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(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】P2024093412
(43)【公開日】2024-07-09
(54)【発明の名称】膜電極接合体、及び膜電極接合体の製造方法
(51)【国際特許分類】
C25B 11/053 20210101AFI20240702BHJP
C25B 9/00 20210101ALN20240702BHJP
【ＦＩ】
C25B11/053
C25B9/00 A
【審査請求】有
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022209779
(22)【出願日】2022-12-27
(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】向井 大輔
(72)【発明者】
【氏名】三好 崇仁
(72)【発明者】
【氏名】祐延 貴洋
(72)【発明者】
【氏名】田上 直人
(72)【発明者】
【氏名】稲葉 康介
(72)【発明者】
【氏名】古川 翔一
(72)【発明者】
【氏名】弦巻 茂
【テーマコード（参考）】
4K011
4K021
【Ｆターム（参考）】
4K011BA04
4K011BA07
4K011BA08
4K011BA12
4K011DA01
4K021BA02
4K021DB43
(57)【要約】
【課題】接触抵抗の不均一性（面内でのばらつき）と局所的な電流集中を抑制可能な膜電極接合体、及び膜電極接合体の製造方法を提供する。
【解決手段】膜電極接合体は、第一面、及び該第一面とは反対側に位置した第二面を有するイオン交換膜と、イオン交換膜よりも第一面の側に配置された陰極触媒層と、イオン交換膜よりも第二面の側に配置された陽極触媒層と、イオン交換膜と陰極触媒層との間、及びイオン交換膜と陽極触媒層との間に陰極触媒層及び陽極触媒層と別体として設けられて、陰極触媒層及び記陽極触媒層と共に層構造を成すイオノマー層と、を備える。
【選択図】図５
【解決手段】膜電極接合体は、第一面、及び該第一面とは反対側に位置した第二面を有するイオン交換膜と、イオン交換膜よりも第一面の側に配置された陰極触媒層と、イオン交換膜よりも第二面の側に配置された陽極触媒層と、イオン交換膜と陰極触媒層との間、及びイオン交換膜と陽極触媒層との間に陰極触媒層及び陽極触媒層と別体として設けられて、陰極触媒層及び記陽極触媒層と共に層構造を成すイオノマー層と、を備える。
【選択図】図５
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第一面、及び該第一面とは反対側に位置した第二面を有するイオン交換膜と、
前記イオン交換膜よりも前記第一面の側に配置された陰極触媒層と、
前記イオン交換膜よりも前記第二面の側に配置された陽極触媒層と、
前記イオン交換膜と前記陰極触媒層との間、及び前記イオン交換膜と前記陽極触媒層との間に、前記陰極触媒層及び前記陽極触媒層と別体として設けられて、前記陰極触媒層及び前記陽極触媒層と共に層構造を成すイオノマー層と、
を備える膜電極接合体。
前記イオン交換膜よりも前記第一面の側に配置された陰極触媒層と、
前記イオン交換膜よりも前記第二面の側に配置された陽極触媒層と、
前記イオン交換膜と前記陰極触媒層との間、及び前記イオン交換膜と前記陽極触媒層との間に、前記陰極触媒層及び前記陽極触媒層と別体として設けられて、前記陰極触媒層及び前記陽極触媒層と共に層構造を成すイオノマー層と、
を備える膜電極接合体。
【請求項2】
前記イオノマー層は、
イオノマー樹脂成分と、
該イオノマー樹脂成分とは異なる非イオノマー樹脂成分と、
によって構成されており、
前記イオノマー樹脂成分は、８０質量％以上、１００質量％未満の割合で前記イオノマー層中に含まれている請求項１に記載の膜電極接合体。
イオノマー樹脂成分と、
該イオノマー樹脂成分とは異なる非イオノマー樹脂成分と、
によって構成されており、
前記イオノマー樹脂成分は、８０質量％以上、１００質量％未満の割合で前記イオノマー層中に含まれている請求項１に記載の膜電極接合体。
【請求項3】
前記イオノマー樹脂成分は、前記イオン交換膜、前記陰極触媒層、及び前記陽極触媒層のそれぞれに共通して含まれる添加物と同一組成の組成物を含む請求項２に記載の膜電極接合体。
【請求項4】
前記非イオノマー樹脂成分は、電解触媒粒子及びバインダーを含む請求項２又は３に記載の膜電極接合体。
【請求項5】
前記イオノマー層の厚さは、前記陰極触媒層の厚さ及び前記陽極触媒層の厚さの１０％以上、５０％以下である請求項１から３の何れか一項に記載の膜電極接合体。
【請求項6】
前記イオノマー層の厚さは、１ｎｍ以上、１０μｍ以下である請求項１から３の何れか一項に記載の膜電極接合体。
【請求項7】
陰極給電体の片面に形成された陰極触媒層、及び陽極給電体の片面に形成された陽極触媒層に、前記陰極触媒層及び前記陽極触媒層と別体のイオノマー層を設けるステップと、
前記陰極触媒層に設けられた前記イオノマー層をイオン交換膜の第一面に重ね、前記陽極触媒層に設けられた前記イオノマー層を前記第一面とは反対側に位置する前記イオン交換膜の第二面に重ねて、ホット或いはコールドプレスし、層構造を形成するステップと、
を実行する膜電極接合体の製造方法。
前記陰極触媒層に設けられた前記イオノマー層をイオン交換膜の第一面に重ね、前記陽極触媒層に設けられた前記イオノマー層を前記第一面とは反対側に位置する前記イオン交換膜の第二面に重ねて、ホット或いはコールドプレスし、層構造を形成するステップと、
を実行する膜電極接合体の製造方法。
【請求項8】
イオン交換膜の第一面、及び該第一面とは反対側に位置した第二面のそれぞれに、イオノマー層を設けるステップと、
陰極給電体の片面に設けられた陰極触媒層を、前記イオン交換膜の前記第一面に設けられた前記イオノマー層に該イオノマー層とは別体となるように重ね、陽極給電体の片面に設けられた陽極触媒層を、前記イオン交換膜の前記第二面に設けられた前記イオノマー層に該イオノマー層とは別体となるように重ねて、ホット或いはコールドプレスし、層構造を形成するステップと、
を実行する膜電極接合体の製造方法。
陰極給電体の片面に設けられた陰極触媒層を、前記イオン交換膜の前記第一面に設けられた前記イオノマー層に該イオノマー層とは別体となるように重ね、陽極給電体の片面に設けられた陽極触媒層を、前記イオン交換膜の前記第二面に設けられた前記イオノマー層に該イオノマー層とは別体となるように重ねて、ホット或いはコールドプレスし、層構造を形成するステップと、
を実行する膜電極接合体の製造方法。
【請求項9】
前記イオノマー層を設けるステップの実行前に、前記イオノマー層を単独で成形するステップを実行し、ホット或いはコールドプレスし、前記膜電極接合体を形成する請求項７又は８に記載の膜電極接合体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、膜電極接合体、及び膜電極接合体の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、電極基材と電極触媒層とから構成される電極を２枚作成し、これら２枚の電極の間にプロトン交換膜（イオン交換膜）を配置した膜－電極複合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）が開示されている。当該膜－電極複合体では、各電極の電極触媒層側がプロトン交換膜に対向するように配置されており、前記２枚の電極で該プロトン交換膜を挟持させた状態で接合されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特許第４７３４６８８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、電極触媒層が塗工などによって形成された場合、プロトン交換膜に接合される電極触媒層の表面は粗く形成されることがある。この場合、膜－電極複合体中では、電極触媒層の表面粗さに起因して、電極触媒層がプロトン交換膜に密着している部分と密着していない部分とがまばらに存在することがある。その結果、当該密着している部分に接触抵抗が集中してしまい、局所的に電流密度が高い部分が生じて水電解装置として耐久性に課題がある。
【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、触媒層とアニオン交換膜が密着した構造となり、イオン伝導度のばらつきがなくなり、均一な電解面となることで耐久性のある膜電極接合体を構成することができ、接触抵抗の集中を抑制可能な膜電極接合体、及び膜電極接合体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】
【0006】
上記課題を解決するために、本開示に係る膜電極接合体は、第一面、及び該第一面とは反対側に位置した第二面を有するイオン交換膜と、前記イオン交換膜よりも前記第一面の側に配置された陰極触媒層と、前記イオン交換膜よりも前記第二面の側に配置された陽極触媒層と、前記イオン交換膜と前記陰極触媒層との間、及び前記イオン交換膜と前記陽極触媒層との間に前記陰極触媒層及び前記陽極触媒層と別体として設けられて、前記陰極触媒層及び前記陽極触媒層と共に層構造を成すイオノマー層と、を備える。
【0007】
本開示に係る膜電極接合体の製造方法は、陰極給電体の片面に形成された陰極触媒層、及び陽極給電体の片面に形成された陽極触媒層のそれぞれに、前記陰極触媒層及び前記陽極触媒層と別体のイオノマー層を設けるステップと、前記陰極触媒層に設けられた前記イオノマー層をイオン交換膜の第一面に重ね、前記陽極触媒層に設けられた前記イオノマー層を前記第一面とは反対側に位置する前記イオン交換膜の第二面に重ねて、ホット或いはコールドプレスし、層構造を形成するステップと、を実行する。
