(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】P2024126870
(43)【公開日】2024-09-20
(54)【発明の名称】電解セルおよび電解装置
(51)【国際特許分類】
C25B 9/00 20210101AFI20240912BHJP
C25B 1/04 20210101ALI20240912BHJP
C25B 9/23 20210101ALI20240912BHJP
C25B 9/60 20210101ALI20240912BHJP
C25B 13/02 20060101ALI20240912BHJP
【ＦＩ】
C25B9/00 A
C25B1/04
C25B9/23
C25B9/60
C25B13/02 302
【審査請求】未請求
【請求項の数】14
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023035580
(22)【出願日】2023-03-08
(71)【出願人】
【識別番号】000006208
【氏名又は名称】三菱重工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100149548
【弁理士】
【氏名又は名称】松沼 泰史
(74)【代理人】
【識別番号】100162868
【弁理士】
【氏名又は名称】伊藤 英輔
(74)【代理人】
【識別番号】100161702
【弁理士】
【氏名又は名称】橋本 宏之
(74)【代理人】
【識別番号】100189348
【弁理士】
【氏名又は名称】古都 智
(74)【代理人】
【識別番号】100196689
【弁理士】
【氏名又は名称】鎌田 康一郎
(72)【発明者】
【氏名】浦下 靖崇
(72)【発明者】
【氏名】渡辺 悠太
(72)【発明者】
【氏名】中山 嘉貴
(72)【発明者】
【氏名】祐延 貴洋
(72)【発明者】
【氏名】向井 大輔
(72)【発明者】
【氏名】弦巻 茂
【テーマコード（参考）】
4K021
【Ｆターム（参考）】
4K021AA01
4K021BA02
4K021CA05
4K021CA08
4K021DB31
4K021DB36
4K021DB43
4K021DB49
4K021DB53
4K021DC03
(57)【要約】
【課題】電解効率の向上を図ることができる電解セルおよび電解装置を提供する。
【解決手段】本開示の電解セルは、第１面を有した第１セパレータと、第１セパレータとの間に収容空間を空けて配置され、第１面に対向する第２面を有した第２セパレータと、収容空間に配置されたイオン交換膜と、第１セパレータと前記イオン交換膜との間に配置された第１給電体と、第１給電体とイオン交換膜との間に配置された第１触媒層と、第２セパレータとイオン交換膜との間に配置された第２給電体と、第２給電体とイオン交換膜との間に配置された第２触媒層と、第１セパレータの一部として設けられ、または第１セパレータと第１給電体との間に設けられ、第１面に沿って第１方向に流れる電解液の少なくとも一部の流れ方向を、第１方向における複数の位置の各々で、第１面とは交差する第２方向に変化させる流れ方向変化部とを備えている。
【選択図】図７
【解決手段】本開示の電解セルは、第１面を有した第１セパレータと、第１セパレータとの間に収容空間を空けて配置され、第１面に対向する第２面を有した第２セパレータと、収容空間に配置されたイオン交換膜と、第１セパレータと前記イオン交換膜との間に配置された第１給電体と、第１給電体とイオン交換膜との間に配置された第１触媒層と、第２セパレータとイオン交換膜との間に配置された第２給電体と、第２給電体とイオン交換膜との間に配置された第２触媒層と、第１セパレータの一部として設けられ、または第１セパレータと第１給電体との間に設けられ、第１面に沿って第１方向に流れる電解液の少なくとも一部の流れ方向を、第１方向における複数の位置の各々で、第１面とは交差する第２方向に変化させる流れ方向変化部とを備えている。
【選択図】図７
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１面を有した第１セパレータと、
前記第１セパレータとの間に収容空間を空けて配置され、前記第１面に対向する第２面を有した第２セパレータと、
前記収容空間に配置されたイオン交換膜と、
前記第１セパレータと前記イオン交換膜との間に配置された第１給電体と、
前記第１給電体と前記イオン交換膜との間に配置された第１触媒層と、
前記第２セパレータと前記イオン交換膜との間に配置された第２給電体と、
前記第２給電体と前記イオン交換膜との間に配置された第２触媒層と、
前記第１セパレータの一部として設けられ、または前記第１セパレータと前記第１給電体との間に設けられ、前記第１面に沿って第１方向に流れる電解液の少なくとも一部の流れ方向を、前記第１方向における複数の位置の各々で、前記第１面とは交差する第２方向に変化させる流れ方向変化部と、
を備えた電解セル。
前記第１セパレータとの間に収容空間を空けて配置され、前記第１面に対向する第２面を有した第２セパレータと、
前記収容空間に配置されたイオン交換膜と、
前記第１セパレータと前記イオン交換膜との間に配置された第１給電体と、
前記第１給電体と前記イオン交換膜との間に配置された第１触媒層と、
前記第２セパレータと前記イオン交換膜との間に配置された第２給電体と、
前記第２給電体と前記イオン交換膜との間に配置された第２触媒層と、
前記第１セパレータの一部として設けられ、または前記第１セパレータと前記第１給電体との間に設けられ、前記第１面に沿って第１方向に流れる電解液の少なくとも一部の流れ方向を、前記第１方向における複数の位置の各々で、前記第１面とは交差する第２方向に変化させる流れ方向変化部と、
を備えた電解セル。
【請求項2】
前記第１セパレータは、前記第１面を含むセパレータ本体を有し、
前記流れ方向変化部は、前記セパレータ本体から前記イオン交換膜に向けて突出した複数の第１突起を含み、前記複数の第１突起は、前記第１方向で互いに離れて配置された、
請求項１に記載の電解セル。
前記流れ方向変化部は、前記セパレータ本体から前記イオン交換膜に向けて突出した複数の第１突起を含み、前記複数の第１突起は、前記第１方向で互いに離れて配置された、
請求項１に記載の電解セル。
【請求項3】
前記セパレータ本体は、前記第１方向に沿う第１流路を規定する第１溝を有し、
前記複数の第１突起は、前記第１溝の内部に配置された、
請求項２に記載の電解セル。
前記複数の第１突起は、前記第１溝の内部に配置された、
請求項２に記載の電解セル。
【請求項4】
前記セパレータ本体は、前記第１面に沿う方向であって前記第１方向とは交差した第３方向において前記第１溝の両側に分かれて配置された第１部分および第２部分を有し、
前記複数の第１突起の突出高さは、前記第１溝の深さよりも小さく、
前記第１部分および前記第２部分は、前記複数の第１突起が前記第１給電体から離れた状態で前記第１給電体に接する、
請求項３に記載の電解セル。
前記複数の第１突起の突出高さは、前記第１溝の深さよりも小さく、
前記第１部分および前記第２部分は、前記複数の第１突起が前記第１給電体から離れた状態で前記第１給電体に接する、
請求項３に記載の電解セル。
【請求項5】
前記複数の第１突起の各々と前記第１給電体との間には、前記電解セルの運転時の圧力環境下で前記第１セパレータと前記イオン交換膜との間に生じる気泡の平均直径よりも大きな隙間が存在する、
請求項３に記載の電解セル。
請求項３に記載の電解セル。
【請求項6】
前記複数の第１突起の各々は、前記第１方向に進むに従い前記セパレータ本体からの突出量が徐々に大きくなるように形成された変化部を含む、
請求項３に記載の電解セル。
請求項３に記載の電解セル。
【請求項7】
少なくとも前記複数の第１突起の表面には、撥水性の表面処理が施された、
請求項３に記載の電解セル。
請求項３に記載の電解セル。
【請求項8】
前記セパレータ本体は、前記第１面に沿う方向であって前記第１方向とは交差した第３方向で前記第１溝と隣り合い、前記第１方向に沿う第２流路を規定する第２溝を有し、
前記流れ方向変化部は、前記セパレータ本体から前記イオン交換膜に向けて突出した複数の第２突起を含み、前記複数の第２突起は、前記第２溝の内部に配置された、
請求項３に記載の電解セル。
前記流れ方向変化部は、前記セパレータ本体から前記イオン交換膜に向けて突出した複数の第２突起を含み、前記複数の第２突起は、前記第２溝の内部に配置された、
請求項３に記載の電解セル。
【請求項9】
前記複数の第１突起に含まれる少なくとも２つの突起と、前記複数の第２突起に含まれる少なくとも２つの突起とは、前記第１方向に関して千鳥状に配置された、
請求項８に記載の電解セル。
請求項８に記載の電解セル。
【請求項10】
前記流れ方向変化部は、メッシュ構造体または多孔質体である流路形成部材である、
請求項１に記載の電解セル。
請求項１に記載の電解セル。
【請求項11】
前記流路形成部材は、導電性を有し、前記第１セパレータと前記第１給電体との間に設けられて前記第１セパレータと前記第１給電体とを電気的に接続する、
請求項１０に記載の電解セル。
請求項１０に記載の電解セル。
【請求項12】
前記流路形成部材の空隙率は、前記第１給電体の空隙率よりも大きい、
請求項１０に記載の電解セル。
請求項１０に記載の電解セル。
【請求項13】
前記流路形成部材は、前記第２方向における流路抵抗が前記第１方向における流路抵抗と比べて小さい、
請求項１０に記載の電解セル。
請求項１０に記載の電解セル。
【請求項14】
請求項１から請求項１３のうちいずれか１項に記載の電解セルと、
前記電解セルに前記電解液を供給する電解液供給部と、
前記電解セルに電圧を印加する電源部と、
を備えた電解装置。
前記電解セルに前記電解液を供給する電解液供給部と、
前記電解セルに電圧を印加する電源部と、
を備えた電解装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、電解セルおよび電解装置に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、高分子電解質膜を挟む２つのガス拡散層（カソードおよびアノード）と、２つのガス拡散層の外側に配置されて、ガス拡散層と対向する面にガス流路が形成された第１，第２のセパレータとを備える燃料電池が開示されている。セパレータには、ガス流路を形成するリブである凸部とガス流路である凹部とが並列に形成され、セパレータは、ガス流路の一端にガス入口、他端にガス出口を有する。リブはガス拡散層に当接し直線状に形成され、ガス流路はガス拡散層から離間し直線状に形成され、ガス入口側をガス流れの上流側とし、ガス出口側をガス流れの下流側とし、反応ガスが各ガス流路を同一方向に流れる。ガス入口側のガス流路の底面下流端には、カソードに向かって突出する突起部が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２００９－６４７７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、水酸化物イオン（ＯＨ－）を含む電解液を電解還元する電解セルの分野では、イオン交換膜の両面に１つずつ電極触媒層が配置され、各々の電極触媒層のイオン交換膜と反対の側には、給電体が設けられる。当該給電体を介して各々の電極触媒層に外部から電解液が供給された際、イオン交換膜を間に挟む２つの電極触媒層間で水酸化物イオン濃度に勾配が生じることがある。水酸化物イオンの濃度勾配に起因して、２つの電極触媒層間でドナン効果に基づく電位差が発生する結果、電解効率が低下してしまう場合がある。
【0005】
本開示は、上記課題を解決するためになされたものであって、電解効率の向上を図ることができる電解セルおよび電解装置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】
【0006】
上記課題を解決するために、本開示に係る電解セルは第１面を有した第１セパレータと、前記第１セパレータとの間に収容空間を空けて配置され、前記第１面に対向する第２面を有した第２セパレータと、前記収容空間に配置されたイオン交換膜と、前記第１セパレータと前記イオン交換膜との間に配置された第１給電体と、前記第１給電体と前記イオン交換膜との間に配置された第１触媒層と、前記第２セパレータと前記イオン交換膜との間に配置された第２給電体と、前記第２給電体と前記イオン交換膜との間に配置された第２触媒層と、前記第１セパレータの一部として設けられ、または前記第１セパレータと前記第１給電体との間に設けられ、前記第１面に沿って第１方向に流れる電解液の少なくとも一部の流れ方向を、前記第１方向における複数の位置の各々で、前記第１面とは交差する第２方向に変化させる流れ方向変化部と、を備えている。
【0007】
本開示に係る電解装置は、上記電解セルと、前記電解セルに電解液を供給する電解液供給部と、前記電解セルに電圧を印加する電源部と、を備えている。
【発明の効果】
【0008】
本開示によれば、電解効率の向上を図ることができる電解セルおよび電解装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本開示の第１実施形態に係る電解装置の全体構成を示す概略構成図である。
【図2】本開示の第１実施形態に係る電解セルを模式的に示す図である。
【図3】本開示の第１実施形態に係る電解セルを模式的に示す分解斜視図である。
【図4】本開示の第１実施形態に係る電解セルを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、添付図面を参照しながら本開示の実施形態に係る電解装置１を説明する。以下の説明では、同一または類似の機能を有する構成に同一の符号を付す。本明細書中の「対向する」とは、ある方向で見た場合に２つの部材が重なることを意味し、上記２つの部材の間に別の部材（例えば別の層）が存在する場合も含み得る。
【0011】
