特開 2023-26085 電気化学セル、セルスタック及び電気化学セルの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023026085

(43)【公開日】2023-02-24

(54)【発明の名称】電気化学セル、セルスタック及び電気化学セルの製造方法

(51)【国際特許分類】

   C25B 9/77 20210101AFI20230216BHJP

【ＦＩ】

C25B9/77

【審査請求】未請求

【請求項の数】14

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021131730

(22)【出願日】2021-08-12

(71)【出願人】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(71)【出願人】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100091487

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 行孝

(74)【代理人】

【識別番号】100120031

【弁理士】

【氏名又は名称】宮嶋 学

(74)【代理人】

【識別番号】100107582

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 毅

(74)【代理人】

【識別番号】100150717

【弁理士】

【氏名又は名称】山下 和也

(74)【代理人】

【識別番号】100164688

【弁理士】

【氏名又は名称】金川 良樹

(72)【発明者】

【氏名】菊池 勇

【テーマコード（参考）】

4K021

【Ｆターム（参考）】

4K021CA01

4K021DB49

4K021DB53

(57)【要約】

【課題】流路板にヒビ割れが発生し難くなる電気化学セルを提供する。
【解決手段】一実施の形態によれば、電気化学セル１は、アノード電極１１、カソード電極１２、及び隔膜１３を有する電極板１０と、アノード電極１１に一方の面で接するか又はカソード電極１２に他方の面で接し、一方の面に複数のアノード側流路溝２１が形成され、他方の面に複数のカソード側流路溝２２が形成される流路板２０と、電極板１０に接合される電極板外枠１００と、流路板２０に接合される流路板外枠２００と、を備える。流路板２０は、凸部と凹部とが交互に形成され且つ凸部及び凹部がそれぞれ互いに平行に延びる波板状であり、一方の面における波形状の表面でアノード側流路溝２１を形成し、他方の面における波形状の表面でカソード側流路溝２２を形成する。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

アノード電極、カソード電極、及び前記アノード電極と前記カソード電極との間に挟み込まれる隔膜を有する電極板と、
前記アノード電極に一方の面で接するか又は前記カソード電極に他方の面で接し、前記一方の面に複数のアノード側流路溝が形成され、前記他方の面に複数のカソード側流路溝が形成される流路板と、
前記電極板に接合される電極板外枠と、
前記流路板に接合される流路板外枠と、を備え、
前記流路板は、凸部と凹部とが交互に形成され且つ前記凸部及び前記凹部がそれぞれ互いに平行に延びる波板状であり、前記一方の面における波形状の表面で前記アノード側流路溝を形成し、前記他方の面における波形状の表面で前記カソード側流路溝を形成する、電気化学セル。

【請求項2】

前記流路板は、前記凸部と前記凹部とが同一の周期で且つ同一の振幅で形成される波板状である、請求項１に記載の電気化学セル。

【請求項3】

前記凸部と前記凹部とが交互に形成される部分での前記流路板の厚さが、一定である、請求項１又は２に記載の電気化学セル。

【請求項4】

前記アノード側流路溝は、前記アノード電極に供給されるアノード側流体を流通させ、前記カソード側流路溝は、前記カソード電極にカソード側流体が供給される場合に、前記カソード側流体を流通させ、
前記流路板外枠は、複数の前記アノード側流路溝のうちの一部分から流出する前記アノード側流体を受け入れ、複数の前記アノード側流路溝のうちの他の部分に折り返して流入させる一つ又は複数のアノード側流体ターン部、及び、複数の前記カソード側流路溝のうちの一部分から流出する前記カソード側流体を受け入れ、複数の前記カソード側流路溝のうちの他の部分に折り返して流入させる一つ又は複数のカソード側流体ターン部のうちの少なくともいずれかを有する、請求項１乃至３のいずれかに記載の電気化学セル。

【請求項5】

前記電極板と前記電極板外枠の接合部の少なくとも一部は、厚さ方向に重ね合わされた状態で接合されている、請求項１乃至４のいずれかに記載の電気化学セル。

【請求項6】

前記流路板と前記流路板外枠の接合部の少なくとも一部は、厚さ方向に重ね合わされた状態で接合されている、請求項１乃至５のいずれかに記載の電気化学セル。

【請求項7】

前記流路板の前記凸部と前記凹部は、薄板状の部材を波形状に折り曲げることで形成されている、請求項１乃至６のいずれかに記載の電気化学セル。

【請求項8】

前記流路板外枠は、複数のシート状の部材を重ね合わせて形成されている、請求項１乃至７のいずれかに記載の電気化学セル。

【請求項9】

前記流路板が導電性の材料で形成され、前記流路板外枠が絶縁性の材料で形成されている、請求項１乃至８のいずれかに記載の電気化学セル。

【請求項10】

請求項１乃至９のいずれかに記載の複数の電気化学セルを積層したセルスタック。

【請求項11】

前記流路板は、波形状における前記アノード電極側の端部を前記アノード電極に接触させ、波形状における前記カソード電極側の端部を前記カソード電極に接触させ、
隣り合う前記流路板のうちの一方の流路板の前記アノード電極に接触する波形状における前記端部と、他方の流路板の前記カソード電極に接触する波形状における前記端部とが、面内方向における同じ位置で前記電気化学セルの積層方向に向き合う、請求項１０に記載のセルスタック。

【請求項12】

同じ形状の前記流路板を１８０度回転させて前記電極板を介して積層することで、隣り合う前記流路板のうちの一方の流路板の前記アノード電極に接触する波形状における前記端部と、他方の流路板の前記カソード電極に接触する波形状における前記端部とが、面内方向における同じ位置で前記電気化学セルの積層方向に向き合う、請求項１１に記載のセルスタック。

【請求項13】

アノード電極、カソード電極、及び前記アノード電極と前記カソード電極との間に挟み込まれる隔膜を有する電極板を作製する工程と、
前記アノード電極に一方の面で接するか又は前記カソード電極に他方の面で接し、前記一方の面に複数のアノード側流路溝が形成され、前記他方の面に複数のカソード側流路溝が形成される流路板を作製する工程と、を備え、
前記流路板は、凸部と凹部とが交互に形成され且つ前記凸部及び前記凹部がそれぞれ互いに平行に延びる波板状であり、前記一方の面における波形状の表面で前記アノード側流路溝を形成し、前記他方の面における波形状の表面で前記カソード側流路溝を形成するように構成され、
前記流路板の前記凸部と前記凹部は、板材を波形状に折り曲げることで形成される、電気化学セルの製造方法。

【請求項14】

アノード電極、カソード電極、及び前記アノード電極と前記カソード電極との間に挟み込まれる隔膜を有する電極板を作製する工程と、
前記アノード電極に一方の面で接するか又は前記カソード電極に他方の面で接し、前記一方の面に複数のアノード側流路溝が形成され、前記他方の面に複数のカソード側流路溝が形成される流路板を作製する工程と、を備え、
前記流路板は、凸部と凹部とが交互に形成され且つ前記凸部及び前記凹部がそれぞれ互いに平行に延びる波板状であり、前記一方の面における波形状の表面で前記アノード側流路溝を形成し、前記他方の面における波形状の表面で前記カソード側流路溝を形成するように構成され、
前記流路板の前記凸部と前記凹部は、板材を金型によってプレス成型することで形成される、電気化学セルの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施の形態は、電気化学セル、セルスタック及び電気化学セルの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