【0008】
本開示に係る膜電極接合体の製造方法は、イオン交換膜の第一面、及び該第一面とは反対側に位置した第二面のそれぞれに、イオノマー層を設けるステップと、陰極給電体の片面に設けられた陰極触媒層を、前記イオン交換膜の前記第一面に設けられた前記イオノマー層に該イオノマー層とは別体となるように重ね、陽極給電体の片面に設けられた陽極触媒層を、前記イオン交換膜の前記第二面に設けられた前記イオノマー層に該イオノマー層とは別体となるように重ねて、ホット或いはコールドプレスし、層構造を形成するステップと、を実行する。
【発明の効果】
【0009】
本開示によれば、接触抵抗の集中を抑制可能な膜電極接合体、及び膜電極接合体の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本開示の第一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】本開示の第一実施形態に係る電解セルを模式的に示す図である。
【図3】本開示の第一実施形態に係る電解セルを示す分解斜視図である。
【図4】本開示の第一実施形態に係る電解セルを示す断面図である。
【図5】本開示の第一実施形態に係る膜電極接合体の製造方法を示す断面図である。
【図6】本開示の第二実施形態に係る膜電極接合体の製造方法を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、本開示の実施形態の電解装置１、及び当該電解装置１の膜電極接合体４３の製造方法を、図面を参照して説明する。以下の説明では、同一又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二つの部材が重なることを意味し、上記二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。
【0012】
先に図４を参照し、Ｚ方向、Ｘ方向、及びＹ方向を定義する。Ｚ方向は、後述する第一セパレータ４１から第二セパレータ４２に向かう方向（図４中の左右方向）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、イオノマー層５１、陰極触媒層５４、及び陽極触媒層５６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）である。Ｙ方向は、Ｚ方向及び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方向及び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。
【0013】
＜第一実施形態＞
（電解装置の構成）
図１は、第一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。電解装置１は、例えば、電解液に含まれる水を電気分解することで水素を生成する装置である。電解装置１は、例えば、アニオン交換膜（ＡＥＭ：Anion Exchange Membrane）式の電解装置である。ただし、電解装置１は、上記例に限定されず、プロトン交換膜（ＰＥＭ：Polymer Electrolyte Membrane）式の電解装置、二酸化炭素を電解還元する装置、などの異なるタイプの電解装置でもよい。
（電解装置の構成）
図１は、第一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。電解装置１は、例えば、電解液に含まれる水を電気分解することで水素を生成する装置である。電解装置１は、例えば、アニオン交換膜（ＡＥＭ：Anion Exchange Membrane）式の電解装置である。ただし、電解装置１は、上記例に限定されず、プロトン交換膜（ＰＥＭ：Polymer Electrolyte Membrane）式の電解装置、二酸化炭素を電解還元する装置、などの異なるタイプの電解装置でもよい。
【0014】
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とを備える。
【0015】
（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。例えば、電解セルスタック１０は、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。例えば、電解セルスタック１０は、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。
【0016】
（電解液供給部）
電解液供給部２０は、各電解セル１１に電解液を供給する供給部である。電解液は、例えば、純水あるいはアルカリ水溶液である。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、各電解セル１１に電解液を供給する供給部である。電解液は、例えば、純水あるいはアルカリ水溶液である。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。
【0017】
陰極側供給部２０ａは、各電解セル１１の陰極室Ｓａに電解液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、第一ポンプ２２、水素回収部２３、第一電解液供給部２４、及び配管ラインＬ１，Ｌ２を含む。
【0018】
水素気液分離装置２１は、電解液を貯留する。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。第一ポンプ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を電解セル１１の陰極室Ｓａに向けて送る。
【0019】
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、電解液に含まれる水素を分離する気液分離部を有する。水素気液分離装置２１により電解液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、第一電解液供給部２４から電解液が補充される。
【0020】
一方で、陽極側供給部２０ｂは、各電解セル１１の陽極室Ｓｂに電解液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、第二ポンプ２７、酸素回収部２８、第二電解液供給部２９、及び配管ラインＬ３，Ｌ４を含む。
【0021】
酸素気液分離装置２６は、電解液を貯留する。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。第二ポンプ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を電解セル１１の陽極室Ｓｂに向けて送る。
【0022】
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で生成された酸素を含む電解液が電解セル１１から流入する。酸素気液分離装置２６は、電解液に含まれる酸素を分離する気液分離部を有する。酸素気液分離装置２６により電解液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、第二電解液供給部２９から電解液が補充される。
【0023】
（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の陽極と陰極との間に、電解液の電気分解に必要な直流電圧を印加する。
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の陽極と陰極との間に、電解液の電気分解に必要な直流電圧を印加する。
【0024】
（電解セルの構成）
次に、電解セル１１について詳しく説明する。
図２は、電解セル１１を模式的に示す断面図である。電解セル１１は、例えば、第一セパレータ４１、第二セパレータ４２、及び膜電極接合体４３を含む。
次に、電解セル１１について詳しく説明する。
図２は、電解セル１１を模式的に示す断面図である。電解セル１１は、例えば、第一セパレータ４１、第二セパレータ４２、及び膜電極接合体４３を含む。
【0025】
（第一セパレータ）
第一セパレータ４１は、電解セル１１の内部空間Ｓの一方の面を規定する部材である。内部空間Ｓは、後述する陰極室Ｓａ及び陽極室Ｓｂを含む空間である。第一セパレータ４１は、例えば、矩形の板状であり、ステンレスやチタン、ニッケル等の金属部材又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等で形成される。第一セパレータ４１は、例えば、後述する第一集電体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。
第一セパレータ４１は、電解セル１１の内部空間Ｓの一方の面を規定する部材である。内部空間Ｓは、後述する陰極室Ｓａ及び陽極室Ｓｂを含む空間である。第一セパレータ４１は、例えば、矩形の板状であり、ステンレスやチタン、ニッケル等の金属部材又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等で形成される。第一セパレータ４１は、例えば、後述する第一集電体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。
【0026】
