WO2021019985A1 - アルカリ水電解槽 - Google Patents

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WO2021019985A1
WO2021019985A1 PCT/JP2020/025097 JP2020025097W WO2021019985A1 WO 2021019985 A1 WO2021019985 A1 WO 2021019985A1 JP 2020025097 W JP2020025097 W JP 2020025097W WO 2021019985 A1 WO2021019985 A1 WO 2021019985A1
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gasket
electrolytic cell
alkaline water
diaphragm
cathode
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PCT/JP2020/025097
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French (fr)
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悠介 鈴木
陽介 内野
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旭化成株式会社
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    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis

Definitions

  • the present invention relates to an alkaline water electrolytic cell.
  • a diaphragm and a gasket are placed between the electrolytic cells in order to prevent short-circuiting between stacked electrolytic cells and leakage of the electrolytic solution and generated gas inside the electrolytic cell.
  • a porous membrane is used as a diaphragm
  • a slit type gasket is used for the purpose of preventing leakage from the end in the plane direction of the diaphragm, and the gasket is used between the electrolytic cells with the diaphragm inserted inside the slit. Arranged (see Patent Document 1).
  • the leakage from the end in the plane direction of the diaphragm is the out-of-tank leak, which is the leakage of the electrolytic solution and generated gas to the outside through the space between the electrolytic cell and the gasket, and the space between the diaphragm and the gasket. It is roughly classified into an in-tank leak in which the generated gas is mixed between the anode and the cathode through the air.
  • the higher the pressing surface pressure of the gasket the more advantageous it is to prevent out-of-tank leaks and in-tank leaks, but excessive pressing surface pressure leads to damage to the gasket and diaphragm. Therefore, in order to prevent leakage outside the tank and leakage inside the tank, it is necessary to control the pressing surface pressure of the gasket within an appropriate range. Further, when the diaphragm is thinner, the resistance of the diaphragm is reduced and the electrolysis efficiency is improved, but the breaking strength of the diaphragm is lowered. Therefore, it becomes more difficult to control the pressing surface pressure of the gasket.
  • an object of the present invention is to provide an alkaline water electrolytic cell that prevents leakage outside the tank and leakage inside the tank while reducing damage to the gasket and the diaphragm.
  • the present invention is as follows. [1] With at least two outer frames stacked so as to overlap at least in part in the circumferential direction, A gasket that is sandwiched between the two outer frames and has a frame shape that can be brought into contact with the outer frame over the entire circumferential direction and has slits formed along the circumferential direction on the inner peripheral surface. With a diaphragm gripped by the gasket in the slit. The pressing surface pressure of the gasket by the outer frame is 1 MPa or more and 10 MPa or less. An alkaline water electrolytic cell in which the maximum contact surface pressure between the gasket and the diaphragm is 3 MPa or more and 20 MPa or less.
  • the outer frame has a gas-liquid separation box including a wall portion forming the same plane as the surface abutting the gasket in a part in the circumferential direction. After the gasket is released from the pinching of the outer frame, the gasket frame is overlapped with the outer frame over the entire circumferential direction, and the outer frame is pressed against the gasket at 2 MPa.
  • One of the two outer frames has at least an anode in contact with the diaphragm.
  • the alkaline water electrolyzer according to any one of [1] to [5], wherein the other of the two outer frames has at least a cathode in contact with the diaphragm.
  • an alkaline water electrolytic cell that prevents leakage outside the tank and leakage inside the tank while reducing damage to the gasket and the diaphragm.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along a plane perpendicular to the first direction showing the structure of the multi-pole terminal element of FIG.
  • FIG. 2 is a partial cross-sectional view showing the vicinity of an end portion on the first direction side, cut along a plane parallel to the first direction, showing the structure of the bipolar terminal element of FIG.
  • It is sectional drawing along the thickness direction of the slit which shows the structure of the gasket of FIG. It is sectional drawing which shows an example of the gasket of FIG.
  • 2 which has a locking part, along the thickness direction of a slit. It is sectional drawing along the thickness direction of a slit which shows another example of the gasket of FIG. 2 which has a locking part. It is sectional drawing along the thickness direction of a slit which shows another example of the gasket of FIG. 2 which has a locking part.
  • 2 is a partial cross-sectional view of the entire alkaline water electrolytic cell cut along a plane perpendicular to the first direction to show the structure of the electrolytic cell formed in the alkaline water electrolytic cell of FIG. 2. It is a schematic structural drawing of the model electrolytic cell for performing an out-of-tank leak test.
  • the alkaline water electrolyzer 70 including the alkaline water electrolyzer 50 of the present embodiment includes a liquid feed pump 71, a gas-liquid separation tank 72h, 72o, a water replenisher 73, and an alkaline water electrolyzer. It has a multi-pole electrolytic cell 50.
  • the liquid feed pump 71 boosts the electrolytic solution stored in the gas-liquid separation end tanks 72h and 72o and the water supplied from the water replenisher 73 and supplies it to the alkaline water electrolytic cell 50.
  • the electrolytic solution circulates due to the pressure increase of the liquid feed pump 71.
  • a flow meter 77 and a heat exchanger 79 are provided between the liquid feed pump 71 and the alkaline water electrolytic cell 50.
  • the flow meter 77 detects the flow rate of the electrolytic solution.
  • the heat exchanger 70 heats the electrolytic solution by heat exchange.
  • the gas-liquid separation tanks 72h and 72o separate the electrolytic solution and the gas by the rise of the gas and the flow of the electrolytic solution.
  • a pressure gauge 78 and a pressure control valve 80 are provided in the gas discharge passages of the gas-liquid separation tanks 72h and 72o.
  • the pressure control valve 80 adjusts the pressure in the discharge path by opening and closing based on the value of the pressure detected by the pressure gauge 78, for example.
  • the discharge passages of the electrolytic furnaces of the gas-liquid separation tanks 72h and 72o are connected to the liquid feed pump 71.
  • the gas-liquid separation tank includes an oxygen separation tank 72o and a hydrogen separation tank 72h.
  • the oxygen separation tank 72h is connected to the anode chamber of the alkaline water electrolysis tank 50, which will be described later, and separates the electrolytic solution and oxygen gas discharged from the anode chamber.
  • An oxygen concentration system 75 is provided in the gas discharge path of the oxygen separation tank 72o together with the pressure gauge 78 and the pressure control valve 80. The oxygen concentration system 75 detects the oxygen concentration in the discharge channel.
  • the hydrogen separation tank 72h is connected to the cathode chamber of the alkaline water electrolysis tank 50 described later, and separates the electrolytic solution and hydrogen gas discharged from the cathode chamber.
  • a hydrogen concentration system 76 is provided in the gas discharge path of the hydrogen separation tank 72h together with the pressure gauge 78 and the pressure control valve 80. The hydrogen concentration system 76 detects the hydrogen concentration in the discharge path.
  • the water replenisher 73 replenishes the water consumed by electrolysis.
  • general clean water may be used, but in consideration of long-term operation, it is preferable to use ion-exchanged water, RO water, ultrapure water, or the like. ..
  • the alkaline water electrolysis electrolytic device 70 generates oxygen and hydrogen by electrolysis of water based on the electric power applied to the alkaline water electrolytic tank 50 controlled by the rectifier 74. Further, the alkaline water electrolysis electrolyzer 70 separately supplies the generated oxygen and hydrogen via the gas-liquid separation tanks 72h and 72o.
  • the electrolytic cell for alkaline water electrolysis of the present embodiment may be a single pole type or a double pole type, and the double pole type electrolysis for alkaline water electrolysis in which a double pole type terminal element is stacked via a diaphragm. It is preferably a multi-pole electrolytic cell containing a cell.
  • the unipolar type is a method in which one or more elements are directly connected to a power source.
  • a cathode terminal element is provided with a diaphragm sandwiched between the anodes of each element having a cathode and an anode arranged in parallel, and the cathode is provided with a diaphragm. It is a parallel circuit in which an anode terminal element is provided by sandwiching it and a power supply is connected to each terminal element.
  • the multi-pole type is one of the methods of connecting a large number of cells to a power source, and a plurality of multi-pole terminal elements having an anode on one side and a cathode on the other side are arranged in the same direction and connected in series. , It is a method to connect only both ends to the power supply.
  • the multi-pole electrolytic cell has a feature that the current of the power source can be reduced, and can produce a large amount of compounds, predetermined substances, etc. in a short time by electrolysis. As long as the output of the power supply equipment is the same, low current and high voltage are cheaper and more compact, so industrially, the multi-pole type is preferable to the single-pole type.
  • the alkaline water electrolytic cell 50 which is a multi-pole electrolytic cell, includes a plurality of multi-pole terminal elements 60, a plurality of gaskets 7, a plurality of diaphragms 4, an anode terminal element 51a, and a cathode terminal element. It has 51c.
  • the bipolar terminal element 60, the anode terminal element 51a, and the cathode terminal element 51c are also referred to as elements unless they are distinguished.
  • the number of multi-pole terminal elements 60 required for the design production amount is sandwiched between the anode terminal element 51a and the cathode terminal element 51c while sandwiching the gasket 7 between two adjacent elements. By arranging them side by side, a laminated body is formed. In the alkaline water electrolytic cell 50, as will be described later, each gasket 7 grips the diaphragm 4. In the alkaline water electrolytic cell 50, the laminated body is sandwiched between the fast head 51 g and the loose head 51 g from both ends along the stacking direction via an insulating plate 51i, respectively, and the fast head 51 g and the loose head 51 are sandwiched between the tie rod 51r and the hydraulic cylinder.
  • the alkaline water electrolytic cell 50 It is formed by embodying it by tightening it with a tightening mechanism such as a method.
  • the plurality of multi-pole terminal elements 60 are arranged so that the cathode, which will be described later, faces the anode terminal element 51a.
  • the number of the multi-pole terminal element 60 is preferably a number including 10 or more and 500 or less electrolytic cells composed of the constituent elements of the multi-pole terminal element 60, which will be described later, and 30 or more and 300. It is more preferable that the number is 50 or more, and the number is more preferably 200 or less.
  • the electrolytic cells are of the external header type
  • the number of electrolytic cells to be stacked is 500 or less
  • the leakage current is reduced and the efficiency is increased.
  • the sealing surface pressure tends to be uniform, and leakage of electrolytic solution and gas are unlikely to occur.
  • the number of electrolytic cells is 10 or more, it is possible to store a large amount of electric power, and it is possible to substantially function as a power storage system.
  • the multi-pole terminal element 60 includes a partition wall 1, an outer frame 3, an anode 2a, and a cathode 2c. Further, the multi-pole terminal element 60 may include an anode rectifying plate 6a, a cathode rectifying plate 6c, a current collector 2r, and a conductive elastic body 2e.
  • anode rectifying plate 6a and “cathode 2c” will be referred to as “electrode 2" unless they are distinguished.
  • the "anode rectifying plate 6a” is also referred to as an "anode rib 6a".
  • the "cathode rectifying plate 6c” is also referred to as a “cathode rib 6c". Further, in the following, the "anode rectifying plate 6a” and the “cathode rectifying plate 6c” are also referred to as “rectifying plate 6" or “electrode rib 6" unless otherwise distinguished.
  • the shape of the partition wall 1 may be a plate-like shape having a predetermined thickness, but is not particularly limited.
  • the plan view shape of the partition wall 1 is not particularly limited, and may be a rectangle (square, rectangle, etc.) or a circle (circle, ellipse, etc.), and the rectangle may have rounded corners.
  • the size of the partition wall 1 is not particularly limited, and may be appropriately designed according to the size of the electrode chamber 5.
  • the electrode chamber 5 is an internal space defined by a partition wall 1, an outer frame 3, and a diaphragm 4.
  • anode chamber 5a when the “electrode chamber 5" on the anode 2a side is distinguished, it is also referred to as "anode chamber 5a”.
  • cathode chamber 5c when distinguishing the "electrode chamber 5" on the cathode 2c side, it is also referred to as "cathode chamber 5c".
  • the thickness of the partition wall 1 may be 0.5 mm to 5 mm, and the vertical length and the horizontal length are not particularly limited.
  • the thickness of the partition wall 1 needs to be increased because the anode rib 6a and the cathode rib 6c are reinforced by the anode rib 6a and the cathode rib 6c in a configuration in which the anode rib 6a and the cathode rib 6c are joined to the partition wall 1 by welding or the like to form an integral structure. There is no. Usually, a thickness of 0.5 to 2 mm is sufficient.
  • the material of the partition wall 1 a material having high conductivity is preferable from the viewpoint of realizing a uniform supply of electric power, and nickel plating is applied on nickel, nickel alloy, mild steel, or nickel alloy from the viewpoint of alkali resistance and heat resistance. The one that has been applied is preferable.
  • the outer frame 3 borders the partition wall 1.
  • the shape of the outer frame 3 is not particularly limited as long as the partition wall 1 can be bordered, but the outer frame 3 may have an inner surface along the direction perpendicular to the plane of the partition wall 1 over the outer edge of the partition wall 1.
  • the shape of the outer frame 3 is not particularly limited, and may be appropriately determined according to the plan-view shape of the partition wall 1.
  • the dimensions of the outer frame 3 are not particularly limited, and may be designed according to the outer dimensions of the electrode chamber 5.
  • the width of the outer frame 3 may be 10 mm to 40 mm, preferably 15 mm to 30 mm, and the extending length of the outer frame 3 is not particularly limited.
  • the partition wall 1 and the outer frame 3 may be integrated by joining by welding or other methods.
  • the partition wall 1 is provided with a flange portion extending in both directions perpendicular to the plane of the partition wall 1, and the flange is provided.
  • the portion may be a part of the outer frame 3.
  • the length of the flange portion is not particularly limited, but may be 5 mm to 20 mm, preferably 7.5 mm to 15 mm.
  • the material of the outer frame 3 a material having conductivity is preferable, and from the viewpoint of alkali resistance and heat resistance, nickel, nickel alloy, mild steel, and nickel alloy coated with nickel are preferable.
  • a gas-liquid separation box 3sp is provided in a part of the outer frame 3 in the circumferential direction.
  • the gas-liquid separation box 3sp includes a wall portion 3w that forms the same plane as the surface that abuts on the gasket 7 over the entire circumference of the outer frame 3.
  • An anode electrolyte outlet 5ao penetrating from the inner peripheral surface to the outer peripheral surface of the outer frame 3 is bored at a position of the outer frame 3 on the anode 2a side where the gas-liquid separation box 3sp is provided.
  • a cathode electrolyte outlet 5co penetrating from the inner peripheral surface to the outer peripheral surface of the inner and outer frames 3 is bored.
  • the anode electrolyte outlet 5ao and the cathode electrolyte outlet 5co will be referred to as “electrolyte outlet 5o" unless otherwise distinguished.
  • the gas-liquid separation box 3sp may be provided with ribs inside for the purpose of preventing bending due to a reaction force during stacking.
  • the shape of the rib may be appropriately selected within a range that does not disturb the flow of the electrolytic solution and the gas, and a plurality of ribs may be installed.
  • the position of the rib is preferably designed so as to suppress the amount of deflection of the gas-liquid separation box 3sp and not to obstruct the flow of the electrolytic solution and the gas.
  • ribs may be provided at a position 60 mm from the inner surface.
  • the outer frame 3 has a recess 3 dp that is recessed in the direction perpendicular to the plane of the partition wall 1. May be formed.
  • the recessed recess 3 dp engages with the locking portion of the gasket 7, which will be described later.
  • the recessed 3dp may be a continuous groove shape over the entire circumferential direction of the frame, or may be an intermittent recessed shape. In the configuration in which the locking portion of the gasket 7 engages with the outer peripheral surface or the inner peripheral surface of the outer frame 3, the recessed portion 3 dp may not be formed.
  • At least two outer frames 3 are laminated so as to overlap each other in at least a part of the frame-shaped circumferential direction in the alkaline water electrolytic cell 50.
  • the anode 2a and the cathode 2c are provided at positions sandwiching the partition wall 1.
  • reduction of energy consumption specifically, reduction of electrolysis voltage is a big problem. Since this electrolytic voltage largely depends on the electrode 2, the performance of both electrodes 2 is important.
  • the electrolytic voltage of alkaline water electrolysis is the overvoltage of the anode reaction (oxygen generation), the overvoltage of the cathode reaction (hydrogen generation), and the anode 2a and the cathode 2c. It is divided into the voltage according to the distance between the electrodes 2.
  • the overvoltage means a voltage that needs to be excessively applied beyond the theoretical decomposition potential when a certain current is passed, and the value depends on the current value. When the same current is passed, power consumption can be reduced by using the electrode 2 having a low overvoltage.
  • the requirements for the electrode 2 are high conductivity, high oxygen-evolving ability (or hydrogen-evolving ability), high wettability of the electrolytic solution on the surface of the electrode 2, and the like. Can be mentioned.
  • the requirements for the electrode 2 are that even if an unstable current such as renewable energy is used, the base material and the catalyst layer of the electrode 2 are corroded and the catalyst is used. It is difficult for the layer to fall off, to dissolve in the electrolytic solution, and for the inclusions to adhere to the diaphragm 4.
  • the size of the electrode 2 is not particularly limited and may be determined in a plane according to the size of the electrode chamber 5, which will be described later, with a length of 0.4 m to 4.0 m and a width of 0.4 m to 6. It may be 0.0 m and thickness: 0.1 mm to 3 mm. If the thickness of the electrode 2 is too thin, the electrode 2 is deformed due to the pressure difference between the anode chamber 5a and the cathode chamber 5c and the pressing pressure, for example, the end of the electrode 2 is depressed, the distance between the electrodes is widened, and the voltage is high. May become.
  • the electrode 2 in the present embodiment at least one of the anode 2a and the cathode 2c is porous in order to increase the surface area used for electrolysis and to efficiently remove the gas generated by electrolysis from the surface of the electrode 2.
  • It is preferably a body, and more preferably the anode 2a and the cathode 2c are porous bodies.
  • the porous body include plain weave mesh, punching metal, expanded metal, metal foam and the like.
  • the electrode 2 in the present embodiment may be the base material itself or may have a catalyst layer having a high reaction activity on the surface of the base material, but it is preferable that the electrode 2 has a catalyst layer having a high reaction activity on the surface of the base material. ..
  • the material of the base material is not particularly limited, but mild steel, stainless steel, nickel, and nickel-based alloys are preferable from the viewpoint of resistance to the usage environment.
  • the electrode 2 that can be used in the zero gap structure the electrode 2 having a small wire diameter and a small mesh is preferable because of its high flexibility.
  • a known material can be used as such a base material.
  • nickel, nickel alloy, stainless steel, mild steel, or nickel alloy, stainless steel, or mild steel coated with nickel can be used as the base material of the cathode 2c.
  • the wire diameter of these base materials is preferably 0.05 mm to 0.5 mm, and the opening is preferably in the range of about 30 mesh to 80 mesh.
  • the catalyst layer of the anode 2a preferably has a high oxygen-evolving ability, and nickel, cobalt, iron, a platinum group element, or the like can be used. These can form a catalyst layer as a simple substance of a metal, a compound such as an oxide, a composite oxide or an alloy composed of a plurality of metal elements, or a mixture thereof in order to realize desired activity and durability.
  • a material capable of forming a catalyst layer of the anode 2a specifically, includes, nickel plating, nickel and cobalt, alloy plating such as nickel and iron, nickel and cobalt, such as LaNiO 3 and LaCoO 3, NiCo 2 O 4 Examples thereof include composite oxides, compounds of platinum group elements such as iridium oxide, and carbon materials such as graphene.
  • the catalyst layer may contain an organic substance such as a polymer in order to improve durability and adhesiveness to a base material.
  • the catalyst layer of the cathode 2c preferably has a high hydrogen generating ability, and nickel, cobalt, iron, a platinum group element, or the like can be used. These can form a catalyst layer as a simple substance of a metal, a compound such as an oxide, a composite oxide or an alloy composed of a plurality of metal elements, or a mixture thereof in order to realize desired activity and durability.
  • Specific examples of the material capable of forming the catalyst layer of the cathode 2c include Raney nickel, a Raney alloy composed of a combination of a plurality of materials such as nickel and aluminum, or nickel and tin, and a plasma using a nickel compound or a cobalt compound as a raw material.
