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公開番号2025008872
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-20
出願番号2023111462
出願日2023-07-06
発明の名称水電解スタック
出願人トヨタ自動車株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類C25B 9/00 20210101AFI20250109BHJP(電気分解または電気泳動方法;そのための装置)
要約【課題】水素極マニホールドとセル間領域マニホールドとを接続する接続部を有する水電解スタックにおいて、接続部内に滞留する結露水による流路の圧損の高まりを抑制することができる水電解スタックを提供することができる。
【解決手段】複数の水電解セルが水平方向に積層されたセル積層体とセル積層体の積層方向の両端面にそれぞれ配置された1対のエンドプレートとを備えた水電解スタックであって、第1セル間領域マニホールドの開口部は接続部を介して水素極マニホールドの開口部に接続されており、水素極マニホールドは第1セル間領域マニホールドよりも鉛直方向上側に配置されており、第2セル間領域マニホールドの面積は第1セル間領域マニホールドの面積よりも大きい、水電解スタックである。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
複数の水電解セルが水平方向に積層されたセル積層体と前記セル積層体の積層方向の両端面にそれぞれ配置された１対のエンドプレートとを備えた水電解スタックであって、
前記水電解セルは電極体と１対のセパレータとを有し、
前記電極体は固体電解質膜と、前記固体電解質膜の一方側に配置された酸素極触媒層と、前記固体電解質膜の他方側に配置された水素極触媒層を有する電極体と、を有し、
１対の前記セパレータは前記電極体の酸素極触媒層側に配置された酸素極セパレータ及び前記電極体の水素極触媒層側に配置された水素極セパレータとからなり、
前記水電解セルにおいて、前記電極体と前記酸素極セパレータとの間に酸素極が形成され、前記電極体と前記水素極セパレータとの間に水素極が形成されており、
隣り合う前記水電解セルにおいて、一方の前記水電解セルの前記酸素極セパレータと他方の前記水電解セルの前記水素極セパレータとが隣接し、かつ、前記酸素極セパレータと前記水素極セパレータとの間にセル間領域が形成されており、
前記セル積層体は、
各前記水電解セルの酸素極に接続し、積層方向に沿って連通して形成された１対の酸素極マニホールドと、
各前記水電解セルの水素極に接続し、積層方向に沿って連通して形成された水素極マニホールドと、
各前記水電解セルのセル間領域に接続し、積層方向に沿って連通して形成された１対のセル間領域マニホールドと、を備え、
１対の前記セル間領域マニホールドは第１セル間領域マニホールドと第２セル間領域マニホールドからなり、
前記エンドプレートの一方には１対の前記酸素極マニホールド、前記水素極マニホールド及び１対の前記セル間領域マニホールドの開口部が形成されており、
前記第１セル間領域マニホールドの開口部は接続部を介して前記水素極マニホールドの開口部に接続されており、
前記水素極マニホールドは前記第１セル間領域マニホールドよりも鉛直方向上側に配置されており、
前記第２セル間領域マニホールドの面積は前記第１セル間領域マニホールドの面積よりも大きい、
水電解スタック。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本願は水電解スタックに関する。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、セパレータ内に荷重付加機構が配置され、水電解により生じる内圧の増加を受け止め、電極部の浮き上がりを抑制することができる差圧式高圧水電解装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１６－６０９４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の差圧式高圧水電解装置では、荷重付加機構により電解質膜が高圧縮され、破損する虞がある。また、荷重付加機構により、セパレータが変形する虞があり、それを抑制するためにセパレータを厚くする必要があるため、重量が重くなる問題が生じる。これは、水電解時の内圧の増加によって生じる力を受け止めるものがセパレータのみであるためである。
【０００５】
ところで、水電解で生成した水素を昇圧するために、水電解セル内の圧力を高めるニーズがある。出願人は、これまで燃料電池スタックを流用した水電解スタックの開発を進めている。このような水電解スタックは隣り合う水電解セルの間にセル間領域が設けられている。出願人は、このような水電解スタックにおいて上記のニーズに満たすために、水素極に接続された水素極マニホールドとセル間領域に接続されたセル間領域マニホールドとを配管等の接続部を介して接続し、水電解時に当該セル間領域に水素を流通させる水電解スタックを提示している（特願２０２３－６４３１）。このような水電解スタックによれば、水素極とセル間領域との差圧を抑制し、セパレータの変形を抑制することができる。セパレータの変形を抑制することで、各水電解セルのシール部の剥がれを抑制し、リークを抑制することができる。従って、このような接続部を有する水電解スタックは耐圧性が向上しているため、水電解セル内の圧力を高めることができる。
【０００６】
本発明者らは上述の技術を前提にさらに鋭意検討したところ、外側に配置された接続部が外気により冷却され、その内部で結露水がつまって圧損が高まり、場合によっては接続部が閉塞する問題に突き当たった。
【０００７】
そこで、本開示の主な目的は、上記実情を鑑み、水素極マニホールドとセル間領域マニホールドとを接続する接続部を有する水電解スタックにおいて、接続部内に滞留する結露水による流路の圧損の高まりを抑制することができる水電解スタックを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示の第１態様は、複数の水電解セルが水平方向に積層されたセル積層体とセル積層体の積層方向の両端面にそれぞれ配置された１対のエンドプレートとを備えた水電解スタックであって、水電解セルは電極体と１対のセパレータとを有し、電極体は固体電解質膜と、固体電解質膜の一方側に配置された酸素極触媒層と、固体電解質膜の他方側に配置された水素極触媒層を有する電極体と、を有し、１対のセパレータは電極体の酸素極触媒層側に配置された酸素極セパレータ及び電極体の水素極触媒層側に配置された水素極セパレータとからなり、水電解セルにおいて、電極体と酸素極セパレータとの間に酸素極が形成され、電極体と水素極セパレータとの間に水素極が形成されており、隣り合う水電解セルにおいて、一方の水電解セルの酸素極セパレータと他方の水電解セルの水素極セパレータとが隣接し、かつ、酸素極セパレータと水素極セパレータとの間にセル間領域が形成されており、セル積層体は、各水電解セルの酸素極に接続し、積層方向に沿って連通して形成された１対の酸素極マニホールドと、各水電解セルの水素極に接続し、積層方向に沿って連通して形成された水素極マニホールドと、各水電解セルのセル間領域に接続し、積層方向に沿って連通して形成された１対のセル間領域マニホールドと、を備え、１対のセル間領域マニホールドは第１セル間領域マニホールドと第２セル間領域マニホールドからなり、エンドプレートの一方には１対の酸素極マニホールド、水素極マニホールド及び１対のセル間領域マニホールドの開口部が形成されており、第１セル間領域マニホールドの開口部は接続部を介して水素極マニホールドの開口部に接続されており、水素極マニホールドは第１セル間領域マニホールドよりも鉛直方向上側に配置されており、第２セル間領域マニホールドの面積は第１セル間領域マニホールドの面積よりも大きい、水電解スタックである。
【発明の効果】
【０００９】
本開示によれば、水素極マニホールドとセル間領域マニホールドとを接続する接続部を有する水電解スタックにおいて、接続部内に滞留する結露水による流路の圧損の高まりを抑制することができる水電解スタックを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
水電解スタック１００の斜視図である。
接続部４０を外した水電解スタック１００の斜視図である。
セル積層体２０の積層方向断面の一部を示した図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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