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特表2024-522992電気化学セル内のアノードおよび／またはカソードパンアセンブリ、およびそれを使用および製造する方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-06-25
(54)【発明の名称】電気化学セル内のアノードおよび／またはカソードパンアセンブリ、およびそれを使用および製造する方法
(51)【国際特許分類】
C25B 13/02 20060101AFI20240618BHJP
C25B 9/73 20210101ALI20240618BHJP
C25B 9/00 20210101ALI20240618BHJP
C25B 1/04 20210101ALI20240618BHJP
C25B 9/23 20210101ALI20240618BHJP
C25B 11/031 20210101ALI20240618BHJP
【ＦＩ】
C25B13/02 302
C25B9/73
C25B9/00 A
C25B1/04
C25B9/23
C25B11/031
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023574158
(86)(22)【出願日】2021-12-22
(85)【翻訳文提出日】2024-01-29
(86)【国際出願番号】 US2021065005
(87)【国際公開番号】W WO2022256043
(87)【国際公開日】2022-12-08
(31)【優先権主張番号】63/195,531
(32)【優先日】2021-06-01
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】17/557,467
(32)【優先日】2021-12-21
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】523331876
【氏名又は名称】ベルダジー， インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100078282
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 秀策
(74)【代理人】
【識別番号】100113413
【弁理士】
【氏名又は名称】森下 夏樹
(74)【代理人】
【識別番号】100181674
【弁理士】
【氏名又は名称】飯田 貴敏
(74)【代理人】
【識別番号】100181641
【弁理士】
【氏名又は名称】石川 大輔
(74)【代理人】
【識別番号】230113332
【弁護士】
【氏名又は名称】山本 健策
(72)【発明者】
【氏名】マクウェイド， トーマス エイチ．
(72)【発明者】
【氏名】ギリアム， ライアン ジェイ．
【テーマコード（参考）】
4K011
4K021
【Ｆターム（参考）】
4K011AA10
4K011AA11
4K011DA01
4K021AA01
4K021BA02
4K021DA04
4K021DA09
4K021DA11
4K021DB04
4K021DB11
4K021DB12
4K021DB49
4K021DB53
4K021DC03
4K021EA02
(57)【要約】
独特のリブおよび溶接部構成を備えているアノードおよび／またはカソードパンアセンブリ、アノードおよび／またはカソードパンアセンブリを含む、電気化学セルおよび／または電解装置、およびそれらを使用および製造する方法が、本明細書において提供される。アノードおよび／またはカソードパンの内側の１つ以上のリブの数は、約１～７５個である。一実施形態において、１つ以上のリブの厚さは、約１～３ｍｍである。一実施形態において、１つ以上のリブの高さは、約１０～１１０ｍｍである。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
アノードおよび／またはカソードパンアセンブリであって、前記アノードおよび／またはカソードパンアセンブリは、アノードおよび／またはカソードパンと、
１つ以上のリブであって、前記１つ以上のリブは、前記アノードおよび／または前記カソードパンの内側に垂直に位置付けられている、１つ以上のリブと、
前記１つ以上のリブに溶接された電極と、
前記電極を前記１つ以上のリブに溶接する１つ以上の溶接部と
を備えている、アノードおよび／またはカソードパンアセンブリ。
【請求項2】
前記アノードおよび／または前記カソードパンの内側の前記１つ以上のリブの数は、約１～７５個である、請求項１に記載のアノードおよび／またはカソードパンアセンブリ。
【請求項3】
前記１つ以上のリブの厚さは、約１～３ｍｍである、請求項１または請求項２に記載のアノードおよび／またはカソードパンアセンブリ。
【請求項4】
前記１つ以上のリブの高さは、約１０～１１０ｍｍである、請求項１－３のいずれか１項に記載のアノードおよび／またはカソードパンアセンブリ。
【請求項5】
２つ以上のリブ間のピッチは、約４０～２００ｍｍである、請求項１－４のいずれか１項に記載のアノードおよび／またはカソードパンアセンブリ。
【請求項6】
前記１つ以上のリブの各々は、１つ以上の切り込みと、１つ以上の隆起とを備えている、請求項１－５のいずれか１項に記載のアノードおよび／またはカソードパンアセンブリ。
【請求項7】
前記電極は、平面電極またはエキスパンドメタルまたはメッシュである、請求項１－６のいずれか１項に記載のアノードおよび／またはカソードパンアセンブリ。
【請求項8】
前記エキスパンドメタルまたは前記メッシュ電極の各ストランドは、約０．５～３ｍｍの厚さを有する、請求項７に記載のアノードおよび／またはカソードパンアセンブリ。
【請求項9】
前記１つ以上の溶接部は、線、スポット、パターン、またはそれらの組み合わせの形態である、請求項１－８のいずれか１項に記載のアノードおよび／またはカソードパンアセンブリ。
【請求項10】
前記スポットの形態であるリブあたりの前記１つ以上の溶接部の数は、リブあたり約１０～５０個の溶接部である、請求項９に記載のアノードおよび／またはカソードパンアセンブリ。
【請求項11】
２つ以上の溶接部が前記スポットの形態であるときの前記溶接部間の距離は、ｘおよびｙ方向において独立して約２５～２００ｍｍである、請求項９または１０に記載のアノードおよび／またはカソードパンアセンブリ。
【請求項12】
前記線の形態であるリブあたりの前記１つ以上の溶接部の数は、リブあたり約１～７５個の溶接部である、請求項９に記載のアノードおよび／またはカソードパンアセンブリ。
【請求項13】
２つ以上の溶接部が前記線の形態であるときの前記溶接部間の距離は、ｘおよびｙ方向において独立して約４０～２００ｍｍである、請求項９または１２に記載のアノードおよび／またはカソードパンアセンブリ。
【請求項14】
前記パターンは、ドット、ドットのアレイ、破線、スポット、線セグメント、長線、長円形幾何学形状、長方形幾何学形状、円形幾何学形状、六角形幾何学形状、およびそれらの組み合わせから成る群から選択される、請求項９に記載のアノードおよび／またはカソードパンアセンブリ。
【請求項15】
各溶接部の断面積は、約６ｍｍ２～３，３００ｍｍ２である、請求項１－１４のいずれか１項に記載のアノードおよび／またはカソードパンアセンブリ。
【請求項16】
溶接部面積に対する電極面積の比率は、１５倍～２，０００倍の範囲内である、請求項１－１５のいずれか１項に記載のアノードおよび／またはカソードパンアセンブリ。
【請求項17】
前記アノードおよび／または前記カソードパンアセンブリは、約３００ｍＡ／ｃｍ２～６，０００ｍＡ／ｃｍ２の高電流密度で動作する電気化学セルの内側にある、請求項１－１６のいずれか１項に記載のアノードおよび／またはカソードパンアセンブリ。
【請求項18】
各溶接部を通した前記電流密度は、６Ａ／ｍｍ２未満である、請求項１－１７のいずれか１項に記載のアノードおよび／またはカソードパンアセンブリ。
【請求項19】
前記アノードおよび／または前記カソードパンアセンブリは、それぞれ、約２００～１０，０００ｋｇ／時の高流量のアノード液またはカソード液を備えている、請求項１－１８のいずれか１項に記載のアノードおよび／またはカソードパンアセンブリ。
【請求項20】
前記１つ以上のリブの前記厚さ、前記１つ以上のリブの前記高さ、前記１つ以上のリブ間の前記ピッチ、リブあたりの前記溶接部の前記数、各溶接部間の前記距離、各溶接部の前記断面積、および／または溶接部面積に対する電極面積の比率は、前記セルの内部温度に対する高い、潜在的に増減する電力消散率の影響を最小化し、高い局所温度、機械的侵食、および／または疲労に起因する膜損傷を防止する、請求項１－１９のいずれか１項に記載のアノードおよび／またはカソードパンアセンブリ。
【請求項21】
前記アノードおよび／または前記カソードパンアセンブリは、水素ガス生産電気化学セルの内側にある、請求項１－２０のいずれか１項に記載のアノードおよび／またはカソードパンアセンブリ。
【請求項22】
アノード液および／またはカソード液をさらに備え、前記アノード液および／または前記カソード液は、アルカリ溶液を備えている、請求項１－２１のいずれか１項に記載のアノードおよび／またはカソードパンアセンブリ。
【請求項23】
電気化学セルであって、前記電気化学セルは、請求項１－２２のいずれか１項に記載のアノードおよび／またはカソードパンアセンブリと、前記アノードと前記カソードとの間に配置されたイオン交換膜とを備えている、電気化学セル。
【請求項24】
多数の請求項２３に記載の個々の電気化学セルを備えている電解装置。
【請求項25】
方法であって、前記方法は、電気化学セルのアノードおよび／またはカソードパンの内側に１つ以上のリブを垂直に位置付けることと、
前記１つ以上のリブの上に電極を位置付けることと、
１つ以上の溶接部を通して前記電極を前記１つ以上のリブに溶接することと
を含む、方法。
【請求項26】
前記電極を前記１つ以上のリブと直角に設置することをさらに含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項27】
前記電気化学セルの前記アノードおよび／またはカソードパンの内側に１～７５個のリブを垂直に位置付けることをさらに含む、請求項２５－２６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項28】
約１～３ｍｍである前記１つ以上のリブの前記厚さ、約１０～１１０ｍｍである前記１つ以上のリブの高さ、および／または約４０～２００ｍｍである２つ以上のリブ間のピッチを提供することをさらに含む、請求項２５－２７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項29】
前記１つ以上のリブの各々は、１つ以上の切り込みと、１つ以上の隆起とを備えている、請求項２５－２８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項30】
前記電極は、平面電極またはエキスパンドメタルまたはメッシュである、請求項２５－２９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項31】
約０．５～３ｍｍの厚さを有する前記エキスパンドメタルまたは前記メッシュ電極の各ストランドを提供することをさらに含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項32】
線、スポット、パターン、またはそれらの組み合わせの形態における前記１つ以上の溶接部を提供することをさらに含む、請求項２５－３１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項33】
リブあたり約１０～５０個の溶接部である前記スポットの形態であるリブあたりの前記１つ以上の溶接部の数を提供することをさらに含む、請求項３２に記載の方法。
【請求項34】
２つ以上の溶接部が前記スポットの形態であるとき、ｘおよびｙ方向において独立して約２５～２００ｍｍである前記溶接部の各々の間の距離を提供することをさらに含む、請求項３２または３３に記載の方法。
【請求項35】
リブあたり約１～７５個の溶接部である前記線の形態であるリブあたりの前記１つ以上の溶接部の数を提供することをさらに含む、請求項３２に記載の方法。
【請求項36】
２つ以上の溶接部が前記線の形態であるとき、ｘおよびｙ方向において独立して約４０～２００ｍｍである前記溶接部の各々の間の距離を提供することをさらに含む、請求項３２または３５に記載の方法。
【請求項37】
約６ｍｍ２～３，３００ｍｍ２である各溶接部の断面積を提供することをさらに含む、請求項２５－３６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項38】
１５倍～２，０００倍の範囲内の溶接部面積に対する電極面積の比率を提供することをさらに含む、請求項２５－３７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項39】
約２００～１０，０００ｋｇ／時の高流量のアノード液またはカソード液の下で、前記アノードおよび／または前記カソードパンアセンブリをそれぞれ動作させることをさらに含む、請求項２５－３８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項40】
電気化学セルを組み立てるために前記アノードおよび／または前記カソードパンアセンブリを位置付け、約３００ｍＡ／ｃｍ２～６，０００ｍＡ／ｃｍ２の高電流密度で前記電気化学セルを動作させることをさらに含む、請求項２５－３９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項41】
前記電気化学セルは、水素ガス生産セルである、請求項４０に記載の方法。
【請求項42】
前記セルの内部温度に対する増減する電力消散の影響を最小化することをさらに含む、請求項２５－４１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項43】
高い局所温度、機械的侵食、および／または疲労に起因する膜損傷を防止することをさらに含む、請求項２５－４２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項44】
アノードおよび／またはカソードパンアセンブリを製造するためのプロセスであって、前記プロセスは、電気化学セルのアノードおよび／またはカソードパンの内側に１つ以上のリブを垂直に位置付けることと、
前記１つ以上のリブの上に電極を位置付けることと、
１つ以上の溶接部を通して前記電極を前記１つ以上のリブに溶接することと
を含む、プロセス。
【請求項45】
前記電気化学セルの前記アノードおよび／またはカソードパンの内側に前記１つ以上のリブを冶金的に取り付けることを含む、請求項４４に記載のプロセス。
【請求項46】
電気化学セルを組み立てるためのプロセスであって、前記プロセスは、請求項１－２２のいずれか１項に記載のアノードパンアセンブリをカソードパンとカソードとを備えているカソードパンアセンブリと一緒に接合することによって、個々の電気化学セルを組み立てること、または、
請求項１－２２のいずれか１項に記載のカソードパンアセンブリをアノードパンとアノードとを備えているアノードパンアセンブリと一緒に接合することによって、個々の電気化学セルを組み立てること、または、
請求項１－２２のいずれか１項に記載のアノードパンアセンブリとカソードパンアセンブリとを一緒に接合することによって、個々の電気化学セルを組み立てること、および、
前記アノードパンアセンブリと前記カソードパンアセンブリとを並列に設置し、イオン交換膜によってそれらを分離すること、および、
