特許 7520758 電気化学装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-12

(45)【発行日】2024-07-23

(54)【発明の名称】電気化学装置

(51)【国際特許分類】

   C25B 15/00 20060101AFI20240716BHJP

   C25B 1/04 20210101ALI20240716BHJP

   C25B 9/00 20210101ALI20240716BHJP

   H01M 8/0656 20160101ALI20240716BHJP

【ＦＩ】

C25B15/00 303

C25B1/04

C25B9/00 A

C25B15/00 302A

H01M8/0656

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2021044794

(22)【出願日】2021-03-18

(65)【公開番号】P2022143974

(43)【公開日】2022-10-03

【審査請求日】2023-02-22

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【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】110001092

【氏名又は名称】弁理士法人サクラ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】吉永 典裕

(72)【発明者】

【氏名】北川 良太

(72)【発明者】

【氏名】関口 申一

【審査官】祢屋 健太郎

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－０６７３４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０５３３２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１８６４１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０９０６９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１８８３５０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ２５Ｂ １５／００

Ｃ２５Ｂ １／０４

Ｃ２５Ｂ ９／００

Ｈ０１Ｍ ８／０６５６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１流路を有する第１電極と、第２流路を有する第２電極と、前記第１電極と前記第２電極とで挟持された隔膜とを備える電気化学セルと、
前記第１電極の前記第１流路に接続され、稼働時に前記第１電極で生成された生成物及び前記第２電極から前記第１電極に浸透する水が送られる気液分離タンクと、
前記第１電極の前記第１流路と前記気液分離タンクの気体部分とに接続された動作用配管と、
前記気液分離タンクの液体部分と前記動作用配管とに接続され、停止時に前記気液分離タンクの水を前記第１電極の前記第１流路に送る水封入配管とを具備し、
前記水封入配管は、稼働時に前記第１電極の前記第１流路の水素の出口となる第１開口に前記動作用配管を介して接続されており、
停止時に前記第１電極の前記第１流路の水の出口となる第２開口に電磁弁が接続されている、電気化学装置。

【請求項2】

前記水封入配管は、水頭圧又はガス圧力を動力として前記水を前記気液分離タンクの液体部分から前記第１電極の前記第１流路に送るように構成される、請求項１に記載の電気化学装置。

【請求項3】

前記隔膜は、固体高分子電解質膜を有する、請求項１又は請求項２に記載の電気化学装置。

【請求項4】

水電解装置である、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の電気化学装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、電気化学装置に関する。

【背景技術】

【0002】

電解装置のような電気化学装置の代表例としては、水（Ｈ_２Ｏ）を電気分解して水素（Ｈ_２）と酸素（Ｏ_２）とを発生させる水電解装置が知られている。水電解装置は、例えばアノードとカソードとこれらで挟持された固体高分子電解質膜とを有する電解セルを備えており、水（Ｈ_２Ｏ）を電気分解することによって、カソードで水素（Ｈ_２）を発生し、アノードで酸素（Ｏ_２）を発生する。このような固体高分子電解質膜（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ Ｍｅｍｂｒａｎｅ：ＰＥＭ）を隔膜として用いた水電解セル（ＰＥＭ型水電解セル）は、作動温度が低く、水素純度が高い等の特徴を有する。しかしながら、ＰＥＭ型水電解セルは、起動停止操作を行うとその性能が低下しやすいという課題を有している。これは水電解に限らず、隔膜を用いた電解セル及び電解装置（電気化学装置）の全般で課題とされている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１３－１９９６９７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明が解決しようとする課題は、起動停止操作を実施した際の性能の低下を抑制することを可能にした電気化学装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

実施形態の電気化学装置は、第１流路を有する第１電極と、第２流路を有する第２電極と、前記第１電極と前記第２電極とで挟持された隔膜とを備える電気化学セルと、前記第１電極の前記第１流路に接続され、稼働時に前記第１電極で生成された生成物及び前記第２電極から前記第１電極に浸透する水が送られる気液分離タンクと、前記第１電極の前記第１流路と前記気液分離タンクの気体部分とに接続された動作用配管と、前記気液分離タンクの液体部分と前記動作用配管とに接続され、停止時に前記気液分離タンクの水を前記第１電極の前記第１流路に送る水封入配管とを具備し、前記水封入配管は、稼働時に前記第１電極の前記第１流路の水素の出口となる第１開口に前記動作用配管を介して接続されており、停止時に前記第１電極の前記第１流路の水の出口となる第２開口に電磁弁が接続されている。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】実施形態の電気化学装置における電解セルの構成と電解セルと電源との接続構造を示す図である。

