JPH11256381A - 固体高分子電解質膜を用いる水電解槽 - Google Patents

固体高分子電解質膜を用いる水電解槽

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JPH11256381A
JPH11256381A JP10057660A JP5766098A JPH11256381A JP H11256381 A JPH11256381 A JP H11256381A JP 10057660 A JP10057660 A JP 10057660A JP 5766098 A JP5766098 A JP 5766098A JP H11256381 A JPH11256381 A JP H11256381A
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JP
Japan
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bipolar plate
electrolytic cell
cathode
anode
water
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Pending
Application number
JP10057660A
Other languages
English (en)
Inventor
Masayoshi Kondo
雅芳 近藤
Chikashi Inasumi
近 稲住
Hiroshi Kajiyama
浩志 梶山
Keisuke Oguro
啓介 小黒
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Zosen Corp
JFE Engineering Corp
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Research Institute of Innovative Technology for the Earth RITE
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
Hitachi Zosen Corp
Research Institute of Innovative Technology for the Earth RITE
NKK Corp
Nippon Kokan Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 固体高分子電解質膜を用いる水電解槽におい
て、耐水素脆化性に優れ、しかも、電気抵抗が小さいも
のを提供する。 【解決手段】 複極板9 の陰極側の陰極給電体8 に接す
る面に貴金属メッキ層37が設けられている。複極板9 の
陽極側の陽極給電体7 に接する面に貴金属メッキ層38が
設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高分子電解質膜を
用いる水素および酸素製造のための水電解槽に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】従来、高分子電解質膜を用いて水電解に
よって水素および酸素を製造する場合のフィルタープレ
ス式水電解槽としては、特開平7−252682に開示
されたものが知られている。この水電解槽は、図7およ
び図8に示すように、両端に配された陽極主電極(1) お
よび陰極主電極(2) と、これら主電極(1) (2) の間に直
列に配された複数の単位セルと、これらを一体化する各
4本の締め付けボルトおよびナットとから主として構成
され、1つのセルは、チタン合金製の複極板(9)の陽極
側と、陽極給電体(7) と、固体高分子電解質膜からなる
電極接合体膜(3)と、陰極給電体(8) と、隣の複極板(9)
の陰極側からなり、電極接合体膜(3) は、イオン交換
膜(4) とその両面に設けられた触媒電極層(5) (6) とか
らなる。単位セルの個数は、商業規模の電解槽では、8
0から600である。同図において、(21)はフランジ、
(22)はノズルプレート、(23)は絶縁パッキン、(24)はO
リングガスケット、(25)は多孔質スペーサー、(26)はシ
ールガスケットをそれぞれ示す。
【0003】上記構成の水電解槽によると、先ず電解槽
下部の給水ヘッダー(10)から供給された水は、多孔質の
陽極給電体(7) を通って、電極接合体膜(3) の陽極側触
媒電極層(5) に達する。ここで付加された電力により水
の電気分解反応が起こり、酸素が発生する。発生した酸
素は陽極給電体(7) を通り、複極板(9) の陽極側に設け
られた垂直流路内を未反応の水とともに上昇し、複極板
(9) の酸素ヘッダー(11)の外周に設けられた多孔質スペ
ーサー(25)を通って酸素ヘッダー(11)に排出される。一
方、電極接合体膜(3) の陰極側触媒電極層(6) 表面で発
生した水素とイオン交換膜(4) を透過した水は、多孔質
の陰極給電体(8) を通り、複極板(9) の陰極側に設けら
れた垂直流路内を上昇し、複極板(9) の水素ヘッダー(1
2)の外周に設けられた多孔質スペーサー(25)を通って水
素ヘッダー(12)に排出される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の電解槽で
は、複極板が無メッキのチタン製であり、複極板の陰極
側においては、水素脆化による複極板破壊の問題があ
り、同陽極側においては、酸化皮膜(酸化チタン)の生
成による電気抵抗の増大の問題があり、さらに、両極側
において、表面の粗度および硬さにより電気的な接触抵
抗が高いという問題があった。
【0005】本発明は、上記のような問題点を解決すべ
く工夫されたもので、耐水素脆化性に優れ、しかも、電
気抵抗が小さい電解槽を提供することをその目的とす
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】この発明による水電解槽
は、両端に配された陽極主電極(1) および陰極主電極
(2) と、これら主電極(1) (2) の間に直列に配された複
