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JP2022023997A - Electrochemical device - Google Patents

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JP2022023997A
JP2022023997A JP2021181433A JP2021181433A JP2022023997A JP 2022023997 A JP2022023997 A JP 2022023997A JP 2021181433 A JP2021181433 A JP 2021181433A JP 2021181433 A JP2021181433 A JP 2021181433A JP 2022023997 A JP2022023997 A JP 2022023997A
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JP
Japan
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layer
flow path
gas diffusion
anode
separator
Prior art date
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Pending
Application number
JP2021181433A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
拓人 櫛
Takuto Kushi
将史 河村
Masashi Kawamura
達也 常木
Tatsuya Tsuneki
大樹 安藤
Daiki Ando
直矢 藤永
Naoya Fujinaga
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokyo Gas Co Ltd
Original Assignee
Tokyo Gas Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Tokyo Gas Co Ltd filed Critical Tokyo Gas Co Ltd
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

【課題】簡易な構成でセルの流路を構成できる電気化学デバイスを提供する。【解決手段】水電解装置10は、一方側面にアノード触媒層22が積層され、他方面にカソード触媒層32が積層された電解質膜21と、電解質膜21を挟んで両外側に設けられたセパレータ28、セパレータ38と、電解質膜21のアノード触媒層22及びカソード触媒層32の少なくとも一方とセパレータの間に配置され気体を拡散させる第1ガス拡散層と、第1ガス拡散層とセパレータの間に配置され、第1ガス拡散層と平均孔径が異なり気体を拡散させる第2ガス拡散層と、を有し、流体の流路を構成する流路層と、を備えている。【選択図】図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrochemical device capable of constructing a cell flow path with a simple configuration. SOLUTION: A water electrolyzer 10 has an electrolyte membrane 21 having an anode catalyst layer 22 laminated on one side surface and a cathode catalyst layer 32 laminated on the other side, and a separator provided on both outer sides of the electrolyte membrane 21. 28, a separator 38, a first gas diffusion layer arranged between the separator and at least one of the anode catalyst layer 22 and the cathode catalyst layer 32 of the electrolyte film 21, and between the first gas diffusion layer and the separator. It has a second gas diffusion layer that is arranged and has a different average pore size from the first gas diffusion layer and diffuses the gas, and includes a flow path layer that constitutes a flow path of the fluid. [Selection diagram] Fig. 1

Description

本発明は、電気化学デバイスに関する。 The present invention relates to an electrochemical device.

近年、クリーンエネルギーの活用として、燃料電池や、その燃料としての水素を生成す水電解装置、が注目されている。再生可能エネルギーから得た電力により水電解装置で水素を生成して貯留し、必要に応じて水素を用いて燃料電池で発電することにより、安定しない再生可能エネルギーによる場合でも、継続的に電力を供給することができる。 In recent years, fuel cells and water electrolyzers that generate hydrogen as the fuel have been attracting attention as utilization of clean energy. By generating and storing hydrogen in a water electrolyzer using electricity obtained from renewable energy and generating electricity in a fuel cell using hydrogen as needed, electricity can be continuously generated even with unstable renewable energy. Can be supplied.

このような、燃料電池や水電解装置については、セルスタックの構成についても開発が行われており、電解質膜、アノード、カソード、セパレータを含む電気化学デバイスについても、様々な技術が提案されている(例えば特許文献1参照)が、さらに、具体的構成について工夫が求められる。 For such fuel cells and water electrolyzers, the configuration of cell stacks has also been developed, and various technologies have been proposed for electrochemical devices including an electrolyte membrane, an anode, a cathode, and a separator. (See, for example, Patent Document 1), but further ingenuity is required for the specific configuration.

特開2020-169381号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2020-169381

本発明は、上記事実を考慮して成されたものであり、簡易な構成で流路を構成できる電気化学デバイスを提供することを課題とする。 The present invention has been made in consideration of the above facts, and an object of the present invention is to provide an electrochemical device capable of forming a flow path with a simple configuration.