先に図４を参照し、Ｚ方向、Ｘ方向、およびＹ方向を定義する。Ｚ方向は、後述する陰極セパレータ４１から陽極セパレータ４２に向かう方向（図４中の左右方向、後述の第２方向Ｄ２）である。また、Ｚ方向は、後述する膜電極接合体４３のイオン交換膜５０、陰極触媒層５４、陰極給電体５５、陽極触媒層５６、および陽極給電体５７が層構造を成した時の積層方向でもある。Ｘ方向は、Ｚ方向とは交差する（例えば直交する）方向であり、膜電極接合体４３の中央部Ｃから膜電極接合体４３の一端部に向かう方向（図４中の上下方向、後述の第１方向Ｄ１）である。Ｙ方向は、Ｚ方向およびＸ方向とは交差する（例えば直交する）方向であり、例えば図４における紙面奥行方向（後述の第３方向Ｄ３）である。本明細書中の「面積」とは、Ｚ方向で見た場合における面積（すなわちＸ方向およびＹ方向に広がる面積）を意味する。また、本明細書中の「外形サイズ」とは、Ｚ方向で見た場合における外形サイズを意味する。すなわち「外形サイズ」と「面積」は、実質的に同じものを意味する場合があり、適宜互いに読み替えられてもよい。
【0012】
＜電解装置の第１実施形態＞
図１は、第１実施形態の電解装置１の全体構成を示す概略構成図である。本実施形態では、電解装置１は、電解液Ｅｓに含まれる水（Ｈ２Ｏ）を電気分解することで水素（Ｈ２）を生成する装置（電気分解装置）である。なお、電解装置１は、水を電気分解して水素を生成する構成に限定されることはなく、例えば、電解液Ｅｓに含まれる有機物・無機物の生成や精製、あるいは所定の物質の濃縮などを目的として電解液Ｅｓを電気分解する装置であってもよい。また、本実施形態では、電解装置１は、例えば、アニオン交換膜（ＡＥＭ：Anion Exchange Membrane）式の装置である。ただし、電解装置１は、アニオン交換膜式に限定されることはなく、プロトン交換膜（ＰＥＭ：Polymer Electrolyte Membrane）式の装置であってもよい。図１に示すように、電解装置１は、例えば、電解セルスタック１０と、電解液供給部２０と、電源部３０とを備えている。
図１は、第１実施形態の電解装置１の全体構成を示す概略構成図である。本実施形態では、電解装置１は、電解液Ｅｓに含まれる水（Ｈ２Ｏ）を電気分解することで水素（Ｈ２）を生成する装置（電気分解装置）である。なお、電解装置１は、水を電気分解して水素を生成する構成に限定されることはなく、例えば、電解液Ｅｓに含まれる有機物・無機物の生成や精製、あるいは所定の物質の濃縮などを目的として電解液Ｅｓを電気分解する装置であってもよい。また、本実施形態では、電解装置１は、例えば、アニオン交換膜（ＡＥＭ：Anion Exchange Membrane）式の装置である。ただし、電解装置１は、アニオン交換膜式に限定されることはなく、プロトン交換膜（ＰＥＭ：Polymer Electrolyte Membrane）式の装置であってもよい。図１に示すように、電解装置１は、例えば、電解セルスタック１０と、電解液供給部２０と、電源部３０とを備えている。
【0013】
（電解セルスタック）
電解セルスタック１０は、複数の電解セル１１の集合体である。電解セルスタック１０は、例えば、複数の電解セル１１が一方向に並べられることで形成される。各々の電解セル１１は、陰極室Ｓａと、陽極室Ｓｂとを含む。電解セル１１については、詳しく後述する。
電解セルスタック１０は、複数の電解セル１１の集合体である。電解セルスタック１０は、例えば、複数の電解セル１１が一方向に並べられることで形成される。各々の電解セル１１は、陰極室Ｓａと、陽極室Ｓｂとを含む。電解セル１１については、詳しく後述する。
【0014】
（電解液供給部）
電解液供給部２０は、各々の電解セル１１に電解液Ｅｓを供給する供給部である。電解液Ｅｓは、例えば、純水あるいはアルカリ水溶液である。本実施形態における電解液Ｅｓには、アルカリ水溶液として水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液が採用される。電解液供給部２０は、陰極側供給部２０ａと、陽極側供給部２０ｂとを含む。
電解液供給部２０は、各々の電解セル１１に電解液Ｅｓを供給する供給部である。電解液Ｅｓは、例えば、純水あるいはアルカリ水溶液である。本実施形態における電解液Ｅｓには、アルカリ水溶液として水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液が採用される。電解液供給部２０は、陰極側供給部２０ａと、陽極側供給部２０ｂとを含む。
【0015】
陰極側供給部２０ａは、各々の電解セル１１の陰極室Ｓａに電解液Ｅｓを供給する供給部である。陰極側供給部２０ａは、例えば、水素気液分離装置２１、第１ポンプ２２、水素回収部２３、第１電解液供給部２４、および配管ラインＬ１，Ｌ２を含む。複数の電解セル１１を積層した電解セルスタック１０では、例えば、各々の電解セル１１を互いに連結したマニホールドと呼ばれる電解セル１１内の配管構造に配管ラインＬ１，Ｌ２を接続し、配管ラインＬ１側では電解液を供給し、配管ラインＬ２側では電解液と生成した水素を排出する。
【0016】
水素気液分離装置２１は、電解液Ｅｓを貯留する。水素気液分離装置２１の供給口は、配管ラインＬ１を介して電解セル１１の陰極室Ｓａに接続される。第１ポンプ２２は、配管ラインＬ１の途中に設けられ、水素気液分離装置２１に貯留された電解液Ｅｓを電解セル１１の陰極室Ｓａに向けて送る。
【0017】
水素気液分離装置２１の戻り口は、配管ラインＬ２を介して電解セル１１の陰極室Ｓａに接続される。水素気液分離装置２１には、電解セル１１で生成された水素を含む電解液Ｅｓが電解セル１１から流入する。水素気液分離装置２１は、電解液Ｅｓに含まれる水素を分離する気液分離部を有している。水素気液分離装置２１により電解液Ｅｓから分離された水素は、水素回収部２３によって回収される。水素気液分離装置２１には、第１電解液供給部２４から電解液Ｅｓが補充される。
【0018】
一方で、陽極側供給部２０ｂは、各々の電解セル１１の陽極室Ｓｂに電解液Ｅｓを供給する供給部である。陽極側供給部２０ｂは、例えば、酸素気液分離装置２６、第２ポンプ２７、酸素回収部２８、第２電解液供給部２９、および配管ラインＬ３，Ｌ４を含む。複数の電解セル１１を積層した電解セルスタック１０では、例えば、各々の電解セル１１を互いに連結したマニホールドと呼ばれる電解セル１１内の配管構造に配管ラインＬ３，Ｌ４を接続し、配管ラインＬ３側では電解液を供給し、配管ラインＬ４側では電解液と生成した酸素を排出する。
【0019】
酸素気液分離装置２６は、電解液Ｅｓを貯留する。酸素気液分離装置２６の供給口は、配管ラインＬ３を介して電解セル１１の陽極室Ｓｂに接続される。第２ポンプ２７は、配管ラインＬ３の途中に設けられ、酸素気液分離装置２６に貯留された電解液Ｅｓを電解セル１１の陽極室Ｓｂに向けて送る。
【0020】
酸素気液分離装置２６の戻り口は、配管ラインＬ４を介して電解セル１１の陽極室Ｓｂに接続される。酸素気液分離装置２６には、電解セル１１で生成された酸素（Ｏ２）を含む電解液Ｅｓが電解セル１１から流入する。酸素気液分離装置２６は、電解液Ｅｓに含まれる酸素を分離する気液分離部を有している。酸素気液分離装置２６により電解液Ｅｓから分離された酸素は、酸素回収部２８によって回収される。酸素気液分離装置２６には、第２電解液供給部２９から電解液Ｅｓが補充される。
【0021】
（電源部）
電源部３０は、電解セル１１に電圧を印加する直流電源装置である。電源部３０は、電解セル１１の陰極４７と陽極４８（図２参照、後述）との間に、電解液Ｅｓの電気分解に必要な直流電圧を印加する。複数の電解セル１１を積層した電解セルスタック１０では、例えば、電解セルスタック１０の両端の電極に電源部３０からの電線が接続され、必要直流電流と積層段数の倍数で必要電圧が印加され、必要電力が供給される。なお、本実施形態では、下記式（ｉ）が成立する。
（１つの電解セル１１に必要な電解電流（Ａ））×（１つの電解セル１１に必要な電解電圧（Ｖ））×（積層した電解セル１１の数）＝供給電力（Ｗ） …（ｉ）
電源部３０は、電解セル１１に電圧を印加する直流電源装置である。電源部３０は、電解セル１１の陰極４７と陽極４８（図２参照、後述）との間に、電解液Ｅｓの電気分解に必要な直流電圧を印加する。複数の電解セル１１を積層した電解セルスタック１０では、例えば、電解セルスタック１０の両端の電極に電源部３０からの電線が接続され、必要直流電流と積層段数の倍数で必要電圧が印加され、必要電力が供給される。なお、本実施形態では、下記式（ｉ）が成立する。
（１つの電解セル１１に必要な電解電流（Ａ））×（１つの電解セル１１に必要な電解電圧（Ｖ））×（積層した電解セル１１の数）＝供給電力（Ｗ） …（ｉ）
【0022】
（電解セルの構成）
電解セル１１は、外部から入力された電気エネルギーにより、電解液Ｅｓに含まれる水の電気分解を引き起こして水素を生成する装置（水電解セル）である。なお、電解セル１１は、水を電気分解して水素を生成する装置に限定されることはなく、例えば、二酸化炭素（ＣＯ２）を電解還元するなど、異なるタイプの装置であってもよい。図２は、電解セル１１を模式的に示す断面図である。図２に示すように、電解セル１１は、例えば、陰極セパレータ４１、陽極セパレータ４２、および膜電極接合体４３を含む。
電解セル１１は、外部から入力された電気エネルギーにより、電解液Ｅｓに含まれる水の電気分解を引き起こして水素を生成する装置（水電解セル）である。なお、電解セル１１は、水を電気分解して水素を生成する装置に限定されることはなく、例えば、二酸化炭素（ＣＯ２）を電解還元するなど、異なるタイプの装置であってもよい。図２は、電解セル１１を模式的に示す断面図である。図２に示すように、電解セル１１は、例えば、陰極セパレータ４１、陽極セパレータ４２、および膜電極接合体４３を含む。
【0023】
（陰極セパレータ）
陰極セパレータ４１は、電解セル１１の収容空間Ｓの一方の面を規定する部材である。収容空間Ｓは、後述する陰極室Ｓａおよび陽極室Ｓｂを含む空間である。陰極セパレータ４１は、例えば、矩形の板状であり、ステンレスやチタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）などの金属部材、または導電性カーボン板やモールド樹脂で封止された導電性カーボン板などにより形成される。陰極セパレータ４１には、例えば、後述する第１集電体６１（図３参照）を介して電源部３０からマイナス電圧が印加される。陰極セパレータ４１は、「第１セパレータ」または「第２セパレータ」の一例である。また、本実施形態では、陰極セパレータ４１は、陰極セパレータ本体４１０を有している。陰極セパレータ本体４１０は、「セパレータ本体」の一例である。
陰極セパレータ４１は、電解セル１１の収容空間Ｓの一方の面を規定する部材である。収容空間Ｓは、後述する陰極室Ｓａおよび陽極室Ｓｂを含む空間である。陰極セパレータ４１は、例えば、矩形の板状であり、ステンレスやチタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）などの金属部材、または導電性カーボン板やモールド樹脂で封止された導電性カーボン板などにより形成される。陰極セパレータ４１には、例えば、後述する第１集電体６１（図３参照）を介して電源部３０からマイナス電圧が印加される。陰極セパレータ４１は、「第１セパレータ」または「第２セパレータ」の一例である。また、本実施形態では、陰極セパレータ４１は、陰極セパレータ本体４１０を有している。陰極セパレータ本体４１０は、「セパレータ本体」の一例である。
【0024】
陰極セパレータ本体４１０は、第１セパレータ端部４１ｅ１と、第１セパレータ端部４１ｅ１とは反対側に位置した第２セパレータ端部４１ｅ２とを有している。陰極セパレータ本体４１０の第１セパレータ端部４１ｅ１には、上述した配管ラインＬ１が接続される。陰極セパレータ本体４１０の第２セパレータ端部４１ｅ２には、上述した配管ラインＬ２が接続される。
【0025】
陰極セパレータ本体４１０は、後述する陰極室Ｓａに面する第１内面４１ａ、および当該第１内面４１ａとは反対側を向く面４１ｂを含む。第１内面４１ａには、配管ラインＬ１から供給される電解液Ｅｓが流れる流路ＦＰが形成されている。当該流路ＦＰは、例えば、第１内面４１ａから凹むように設けられた複数の溝４０ｄにより規定されている。陰極セパレータ本体４１０は、第１内面４１ａから第２方向Ｄ２に凹む複数（例えば数十）の溝４０ｄを有している。なお、図２中では、８つの溝４０ｄを模式的に示している。第２方向Ｄ２は、第１内面４１ａに交差する方向（本実施形態では第１内面４１ａに直交する方向）であり、第１内面４１ａと上記面４１ｂとが並ぶ方向でもある。各々の溝４０ｄは、例えば、０．４ｍｍ以上、２．０ｍｍ以下の深さ（図７中に示す寸法Ｌｈ１）で形成されている。各々の溝４０ｄは、第１方向Ｄ１に沿って延びている。本実施形態では、第１方向Ｄ１は、例えば、第１セパレータ端部４１ｅ１と第２セパレータ端部４１ｅ２とが並ぶ方向に直交する方向（第２方向Ｄ２に直交する方向）である。また、第１方向Ｄ１は、流路ＦＰを流れる電解液Ｅｓの流れ方向の１つである。以下、説明の便宜上、電解液Ｅｓの流れ方向の１つである第１方向Ｄ１（図２中の上下方向）における一方側（図２中の紙面手前側）を「上流側Ｄ１ｕ」と称し（図示の便宜上、図２中では符号省略。図４も参照）、上流側Ｄ１ｕとは反対側（図２中の紙面奥行側）を「下流側Ｄ１ｄ」と称する（図示の便宜上、図２中では符号省略。図４も参照）。複数の溝４０ｄは、第１方向Ｄ１および第２方向Ｄ２のそれぞれに交差する第３方向Ｄ３に互いに間隔をあけて並んで配置されている。本実施形態では、第３方向Ｄ３は、第１方向Ｄ１および第２方向Ｄ２のそれぞれに対して直交する方向である。複数の溝４０ｄは、第３方向Ｄ３で互いに等しい間隔をあけて配置されている。当該溝４０ｄにより規定された流路ＦＰを第１方向Ｄ１に流れた電解液Ｅｓは、配管ラインＬ２を通じて電解セル１１の外部（例えば図１中に示した水素気液分離装置２１）に排出される。陰極セパレータ本体４１０に形成された溝４０ｄの構成については、詳しく後述する。第１内面４１ａは、「第１面」または「第２面」の一例である。第１内面４１ａは、陰極セパレータ４１が第１セパレータの一例である場合に、第１面の一例である。一方、第１内面４１ａは、陰極セパレータ４１が第２セパレータの一例である場合に、第２面の一例である。