前記電気化学セルにセル電流および電解原料をフィーダを用いて供給すること
を含む、プロセス。
【請求項47】
前記電気化学セルは、水素ガス生産セルである、請求項４６に記載のプロセス。
【請求項48】
電解装置を組み立てるためのプロセスであって、前記プロセスは、請求項４６または４７に記載の個々の電気化学セルを組み立てることと、
複数の前記組み立てられた電気化学セルをスタックにおいて並んで設置し、前記電気化学セル間の電気接触を維持するためにそれらを一緒に固定することと
を含む、プロセス。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【0001】
（関連出願の相互参照）
本願は、それらの各々が、本明細書に完全に組み込まれる２０２１年６月１日に出願された米国仮出願第６３／１９５，５３１号の利益を主張する２０２１年１２月２１日に出願された米国特許出願第１７／５５７，４６７号の継続出願である。
本願は、それらの各々が、本明細書に完全に組み込まれる２０２１年６月１日に出願された米国仮出願第６３／１９５，５３１号の利益を主張する２０２１年１２月２１日に出願された米国特許出願第１７／５５７，４６７号の継続出願である。
【0002】
水素は、多くの不可欠な化学プロセスのために要求されるので、水素の生産は、いかなる工業化社会においても重要な役割を果たす。２０１９年時点で、年間約７，０００万トンの水素が、石油精製、およびアンモニア（ハーバー法を通して）およびメタノール（一酸化炭素の還元を通して）の生産において、輸送における燃料としても等、種々の使用のために世界中で生産され得る。
【0003】
水素の大部分（約９５％）は、天然ガスの水蒸気変成、メタンの部分酸化、および石炭ガス化によって、化石燃料から生産され得る。水素生産の他の方法は、バイオマスガス化、ＣＯ２を排出しないメタン熱分解、および水の電解を含む。電解は、電気を使用し、水を水素および酸素に分解することから成る。しかしながら、全ての方法およびシステムは、概して、化石燃料ベースの生産方法より高価であり、化石燃料ベースの方法は、環境を破壊する。したがって、費用競争力があり、環境に配慮した水素ガス生産電解システムに関する必要性が、存在する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0004】
例えば、化石燃料の商業的に説得力のある代替を可能にし得るイオン交換膜（ＩＥＭ）水電解技術における水素ガス生産等の電解プロセスを実行するように設計された電気化学セルにおいて使用されるアノードパンアセンブリおよび／またはカソードパンアセンブリ構成に関連する方法およびシステムが、本明細書において提供される。本明細書に提供されるアノードパンアセンブリおよび／またはカソードパンアセンブリ構成は、高電流密度での電気化学セルの動作を可能にする独特のリブおよび溶接部構成を含む。高電流密度での生産に起因して、標的化生産率が、より少ないセルで満たされ、それによって、資本経費を削減し、電解システムを水素ガス生産のための実行可能な源にし得る。
【0005】
一側面において、アノードおよび／またはカソードパンアセンブリが、提供され、アノードおよび／またはカソードパンアセンブリは、アノードおよび／またはカソードパンと、１つ以上のリブであって、１つ以上のリブは、アノードおよび／またはカソードパンの内側に垂直に位置付けられている、１つ以上のリブと、１つ以上のリブに溶接された電極と、電極を１つ以上のリブに溶接する１つ以上の溶接部とを備えている。
【0006】
前述の側面のいくつかの実施形態において、アノードおよび／またはカソードパンの内側の１つ以上のリブの数は、約１～７５個である。前述の側面および実施形態のいくつかの実施形態において、１つ以上のリブの厚さは、約１～３ｍｍである。前述の側面および実施形態のいくつかの実施形態において、１つ以上のリブの高さは、約１０～１１０ｍｍである。前述の側面および実施形態のいくつかの実施形態において、２つ以上のリブ間のピッチは、約４０～２００ｍｍである。前述の側面および実施形態のいくつかの実施形態において、１つ以上のリブの各々は、１つ以上の切り込みと、１つ以上の隆起とを備えている。
【0007】
前述の側面および実施形態のいくつかの実施形態において、電極は、平面電極またはエキスパンドメタルまたはメッシュである。前述の側面および実施形態のいくつかの実施形態において、エキスパンドメタルまたはメッシュ電極の各ストランドは、約０．５～３ｍｍの厚さを有する。
【0008】
前述の側面および実施形態のいくつかの実施形態において、１つ以上の溶接部は、線、スポット、パターン、またはそれらの組み合わせの形態である。前述の側面および実施形態のいくつかの実施形態において、スポットの形態であるリブあたりの１つ以上の溶接部の数は、リブあたり約１０～５０個の溶接部である。前述の側面および実施形態のいくつかの実施形態において、２つ以上の溶接部がスポットの形態であるときの溶接部の各々の間の距離は、ｘおよびｙ方向において独立して約２５～２００ｍｍである。前述の側面および実施形態のいくつかの実施形態において、線の形態であるリブあたりの１つ以上の溶接部の数は、リブあたり約１～７５個の溶接部である。前述の側面および実施形態のいくつかの実施形態において、２つ以上の溶接部が線の形態であるときの溶接部の各々の間の距離は、ｘおよびｙ方向において独立して約４０～２００ｍｍである。前述の側面および実施形態のいくつかの実施形態において、パターンは、ドット、ドットのアレイ、破線、スポット、線セグメント、長線、長円形幾何学形状、長方形幾何学形状、円形幾何学形状、六角形幾何学形状、およびそれらの組み合わせから成る群から選択される。
【0009】
前述の側面および実施形態のいくつかの実施形態において、各溶接部の断面積は、約６ｍｍ２～３，３００ｍｍ２である。前述の側面および実施形態のいくつかの実施形態において、溶接部面積に対する電極面積の比率は、１５倍～２，０００倍の範囲内である。前述の側面および実施形態のいくつかの実施形態において、各溶接部を通した電流密度は、６Ａ／ｍｍ２未満である。
【0010】
前述の側面および実施形態のいくつかの実施形態において、アノードおよび／またはカソードパンアセンブリは、それぞれ、約２００～１０，０００ｋｇ／時の高流量のアノード液またはカソード液を備えている。前述の側面および実施形態のいくつかの実施形態において、アノードおよび／またはカソードパンアセンブリは、約３００ｍＡ／ｃｍ２～６，０００ｍＡ／ｃｍ２の高電流密度で起動する電気化学セルの内側にある。
【0011】
前述の側面および実施形態のいくつかの実施形態において、１つ以上のリブの厚さ、１つ以上のリブの高さ、１つ以上のリブ間のピッチ、リブあたりの溶接部の数、各溶接部間の距離、各溶接部の断面積、および／または溶接部面積に対する電極面積の比率は、セルの内部温度に対する高い、潜在的に増減する電力消散率の影響を最小化し、高い局所温度、機械的侵食、および／または疲労に起因する膜損傷を防止する。
【0012】
前述の側面および実施形態のいくつかの実施形態において、アノードおよび／またはカソードパンアセンブリは、水素ガス生産電気化学セルの内側にある。いくつかの実施形態において、水素ガス生産電気化学セルにおいて、水素が、カソードにおいて発生させられ、酸素が、アノードにおいて発生させられる。
【0013】
前述の側面および実施形態のいくつかの実施形態において、アノードおよび／またはカソードパンアセンブリは、それぞれ、アノード液および／またはカソード液等の電解質をさらに備え、アノード液および／またはカソード液は、アルカリ溶液を備えている。
【0014】
一側面において、電気化学セルが、提供され、電気化学セルは、前述の側面および実施形態のいずれかに記載のアノードおよび／またはカソードパンアセンブリと、アノードとカソードとの間に配置されたイオン交換膜とを備えている。電気化学セルにおいて、前述のアノードパンアセンブリ（カソードパンとカソードとを備えている通常または従来のカソードパンアセンブリを伴う）または前述のカソードパンアセンブリ（アノードパンとアノードとを備えている通常または従来のアノードパンアセンブリを伴う）のいずれか、またはアノードパンアセンブリおよびカソードパンアセンブリの両方が、存在し得、したがって、それらの構成の全てが、十分に本開示の範囲内であることを理解されたい。
【0015】
一側面において、多数の個々の前述の電気化学セルを備えている電解装置が、提供される。
【0016】
一側面において、方法が、提供され、方法は、電気化学セルのアノードおよび／またはカソードパンの内側に１つ以上のリブを垂直に位置付けることと、１つ以上のリブの上に電極を位置付けることと、１つ以上の溶接部を通して電極を１つ以上のリブに溶接することとを含む。
【0017】
前述の側面のいくつかの実施形態において、方法は、電極を１つ以上のリブと直角に設置することをさらに含む。前述の側面および実施形態のいくつかの実施形態において、方法は、電気化学セルのアノードおよび／またはカソードパンの内側に１～７５個のリブを垂直に位置付けることをさらに含む。前述の側面および実施形態のいくつかの実施形態において、方法は、約１～３ｍｍである１つ以上のリブの厚さ、約１０～１１０ｍｍである１つ以上のリブの高さ、および／または約４０～２００ｍｍである２つ以上のリブ間のピッチを提供することをさらに含む。前述の側面および実施形態のいくつかの実施形態において、１つ以上のリブの各々は、１つ以上の切り込みと、１つ以上の隆起とを備えている。前述の側面および実施形態のいくつかの実施形態において、電極は、平面電極またはエキスパンドメタルまたはメッシュである。前述の側面および実施形態のいくつかの実施形態において、方法は、約０．５～３ｍｍの厚さを有するエキスパンドメタルまたはメッシュ電極の各ストランドを提供することをさらに含む。
【0018】
前述の側面および実施形態のいくつかの実施形態において、方法は、線、スポット、パターン、またはそれらの組み合わせの形態における１つ以上の溶接部を提供することをさらに含む。前述の側面および実施形態のいくつかの実施形態において、方法は、リブあたり約１０～５０個の溶接部であるスポットの形態であるリブあたりの１つ以上の溶接部の数提供することをさらに含む。前述の側面および実施形態のいくつかの実施形態において、方法は、２つ以上の溶接部がスポットの形態であるとき、ｘおよびｙ方向において独立して約２５～２００ｍｍである溶接部の各々の間の距離提供することをさらに含む。前述の側面および実施形態のいくつかの実施形態において、方法は、リブあたり約１～７５個の溶接部である線の形態であるリブあたりの１つ以上の溶接部の数提供することをさらに含む。前述の側面および実施形態のいくつかの実施形態において、方法は、２つ以上の溶接部が線の形態であるとき、ｘおよびｙ方向において独立して約４０～２００ｍｍである溶接部の各々の間の距離を提供することをさらに含む。前述の側面および実施形態のいくつかの実施形態において、方法は、約６ｍｍ２～３，３００ｍｍ２である各溶接部の断面積を提供することをさらに含む。前述の側面および実施形態のいくつかの実施形態において、方法は、１５倍～２，０００倍の範囲内の溶接部面積に対する電極面積の比率を提供することをさらに含む。
【0019】
前述の側面および実施形態のいくつかの実施形態において、方法は、約２００～１０，０００ｋｇ／時の高流量のアノード液またはカソード液の下で、アノードおよび／またはカソードパンアセンブリをそれぞれ動作させることをさらに含む。前述の側面および実施形態のいくつかの実施形態において、方法は、電気化学セルを組み立てるためにアノードおよび／またはカソードパンアセンブリを位置付け、約３００ｍＡ／ｃｍ２～６，０００ｍＡ／ｃｍ２の高電流密度で電気化学セルを起動することをさらに含む。前述の側面および実施形態のいくつかの実施形態において、電気化学セルは、水素ガス生産セルである。
【0020】
前述の側面および実施形態のいくつかの実施形態において、方法は、セルの内部温度に対する増減する電力消散の影響を最小化することをさらに含む。前述の側面および実施形態のいくつかの実施形態において、方法は、高い局所温度、機械的侵食、および／または疲労に起因する膜損傷を防止することをさらに含む。
【0021】
一側面において、アノードおよび／またはカソードパンアセンブリを製造するためのプロセスが、提供され、プロセスは、電気化学セルのアノードおよび／またはカソードパンの内側に１つ以上のリブを垂直に位置付けることと、１つ以上のリブの上に電極を位置付けることと、１つ以上の溶接部を通して電極を１つ以上のリブに溶接することとを含む。前述の側面のいくつかの実施形態において、プロセスは、電気化学セルのアノードおよび／またはカソードパンの内側に１つ以上のリブを冶金的に取り付けることを含む。
【0022】
一側面において、電気化学セルを組み立てるためのプロセスが、提供され、プロセスは、
前述のアノードパンアセンブリをカソードパンとカソードとを備えているカソードパンアセンブリと一緒に接合することによって、個々の電気化学セルを組み立てること、または、
前述のカソードパンアセンブリをアノードパンとアノードとを備えているアノードパンアセンブリと一緒に接合することによって、個々の電気化学セルを組み立てること、または、
前述のアノードパンアセンブリと前述のカソードパンアセンブリとを一緒に接合することによって、個々の電気化学セルを組み立てること、および、
アノードパンアセンブリとカソードパンアセンブリとを並列に設置し、イオン交換膜によってそれらを分離すること、および、
電気化学セルにセル電流および電解原料をフィーダを用いて供給することを含む。
前述のアノードパンアセンブリをカソードパンとカソードとを備えているカソードパンアセンブリと一緒に接合することによって、個々の電気化学セルを組み立てること、または、
前述のカソードパンアセンブリをアノードパンとアノードとを備えているアノードパンアセンブリと一緒に接合することによって、個々の電気化学セルを組み立てること、または、
前述のアノードパンアセンブリと前述のカソードパンアセンブリとを一緒に接合することによって、個々の電気化学セルを組み立てること、および、
アノードパンアセンブリとカソードパンアセンブリとを並列に設置し、イオン交換膜によってそれらを分離すること、および、
電気化学セルにセル電流および電解原料をフィーダを用いて供給することを含む。
【0023】
前述の側面のいくつかの実施形態において、電気化学セルは、水素ガス生産セルである。
【0024】
一側面において、電解装置を組み立てるためのプロセスが、提供され、プロセスは、前述の個々の電気化学セルを組み立てることと、複数の組み立てられた電気化学セルをスタックにおいて並んで設置し、電気化学セル間の電気接触を維持するためにそれらを一緒に固定することとを含む。
【図面の簡単な説明】
【0025】
本発明の新規の特徴が、添付される請求項に詳細に記載される。本発明の特徴および利点のより深い理解が、本発明の原理が利用される例証的実施形態を記載する以下の詳細な説明、および付随の図面を参照することによって取得され得る。
【0026】
【0027】
【0028】
【0029】
【0030】
【発明を実施するための形態】
【0031】
独特のリブおよび溶接部構成を備えているアノードパンアセンブリおよび／またはカソードパンアセンブリに関連する構成要素、方法、および電気化学セルが、本明細書において提供され、パンアセンブリは、例えば、ＩＥＭ（例えば、アニオン交換膜（ＡＥＭ）アルカリ水電解技術等）における高電流密度での水素ガス生産等の電解プロセスを実行するために設計されている。
【0032】
