特許ウォッチ

公開番号2024043817
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-04-02
出願番号2022149017
出願日2022-09-20
発明の名称水電解装置
出願人株式会社SCREENホールディングス
代理人個人
主分類C25B 9/60 20210101AFI20240326BHJP(電気分解または電気泳動方法;そのための装置)
要約【課題】水電解装置において、セパレータに使用する金属板の数を低減できる技術を提供する。
【解決手段】水電解装置は、セル10とセパレータ20とが交互に積層された積層構造30を有する。セパレータ20は、金属板21と、流路部材91とを有する。金属板21は、流通孔28を有する。流路部材91は、積層方向において、セル10のベース層50と金属板21との間に位置する。流路部材91は、積層方向に視た状態において、流通孔28を環状に包囲する。また、流路部材91は、セル10のガス拡散層72と流通孔28との間を連通する流路913を有する。このようにすれば、ガス拡散層72と流通孔28との間で、気体または水を、流路部材91に形成された流路913を介して流すことができる。複数の金属板を組み合わせて流路を形成する必要がないため、セパレータ20に使用する金属板21の数を低減できる。
【選択図】図5

特許請求の範囲【請求項１】
複数のセルと複数のセパレータとを備え、前記セルと前記セパレータとが交互に積層された積層構造を有する水電解装置であって、
前記セルは、
電解質膜を含むベース層と、
前記電解質膜の表面に積層された触媒層と、
前記触媒層の表面に積層されたガス拡散層と、
を有し、
前記セパレータは、
流通孔を有する金属板と、
積層方向において前記ベース層と前記金属板との間に位置し、前記積層方向に視た状態において、前記流通孔を包囲する環状の流路部材と、
を有し、
前記流路部材は、
前記ガス拡散層と前記流通孔との間を連通する流路
を有する、水電解装置。
続きを表示（約 1,500 文字）【請求項２】
請求項１に記載の水電解装置であって、
前記セルは、
前記電解質膜の一方側に積層された前記触媒層であるカソード触媒層と、
前記カソード触媒層の一方側に積層された前記ガス拡散層であるカソードガス拡散層と、
を有し、
前記金属板は、
前記カソードガス拡散層から排出される水素を流通させる前記流通孔である水素流通孔
を有し、
前記セパレータは、
前記積層方向において前記ベース層のカソード側の面と前記金属板との間に位置し、前記積層方向に視た状態において、前記水素流通孔を包囲する前記流路部材であるカソード流路部材
を有し、
前記カソード流路部材は、
前記カソードガス拡散層と前記水素流通孔との間を連通する前記流路である水素流路
を有する、水電解装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の水電解装置であって、
前記セルは、
前記電解質膜の他方側に積層された前記触媒層であるアノード触媒層と、
前記アノード触媒層の他方側に積層された前記ガス拡散層であるアノードガス拡散層と、
を有し、
前記金属板は、
前記アノードガス拡散層へ供給される水を流通させる前記流通孔である水流通孔と、
前記アノードガス拡散層から排出される酸素を流通させる前記流通孔である酸素流通孔と、
を有し、
前記セパレータは、
前記積層方向において前記ベース層のアノード側の面と前記金属板との間に位置し、前記積層方向に視た状態において、前記水流通孔を包囲する前記流路部材である第１アノード流路部材と、
前記積層方向において前記ベース層のアノード側の面と前記金属板との間に位置し、前記積層方向に視た状態において、前記酸素流通孔を包囲する前記流路部材である第２アノード流路部材と、
を有し、
前記第１アノード流路部材は、
前記アノードガス拡散層と前記水流通孔との間を連通する前記流路である水流路
を有し、
前記第２アノード流路部材は、
前記アノードガス拡散層と前記酸素流通孔との間を連通する前記流路である酸素流路
を有する、水電解装置。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の水電解装置であって、
前記流路部材は、
前記金属板に接触する第１面と、
前記ベース層に接触する第２面と、
を有し、
前記流路は、前記第１面に形成された溝である、水電解装置。
【請求項５】
請求項４に記載の水電解装置であって、
前記セパレータは、
前記金属板の前記流路部材とは反対の面に配置され、前記積層方向に視た状態において、前記流通孔を包囲する環状のシール部材
をさらに有し、
前記流路部材は、前記積層方向に視た状態において、前記シール部材と重なる位置に配置され、
前記流路部材の前記第２面は、平坦面である、水電解装置。
【請求項６】
請求項４に記載の水電解装置であって、
前記溝は、前記流路部材の前記第１面を、前記ガス拡散層と前記流通孔とを繋ぐ方向に貫く、水電解装置。
【請求項７】
請求項４に記載の水電解装置であって、