  • An alloy or composite compound of a porous coating produced by the spraying method nickel and an element selected from cobalt, iron, molybdenum, silver, copper, etc., and metals and oxides of platinum group elements such as platinum and ruthenium having high hydrogen generating ability.
  • platinum group element metals and oxides with other platinum group element compounds such as iridium and palladium, and rare earth metal compounds such as lanthanum and cerium, and carbon materials such as graphene.
  • a plurality of the above materials may be laminated, or a plurality of the above materials may be mixed in the catalyst layer.
  • the catalyst layer may contain an organic substance such as a polymer material in order to improve durability and adhesiveness to a base material.
  • the thickness of the catalyst layer is preferably 0.2 ⁇ m or more and 1000 ⁇ m or less, and more preferably 0.5 ⁇ m or more and 300 ⁇ m or less.
  • the thickness of the catalyst layer can be measured, for example, by observing the cross section of the electrode 2 with an electron microscope.
  • Examples of the method for forming the catalyst layer on the substrate include a thermal spraying method such as a plating method and a plasma spraying method, a thermal decomposition method in which heat is applied after applying a precursor layer solution on the substrate, and a catalytic substance mixed with a binder component. Then, a method of immobilizing the material on the substrate and a vacuum film forming method such as a sputtering method can be mentioned.
  • the specific surface area of the electrode 2 is preferably at most 0.001 m 2 / g or more 1 m 2 / g, more preferably not more than 0.005 m 2 / g or more 0.1 m 2 / g. If the specific surface area of the electrode 2 (the specific surface area of the entire electrode 2 including the base material) is small, the number of reaction active points per unit area is small, so that a low overvoltage may not be obtained. On the other hand, if the specific surface area of the water electrolysis electrode 2 is too large, the mechanical strength of the catalyst layer may decrease, and the durability may decrease.
  • the specific surface area can be measured using, for example, the BET method.
  • the measurement sample is placed in a dedicated cell and pretreated by heating and vacuum exhausting to remove adsorbents on the pore surface in advance. Then, the adsorption isotherm of gas adsorption to the measurement sample is measured at -196 ° C.
  • the specific surface area of the measurement sample can be determined by analyzing the obtained adsorption / desorption isotherm by the BET method.
  • the straightening vane 6 is arranged substantially parallel to the first direction D1 along the partition wall 1, for example.
  • the straightening vane 6 reduces the convection generated in the electrolytic chamber 5 due to the turbulence of the gas-liquid flow in the anode chamber 5a and the cathode chamber 5c, and suppresses the local temperature rise of the electrolytic solution.
  • a plurality of straightening vanes 6 are arranged at a constant interval C (pitch) in a direction perpendicular to the first direction D1 (in the illustrated example, the electrolytic solution passing direction) along the partition wall 1. It is provided.
  • the straightening vane 6 has a length substantially the same as the height of the electrode chamber 5, and is provided perpendicular to the partition wall 1.
  • the straightening vane 6 is not essential, but has through holes th at a predetermined pitch in the first direction D1 for the purpose of reducing the weight of the electrolytic cell and the like.
  • the straightening vane 6 is attached to the partition wall 1 and physically connected to the electrode 2. According to such a configuration, the straightening vane 6 serves as a support (rib) for the electrode 2, and it is easy to maintain the zero gap structure. Further, it is preferable that the straightening vane 6 is electrically connected to the partition wall 1. Further, by providing the straightening vane 6, the convection generated in the electrode chamber 5 due to the turbulence of the gas-liquid flow in the electrode chamber 5 can be reduced, and the local temperature rise of the electrolytic solution can be suppressed.
  • the rectifying plate 6 may be provided with the electrode 2, and the rectifying plate 6 may be provided with the current collector 2r, the conductive elastic body 2e, and the electrode 2 in this order.
  • the cathode current collector is superposed on the cathode 2c side in the order of the cathode rectifying plate 6c, the current collector 2r, the conductive elastic body 2e, and the cathode 2c.
  • the structure that composes is adopted.
  • On the anode 2a side a structure in which the anode rectifying plate 6a and the anode 2a are overlapped in this order is adopted.
  • the cathode in which the cathode rectifying plate 6c, the current collector 2r, the conductive elastic body 2e, and the cathode 2c are overlapped in this order on the cathode 2c side A structure constituting the current collector is adopted, and a structure in which the anode rectifying plate 6a and the anode 2a are overlapped in this order on the anode 2a side is adopted, but the present invention is not limited to this.
  • a structure may be adopted that constitutes an anode current collector in which the anode rectifying plate 6a, the current collector 2r, the conductive elastic body 2e, and the anode 2a are overlapped.
  • the rectifying plate 6 (anode rectifying plate 6a, cathode rectifying plate 6c) is attached to the partition wall 1.
  • the rectifying plate 6 (anode rectifying plate 6a, cathode rectifying plate 6c) has not only a role of supporting the anode 2a or the cathode 2c but also a role of transmitting a current from the partition wall 1 to the anode 2a or the cathode 2c.
  • the straightening vane 6 has conductivity, and it is more preferable that the entire straightening vane 6 has conductivity. According to such a configuration, it is possible to suppress an increase in the cell voltage due to the deflection of the electrode 2.
  • the electrodes 2 are bent by the pressure and the pressure of the liquid and gas in the electrode chamber 5, and are locally zero. The phenomenon of damaging the gap structure can be prevented. Further, according to the above configuration, it is easy to uniformly transmit a current to the electrode 2, and it is easy to maintain higher efficiency even in a more dense operation.
  • the material of the straightening vane 6 is determined in consideration of durability, strength, etc. in the usage environment. Examples thereof include polymer materials and metal materials. It is also possible to use multiple materials at the same time.
  • Examples of the polymer material include polysulfone, polyethersulfone, polyphenylsulfone, polyvinylidene fluoride, polycarbonate, tetrafluoroethylene / perfluoroalkyl vinyl ether copolymer, tetrafluoroethylene / ethylene copolymer, and polyvinylidene fluoride.
  • Examples thereof include polytetrafluoroethylene, perfluorosulfonic acid, perfluorocarboxylic acid, polyethylene, polypropylene, polyphenylene sulfide, polyparaphenylene benzobisoxazole, polyketone, polyimide, polyetherimide and the like.
  • polysulfone, polyethersulfone, polyphenylsulfone, polyphenylene sulfide, and polytetrafluoroethylene are preferable.
  • a conductive metal is preferably used.
  • nickel-plated mild steel, stainless steel, nickel and the like can be used.
  • the material of the straightening vane 6 is particularly preferably the same material as that of the partition wall 1, and most preferably nickel. These conductive metal materials can also be expected to have an effect of contributing to the reduction of the conductive resistance of the electrolytic cell.
  • the distance between adjacent straightening vanes 6 is determined in consideration of the electrolytic pressure, the pressure difference in the electrode chamber 5, and the like.
  • the distance C between the adjacent straightening vanes 6 is 50 mm or more and 190 mm or less, more preferably 50 mm or more and 150 mm or less, and further preferably 60 mm or more and 120 mm or less. If the distance between the straightening vanes 6 is too narrow, there is a drawback that not only the flow of the electrolytic solution or gas is hindered but also the cost increases.
  • the straightening vane 6 functions as a rib connected to the electrode 2, if the rib pitch is 50 mm or more, gas release to the back surface of the electrode 2 is good. Further, if it is too wide, there is a drawback that the electrode 2 held by a slight differential pressure between the anode chamber 5a and the cathode chamber 5c is deformed. When the rib pitch is 150 mm or less, the electrode 2 is less likely to bend.
  • the rib pitch refers to the interval (pitch) when a plurality of straightening vanes 6 are provided at a constant interval (pitch), and when the plurality of straightening vanes 6 are not provided at a constant interval (pitch). Refers to the average of the intervals between the plurality of rectifying plates 6 provided. When the distance between the two adjacent straightening vanes 6 changes (is not constant) with respect to the extending direction of the straightening vanes 6, it may be the average of the spacing between the two adjacent straightening vanes 6.
  • the number of straightening vanes 6, the length of the straightening vanes 6, the angle between the straightening vanes 6 and the partition wall 1, the number of through holes th, and the spacing (pitch) in a given direction along the partition wall of the through holes th are as follows. As long as the effect of the invention can be obtained, it may be appropriately determined.
  • the rib pitch of the anode rectifying plate 6a and the rib pitch of the cathode rectifying plate 6c may be the same or different, and both the rib pitch of the anodic rectifying plate 6a and the rib pitch of the cathode rectifying plate 6c satisfy the above range. Is preferable.
  • the length of the straightening vane 6 may be appropriately determined according to the size of the electrode chamber 5 and the electrode 2.
  • the height of the rectifying plate 6 is the distance to the end of the outer frame 3 in the direction perpendicular to the plane of the partition wall 1, the thickness of the gasket 7, the thickness of the electrode 2, the distance between the anode 2a and the cathode 2c, and the like. It may be determined as appropriate.
  • the thickness of the straightening vane 6 may be 0.5 mm to 5 mm in consideration of cost, manufacturability, strength, etc., and 1 mm to 2 mm is easy to use, but is not particularly limited.
  • the straightening vane 6 is not particularly limited, but through holes th may be appropriately provided, and it is preferable to provide through holes th at equal intervals in the extending direction of the straightening vane 6.
  • the plan-view shape of the through hole th is not particularly limited, but may be rectangular or circular, and may be, for example, a semicircular shape having a radius of 0.5 mm to 30 mm, particularly a radius of 0.5 mm to 10 mm.
  • the ratio of the area of the through hole th to the area of the straightening vane 6 may be 5% to 95%, preferably 10% to 80%, and more preferably 20% to 60%.
  • the straightening vane 6 is usually fixed to the partition wall 1 and used, but it may be attached to the partition wall 1 by any method. For example, a method using screws, a method using an adhesive, or in the case of a straightening vane using a metal material, a method by spot welding, laser welding, or the like may be used.
  • the straightening vane 6 is fixed to the partition wall 1 by means such as spot welding or laser welding.
  • the electrode 2 and the current collector 2r may be attached to the straightening vane 6 in the same manner, or may be connected by using a wire or a string-shaped member.
  • the current collector 2r examples include a cathode current collector provided on the cathode 2c side and an anode current collector provided on the anode 2a side.
  • the current collector 2r transmits electricity to the conductive elastic body 2e and the electrode 2 laminated on the current collector 2r, supports the load received from them, and allows the gas generated from the electrode 2 to pass through the partition wall 1 side without any trouble.
  • an expanded metal, a punched perforated plate, or the like is preferable.
  • the aperture ratio of the current collector 2r is preferably in a range in which the hydrogen gas generated from the electrode 2 can be extracted to the partition wall 1 side without any trouble.
  • the aperture ratio is too large, problems such as a decrease in strength or a decrease in conductivity to the conductive elastic body 2e may occur, and if it is too small, gas release may be deteriorated.
  • Nickel, nickel alloy, stainless steel, mild steel, etc. can be used as the material of the current collector 2r from the viewpoint of conductivity and alkali resistance, but nickel plating is applied on nickel or mild steel, stainless steel nickel alloy from the viewpoint of corrosion resistance. Is preferable.
  • Such fixing of the current collector 2r to the straightening vane 6 is fixed by means such as spot welding and laser welding.
  • the conductive elastic body 2e is located between the current collector 2r and the electrode 2 and is in contact with the current collector 2r and the electrode 2, so that electricity can be transmitted to the electrode 2 and the diffusion of gas generated from the electrode 2 is not hindered. It is an essential requirement. The reason why the above is a necessary requirement is that the electric resistance increases due to the inhibition of gas diffusion, and the area of the electrode 2 used for electrolysis decreases, so that the electrolysis efficiency decreases. Is. The most important role is to bring the diaphragm 4 into close contact with the electrode 2 by evenly applying an appropriate pressure to the electrode 2 so as not to damage the diaphragm 4.
  • the conductive elastic body 2e a commonly known elastic body such as an elastic body made of a wire can be used, and for example, a wire diameter of about 0.05 to 0.5 mm (preferably 0.1 mm or more and 0.5 mm or less, etc.
  • a cushion mat obtained by corrugating a woven nickel wire of 0.12 mm or more and 0.35 mm or less is preferable because it lowers the density of the conductive elastic body and easily maintains a zero gap structure.
  • the wire diameter is 0.1 mm or more and 0.5 mm or less, the density of the conductive elastic body 2e becomes low, and the effect of suppressing an increase in cell voltage can be more easily obtained, which is preferable.
  • the material of the conductive elastic body 2e is not limited, but nickel, nickel alloy, stainless steel, or mild steel plated with nickel is preferable from the viewpoint of conductivity and alkali resistance.
  • the thickness of such a conductive elastic body 2e is usually about 1 mm to 20 mm.
  • the flexibility of the conductive elastic body 2e those in a known range can be used. For example, it can be used those repulsive force at 50% compressive deformation of an elastic 30g / cm 2 ⁇ 300g / cm 2.
  • Such a conductive elastic body 2e is used by being superposed on a current collector 2r made of a conductive plate.
  • a generally known method for example, spot welding can be used as appropriate, or a resin pin, a metal wire, or the like can be used.
  • the repulsive force at the time of 50% compression deformation can be measured in accordance with JIS K6400.
  • a tabletop precision universal testing machine manufactured by Shimadzu Corporation with a product number: AGS-1kNX may be used at room temperature and atmospheric pressure under the conditions of a compression test mode.
  • the electrode 2 may be directly superposed on the conductive elastic body 2e, or the electrode 2 may be superposed via another conductive sheet.
  • the conductivity of the conductive elastic body 2e for example, the electrical resistivity measured by a tester, a digital multimeter, or the like may be 1 ⁇ 10 -9 to 1 ⁇ 10 -5 ⁇ m.
  • the conductive elastic body 2e is fixed to the electrode 2 by spot welding, preferably fixing with a metal or plastic pin, pressing the conductive elastic body 2e with elasticity, or the like.
  • a gasket 7 having a diaphragm 4 is sandwiched between outer frames 3 that border the partition wall 1.
  • the gasket 7 is used to seal between the multi-pole terminal element 60 and the diaphragm 4 and between the multi-pole terminal element 60 against the electrolytic solution and the generated gas, and the electrolytic solution and the generated gas are discharged to the outside of the electrolytic cell. Leakage and gas mixing between the polar chambers can be prevented.
  • the gasket 7 is sandwiched between the outer frames 3 of the two elements adjacent to each other, and has a frame shape capable of contacting the outer frame 3 over the entire circumferential direction. As shown in FIG. 5, in the gasket 7, a slit SL is formed along the circumferential direction on the inner peripheral surface IS.
  • the gasket 7 grips the diaphragm 4 by accommodating the edge portion of the diaphragm 4 in the slit SL and covering the edge portion over the entire circumference of the diaphragm 4. Therefore, it is possible to more reliably prevent the electrolytic solution and the gas from leaking from the end surface of the diaphragm 4.
  • the gasket 7 is provided with at least one of a first protrusion 7p1 and a second protrusion 7p2 protruding in at least one direction in the thickness direction of the slit SL.
  • first protrusion 7p1 and the second protrusion 7p2 will be referred to as "protrusion 7p" unless otherwise distinguished.
  • the protrusion 7p may be provided over the entire circumferential direction of the frame and may be ridge-shaped.
  • the first protrusion 7p1 may be formed at a position overlapping the slit SL when viewed from the thickness direction of the slit SL.
  • the second protrusion 7p2 may be formed at a position deviating from the slit SL when viewed from the thickness direction of the slit SL.
  • the protrusion 7p By providing the protrusion 7p, the protrusion 7p is locally pressed during stacking, and the diaphragm 4 housed in the slit SL is pressed by the gasket 7 at a position corresponding to the protrusion 7p. Therefore, the gasket 7 can hold the diaphragm 4 more firmly, and it becomes easier to prevent the electrolytic solution and the gas from leaking.
  • the gasket 7 is provided with a locking portion for the outer frame 3 at least in a part between the inner edge and the outer edge of the frame.
  • the locking portion projects in at least one direction in the thickness direction of the gasket 7.
  • the locking portion may have a ridge shape that is continuous along the circumferential direction of the frame, or may have a protrusion shape that is intermittent along the circumferential direction of the frame. The locking portion can fix the position of the gasket 7 with respect to the outer frame 3 and can prevent the displacement due to the deformation of the gasket 7.
  • the locking portion can be provided at an arbitrary position depending on the purpose.
  • the locking portion 7 lc in the width direction of the gasket 7, for the purpose of preventing the displacement to the outside, is on the inner peripheral surface IS side of the gasket 7 and the inner peripheral surface of the outer frame 3. It may be provided so that it can be engaged.
  • the locking portion 7 lc can be engaged with the outer peripheral surface of the outer frame 3 on the outer peripheral surface OS side for the purpose of preventing the position shift inward in the width direction of the gasket 7. It may be provided. Further, for example, as shown in FIG.
  • a locking portion 7 lc may be provided in a shape that allows engagement.
  • the gasket 7 can be installed at the intended position with respect to the outer frame 3, and it becomes easy to prevent the gasket 7 from being displaced and excessively pressed. Further, it becomes easy to prevent the gasket 7 from protruding from the outer frame 3 due to the change in the volume of the gasket 7 due to the temperature cycle and the change in the pressing force due to the change in the internal pressure of the cell. Further, the above effect can be enhanced by increasing the bending moment of the locking portion 7 lc and increasing the contact area with the outer frame 3. As an example of these methods, there are methods such as increasing the width of the locking portion 7 lc and increasing the curvature of the angle of the locking portion 7 lc.
  • the width of the locking portion 7 lc is not particularly limited, but the above effect can be further enhanced by making it the same as or larger than the length of the locking portion 7 lc.
  • the width of the locking portion 7 lc means the maximum width of the portion locked with respect to the outer frame 3 in the width direction of the gasket 7.
  • the length of the locking portion 7 lc means the maximum length from the surface of the gasket 7 along the thickness direction of the gasket 7.
  • the width of the locking portion 7 lc is not particularly limited, but is preferably 1 mm or more and 10 mm or less, and more preferably 2 mm or more and 5 mm or less. If the width of the locking portion 7 lc is within the above range, the locking portion 7 lc is less likely to break with respect to the protrusion of the gasket 7. From the same viewpoint, the length of the locking portion 7 lc is preferably 1 mm or more and 10 mm or less, and more preferably 2 mm or more and 5 mm or less.
  • the width of the locking portion 7 lc is preferably 1.0 times or more and 10 times or less the length of the locking portion 7 lc, and is 1.0 times or more. It is more preferably 5.0 times or less, and further preferably 1.0 times or more and 3.0 times or less.
  • the width of the locking portion 7lc with respect to the length of the locking portion 7 lc is within the above range, the bending moment of the locking portion 7 lc can be designed to be sufficiently high, and interference with other members such as the electrode 2 can be suppressed.
  • the material of the gasket 7 is not particularly limited, and a known rubber material, resin material, or the like having insulating properties can be selected.
  • the rubber material and resin material include natural rubber (NR), styrene-butadiene rubber (SBR), chloroprene rubber (CR), butadiene rubber (BR), acrylonitrile-butadiene rubber (NBR), and silicone rubber (SR). ), Ethylene-propylene rubber (EPT), ethylene-propylene-diene rubber (EPDM), fluororubber (FR), isobutylene-isoprene rubber (IIR), urethane rubber (UR), chlorosulfonated polyethylene rubber (CSM) and other rubbers.
  • NR natural rubber
  • SBR styrene-butadiene rubber
  • CR chloroprene rubber
  • BR butadiene rubber
  • NBR acrylonitrile-butadiene rubber
  • silicone rubber silicone rubber
  • EPT Ethylene-prop
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • PFA tetrafluoroethylene / perfluoroalkyl vinyl ether copolymer
  • ETFE tetrafluoroethylene / ethylene copolymer
  • ECTFE chlorotrifluoroethylene / ethylene copolymer
  • Fluororesin materials and resin materials such as polyphenylene sulfide (PPS), polyethylene, polyimide, and polyacetal can be used.
  • PPS polyphenylene sulfide
  • EPDM ethylene-propylene-diene rubber
  • FR fluororubber
  • a reinforcing material may be embedded in the gasket 7. As a result, it is possible to prevent the gasket 7 from being crushed when it is sandwiched between the outer frames 3 and pressed during stacking, and it is possible to easily prevent damage.
