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公開番号2025105919
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-10
出願番号2025076136,2023215676
出願日2025-05-01,2018-12-27
発明の名称水素製造セル及び水素製造セルを用いた水素製造方法
出願人高砂熱学工業株式会社
代理人個人,個人
主分類C25B 9/00 20210101AFI20250703BHJP(電気分解または電気泳動方法;そのための装置)
要約【課題】水素製造セルにおいて従来よりもセル1枚当たりの厚さを低減する。
【解決手段】電解質膜11の両側に水素側集電体12と酸素側集電体13とが配置され、水素側集電体12の外側には表面が平坦なセパレータ14が配置され、酸素側集電体13の外側には流路形成板15、セパレータ16が配置されている。水素側集電体12とセパレータ16との間には、電気分解の際に発生する水、水素ガスを回収用する専用の流路が形成されていないので、その分セル自体の厚みを薄くすることができる。電気分解の際に発生したこれらの反応流体は、水素側集電体12の内部から排出される。
【選択図】図3

特許請求の範囲【請求項１】
電極触媒層が両面に形成された固体高分子電解質の両面に酸素側集電体と水素側集電体が配され、前記酸素側集電体と水素側集電体の各外側に配置した分離体で、前記酸素側集電体と水素側集電体を挟持した構成を有し、水電解によって水素を製造する水素製造セルであって、
前記水素側集電体の外側に配置される分離体の前記水素側集電体側の表面は平坦であり、
前記水素側集電体の外側に配置される分離体と前記水素側集電体との間には、電気分解の際に発生する反応流体の回収用の専用流路が形成されていないことを特徴とする、水素製造セル。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素製造セル及び水素製造セルを用いた水素製造方法に関するものである。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
従来から、電極触媒層が両面に形成された固体高分子電解質の両面に酸素側集電体と水素側集電体が配され、当該酸素側集電体と水素側集電体の各外側に配置されたセパレータと呼ばれる、前記各集電体の外側に配置され隣接するセルを区画するシート状の分離体で、前記酸素側集電体と水素側集電体を挟持した構成を有する、水素製造セルが提案されている（特許文献１）。
【０００３】
かかる場合、前記セパレータと酸素側集電体、水素側集電体との間には、各々電気分解によって発生した反応流体の専用の流路を形成するために、表面に凹凸を有する流路形成板が設けられている。またこの流路形成板を別途設けることなく、セパレータにおける前記各集電体側の表面に、反応流体の専用流路を形成するための凹凸を形成することも行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０１２－１１７１４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記したように酸素側集電体、水素側集電体とセパレータとの間に、反応流体の流路を形成するための凹凸を有する流路形成板を設けると、その分水素製造セルの厚さが増す。セパレータの表面に反応流体の流路を形成する凹凸を形成した場合も同様である。
【０００６】
この種の水素製造セルは、これを数十枚以上積層したセルスタックの状態で使用されるが、前記したような反応流体の流路を形成する凹凸の流路形成板、表面に凹凸を有するセパレータがあれば、たとえそれが１ミリ程度の厚さであっても、セルを数十枚以上積層したセルスタックであれば、全体として厚さ方向で数センチから数十センチのスペースを占めてしまう。そのため水素製造セル自体をよりコンパクト化することが望まれている。
【０００７】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、従来よりもセル１枚当たりの厚さを低減できる水素製造セルの構造を実現して、前記課題の解決を図ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するため、本発明は、電極触媒層が両面に形成された固体高分子電解質の両面に酸素側集電体と水素側集電体が配され、前記酸素側集電体と水素側集電体の各外側に配置した分離体で、前記酸素側集電体と水素側集電体を挟持した構成を有し、水電解によって水素を製造する水素製造セルであって、
前記水素側集電体の外側に配置される分離体の前記水素側集電体側の表面は平坦であり、前記水素側集電体の外側に配置される分離体と前記水素側集電体との間には、電気分解の際に発生する反応流体の回収用の専用流路が形成されていないことを特徴としている。
【０００９】
発明者によれば、この種の水素製造セルに使用される水素側集電体については、内部に有機的につながった多数の空隙を有している。したがって従来のように外側に格別の反応流体専用の流路を形成せずとも、水素側集電体の空隙率を適切に確保することで、電気分解の際に発生する水素ガス、水は、当該水素側集電体の内部の空隙を通って、水素側集電体から排出してこれを回収することができることを新たに知見した。したがって、水素側集電体の外側には従来のような流路形成板や流路形成用の凹凸等を有する分離体を設ける必要はない。したがって、その分従来よりもセル１枚当たりの厚さを低減することができる。
【００１０】
前記水素側集電体の空隙率は、５０％～９９％であることが好ましい。水素側集電体の内部の空隙を通って反応流体を排出、回収するので、この範囲の空隙率を有する水素側集電体を用いることがよい。
（【００１１】以降は省略されています）

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