前記溝は、前記ガス拡散層と前記流通孔とを繋ぐ方向における前記第１面の両端部を除く一部分に形成された凹部であり、
前記流路部材の前記両端部は、前記金属板と接触しない、水電解装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、水電解装置に関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、水（Ｈ
２
Ｏ）を電気分解することにより水素（Ｈ
２
）を製造する、水電解装置が知られている。水電解装置は、セルとセパレータとが交互に積層された積層構造を有する。各セルは、電解質膜と、電解質膜の両面に形成された触媒層とを有する。水電解の実行時には、アノード側の触媒層とカソード側の触媒層との間に、電圧を印加するとともに、アノード側の触媒層に水を供給する。これにより、アノード側の触媒層と、カソード側の触媒層とにおいて、次の電気化学反応が生じる。その結果、カソード側の触媒層から、水素が排出される。
（アノード側）２Ｈ
２
Ｏ → ４Ｈ
＋
＋Ｏ
２
＋４ｅ
－
（カソード側）２Ｈ
＋
＋２ｅ
－
→ Ｈ
２
【０００３】
従来の固体高分子形水電解については、例えば、特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０２２－０２３９９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
水電解装置では、上記の電気化学反応において供給または排出される水、酸素、および水素の流路を形成するとともに、それらの流路の間を確実にシールすることが必要となる。従来の水電解装置では、当該条件を満たすために、セパレータが、２枚の金属板により構成されていた。しかしながら、セルとセルの間に２枚の金属板を配置すると、セパレータにかかるコストが増大する。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、水電解装置において、セパレータに使用する金属板の数を低減できる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本願の第１発明は、複数のセルと複数のセパレータとを備え、前記セルと前記セパレータとが交互に積層された積層構造を有する水電解装置であって、前記セルは、電解質膜を含むベース層と、前記電解質膜の表面に積層された触媒層と、前記触媒層の表面に積層されたガス拡散層と、を有し、前記セパレータは、流通孔を有する金属板と、積層方向において前記ベース層と前記金属板との間に位置し、前記積層方向に視た状態において、前記流通孔を包囲する環状の流路部材と、を有し、前記流路部材は、前記ガス拡散層と前記流通孔との間を連通する流路を有する。
【０００８】
本願の第２発明は、第１発明の水電解装置であって、前記セルは、前記電解質膜の一方側に積層された前記触媒層であるカソード触媒層と、前記カソード触媒層の一方側に積層された前記ガス拡散層であるカソードガス拡散層と、を有し、前記金属板は、前記カソードガス拡散層から排出される水素を流通させる前記流通孔である水素流通孔を有し、前記セパレータは、前記積層方向において前記ベース層のカソード側の面と前記金属板との間に位置し、前記積層方向に視た状態において、前記水素流通孔を包囲する前記流路部材であるカソード流路部材を有し、前記カソード流路部材は、前記カソードガス拡散層と前記水素流通孔との間を連通する前記流路である水素流路を有する。
【０００９】
本願の第３発明は、第１発明または第２発明の水電解装置であって、前記セルは、前記電解質膜の他方側に積層された前記触媒層であるアノード触媒層と、前記アノード触媒層の他方側に積層された前記ガス拡散層であるアノードガス拡散層と、を有し、前記金属板は、前記アノードガス拡散層へ供給される水を流通させる前記流通孔である水流通孔と、前記アノードガス拡散層から排出される酸素を流通させる前記流通孔である酸素流通孔と、を有し、前記セパレータは、前記積層方向において前記ベース層のアノード側の面と前記金属板との間に位置し、前記積層方向に視た状態において、前記水流通孔を包囲する前記流路部材である第１アノード流路部材と、前記積層方向において前記ベース層のアノード側の面と前記金属板との間に位置し、前記積層方向に視た状態において、前記酸素流通孔を包囲する前記流路部材である第２アノード流路部材と、を有し、前記第１アノード流路部材は、前記アノードガス拡散層と前記水流通孔との間を連通する前記流路である水流路を有し、前記第２アノード流路部材は、前記アノードガス拡散層と前記酸素流通孔との間を連通する前記流路である酸素流路を有する。
【００１０】
本願の第４発明は、第１発明から第３発明までのいずれか１発明の水電解装置であって、前記流路部材は、前記金属板に接触する第１面と、前記ベース層に接触する第２面と、を有し、前記流路は、前記第１面に形成された溝である。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許