  • metal materials, resin materials, carbon materials and the like can be used as such reinforcing materials, and specifically, metals such as nickel and stainless steel, resins such as nylon, polypropylene, PVDF, PTFE and PPS, carbon particles and the like can be used. Examples include carbon materials such as carbon fiber.
  • the shape of the reinforcing material is preferably a woven fabric, a non-woven fabric, a short fiber, a porous film, or the like.
  • a protective layer may be provided on the surface of the gasket 7. Thereby, the adhesion between the gasket 7 and the element can be improved, and the alkali resistance of the gasket 7 can be improved.
  • the material of such a protective layer can also be selected from the materials of the gasket 7.
  • the size of the gasket 7 is not particularly limited, and may be designed according to the dimensions of the electrode chamber 5 and the diaphragm 4.
  • the thickness of the gasket 7 is not particularly limited, and is designed according to the material, elastic modulus, and cell area of the gasket 7.
  • the preferable thickness range is 0.5 mm or more and 10 mm or less, more preferably greater than 1.0 mm and 10 mm or less, and further preferably 3.0 mm or more and 10 mm or less.
  • the thickness of the slit SL is not particularly limited, and is designed according to the thickness of the diaphragm 4.
  • the preferred thickness range is 0.1 mm or more and 1 mm or less.
  • the depth of the slit SL from the inner peripheral surface IS is the bottom surface of the slit SL from the end of the diaphragm 4 when the edge of the diaphragm 4 is accommodated over the entire circumference in the state before the assembly of the alkaline water electrolytic cell 50. It is preferable that a gap is formed in the meantime.
  • the state of the gasket 7 before assembling the alkaline water electrolytic cell 50 is considered to be substantially equal to the state of the gasket 7 that is sandwiched by the outer frame 3 in the alkaline water electrolytic cell 50 after assembly, in other words, the pressing is released. ..
  • the height of the protrusion 7p in the state before assembling the alkaline water electrolytic cell 50 is not particularly limited, but is preferably 0.5 mm to 5 mm in order to exhibit a sufficient pressing pressure. ..
  • the elastic modulus of the gasket 7 is not particularly limited, and is designed according to the material of the electrode 2 and the cell area.
  • the tensile stress at the time of 100% deformation is preferably in the range of 0.20 MPa to 20 MPa, and more preferably in the range of 0.5 MPa to 15 MPa from the viewpoint of sealing characteristics and cell strength at the time of stacking.
  • the range of 1.0 MPa to 10 MPa is more preferable.
  • the tensile stress can be measured in accordance with JIS K6251. For example, Autograph AG manufactured by Shimadzu Corporation may be used.
  • the thickness of the gasket 7 is 0.5 mm to 10 mm, and the tensile stress at the time of 100% deformation is 1.0 MPa to 10 MPa from the viewpoint of suppressing an increase in the cell voltage due to electrode bending. It is preferable from the viewpoint of sealing characteristics and cell strength at the time of stacking. Further, it is preferable that the compressive strain of the gasket 7 is 10% or more and 40% or less when the gasket 7 is pressed at 2 MPa.
  • An adhesive may be used when attaching the gasket 7 to the multi-pole terminal element 60.
  • An adhesive can be applied to one side of the gasket 7 and attached to the outer frame 3 on one side of the element. After the adhesive is dried, it is preferable to sprinkle water on the surface of the electrode 2 of the multi-pole terminal element 60 to moisten the electrode 2.
  • the gasket 7 provided with the slit SL for accommodating the edge portion of the diaphragm 4 so that the diaphragm 4 can be held, the gasket 7 may be attached while holding the diaphragm 4, or the diaphragm 4 may be held after the attachment. ..
  • the diaphragm 4 is gripped by the gasket 7 in the slit SL as described above.
  • an ion-permeable membrane is used to separate the generated hydrogen gas and oxygen gas while conducting ions.
  • an ion exchange membrane having an ion exchange ability and a porous membrane capable of permeating an electrolytic solution can be used.
  • the ion-permeable diaphragm 4 preferably has low gas permeability, high ionic conductivity, low electron conductivity, and high strength.
  • the tensile breaking strength of the diaphragm 4 is preferably 10 MPa or more from the viewpoint of preventing the portion gripped by the gasket 7 from breaking. Further, the tensile breaking strength of the diaphragm 4 is preferably 40 MPa or less.
  • the size of the diaphragm 4 is not particularly limited as long as the edge of the diaphragm 4 is accommodated in the slit SL as a whole, and may be designed according to the dimensions of the slit SL.
  • the thickness of the diaphragm 4 is not particularly limited, but is preferably 0.1 mm or more and 1 mm or less.
  • the porous membrane has a plurality of fine through holes and has a structure in which the electrolytic solution can permeate through the diaphragm 4. Since the electrolytic solution permeates into the porous membrane to exhibit ionic conduction, it is very important to control the porous structure such as pore size, porosity, and hydrophilicity. On the other hand, it is required that not only the electrolytic solution but also the generated gas do not pass through, that is, it has a gas blocking property. From this point of view, control of the porous structure is important.
  • the porous membrane has a plurality of fine through holes.
  • the porous membrane include a polymer porous membrane, an inorganic porous membrane, a woven fabric, and a non-woven fabric. These can be produced by a known technique.
  • the porous membrane preferably contains a polymer material and hydrophilic inorganic particles, and the presence of the hydrophilic inorganic particles can impart hydrophilicity to the porous membrane.
  • polymer material examples include polysulfone, polyethersulfone, polyphenylsulfone, polyvinylidene fluoride, polycarbonate, tetrafluoroethylene / perfluoroalkyl vinyl ether copolymer, tetrafluoroethylene / ethylene copolymer, and polyvinylidene fluoride.
  • polysulfone polyethersulfone, polyphenylsulfone, polyphenylene sulfide, and polytetrafluoroethylene are preferable, and polysulfone is more preferable. These may be used alone or in combination of two or more.
  • polysulfone By using polysulfone, polyethersulfone, and polyphenylsulfone as the polymer material, resistance to high temperature and high concentration alkaline solutions is further improved. Further, for example, by using a method such as a non-solvent-induced phase separation method, the diaphragm 4 can be formed more easily. Particularly with polysulfone, the pore size can be controlled more accurately.
  • the pore size is controlled in order to obtain appropriate membrane physical characteristics such as separability and strength. Further, when used for alkaline water electrolysis, the pore size of the porous film is controlled from the viewpoint of preventing mixing of oxygen gas generated from the anode 2a and hydrogen gas generated from the cathode 2c and reducing voltage loss in electrolysis. Is preferable.
  • the larger the average pore size of the porous membrane the larger the permeation amount of the porous membrane per unit area. Especially in electrolysis, the ion permeability of the porous membrane becomes good, and the voltage loss tends to be easily reduced. Further, the larger the average pore size of the porous membrane, the smaller the contact surface area with alkaline water, so that the deterioration of the polymer tends to be suppressed. On the other hand, the smaller the average pore size of the porous membrane, the higher the separation accuracy of the porous membrane, and the better the gas blocking property of the porous membrane tends to be in electrolysis.
  • hydrophilic inorganic particles having a small particle size which will be described later, are supported on the porous membrane, they can be firmly held without being lost. As a result, the high holding ability of the hydrophilic inorganic particles can be imparted, and the effect can be maintained for a long period of time.
  • the maximum pore size of the porous membrane is preferably controlled in order to improve the separation accuracy of the porous membrane. Specifically, the smaller the difference between the average pore size and the maximum pore size, the higher the separation performance of the porous membrane tends to be. In particular, in electrolysis, since the variation in the pore diameter in the porous membrane can be kept small, it is possible to reduce the possibility that pinholes are generated and the purity of the gas generated from both electrode chambers 5 is lowered.
  • the average water-permeable pore diameter (average pore diameter) of the porous membrane is preferably 0.01 ⁇ m or more and 1.0 ⁇ m or less, and more preferably 0.1 ⁇ m or more and 0.5 ⁇ m or less.
  • the average permeable pore diameter is 0.01 ⁇ m or more, the pores are less likely to be clogged and the pores are less likely to be clogged by impurities. Further, when it is 1.0 ⁇ m or less, the gas blocking property is excellent.
  • the average pore diameter is 0.01 ⁇ m or more and 1.0 ⁇ m or less, and / or the maximum pore diameter is larger than 0.01 ⁇ m and 2.0 ⁇ m or less.
  • the pore size of the porous membrane is within this range, both excellent gas blocking property and high ion permeability can be achieved at the same time.
  • the pore size of the porous membrane is controlled in the temperature range actually used. Therefore, for example, when used as a diaphragm 4 for electrolysis in an environment of 90 ° C., it is preferable to satisfy the above-mentioned pore size range at 90 ° C. Further, the porous membrane has an average pore diameter of 0.1 ⁇ m or more and 0.5 ⁇ m or less and / or a maximum pore diameter as a range in which better gas blocking property and high ion permeability can be exhibited as the diaphragm 4 for alkaline water electrolysis.
  • the average pore size and the maximum pore size of the porous membrane can be measured by the following methods.
  • the average water permeability pore size of the porous membrane means the average water permeability pore size measured by the following method using a integrity tester (“Sartorius Stedim Japan Co., Ltd.,“ Sartocheck Junior BP-Plus ”).
  • a integrity tester (“Sartorius Stedim Japan Co., Ltd.,“ Sartocheck Junior BP-Plus ”).
  • the porous membrane is cut out to a predetermined size including the core material, and this is used as a sample. This sample is set in an arbitrary pressure-resistant container, and the inside of the container is filled with pure water.
  • the pressure-resistant container is held in a constant temperature bath set to a predetermined temperature, and the measurement is started after the inside of the pressure-resistant container reaches a predetermined temperature.
  • the average permeability hole diameter can be obtained from the following Hagen-Poiseuille equation using the gradient between the pressure between 10 kPa and 30 kPa and the permeability flow rate.
  • Average permeable hole diameter (m) ⁇ 32 ⁇ L ⁇ 0 / ( ⁇ P) ⁇ 0.5
  • ⁇ is the viscosity of water (Pa ⁇ s)
  • L is the thickness of the porous film (m)
  • ⁇ 0 is the apparent flow velocity
  • ⁇ 0 (m / s) flow rate (m 3 / s) / flow.
  • ⁇ is the porosity and P is the pressure (Pa).
  • the maximum pore size of the porous membrane can be measured by the following method using an integrity tester (“Sartorius Stedim Japan, Inc.,“ Sartocheck Junior BP-Plus ”).
  • an integrity tester (“Sartorius Stedim Japan, Inc.,“ Sartocheck Junior BP-Plus ”).
  • the porous membrane is cut out to a predetermined size including the core material, and this is used as a sample.
  • This sample is wetted with pure water, the pores of the porous membrane are impregnated with pure water, and this is set in a pressure-resistant container for measurement.
  • the pressure-resistant container is held in a constant temperature bath set to a predetermined temperature, and the measurement is started after the inside of the pressure-resistant container reaches a predetermined temperature.
  • the upper surface side of the sample is pressurized with nitrogen, and the nitrogen pressure when bubbles are continuously generated from the lower surface side of the sample is defined as the bubble point pressure.
  • the maximum pore diameter can be obtained from the following bubble point equation, which is a modification of the Young-Laplace equation.
  • Maximum hole diameter (m) 4 ⁇ cos ⁇ / P
  • ⁇ is the surface tension of water (N / m)
  • cos ⁇ is the contact angle between the surface of the porous membrane and water (rad)
  • P bubble point pressure (Pa).
  • the diaphragm 4 for alkaline water electrolysis from the viewpoints of gas blocking property, maintenance of hydrophilicity, prevention of decrease in ion permeability due to adhesion of bubbles, and stable electrolysis performance (low voltage loss, etc.) for a long time can be obtained. , It is preferable that the porosity of the porous film is controlled.
  • the lower limit of the porosity of the porous membrane is preferably 30% or more, more preferably 35% or more, and more preferably 40% or more. Is even more preferable.
  • the upper limit of the porosity is preferably 70% or less, more preferably 65% or less, further preferably 60% or less, and even more preferably 55% or less.
  • the porosity of the porous membrane is preferably 30% or more and 70% or less.
  • the porosity of the porous membrane is not more than the above upper limit value, ions easily permeate through the membrane, and the voltage loss of the membrane can be suppressed. Further, when the porosity of the diaphragm is 30% or more, the cell voltage is unlikely to become too high. Further, if it is 70% or less, the gas blocking property and the mechanical strength are good, and it is difficult to be deformed. In addition, even if it is used for a long period of time, it is difficult for gaps to be formed, and the pores in the porous membrane are not easily crushed.
  • the porosity of the porous membrane refers to the porosity obtained by the Archimedes method, and can be obtained by the following formula.
  • Porosity P (%) ⁇ / (1 + ⁇ ) x 100
  • ⁇ (W3-W1) / (W3-W2)
  • W1 is the dry mass (g) of the porous membrane
  • W2 is the mass in water of the porous membrane (g)
  • W3 is the satiety mass of the porous membrane (W3) g).
  • a porous membrane washed with pure water is cut into three pieces having a size of 3 cm x 3 cm and used as a measurement sample.
  • W2 and W3 of the sample are measured.
  • the porous membrane is allowed to stand for 12 hours or more in a dryer set at 50 ° C. to dry, and W1 is measured.
  • the porosity is obtained from the values of W1, W2, and W3.
  • the porosity is calculated for three samples, and the arithmetic mean value thereof is defined as the porosity P.
  • the thickness of the porous membrane used as the diaphragm 4 is not particularly limited, but is preferably 0.20 mm or more and 1 mm or less, more preferably 0.25 mm or more and 0.7 m or less, and further preferably 0.30 mm or more and 0.6 mm. It is as follows. The thickness of the porous membrane can be measured by the method described in Examples described later.
  • the thickness of the porous membrane is equal to or greater than the above lower limit, it is difficult to tear due to piercing or the like, and it is difficult for short circuits between electrodes. In addition, the gas barrier property is improved. Further, when the thickness of the porous membrane is 0.20 mm or more, more excellent gas blocking property can be obtained, and the strength of the porous membrane against impact is further improved. From this viewpoint, the lower limit of the thickness of the porous membrane is more preferably 0.25 mm or more.
  • the thickness of the porous membrane is not more than the above upper limit value, the voltage loss is unlikely to increase. In addition, the influence of variation in the thickness of the porous membrane is reduced. When the thickness of the porous membrane is 0.7 mm or less, the voltage loss is unlikely to increase. In addition, the influence of variation in the thickness of the porous membrane is reduced. When the thickness of the porous membrane is 1 mm or less, the resistance of the electrolytic solution contained in the pores during operation makes it difficult for the ion permeability to be hindered, and more excellent ion permeability can be maintained. From this point of view, the upper limit of the thickness of the porous membrane is more preferably 0.7 mm or less, and further preferably 0.6 mm or less.
  • the anode terminal element 51a has a structure in which the components on the cathode 2c side of the multi-pole terminal element 60 are omitted, and has a partition wall 1, an outer frame 3, and an anode 2a.
  • the anode terminal element 51a is arranged so that the anode 2a faces the cathode terminal element 51c side.
  • the cathode terminal element 51c has a structure in which the components on the anode 2a side of the multi-pole terminal element 60 are omitted, and has a partition wall 1, an outer frame 3, and a cathode 2c. In the alkaline water electrolytic cell 50, the cathode terminal element 51c is arranged so that the cathode 2c faces the anode terminal element 51a side.
  • the electrolytic cell 65 includes a partition wall 1, an anode chamber 5a, an anode 2a, and a diaphragm 4 of one element, and a cathode 2c, a cathode chamber 5c, and a partition wall 1 of the other element.
  • the electrode chamber 5 functions as a flow path through which the electrolytic solution passes.
  • the partition wall 1, the portion of the outer frame 3 on the anode 2a side, and the diaphragm 4 facing the anode 2a define the anode chamber 5a.
  • the partition wall 1, the portion of the outer frame 3 on the cathode 2c side, and the diaphragm 4 facing the cathode 2c define the cathode chamber 5c.
  • the electrode chamber 5 is provided with an electrolytic solution inlet 5ai and 5ci in the outer frame 3 for introducing the electrolytic solution into the electrode chamber 5. Further, as shown in FIG. 4, the electrode chamber 5 is provided with an electrolytic solution outlets 5ao and 5co for leading out the electrolytic solution from the electrode chamber 5 in the outer frame 3. More specifically, in the anode chamber 5a, as shown in FIG. 9, an anode electrolyte inlet 5ai for introducing an electrolytic solution into the anode chamber 5a, and as shown in FIG. 4, electrolysis derived from the anode chamber 5a. An anodic electrolyte outlet 5ao for leading out the liquid is provided. Similarly, in the cathode chamber 5c, as shown in FIG.
  • the cathode electrolytic solution inlet 5ci for introducing the electrolytic solution into the cathode chamber 5c and the electrolytic solution derived from the cathode chamber 5c are derived as shown in FIG.
  • the cathode electrolyte outlet 5co is provided.
  • the alkaline water electrolytic cell 50 is installed in the electrode chamber 5 so that the electrolytic solution inlets 5ai and 5ci and the electrolytic solution outlets 5ao and 5co face vertically downward and vertically, respectively.
  • the partition wall 1 may be arranged so that the first direction D1 along the partition wall 1 is in the same direction as the direction of one set of sides among the two sets of opposite sides.
  • the distance between the anode 2a and the cathode 2c (hereinafter, also referred to as "pole distance") is made as small as possible so that it exists between the anode 2a and the cathode 2c. It is effective to eliminate the influence of the electrolytic solution and air bubbles.
  • the anode 2a and the diaphragm 4 are in contact with each other over the entire surface of the electrode 2, and the cathode 2c and the diaphragm 4 are in contact with each other, or the distance between the electrodes is substantially the same as the thickness of the diaphragm 4 over the entire surface of the electrode 2.
  • a zero-gap structure Z that can be maintained between the anode 2a and the diaphragm 4 and between the cathode 2c and the diaphragm 4 with almost no gap is adopted.
  • a spring which is an elastic body, is arranged between the electrode 2 and the partition wall 1 as a means for reducing the distance between the electrodes, and the spring supports the electrode 2. It is preferable to take a form.
  • a spring made of a conductive material may be attached to the partition wall 1, and an electrode 2 may be attached to the spring.
  • a spring may be attached to the electrode rib 6 attached to the partition wall 1, and the electrode 2 may be attached to the spring.
  • the structure is less deformed even when pressed. May be.
  • the electrode 2 supported via the elastic body has a flexible structure that deforms when the diaphragm 4 is pressed, so that the alkali water electrolytic cell 50 has a tolerance in manufacturing accuracy and unevenness due to deformation of the electrode 2. Can be absorbed to maintain the zero gap structure Z.
  • a current collector 2r is attached to the tip of a rectifying plate 6 that is in electrical contact with the partition wall 1, and a conductive elastic body is attached to the side of the current collector 2r opposite to the partition wall 1 side. It is possible to form at least a three-layer structure in which the 2e is attached and the electrode 2 is superposed on the portion on the diaphragm 4 side adjacent to the conductive elastic body 2e.
  • the elastic body may be composed of the current collector 2r and the conductive elastic body 2e.
  • the conductive elastic body 2e and the current collector 2r are placed between the cathode 2c and the partition wall 1, and the conductive elastic body 2e is the cathode 2c and the current collector 2r. It is provided so that it is sandwiched between the two. Further, the cathode current collector 2r is preferably in contact with the cathode rib 6. Alternatively, the conductive elastic body 2e and the current collector 2r may be provided between the anode 2a and the partition wall 1 so that the conductive elastic body 2e is sandwiched between the anode 2a and the current collector 2r.
  • the anode ribs 6 and the anode 2a are stacked in this order on the anode 2a side of the partition wall 1, and the cathode ribs 6 and the cathode collection are on the cathode 2c side of the partition wall 1.
  • a multi-pole terminal element 60 in which an electric body 2r, a conductive elastic body 2e, and a cathode 2c are stacked in this order is superposed with a diaphragm 4 in between, and the diaphragm 4 is in contact with the anode 2a and the cathode 2c. It is preferable to have.
