特開 2024-27696 電気化学セル及びセルスタック

(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】P2024027696

(43)【公開日】2024-03-01

(54)【発明の名称】電気化学セル及びセルスタック

(51)【国際特許分類】

   C25B 9/23 20210101AFI20240222BHJP

   C25B 1/04 20210101ALI20240222BHJP

   C25B 1/23 20210101ALI20240222BHJP

   C25B 9/00 20210101ALI20240222BHJP

   C25B 9/63 20210101ALI20240222BHJP

   C25B 11/02 20210101ALI20240222BHJP

   C25B 11/052 20210101ALI20240222BHJP

   C25B 11/065 20210101ALI20240222BHJP

   C25B 11/061 20210101ALI20240222BHJP

   C25B 11/069 20210101ALI20240222BHJP

【ＦＩ】

C25B9/23

C25B1/04

C25B1/23

C25B9/00 A

C25B9/63

C25B11/02 301

C25B11/052

C25B11/065

C25B11/061

C25B11/069

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022130705

(22)【出願日】2022-08-18

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）令和３年度、環境省・二酸化炭素の資源化を通じた炭素循環社会モデル構築促進事業委託業務（人工光合成技術を用いた電解による地域のＣＯ２資源化検討事業） 産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(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】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）】

4K011

4K021

【Ｆターム（参考）】

4K011AA16

4K011AA31

4K011AA33

4K011BA07

4K011DA01

4K021AA01

4K021AB25

4K021BA02

4K021DB18

4K021DB53

(57)【要約】

【課題】アノード電極板とカソード電極板との短絡を低減でき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、隔膜１１と、隔膜１１の一方の面に接するアノード電極板１２と、隔膜１１の他方の面に接し、アノード電極板１２よりも機械的強度の小さいカソード電極板１３と、を備える。そして、アノード電極板１２の外周縁１２ｃは、カソード電極板１３の外周縁１３ｃよりも外側に位置する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

隔膜と、
前記隔膜の一方の面に接する第１の電極板と、
前記隔膜の他方の面に接し、前記第１の電極板よりも機械的強度の小さい第２の電極板と、を備え、
前記第１の電極板の外周縁は、前記第２の電極板の外周縁よりも外側に位置する、電気化学セル。

【請求項2】

前記第２の電極板の前記外周縁の外側に配置され、前記第１の電極板における前記第２の電極板の前記外周縁よりも外側に位置する部分に対面する支持部を含む電極板外枠をさらに備える、請求項１に電気化学セル。

【請求項3】

前記電極板外枠は、前記第１の電極板の前記外周縁の外側に配置される第１電極用外枠部材と、前記第２の電極板の前記外周縁の外側に配置されて且つ前記第１電極用外枠部材と対面し、前記支持部を含む第２電極用外枠部材と、を備える、請求項２に記載の電気化学セル。

【請求項4】

前記隔膜の外周縁は、前記第１の電極板の前記外周縁よりも外側に位置し、
前記隔膜における前記第１の電極板の前記外周縁よりも外側に位置する部分は、前記第１電極用外枠部材と前記第２電極用外枠部材とに挟み込まれる、請求項３に記載の電気化学セル。

【請求項5】

前記第１電極用外枠部材と前記第２電極用外枠部材は、前記隔膜における前記第１の電極板の前記外周縁よりも外側に位置する部分を接着層を介して挟み込む、請求項４に記載の電気化学セル。

【請求項6】

前記接着層は、前記第１電極用外枠部材と前記第２電極用外枠部材とを接合しており、前記隔膜における前記第１の電極板の前記外周縁よりも外側に位置する部分は、前記第１電極用外枠部材と前記第２電極用外枠部材との間で前記接着層の内部に入り込んでいる、請求項５に記載の電気化学セル。

【請求項7】

前記第１の電極板は、金属のメッシュ材、金属のパンチング材、金属の多孔体、及び金属繊維焼結体からなる群より選ばれる少なくとも１つを有する基材を含む、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】

前記第２の電極板は、炭素材料を有する基材を含む、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9】

前記第２の電極板の前記基材は、カーボンペーパ、カーボンクロス、及びカーボン粉と樹脂材料との焼成体からなる群より選ばれる少なくとも１つを有する、請求項８に記載の電気化学セル。