請求項1に係る電気化学デバイスは、一方側面にアノード触媒層が積層され、他方面にカソード触媒層が積層された電解質膜と、前記電解質膜を挟んで両外側に前記電解質膜と離間して設けられ、前記電解質膜との間に流路を構成するセパレータと、前記電解質膜の前記アノード触媒層及び前記カソード触媒層の少なくとも一方と前記セパレータとの間に配置され気体を拡散させる第1ガス拡散層と、前記第1ガス拡散層と前記セパレータとの間に配置され、前記第1ガス拡散層と平均孔径が異なり気体を拡散させる第2ガス拡散層と、を有し、流体の流路を構成する流路層と、を備えている。 The electrochemical device according to claim 1 has an electrolyte membrane having an anode catalyst layer laminated on one side surface and a cathode catalyst layer laminated on the other surface, and the electrolyte membrane sandwiched between the electrolyte membrane and the electrolyte membrane on both outer sides. A first gas that is provided and is arranged between the separator that forms a flow path between the electrolyte membrane and at least one of the anode catalyst layer and the cathode catalyst layer of the electrolyte membrane and the separator to diffuse the gas. It has a diffusion layer and a second gas diffusion layer which is arranged between the first gas diffusion layer and the separator and has a different average pore size from the first gas diffusion layer to diffuse the gas, and is a flow path of the fluid. It is provided with a flow path layer constituting the above.

請求項1に係る電気化学デバイスでは、電解質膜のアノード触媒層及びカソード触媒層の少なくとも一方とセパレータの間に、第1ガス拡散層が配置されている。また、第1ガス拡散層とセパレータの間に、第1ガス拡散層と平均孔径が異なる第2ガス拡散層が配置されている。そして、これら第1ガス拡散層と第2ガス拡散層を有し、流体の流路を構成する流路層が形成されている。 In the electrochemical device according to claim 1, a first gas diffusion layer is arranged between at least one of the anode catalyst layer and the cathode catalyst layer of the electrolyte membrane and the separator. Further, between the first gas diffusion layer and the separator, a second gas diffusion layer having an average pore diameter different from that of the first gas diffusion layer is arranged. Then, a flow path layer having these first gas diffusion layer and second gas diffusion layer and forming a flow path of the fluid is formed.

このように、流体の流路を構成する流路層を、第1ガス拡散層と第2ガス拡散層を含んで構成することにより、セパレータに溝等を形成することなく、流体を拡散させて流通させることができ、簡易に流路を形成することができる。 In this way, by forming the flow path layer constituting the flow path of the fluid including the first gas diffusion layer and the second gas diffusion layer, the fluid can be diffused without forming a groove or the like in the separator. It can be circulated and a flow path can be easily formed.

請求項2に係る電気化学デバイスは、前記第1ガス拡散層の平均孔径は、前記第2ガス拡散層の平均孔径よりも小さい。 In the electrochemical device according to claim 2, the average pore size of the first gas diffusion layer is smaller than the average pore size of the second gas diffusion layer.

このように、電解質膜に近い側の第1ガス拡散層の平均孔径を第2ガス拡散層の平均孔径よりも小さくすることにより、電解質膜に積層されたアノード触媒層、カソード触媒層上で発生した気体を、セパレータ側の第2ガス拡散層でスムーズに流すことができる。 As described above, by making the average pore size of the first gas diffusion layer closer to the electrolyte membrane smaller than the average pore diameter of the second gas diffusion layer, it is generated on the anode catalyst layer and the cathode catalyst layer laminated on the electrolyte membrane. The gas can be smoothly flowed through the second gas diffusion layer on the separator side.

請求項3に係る電気化学デバイスは、前記第2ガス拡散層の厚みが、前記第1ガス拡散層の厚みよりも厚い。 In the electrochemical device according to claim 3, the thickness of the second gas diffusion layer is thicker than the thickness of the first gas diffusion layer.