第一セパレータ４１は、第一セパレータ端部４１ｅ１（例えば下端部）と、第一セパレータ端部４１ｅ１とは反対側に位置した第二セパレータ端部４１ｅ２（例えば上端部）とを有する。第一セパレータ４１の第一セパレータ端部４１ｅ１には、上述した配管ラインＬ１が接続される。第一セパレータ４１の第二セパレータ端部４１ｅ２には、上述した配管ラインＬ２が接続される。第一セパレータ４１は、後述する陰極室Ｓａに面する第一内面４１ａを有する。第一内面４１ａには、配管ラインＬ１から供給される電解液が流れる第一流路ＦＰ１が形成されている。第一流路ＦＰ１は、例えば、第一内面４１ａに設けられた溝である。第一流路ＦＰ１を流れた電解液は、配管ラインＬ２を通じて電解セル１１の外部に排出される。なお、図２に示される各構造（例えば流路構造など）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】
（第二セパレータ）
第二セパレータ４２は、第一セパレータ４１の少なくとも一部との間に内部空間Ｓを空けて配置され、内部空間Ｓの他方の面を規定する部材である。第二セパレータ４２は、例えば、矩形の板状であり、ステンレスやチタン、ニッケル等の金属部材で形成される。第二セパレータ４２は、後述する第二集電体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に含まれる第一セパレータ４１と第二セパレータ４２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。
第二セパレータ４２は、第一セパレータ４１の少なくとも一部との間に内部空間Ｓを空けて配置され、内部空間Ｓの他方の面を規定する部材である。第二セパレータ４２は、例えば、矩形の板状であり、ステンレスやチタン、ニッケル等の金属部材で形成される。第二セパレータ４２は、後述する第二集電体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に含まれる第一セパレータ４１と第二セパレータ４２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。
【0028】
第二セパレータ４２は、第一セパレータ端部４２ｅ１（例えば下端部）と、第一セパレータ端部４２ｅ１とは反対側に位置した第二セパレータ端部４２ｅ２（例えば上端部）とを有する。第二セパレータ４２の第一セパレータ端部４２ｅ１には、上述した配管ラインＬ３が接続される。第二セパレータ４２の第二セパレータ端部４２ｅ２には、上述した配管ラインＬ４が接続される。第二セパレータ４２は、後述する陽極室Ｓｂに面する第二内面４２ａを有する。第二内面４２ａには、配管ラインＬ３から供給される電解液が流れる第二流路ＦＰ２が形成されている。第二流路ＦＰ２は、例えば、第二内面４２ａに設けられた溝である。第二流路ＦＰ２を流れた電解液は、配管ラインＬ４を通じて電解セル１１の外部に排出される。
【0029】
なお、ここでは説明の便宜上、第一セパレータ４１の第一内面４１ａが流路用の溝（第一流路ＦＰ１）を有し、第二セパレータ４２の第二内面４２ａが流路用の溝（第二流路ＦＰ２）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の第一セパレータ４１は、第一内面４１ａに加えて第一内面４１ａとは反対側の面４１ｂにも同様の流路用の溝（第一流路ＦＰ１、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の第二セパレータ４２は、第二内面４２ａに加えて第二内面４２ａとは反対側の面４２ｂにも同様の流路用の溝（第二流路ＦＰ２、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、第一セパレータ４１の両面に設けられる流路用の溝は、互いに形状や配置が異なってもよい。また、第二セパレータ４２の両面に設けられる流路用の溝は、互いに形状や配置が異なってもよい。
【0030】
（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、及び給電体が組み立てられた構造体である。膜電極接合体４３は、第一セパレータ４１と第二セパレータ４２との間に配置され、内部空間Ｓに位置する。膜電極接合体４３は、例えば、イオン交換膜５０、イオノマー層５１、陰極触媒層５４、陰極給電体５５、陽極触媒層５６、及び陽極給電体５７を含む。
膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）４３は、イオン交換膜、触媒、及び給電体が組み立てられた構造体である。膜電極接合体４３は、第一セパレータ４１と第二セパレータ４２との間に配置され、内部空間Ｓに位置する。膜電極接合体４３は、例えば、イオン交換膜５０、イオノマー層５１、陰極触媒層５４、陰極給電体５５、陽極触媒層５６、及び陽極給電体５７を含む。
【0031】
（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、上記例に限定されず、上記例とは異なるタイプの例えばプロトン交換膜（ＰＥＭ：Polymer Electrolyte Membrane）のイオン交換膜でもよい。イオン交換膜５０は、例えば、矩形のシート状である。イオン交換膜５０の外形サイズは、第一セパレータ４１又は第二セパレータ４２の外形サイズよりも小さい。イオン交換膜５０は、第一セパレータ４１と第二セパレータ４２との間に配置され、上述した内部空間Ｓに位置する。イオン交換膜５０は、第一セパレータ４１の第一内面４１ａと対向する第一面５０ａと、第一面５０ａとは反対側に位置した第二面５０ｂとを有する。イオン交換膜５０の第二面５０ｂは、第二セパレータ４２の第二内面４２ａと対向する。内部空間Ｓで、イオン交換膜５０の第一面５０ａと第一セパレータ４１の第一内面４１ａとの間には、陰極室Ｓａが規定される。また、内部空間Ｓで、イオン交換膜５０の第二面５０ｂと第二セパレータ４２の第二内面４２ａとの間には、陽極室Ｓｂが規定される。
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、上記例に限定されず、上記例とは異なるタイプの例えばプロトン交換膜（ＰＥＭ：Polymer Electrolyte Membrane）のイオン交換膜でもよい。イオン交換膜５０は、例えば、矩形のシート状である。イオン交換膜５０の外形サイズは、第一セパレータ４１又は第二セパレータ４２の外形サイズよりも小さい。イオン交換膜５０は、第一セパレータ４１と第二セパレータ４２との間に配置され、上述した内部空間Ｓに位置する。イオン交換膜５０は、第一セパレータ４１の第一内面４１ａと対向する第一面５０ａと、第一面５０ａとは反対側に位置した第二面５０ｂとを有する。イオン交換膜５０の第二面５０ｂは、第二セパレータ４２の第二内面４２ａと対向する。内部空間Ｓで、イオン交換膜５０の第一面５０ａと第一セパレータ４１の第一内面４１ａとの間には、陰極室Ｓａが規定される。また、内部空間Ｓで、イオン交換膜５０の第二面５０ｂと第二セパレータ４２の第二内面４２ａとの間には、陽極室Ｓｂが規定される。
【0032】
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）
【0033】
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、電解液から酸素が生成される。
２ＯＨ－→１／２Ｏ２＋Ｈ２Ｏ＋２ｅ－ …（化２）
２ＯＨ－→１／２Ｏ２＋Ｈ２Ｏ＋２ｅ－ …（化２）
【0034】
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）
【0035】
イオン交換膜５０は、イオン伝導率が高い膜の一例として、主鎖にポリスチレン系又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又は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、耐酸化性が高い膜の一例として、ポリスルフォン系又はブロモブチルスチレン系の組成を含んでもよい。
【0036】
（イオノマー層）
イオノマー層（ionomer、アイオノマー）５１は、イオン交換膜５０に設けられた層である。イオノマー層５１は、水酸化物イオンが通過可能な層である。イオノマー層５１は、例えば、矩形のシート状である。本実施形態では、イオノマー層５１の外径サイズは、イオン交換膜５０の外径サイズよりも小さい。イオノマー層５１の厚さは、例えば、１ｎｍ以上、１０μｍ以下である。
イオノマー層（ionomer、アイオノマー）５１は、イオン交換膜５０に設けられた層である。イオノマー層５１は、水酸化物イオンが通過可能な層である。イオノマー層５１は、例えば、矩形のシート状である。本実施形態では、イオノマー層５１の外径サイズは、イオン交換膜５０の外径サイズよりも小さい。イオノマー層５１の厚さは、例えば、１ｎｍ以上、１０μｍ以下である。
【0037】