【請求項10】

請求項１に記載の複数の電気化学セルと、
複数の流路板と、を備え、
前記電気化学セルと前記流路板とを交互に積層する、セルスタック。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施の形態は、電気化学セル及びセルスタックに関する。

【背景技術】

【0002】

電気化学セルは、例えば、電解質膜などの隔膜と、隔膜を挟んで配置されるアノード電極板及びカソード電極板とを備える。このような電気化学セルでは、アノード電極板及びカソード電極板のうちの少なくとも一方に、液体、又は気体、又は液体と気体の混合体からなる流体が供給されるとともに、アノード電極板とカソード電極板との間に外部から電位差が負荷され、電流が流される。これにより、イオン化した物質が隔膜を通過し、電気化学反応が発生する。

【0003】

上記電気化学セルは、アノード電極板側に水（Ｈ_２Ｏ）を供給することでカソード電極板側から水素（Ｈ_２）を取り出す水電解に用いられることがある。また、上記電気化学セルは、アノード電極板側に微量の電解質を含んだ水（Ｈ_２Ｏ）を供給し且つカソード電極板側に二酸化炭素（ＣＯ_２）を供給することでカソード電極板側から一酸化炭素（ＣＯ）を取り出す二酸化炭素電解に用いられることもある。

【0004】

このような電気化学セルにおいてアノード電極板側に流体（以下、アノード流体）を供給し且つカソード電極板側に流体（以下、カソード流体）を供給する場合には、通常、アノード流体及びカソード流体を通流させるための流路を形成する流路板が用いられる。

【0005】

流路板には、一方の面にアノード流体の流路を形成するための流路形成部分を有し、他方の面にカソード流体の流路を形成するための流路形成部分を有するものがある。この流路板は、一方の面でアノード電極板に接することでアノード電極板との間にアノード流体の流路を形成し、他方の面でカソード電極板に接することでカソード電極板との間にカソード流体の流路を形成する。このような流路板は、複数の電気化学セルとともにセルスタックを作製する場合に用いられることがある。

【0006】

セルスタックは、隔膜、アノード電極板及びカソード電極板からなる電極板ユニットと、上述したような流路板とを交互に積層することで作製され得る。このようなセルスタックでは、通常、複数の電極板ユニットと複数の流路板とを含む積層体を積層方向の両端部から締め付けることにより、複数の電極板ユニットと複数の流路板とが固定される。このような締め付けを行った場合には、隣り合う電極板ユニットと流路板とが互いに近接する方向に締め付けられる。また、電極板ユニット内では、アノード電極板とカソード電極板とを互いに近接させる力が生じる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特許第６６７２１９３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

以上のような電気化学セルでは、アノード電極板の材質がカソード電極板の材質と同じでもよい。また、アノード電極板の材質がカソード電極板の材質と異なってもよい。アノード電極板の材質とカソード電極板の材質とを異ならせる場合、アノード電極板は、例えばチタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）等のメッシュ材、パンチング材、多孔体や、金属繊維焼結体等の多孔構造を有する部材で構成されてもよい。また、カソード電極板は、例えばカーボンペーパやカーボンクロス等の多孔構造を有するカーボン基材で構成されてもよい。

【0009】

ところで、例えばセルスタックを作製する際の上述したような締め付けによりアノード電極板とカソード電極板とを互いに近接させる力が生じる場合、アノード電極板の材質とカソード電極板の材質とが異なると、アノード電極板及びカソード電極板のうちの機械的強度が高い方の電極板、特にその外周部分が、機械的強度の低い方の電極板よりも隔膜を貫通しやすくなる。例えばアノード電極板が金属のメッシュ材で構成され、カソード電極板がカーボンペーパで構成される場合、アノード電極板がカソード電極板よりも隔膜を貫通しやすくなる。そして、アノード電極板及びカソード電極板のうちのいずれか又は両方が隔膜を貫通した場合には、アノード電極板とカソード電極板との短絡が生じ得る。

