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公開番号2025156917
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-15
出願番号2024059676
出願日2024-04-02
発明の名称電解セルカートリッジおよびその製造方法
出願人三菱重工業株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類C25B 9/65 20210101AFI20251007BHJP(電気分解または電気泳動方法;そのための装置)
要約【課題】本開示は、電解セルカートリッジで給電部材の水蒸気酸化を抑制することを目的とする。
【解決手段】本開示に係る電解セルカートリッジ203は、電解セル105を有する複数の電解セルスタック101と、電解セルスタックを挿通するための孔を有し、孔に電解セルスタックが挿入されて複数の電解セルスタックを電気的に接続する給電板11a,11bと、を備えた電解セルカートリッジであって、給電板が、電解セルスタックを挿入するための孔を有するステンレス鋼の板状の基材と、該基材の表面を覆う水蒸気酸化耐性層と、を備え、水蒸気酸化耐性層が、基材よりも水蒸気酸化耐性の高い材料からなる。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
電解セルを有する複数の電解セルスタックと、
前記電解セルスタックを挿通するための孔を有し、前記孔に前記電解セルスタックが挿入されて複数の前記電解セルスタックを電気的に接続する給電板と、を備えた電解セルカートリッジであって、
前記給電板が、前記電解セルスタックを挿入するための孔を有するステンレス鋼の板状の基材と、該基材の表面を覆う水蒸気酸化耐性層と、を備え、
前記水蒸気酸化耐性層が、前記基材よりも水蒸気酸化耐性の高い材料からなる電解セルカートリッジ。
続きを表示（約 570 文字）【請求項２】
前記水蒸気酸化耐性層の材料が、ニッケル、チタンおよび銅から選択される請求項１に記載の電解セルカートリッジ。
【請求項３】
前記給電板が、前記基材と前記水蒸気酸化耐性層との間に、前記基材よりも導電率の高い材料からなる導電層を有する請求項１に記載の電解セルカートリッジ。
【請求項４】
電解セルを有する複数の電解セルスタックと、複数の前記電解セルスタックを電気的に接続する給電板と、を備え、
前記給電板が、前記電解セルスタックを挿入するための孔を有するステンレス鋼の板状の基材と、表面に前記給電板の輻射率を向上させるための輻射率向上構造を有する電解セルカートリッジ。
【請求項５】
前記輻射率向上構造が、前記給電板の表面に設けられた凹凸である請求項４に記載の電解セルカートリッジ。
【請求項６】
電解セルを有する複数の電解セルスタックと、複数の前記電解セルスタックを電気的に並列に接続する給電板と、を備え、前記給電板が、前記電解セルスタックを挿入するための孔を有するステンレス鋼の板状の基材を有するカートリッジの製造方法であって、
ブラスト施工またはサンダー施工により前記給電板の表面粗度を増加させる電解セルカートリッジの製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、電解セルカートリッジおよびその製造方法、特に、高温の水蒸気を電解する固体酸化物形電解セル(ＳｏｌｉｄＯｘｉｄｅＥｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓＣｅｌｌ（ＳＯＥＣ）に適用される電解セルカートリッジおよびその製造方法に関するものである。
続きを表示（約 1,400 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、カーボンニュートラルの実現に向けて、ＣＯ
２
を排出しない安価で大容量の水素製造システムの開発が求められている。
【０００３】
水を電気化学的に分解して水素および酸素を生成する水電解は二酸化炭素の排出を伴わない水素製造法であり優れた環境特性を有しており、液体の水を電解するアルカリ電解や固体高分子電解、水蒸気を電解する水蒸気電解などがある。
【０００４】
中でも高温の水蒸気を電解する固体酸化物形電解セル（ＳｏｌｉｄＯｘｉｄｅＥｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓＣｅｌｌ（ＳＯＥＣ）：以下、「電解セル」という）は、電解質としてイットリア安定化ジルコニアなどの酸素イオン導電性を有するセラミックスを用いて、高温水蒸気のもつ熱エネルギーを電解反応に必要なエネルギーの一部として利用できるため他の電解方式に比べ高い効率で水素の製造が可能である。また、高温水蒸気と二酸化炭素（ＣＯ
２
）の混合ガスを供給し、電解により生成した水素と二酸化炭素を電解セル上で反応させ、直接一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素化合物を生成する共電解も可能である。
【０００５】
さらに固体酸化物形電解セルには外部から電力と高温水蒸気を供給して逆反応により水素および酸素を製造する機能と燃料電池としての発電の双方向の機能を備えたリバーシブル固体酸化物形電気化学セル（ＲｅｖｅｒｓｉｂｌｅＳｏｌｉｄＯｘｉｄｅＥｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌＣｅｌｌ（ＲＳＯＣ）：以下「リバーシブルセル」という）として開発が進められているものもある。
【０００６】
特許文献１では、水素極、固体電解質膜および酸素極を有する電解セルが基体管上に複数並べられた円筒形のセルスタックを備えた水素生成システムが開示されている。このような水素生成システムでは、複数のセルスタックを集合化（カートリッジ化）させて利用する。
【０００７】
ＳＯＥＣの電解反応は吸熱反応であることから、特許文献２に記載されている発電させるための固体酸化物形燃料電池セル（ＳＯＦＣ）と比較してＳＯＥＣでは、ＳＯＦＣよりも高電流を印加することが可能である。同一仕様のセルの場合、ＳＯＥＣは、ＳＯＦＣの数倍程度の電流を印加されうる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
特許第７２８２９６８号公報
特許第５１０６８８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献２のＳＯＦＣでは、薄板の集電部材で複数のセルスタックを電気的に結合している。このような薄板をＳＯＥＣのセルスタックの給電部材として用いることが検討されている。
【００１０】
しかしながら、ＳＯＦＣに比べ高電流を通電するＳＯＥＣでは、給電部材を電流が横流れする際に電流値の二乗に比例して給電部材の抵抗による自己発熱が増加し、温度上昇幅が大きくなる。このため、ＳＯＦＣで用いている集電部材では、腐食や熱応力の観点で許容できないレベル（６５０℃超）まで給電部材の温度が高くなるという問題が生じうる。これは、セルスタックの性能を十分に引き出すにあたっての制約となるため、対策が必要である。
（【００１１】以降は省略されています）

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