本実施形態では、イオノマー層５１は、イオノマー樹脂成分と、当該イオノマー樹脂成分とは異なる非イオノマー樹脂成分とによって構成されている。イオノマー樹脂成分は、例えば、Diaza (bicyclo-octane) polyethersulfone、又はpoly[(p-terphenyl-4,4'-diyl)(N,N-dimethyl-piperidinium-bicarbonate-4,4-diyl)-co-(p-terphenyl-4,4'-diyl)(2,2,2-trifluoro-1-phenylethylidene-diyl)]、又はpoly[(p-terphenyl-4,4'-diyl)(N,N-dimethyl-piperidinium-bicarbonate-4,4-diyl)]などを含む。また、本実施形態では、イオノマー樹脂成分は、例えば製造の際に所定の高分子化合物が添加されているため、添加物を含んでもよい。当該イオノマー樹脂成分は、８０質量％以上、１００質量％未満の割合でイオノマー層５１中に含まれている。非イオノマー樹脂成分は、電解触媒粒子及びバインダーを含む。陰極触媒粒子には、例えば、ニッケル、ニッケル合金、セリウム酸化物、ランタン酸化物、または白金のうち１つ以上を含む。なお本開示において「〇〇酸化物」は、〇〇および酸素以外の別材料を含み得るが採用される。また、陽極触媒は、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、本開示において「ＸＸ酸化物」は、ＸＸおよび酸素以外の別材料を含み得る。
陽極触媒粒子には、「ニッケル酸化物」は、ニッケルおよび酸素の他に、鉄やコバルトなどの別材料を含み得る。また、「銅酸化物」は、銅および酸素の他に、コバルトなど別材料を含み得る。「イリジウム酸化物」は、イリジウムおよび酸素の他に、ルテニウムなど別材料を含み得る。「鉛酸化物」は、鉛および酸素の他に、ルテニウムなど別材料を含み得る。「ビスマス酸化物」は、ビスマスおよび酸素の他に、ルテニウムなど別材料を含み得る。バインダーには、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(ＰＴＦＥ)、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）などのフッ素系バインダーが採用される。
陽極触媒粒子には、「ニッケル酸化物」は、ニッケルおよび酸素の他に、鉄やコバルトなどの別材料を含み得る。また、「銅酸化物」は、銅および酸素の他に、コバルトなど別材料を含み得る。「イリジウム酸化物」は、イリジウムおよび酸素の他に、ルテニウムなど別材料を含み得る。「鉛酸化物」は、鉛および酸素の他に、ルテニウムなど別材料を含み得る。「ビスマス酸化物」は、ビスマスおよび酸素の他に、ルテニウムなど別材料を含み得る。バインダーには、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(ＰＴＦＥ)、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）などのフッ素系バインダーが採用される。
【0038】
イオノマー層５１は、例えば、イオン交換膜５０の第一面５０ａの全域及びイオン交換膜５０の第二面５０ｂの全域に設けられる。以下、説明の便宜上、イオン交換膜５０の第一面５０ａに設けられたイオノマー層５１を「第一イオノマー層５２」と称し、イオン交換膜５０の第二面５０ｂに設けられたイオノマー層５１を「第二イオノマー層５３」と称する。本実施形態では、第一イオノマー層５２の外径サイズと第二イオノマー層５３の外径サイズとは、同じである。また、第一イオノマー層５２の厚さと第二イオノマー層５３の厚さとは、同じである。第一イオノマー層５２は、陰極室Ｓａに配置され、イオン交換膜５０の第一面５０ａに接合されている。第二イオノマー層５３は、陽極室Ｓｂに配置され、イオン交換膜５０の第二面５０ｂに接合されている。
【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、第一イオノマー層５２と同じ大きさに形成されている。陰極触媒層５４は、陰極室Ｓａに配置され、第一イオノマー層５２の全域に設けられている。陰極触媒層５４は、第一セパレータ４１及び陰極給電体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、上述した陰極室Ｓａでの化学反応を促進する層である。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、第一イオノマー層５２と同じ大きさに形成されている。陰極触媒層５４は、陰極室Ｓａに配置され、第一イオノマー層５２の全域に設けられている。陰極触媒層５４は、第一セパレータ４１及び陰極給電体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。
【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、又は白金のうち一つ以上を含む。なお、本明細書中の「〇〇酸化物」は、〇〇及び酸素以外の別材料を含み得る。また、陰極触媒層５４は、製造の際に上記添加物が添加されて形成されている。すなわち、陰極触媒層５４は、上記添加物を含んでいる。なお、陰極触媒層５４は、上述した材料に加え、カーボンなど別材料を含んでもよい。
【0041】
（陰極給電体）
陰極給電体５５は、第一セパレータ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に配置される。陰極給電体５５は、第一セパレータ４１の第一内面４１ａと陰極触媒層５４との間に位置し、第一セパレータ４１の第一内面４１ａ及び陰極触媒層５４のそれぞれに接合している。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、陰極給電体５５における陰極触媒層５４が形成される面を「陰極面５５ａ」と称する。陰極面５５ａは、陰極給電体５５の片面の一例である。なお、陰極給電体５５の少なくとも一部は、第一セパレータ４１又は陰極触媒層５４の少なくとも一方の少なくとも一部と重なり合ってもよい。陰極給電体５５は、内部を電解液とガスが通過可能な構造を有する。陰極給電体５５は、例えば、金属製のメッシュ構造体、焼結体、又はファイバー又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。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。本実施形態では、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。
陰極給電体５５は、第一セパレータ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に配置される。陰極給電体５５は、第一セパレータ４１の第一内面４１ａと陰極触媒層５４との間に位置し、第一セパレータ４１の第一内面４１ａ及び陰極触媒層５４のそれぞれに接合している。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、陰極給電体５５における陰極触媒層５４が形成される面を「陰極面５５ａ」と称する。陰極面５５ａは、陰極給電体５５の片面の一例である。なお、陰極給電体５５の少なくとも一部は、第一セパレータ４１又は陰極触媒層５４の少なくとも一方の少なくとも一部と重なり合ってもよい。陰極給電体５５は、内部を電解液とガスが通過可能な構造を有する。陰極給電体５５は、例えば、金属製のメッシュ構造体、焼結体、又はファイバー又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。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。本実施形態では、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。
【0042】
（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、第二イオノマー層５３と同じ大きさに形成されている。陽極触媒層５６は、陽極室Ｓｂに配置され、第二イオノマー層５３の全域に設けられている。陽極触媒層５６は、第二セパレータ４２及び陽極給電体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。本実施形態では、陽極触媒層５６は、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、上述した陽極室Ｓｂでの化学反応を促進する層である。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、第二イオノマー層５３と同じ大きさに形成されている。陽極触媒層５６は、陽極室Ｓｂに配置され、第二イオノマー層５３の全域に設けられている。陽極触媒層５６は、第二セパレータ４２及び陽極給電体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。本実施形態では、陽極触媒層５６は、陰極触媒層５４と同じ厚さに形成されている。
【0043】
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、又はビスマス酸化物のうち一つ以上を含む。上述したように、本明細書中の「ＸＸ酸化物」は、ＸＸ及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、ニッケル及び酸素の他に、鉄やコバルトなどの別材料を含み得る。また、「銅酸化物」は、銅及び酸素の他に、コバルトなどの別材料を含み得る。「イリジウム酸化物」は、イリジウム及び酸素の他に、ルテニウムなどの別材料を含み得る。「鉛酸化物」は、鉛及び酸素の他に、ルテニウムなどの別材料を含み得る。「ビスマス酸化物」は、ビスマス及び酸素の他に、ルテニウムなどの別材料を含み得る。また、陽極触媒層５６は、製造の際に上記添加物が添加されて形成されている。すなわち、陽極触媒層５６は、上記添加物を含んでいる。
【0044】