【0010】

アノード電極板及びカソード電極板の両方が機械的強度の小さいカーボンペーパ等で構成される場合には、これまで電極板の隔膜の貫通は大きな問題にならなかった。しかしながら、アノード電極板及びカソード電極板の材質などを互いに異ならせる場合には、上述したような一方の電極板が隔膜を貫通しやすくなるといった状況が生じ得る。したがって、電極板の隔膜の貫通による短絡を抑制するための対策を講じることが望ましい。

【0011】

そこで、本発明が解決しようとする課題は、アノード電極板とカソード電極板との短絡を低減できる電気化学セル及びセルスタックを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0012】

一実施の形態に係る電気化学セルは、隔膜と、前記隔膜の一方の面に接する第１の電極板と、前記隔膜の他方の面に接し、前記第１の電極板よりも機械的強度の小さい第２の電極板と、を備えている。前記第１の電極板の外周縁は、前記第２の電極板の外周縁よりも外側に位置している。

【0013】

また、一実施の形態に係るセルスタックは、前記の複数の電気化学セルと、複数の流路板と、を備え、前記電気化学セルと前記流路板とを交互に積層する。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、アノード電極板とカソード電極板との短絡を低減できる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】一実施の形態に係る電気化学セルの平面図である。

【図2】図１の電気化学セルの断面図である。

【図3】図１の電気化学セルを構成する電極板の断面図である。

【図4】図１の電気化学セルを備えるセルスタックの断面図である。

【図5】（Ａ）及び（Ｂ）は、図１の電気化学セルの変形例を示す図である。

【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一実施の形態に係る電気化学セル１を詳細に説明する。なお、本明細書で言う「板」という用語は、呼称の違いのみに基づいて、シートやフィルム、箔等と呼ばれる部材から区別されるものではない。

【0017】

＜電気化学セル＞
図１は、一実施の形態に係る電気化学セル１の平面図である。図２は、板状をなす図１の電気化学セル１を厚さ方向に切断した際の断面図である。図１及び図２に示す電気化学セル１は、電極板ユニット１０と、電極板外枠２０と、を備えている。電極板外枠２０は、電極板ユニット１０の周囲を囲むように配置されて電極板ユニット１０と一体化されている。

【0018】

電極板ユニット１０は、隔膜１１と、隔膜１１の一方の面に接するアノード電極板１２と、隔膜１１の他方の面に接するカソード電極板１３と、を備える。隔膜１１、アノード電極板１２及びカソード電極板１３は、それぞれの厚さ方向を平行にした状態で積層される。上記隔膜１１の一方の面及び他方の面とは、隔膜１１の厚さ方向における一方の面及び当該一方の面の反対の他方の面を意味する。本実施の形態においてアノード電極板１２は第１の電極板に対応し、カソード電極板１３は第２の電極板に対応する。

【0019】

隔膜１１は、固定高分子膜（イオン交換膜）や固定電解質膜（電解質膜）などのイオン濾過膜である。アノード電極板１２は、例えば電気化学セル１を用いて水電解を行う場合、アノード流体としての水（Ｈ_２Ｏ）を供給される。この際、水素（Ｈ_２）がカソード電極板１３側から取り出される。

【0020】

アノード電極板１２は、一例として、金属の基材（以下、アノード基材）と、アノード基材に付着又は含有されたアノード触媒材料と、を含む。アノード基材は、アノード流体を供給された際に、アノード流体やイオンを移動させることが可能な構造を有する。アノード基材は、例えば金属のメッシュ材、金属のパンチング材、金属の多孔体、及び金属繊維焼結体からなる群より選ばれる少なくとも１つを有するものでもよい。アノード基材を構成し得る金属のメッシュ材、パンチング材、及び多孔体や、金属繊維焼結体は、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）等の金属やこれら金属を少なくとも１つ含む合金（例えばＳＵＳ）等の金属材料で構成されてもよい。