このように、第2ガス拡散層の厚みを第1ガス拡散層の厚みよりも厚くすることにより、流路層において、第1ガス拡散層側で発生した気体を、セパレータ側の第2ガス拡散層でスムーズに流すことができる。 By making the thickness of the second gas diffusion layer thicker than the thickness of the first gas diffusion layer in this way, the gas generated on the first gas diffusion layer side in the flow path layer is diffused into the second gas diffusion on the separator side. It can flow smoothly in layers.

請求項4に係る電気化学デバイスは、前記セパレータには、前記流路層と連通する流路孔が前記積層方向に貫通形成されている。 In the electrochemical device according to claim 4, the separator has a flow path hole communicating with the flow path layer formed through the flow path hole in the stacking direction.

このように、セパレータに流路孔を形成することにより、簡易に流路空間を外部と連通させることができる。 By forming the flow path hole in the separator in this way, the flow path space can be easily communicated with the outside.

請求項5に係る電気化学デバイスは、前記電解質膜の前記アノード触媒層及び前記カソード触媒層の少なくとも一方と前記セパレータの間に積層され、積層方向に貫通する開口が形成され、前記開口よりも外側の外周部で前記電解質膜と前記セパレータとの間をシールし、前記開口により流路空間を構成し、前記流路空間に前記流路層が配置されるシール層、を更に備えている。 The electrochemical device according to claim 5 is laminated between at least one of the anode catalyst layer and the cathode catalyst layer of the electrolyte membrane and the separator to form an opening penetrating in the stacking direction, and is outside the opening. A seal layer is further provided, in which the space between the electrolyte membrane and the separator is sealed at the outer peripheral portion of the above, a flow path space is formed by the opening, and the flow path layer is arranged in the flow path space.

このように、シール層を用いて流路空間を構成することにより、簡易に流路を構成することができる。 In this way, by constructing the flow path space using the seal layer, the flow path can be easily constructed.

請求項6に係る電気化学デバイスは、前記シール層には前記開口と連続する切欠部が形成され、前記流路孔は前記積層方向から見て前記切欠部と重なり合うように配置されている。 In the electrochemical device according to claim 6, a notch portion continuous with the opening is formed in the seal layer, and the flow path hole is arranged so as to overlap the notch portion when viewed from the stacking direction.

このように、シール層に開口と連続する切欠部を形成し、セパレータの流路孔を積層方向から見て切欠部と重なり合うように配置することにより、流路孔と流路空間とを切欠部を介して簡易に連通させることができる。 In this way, by forming a notch portion continuous with the opening in the seal layer and arranging the flow path hole of the separator so as to overlap the notch portion when viewed from the stacking direction, the flow path hole and the flow path space are separated from each other. It can be easily communicated via.

本発明に係る電気化学デバイスによれば、簡易な構成で流路を構成することができる。 According to the electrochemical device according to the present invention, the flow path can be configured with a simple configuration.

本実施形態に係る水電解装置の1-1線の概略断面構成を示す図である。It is a figure which shows the schematic cross-sectional structure of line 1-1 of the water electrolysis apparatus which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る水電解装置の2-2線の概略断面構成を示す図である。It is a figure which shows the schematic cross-sectional structure of line 2-2 of the water electrolysis apparatus which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る水電解装置のセルの分解斜視図である。It is an exploded perspective view of the cell of the water electrolysis apparatus which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る水電解装置のセルの一部を平面視した図であり、(A)はアノード側、(B)はカソード側である。It is the figure which looked at a part of the cell of the water electrolysis apparatus which concerns on this embodiment in plan view, (A) is an anode side, (B) is a cathode side. 本実施形態の変形例に係る水電解装置の概略断面構成を示す図である。It is a figure which shows the schematic cross-sectional structure of the water electrolysis apparatus which concerns on the modification of this embodiment. 本実施形態の変形例に係る水電解装置の1-1線に対応する概略断面構成を示す図である。It is a figure which shows the schematic cross-sectional structure corresponding to line 1-1 of the water electrolysis apparatus which concerns on the modification of this embodiment. 本実施形態の変形例に係る水電解装置の2-2線に対応する概略断面構成を示す図である。It is a figure which shows the schematic cross-sectional structure corresponding to line 2-2 of the water electrolysis apparatus which concerns on the modification of this embodiment.