電気化学セルには、アノード電極、カソード電極及び隔膜を一体化した電極板を備えるものがある。この電極板では、アノード電極とカソード電極との間に隔膜が挟み込まれる。隔膜は、例えば電解質膜からなる。このような電気化学セルでは、アノード電極及びカソード電極のうちの少なくとも一方に、液体、または気体、または液体と気体の混合体から成る流体が供給される。この状態で、アノード電極とカソード電極との間に外部から電位差が負荷される。これにより、電気化学反応が発生し、イオン化した物質が電極間で隔膜を通過する。

【0003】

電気化学セルは、例えば水電解や二酸化炭素電解を行う場合に用いられ得る。水電解では、アノード電極側に水（Ｈ２Ｏ）が供給され、カソード電極側から水素（Ｈ２）が取り出される。二酸化炭素電解では、アノード電極側に水（Ｈ２Ｏ）が供給され且つカソード電極側に二酸化炭素（ＣＯ２）が供給され、カソード電極側から一酸化炭素（ＣＯ）が取り出される。

【0004】

アノード電極側に供給する流体またはカソード電極側に供給する流体としては、反応に必要な液体に少量のイオン性物質を溶解させた電解質溶液が用いられてもよい。この場合、電気化学反応が促進され得る。

【0005】

電気化学セルには、アノード電極側に供給する流体の流路を形成するアノード側流路溝を一方の面に有し、カソード電極側に供給する流体の流路を形成するカソード側流路溝を他方の面に有する流路板を備えるものがある。このような流路板を用いる場合には、複数の電気化学セルを積層してなる電気化学セルスタック（以下、セルスタック）を効率的に作製できる。

【0006】

具体的には、例えば電気化学セルが電極板のカソード電極でカソード側流路溝を覆うように電極板と流路板とを重ね合わせて構成される場合に、流路板のアノード側流路溝に、他の電極板のアノード電極が接するように他の電極板を重ね合わせる。このような重ね合わせを繰り返すことで、部品点数及び作業負荷を抑えてセルスタックを作製できる。

【0007】

上述のセルスタックでは、各層の電極が直列に接続されるように流路板が導電性の物質で構成される。流路板にはそれぞれ、外部からアノード電極に供給する流体及びカソード電極に供給する流体を各流路板の流路溝に導くための連通孔が形成される。連通孔は、流路板の積層方向に貫通し、各流路板の連通孔は互いに重なり合う。各流路板におけるアノード側流路溝及びカソード側流路溝は、対応する連通孔に接続されるようになっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特許第６３８５７８８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

アノード側流路溝及びカソード側流路溝は、プレス加工等で板材に形成した凹凸形状により形成できる。しかしながら、この場合、板材が曲げ伸ばしされる部位に強度不足が生じやすくなり、流路板のプレス加工時や、セルとしての使用時に、ヒビ割れ等の損傷が生じやすくなる。このような強度不足は、流路パターンが屈曲して折り返す形状や、流路溝の幅が狭かったり、流路溝が深かったりすると生じやすい。ヒビ割れが発生した場合には、流路板におけるアノード側流路溝とカソード側流路溝との間でクロスリークが発生する虞もある。

【0010】

そこで、本発明が解決しようとする課題は、流路板にヒビ割れが発生し難くなる電気化学セル、セルスタック及び電気化学セルの製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

一実施の形態に係る電気化学セルは、アノード電極、カソード電極、及び前記アノード電極と前記カソード電極との間に挟み込まれる隔膜を有する電極板と、前記アノード電極に一方の面で接するか又は前記カソード電極に他方の面で接し、前記一方の面に複数のアノード側流路溝が形成され、前記他方の面に複数のカソード側流路溝が形成される流路板と、前記電極板に接合される電極板外枠と、前記流路板に接合される流路板外枠と、を備える。そして、前記流路板は、凸部と凹部とが交互に形成され且つ前記凸部及び前記凹部がそれぞれ互いに平行に延びる波板状であり、前記一方の面における波形状の表面で前記アノード側流路溝を形成し、前記他方の面における波形状の表面で前記カソード側流路溝を形成する。

【0012】

一実施の形態に係るセルスタックは、複数の前記の電気化学セルを積層したセルスタックである。

【0013】

一実施の形態に係る電気化学セルの製造方法は、アノード電極、カソード電極、及び前記アノード電極と前記カソード電極との間に挟み込まれる隔膜を有する電極板を作製する工程と、前記アノード電極に一方の面で接するか又は前記カソード電極に他方の面で接し、前記一方の面に複数のアノード側流路溝が形成され、前記他方の面に複数のカソード側流路溝が形成される流路板を作製する工程と、を備える。前記流路板は、凸部と凹部とが交互に形成され且つ前記凸部及び前記凹部がそれぞれ互いに平行に延びる波板状であり、前記一方の面における波形状の表面で前記アノード側流路溝を形成し、前記他方の面における波形状の表面で前記カソード側流路溝を形成するように構成される。そして、前記流路板の前記凸部と前記凹部は、板材を波形状に折り曲げることで形成される。
また、一実施の形態に係る電気化学セルの製造方法は、アノード電極、カソード電極、及び前記アノード電極と前記カソード電極との間に挟み込まれる隔膜を有する電極板を作製する工程と、前記アノード電極に一方の面で接するか又は前記カソード電極に他方の面で接し、前記一方の面に複数のアノード側流路溝が形成され、前記他方の面に複数のカソード側流路溝が形成される流路板を作製する工程と、を備える。前記流路板は、凸部と凹部とが交互に形成され且つ前記凸部及び前記凹部がそれぞれ互いに平行に延びる波板状であり、前記一方の面における波形状の表面で前記アノード側流路溝を形成し、前記他方の面における波形状の表面で前記カソード側流路溝を形成するように構成される。そして、前記流路板の前記凸部と前記凹部は、板材を金型によってプレス成型することで形成される。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、流路板にヒビ割れが発生し難くなる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】第１の実施の形態に係る電気化学セルの斜視図である。

【図2】第１の実施の形態に係る電気化学セルの分解斜視図である。

【図3】第１の実施の形態に係る電気化学セルの平面図である。

【図4】図３のＩＶ－ＩＶ線に沿う断面図である。

【図5】第１の実施の形態に係る電気化学セルが備える流路板外枠の平面図である。

【図6】第１の実施の形態に係る電気化学セルが備える流路板外枠の底面図である。

【図7】第２の実施の形態に係る電気化学セルが備える流路板外枠の斜視図である。

【図8】第２の実施の形態に係る電気化学セルが備える流路板外枠の平面図である。

【図9】第２の実施の形態に係る電気化学セルが備える流路板外枠の底面図である。

【図10】第３の実施の形態に係る電気化学セルが備える流路板外枠の斜視図である。

【図11】第３の実施の形態に係る電気化学セルが備える流路板外枠の分解斜視図である。

【図12】第３の実施の形態に係る電気化学セルが備える流路板外枠の平面図である。

【図13】第３の実施の形態に係る電気化学セルが備える流路板外枠の底面図である。

【図14】図１２のＸＩＶ－ＸＩＶ線に沿う断面図である。

【図15】第４の実施の形態に係るセルスタックの斜視図である。

【図16】第４の実施の形態に係るセルスタックの分解斜視図である。

【図17】図１５のＸＶＩＩ－ＸＶＩＩ線に沿う断面図である。

【図18】第１の実施の形態に係る電気化学セルを備える電気化学装置の概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、添付の図面を参照しつつ各実施の形態を詳細に説明する。