数の単位セルと、これらを一体化する締め付け具とを具
備し、1つのセルは、チタン合金製の複極板(9)の陽極
側と、陽極給電体(7) と、固体高分子電解質膜からなる
電極接合体膜(3)と、陰極給電体(8) と、隣の複極板(9)
の陰極側からなる、固体高分子電解質膜を用いる水電
解槽において、複極板(9) の陰極側の陰極給電体(8) に
接する面に貴金属メッキ層(37)が設けられていることを
特徴とするものである。
【0007】複極板(9) の陽極側の陽極給電体(7) に接
する面にも貴金属メッキ層(38)が設けられていることが
好ましい。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。
【0009】この発明の固体高分子電解質膜を用いる水
電解槽は、図7および図8に示した従来のものと複極板
(9) の構成のみが異なっている。すなわち、この複極板
(9)は、図6に示すように、その陰極側と陽極側とに、
それぞれ白金メッキ層(37)(38)が設けられているもので
ある。
【0010】図1は、複極板(9) の平面図を示し、図2
は図1中のa−a断面、図3はb−b断面、図4はc−
c断面、図5はd−d断面および図6は図3の要部拡大
断面をそれぞれ示す。
【0011】複極板(9) はチタン合金製であり、複極板
として要求される条件をすべて満足している。つまり、
図1中のa−a断面では、図2に示されるように、電極
接合体膜(3) と陽極給電体(7) と陰極給電体(8) は、複
極板(9) の山部および谷部の間隙がおおむね1〜3mm
となり、山と谷が交互に組み合わされるような構造にな
されたものであり、この構造により両給電体(7)(8)の接
触が維持され、且つセルの弾力性が得られる。また、陽
極側および陰極側の谷部がそれぞれ酸素および水素の上
方への流路となっている。複極板(9) の外周部に設けら
れた凹条(27)は、シールのためのOリングガスケット(2
4)の嵌込み溝である。複極板(9) の上下の部分は、流体
が上下左右に自由に流動でき且つ電極接合体膜(3) を均
一にサポートする機能が要求される部分であり、図1中
のb−b断面を示す図3のように、略立方体の多数の突
起によって電極接合体膜(3) を両面からサポートし、そ
れ以外の部分が流路として機能するようになされてい
る。
【0012】図1において、複極板(9) の下部の孔は給
水ヘッダー(10)であり、上部左側の孔は酸素ヘッダー(1
1)である。これらのヘッダーは、図4に示される断面の
ように加工することにより、水を陽極側に供給し、発生
した酸素を酸素ヘッダー(11)に排出する。図4および図
5において、複極板(9) の各ヘッダーの外周には、複極
板(9) と電極接合体膜(3) との間に多孔質スペーサー(2
5)が介在され、電極接合体膜(3) ともう1つの複極板
(9) との間にシールガスケット(26)が介在されている。
また、複極板(9) の上部右側の孔は水素ヘッダー(12)
で、この部分は、図5に示される断面のように加工する
ことにより、発生した水素を水素ヘッダー(12)に排出す
る。複極板(9) の中央部の電極部分では、流体が均一に
流れることが望ましい。偏流があると、極端な場合その
部分がドライになり、膜の損傷を来たすといった事故の
原因になる。この構造では、複極板(9) の上下部分に略
立方体の多数の突起を形状すること、およびその分布を
流体力学的に設計することにより、いっそう均一な流れ
を実現することが可能である。更に、水電解槽の各セ
ル、具体的には入口ヘッダーおよび出口ヘッダーに設置
するリング状の多孔質スペーサー(25)の空隙率または幅
を調整することにより、各セルへの水の流入量を均一に
することができる。このような構造を採用すると、単位
セルの厚さは2〜6mm程度となる。
【0013】上記構成によると、複極板(9) の陰極側に
白金メッキ層(37)が設けられているので、水素による脆
化が防止され、電解槽の耐久性・安全性が格段に向上す
るとともに、陰極側の電気的な接触抵抗が低減し、電解
槽特性向上する。また、複極板(9) の陽極側に白金メッ
キ層(38)が設けられているので、電解時に酸化皮膜が生
じることが防止され、酸化皮膜による電気抵抗の増加お
よび電気的な接触抵抗の増加が抑えられ、電気抵抗が小
さくなり、したがって、より電解特性に優れた水電解槽
が得られる。上記の複極板(9) を備えた構成で電極サイ
ズ250cm2 のセルを20層積層した電解槽を運転した
ところ、無メッキのチタン製複極板を備えた電解槽に比
べ、電解槽の電気抵抗が小さく、特性も良好であった。
【0014】
【発明の効果】この発明の水電解槽によると、複極板の
陰極側に貴金属メッキ層が設けられているので、水素に
よる複極板の脆化が防止され、電解槽の耐久性・安全性
が格段に向上するとともに、陰極側の電気的な接触抵抗
が低減し、電解槽特性が向上する。
【0015】複極板の陽極側にも貴金属メッキ層が設け
られているものでは、電解時に酸化皮膜が複極板に生じ
ることが防止され、酸化皮膜による電気抵抗の増加およ
び電気的な接触抵抗の増加が抑えられ、電気抵抗が小さ
くなり、したがって、より電解特性に優れた水電解槽が
得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】発明の要部である複極板(9) 全体を示す平面図
である。
【図2】図1中のa−a線に沿う断面を示す部分断面図
である。
【図3】図1中のb−b線に沿う断面を示す部分断面図
である。
【図4】図1中のc−c線に沿う断面を示す部分断面図
である。
【図5】図1中のd−d線に沿う断面を示す部分断面図
である。
【図6】図2の要部拡大図である。
【図7】従来のフィルタープレス式水電解槽を示す模式
断面図である。
【図8】従来のフィルタープレス式水電解槽の分解状態
を示す分解斜視図である。
【符号の説明】
1:陽極主電極 2:陰極主電極 3:電極接合体膜 4:イオン交換膜 5:陽極側触媒電極層 6:陰極側触媒電極層 7:陽極給電体 8:陰極給電体 9:複極板 37:白金(貴金属)メッキ層 38:白金(貴金属)メッキ層
