(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】P2023084326
(43)【公開日】2023-06-19
(54)【発明の名称】水電解デバイス
(51)【国際特許分類】
C25B 13/02 20060101AFI20230612BHJP
C25B 9/23 20210101ALI20230612BHJP
C25B 1/04 20210101ALI20230612BHJP
C25B 9/00 20210101ALI20230612BHJP
C25B 15/08 20060101ALI20230612BHJP
C25B 13/04 20210101ALI20230612BHJP
C25B 13/05 20210101ALI20230612BHJP
【ＦＩ】
C25B13/02 302
C25B9/23
C25B1/04
C25B9/00 A
C25B15/08 302
C25B13/04 302
C25B13/05
【審査請求】有
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021198440
(22)【出願日】2021-12-07
(11)【特許番号】
(45)【特許公報発行日】2022-07-19
(71)【出願人】
【識別番号】000220262
【氏名又は名称】東京瓦斯株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001519
【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】安藤 大樹
(72)【発明者】
【氏名】常木 達也
(72)【発明者】
【氏名】櫛 拓人
(72)【発明者】
【氏名】河村 将史
【テーマコード（参考）】
4K021
【Ｆターム（参考）】
4K021AA01
4K021BA02
4K021BC01
4K021CA09
4K021DB04
4K021DB28
4K021DB31
4K021DB43
4K021DB49
4K021DB53
4K021DC01
4K021DC03
4K021EA05
(57)【要約】
【課題】製造コストを抑制できる水電解デバイスを提供する。
【解決手段】水電解装置１０は、電解質層２２の一方面にアノード触媒層２４が積層され、他方面にカソード触媒層３４が積層された電解質膜２１と、開口平均幅１０μｍ以上２５０μｍ以下の凹部または頂部同士の平均間隔が１０μｍ以上２５０μｍ以下の凸部が平均ピッチ２０μｍ以上５００μｍ以下で配置される凹凸パターンが表面に一体形成され、凹凸パターンの凸部がアノード触媒層２４に接触配置され、アノード触媒層２４との間にガス拡散路２７Ｃを構成する導電性のセパレータ部材２６と、を備えている。
【選択図】図１
【解決手段】水電解装置１０は、電解質層２２の一方面にアノード触媒層２４が積層され、他方面にカソード触媒層３４が積層された電解質膜２１と、開口平均幅１０μｍ以上２５０μｍ以下の凹部または頂部同士の平均間隔が１０μｍ以上２５０μｍ以下の凸部が平均ピッチ２０μｍ以上５００μｍ以下で配置される凹凸パターンが表面に一体形成され、凹凸パターンの凸部がアノード触媒層２４に接触配置され、アノード触媒層２４との間にガス拡散路２７Ｃを構成する導電性のセパレータ部材２６と、を備えている。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
電解質層の一方面にアノード触媒層が積層され、他方面にカソード触媒層が積層された電解質膜と、
開口平均幅１０μｍ以上２５０μｍ以下の凹部または頂部同士の平均間隔が１０μｍ以上２５０μｍ以下の凸部が平均ピッチ２０μｍ以上５００μｍ以下で配置される凹凸パターンが表面に一体形成され、前記凹凸パターンの前記凸部が前記アノード触媒層に接触配置され、前記アノード触媒層との間にガス拡散路を構成する導電性のセパレータ部材と、
を備えた、水電解デバイス。
開口平均幅１０μｍ以上２５０μｍ以下の凹部または頂部同士の平均間隔が１０μｍ以上２５０μｍ以下の凸部が平均ピッチ２０μｍ以上５００μｍ以下で配置される凹凸パターンが表面に一体形成され、前記凹凸パターンの前記凸部が前記アノード触媒層に接触配置され、前記アノード触媒層との間にガス拡散路を構成する導電性のセパレータ部材と、
を備えた、水電解デバイス。
【請求項2】
前記凹凸パターンの平均ピッチが、前記セパレータ部材の厚みよりも小さい、
請求項１に記載の水電解デバイス。
請求項１に記載の水電解デバイス。
【請求項3】
電解質層の一方側面にアノード触媒層が積層され、他方面にカソード触媒層が積層された電解質膜と、
厚み方向に凹凸となる凹部と凸部が形成される凹凸パターンが一体形成され、前記凹凸パターンの前記凸部が前記アノード触媒層に接触配置され、前記アノード触媒層との間にガス拡散路を構成する導電性のセパレータ部材であって、前記凹凸パターンの平均ピッチが、前記セパレータ部材の厚みよりも小さい、導電性のセパレータ部材と、
を備えた、
水電解デバイス。
厚み方向に凹凸となる凹部と凸部が形成される凹凸パターンが一体形成され、前記凹凸パターンの前記凸部が前記アノード触媒層に接触配置され、前記アノード触媒層との間にガス拡散路を構成する導電性のセパレータ部材であって、前記凹凸パターンの平均ピッチが、前記セパレータ部材の厚みよりも小さい、導電性のセパレータ部材と、
を備えた、
水電解デバイス。
【請求項4】
前記凹凸パターンにおける単位面積当たりの前記電解質膜との接触率は、４０％以上８５％以下である、
請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の水電解デバイス。
請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の水電解デバイス。
【請求項5】
前記凸部は、円形状である、
請求項１～請求項４のいずれか１項に記載の水電解デバイス。
請求項１～請求項４のいずれか１項に記載の水電解デバイス。
【請求項6】
前記凹部は、溝形状である、
請求項１～請求項４のいずれか１項に記載の水電解デバイス。
請求項１～請求項４のいずれか１項に記載の水電解デバイス。
【請求項7】