【0017】

＜第１の実施の形態＞
図１は、第１の実施の形態に係る電気化学セル１の斜視図である。図２は、電気化学セル１の分解斜視図である。図３は、電気化学セル１の平面図である。図１乃至図３に示す電気化学セル１は、電極板１０と、流路板２０と、電極板外枠１００と、流路板外枠２００と、を備えている。

【0018】

電極板外枠１００は、電極板１０の周囲を囲むように電極板１０に接合されている。流路板外枠２００は、流路板２０の周囲を囲むように流路板２０に接合されている。電極板１０と電極板外枠１００とが接合された電極板接合体は板状をなす。流路板２０と流路板外枠２００とが接合された流路板接合体は板状をなす。これら接合体は、それぞれの厚さ方向が同じ方向を向く状態で重ね合わされる。これにより、電気化学セル１は全体として板状をなす。以下、電気化学セル１を構成する各部材について詳述する。

【0019】

（電極板）
図４は、図３のＩＶ－ＶＩ線に沿う電気化学セル１の断面図である。図４に示すように、電極板１０は、アノード電極１１、カソード電極１２、及びアノード電極１１とカソード電極１２との間に挟み込まれる隔膜１３を有する。電極板１０は矩形の板状である。アノード電極１１、カソード電極１２及び隔膜１３もそれぞれ矩形状に形成されている。

【0020】

アノード電極１１及びカソード電極１２は、例えば導電体の薄膜、箔または薄板からなる。例えば、アノード電極１１及びカソード電極１２は、カーボンまたは金属を含むガス透過性を有する基材に触媒を付着させて構成され得る。触媒は、ニッケル、イリジウム、金、銀、または白金などの金属を含む触媒でもよいし、酸化ニッケル、二酸化イリジウムまたは酸化コバルトなどの金属酸化物を含む触媒でもよいし、これらの組合せでもよい。

【0021】

隔膜１３は、例えば固体高分子膜（イオン交換膜）や、固体電解質膜（電解質膜）などのイオン濾過膜である。ただし、隔膜１３の材料は特に限定されるものではない。

【0022】

（電極板外枠）
図２に示すように、電極板外枠１００は矩形の枠状であり、言い換えると、厚さ方向に貫通する開口を内側領域に有する中空板状である。電極板外枠１００は、その内周面で電極板１０の電極板収納開口１０１を形成する。図４に示すように、本実施の形態における電極板収納開口１０１は、アノード電極１１を収納する第１収納部１０２と、カソード電極１２を収納する第２収納部１０３と、を有している。

【0023】

第２収納部１０３は全周にわたって、第１収納部１０２の外周側に張り出し、第２収納部１０３の開口面積は、第１収納部１０２の開口面積よりも大きい。これにより、第１収納部１０２と第２収納部１０３との間には、電極板外枠１００の面方向（板面方向）に延びる段差部１０４が形成される。

【0024】

第１収納部１０２には、アノード電極１１が収納された状態で接合される。第２収納部１０３には、隔膜１３が段差部１０４に接する状態で収納され、且つカソード電極１２が隔膜１３を覆い且つ第２収納部１０３に収納された状態で接合される。本実施の形態では、カソード電極１２及び隔膜１３を段差部１０４に重ね合わせるために、カソード電極１２及び隔膜１３が、アノード電極１１よりも大きく形成されている。なお、接合とは、固定状態でつなぎあわされること、または、着脱自在につなぎあわされることを意味する。

【0025】

カソード電極１２及び隔膜１３は、電気化学セル１（電極板接合体）の厚さ方向で段差部１０４と重ね合わされ、これにより、電極板１０と電極板外枠１００の接合部の少なくとも一部は、厚さ方向に重ね合わされた状態で接合される。この構成によれば、電極板１０と電極板外枠１００の接合部でのシール性を高くすることができる。なお、本実施の形態では段差部１０４が電極板収納開口１０１の全周にわたって形成されるが、段差部１０４は、電極板収納開口１０１の全周に対して部分的に形成されてもよい。

【0026】

また、電極板外枠１００における電極板収納開口１０１の外周側の部分には、図２に示すようにアノード流体連通孔１０６及びカソード流体連通孔１０７が設けられている。アノード流体連通孔１０６は、アノード流体入口連通孔１０６Ａと、アノード流体出口連通孔１０６Ｂと、を有する。カソード流体連通孔１０７は、カソード流体入口連通孔１０７Ａと、カソード流体出口連通孔１０７Ｂと、を有する。アノード流体入口連通孔１０６Ａ及びカソード流体入口連通孔１０７Ａと、アノード流体出口連通孔１０６Ｂ及びカソード流体出口連通孔１０７Ｂは、電極板収納開口１０１を介して互いに対向するように配置されている。

【0027】

詳しくは、アノード流体入口連通孔１０６Ａ及びアノード流体出口連通孔１０６Ｂは、平面視で電極板外枠１００の中心に関して点対称に形成されている。カソード流体入口連通孔１０７Ａ及びカソード流体出口連通孔１０７Ｂは、平面視で電極板外枠１００の中心に関して点対称に形成されている。また、アノード流体入口連通孔１０６Ａ、アノード流体出口連通孔１０６Ｂ、カソード流体入口連通孔１０７Ａ及びカソード流体出口連通孔１０７Ｂはそれぞれ、同一の形状で且つ同一の寸法で形成されている。

【0028】

アノード流体入口連通孔１０６Ａは、水（Ｈ２Ｏ）などの流体（以下、アノード側流体と呼ぶ。）を流通させ、流路板２０における後述のアノード側流路溝２１に送る。アノード流体出口連通孔１０６Ｂは、アノード側流路溝２１から流出するアノード側流体を受け入れて流通させる。カソード流体入口連通孔１０７Ａは、二酸化炭素（Ｏ２）などの流体（以下、カソード側流体と呼ぶ。）を流通させることが可能であり、カソード側流体を流路板２０における後述のカソード側流路溝２２に送ることができる。また、カソード流体出口連通孔１０７Ｂは、カソード側流路溝２２から流出するカソード側流体を受け入れて流通させることが可能である。

【0029】

電極板外枠１００の材質は特に限定されるものではないが、少なくとも電極板外枠１００におけるアノード側流体及びカソード側流体との接触部分において絶縁性を確保することが望ましい。この場合、電極板外枠１００は、フッ素樹脂、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）などの樹脂材料またはフッ素ゴム、エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）などのゴム材料などの電気絶縁性の材料から構成されてもよい。本実施の形態では、電極板外枠１００の全体が絶縁性の材料で形成されることで、アノード側流体及びカソード側流体との接触部分に絶縁性を確保している。なお、電極板外枠１００は、アノード側流体及びカソード側流体と接触し得る部分に絶縁性の材料が部分的に設けられてもよい。