【図2】第１の実施形態の電気化学装置を示す図である。

【図3】第２の実施形態の電気化学装置を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下、実施形態の電気化学装置について、図面を参照して説明する。以下に示す各実施形態において、実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、その説明を一部省略する場合がある。図面は模式的なものであり、厚さと平面寸法との関係、各部の厚さの比率等は現実のものとは異なる場合がある。

【0008】

（第１の実施形態）
実施形態の電気化学装置の電気化学セルの構成と電気化学と電源との接続構造について、図１を参照して説明する。図１に示す電気化学セル１は、第１電極２と、第２電極３と、第１電極２と第２電極３とで挟持された隔膜４とを備えている。隔膜４は、例えば固体高分子電解質膜（ＰＥＭ）である。電気化学セル１を水電解セルとして用いる場合、第１電極２はカソード（還元電極／水素極）であり、第２電極３はアノード（酸化電極／酸素極）である。以下では、電気化学セル１を水電解セルとして用いる場合について、主として説明する。隔膜４としての固体高分子電解質膜には、プロトン伝導膜が用いられる。

【0009】

プロトン伝導性のＰＥＭの構成材料としては、例えばスルホン酸基を有するフッ素樹脂が用いられる。そのような材料の具体例としては、デュポン社のテトラフルオロエチレンをスルホン化して重合したフッ素樹脂であるナフィオン（登録商標）、旭化成社製のフレミオン（登録商標）、ＡＧＣ社製のアシブレック（登録商標）等が挙げられる。隔膜４は固体高分子電解質膜に限らず、電解質成分を含む炭化水素膜、タングステン酸やリンタングステン酸等の無機物を含む膜等の電解質膜であってもよい。

【0010】

アノードである第２電極３は、酸化反応により水（Ｈ_２Ｏ）を分解し、水素イオン（Ｈ^＋）と酸素（Ｏ_２）とを発生させる。カソードである第１電極２は、アノードで発生した水素イオン（Ｈ^＋）を還元し、水素（Ｈ_２）を発生させる。カソードである第１電極２は、第１触媒層５と第１給電層６とを有している。第１触媒層５は、隔膜４と接するように配置されている。アノードである第２電極２は、第２触媒層７と第２給電層８とを有している。第２触媒層７は、隔膜４と接するように配置されている。このような第１電極２と第２電極３とでＰＥＭ等の隔膜４を挟持することによって、膜電極接合体（Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ：ＭＥＡ）９が構成されている。

【0011】

カソードである第１電極２の第１触媒層５には、例えば白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）等の金属やＰｔ、Ａｇ、Ｐｄの少なくとも１つを含む合金（Ｐｔ合金、Ａｇ合金、Ｐｄ合金）等が用いられる。第１触媒層５には、ＰｔやＰｔＣｏ、ＰｔＦｅ、ＰｔＮｉ、ＰｔＰｄ、ＰｔＩｒ、ＰｔＲｕ、ＰｔＳｎ等のＰｔ合金を用いることがより好ましい。アノードである第２電極３の第２触媒層７には、例えばイリジウム（Ｉｒ）酸化物、ルテニウム（Ｒｕ）酸化物、パラジウム（Ｐｄ）酸化物、Ｉｒ複合酸化物、Ｒｕ複合酸化物、Ｐｄ複合酸化物等が用いられる。Ｉｒ複合酸化物やＲｕ複合酸化物を構成する複合金属としては、チタン（Ｔｉ）、ニオブ（Ｎｂ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、コバルト（Ｃｏ）、亜鉛（Ｚｎ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｐｄ等が挙げられる。第２触媒層７には、Ｉｒ酸化物やＩｒ複合酸化物等を用いることがより好ましい。