前記セパレータ部材には、前記ガス拡散路の上流側から下流側へ向かって、前記凹凸パターンよりも流路抵抗が小さい主流部、が形成されている、
請求項１～請求項６のいずれか１項に記載の水電解デバイス。
請求項１～請求項６のいずれか１項に記載の水電解デバイス。
【請求項8】
前記セパレータ部材は、チタン製である、
請求項１～請求項７のいずれか１項に記載の水電解デバイス。
請求項１～請求項７のいずれか１項に記載の水電解デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、水電解デバイスに関する。
【背景技術】
【0002】
近年、クリーンエネルギーの活用として、水素を生成する水電解デバイス、が注目されている。再生可能エネルギーから得た電力により水電解デバイスで水素を生成して貯留し、必要に応じて水素を用いて燃料電池で発電することにより、安定しない再生可能エネルギーによる場合でも、継続的に電力を供給することができる。
【0003】
このような、水電解デバイスについては、セルスタックの構成についても開発が行われており、電解質膜、アノード、カソード、セパレータを含むセル構造についても、様々な技術が提案されている。（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】ＷＯ２０２１／１１１７７５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
このような、水電解デバイスにおいては、特に、アノード側に強い酸化条件が生じるため、構成材料が限定され、コストが高くなりやすい。
【0006】
本発明は、上記事実を考慮して成されたものであり、製造コストを抑制できる水電解デバイス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】
【0007】
第１の態様に係る水電解デバイスは、電解質層の一方面にアノード触媒層が積層され、他方面にカソード触媒層が積層された電解質膜と、開口平均幅１０μｍ以上２５０μｍ以下の凹部または頂部同士の平均間隔が１０μｍ以上２５０μｍ以下の凸部が平均ピッチ２０μｍ以上５００μｍ以下で配置される凹凸パターンが表面に一体形成され、前記凹凸パターンの前記凸部が前記アノード触媒層に接触配置され、前記アノード触媒層との間にガス拡散路を構成する導電性のセパレータ部材と、を備えている。
【0008】
第１の態様に係る水電解デバイスでは、導電性のセパレータ部材の表面に凹凸パターンが一体形成されており、凹凸パターンの凸部がアノード触媒層に接触配置され、アノード触媒層との間にガス拡散路を構成する。当該凹凸パターンは、開口平均幅１０μｍ以上２５０μｍ以下の凹部または頂部同士の平均間隔が１０μｍ以上２５０μｍ以下の凸部が平均ピッチ２０μｍ以上５００μｍ以下で配置されているので、ガス拡散路において、水や酸素を拡散させることができる。
【0009】
このように、セパレータ部材の表面に凹凸パターンを一体形成してガス拡散を行うことにより、ガス拡散のために別途部材を設ける必要がなく、コストを削減することができる。
【0010】
第２の態様に係る水電解デバイスは、前記凹凸パターンの平均ピッチが、前記セパレータ部材の厚みよりも小さい。
【0011】
第２の態様に係る水電解デバイスでは、凹凸パターンの平均ピッチをセパレータ部材の厚みよりも小さくすることにより、ガス拡散性を確保しつつ製造の容易さを維持することができる。
【0012】
第３の態様に係る水電解デバイスは、電解質層の一方側面にアノード触媒層が積層され、他方面にカソード触媒層が積層された電解質膜と、厚み方向に凹凸となる凹部と凸部が形成される凹凸パターンが一体形成され、前記凹凸パターンの前記凸部が前記アノード触媒層に接触配置され、前記アノード触媒層との間にガス拡散路を構成する導電性のセパレータ部材であって、前記凹凸パターンの平均ピッチが、前記セパレータ部材の厚みよりも小さい、導電性のセパレータ部材と、を備えている。
【0013】
第３の態様に係る水電解デバイスでは、導電性のセパレータ部材の表面に凹凸パターンが一体形成されており、凹凸パターンの凸部がアノード触媒層に接触配置され、アノード触媒層との間にガス拡散路を構成する。
【0014】
このように、セパレータ部材の表面に凹凸パターンを一体形成してガス拡散路を構成することにより、ガス拡散のために別途部材を設ける必要がなく、コストを削減することができる。また、当該凹凸パターンは、平均ピッチが、セパレータ部材の厚みよりも小さく設定されているので、ガス拡散路において、ガス拡散性を確保しつつ製造の容易さを維持することができる。
【0015】
第４の態様に係る水電解デバイスは、前記凹凸パターンにおける単位面積当たりの前記電解質膜との接触率は、４０％以上８５％以下である。
【0016】
第４の態様に係る水電解デバイスによれば、セパレータ部材とアノード触媒層との間で、良好な導通性を確保すると共に、ガス拡散性を維持することができる。
【0017】
第５の態様に係る水電解デバイスは、前記凸部は、円形状である。
【0018】
凹凸パターンの凸部を、円形状とすることにより、アノード触媒層との間にガス拡散路を構成することができる。
【0019】
第６の態様に係る水電解デバイスは、前記凹部は、溝形状である。
【0020】
凹凸パターンの凹部を、溝形状とすることにより、アノード触媒層との間にガス拡散路を構成することができる。
【0021】
第７の態様に係る水電解デバイスは、前記セパレータ部材には、前記ガス拡散路の上流側から下流側へ向かって、前記凹凸パターンよりも流路抵抗が小さい主流部、が形成されている。
【0022】
第７の態様に係る水電解デバイスでは、セパレータ部材に、凹凸パターンよりも流路抵抗が小さい主流部が形成されている。当該主流部は、ガス拡散路の上流側から下流側へ向かっているので、ガス拡散路から主流部へ水や酸素が流入することにより、水や酸素の流れを良好にすることができる。
【0023】
第８の態様に係る水電解デバイスは、前記セパレータ部材は、チタン製である。
【0024】
第８の態様に係る水電解デバイスでは、セパレータ部材をチタン製にすることにより、耐酸化性を向上させることができる。
【発明の効果】
【0025】
本発明に係る水電解デバイスによれば、製造コストを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0026】