典型的に、商業的なアルカリ水電解セルは、１００～４００ｍＡ／ｃｍ２において動作し得る。例えば、商業的な塩素アルカリ電気化学セルは、典型的に、最大約５００ｍＡ／ｃｍ２の電流密度において動作し得る。しかしながら、出願人は、オペレータが、より少ないセルでそれらの標的化生産率を満たし、それによって、資本経費を削減し得るように、高電流密度で動的に動作し得る独特の電気化学セルおよびその構成要素を設計した。さらに、セルの高い動作電流密度の範囲は、オペレータに大きいターンダウン比を提供し、オペレータが、電力価格が低いとき、生産を最大化し、電力価格が高いとき、電力消費を減らすことを可能にし得る。
【0033】
本発明がより詳細に説明される前に、本発明が、説明される特定の実施形態に限定されず、したがって、当然ながら、変動し得ることを理解されたい。さらに、本明細書に使用される専門用語が、特定の実施形態を説明する目的のみのためのものであり、本発明の範囲は、添付される請求項によってのみ限定されるであろうから、限定であることを意図していないことを理解されたい。
【0034】
値の範囲が提供される場合、文脈が明確に別様に決定付けない限り、その範囲の上限と下限との間の下限の単位の１０分の１までの各介在する値、およびその記載される範囲内の任意の他の記載される、または介在する値が、本発明内に包含されることを理解されたい。これらのより小さい範囲の上限および下限は、独立してより小さい範囲内に含まれ得、また、記載される範囲内の任意の具体的に除外される限界に従って、本発明内に包含される。記載される範囲が限界のうちの一方または両方を含む場合、それらの含まれる限界のうちの一方または両方を除外する範囲も、本発明内に含まれる。
【0035】
数値で本明細書に提示されるある範囲は、「約」数値として解釈され得る。「約」は、これが先行する厳密な数、およびその用語が先行する数に近い、またはそれに近似する数に関する文言上の支援を提供するためのものである。数が具体的に列挙される数に近い、またはそれに近似するかどうかを決定することにおいて、近い、または近似する列挙されない数は、これが提示される文脈において、具体的に列挙される数の実質的な均等物を提供する数であり得る。
【0036】
別様に定義されない限り、本明細書に使用される全ての技術的および科学的用語は、本発明が属する技術分野における当業者によって一般的に理解されるものと同じ意味を有する。本明細書に説明されるものと類似する、または同等の任意の方法および材料も、本発明の実践または試験において使用されることができるが、代表的な例証的方法および材料が、ここで説明される。
【0037】
本明細書に引用される全ての刊行物および特許は、各個々の刊行物または特許が具体的かつ個々に参照することによって組み込まれることが示される場合と同程度に、参照することによって本明細書に組み込まれ、それに関連して刊行物が引用される方法および／または材料を開示および説明するために、参照することによって本明細書に組み込まれる。任意の刊行物の引用は、出願日に先立つその開示に関するものであり、本発明が先行発明によってそのような刊行物に先立つ権利がないことを認めるものとして解釈されるべきではない。さらに、提供される刊行物の日付は、実際の刊行日と異なり得、独立して確認される必要があり得る。
【0038】
本明細書および添付される請求項に使用されるように、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」が、文脈が明確に別様に決定付けない限り、複数指示物を含むことに留意されたい。請求項が、任意の随意の要素を除外するように起草され得ることにさらに留意されたい。したがって、本文言は、請求項要素の列挙に関連する「単に」、「～のみ」等の排他的専門用語の使用、または「否定的」限定の使用のための先行詞としての役割を果たすことを意図している。
【0039】
本開示を熟読することに応じて当業者に明白であるであろうように、本明細書に説明および例証される個々の実施形態の各々は、本発明の範囲または精神から逸脱することなく、他のいくつかの実施形態のうちのいずれかの特徴から容易に分離される、またはそれと組み合わせられ得る離散的構成要素および特徴を有する。任意の列挙される方法は、列挙される事象の順序において、または論理的に可能な任意の他の順序において実行されることができる。
【0040】
（アノードおよび／またはカソードパンアセンブリ）
前に記載されるような高電流密度での電気化学セルの動作は、限定ではないが、セル内で発生させられる大量の熱、かなりの温度および圧力増減、膜侵食または疲労、および／または電流の流れに起因するジュール熱に対抗するための電解質の高流量等の重要な課題をもたらし得る。
前に記載されるような高電流密度での電気化学セルの動作は、限定ではないが、セル内で発生させられる大量の熱、かなりの温度および圧力増減、膜侵食または疲労、および／または電流の流れに起因するジュール熱に対抗するための電解質の高流量等の重要な課題をもたらし得る。
【0041】
高電流密度で大量のガスを生産する電気化学セルでは、ガス／液体混合物は、液体電解質より低い比熱、低い密度、および／または低い熱伝導率を有し得る。熱除去効率は、ガスホールドアップが増加するにつれて、低下させられ得る。局所温度は、ガスポケットが電極の領域を覆う場合、潜在的に、急速に上昇し得る。電極のかなりの領域が覆われている場合、覆われていない領域は、より多く働く必要性があり、それは、局所ジュール熱を増加させ得る。このように生じた局所ホットスポットは、膜に損傷を与え得る。電流密度が、セル内で増加させられるにつれて、電力消散も、劇的に上昇し得る。大きい空間的および／または時間的温度増減は、膜に損傷を与え得る。セルの内部温度分布に対する内部電力消散の影響は、出願人の電気化学セル内のアノードおよび／またはカソードパンアセンブリにおけるリブ幾何学形状および／または間隔、および／または溶接部密度および断面構成の使用を通して最小化され得る。
【0042】
本明細書に提供される電気化学セル内のアノードおよび／またはカソードパンアセンブリにおける独特のリブ幾何学形状および／または間隔、および／または溶接部密度および断面構成は、限定ではないが、ホットスポットを回避するためにセルエリアにわたって電流を分配すること、セルの高さに沿った電解質の大きい空間的および／または時間的温度増減を回避すること、および／または、ホットスポットに起因する膜損傷を回避すること等、これらの課題のうちの１つ以上を克服することができる。
【0043】
本明細書に提供されるような１つ以上のリブと、溶接部とを備えているアノードおよび／またはカソードパンアセンブリの設計は、高電流密度での動作を伴う活性エリアにわたる効率的な電流分布が存在することを保証する一方、リブおよび溶接部の断面積は、動作および経済的目的のためにセルが効果的であることも確実にする。
【0044】
典型的な電気化学セルでは、アノードおよびアノード電解質を格納するアノードパンが、存在する。カソードおよびカソード電解質を格納するカソードパンが、存在し、アノードパンおよびカソードパンは、１つ以上のダイヤフラム、膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）、またはイオン交換膜（ＩＥＭ）によって分離される。アノードパンおよび／またはカソードパンは、ガスおよび液体を収集し、セルから外にそれらを流動させる収集システム等の構成要素をさらに備え得る（「Ａｎｏｄｅ ａｎｄ／ｏｒ ｃａｔｈｏｄｅ ｐａｎ ａｓｓｅｍｂｌｉｅｓ ｉｎ ａｎ ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｅｌｌ，ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄｓ ｔｏ ｕｓｅ ａｎｄ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ ｔｈｅｒｅｏｆ」と題された、本明細書と同日付に出願された米国仮出願（参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる）に説明されるマニホールドおよび／または出口管等）。
【0045】
ＩＥＭは、アノードおよびカソードにおける所望の反応に応じて、アニオン交換膜（ＡＥＭ）、カチオン交換膜（ＣＥＭ）、または両方であり得る。これらの構成要素間に、種々の追加の分離器構成要素が、例えば、アノードからＡＥＭを分離し、カソードからＣＥＭを分離し、および／またはＣＥＭからＡＥＭを分離するために、および膜に機械的完全性を提供するために提供され得る。これらの構成要素に加えて、個々のガスケットまたはガスケットテープが、流体漏出からコンパートメントをシールするために、構成要素間に、およびその外側外周に沿って提供され得る。
【0046】
上記に説明される全ての構成要素は、互いに平行に整列させられ得、随意の周辺ボルト留めが、電気化学セル内でそれらを一緒に積み重ねるために提供され得る。フィルタプレス構成では、いかなる周辺ボルト留めも、要求されないこともある。電気化学セルのスタックでは、１つの電気化学セルのアノードは、隣接する電気化学セルのカソードと接触する。電流は、動作中、電気化学セルのスタックを通過する。
【0047】
独特のリブおよび溶接部構成を備えているアノードおよび／またはカソードパンアセンブリ、およびそれを含む電気化学セルが、本明細書において提供される。一側面において、アノードおよび／またはカソードパンと、１つ以上のリブであって、１つ以上のリブは、アノードおよび／またはカソードパンの内側に垂直に位置付けられている、１つ以上のリブと、１つ以上のリブに溶接された電極と、電極を１つ以上のリブに溶接する１つ以上の溶接部とを備えているアノードおよび／またはカソードパンアセンブリ、それを形成、使用、および製造する方法が、本明細書において提供される。
【0048】
例証的実施形態において、本発明のアノードパンアセンブリまたはカソードパンアセンブリは、図１に示される（左上の図は、アセンブリの正面図を図示し、左下の図は、アセンブリの側面図であり、右側の図は、アセンブリの側面図の拡大断面図を図示する）。電気化学セルにおいて、本明細書に提供されるようなアノードパンアセンブリまたは本明細書に提供されるようなカソードパンアセンブリのいずれか、または両方が、使用され得ることを理解されたい。例えば、図１に示されるアセンブリは、必要性およびアノードおよびカソードにおける反応に応じて、アノードパンアセンブリまたはカソードパンアセンブリまたは両方であり得る。
【0049】
図１に図示されるように、アノードパンアセンブリまたはカソードパンアセンブリ１００は、それぞれ、アノードパンまたはカソードパン１０１を備えている。アノードパンまたはカソードパン（左の図に示される）の深さの内側に、１つ以上のリブ１０２が、格納される。右側の図は、アノードパンアセンブリまたはカソードパンアセンブリ１００の側面図の拡大断面図を図示する。拡大側面図は、１つ以上のリブ１０２を備えている、構成要素の積み重ねを示す。１つ以上のリブ１０２は、アノードまたはカソードパン１０１に対して直角である。アノードまたはカソードパン１０１の上および１つ以上のリブ１０２の上に、電極１０３（アノードパンアセンブリに関してアノードおよびカソードパンアセンブリに関してカソード）が、設置される。電極１０３は、１つ以上の溶接部１０４を通して１つ以上のリブ１０２に溶接される。リブは、タブ１０５を通してアノードまたはカソードパンの床１０６に取り付けられる。
【0050】
セルの動作中、電流は、溶接部を通してカソードの中に流動し、それは、次いで、カソードから１つ以上のリブに流れる。電流は、次いで、１つ以上のリブを通して、タブを通してカソードパンに流動し、最終的に、パンに接触する導体（隣接するハーフセルパンまたは接触プレート）の中に流れる。電流は、次いで、タブから別のパンに流動し、リブを通して、次いで、アノードおよび溶接部に流れる。１つ以上のリブ１０２は、タブ１０５を通してパン床１０６に溶接される。タブ１０５は、リブ１０２の底部とパン床１０６との間の溶接部間隔を設定し得る。電流は、パン床からリブを通して、次いで、アノードを横断して流れるので、タブ１０５は、リブとパンとの間に適正な溶接部断面を提供する。タブ１０５は、活性エリアにわたってより良好な電流分布を促進し、リブとパンとの間の電気接触を提供する。しかしながら、いくつかの実施形態において、リブは、パン床に直接溶接され得、タブを通して接続されないこともある。
【0051】
１つ以上のリブの幾何学形状および間隔は、ハーフセルを通した電流の流れを決定付けることができる。リブの幾何学形状は、限定ではないが、リブの数、リブの高さ、リブの設計、２つのリブ間のピッチ、および／またはリブの厚さを含む。電流が、溶接部を通して流れるにつれて、溶接部の幾何学形状、間隔または密度、および／または断面積も、ハーフセルを通した電流の流れに影響を及ぼすことができる。ますます高い電流がセルを通して流れるとき、溶接部の密度および断面積は、局所ジュール熱に大きい影響を及ぼし、局所ホットスポットからの膜損傷を回避することができる。高電流密度での電気化学セルの効率的な動作を促進するリブおよび溶接部の独特の幾何学形状、間隔、および断面積が、本明細書において提供される。
【0052】
いくつかの実施形態において、本明細書に提供される１つ以上のリブは、伝導性金属から作製される固体プレートであり得る。いくつかの実施形態において、本明細書に提供される１つ以上のリブは、電解質が側方に移動するための孔または開口部を有する。いくつかの実施形態において、本明細書に提供される１つ以上のリブは、１つ以上の切り込み（本明細書にさらに説明されるような）を有する。いくつかの実施形態において、本明細書に提供される１つ以上のリブは、孔および切り込みの両方を有する。
【0053】
いくつかの実施形態において、リブの幾何学形状は、アノードおよび／またはカソードパン内のリブの数を含む。いくつかの実施形態において、アノードおよび／またはカソードパンの内側の１つ以上のリブの数は、電流分布および電力消散に影響を及ぼすことができる。いくつかの実施形態において、アノードおよび／またはカソードパンの内側の１つ以上のリブの数は、約１～７５個、または約１～６０個、または約１～５０個、または約１～４０個、または約１～３０個、または約１～２０個、または約１～１０個、または約１～５個、または約５～７５個、または約５～６０個、または約５～５０個、または約５～４０個、または約５～３０個、または約５～２０個、または約５～１０個、または約１０～７５個、または約１０～６０個、または約１０～５０個、または約１０～４０個、または約１０～３０個、または約１０～２０個、または約２０～７５個、または約２０～６０個、または約２０～５０個、または約２０～４０個、または約２０～３０個、または約３０～７５個、または約３０～６０個、または約３０～５０個、または約３０～４０個、または約４０～７５個、または約４０～６０個、または約４０～５０個、または約５０～７５個、または約５０～６０個、または約６０～７５個である。例えば、図１は、５つのリブ１０２を含むアノードまたはカソードパン１０１を図示する。いくつかの実施形態において、アノードおよび／またはカソードパンの内側の１つ以上のリブの数は、約５～３０個または約１０～２０個である。
【0054】