【0012】

第１電極２の第１給電層６及び第２電極２の第２給電層８には、ガス拡散性と導電性とを有する材料が用いられる。具体的には、多孔質な導電部材等が第１給電層６及び第２給電層８に適用される。第１給電層６及び第２給電層８には、Ｔｉ、Ｔａ、ＳＵＳ、Ｎｉ、Ｐｔ等の多孔質金属部材、金属フェルト、金属繊維を絡み合わせた金属不織布、カーボンペーパ、カーボンクロス等が用いられる。第１給電層６及び第２給電層８は、耐食性に優れるＴｉを用いることが好ましく、これにより耐久性を向上させることができる。

【0013】

上記したＭＥＡ９は、カソードセパレータ１０とアノードセパレータ１１に挟持されており、これらによって電気化学セル１が構成されている。カソードセパレータ１０には、反応物質や生成物質を流通させる第１流路１２が設けられている。アノードセパレータ１１には、反応物質や生成物質を流通させる第２流路１３が設けられている。第１触媒層５と第１給電層６の側面及び第２触媒層７と第２給電層８の側面には、シール部材１４が配置されており、ＭＥＡ９及び電気化学セル１からのガスや液体の漏れを防止している。

【0014】

電気化学セル１は、単セル構造に限らず、複数の電気化学セル１を積層したスタックセル構造を有していてもよい。スタックセルの形状は特に限定されるものではなく、所望する電圧や反応量等に応じて適宜選択される。また、複数の電気化学セル１を使用する場合、スタックセル構造に限らず、複数の電気化学セル１を平面配置した構造等であってもよい。さらに、平面配置したセルを積層してもよい。電気化学セル１に含まれる単セルの数も特に限定されるものではなく、適宜に選択される。

【0015】

電気化学セル１に供給される反応物質としては、例えば水、水素、改質ガス、メタノール、エタノール、蟻酸等を少なくとも１種類を含んだ水溶液を使用することができる。実施形態における電気化学セル１は、水電解のための電解セルに限定されるものでなく、二酸化炭素の電解反応セル等、同じく酸化物を触媒として用いる電解セルであれば、各種の電気化学セルに適用することが可能である。

【0016】

電気化学セル１の第１電極２及び第２電極３は、電圧印加手段（電源）１５に電気的に接続されている。さらに、電源１５と第１電極２及び第２電極３とを電気的に接続する回路には、電圧測定部１６及び電流測定部１７が設けられている。電源１５は、制御部１８により動作が制御されている。すなわち、制御部１８は電源１５を制御し、電気化学セル１に電圧を印加する。電圧測定部１６は、第１電極２及び第２電極３に電気的に接続されており、電気化学セル１に印加される電圧を測定する。その測定情報は制御部１８に送られる。電流測定部１７は、電気化学セル１に対する電圧印加回路に挿入されており、電気化学セル１を流れる電流を測定する。その測定情報は制御部１８に送られる。

【0017】

制御部１８は、例えばＰＣやマイコン等のコンピュータで構成され、各部で出力されたデータ信号を演算処理し、必要な制御信号を各構成部に出力する。制御部１８は、さらにメモリを有し、メモリに記憶されたプログラムにしたがって、各測定情報に応じて電源１５の出力を制御し、電気化学セル１に対して電圧を印加したり、また負荷を変化させる等の制御を行う。なお、電気化学セル１が電池反応に用いられる場合、電気化学セル１に対して電圧が負荷される。電気化学セル１が電池反応以外の反応、例えば水電解による水素発生反応や二酸化炭素の電解反応等に用いられる場合には、電気化学セル１に対して電圧が印加される。実施形態の電気化学装置においては、第１電極２と第２電極３との間に電圧を負荷し、電気化学反応を進行させるように構成されている。

【0018】

次に、図１に示す電気化学セル１を備える第１の実施形態の電気化学装置について、図２を参照して説明する。ここでは電気化学装置を水電解装置に適用した場合の構成を主として説明するが、実施形態の電気化学装置はこれに限定されるものではなく、二酸化炭素電解装置等であってもよい。図２に示す電気化学装置２０は、電気化学セル１の第２電極３に水を供給する水供給系統２１を備えており、さらに電気化学セル１の第１電極２から水素や水を排出する水素排出系統２２を備えている。