本発明の電気化学デバイスの一実施形態として、水電解装置10を例に説明する。図1には、水電解装置10の図3における1-1線の概略断面構成が示されている。図2には、水電解装置10の図3における2-2線の概略断面構成が示されている。また、図3には、水電解装置10のセル20の分解斜視図が示されている。 As an embodiment of the electrochemical device of the present invention, the water electrolyzer 10 will be described as an example. FIG. 1 shows a schematic cross-sectional configuration of line 1-1 in FIG. 3 of the water electrolyzer 10. FIG. 2 shows a schematic cross-sectional configuration of line 2-2 in FIG. 3 of the water electrolyzer 10. Further, FIG. 3 shows an exploded perspective view of the cell 20 of the water electrolyzer 10.

セル20は、電解質膜21を備え、電解質膜21の一方面側に、アノード触媒層22、アノード第1ガス拡散層24A、アノード第2ガス拡散層24B、アノードシール層26、セパレータ28を備えている。また、電解質膜21の他方面側に、カソード触媒層32、カソード第1ガス拡散層34A、カソード第2ガス拡散層34B、カソードシール層36、セパレータ38を備えている。 The cell 20 includes an electrolyte membrane 21, and an anode catalyst layer 22, an anode first gas diffusion layer 24A, an anode second gas diffusion layer 24B, an anode seal layer 26, and a separator 28 are provided on one side of the electrolyte membrane 21. There is. Further, on the other side of the electrolyte membrane 21, a cathode catalyst layer 32, a cathode first gas diffusion layer 34A, a cathode second gas diffusion layer 34B, a cathode seal layer 36, and a separator 38 are provided.

電解質膜21は、方形状とされ、炭素-フッ素系高分子膜や炭素-フッ素系高分子膜などを用いることができる。電解質膜21の一方面には、アノード触媒層22が積層されている。アノード触媒層22は、電解質膜21の一方面の外周よりも狭い内周側を覆っており、Ir系触媒などを用いることができる。電解質膜21の他方面には、カソード触媒層32が積層されている。カソード触媒層32は、電解質膜21の他方面の外周よりも狭い内周側を覆っており、Pt/カーボン系触媒などを用いることができる。 The electrolyte membrane 21 has a rectangular shape, and a carbon-fluorine-based polymer membrane, a carbon-fluorine-based polymer membrane, or the like can be used. The anode catalyst layer 22 is laminated on one surface of the electrolyte membrane 21. The anode catalyst layer 22 covers the inner peripheral side narrower than the outer peripheral side of one surface of the electrolyte membrane 21, and an Ir-based catalyst or the like can be used. A cathode catalyst layer 32 is laminated on the other surface of the electrolyte membrane 21. The cathode catalyst layer 32 covers the inner peripheral side narrower than the outer peripheral surface of the other surface of the electrolyte membrane 21, and a Pt / carbon-based catalyst or the like can be used.