【0030】

（流路板）
流路板２０は板状であり、図４に示すように一方の面（図における上側の面）に複数のアノード側流路溝２１が形成され、他方の面（図における下側の面）に複数のカソード側流路溝２２が形成されている。アノード側流路溝２１は、アノード電極１１に供給されるアノード側流体を流通させる部分である。カソード側流路溝２２は、カソード電極１２にカソード側流体が供給される場合に、カソード側流体を流通させることが可能である。

【0031】

本実施の形態に係る電気化学セル１は、流路板２０の他方の面に形成されたカソード側流路溝２２を電極板１０のカソード電極１２に接触させることで構成されている。電気化学セル１は、セルスタックの作製のために用いられることが想定されており、この場合、複数の電気化学セル１がアノード電極１１を同じ方向に向けた状態で積層される。この際、流路板２０の一方の面に形成されたアノード側流路溝２１は、他の電気化学セル１の電極板１０のアノード電極１１と接触させられる。

【0032】

電気化学セル１では、セルスタックを構成した状態で例えば二酸化炭素電解を行う場合に、アノード側流路溝２１にアノード側流体としての水（Ｈ２Ｏ）を流通させ、カソード側流路溝２２にカソード側流体としての二酸化炭素（ＣＯ２）を流通させる。また、水電解を行う場合には、アノード側流路溝２１にアノード側流体としての水（Ｈ２Ｏ）を流通させ、カソード側流路溝２２にはカソード側流体を流通させなくてもよい。
また、電気化学セル１が燃料電池セルスタックにおいて用いられる場合には、アノード側流路溝２１にアノード側流体としての水素（Ｈ２）を流通させ、カソード側流路溝２２にカソード側流体としての酸素（Ｏ２）を流通させる。

【0033】

なお、本実施の形態に係る電気化学セル１は、流路板２０に形成されたカソード側流路溝２２を電極板１０のカソード電極１２に接触させることで構成されるが、電気化学セル１は、流路板２０の一方の面に形成されたアノード側流路溝２１を電極板１０のアノード電極１１に接触させることで構成されてもよい。

【0034】

流路板２０の形状について詳述すると、流路板２０は、図４に示すように凸部２３と凹部２４とが交互に形成され且つ凸部２３及び凹部２４がそれぞれ互いに平行に延びる波板状である（図２、図３も参照）。そして、流路板２０の一方の面（図における上側の面）における波形状の表面でアノード側流路溝２１が形成されており、他方の面（図における下側の面）における波形状の表面でカソード側流路溝２２が形成されている。なお、図４では説明の便宜のために流路板２０にドットが付されている。

【0035】

図４に示すように、流路板２０は、波形状におけるカソード電極１２側の端部２２Ｅをカソード電極１２に接触させ、これにより、カソード電極１２とカソード側流路溝２２との間にカソード側流体の流路を形成する。一方で、流路板２０は、他の電気化学セルのアノード電極側となる波形状における端部２１Ｅを他の電気化学セルのアノード電極に接触させ、これにより、他の電気化学セルのアノード電極とアノード側流路溝２１との間にアノード側流体の流路を形成する。端部２２Ｅは、隣り合うカソード側流路溝２２の間に形成される。端部２１Ｅは、隣り合うアノード側流路溝２１の間に形成される。

【0036】

流路板２０の波形状は、本実施の形態では台形波状であり、端部２１Ｅ，２２Ｅは、流路板２０の板面方向に幅を有する。これにより、端部２１Ｅ，２２Ｅは、アノード電極１１またはカソード電極１２と面接触する。ただし、アノード側流路溝２１及びカソード側流路溝２２の波形状は、サインカーブ状等でもよい。また、本実施の形態における流路板２０は、図４に示すように凸部２３と凹部２４とが同一の周期で且つ同一の振幅で形成される波板状である。ただし、一部の凸部２３及び/または凹部２４の周期が他のものと異なるような形状が採用されてもよい。

【0037】

流路板２０の材質は導電性を有するものであればよく、特に限定されるものでない。流路板２０は、例えば金属、カーボン、カーボンと樹脂の混合物等から形成されてもよい。また、流路板２０は、最表面に耐腐食性の向上や接触抵抗の低減を目的とするメッキ層やコーティングを有してもよい。流路板２０を金属から形成する場合、曲げ加工やプレス加工で流路板２０を形成してもよい。流路板２０をカーボンや、カーボンと樹脂の混合物から形成する場合には、真空成型等で流路板２０を形成してもよい。

【0038】

本実施の形態では、加工性及び強度の向上の観点で、板材である金属の薄板を曲げ加工により波形状に折り曲げることで、凸部２３及び凹部２４が形成される。曲げ加工による波形状の流路板２０の形成は、流路板２０の形状としてシンプルな波板状を採用することで可能となる。薄板を曲げ加工する場合、曲げ伸ばしにより薄板の厚さが局所的に小さくなることが抑制される。そのため、本実施の形態では、凸部２３と凹部２４とが交互に形成される部分での流路板２０の厚さが、基本的に一定である。

【0039】

また、流路板２０は、図４に示すように凸２３部と凹部２４とが交互に形成される方向における両端にフランジ部２５を有する。流路板２０が曲げ加工により形成される場合、凸部２３と凹部２４とが交互に形成される部分の厚さは、フランジ部２５の厚さと基本的に同じになる。

【0040】

なお、流路板２０がシンプルな波板状である際には、プレス加工で形成された場合であっても曲げ伸ばしによる局所的な厚さの減少が抑制され得る。そのため、ヒビ割れが発生し難くなる。すなわち、凸部２３と凹部２４は、板材を金型によってプレス成型することで形成されてもよい。プレス加工を行った場合、フランジ部２５の厚さは、通常、凸部２３と凹部２４とが交互に形成される部分の厚さよりも大きくなる。

【0041】

（流路板外枠）
図２に示すように、流路板外枠２００は矩形の枠状であり、言い換えると、厚さ方向に貫通する開口を内側領域に有する中空板状である。流路板外枠２００は、その内周面で流路板２０の流路板収納開口２０１を形成し、流路板収納開口２０１に流路板２０を収納する。

【0042】

流路板外枠２００における流路板収納開口２０１の外周側の部分には、アノード流体連通孔２０６及びカソード流体連通孔２０７と、第１流路板接続部２１１と、第２流路板接続部２１２と、第１アノード流体中継流路２１３と、第２アノード流体中継流路２１４と、第１アノード側流体ターン部２１５と、第２アノード側流体ターン部２１６と、が設けられている。

【0043】

アノード流体連通孔２０６は、アノード流体入口連通孔２０６Ａと、アノード流体出口連通孔２０６Ｂと、を有する。カソード流体連通孔２０７は、カソード流体入口連通孔２０７Ａと、カソード流体出口連通孔２０７Ｂと、を有する。図５は、流路板外枠２００の平面図であり、図６は、流路板外枠２００の底面図である。アノード流体入口連通孔２０６Ａ及びカソード流体入口連通孔２０７Ａとアノード流体出口連通孔２０６Ｂ及びカソード流体出口連通孔２０７Ｂは、電極板収納開口１０１を介して互いに対向するように配置されている。