【図1】第１実施形態に係る水電解装置の概略断面構成を示す図である。
【図2】第１施形態に係る水電解装置のアノード側セパレータ部材の（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の２－２線の断面図である。
【図3】第１施形態に係る水電解装置のカソード側セパレータ部材の（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の３－３線の断面図である。
【図4】第１施形態の変形例に係る水電解装置のアノード側セパレータ部材の（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の４－４線の断面図である。
【図5】第２施形態に係る水電解装置のアノード側セパレータ部材の（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の５－５線の断面図である。
【図6】第２施形態に係る水電解装置のカソード側セパレータ部材の（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の６－６線の断面図である。
【図7】その他の実施形態に係る水電解装置のガス拡散部の例（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）を示す図である。
【図8】その他の実施形態に係る水電解装置の概略断面構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0027】
＜第１実施形態＞
本発明の水電解デバイスの第１実施形態を図面を参照して説明する。本実施形態では、固体高分子電解質膜型（ＰＥＭ）の水電解装置１０を例に説明する。図１には、水電解装置１０のセル２０の概略断面が示されている。
本発明の水電解デバイスの第１実施形態を図面を参照して説明する。本実施形態では、固体高分子電解質膜型（ＰＥＭ）の水電解装置１０を例に説明する。図１には、水電解装置１０のセル２０の概略断面が示されている。
【0028】
セル２０は、電解質膜２１を備えている。電解質膜２１は、電解質層２２の一方面に、アノード触媒層２４が積層され、他方面にカソード触媒層３４が積層されて形成されている。電解質膜２１のアノード触媒層２４には、セパレータ部材２６が積層され、カソード触媒層３４には、セパレータ部材３６が積層されている。
【0029】
電解質層２２は、方形状とされ、炭素－フッ素系高分子膜や炭素－フッ素系高分子膜などを用いることができる。アノード触媒層２４は、電解質膜２１の一方面の外周よりも狭い内周側を覆っており、Ｉｒ系触媒などを用いることができる。カソード触媒層３４は、電解質膜２１の他方面の外周よりも狭い内周側を覆っており、Ｐｔ／カーボン系触媒などを用いることができる。
【0030】
電解質膜２１のアノード触媒層２４側には、枠状のアノードシール層２５が積層されている。アノードシール層２５は、図１に示されるように、電解質層２２のアノード触媒層２４の外周に形成されている。アノードシール層２５の枠内には、アノード開口２５Ａが形成されており、アノード開口２５Ａには、アノード触媒層２４、及び、後述するセパレータ部材２６のガス拡散部２７が配置される。アノードシール層２５は、電解質層２２とセパレータ部材２６に密着されており、両者の間をシールしている。アノードシール層２５は、樹脂、ゴム材料で形成することができる。
【0031】
アノードシール層２５には、セパレータ部材２６が積層されている。セパレータ部材２６は、長方形板状とされ、アノード触媒層２４側の表面にガス拡散部２７が一体形成されている。
【0032】
ガス拡散部２７は、平面視でアノード触媒層２４に対応する位置に形成されており、平面視でアノード触媒層２４と同様の形状とされ、壁部２８が平面視で方形状に形成されている。ガス拡散部２７には、図２（Ａ）に示されるように、平面視で円形状の凸部２７Ｂが全面に形成されている。図２（Ｂ）に示されるように、凸部２７Ｂは、セパレータ部材２６の表面（凹凸パターンが形成されていない部分の厚み表面を基準とする）と面一に頂部２７ＡＰが配置されている。隣り合う凸部２７Ｂの間（凸部２７Ｂが形成されていない部分）には、セパレータ部材２６の表面から凹む凹部２７Ａが形成されている。ガス拡散部２７は、このように、凹凸パターンが表面に一体形成されたものである。ここでの「一体形成」は、別部材でなく一部材で構成されていることを意味している。
【0033】
凸部２７Ｂは、隣接する凸部２７Ｂと離隔して形成されており、凸部２７Ｂの頂部２７ＡＰは、平坦状とされている。このように、頂部２７ＡＰを平坦状とすることにより、アノード触媒層２４との接触面積を大きくすることができる。隣り合う凸部２７Ｂ同士の平均間隔Ｄ１は、１０μｍ以上２５０μｍ以下とされている。また、平面視での凹部２７Ａの開口平均幅Ｄ２（本実施形態ではＤ１と同一）は、１０μｍ以上２５０μｍ以下とされている。凸部２７Ｂ及び凹部２７Ａで形成される凹凸パターンの平均ピッチＰ１は、２０μｍ以上５００μｍ以下とされている。
【0034】
平均間隔Ｄ１、開口平均幅Ｄ２が１０μｍ未満、平均ピッチＰ１が２０μｍ未満の場合には、製造が難しくなる。平均間隔Ｄ１、開口平均径Ｄ２が２５０μｍ超、平均ピッチＰ１が５００μｍ超の場合には、ガスの拡散が不十分となり性能が悪化する。
【0035】
なお、平均間隔Ｄ１、開口平均幅Ｄ２は、１０μｍ以上１５０μｍ以下であることが好ましい。
【0036】
また、凹部２７Ａの深さＢ１は、セパレータ部材２６の厚みＴ１よりも浅く、凹凸パターンの平均ピッチＰ１は、厚みＴ１よりも小さく設定されている。
【0037】
凸部２７Ｂは、電解質膜２１のアノード触媒層２４と接触配置されている。凸部２７Ｂは、アノード触媒層２４との間の導電性確保のための接触が維持されているが、凹部２７Ａは、各々の凸部２７Ｂを囲むように配置されており、凹部２７Ａでの流体移動が可能とされている。
【0038】
ガス拡散部２７における単位面積当たりのアノード触媒層２４との接触率は、導電性の確保とガス拡散性の維持を考慮して、４０％以上８５％以下であることが好ましい。
【0039】