【0021】

アノード触媒材料は、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ニッケル（Ｎｉ）等の金属、それらの金属を含む合金や金属間化合物、酸化マンガン（Ｍｎ－Ｏ）、酸化イリジウム（Ｉｒ－Ｏ）、酸化ニッケル（Ｎｉ－Ｏ）、酸化コバルト（Ｃｏ－Ｏ ）、酸化鉄（Ｆｅ－Ｏ）、酸化スズ（Ｓｎ－Ｏ）、酸化インジウム（Ｉｎ－Ｏ）、酸化ルテニウム（Ｒｕ－Ｏ）、酸化リチウム（Ｌｉ－Ｏ）、酸化ランタン（Ｌａ－Ｏ）等の二元系金属酸化物、Ｎｉ－Ｃｏ－Ｏ、Ｎｉ－Ｆｅ－Ｏ、Ｌａ－Ｃｏ－Ｏ、Ｎｉ－Ｌａ－Ｏ、Ｓｒ－Ｆｅ－Ｏ等の三元系金属酸化物、Ｐｂ－Ｒｕ－Ｉｒ－Ｏ、Ｌａ－Ｓｒ－Ｃｏ－Ｏ等の四元系金属酸化物、Ｒｕ錯体やＦｅ錯体等の金属錯体などでもよい。また、アノード触媒材料は、ナノ粒子、ナノ構造体、ナノワイヤなどでもよい。ナノ構造体とは、触媒材料の表面にナノスケールの凹凸を形成した構造体である。

【0022】

カソード電極板１３は、一例として、炭素材料を有する基材（以下、カソード基材）と、カソード基材の表面に形成されたカソード触媒材料と、を含む。カソード基材は、カーボンペーパ、カーボンクロス、及びカーボン粉と樹脂材料の焼成体からなる群より選ばれる少なくとも１つを有してもよい。

【0023】

カソード触媒材料は、例えばカソード基材の表面に形成される膜の形態で設けられ、この場合、隔膜１１と接触する。カソード触媒材料は、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）、チタン（Ｔｉ）、カドミウム（Ｃｄ）、亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、鉛（Ｐｂ）、錫（Ｓｎ）等の金属、または、それらの金属を少なくとも１つ含む合金や金属間化合物等の金属材料、炭素（Ｃ）、グラフェン、ＣＮＴ（カーボンナノチューブ）、フラーレン、ケッチェンブラック等の炭素材料、Ｒｕ錯体やＲｅ錯体等の金属錯体などでもよい。

【0024】

本実施の形態では、カソード電極板１３の機械的強度がアノード電極板１２の機械的強度よりも小さい。具体的に本実施の形態では、アノード電極板１２のアノード基材がチタンの金属繊維焼結体を有し、カソード電極板１３のカソード基材はカーボンペーパでなり、薄いシートとなる。その結果、カソード電極板１３の機械的強度は、アノード電極板１２の機械的強度よりも小さくなっている。より詳しくは、本実施の形態ではカソード電極板１３の少なくともビッカーズ硬さが、アノード電極板１２のビッカーズ硬さよりも小さい。

【0025】

詳細は後述するが、電気化学セル１は例えば流路板１１１（図４参照）と交互に積層されることでセルスタック１００を構成する。この場合、複数の電気化学セル１と複数の流路板１１１とを含む積層体は、積層方向の両側から締め付けられることで固定される。このような締め付けの際に、アノード電極板１２及びカソード電極板１３はそれぞれの特に外周部分で、互いに近接する方向における大きい締め付け力を受ける。このとき、上述したようにカソード電極板１３の機械的強度がアノード電極板１２の機械的強度よりも小さい場合には、アノード電極板１２が隔膜１１を貫通してカソード電極板１３に接触しやすくなる。

【0026】

また、本実施の形態では特にアノード電極板１２が金属を含み、その外周部分に比較的硬く且つ鋭いバリが生じる場合があり、表面が粗くなることがある。これに起因して、アノード電極板１２の外周部分が隔膜１１をより貫通しやすくなることがある。さらには、締め付け部材の反りの影響で、アノード電極板１２の中央側よりも外周部分のほうに応力が集中しやすく、その結果、アノード電極板１２の外周部分が隔膜１１をより貫通しやくなる。