【0026】
なお、図２に示される各構造（例えば電解液Ｅｓの流路構造など）は、あくまで例示であり、本実施形態の内容を限定するものではない。例えば、流路構造は、装置の大きさや目的、使用環境などに応じて種々の構造が利用可能である。これは、他の図で示される各構造についても同様である。
【0027】
（陽極セパレータ）
陽極セパレータ４２は、陰極セパレータ４１の少なくとも一部との間に収容空間Ｓを空けて配置され、収容空間Ｓの他方の面を規定する部材である。陽極セパレータ４２は、例えば、矩形の板状であり、ステンレスやチタン、ニッケルなどの金属部材、または導電性カーボン板やモールド樹脂で封止された導電性カーボン板などにより形成される。陽極セパレータ４２には、後述する第２集電体６２（図３参照）を介して電源部３０からプラス電圧が印加される。同じ電解セル１１に含まれる陽極セパレータ４２と陰極セパレータ４１とは、一対のセパレータとして当該電解セル１１の電解槽４０を形成する。陽極セパレータ４２は、「第１セパレータ」または「第２セパレータ」の一例である。陽極セパレータ４２は、陰極セパレータ４１が第１セパレータの一例である場合に、第２セパレータの一例である。一方、陽極セパレータ４２は、陰極セパレータ４１が第２セパレータの一例である場合に、第１セパレータの一例である。また、陽極セパレータ４２は、陽極セパレータ本体４２０を有している。陽極セパレータ本体４２０は、「セパレータ本体」の一例である。
陽極セパレータ４２は、陰極セパレータ４１の少なくとも一部との間に収容空間Ｓを空けて配置され、収容空間Ｓの他方の面を規定する部材である。陽極セパレータ４２は、例えば、矩形の板状であり、ステンレスやチタン、ニッケルなどの金属部材、または導電性カーボン板やモールド樹脂で封止された導電性カーボン板などにより形成される。陽極セパレータ４２には、後述する第２集電体６２（図３参照）を介して電源部３０からプラス電圧が印加される。同じ電解セル１１に含まれる陽極セパレータ４２と陰極セパレータ４１とは、一対のセパレータとして当該電解セル１１の電解槽４０を形成する。陽極セパレータ４２は、「第１セパレータ」または「第２セパレータ」の一例である。陽極セパレータ４２は、陰極セパレータ４１が第１セパレータの一例である場合に、第２セパレータの一例である。一方、陽極セパレータ４２は、陰極セパレータ４１が第２セパレータの一例である場合に、第１セパレータの一例である。また、陽極セパレータ４２は、陽極セパレータ本体４２０を有している。陽極セパレータ本体４２０は、「セパレータ本体」の一例である。
【0028】
陽極セパレータ本体４２０は、第１セパレータ端部４２ｅ１（例えば下端部）と、第１セパレータ端部４２ｅ１とは反対側に位置した第２セパレータ端部４２ｅ２（例えば上端部）とを有している。陽極セパレータ本体４２０の第１セパレータ端部４２ｅ１には、上述した配管ラインＬ３が接続される。陽極セパレータ本体４２０の第２セパレータ端部４２ｅ２には、上述した配管ラインＬ４が接続される。
【0029】
陽極セパレータ本体４２０は、後述する陽極室Ｓｂに面する第２内面４２ａ、および当該第２内面４２ａとは反対側を向く面４２ｂを含む。第２内面４２ａには、配管ラインＬ３から供給される電解液Ｅｓが流れる流路ＦＰが形成されている。当該流路ＦＰは、例えば、第２内面４２ａから凹むように設けられた複数の溝４０ｄにより規定されている。陽極セパレータ本体４２０は、第２内面４２ａから第２方向Ｄ２（第２内面４２ａに直交する方向）に凹む複数（例えば数十）の溝４０ｄを有している。陽極セパレータ本体４２０の各々の溝４０ｄは、例えば、０．４ｍｍ以上、２．０ｍｍ以下の深さ（図６中および図７中に示す寸法Ｌｈ１）で形成されている。本実施形態では、陽極セパレータ本体４２０の各々の溝４０ｄは、陰極セパレータ本体４１０の各々の溝４０ｄの深さと同じである。また、陽極セパレータ本体４２０に形成された溝４０ｄの数は、陰極セパレータ本体４１０に形成された溝４０ｄの数と等しい。陽極セパレータ本体４２０が有する各々の溝４０ｄは、第１方向Ｄ１に沿って延びている。複数の溝４０ｄは、第３方向Ｄ３で互いに等しい間隔をあけて並んで配置されている（図５参照）。当該溝４０ｄにより規定された流路ＦＰを流れた電解液Ｅｓは、配管ラインＬ４を通じて電解セル１１の外部（例えば図１中に示した酸素気液分離装置２６）に排出される。陽極セパレータ本体４２０に形成された溝４０ｄの構成については、詳しく後述する。第２内面４２ａは、「第１面」または「第２面」の一例である。第２内面４２ａは、陽極セパレータ４２が第１セパレータの一例である場合に、第１面の一例である。一方、第２内面４２ａは、陽極セパレータ４２が第２セパレータの一例である場合に、第２面の一例である。
【0030】
なお、ここでは説明の便宜上、陰極セパレータ本体４１０の第１内面４１ａが流路用の溝４０ｄを有し、陽極セパレータ本体４２０の第２内面４２ａが流路用の溝４０ｄを有する構成について説明している。しかしながら、例えば電解セルスタック１０（図１参照）に含まれる電解セル１１の陰極セパレータ本体４１０は、第１内面４１ａに加えて第１内面４１ａとは反対側の面４１ｂにも同様の流路用の溝４０ｄ（図２中に二点鎖線で示す）を有したバイポーラプレートでもよい。また、電解セルスタック１０に含まれる電解セル１１の陽極セパレータ４２は、第２内面４２ａに加えて第２内面４２ａとは反対側の面４２ｂにも同様の流路用の溝４０ｄ（図２中に二点鎖線で示す）を有したバイポーラプレートでもよい。なお、陰極セパレータ４１の両面および陽極セパレータ４２の両面に設けられる流路用の溝４０ｄは、互いに形状や配置などが異なってもよい。
【0031】
（膜電極接合体の構成）
膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）４３は、イオン交換膜、触媒、および給電体が組み立てられた構造体である。図２に示すように、膜電極接合体４３は、陰極セパレータ４１と陽極セパレータ４２との間に配置され、収容空間Ｓに位置する。膜電極接合体４３は、例えば、イオン交換膜５０、陰極触媒層５４、陰極給電体５５、陽極触媒層５６、および陽極給電体５７を含む。
膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）４３は、イオン交換膜、触媒、および給電体が組み立てられた構造体である。図２に示すように、膜電極接合体４３は、陰極セパレータ４１と陽極セパレータ４２との間に配置され、収容空間Ｓに位置する。膜電極接合体４３は、例えば、イオン交換膜５０、陰極触媒層５４、陰極給電体５５、陽極触媒層５６、および陽極給電体５７を含む。
【0032】
（イオン交換膜）
イオン交換膜５０は、イオンを選択透過させる膜である。イオン交換膜５０は、例えば、固体高分子電解質膜である。イオン交換膜５０は、例えば、水酸化物イオン（ＯＨ－）伝導性のあるアニオン交換膜（ＡＥＭ）である。ただし、イオン交換膜５０は、上記例に限定されることはなく、上記例とは異なるタイプの例えばプロトン交換膜（ＰＥＭ）であってもよい。
イオン交換膜５０は、イオンを選択透過させる膜である。イオン交換膜５０は、例えば、固体高分子電解質膜である。イオン交換膜５０は、例えば、水酸化物イオン（ＯＨ－）伝導性のあるアニオン交換膜（ＡＥＭ）である。ただし、イオン交換膜５０は、上記例に限定されることはなく、上記例とは異なるタイプの例えばプロトン交換膜（ＰＥＭ）であってもよい。
【0033】
イオン交換膜５０は、例えば、矩形のシート状であり、可撓性を有している。イオン交換膜５０の外形サイズは、陰極セパレータ４１の外形サイズまたは陽極セパレータ４２の外形サイズよりも小さい。イオン交換膜５０は、陰極セパレータ４１と陽極セパレータ４２との間に配置され、上述した収容空間Ｓに位置する。
【0034】
イオン交換膜５０は、陰極セパレータ本体４１０の第１内面４１ａと対向する第１交換膜面５０ａと、第１交換膜面５０ａとは反対側に位置した第２交換膜面５０ｂとを有している。第２交換膜面５０ｂは、陽極セパレータ本体４２０の第２内面４２ａと対向する。収容空間Ｓで、イオン交換膜５０の第１交換膜面５０ａと陰極セパレータ本体４１０の第１内面４１ａとの間には、陰極室Ｓａが規定される。また、収容空間Ｓで、イオン交換膜５０の第２交換膜面５０ｂと陽極セパレータ本体４２０の第２内面４２ａとの間には、陽極室Ｓｂが規定される。
【0035】
陰極室Ｓａでは、電解セル１１に電圧が印加される場合に、下記（化１）に示す化学反応が生じ、電解液Ｅｓから水素が生成される。なお、本明細書中の「ＸＸが生成される」とは、ＸＸの生成に伴って他の物質が同時に生成される場合も含み得る。陰極室Ｓａで生成された水酸化物イオンは、膜電極接合体４３を通過して陰極室Ｓａから陽極室Ｓｂに移動する。
２Ｈ２Ｏ＋２ｅ－→Ｈ２＋２ＯＨ－ …（化１）
２Ｈ２Ｏ＋２ｅ－→Ｈ２＋２ＯＨ－ …（化１）
【0036】
陽極室Ｓｂでは、電解セル１１に電圧が印加される場合に、下記（化２）に示す化学反応が生じ、電解液Ｅｓから酸素が生成される。
２ＯＨ－→１／２Ｏ２＋Ｈ２Ｏ＋２ｅ－ …（化２）
２ＯＨ－→１／２Ｏ２＋Ｈ２Ｏ＋２ｅ－ …（化２）
【0037】
これにより、電解セル１１全体で見た場合は、下記（化３）に示す化学反応が生じる。
Ｈ２Ｏ→Ｈ２＋１／２Ｏ２ …（化３）
Ｈ２Ｏ→Ｈ２＋１／２Ｏ２ …（化３）
【0038】
イオン交換膜５０は、イオン伝導率が比較的高い膜の一例として、主鎖にポリスチレン系またはテトラフェニル系の組成を含み、側鎖にイミダゾリウム基または４級アンモニウム基を含んでよい。一方、これに代えて、イオン交換膜５０は、耐酸化性が比較的高い膜の一例として、ポリスルフォン系またはブロモブチルスチレン系の組成を含んでもよい。
【0039】
（陰極触媒層）
陰極触媒層５４は、上述した陰極室Ｓａでの化学反応を促進する層（電極触媒層）である。陰極触媒層５４は、例えば、矩形のシート状である。本実施形態では、陰極触媒層５４の外形サイズは、例えば、イオン交換膜５０の外形サイズよりも小さく形成されている。陰極触媒層５４は、陰極室Ｓａに配置されて、イオン交換膜５０の第１交換膜面５０ａに設けられている。陰極触媒層５４には、イオン交換膜５０とは反対側から後述の陰極給電体５５が接続されている。陰極触媒層５４は、第１セパレータおよび陰極給電体５５を介して電源部３０からマイナス電圧が印加され、電解セル１１の陰極４７の一部として機能する。陰極触媒層５４は、「第１触媒層」または「第２触媒層」の一例である。陰極触媒層５４は、陰極セパレータ４１が第１セパレータの一例である場合に、第１触媒層の一例である。一方、陰極触媒層５４は、陰極セパレータ４１が第２セパレータの一例である場合に、第２触媒層の一例である。
陰極触媒層５４は、上述した陰極室Ｓａでの化学反応を促進する層（電極触媒層）である。陰極触媒層５４は、例えば、矩形のシート状である。本実施形態では、陰極触媒層５４の外形サイズは、例えば、イオン交換膜５０の外形サイズよりも小さく形成されている。陰極触媒層５４は、陰極室Ｓａに配置されて、イオン交換膜５０の第１交換膜面５０ａに設けられている。陰極触媒層５４には、イオン交換膜５０とは反対側から後述の陰極給電体５５が接続されている。陰極触媒層５４は、第１セパレータおよび陰極給電体５５を介して電源部３０からマイナス電圧が印加され、電解セル１１の陰極４７の一部として機能する。陰極触媒層５４は、「第１触媒層」または「第２触媒層」の一例である。陰極触媒層５４は、陰極セパレータ４１が第１セパレータの一例である場合に、第１触媒層の一例である。一方、陰極触媒層５４は、陰極セパレータ４１が第２セパレータの一例である場合に、第２触媒層の一例である。
【0040】
陰極触媒層５４の材質としては、上述した陰極室Ｓａでの化学反応を促進する材質であればよく、種々の材質が利用可能である。例えば、陰極触媒層５４は、ニッケル、ニッケル合金、セリウム酸化物、ランタン酸化物、または白金（Ｐｔ）のうち１つ以上を含む。なお、本明細書中の「〇〇酸化物」は、〇〇および酸素以外の別材料を含み得る。なお、陰極触媒層５４は、上述した材料に加えて、例えばカーボンなどの別材料を含んでもよい。
【0041】
（陰極給電体）
陰極給電体５５は、陰極セパレータ４１に印加された電圧を陰極触媒層５４に伝える電気接続部である。陰極給電体５５は、陰極室Ｓａに配置されている。陰極給電体５５は、陰極セパレータ本体４１０の第１内面４１ａと陰極触媒層５４との間に位置して、陰極セパレータ本体４１０の第１内面４１ａおよび陰極触媒層５４の双方に接している。すなわち、陰極触媒層５４は、陰極給電体５５におけるイオン交換膜５０側を向く面に形成されている。以下、説明の便宜上、陰極給電体５５における陰極触媒層５４に接する面を「第１陰極面５５ａ」と称し、陰極給電体５５における陰極セパレータ本体４１０に接する面を「第２陰極面５５ｂ」と称する場合がある。陰極給電体５５は、「第１給電体」または「第２給電体」の一例である。陰極給電体５５は、陰極セパレータ４１が第１セパレータの一例である場合に、第１給電体の一例である。一方、陰極給電体５５は、陰極セパレータ４１が第２セパレータの一例である場合に、第２給電体の一例である。
陰極給電体５５は、陰極セパレータ４１に印加された電圧を陰極触媒層５４に伝える電気接続部である。陰極給電体５５は、陰極室Ｓａに配置されている。陰極給電体５５は、陰極セパレータ本体４１０の第１内面４１ａと陰極触媒層５４との間に位置して、陰極セパレータ本体４１０の第１内面４１ａおよび陰極触媒層５４の双方に接している。すなわち、陰極触媒層５４は、陰極給電体５５におけるイオン交換膜５０側を向く面に形成されている。以下、説明の便宜上、陰極給電体５５における陰極触媒層５４に接する面を「第１陰極面５５ａ」と称し、陰極給電体５５における陰極セパレータ本体４１０に接する面を「第２陰極面５５ｂ」と称する場合がある。陰極給電体５５は、「第１給電体」または「第２給電体」の一例である。陰極給電体５５は、陰極セパレータ４１が第１セパレータの一例である場合に、第１給電体の一例である。一方、陰極給電体５５は、陰極セパレータ４１が第２セパレータの一例である場合に、第２給電体の一例である。