電解質膜21、アノード触媒層22、カソード触媒層32の外周には、ガスケット23が設けられている。ガスケット23は、平面視で後述する、セパレータ28、アノードシール層26、セパレータ28、カソードシール層36、セパレータ38と略同一の形状、大きさとされ、内側の開口部分に電解質膜21、アノード触媒層22、カソード触媒層32が配置されている。ガスケット23は樹脂膜で形成されており、ガスケット23の開口の内周壁に電解質膜21、アノード触媒層22、カソード触媒層32が密着されている。電解質膜21、アノード触媒層22、カソード触媒層32、ガスケット23が一体化され、電解質層25が形成される。電解質層25には、貫通孔25A、25B、25Cが形成されている。貫通孔25A、25B、25Cは、後述する流路貫通孔28A、28B、28Cに対応する位置に形成されている。 A gasket 23 is provided on the outer periphery of the electrolyte membrane 21, the anode catalyst layer 22, and the cathode catalyst layer 32. The gasket 23 has substantially the same shape and size as the separator 28, the anode seal layer 26, the separator 28, the cathode seal layer 36, and the separator 38, which will be described later in plan view, and the electrolyte membrane 21 and the anode catalyst layer are formed in the inner opening portion. 22, the cathode catalyst layer 32 is arranged. The gasket 23 is formed of a resin film, and the electrolyte membrane 21, the anode catalyst layer 22, and the cathode catalyst layer 32 are in close contact with the inner peripheral wall of the opening of the gasket 23. The electrolyte membrane 21, the anode catalyst layer 22, the cathode catalyst layer 32, and the gasket 23 are integrated to form the electrolyte layer 25. Through holes 25A, 25B, and 25C are formed in the electrolyte layer 25. The through holes 25A, 25B and 25C are formed at positions corresponding to the flow path through holes 28A, 28B and 28C described later.

電解質層25のアノード触媒層22側には、アノードシール層26が積層されている。アノードシール層26は、図4(A)に示されるように、長方形板状とされ、平面視で中央にアノード開口26Aが形成されている。アノード開口26Aは、アノードシール層26を厚み方向に貫通した方形状の開口であり、各辺は電解質膜21の各辺と略平行に形成されている。アノード開口26Aには、後述するアノード第1ガス拡散層24A、アノード第2ガス拡散層24Bが配置される。アノードシール層26は、ガスケット23と密着されている。 The anode seal layer 26 is laminated on the anode catalyst layer 22 side of the electrolyte layer 25. As shown in FIG. 4A, the anode seal layer 26 has a rectangular plate shape, and an anode opening 26A is formed in the center in a plan view. The anode opening 26A is a rectangular opening that penetrates the anode seal layer 26 in the thickness direction, and each side is formed substantially parallel to each side of the electrolyte membrane 21. An anode first gas diffusion layer 24A and an anode second gas diffusion layer 24B, which will be described later, are arranged in the anode opening 26A. The anode seal layer 26 is in close contact with the gasket 23.

なお、アノード触媒層22、電解質膜21は、アノード開口26Aが形成されている部分に対応して設けられていればよく、本実施形態では、アノードシール層26と密着する部分にアノード触媒層22、電解質膜21が積層されていない。但し、アノードシール層26と密着する部分の一部にアノード触媒層22が配置されていてもよく、アノードシール層26と電解質膜21とが密着されていてもよい。 The anode catalyst layer 22 and the electrolyte membrane 21 may be provided corresponding to the portion where the anode opening 26A is formed, and in the present embodiment, the anode catalyst layer 22 is provided in close contact with the anode seal layer 26. , The electrolyte membrane 21 is not laminated. However, the anode catalyst layer 22 may be arranged in a part of the portion in close contact with the anode seal layer 26, or the anode seal layer 26 and the electrolyte membrane 21 may be in close contact with each other.