なお、平均間隔Ｄ１、開口平均幅Ｄ２、凹凸パターンの平均ピッチＰ１、深さＢ１の測定は、走査電子顕微鏡、光学顕微鏡、これらを介して取得した画像などにより行うことができる。
【0040】
アノードシール層２５に囲まれた内側のアノード触媒層２４とガス拡散部２７の凹部２７Ａの間に、ガス拡散路２７Ｃが形成されている。ガス拡散路２７Ｃには、ガス拡散路２７Ｃの一端部に設けられた不図示の水流路から水が供給され、ガス拡散路２７Ｃの他端部に設けられた不図示の酸素流路から酸素が送出される。
【0041】
セパレータ部材２６としては、チタン、ステンレス、カーボンを用いることができる。特に、本実施形態のように水電解装置のセルとして用いる場合には、アノード側に酸素が発生するため、酸化抑制のために耐酸化性能の高い材料であるチタンを用いることが好ましい。
【0042】
セパレータ部材２６の表面に凹凸パターンを形成する方法としては、プレス加工、エンボス加工、目立て加工、切削加工などを用いることができる。なお、目立て加工とは、おろし金の凹凸形状を形成する際に用いられる加工方法と同様に、板材表面の斜め方向に刃を当てることで、表面を削り起こす加工方法を指す。
【0043】
電解質膜２１のカソード触媒層３４側には、枠状のカソードシール層３５が積層されている。カソードシール層３５は、図１に示されるように、電解質層２２のカソード触媒層３４の外側に形成されている。カソードシール層３５の枠内には、カソード開口３５Ａが形成されており、カソード開口３５Ａには、カソード触媒層３４、及び、後述するセパレータ部材３６のガス拡散部３７が配置される。カソードシール層３５は、電解質層２２とセパレータ部材３６に密着されており、両者の間をシールしている。カソードシール層３５は、樹脂、ゴム材料で形成することができる。
【0044】
カソードシール層３５には、セパレータ部材３６が積層されている。セパレータ部材３６は、長方形板状とされ、カソード触媒層３４側の表面にガス拡散部３７が一体形成されている。
【0045】
ガス拡散部３７は、平面視でカソード触媒層３４に対応する位置に形成されており、平面視でカソード触媒層３４と同様の形状とされ、壁部２８が平面視で方形状に形成されている。ている。ガス拡散部３７は、図３（Ａ）に示されるように、平面視で円形状の凸部３７Ｂが全面に形成されている。図３（Ｂ）に示されるように、凸部３７Ｂは、セパレータ部材３６の表面と面一に頂部３７ＡＰが配置されている。隣り合う凸部３７Ｂの間（凸部３７Ｂが形成されていない部分）には、凹部３７Ａが形成されている。ガス拡散部３７は、このように、凹凸パターンが表面に一体形成されたものである。
【0046】
凸部３７Ｂは、隣接する凸部３７Ｂと離隔して形成されており、凸部３７Ｂの頂部３７ＡＰは、平坦状とされている。このように、頂部３７ＡＰを平坦状とすることにより、カソード触媒層３４との接触面積を大きくすることができる。隣り合う凹部３７Ａ同士の平均間隔Ｄ３は、１０μｍ以上２５０μｍ以下とされている。また、平面視での凹部３７Ａの開口平均幅Ｄ４（本実施形態ではＤ３と同一）は、１０μｍ以上２５０μｍ以下とされている。凸部３７Ｂ及び凹部３７Ａで形成される凹凸パターンの平均ピッチＰ２は、２０μｍ以上５００μｍ以下とされている。
【0047】
平均間隔Ｄ３、開口平均幅Ｄ４が１０μｍ未満、平均ピッチＰ２が２０μｍ未満の場合には、製造が難しくなる。平均間隔Ｄ３、開口平均幅Ｄ４が２５０μｍ超、平均ピッチＰ２が５００μｍ超の場合には、ガスの拡散が不十分となり性能が悪化する。
【0048】
なお、平均間隔Ｄ３、開口平均幅Ｄ４は、１０μｍ以上１５０μｍ以下であることが好ましい。
【0049】
なお、平均間隔Ｄ３、開口平均幅Ｄ４、凹凸パターンの平均ピッチＰ２、深さＢ２の測定は、走査電子顕微鏡、光学顕微鏡、これらを介して取得した画像などにより行うことができる。
【0050】
また、凹部３７Ａの深さＢ２は、セパレータ部材３６の厚みＴ２よりも浅く、凹凸パターンの平均ピッチＰ２は、厚みＴ２よりも小さく設定されている。
【0051】
凸部３７Ｂは、電解質膜２１のカソード触媒層３４と接触配置されている。凸部３７Ｂは、カソード触媒層３４との間の導電性確保のための接触が維持されているが、凹部３７Ａは、各々の凸部３７Ｂを囲むように配置されており、凹部３７Ａでの流体移動が可能とされている。
【0052】
ガス拡散部３７における単位面積当たりのカソード触媒層３４との接触率は、導電性の確保とガス拡散性の維持を考慮して、４０％以上８５％以下であることが好ましい。
【0053】
カソードシール層３５に囲まれた内側のカソード触媒層３４とガス拡散部３７の凹部３７Ａの間に、ガス拡散路３７Ｃが形成されている。ガス拡散路３７Ｃには、ガス拡散路３７Ｃの他端部（ガス拡散路２７Ｃの水流路が設けられた一端部と離れた他端部）に設けられた不図示の水素流路から水素が送出される。
【0054】
セパレータ部材３６としては、チタン、ステンレス、カーボンなどを用いることができる。
【0055】
セパレータ部材２６の表面に凹凸パターンを形成する方法としては、プレス加工、エンボス加工、目立て加工、切削加工などを用いることができる。
【0056】
水電解装置１０は、不図示の電圧印加手段を備えている。電圧印加手段により、セパレータ部材２６とセパレータ部材３６の間に電圧が印加される。セパレータ部材２６とセパレータ部材３６の電圧、電流は、不図示の電圧計、電流計により計測され、セパレータ部材２６とセパレータ部材３６の間の電圧、電流値に基づいて、不図示の制御部により制御される。
【0057】
次に、本実施形態の水電解装置１０の作用効果について説明する。
【0058】
不図示の水流路からガス拡散路２７Ｃの一端部へ水が供給されるとセパレータ部材２６とセパレータ部材３６間への電圧印加により、アノード触媒層２４の表面では、以下の反応（１）が生じる。
Ｈ２Ｏ → ２Ｈ＋ ＋ ０．５Ｏ２ ＋ ２ｅ－ （１）
Ｈ２Ｏ → ２Ｈ＋ ＋ ０．５Ｏ２ ＋ ２ｅ－ （１）
【0059】
酸素Ｏ２は、凹凸パターンを有するガス拡散部２７で拡散され、ガス拡散路２７Ｃの他端部へ向かって流れ、未反応の水（Ｈ２Ｏ）と共に酸素流路から送出される。
【0060】
水素イオンＨ＋は、電解質膜２１を通ってカソード側へ移動し、外部配線で供給される電子ｅ－を得て（反応（２））水素Ｈ２となり、ガス拡散部３７で拡散され、ガス拡散路３７Ｃの他端部に設けられた水素流路から送出される。