アノードまたはカソードパンの内側の１つ以上のリブの断面および拡大図が、図２に示される。電極および溶接部は、この図に示されていない。アノードおよび／またはカソードパンアセンブリ１００は、パン内に垂直に位置付けられるリブ１０２を有するアノードおよび／またはカソードパン１０１を備えている。リブ１０２は、タブ１０５を通してパンの床に溶接される。２つのリブ１０２間のピッチまたは距離は、Ｐとマーキングされ、１つ以上のリブの高さは、Ｈとマーキングされ、１つ以上のリブの厚さまたは幅は、Ｗとマーキングされる。リブは、電解質の移動のための孔および切り込み１０８および隆起１０９を備えているものとして図２に図示される。切り込み１０８および隆起１０９は、１つ以上のリブ１０２の上へのバッフルプレート１０７の嵌りを促進する。「Ａｎｏｄｅ ａｎｄ／ｏｒ ｃａｔｈｏｄｅ ｐａｎ ａｓｓｅｍｂｌｉｅｓ ｉｎ ａｎ ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｅｌｌ，ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄｓ ｔｏ ｕｓｅ ａｎｄ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ ｔｈｅｒｅｏｆ」と題された、本明細書と同日付に出願された米国仮出願に説明されるバッフルプレートは、参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる。１つ以上のリブは、限定ではないが、ニッケル、ステンレス鋼等の任意の伝導性金属から作製され得る。
【0055】
リブ上の孔および切り込み（および隆起）が存在せず、リブが伝導性金属の固体プレートであり得ること、リブが孔を有し、切り込みを有していないこと、または、リブが切り込みを有するが、孔を有していないこともあることを理解されたい。全てのそのような構成は、十分に本発明の範囲内である。存在する場合、孔は、任意の特定の形状またはサイズではないこともある。例えば、孔は、円形、スリット、穿孔、またはメッシュであり得る。
【0056】
前述の実施形態の図示が、図３Ａおよび３Ｂに示される。図３Ａは、固体プレートとしてのリブ（孔または切り込みなしおよびバッフルプレートなし）を伴うアノードおよび／またはカソードアセンブリを図示する。図３Ｂは、孔を有するが、切り込みのないリブ（バッフルプレートなし）を伴うアノードおよび／またはカソードアセンブリを図示する。
【0057】
切り込み１０８および隆起１０９が、１つ以上のリブ１０２内に存在する場合、隆起の長さは、約０．２５～１．０ｍ、または約０．２５～０．８ｍ、または約０．２５～０．６ｍ、または約０．２５～０．５ｍ、または約０．２５～０．４ｍ、または約０．２５～０．３ｍ、または約０．５～１．０ｍ、または約０．５～０．８ｍ、または約０．５～０．６ｍ、または約０．６～１．０ｍ、または約０．６～０．８ｍ、または約０．７～１．０ｍ、または約０．７～０．８ｍ、または約０．８～１．０ｍである。いくつかの実施形態において、リブ内の切り込みの長さは、約５～１００ｍｍ、または約５～８０ｍｍ、または約５～６０ｍｍ、または約５～５０ｍｍ、または約５～４０ｍｍ、または約５～３０ｍｍ、または約５～２０ｍｍ、または約５～１０ｍｍ、または約１０～１００ｍｍ、または約１０～５０ｍｍ、または約１０～４０ｍｍ、または約１０～３０ｍｍ、または約１０～２０ｍｍ、または約２０～１００ｍｍ、または約２０～５０ｍｍ、または約２０～４０ｍｍ、または約２０～３０ｍｍ、または約３０～１００ｍｍ、または約３０～５０ｍｍ、または約３０～４０ｍｍ、または約４０～１００ｍｍ、または約４０～５０ｍｍ、または約５０～１００ｍｍ、または約７５～１００ｍｍである。
【0058】
いくつかの実施形態において、リブの幾何学形状は、リブの高さＨ、リブ間のピッチＰ、およびアノードおよび／またはカソードパン内のリブの厚さまたは幅Ｗをさらに含む。いくつかの実施形態において、高さ、ピッチ、および厚さを含むリブの幾何学形状は、電流分布および電力消散に影響を及ぼすことができる。
【0059】
いくつかの実施形態において、アノードおよび／またはカソードパンアセンブリにおいて、
１つ以上のリブの厚さ（図２のＷ）は、約１～３ｍｍ、または約１～２．５ｍｍ、または約１～２ｍｍ、または約１～１．５ｍｍ、または約２～３ｍｍ、または約２～２．５ｍｍ、または約２．５～３ｍｍであり、および／または、
１つ以上のリブの高さ（図２のＨ）は、約１０～１１０ｍｍ、または約１０～１００ｍｍ、約１０～７５ｍｍ、または約１０～７０ｍｍ、または約１０～６０ｍｍ、または約１０～５０ｍｍ、または約１０～４０ｍｍ、または約１０～３０ｍｍ、または約２０～１１０ｍｍ、または約２０～７５ｍｍ、または約２０～７０ｍｍ、または約２０～６０ｍｍ、または約２０～５０ｍｍ、または約２０～４０ｍｍ、または約２０～３０ｍｍ、または約３０～１１０ｍｍ、または約３０～７５ｍｍ、または約３０～７０ｍｍ、または約３０～６０ｍｍ、または約３０～５０ｍｍ、または約３０～４０ｍｍ、または約４０～１１０ｍｍ、または約４０～７５ｍｍ、または約４０～７０ｍｍ、または約４０～６０ｍｍ、または約４０～５０ｍｍ、または約５０～１１０ｍｍ、または約５０～７５ｍｍ、または約５０～７０ｍｍ、または約５０～６０ｍｍ、または約６０～１１０ｍｍ、または約６０～７５ｍｍ、または約７０～１１０ｍｍ、または約７０～８０ｍｍであり、および／または、
２つ以上のリブ間のピッチ（図２のＰ）は、約４０～２００ｍｍ、または約４０～１５０ｍｍ、または約４０～１４０ｍｍ、または約４０～１３０ｍｍ、または約４０～１２０ｍｍ、または約４０～１１０ｍｍ、または約４０～１００ｍｍ、または約４０～８０ｍｍ、または約４０～７０ｍｍ、または約６０～２００ｍｍ、または約６０～１５０ｍｍ、または約６０～１４０ｍｍ、または約６０～１３０ｍｍ、または約６０～１２０ｍｍ、または約６０～１１０ｍｍ、または約６０～１００ｍｍ、または約６０～８０ｍｍ、または約８０～２００ｍｍ、または約８０～１５０ｍｍ、または約８０～１００ｍｍ、または約１００～２００ｍｍ、または約１００～１５０ｍｍ、または約１００～１４０ｍｍ、または約１００～１３０ｍｍ、または約１００～１２０ｍｍ、または約１２５～２００ｍｍ、または約１２５～１５０ｍｍ、または約１２５～１４０ｍｍ、または約１３０～１５０ｍｍ、または約７５～１２０ｍｍである。
１つ以上のリブの厚さ（図２のＷ）は、約１～３ｍｍ、または約１～２．５ｍｍ、または約１～２ｍｍ、または約１～１．５ｍｍ、または約２～３ｍｍ、または約２～２．５ｍｍ、または約２．５～３ｍｍであり、および／または、
１つ以上のリブの高さ（図２のＨ）は、約１０～１１０ｍｍ、または約１０～１００ｍｍ、約１０～７５ｍｍ、または約１０～７０ｍｍ、または約１０～６０ｍｍ、または約１０～５０ｍｍ、または約１０～４０ｍｍ、または約１０～３０ｍｍ、または約２０～１１０ｍｍ、または約２０～７５ｍｍ、または約２０～７０ｍｍ、または約２０～６０ｍｍ、または約２０～５０ｍｍ、または約２０～４０ｍｍ、または約２０～３０ｍｍ、または約３０～１１０ｍｍ、または約３０～７５ｍｍ、または約３０～７０ｍｍ、または約３０～６０ｍｍ、または約３０～５０ｍｍ、または約３０～４０ｍｍ、または約４０～１１０ｍｍ、または約４０～７５ｍｍ、または約４０～７０ｍｍ、または約４０～６０ｍｍ、または約４０～５０ｍｍ、または約５０～１１０ｍｍ、または約５０～７５ｍｍ、または約５０～７０ｍｍ、または約５０～６０ｍｍ、または約６０～１１０ｍｍ、または約６０～７５ｍｍ、または約７０～１１０ｍｍ、または約７０～８０ｍｍであり、および／または、
２つ以上のリブ間のピッチ（図２のＰ）は、約４０～２００ｍｍ、または約４０～１５０ｍｍ、または約４０～１４０ｍｍ、または約４０～１３０ｍｍ、または約４０～１２０ｍｍ、または約４０～１１０ｍｍ、または約４０～１００ｍｍ、または約４０～８０ｍｍ、または約４０～７０ｍｍ、または約６０～２００ｍｍ、または約６０～１５０ｍｍ、または約６０～１４０ｍｍ、または約６０～１３０ｍｍ、または約６０～１２０ｍｍ、または約６０～１１０ｍｍ、または約６０～１００ｍｍ、または約６０～８０ｍｍ、または約８０～２００ｍｍ、または約８０～１５０ｍｍ、または約８０～１００ｍｍ、または約１００～２００ｍｍ、または約１００～１５０ｍｍ、または約１００～１４０ｍｍ、または約１００～１３０ｍｍ、または約１００～１２０ｍｍ、または約１２５～２００ｍｍ、または約１２５～１５０ｍｍ、または約１２５～１４０ｍｍ、または約１３０～１５０ｍｍ、または約７５～１２０ｍｍである。
【0060】
図１に示されるように、電極１０３は、１つ以上のリブ１０２の上に溶接される。さらに、溶接部１０４を通してリブ１０２に溶接された電極１０３は、図４にも図示されている。いくつかの実施形態において、電極は、平面電極またはエキスパンドメタルまたはメッシュである。電極がエキスパンドメタルまたはメッシュである実施形態において、各ストランドの厚さは、約０．５～３ｍｍ、または約０．５～２．５ｍｍ、または約０．５～２ｍｍ、または約０．５～１．５ｍｍ、または約０．５～１ｍｍ、または約１～３ｍｍ、または約１～２．５ｍｍ、または約１～２ｍｍ、または約１～１．５ｍｍ、または約１．５～３ｍｍ、または約１．５～２．５ｍｍ、または約１．５～２ｍｍ、または約２～３ｍｍ、または約２．５～３ｍｍである。
【0061】
溶接部の幾何学形状、間隔または密度、および／または断面積は、ハーフセルを通した電流の流れに影響を及ぼす。動作電流密度が増加させられ、さらに多くの電流がセルを通して流れると、溶接部の密度または間隔および断面積は、局所ジュール熱に大きい影響を及ぼすことができ、それらは、局所ホットスポットに起因する膜損傷を回避するために採用されることができる。図４の溶接部は、スポットとして図示される。しかしながら、溶接部は、線、スポット、パターン、または任意の他の形状、またはそれらの組み合わせの形態であり得る。例えば、スポット溶接機は、スポットを作成することができ、レーザ溶接機は、線、および／またはスポット、および／またはパターンを生産することができる。パターンは、例えば、ドットの組み合わせ、ドットのアレイ、破線、スポット、線、線セグメント、長方形幾何学形状、円形幾何学形状、六角形幾何学形状等を含む。
【0062】
溶接技法の種々の例は、限定ではないが、レーザ溶接、ＴｉＧ溶接、およびスポット溶接を含む。レーザ溶接は、リブを電極に溶接する１つ以上のリブの全長に沿った単一の線形溶接部を可能にし得る。例えば、１つ以上のリブが、固体プレートまたは孔を伴う（いかなる切り込みも伴わない）プレートであるとき、リブを電極に溶接するリブの全長に沿った単一の線形溶接部が、存在し得る。レーザ溶接（またはＴｉＧ）は、線セグメントの形態における溶接部を作成するためにも使用され得る。例えば、１つ以上のリブが、切り込みを伴う固体プレートまたは孔および切り込みを伴うプレートであるとき、リブを電極に溶接するリブの全長に沿ったリブの隆起（切り込みではない）の上に溶接線のセグメントが、存在し得る。レーザ溶接は、ドット、ドットのアレイ、破線、スポット、線セグメント、長線、長円形幾何学形状、長方形幾何学形状、円形幾何学形状、六角形幾何学形状、またはそれらの組み合わせを備えている溶接部パターンも生産することができる。溶接部幾何学形状は、溶接先端およびアンビルの形状によって決定付けられ得る。ＴｉＧ溶接部が、手動で作成され得、それらは、恣意的な形態であり得る。
【0063】
いくつかの実施形態において、溶接部の幾何学形状は、アノードおよび／またはカソードパン内の溶接部の数を含む。いくつかの実施形態において、アノードおよび／またはカソードパン内の電極をリブに溶接する溶接部の数は、電流分布および電力消散に影響を及ぼすことができる。いくつかの実施形態において、スポットの形態であるリブあたりの１つ以上の溶接部の数は、リブあたり約１０～５０個の溶接部、またはリブあたり約１０～４０個の溶接部、またはリブあたり約１０～３０個の溶接部、またはリブあたり約１０～２０個の溶接部、またはリブあたり約２０～５０個の溶接部、またはリブあたり約２０～４０個の溶接部、またはリブあたり約２０～３０個の溶接部、またはリブあたり約３０～４０個の溶接部、またはリブあたり約３５～４０個の溶接部、またはリブあたり約４０～５０個の溶接部である。
【0064】
いくつかの実施形態において、２つ以上の溶接部がスポットの形態であるときの溶接部間の距離は、ｘおよびｙ方向において独立して約２５～２００ｍｍである。いくつかの実施形態において、２つ以上の溶接部がスポットの形態であるときの溶接部間の距離は、ｘおよびｙ方向において独立して約２５～２００ｍｍ、または約２５～１５０ｍｍ、または約２５～１００ｍｍ、または約２５～７５ｍｍ、または約２５～５０ｍｍ、または約５０～２００ｍｍ、または約５０～１５０ｍｍ、または約５０～１００ｍｍ、または約５０～７５ｍｍ、または約７５～２００ｍｍ、または約７５～１５０ｍｍ、または約７５～１００ｍｍ、または約１００～２００ｍｍ、または約１００～１５０ｍｍである。
【0065】
いくつかの実施形態において、上で提供されるスポット溶接部の数のうちのいずれかは、上で提供される２つ以上のスポット溶接部の各々の間の距離と組み合わせられることができる。
【0066】
いくつかの実施形態において、線の形態であるリブあたりの１つ以上の溶接部の数は、リブあたり約１～７５個の溶接部、またはリブあたり約１～７０個の溶接部、またはリブあたり約１～６０個の溶接部、またはリブあたり約１～５０個の溶接部、またはリブあたり約１～４０個の溶接部、またはリブあたり約１～３０個の溶接部、またはリブあたり約１～２０個の溶接部、またはリブあたり約１～１０個の溶接部、またはリブあたり約２～７５個の溶接部、またはリブあたり約２～７０個の溶接部、またはリブあたり約２～６０個の溶接部、またはリブあたり約２～５０個の溶接部、またはリブあたり約２～４０個の溶接部、またはリブあたり約２～３０個の溶接部、またはリブあたり約２～２０個の溶接部、またはリブあたり約２～１０個の溶接部、またはリブあたり約１０～７５個の溶接部、またはリブあたり約１０～７０個の溶接部、またはリブあたり約１０～６０個の溶接部、またはリブあたり約１０～５０個の溶接部、またはリブあたり約１０～４０個の溶接部、またはリブあたり約１０～３０個の溶接部、またはリブあたり約１０～２０個の溶接部、またはリブあたり約２５～７５個の溶接部、またはリブあたり約２５～５０個の溶接部、またはリブあたり約５０～７５個の溶接部、またはリブあたり約６０～７５個の溶接部である。
【0067】
いくつかの実施形態において、２つ以上の溶接部が線の形態であるときの溶接部間の距離は、ｘおよびｙ方向において独立して約４０～２００ｍｍである。いくつかの実施形態において、２つ以上の溶接部が線の形態であるときの溶接部間の距離は、ｘおよびｙ方向において独立して約４０～２００ｍｍ、または約４０～１５０ｍｍ、または約４０～１００ｍｍ、または約４０～７５ｍｍ、または約７５～２００ｍｍ、または約７５～１５０ｍｍ、または約７５～１００ｍｍ、または約１００～２００ｍｍ、または約１００～１５０ｍｍ、または約１５０～２００ｍｍである。
【0068】
いくつかの実施形態において、１つ以上のリブが１つ以上の切り込みと１つ以上の隆起とを備えているとき、溶接部は、電極を１つ以上のリブの隆起に溶接する１つ以上の線セグメントを備えている。いくつかの実施形態において、前述の線セグメントは、電極を１つ以上のリブの隆起の全長または隆起の部分長に溶接する。いくつかの実施形態において、線セグメント溶接部の長さは、隆起の長さであるか、または、線セグメント溶接部の長さは、約０．２５～１．０ｍ、または約０．２５～０．８ｍ、または約０．２５～０．６ｍ、または約０．２５～０．５ｍ、または約０．２５～０．４ｍ、または約０．２５～０．３ｍ、または約０．５～１．０ｍ、または約０．５～０．８ｍ、または約０．５～０．６ｍ、または約０．６～１．０ｍ、または約０．６～０．８ｍ、または約０．７～１．０ｍ、または約０．７～０．８ｍ、または約０．８～１．０ｍである。
【0069】
いくつかの実施形態において、２つの線セグメント溶接部間の距離は、約５～１００ｍｍ、または約５～８０ｍｍ、または約５～６０ｍｍ、または約５～５０ｍｍ、または約５～４０ｍｍ、または約５～３０ｍｍ、または約５～２０ｍｍ、または約５～１０ｍｍ、または約１０～１００ｍｍ、または約１０～５０ｍｍ、または約１０～４０ｍｍ、または約１０～３０ｍｍ、または約１０～２０ｍｍ、または約２０～１００ｍｍ、または約２０～５０ｍｍ、または約２０～４０ｍｍ、または約２０～３０ｍｍ、または約３０～１００ｍｍ、または約３０～５０ｍｍ、または約３０～４０ｍｍ、または約４０～１００ｍｍ、または約４０～５０ｍｍ、または約５０～１００ｍｍ、または約７５～１００ｍｍである。