【0019】

水供給系統２１は、純水製造装置２３に接続された第１水タンク２４を有している。第１水タンク２４には、純水製造装置２３から水が供給される。第１水タンク２４に収容された水は、ポンプ２５及び第１配管２６を介して電気化学セル１の第２電極３に送られる。アノードとしての第２電極３で水分解が行われ、水分解で生じた酸素（Ｏ_２）及び余剰の水は第１水タンク２４に返送される。第１水タンク２４は気液分離機能を有し、第１水タンク２４で分離された酸素（Ｏ_２）は回収される。第１水タンク２４で分離された水は、ポンプ２５、第１配管２６、及び第２流路１３を介して循環する。

【0020】

水素排出系統２２は、第２水タンク２７に第２配管２８を介して接続されている。カソードとしての第１電極２には水を供給していないが、隔膜４を通って水が第１電極２側に送られるため、水素に混ざって水も排出される。このため、気液分離機構を有する第２水タンク２７の気体部分に第２配管（動作用配管）２８を接続している。第２水タンク２７で分離された水素（Ｈ_２）は回収される。さらに、第２水タンク２７には第３配管２９が接続されている。第３配管２９は、後に詳述するように、第２水タンク２７から電気化学セル１に水を送る配管（水封入配管）であり、第２水タンク２７の液体部分とカソードとしての第１電極２の第１流路１２の入口とに接続されている。第２配管２８及び第３配管２９には、それぞれ逆止弁３０、３１が設けられている。さらに、第２水タンク２７の水素排出配管３２には、電磁弁３３が設けられている。なお、第２水タンク２７に収容された水は、必要に応じて第１水タンク２４に送るようにしてもよい。この際、水素と酸素の混合は爆発の危険があることから、第１水タンク２４と第２水タンク２７とを接続する配管にはバルブを設けることが好ましい。

【0021】

次に、図２に示す電気化学装置２０の動作について説明する。水の電気分解を行う場合、アノードとしての第２電極３に外部の電源（１８）から電圧が印加されると、水（Ｈ_２Ｏ）が電気分解されて、以下に示す式（１）の反応が起こる。
２Ｈ_２Ｏ → Ｏ_２＋４Ｈ^＋＋４ｅ^－ …（１）
このとき発生するプロトン（Ｈ^＋）は隔膜４を通って、カソードとしての第１電極２に送られる。また、電子（ｅ^－）は外部回路を通って第１電極２に達する。カソードとしての第１電極２では以下に示す式（２）の反応により水素が発生する。
４Ｈ^＋＋４ｅ^－ → ２Ｈ_２ …（２）
上記した式（１）及び式（２）の反応により、水素と酸素を製造することができる。

【0022】

ここで、第２水タンク２７に第３配管２９を接続していない場合、電気化学装置２０の動作を停止した際に、アノードとしての第２電極３への水の供給が停止されるため、カソードとしての第１電極２で発生した水素が第２電極３側に流入するおそれがある。水素が第２電極３に混入すると、第２触媒層７に含まれるＩｒ酸化物やＲｕ酸化物等の金属酸化物触媒が還元されて触媒特性が低下するだけでなく、金属酸化物触媒が電気化学的に不安定な状態になることによって、Ｉｒ等の金属の溶出が起こり、第２電極３における電気化学反応の性能が劣化してしまう。これは電気化学セル１の性能低下要因となる。

【0023】

そこで、第１の実施形態の電気化学装置２０においては、第２水タンク２７と第１電極２の第１流路１２の入口とを、逆止弁３１を有する第３配管２９で接続している。電気化学装置２０の動作を停止した際に、水が第２水タンク２７から第１電極２に送られることによって、第１流路１２は水没する。第１流路１２に残属している水素は、水により押し出されるため、残属水素による第２電極３の金属酸化物触媒の還元を抑制することができる。このような構成を実現する上で、第２水タンク２７は電気化学セル１より高い位置に配置される。運転時において、発生した水素ガスは第２配管２８及び第２水タンク２７を通って外部に排出される。この際、第３配管２９の逆止弁３１によって、圧力の関係で水が第２水タンク２７から第１電極２に送られることはない。一方、運転停止時には、第２水タンク２７の液面よりも低い位置から第３配管２９を通って、水が水頭圧差により自動的に第１電極２の第１流路１２に送られ、第１流路１２が水没する。