２Ｈ＋ ＋ ２ｅ－ → Ｈ２ （２）
２Ｈ＋ ＋ ２ｅ－ → Ｈ２ （２）
【0061】
本実施形態では、セパレータ部材２６、３７に一体的に形成された凹凸パターンのガス拡散部２７、３７により、ガス拡散路２７Ｃ、３７Ｃ内の水、酸素、水素、を拡散させることができる。したがって、ガス拡散のために別途部材を設ける必要がなく、材料費、加工費など、コストを削減することができる。特に、ガス拡散層とセパレータ部材が別部材で構成されているセルと比較して、セパレータ部材にメッキを施す必要がなく、製造コストを削減することができる。
また、ガス拡散層とセパレータ部材界面部分がなくなり、当該界面部分の酸化による電気的接続の低下を防止することができる。さらに、プレス加工、エンボス加工、目立て加工などの製法を用いることにより、連続的に製造することができ、繊維焼結体、粉末焼結体をガス拡散層として用いる場合と比較して、サイズの自由度が高くなると共に、生産性を向上させることができる。
また、ガス拡散層とセパレータ部材界面部分がなくなり、当該界面部分の酸化による電気的接続の低下を防止することができる。さらに、プレス加工、エンボス加工、目立て加工などの製法を用いることにより、連続的に製造することができ、繊維焼結体、粉末焼結体をガス拡散層として用いる場合と比較して、サイズの自由度が高くなると共に、生産性を向上させることができる。
【0062】
また、本実施形態では、凹部２７Ｂ、３７Ｂの深さＢ１、Ｂ２は、セパレータ部材２６、３６の厚みＴ１、Ｔ２よりも浅く、凹凸パターンの平均ピッチＰ１、Ｐ２は、厚みＴ１、Ｔ２よりも小さく設定されているので、ガス拡散路２７Ｃ、３７Ｃにおいて、ガス拡散性を確保しつつ、ガス拡散部２７、３７の製造の容易さを維持することができる。
【0063】
なお、セパレータ部材２６のガス拡散部２７には、図４（Ａ）（Ｂ）に示されるように、主流部２９を設けることもできる。主流部２９は、ガス拡散路２７Ｃの上流側（水流路からの水が流入する一端部側）から下流側（酸素と水が流出する酸素流路が形成された他端部側）へ向かう溝であり、凹部２７Ｂの径よりも溝幅が大きい。一例として、図４（Ａ）では、図の上側が上流であり、下側が下流である。したがって、主流部２９の流路抵抗は、凹部２７Ｂのみ形成されている凹凸パターン部分よりも小さい。主流部２９を形成することにより、ガス拡散路２７Ｃから主流部２９へ水や酸素が流入することにより、水や酸素の流れを良好にすることができる。
【0064】
なお、主流部２９は、カソード側のセパレータ部材３６にも形成してもよい。
【0065】
＜第２実施形態＞
次に、図５、６を参照して、本発明の第２実施形態を説明する。本実施形態では、第１実施形態と同様の部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
次に、図５、６を参照して、本発明の第２実施形態を説明する。本実施形態では、第１実施形態と同様の部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【0066】
本実施形態の水電解装置１０は、セパレータ部材２６、３６に代えて、セパレータ部材２６－２、３６－２を用いている。セパレータ部材２６、３６以外の構成については、第１実施形態と同様である。
【0067】
アノードシール層２５には、セパレータ部材２６－２が積層されている。セパレータ部材２６－２は、長方形板状とされ、アノード触媒層２４側の表面にガス拡散部２７－２が一体形成されている。
【0068】
ガス拡散部２７－２は、平面視でアノード触媒層２４に対応する位置に形成されており、平面視でアノード触媒層２４と同様の形状とされている。ガス拡散部２７－２には、図５（Ａ）に示されるように、平面視で一端辺側から他端辺側に延びる複数の溝で形成される溝凹部２７Ｂ－２と、溝凹部２７Ｂ－２間に形成される凸部２７Ａ－２が形成されている。図５（Ｂ）に示されるように、溝凹部２７Ｂ－２は、セパレータ部材２６－２の表面から凹む凹状となっている。溝凹部２７Ｂ－２が形成されていない部分には、隣り合う溝凹部２７Ｂ－２に挾まれた長尺の凸部２７Ａ－２が形成されている。ガス拡散部２７－２は、このように、凹凸パターンが表面に一体形成されたものである。
【0069】
溝凹部２７Ｂ－２は、隣接する溝凹部２７Ｂ－２と離隔して形成されており、凸部２７Ａ－２の頂部２７ＡＰ－２は、平坦状とされている。このように、頂部２７ＡＰ－２を平坦状とすることにより、アノード触媒層２４との接触面積を大きくすることができる。隣り合う凸部２７Ａ－２同士の平均間隔Ｄ５は、１０μｍ以上２５０μｍ以下とされている。また、平面視での開口平均幅Ｄ６（本実施形態ではＤ５と同一）は、１０μｍ以上２５０μｍ以下とされている。凸部２７Ａ－２及び溝凹部２７Ｂ－２で形成される凹凸パターンの平均ピッチＰ３は、２０μｍ以上５００μｍ以下とされている。
【0070】
平均間隔Ｄ５、開口平均幅Ｄ６が１０μｍ未満、平均ピッチＰ３が２０μｍ未満の場合には、製造が難しくなる。平均間隔Ｄ５、開口平均幅Ｄ６が２５０μｍ超、平均ピッチＰ３が５００μｍ超の場合には、ガスの拡散が不十分となり性能が悪化する。
【0071】
なお、平均間隔Ｄ５、開口平均幅Ｄ６は、１０μｍ以上１５０μｍ以下であることが好ましい。
【0072】
また、溝凹部２７Ｂ－２の深さＢ１は、セパレータ部材２６－２の厚みＴ１よりも浅く、凹凸パターンの平均ピッチＰ３は、厚みＴ１よりも小さく設定されている。
【0073】
凸部２７Ａ－２は、電解質膜２１のアノード触媒層２４と接触配置されている。凸部２７Ａ－２は、アノード触媒層２４との間の導電性確保のための接触が維持されているが、各々の溝凹部２７Ｂ－２間での流体移動が可能な程度の隙間を有している。
【0074】
ガス拡散部２７－２における単位面積当たりのアノード触媒層２４との接触率は、導電性の確保とガス拡散性の維持を考慮して、４０％以上８５％以下であることが好ましい。
【0075】
なお、平均間隔Ｄ５、開口平均幅Ｄ６、凹凸パターンの平均ピッチＰ３、深さＢ１の測定は、走査電子顕微鏡、光学顕微鏡、これらを介して取得した画像などにより行うことができる。
【0076】
アノードシール層２５に囲まれた内側のアノード触媒層２４とガス拡散部２７－２の溝凹部２７Ｂ－２の間に、ガス拡散路２７Ｃが形成されている。
【0077】