【0027】

そこで、電気化学セル１は、図２に示すようにアノード電極板１２の外周縁１２ｃがカソード電極板１３の外周縁１３ｃよりも外側に位置するように構成される。これにより、仮にアノード電極板１２の外周部分が隔膜１１を貫通したとしても、アノード電極板１２とカソード電極板１３との短絡が低減され得る。

【0028】

詳しくは、アノード電極板１２及びカソード電極板１３はそれぞれ、図１に示すように平面視で、換言すると厚さ方向に見た場合に矩形状である。そして、アノード電極板１２とカソード電極板１３とは辺の向きを揃えられ、アノード電極板１２は、カソード電極板１３の全体を包含する状態でカソード電極板１３と重なっている。すなわち、アノード電極板１２の外周縁１２ｃは、その全域でカソード電極板１３の外周縁１３ｃよりも外側に位置している。これにより、本実施の形態における電気化学セル１は、アノード電極板１２の外周部分が広範囲又は全体的に隔膜１１を貫通したとしても、アノード電極板１２とカソード電極板１３との短絡が低減され得るようになっている。ただし、アノード電極板１２の外周縁１２ｃが部分的にカソード電極板１３の外周縁１３ｃよりも外側に位置するような構成が採用されてもよい。

【0029】

また、本実施の形態では隔膜１１がアノード電極板１２よりも大きく、隔膜１１の外周縁１１ｃがアノード電極板１２の外周縁１２ｃよりも外側に位置している。詳しくは、隔膜１１は、図１に示すように平面視で、換言すると厚さ方向に見た場合に矩形状であり、アノード電極板１２及びカソード電極板１３と辺の向きを揃えられて重ねられた際、アノード電極板１２及びカソード電極板１３の全体を包含するようになっている。これにより、隔膜１１の外周縁１１ｃは、その全域でアノード電極板１２の外周縁１２ｃよりも外側に位置している。

【0030】

ここで、本実施の形態では隔膜１１におけるアノード電極板１２の外周縁１２ｃよりも外側に位置する部分（外周部分）が電極板外枠２０に覆われている。詳しくは、電極板外枠２０は、隔膜１１の外周部分を厚さ方向の両側から覆い、且つ保持している。

【0031】

より詳しくは、電極板外枠２０は、アノード電極板１２の外周縁１２ｃの外側に配置されるアノード用外枠部材２１と、カソード電極板１３の外周縁１３ｃの外側に配置され且つアノード用外枠部材２１と対面するカソード用外枠部材２２と、を有する。そして、これらアノード用外枠部材２１とカソード用外枠部材２２とに隔膜１１の外周部分が挟み込まれて、保持されている。ここで、本実施の形態におけるアノード用外枠部材２１は第１電極用外枠部材に対応する部材であり、カソード用外枠部材２２は第２電極用外枠部材に対応する部材である。

【0032】

アノード用外枠部材２１は矩形の開口を有する板材である。そして、アノード用外枠部材２１は、その開口の内側にアノード電極板１２を嵌め込むようにして収容する。カソード用外枠部材２２も矩形の開口を有する板状である。そして、カソード用外枠部材２２も、その開口の内側にカソード電極板１３を嵌め込むようにして収容する。ここで、カソード用外枠部材２２は、アノード電極板１２におけるカソード電極板１３の外周縁１３ｃよりも外側に位置する部分に対面する支持部２２Ｓを含んでいる。

【0033】

カソード用外枠部材２２の開口はアノード用外枠部材２１の開口よりも一回り小さく、カソード用外枠部材２２とアノード用外枠部材２１とが対面するように配置された際、カソード用外枠部材２２の開口の周縁部分は、アノード用外枠部材２１の開口から露出する。この露出部分に、上述の支持部２２Ｓが形成されている。支持部２２Ｓは、アノード電極板１２が隔膜１１に押し付けられた際、隔膜１１の外周部分を介してアノード電極板１２を支持する部分である。

【0034】

また、本実施の形態におけるアノード用外枠部材２１及びカソード用外枠部材２２は、隔膜１１の外周部分を接着層２４を介して挟み込む。接着層２４は絶縁性を有する。接着層２４は、有機系でも、無機系でもよい。接着層２４は、接着剤を硬化してなるものでもよいし、揮発型の接着剤からなるものでもよいし、接着テープ等の感圧性接着剤からなるものでもよい。