【0044】

詳しくは、アノード流体入口連通孔２０６Ａ及びアノード流体出口連通孔２０６Ｂは、平面視で流路板外枠２００の中心に関して点対称に形成されている。カソード流体入口連通孔２０７Ａ及びカソード流体出口連通孔２０７Ｂは、平面視で流路板外枠２００の中心に関して点対称に形成されている。また、アノード流体入口連通孔２０６Ａ、アノード流体出口連通孔２０６Ｂ、カソード流体入口連通孔２０７Ａ及びカソード流体出口連通孔２０７Ｂはそれぞれ、同一の形状で且つ同一の寸法で形成されている。

【0045】

流路板外枠２００は電極板外枠１００に重ね合わされ、この際、アノード流体入口連通孔２０６Ａは、電極板外枠１００のアノード流体入口連通孔１０６Ａと重なり、アノード流体出口連通孔２０６Ｂは、電極板外枠１００のアノード流体出口連通孔１０６Ｂと重なる。一方で、カソード流体入口連通孔２０７Ａは、電極板外枠１００のカソード流体入口連通孔１０７Ａと重なり、カソード流体出口連通孔２０７Ｂは、電極板外枠１００のカソード流体出口連通孔１０７Ｂと重なる。

【0046】

第１流路板接続部２１１は、流路板外枠２００の流路板収納開口２０１の周縁部におけるアノード流体入口連通孔２０６Ａ側であって、カソード流体入口連通孔２０７Ａ側の部分に設けられ、全体にわたり波形状に形成されている。第２流路板接続部２１２は、流路板外枠２００の流路板収納開口２０１の周縁部におけるアノード流体出口連通孔２０６Ｂ側であって、カソード流体出口連通孔２０７Ｂ側の部分に設けられ、全体にわたり波形状に形成されている。

【0047】

第１アノード流体中継流路２１３は、第１流路板接続部２１１のうちのアノード流体入口連通孔２０６Ａに面する部分と、アノード流体入口連通孔２０６Ａとの間に設けられている。第２アノード流体中継流路２１４は、第２流路板接続部２１２のうちのアノード流体出口連通孔２０６Ｂに面する部分と、アノード流体出口連通孔２０６Ｂとの間に設けられている。

【0048】

第１アノード流体中継流路２１３は、流路板外枠２００の一方の面（例えば図１、図２において上側を向く面）で厚さ方向にへこみ、アノード流体入口連通孔２０６Ａと第１流路板接続部２１１とを流体的に接続する。同様に、第２アノード流体中継流路２１４は、流路板外枠２００の一方の面（例えば図１、図２において上側を向く面）で厚さ方向にへこみ、アノード流体出口連通孔２０６Ｂと第２流路板接続部２１２とを流体的に接続している。

【0049】

また、第１アノード側流体ターン部２１５は、第２流路板接続部２１２から離れるように延びており、第２アノード側流体ターン部２１６は、第１流路板接続部２１１から離れるように延びている。第１アノード側流体ターン部２１５は、第１アノード流体中継流路２１３と流路板収納開口２０１を介して向き合うように位置している。また、第１アノード側流体ターン部２１５は、第１アノード流体中継流路２１３と向き合う方向に直交する方向で第１アノード流体中継流路２１３よりも幅広に形成されている。また、第２アノード側流体ターン部２１６は、第１アノード側流体ターン部２１５における第１アノード流体中継流路２１３を越える部分及び第２アノード流体中継流路２１４と流路板収納開口２０１を介して向き合うように位置している。

【0050】

第１アノード側流体ターン部２１５及び第２アノード側流体ターン部２１６もそれぞれ、上述の中継流路２１３，２１４と同様に、流路板外枠２００の一方の面（例えば図１、図２において上側を向く面）で厚さ方向にへこむ。そして、第１アノード側流体ターン部２１５は、第２流路板接続部２１２に流体的に接続されており、第２アノード側流体ターン部２１６は、第１流路板接続部２１１に流体的に接続されている。

【0051】

ここで、流路板２０は、図２及び図３に示すようにアノード側流路溝２１及びカソード側流路溝２２が延びる方向における一端部の波形状を第１流路板接続部２１１の波形状に重ね合わせ、且つ他端部の波形状を第２流路板接続部２１２の波形状に重ね合わせることで、流路板外枠２００に接合される。また、流路板２０のフランジ部２５は、流路板２０に形成された位置決め凹部２１８内に配置される。これにより、流路板２０と流路板外枠２００の接合部の少なくとも一部は、厚さ方向に重ね合わされた状態で接合される。この構成によれば、流路板２０と流路板外枠２００の接合部でのシール性を高くすることができる。

【0052】

以上のように流路板２０が流路板外枠２００に接合された状態では、図３の矢印Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに示すように、アノード側流体が蛇行して流通し得る。
詳しくは、アノード側流体は、アノード流体入口連通孔２０６Ａから第１アノード流体中継流路２１３に流入し、第１アノード流体中継流路２１３から第１流路板接続部２１１を介してアノード側流路溝２１の一部分に流入する（矢印Ａ）。そして、アノード側流路溝２１の一部分から流出したアノード側流体は、第１アノード側流体ターン部２１５に受け入れられた後、第１アノード側流体ターン部２１５で折り返されてアノード側流路溝２１の他の部分に流入する（矢印Ｂ）。
その後、アノード側流路溝２１の他の部分から流出したアノード側流体は、第２アノード側流体ターン部２１６に受け入れられた後、第２アノード側流体ターン部２１６で折り返されてアノード側流路溝２１のさらに他の部分に流入する（矢印Ｃ）。その後、アノード側流路溝２１のさらに他の部分から流出したアノード側流体は、第２流路板接続部２１２を介して第２アノード流体中継流路２１４に流入し、アノード流体出口連通孔２０６Ｂに流入する（矢印Ｄ）。
なお、流路板外枠２００は、第１アノード流体中継流路２１３等から第１流路板接続部２１１を介してアノード側流路溝２１の一部分に流入するアノード側流体をカソード側流路溝２２に流入させないように構成されている。

【0053】

同様に、流路板外枠２００の他方の面（例えば図１、図２において下側を向く面）では、図６に示すように、第１流路板接続部２１１のうちのカソード流体入口連通孔２０７Ａに面する部分と、カソード流体入口連通孔２０７Ａとの間に、第１カソード流体中継流路２２３が設けられている。第２流路板接続部２１２のうちのカソード流体出口連通孔２０７Ｂに面する部分と、カソード流体出口連通孔２０７Ｂとの間に、第２カソード流体中継流路２２４が設けられている。また、流路板外枠２００には、第２流路板接続部２１２から離れるように延びる第１カソード側流体ターン部２２５と、第１流路板接続部２１１から離れるように延びる第２カソード側流体ターン部２２６と、がさらに設けられる。

【0054】

流路板２０が流路板外枠２００に接合された状態では、図６の矢印Ａ’，Ｂ’，Ｃ’，Ｄ’に示すように、カソード側流体も蛇行して流通し得る。カソード側流体が流通する経路の順序や接続構成は、上述のアノード側流体の場合と同様のため説明を省略する。

【0055】

流路板外枠２００の材質は特に限定されるものではないが、少なくとも流路板外枠２００におけるアノード側流体及びカソード側流体との接触部分において絶縁性を確保することが望ましい。この場合、流路板外枠２００は、フッ素樹脂、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）などの樹脂材料またはフッ素ゴム、エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）などのゴム材料などの電気絶縁性の材料から構成されてもよい。本実施の形態では、流路板外枠２００の全体が絶縁性の材料で形成されることで、アノード側流体及びカソード側流体との接触部分に絶縁性を確保している。なお、流路板外枠２００は、アノード側流体及びカソード側流体と接触し得る部分に絶縁性の材料が部分的に設けられてもよい。