アノードシール層26には、アノード開口26Aと連続して、切欠26B、26Cが形成されている。切欠26Bは、アノード開口26Aの一の角部に配置され、切欠26Bの角部と対角上に配置される他の角部に切欠26Cが形成されている。切欠26B、26Cは、平面視で、アノード開口26Aの一の辺に沿って、アノード開口26Aから外側へ突出するように形成されている。切欠26B、26Cもアノードシール層26を厚み方向に貫通している。アノードシール層26は、樹脂、ゴム材料で形成することができる。アノード開口26Aには、アノード触媒層22と後述するセパレータ28とに挟まれてアノード流路空間27が形成される。また、アノードシール層26には、切欠26B、26Cが形成されていないアノード開口26Aの一の角部に貫通孔26Dが形成されている。貫通孔26Dは、アノード開口26Aと非連通とされている。 Notches 26B and 26C are formed in the anode seal layer 26 in succession with the anode opening 26A. The notch 26B is arranged at one corner of the anode opening 26A, and the notch 26C is formed at another corner arranged diagonally with the corner of the notch 26B. The cutouts 26B and 26C are formed so as to project outward from the anode opening 26A along one side of the anode opening 26A in a plan view. The notches 26B and 26C also penetrate the anode seal layer 26 in the thickness direction. The anode seal layer 26 can be formed of a resin or rubber material. The anode opening 26A is sandwiched between the anode catalyst layer 22 and the separator 28, which will be described later, to form an anode flow path space 27. Further, in the anode seal layer 26, a through hole 26D is formed at one corner of the anode opening 26A in which the notches 26B and 26C are not formed. The through hole 26D is not in communication with the anode opening 26A.

アノードシール層26のアノード開口26Aには、アノード第1ガス拡散層24Aとアノード第2ガス拡散層24Bが配置されている。アノード第1ガス拡散層24Aとアノード第2ガス拡散層24Bで、アノード流路層24が形成されている。 An anode first gas diffusion layer 24A and an anode second gas diffusion layer 24B are arranged in the anode opening 26A of the anode seal layer 26. The anode flow path layer 24 is formed by the anode first gas diffusion layer 24A and the anode second gas diffusion layer 24B.

アノード第1ガス拡散層24Aは、電解質膜21側に配置され、アノード第2ガス拡散層24Bは、アノード第1ガス拡散層24Aの電解質膜21と反対側に積層されている。 The anode first gas diffusion layer 24A is arranged on the electrolyte membrane 21 side, and the anode second gas diffusion layer 24B is laminated on the side opposite to the electrolyte membrane 21 of the anode first gas diffusion layer 24A.

アノード第1ガス拡散層24Aは、多孔質体、粉末焼結体、繊維焼結体、金属メッシュ、フェルトなどの、層内を流体が流通可能とする物質を用いることができる。また、アノード第1ガス拡散層24Aの平均孔径は100μm以下であることが好ましく。アノード第2ガス拡散層24Bの平均孔径よりも小さいことが好ましい。アノード第2ガス拡散層24Bについても、多孔質体、粉末焼結体、繊維焼結体、金属メッシュ、フェルトなどの、層内を流体が流通可能とする物質を用いることができる。また、アノード第2ガス拡散層24Bの平均孔径は100μm以下であることが好ましく、アノード第1ガス拡散層24Aの平均孔径よりも大きいことが好ましい。また、アノード第2ガス拡散層24Bの厚みは、アノード第1ガス拡散層24Aの厚みよりも厚いことが好ましい。 As the anode first gas diffusion layer 24A, a substance such as a porous body, a powder sintered body, a fiber sintered body, a metal mesh, or a felt that allows a fluid to flow through the layer can be used. Further, the average pore diameter of the anode first gas diffusion layer 24A is preferably 100 μm or less. It is preferably smaller than the average pore size of the anode second gas diffusion layer 24B. As the anode second gas diffusion layer 24B, a substance such as a porous body, a powder sintered body, a fiber sintered body, a metal mesh, and a felt that allows a fluid to flow through the layer can be used. Further, the average pore diameter of the anode second gas diffusion layer 24B is preferably 100 μm or less, and is preferably larger than the average pore diameter of the anode first gas diffusion layer 24A. Further, the thickness of the anode second gas diffusion layer 24B is preferably thicker than the thickness of the anode first gas diffusion layer 24A.