【0035】

接着層２４はアノード用外枠部材２１とカソード用外枠部材２２との間に介在し、アノード用外枠部材２１とカソード用外枠部材２２とを接合している。隔膜１１の外周部分は、アノード用外枠部材２１とカソード用外枠部材２２との間で接着層２４の内部に入り込んでいる。これにより、アノード用外枠部材２１及びカソード用外枠部材２２が隔膜１１の外周部分を接着層２４を介して挟み込む状態が形成される。接着層２４の厚みは特に限られないが、隔膜１１の厚さよりも大きい。

【0036】

電気化学セル１を組み立てる際には、例えば、アノード用外枠部材２１にアノード電極板１２が組み込まれ、アノード用外枠部材２１におけるカソード用外枠部材２２と対面する面に接着剤が塗布される。また、カソード用外枠部材２２にカソード電極板１３が組み込まれ、カソード用外枠部材２２におけるアノード用外枠部材２１と対面する面に接着剤が塗布される。そして、例えばカソード電極板１３と、カソード用外枠部材２２上の接着剤とに跨がるように隔膜１１が重ねられる。その後、カソード用外枠部材２２上の接着剤にアノード用外枠部材２１上の接着剤が接し且つ隔膜１１にアノード電極板１２が接するように、アノード用外枠部材２１及びアノード電極板１２と、カソード用外枠部材２２及びカソード電極板１３とが重ねられる。これにより、隔膜１１の一部は接着層２４の内部に入り込む状態になる。

【0037】

また、図１に示すように電極板外枠２０には、アノード流体入口連通孔２６Ａと、アノード流体出口連通孔２６Ｂと、カソード流体入口連通孔２７Ａと、カソード流体出口連通孔２７Ｂと、が設けられる。アノード流体入口連通孔２６Ａは、アノード電極板１２上に供給するアノード流体を通過させる孔である。アノード流体出口連通孔２６Ｂは、アノード電極板１２から流出するアノード流体を通過させる孔である。カソード流体入口連通孔２７Ａは、カソード電極板１３上に供給するカソード流体を通過させる孔である。カソード流体出口連通孔２７Ｂは、カソード電極板１３から流出するカソード流体を通過させる孔である。

【0038】

電極板外枠２０は、フッ素樹脂、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）などの樹脂材料で構成されてもよい。電極板外枠２０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。電極板外枠２０は、導電性の基材の表面の流体に接する範囲に電気絶縁性の材料を設置して構成されてもよい。

【0039】

＜セルスタック＞
以下、電気化学セル１を備えるセルスタック１００の一例について説明する。図４に示すセルスタック１００は、複数の電気化学セル１と、複数の流路板組込体１１０と、第１締付板１２１と、第２締付板１２２と、を備える。

【0040】

流路板組込体１１０は、流路板１１１と、流路板１１１の外周縁を囲む状態で流路板１１１と一体化される流路板外枠１１２と、を含む。流路板組込体１１０は、流路板１１１が電極板ユニット１０に重なるとともに流路板外枠１１２が電極板外枠２０に重なるように配置される。流路板１１１は図示の例では波形であり、一方の面（図４の下面）にアノード流路用溝１１１ａを有し、他方の面（図４の上面）にカソード流路用溝１１１ｃを有する。流路板１１１は、アノード流路用溝１１１ａでアノード電極板１２と接した際に、アノード電極板１２とともにアノード流体流路を形成する。流路板１１１は、カソード流路用溝１１１ｃでカソード電極板１３と接した際に、カソード電極板１３とともにカソード流体流路を形成する。

【0041】

セルスタック１００では、複数の電気化学セル１と複数の流路板組込体１１０とが交互に積層される。これにより、複数の電気化学セル１と、詳しくはその電極板ユニット１０と、複数の流路板１１１とが交互に積層される状態が形成される。このような積層状態において、図示の例では、電極板ユニット１０の外周部が、電極板ユニット１０に対して厚さ方向の両側に配置される流路板組込体１１０における流路板外枠１１２のそれぞれと重なる。２つの流路板外枠１１２に挟まれるようにして重なる電極板ユニット１０の外周部には、隔膜１１の外周部分、アノード電極板１２の外周部分及びカソード電極板１３の外周部分が含まれる。ただし、電極板ユニット１０の外周部の一部又は全部は厚み方向で流路板外枠１１２と重ならなくてもよい。