したがって、上述したイオノマー層５１（第一イオノマー層５２及び第二イオノマー層５３）は、イオン交換膜５０と陰極触媒層５４との間、及びイオン交換膜５０と陽極触媒層５６との間に、陰極触媒層５４及び陽極触媒層５６と別体として設けられて、これらイオン交換膜５０、陰極触媒層５４、及び陽極触媒層５６と共に層構造を成している。すなわち、第一イオノマー層５２と陰極触媒層５４との間、及び第二イオノマー層５３と陽極触媒層５６との間には、境界面が存在している。また、第一イオノマー層５２とイオン交換膜５０との間、及び第二イオノマー層５３とイオン交換膜５０との間には、境界面が存在している。本実施形態では、イオノマー層５１（第一イオノマー層５２及び第二イオノマー層５３）の厚さは、陰極触媒層５４の厚さ及び陽極触媒層５６の厚さの１０％以上、５０％以下である。第一イオノマー層５２の厚さは、陰極触媒層５４の厚さの１０％以上、５０％以下であり、第二イオノマー層５３の厚さは、陽極触媒層５６の厚さの１０％以上、５０％以下である。
【0045】
（陽極給電体）
陽極給電体５７は、第二セパレータ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に配置される。陽極給電体５７は、第二セパレータ４２の第二内面４２ａと陽極触媒層５６との間に位置し、第二セパレータ４２の第二内面４２ａ及び陽極触媒層５６のそれぞれに接合している。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、陽極給電体５７における陽極触媒層５６が形成される面を「陽極面５７ａ」と称する。陽極面５７ａは、陽極給電体５７の片面の一例である。なお、陽極給電体５７の少なくとも一部は、第二セパレータ４２又は陽極触媒層５６の少なくとも一方の少なくとも一部と重なり合ってもよい。陽極給電体５７は、内部を電解液とガスが通過可能な構造を有する。陽極給電体５７は、例えば、金属製のメッシュ構造体、焼結体、又はファイバーなどにより形成される。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。本実施形態では、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。
陽極給電体５７は、第二セパレータ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に配置される。陽極給電体５７は、第二セパレータ４２の第二内面４２ａと陽極触媒層５６との間に位置し、第二セパレータ４２の第二内面４２ａ及び陽極触媒層５６のそれぞれに接合している。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、陽極給電体５７における陽極触媒層５６が形成される面を「陽極面５７ａ」と称する。陽極面５７ａは、陽極給電体５７の片面の一例である。なお、陽極給電体５７の少なくとも一部は、第二セパレータ４２又は陽極触媒層５６の少なくとも一方の少なくとも一部と重なり合ってもよい。陽極給電体５７は、内部を電解液とガスが通過可能な構造を有する。陽極給電体５７は、例えば、金属製のメッシュ構造体、焼結体、又はファイバーなどにより形成される。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。本実施形態では、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。
【0046】
図３は、電解セル１１を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、例えば、第一集電体６１、第二集電体６２、第一絶縁体６３、第二絶縁体６４、第一絶縁材６５、第二絶縁材６６、第一エンドプレート６７、及び第二エンドプレート６８を含む。なお図３では、説明の便宜上、後述する支持部７０及び封止部８０の図示は省略している。
【0047】
（第一集電体）
第一集電体６１は、電源部３０から印加されるマイナス電圧を第一セパレータ４１に伝える電気接続部である。第一集電体６１は、金属製の板部材（例えば銅板）である。第一集電体６１は、例えば、電解セル１１の内部空間Ｓとは反対側から第一セパレータ４１に接し、第一セパレータ４１に電気的に接続される。第一集電体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、第一集電体６１は、電解セルスタック１０で互いに隣り合う二つの電解セル１１によって共有されてもよい。
第一集電体６１は、電源部３０から印加されるマイナス電圧を第一セパレータ４１に伝える電気接続部である。第一集電体６１は、金属製の板部材（例えば銅板）である。第一集電体６１は、例えば、電解セル１１の内部空間Ｓとは反対側から第一セパレータ４１に接し、第一セパレータ４１に電気的に接続される。第一集電体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、第一集電体６１は、電解セルスタック１０で互いに隣り合う二つの電解セル１１によって共有されてもよい。
【0048】
（第二集電体）
第二集電体６２は、電源部３０から印加されるプラス電圧を第二セパレータ４２に伝える電気接続部である。第二集電体６２は、金属製の板部材（例えば銅板）である。第二集電体６２は、例えば、電解セル１１の内部空間Ｓとは反対側から第二セパレータ４２に接し、第二セパレータ４２に電気的に接続される。第二集電体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、第二集電体６２は、電解セルスタック１０で互いに隣り合う二つの電解セル１１によって共有されてもよい。
第二集電体６２は、電源部３０から印加されるプラス電圧を第二セパレータ４２に伝える電気接続部である。第二集電体６２は、金属製の板部材（例えば銅板）である。第二集電体６２は、例えば、電解セル１１の内部空間Ｓとは反対側から第二セパレータ４２に接し、第二セパレータ４２に電気的に接続される。第二集電体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、第二集電体６２は、電解セルスタック１０で互いに隣り合う二つの電解セル１１によって共有されてもよい。
【0049】
（第一絶縁体）
第一絶縁体６３は、第一セパレータ４１の外周部と第二セパレータ４２の外周部との間を絶縁する部材である。第一絶縁体６３は、陰極触媒層５４の外形及び陰極給電体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。第一絶縁体６３は、第一セパレータ４１の第一内面４１ａに取り付けられ、第一内面４１ａの端部を覆う。第一絶縁体６３の材質は、絶縁材料であれば特に限定されず、例えばＰＴＦＥ（polytetrafluoroethylene）などのシート状樹脂である。
第一絶縁体６３は、第一セパレータ４１の外周部と第二セパレータ４２の外周部との間を絶縁する部材である。第一絶縁体６３は、陰極触媒層５４の外形及び陰極給電体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。第一絶縁体６３は、第一セパレータ４１の第一内面４１ａに取り付けられ、第一内面４１ａの端部を覆う。第一絶縁体６３の材質は、絶縁材料であれば特に限定されず、例えばＰＴＦＥ（polytetrafluoroethylene）などのシート状樹脂である。
【0050】
（第二絶縁体）
第二絶縁体６４は、第一絶縁体６３と同様に、第一セパレータ４１の外周部と第二セパレータ４２の外周部との間を絶縁する部材である。第二絶縁体６４は、陽極触媒層５６の外形及び陽極給電体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。第二絶縁体６４は、第二セパレータ４２の第二内面４２ａに取り付けられ、第二内面４２ａの端部を覆う。第二絶縁体６４の材質は、絶縁材料であれば特に限定されず、例えばＰＴＦＥなどのシート状樹脂である。また、第一絶縁体６３と第二絶縁体６４は、一体化された絶縁体でも利用可能である。
第二絶縁体６４は、第一絶縁体６３と同様に、第一セパレータ４１の外周部と第二セパレータ４２の外周部との間を絶縁する部材である。第二絶縁体６４は、陽極触媒層５６の外形及び陽極給電体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。第二絶縁体６４は、第二セパレータ４２の第二内面４２ａに取り付けられ、第二内面４２ａの端部を覆う。第二絶縁体６４の材質は、絶縁材料であれば特に限定されず、例えばＰＴＦＥなどのシート状樹脂である。また、第一絶縁体６３と第二絶縁体６４は、一体化された絶縁体でも利用可能である。
【0051】
（第一絶縁材）
第一絶縁材６５は、第一集電体６１と第一エンドプレート６７との間に位置する。第一絶縁材６５の外形サイズは、例えば、第一集電体６１の外形サイズと同じ、又は第一集電体６１の外形サイズよりも大きい。
第一絶縁材６５は、第一集電体６１と第一エンドプレート６７との間に位置する。第一絶縁材６５の外形サイズは、例えば、第一集電体６１の外形サイズと同じ、又は第一集電体６１の外形サイズよりも大きい。
【0052】
（第二絶縁材）
第二絶縁材６６は、第二集電体６２と第二エンドプレート６８との間に位置する。第二絶縁材６６の外形サイズは、例えば、第二集電体６２の外形サイズと同じ、又は第二集電体６２の外形サイズよりも大きい。
第二絶縁材６６は、第二集電体６２と第二エンドプレート６８との間に位置する。第二絶縁材６６の外形サイズは、例えば、第二集電体６２の外形サイズと同じ、又は第二集電体６２の外形サイズよりも大きい。
【0053】
（第一エンドプレート）
第一エンドプレート６７は、電解セル１１の内部空間Ｓに対して、第一絶縁材６５とは反対側に位置する。第一エンドプレート６７の外形サイズは、例えば、第一絶縁材６５の外形サイズよりも大きい。
