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公開番号2025166457
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-11-06
出願番号2024070523
出願日2024-04-24
発明の名称水電解装置
出願人株式会社堤水素研究所
代理人個人
主分類C25B 9/00 20210101AFI20251029BHJP(電気分解または電気泳動方法;そのための装置)
要約【課題】水の電気分解において、反応が進行する場所は電極表面の気体と液体の界面-すなわち固体、気体、液体の三相の界面の極めて限られた領域で反応が進む。つまり反応が進行する場所は電極表面の気体と液体の界面の狭い範囲に限定される。この狭い反応領域の一点に水の二分子もしくは水酸基の4分子が同時に接触しなければ水素分子もしくは酸素分子は発生せず極めて限定された反応機構となる。
【解決手段】負極と正極と中間電極を有し、負極と正極との間に中間電極を配した少なくとも2組の電極群において、一方の電極群の負極と他方の電極群の正極との間に中間電極が配された水電解装置とすることにより反応面が線から面に広がり効率の良い水電解が可能となる。
【選択図】図1A

特許請求の範囲【請求項１】
負極と、正極と、中間電極と、電解液を有し、
前記負極と前記正極との間に前記中間電極を配した２の電極群において、
一方の前記電極群の負極と他方の前記電極群の正極との間に前記中間電極が配置されている水電解装置。
続きを表示（約 640 文字）【請求項２】
前記負極が水素吸蔵合金を含み、
前記正極が二酸化マンガンを含み、
前記中間電極が水酸化ニッケルを含む請求項１に記載の水電解装置。
【請求項３】
前記電解液の経路が大気と隔離されている請求項２に記載の水電解装置。
【請求項４】
前記負極がそれぞれ電気的に接続されており、前記正極がそれぞれ電気的に接続されており、前記中間がそれぞれ電気的に接続されている請求項３に記載の水電解装置。
【請求項５】
前記負極に電源のマイナス極が接続され、前記正極に前記電源のプラス極が接続されている請求項４に記載の水電解装置。
【請求項６】
前記電極群が絶縁性のセル枠に収納されていて、前記セル枠に前記電解液の供給経路と前記電解液の回収経路が設けられている請求項５に記載の水電解装置。
【請求項７】
前記セル枠が絶縁シートに包まれ金属製のケースに収納されている請求項６に記載の水電解装置。
【請求項８】
前記負極と、前記正極と、前記中間電極とがそれぞれ別個の前記電解液の経路を有している請求項１または２に記載の水電解装置。
【請求項９】
３以上の前記電極群が前記中間電極を介して構成される請求項１または２に記載の水電解装置。
【請求項１０】
前記電源が自然エネルギーにより得られる電力である請求項１または２に記載の水電解装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、水を電気分解して水素と酸素を発生させる装置に関し、詳しくは水素ガスと酸素ガスとを分離して製造する水電解装置に関する。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
水素は、化学工業及び石油精製などに使用される重要な工業ガスであるばかりでなく、近年では、環境負荷物質を生成しないエネルギーとして、水素エネルギーが重要な役割を果たすと期待されている。そのため、水素製造技術の開発は幅広く進められている。水素の製造方法は、大別して、熱化学的方法と電気化学的方法とがある。
【０００３】
水素ガスはクリーンなエネルギー源として注目を集めており、例えば、水素ガスを燃料とする燃料電池は高効率でクリーンな動力源とする電気自動車、燃料電池自動車等の開発が世界的に進められている。
【０００４】
水素ガスの製造は種々の方法が提案されているが、水電解装置により水の電気分解によって製造されることがよく知られている。水電解装置に使用する電力として、自然エネルギーによる電力あるいは夜間電力を用いることが行われている。
【０００５】
特許文献１には二酸化ニッケルとマンガンの電極を備えた水電解装置が開示されている。負極活物質を含む負極と、二酸化マンガンと水酸化ニッケルを混合した正極と、電解液とを有し、電解液を電気分解することにより、水素ガスを貯蔵する貯蔵室と、酸素ガスを貯蔵する酸素ガスを貯蔵する燃料電池の技術が開示されている。
【０００６】
特許文献２には、余剰電力を用いて燃料ガスの生成が可能な燃料電池が開示されている。すなわち、正極で発生する酸素を貯蔵する酸素貯蔵室および負極で発生する水素を貯蔵する水素貯蔵室を有し、外部から供給される電流を用いて電解液を電気分解して酸素と水素を貯蔵する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特開２０１７－００４８６８号公報
ＷＯ２０１３／１４５４６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
水素発生は陰極の表面に接触した水分子が還元され水素原子と水酸基になる。たまたまこの反応の近傍で同じ反応が起こり、水素原子が二つ結合して水素分子となって気体として電解液を押しのけて電極表面に発生する。従って、反応が進行する場所は電極表面の気体と液体の界面－すなわち固体、気体、液体の三相の界面 (メニスカス) の極めて限られた領域で反応が進む。つまり反応が進行する場所は電極表面の気体と液体の界面の狭い範囲に限定される。さらにこの狭い反応領域の一点に水の二分子が同時に接触しなければ水素分子は発生せず極めて限定された反応機構を必要とするアクロバット的な反応機構が必要である。この結果、反応速度は制限されたものとなる。
【０００９】
酸素発生は陽極の表面に接触した４個の水酸基分子が酸化され酸素原子と水分子になる。これもまた反応が進行する場所は電極表面の気体と液体の界面であり、固体、気体、液体の三相界面（メニスカス）に他ならない。この反応は気体と液体の境界で電極に接触する閉じた線上であり極めて狭い反応面である。更にこの狭い反応面の一点に水酸基の４分子が同時に接触しなければ酸素分子が発生しないというアクロバット的な反応機構となる。この結果、反応速度は制限されたものとなる。
【００１０】
本来、水電解装置は一定の電圧の下で作動する装置である。変動する電圧の下では所定の性能を発揮しない。従って、自然エネルギーを用いた発電装置からの電力は水電解に向いていないとされてきた。
（【００１１】以降は省略されています）

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