【0024】

この際、圧力損失を減らして、スムーズに第１電極２の第１流路１２を水没させるためには、停止時に水を送る第３配管２９の配管径はできるだけ太いことが好ましい。具体的には、第３配管２９の配管径は３／８インチ以上が好ましく、さらに３／２インチ以上であることがより好ましい。また、逆止弁３１は少なくとも第３配管に設ける。これによって、運転時に第１配管２８から水素ガスが排出されることになり、第３配管２９からの水の逆流を防ぐことができるため、温度が均一になったり、電圧が安定になる効果がある。

【0025】

第１の実施形態の電気化学装置２０によれば、装置の停止直後にカソードとしての第１電極２に残存している水素ガスを追い出すことができる。その結果、アノードとしての第２電極３の金属酸化物触媒の還元を抑制することができるため、電気化学セル１の性能が低下することを抑制することが可能となる。すなわち、安定して性能を発揮する電気化学セル１を備える電気化学装置２０を提供することができる。

【0026】

（第２の実施形態）
第２の実施形態の電気化学装置２０について、図３を参照して説明する。図３に示す電気化学装置２０においては、装置停止時に第２水タンク２７から電気化学セル１に水を送る第３配管２９を、第１電極２の第１流路１２の入口と第２水タンク２７とを接続する第２配管２８の途中に接続している。第３配管２９には逆止弁３１が設けられている。第３配管２９は、第２配管２８を介して稼働時に第１流路１２の水素の出口となる開口に接続されている。さらに、装置停止時に第１流路１２の水の出口となる開口に電磁弁３４が接続されている。これら以外の構成について、第２の実施形態の電気化学装置２０は第１の実施形態と同様な構成を有している。

【0027】

第２の実施形態の電気化学装置２０において、装置稼働時には水素及び水が第１流路１２の一方の開口（稼働時の出口）から第２配管２８を介して第２水タンク２７に送られる。装置稼働時には、電磁弁３４は閉じられている。装置停止時においては、第２水タンク２７の水が第３配管２９及び逆止弁３１を介して第１流路１２の一方の開口（稼働時の出口／停止時の入口）に送られる。この際、第１流路１２の電磁弁３４を第１流路１２の他方の開口（停止時の入口）から水が出るまで、例えば２０秒間だけ電磁弁３４は開けておき、その後に電磁弁３４を閉じる。これによって、装置停止時に第１流路１２を水没させることができ、残属水素を水により押し出すことができる。従って、第１の実施形態と同様に、水素による第２電極３の金属酸化物触媒の還元を抑制することが可能となる。

【実施例】

【0028】

次に、実施例及びその評価結果について述べる。

【0029】

（実施例１）
図２に示したように、第２水タンク２７と電気化学セル（電解セル）１における第１電極２の第１流路１２とが第３配管２９で接続されている電気化学装置２０を構成した。装置稼働時には、第１電極２に生じた水素と水は第２配管を介して第２水タンク２７に送られる。第３配管２９には逆止弁３１が設けられているため、水が逆流することはない。一方、装置停止時においては、第２水タンク２７の水が第１流路１２に送られる。

【0030】

上記した電気化学装置２０において、装置運転時には電気化学セル１の第１電極（水素極）２側で水素が発生する。第１電極２の水素側出口からは、生成された水素が第２電極（酸素極）３からクロスオーバした水と共に、３／８インチの配管を通って、水タンク２７に排出される。水素ガスは電磁弁３３を通って、外部へ排出される。一方、水は水タンク２７で凝縮する。このとき、水タンク２７内で規定の液面高さ以上になると、電磁弁を開けて水タンク２４に移動させる構成になっている。電解セル１の水素極入口には、水タンク２７の液面より低い液体部分から繋がった３／２インチの配管２９が接続されており、配管２９には逆止弁３１が設けられている。装置運転時は、逆止弁３１の効果により、水が逆流しないようになっている。

【0031】

このような構成を有する電気化学装置２０においては、装置停止時に電解セル１の水素極に水が自動で流れ込み、水没することを確認した。このような装置を用いて、１時間５０Ａで運転を行い、その後１時間停止する工程を１回とし、２０００回繰り返した。初期に電圧は１．８５Ｖ、電流密度は２Ａ／ｃｍ^２であった。これに対し、２０００回後にも電圧は１．８７Ｖ、電流密度は２Ａ／ｃｍ^２の値が維持されていることを確認した。