【0070】
いくつかの実施形態において、上で提供される線溶接部の数のうちのいずれかは、上で提供される線溶接部の各々の間の距離と組み合わせられることができる。
【0071】
いくつかの実施形態において、溶接部がパターンであるとき、パターンは、ドット、ドットのアレイ、破線、スポット、線セグメント、長線、長円形幾何学形状、長方形幾何学形状、円形幾何学形状、六角形幾何学形状、およびそれらの組み合わせから成る群から選択される。いくつかの実施形態において、各溶接部の断面積は、約６ｍｍ２～３，３００ｍｍ２、または約６ｍｍ２～３，０００ｍｍ２、または約６ｍｍ２～２，０００ｍｍ２、または約６ｍｍ２～１，０００ｍｍ２、または約６ｍｍ２～５００ｍｍ２、または約６ｍｍ２～３００ｍｍ２、または約６ｍｍ２～１００ｍｍ２、または約５０ｍｍ２～３，３００ｍｍ２、または約５０ｍｍ２～３，０００ｍｍ２、または約５０ｍｍ２～２，０００ｍｍ２、または約５０ｍｍ２～１，０００ｍｍ２、または約５０ｍｍ２～５００ｍｍ２、または約５０ｍｍ２～３００ｍｍ２、または約５０ｍｍ２～１００ｍｍ２、または約１００ｍｍ２～３，３００ｍｍ２、または約１００ｍｍ２～３，０００ｍｍ２、または約１００ｍｍ２～２，０００ｍｍ２、または約１００ｍｍ２～１，０００ｍｍ２、または約１００ｍｍ２～５００ｍｍ２、または約１００ｍｍ２～３００ｍｍ２、または約５００ｍｍ２～３，３００ｍｍ２、または約５００ｍｍ２～３，０００ｍｍ２、または約５００ｍｍ２～２，０００ｍｍ２、または約５００ｍｍ２～１，０００ｍｍ２、または約１，０００ｍｍ２～３，３００ｍｍ２、または約１，０００ｍｍ２～３，０００ｍｍ２、または約１，０００ｍｍ２～２，０００ｍｍ２、または約２，０００ｍｍ２～３，０００ｍｍ２、または約２，５００ｍｍ２～３，０００ｍｍ２である。
【0072】
いくつかの実施形態において、溶接部の幾何学形状、間隔または密度、および／または断面積は、溶接部面積に対する電極面積の比率が、１５倍～２，０００倍、または１５倍～１，０００倍、または１５倍～５００倍の範囲内であるようなものである。
【0073】
いくつかの実施形態において、溶接部の幾何学形状、間隔または密度、および／または断面積は、各溶接部を通した電流密度が、６Ａ／ｍｍ２未満、または５Ａ／ｍｍ２未満、または４Ａ／ｍｍ２未満、または３Ａ／ｍｍ２未満、または２Ａ／ｍｍ２未満、または１Ａ／ｍｍ２未満、または約１～６Ａ／ｍｍ２、または約１～４Ａ／ｍｍ２であるようなものである。
【0074】
いくつかの実施形態において、スポットの形態であるリブあたりの１つ以上の溶接部の数は、リブあたり約１０～５０個の溶接部であり、２つ以上の溶接部がスポットの形態であるときの溶接部間の距離は、ｘおよびｙ方向において独立して約２５～２００ｍｍであり、各溶接部の断面積は、約６ｍｍ２～３，３００ｍｍ２であり、および／または各溶接部を通した電流密度は、６Ａ／ｍｍ２未満または４Ａ／ｍｍ２未満である。
【0075】
いくつかの実施形態において、線の形態であるリブあたりの１つ以上の溶接部の数は、リブあたり約１～７５個の溶接部であり、２つ以上の溶接部が線の形態であるときの溶接部間の距離は、ｘおよびｙ方向において独立して約４０～２００ｍｍであり、各線溶接部の断面積は、約６ｍｍ２～３，３００ｍｍ２であり、および／または各溶接部を通した電流密度は、６Ａ／ｍｍ２未満または４Ａ／ｍｍ２未満である。
【0076】
いくつかの実施形態において、本明細書に開示されるアノードおよび／またはカソードパンアセンブリを備えている電気化学セルは、約３００ｍＡ／ｃｍ２～６，０００ｍＡ／ｃｍ２、または約３００ｍＡ／ｃｍ２～５，０００ｍＡ／ｃｍ２、または約３００ｍＡ／ｃｍ２～４，０００ｍＡ／ｃｍ２、または約３００ｍＡ／ｃｍ２～３，０００ｍＡ／ｃｍ２、または約３００ｍＡ／ｃｍ２～２，０００ｍＡ／ｃｍ２、または約３００ｍＡ／ｃｍ２～１，０００ｍＡ／ｃｍ２、または約３００ｍＡ／ｃｍ２～８００ｍＡ／ｃｍ２、または約３００ｍＡ／ｃｍ２～６００ｍＡ／ｃｍ２、または約３００ｍＡ／ｃｍ２～５００ｍＡ／ｃｍ２、または約５００ｍＡ／ｃｍ２～６，０００ｍＡ／ｃｍ２、または約５００ｍＡ／ｃｍ２～５，０００ｍＡ／ｃｍ２、または約５００ｍＡ／ｃｍ２～４，０００ｍＡ／ｃｍ２、または約５００ｍＡ／ｃｍ２～３，０００ｍＡ／ｃｍ２、または約５００ｍＡ／ｃｍ２～２，０００ｍＡ／ｃｍ２、または約５００ｍＡ／ｃｍ２～１，０００ｍＡ／ｃｍ２、または約５００ｍＡ／ｃｍ２～８００ｍＡ／ｃｍ２、または約５００ｍＡ／ｃｍ２～６００ｍＡ／ｃｍ２、または約６００ｍＡ／ｃｍ２～６，０００ｍＡ／ｃｍ２、または約６００ｍＡ／ｃｍ２～５，０００ｍＡ／ｃｍ２、または約６００ｍＡ／ｃｍ２～４，０００ｍＡ／ｃｍ２、または約６００ｍＡ／ｃｍ２～３，０００ｍＡ／ｃｍ２、または約６００ｍＡ／ｃｍ２～２，０００ｍＡ／ｃｍ２、または約６００ｍＡ／ｃｍ２～１，０００ｍＡ／ｃｍ２、または約６００ｍＡ／ｃｍ２～８００ｍＡ／ｃｍ２、または約８００ｍＡ／ｃｍ２～６，０００ｍＡ／ｃｍ２、または約８００ｍＡ／ｃｍ２～５，０００ｍＡ／ｃｍ２、または約８００ｍＡ／ｃｍ２～４，０００ｍＡ／ｃｍ２、または約８００ｍＡ／ｃｍ２～３，０００ｍＡ／ｃｍ２、または約８００ｍＡ／ｃｍ２～２，０００ｍＡ／ｃｍ２、または約８００ｍＡ／ｃｍ２～１，０００ｍＡ／ｃｍ２、または約１，０００ｍＡ／ｃｍ２～６，０００ｍＡ／ｃｍ２、または約１，０００ｍＡ／ｃｍ２～５，０００ｍＡ／ｃｍ２、または約１，０００ｍＡ／ｃｍ２～４，０００ｍＡ／ｃｍ２、または約１，０００ｍＡ／ｃｍ２～３，０００ｍＡ／ｃｍ２、または約１，０００ｍＡ／ｃｍ２～２，０００ｍＡ／ｃｍ２、または約２，０００ｍＡ／ｃｍ２～６，０００ｍＡ／ｃｍ２、または約２，０００ｍＡ／ｃｍ２～５，０００ｍＡ／ｃｍ２、または約２，０００ｍＡ／ｃｍ２～４，０００ｍＡ／ｃｍ２、または約２，０００ｍＡ／ｃｍ２～３，０００ｍＡ／ｃｍ２、または約３，０００ｍＡ／ｃｍ２～６，０００ｍＡ／ｃｍ２、または約３，０００ｍＡ／ｃｍ２～５，０００ｍＡ／ｃｍ２、または約３，０００ｍＡ／ｃｍ２～４，０００ｍＡ／ｃｍ２、または約４，０００ｍＡ／ｃｍ２～６，０００ｍＡ／ｃｍ２、または約５，０００ｍＡ／ｃｍ２～６，０００ｍＡ／ｃｍ２の高密度電流において動作する。いくつかの実施形態において、本明細書に開示されるアノードおよび／またはカソードパンアセンブリを備えている電気化学セルは、約３００ｍＡ／ｃｍ２～３，０００ｍＡ／ｃｍ２、または約３００ｍＡ／ｃｍ２～２，０００ｍＡ／ｃｍ２、または約３００ｍＡ／ｃｍ２～１，０００ｍＡ／ｃｍ２、または約３００ｍＡ／ｃｍ２～８００ｍＡ／ｃｍ２、または約３００ｍＡ／ｃｍ２～６００ｍＡ／ｃｍ２、または約３００ｍＡ／ｃｍ２～５００ｍＡ／ｃｍ２、または約３００ｍＡ／ｃｍ２～４００ｍＡ／ｃｍ２の高密度電流において動作する。
【0077】
いくつかの実施形態において、アノードおよび／またはカソードパンアセンブリは、それぞれ、約２００～１０，０００ｋｇ／時、または約２００～９，０００ｋｇ／時、または約２００～８，０００ｋｇ／時、または約２００～７，０００ｋｇ／時、または約２００～６，０００ｋｇ／時、または約２００～５，０００ｋｇ／時、または約２００～４，０００ｋｇ／時、または約２００～３，０００ｋｇ／時、または約２００～２，０００ｋｇ／時、または約２００～１，０００ｋｇ／時、または約５００～１０，０００ｋｇ／時、または約５００～９，０００ｋｇ／時、または約５００～８，０００ｋｇ／時、または約５００～７，０００ｋｇ／時、または約５００～６，０００ｋｇ／時、または約５００～５，０００ｋｇ／時、または約５００～４，０００ｋｇ／時、または約５００～３，０００ｋｇ／時、または約５００～２，０００ｋｇ／時、または約５００～１，０００ｋｇ／時、または約８００～１０，０００ｋｇ／時、または約８００～９，０００ｋｇ／時、または約８００～８，０００ｋｇ／時、または約８００～７，０００ｋｇ／時、または約８００～６，０００ｋｇ／時、または約８００～５，０００ｋｇ／時、または約８００～４，０００ｋｇ／時、または約８００～３，０００ｋｇ／時、または約８００～２，０００ｋｇ／時、または約８００～１，０００ｋｇ／時、または約１，０００～１０，０００ｋｇ／時、または約１，０００～９，０００ｋｇ／時、または約１，０００～８，０００ｋｇ／時、または約１，０００～７，０００ｋｇ／時、または約１，０００～６，０００ｋｇ／時、または約１，０００～５，０００ｋｇ／時、または約１，０００～４，０００ｋｇ／時、または約１，０００～３，０００ｋｇ／時、または約１，０００～２，０００ｋｇ／時、または約３，０００～１０，０００ｋｇ／時、または約３，０００～９，０００ｋｇ／時、または約３，０００～８，０００ｋｇ／時、または約３，０００～７，０００ｋｇ／時、または約３，０００～６，０００ｋｇ／時、または約３，０００～５，０００ｋｇ／時、または約５，０００～１０，０００ｋｇ／時、または約５，０００～８，０００ｋｇ／時、または約５，０００～６，０００ｋｇ／時、または約６，０００～１０，０００ｋｇ／時、または約６，０００～８，０００ｋｇ／時、または約８，０００～１０，０００ｋｇ／時の高流量のアノード液またはカソード液を備えている。アノード液および／またはカソード液の例は、水、または、アルカリ（例えば、アルカリ金属水酸化物）を伴う水、例えば、水中のＮａＯＨまたはＫＯＨ等を含む。
【0078】
いくつかの実施形態において、アノードおよび／またはカソードパンアセンブリを通したアノード液および／またはカソード液の表面液体速度は、０．１ｍ／秒未満、または０．０８ｍ／秒未満、または０．０５ｍ／秒未満、または０．０１ｍ／秒未満である。
【0079】
いくつかの実施形態において、本明細書に提供されるアノードおよび／またはカソードパンアセンブリは、水素ガス生産電気化学セルの内側にある。
【0080】
故に、一側面において、例えば、水素ガス生産電気化学セル等の電気化学セルであって、電気化学セルは、アノードパンと、１つ以上のリブであって、１つ以上のリブは、アノードパンの内側に垂直に位置付けられている、１つ以上のリブと、１つ以上のリブに溶接される、アノードと、アノードを１つ以上のリブに溶接する１つ以上の溶接部とを備えているアノードパンアセンブリを備えている、電気化学セルが、提供される。前述の側面のいくつかの実施形態において、電気化学セルは、カソードパンアセンブリ上に位置付けられたカソードと、アノードとカソードとの間に配置されたイオン交換膜とをさらに備えている。
【0081】
前述の側面におけるカソードパンアセンブリは、任意の従来のカソードパンアセンブリであり得る。
【0082】
１つ以上のリブおよび／または溶接部の幾何学形状および間隔および／または構成要素の場所および設置の種々の寸法の全ては、本明細書に説明されており、前述の側面に適用されることができる。
【0083】
一側面において、例えば、水素ガス生産電気化学セル等の電気化学セルであって、電気化学セルは、カソードパンと、１つ以上のリブであって、１つ以上のリブは、カソードパンの内側に垂直に位置付けられている、１つ以上のリブと、１つ以上のリブに溶接されたカソードと、カソードを１つ以上のリブに溶接する１つ以上の溶接部とを備えているカソードパンアセンブリを備えている、電気化学セルが、提供される。前述の側面のいくつかの実施形態において、電気化学セルは、アノードパンアセンブリ上に位置付けられたアノードと、アノードとカソードとの間に配置されたイオン交換膜とをさらに備えている。
【0084】
前述の側面におけるアノードパンアセンブリは、任意の従来のアノードパンアセンブリであり得る。１つ以上のリブおよび／または溶接部の幾何学形状および間隔および／または構成要素の場所および設置の種々の寸法の全ては、本明細書に説明されており、前述の側面に適用されることができる。
【0085】
一側面において、例えば、水素ガス生産電気化学セル等の電気化学セルであって、電気化学セルは、
アノードパンと、１つ以上のリブであって、１つ以上のリブは、アノードパンの内側に垂直に位置付けられている、１つ以上のリブと、１つ以上のリブに溶接された電極と、電極を１つ以上のリブに溶接する１つ以上の溶接部とを備えているアノードパンアセンブリと、
カソードパンと、１つ以上のリブであって、１つ以上のリブは、カソードパンの内側に垂直に位置付けられている、１つ以上のリブと、１つ以上のリブに溶接された電極と、電極を１つ以上のリブに溶接する１つ以上の溶接部とを備えているカソードパンアセンブリと、
アノードとカソードとの間に配置されたイオン交換膜と
を備えている、電気化学セルが、提供される。
アノードパンと、１つ以上のリブであって、１つ以上のリブは、アノードパンの内側に垂直に位置付けられている、１つ以上のリブと、１つ以上のリブに溶接された電極と、電極を１つ以上のリブに溶接する１つ以上の溶接部とを備えているアノードパンアセンブリと、
カソードパンと、１つ以上のリブであって、１つ以上のリブは、カソードパンの内側に垂直に位置付けられている、１つ以上のリブと、１つ以上のリブに溶接された電極と、電極を１つ以上のリブに溶接する１つ以上の溶接部とを備えているカソードパンアセンブリと、
アノードとカソードとの間に配置されたイオン交換膜と
を備えている、電気化学セルが、提供される。
【0086】
いくつかの実施形態において、多数の前述の側面の個々の電気化学セルを備えている電解装置が、提供される。
【0087】
アノードおよび／またはカソードパンアセンブリの構成要素は、限定ではないが、ニッケル、ステンレス鋼、ステンレス鋼合金等の導電性材料から作製され得る。アノードおよびカソードパンは、伝導性金属から作製され得る。伝導性金属は、アノードパンまたはカソードパンとして使用されるために好適な任意の伝導性金属を含む。例えば、いくつかの実施形態において、アノードパンアセンブリにおけるアノードパンまたはカソードパンアセンブリにおけるカソードパンは、限定ではないが、ニッケル、ステンレス鋼、ステンレス鋼合金等の伝導性金属から作製される。
【0088】
電解装置は、単一のセル、または直列または並列に接続されたセルのスタックを備え得る。電解装置は、直列または並列に接続された５個または６個または５０個または１００個またはそれを上回る電気化学セルのスタックであり得る。各セルは、本明細書に説明されるアノードおよび／またはカソードパンアセンブリと、アノードと、カソードと、イオン交換膜とを備えている。
【0089】
いくつかの実施形態において、本明細書に提供される電解装置は、単極式電解装置である。単極式電解装置では、電極は、並列に接続され得、全てのアノードおよび全てのカソードは、並列に接続される。いくつかの実施形態において、本明細書に提供される電解装置は、双極式電解装置である。双極式電解装置では、電極は、直列に接続され得、全てのアノードおよび全てのカソードは、直列に接続される。いくつかの実施形態において、電解装置は、単極式および双極式電解装置の組み合わせであり、ハイブリッド電解装置と呼ばれ得る。
【0090】
上記に説明されるような双極式電解装置のいくつかの実施形態において、セルは、直列に積み重ねられ、電解装置全体を構成し、２つの方向に電気的に接続される。双極式電解装置では、双極式プレートと呼ばれる単一のプレートが、カソードおよびアノードの両方のための基部プレートとしての役割を果たし得る。電解質溶液は、セルスタックの内部の共通のマニホールドおよび収集器を通して液圧で接続され得る。スタックは、全てのフレームおよびプレートを互いに対してシールするために、外部から圧縮され得、それは、典型的に、フィルタプレス設計と称される。いくつかの実施形態において、双極式電解装置は、典型的に、単一要素設計として公知である個々にシールされ、バックツーバック接触を通して電気的に接続された一連のセルとしても設計され得る。単一要素設計は、並列にも接続され得、その場合、それは、単極式電解装置であるであろう。