第一エンドプレート６７は、電解セル１１の内部空間Ｓに対して、第一絶縁材６５とは反対側に位置する。第一エンドプレート６７の外形サイズは、例えば、第一絶縁材６５の外形サイズよりも大きい。
【0054】
（第二エンドプレート）
第二エンドプレート６８は、電解セル１１の内部空間Ｓに対して、第二絶縁材６６とは反対側に位置する。第二エンドプレート６８の外形サイズは、例えば、第二絶縁材６６の外形サイズよりも大きい。
第二エンドプレート６８は、電解セル１１の内部空間Ｓに対して、第二絶縁材６６とは反対側に位置する。第二エンドプレート６８の外形サイズは、例えば、第二絶縁材６６の外形サイズよりも大きい。
【0055】
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のなかで隣り合う二つの電解セル１１は、それぞれバイポーラプレートである第一セパレータ４１又は第二セパレータ４２を共有してもよい。この場合、隣り合う二つの電解セル１１の間には、集電体（第一集電体６１又は第二集電体６２）、絶縁体（第一絶縁体６３又は第二絶縁体６４）、絶縁材（第一絶縁材６５又は第二絶縁材６６）、エンドプレート（第一エンドプレート６７又は第二エンドプレート６８）は存在しなくてもよい。
【0056】
（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の外形サイズ及び陰極給電体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の面積及び陰極給電体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方向又はＹ方向）で、陰極触媒層５４及び陰極給電体５５よりも外側（外周側）に突出している。本明細書中の「外側」又は「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方向又は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の外形サイズ及び陰極給電体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の面積及び陰極給電体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方向又はＹ方向）で、陰極触媒層５４及び陰極給電体５５よりも外側（外周側）に突出している。本明細書中の「外側」又は「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方向又は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。
【0057】
図４に示すように、電解セル１１は、例えば、支持部７０と、封止部８０とを有する。支持部７０は、電解セル１１の内部で膜電極接合体４３を支持する部材である。封止部８０は、第一セパレータ４１と第二セパレータ４２との間の内部空間Ｓを閉じる部材である。以下、これらについて説明する。
【0058】
（支持部）
支持部７０は、第一セパレータ４１と第二セパレータ４２との間に配置される。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、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方向又は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」又は「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、第一支持部７１と、第二支持部７２とを含む。
支持部７０は、第一セパレータ４１と第二セパレータ４２との間に配置される。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、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方向又は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」又は「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、第一支持部７１と、第二支持部７２とを含む。
【0059】
（第一支持部）
第一支持部７１は、陰極４７側の支持部７０である。第一支持部７１は、第一セパレータ４１の第一内面４１ａとイオン交換膜５０の第一面５０ａとの間に配置される。第一支持部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。第一支持部７１は、陰極触媒層５４及び陰極給電体５５よりも外側（外周側）の位置で第一セパレータ４１の第一内面４１ａ（又は第一絶縁体６３）とイオン交換膜５０の第一面５０ａとの間に挟まれ、第一セパレータ４１の第一内面４１ａに対してイオン交換膜５０を支持する。第一支持部７１は、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。
第一支持部７１は、陰極４７側の支持部７０である。第一支持部７１は、第一セパレータ４１の第一内面４１ａとイオン交換膜５０の第一面５０ａとの間に配置される。第一支持部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。第一支持部７１は、陰極触媒層５４及び陰極給電体５５よりも外側（外周側）の位置で第一セパレータ４１の第一内面４１ａ（又は第一絶縁体６３）とイオン交換膜５０の第一面５０ａとの間に挟まれ、第一セパレータ４１の第一内面４１ａに対してイオン交換膜５０を支持する。第一支持部７１は、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】
（第二支持部）
第二支持部７２は、陽極４８側の支持部７０である。第二支持部７２は、第二セパレータ４２の第二内面４２ａとイオン交換膜５０の第二面５０ｂとの間に配置される。第二支持部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。第二支持部７２は、陽極触媒層５６及び陽極給電体５７よりも外側（外周側）の位置で第二セパレータ４２の第二内面４２ａとイオン交換膜５０の第二面５０ｂとの間に挟まれ、第二セパレータ４２の第二内面４２ａに対してイオン交換膜５０を支持する。第二支持部７２は、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。
第二支持部７２は、陽極４８側の支持部７０である。第二支持部７２は、第二セパレータ４２の第二内面４２ａとイオン交換膜５０の第二面５０ｂとの間に配置される。第二支持部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。第二支持部７２は、陽極触媒層５６及び陽極給電体５７よりも外側（外周側）の位置で第二セパレータ４２の第二内面４２ａとイオン交換膜５０の第二面５０ｂとの間に挟まれ、第二セパレータ４２の第二内面４２ａに対してイオン交換膜５０を支持する。第二支持部７２は、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。
【0061】
（封止部）
封止部８０は、第一セパレータ４１と第二セパレータ４２との間に配置される。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、電解セル１１の内部空間Ｓを封止する。本実施形態では、封止部８０は、第一封止部８１と、第二封止部８２とを含む。ただし、第一封止部８１と第二封止部８２とは、一体に形成されてもよい。すなわち、第一封止部８１と第二封止部８２とは、一つの部材であってもよい。また、封止部８０は、上述した第一絶縁体６３及び第二絶縁体６４のうち少なくとも一方と一体に形成されてもよい。
封止部８０は、第一セパレータ４１と第二セパレータ４２との間に配置される。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、電解セル１１の内部空間Ｓを封止する。本実施形態では、封止部８０は、第一封止部８１と、第二封止部８２とを含む。ただし、第一封止部８１と第二封止部８２とは、一体に形成されてもよい。すなわち、第一封止部８１と第二封止部８２とは、一つの部材であってもよい。また、封止部８０は、上述した第一絶縁体６３及び第二絶縁体６４のうち少なくとも一方と一体に形成されてもよい。
【0062】
（第一封止部）
第一封止部８１は、陰極４７側の封止部８０である。第一封止部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。第一封止部８１は、第一セパレータ４１の第一内面４１ａと第二封止部８２との間に挟まれ、内部空間Ｓの外周側の一部を封止する。本実施形態では、第一封止部８１は、第一内面４１ａに取り付けられた第一絶縁体６３と第二封止部８２との間に挟まれている。第一封止部８１は、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。
第一封止部８１は、陰極４７側の封止部８０である。第一封止部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。第一封止部８１は、第一セパレータ４１の第一内面４１ａと第二封止部８２との間に挟まれ、内部空間Ｓの外周側の一部を封止する。本実施形態では、第一封止部８１は、第一内面４１ａに取り付けられた第一絶縁体６３と第二封止部８２との間に挟まれている。第一封止部８１は、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。