アノード第1ガス拡散層24Aとアノード第2ガス拡散層24Bの2層で、アノード流路空間27を満たす形状とされ、平面視でアノード開口26Aと略同一形状、アノードシール層26と同程度の厚みとされている。アノード第1ガス拡散層24Aとアノード第2ガス拡散層24Bの一部は、切欠26B、26Cにも充填されていてもよいが、本実施形態では切欠26B、26Cに対応する部分には充填されていない。 The two layers, the anode first gas diffusion layer 24A and the anode second gas diffusion layer 24B, have a shape that fills the anode flow path space 27, have substantially the same shape as the anode opening 26A in a plan view, and have the same shape as the anode seal layer 26. It is said to be thick. A part of the anode first gas diffusion layer 24A and the anode second gas diffusion layer 24B may be filled in the notches 26B and 26C, but in the present embodiment, the portions corresponding to the notches 26B and 26C are filled. Not.

アノードシール層26及びアノード流路層24には、セパレータ28が積層されている。セパレータ28は、長方形板状とされ、両面が平坦状とされている。セパレータ28は、アノードシール層26と密着されている。アノードシール層26は、電解質層25とセパレータ28との間を密閉している。アノードシール層26のアノード開口26Aを形成する壁面、アノード触媒層22及びセパレータ28のアノード開口26Aに露出する面により、アノード流路空間27が形成される。セパレータ28は、導電性材料で形成されており、電圧が印加される。 A separator 28 is laminated on the anode seal layer 26 and the anode flow path layer 24. The separator 28 has a rectangular plate shape and is flat on both sides. The separator 28 is in close contact with the anode seal layer 26. The anode seal layer 26 seals between the electrolyte layer 25 and the separator 28. The anode flow path space 27 is formed by the wall surface forming the anode opening 26A of the anode seal layer 26, the surface exposed to the anode opening 26A of the anode catalyst layer 22 and the separator 28. The separator 28 is made of a conductive material, and a voltage is applied to the separator 28.

セパレータ28としては、チタン、ステンレス、カーボンなどを用いることができる。特に、本実施形態のように水電解装置のセルとして用いる場合には、アノード側に酸素が発生するため、酸化抑制のためにチタンを用いることが好ましい。 As the separator 28, titanium, stainless steel, carbon or the like can be used. In particular, when used as a cell of a water electrolyzer as in the present embodiment, oxygen is generated on the anode side, so it is preferable to use titanium for suppressing oxidation.

セパレータ28には、流路貫通孔28A、28B、28C、が形成されている。流路貫通孔28Aは、アノードシール層26の切欠26Bに対応する位置(平面視で切欠26Bと重なり合う位置)に形成され、流路貫通孔28Bは、アノードシール層26の切欠26Cに対応する位置(平面視で切欠26Cと重なり合う位置)に形成されている。流路貫通孔28Cは、流路貫通孔28Aと隣り合う位置に形成されている。 The separator 28 is formed with flow path through holes 28A, 28B, 28C. The flow path through hole 28A is formed at a position corresponding to the notch 26B of the anode seal layer 26 (a position overlapping the notch 26B in a plan view), and the flow path through hole 28B is a position corresponding to the notch 26C of the anode seal layer 26. It is formed at (a position where it overlaps with the notch 26C in a plan view). The flow path through hole 28C is formed at a position adjacent to the flow path through hole 28A.

流路貫通孔28A、これに対応する切欠26B、アノード開口26A、切欠26C、これに対応する流路貫通孔28B、より、アノード側の流体が通過する流路が形成されている。 A flow path through which the fluid on the anode side passes is formed from the flow path through hole 28A, the corresponding notch 26B, the anode opening 26A, the notch 26C, and the corresponding flow path through hole 28B.