【0091】
いくつかの実施形態において、セルサイズは、活性エリア寸法によって表され得る。いくつかの実施形態において、本明細書に使用される電解装置の活性エリアは、０．５～１．５メートルの高さおよび０．２５～３メートルの幅に及び得る。個々のコンパートメント厚は、１０ｍｍ～１００ｍｍに及び得る。
【0092】
電気触媒の例が、本明細書に説明されており、限定ではないが、白金、パラジウム、ルテニウム、ロジウム、イリジウム、または白金－ロジウム、白金－ルテニウム、またはＲｕＯ２でコーティングされたニッケルメッシュ等のそれらの組み合わせ等の白金属金属の高分散金属または合金を含む。電極は、当技術分野で周知のプロセスを使用して、電気触媒でコーティングされ得る。
【0093】
いくつかの実施形態において、イオン交換膜は、アニオン交換膜（アルカリ性条件のため）またはカチオン交換膜（酸性条件のため）である。いくつかの実施形態において、本明細書に開示されるような電気化学セル内のカチオン交換膜は、従来のものであり、例えば、日本のＡｓａｈｉ Ｋａｓｅｉ（Ｔｏｋｙｏ）から、または米国のＭｅｍｂｒａｎｅ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ（Ｇｌｅｎ Ｒｏｃｋ，ＮＪ）またはＣｈｅｍｏｕｒｓから入手可能である。ＣＥＭの例は、限定ではないが、Ｎ２０３０ＷＸ（Ｃｈｅｍｏｕｒｓ）、Ｆ８０２０／Ｆ８０８０、およびＦ６８０１（Ａｃｉｐｌｅｘ）を含む。本明細書の方法およびシステムにおいて望ましいＣＥＭは、最小抵抗損失、９０％を上回る選択性、および高い安定性を有し得る。例にすぎないが、完全に四級化されたアミン含有ポリマーが、ＡＥＭとして使用され得る。
【0094】
カチオン性交換膜の例は、限定ではないが、アニオン基、例えば、スルホン基および／またはカルボキシル基を含むパーフルオロ化ポリマーから成るカチオン性膜を含む。しかしながら、いくつかの実施形態において、電解質間の特定のカチオンまたはアニオン種の移動を制限または可能にすることの必要性に応じて、より制限的であり、したがって、カチオンの１つの種の移動を可能にする一方、カチオンの別の種の移動を制限するカチオン交換膜が、使用され得ることを理解されたい。同様に、いくつかの実施形態において、電解質間の特定のアニオン種の移動を制限または可能にすることの必要性に応じて、より制限的であり、したがって、アニオンの１つの種の移動を可能にする一方、アニオンの別の種の移動を制限するアニオン交換膜が、使用され得る。そのような制限的なカチオン交換膜およびアニオン交換膜は、商業的に入手可能であり、当業者によって選択されることができる。
【0095】
いくつかの実施形態において、膜は、それらが酸性および／またはアルカリ性電解質溶液中で適宜機能し得るように選択され得る。膜の他の望ましい特性は、室温から１５０℃またはそれより高い温度範囲内の電解質溶液における高いイオン選択性、低いイオン抵抗性、高い破裂強度、および高い安定性を含む。
【0096】
いくつかの実施形態において、０℃～１５０℃、０℃～１００℃、０℃～９０℃、または０℃～８０℃、または０℃～７０℃、または０℃～６０℃、または０℃～５０℃、または０℃～４０℃、または０℃～３０℃、またはより高い範囲内で安定する膜が、使用され得る。他の実施形態に関して、電解質中で所望の生成物または複数の生成物を達成するために、１つのタイプのイオン（ＣＥＭではカチオン、ＡＥＭではアニオン）の移動を可能にするが、別のものの移動を可能にしない、または１つのタイプのアニオンの移動を可能にするが、別のものの移動を可能にしないイオン特有イオン交換膜を利用することが、有用であり得る。
【0097】
膜のオーム抵抗は、アノードおよびカソードを横断する電圧降下に影響を及ぼし得、例えば、膜のオーム抵抗が増加するにつれて、アノードおよびカソードを横断する電圧は、増加し得、逆も同様である。使用され得る膜は、限定ではないが、比較的に低いオーム抵抗および比較的に高いイオン移動度を伴う膜、および温度に伴って増加し、したがって、オーム抵抗を減少させる、比較的に高い水和特性を伴う膜を含む。当技術分野で公知のより低いオーム抵抗を伴う膜を選択することによって、規定された温度におけるアノードおよびカソードを横断する電圧降下は、低下させられることができる。
【0098】
電圧は、電気化学セルのアノードおよびカソードを横断して電流を印加するための任意の手段によって、電気化学セルに印加され得る。そのような手段は、当技術分野で周知であり、限定ではないが、電力源、燃料セル、太陽光によって給電されるデバイス、風力によって給電されるデバイス、およびそれらの組み合わせ等のデバイスを含む。電流を提供するための電力源のタイプは、当業者に公知の任意の電源であり得る。例えば、いくつかの実施形態において、電圧は、セルのアノードおよびカソードを外部直流（ＤＣ）電源に接続することによって印加され得る。電源は、ＤＣに整流される交流（ＡＣ）であり得る。ＤＣ電源は、必要な量の電圧を電気化学セルに印加するために、調節可能な電圧および電流を有し得る。
【0099】
（方法）
いくつかの側面において、本明細書に提供されるアノードおよび／またはカソードパンアセンブリを作製、製造、および／または使用する方法が、提供される。
いくつかの側面において、本明細書に提供されるアノードおよび／またはカソードパンアセンブリを作製、製造、および／または使用する方法が、提供される。
【0100】
一側面において、方法であって、方法は、電気化学セルのアノードおよび／またはカソードパンの内側に１つ以上のリブを垂直に位置付けることと、１つ以上のリブの上に電極を位置付けることと、１つ以上の溶接部を通して電極を１つ以上のリブに溶接することとを含む、方法が、提供される。セルの内部温度に対する増減する電力消散の影響を最小化し、膜侵食および／または疲労を防止する１つ以上のリブの厚さ、１つ以上のリブの高さ、１つ以上のリブ間のピッチ、リブあたりの溶接部の数、各溶接部間の距離、各溶接部の断面積、および／または溶接部面積に対する電極面積の比率の全ては、本明細書に提供されている。
【0101】
前述の側面のいくつかの実施形態において、方法は、電極を１つ以上のリブと直角に設置することをさらに含む。前述の側面および実施形態のいくつかの実施形態において、方法は、１つ以上のリブの厚さを約１～３ｍｍであるように提供し、１つ以上のリブの高さを約１０～１１０ｍｍであるように提供し、および／または２つ以上のリブ間のピッチを約４０～２００ｍｍであるように提供することをさらに含む。前述の側面および実施形態のいくつかの実施形態において、１つ以上のリブの各々は、１つ以上の切り込みと、１つ以上の隆起とを備えている。前述の側面および実施形態のいくつかの実施形態において、電極は、平面電極またはエキスパンドメタルまたはメッシュである。
【0102】
前述の側面および実施形態のいくつかの実施形態において、方法は、約０．５～３ｍｍの厚さを有するエキスパンドメタルまたはメッシュ電極の各ストランドを提供することをさらに含む。前述の側面および実施形態のいくつかの実施形態において、方法は、線、スポット、パターン、またはそれらの組み合わせの形態における１つ以上の溶接部を提供することをさらに含む。本明細書に提供される側面および実施形態のいくつかの実施形態において、方法は、スポットの形態であるリブあたりの１つ以上の溶接部の数をリブあたり約１０～５０個の溶接部であるように提供することをさらに含む。
【0103】
本明細書に提供される側面および実施形態のいくつかの実施形態において、方法は、２つ以上の溶接部がスポットの形態であるときの溶接部間の距離をｘおよびｙ方向において独立して約２５～２００ｍｍであるように提供することをさらに含む。
【0104】
本明細書に提供される側面および実施形態のいくつかの実施形態において、方法は、線の形態であるリブあたりの１つ以上の溶接部の数をリブあたり約１～７５個の溶接部であるように提供することをさらに含む。
【0105】
本明細書に提供される側面および実施形態のいくつかの実施形態において、方法は、２つ以上の溶接部が線の形態であるときの溶接部間の距離をｘおよびｙ方向において独立して約４０～２００ｍｍであるように提供することをさらに含む。
【0106】
本明細書に提供される側面および実施形態のいくつかの実施形態において、方法は、各溶接部の断面積を約６ｍｍ２～３，３００ｍｍ２であるように提供することをさらに含む。
【0107】
本明細書に提供される側面および実施形態のいくつかの実施形態において、方法は、１５倍～２，０００倍の範囲内の溶接部面積に対する電極面積の比率を提供することをさらに含む。
【0108】
本明細書に提供される側面および実施形態のいくつかの実施形態において、１つ以上のリブは、アノードおよび／またはカソードパンに冶金的に取り付けられる。本明細書に使用される「冶金的」またはその文法的均等物は、要素をパンおよび／または電気化学セルに取り付けるための任意の冶金的技法を含む。そのような技法は、限定ではないが、拡散接合、はんだ付け、溶接、クラッディング、例えば、レーザクラッディング、ろう付け等を含む。
【0109】
本明細書に提供される側面および実施形態のいくつかの実施形態において、方法は、約２００～１０，０００ｋｇ／時の高流量のアノード液またはカソード液の下で、本明細書に提供されるアノードおよび／またはカソードパンアセンブリをそれぞれ動作させることをさらに含む。高流量のアノード液および／またはカソード液は、本明細書に提供されている。
【0110】
本明細書に提供される側面および実施形態のいくつかの実施形態において、方法は、電気化学セルを組み立てるために本明細書に提供されるアノードおよび／またはカソードパンアセンブリを位置付け、約３００ｍＡ／ｃｍ２～６，０００ｍＡ／ｃｍ２の高電流密度で電気化学セルを動作させることをさらに含む。電気化学セルを動作させるための高電流密度の種々の範囲が、本明細書に提供されている。
【0111】
前述の側面および実施形態のいくつかの実施形態において、電気化学セルは、水素ガス生産セルである。アノードアセンブリまたはカソードアセンブリ内の１つ以上のリブおよび電極を通して流れるガスは、それぞれ、酸素ガスおよび水素ガスである。
【0112】
前述の側面および実施形態のいくつかの実施形態において、方法は、セルの内部温度に対する増減する電力消散の影響を最小化することをさらに含む。前述の側面および実施形態のいくつかの実施形態において、方法は、１つ以上のリブを通したアノード液および／またはカソード液の表面液体速度が０．１ｍ／秒未満、または０．０８ｍ／秒未満、または０．０５ｍ／秒未満であることを確実にすることをさらに含む。前述の側面および実施形態のいくつかの実施形態において、方法は、高流量のアノード液またはカソード液および／またはガスに適応することをさらに含む。アノードおよびカソードを通した高流量のアノード液および／またはカソード液は、本明細書に例示されている。前述の側面および実施形態のいくつかの実施形態において、方法は、圧力増減を０．５ｐｓｉ未満、または０．４ｐｓｉ未満、または０．３ｐｓｉ未満、または０．２ｐｓｉ未満、または０．１ｐｓｉ未満に防止することをさらに含む。前述の側面および実施形態のいくつかの実施形態において、方法は、局所ホットスポット、侵食、および／または疲労に起因する膜損傷を防止することをさらに含む。
【0113】
一側面において、アノードおよび／またはカソードパンアセンブリを製造するためのプロセスであって、プロセスは、電気化学セルのアノードおよび／またはカソードパンの内側に１つ以上のリブを垂直に位置付けることと、１つ以上のリブの上に電極を位置付けることと、１つ以上の溶接部を通して電極を１つ以上のリブに溶接することとを含む、プロセスが、提供される。セルの内部温度に対する増減する電力消散の影響を最小化し、局所ホットスポット、侵食、および／または疲労に起因する膜損傷を防止する１つ以上のリブの厚さ、１つ以上のリブの高さ、１つ以上のリブ間のピッチ、リブあたりの溶接部の数、各溶接部間の距離、各溶接部の断面積、および／または溶接部面積に対する電極面積の比率の全ては、本明細書に提供されている。
【0114】
前述の側面のいくつかの実施形態において、プロセスは、電気化学セルのアノードおよび／またはカソードパンの内側に１つ以上のリブを冶金的に取り付けることを含む。前述の側面のいくつかの実施形態において、プロセスは、電気化学セルのアノードおよび／またはカソードパンの内側に１つ以上のリブを冶金的に取り付け、１つ以上のリブの上にバッフルプレートを冶金的に取り付けることを含む。
【0115】
一側面において、電気化学セルを組み立てるためのプロセスであって、プロセスは、
本明細書に説明されるアノードパンアセンブリをカソードパンとカソードとを備えている従来のカソードパンアセンブリと一緒に接合することによって、個々の電気化学セルを組み立てることと、
アノードパンアセンブリおよびカソードパンアセンブリを並列に設置し、イオン交換膜によってそれらを分離することと、
電気化学セルにセル電流および電解原料をフィーダを用いて供給することと
を含む、プロセスが、提供される。
本明細書に説明されるアノードパンアセンブリをカソードパンとカソードとを備えている従来のカソードパンアセンブリと一緒に接合することによって、個々の電気化学セルを組み立てることと、
アノードパンアセンブリおよびカソードパンアセンブリを並列に設置し、イオン交換膜によってそれらを分離することと、
電気化学セルにセル電流および電解原料をフィーダを用いて供給することと
を含む、プロセスが、提供される。
【0116】
一側面において、電気化学セルを組み立てるためのプロセスであって、プロセスは、
本明細書に説明されるカソードパンアセンブリをアノードパンとアノードとを備えている従来のアノードパンアセンブリと一緒に接合することによって、個々の電気化学セルを組み立てることと、
アノードパンアセンブリおよびカソードパンアセンブリを並列に設置し、イオン交換膜によってそれらを分離することと、
電気化学セルにセル電流および電解原料をフィーダを用いて供給することと
を含む、プロセスが、提供される。
本明細書に説明されるカソードパンアセンブリをアノードパンとアノードとを備えている従来のアノードパンアセンブリと一緒に接合することによって、個々の電気化学セルを組み立てることと、
アノードパンアセンブリおよびカソードパンアセンブリを並列に設置し、イオン交換膜によってそれらを分離することと、
電気化学セルにセル電流および電解原料をフィーダを用いて供給することと
を含む、プロセスが、提供される。
【0117】
一側面において、電気化学セルを組み立てるためのプロセスであって、プロセスは、
本明細書に説明されるアノードパンアセンブリと本明細書に説明されるカソードパンアセンブリとを一緒に接合することによって、個々の電気化学セルを組み立てることと、
アノードパンアセンブリおよびカソードパンアセンブリを並列に設置し、イオン交換膜によってそれらを分離することと、
電気化学セルにセル電流および電解原料をフィーダを用いて供給することと
を含む、プロセスが、提供される。
本明細書に説明されるアノードパンアセンブリと本明細書に説明されるカソードパンアセンブリとを一緒に接合することによって、個々の電気化学セルを組み立てることと、
アノードパンアセンブリおよびカソードパンアセンブリを並列に設置し、イオン交換膜によってそれらを分離することと、
電気化学セルにセル電流および電解原料をフィーダを用いて供給することと
を含む、プロセスが、提供される。
【0118】
前述の側面のいくつかの実施形態において、電気化学セルは、水素ガス生産セルである。アノードパンアセンブリまたはカソードパンアセンブリにおける１つ以上のリブおよび／または電極を通して流れるガスは、それぞれ、酸素ガスおよび水素ガスである。