【0063】
（第二封止部）
第二封止部８２は、陽極４８側の封止部８０である。第二封止部８２は、イオン交換膜５０の外縁部５０ｅよりも外側に位置する。第二封止部８２は、第二セパレータ４２の第二内面４２ａと第一封止部８１との間に挟まれ、内部空間Ｓの外周側の一部を封止する。本実施形態では、第二封止部８２は、第二内面４２ａに取り付けられた第二絶縁体６４と第一封止部８１との間に挟まれている。第二封止部８２は、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。
第二封止部８２は、陽極４８側の封止部８０である。第二封止部８２は、イオン交換膜５０の外縁部５０ｅよりも外側に位置する。第二封止部８２は、第二セパレータ４２の第二内面４２ａと第一封止部８１との間に挟まれ、内部空間Ｓの外周側の一部を封止する。本実施形態では、第二封止部８２は、第二内面４２ａに取り付けられた第二絶縁体６４と第一封止部８１との間に挟まれている。第二封止部８２は、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。
【0064】
【0065】
まず、図５中の（ａ）に示すように、陰極給電体５５の陰極面５５ａ（陰極給電体５５の片面）に陰極触媒層５４が設けられる。陰極触媒層５４は、例えば、陰極給電体５５の陰極面５５ａに陰極触媒層５４の材料が塗布（塗工）され、塗布された陰極触媒層５４の材料と陰極給電体５５とが所定の温度及び所定の圧力の下でプレスされることで形成される。同様に、陽極給電体５７の陽極面５７ａ（陽極給電体５７の片面）に陽極触媒層５６が設けられる。陽極触媒層５６は、例えば、陽極給電体５７の陽極面５７ａに陽極触媒層５６の材料が塗布（塗工）され、塗布された陽極触媒層５６の材料と陽極給電体５７とが所定の温度及び所定の圧力の下でプレスされることで形成される。陰極触媒層５４の材料及び陽極触媒層５６の材料の塗布は、例えば、塗工法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、無電解メッキ法、触媒インクを用いる方法、又はスプレーにより触媒を塗布する方法などを適宜用いることができる。
【0066】
次に、図５中の（ｂ）に示すように、陰極触媒層５４に第一イオノマー層５２が設けられる。第一イオノマー層５２は、例えば、陰極触媒層５４に第一イオノマー層５２の材料が塗布（塗工）され、塗布された第一イオノマー層５２の材料と陰極触媒層５４とが所定の温度及び所定の圧力の下でプレスされることで形成される。これによって、陰極触媒層５４に当該陰極触媒層５４とは別体の第一イオノマー層５２が形成される。同様に、陽極触媒層５６に第二イオノマー層５３が設けられる。第二イオノマー層５３は、例えば、陽極触媒層５６に第二イオノマー層５３の材料が塗布（塗工）され、塗布された第二イオノマー層５３の材料と陽極触媒層５６とが所定の温度及び所定の圧力の下でプレスされることで形成される。これによって、陽極触媒層５６に当該陽極触媒層５６とは別体の第二イオノマー層５３が形成される。第一イオノマー層５２の材料及び第二イオノマー層５３の材料の塗布は、例えば、塗工法、ＣＶＤ法、無電解メッキ法、触媒インクを用いる方法、又はスプレーにより触媒を塗布する方法などを適宜用いることができる。
【0067】
次に、図５中の（ｃ）に示すように、陰極触媒層５４に形成された第一イオノマー層５２をイオン交換膜５０の第一面５０ａに重ねた状態で所定の温度及び所定の圧力でプレスされることで、第一イオノマー層５２を介して陰極４７（陰極触媒層５４及び陰極給電体５５）とイオン交換膜５０とが互いに結合される。同様に、陽極触媒層５６に形成された第二イオノマー層５３をイオン交換膜５０の第二面５０ｂに重ねた状態で所定の温度及び所定の圧力でホット或いはコールドプレスによりプレスされることで、第二イオノマー層５３を介して陽極４８（陽極触媒層５６及び陽極給電体５７）とイオン交換膜５０とが互いに結合される。これによって、イオノマー層５１（第一イオノマー層５２及び第二イオノマー層５３）は、イオン交換膜５０と陰極触媒層５４との間、及びイオン交換膜５０と陽極触媒層５６との間に、陰極触媒層５４及び陽極触媒層５６と別体として設けられて、陰極触媒層５４及び陽極触媒層５６と共に層構造を成している。つまり、膜電極接合体４３が完成する。
【0068】
（作用・効果）
比較例として、イオン交換膜５０の両面（第一面５０ａ及び第二面５０ｂ）に陰極触媒層５４と陽極触媒層５６とが設けられる構造について考える。ここで、電極触媒層が塗工などによって形成された場合、イオン交換膜５０に接合される陰極触媒層５４の表面及び陽極触媒層５６の表面は粗く形成されることがある。そのため、膜電極接合体４３中では、陰極触媒層５４の表面粗さ及び陽極触媒層５６の表面粗さに起因して、これら陰極触媒層５４及び陽極触媒層５６がイオン交換膜５０に密着している部分と密着していない部分とがまばらに存在することがある。その結果、当該密着している部分に接触抵抗が低下し、局所的に電流が集中して、膜の耐久性が低下してしまう場合がある。
比較例として、イオン交換膜５０の両面（第一面５０ａ及び第二面５０ｂ）に陰極触媒層５４と陽極触媒層５６とが設けられる構造について考える。ここで、電極触媒層が塗工などによって形成された場合、イオン交換膜５０に接合される陰極触媒層５４の表面及び陽極触媒層５６の表面は粗く形成されることがある。そのため、膜電極接合体４３中では、陰極触媒層５４の表面粗さ及び陽極触媒層５６の表面粗さに起因して、これら陰極触媒層５４及び陽極触媒層５６がイオン交換膜５０に密着している部分と密着していない部分とがまばらに存在することがある。その結果、当該密着している部分に接触抵抗が低下し、局所的に電流が集中して、膜の耐久性が低下してしまう場合がある。
【0069】
一方で、本実施形態では、膜電極接合体４３は、イオン交換膜５０と陰極触媒層５４との間、及びイオン交換膜５０と陽極触媒層５６との間に、陰極触媒層５４及び陽極触媒層５６とは別体として設けられて、陰極触媒層５４及び陽極触媒層５６と共に層構造を成すイオノマー層５１を備えている。このような構成によれば、陰極触媒層５４の表面及び陽極触媒層５６の表面に凹部がまばらに生じていた場合、イオノマー層５１（第一イオノマー層５２及び第二イオノマー層５３）がこれら表面の凹部内に埋まる。すなわち、陰極触媒層５４の表面及び陽極触媒層５６の表面の凹部が埋まった状態で、イオン交換膜５０と、陰極触媒層５４及び陽極触媒層５６とが、イオノマー層５１を介して接続される。したがって、陰極触媒層５４とイオン交換膜５０との間、及び陽極触媒層５６とイオン交換膜５０との間に接触抵抗が低下し、電流が集中してしまうことが抑制される。その結果、膜電極接合体４３の性能向上を図ることができる。
【0070】
また、本実施形態では、陰極触媒層５４に設けられたイオノマー層５１をイオン交換膜５０の第一面５０ａに設け、及び陽極触媒層５６に設けられたイオノマー層５１をイオン交換膜５０の第二面５０ｂに設けるといったステップを踏むため、二つのイオノマー層５１を別々に取り扱うことができる。したがって、製造工程におけるハンドリングなどを行いやすくなり、生産性を向上させることができる。
【0071】
＜第二実施形態＞
次に、第二実施形態について図６を参照して説明する。図６は、第二実施形態の膜電極接合体４３の製造方法を示す断面図である。第二実施形態では、膜電極接合体４３の製造方法が第一実施形態で説明した膜電極接合体４３の製造方法と異なる。
次に、第二実施形態について図６を参照して説明する。図６は、第二実施形態の膜電極接合体４３の製造方法を示す断面図である。第二実施形態では、膜電極接合体４３の製造方法が第一実施形態で説明した膜電極接合体４３の製造方法と異なる。
【0072】
まず、図６中の（ａ）に示すように、イオン交換膜５０の第一面５０ａに第一イオノマー層５２が設けられる。第一イオノマー層５２は、例えば、イオン交換膜５０の第一面５０ａに第一イオノマー層５２の材料が塗布（塗工）され、塗布された第一イオノマー層５２の材料とイオン交換膜５０とが所定の温度及び所定の圧力の下でプレスされることで形成される。同様に、イオン交換膜５０の第二面５０ｂに第二イオノマー層５３が設けられる。第二イオノマー層５３は、例えば、イオン交換膜５０の第二面５０ｂに第二イオノマー層５３の材料が塗布（塗工）され、塗布された第二イオノマー層５３の材料とイオン交換膜５０とが所定の温度及び所定の圧力の下でプレスされることで形成される。第一イオノマー層５２の材料及び第二イオノマー層５３の材料の塗布は、例えば、塗工法、ＣＶＤ法、無電解メッキ法、触媒インクを用いる方法、又はスプレーにより触媒を塗布する方法などを適宜用いることができる。
【0073】
次に、図６中の（ｂ）に示すように、陰極給電体５５の陰極面５５ａに設けられた陰極触媒層５４をイオン交換膜５０の第一面５０ａに形成された第一イオノマー層５２に重ねる。そして、陰極触媒層５４を第一イオノマー層５２に重ねた状態で所定の温度及び所定の圧力でホット或いはコールドプレスによりプレスされることで、第一イオノマー層５２を介して陰極４７（陰極触媒層５４及び陰極給電体５５）とイオン交換膜５０とが互いに結合される。これによって、陰極触媒層５４に当該陰極触媒層５４とは別体の第一イオノマー層５２が形成される。同様に、陽極給電体５７の陽極面５７ａに設けられた陽極触媒層５６をイオン交換膜５０の第二面５０ｂに形成された第二イオノマー層５３に重ねる。そして、陽極触媒層５６を第二イオノマー層５３に重ねた状態で所定の温度及び所定の圧力でホット或いはコールドプレスによりプレスされることで、第二イオノマー層５３を介して陽極４８（陽極触媒層５６及び陽極給電体５７）とイオン交換膜５０とが互いに結合される。これによって、陽極触媒層５６に当該陽極触媒層５６とは別体の第二イオノマー層５３が形成される。すなわち、イオノマー層５１（第一イオノマー層５２及び第二イオノマー層５３）は、イオン交換膜５０と陰極触媒層５４との間、及びイオン交換膜５０と陽極触媒層５６との間に、陰極触媒層５４及び陽極触媒層５６とは別体として設けられて、陰極触媒層５４及び陽極触媒層５６と共に層構造を成している。なお、陰極給電体５５の陰極面５５ａに陰極触媒層５４を形成する方法、及び陽極給電体５７の陽極面５７ａに陽極触媒層５６を形成する方法は、図５中の（ａ）を参照しながら説明した上述の方法でよい。