【0042】
陰極給電体５５は、内部を電解液Ｅｓとガスが通過可能な構造を有している。陰極給電体５５は、例えば、金属製のメッシュ構造体、焼結体、ファイバー、または導電性カーボン繊維のメッシュ構造体、不織布などにより形成される。陰極給電体５５は、所定の空隙率を有している。本実施形態では、陰極給電体５５の外形サイズは、陰極触媒層５４の外形サイズと同じである。陰極触媒層５４と陰極給電体５５とにより、電解セル１１の陰極４７が形成されている。
【0043】
（陽極触媒層）
陽極触媒層５６は、上述した陽極室Ｓｂでの化学反応を促進する層（電極触媒層）である。陽極触媒層５６は、例えば、矩形のシート状である。本実施形態では、陽極触媒層５６の外形サイズは、例えば、イオン交換膜５０の外形サイズよりも小さく形成されている。陽極触媒層５６は、陽極室Ｓｂに配置されて、イオン交換膜５０の第２交換膜面５０ｂに設けられている。陽極触媒層５６には、イオン交換膜５０とは反対側から後述の陽極給電体５７が接続されている。陽極触媒層５６は、陽極セパレータ４２および陽極給電体５７を介して電源部３０からプラス電圧が印加され、電解セル１１の陽極４８の一部として機能する。なお、陽極触媒層５６は、例えば陰極触媒層５４と同じ厚さに形成されている。陽極触媒層５６は、「第１触媒層」または「第２触媒層」の一例である。陽極触媒層５６は、陽極セパレータ４２が第１セパレータの一例である場合に、第１触媒層の一例である。一方、陽極触媒層５６は、陽極セパレータ４２が第２セパレータの一例である場合に、第２触媒層の一例である。
陽極触媒層５６は、上述した陽極室Ｓｂでの化学反応を促進する層（電極触媒層）である。陽極触媒層５６は、例えば、矩形のシート状である。本実施形態では、陽極触媒層５６の外形サイズは、例えば、イオン交換膜５０の外形サイズよりも小さく形成されている。陽極触媒層５６は、陽極室Ｓｂに配置されて、イオン交換膜５０の第２交換膜面５０ｂに設けられている。陽極触媒層５６には、イオン交換膜５０とは反対側から後述の陽極給電体５７が接続されている。陽極触媒層５６は、陽極セパレータ４２および陽極給電体５７を介して電源部３０からプラス電圧が印加され、電解セル１１の陽極４８の一部として機能する。なお、陽極触媒層５６は、例えば陰極触媒層５４と同じ厚さに形成されている。陽極触媒層５６は、「第１触媒層」または「第２触媒層」の一例である。陽極触媒層５６は、陽極セパレータ４２が第１セパレータの一例である場合に、第１触媒層の一例である。一方、陽極触媒層５６は、陽極セパレータ４２が第２セパレータの一例である場合に、第２触媒層の一例である。
【0044】
陽極触媒層５６の材質としては、上述した陽極室Ｓｂでの化学反応を促進する材質であればよく、種々の材質が利用可能である。例えば、陽極触媒層５６は、ニッケル、ニッケル合金、ニッケル酸化物、銅酸化物、イリジウム酸化物、ニオブ酸化物、鉛酸化物、またはビスマス酸化物のうち１つ以上を含む。上述したように、本明細書中の「ＸＸ酸化物」は、ＸＸおよび酸素以外の別材料を含み得る。例えば、「ニッケル酸化物」は、ニッケルおよび酸素の他に、鉄（Ｆｅ）やコバルト（Ｃｏ）などの別材料を含み得る。また、「銅酸化物」は、銅（Ｃｕ）および酸素の他に、コバルトなどの別材料を含み得る。「イリジウム酸化物」は、イリジウム（Ｉｒ）および酸素の他に、ルテニウム（Ｒｕ）などの別材料を含み得る。「鉛酸化物」は、鉛（Ｐｂ）および酸素の他に、ルテニウムなどの別材料を含み得る。「ビスマス酸化物」は、ビスマス（Ｂｉ）および酸素の他に、ルテニウムなどの別材料を含み得る。なお、陽極触媒層５６は、上述した材料に加えて、例えばカーボンなどの別材料を含んでもよい。
【0045】
（陽極給電体）
陽極給電体５７は、陽極セパレータ４２に印加された電圧を陽極触媒層５６に伝える電気接続部である。陽極給電体５７は、陽極室Ｓｂに配置されている。陽極給電体５７は、陽極セパレータ本体４２０の第２内面４２ａと陽極触媒層５６との間に位置して、第２セパレータの第２内面４２ａおよび陽極触媒層５６の双方に接している。すなわち、陽極触媒層５６は、陽極給電体５７におけるイオン交換膜５０側を向く面に形成されている。以下、説明の便宜上、陽極給電体５７における陽極触媒層５６に接する面を「第１陽極面５７ａ」と称し、陽極給電体５７における陽極セパレータ本体４２０に接する面を「第２陽極面５７ｂ」と称する場合がある。陽極給電体５７は、「第１給電体」または「第２給電体」の一例である。陽極給電体５７は、陽極セパレータ４２が第１セパレータの一例である場合に、第１給電体の一例である。一方、陽極給電体５７は、陽極セパレータ４２が第２セパレータの一例である場合に、第２給電体の一例である。
陽極給電体５７は、陽極セパレータ４２に印加された電圧を陽極触媒層５６に伝える電気接続部である。陽極給電体５７は、陽極室Ｓｂに配置されている。陽極給電体５７は、陽極セパレータ本体４２０の第２内面４２ａと陽極触媒層５６との間に位置して、第２セパレータの第２内面４２ａおよび陽極触媒層５６の双方に接している。すなわち、陽極触媒層５６は、陽極給電体５７におけるイオン交換膜５０側を向く面に形成されている。以下、説明の便宜上、陽極給電体５７における陽極触媒層５６に接する面を「第１陽極面５７ａ」と称し、陽極給電体５７における陽極セパレータ本体４２０に接する面を「第２陽極面５７ｂ」と称する場合がある。陽極給電体５７は、「第１給電体」または「第２給電体」の一例である。陽極給電体５７は、陽極セパレータ４２が第１セパレータの一例である場合に、第１給電体の一例である。一方、陽極給電体５７は、陽極セパレータ４２が第２セパレータの一例である場合に、第２給電体の一例である。
【0046】
陽極給電体５７は、内部を電解液Ｅｓとガスが通過可能な構造を有している。陽極給電体５７は、例えば、金属製のメッシュ構造体、焼結体、ファイバー、または導電性カーボン繊維のメッシュ構造体、不織布などにより形成される。陽極給電体５７は、所定の空隙率を有している。本実施形態では、陽極給電体５７は、例えば、陰極給電体５５が有する空隙率と同じ空隙率を有している。本実施形態では、陽極給電体５７の外形サイズは、陽極触媒層５６の外形サイズと同じである。陽極触媒層５６と陽極給電体５７とにより、電解セル１１の陽極４８が形成されている。
【0047】
図３は、電解セル１１を模式的に示す分解斜視図である。電解セル１１は、上述した構成に加えて、例えば、第１集電体６１、第２集電体６２、第１絶縁体６３、第２絶縁体６４、第１絶縁材６５、第２絶縁材６６、第１エンドフランジ６７、および第２エンドフランジ６８を更に含む。なお図３中では、図示の便宜上、後述する支持部７０、および封止部８０の図示は省略している。
【0048】
（第１集電体）
第１集電体６１は、電源部３０から印加されるマイナス電圧を陰極セパレータ４１に伝える電気接続部である。第１集電体６１は、金属製の板部材（例えば銅板）である。第１集電体６１は、例えば、電解セル１１の収容空間Ｓ（図２参照）とは反対側から陰極セパレータ４１に接し、陰極セパレータ４１に電気的に接続される。第１集電体６１には、電解セル１１での電気分解に必要なマイナス電圧が電源部３０から印加される。なお、第１集電体６１は、電解セルスタック１０中で互いに隣り合う２つの電解セル１１によって共有されてもよい。
第１集電体６１は、電源部３０から印加されるマイナス電圧を陰極セパレータ４１に伝える電気接続部である。第１集電体６１は、金属製の板部材（例えば銅板）である。第１集電体６１は、例えば、電解セル１１の収容空間Ｓ（図２参照）とは反対側から陰極セパレータ４１に接し、陰極セパレータ４１に電気的に接続される。第１集電体６１には、電解セル１１での電気分解に必要なマイナス電圧が電源部３０から印加される。なお、第１集電体６１は、電解セルスタック１０中で互いに隣り合う２つの電解セル１１によって共有されてもよい。
【0049】
（第２集電体）
第２集電体６２は、電源部３０から印加されるプラス電圧を陽極セパレータ４２に伝える電気接続部である。第２集電体６２は、金属製の板部材（例えば銅板）である。第２集電体６２は、例えば、電解セル１１の収容空間Ｓ（図２参照）とは反対側から陽極セパレータ４２に接し、陽極セパレータ４２に電気的に接続される。第２集電体６２には、電解セル１１での電気分解に必要なプラス電圧が電源部３０から印加される。なお、第２集電体６２は、電解セルスタック１０中で互いに隣り合う２つの電解セル１１によって共有されてもよい。
第２集電体６２は、電源部３０から印加されるプラス電圧を陽極セパレータ４２に伝える電気接続部である。第２集電体６２は、金属製の板部材（例えば銅板）である。第２集電体６２は、例えば、電解セル１１の収容空間Ｓ（図２参照）とは反対側から陽極セパレータ４２に接し、陽極セパレータ４２に電気的に接続される。第２集電体６２には、電解セル１１での電気分解に必要なプラス電圧が電源部３０から印加される。なお、第２集電体６２は、電解セルスタック１０中で互いに隣り合う２つの電解セル１１によって共有されてもよい。
【0050】
（第１絶縁体）
第１絶縁体６３は、陽極セパレータ４２の外周部と陰極セパレータ４１の外周部との間を絶縁する部材である。第１絶縁体６３は、陰極触媒層５４の外形、および陰極給電体５５の外形よりもひと回り大きな枠状のシート部材である。第１絶縁体６３は、陰極セパレータ本体４１０の第１内面４１ａに取り付けられ、第１内面４１ａの端部を覆う（図４参照）。第１絶縁体６３の材質は、絶縁材料であれば特に限定されることはなく、例えばＰＴＦＥなどのシート状樹脂である。
第１絶縁体６３は、陽極セパレータ４２の外周部と陰極セパレータ４１の外周部との間を絶縁する部材である。第１絶縁体６３は、陰極触媒層５４の外形、および陰極給電体５５の外形よりもひと回り大きな枠状のシート部材である。第１絶縁体６３は、陰極セパレータ本体４１０の第１内面４１ａに取り付けられ、第１内面４１ａの端部を覆う（図４参照）。第１絶縁体６３の材質は、絶縁材料であれば特に限定されることはなく、例えばＰＴＦＥなどのシート状樹脂である。
【0051】
（第２絶縁体）
第２絶縁体６４は、第１絶縁体６３と同様に、陰極セパレータ４１の外周部と陽極セパレータ４２の外周部との間を絶縁する部材である。第２絶縁体６４は、陽極触媒層５６の外形、および陽極給電体５７の外形よりもひと回り大きな枠状のシート部材である。第２絶縁体６４は、陽極セパレータ本体４２０の第２内面４２ａに取り付けられ、第２内面４２ａの端部を覆う（図４参照）。第２絶縁体６４の材質は、絶縁材料であれば特に限定されることはなく、例えばＰＴＦＥなどのシート状樹脂である。また、第１絶縁体６３と第２絶縁体６４は、一体化された絶縁体であってもよい。
第２絶縁体６４は、第１絶縁体６３と同様に、陰極セパレータ４１の外周部と陽極セパレータ４２の外周部との間を絶縁する部材である。第２絶縁体６４は、陽極触媒層５６の外形、および陽極給電体５７の外形よりもひと回り大きな枠状のシート部材である。第２絶縁体６４は、陽極セパレータ本体４２０の第２内面４２ａに取り付けられ、第２内面４２ａの端部を覆う（図４参照）。第２絶縁体６４の材質は、絶縁材料であれば特に限定されることはなく、例えばＰＴＦＥなどのシート状樹脂である。また、第１絶縁体６３と第２絶縁体６４は、一体化された絶縁体であってもよい。
【0052】
（第１絶縁材）
図３の第１絶縁材６５は、第１集電体６１と第１エンドフランジ６７との間に位置する。第１絶縁材６５の外形サイズは、例えば、第１集電体６１の外形サイズと同じ、または第１集電体６１の外形サイズよりも大きい。
図３の第１絶縁材６５は、第１集電体６１と第１エンドフランジ６７との間に位置する。第１絶縁材６５の外形サイズは、例えば、第１集電体６１の外形サイズと同じ、または第１集電体６１の外形サイズよりも大きい。
【0053】
（第２絶縁材）
図３の第２絶縁材６６は、第２集電体６２と第２エンドフランジ６８との間に位置する。第２絶縁材６６の外形サイズは、例えば、第２集電体６２の外形サイズと同じ、または第２集電体６２の外形サイズよりも大きい。
図３の第２絶縁材６６は、第２集電体６２と第２エンドフランジ６８との間に位置する。第２絶縁材６６の外形サイズは、例えば、第２集電体６２の外形サイズと同じ、または第２集電体６２の外形サイズよりも大きい。
【0054】
（第１エンドフランジ）
図３の第１エンドフランジ６７は、電解セル１１の収容空間Ｓ（図２参照）に対して、第１絶縁材６５とは反対側に位置する。第１エンドフランジ６７は、例えば、金属製の板部材（例えばステンレス板）などにより形成されている。第１エンドフランジ６７の外形サイズは、例えば、第１絶縁材６５の外形サイズよりも大きい。
図３の第１エンドフランジ６７は、電解セル１１の収容空間Ｓ（図２参照）に対して、第１絶縁材６５とは反対側に位置する。第１エンドフランジ６７は、例えば、金属製の板部材（例えばステンレス板）などにより形成されている。第１エンドフランジ６７の外形サイズは、例えば、第１絶縁材６５の外形サイズよりも大きい。
【0055】
（第２エンドフランジ）
図３の第２エンドフランジ６８は、電解セル１１の収容空間Ｓ（図２参照）に対して、第２絶縁材６６とは反対側に位置する。第２エンドフランジ６８は、例えば、金属製の板部材（例えばステンレス板）などにより形成されている。第２エンドフランジ６８の外形サイズは、例えば、第２絶縁材６６の外形サイズよりも大きい。
図３の第２エンドフランジ６８は、電解セル１１の収容空間Ｓ（図２参照）に対して、第２絶縁材６６とは反対側に位置する。第２エンドフランジ６８は、例えば、金属製の板部材（例えばステンレス板）などにより形成されている。第２エンドフランジ６８の外形サイズは、例えば、第２絶縁材６６の外形サイズよりも大きい。
【0056】
なお、電解セル１１は、上述した構成に限定されない。例えば、電解セルスタック１０が、複数の電解セル１１が並べて配置されることで構成される場合、複数の電解セル１１のなかで隣り合う２つの電解セル１１は、それぞれバイポーラプレートである陰極セパレータ４１または陽極セパレータ４２を共有してもよい。この場合、隣り合う２つの電解セル１１の間に、集電体（第１集電体６１または第２集電体６２）、絶縁体（第１絶縁体６３または第２絶縁体６４）、絶縁材（第１絶縁材６５または第２絶縁材６６）、エンドフランジ（第１エンドフランジ６７または第２エンドフランジ６８）が存在しなくてもよい。