【0032】

（実施例２）
図３に示したように、第２水タンク２７と電気化学セル（電解セル）１における第１電極２の第１流路１２とを接続する配管２８に、第２水タンク２７の液面下に設けられた配管２９を接続した電気化学装置２０を構成した。装置稼働時には、第１電極２に生じた水素と水は第２配管を介して第２水タンク２７に送られる。第３配管２９には逆止弁３１が設けられているため、水が逆流することはない。一方、装置停止時においては、第２水タンク２７の水が第１流路１２に送られる。

【0033】

上記した電気化学装置２０において、電解セル１の水素極出口にも外部に繋がる水配管を接続し、電磁弁３４を設置した。電解セルの運転時には電磁弁３４を閉じ、停止時には水配管から水が出るまでの２０秒間だけ電磁弁３４を開け、その後に閉じる動作を停止毎行った。この装置を用いて、１時間５０Ａで運転を行い、その後１時間停止する工程を１回とし、２０００回繰り返した。初期に電圧は１．８５Ｖ、電流密度は２Ａ／ｃｍ^２であった。これに対し、２０００回後にも電圧は１．８６５Ｖ、電流密度は２Ａ／ｃｍ^２の値が維持されていることを確認した。

【0034】

（実施例３）
図３に示したように、第２水タンク２７と電気化学セル（電解セル）１における第１電極２の第１流路１２とを接続する配管２８に、第２水タンク２７の液面下に設けられた配管２９を接続した電気化学装置２０を構成した。また、第２水タンク２７は第１電極２よりも低い位置に設置した。装置稼働時には電磁弁３３を絞ることで、水素側の循環系の圧力が１０気圧になるように調整した。第１電極２に生じた１０気圧の水素と水は、第２配管２８を介して第２水タンク２７に送られる。第３配管２９には逆止弁３１が設けられているため、水が逆流することはない。

【0035】

上記した電気化学装置２０において、電解セル１の水素極出口にも外部に繋がる水配管を接続し、電磁弁３４を設置した。電解セルの運転時には電磁弁３４を閉じ、停止時には水配管から水が出るまでの２０秒間だけ電磁弁３４を開け、その後に閉じる動作を停止毎行った。電磁弁３４を開けた装置停止時において、タンク内の１０気圧と電磁弁３４の下流部の大気圧との差によって、第２水タンク２７の水が第１流路１２に送られる。この装置を用いて、１時間５０Ａで運転を行い、その後１時間停止する工程を１回とし、２０００回繰り返した。初期に電圧は１．８５Ｖ、電流密度は２Ａ／ｃｍ^２であった。これに対し、２０００回後にも電圧は１．８６５Ｖ、電流密度は２Ａ／ｃｍ^２の値が維持されていることを確認した。

【0036】

（比較例１）
図２及び図３における配管２９を設置することなく、電気化学装置２０を構成した。なお、水タンク２４と水タンク２７を、電磁弁を有する配管で接続した。この配管は、水タンク２７内で液面が規定の高さ以上になった際に、電磁弁を開けて水を水タンク２４に移動させるものである。このような構成を有する電気化学装置２０では、装置停止時に水素極が水没することはない。このような装置を用いて、実施例１、２と同一条件で２０００回の動作を繰り返し行った。初期の電圧は１．８５Ｖ、電流密度は２Ａ／ｃｍ^２であった。これに対して、２０００回後には電圧が２．２５Ｖまで上昇し、電流密度は２Ａ／ｃｍ^２のであった。以上の結果から、停止時の水素のリークにより、電解セル１の劣化が進行していることが確認された。

【0037】

なお、上述した各実施形態の構成は、それぞれ組合せて適用することができ、また一部置き換えることも可能である。ここでは、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施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するものではない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施し得るものであり、発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の省略、置き換え、変更等を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同時に、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ものである。

【符号の説明】

【0038】

１…電気化学セル、２…第１電極、３…第２電極、４…隔膜、５…第１触媒層、７…第２触媒層、１２…第１流路、１３…第２流路、２０…電気化学装置、２４…第１水タンク、２７…第２水タンク、２８…第２配管（動作用配管）、２９…第３配管（水封入配管）、３０，３１…逆止弁。

【図1】

【図2】

【図3】