  • the pressing surface pressure of the gasket 7 by the outer frame 3 in this embodiment is 1 MPa or more and 10 MPa or less.
  • the pressing surface pressure is the average pressing surface pressure of the entire contact surface of the gasket 7 and the outer frame 3.
  • the average pressing surface pressure is obtained by subtracting the contact surface pressure between the electrodes 2 and the internal pressure of the alkaline water electrolytic cell 50 due to the zero gap structure from the tightening pressure of the alkaline water electrolytic cell 50.
  • the pressing surface pressure of the gasket 7 is sufficient if it is designed so that a contact surface pressure equal to the internal pressure can be obtained, but it is generally designed to be high in consideration of the smoothness of the contact surface and the creep of the gasket 7. is there. Therefore, the pressing surface pressure of the gasket 7 may be appropriately selected within a range not exceeding the physical durability of the gasket 7 in consideration of the internal pressure of the alkaline water electrolytic cell 10, and the pressing surface pressure of the present embodiment is the protrusion 7p. It should be designed so that a contact surface pressure equal to or higher than the internal pressure of the alkaline water electrolytic cell 50 is applied.
  • the gasket 7 in the present embodiment has a slit SL, and for the purpose of preventing leakage in the tank described later, the pressing surface pressure is such that the contact surface pressure between the slit SL surface and the diaphragm 4 in the gasket 7 is equal to or higher than the internal pressure. Should be designed to be.
  • the inventor of the present application has found that the pressing surface pressure of the gasket 7 is 1 MPa or more and 10 MPa or less, and the maximum contact surface pressure described later is 3 MPa or more and 20 MPa or less. It has been found that the purpose of preventing out-of-tank leaks and in-tank leaks can be achieved while preventing breakage and cracking of the gasket 7 or the diaphragm 4. More specifically, if the pressing surface pressure of the gasket 7 is 1 MPa or more, leakage of the electrolytic solution from between the gasket 7 and the outer frame 3 and gas generated by electrolysis (out-of-tank leak) can only be prevented. In addition, leaks in the tank, which will be described later, can be prevented. Further, when the pressing surface pressure of the gasket 7 is 10 MPa or less, breakage and cracking of the gasket 7 or the diaphragm 4 can be prevented.
  • the gasket 7 is deformed so that the slit SL is narrowed by pressing from the outer frame 3. Further, the gasket 7 is deformed so that the first protrusion 7p1 and the second protrusion 7p2 are crushed by the pressing.
  • the first protrusion 7p1 can be deformed in the thickness direction of the slit SL in the gasket 7. Therefore, the gasket 7 presses the diaphragm 4 at a position overlapping the first protrusion 7p1 when viewed from the thickness direction of the slit SL with a maximum contact surface pressure larger than that of the other positions.
  • the maximum contact surface pressure is 3 MPa or more and 20 MPa or less. Further, the maximum contact surface pressure is preferably 1.5 times or more the pressing surface pressure of the gasket 7 by the outer frame 3. If the maximum contact surface pressure is 1.5 times or more of the pressing surface pressure, the pressing force required to suppress both the in-tank leak and the out-of-tank leak can be efficiently used, and the creep speed of the gasket can be reduced. Can be done. Further, since the load applied to the outer frame and other members can be reduced, it is possible to suppress the occurrence of unintended bending in the electrolytic cell.
  • the maximum contact surface pressure of the gasket 7 is required to be designed to satisfy the same purpose as the pressing surface pressure.
  • the inventor of the present application has a maximum contact surface pressure of 3 MPa or more and 20 MPa or less, and a pressing surface pressure of the gasket 7 of 1 MPa or more as described above. It has been found that the purpose of preventing leakage outside the tank and leakage inside the tank can be achieved while preventing breakage and cracking of the gasket 7 or the diaphragm 4 when the pressure is 10 MPa or less. More specifically, if the maximum contact surface pressure is 3 MPa or more, leakage of the electrolytic solution and the gas generated by electrolysis between the two electrode chambers 5 via the diaphragm 4 via the gasket 7 and the diaphragm 4. (Leak in the tank) can be prevented. When the maximum contact surface pressure is 20 MPa or less, breakage and cracking of the gasket 7 and the diaphragm 4 can be prevented.
  • the alkaline water electrolytic cell 50 is released from tightening with a tie rod 51r or the like, the gasket 7 is pulled out, and the diaphragm 4 held by the gasket 7 is replaced with a pressure-sensitive paper that changes color according to the pressure. Again, the gasket 7 is sandwiched between the outer frames 3 with the same pressing surface pressure as before the release. After pinching, the pressure-sensitive paper is released from the tightening again, the pressure-sensitive paper is taken out from the extracted gasket 7, and the discolored color is visually observed.
  • the amount of deflection of the wall portion 3w of the box 3sp is preferably 0.3 mm or less.
  • the amount of bending of the wall portion 3w when the outer frame 3 is pressed against the gasket 7 with ⁇ MPa can be measured by the method described in Examples described later.
  • the thickness of the diaphragm cut out to an appropriate size was measured at 5 points or more with a digital thickness gauge, and the arithmetic mean thereof was taken as the thickness of the diaphragm.
  • the amount of deflection of the wall of the gas-liquid separation box which will be described later, was measured by image analysis by X-ray CT. In the measurement, the amount of deflection of the wall portion was measured at 5 points or more with respect to the width direction of the electrolytic cell with the cell frame described later pressed against the gasket at 2 MPa, and the arithmetic mean thereof was taken as the amount of deflection of the wall portion.
  • the compressive strain of the gasket was measured using an autograph manufactured by Shimadzu Corporation. In the measurement, the diaphragm was sandwiched in the slit of the gasket cut out to a length of 40 mm and compressed at a strain rate of 100% / min. Then, the compressive strain at a stress of 2 MPa was read from the obtained stress-strain diagram.
  • a cell frame made of a transparent material (acrylic) that allows the inside of the electrolytic cell to be visually recognized was used.
  • an acrylic plate having a thickness of Q: 75 mm, a width of R: 300 mm, and a length of P: 1.45 m or 2.65 m was prepared.
  • this acrylic plate was shaved from one side by the amount of space to be the electrode chamber (predetermined thickness, width: 250 mm, predetermined vertical width) to form an electrode chamber of a desired size.
  • the acrylic plate forming the electrode chamber in the vertical direction On one end side of the acrylic plate forming the electrode chamber in the vertical direction, it is shaved by laser processing so that it has the same thickness and width as the electrode chamber and has a predetermined vertical width, the opened part is covered with an acrylic plate, and it is bonded by welding.
  • a gas-liquid separation box was formed. In this way, a box-shaped cell frame having an electrode chamber and a gas-liquid separation box was prepared.
  • anode As the anode, a nickel-expanded base material that had been previously blasted was used. The size of the anode was the same as the size of the electrolytic chamber.
  • a plain weave mesh base material obtained by knitting fine nickel wires having a diameter of 0.15 mm with 40 mesh openings was used.
  • the thickness of the cathode was 0.3 mm.
  • the size of the cathode was the same as the size of the electrolytic chamber.
  • a commercially available perforated membrane for water electrolysis (“Zirphon Perl UTP500”, manufactured by Agfa) was used.
  • the thickness of the diaphragm was 500 um, and the tensile breaking strength at room temperature was 25 MPa.
  • gasket As the gasket, a gasket made of EPDM rubber and having an elastic modulus of 4.0 MPa at the time of 100% deformation was used. As the gasket inserted between the cell frame and the electrode, a gasket whose opening size in a plan view is the size of the electrode chamber of the acrylic cell frame was used.
  • the dimension of the opening in a plan view is the dimension of the electrode chamber of the cell frame made of acrylic, and here, in the central portion of the inner wall of the opening in the thickness direction.
  • a diaphragm having a 0.4 mm thick slit structure was used to hold the diaphragm by inserting it.
  • gaskets A to K shown in Table 1 were manufactured and used.
  • the gaskets A to F and the gaskets I to K have protrusions 7p1 that overlap the slit SL when viewed from the height direction of the protrusions 7p as the first protrusions 7p1.
  • the gasket A, the gasket C, the gasket E, and the gaskets I to K have as the second protrusion 7p2, a protrusion 7p2 that overlaps the slit SL when viewed from the height direction of the protrusion 7p.
  • the gasket I and the gasket J have a locking portion 7 lc on the inner peripheral side.
  • the gasket K has a locking portion 7 lc on the inner peripheral side and the outer peripheral side.
  • the protrusion height h is the height from the surface of the gasket 7 where the protrusion 7p is provided, as shown in FIG.
  • the protrusion height h is the height of the first protrusion 7p1 in the gasket 7 having the first protrusion 7p1.
  • the protrusion height h is the height of the second protrusion 7p2 in the gasket 7 having the second protrusion 7p2.
  • the protrusion width w is the width of the protrusion 7p in the circumferential direction of the gasket 7 and the direction perpendicular to the height direction of the protrusion 7p.
  • the protrusion width w is the width of the first protrusion 7p1 in the gasket 7 having the first protrusion 7p1.
  • the protrusion width w is the width of the second protrusion 7p2 in the gasket 7 having the second protrusion 7p2.
  • the first protrusion position L1 is from the inner end of the gasket 7 in the direction perpendicular to the circumferential direction of the frame and the height direction of the protrusion 7p of the first protrusion 7p1. Is the distance to the position where the maximum height is reached.
  • the second protrusion position L2 is from the inner end of the gasket 7 in the direction perpendicular to the circumferential direction of the frame and the height direction of the protrusion 7p of the second protrusion 7p2. Is the distance to the position where the maximum height is reached.
  • the total width W is the width from the inner end to the outer end of the gasket 7 in the cross section perpendicular to the circumferential direction of the frame of the gasket 7.
  • the total width W is the width excluding the width of the locking portion 7 lc. is there.
  • the slit length S is the depth of the slit SL from the inner end of the gasket 7 in the circumferential direction of the frame and the direction perpendicular to the height direction of the protrusion.
  • the total length H is, as shown in FIG.
  • the thickness of the gasket including the protrusion 7p is the thickness excluding the length Lf of the locking portion 7 lc.
  • the slit thickness s is the distance between the opposing inner surfaces of the slit SL in the height direction of the protrusion 7p.
  • the width Wf of the locking portion 7 lc is the maximum value of the length protruding outward or inward from the total width W in contact with the outer frame.
  • the locking portion length Lf is the maximum length of the locking portion 7 lc protruding from the surface of the gasket 7 in the gasket thickness direction, as shown in FIGS. 12 and 13.
  • the press plate, the anode cell frame, the gasket 7, the anode 2a, the gasket 7 containing the diaphragm 4, the cathode 2c, the gasket 7, the cathode cell frame, and the press plate are arranged in this order. These were stacked by tightening them with tie rods 51r from both sides of the press plate, and a model electrolytic cell was assembled.
  • a hose 10Oai on the anode inlet side for allowing the electrolytic solution to flow into the anode chamber was attached vertically below the cell frame for the anode.
  • An anode outlet side hose 10Oao for flowing out the electrolytic solution from the anode chamber was attached above the side surface of the anode cell frame.
  • a cathode inlet-side hose 10Oci for allowing the electrolytic solution to flow into the cathode chamber was attached vertically below the cathode cell frame.
  • a cathode outlet side hose 10Oco for allowing the electrolytic solution to flow out of the cathode chamber was attached vertically above the cathode cell frame.
  • a pressure gauge PI was attached to the anode outlet side hose 10Oao and the cathode outlet side hose 10Oco.
  • the anode inlet side hose 10Oai, the anode outlet side hose 10Oao, and the cathode inlet side allow the electrolytic solution to pass through the acrylic cell frame which is the housing, as in the out-of-tank leak test.
  • a hose 10Oci and a cathode outlet side hose 10Oco were attached.
  • the cathode outlet side hose 10Oco was connected to the nozzle of the container VL having a nozzle at the lower end.
  • the valves of the anode inlet side hose 10Oai and the anode outlet side hose 10Oao were closed.
  • water is poured into the container VL so as to have a height of 50 cm
  • the inflow of air is started from the cathode inlet side hose 10Oci, and the bubbles due to the air flowing out so that bubbles are stably generated from the container VL are released.
  • the pressure on the cathode side is maintained at 5 kPa, and a pressure difference from the anode side is generated. After 10 minutes from the start of the inflow, the fluctuation of the pressure value on the anode side was measured.
  • the anode outlet side hose 10Oao was opened, soapy water was applied to the anode outlet hose 10Oao, and it was visually determined whether or not bubbles were generated. If the fluctuation of the pressure gauge was within 0.5 kPa or no bubbles were generated, the result was passed.
  • the amount of gasket protrusion before and after repeated tightening was measured. If the difference between the front and back was ⁇ 1 mm, it was evaluated as A, if it was within ⁇ 3 mm, it was evaluated as B, and if it was more than that, it was evaluated as C.
  • the amount of protrusion of the gasket is the length from the outermost part of the outer frame to the outermost part of the gasket.
  • Example 1 Using the gasket A shown in Table 1, the model electrolytic cell was tightened with the tie rod 51r at 2.0 MPa to prepare the model electrolytic cell of Example 1.
  • the model electrolytic cell of Example 1 was subjected to an evaluation test excluding the above-mentioned measurement and repeated tightening test, and the results are shown in Table 2.
  • Example 2 Using the gasket B shown in Table 1, the model electrolytic cell was tightened with the tie rod 51r at 2.5 MPa to prepare the model electrolytic cell of Example 2.
  • the model electrolytic cell of Example 2 was subjected to an evaluation test excluding the above-mentioned measurement and repeated tightening test, and the results are shown in Table 2.
  • Example 3 Using the gasket C shown in Table 1, the model electrolytic cell was tightened with the tie rod 51r at 1.0 MPa to prepare the model electrolytic cell of Example 3. The model electrolytic cell of Example 3 was subjected to an evaluation test excluding the above-mentioned measurement and repeated tightening test, and the results are shown in Table 2.
  • Example 4 Using the gasket D shown in Table 1, the model electrolytic cell was tightened with the tie rod 51r at 1.5 MPa to prepare the model electrolytic cell of Example 4. The model electrolytic cell of Example 4 was subjected to an evaluation test excluding the above-mentioned measurement and repeated tightening test, and the results are shown in Table 2.
  • Example 5 Using the gasket E shown in Table 1, the model electrolytic cell was tightened with the tie rod 51r at 4.0 MPa to prepare the model electrolytic cell of Example 5.
  • the model electrolytic cell of Example 5 was subjected to an evaluation test excluding the above-mentioned measurement and repeated tightening test, and the results are shown in Table 2.
  • Example 6 Using the gasket F shown in Table 1, the model electrolytic cell was tightened with the tie rod 51r at 5.0 MPa to prepare the model electrolytic cell of Example 6. The model electrolytic cell of Example 6 was subjected to an evaluation test excluding the above-mentioned measurement and repeated tightening test, and the results are shown in Table 2.
  • Example 7 The model electrolytic cell of Example 7 was prepared by tightening the model electrolytic cell with the tie rod 51r using the gasket I shown in Table 1. The above-mentioned measurement and evaluation test were performed on the model electrolytic cell of Example 7, and the results are shown in Table 2.
  • the in-tank leak test shown in Table 2 is the result obtained after the repeated tightening test.
  • the leak test in the tank after the repeated tightening test passed, and the amount of gasket protrusion was A.
  • Example 8 The model electrolytic cell of Example 8 was prepared by tightening the model electrolytic cell with the tie rod 51r using the gasket J shown in Table 1. The above-mentioned measurement and evaluation test were performed on the model electrolytic cell of Example 8, and the results are shown in Table 3.
  • the in-tank leak test shown in Table 2 is the result obtained after the repeated tightening test.
  • the leak test in the tank after the repeated tightening test passed, and the amount of gasket protrusion was B.
  • Example 9 The model electrolytic cell of Example 9 was prepared by tightening the model electrolytic cell with the tie rod 51r using the gasket K shown in Table 1. The above-mentioned measurement and evaluation test were performed on the model electrolytic cell of Example 9, and the results are shown in Table 3.
  • the in-tank leak test shown in Table 3 is the result obtained after the repeated tightening test.
  • the leak test in the tank after the repeated tightening test passed, and the amount of gasket protrusion was A.
  • Comparative Example 1 Using the gasket A shown in Table 1, the model electrolytic cell was tightened with the tie rod 51r at 0.5 MPa to prepare the model electrolytic cell of Comparative Example 1. The model electrolytic cell of Comparative Example 1 was subjected to an evaluation test excluding the above-mentioned measurement and repeated tightening test, and the results are shown in Table 3.
  • Comparative Example 2 (Comparative Example 2) Using the gasket A shown in Table 1, the model electrolytic cell was tightened with the tie rod 51r at 10.0 MPa to prepare the model electrolytic cell of Comparative Example 2. The model electrolytic cell of Comparative Example 2 was subjected to an evaluation test excluding the above-mentioned measurement and repeated tightening test, and the results are shown in Table 3.