【0057】
（電解セルの外周部の構造）
図４は、電解セル１１を示す断面図である。本実施形態では、イオン交換膜５０の外形サイズは、陰極触媒層５４の外形サイズ、および陰極給電体５５の外形サイズの各々よりも大きい。言い換えると、イオン交換膜５０の面積は、陰極触媒層５４の面積、および陰極給電体５５の面積の各々よりも大きい。イオン交換膜５０は、膜電極接合体４３の厚さ方向（Ｚ方向）とは直交する方向（例えばＸ方向またはＹ方向）で、陰極触媒層５４および陰極給電体５５よりも外側（外周側）に突出している。本明細書中の「外側」または「外周側」とは、膜電極接合体４３の厚さ方向（Ｚ方向）とは直交する方向（例えばＸ方向またはＹ方向）で、膜電極接合体４３の中央部Ｃから離れる側を意味する。
図４は、電解セル１１を示す断面図である。本実施形態では、イオン交換膜５０の外形サイズは、陰極触媒層５４の外形サイズ、および陰極給電体５５の外形サイズの各々よりも大きい。言い換えると、イオン交換膜５０の面積は、陰極触媒層５４の面積、および陰極給電体５５の面積の各々よりも大きい。イオン交換膜５０は、膜電極接合体４３の厚さ方向（Ｚ方向）とは直交する方向（例えばＸ方向またはＹ方向）で、陰極触媒層５４および陰極給電体５５よりも外側（外周側）に突出している。本明細書中の「外側」または「外周側」とは、膜電極接合体４３の厚さ方向（Ｚ方向）とは直交する方向（例えばＸ方向またはＹ方向）で、膜電極接合体４３の中央部Ｃから離れる側を意味する。
【0058】
図４に示すように、電解セル１１は、上述した構成に加えて、例えば、支持部７０、および封止部８０を更に含む。支持部７０は、電解セル１１の内部（具体的には陰極セパレータ４１および陽極セパレータ４２の間）で、膜電極接合体４３を支持する部材である。封止部８０は、陰極セパレータ４１と陽極セパレータ４２との間の収容空間Ｓを外周側から閉じる部材である。以下、これら支持部７０および封止部８０について説明する。
【0059】
（支持部）
支持部７０は、陰極セパレータ４１と陽極セパレータ４２との間に配置されている。支持部７０は、イオン交換膜５０の外縁部５０ｅよりも内側（内周側）に位置して、イオン交換膜５０を支持する。本明細書中の「外縁部５０ｅ」とは、膜電極接合体４３の厚さ方向（Ｚ方向）とは直交する方向（例えばＸ方向またはＹ方向）で、膜電極接合体４３の中央部Ｃから離れた縁部を意味する。また、本明細書中の「内側」または「内周側」とは、膜電極接合体４３の中央部Ｃから見て内側（中央部Ｃに近い側）を意味する。本実施形態では、支持部７０は、例えば、第１支持部７１および第２支持部７２を含む。第１支持部７１は、陰極４７側の支持部７０であり、陰極セパレータ本体４１０の第１内面４１ａとイオン交換膜５０の第１交換膜面５０ａとの間に配置されている。第１支持部７１は、イオン交換膜５０の外縁部５０ｅよりも内側（内周側）に位置する。第１支持部７１は、陰極４７よりも外側（外周側）の位置で第１内面４１ａ（または第１絶縁体６３）と第１交換膜面５０ａとの間に挟まれて、第１内面４１ａに対してイオン交換膜５０を支持する。第２支持部７２は、陽極４８側の支持部７０であり、陽極セパレータ本体４２０の第２内面４２ａとイオン交換膜５０の第２交換膜面５０ｂとの間に配置されている。第２支持部７２は、イオン交換膜５０の外縁部５０ｅよりも内側（内周側）に位置する。第２支持部７２は、陽極４８よりも外側（外周側）の位置で第２内面４２ａと第２交換膜面５０ｂとの間に挟まれて、第２内面４２ａに対してイオン交換膜５０を支持する。第１支持部７１および第２支持部７２は、いずれもイオン交換膜５０の外縁部５０ｅに沿う環状（例えば枠状）であって、イオン交換膜５０の外縁部５０ｅよりもひと回り小さな環状に形成されている。
支持部７０は、陰極セパレータ４１と陽極セパレータ４２との間に配置されている。支持部７０は、イオン交換膜５０の外縁部５０ｅよりも内側（内周側）に位置して、イオン交換膜５０を支持する。本明細書中の「外縁部５０ｅ」とは、膜電極接合体４３の厚さ方向（Ｚ方向）とは直交する方向（例えばＸ方向またはＹ方向）で、膜電極接合体４３の中央部Ｃから離れた縁部を意味する。また、本明細書中の「内側」または「内周側」とは、膜電極接合体４３の中央部Ｃから見て内側（中央部Ｃに近い側）を意味する。本実施形態では、支持部７０は、例えば、第１支持部７１および第２支持部７２を含む。第１支持部７１は、陰極４７側の支持部７０であり、陰極セパレータ本体４１０の第１内面４１ａとイオン交換膜５０の第１交換膜面５０ａとの間に配置されている。第１支持部７１は、イオン交換膜５０の外縁部５０ｅよりも内側（内周側）に位置する。第１支持部７１は、陰極４７よりも外側（外周側）の位置で第１内面４１ａ（または第１絶縁体６３）と第１交換膜面５０ａとの間に挟まれて、第１内面４１ａに対してイオン交換膜５０を支持する。第２支持部７２は、陽極４８側の支持部７０であり、陽極セパレータ本体４２０の第２内面４２ａとイオン交換膜５０の第２交換膜面５０ｂとの間に配置されている。第２支持部７２は、イオン交換膜５０の外縁部５０ｅよりも内側（内周側）に位置する。第２支持部７２は、陽極４８よりも外側（外周側）の位置で第２内面４２ａと第２交換膜面５０ｂとの間に挟まれて、第２内面４２ａに対してイオン交換膜５０を支持する。第１支持部７１および第２支持部７２は、いずれもイオン交換膜５０の外縁部５０ｅに沿う環状（例えば枠状）であって、イオン交換膜５０の外縁部５０ｅよりもひと回り小さな環状に形成されている。
【0060】
（封止部）
封止部８０は、陰極セパレータ４１と陽極セパレータ４２との間に配置されている。封止部８０は、イオン交換膜５０の外縁部５０ｅよりも外側（外周側）に位置して、電解セル１１の収容空間Ｓを封止する。本実施形態では、封止部８０は、第１封止部８１および第２封止部８２を含む。ただし、第１封止部８１と第２封止部８２とは、一体に形成されてもよい。すなわち、第１封止部８１と第２封止部８２とは、１つの部材であってもよい。また、封止部８０は、上述した第１絶縁体６３および第２絶縁体６４のうち少なくとも一方と一体に形成されてもよい。第１封止部８１は、陰極４７側の封止部８０である。第１封止部８１は、イオン交換膜５０の外縁部５０ｅよりも外側（外周側）に位置する。第１封止部８１は、陰極セパレータ本体４１０の第１内面４１ａと第２封止部８２との間に挟まれて、収容空間Ｓの外周側の一部を封止する。本実施形態では、第１封止部８１は、第１内面４１ａに取り付けられた第１絶縁体６３と第２封止部８２との間に挟まれている。第２封止部８２は、陽極４８側の封止部８０である。第２封止部８２は、イオン交換膜５０の外縁部５０ｅよりも外側に位置する。第２封止部８２は、陽極セパレータ本体４２０の第２内面４２ａと第１封止部８１との間に挟まれて、収容空間Ｓの外周側の一部を封止する。本実施形態では、第２封止部８２は、第２内面４２ａに取り付けられた第２絶縁体６４と第１封止部８１との間に挟まれている。第１封止部８１および第２封止部８２は、いずれもイオン交換膜５０の外縁部５０ｅに沿う環状（例えば枠状）であって、イオン交換膜５０の外縁部５０ｅよりもひと回り大きな環状に形成される。当該封止部８０により、収容空間Ｓから電解セル１１の外部に電解液Ｅｓなどが漏出することがない。
封止部８０は、陰極セパレータ４１と陽極セパレータ４２との間に配置されている。封止部８０は、イオン交換膜５０の外縁部５０ｅよりも外側（外周側）に位置して、電解セル１１の収容空間Ｓを封止する。本実施形態では、封止部８０は、第１封止部８１および第２封止部８２を含む。ただし、第１封止部８１と第２封止部８２とは、一体に形成されてもよい。すなわち、第１封止部８１と第２封止部８２とは、１つの部材であってもよい。また、封止部８０は、上述した第１絶縁体６３および第２絶縁体６４のうち少なくとも一方と一体に形成されてもよい。第１封止部８１は、陰極４７側の封止部８０である。第１封止部８１は、イオン交換膜５０の外縁部５０ｅよりも外側（外周側）に位置する。第１封止部８１は、陰極セパレータ本体４１０の第１内面４１ａと第２封止部８２との間に挟まれて、収容空間Ｓの外周側の一部を封止する。本実施形態では、第１封止部８１は、第１内面４１ａに取り付けられた第１絶縁体６３と第２封止部８２との間に挟まれている。第２封止部８２は、陽極４８側の封止部８０である。第２封止部８２は、イオン交換膜５０の外縁部５０ｅよりも外側に位置する。第２封止部８２は、陽極セパレータ本体４２０の第２内面４２ａと第１封止部８１との間に挟まれて、収容空間Ｓの外周側の一部を封止する。本実施形態では、第２封止部８２は、第２内面４２ａに取り付けられた第２絶縁体６４と第１封止部８１との間に挟まれている。第１封止部８１および第２封止部８２は、いずれもイオン交換膜５０の外縁部５０ｅに沿う環状（例えば枠状）であって、イオン交換膜５０の外縁部５０ｅよりもひと回り大きな環状に形成される。当該封止部８０により、収容空間Ｓから電解セル１１の外部に電解液Ｅｓなどが漏出することがない。
【0061】
電解セル１１は、上述した構成に加えて、流れ方向変化部４４を更に含む。図５は、図２中および図４中のＶ－Ｖ線方向から陽極セパレータ本体４２０の第２内面４２ａを見た図である。図６は、図５中のＶＩ－ＶＩ線方向から陽極セパレータ本体４２０、流れ方向変化部４４、陽極給電体５７、陽極触媒層５６、およびイオン交換膜５０のそれぞれの断面を見た図である。図５および図６は、いずれも流れ方向変化部４４を説明するための図である。以降では、図５および図６を参照して陽極セパレータ本体４２０が有する溝４０ｄの内部に配置された流れ方向変化部４４を説明するが、陰極セパレータ本体４１０が有する溝４０ｄの内部に配置された流れ方向変化部４４の構成も同様である。そのため、陰極セパレータ本体４１０が有する溝４０ｄの内部に配置された流れ方向変化部４４の説明は省略する場合がある。
【0062】
（流れ方向変化部）
本実施形態では、流れ方向変化部４４は、陽極セパレータ４２の一部として設けられて、第２内面４２ａに沿って第１方向Ｄ１に流れる電解液Ｅｓの少なくとも一部の流れ方向を、第１方向Ｄ１における複数の位置の各々で、第２内面４２ａとは交差（直交）する第２方向Ｄ２に変化させる。
本実施形態では、流れ方向変化部４４は、陽極セパレータ４２の一部として設けられて、第２内面４２ａに沿って第１方向Ｄ１に流れる電解液Ｅｓの少なくとも一部の流れ方向を、第１方向Ｄ１における複数の位置の各々で、第２内面４２ａとは交差（直交）する第２方向Ｄ２に変化させる。
【0063】
図５および図６に示すように、本実施形態では、流れ方向変化部４４は、陽極セパレータ本体４２０に形成された各々の溝４０ｄの内部に配置されている。流れ方向変化部４４は、陽極セパレータ本体４２０からイオン交換膜５０に向けて突出した複数の突起４４０を含む。各々の突起４４０は、溝４０ｄの内部の溝底面４０ｓからイオン交換膜５０に向けて突出している。複数の突起４４０は、第１方向Ｄ１で互いに離れて配置されている。本実施形態では、複数の突起４４０は、第１方向Ｄ１で互いに等しい間隔をあけて配置されている。また、各々の突起４４０の第１方向Ｄ１における寸法は、第１方向Ｄ１に隣り合う突起４４０同士の間隔と等しい。すなわち、図６中に示す寸法Ｌｗ１と寸法Ｌｗ２とが互いに等しい。なお、複数の突起４４０は、例えば、陽極セパレータ４２がプレス加工されることにより形成されている。
【0064】
以下、説明の便宜上、図５中に示す第３方向Ｄ３に隣り合う複数の溝４０ｄを、「第１溝４０ｄ１」と、当該第１溝４０ｄ１と第３方向Ｄ３で隣り合う「第２溝４０ｄ２」との２つに区別して称する。第１溝４０ｄ１と第２溝４０ｄ２とは、第３方向Ｄ３で交互に繰り返されて配置されている。また、第１溝４０ｄ１により規定された電解液Ｅｓの流路ＦＰを「第１流路ＦＰ１」と称し、第２溝４０ｄ２により規定された電解液Ｅｓの流路ＦＰを「第２流路ＦＰ２」と称する。また、第１溝４０ｄ１の内部に配置された第１方向Ｄ１に並ぶ複数の突起４４０を「第１突起４４１」と称し、第２溝４０ｄ２の内部に配置された第１方向Ｄ１に並ぶ複数の突起４４０を「第２突起４４２」と称する。また、陽極セパレータ本体４２０における、第１溝４０ｄ１を境にして両側に分かれて配置された２つの部分を「第１部分４０ｐ１」および「第２部分４０ｐ２」と称する。したがって、第１部分４０ｐ１と第２部分４０ｐ２とは、第３方向Ｄ３で交互に繰り返されて配置されている。同時に、第１部分４０ｐ１および第２部分４０ｐ２は、第２溝４０ｄ２を境にして両側に分かれて配置されている。第１部分４０ｐ１および第２部分４０ｐ２は、陽極セパレータ本体４２０の第２内面４２ａを含む。
【0065】
図６に示すように、各々の第１突起４４１は、第１方向Ｄ１における下流側Ｄ１ｄに進むに従い、第１溝４０ｄ１の内部で陽極セパレータ本体４２０からの突出量が徐々に大きくなるように形成された変化部４４ｓ、および当該変化部４４ｓと陽極セパレータ本体４２０とを接続する接続部４４ｔを含む。本実施形態では、これら変化部４４ｓおよび接続部４４ｔにより、第１突起４４１の表面が構成されている。本実施形態では、変化部４４ｓは、溝底面４０ｓに接続されて、当該溝底面４０ｓに対して所定の角度を成した状態でイオン交換膜５０側に向かって立ち上がる傾斜面である。傾斜面としての変化部４４ｓは、例えば、溝底面４０ｓに対して１０°以上、６０°以下の角度を成すように形成されている。より好ましくは、傾斜面としての変化部４４ｓは、溝底面４０ｓに対して３０°以上、４５°以下の角度を成すように形成されている。
接続部４４ｔは、変化部４４ｓの端部（上端）と溝底面４０ｓとを接続する面であり、第１方向Ｄ１における下流側Ｄ１ｄを向いている。接続部４４ｔは、例えば、溝底面４０ｓに対して垂直を成すように形成されている。したがって、各々の第１突起４４１は、第３方向Ｄ３から見た断面視で、直角三角形状を成している。
接続部４４ｔは、変化部４４ｓの端部（上端）と溝底面４０ｓとを接続する面であり、第１方向Ｄ１における下流側Ｄ１ｄを向いている。接続部４４ｔは、例えば、溝底面４０ｓに対して垂直を成すように形成されている。したがって、各々の第１突起４４１は、第３方向Ｄ３から見た断面視で、直角三角形状を成している。