セパレータ部材２６－２としては、セパレータ部材２６と同様の部材を用いることができる セパレータ部材２６－２の表面に凹凸パターンを形成する方法としては、プレス加工、エンボス加工、目立て加工、切削加工などを用いることができる。
【0078】
カソードシール層３５には、セパレータ部材３６－２が積層されている。セパレータ部材３６－２は、長方形板状とされ、カソード触媒層３４側の表面にガス拡散部３７－２が一体形成されている。
【0079】
ガス拡散部３７－２は、平面視でカソード触媒層３４に対応する位置に形成されており、平面視でカソード触媒層３４と同様の形状とされている。ガス拡散部３７－２には、図６（Ａ）に示されるように、平面視で一端辺側から他端辺側に延びる複数の溝で形成される溝凹部３７Ｂ－２と、溝凹部３７Ｂ－２間に形成される凸部３７Ａ－２が形成されている。図６（Ｂ）に示されるように、溝凹部３７Ｂ－２は、セパレータ部材３６－２の表面から凹む凹状となっている。溝凹部３７Ｂ－２が形成されていない部分には、隣り合う溝凹部３７Ｂ－２に挾まれて長尺状の凸部３７Ａ－２が形成されている。ガス拡散部３７－２は、このように、凹凸パターンが表面に一体形成されたものである。
【0080】
溝凹部３７Ｂ－２は、隣接する溝凹部３７Ｂ－２と離隔して形成されており、凸部３７Ａ－２の頂部３７ＡＰ－２は、平坦状とされている。このように、頂部３７ＡＰ－２を平坦状とすることにより、カソード触媒層３４との接触面積を大きくすることができる。隣り合う凸部３７Ａ－２同士の平均間隔Ｄ７は、１０μｍ以上２５０μｍ以下とされている。また、平面視での開口平均幅Ｄ８（本実施形態ではＤ７と同一）は、１０μｍ以上２５０μｍ以下とされている。凸部３７Ａ－２及び溝凹部３７Ｂ－２で形成される凹凸パターンの平均ピッチＰ４は、２０μｍ以上５００μｍ以下とされている。
【0081】
平均間隔Ｄ７、開口平均幅Ｄ８が１０μｍ未満、平均ピッチＰ４が２０μｍ未満の場合には、製造が難しくなる。平均間隔Ｄ７、開口平均幅Ｄ８が２５０μｍ超、平均ピッチＰ４が５００μｍ超の場合には、ガスの拡散が不十分となり性能が悪化する。
【0082】
なお、平均間隔Ｄ７、開口平均幅Ｄ８は、１０μｍ以上１５０μｍ以下であることが好ましい。
【0083】
また、溝凹部３７Ｂ－２の深さＢ１は、セパレータ部材３６－２の厚みＴ１よりも浅く、凹凸パターンの平均ピッチＰ４は、厚みＴ１よりも小さく設定されている。
【0084】
凸部３７Ａ－２は、電解質膜２１のカソード触媒層３４と接触配置されている。凸部３７Ａ－２は、カソード触媒層３４との間の導電性確保のための接触が維持されているが、各々の溝凹部３７Ｂ－２間での流体移動が可能な程度の隙間を有している。
【0085】
ガス拡散部３７－２における単位面積当たりのカソード触媒層３４との接触率は、導電性の確保とガス拡散性の維持を考慮して、４０％以上８５％以下であることが好ましい。
【0086】
なお、平均間隔Ｄ７、開口平均幅Ｄ８、凹凸パターンの平均ピッチＰ４、深さＢ１の測定は、走査電子顕微鏡、光学顕微鏡、これらを介して取得した画像などにより行うことができる。
【0087】
カソードシール層３５に囲まれた内側のカソード触媒層３４とガス拡散部３７－２の溝凹部３７Ｂ－２の間に、ガス拡散路３７Ｃが形成されている。
【0088】
セパレータ部材３６－２としては、セパレータ部材３６と同様の部材を用いることができる セパレータ部材３６－２の表面に凹凸パターンを形成する方法としては、プレス加工、エンボス加工、目立て加工、切削加工などを用いることができる。
【0089】
＜その他の実施形態＞
第１実施形態では、セパレータ部材２６、３６においてガス拡散部２７を形成するための凹凸パターンとして、平面視で円形状の凸部を例に説明したが、他の形状の凸部でもよい。例えば、図７（Ｃ）に示されるように、長円状４５を凸部とし、長円状４５が形成されていない部分に凹部４６が形成される凹凸パターンでもよい。
第１実施形態では、セパレータ部材２６、３６においてガス拡散部２７を形成するための凹凸パターンとして、平面視で円形状の凸部を例に説明したが、他の形状の凸部でもよい。例えば、図７（Ｃ）に示されるように、長円状４５を凸部とし、長円状４５が形成されていない部分に凹部４６が形成される凹凸パターンでもよい。
【0090】
また、凸部は整列させずにランダム配置としてもよい。さらに、凸部の大きさや形状も同一である必要はなく、ランダムな形状であってもよい。
【0091】
また、第２実施形態では、セパレータ部材２６－２、３６－２においてガス拡散部２７－２を形成するための凹凸パターンとして、平面視で複数本の長尺直線状の溝を例に説明したが、他の形状の溝でもよい。例えば、図７（Ａ）に示されるように、波状の複数の溝４１を凹部とし、隣り合う溝間部分に凸部４２が形成される凹凸パターンでもよい。また、平面視で斜めに配置される長尺直線状の溝４３を凹部とし、溝４３に囲まれた部分の凸部４４としてもよい。
【0092】
また、本実施形態では、セパレータ部材２６、３６の片面にガス拡散部２７、３７を形成したが、図８に示すように、両面に形成し、セルスタックを構成することができる。この場合には、積層の中間部に配置される一のセパレータ部材２６の一方面側がアノード触媒層２４に対向するガス拡散部２７となり、他方面側がカソード触媒層３４に対向するガス拡散部３７となる。
【0093】
また、前述の各実施形態では、固体高分子電解質膜型（ＰＥＭ）の水電解装置１０を例に説明したが、本発明は、アニオン交換膜型（ＡＥＭ）の水電解装置に用いることもできる。
【符号の説明】
【0094】
１０ 水電解装置（水電解デバイス）
２１ 電解質膜
２２ 電解質層
２４ アノード触媒層
２６、２６－２ セパレータ部材
２７ ガス拡散部
２７Ａ 凸部
２７ＡＰ 頂部
２７Ｂ 凹部
２７Ｂ－２ 溝凹部（凹部）
２７Ｃ ガス拡散路
２９ 主流部
３４ カソード触媒層
４１、４３ 溝（凹部）
４２、４４ 凸部
４５ 長円状（凸部）
４６ 凹部
Ｄ１ 平均間隔
Ｄ２ 開口平均幅
Ｄ５ 平均間隔
Ｄ６ 開口平均幅
Ｐ１、Ｐ３ 平均ピッチ
２１ 電解質膜
２２ 電解質層
２４ アノード触媒層
２６、２６－２ セパレータ部材
２７ ガス拡散部
２７Ａ 凸部
２７ＡＰ 頂部
２７Ｂ 凹部
２７Ｂ－２ 溝凹部（凹部）
２７Ｃ ガス拡散路
２９ 主流部
３４ カソード触媒層