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Abstract

アルカリ水電解槽（５０）は少なくとも２つの外枠とガスケット(７)と隔膜(４)とを有する。２つの外枠を周方向における少なくとも一部において重なるように積層させる。ガスケット(７)を２つの外枠に挟持させる。ガスケット(７)は外枠と周方向の全体に亘って当接可能な枠状である。ガスケット(７)の内周面において周方向に沿ってスリットを形成する。隔膜(４)をガスケット(７)のスリットにおいて把持させる。外枠によるガスケット(７)の押付面圧が１ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下である。ガスケット(７)と隔膜(４)との最大接触面圧が３ＭＰａ以上２０ＭＰａ以下である。

Description

アルカリ水電解槽 関連出願の相互参照
　本出願は、２０１９年７月３０日に、日本国に特許出願された特願２０１９－１４００２１の優先権を主張するものであり、この先の出願の開示全体をここに参照のために取り込む。
　本発明は、アルカリ水電解槽に関する。
　アルカリ水電解槽では、スタックされる電解セル同士の短絡や、電解槽内部の電解液および発生ガスの漏洩を防止する目的で、電解セル間に隔膜とガスケットを配置する。特に多孔膜を隔膜として使用する場合には、隔膜平面方向端部からの漏洩を防止する目的から、スリットタイプのガスケットを使用し、ガスケットは隔膜がスリット内部に挿入された状態で電解セル間に配置される（特許文献１参照）。また、スリットタイプのガスケットを使用する場合、隔膜平面方向端部からの漏洩は、電解セルとガスケット間を介した電解液や発生ガスの外部への漏洩である槽外リークと、隔膜とガスケット間を介して陽極および陰極間で発生ガスが混合する槽内リークに大別される。
国際公開第１４／１７８３１７号パンフレット
　一般的に、ガスケットの押付面圧を上げる程、槽外リークおよび槽内リークの防止に有利に作用するが、過剰な押付面圧はガスケットおよび隔膜へのダメージに繋がる。したがって、槽外リークおよび槽内リークを防止する為には、ガスケットの押付面圧を適切な範囲で制御する必要がある。また、隔膜がより薄い方が、隔膜の抵抗が減り、電解効率が向上する反面、隔膜の破断強度は低下していく。そのため、ガスケットの押付面圧の制御はより困難になる。
　そこで本発明の目的は、ガスケットおよび隔膜へのダメージを低減させながら、槽外リークおよび槽内リークを防止するアルカリ水電解槽を提供することにある。
　本発明は以下の通りである。
［１］
　周方向における少なくとも一部において重なるように積層されている少なくとも２つの外枠と、
　前記２つの外枠に挟持され、該外枠と周方向の全体に亘って当接可能な枠状であり、内周面において周方向に沿ってスリットが形成されているガスケットと、
　前記スリットにおいて前記ガスケットに把持されている隔膜と、を備え、
　前記外枠による前記ガスケットの押付面圧が１ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下であり、
　前記ガスケットと前記隔膜との最大接触面圧が３ＭＰａ以上２０ＭＰａ以下である
　アルカリ水電解槽。
［２］
　前記最大接触面圧は、前記押付面圧の１．５倍以上である
　［１］に記載のアルカリ水電解槽。
［３］
　前記外枠は、周方向の一部において、前記ガスケットに当接する面と同一平面を形成する壁部を含む気液分離ボックスを有し、
　前記ガスケットの前記外枠の挟持からの解放後に、前記ガスケットの枠を周方向の全体に亘って該外枠に重ねた状態で、該外枠を該ガスケットに２ＭＰａで押圧させた状態において、該壁部の撓み量が０．３ｍｍ以下である
　［１］または［２］に記載のアルカリ水電解槽。
［４］
　前記ガスケットの厚みは、０．５ｍｍより大きく、１０ｍｍ以下である
　［１］から［３］のいずれか１つに記載のアルカリ水電解槽。
［５］
　前記スリットの厚みは、０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下である
　［１］から［４］のいずれか１つに記載のアルカリ水電解槽。
［６］
　前記２つの外枠の一方は、前記隔膜に接触する陽極を少なくとも有し、
　該２つの外枠の他方は、該隔膜に接触する陰極を少なくとも有する
　［１］から［５］のいずれか１つに記載のアルカリ水電解槽。
［７］
　前記隔膜は、多孔膜である
　［１］から［６］のいずれか１つに記載のアルカリ水電解槽。
［８］
　前記隔膜の厚みは、０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下である
　［１］から［７］のいずれか１つに記載のアルカリ水電解槽。
［９］
　前記隔膜の引張破断強度は、１０ＭＰａ以上４０ＭＰａ以下である
　［１］から［８］のいずれか１つに記載のアルカリ水電解槽。
［１０］
　前記ガスケットを２ＭＰａで押付けたときの該ガスケットの圧縮ひずみが１０％以上４０％以下である
　［１］から［９］のいずれか１つに記載のアルカリ水電解槽。
［１１］
　前記ガスケットの少なくとも一部に前記外枠に対する係止部を有する
　［１］から［１０］のいずれか１つに記載のアルカリ水電解槽。
［１２］
　前記係止部の幅は、該係止部の長さ以上である
　［１１］に記載のアルカリ水電解槽。
　本発明によれば、ガスケットおよび隔膜へのダメージを低減させながら、槽外リークおよび槽内リークを防止するアルカリ水電解槽を提供することができる。
一実施形態に係るアルカリ水電解槽を含むアルカリ水電解用電解装置の模式的な構成図である。 図１のアルカリ水電解槽の模式的な構成を示す側面図である。 図２の複極式ターミナルエレメントの構造を示す第１の方向に垂直な平面で切断した断面図である。 図２の複極式ターミナルエレメントの構造を示す第１の方向に平行な平面で切断した、第１の方向側の端部近傍を示す部分断面図である。 図２のガスケットの構造を示すスリットの厚み方向に沿った断面図である。 係止部を有する図２のガスケットの一例を示す、スリットの厚み方向に沿った断面図である。 係止部を有する図２のガスケットの別の一例を示す、スリットの厚み方向に沿った断面図である。 係止部を有する図２のガスケットの別の一例を示す、スリットの厚み方向に沿った断面図である。 図２のアルカリ水電解槽内で形成されている電解セルの構造を示すための、アルカリ水電解槽全体を第１の方向に垂直な平面で切断した、部分断面図である。 槽外リーク試験を行うためのモデル電解槽の模式的な構造図である。 槽内リーク試験に用いたガスケットの寸法を説明するための部分断面図である。 槽内リーク試験に用いたガスケットの寸法を説明するための部分断面図である。 槽内リーク試験に用いたガスケットの寸法を説明するための部分断面図である。 槽内リーク試験を行うためのモデル電解槽の模式的な構造図である。
　以下、本発明を実施するための形態について、詳細に説明するが、本発明は以下の記載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できる。
（アルカリ水電解用電解装置）
　図１に示すように、本実施形態のアルカリ水電解槽５０を含むアルカリ水電解用電解装置７０は、送液ポンプ７１、気液分離タンク７２ｈ、７２ｏ、水補給器７３、およびアルカリ水電解用複極式電解槽５０を有する。
　送液ポンプ７１は、気液分離端タンク７２ｈ、７２ｏに貯蔵される電解液、および水補給機７３から供給される水を昇圧して、アルカリ水電解槽５０に供給する。送液ポンプ７１の昇圧により、電解液は循環する。送液ポンプ７１およびアルカリ水電解槽５０の間には、流量計７７および熱交換器７９が設けられている。流量計７７は、電解液の流量を検出する。熱交換器７０は、熱交換により電解液を加熱する。
　気液分離タンク７２ｈ、７２ｏは、気体の上昇および電解液の流下により、電解液と気体とを分離する。気液分離タンク７２ｈ、７２ｏの気体の排出路には、圧力計７８および圧力制御弁８０が設けられている。圧力制御弁８０は、例えば、圧力計７８の検出する圧力の値に基づいて開閉することにより、排出路における圧力を調整する。気液分離タンク７２ｈ、７２ｏの電解炉の排出路が送液ポンプ７１に接続される。
　より具体的には、気液分離タンクは、酸素分離タンク７２ｏおよび水素分離タンク７２ｈを含む。
　酸素分離タンク７２ｈは、後述するアルカリ水電解槽５０の陽極室に接続され、当該陽極室から排出される電解液および酸素ガスを分離する。酸素分離タンク７２ｏの気体の排出路には、圧力計７８および圧力制御弁８０とともに、酸素濃度系７５が設けられている。酸素濃度系７５は、排出路における酸素濃度を検出する。
　また、水素分離タンク７２ｈは、後述するアルカリ水電解槽５０の陰極室に接続され、当該陰極室から排出される電解液および水素ガスを分離する。水素分離タンク７２ｈの気体の排出路には、圧力計７８および圧力制御弁８０とともに、水素濃度系７６が設けられている。水素濃度系７６は、排出路における水素濃度を検出する。
　水補給器７３は、電解により消費した水を補給する。なお、水補給機７３が補給する水は、一般上水を使用してもよいが、長期間に渡る運転を考慮した場合、イオン交換水、ＲＯ水、超純水等を使用することが好ましい。
　アルカリ水電解用電解装置７０は、整流器７４により制御されてアルカリ水電解槽５０に印加される電力に基づく、水の電気分解により、酸素および水素を発生させる。さらに、アルカリ水電解用電解装置７０は、発生させた酸素および水素を、気液分離タンク７２ｈ、７２ｏを介して、別々に供給する。
（アルカリ水電解槽）
　次に、アルカリ水電解槽の詳細な構成を以下に説明する。本実施形態のアルカリ水電解用電解槽は、単極式であっても、複極式であってもよく、隔膜を介して複極式ターミナルエレメントがスタックされたアルカリ水電解用複極式電解セルを含む複極式電解槽であることが好ましい。
　単極式とは、１または複数のエレメントを直接電源に接続する方法であり、並列に並べた陰極と陽極とを備える各エレメントの陽極に隔膜を挟んで陰極ターミナルエレメントを設け、陰極に隔膜を挟んで陽極ターミナルエレメントを設け、各ターミナルエレメントに電源をつなぐ並列回路である。
　複極式とは、多数のセルを電源に接続する方法の１つであり、一方の片面に陽極、他方の片面に陰極を有する複数の複極式ターミナルエレメントを同じ向きに並べて直列に接続し、両端のみを電源に接続する方法である。
　複極式電解槽は、電源の電流を小さくできるという特徴を持ち、電解により化合物や所定の物質等を短時間で大量に製造し得る。電源設備は出力が同じであれば、低電流、高電圧の方が安価でコンパクトになるため、工業的には単極式よりも複極式の方が好ましい。
　図２に示すように、複極式電解槽である、アルカリ水電解槽５０は、複数の複極式ターミナルエレメント６０、複数のガスケット７、複数の隔膜４、陽極ターミナルエレメント５１ａ、および陰極ターミナルエレメント５１ｃを有する。以後、複極式ターミナルエレメント６０、陽極ターミナルエレメント５１ａ、および陰極ターミナルエレメント５１ｃを、区別しない限り、エレメントとも呼ぶ。
　アルカリ水電解槽５０では、陽極ターミナルエレメント５１ａおよび陰極ターミナルエレメント５１ｃの間に、隣接する２つのエレメント間にガスケット７を挟みながら、設計生産量に必要な数の複極式ターミナルエレメント６０を挟むように、並べて、配置されることにより積層体が構成される。なお、アルカリ水電解槽５０では、後述するように、各ガスケット７は、隔膜４を把持する。アルカリ水電解槽５０は、積層体を、積層方向に沿った両端から、ファストヘッド５１ｇおよびルーズヘッド５１ｇに、それぞれ絶縁板５１ｉを介して挟み、ファストヘッド５１ｇおよびルーズヘッド５１をタイロッド５１ｒや油圧シリンダー方式等の締付け機構により締付けることによりー体化させることにより形成される。なお、アルカリ水電解槽５０において、複数の複極式ターミナルエレメント６０は、後述する陰極が陽極ターミナルエレメント５１ａ側に向くように配置されている。
　なお、複極式ターミナルエレメント６０の数は、後述する、複極式ターミナルエレメント６０の構成要素により構成される電解セルを１０個以上５００個以下含ませる数であることが好ましく、３０個以上３００個以下含ませる数であることがより好ましく、５０個以上２００個以下含ませる数であることがさらに好ましい。
　特に、電解セルが外部ヘッダー型である構成において、重ね合わせる電解セルの数が５００個以下であると、リーク電流が少なくなり、効率が高くなる。また、シール面圧が均一になり易く、電解液の漏れやガス漏洩が起こりにくい。また、電解セルの数が１０個以上であると、大電力をためることが可能となり、実質的に電力貯蔵システムとして一層機能することが可能となる。
　図３に示すように、複極式ターミナルエレメント６０は、隔壁１、外枠３、陽極２ａ、および陰極２ｃを備えている。また、複極式ターミナルエレメント６０は、陽極整流板６ａ、陰極整流板６ｃ、集電体２ｒ、および導電性弾性体２ｅを備えてよい。なお、以下において、「陽極２ａ」および「陰極２ｃ」を、区別しない限り、「電極２」と呼ぶ。また、以下において、「陽極整流板６ａ」を「陽極リブ６ａ」とも呼ぶ。また、以下において、「陰極整流板６ｃ」を「陰極リブ６ｃ」とも呼ぶ。また、以下において、「陽極整流板６ａ」および「陰極整流板６ｃ」を、区別しない限り、「整流板６」または「電極リブ６」とも呼ぶ。
－隔壁－
　隔壁１の形状は、所定の厚みを有する板状の形状としてよいが、特に限定されない。隔壁１の平面視形状としては、特に限定されることなく、矩形（正方形、長方形等）、円形（円、楕円等）としてよく、矩形は角が丸みを帯びていてもよい。
　隔壁１のサイズとしては、特に限定されることなく、電極室５のサイズに応じて適宜設計されてよい。なお、電極室５とは、隔壁１、外枠３、および隔膜４によって画定される内部空間である。以後、陽極２ａ側の「電極室５」を、区別する場合、「陽極室５ａ」とも呼ぶ。また、陰極２ｃ側の「電極室５」を、区別する場合、「陰極室５ｃ」とも呼ぶ。
　隔壁１が板状の形状である場合、隔壁１の厚さは、０．５ｍｍ～５ｍｍとしてよく、縦の長さや横の長さは、特に限定されない。上記隔壁１の厚みは、陽極リブ６ａおよび陰極リブ６ｃが隔壁１に溶接等で接合されて一体構造になっている構成においては、陽極リブ６ａや陰極リブ６ｃにより補強されるので、厚くする必要はない。通常は、０．５～２ｍｍの厚みで十分である。０．５ｍｍより薄いと陽極リブ６ａや陰極リブ６ｃと隔壁との溶接も困難になる上、製作上もハンドリングがし難くなる欠点があり、また２ｍｍより厚い場合は、製作コストが高くなり電解ユニットも重くなるため好ましくない。
　隔壁１の材料としては、電力の均一な供給を実現する観点から、高い導電性を有する材料が好ましく、耐アルカリ性や耐熱性といった面から、ニッケル、ニッケル合金、軟鋼、ニッケル合金上にニッケルメッキを施したものが好ましい。
－外枠－
　外枠３は、隔壁１を縁取る。外枠３の形状は、隔壁１を縁取ることができる限り特に限定されないが、隔壁１の平面に対して垂直な方向に沿う内面を隔壁１の外縁に亘って備える形状としてよい。外枠３の形状としては、特に限定されることなく、隔壁１の平面視形状に合わせて適宜定められてよい。
　外枠３の寸法としては、特に限定されることなく、電極室５の外寸に応じて設計されてよい。外枠３の幅は、１０ｍｍ～４０ｍｍとしてよく、１５ｍｍ～３０ｍｍが好ましく、外枠３の延在長さは、特に限定されない。
　隔壁１と外枠３とは、溶接その他の方法で接合することにより一体化されてもよく、例えば、隔壁１に、隔壁１の平面に対して垂直な両方向に張り出したフランジ部を設け、フランジ部を外枠３の一部としてもよい。このような構成において、フランジ部の長さは、特に限定されないが、５ｍｍ～２０ｍｍとしてよく、７．５ｍｍ～１５ｍｍが好ましい。
　外枠３の材料としては、導電性を有する材料が好ましく、耐アルカリ性や耐熱性といった面から、ニッケル、ニッケル合金、軟鋼、ニッケル合金上にニッケルメッキを施したものが好ましい。
　図４に示すように、外枠３の周方向の一部において、気液分離ボックス３ｓｐが設けられている。気液分離ボックス３ｓｐは、外枠３の全周囲に亘ってガスケット７に当接する面と同一平面を形成する壁部３ｗを含む。外枠３の、陽極２ａ側において気液分離ボックス３ｓｐが設けられる位置には、外枠３の内周面から外周面に貫通する陽極電解液出口５ａｏが穿設されている。外枠３の、陰極２ｃ側において気液分離ボックス３ｓｐが設けられる位置には、内外枠３の内周面から外周面に貫通する陰極電解液出口５ｃｏが穿設されている。なお、以下において、陽極電解液出口５ａｏおよび陰極電解液出口５ｃｏを、区別しない限り、「電解液出口５ｏ」と呼ぶ。
　気液分離ボックス３ｓｐには、積層時の反力により撓むことを防止する目的で、内部にリブが設置されていてもよい。リブの形状は電解液およびガスの流れを乱さない範囲で適宜選択されてよく、複数のリブが設置されていてもよい。また、リブの位置は、気液分離ボックス３ｓｐの撓み量を抑え、かつ電解液およびガスの流れを阻害しないように設計されることが好ましい。例えば、内側（電極室５側）の表面から外側の表面までの間隔が９０ｍｍの気液分離ボックス３ｓｐに対しては、内側の表面から６０ｍｍの位置にリブが設けられてよい。
　図３に示すように、外枠３には、隔壁１の平面に垂直な方向に陥凹する陥凹部３ｄｐ
が形成されていてよい。陥凹部３ｄｐは、後述するガスケット７の係止部と掛合する。陥凹部３ｄｐは、枠の周方向全体に亘って連続する溝状であってよく、断続的な窪状であってよい。なお、ガスケット７の係止部が外枠３の外周面または内周面と掛合する構成においては、陥凹部３ｄｐが形成されなくてよい。
　少なくとも２つの外枠３は、アルカリ水電解槽５０において、枠状の周方向における少なくとも一部において互いに重なるように積層されている。
－電極－
　陽極２ａおよび陰極２ｃは、隔壁１を挟む位置に設けられる。本実施形態のアルカリ水電解による水素製造において、エネルギー消費量の削減、具体的には電解電圧の低減は、大きな課題である。この電解電圧は電極２に大きく依存するため、両電極２の性能は重要である。
　アルカリ水電解の電解電圧は、理論的に求められる水の電気分解に必要な電圧の他に、陽極反応（酸素発生）の過電圧、陰極反応（水素発生）の過電圧、陽極２ａと陰極２ｃとの電極２間距離による電圧とに分けられる。ここで、過電圧とは、ある電流を流す際に、理論分解電位を越えて過剰に印加する必要のある電圧のことを言い、その値は電流値に依存する。同じ電流を流すとき、過電圧が低い電極２を使用することで消費電力を少なくすることができる。
　低い過電圧を実現するために、電極２に求められる要件としては、導電性が高いこと、酸素発生能（或いは水素発生能）が高いこと、電極２表面で電解液の濡れ性が高いこと等が挙げられる。
　アルカリ水電解の電極２として、過電圧が低いこと以外に電極２に求められる要件としては、再生可能エネルギーのような不安定な電流を用いても、電極２の基材および触媒層の腐食、触媒層の脱落、電解液への溶解、隔膜４への含有物の付着等が起きにくいことが挙げられる。
　電極２のサイズとしては、特に限定されることなく、後述する、電極室５のサイズに合わせて平面的に定められてよく、縦：０．４ｍ～４．０ｍ、横：０．４ｍ～６．０ｍ、厚さ：０．１ｍｍ～３ｍｍとしてよい。なお、電極２の厚みがあまり薄すぎると、陽極室５ａと陰極室５ｃの圧力差や、押しつけ圧力により電極２に変形が生じ、例えば電極２端部が落ち込み、極間距離が広がり電圧が高くなる場合がある。
　本実施形態における電極２としては、電解に用いられる表面積を増加させるため、また、電解により発生するガスを効率的に電極２表面から除去するために、陽極２ａおよび陰極２ｃのうち少なくとも一方が多孔体であることが好ましく、陽極２ａおよび陰極２ｃが多孔体であることがより好ましい。特に、後述する、ゼロギャップ構造の電解槽において、隔膜との接触面の裏側から発生するガスを脱泡する必要があるため、電極２の隔膜に接する面と反対に位置する面が、貫通していることが好ましい。多孔体の例としては、平織メッシュ、パンチングメタル、エキスパンドメタル、金属発泡体等が挙げられる。
　本実施形態における電極２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。
　基材の材料は、特に制限されないが、使用環境への耐性から、軟鋼、ステンレス、ニッケル、ニッケル基合金が好ましい。さらに、ゼロギャップ構造に使用できる電極２としては、線径が細くメッシュの小さい電極２が柔軟性も高く好ましい。このような基材材質は通常公知のものを使用できる。例えば、陰極２ｃの基材としては、ニッケル、ニッケル合金、ステンレススチール、軟鋼、或いはニッケル合金又はステンレススチール又は軟鋼上にニッケルメッキを施したものを用いることができる。これらの基材の線径は０．０５ｍｍ～０．５ｍｍで、目開きが３０メッシュから８０メッシュ程度の範囲が好ましい。