【0066】
本実施形態では、各々の第１突起４４１の突出高さ（図６中に示す寸法Ｌｈ２）は、第１溝４０ｄ１の深さ（図６中に示す寸法Ｌｈ１）よりも小さい。すなわち、第１部分４０ｐ１および第２部分４０ｐ２は、複数の第１突起４４１が陽極給電体５７から離れた状態で陽極給電体５７に接する。具体的には、第１部分４０ｐ１の第２内面４２ａおよび第２部分４０ｐ２の第２内面４２ａは、第１突起４４１における変化部４４ｓの端部（上端）から離れた状態で陽極給電体５７の第２陽極面５７ｂに接している。第２溝４０ｄ２（第２流路ＦＰ２）の内部に配置された第２突起４４２についても上述の第１溝４０ｄ１（第１流路ＦＰ１）の内部に配置された第１突起４４１と同じ構成であるため、その説明を省略する。本実施形態では、第２突起４４２は、第３方向Ｄ３で第１突起４４１と隣り合う位置に配置されている（図５参照）。
【0067】
図７は、陽極セパレータ本体４２０、流れ方向変化部４４（陽極セパレータ４２の一部）、膜電極接合体４３、流れ方向変化部４４（陰極セパレータ４１の一部）、および陰極セパレータ本体４１０のそれぞれの断面を見た図であり、図６で示した部分に対応した図である。図７に示すように、陰極セパレータ本体４１０の溝４０ｄの内部にも、上述した流れ方向変化部４４が配置される。本実施形態では、陰極セパレータ本体４１０の溝４０ｄの内部に配置された突起４４０は、陽極セパレータ本体４２０の溝４０ｄの内部に配置された突起４４０と第２方向Ｄ２で揃うように配置されている。なお、陰極セパレータ本体４１０の溝４０ｄの内部に配置された突起４４０は、陽極セパレータ本体４２０の内部に配置された突起４４０と第２方向Ｄ２で揃わずに配置（例えば第１方向Ｄ１に関して千鳥状に配置されるなど）されてもよい。
【0068】
（作用・効果）
比較例として、流れ方向変化部４４を備えていない電解セル１１の構成について考える。当該構成では、イオン交換膜５０の第１交換膜面５０ａに陰極触媒層５４が設けられ、イオン交換膜５０の第２交換膜面５０ｂに陽極触媒層５６が設けられる。陰極触媒層５４のイオン交換膜５０と反対側には、陰極給電体５５が設けられ、陽極触媒層５６のイオン交換膜５０と反対側には、陽極給電体５７が設けられる。これら陰極給電体５５および陽極給電体５７を介してそれぞれの電極触媒層（陰極触媒層５４および陽極触媒層５６）に外部から電解液Ｅｓが供給された際、イオン交換膜５０を間に挟む陰極触媒層５４および陽極触媒層５６の間で水酸化物イオン濃度に勾配が生じることがある。当該水酸化物イオンの濃度勾配に起因して、陰極触媒層５４および陽極触媒層５６の間でドナン効果に基づく電位差が発生する結果、電解効率が低下してしまう場合がある。
比較例として、流れ方向変化部４４を備えていない電解セル１１の構成について考える。当該構成では、イオン交換膜５０の第１交換膜面５０ａに陰極触媒層５４が設けられ、イオン交換膜５０の第２交換膜面５０ｂに陽極触媒層５６が設けられる。陰極触媒層５４のイオン交換膜５０と反対側には、陰極給電体５５が設けられ、陽極触媒層５６のイオン交換膜５０と反対側には、陽極給電体５７が設けられる。これら陰極給電体５５および陽極給電体５７を介してそれぞれの電極触媒層（陰極触媒層５４および陽極触媒層５６）に外部から電解液Ｅｓが供給された際、イオン交換膜５０を間に挟む陰極触媒層５４および陽極触媒層５６の間で水酸化物イオン濃度に勾配が生じることがある。当該水酸化物イオンの濃度勾配に起因して、陰極触媒層５４および陽極触媒層５６の間でドナン効果に基づく電位差が発生する結果、電解効率が低下してしまう場合がある。
【0069】
一方で、本実施形態では、電解セル１１は、第１内面４１ａおよび第２内面４２ａに沿って第１方向Ｄ１に流れる電解液Ｅｓの少なくとも一部の流れ方向（図６中に示す電解液流れＥｓ２）を、第１方向Ｄ１における複数の位置の各々で、第１内面４１ａおよび第２内面４２ａとは直交する第２方向Ｄ２（図６中に示す電解液流れＥｓ１）に変化させる流れ方向変化部４４を備えている。このような構成によれば、第１方向Ｄ１に流れる電解液Ｅｓの少なくとも一部は、陰極触媒層５４および陽極触媒層５６に向けて第２方向Ｄ２を流れるように流れ方向変化部４４により案内される。このため、案内された電解液Ｅｓは、陰極給電体５５の内部および陽極給電体５７の内部における、陰極触媒層５４および陽極触媒層５６の近傍でこれらに電解されている電解液Ｅｓを入れ替えるように拡散させる。これにより、陰極触媒層５４および陽極触媒層５６の近傍における電解液Ｅｓの滞留を抑制することができる。したがって、陰極触媒層５４および陽極触媒層５６の間における水酸化物イオン濃度の勾配発生を抑制することができ、その結果、陰極触媒層５４および陽極触媒層５６の間でドナン効果に基づく電位差の発生を抑制することができるため、電解セル１１の電解効率の低下を抑制することができる。
【0070】
また、本実施形態では、流れ方向変化部４４が溝４０ｄ（第１溝４０ｄ１および第２溝４０ｄ２）の内部に配置された複数の突起４４０（第１突起４４１および第２突起４４２）を含み、各々の突起４４０は、第１方向Ｄ１における下流側Ｄ１ｄに進むに従い、セパレータ本体（陰極セパレータ本体４１０および陽極セパレータ本体４２０）からの突出量が徐々に大きくように傾斜した傾斜面（変化部４４ｓ）を含む。これにより、溝４０ｄの内部に傾斜面を設けるといった簡易な構成で流路ＦＰ（第１流路ＦＰ１および第２流路ＦＰ２）を第１方向Ｄ１に流れる電解液Ｅｓの少なくとも一部を、第２方向Ｄ２に向けて流すことができる。
【0071】
また、電解セル１１のなかでは、電解還元に伴って気泡（図６中および図７中に示す気泡Ｂ）が発生する。具体的には、陰極４７の側（陰極セパレータ４１とイオン交換膜５０との間）では水素を含む気泡が発生し、陽極４８の側（陽極セパレータ４２とイオン交換膜５０との間）では酸素を含む気泡が発生する。陰極触媒層５４および陽極触媒層５６の近傍で電解還元に伴って発生した気泡の少なくとも一部は、陰極給電体５５の内部および陽極給電体５７の内部を第２方向Ｄ２に通過して、溝４０ｄ（第１溝４０ｄ１および第２溝４０ｄ２）により規定された流路ＦＰ（第１流路ＦＰ１および第２流路ＦＰ２）に移動することがある。
【0072】
本実施形態では、陰極セパレータ本体４１０および陽極セパレータ本体４２０は、いずれも第１方向Ｄ１とは交差した第３方向Ｄ３に並ぶ複数の溝４０ｄの各々の両側に分かれて配置された第１部分４０ｐ１および第２部分４０ｐ２を有している（図５参照）。溝４０ｄの内部に配置された各々の突起４４０（第１突起４４１および第２突起４４２）の突出高さは、溝４０ｄの深さよりも小さい（図６および図７参照）。つまり、第１部分４０ｐ１および第２部分４０ｐ２は、複数の突起４４０が給電体（陰極給電体５５および陽極給電体５７）から離れた状態で当該給電体に接している。このため、複数の突起４４０の各々と給電体との間には、隙間が存在する。これにより、流路ＦＰに移動した気泡の少なくとも一部は、電解液Ｅｓの流れ（例えば図６中に示す電解液流れＥｓ２）にしたがって、突起４４０と給電体との間の隙間を通り抜けながら第１方向Ｄ１に流れることができる。したがって、電解還元に伴って発生した水素や酸素などの気泡を流路ＦＰに滞留させることなく、効率的に回収することができる。
【0073】
また、発明者らは、本実施形態における電解セル１１の運転時の圧力環境下（例えば大気圧下）では、電解還元に伴って発生する気泡の平均直径（平均気泡径）が、０．３ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下になることを見出した。本実施形態では、複数の突起４４０の各々と給電体との間に形成される隙間の第２方向Ｄ２における寸法が０．３ｍｍよりも大きくなるように突起４４０が形成される。好ましくは、複数の突起４４０の各々と、給電体との間に形成される隙間の第２方向Ｄ２における寸法が０．５ｍｍよりも大きくなるように突起４４０が形成される。これにより、流路ＦＰに移動した気泡の少なくとも一部は、電解液Ｅｓの流れ（例えば図６中に示す電解液流れＥｓ２）にしたがって、突起４４０と給電体との間の隙間を第１方向Ｄ１により通り抜けやすくなる。したがって、上記作用をより高精度に実現することができる。
【0074】
＜電解装置の第２実施形態＞
次に、電解装置１の第２実施形態について図８を参照して説明する。図８は、陽極セパレータ本体４２０、流れ方向変化部４４、陽極給電体５７、陽極触媒層５６、およびイオン交換膜５０のそれぞれの断面を見た図であり、図６で示した部分に対応した図である。本実施形態では、溝４０ｄ（第１溝４０ｄ１および第２溝４０ｄ２）の内部に配置された突起４４０（第１突起４４１および第２突起４４２）の変化部４４ｓの形状が第１実施形態で説明した突起４４０の変化部４４ｓの形状と異なる。
次に、電解装置１の第２実施形態について図８を参照して説明する。図８は、陽極セパレータ本体４２０、流れ方向変化部４４、陽極給電体５７、陽極触媒層５６、およびイオン交換膜５０のそれぞれの断面を見た図であり、図６で示した部分に対応した図である。本実施形態では、溝４０ｄ（第１溝４０ｄ１および第２溝４０ｄ２）の内部に配置された突起４４０（第１突起４４１および第２突起４４２）の変化部４４ｓの形状が第１実施形態で説明した突起４４０の変化部４４ｓの形状と異なる。
【0075】
本実施形態では、変化部４４ｓは、溝底面４０ｓに接続されて、第１方向Ｄ１における下流側Ｄ１ｄに進むに従い電解液Ｅｓの流れ方向（第１方向Ｄ１）における上流側Ｄ１ｕを向くように立ち上がっている。変化部４４ｓは、例えば、第３方向Ｄ３から見た断面視で、所定の曲率を有した円弧状に形成された円筒面である。なお、変化部４４ｓは、円筒面に限定されることはなく、第１方向Ｄ１における下流側Ｄ１ｄに進むに従い、電解液Ｅｓの流れ方向（第１方向Ｄ１）における上流側Ｄ１ｕを向くように立ち上がる面であればよい。
【0076】
（作用・効果）
上記構成によっても、第１実施形態で説明した作用と同様の作用を実現することができる。また、本実施形態では、突起４４０が第１実施形態で説明した傾斜面である場合と比較して、流路ＦＰを第１方向Ｄ１に流れる電解液Ｅｓの少なくとも一部が、イオン交換膜５０の第１交換膜面５０ａまたは第２交換膜面５０ｂに対してより傾きが急な方向で案内される（図８中に示す電解液流れＥｓ１）。したがって、流れ方向変化部４４により案内された電解液Ｅｓは、陰極給電体５５の内部および陽極給電体５７の内部における、陰極触媒層５４および陽極触媒層５６の近傍でこれらに電解されている電解液Ｅｓをより拡散させることができる。
上記構成によっても、第１実施形態で説明した作用と同様の作用を実現することができる。また、本実施形態では、突起４４０が第１実施形態で説明した傾斜面である場合と比較して、流路ＦＰを第１方向Ｄ１に流れる電解液Ｅｓの少なくとも一部が、イオン交換膜５０の第１交換膜面５０ａまたは第２交換膜面５０ｂに対してより傾きが急な方向で案内される（図８中に示す電解液流れＥｓ１）。したがって、流れ方向変化部４４により案内された電解液Ｅｓは、陰極給電体５５の内部および陽極給電体５７の内部における、陰極触媒層５４および陽極触媒層５６の近傍でこれらに電解されている電解液Ｅｓをより拡散させることができる。
【0077】
＜電解装置の第３実施形態＞
次に、電解装置１の第３実施形態について図９を参照して説明する。図９は、陽極セパレータ本体４２０、流れ方向変化部４４、陽極給電体５７、陽極触媒層５６、およびイオン交換膜５０のそれぞれの断面を見た図であり、図６で示した部分に対応した図である。本実施形態では、溝４０ｄ（第１溝４０ｄ１および第２溝４０ｄ２）の内部に配置された突起４４０（第１突起４４１および第２突起４４２）の形状が第１実施形態で説明した突起４４０の形状と異なる。
次に、電解装置１の第３実施形態について図９を参照して説明する。図９は、陽極セパレータ本体４２０、流れ方向変化部４４、陽極給電体５７、陽極触媒層５６、およびイオン交換膜５０のそれぞれの断面を見た図であり、図６で示した部分に対応した図である。本実施形態では、溝４０ｄ（第１溝４０ｄ１および第２溝４０ｄ２）の内部に配置された突起４４０（第１突起４４１および第２突起４４２）の形状が第１実施形態で説明した突起４４０の形状と異なる。
【0078】
本実施形態では、第１溝４０ｄ１の内部に配置された各々の第１突起４４１は、溝底面４０ｓから第２方向Ｄ２（イオン交換膜５０側）に立ち上がるように形成されている。各々の第１突起４４１は、例えば、第３方向Ｄ３から見た断面視で、矩形（または台形状）に形成されている。第１突起４４１は、第１流路ＦＰ１内で電解液Ｅｓの流れ方向（第１方向Ｄ１）における上流側Ｄ１ｕを向く上流面４４０ａと、当該上流面４４０ａとは反対側（電解液Ｅｓの流れ方向（第１方向Ｄ１）における下流側Ｄ１ｄ）を向く下流面４４０ｂと、これら上流面４４０ａおよび下流面４４０ｂを第１方向Ｄ１に接続する接続面４４０ｃとを含む。接続面４４０ｃは、第２方向Ｄ２（イオン交換膜５０側）を向いている。本実施形態では、上流面４４０ａ、下流面４４０ｂ、および接続面４４０ｃにより、第１突起４４１の表面が構成されている。第２溝４０ｄ２（第２流路ＦＰ２）の内部に配置された第２突起４４２についても上述の第１溝４０ｄ１（第１流路ＦＰ１）の内部に配置された第１突起４４１と同じ構成であるため、その説明を省略する。また、陰極セパレータ本体４１０に形成された溝４０ｄの内部に配置された流れ方向変化部４４についても同様であるため、その説明を省略する。
【0079】
（作用・効果）
上記構成によれば、流路ＦＰを第１方向Ｄ１に流れる電解液Ｅｓの少なくとも一部は、突起４４０の上流面４４０ａに第１方向Ｄ１における上流側Ｄ１ｕからあたり、第２方向Ｄ２に導かれる。すなわち、上流面４４０ａにあたった電解液Ｅｓは、イオン交換膜５０の第１交換膜面５０ａまたは第２交換膜面５０ｂに対して垂直な方向に案内される。したがって、第１実施形態で説明した作用と同様の作用を実現することができる。また、第１実施形態で説明した突起４４０と比較して、溝４０ｄの内部に突起４４０をより容易に形成することができる。