【0056】

流路板外枠２００を金属から形成する場合、曲げ加工やプレス加工で流路板外枠２００を形成してもよい。流路板外枠２００を樹脂や、ゴム材料から形成する場合、真空成型等で流路板外枠２００を形成してもよい。また、流路板外枠２００における波形状の第１流路板接続部２１１及び第２流路板接続部２１２は、流路板２０との接合の際に加熱することで流路板２０の波形状に対応する波形状に形成されてもよい。

【0057】

本実施の形態では、流路板２０を作製する工程と、流路板外枠２００を作製する工程とが別々に行われ、流路板２０と流路板外枠２００とが分離して作製される。流路板２０と流路板外枠２００とが一体にプレス成型で形成される場合、流路板２０の厚さが小さくなり、ヒビ割れの発生を抑制し難くなる場合がある。これに対して、本実施の形態では別工程で流路板２０と流路板外枠２００とが分離して作製されることで、流路板２０にヒビ割れが発生し難くなる。例えば流路板２０を曲げ加工で形成し、流路板外枠２００をプレス加工や真空成型等で形成する場合には、生産効率を低下させることなく、流路板２０にヒビ割れが発生し難くなる。

【0058】

（作用及び効果）
次に、本実施の形態に係る電気化学セル１の作用及び効果について説明する。以下では、複数の電気化学セル１を積層してセルスタックを形成した場合における電気化学セル１の電解動作を一例として説明しつつ、電気化学セル１の作用及び効果を説明する。

【0059】

電気化学セル１にアノード側流体及びカソード側流体を供給する場合、外部からアノード側流体がアノード流体入口連通孔１０６Ａに供給され、カソード側流体がカソード流体入口連通孔１０７Ａに供給される。アノード側流体は、アノード流体入口連通孔１０６Ａから第１アノード流体中継流路２１３を介してアノード側流路溝２１に流入し、アノード電極１１と接触する。カソード側流体はカソード流体入口連通孔２０７Ａから第１カソード流体中継流路２２３を介してカソード側流路溝２２に流入し、カソード電極１２と接触する。アノード電極１１に接触したアノード側流体とカソード電極１２に接触したカソード側流体の構成物質の少なくとも一部は電極に付着した触媒と反応してイオン化する。

【0060】

この状態で、積層されたセルスタックの積層両端に所定の電圧を付加すると、電極板１０の電気絶縁性の隔膜１３を挟んでアノード電極１１とカソード電極１２との間に電位差が生じ、流体中のイオン化した特定の物質が隔膜１３を通過する現象が発生する。これにより、カソード側流体とアノード側流体の物質構成が変化する。

【0061】

例えば、アノード側に水（Ｈ２Ｏ）を供給し、カソード側に二酸化炭素（ＣＯ２）を供給した場合、カソード側から一酸化炭素（ＣＯ）を含む混合ガスを取り出す二酸化炭素電解などの反応が得られる。

【0062】

このとき、電極板１０と流路板２０を複数積層して外部から電圧を付加する場合には、積層されたそれぞれの電極板１０の隔膜１３を挟んだそれぞれのアノード電極１１とカソード電極１２との間に電位差が生じるが、流路板２０を挟んで隣り合う２枚の電極板１０のそれぞれが同一の流路板２０に接しているアノード電極１１とカソード電極１２は、流路板２０とアノード電極１１とカソード電極１２が導電性であることからほぼ同電位となる。そのため、電極板１０を挟んだ異なる流路板２０の間には、隔膜１３を挟んだアノード電極１１とカソード電極１２との間に生じる電位差とほぼ同じ電位差が発生する。

【0063】

ここで、流路板２０と流路板外枠２００が１枚の導電性の材料で構成されている場合は、電極板外枠１００を挟んで隣り合う流路板外枠２００は、アノード流体入口連通孔２０６Ａ、アノード流体出口連通孔２０６Ｂ、カソード流体入口連通孔２０７Ａ及びカソード流体出口連通孔２０７Ｂに流通する流体に接する部分では、電極板外枠１００の厚さ分の距離しか離れていない。そのため、電極板外枠１００を挟んで隣り合う流路板外枠２００の部分に電位差があると、各連通孔に流通する流体の導電率がゼロで無い場合には、電極板外枠１００を挟んで隣り合う流路板外枠２００の間でリーク電流が発生してしまう。特にアノード流体側またはカソード側流体のどちらかに水（Ｈ２Ｏ）などの液体に少量のイオン性物質を溶解させた電解質溶液を使用する場合には、電解質溶液の導電率はゼロではないことから、リーク電流が発生しやすくなる。

【0064】

さらに、純粋な水（Ｈ２Ｏ）などの導電率が比較的小さい流体を使用する場合でも、流体が電気化学セルの内外を循環する過程で微量の不純物が混入し、導電率が上昇することによりリーク電流が発生する場合がある。また、流体が主に気体の流体であっても、含有されている物質の一部が凝縮して連通孔の壁面に付着することで、液体の場合と同様にリーク電流が発生する場合がある。

【0065】

これに対して、本実施の形態に係る電気化学セル１では、電極板１０と電極板外枠１００とが別体であり、流路板２０と流路板外枠２００とが別体である。さらに、電極板外枠１００及び流路板外枠２００におけるアノード側流体及びカソード側流体との接触部分に絶縁性を確保している。これにより、リーク電流が抑制される。

【0066】

そして、本実施の形態では、流路板２０が流路板外枠２００と別体に形成され、且つ、流路板２０が比較的単純な波板状で形成されている。そして、流路板２０の一方の面における波形状の表面でアノード側流路溝２１が形成され、他方の面における波形状の表面でカソード側流路溝２２が形成される。これにより、流路板２０の加工時のヒビ割れの発生が低減される。そして、例えばアノード側流体またはカソード側流体のクロスリークの発生を抑制できる。

【0067】

以上のようにして、本実施の形態では流路板２０にヒビ割れが発生し難くなる。特に本実施の形態における流路板２０は、凸部２３と凹部２４とが同一の周期で且つ同一の振幅で形成される波板状である。この場合、流路板２０における流路溝（２１，２２）が形成される部分の厚さを一定の値に加工しやすくなる。さらには、局所的な応力変化も抑制できる。これにより、流路溝（２１，２２）におけるヒビ割れの発生を効果的に抑制できる。また、流路板２０の板厚を抑えつつ、アノード側流路溝２１及びカソード側流路溝２２の流路断面積を大きくすることもできる。