　陽極２ａ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。陽極２ａの触媒層を形成できる材料としては、具体的には、ニッケルめっきや、ニッケルとコバルト、ニッケルと鉄等の合金めっき、ＬａＮｉＯ3やＬａＣｏＯ3、ＮｉＣｏ2Ｏ4等のニッケルやコバルトを含む複合酸化物、酸化イリジウム等の白金族元素の化合物、グラフェン等の炭素材料等が挙げられる。触媒層には、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２ｃ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。陰極２ｃの触媒層を形成できる材料としては、具体的には、ラネーニッケルや、ニッケルとアルミニウム、或いはニッケルと錫等の複数の材料の組み合わせからなるラネー合金、ニッケル化合物やコバルト化合物を原料として、プラズマ溶射法により作製した多孔被膜、ニッケルと、コバルト、鉄、モリブデン、銀、銅等から選ばれる元素との合金や複合化合物、水素発生能が高い白金やルテニウム等の白金族元素の金属や酸化物、および、それら白金族元素の金属や酸化物と、イリジウムやパラジウム等の他の白金族元素の化合物やランタンやセリウム等の希土類金属の化合物との混合物、グラフェン等の炭素材料等が挙げられる。高い触媒活性や耐久性を実現するために、上記の材料を複数積層してもよく、触媒層中に複数混在させてもよい。触媒層には、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。
　触媒層の厚みが厚すぎると、電気抵抗が増加し過電圧を上昇させる場合がある。逆に、触媒層の厚みが薄すぎると、長期間の電解や電解の停止により触媒層が溶解もしくは脱落することで電極２が劣化し、過電圧が上昇する場合がある。これらの理由から、触媒層の厚みは、０．２μｍ以上１０００μｍ以下が好ましく、より好ましくは０．５μｍ以上３００μｍ以下である。なお、触媒層の厚みは、例えば電子顕微鏡にて電極２の断面を観察することにより測定できる。
　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、および、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。
　本実施形態においては、電極２の比表面積は０．００１ｍ2／ｇ以上１ｍ2／ｇ以下が好ましく、より好ましくは、０．００５ｍ2／ｇ以上０．１ｍ2／ｇ以下である。電極２の比表面積（基材を含む電極２全体の比表面積）が小さいと、単位面積当たりの反応活性点が少なくなるので、低い過電圧が得られない場合がある。一方、水電解用電極２の比表面積が大き過ぎると触媒層の機械的強度が低下し、耐久性が低下する場合がある。
　なお、比表面積は例えばＢＥＴ法を用いて測定することができる。測定試料を専用セルに入れ、加熱真空排気を行うことにより前処理を行い、細孔表面への吸着物を予め取り除く。その後、－１９６℃で測定サンプルへのガス吸着の吸脱着等温線を測定する。得られた吸脱着等温線をＢＥＴ法で解析することにより、測定サンプルの比表面積を求めることができる。
－整流板－
　本実施形態のアルカリ水電解用複極式電解槽５０では、整流板６は、例えば、隔壁１に沿う第１の方向Ｄ１に対して略平行に配置されている。整流板６は、陽極室５ａおよび陰極室５ｃ内における気液の流れの乱れにより電解室５に生じる対流を低減して、局所的な電解液の温度の上昇を抑制する。例えば、図３に示すように、複数の整流板６が、隔壁１に沿う第１の方向Ｄ１（図示の例では、電解液通過方向）に垂直な方向に、一定の間隔Ｃ（ピッチ）で設けられている。また、例えば、整流板６は、電極室５の高さとほぼ同じ長さを有し、隔壁１に垂直に設けられている。整流板６は、必須ではないが、電解槽の重量を削減する等の目的で、第１の方向Ｄ１について所定のピッチで貫通孔ｔｈを有している。
　整流板６は隔壁１に取付けられ、電極２と物理的に接続されていることが好ましい。かかる構成によれば、整流板６が電極２の支持体（リブ）となり、ゼロギャップ構造を維持しやすい。また、整流板６は隔壁１と電気的につながっていることが好ましい。また、整流板６を設けることでは、電極室５内における気液の流れの乱れにより電極室５に生じる対流を低減して、局所的な電解液の温度の上昇を抑制することができる。
　このような構成において、整流板６に、電極２が設けられていてもよく、整流板６に、集電体２ｒ、導電性弾性体２ｅ、電極２がこの順に設けられていてもよい。前述の一例のアルカリ水電解用複極式電解槽５０では、陰極２ｃ側において、陰極整流板６ｃ、集電体２ｒ、導電性弾性体２ｅ、および陰極２ｃの順に重合わせられた陰極集電体を構成する構造が採用されている。陽極２ａ側においては、陽極整流板６ａ、陽極２ａの順に重合わせられた構造が採用されている。
　なお、前述の一例のアルカリ水電解用複極式電解槽５０では、陰極２ｃ側において上記陰極整流板６ｃ、集電体２ｒ、導電性弾性体２ｅ、および陰極２ｃの順番に重合わせられた陰極集電体を構成する構造が採用され、陽極２ａ側において陽極整流板６ａおよび陽極２ａ順番に重合わせられた構造が採用されているが、本発明ではこれに限定されない。陽極２ａ側においても陽極整流板６ａ、集電体２ｒ、導電性弾性体２ｅ、および陽極２ａを重合わせた陽極集電体を構成する構造が採用されてもよい。
　詳細には、本実施形態では、隔壁１に整流板６（陽極整流板６ａ、陰極整流板６ｃ）が取り付けられている。
　整流板６（陽極整流板６ａ、陰極整流板６ｃ）は、陽極２ａまたは陰極２ｃを支える役割だけでなく、電流を隔壁１から陽極２ａまたは陰極２ｃへ伝える役割を備えることがより好ましい。
　本実施形態のアルカリ水電解用複極式電解槽５０では、整流板６の少なくとも一部が導電性を備えことが好ましく、整流板６全体が導電性を備えことがさらに好ましい。かかる構成によれば、電極２のたわみによるセル電圧の上昇を抑制することができる。
　すなわち、所定の間隔で導電性の整流板６が電極２を支持するように配置することにより、電極２が押圧や、電極室５内の液およびガスの圧力によって撓んでしまい、局所的にゼロギャップ構造を損なうという現象を、予防することができる。また、上記構成によれば、電極２に均一に電流を伝達させやすく、より高電密の運転においても、より高い効率を維持することが容易になる。
　整流板６の材料としては、使用環境での耐久性・強度等を考慮して決定される。例えば高分子材料や金属材料が挙げられる。複数の材料を同時に用いることも可能である。高分子材料は、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い。金属材料としては導電性の金属が好ましく用いられる。例えば、ニッケルメッキを施した軟鋼、ステンレススチール、ニッケル等が利用できる。整流板６の材料は、特に隔壁１と同じ材料であることが好ましく、特にニッケルであることが最も好ましい。これら導電性の金属材料は電解セルの導電抵抗の低減にも寄与する効果も期待できる。
　複数の整流板６が１方向に沿って並べられる構成において、隣接する整流板６同士の間隔は、電解圧力や、電極室５の圧力差等を勘案して決められる。
　隣接する整流板６間の間隔Ｃは、５０ｍｍ以上１９０ｍｍ以下であり、より好ましくは５０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下であり、さらに好ましくは６０ｍｍ以上１２０ｍｍ以下である。整流板６同士の間隔の間隔が狭すぎれば電解液やガスの流動を阻害するだけでなくコストも高くなる欠点がある。整流板６を電極２と接続されたリブとして機能させる場合、リブピッチが５０ｍｍ以上であると、電極２の裏面へのガス抜けが良好となる。また広すぎると、陽極室５ａと陰極室５ｃとのわずかな差圧で保持している電極２が変形する等の欠点が生じる。リブピッチが１５０ｍｍ以下であると電極２がたわみにくくなる。
　リブピッチは、複数の整流板６が一定の間隔（ピッチ）で設けられている場合には、その間隔（ピッチ）をいい、複数の整流板６が一定の間隔（ピッチ）で設けられていない場合には、設けられた複数の整流板６同士の間隔の平均をいう。また、隣接する２つの整流板６間においてその間隔が整流板６の延在方向について変化している（一定でない）場合には、当該隣接する２つの整流板６間の間隔の平均としてよい。
　整流板６の数、整流板６の長さ、整流板６と隔壁１とのなす角度、貫通孔ｔｈの数や貫通孔ｔｈの隔壁に沿う所与の方向についての間隔（ピッチ）は、本発明の効果が得られる限り、適宜定められてよい。陽極整流板６ａのリブピッチと、陰極整流板６ｃのリブピッチとは、同一であってもよいし異なっていてもよく、陽極整流板６ａのリブピッチおよび陰極整流板６ｃのリブピッチが共に上記範囲を満たすことが好ましい。
　整流板６の長さは、電極室５や電極２のサイズに応じて、適宜に定められてよい。整流板６の高さは、隔壁１の平面に垂直な方向における外枠３の端までの距離、ガスケット７の厚さ、電極２の厚さ、ならびに陽極２ａおよび陰極２ｃの間の距離等に応じて、適宜に定められてよい。また、整流板６の厚みは、コストや製作性、強度等も考慮して、０．５ｍｍ～５ｍｍとしてよく、１ｍｍ～２ｍｍのものが用いやすいが、特に限定されない。
　整流板６には、特に限定されないが、適宜貫通孔ｔｈを設けてよく、整流板６の延在方向について等間隔に貫通孔ｔｈを設けることが好ましい。貫通孔ｔｈの平面視形状としては、特に限定されないが、矩形としても円形としてもよく、例えば、半径０．５ｍｍ～３０ｍｍ、特には半径０．５ｍｍ～１０ｍｍの半円形状としてよい。また、整流板６の面積に対する貫通孔ｔｈの面積の割合としては、５％～９５％としてよく、１０％～８０％であることが好ましく、２０％～６０％であることがより好ましい。貫通孔ｔｈの面積が、５％以上になると、電解液の槽内の第１の方向Ｄ１に垂直な方向への通水が円滑化する。９５％を超えると機械的な強度が得られず、陽極５ａや陰極集電体の変形が生じる。
　整流板６は通常隔壁１に固定して用いるが、隔壁１への取り付けは、どのような方法でもよい。例えばビス止めによる方法、接着剤を用いる方法、金属材料を用いた整流板の場合にはスポット溶接、レーザー溶接等による方法でもよい。整流板６は、陽極２ａまたは陰極２ｃと同様に、スポット溶接、レーザー溶接等の手段で隔壁１に固定されている。電極２や集電体２ｒの整流板６への取り付けも同様の方法で行われる他、ワイヤーやひも状の部材を用い、結びつけて密着させる方法でもよい。
－集電体－
　集電体２ｒとしては、例えば、陰極２ｃ側に設けられる陰極集電体、および陽極２ａ側に設けられる陽極集電体が挙げられる。
　集電体２ｒは、その上に積層される導電性弾性体２ｅや電極２へ電気を伝えるとともに、それらから受ける荷重を支え、電極２から発生するガスを隔壁１側に支障なく通過させる役割を有する。したがって、集電体２ｒの形状に関しては、エキスパンドメタルや打ち抜き多孔板等が好ましい。この場合の集電体２ｒの開口率は、電極２から発生した水素ガスを支障なく隔壁１側に抜き出せる範囲であることが好ましい。しかし、あまり開口率が大きいと強度が低下する、あるいは導電性弾性体２ｅへの導電性が低下する等の問題が生ずる場合があり、小さすぎるとガス抜けが悪くなる場合がある。
　集電体２ｒの材質は、導電性と耐アルカリ性の面からニッケル、ニッケル合金、ステンレススチール、軟鋼等が利用できるが、耐蝕性の面からニッケルあるいは軟鋼やステンレススチールニッケル合金上にニッケルメッキを施したものが好ましい。このような集電体２ｒの整流板６への固定は、スポット溶接、レーザー溶接等の手段で固定される。
－導電性弾性体－
　導電性弾性体２ｅは、集電体２ｒと電極２の間にあって集電体２ｒおよび電極２と接しており、電気を電極２に伝えること、電極２から発生したガスの拡散を阻害しないことが必須要件である。上記のことが必要要件である理由は、ガスの拡散が阻害されることにより、電気的抵抗が増加し、また電解に使用される電極２の面積が低下することで、電解効率が低下するためである。そして最も重要な役割は、隔膜４を損傷させない程度の適切な圧力を電極２に均等に加えることで、隔膜４と電極２とを密着させることである。
　導電性弾性体２ｅとしては、ワイヤーにより構成される弾性体等の通常公知のものが使用でき、例えば、線径０．０５～０．５ｍｍ程度（好ましくは０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下、より好ましくは０．１２ｍｍ以上０．３５ｍｍ以下）の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が、導電性弾性体の密度を低くし、ゼロギャップ構造を維持しやすいため、好ましい。線径が０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であると、導電性弾性体２ｅの密度が低くなり、セル電圧上昇の抑制効果が一層得られやすくなるため、好ましい。
　導電性弾性体２ｅの材質は限定されるものではないが、導電性、耐アルカリ性の面からニッケル、ニッケル合金又はステンレススチール又は軟鋼にニッケルメッキを施したものが好ましい。
　また、このような導電性弾性体２ｅの厚みは、通常１ｍｍ～２０ｍｍ程度のものが使用できる。
　導電性弾性体２ｅの柔軟性は、公知の範囲のものが使用できる。例えば、５０％圧縮変形時の反発力が３０ｇ／ｃｍ2～３００ｇ／ｃｍ2の弾性を有するものが使用できる。このような導電性弾性体２ｅは、導電性プレートからなる集電体２ｒの上に重ねて使用する。この取り付け方法も通常公知の方法、例えばスポット溶接で適宜固定するか或いは樹脂製のピンや金属製のワイヤー等が使用できる。なお、５０％圧縮変形時の反発力は、ＪＩＳ　Ｋ６４００に準拠して、測定することができる。例えば、島津製作所社製の品番：ＡＧＳ－１ｋＮＸの卓上形精密万能試験機を、常温、大気圧で、圧縮試験モードの条件下で用いてよい。
　導電性弾性体２ｅの上に、直接電極２を重ねてもよく、或いは、別の導電性シートを介して電極２を重ねてもよい。
　導電性弾性体２ｅの導電性としては、例えば、テスター、デジタルマルチメーター等により測定される電気抵抗率が１×１０-9～１×１０-5Ωｍであってもよい。
　ゼロギャップ構造を実現するために、導電性弾性体２ｅは、電極２と、好ましくは、スポット溶接、金属或いはプラスチック製のピンによる固定、あるいは導電性弾性体２ｅの弾力性による押しつけ等により固定される。
－ガスケット－
　図２に示すように、本実施形態のアルカリ水電解用複極式電解槽５０では、隔壁１を縁取る外枠３同士の間に隔膜４を有するガスケット７が挟持される。ガスケット７は、複極式ターミナルエレメント６０と隔膜４の間、複極式ターミナルエレメント６０間を電解液と発生ガスに対してシールするために使用され、電解液や発生ガスの電解槽外への漏れや両極室間におけるガス混合を防ぐことができる。
　ガスケット７は、互いに隣接する２つのエレメントにおけるそれぞれの外枠３に挟持され、外枠３と周方向全体に亘って当接可能な枠状である。図５に示すように、ガスケット７は、内周面ＩＳにおいて、周方向に沿ってスリットＳＬが形成されている。ガスケット７は、隔膜４の縁部をスリットＳＬ内に収容し、隔膜４の全周囲に亘って縁部を覆うことにより、隔膜４を把持する。したがって、隔膜４の端面から電解液やガスが漏れることをより確実に防止できる。
　また、ガスケット７には、スリットＳＬの厚み方向の少なくとも１方向に突出する第１突起部７ｐ１および第２突起部７ｐ２の少なくとも一方が、設けられることが好ましい。以後の説明において、第１突起部７ｐ１および第２突起部７ｐ２を、区別しない限り、「突起部７ｐ」と呼ぶ。突起部７ｐは、枠の周方向全体に亘って設けられて、畝状であってよい。第１突起部７ｐ１は、スリットＳＬの厚み方向から見て、スリットＳＬに重なる位置に形成されてよい。さらに、第２突起部７ｐ２が、スリットＳＬの厚み方向から見てスリットＳＬから外れる位置に形成されていてよい。
　突起部７ｐを設けることにより、スタック時に突起部７ｐが局所的に押圧され、突起部７ｐに対応する位置においてスリットＳＬに収容された隔膜４がガスケット７により押圧される。したがって、ガスケット７では、隔膜４をより強固に保持することができ、電解液やガスが漏れることをより防止しやすくなる。
　さらに、ガスケット７には、枠の内縁から外縁の間の少なくとも一部に外枠３に対する係止部が設けられていることが好ましい。係止部は、ガスケット７の厚み方向の少なくとも１方向に突出する。係止部は、枠の周方向に沿って連続する畝状であってもよく、枠の周方向に沿って断続する突起状であってもよい。係止部は、外枠３に対するガスケット７の位置を固定し得、ガスケット７の変形に伴う位置ずれを抑止し得る。
　係止部は、その目的によって任意の位置に設けることができる。例えば、図６に示すように、ガスケット７の幅方向において、外側への位置ずれを防止する目的で、係止部７ｌｃがガスケット７の内周面ＩＳ側に、外枠３の内周面と掛合可能に設けられていてもよい。また、例えば、図７に示すように、ガスケット７の幅方向において、内側への位置ずれを防止する目的で、係止部７ｌｃが外周面ＯＳ側に、外枠３の外周面と掛合可能に設けられていてもよい。また、例えば、図８に示すように、ガスケット７の幅方向において、外枠３に対するガスケット７の設置位置を固定する目的で、外枠３の陥凹部３ｄｐに対向する位置に、陥凹部３ｄｐに掛合可能な形状で、係止部７ｌｃが設けられていてもよい。
　係止部７ｌｃを設けることにより、ガスケット７を外枠３に対して意図した位置に設置でき、ガスケット７がずれて過剰な押圧がかかることを防止しやすくなる。また、温度サイクルに伴うガスケット７の体積変化やセルの内圧変動に伴う押圧の変化によって、ガスケット７が外枠３からはみ出すことを防止しやすくなる。さらに、係止部７ｌｃの曲げモーメントの増加や外枠３との接触面積の増加によって上記効果を高める事ができる。これらの手法の一例として、係止部７ｌｃの幅を大きくする、係止部７ｌｃの角の曲率を大きくする、といった方法がある。
　係止部７ｌｃの幅は、特に制限されるものではないが、係止部７ｌｃの長さと同じか、大きくすることで、上記の効果をより高める事ができる。ここで係止部７ｌｃの幅とは、ガスケット７の幅方向において外枠３に対して係止される部分の最大幅をいう。一方係止部７ｌｃの長さとは、ガスケット７の厚み方向に沿った、ガスケット７の表面からの最大長さをいう。
　係止部７ｌｃの幅は、特に制限されるものではないが、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることが好ましく、２ｍｍ以上５ｍｍ以下であることがより好ましい。係止部７ｌｃの幅が上記範囲内であれば、ガスケット７のはみ出しに対して係止部７ｌｃが切れにくくなる。また、同様の観点から、係止部７ｌｃの長さは、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることが好ましく、２ｍｍ以上５ｍｍ以下であることがより好ましい。さらに、係止部７ｌｃの効果を効率よく発揮するために、係止部７ｌｃの幅は係止部７ｌｃの長さの１．０倍以上１０倍以内であることが好ましく、１．０倍以上５．０倍以内であることがより好ましく、１．０倍以上３．０倍以内であることがさらに好ましい。係止部７ｌｃの長さに対する係止部７ｌｃの幅が上記範囲内であれば、係止部７ｌｃの曲げモーメントを十分高く設計でき、電極２などの他の部材への干渉を抑制できる。
　ガスケット７の材質としては、特に制限されるものではなく、絶縁性を有する公知のゴム材料や樹脂材料等を選択することができる。ゴム材料や樹脂材料としては、具体的には、天然ゴム（ＮＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、アクリロニトリル－ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、シリコーンゴム（ＳＲ）、エチレン－プロピレンゴム（ＥＰＴ）、エチレン－プロピレン－ジエンゴム（ＥＰＤＭ）、フッ素ゴム（ＦＲ）、イソブチレン－イソプレンゴム（ＩＩＲ）、ウレタンゴム（ＵＲ）、クロロスルホン化ポリエチレンゴム（ＣＳＭ）等のゴム材料、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）や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）、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、クロロトリフルオエチレン・エチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）等のフッ素樹脂材料や、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエチレン、ポリイミド、ポリアセタール等の樹脂材料を用いることができる。これらの中でも、弾性率や耐アルカリ性の観点でエチレン－プロピレン－ジエンゴム（ＥＰＤＭ）、フッ素ゴム（ＦＲ）が特に好適である。
　ガスケット７には、補強材が埋設されていてもよい。これにより、スタック時に外枠３に挟まれて押圧されたときに、ガスケット７が潰れることを抑制でき、破損を防止し易くできる。