【0042】

また、第１締付板１２１は、電気化学セル１と流路板組込体１１０とを含む積層体の積層方向における一方の端に位置する流路板組込体１１０に第１集電板１３１を介して接するように配置されている。第２締付板１２２は、上記積層方向における他方の端に位置する流路板組込体１１０に第２集電板１３２を介して接するように配置されている。そして、第１締付板１２１と第２締付板１２２は、締結部材１２３によって互いに近接する方向に締め付けられる。これにより、積層された電気化学セル１と流路板組込体１１０とが固定される。本実施の形態では、２つの流路板外枠１１２に挟まれるようにして重なる電極板ユニット１０の外周部に、隔膜１１の外周部分、アノード電極板１２の外周部分及びカソード電極板１３の外周部分が含まれる。したがって、上記締め付けが行われた場合、アノード電極板１２の外周部分とカソード電極板１３の外周部分とを近接させる力は、主として流路板外枠１１２から伝わる。

【0043】

図示しないが、流路板外枠１１２には、アノード流体入口連通孔２６Ａ及びアノード流体出口連通孔２６Ｂと、流路板１１１におけるアノード流路用溝１１１ａとを接続する流路が形成されている。また、流路板外枠１１２には、カソード流体入口連通孔２７Ａ及びカソード流体出口連通孔２７Ｂと、流路板１１１におけるカソード流路用溝１１１ｃとを接続する流路が形成されている。

【0044】

流路板１１１は、カーボン、カーボンと樹脂の混合物、金属などの導電性の材料、又は、導電性の材料の表面に導電性のメッキやコーティングを付加した材料で構成されてもよい。メッキやコーティングは、腐食電位を高くしたり、接触抵抗を低減したりする目的で不可される。

【0045】

流路板外枠１１２は、フッ素樹脂、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）などの樹脂材料で構成されてもよい。また、流路板外枠１１２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１１２は、導電性の基材の表面の流体に接する範囲に電気絶縁性の材料を設置して構成されてもよい。

【0046】

本実施の形態に係る電気化学セル１は、上述したように、隔膜１１と、隔膜１１の一方の面に接するアノード電極板１２と、隔膜１１の他方の面に接し、アノード電極板１２よりも機械的強度の小さいカソード電極板１３と、を備えている。そして、アノード電極板１２の外周縁１２ｃは、カソード電極板１３の外周縁１３ｃよりも外側に位置する。これにより、アノード電極板１２とカソード電極板１３との短絡を低減できる。

【0047】

すなわち、例えば上述したようにセルスタック１００に電気化学セル１が組み込まれる際、隣り合う流路板１１１と電極板ユニット１０は互いに近接する方向に締め付けられる状態で固定される。このような締め付けでは、アノード電極板１２とカソード電極板１３とを互いに近接させる力が生じる。そして、このような力が生じる場合、アノード電極板１２の材質とカソード電極板１３の材質とが異なると、アノード電極板１２及びカソード電極板１３のうちの機械的強度が高い方の電極板（本実施の形態では、アノード電極いた１２）の外周部分が隔膜１１を貫通しやすくなる。そのため、アノード電極板１２とカソード電極板１３とが短絡するリスクが高まる。ここで、本実施の形態ではアノード電極板１２の外周縁１２ｃがカソード電極板１３の外周縁１３ｃよりも外側に位置する。これにより、仮にアノード電極板１２の外周部分が隔膜１１を貫通したとしても、貫通した先にはカソード電極板１３が無いため、アノード電極板１２とカソード電極板１３との接触が回避され得る。したがって、アノード電極板１２とカソード電極板１３との短絡を低減できる。