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成11年3月4日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0006
【補正方法】変更
【補正内容】
【0006】
【課題を解決するための手段】この発明による水電解槽
は、両端に配された陽極主電極(1) および陰極主電極
(2) と、これら主電極(1) (2) の間に直列に配された複
数の単位セルと、これらを一体化する締め付け具とを具
備し、1つのセルは、チタン合金製の複極板(9)の陽極
側と、陽極給電体(7) と、固体高分子電解質膜からなる
電極接合体膜(3)と、陰極給電体(8) と、隣の複極板(9)
の陰極側からなる、固体高分子電解質膜を用いる水電
解槽において、複極板(9) の陰極側の陰極給電体(8) に
接する面に水素脆化防止兼接触抵抗低減用貴金属メッキ
層(37)が設けられていることを特徴とするものである。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0007
【補正方法】変更
【補正内容】
【0007】チタン合金製の複極板(9) の陽極側の陽極
給電体(7) に接する面に酸化皮膜生成防止兼接触抵抗低
減用貴金属メッキ層(38)が設けられていることが好まし
い。
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0014
【補正方法】変更
【補正内容】
【0014】
【発明の効果】チタン合金製の複極板の陰極側に水素脆
化防止兼接触抵抗低減用貴金属メッキ層が設けられてい
るので、水素による複極板の脆化が防止され、電解槽の
耐久性・安全性が格段に向上するとともに、陰極側の電
気的な接触抵抗が低減し、電解槽特性が向上する。
【手続補正5】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0015
【補正方法】変更
【補正内容】
【0015】複極板の陽極側に酸化皮膜生成防止兼接触
抵抗低減用貴金属メッキ層が設けられているものでは、
電解時に酸化皮膜が複極板に生じることが防止され、酸
化皮膜による電気抵抗の増加および電気的な接触抵抗の
増加が抑えられ、電気抵抗が小さくなり、したがって、
より電解特性に優れた水電解槽が得られる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 000001144 工業技術院長 東京都千代田区霞が関1丁目3番1号 (74)上記1名の指定代理人 工業技術院大阪工業技術研 究所長 (外5名) (72)発明者 近藤 雅芳 東京都港区西新橋2丁目8番11号 第7東 洋海事ビル 財団法人地球環境産業技術研 究機構 CO2 固定化等プロジェクト室 内 (72)発明者 稲住 近 東京都港区西新橋2丁目8番11号 第7東 洋海事ビル 財団法人地球環境産業技術研 究機構 CO2 固定化等プロジェクト室 内 (72)発明者 梶山 浩志 東京都港区西新橋2丁目8番11号 第7東 洋海事ビル 財団法人地球環境産業技術研 究機構 CO2 固定化等プロジェクト室 内 (72)発明者 小黒 啓介 大阪府池田市緑丘1丁目8番31号 工業技 術院大阪工業技術研究所内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 両端に配された陽極主電極(1) および陰
    極主電極(2) と、これら主電極(1) (2) の間に直列に配
    された複数の単位セルと、これらを一体化する締め付け
    具とを具備し、1つのセルは、チタン合金製の複極板
    (9) の陽極側と、陽極給電体(7) と、固体高分子電解質
    膜からなる電極接合体膜(3) と、陰極給電体(8) と、隣
    の複極板(9) の陰極側からなる、固体高分子電解質膜を
    用いる水電解槽において、複極板(9) の陰極側の陰極給
    電体(8) に接する面に貴金属メッキ層(37)が設けられて
    いることを特徴とする、固体高分子電解質膜を用いる水
    電解槽。
  2. 【請求項2】 複極板(9) の陽極側の陽極給電体(7) に
    接する面に貴金属メッキ層(38)が設けられている、請求
    項1記載の固体高分子電解質膜を用いる水電解槽。
JP10057660A 1998-03-10 1998-03-10 固体高分子電解質膜を用いる水電解槽 Pending JPH11256381A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1304569A2 (en) * 2001-10-22 2003-04-23 PerkinElmer Instruments LLC (a Delaware Corporation) Interdigitated electrochemical gas generator
WO2009075590A1 (en) * 2007-12-10 2009-06-18 Printer Ribbon Inkers P.R.I. Limited A hydrogen generator

Cited By (4)

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EP1304569A3 (en) * 2001-10-22 2004-05-26 PerkinElmer Instruments LLC (a Delaware Corporation) Interdigitated electrochemical gas generator
WO2009075590A1 (en) * 2007-12-10 2009-06-18 Printer Ribbon Inkers P.R.I. Limited A hydrogen generator
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Legal Events

Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 19991005