【0068】

また、流路板２０は、複数のアノード側流路溝２１のうちの一部分から流出するアノード側流体を受け入れ、複数のアノード側流路溝のうちの他の部分に折り返して流入させるアノード側流体ターン部２１５，２１６と、複数のカソード側流路溝２２のうちの一部分から流出するカソード側流体を受け入れ、複数のカソード側流路溝２２のうちの他の部分に折り返して流入させるカソード側流体ターン部２２５，２２６とを有する。これにより、アノード側流体とアノード電極１１との反応の促進及びカソード側流体とカソード電極１２との反応の促進を図ることができる。また、流体を折り返して流通させる流路溝はプレス加工であれば、流路板上に容易に形成でき、このような流路板は多く存在する。ただし、このような既存の流路板は、流路溝のパターンが複雑であるため、プレス加工をするとヒビ割れが発生しやすい。このような流体の折り返し経路を形成する既存の流路板に比べて、本実施の形態における流路板２０はヒビ割れ抑制の観点で有利となる。

【0069】

なお、本実施の形態では、アノード側流体ターン部２１５，２１６とカソード側流体ターン部２２５，２２６とが形成されるが、いずれかが設けられなくてもよい。アノード側流体ターン部２１５，２１６は複数設けられたが、一つでもよい。同様に、カソード側流体ターン部２２５，２２６も複数設けられたが、一つでもよい。

【0070】

＜第２の実施の形態＞
次に、第２の実施の形態について説明する。図７は第２の実施の形態に係る電気化学セルが備える流路板外枠２００’の斜視図である。図８は流路板外枠２００’の平面図であり、図９は流路板外枠２００’の底面図である。第２の実施の形態の構成部分のうちの第１の実施の形態の構成部分と同一のものについては同一の符号が付され、説明は省略する。また、第２の実施の形態に係る電気化学セルの電極板１０及び電極板外枠１００は、第１の実施の形態と同一のため図示も省略している。

【0071】

第２の実施の形態に係る電気化学セルは、流路板外枠２００’に第１の実施の形態で説明したアノード側流体ターン部２１５，２１６と、カソード側流体ターン部２２５，２２６とが設けられていない。

【0072】

一方で、図７及び図８に示すように、第１アノード流体中継流路２１３’は、アノード流体入口連通孔２０６Ａから延び、第１流路板接続部２１１の全体に接続されている。第２アノード流体中継流路２１４’は、アノード流体出口連通孔２０６Ｂから延び、第２流路板接続部２１２の全体に接続されている。

【0073】

図９に示すように、第１カソード流体中継流路２２３’は、カソード流体入口連通孔２０７Ａから延び、第１流路板接続部２１１の全体に接続されている。第２カソード流体中継流路２２４’は、カソード流体出口連通孔２０７Ｂから延び、第２流路板接続部２１２の全体に接続されている。

【0074】

第２の実施の形態に係る電気化学セルでは、流路板２０におけるアノード側流路溝２１の全体でアノード側流体が同じ方向に流通する。同様に、流路板２０におけるカソード側流路溝２２の全体でカソード側流体が同じ方向に流通する。この構成では、流路板外枠２００の形状が簡素になるため、生産性を向上できる。

【0075】

＜第３の実施の形態＞
次に、第３の実施の形態について説明する。図１０は第３の実施の形態に係る電気化学セルが備える流路板外枠２００’’の斜視図である。図１１は流路板外枠２００’’の分解斜視図である。図１２は流路板外枠２００’’の平面図であり、図１３は流路板外枠２００’’の底面図である。図１４は、図１２のＸＩＶ－ＸＩＶ線に沿う断面図である。第３の実施の形態の構成部分のうちの第１及び第２の実施の形態の構成部分と同一のものについては同一の符号が付され、説明は省略する。また、第３の実施の形態に係る電気化学セルの電極板１０及び電極板外枠１００は、第１の実施の形態と同一のため図示も省略している。

【0076】

本実施の形態における流路板外枠２００’’の基本的な形状は、第１の実施の形態と同じであるが、流路板外枠２００’’が複数のシート状の部材３０１～３０４を重ね合わせて形成される点で第１の実施の形態と異なる。詳しくは、流路板外枠２００’’は、第１流路板外枠シート材３０１と、第２流路板外枠シート材３０２と、第３流路板外枠シート材３０３と、第４流路板外枠シート材３０４と、をこの順で重ね合わせることで形成される。符号３０５は、第１流路板外枠シート材３０１と第２流路板外枠シート材３０２と間に形成される空間を埋めるスペーサ部材である。

【0077】

図１０、図１１及び図１３を参照し、第１流路板外枠シート材３０１は、流路板収納開口２０１、アノード流体入口連通孔２０６Ａ、アノード流体出口連通孔２０６Ｂ、カソード流体入口連通孔２０７Ａ、カソード流体出口連通孔２０７Ｂ、第１カソード流体中継流路２２３、第２カソード流体中継流路２２４、第１カソード側流体ターン部２２５及び第２カソード側流体ターン部２２６を形成するための開口パターンを有している。

【0078】

第２流路板外枠シート材３０２は、流路板収納開口２０１、アノード流体入口連通孔２０６Ａ、アノード流体出口連通孔２０６Ｂ、カソード流体入口連通孔２０７Ａ及びカソード流体出口連通孔２０７Ｂを形成するための開口パターンを有するとともに、第１流路板接続部２１１及び第２流路板接続部２１２を有している。

【0079】

第３流路板外枠シート材３０３は、流路板収納開口２０１、アノード流体入口連通孔２０６Ａ、アノード流体出口連通孔２０６Ｂ、カソード流体入口連通孔２０７Ａ、カソード流体出口連通孔２０７Ｂ、第１アノード流体中継流路２１３、第２アノード流体中継流路２１４、第１アノード側流体ターン部２１５及び第２アノード側流体ターン部２１６を形成するための開口パターンを有している。

【0080】

第４流路板外枠シート材３０４は、流路板収納開口２０１、アノード流体入口連通孔２０６Ａ、アノード流体出口連通孔２０６Ｂ、カソード流体入口連通孔２０７Ａ、カソード流体出口連通孔２０７Ｂ、第１アノード流体中継流路２１３、第２アノード流体中継流路２１４、第１アノード側流体ターン部２１５及び第２アノード側流体ターン部２１６を形成するための開口パターンを有している。

【0081】

図１１に示すように、第２流路板外枠シート材３０２における流路板収納開口２０１を形成するための矩形の開口部分の四辺のうちの２の辺部に第１流路板接続部２１１及び第２流路板接続部２１２が互いに対向して設けられる。図４に示すように、第１流路板接続部２１１及び第２流路板接続部２１２の間に位置する四辺のうちの残り２つの辺部には厚さ方向に逆Ｕ字状に立ち上がる膨出部３０２Ａが設けられる。

【0082】

第２流路板外枠シート材３０２が第１流路板外枠シート材３０１上に重ね合わされた際に、膨出部３０２Ａと第１流路板外枠シート材３０１の上面との間に空間が生じる。この空間にスペーサ部材３０５が設けられる。

【0083】

流路板外枠２００’’の材質は特に限定されるものではないが、少なくとも流路板外枠２００’’におけるアノード側流体及びカソード側流体との接触部分において絶縁性を確保することが望ましい。この場合、流路板外枠２００’’は、フッ素樹脂、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）などの樹脂材料またはフッ素ゴム、エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）などのゴム材料などの電気絶縁性の材料から構成されてもよい。また、流路板外枠２００’’は、アノード側流体及びカソード側流体と接触し得る部分に絶縁性の材料が部分的に設けられる構成でもよい。