【0119】
一側面において、電解装置を組み立てるためのプロセスであって、プロセスは、前述の個々の電気化学セルを組み立てることと、複数の組み立てられた電気化学セルをスタックにおいて並んで設置し、電気化学セル間の電気接触を維持するためにそれらを一緒に固定することとを含む、プロセスが、提供される。
【0120】
以下の例は、当業者に、本発明を作製および／または使用する方法の開示および説明を提供するように記載され、本発明者らが自身の発明と見なすものの範囲を限定することを意図せず、または、それらは、下記の実験が実施される全てまたは唯一の実験であることを表すことを意図していない。本明細書に説明されるものに加えた本発明の種々の修正が、前述の説明および付随の図から当業者に明白であるであろう。そのような修正は、添付される請求項の範囲内に該当する。使用される数（例えば、量、温度等）に関する正確度を確実にするための努力が、行われているが、ある程度の実験誤差および逸脱が、考慮されるべきである。別様に示されない限り、部分は、重量部であり、分子量は、重量平均分子量であり、温度は、摂氏の尺度であり、圧力は、大気圧またはその近傍にある。
【0121】
実施例および別の場所では、略語は、以下の意味を有する。
【表1-1】
【0122】
（実施例）
（実施例１）
溶接部を通した電流および温度分布
図５は、パンに溶接されたリブに溶接された電極の断面内のジュール熱のシミュレーションを実証する（全ての構成要素は、Ｎｉである）。通常の電流密度が、電極に割り当てられ、パンは、接地電位にあると仮定された。対流熱伝達係数（１００Ｗ／ｍ２・Ｋ）が、内面に割り当てられ、内部流体（ＫＯＨ）流体の温度は、９０℃を割り当てられた。モデル化された構造を通した温度分布は、電極に印加された電流密度の関数として計算された。溶接部を通した電流密度の対応する範囲が、計算された。最後に、最大温度が、溶接部を通した電流密度の関数としてプロットされた（図５）。図５から明白であるように、最大温度は、溶接部を通した電流密度が増加するにつれて急速に増加した。溶接部を通した電流密度は、その溶接部の断面積に対するその溶接部を給送する電極面積の比率が増加するにつれて（活性エリアにわたる比較的により少ないおよび／またはより小さい溶接部に対応する）増加するので、溶接部密度および幾何学形状が、高電流密度で動作するセル内の温度分布に対して大きな影響を及ぼすことが、明白である。
（実施例１）
溶接部を通した電流および温度分布
図５は、パンに溶接されたリブに溶接された電極の断面内のジュール熱のシミュレーションを実証する（全ての構成要素は、Ｎｉである）。通常の電流密度が、電極に割り当てられ、パンは、接地電位にあると仮定された。対流熱伝達係数（１００Ｗ／ｍ２・Ｋ）が、内面に割り当てられ、内部流体（ＫＯＨ）流体の温度は、９０℃を割り当てられた。モデル化された構造を通した温度分布は、電極に印加された電流密度の関数として計算された。溶接部を通した電流密度の対応する範囲が、計算された。最後に、最大温度が、溶接部を通した電流密度の関数としてプロットされた（図５）。図５から明白であるように、最大温度は、溶接部を通した電流密度が増加するにつれて急速に増加した。溶接部を通した電流密度は、その溶接部の断面積に対するその溶接部を給送する電極面積の比率が増加するにつれて（活性エリアにわたる比較的により少ないおよび／またはより小さい溶接部に対応する）増加するので、溶接部密度および幾何学形状が、高電流密度で動作するセル内の温度分布に対して大きな影響を及ぼすことが、明白である。
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図4】
【図5】
【手続補正書】
【提出日】2024-01-29
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
電気化学セルであって、前記電気化学セルは、
第１のパンアセンブリであって、前記第１のパンアセンブリは、
第１のパンであって、前記第１のパンは、前記第１のパンの第１の内部を通して流れる第１の電解質を受け取るように構成されている、第１のパンと、
前記第１のパンの内側に垂直に位置付けられた１つ以上の第１のリブと、
前記第１のパンの前記第１の内部の少なくとも一部を覆っている第１の電極と、
前記第１の電極を前記１つ以上のリブに溶接する複数の溶接部と
を備え、
前記複数の溶接部は、前記電極にわたって分布したアレイを形成している、第１のパンアセンブリと、
第２のパンアセンブリであって、前記第２のパンアセンブリは、
第２のパンであって、前記第２のパンは、前記第２のパンの第２の内部を通して流れる第２の電解質を受け取るように構成されている、第２のパンと、
前記第２のパンの前記第２の内部の少なくとも一部を覆っている第２の電極と
を備えている、第２のパンアセンブリと、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に配置された分離器と
を備え、
前記複数の溶接部の数、サイズ、および位置は、高い局所温度に起因する分離器損傷を減らすために、前記電気化学セルの内部温度に対する電力消散の影響が減らされるようなものである、電気化学セル。
【請求項2】
前記複数の溶接部の各々は、線、スポット、パターン、またはそれらの組み合わせの形態である、請求項１に記載の電気化学セル。
【請求項3】
前記パターンは、ドット、ドットのアレイ、破線、スポット、線セグメント、長線、長円形幾何学形状、長方形幾何学形状、円形幾何学形状、六角形幾何学形状、およびそれらの組み合わせから成る群から選択される、請求項２に記載の電気化学セル。
【請求項4】
各溶接部の断面積は、約６ｍｍ
２
～約３，３００ｍｍ
２
である、請求項１－３のいずれか１項に記載の電気化学セル。
【請求項5】
溶接部面積に対する電極面積の比率は、約１５：１～約２，０００：１である、請求項１－４のいずれか１項に記載の電気化学セル。
【請求項6】
前記第１の電解質および／または前記第２の電解質は、アルカリ溶液を備えている、請求項１－５のいずれか１項に記載の電気化学セル。
【請求項7】
前記分離器は、イオン交換膜を備えている、請求項１－６のいずれか１項に記載の電気化学セル。
【請求項8】
請求項１－７のいずれか１項に記載の複数の電気化学セルを備えている電解装置。
【請求項9】
方法であって、前記方法は、
電気化学セルの第１のパンの内側に１つ以上のリブを垂直に位置付けることと、
前記１つ以上のリブの上に第１の電極を位置付けることと、
複数の溶接部を用いて前記第１の電極を前記１つ以上のリブに溶接することであって、前記複数の溶接部は、前記第１の電極にわたって溶接部の分布したアレイを形成している、ことと、
第２の電極が前記第１の電極に近接しているように、前記第２の電極を備えている第２のパンを前記第１のパンに近接して位置付けることと、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に分離器を位置付けることと
を含み、
前記複数の溶接部の数、サイズ、および位置は、高い局所温度に起因する分離器損傷を減らすために、前記電気化学セルの内部温度に対する電力消散の影響が減らされるようなものである、方法。
【請求項10】
約２００ｋｇ／時～約１０，０００ｋｇ／時の流量で前記第１のパンの前記第１の内部を通して前記第１の電解質を流動させることをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項11】
約２００ｋｇ／時～約１０，０００ｋｇ／時の流量で前記第２のパンの前記第２の内部を通して前記第２の電解質を流動させることをさらに含む、請求項９または請求項１０に記載の方法。
【請求項12】
約３００ｍＡ／ｃｍ
２
～約６，０００ｍＡ／ｃｍ
２
の電流密度で前記電気化学セルを動作させることをさらに含む、請求項９－１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項13】
前記複数の溶接部の各々を通した電流密度が６Ａ／ｍｍ
２
未満であるように、前記電気化学セルを動作させることをさらに含む、請求項９－１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項14】
前記第１の電極または前記第２の電極において水素ガスを生産することをさらに含む、請求項９－１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項15】
前記電気化学セルの前記アノードおよび／または前記カソードパンの内側に前記１つ以上のリブを冶金的に取り付けることをさらに含む、請求項９－１４のいずれか１項に記載の方法。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0024】
一側面において、電解装置を組み立てるためのプロセスが、提供され、プロセスは、前述の個々の電気化学セルを組み立てることと、複数の組み立てられた電気化学セルをスタックにおいて並んで設置し、電気化学セル間の電気接触を維持するためにそれらを一緒に固定することとを含む。
本発明はさらに、例えば、以下を提供する。
（項目１）
アノードおよび／またはカソードパンアセンブリであって、前記アノードおよび／またはカソードパンアセンブリは、
アノードおよび／またはカソードパンと、
１つ以上のリブであって、前記１つ以上のリブは、前記アノードおよび／または前記カソードパンの内側に垂直に位置付けられている、１つ以上のリブと、
前記１つ以上のリブに溶接された電極と、
前記電極を前記１つ以上のリブに溶接する１つ以上の溶接部と
を備えている、アノードおよび／またはカソードパンアセンブリ。
（項目２）
前記アノードおよび／または前記カソードパンの内側の前記１つ以上のリブの数は、約１～７５個である、項目１に記載のアノードおよび／またはカソードパンアセンブリ。
（項目３）
前記１つ以上のリブの厚さは、約１～３ｍｍである、項目１または項目２に記載のアノードおよび／またはカソードパンアセンブリ。
（項目４）
前記１つ以上のリブの高さは、約１０～１１０ｍｍである、項目１－３のいずれか１項に記載のアノードおよび／またはカソードパンアセンブリ。
（項目５）
２つ以上のリブ間のピッチは、約４０～２００ｍｍである、項目１－４のいずれか１項に記載のアノードおよび／またはカソードパンアセンブリ。
（項目６）
前記１つ以上のリブの各々は、１つ以上の切り込みと、１つ以上の隆起とを備えている、項目１－５のいずれか１項に記載のアノードおよび／またはカソードパンアセンブリ。
（項目７）
前記電極は、平面電極またはエキスパンドメタルまたはメッシュである、項目１－６のいずれか１項に記載のアノードおよび／またはカソードパンアセンブリ。
（項目８）
前記エキスパンドメタルまたは前記メッシュ電極の各ストランドは、約０．５～３ｍｍの厚さを有する、項目７に記載のアノードおよび／またはカソードパンアセンブリ。
（項目９）
前記１つ以上の溶接部は、線、スポット、パターン、またはそれらの組み合わせの形態である、項目１－８のいずれか１項に記載のアノードおよび／またはカソードパンアセンブリ。
（項目１０）
前記スポットの形態であるリブあたりの前記１つ以上の溶接部の数は、リブあたり約１０～５０個の溶接部である、項目９に記載のアノードおよび／またはカソードパンアセンブリ。
（項目１１）
２つ以上の溶接部が前記スポットの形態であるときの前記溶接部間の距離は、ｘおよびｙ方向において独立して約２５～２００ｍｍである、項目９または１０に記載のアノードおよび／またはカソードパンアセンブリ。
（項目１２）
前記線の形態であるリブあたりの前記１つ以上の溶接部の数は、リブあたり約１～７５個の溶接部である、項目９に記載のアノードおよび／またはカソードパンアセンブリ。
（項目１３）
２つ以上の溶接部が前記線の形態であるときの前記溶接部間の距離は、ｘおよびｙ方向において独立して約４０～２００ｍｍである、項目９または１２に記載のアノードおよび／またはカソードパンアセンブリ。
（項目１４）
前記パターンは、ドット、ドットのアレイ、破線、スポット、線セグメント、長線、長円形幾何学形状、長方形幾何学形状、円形幾何学形状、六角形幾何学形状、およびそれらの組み合わせから成る群から選択される、項目９に記載のアノードおよび／またはカソードパンアセンブリ。
（項目１５）
各溶接部の断面積は、約６ｍｍ ２ ～３，３００ｍｍ ２ である、項目１－１４のいずれか１項に記載のアノードおよび／またはカソードパンアセンブリ。
（項目１６）
溶接部面積に対する電極面積の比率は、１５倍～２，０００倍の範囲内である、項目１－１５のいずれか１項に記載のアノードおよび／またはカソードパンアセンブリ。
（項目１７）
前記アノードおよび／または前記カソードパンアセンブリは、約３００ｍＡ／ｃｍ ２ ～６，０００ｍＡ／ｃｍ ２ の高電流密度で動作する電気化学セルの内側にある、項目１－１６のいずれか１項に記載のアノードおよび／またはカソードパンアセンブリ。
（項目１８）
各溶接部を通した前記電流密度は、６Ａ／ｍｍ ２ 未満である、項目１－１７のいずれか１項に記載のアノードおよび／またはカソードパンアセンブリ。
（項目１９）
前記アノードおよび／または前記カソードパンアセンブリは、それぞれ、約２００～１０，０００ｋｇ／時の高流量のアノード液またはカソード液を備えている、項目１－１８のいずれか１項に記載のアノードおよび／またはカソードパンアセンブリ。
（項目２０）
前記１つ以上のリブの前記厚さ、前記１つ以上のリブの前記高さ、前記１つ以上のリブ間の前記ピッチ、リブあたりの前記溶接部の前記数、各溶接部間の前記距離、各溶接部の前記断面積、および／または溶接部面積に対する電極面積の比率は、前記セルの内部温度に対する高い、潜在的に増減する電力消散率の影響を最小化し、高い局所温度、機械的侵食、および／または疲労に起因する膜損傷を防止する、項目１－１９のいずれか１項に記載のアノードおよび／またはカソードパンアセンブリ。
（項目２１）
前記アノードおよび／または前記カソードパンアセンブリは、水素ガス生産電気化学セルの内側にある、項目１－２０のいずれか１項に記載のアノードおよび／またはカソードパンアセンブリ。
（項目２２）
アノード液および／またはカソード液をさらに備え、前記アノード液および／または前記カソード液は、アルカリ溶液を備えている、項目１－２１のいずれか１項に記載のアノードおよび／またはカソードパンアセンブリ。
（項目２３）
電気化学セルであって、前記電気化学セルは、項目１－２２のいずれか１項に記載のアノードおよび／またはカソードパンアセンブリと、前記アノードと前記カソードとの間に配置されたイオン交換膜とを備えている、電気化学セル。
（項目２４）
多数の項目２３に記載の個々の電気化学セルを備えている電解装置。
（項目２５）
方法であって、前記方法は、
電気化学セルのアノードおよび／またはカソードパンの内側に１つ以上のリブを垂直に位置付けることと、
前記１つ以上のリブの上に電極を位置付けることと、
１つ以上の溶接部を通して前記電極を前記１つ以上のリブに溶接することと
を含む、方法。
（項目２６）
前記電極を前記１つ以上のリブと直角に設置することをさらに含む、項目２５に記載の方法。
（項目２７）
前記電気化学セルの前記アノードおよび／またはカソードパンの内側に１～７５個のリブを垂直に位置付けることをさらに含む、項目２５－２６のいずれか１項に記載の方法。
（項目２８）
約１～３ｍｍである前記１つ以上のリブの前記厚さ、約１０～１１０ｍｍである前記１つ以上のリブの高さ、および／または約４０～２００ｍｍである２つ以上のリブ間のピッチを提供することをさらに含む、項目２５－２７のいずれか１項に記載の方法。
（項目２９）
前記１つ以上のリブの各々は、１つ以上の切り込みと、１つ以上の隆起とを備えている、項目２５－２８のいずれか１項に記載の方法。
（項目３０）