【0048】

＜変形例＞
次に、上述の実施の形態の変形例について図５を参照しつつ説明する。上述の実施の形態では、アノード用外枠部材２１とカソード用外枠部材２２は、隔膜１１におけるアノード電極板１２の外周縁１２ｃよりも外側に位置する部分を接着層２４を介して挟み込む。図５に示す変形例では、隔膜１１と電極板外枠２０との間に接着層２４が介在しない。

【0049】

まず、図５（Ａ）では電極板外枠２０が２部材に分離されていない。一方で、電極板外枠２０には、アノード電極用開口２０ａと、アノード電極用開口２０ａよりも小さいカソード電極用開口２０ｃとが形成されている。そして、電極板外枠２０には、アノード電極用開口２０ａとカソード電極用開口２０ｃとの間に段差部２０Ｓが形成される。そして、段差部２０Ｓは支持部２２Ｓを形成する。そして、段差部２０Ｓに、隔膜１１とアノード電極板１２とがこの順で重ねられている。このような構成でも、仮にアノード電極板１２の外周部分が隔膜１１を貫通したとしても、貫通した先にはカソード電極板１３が無いため、アノード電極板１２とカソード電極板１３との接触が回避され得る。したがって、アノード電極板１２とカソード電極板１３との短絡を低減できる。

【0050】

また、図５（Ｂ）では、電極板外枠２０がアノード用外枠部材２１とカソード用外枠部材２２とを備えるが、アノード用外枠部材２１及びカソード用外枠部材２２と、隔膜１１との間に接着層２４が設けられていない。このような構成でも、アノード電極板１２とカソード電極板１３との短絡を低減できる。

【0051】

以上、一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。

【0052】

例えば、上述の実施の形態では流路板１１１の外周に流路板外枠１１２が設けられるが、流路板外枠１１２がなく、流路板１１１の外周部分が電極板外枠２０に重なる構成でもよい。

【0053】

また、上述の実施の形態では、アノード電極板１２のアノード基材がチタンの金属繊維焼結体を有し、カソード電極板１３のカソード基材がカーボンペーパでなることで、カソード電極板１３の機械的強度がアノード電極板１２の機械的強度よりも小さくなる例を説明した。ただし、このような材質の組合せは特に限られるものではない。また、アノード電極板１２の機械的強度がカソード電極板１３の機械的強度よりも小さくてもよい。

【0054】

また、例えばアノード電極板１２の厚さがカソード電極板１３の厚さよりも大きいことで、アノード電極板１２の機械的強度がカソード電極板１３の機械的強度よりも大きくなってもよい。この場合、アノード電極板１２の材質とカソード電極板１３の材質は同じであってもよいし、異なってもよい。例えばアノード電極板１２が厚さ１ｍｍの白金板（Ｐｔ）で構成され、カソード電極板１３が厚さ０．１ｍｍの白金箔で構成される場合、アノード電極板１２がカソード電極板１３よりも隔膜１１を貫通しやすくなる。この場合、アノード電極板１２の外周縁１２ｃをカソード電極板１３の外周縁１３ｃの外側に位置させることで、短絡を抑制することが可能となる。以上の観点から、アノード電極板１２及びカソード電極板１３のうちの例えば機械的強度として曲げ剛性が大きい方の電極板の外周縁を曲げ剛性を小さい方の電極板の外周縁よりも外側に位置させることは、短絡の低減において有効と言える。

【符号の説明】

【0055】

１…電気化学セル、１０…電極板ユニット、１１…隔膜、１１ｃ…外周縁、１２…アノード電極板、１２ｃ…外周縁、１３…カソード電極板、１３ｃ…外周縁、２０…電極板外枠、２０ａ…アノード電極用開口、２０ｃ…カソード電極用開口、２１…アノード用外枠部材、２２…カソード用外枠部材、２２Ｓ…支持部、２４…接着層、２６Ａ…アノード流体入口連通孔、２６Ｂ…アノード流体出口連通孔、２７Ａ…カソード流体入口連通孔、２７Ｂ…カソード流体出口連通孔、１００…セルスタック、１１０…流路板組込体、１１１…流路板、１１１ａ…アノード流路用溝、１１１ｃ…カソード流路用溝、１１２…流路板外枠、１２１…第１締付板、１２２…第２締付板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】