　このような補強材としては公知の金属材料、樹脂材料および炭素材料等が使用でき、具体的には、ニッケル、ステンレス等の金属、ナイロン、ポリプロピレン、ＰＶＤＦ、ＰＴＦＥ、ＰＰＳ等の樹脂、カーボン粒子や炭素繊維等の炭素材料が挙げられる。
　補強材の形状としては、織布、不織布、短繊維、多孔膜等の形状のものが好適である。さらに、ガスケット７の表面に保護層が設けられていてもよい。これにより、ガスケット７およびエレメントの間の密着性を向上させることや、ガスケット７の耐アルカリ性を向上させることもできる。このような保護層の材質も、ガスケット７の材質の中から選択され得る。
　ガスケット７のサイズは、特に制限されるものではなく、電極室５や隔膜４の寸法に合わせて設計すればよい。
　ガスケット７の厚みは、特に制限されるものではなく、ガスケット７の材質や弾性率、セル面積に応じて設計される。好ましい厚みの範囲としては、０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下が好ましく、１．０ｍｍより大きく１０ｍｍ以下がより好ましく、３．０ｍｍ以上１０ｍｍ以下が更に好ましい。
　スリットＳＬの厚みは、特に制限されるものではなく、隔膜４の厚みなどに応じて設計される。好ましい厚みの範囲は、０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下である。スリットＳＬの内周面ＩＳからの深さは、アルカリ水電解槽５０の組立て前の状態で、隔膜４の縁部を全周囲に亘って収容した場合に、隔膜４の端からスリットＳＬの底面までの間に、空隙が生じることが好ましい。なお、アルカリ水電解槽５０の組立て前のガスケット７の状態は、組み立て後のアルカリ水電解槽５０において外枠３による挟持、言換えると押付けを解放させたガスケット７の状態にほぼ等しいとみなされる。
　また、アルカリ水電解槽５０の組立て前の状態での突起部７ｐの高さも、特に制限されるものではないが、十分な押し圧を発現するために、０．５ｍｍ～５ｍｍであることが好ましい。
　ガスケット７の弾性率は、特に制限されるものではなく、電極２の材質やセル面積に応じて設計される。好ましい弾性率の範囲としては、１００％変形時の引張応力で、０．２０ＭＰａ～２０ＭＰａの範囲が好ましく、シーリング特性やスタック時のセル強度の観点から、０．５ＭＰａ～１５ＭＰａの範囲がより好ましく、１．０ＭＰａ～１０ＭＰａの範囲が更に好ましい。なお、引張応力は、ＪＩＳ　Ｋ６２５１に準拠して、測定することができる。例えば、島津製作所社製のオートグラフＡＧを用いてよい。
　本実施形態では、ガスケット７の厚みが０．５ｍｍ～１０ｍｍであり、１００％変形時の引張応力で１．０ＭＰａ～１０ＭＰａであることが、電極撓みによるセル電圧の上昇を抑制する観点、また、シーリング特性やスタック時のセル強度の観点から、好ましい。また、ガスケット７を２ＭＰａで押付けたときの、ガスケット７の圧縮ひずみが１０％以上４０％以下であることが好ましい。
　ガスケット７を複極式ターミナルエレメント６０に取り付ける際に、接着剤を使用してもよい。ガスケット７の片面に接着剤を塗布し、エレメントの片側の外枠３に貼り付けることができる。なお、接着剤を乾燥させた後、複極式ターミナルエレメント６０の電極２の表面に水をかけ、電極２を湿らせておくことが好ましい。隔膜４を保持できるように、隔膜４の縁部を収容するスリットＳＬを設けたガスケット７においては、隔膜４を保持した状態で貼付けてもよいし、貼付けた後に隔膜４を保持させてもよい。
－隔膜－
　本実施形態のアルカリ水電解用複極式電解槽５０において、隔膜４は、前述のように、スリットＳＬにおいてガスケット７に把持される。隔膜４としては、イオンを導通しつつ、発生する水素ガスと酸素ガスを隔離するために、イオン透過性の膜が使用される。このイオン透過性の隔膜４としては、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４としては、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。
　隔膜４の引張破断強度は、ガスケット７に把持された部分の破断を防ぐ観点からは、１０ＭＰａ以上であることが好ましい。また、隔膜４の引張破断強度は、４０ＭＰａ以下であることが好ましい。
　隔膜４のサイズは、隔膜４の縁部が全体に亘ってスリットＳＬに収容される限り、特に制限されるものではなく、スリットＳＬの寸法に合わせて設計すればよい。隔膜４の厚みは、特に制限されるものではないが、０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下であることが好ましい。
－－多孔膜－－
　多孔膜は、複数の微細な貫通孔を有し、隔膜４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。多孔膜としては、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。
　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。
　高分子材料として、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を用いることで、高温、高濃度のアルカリ溶液に対する耐性が一層向上する。また、例えば、非溶媒誘起相分離法等の方法を用いることで、隔膜４を一層簡便に製膜することができる。特にポリスルホンであれば、孔径を一層精度よく制御することができる。
　多孔膜では、分離能、強度等適切な膜物性を得る為に、孔径が制御されることが好ましい。また、アルカリ水電解に用いる場合、陽極２ａから発生する酸素ガスおよび陰極２ｃ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、多孔膜の孔径が制御されることが好ましい。
　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。さらに、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。
　また、多孔膜の最大孔径は多孔膜の分離精度を高める為、制御されることが好ましい。具体的には、平均孔径と最大孔径との差が小さいほど、多孔膜の分離性能は高くなる傾向にある。特に、電解においては、多孔膜内の孔径のばらつきを小さく保てる為、ピンホールが発生して両電極室５から発生するガスの純度が低下する可能性を低くできる。
　上記多孔膜の平均透水孔径（平均孔径）は、０．０１μｍ以上１．０μｍ以下が好ましく、より好ましくは０．１μｍ以上０．５μｍ以下である。平均透水孔径が０．０１μｍ以上であると、細孔が閉塞しにくく、不純物によって細孔が目詰まりしにくい。また、１．０μｍ以下であると、ガス遮断性に優れる。
　かかる観点から、本実施形態の多孔膜においては、平均孔径が、０．０１μｍ以上１．０μｍ以下、かつ／または最大孔径は０．０１μｍよりも大きく２．０μｍ以下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。したがって、例えば９０℃の環境下での電解用の隔膜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０．１μｍ以上０．５μｍ以下、かつ／または、最大孔径が０．５μｍ以上１．８μｍ以下であることがより好ましく、また、平均孔径が０．０１μｍ以上０．５μｍ以下、かつ／または、最大孔径が０．０５μｍ以上１．８μｍ以下であることがより好ましい。
　多孔膜の透水平均孔径と最大孔径とは、以下の方法で測定することができる。
　多孔膜の透水平均孔径とは、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およ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。
　多孔膜の最大孔径は、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することができる。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。このサンプルを純水で濡らし、多孔膜の孔内に純水を含浸させ、これを測定用の耐圧容器にセットする。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気泡が連続して発生してくるときの窒素圧力を、バブルポイント圧力とする。最大孔径はヤング－ラプラスの式を変形させた下記バブルポイント式から求めることができる。
　　最大孔径（ｍ）＝４γｃｏｓθ／Ｐ
　ここで、γは水の表面張力（Ｎ／ｍ）、ｃｏｓθは多孔膜表面と水の接触角（ｒａｄ）、Ｐはバブルポイント圧力（Ｐａ）である。
　アルカリ水電解用の隔膜４においては、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、さら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、多孔膜の気孔率が制御されることが好ましい。
　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、６０％以下であることが更に好ましく、５５％以下であることが更により好ましい。また、多孔膜の気孔率は３０％以上７０％以下であることが好ましい。多孔膜の気孔率が上記下限値以上であれば、セル電圧を低くすることができる。また、上記上限値以下であれば、ガスの遮断性、機械的強度が良好となり、変形しにくくなる。また、長期間使用しても隙間ができにくく、多孔膜中の細孔が潰れにくい。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。また、隔膜の気孔率が３０％以上であると、セル電圧が高くなりすぎにくい。また、７０％以下であれば、ガスの遮断性、機械的強度が良好となり、変形しにくくなる。また、長期間使用しても隙間ができにくく、多孔膜中の細孔が潰れにくい。
　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および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。
　隔膜４として用いられる多孔膜の厚みは、特に限定されないが、０．２０ｍｍ以上１ｍｍ以下であることが好ましく、より好ましくは０．２５ｍｍ以上０．７ｍ以下、更に好ましくは０．３０ｍｍ以上０．６ｍｍ以下である。なお、多孔膜の厚みは、後述の実施例に記載の方法で測定することができる。
　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、多孔膜の厚みが、０．２０ｍｍ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、０．２５ｍｍ以上であることがより好ましい。
　また、多孔膜の厚みが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。多孔膜の厚みが０．７ｍｍ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、１ｍｍ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ことができる。かかる観点から、多孔膜の厚みの上限は、０．７ｍｍ以下であることがより好ましく、０．６ｍｍ以下であることが更に好ましい。
－陽極ターミナルエレメント－
　陽極ターミナルエレメント５１ａは、複極式ターミナルエレメント６０における陰極２ｃ側の構成要素を省いた構造を有しており、隔壁１、外枠３、および陽極２ａを有する。図２において、アルカリ水電解槽５０において、陽極ターミナルエレメント５１ａは、陽極２ａが陰極ターミナルエレメント５１ｃ側に向くように配置されている。
－陰極ターミナルエレメント－
　陰極ターミナルエレメント５１ｃは、複極式ターミナルエレメント６０における陽極２ａ側の構成要素を省いた構造を有しており、隔壁１、外枠３、および陰極２ｃを有する。アルカリ水電解槽５０において、陰極ターミナルエレメント５１ｃは、陰極２ｃが陽極ターミナルエレメント５１ａ側に向くように配置されている。
－電解セル－
　前述の、アルカリ水電解槽５０における、複数の複極式ターミナルエレメント６０、陽極ターミナルエレメント５１ａ、陰極ターミナルエレメント５１ｃ、ガスケット７、および隔膜４の配置により、互いに隣接する２つのエレメントの一方の陽極２ａと他方の陰極２ｃとは、隔膜４を挟んで対向する。図９に例示すように、互いに隣接する２つの複極式ターミナルエレメント６０それぞれの隔壁１の間における部分は、電解セル６５を構成する。電解セル６５は、一方のエレメントの隔壁１、陽極室５ａ、陽極２ａ、および、隔膜４、ならびに、他方のエレメントの陰極２ｃ、陰極室５ｃ、および隔壁１を含む。
－電極室－
　電極室５は、電解液が通過する流路として機能する。エレメントにおいて、隔壁１、陽極２ａ側の外枠３の部分、および陽極２ａに対向する隔膜４は、陽極室５ａを画定する。エレメントにおいて、隔壁１、陰極２ｃ側の外枠３の部分、および陰極２ｃに対向する隔膜４は、陰極室５ｃを画定する。
　電極室５には、外枠３において、電極室５に電解液を導入する電解液入口５ａｉ、５ｃｉが設けられる。また、図４に示すように、電極室５には、外枠３において、電極室５から電解液を導出する電解液出口５ａｏ、５ｃｏが設けられる。より具体的には、陽極室５ａには、図９に示すように、陽極室５ａに電解液を導入する陽極電解液入口５ａｉ、および、図４に示すように、陽極室５ａから導出する電解液を導出する陽極電解液出口５ａｏが設けられる。同様に、陰極室５ｃには、図９に示すように、陰極室５ｃに電解液を導入する陰極電解液入口５ｃｉ、および、図４に示すように、陰極室５ｃから導出する電解液を導出する陰極電解液出口５ｃｏが設けられる。
　なお、アルカリ水電解槽５０は、電極室５の中で電解液入口５ａｉ、５ｃｉおよび電解液出口５ａｏ、５ｃｏがそれぞれ鉛直下方および鉛直上方を向くように、設置される。隔壁１の平面視形状が矩形である構成において、隔壁１に沿う第１の方向Ｄ１が向かい合う２組の辺の中の１組の辺の方向と同じ方向となるように配置されてよい。
（（ゼロギャップ構造））
　本実施形態のアルカリ水電解用複極式電解槽５０では、図９に示すとおり、隔膜４が陽極２ａおよび陰極２ｃと接触してゼロギャップ構造Ｚが形成されている。
　アルカリ水電解において、隔膜４と、陽極２ａや陰極２ｃ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気泡が滞留することで、電気抵抗が非常に高くなる。電解セル６５における大幅な電解電圧の低減を図るためには、陽極２ａと陰極２ｃの間隔（以下、「極間距離」ともいう。）をできるだけ小さくして、陽極２ａと陰極２ｃの間に存在する電解液や気泡の影響をなくすことが効果的である。
　そこで、電極２全面にわたり、陽極２ａおよび隔膜４が互いに接触し、且つ、陰極２ｃおよび隔膜４が互いに接触している状態、または、電極２全面にわたり、電極間距離が隔膜４の厚みとほぼ同じとなる距離で、陽極２ａおよび隔膜４の間、ならびに陰極２ｃおよび隔膜４の間に隙間のほとんど無い状態、に保つことのできる、ゼロギャップ構造Ｚが採用される。
　極間距離を小さくするための手段は、従来公知の提案があり、例えば、陽極２ａと陰極２ｃを完全に平滑に加工して、隔膜４を挟むように押し付ける方法、電極２および隔壁１の間にバネ等の弾性体を配置し、この弾性体で電極２を支持する方法、ならびに電極２および隔壁１の間に、上記弾性体および集電体を配置し、集電体で弾性体をささえる方法等が挙げられる。
　ゼロギャップ型の電解セル６５における複極式ターミナルエレメント６０では、極間距離を小さくする手段として、電極２および隔壁１の間に弾性体であるバネを配置し、このバネで電極２を支持する形態をとることが好ましい。例えば、第１の例では、隔壁１に導電性の材料で製作されたバネを取付け、このバネに電極２を取付けてよい。また、第２の例では、隔壁１に取付けた電極リブ６にバネを取付け、そのバネに電極２を取付けてよい。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２が隔膜４に接する圧力が不均一にならないように、バネの強度、バネの数、形状等が必要に応じて適宜調節される必要がある。
　また弾性体を介して支持した電極２の対となるもう一方の電極２の剛性を強くすること（例えば、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よい。―方で、弾性体を介して支持した電極２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、アルカリ水電解槽５０の製作精度上の公差や電極２の変形等による凹凸を吸収してゼロギャップ構造Ｚを保つことができる。
　より具体的には、隔壁１と電気的に接触している整流板６の先端に集電体２ｒを取付け、その集電体２ｒの、隔壁１側とは反対となる側に導電性弾性体２ｅを取付け、さらに、導電性弾性体２ｅに隣接して隔膜４側となる部分に電極２を重ねた少なくとも３層構造を構成することが挙げられる。集電体２ｒと導電性弾性体２ｅとによって弾性体が構成されてよい。
　本実施形態のアルカリ水電解用複極式電解槽５０では、陰極２ｃおよび隔壁１の間に、導電性弾性体２ｅおよび集電体２ｒが、導電性弾性体２ｅが陰極２ｃおよび集電体２ｒに挟まれるように、設けられている。また、陰極集電体２ｒは、陰極リブ６と接していることが好ましい。あるいは、陽極２ａおよび隔壁１の間に、導電性弾性体２ｅおよび集電体２ｒが、導電性弾性体２ｅが陽極２ａおよび集電体２ｒに挟まれるように、設けられていてもよい。
　本実施形態のアルカリ水電解用電解セル６５のゼロギャップ構造Ｚは、隔壁１の陽極２ａ側に陽極リブ６および陽極２ａがこの順に重ねられ、隔壁１の陰極２ｃ側に陰極リブ６、陰極集電体２ｒ、導電性弾性体２ｅ、および陰極２ｃがこの順に重ねられた複極式ターミナルエレメント６０が、隔膜４を挟んで重ね合わせられた、隔膜４が陽極２ａおよび陰極２ｃと接触する構造であることが好ましい。
（（ガスケットの押付））
　前述のように、アルカリ水電解槽５０の形成に際した締付けにより、ガスケット７は、積層方向の両方向において外枠３から押付けられる。本実施形態における外枠３によるガスケット７の押付面圧は、１ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下である。なお、押付面圧とは、ガスケット７および外枠３の接触面全体の平均押付面圧である。平均押付面圧は、アルカリ水電解槽５０の締付けの圧力からゼロギャップ構造に伴う電極２同士の接触面圧およびアルカリ水電解槽５０の内圧を差し引いたものである。
　ガスケット７の押付面圧は、内圧と等しい接触面圧が得られるように設計されれば充足するが、接触面の平滑性やガスケット７のクリープ等を考慮して高く設計するのが一般的である。従って、ガスケット７の押付面圧は、アルカリ水電解槽１０の内圧を考慮し、ガスケット７の物理的耐久性を超えない範囲で適宜選択してよく、本実施形態の押付面圧は突起部７ｐに対してアルカリ水電解槽５０の内圧以上の接触面圧がかかるように設計されるべきである。また、本実施形態におけるガスケット７はスリットＳＬを有しており、後述する槽内リークを防ぐ目的で、押付面圧は、ガスケット７におけるスリットＳＬの面と隔膜４の接触面圧も内圧以上になるように設計されるべきである。
　本願発明者は、これらの要求設計を充足する平均押付面圧について鋭意検討を重ねた結果、ガスケット７の押付面圧が１ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下で、かつ後述する最大接触面圧が３ＭＰａ以上２０ＭＰａ以下であることにより、ガスケット７または隔膜４の破断および亀裂を防ぎつつ、槽外リークおよび槽内リークを防ぐという目的を達成し得ることを見出した。より詳細に説明すると、ガスケット７の押付面圧が１ＭＰａ以上であれば、ガスケット７および外枠３の間からの電解液および電解により発生するガスの漏洩（槽外リーク）が防がれ得るだけでなく、後述する槽内リークも防がれ得る。また、ガスケット７の押付面圧が１０ＭＰａ以下であれば、ガスケット７または隔膜４の破断および亀裂が防がれ得る。
　ガスケット７は、外枠３からの押付けにより、スリットＳＬが狭まるように変形する。また、ガスケット７は、当該押付けにより、第１突起部７ｐ１および第２突起部７ｐ２が潰れるように変形する。第１突起部７ｐ１は、ガスケット７におけるスリットＳＬの厚み方向に変形しうる。それゆえ、ガスケット７は、スリットＳＬの厚み方向から見て、第１突起部７ｐ１に重なる位置において、他の位置よりも大きな最大接触面圧で隔膜４を押圧する。