４１、４３ 溝（凹部）
４２、４４ 凸部
４５ 長円状（凸部）
４６ 凹部
Ｄ１ 平均間隔
Ｄ２ 開口平均幅
Ｄ５ 平均間隔
Ｄ６ 開口平均幅
Ｐ１、Ｐ３ 平均ピッチ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【手続補正書】
【提出日】2022-04-13
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0007】
第１の態様に係る水電解デバイスは、電解質層の一方面にアノード触媒層が積層され、他方面にカソード触媒層が積層された電解質膜と、開口平均幅１０μｍ以上２５０μｍ以下の溝形状の凹部が平均ピッチ２０μｍ以上５００μｍ以下で配置される凹凸パターンが表面に一体形成され、前記凹凸パターンの隣り合う前記凹部の間に形成される凸部が前記アノード触媒層に接触配置され、前記アノード触媒層との間にガス拡散路を構成する導電性のセパレータ部材と、備えている。
第２の態様に係る水電解デバイスは、電解質層の一方面にアノード触媒層が積層され、他方面にカソード触媒層が積層された電解質膜と、頂部同士の平均間隔が１０μｍ以上２５０μｍ以下の凸部が平均ピッチ２０μｍ以上５００μｍ以下で配置される凹凸パターンが表面に一体形成され、前記凹凸パターンの前記凸部が前記アノード触媒層に接触配置され、前記アノード触媒層との間にガス拡散路を構成する導電性のセパレータ部材と、を備えている。
第２の態様に係る水電解デバイスは、電解質層の一方面にアノード触媒層が積層され、他方面にカソード触媒層が積層された電解質膜と、頂部同士の平均間隔が１０μｍ以上２５０μｍ以下の凸部が平均ピッチ２０μｍ以上５００μｍ以下で配置される凹凸パターンが表面に一体形成され、前記凹凸パターンの前記凸部が前記アノード触媒層に接触配置され、前記アノード触媒層との間にガス拡散路を構成する導電性のセパレータ部材と、を備えている。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0008】
第１、第２の態様に係る水電解デバイスでは、導電性のセパレータ部材の表面に凹凸パターンが一体形成されており、凹凸パターンの凸部がアノード触媒層に接触配置され、アノード触媒層との間にガス拡散路を構成する。当該凹凸パターンは、開口平均幅１０μｍ以上２５０μｍ以下の凹部または頂部同士の平均間隔が１０μｍ以上２５０μｍ以下の凸部が平均ピッチ２０μｍ以上５００μｍ以下で配置されているので、ガス拡散路において、水や酸素を拡散させることができる。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0010】
第３の態様に係る水電解デバイスは、前記凹凸パターンの平均ピッチが、前記セパレータ部材の厚みよりも小さい。
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0011】
第３の態様に係る水電解デバイスでは、凹凸パターンの平均ピッチをセパレータ部材の厚みよりも小さくすることにより、ガス拡散性を確保しつつ製造の容易さを維持することができる。
【手続補正5】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0012】
第４の態様に係る水電解デバイスは、電解質層の一方側面にアノード触媒層が積層され、他方面にカソード触媒層が積層された電解質膜と、厚み方向に凹凸となる溝形状の凹部と隣り合う前記凹部の間に形成される凸部が形成される凹凸パターンが一体形成され、前記凹凸パターンの前記凸部が前記アノード触媒層に接触配置され、前記アノード触媒層との間にガス拡散路を構成する導電性のセパレータ部材であって、前記凹凸パターンの平均ピッチが、前記セパレータ部材の厚みよりも小さい、導電性のセパレータ部材と、を備えている。
第５の態様に係る水電解デバイスは、電解質層の一方側面にアノード触媒層が積層され、他方面にカソード触媒層が積層された電解質膜と、厚み方向に凸で互いに離隔する凸部が形成され、隣り合う前記凸部の間に凹部が形成される凹凸パターンが一体形成され、前記凹凸パターンの前記凸部が前記アノード触媒層に接触配置され、前記アノード触媒層との間にガス拡散路を構成する導電性のセパレータ部材であって、前記凹凸パターンの平均ピッチが、前記セパレータ部材の厚みよりも小さい、導電性のセパレータ部材と、を備えている。
第５の態様に係る水電解デバイスは、電解質層の一方側面にアノード触媒層が積層され、他方面にカソード触媒層が積層された電解質膜と、厚み方向に凸で互いに離隔する凸部が形成され、隣り合う前記凸部の間に凹部が形成される凹凸パターンが一体形成され、前記凹凸パターンの前記凸部が前記アノード触媒層に接触配置され、前記アノード触媒層との間にガス拡散路を構成する導電性のセパレータ部材であって、前記凹凸パターンの平均ピッチが、前記セパレータ部材の厚みよりも小さい、導電性のセパレータ部材と、を備えている。
【手続補正6】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0013】
第４、第５の態様に係る水電解デバイスでは、導電性のセパレータ部材の表面に凹凸パターンが一体形成されており、凹凸パターンの凸部がアノード触媒層に接触配置され、アノード触媒層との間にガス拡散路を構成する。
【手続補正7】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0015】
第６の態様に係る水電解デバイスは、前記凹凸パターンにおける単位面積当たりの前記電解質膜との接触率は、４０％以上８５％以下である。
【手続補正8】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0016】
第６の態様に係る水電解デバイスによれば、セパレータ部材とアノード触媒層との間で、良好な導通性を確保すると共に、ガス拡散性を維持することができる。
【手続補正9】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0017】
第７の態様に係る水電解デバイスは、前記凸部は、円形状である。
【手続補正10】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0019】