上記構成によれば、流路ＦＰを第１方向Ｄ１に流れる電解液Ｅｓの少なくとも一部は、突起４４０の上流面４４０ａに第１方向Ｄ１における上流側Ｄ１ｕからあたり、第２方向Ｄ２に導かれる。すなわち、上流面４４０ａにあたった電解液Ｅｓは、イオン交換膜５０の第１交換膜面５０ａまたは第２交換膜面５０ｂに対して垂直な方向に案内される。したがって、第１実施形態で説明した作用と同様の作用を実現することができる。また、第１実施形態で説明した突起４４０と比較して、溝４０ｄの内部に突起４４０をより容易に形成することができる。
【0080】
＜電解装置の第４実施形態＞
次に、電解装置１の第４実施形態について図１０を参照して説明する。図１０は、陽極セパレータ本体４２０の第２内面４２ａを見た図であり、図５で示した部分に対応した図である。本実施形態では、第１溝４０ｄ１の内部および第２溝４０ｄ２の内部に配置された突起４４０同士の位置関係が第１実施形態、第２実施形態、および第３実施形態と異なる。
次に、電解装置１の第４実施形態について図１０を参照して説明する。図１０は、陽極セパレータ本体４２０の第２内面４２ａを見た図であり、図５で示した部分に対応した図である。本実施形態では、第１溝４０ｄ１の内部および第２溝４０ｄ２の内部に配置された突起４４０同士の位置関係が第１実施形態、第２実施形態、および第３実施形態と異なる。
【0081】
図１０に示すように、本実施形態では、各々の第１溝４０ｄ１の内部に配置された複数の第１突起４４１と、各々の第２溝４０ｄ２の内部に配置された複数の第２突起４４２とは、第１方向Ｄ１に関して千鳥状に配置されている。すなわち、本実施形態では、第１溝４０ｄ１の内部（第１流路ＦＰ１）に配置された各々の第１突起４４１に第３方向Ｄ３で隣り合う第２溝４０ｄ２の内部（第２流路ＦＰ２）の位置には、第２突起４４２が配置されていない。同時に、第２溝４０ｄ２の内部（第２流路ＦＰ２）に配置された各々の第２突起４４２に第３方向Ｄ３で隣り合う第１溝４０ｄ１の内部（第１流路ＦＰ１）の位置には、第１突起４４１が配置されていない。すなわち、複数の第１突起４４１に含まれる少なくとも２つの突起４４０と、複数の第２突起４４２に含まれる少なくとも２つの突起４４０とは、第１方向Ｄ１に関して千鳥状に配置されている。また、陰極セパレータ本体４１０に形成された溝４０ｄの内部に配置された流れ方向変化部４４についても同様であるため、その説明を省略する。
【0082】
（作用・効果）
第１流路ＦＰ１を流れる電解液Ｅｓのうち、第１突起４４１にあたることにより第２方向Ｄ２に流れ方向が変化した電解液Ｅｓは、第１方向Ｄ１に流れつつも陰極給電体５５の内部および陽極給電体５７の内部を通過して、第１部分４０ｐ１および第２部分４０ｐ２を第３方向Ｄ３に乗り越えた後、第２流路ＦＰ２に流入する。同様に、第２流路ＦＰ２を流れる電解液Ｅｓのうち、第２突起４４２にあたることにより第２方向Ｄ２に流れ方向が変化した電解液Ｅｓは、第１方向Ｄ１に流れつつも陰極給電体５５および陽極給電体５７の内部を通過して、第１部分４０ｐ１および第２部分４０ｐ２を第３方向Ｄ３に乗り越えた後、第１流路ＦＰ１に流入する。上記構成によれば、第１流路ＦＰ１から第２流路ＦＰ２に流入した電解液Ｅｓの少なくとも一部は、第２突起４４２にあたりやすいため、第２突起４４２にあたった電解液Ｅｓの流れ方向は、第２流路ＦＰ２内でも第２方向Ｄ２に変化する。また、第２流路ＦＰ２から第１流路ＦＰ１に流入した電解液Ｅｓの少なくとも一部は、第１突起４４１にあたりやすいため、第１突起４４１にあたった電解液Ｅｓの流れ方向は、第１流路ＦＰ１内でも第２方向Ｄ２に変化する。したがって、例えば、第１突起４４１と第２突起４４２とが第１方向Ｄ１に関して千鳥状に配置されていない場合と比較して、流れ方向変化部４４により案内された電解液Ｅｓは、陰極給電体５５の内部および陽極給電体５７の内部における、陰極触媒層５４および陽極触媒層５６の近傍でこれらに電解されている電解液Ｅｓをより拡散させることができる。
第１流路ＦＰ１を流れる電解液Ｅｓのうち、第１突起４４１にあたることにより第２方向Ｄ２に流れ方向が変化した電解液Ｅｓは、第１方向Ｄ１に流れつつも陰極給電体５５の内部および陽極給電体５７の内部を通過して、第１部分４０ｐ１および第２部分４０ｐ２を第３方向Ｄ３に乗り越えた後、第２流路ＦＰ２に流入する。同様に、第２流路ＦＰ２を流れる電解液Ｅｓのうち、第２突起４４２にあたることにより第２方向Ｄ２に流れ方向が変化した電解液Ｅｓは、第１方向Ｄ１に流れつつも陰極給電体５５および陽極給電体５７の内部を通過して、第１部分４０ｐ１および第２部分４０ｐ２を第３方向Ｄ３に乗り越えた後、第１流路ＦＰ１に流入する。上記構成によれば、第１流路ＦＰ１から第２流路ＦＰ２に流入した電解液Ｅｓの少なくとも一部は、第２突起４４２にあたりやすいため、第２突起４４２にあたった電解液Ｅｓの流れ方向は、第２流路ＦＰ２内でも第２方向Ｄ２に変化する。また、第２流路ＦＰ２から第１流路ＦＰ１に流入した電解液Ｅｓの少なくとも一部は、第１突起４４１にあたりやすいため、第１突起４４１にあたった電解液Ｅｓの流れ方向は、第１流路ＦＰ１内でも第２方向Ｄ２に変化する。したがって、例えば、第１突起４４１と第２突起４４２とが第１方向Ｄ１に関して千鳥状に配置されていない場合と比較して、流れ方向変化部４４により案内された電解液Ｅｓは、陰極給電体５５の内部および陽極給電体５７の内部における、陰極触媒層５４および陽極触媒層５６の近傍でこれらに電解されている電解液Ｅｓをより拡散させることができる。
【0083】
＜電解装置の第５実施形態＞
次に、電解装置１の第５実施形態について図１１から図１３を参照して説明する。図１１は、電解セル１１を模式的に示す図であり、図２で示した部分に対応した図である。図１２は、図１１中のＸＩＩ－ＸＩＩ線方向から陽極セパレータ本体４２０の第２内面４２ａを見た図である。図１３は、図１２中のＸＩＩＩ－ＸＩＩＩ線方向から陽極セパレータ本体４２０、流れ方向変化部４４、陽極給電体５７、陽極触媒層５６、およびイオン交換膜５０のそれぞれの断面を見た図である。第５実施形態では、陽極セパレータ本体４２０および陰極セパレータ本体４１０に設けられた流路ＦＰの構成、および流れ方向変化部４４の構成が第１実施形態で説明した流路ＦＰおよび流れ方向変化部４４の構成と異なる。
次に、電解装置１の第５実施形態について図１１から図１３を参照して説明する。図１１は、電解セル１１を模式的に示す図であり、図２で示した部分に対応した図である。図１２は、図１１中のＸＩＩ－ＸＩＩ線方向から陽極セパレータ本体４２０の第２内面４２ａを見た図である。図１３は、図１２中のＸＩＩＩ－ＸＩＩＩ線方向から陽極セパレータ本体４２０、流れ方向変化部４４、陽極給電体５７、陽極触媒層５６、およびイオン交換膜５０のそれぞれの断面を見た図である。第５実施形態では、陽極セパレータ本体４２０および陰極セパレータ本体４１０に設けられた流路ＦＰの構成、および流れ方向変化部４４の構成が第１実施形態で説明した流路ＦＰおよび流れ方向変化部４４の構成と異なる。
【0084】
図１１に示すように、陰極セパレータ本体４１０の第１内面４１ａには、配管ラインＬ１から供給される電解液Ｅｓを配管ラインＬ２に向けて流すための凹部４０ｄ´が形成されている。陰極セパレータ本体４１０に形成された凹部４０ｄ´は、例えば、第１内面４１ａから第２方向Ｄ２に凹むように設けられている。同様に、陽極セパレータ本体４２０の第２内面４２ａには、配管ラインＬ３から供給される電解液Ｅｓを配管ラインＬ４に向けて流すための凹部４０ｄ´が形成されている。陽極セパレータ本体４２０に形成された凹部４０ｄ´は、例えば、第２内面４２ａから第２方向Ｄ２に凹むように設けられている。第１内面４１ａおよび第２内面４２ａは、「第１面」または「第２面」の一例である。第１内面４１ａは、陰極セパレータ４１が第１セパレータの一例である場合に、第１面の一例である。一方、第１内面４１ａは、陰極セパレータ４１が第２セパレータの一例である場合に、第２面の一例である。第２内面４２ａは、陽極セパレータ４２が第１セパレータの一例である場合に、第１面の一例である。一方、第２内面４２ａは、陽極セパレータ４２が第２セパレータの一例である場合に、第２面の一例である。
【0085】
図１２および図１３に示すように、陽極セパレータ本体４２０に形成された凹部４０ｄ´の内部には、流れ方向変化部４４が配置されている。流れ方向変化部４４は、第２内面４２ａに沿って第１方向Ｄ１に流れる電解液Ｅｓの少なくとも一部の流れ方向を、第１方向Ｄ１における複数の位置の各々で、第２方向Ｄ２に変化させる。本実施形態では、流れ方向変化部４４は、凹部４０ｄ´の内部に供給された電解液Ｅｓの流路ＦＰを形成するための流路形成部材４４３である。すなわち、流路形成部材４４３は、陽極セパレータ本体４２０と、陽極給電体５７との間に設けられている。流路形成部材４４３は、メッシュ構造体である。具体的には、メッシュ構造体は、例えばエキスパンドメタルのシートや、グレーチング状のシートなどが複数積層されることにより形成されている。流路形成部材４４３は、導電性を有しており、陽極セパレータ本体４２０と陽極給電体５７とを電気的に接続している。また、メッシュ構造体の空隙率は、陽極給電体５７および陰極給電体５５の空隙率よりも大きい。
【0086】
凹部４０ｄ´の内部に供給された電解液Ｅｓは、流路形成部材４４３の内部を第１方向Ｄ１に流れる。この際、流路形成部材４４３の内部を流れる電解液Ｅｓは、流路形成部材４４３から抵抗を受ける。以下、流路形成部材４４３の内部を流れる電解液Ｅｓが流路形成部材４４３から受ける抵抗を「流路形成部材４４３の流路抵抗」と称する。本実施形態では、メッシュ構造体が有する複数の孔部の開口が、第２方向Ｄ２を向いている。これにより、流路ＦＰ内で、電解液Ｅｓが第２方向Ｄ２で受ける流路形成部材４４３の流路抵抗は、電解液Ｅｓが第１方向Ｄ１で受ける流路形成部材４４３の流路抵抗と比べて小さい。陰極セパレータ本体４１０に形成された凹部４０ｄ´の内部にも同様に上述した流れ方向変化部４４が配置されている。当該流れ方向変化部４４（流路形成部材４４３）は、陽極セパレータ本体４２０の凹部４０ｄ´に配置された流れ方向変化部４４と同じ構成であるため、その説明を省略する。
【0087】
（作用・効果）
上記構成によれば、流れ方向変化部４４としての流路形成部材４４３がメッシュ構造体であるため、流路形成部材４４３の内部を流れる電解液Ｅｓの一部は、第２方向Ｄ２に流れる。すなわち、流れ方向変化部４４は、第１方向Ｄ１に流れる電解液Ｅｓの少なくとも一部の流れ方向（図１３中に示す電解液流れＥｓ´）を、第１方向Ｄ１における複数の位置の各々で、第２方向Ｄ２（図１３中に示す電解液流れＥｓ´）に変化させる。これにより、第１方向Ｄ１に流れる電解液Ｅｓの少なくとも一部は、陰極触媒層５４および陽極触媒層５６に向けて第２方向Ｄ２を流れるように流れ方向変化部４４により案内されるため、案内された電解液Ｅｓは、陰極触媒層５４および陽極触媒層５６の近傍でこれらに電解されている電解液Ｅｓを入れ替えるように拡散させる。したがって、第１実施形態で説明した作用と同様の作用を実現することができる。
上記構成によれば、流れ方向変化部４４としての流路形成部材４４３がメッシュ構造体であるため、流路形成部材４４３の内部を流れる電解液Ｅｓの一部は、第２方向Ｄ２に流れる。すなわち、流れ方向変化部４４は、第１方向Ｄ１に流れる電解液Ｅｓの少なくとも一部の流れ方向（図１３中に示す電解液流れＥｓ´）を、第１方向Ｄ１における複数の位置の各々で、第２方向Ｄ２（図１３中に示す電解液流れＥｓ´）に変化させる。これにより、第１方向Ｄ１に流れる電解液Ｅｓの少なくとも一部は、陰極触媒層５４および陽極触媒層５６に向けて第２方向Ｄ２を流れるように流れ方向変化部４４により案内されるため、案内された電解液Ｅｓは、陰極触媒層５４および陽極触媒層５６の近傍でこれらに電解されている電解液Ｅｓを入れ替えるように拡散させる。したがって、第１実施形態で説明した作用と同様の作用を実現することができる。
【0088】
（その他の実施形態）
以上、本開示の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成は実施形態の構成に限られるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内での構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。
以上、本開示の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成は実施形態の構成に限られるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内での構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。
【0089】
例えば、第１実施形態から第４実施形態で説明した各々の突起４４０の表面には、撥水性の表面処理（例えばメッキ加工など）が施されてもよい。これにより、流路ＦＰを流れる電解液Ｅｓが突起４４０の表面からはじかれやすくなる。そのため、流路ＦＰを流れる電解液Ｅｓをより円滑に第２方向Ｄ２（イオン交換膜５０側）に案内することができる。なお、溝底面４０ｓにも撥水性の表面処理が施されてよい。つまり、溝４０ｄの内部の空間を規定する内面のすべてにおいて撥水性の表面処理が施されてよい。
【0090】
また、第１実施形態から第４実施形態で説明した各々の突起４４０の、溝底面４０ｓからの突出高さ（図７中に示すＬｈ２）は、例えば、溝４０ｄの深さ（図７中に示すＬｈ１）の８０％以上、９０％以下であってもよい。
【0091】
また、第１実施形態から第４実施形態で説明した溝４０ｄの内部に配置された突起４４０同士の第１方向Ｄ１における間隔（例えば図７中に示す寸法Ｌｗ１）は、例えば、突起４４０の第１方向Ｄ１における寸法（図７中に示す寸法Ｌｗ２）の１倍よりも大きく、１２５倍以下であってもよい。
また、突起４４０同士の第１方向Ｄ１における間隔（例えば図７中に示す寸法Ｌｗ１）は、例えば、突起４４０の第２方向Ｄ２における寸法（図７中に示す寸法Ｌｈ２）の１０倍以上が好ましい。