　最大接触面圧は、３ＭＰａ以上２０ＭＰａ以下である。さらに、最大接触面圧は、外枠３によるガスケット７の押付面圧の１．５倍以上であることが好ましい。最大接触面圧が押付面圧の１．５倍以上であれば、槽内リークおよび槽外リークの両者の抑制に要する押付力を効率よく利用することができ、ガスケットのクリープ速度を低下させることができる。また、外枠や他の部材にかかる負荷も軽減できるため、電解槽に意図しない撓みが発生することを抑制できる。ガスケット７の最大接触面圧は、押付面圧と同じ目的を満たすように設計が要求されている。本願発明者は、このような要求設計を充足する最大接触面圧について鋭意検討を重ねた結果、最大接触面圧が３ＭＰａ以上２０ＭＰａ以下で、かつ前述のようにガスケット７の押付面圧が１ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下であることにより、ガスケット７または隔膜４の破断および亀裂を防ぎつつ、槽外リークおよび槽内リークを防ぐという目的を達成し得ることを見出した。より詳細に説明すると、最大接触面圧が３ＭＰａ以上であれば、ガスケット７および隔膜４の間を介した、隔膜４を介した２つの電極室５間の電解液及び電解により発生するガスの漏洩（槽内リーク）が防がれ得る。最大接触面圧が２０ＭＰａ以下であれば、ガスケット７および隔膜４の破断および亀裂が防がれ得る。
　なお、最大接触面圧は、アルカリ水電解槽５０をタイロッド５１ｒなどによる締付けから解放して、ガスケット７を抜出し、ガスケット７が把持している隔膜４を圧力に応じて変色する感圧紙に入替えて、再度、解放前と同じ押付面圧でガスケット７を外枠３に挟持させる。挟持後に、再度、締付けから解放し、抜出したガスケット７から感圧紙を取出し、変色した色を目視することにより測定される。
　アルカリ水電解槽５０の組立て前の状態から、ガスケット７の枠を周方向の全体に亘って外枠３に重ねた状態で、外枠３をガスケット７に２ＭＰａで押圧させた場合の気液分離ボックス３ｓｐの壁部３ｗの、撓み量が０．３ｍｍ以下であることが好ましい。なお、外枠３をガスケット７にαＭＰａで押圧させた場合の壁部３ｗの撓み量は、後述の実施例に記載の方法で測定することができる。
　以下、具体的な実施例および比較例を挙げて説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
　以下、実施例で用いた測定方法および試験方法について説明する。
（隔膜の厚み）
　適当なサイズに切り出した隔膜の厚みを、デジタルシックネスゲージで５点以上測定し、その算術平均を隔膜の厚みとした。
（壁部の撓み量）
　後述する気液分離ボックスの壁部のたわみ量を、Ｘ線ＣＴによる画像解析によって測定した。測定において、後述するセル枠をガスケットに２ＭＰａで押圧させた状態で壁部の撓み量を電解セルの幅方向に対して５点以上測定し、その算術平均を壁部の撓み量とした。
（圧縮ひずみ）
　ガスケットの圧縮ひずみを、島津製作所(株)製オートグラフを用いて測定した。測定において、長さ４０ｍｍに切り出したガスケットのスリット内に隔膜をはさみ、ひずみ速度１００％／ｍｉｎで圧縮した。そして、得られた応力―ひずみ線図から応力２ＭＰａ時の圧縮ひずみを読み取った。
（槽外リーク試験）
　以下に説明するように、図１０に示す、モデル電解槽を作成した。
－隔壁、外枠、整流板－
　モデル電解槽を構成する隔壁および外枠３として、電解セル内部を視認できる透明な材質（アクリル）で構成されているセル枠を用いた。
　まず、厚みＱ：７５ｍｍ、横幅Ｒ：３００ｍｍ、縦幅Ｐ：１．４５ｍ又は２．６５ｍのアクリル板を用意した。
　次いで、このアクリル板を、片面側から電極室となる空間の分（所定の厚み、横幅：２５０ｍｍ、所定の縦幅）だけ削り、所望のサイズの電極室を形成した。電極室を形成したアクリル板の縦方向の一端側に電極室と同じ厚み横幅で、所定の縦幅となるようにレーザー加工により削り、開口した部分をアクリル板で覆い、溶接によって接着して、気液分離ボックスを形成した。このように、電極室および気液分離ボックスを有する箱型のセル枠を準備した。
　そして、整流板として、厚さ３ｍｍのアクリル板を、横幅Ｒの方向に沿って所望の間隔Ｃで、２枚～４枚設けた。このとき、２～４枚の整流板は、電極室の横幅Ｒの方向の中心に関して対称となるように配置した。また、整流板の延在方向の端と電極室との縦幅Ｐの方向の間隔は、両端において１００ｍｍとした。
－陽極－
　陽極としては、あらかじめブラスト処理を施したニッケルエキスパンド基材を用いた。陽極のサイズは、電解室のサイズと同様とした。
－陰極－
　導電性基材として、直径０．１５ｍｍのニッケルの細線を４０メッシュの目開きで編んだ平織メッシュ基材を用いた。なお、陰極の厚さは、０．３ｍｍであった。陰極のサイズは、電解室のサイズと同様とした。
－隔膜－
　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。隔膜の厚みは５００ｕｍ、室温における引張破断強度は２５ＭＰａだった。
－ガスケット－
　ガスケットとして、ＥＰＤＭゴムを材質とし、１００％変形時の弾性率が４．０ＭＰａであるものを用いた。セル枠と電極との間に挿入したガスケットは、平面視での開口部の寸法がアクリル製のセル枠の電極室の寸法であるものを使用した。
　特に、陰極と陽極との間に挿入したガスケットは、平面視での開口部の寸法がアクリル製のセル枠の電極室の寸法であり、ここで、開口部の内壁の厚み方向中央部分に、隔膜を挿入することでこれを保持するための、厚み０．４ｍｍのスリット構造を有するものを使用した。また、その他の寸法については、表１に記載のガスケットＡ～ガスケットＫを製作し、使用した。なお、ガスケットＡ～ガスケットＦ、ガスケットＩ～ガスケットＫは、第１突起部７ｐ１として、突起部７ｐの高さ方向から見てスリットＳＬに重なる突起部７ｐ１を有する。また、ガスケットＡ、ガスケットＣ、ガスケットＥ、およびガスケットＩ～ガスケットＫは、第２突起部７ｐ２として、突起部７ｐの高さ方向から見てスリットＳＬに重なる突起部７ｐ２を有する。さらに、ガスケットＩおよびガスケットＪは、内周側に係止部７ｌｃを有する。また、ガスケットＫは、内周側および外周側に係止部７ｌｃを有する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　なお、表１において、突起部高さｈとは、図１１に示すように、ガスケット７において突起部７ｐが設けられる面からの高さである。突起部高さｈは、第１突起部７ｐ１を有するガスケット７においては、第１突起部７ｐ１の高さである。また、突起部高さｈは、第２突起部７ｐ２を有するガスケット７においては、第２突起部７ｐ２の高さである。また、突起部幅ｗとは、図１１に示すように、ガスケット７の周方向および突起部７ｐの高さ方向に垂直な方向における突起部７ｐの幅である。突起部幅ｗは、第１突起部７ｐ１を有するガスケット７においては、第１突起部７ｐ１の幅である。また、突起部幅ｗは、第２突起部７ｐ２を有するガスケット７においては、第２突起部７ｐ２の幅である。また、第１突起部位置Ｌ１とは、図１１に示すように、第１突起部７ｐ１の、枠の周方向および突起部７ｐの高さ方向に垂直な方向において、ガスケット７の内側の端からの、最大高さとなる位置までの距離である。また、第２突起部位置Ｌ２とは、図１１に示すように、第２突起部７ｐ２の、枠の周方向および突起部７ｐの高さ方向に垂直な方向において、ガスケット７の内側の端からの、最大高さとなる位置までの距離である。また、全幅Ｗとは、図１１に示すように、ガスケット７の枠の周方向に垂直な断面において、ガスケット７の内側の端から外側の端までの幅である。ただし、図１２、１３に示すように、ガスケット７の内側の端または外側の端に係止部７ｌｃが設けられている構成においては、全幅Ｗは、係止部７ｌｃの幅を除いた幅である。また、スリット長Ｓとは、図１１に示すように、枠の周方向および突起部の高さ方向に垂直な方向において、ガスケット７の内側の端からのスリットＳＬの深さである。また、全長Ｈとは、図１１に示すように、突起部７ｐを含めたガスケットの厚みである。ただし、図１２、１３に示すように、ガスケット７に係止部７ｌｃが設けられている構成においては、全長Ｈは、係止部７ｌｃの長さＬｆを除いた長さである。また、スリット厚ｓとは、図１１に示すように、突起部７ｐの高さ方向におけるスリットＳＬの対向する内面間の距離である。また、係止部７ｌｃの幅Ｗｆは、図１２、１３に示す様に、外枠に接する全幅Ｗから外側または内側へはみ出した長さの最大値である。また、係止部長さＬｆは、図１２、１３に示す様に、ガスケット厚み方向において、ガスケット７の表面から突出する係止部７ｌｃの最大長さである。
　一方側から他方側に向かって、プレス板、陽極用セル枠、ガスケット７、陽極２ａ、隔膜４を収容したガスケット７、陰極２ｃ、ガスケット７、陰極用セル枠、プレス板、の順に配置し、これらをプレス板の両側からタイロッド５１ｒで締め付けることでスタックし、モデル電解槽を組み立てた。
　陽極用セル枠の鉛直下方に、電解液を陽極室に流入させるための陽極入口側ホース１０Ｏａｉを取付けた。陽極用セル枠の側面上方に、電解液を陽極室から流出させるための陽極出口側ホース１０Ｏａｏを取付けた。陰極用セル枠の鉛直下方に、電解液を陰極室に流入させるための陰極入口側ホース１０Ｏｃｉを取付けた。陰極用セル枠の鉛直上方に、電解液を陰極室から流出させるための陰極出口側ホース１０Ｏｃｏを取付けた。陽極出口側ホース１０Ｏａｏおよび陰極出口側ホース１０Ｏｃｏに圧力計ＰＩを取付けた。
　陽極入口側ホース１０Ｏａｉ、陽極室５ａ、および陽極出口側ホース１０Ｏａｏ、陰極入口側ホース１０Ｏｃｉ、陰極室５ｃ、陰極出口側ホース１０Ｏｃｏに１００ｋＰａで水を封止した。封止した状態で１５分間放置し、圧力値の変動を測定した。また、放置後に目視で、ガスケット７およびセル枠間からの水漏れを確認した。圧力計の変動が１ｋＰａ以下または水漏れが確認できなければ合格とした。
（槽内リーク試験）
　槽外リーク試験と同様のモデル電解槽を作成した。
　図１４に示すように、モデル電解槽では筐体となるアクリル製のセル枠に、槽外リーク試験と同様に、電解液を通過させる陽極入口側ホース１０Ｏａｉ、陽極出口側ホース１０Ｏａｏ、陰極入口側ホース１０Ｏｃｉ、陰極出口側ホース１０Ｏｃｏを取付けた。陰極出口側ホース１０Ｏｃｏを、下端部にノズルを有する容器ＶＬの当該ノズルに連結させた。
　陽極入口側ホース１０Ｏａｉおよび陽極出口側ホース１０Ｏａｏのバルブを閉じた。次に、容器ＶＬ内に高さ５０ｃｍになるように水を入れ、陰極入口側ホース１０Ｏｃｉから空気の流入を開始し、容器ＶＬ内から安定して気泡が発生するように流出した空気による泡を発生させた。この操作により、陰極側の圧力が５ｋＰａに保たれ、陽極側との差圧が発生する。流入開始後１０分経過後に、陽極側の圧力値の変動を測定した。また、測定後に陽極出口側ホース１０Ｏａｏを開放し、当該陽極出口ホース１０Ｏａｏに石鹸水を付け、泡が発生しないか目視で判別した。圧力計の変動が０．５ｋＰａ以内または泡が発生しなければ合格とした。
（反復締付試験）
　槽外リーク試験と同様のモデル電解槽を作成した。
　陽極入口側ホース１０Ｏａｉ、および陰極入口側ホース１０Ｏｃｉから８０℃の水を流し、循環させながら電解槽を６０℃以上に昇温した。抜液後、締付力を調整し、電解槽をガスケット７のシール面圧０ＭＰａおよび４ＭＰａで繰返し締付けた。２５回の反復締付後、槽内リーク試験を行い、圧力計の変動が０．５ｋＰａ以内または泡が発生しなければ合格とした。
　また、反復締付前後のガスケットのはみ出し量を測定した。前後の差が±１ｍｍであればＡ、±３ｍｍ以内であればＢ、それ以上はＣと評価した。ここで、ガスケットのはみ出し量は外枠の最外部からガスケットの最外部までの長さである。
（実施例１）
　表１に記載のガスケットＡを用いて、タイロッド５１ｒによるモデル電解槽締付けを、２．０ＭＰａで行い、実施例１のモデル電解槽を作成した。実施例１のモデル電解槽に対して、上述の測定および反復締付け試験を除く評価試験を行い、結果を表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
（実施例２）
　表１に記載のガスケットＢを用いて、タイロッド５１ｒによるモデル電解槽締付けを、２．５ＭＰａで行い、実施例２のモデル電解槽を作成した。実施例２のモデル電解槽に対して、上述の測定および反復締付け試験を除く評価試験を行い、結果を表２に示す。
（実施例３）
　表１に記載のガスケットＣを用いて、タイロッド５１ｒによるモデル電解槽締付けを、１．０ＭＰａで行い、実施例３のモデル電解槽を作成した。実施例３のモデル電解槽に対して、上述の測定および反復締付け試験を除く評価試験を行い、結果を表２に示す。
（実施例４）
　表１に記載のガスケットＤを用いて、タイロッド５１ｒによるモデル電解槽締付けを、１．５ＭＰａで行い、実施例４のモデル電解槽を作成した。実施例４のモデル電解槽に対して、上述の測定および反復締付け試験を除く評価試験を行い、結果を表２に示す。
（実施例５）
　表１に記載のガスケットＥを用いて、タイロッド５１ｒによるモデル電解槽締付けを、４．０ＭＰａで行い、実施例５のモデル電解槽を作成した。実施例５のモデル電解槽に対して、上述の測定および反復締付け試験を除く評価試験を行い、結果を表２に示す。
（実施例６）
　表１に記載のガスケットＦを用いて、タイロッド５１ｒによるモデル電解槽締付けを、５。０ＭＰａで行い、実施例６のモデル電解槽を作成した。実施例６のモデル電解槽に対して、上述の測定および反復締付け試験を除く評価試験を行い、結果を表２に示す。
（実施例７）
　表１に記載のガスケットＩを用いて、タイロッド５１ｒによるモデル電解槽の締付けを行い、実施例７のモデル電解槽を作成した。実施例７のモデル電解槽に対して、上述の測定および評価試験を行い、結果を表２に示す。なお、表２に示した槽内リーク試験は、反復締付け試験後に行った結果である。また、反復締付試験後の槽内リーク試験は合格で、ガスケットのはみ出し量はＡとなった。
（実施例８）
　表１に記載のガスケットＪを用いて、タイロッド５１ｒによるモデル電解槽の締付けを行い、実施例８のモデル電解槽を作成した。実施例８のモデル電解槽に対して、上述の測定および評価試験を行い、結果を表３に示す。なお、表２に示した槽内リーク試験は、反復締付け試験後に行った結果である。また、反復締付試験後の槽内リーク試験は合格で、ガスケットのはみ出し量はＢとなった。
（実施例９）
　表１に記載のガスケットＫを用いて、タイロッド５１ｒによるモデル電解槽の締付けを行い、実施例９のモデル電解槽を作成した。実施例９のモデル電解槽に対して、上述の測定および評価試験を行い、結果を表３に示す。なお、表３に示した槽内リーク試験は、反復締付け試験後に行った結果である。また、反復締付試験後の槽内リーク試験は合格で、ガスケットのはみ出し量はＡとなった。
（比較例１）
　表１に記載のガスケットＡを用いて、タイロッド５１ｒによるモデル電解槽締付けを、０．５ＭＰａで行い、比較例１のモデル電解槽を作成した。比較例１のモデル電解槽に対して、上述の測定および反復締付け試験を除く評価試験を行い、結果を表３に示す。
（比較例２）
　表１に記載のガスケットＡを用いて、タイロッド５１ｒによるモデル電解槽締付けを、１０．０ＭＰａで行い、比較例２のモデル電解槽を作成した。比較例２のモデル電解槽に対して、上述の測定および反復締付け試験を除く評価試験を行い、結果を表３に示す。
（比較例３）
　表１に記載のガスケットＣを用いて、タイロッド５１ｒによるモデル電解槽締付けを、１０．０ＭＰａで行い、比較例３のモデル電解槽を作成した。比較例３のモデル電解槽に対して、上述の測定および反復締付け試験を除く評価試験を行い、結果を表３に示す。
（比較例４）
　表１に記載のガスケットＥを用いて、タイロッド５１ｒによるモデル電解槽締付けを、０．５ＭＰａで行い、比較例４のモデル電解槽を作成した。比較例４のモデル電解槽に対して、上述の測定および反復締付け試験を除く評価試験を行い、結果を表３に示す。
（比較例５）
　表１に記載のガスケットＥを用いて、タイロッド５１ｒによるモデル電解槽締付けを、６．０ＭＰａで行い、比較例５のモデル電解槽を作成した。比較例５のモデル電解槽に対して、上述の測定および反復締付け試験を除く評価試験を行い、結果を表３に示す。
（比較例６）
　表１に記載のガスケットＧを用いて、タイロッド５１ｒによるモデル電解槽締付けを、２．０ＭＰａで行い、比較例６のモデル電解槽を作成した。比較例６のモデル電解槽に対して、上述の測定および反復締付け試験を除く評価試験を行い、結果を表３に示す。
（比較例７）
　表１に記載のガスケットＨを用いて、タイロッド５１ｒによるモデル電解槽締付けを、２．０ＭＰａで行い、比較例７のモデル電解槽を作成した。比較例７のモデル電解槽に対して、上述の測定および反復締付け試験を除く評価試験を行い、結果を表３に示す。
　１　隔壁
　２　電極
　２ａ　陽極
　２ｃ　陰極
　２ｅ　導電性弾性体
　２ｒ　集電体
　３　外枠
　３ｄｐ　陥凹部
　３ｓｐ　気液分離ボックス
　３ｗ　壁部
　４　隔膜
　５　電極室
　５ａ　陽極室
　５ａｉ　陽極電解液入口
　５ａｏ　陽極電解液出口
　５ｃ　陰極室
　５ｃｉ　陰極電解液入口
　５ｃｏ　陰極電解液出口
　５ｏ　電解液出口
　６　整流板（電極リブ）
　６ａ　陽極整流板（陽極リブ）
　６ｃ　陰極整流板（陰極リブ）
　７　ガスケット
　７ｌｃ　係止部
　７ｐ　突起部
　７ｐ１　第１突起部
　７ｐ２　第２突起部
　１０Ｏａｉ　陽極入口側ホース
　１０Ｏａｏ　陽極出口側ホース
　１０Ｏｃｉ　陰極入口側ホース
　１０Ｏｃｏ　陰極出口側ホース
　５０　アルカリ水電解槽
　５１ａ　陽極ターミナルエレメント（エレメント）
　５１ｃ　陰極ターミナルエレメント（エレメント）
　５１ｇ　ファストヘッド、ルーズヘッド
　５１ｉ　絶縁板
　５１ｒ　タイロッド
　６０　複極式ターミナルエレメント（エレメント）
　６５　電解セル
　７０　アルカリ水電解用電解装置
　７１　送液ポンプ
　７２ｈ　水素分離タンク（気液分離タンク）
　７２ｏ　酸素分離タンク（気液分離タンク）
　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
　ＩＳ　内周面
　ＰＩ　圧力計
　ＳＬ　スリット
　ｔｈ　貫通孔
　ＶＬ　容器
　Ｚ　ゼロギャップ構造

Claims (12)

  1. 　周方向における少なくとも一部において重なるように積層されている少なくとも２つの外枠と、
    　前記２つの外枠に挟持され、該外枠と周方向の全体に亘って当接可能な枠状であり、内周面において周方向に沿ってスリットが形成されているガスケットと、
    　前記スリットにおいて前記ガスケットに把持されている隔膜と、を備え、
    　前記外枠による前記ガスケットの押付面圧が１ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下であり、
    　前記ガスケットと前記隔膜との最大接触面圧が３ＭＰａ以上２０ＭＰａ以下である
    　アルカリ水電解槽。
  2. 　前記最大接触面圧は、前記押付面圧の１．５倍以上である
    　請求項１に記載のアルカリ水電解槽。
  3. 　前記外枠は、周方向の一部において、前記ガスケットに当接する面と同一平面を形成する壁部を含む気液分離ボックスを有し、
    　前記ガスケットの前記外枠の挟持からの解放後に、前記ガスケットの枠を周方向の全体に亘って該外枠に重ねた状態で、該外枠を該ガスケットに２ＭＰａで押圧させた状態において、該壁部の撓み量が０．３ｍｍ以下である
    　請求項１または２に記載のアルカリ水電解槽。
  4. 　前記ガスケットの厚みは、０．５ｍｍより大きく、１０ｍｍ以下である
    　請求項１から３のいずれか１項に記載のアルカリ水電解槽。
  5. 　前記スリットの厚みは、０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下である
    　請求項１から４のいずれか１項に記載のアルカリ水電解槽。
  6. 　前記２つの外枠の一方は、前記隔膜に接触する陽極を少なくとも有し、
    　該２つの外枠の他方は、該隔膜に接触する陰極を少なくとも有する
    　請求項１から５のいずれか１項に記載のアルカリ水電解槽。
  7. 　前記隔膜は、多孔膜である
    　請求項１から６のいずれか１項に記載のアルカリ水電解槽。
  8. 　前記隔膜の厚みは、０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下である
    　請求項１から７のいずれか１項に記載のアルカリ水電解槽。
  9. 　前記隔膜の引張破断強度は、１０ＭＰａ以上４０ＭＰａ以下である
    　請求項１から８のいずれか１項に記載のアルカリ水電解槽。
  10. 　前記ガスケットを２ＭＰａで押付けたときの該ガスケットの圧縮ひずみが１０％以上４０％以下である
    　請求項１から９のいずれか１項に記載のアルカリ水電解槽。
  11. 　前記ガスケットの少なくとも一部に前記外枠に対する係止部を有する
    　請求項１から１０のいずれか１項に記載のアルカリ水電解槽。
  12. 　前記係止部の幅は、該係止部の長さ以上である
    　請求項１１に記載のアルカリ水電解槽。
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