【0074】
本実施形態で説明した製造方法によっても、第一実施形態で説明した膜電極接合体４３を完成させることができる。
【0075】
（その他の実施形態）
以上、本開示の実施の形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施の形態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の設計変更なども含まれる。
以上、本開示の実施の形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施の形態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の設計変更なども含まれる。
【0076】
例えば、第一実施形態及び第二実施形態で説明した膜電極接合体４３の製造方法では、イオノマー層５１を形成する前に、イオノマー層５１を単独で成形する工程を経てもよい。ここでいう「単独で成形」とは、塗布（塗工）などによってイオノマー層５１の材料を陰極触媒層５４及び陽極触媒層５６、またはイオン交換膜５０に設けず、独立した工程内でイオノマー層５１のみを成形することを意味する。この場合、イオノマー層５１を単独で二つ成形した後に、成形したイオノマー層５１を陽極触媒層５６及び陰極触媒層５４のそれぞれに一つずつ設けてもよく、あるいは、成形したイオノマー層５１をイオン交換膜５０の第一面５０ａ及び第二面５０ｂのそれぞれに設けてもよい。
【0077】
また、第一実施形態及び第二実施形態で説明した膜電極接合体４３の製造方法では、陽極触媒層５６の面積が陰極触媒層５４の面積よりも大きくなるように陽極触媒層５６を陽極給電体５７に設けてもよい。この場合、陽極給電体５７は、陽極触媒層５６と同じ大きさに形成される。つまり、陽極４８の面積は、陰極４７の面積よりも大きい。具体的には、陰極４７に対する陽極４８の面積比率（Ｎ／Ｐ比）は、例えば、１．０よりも大きく、１．３以下である。
【0078】
＜付記＞
各実施形態に記載の膜電極接合体４３、及び膜電極接合体４３の製造方法は、例えば以下のように把握される。
各実施形態に記載の膜電極接合体４３、及び膜電極接合体４３の製造方法は、例えば以下のように把握される。
【0079】
（１）第１の態様に係る膜電極接合体４３は、第一面５０ａ、及び該第一面５０ａとは反対側に位置した第二面５０ｂを有するイオン交換膜５０と、前記イオン交換膜５０よりも前記第一面５０ａの側に配置された陰極触媒層５４と、前記イオン交換膜５０よりも前記第二面５０ｂの側に配置された陽極触媒層５６と、前記イオン交換膜５０と前記陰極触媒層５４との間、及び前記イオン交換膜５０と前記陽極触媒層５６との間に、前記陰極触媒層５４及び前記陽極触媒層５６と別体として設けられて、前記陰極触媒層５４及び前記陽極触媒層５６と共に層構造を成すイオノマー層５１と、を備える。
【0080】
これにより、陰極触媒層５４の表面及び陽極触媒層５６の表面に凹部がまばらに生じていた場合、イオノマー層５１がこれら表面の凹部内に入り込む。すなわち、陰極触媒層５４の表面及び陽極触媒層５６の表面の凹部が埋まった状態で、イオン交換膜５０と、陰極触媒層５４及び陽極触媒層５６とが、イオノマー層５１を介して接続される。
【0081】
（２）第２の態様に係る膜電極接合体４３は、（１）の膜電極接合体４３であって、前記イオノマー層５１は、イオノマー樹脂成分と、該イオノマー樹脂成分とは異なる非イオノマー樹脂成分と、によって構成されており、前記イオノマー樹脂成分は、８０質量％以上、１００質量％未満の割合で前記イオノマー層５１中に含まれていてもよい。
【0082】
これにより、上記作用をより高精度に実現することができる。
【0083】
（３）第３の態様に係る膜電極接合体４３は、（２）の膜電極接合体４３であって、前記イオノマー樹脂成分は、前記イオン交換膜５０、前記陰極触媒層５４、及び前記陽極触媒層５６のそれぞれに共通して含まれる添加物と同一組成の組成物を含んでもよい。
【0084】
これにより、イオノマー層５１とイオン交換膜５０との間、イオノマー層５１と陰極触媒層５４との間、及びイオノマー層５１と陽極触媒層５６との間の密着性を高めることができる。
【0085】
（４）第４の態様に係る膜電極接合体４３は、（２）又は（３）の膜電極接合体４３であって、前記非イオノマー樹脂成分は、電解触媒粒子及びバインダーを含んでもよい。
【0086】
これにより、イオノマー層５１とイオン交換膜５０との間、イオノマー層５１と陰極触媒層５４との間、及びイオノマー層５１と陽極触媒層５６との間のイオン伝導性、及び密着性を高めることができる。
【0087】
（５）第５の態様に係る膜電極接合体４３は、（１）から（４）の何れかの膜電極接合体４３であって、前記イオノマー層５１の厚さは、前記陰極触媒層５４の厚さ及び前記陽極触媒層５６の厚さの１０％以上、５０％以下であってもよい。
【0088】
これにより、上記作用をより具体的な設定で実現することができる。
【0089】
（６）第６の態様に係る膜電極接合体４３は、（１）から（５）の何れかの膜電極接合体４３であって、前記イオノマー層５１の厚さは、１ｎｍ以上、１０μｍ以下であってもよい。
【0090】
これにより、上記作用をより具体的な設定で実現することができる。
【0091】
（７）第７の態様に係る膜電極接合体４３の製造方法は、陰極給電体５５の片面（陰極面５５ａ）に形成された陰極触媒層５４、及び陽極給電体５７の片面（陽極面５７ａ）に形成された陽極触媒層５６に、前記陰極触媒層５４及び前記陽極触媒層５６と別体のイオノマー層５１を設けるステップと、前記陰極触媒層５４に設けられた前記イオノマー層５１をイオン交換膜５０の第一面５０ａに重ね、前記陽極触媒層５６に設けられた前記イオノマー層５１を前記第一面５０ａとは反対側に位置する前記イオン交換膜５０の第二面５０ｂに重ねて、ホット或いはコールドプレスし、層構造を形成するステップと、を実行する。
【0092】
これにより、陰極触媒層５４に設けられたイオノマー層５１と、陽極触媒層５６に設けられたイオノマー層５１とを別々に取り扱うことができる。したがって、製造工程におけるハンドリングなどを行いやすくなり、生産性を向上させることができる。
【0093】
（８）第８の態様に係る膜電極接合体４３の製造方法は、イオン交換膜５０の第一面５０ａ、及び該第一面５０ａとは反対側に位置した第二面５０ｂのそれぞれに、イオノマー層５１を設けるステップと、陰極給電体５５の片面（陰極面５５ａ）に設けられた陰極触媒層５４を、前記イオン交換膜５０の前記第一面５０ａに設けられた前記イオノマー層５１に該イオノマー層５１とは別体となるように重ね、陽極給電体５７の片面に設けられた陽極触媒層５６を、前記イオン交換膜５０の前記第二面５０ｂに設けられた前記イオノマー層５１に該イオノマー層５１とは別体となるように重ねて、ホット或いはコールドプレスし、層構造を形成するステップと、を実行する。
【0094】
これにより、上記の膜電極接合体４３を製造することができる。
【0095】
（９）第９の態様に係る膜電極接合体４３の製造方法は、（７）又は（８）の膜電極接合体４３の製造方法であって、前記イオノマー層５１を設けるステップの実行前に、前記イオノマー層５１を単独で成形するステップを実行し、ホット或いはコールドプレスし、前記膜電極接合体を形成してもよい。
【符号の説明】
【0096】
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…第一ポンプ ２３…水素回収部 ２４…第一電解液供給部 ２６…酸素気液分離装置 ２７…第二ポンプ ２８…酸素回収部 ２９…第二電解液供給部 ３０…電源部 ４０…電解槽 ４１…第一セパレータ ４１ａ…第一内面 ４１ｂ，４２ｂ…第一内面の反対面、第二内面の反対面 ４１ｅ１，４２ｅ１…第一セパレータ端部 ４１ｅ２，４２ｅ２…第二セパレータ端部 ４２…第二セパレータ ４２ａ…第二内面 ４３…膜電極接合体 ４７…陰極 ４８…陽極 ５０…イオン交換膜 ５０ａ…第一面 ５０ｂ…第二面 ５０ｅ…外縁部 ５１…イオノマー層 ５２…第一イオノマー層 ５３…第二イオノマー層 ５４…陰極触媒層 ５５…陰極給電体 ５５ａ…陰極面 ５６…陽極触媒層 ５７…陽極給電体 ５７ａ…陽極面 ６１…第一集電体 ６２…第二集電体 ６３…第一絶縁体 ６４…第二絶縁体 ６５…第一絶縁材 ６６…第二絶縁材 ６７…第一エンドプレート ６８…第二エンドプレート ７０…支持部 ７１…第一支持部 ７２…第二支持部 ８０…封止部 ８１…第一封止部 ８２…第二封止部 Ｃ…中央部 ＦＰ１…第一流路 ＦＰ２…第二流路 Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４…配管ライン Ｓ…内部空間 Ｓａ…陰極室 Ｓｂ…陽極室
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】