これにより、流路ＦＰを流れる電解液Ｅｓのうち、突起４４０を第１方向Ｄ１における下流側Ｄ１ｄに乗り越えた電解液Ｅｓの少なくとも一部（図６中、図７中、および図８中に示す電解液流れＥｓ３）が、溝底面４０ｓに沿って流れることができる。このため、例えば、突起４４０を第１方向Ｄ１に乗り越えた電解液Ｅｓの少なくとも一部が突起４４０に案内された電解液Ｅｓ（例えば電解液流れＥｓ１）に合流して、合流先の電解液Ｅｓの流れ方向を変化させてしまうことを抑制することができる。
また、突起４４０同士の第１方向Ｄ１における間隔（例えば図７中に示す寸法Ｌｗ１）は、例えば、突起４４０の第２方向Ｄ２における寸法（図７中に示す寸法Ｌｈ２）の１０倍以上が好ましい。
これにより、流路ＦＰを流れる電解液Ｅｓのうち、突起４４０を第１方向Ｄ１における下流側Ｄ１ｄに乗り越えた電解液Ｅｓの少なくとも一部（図６中、図７中、および図８中に示す電解液流れＥｓ３）が、溝底面４０ｓに沿って流れることができる。このため、例えば、突起４４０を第１方向Ｄ１に乗り越えた電解液Ｅｓの少なくとも一部が突起４４０に案内された電解液Ｅｓ（例えば電解液流れＥｓ１）に合流して、合流先の電解液Ｅｓの流れ方向を変化させてしまうことを抑制することができる。
【0092】
また、第５実施形態で説明した流路形成部材４４３は、メッシュ構造体に代えて、導電性を有した多孔質体などであってもよい。この場合、多孔質体の空隙率は、陽極給電体５７および陰極給電体５５の空隙率よりも大きい。またこの場合、多孔質体における第２方向Ｄ２を向いている孔部の開口の数が第１方向を向いている孔部の開口の数よりも多い。つまり、電解液Ｅｓが第２方向Ｄ２で受ける流路形成部材４４３の流路抵抗が、電解液Ｅｓが第１方向Ｄ１で受ける流路形成部材４４３の流路抵抗と比べて小さい。
【0093】
＜付記＞
実施形態に記載の電解セル１１および電解装置１は、例えば以下のように把握される。
実施形態に記載の電解セル１１および電解装置１は、例えば以下のように把握される。
【0094】
（１）第１の態様に係る電解セル１１は、第１面（第１内面４１ａ，第２内面４２ａ）を有した第１セパレータ（陰極セパレータ４１，陽極セパレータ４２）と、前記第１セパレータとの間に収容空間Ｓを空けて配置され、前記第１面に対向する第２面（第１内面４１ａ，第２内面４２ａ）を有した第２セパレータ（陰極セパレータ４１，陽極セパレータ４２）と、前記収容空間Ｓに配置されたイオン交換膜５０と、前記第１セパレータと前記イオン交換膜５０との間に配置された第１給電体（陰極給電体５５，陽極給電体５７）と、前記第１給電体と前記イオン交換膜５０との間に配置された第１触媒層（陰極触媒層５４，陽極触媒層５６）と、前記第２セパレータと前記イオン交換膜５０との間に配置された第２給電体（陰極給電体５５，陽極給電体５７）と、前記第２給電体と前記イオン交換膜５０との間に配置された第２触媒層（陰極触媒層５４，陽極触媒層５６）と、前記第１セパレータの一部として設けられ、または前記第１セパレータと前記第１給電体との間に設けられ、前記第１面に沿って第１方向Ｄ１に流れる電解液Ｅｓの少なくとも一部の流れ方向を、前記第１方向Ｄ１における複数の位置の各々で、前記第１面とは交差する第２方向Ｄ２に変化させる流れ方向変化部４４（突起４４０，流路形成部材４４３）と、を備えている。
【0095】
これにより、第１方向Ｄ１に流れる電解液Ｅｓの少なくとも一部は、流れ方向変化部４４により案内されて、第１触媒層に向けて第２方向Ｄ２に流れる。このため、案内された電解液Ｅｓは、第１給電体の内部における、第１触媒層の近傍で第１触媒層に電解されている電解液Ｅｓを入れ替えるように拡散させる。
【0096】
（２）第２の態様に係る電解セル１１は、（１）の電解セル１１であって、前記第１セパレータは、前記第１面を含むセパレータ本体（陰極セパレータ本体４１０，陽極セパレータ本体４２０）を有し、前記流れ方向変化部４４は、前記セパレータ本体から前記イオン交換膜５０に向けて突出した複数の第１突起４４１を含み、前記複数の第１突起４４１は、前記第１方向Ｄ１で互いに離れて配置されてもよい。
【0097】
これにより、第１方向Ｄ１における複数の位置の各々での電解液Ｅｓの流れ方向の変化が、第１方向Ｄ１で互いに離れて配置された複数の第１突起４４１により実現される。すなわち、より具体的な構成で上記作用を実現することができる。
【0098】
（３）第３の態様に係る電解セル１１は、（２）の電解セル１１であって、前記セパレータ本体は、前記第１方向Ｄ１に沿う第１流路ＦＰ１を規定する第１溝４０ｄ１を有し、前記複数の第１突起４４１は、前記第１溝４０ｄ１の内部に配置されてもよい。
【0099】
これにより、第１流路ＦＰ１に第１突起４４１が配置されるため、例えば第１突起４４１が第１溝４０ｄ１の内部に配置されない場合と比較して、第１流路ＦＰ１を流れる電解液Ｅｓの流れ方向をより円滑に変化させることができる。すなわち、上記作用をより高精度に実現することができる。
【0100】
（４）第４の態様に係る電解セル１１は、（３）の電解セル１１であって、前記セパレータ本体は、前記第１面に沿う方向であって前記第１方向Ｄ１とは交差した第３方向Ｄ３において前記第１溝４０ｄ１の両側に分かれて配置された第１部分４０ｐ１および第２部分４０ｐ２を有し、前記複数の第１突起４４１の突出高さは、前記第１溝４０ｄ１の深さよりも小さく、前記第１部分４０ｐ１および前記第２部分４０ｐ２は、前記複数の第１突起４４１が前記第１給電体から離れた状態で前記第１給電体に接してもよい。
【0101】
電解セル１１のなかでは、電解還元に伴って気泡が発生する。第１触媒層の近傍で電解還元に伴って発生した気泡の少なくとも一部は、第１給電体の内部を第２方向Ｄ２に通過して、第１流路ＦＰ１に移動することがある。上記構成によれば、第１流路ＦＰ１において、複数の第１突起４４１の各々と第１給電体との間に隙間が存在する。そのため、第１流路ＦＰ１に移動した気泡の少なくとも一部は、電解液Ｅｓの流れにしたがって、上記隙間を通り抜けながら第１方向Ｄ１に流れることができる。したがって、電解還元に伴って発生した気泡を第１流路ＦＰ１に滞留させることなく効率的に回収することができる。
【0102】
（５）第５の態様に係る電解セル１１は、（３）または（４）の電解セル１１であって、前記複数の第１突起４４１の各々と前記第１給電体との間には、前記電解セル１１の運転時の圧力環境下で前記第１セパレータと前記イオン交換膜５０との間に生じる気泡の平均直径よりも大きな隙間が存在してもよい。
【0103】
これにより、第１流路ＦＰ１に移動した気泡の少なくとも一部は、電解液Ｅｓの流れにしたがって、第１突起４４１と第１給電体との間の隙間をより通り抜けやすくなる。したがって、上記作用をより高精度に実現することができる。
【0104】
（６）第６の態様に係る電解セル１１は、（３）から（５）のうちいずれか１つの電解セル１１であって、前記複数の第１突起４４１の各々は、前記第１方向Ｄ１に進むに従い前記セパレータ本体からの突出量が徐々に大きくなるように形成された変化部４４ｓを含んでもよい。
【0105】
これにより、上記変化部４４ｓを第１溝４０ｄ１の内部に設けるといった簡易な構成で第１流路ＦＰ１を第１方向Ｄ１に流れる電解液Ｅｓの少なくとも一部を、第２方向Ｄ２に向けて流すことができる。
【0106】
（７）第７の態様に係る電解セル１１は、（３）から（６）のうちいずれか１つの電解セル１１であって、少なくとも前記複数の第１突起４４１の表面には、撥水性の表面処理が施されてもよい。
【0107】
これにより、第１流路ＦＰ１を流れる電解液Ｅｓが第１突起４４１の表面からはじかれやすくなる。そのため、第１流路ＦＰ１を流れる電解液Ｅｓをより円滑に第２方向Ｄ２（イオン交換膜５０側）に案内することができる。したがって、上記作用をより高精度に実現することができる。
【0108】
（８）第８の態様に係る電解セル１１は、（３）から（７）のうちいずれか１つの電解セル１１であって、前記セパレータ本体は、前記第１面に沿う方向であって前記第１方向Ｄ１とは交差した第３方向Ｄ３で前記第１溝４０ｄ１と隣り合い、前記第１方向Ｄ１に沿う第２流路ＦＰ２を規定する第２溝４０ｄ２を有し、前記流れ方向変化部４４は、前記セパレータ本体から前記イオン交換膜５０に向けて突出した複数の第２突起４４２を含み、前記複数の第２突起４４２は、前記第２溝４０ｄ２の内部に配置されてもよい。
【0109】
これにより、第１流路ＦＰ１を流れる電解液Ｅｓの少なくとも一部は、第１給電体を介して、第１流路ＦＰ１に第３方向Ｄ３で隣り合う第２流路ＦＰ２に流入することができる。そして、第２流路ＦＰ２に流入した電解液Ｅｓの少なくとも一部に対しても上記作用が実現される。また、第２流路ＦＰ２を流れる電解液Ｅｓの少なくとも一部は、第１給電体を介して、第１流路ＦＰ１に流入することができる。
【0110】
（９）第９の態様に係る電解セル１１は、（８）の電解セル１１であって、前記複数の第１突起４４１に含まれる少なくとも２つの突起４４０と、前記複数の第２突起４４２に含まれる少なくとも２つの突起４４０とは、前記第１方向Ｄ１に関して千鳥状に配置されてもよい。
【0111】
これにより、第１流路ＦＰ１から第２流路ＦＰ２に流入した電解液Ｅｓの少なくとも一部は、第２突起４４２にあたりやすくなるため、第２突起４４２にあたった電解液Ｅｓの流れ方向は、第２流路ＦＰ２内でも第２方向Ｄ２に変化する。また、第２流路ＦＰ２から第１流路ＦＰ１に流入した電解液Ｅｓの少なくとも一部は、第１突起４４１にあたりやすいため、第１突起４４１にあたった電解液Ｅｓの流れ方向は、第１流路ＦＰ１内でも第２方向Ｄ２に変化する。したがって、例えば千鳥状に配置されていない場合と比較して、上記作用をより高精度に実現することができる。
【0112】
（１０）第１０の態様に係る電解セル１１は、（１）の電解セル１１であって、前記流れ方向変化部４４は、メッシュ構造体または多孔質体である流路形成部材４４３であってもよい。
【0113】
これにより、第１方向Ｄ１に流れる電解液Ｅｓの少なくとも一部は、第１触媒層に向けて第２方向Ｄ２を流れるようにメッシュ構造体により案内される。このため、案内された電解液Ｅｓは、第１給電体の内部における、第１触媒層の近傍で第１触媒層に電解されている電解液Ｅｓを入れ替えるように拡散させる。すなわち、より具体的な構成で上記作用を実現することができる。
【0114】
（１１）第１１の態様に係る電解セル１１は、（１０）の電解セル１１であって、前記流路形成部材４４３は、導電性を有し、前記第１セパレータと前記第１給電体との間に設けられて前記第１セパレータと前記第１給電体とを電気的に接続してもよい。
【0115】
これにより、電解液Ｅｓが流れる流路を第１セパレータに設けたとしても、例えば流路形成部材４４３が電導性を有しない場合と比較して、第１セパレータから第１給電体へ電解還元に必要な電気をより伝えやすい。
【0116】
（１２）第１２の態様に係る電解セル１１は、（１０）または（１１）の電解セル１１であって、前記流路形成部材４４３の空隙率は、前記第１給電体の空隙率よりも大きくてもよい。
【0117】
これにより、第１給電体の内部と比較して、流路形成部材４４３の内部を電解液Ｅｓが流れやすい。その結果、流路形成部材４４３から第１給電体に電解液Ｅｓを円滑に供給することができる。
【0118】
（１３）第１３の態様に係る電解セル１１は、（１０）から（１２）のうちいずれか１つの電解セル１１であって、前記流路形成部材４４３は、前記第２方向Ｄ２における流路抵抗が前記第１方向Ｄ１における流路抵抗と比べて小さくてもよい。
【0119】
これにより、流路形成部材４４３の内部を流れる電解液Ｅｓは、第１方向Ｄ１よりも第２方向Ｄ２に流れやすい。その結果、上記作用をより高精度に実現することができる。
【0120】
（１４）第１４の態様に係る電解装置１は、（１）から（１３）のうちいずれか１つの電解セル１１と、前記電解セル１１に前記電解液Ｅｓを供給する電解液供給部２０と、前記電解セル１１に電圧を印加する電源部３０と、を備えている。
【符号の説明】
【0121】
１…電解装置、１０…電解セルスタック、１１…電解セル、２０…電解液供給部、２０ａ…陰極側供給部、２０ｂ…陽極側供給部、２１…水素気液分離装置、２２…第１ポンプ、２３…水素回収部、２４…第１電解液供給部、２６…酸素気液分離装置、２７…第２ポンプ、２８…酸素回収部、２９…第２電解液供給部、３０…電源部、４０…電解槽、４０ｄ…溝、４０ｄ´…凹部、４０ｄ１…第１溝、４０ｄ２…第２溝、４０ｐ１…第１部分、４０ｐ２…第２部分、４０ｓ…溝底面、４１…陰極セパレータ、４１ａ…第１内面、４１ｂ…第１内面とは反対側を向く面、４２ｂ…第２内面とは反対側を向く面、４１ｅ１，４２ｅ１…第１セパレータ端部、４１ｅ２，４２ｅ２…第２セパレータ端部、４２…陽極セパレータ、４２ａ…第２内面、４３…膜電極接合体、４４…流れ方向変化部、４４ｓ…変化部、４４ｔ…接続部、４７…陰極、４８…陽極、５０…イオン交換膜、５０ａ…第１交換膜面、５０ｂ…第２交換膜面、５０ｅ…外縁部、５４…陰極触媒層、５５…陰極給電体、５５ａ…第１陰極面、５５ｂ…第２陰極面、５６…陽極触媒層、５７…陽極給電体、５７ａ…第１陽極面、５７ｂ…第２陽極面、６１…第１集電体、６２…第２集電体、６３…第１絶縁体、６４…第２絶縁体、６５…第１絶縁材、６６…第２絶縁材、６７…第１エンドフランジ、６８…第２エンドフランジ、７０…支持部、７１…第１支持部、７２…第２支持部、８０…封止部、８１…第１封止部、８２…第２封止部、４１０…陰極セパレータ本体、４２０…陽極セパレータ本体、４４０…突起、４４０ａ…上流面、４４０ｂ…下流面、４４０ｃ…接続面、４４１…第１突起、４４２…第２突起、４４３…流路形成部材、Ｃ…中央部、Ｄ１…第１方向、Ｄ１ｕ…上流側、Ｄ１ｄ…下流側、Ｄ２…第２方向、Ｄ３…第３方向、Ｅｓ…電解液、ＦＰ…流路、ＦＰ１…第１流路、ＦＰ２…第２流路、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４…配管ライン、Ｓ…収容空間、Ｓａ…陰極室、Ｓｂ…陽極室
【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】