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公開番号2025069643
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-01
出願番号2023179478
出願日2023-10-18
発明の名称電極構造体、ガス拡散層、および水電解装置
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 9/23 20210101AFI20250423BHJP(電気分解または電気泳動方法;そのための装置)
要約【課題】ガス拡散層の性能低下を軽減しつつ、触媒材料の使用量を低減することが可能な技術を提供する。
【解決手段】電極構造体であるセル4は、電解質膜41と、ガス拡散層43と、触媒層45とを備える。ガス拡散層43は、電解質膜41の一方側に配置されている。ガス拡散層43は、多孔質状である。触媒層45は、電解質膜41とガス拡散層43との間に配置されている。触媒層45は、触媒材料により形成されている。ガス拡散層43における、触媒材料が浸透した浸透部433の厚みは、1μm以下である。
【選択図】図2

特許請求の範囲【請求項１】
電極構造体であって、
電解質膜と、
前記電解質膜の一方側に配置された多孔質状のガス拡散層と、
前記電解質膜と前記ガス拡散層との間に配置され、触媒材料により形成された触媒層と、
を備え、
前記ガス拡散層における、前記触媒材料が浸透した浸透部の厚みは、１μｍ以下である、電極構造体。
続きを表示（約 430 文字）【請求項２】
電極構造体であって、
電解質膜と、
前記電解質膜の一方側に配置された多孔質状のガス拡散層と、
前記電解質膜と前記ガス拡散層との間に配置され、触媒材料に形成された触媒層と、
を備え、
前記ガス拡散層における、前記触媒材料が浸透した浸透部の厚みは、前記触媒層の厚みの１０分の１以下である、電極構造体。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の電極構造体であって、
前記ガス拡散層は、前記触媒層側に、前記触媒材料の浸透を防止する浸透防止層を有する、電極構造体。
【請求項４】
多孔質状のガス拡散層であって、
触媒材料を含む触媒層が配される側に、触媒材料の浸透を防止する浸透防止剤を含む浸透防止層を備える、ガス拡散層。
【請求項５】
水を電気分解する水電解装置であって、
請求項１または請求項２に記載の電極構造体を備える、水電解装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示される主題は、電極構造体、ガス拡散層、および水電解装置に関する。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
燃料電池や水電解装置などの分野では、膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane and Electrode Assembly）が用いられている。ＭＥＡは、高い触媒活性を備えており、燃料電池や電解水素生成セル内において反応を促進し、高い電気生成効率を実現する。また、ＭＥＡは、エネルギー変換過程においてＣＯ
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を発生させないため、ＭＥＡを利用することにより、環境負荷を低減できる。
【０００３】
ＭＥＡは、一般的に、高分子電解質膜（ＰＥＭ：Polymer Electrolyte Membrane）の両面に、触媒層とガス拡散層（ＧＤＬ：Gas Diffusion Layer）とが順に接した電極構造を有する。このような電極構造は、例えば、特許文献１に開示されている。なお、特許文献１には、平坦層を形成するためのペースト組成物を、ガス拡散層の導電性多孔質基材表面に塗布する際、ペースト組成物が浸透しないようにする技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特許５２９２７２９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＭＥＡの製造方法としては、電解質膜に触媒層を設け、一対のガス拡散層で挟み込む方式と、触媒層が形成された一対のガス拡散層を電解質膜に貼り合わせる方式とが知られている。そして、触媒層を形成する方法としては、ダイ塗工方式、スプレー塗工方式、およびデカール方式などが知られている。スプレー塗工方式は、液体の触媒材料を噴霧して、基材上に塗膜を形成する方法である。デカール方式は、固体のフィルム状またはシート状の触媒材料を、基材に直接貼り付ける方法である。これらの方式は、一般的に、生産性の向上が困難である。一方、ダイ塗工方式は、液体の触媒材料をダイノズルから基材にダイレクトに塗工する方法であり、ＭＥＡの大量生産に適している。
【０００６】
しかしながら、ガス拡散層に液状の触媒材料が付着した場合、触媒材料がガス拡散層に浸透してしまうおそれがあった。ガス拡散層に浸透する触媒材料が増大すると、ガス拡散効率などのガス拡散層の性能が低下する。また、触媒層の厚さを確保するため、触媒材料の使用量が増大するおそれがあった。
【０００７】
本発明の目的は、ガス拡散層の性能低下を軽減しつつ、触媒材料の使用量を低減することが可能な技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、第１態様は、電極構造体であって、電解質膜と、前記電解質膜の一方側に配置された多孔質状のガス拡散層と、前記電解質膜と前記ガス拡散層との間に配置され、触媒材料により形成された触媒層と、を備え、前記ガス拡散層における、前記触媒材料が浸透した浸透部の厚みは、１μｍ以下である、電極構造体。
【０００９】
第２態様は、電極構造体であって、電解質膜と、前記電解質膜の一方側に配置された多孔質状のガス拡散層と、前記電解質膜と前記ガス拡散層との間に配置され、触媒材料に形成された触媒層と、を備え、前記ガス拡散層における、前記触媒材料が浸透した浸透部の厚みは、前記触媒層の厚みの１０分の１以下である。
【００１０】
第３態様は、第１態様または第２態様の電極構造体であって、前記ガス拡散層は、前記触媒層側に、前記触媒材料の浸透を防止する浸透防止層を有する。
（【００１１】以降は省略されています）

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