第１の態様に係る水電解デバイスは、前記凹部は、溝形状である。
【手続補正11】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0021】
第８の態様に係る水電解デバイスは、前記セパレータ部材には、前記ガス拡散路の上流側から下流側へ向かって、前記凹凸パターンよりも流路抵抗が小さい主流部、が形成されている。
【手続補正12】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0022】
第８の態様に係る水電解デバイスでは、セパレータ部材に、凹凸パターンよりも流路抵抗が小さい主流部が形成されている。当該主流部は、ガス拡散路の上流側から下流側へ向かっているので、ガス拡散路から主流部へ水や酸素が流入することにより、水や酸素の流れを良好にすることができる。
【手続補正13】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0023】
第９の態様に係る水電解デバイスは、前記セパレータ部材は、チタン製である。
【手続補正14】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0024】
第９の態様に係る水電解デバイスでは、セパレータ部材をチタン製にすることにより、耐酸化性を向上させることができる。
【手続補正15】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
電解質層の一方面にアノード触媒層が積層され、他方面にカソード触媒層が積層された電解質膜と、
開口平均幅１０μｍ以上２５０μｍ以下の溝形状の凹部が平均ピッチ２０μｍ以上５００μｍ以下で配置される凹凸パターンが表面に一体形成され、前記凹凸パターンの隣り合う前記凹部の間に形成される凸部が前記アノード触媒層に接触配置され、前記アノード触媒層との間にガス拡散路を構成する導電性のセパレータ部材と、
を備えた、水電解デバイス。
開口平均幅１０μｍ以上２５０μｍ以下の溝形状の凹部が平均ピッチ２０μｍ以上５００μｍ以下で配置される凹凸パターンが表面に一体形成され、前記凹凸パターンの隣り合う前記凹部の間に形成される凸部が前記アノード触媒層に接触配置され、前記アノード触媒層との間にガス拡散路を構成する導電性のセパレータ部材と、
を備えた、水電解デバイス。
【請求項2】
電解質層の一方面にアノード触媒層が積層され、他方面にカソード触媒層が積層された電解質膜と、
頂部同士の平均間隔が１０μｍ以上２５０μｍ以下の凸部が平均ピッチ２０μｍ以上５００μｍ以下で配置される凹凸パターンが表面に一体形成され、前記凹凸パターンの前記凸部が前記アノード触媒層に接触配置され、前記アノード触媒層との間にガス拡散路を構成する導電性のセパレータ部材と、
を備えた、水電解デバイス。
頂部同士の平均間隔が１０μｍ以上２５０μｍ以下の凸部が平均ピッチ２０μｍ以上５００μｍ以下で配置される凹凸パターンが表面に一体形成され、前記凹凸パターンの前記凸部が前記アノード触媒層に接触配置され、前記アノード触媒層との間にガス拡散路を構成する導電性のセパレータ部材と、
を備えた、水電解デバイス。
【請求項3】
前記凹凸パターンの平均ピッチが、前記セパレータ部材の厚みよりも小さい、
請求項１または請求項２に記載の水電解デバイス。
請求項１または請求項２に記載の水電解デバイス。
【請求項4】
電解質層の一方側面にアノード触媒層が積層され、他方面にカソード触媒層が積層された電解質膜と、
厚み方向に凹凸となる溝形状の凹部と、隣り合う前記凹部の間に形成される凸部が形成される凹凸パターンが一体形成され、前記凹凸パターンの前記凸部が前記アノード触媒層に接触配置され、前記アノード触媒層との間にガス拡散路を構成する導電性のセパレータ部材であって、前記凹凸パターンの平均ピッチが、前記セパレータ部材の厚みよりも小さい、導電性のセパレータ部材と、
を備えた、
水電解デバイス。
厚み方向に凹凸となる溝形状の凹部と、隣り合う前記凹部の間に形成される凸部が形成される凹凸パターンが一体形成され、前記凹凸パターンの前記凸部が前記アノード触媒層に接触配置され、前記アノード触媒層との間にガス拡散路を構成する導電性のセパレータ部材であって、前記凹凸パターンの平均ピッチが、前記セパレータ部材の厚みよりも小さい、導電性のセパレータ部材と、
を備えた、
水電解デバイス。
【請求項5】
電解質層の一方側面にアノード触媒層が積層され、他方面にカソード触媒層が積層された電解質膜と、
厚み方向に凸で互いに離隔する凸部が形成され、隣り合う前記凸部の間に凹部が形成される凹凸パターンが一体形成され、前記凹凸パターンの前記凸部が前記アノード触媒層に接触配置され、前記アノード触媒層との間にガス拡散路を構成する導電性のセパレータ部材であって、前記凹凸パターンの平均ピッチが、前記セパレータ部材の厚みよりも小さい、導電性のセパレータ部材と、
を備えた、
水電解デバイス。
厚み方向に凸で互いに離隔する凸部が形成され、隣り合う前記凸部の間に凹部が形成される凹凸パターンが一体形成され、前記凹凸パターンの前記凸部が前記アノード触媒層に接触配置され、前記アノード触媒層との間にガス拡散路を構成する導電性のセパレータ部材であって、前記凹凸パターンの平均ピッチが、前記セパレータ部材の厚みよりも小さい、導電性のセパレータ部材と、
を備えた、
水電解デバイス。
【請求項6】
前記凸部は、円形状である、
請求項２または請求項５に記載の水電解デバイス。
請求項２または請求項５に記載の水電解デバイス。
【請求項7】
前記凹凸パターンにおける単位面積当たりの前記電解質膜との接触率は、４０％以上８５％以下である、
請求項１～請求項６のいずれか１項に記載の水電解デバイス。
請求項１～請求項６のいずれか１項に記載の水電解デバイス。
【請求項8】
前記セパレータ部材には、前記ガス拡散路の上流側から下流側へ向かって、前記凹凸パターンよりも流路抵抗が小さい主流部、が形成されている、
請求項１～請求項７のいずれか１項に記載の水電解デバイス。
請求項１～請求項７のいずれか１項に記載の水電解デバイス。
【請求項9】
前記セパレータ部材は、チタン製である、
請求項１～請求項７のいずれか１項に記載の水電解デバイス。
請求項１～請求項７のいずれか１項に記載の水電解デバイス。