前記電極は、平面電極またはエキスパンドメタルまたはメッシュである、項目２５－２９のいずれか１項に記載の方法。
（項目３１）
約０．５～３ｍｍの厚さを有する前記エキスパンドメタルまたは前記メッシュ電極の各ストランドを提供することをさらに含む、項目３０に記載の方法。
（項目３２）
線、スポット、パターン、またはそれらの組み合わせの形態における前記１つ以上の溶接部を提供することをさらに含む、項目２５－３１のいずれか１項に記載の方法。
（項目３３）
リブあたり約１０～５０個の溶接部である前記スポットの形態であるリブあたりの前記１つ以上の溶接部の数を提供することをさらに含む、項目３２に記載の方法。
（項目３４）
２つ以上の溶接部が前記スポットの形態であるとき、ｘおよびｙ方向において独立して約２５～２００ｍｍである前記溶接部の各々の間の距離を提供することをさらに含む、項目３２または３３に記載の方法。
（項目３５）
リブあたり約１～７５個の溶接部である前記線の形態であるリブあたりの前記１つ以上の溶接部の数を提供することをさらに含む、項目３２に記載の方法。
（項目３６）
２つ以上の溶接部が前記線の形態であるとき、ｘおよびｙ方向において独立して約４０～２００ｍｍである前記溶接部の各々の間の距離を提供することをさらに含む、項目３２または３５に記載の方法。
（項目３７）
約６ｍｍ ２ ～３，３００ｍｍ ２ である各溶接部の断面積を提供することをさらに含む、項目２５－３６のいずれか１項に記載の方法。
（項目３８）
１５倍～２，０００倍の範囲内の溶接部面積に対する電極面積の比率を提供することをさらに含む、項目２５－３７のいずれか１項に記載の方法。
（項目３９）
約２００～１０，０００ｋｇ／時の高流量のアノード液またはカソード液の下で、前記アノードおよび／または前記カソードパンアセンブリをそれぞれ動作させることをさらに含む、項目２５－３８のいずれか１項に記載の方法。
（項目４０）
電気化学セルを組み立てるために前記アノードおよび／または前記カソードパンアセンブリを位置付け、約３００ｍＡ／ｃｍ ２ ～６，０００ｍＡ／ｃｍ ２ の高電流密度で前記電気化学セルを動作させることをさらに含む、項目２５－３９のいずれか１項に記載の方法。
（項目４１）
前記電気化学セルは、水素ガス生産セルである、項目４０に記載の方法。
（項目４２）
前記セルの内部温度に対する増減する電力消散の影響を最小化することをさらに含む、項目２５－４１のいずれか１項に記載の方法。
（項目４３）
高い局所温度、機械的侵食、および／または疲労に起因する膜損傷を防止することをさらに含む、項目２５－４２のいずれか１項に記載の方法。
（項目４４）
アノードおよび／またはカソードパンアセンブリを製造するためのプロセスであって、前記プロセスは、
電気化学セルのアノードおよび／またはカソードパンの内側に１つ以上のリブを垂直に位置付けることと、
前記１つ以上のリブの上に電極を位置付けることと、
１つ以上の溶接部を通して前記電極を前記１つ以上のリブに溶接することと
を含む、プロセス。
（項目４５）
前記電気化学セルの前記アノードおよび／またはカソードパンの内側に前記１つ以上のリブを冶金的に取り付けることを含む、項目４４に記載のプロセス。
（項目４６）
電気化学セルを組み立てるためのプロセスであって、前記プロセスは、
項目１－２２のいずれか１項に記載のアノードパンアセンブリをカソードパンとカソードとを備えているカソードパンアセンブリと一緒に接合することによって、個々の電気化学セルを組み立てること、または、
項目１－２２のいずれか１項に記載のカソードパンアセンブリをアノードパンとアノードとを備えているアノードパンアセンブリと一緒に接合することによって、個々の電気化学セルを組み立てること、または、
項目１－２２のいずれか１項に記載のアノードパンアセンブリとカソードパンアセンブリとを一緒に接合することによって、個々の電気化学セルを組み立てること、および、
前記アノードパンアセンブリと前記カソードパンアセンブリとを並列に設置し、イオン交換膜によってそれらを分離すること、および、
前記電気化学セルにセル電流および電解原料をフィーダを用いて供給すること
を含む、プロセス。
（項目４７）
前記電気化学セルは、水素ガス生産セルである、項目４６に記載のプロセス。
（項目４８）
電解装置を組み立てるためのプロセスであって、前記プロセスは、
項目４６または４７に記載の個々の電気化学セルを組み立てることと、
複数の前記組み立てられた電気化学セルをスタックにおいて並んで設置し、前記電気化学セル間の電気接触を維持するためにそれらを一緒に固定することと
を含む、プロセス。
本発明はさらに、例えば、以下を提供する。
（項目１）
アノードおよび／またはカソードパンアセンブリであって、前記アノードおよび／またはカソードパンアセンブリは、
アノードおよび／またはカソードパンと、
１つ以上のリブであって、前記１つ以上のリブは、前記アノードおよび／または前記カソードパンの内側に垂直に位置付けられている、１つ以上のリブと、
前記１つ以上のリブに溶接された電極と、
前記電極を前記１つ以上のリブに溶接する１つ以上の溶接部と
を備えている、アノードおよび／またはカソードパンアセンブリ。
（項目２）
前記アノードおよび／または前記カソードパンの内側の前記１つ以上のリブの数は、約１～７５個である、項目１に記載のアノードおよび／またはカソードパンアセンブリ。
（項目３）
前記１つ以上のリブの厚さは、約１～３ｍｍである、項目１または項目２に記載のアノードおよび／またはカソードパンアセンブリ。
（項目４）
前記１つ以上のリブの高さは、約１０～１１０ｍｍである、項目１－３のいずれか１項に記載のアノードおよび／またはカソードパンアセンブリ。
（項目５）
２つ以上のリブ間のピッチは、約４０～２００ｍｍである、項目１－４のいずれか１項に記載のアノードおよび／またはカソードパンアセンブリ。
（項目６）
前記１つ以上のリブの各々は、１つ以上の切り込みと、１つ以上の隆起とを備えている、項目１－５のいずれか１項に記載のアノードおよび／またはカソードパンアセンブリ。
（項目７）
前記電極は、平面電極またはエキスパンドメタルまたはメッシュである、項目１－６のいずれか１項に記載のアノードおよび／またはカソードパンアセンブリ。
（項目８）
前記エキスパンドメタルまたは前記メッシュ電極の各ストランドは、約０．５～３ｍｍの厚さを有する、項目７に記載のアノードおよび／またはカソードパンアセンブリ。
（項目９）
前記１つ以上の溶接部は、線、スポット、パターン、またはそれらの組み合わせの形態である、項目１－８のいずれか１項に記載のアノードおよび／またはカソードパンアセンブリ。
（項目１０）
前記スポットの形態であるリブあたりの前記１つ以上の溶接部の数は、リブあたり約１０～５０個の溶接部である、項目９に記載のアノードおよび／またはカソードパンアセンブリ。
（項目１１）
２つ以上の溶接部が前記スポットの形態であるときの前記溶接部間の距離は、ｘおよびｙ方向において独立して約２５～２００ｍｍである、項目９または１０に記載のアノードおよび／またはカソードパンアセンブリ。
（項目１２）
前記線の形態であるリブあたりの前記１つ以上の溶接部の数は、リブあたり約１～７５個の溶接部である、項目９に記載のアノードおよび／またはカソードパンアセンブリ。
（項目１３）
２つ以上の溶接部が前記線の形態であるときの前記溶接部間の距離は、ｘおよびｙ方向において独立して約４０～２００ｍｍである、項目９または１２に記載のアノードおよび／またはカソードパンアセンブリ。
（項目１４）
前記パターンは、ドット、ドットのアレイ、破線、スポット、線セグメント、長線、長円形幾何学形状、長方形幾何学形状、円形幾何学形状、六角形幾何学形状、およびそれらの組み合わせから成る群から選択される、項目９に記載のアノードおよび／またはカソードパンアセンブリ。
（項目１５）
各溶接部の断面積は、約６ｍｍ ２ ～３，３００ｍｍ ２ である、項目１－１４のいずれか１項に記載のアノードおよび／またはカソードパンアセンブリ。
（項目１６）
溶接部面積に対する電極面積の比率は、１５倍～２，０００倍の範囲内である、項目１－１５のいずれか１項に記載のアノードおよび／またはカソードパンアセンブリ。
（項目１７）
前記アノードおよび／または前記カソードパンアセンブリは、約３００ｍＡ／ｃｍ ２ ～６，０００ｍＡ／ｃｍ ２ の高電流密度で動作する電気化学セルの内側にある、項目１－１６のいずれか１項に記載のアノードおよび／またはカソードパンアセンブリ。
（項目１８）
各溶接部を通した前記電流密度は、６Ａ／ｍｍ ２ 未満である、項目１－１７のいずれか１項に記載のアノードおよび／またはカソードパンアセンブリ。
（項目１９）
前記アノードおよび／または前記カソードパンアセンブリは、それぞれ、約２００～１０，０００ｋｇ／時の高流量のアノード液またはカソード液を備えている、項目１－１８のいずれか１項に記載のアノードおよび／またはカソードパンアセンブリ。
（項目２０）
前記１つ以上のリブの前記厚さ、前記１つ以上のリブの前記高さ、前記１つ以上のリブ間の前記ピッチ、リブあたりの前記溶接部の前記数、各溶接部間の前記距離、各溶接部の前記断面積、および／または溶接部面積に対する電極面積の比率は、前記セルの内部温度に対する高い、潜在的に増減する電力消散率の影響を最小化し、高い局所温度、機械的侵食、および／または疲労に起因する膜損傷を防止する、項目１－１９のいずれか１項に記載のアノードおよび／またはカソードパンアセンブリ。
（項目２１）
前記アノードおよび／または前記カソードパンアセンブリは、水素ガス生産電気化学セルの内側にある、項目１－２０のいずれか１項に記載のアノードおよび／またはカソードパンアセンブリ。
（項目２２）
アノード液および／またはカソード液をさらに備え、前記アノード液および／または前記カソード液は、アルカリ溶液を備えている、項目１－２１のいずれか１項に記載のアノードおよび／またはカソードパンアセンブリ。
（項目２３）
電気化学セルであって、前記電気化学セルは、項目１－２２のいずれか１項に記載のアノードおよび／またはカソードパンアセンブリと、前記アノードと前記カソードとの間に配置されたイオン交換膜とを備えている、電気化学セル。
（項目２４）
多数の項目２３に記載の個々の電気化学セルを備えている電解装置。
（項目２５）
方法であって、前記方法は、
電気化学セルのアノードおよび／またはカソードパンの内側に１つ以上のリブを垂直に位置付けることと、
前記１つ以上のリブの上に電極を位置付けることと、
１つ以上の溶接部を通して前記電極を前記１つ以上のリブに溶接することと
を含む、方法。
（項目２６）
前記電極を前記１つ以上のリブと直角に設置することをさらに含む、項目２５に記載の方法。
（項目２７）
前記電気化学セルの前記アノードおよび／またはカソードパンの内側に１～７５個のリブを垂直に位置付けることをさらに含む、項目２５－２６のいずれか１項に記載の方法。
（項目２８）
約１～３ｍｍである前記１つ以上のリブの前記厚さ、約１０～１１０ｍｍである前記１つ以上のリブの高さ、および／または約４０～２００ｍｍである２つ以上のリブ間のピッチを提供することをさらに含む、項目２５－２７のいずれか１項に記載の方法。
（項目２９）
前記１つ以上のリブの各々は、１つ以上の切り込みと、１つ以上の隆起とを備えている、項目２５－２８のいずれか１項に記載の方法。
（項目３０）
前記電極は、平面電極またはエキスパンドメタルまたはメッシュである、項目２５－２９のいずれか１項に記載の方法。
（項目３１）
約０．５～３ｍｍの厚さを有する前記エキスパンドメタルまたは前記メッシュ電極の各ストランドを提供することをさらに含む、項目３０に記載の方法。
（項目３２）
線、スポット、パターン、またはそれらの組み合わせの形態における前記１つ以上の溶接部を提供することをさらに含む、項目２５－３１のいずれか１項に記載の方法。
（項目３３）
リブあたり約１０～５０個の溶接部である前記スポットの形態であるリブあたりの前記１つ以上の溶接部の数を提供することをさらに含む、項目３２に記載の方法。
（項目３４）
２つ以上の溶接部が前記スポットの形態であるとき、ｘおよびｙ方向において独立して約２５～２００ｍｍである前記溶接部の各々の間の距離を提供することをさらに含む、項目３２または３３に記載の方法。
（項目３５）
リブあたり約１～７５個の溶接部である前記線の形態であるリブあたりの前記１つ以上の溶接部の数を提供することをさらに含む、項目３２に記載の方法。
（項目３６）
２つ以上の溶接部が前記線の形態であるとき、ｘおよびｙ方向において独立して約４０～２００ｍｍである前記溶接部の各々の間の距離を提供することをさらに含む、項目３２または３５に記載の方法。
（項目３７）
約６ｍｍ ２ ～３，３００ｍｍ ２ である各溶接部の断面積を提供することをさらに含む、項目２５－３６のいずれか１項に記載の方法。
（項目３８）
１５倍～２，０００倍の範囲内の溶接部面積に対する電極面積の比率を提供することをさらに含む、項目２５－３７のいずれか１項に記載の方法。
（項目３９）
約２００～１０，０００ｋｇ／時の高流量のアノード液またはカソード液の下で、前記アノードおよび／または前記カソードパンアセンブリをそれぞれ動作させることをさらに含む、項目２５－３８のいずれか１項に記載の方法。
（項目４０）
電気化学セルを組み立てるために前記アノードおよび／または前記カソードパンアセンブリを位置付け、約３００ｍＡ／ｃｍ ２ ～６，０００ｍＡ／ｃｍ ２ の高電流密度で前記電気化学セルを動作させることをさらに含む、項目２５－３９のいずれか１項に記載の方法。
（項目４１）
前記電気化学セルは、水素ガス生産セルである、項目４０に記載の方法。
（項目４２）
前記セルの内部温度に対する増減する電力消散の影響を最小化することをさらに含む、項目２５－４１のいずれか１項に記載の方法。
（項目４３）
高い局所温度、機械的侵食、および／または疲労に起因する膜損傷を防止することをさらに含む、項目２５－４２のいずれか１項に記載の方法。
（項目４４）
アノードおよび／またはカソードパンアセンブリを製造するためのプロセスであって、前記プロセスは、
電気化学セルのアノードおよび／またはカソードパンの内側に１つ以上のリブを垂直に位置付けることと、
前記１つ以上のリブの上に電極を位置付けることと、
１つ以上の溶接部を通して前記電極を前記１つ以上のリブに溶接することと
を含む、プロセス。
（項目４５）
前記電気化学セルの前記アノードおよび／またはカソードパンの内側に前記１つ以上のリブを冶金的に取り付けることを含む、項目４４に記載のプロセス。
（項目４６）
電気化学セルを組み立てるためのプロセスであって、前記プロセスは、
項目１－２２のいずれか１項に記載のアノードパンアセンブリをカソードパンとカソードとを備えているカソードパンアセンブリと一緒に接合することによって、個々の電気化学セルを組み立てること、または、
項目１－２２のいずれか１項に記載のカソードパンアセンブリをアノードパンとアノードとを備えているアノードパンアセンブリと一緒に接合することによって、個々の電気化学セルを組み立てること、または、
項目１－２２のいずれか１項に記載のアノードパンアセンブリとカソードパンアセンブリとを一緒に接合することによって、個々の電気化学セルを組み立てること、および、
前記アノードパンアセンブリと前記カソードパンアセンブリとを並列に設置し、イオン交換膜によってそれらを分離すること、および、
前記電気化学セルにセル電流および電解原料をフィーダを用いて供給すること
を含む、プロセス。
（項目４７）
前記電気化学セルは、水素ガス生産セルである、項目４６に記載のプロセス。
（項目４８）
電解装置を組み立てるためのプロセスであって、前記プロセスは、
項目４６または４７に記載の個々の電気化学セルを組み立てることと、
複数の前記組み立てられた電気化学セルをスタックにおいて並んで設置し、前記電気化学セル間の電気接触を維持するためにそれらを一緒に固定することと
を含む、プロセス。
【国際調査報告】