 Gにしても水やガスのリ−クはまっ
たく問題なかった。
【0023】一方、ガスケットを利用した従来の水電解
セルは、弾性体であるガスケット(厚さ5.3mm)が
一応給電体のつぶししろを規定しているものの、各セル
によりガスケットの変形量が異なり、特に締め付け力の
伝わりにくい真ん中のセルほどガスケットの変形量が小
さく、そのため給電体のイオン交換膜−触媒電極接合体
への押し付け圧が小く、その接触抵抗が大きくなり、セ
ル電圧が高くなっている。また、運転圧力が5kg/c
2 Gより高くなると、数カ所で、ガス漏れが発生し
た。
【0024】
【発明の効果】以上、本発明にかかる複極板を用いたフ
ィルタ−プレス式固体高分子型水電解セルは、従来のガ
スケットタイプ水電解セルと同様の軽量化、簡素化を持
ちながら、従来のO−リングタイプと同様の耐圧性能を
持つ電解セルを安価に作成することが可能になった。ゆ
えに、産業上に寄与すること非常に大である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明フィルタ−プレス式固体高分子型水電解
セルの複極板を示す図
【図2】フィルタ−プレス式固体高分子型水電解セルの
断面図
【図3】従来の複極板を示す図
【図4】従来の複極板を示す図
【図5】フィルタープレス式水電解セルのセル電圧のば
らつきを比較した図
【符号の説明】
1 金属平板 2 プラスチックプレ−ト2 3 水の導入孔 4 酸素排出孔 5 水素排出孔 6a〜b O−リング 7 水の導入溝 8 酸素排出溝 9 給電体収納穴 10 複極板 11 陽極給電体 12 陰極給電体 13 イオン交換膜−触媒電極接合体 14 陽極主電極 15 陰極主電極 16 ガスケット

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 金属平板の両面に給電体収納穴を有する
    プラスチックプレートを配し、プラスチックプレートの
    周縁部または周縁の内側にシール部をもち、給電体収納
    穴の外周に陽極への水の導入孔、酸素排出孔、水素排出
    孔を各1個以上もち、金属平板の一方の面に配されたプ
    ラスチックプレートは、陽極への水の導入孔および酸素
    排出孔の外周がシ−ルされ、他方の面に配されたプラス
    チックプレートは、水素排出孔の外周がシールされてな
    る複極板を用いることを特徴とするフィルタ−プレス式
    固体高分子型水電解セル。
  2. 【請求項2】 金属平板の両面に給電体収納穴を有した
    プラスチックプレートを配し、プラスチックプレート周
    縁部または、周縁の内側にシール部をもち、給電体収納
    穴の外周に陽極への水の導入孔、酸素排出孔、陰極への
    水の導入孔、水素排出孔を各1個以上もち、金属平板の
    一方の面に配されたプラスチックプレートは、陽極への
    水の導入孔および酸素排出孔の外周がシ−ルされ、他方
    の面に配されたプラスチックプレートは、陰極への水の
    導入孔および水素排出孔の外周がシールされてなる複極
    板を用いることを特徴とするフィルタ−プレス式固体高
    分子型水電解セル。
  3. 【請求項3】 各部のシ−ルがすべてO−リングによる
    ことを特徴とする請求項1または請求項2記載のフィル
    タ−プレス式固体高分子型水電解セル。
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