【0084】

本実施の形態では、流路板外枠２００’’の全体が絶縁性の材料で形成され、詳しくは、各シート材３０１～３０４が絶縁性の樹脂から形成される。第１流路板外枠シート材３０１、第３流路板外枠シート材３０３及び第４流路板外枠シート材３０４は平板状であるため、容易に作製され得る。第２流路板外枠シート材３０２は立体的な波形状の第１流路板接続部２１１及び第２流路板接続部２１２を有するため、真空成型で形成することが望ましい。または、第２流路板外枠シート材３０２における波形状の第１流路板接続部２１１及び第２流路板接続部２１２は、流路板２０との接合の際に加熱することで流路板２０の波形状に対応する波形状に形成されてもよい。

【0085】

本実施の形態によれば、流路板外枠２００’’の製造コストを抑制できる。なお、電極板外枠１００も複数のシート状の部材を重ね合わせて形成されてもよい。

【0086】

＜第４の実施の形態＞
次に、第４の実施の形態について説明する。図１５は第４の実施の形態に係るセルスタックＣＳの斜視図である。図１６はセルスタックＣＳの分解斜視図である。図１７は図１５のＸＶＩＩ－ＸＶＩＩ線に沿う断面図である。第４の実施の形態の構成部分のうちの第１～３の実施の形態の構成部分と同一のものについては同一の符号が付され、説明は省略する。

【0087】

本実施の形態に係るセルスタックＣＳは、第１の実施の形態で説明した電気化学セル１を積層して構成されている。セルスタックＣＳでは、図１７に示すように、流路板２０が、波形状におけるアノード電極１１側の端部２１Ｅをアノード電極１１に接触させ、波形状におけるカソード電極１２側の端部２２Ｅをカソード電極１２に接触させている。そして、本実施の形態では、アノード電極１１に接触する端部２１Ｅと、カソード電極１２に接触する端部２２Ｅとが、面内方向における同じ位置で電気化学セル１の積層方向に向き合う。

【0088】

詳しくは、セルスタックＣＳは、隣り合う２つの電気化学セル１の一方の流路板２０及び流路板外枠２００の向きと、他方の流路板２０及び流路板外枠２００の向きとを面内方向で１８０度反転させている。これにより、隣り合う２つの電気化学セル１の一方の流路板２０のアノード電極１１側の端部２１Ｅと、他方の流路板２０のカソード電極１２側の端部２２Ｅとが面内方向における同じ位置で電気化学セル１の積層方向に向き合う状態が形成されている。より詳しくは、一種類の流路板２０の向きを交互に面内方向に１８０度回転させながら積層することで、端部２１Ｅと、端部２２Ｅとが面内方向における同じ位置で積層方向に向き合う。
図１７に示すように、本実施の形態では、凸部２３と凹部２４とが交互に形成される方向における流路板２０の両辺のうちの一方の辺から一つ目の凹部２４までの距離Ｌ１と、他方の辺から一つ目の凹部２４までの距離Ｌ２が、１組の凸部２３及び凹部２４が形成される周期Ｐに対して半周期（Ｐ／２）ずれる。これにより、一種類の流路板２０の向きを交互に面内方向に１８０度回転させて端部を揃えたときに、端部２１Ｅと、端部２２Ｅとが面内方向における同じ位置で電気化学セル１の積層方向に向き合う。なお、凸部２３と凹部２４とが交互に形成される方向における流路板２０の両辺のうちの一方の辺から一つ目の凸部２３までの距離が、他方の辺から一つ目の凸部２３までの距離が半周期ずれてもよい。

【0089】

本実施の形態によれば、電極板１０と流路板２０とを互いに近づく方向に締付けた際における電極板１０の割れを抑制できる。また、電極板１０の割れが抑制されることでセルスタックＣＳに対する積層方向への締付力を増加させることが可能となり、部材間の接触抵抗も低減できる。なお、セルスタックＣＳは第２または第３の実施の形態に係る電気化学セルで構成されてもよい。また、一種類の流路板２０を１８０度回転させながら交互に積層して、隣り合う２つの電気化学セル１の一方の流路板２０のアノード電極１１側の端部２１Ｅと、他方の流路板２０のカソード電極１２側の端部２２Ｅとが面内方向における同じ位置で電気化学セル１の積層方向に向き合う状態を形成することで、２種類の流路板を準備して同様の状態を形成する場合に比べて、生産コストを抑制できる。

【0090】

＜電気化学装置＞
次に、電気化学装置ＥＣについて説明する。図１８は第１の実施の形態に係る電気化学セル１を備える電気化学装置ＥＣの概略図である。

【0091】

電気化学装置ＥＣは、例えば、水素製造装置でもよいし、一酸化炭素製造装置でもよい。電気化学装置ＥＣは、電気化学セル１を積層させたセルスタックＣＳと、セルスタックＣＳを積層方向両側から締め付ける一対の締付板４００と、電圧印加手段（電源）４０１と、制御手段４０２とを有している。電源４０１は、積層方向の一端に位置するアノード電極１１および他端に位置するカソード電極１２に電気的に接続されている。

【0092】

電気化学装置ＥＣでは、制御手段４０２が電源４０１を制御し、セルスタックＣＳに電圧を印加する。これにより、各電気化学セル１において、アノード電極１１とカソード電極１２との間に電圧が負荷され、電気化学反応が開始される。なお、電気化学装置ＥＣは、第２の実施の形態または第３の実施の形態に係る電気化学セルを備えてもよい。

【0093】

以上、各実施の形態を説明したが、上記実施の形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。上述の実施の形態及びその他の変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0094】

１…電気化学セル、１０…電極板、１１…アノード電極、１２…カソード電極、１３…隔膜、１００…電極板外枠、１０１…電極板収納開口、１０２…第１収納部、１０３…第２収納部、１０４…段差部、１０６…アノード流体連通孔、１０６Ａ…アノード流体入口連通孔、１０６Ｂ…アノード流体出口連通孔、１０７…カソード流体連通孔、１０７Ａ…カソード流体入口連通孔、１０７Ｂ…カソード流体出口連通孔、２０…流路板、２１…アノード側流路溝、２１Ｅ…端部、２２…カソード側流路溝、２２Ｅ…端部、２３…凸部、２４…凹部、２５…フランジ部、２００，２００’，２００’’…流路板外枠、２０１…流路板収納開口、２０６…アノード流体連通孔、２０６Ａ…アノード流体入口連通孔、２０６Ｂ…アノード流体出口連通孔、２０７…カソード流体連通孔、２０７Ａ…カソード流体入口連通孔、２０７Ｂ…カソード流体出口連通孔、２１１…第１流路板接続部、２１２…第２流路板接続部、２１３，２１３’…第１アノード流体中継流路、２１４，２１４’…第２アノード流体中継流路、２１５…第１アノード側流体ターン部、２１６…第２アノード側流体ターン部、２１８…位置決め凹部、２２３，２２３’…第１カソード流体中継流路、２２４，２２４’…第２カソード流体中継流路、２２５…第１カソード側流体ターン部、２２６…第２カソード側流体ターン部、３０１…第１流路板外枠シート材、３０２…第２流路板外枠シート材、３０２Ａ…膨出部、３０３…第３流路板外枠シート材、３０４…第４流路板外枠シート材、３０５…スペーサ部材、ＣＳ…セルスタック、ＥＣ…電気化学装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】