電解質層25のカソード触媒層32側には、カソードシール層36が積層されている。カソードシール層36は、図4(B)に示されるように、長方形板状とされ、平面視で中央にカソード開口36Aが形成されている。カソード開口36Aは、カソードシール層36を厚み方向に貫通した方形状の開口であり、各辺は電解質膜21の各辺と略平行に形成されている。カソード開口36Aには、後述するカソード第1ガス拡散層34A、カソード第2ガス拡散層34Bが配置される。カソードシール層36は、ガスケット23と密着されている。 A cathode seal layer 36 is laminated on the cathode catalyst layer 32 side of the electrolyte layer 25. As shown in FIG. 4B, the cathode seal layer 36 has a rectangular plate shape, and a cathode opening 36A is formed in the center in a plan view. The cathode opening 36A is a rectangular opening that penetrates the cathode seal layer 36 in the thickness direction, and each side is formed substantially parallel to each side of the electrolyte membrane 21. A cathode first gas diffusion layer 34A and a cathode second gas diffusion layer 34B, which will be described later, are arranged in the cathode opening 36A. The cathode seal layer 36 is in close contact with the gasket 23.

なお、カソード触媒層32、電解質膜21は、カソード開口36Aが形成されている部分に対応して設けられていればよく、本実施形態では、カソードシール層36と密着する部分にカソード触媒層32、電解質膜21が積層されていない。但し、カソードシール層36と密着する部分の一部にカソード触媒層32が配置されていてもよく、カソードシール層36と電解質膜21とが密着されていてもよい。 The cathode catalyst layer 32 and the electrolyte membrane 21 may be provided corresponding to the portion where the cathode opening 36A is formed, and in the present embodiment, the cathode catalyst layer 32 is provided in close contact with the cathode seal layer 36. , The electrolyte membrane 21 is not laminated. However, the cathode catalyst layer 32 may be arranged in a part of the portion in close contact with the cathode seal layer 36, or the cathode seal layer 36 and the electrolyte membrane 21 may be in close contact with each other.

カソードシール層36には、カソード開口36Aと連続して、切欠36Dが形成されている。切欠36Dは、カソード開口36Aの一の角部で、平面視でセパレータ28の流路貫通孔28Cに対応する位置に形成されている。切欠36Dは、平面視で、カソード開口36Aの一の辺に沿って、カソード開口36Aから外側へ突出するように形成されている。切欠36Dもカソードシール層36を厚み方向に貫通している。カソードシール層36は、樹脂、ゴム材料で形成することができる。カソード開口36Aには、カソード触媒層32と後述するセパレータ38とに挟まれて、カソード流路空間37が形成される。 A notch 36D is formed in the cathode seal layer 36 continuously with the cathode opening 36A. The notch 36D is formed at one corner of the cathode opening 36A at a position corresponding to the flow path through hole 28C of the separator 28 in a plan view. The notch 36D is formed so as to project outward from the cathode opening 36A along one side of the cathode opening 36A in a plan view. The notch 36D also penetrates the cathode seal layer 36 in the thickness direction. The cathode seal layer 36 can be formed of a resin or rubber material. The cathode opening 36A is sandwiched between the cathode catalyst layer 32 and the separator 38, which will be described later, to form a cathode flow path space 37.

カソードシール層36には、カソード開口36Aの切欠36Dが形成されていない角部で、平面視でセパレータ28の流路貫通孔28A、28Bに対応する位置に、貫通孔36B、36Cが形成されている。貫通孔36B、36Cは、カソード開口36Aと非連通とされている。 In the cathode seal layer 36, through holes 36B and 36C are formed at the corners where the notch 36D of the cathode opening 36A is not formed and at positions corresponding to the flow path through holes 28A and 28B of the separator 28 in a plan view. There is. The through holes 36B and 36C are not in communication with the cathode opening 36A.

カソードシール層36のカソード開口36Aには、カソード第1ガス拡散層34Aとカソード第2ガス拡散層34Bが配置されている。カソード第1ガス拡散層34Aとカソード第2ガス拡散層34Bで、カソード流路層34が形成されている。 A cathode first gas diffusion layer 34A and a cathode second gas diffusion layer 34B are arranged in the cathode opening 36A of the cathode seal layer 36. The cathode flow path layer 34 is formed by the cathode first gas diffusion layer 34A and the cathode second gas diffusion layer 34B.

カソード第1ガス拡散層34Aは、電解質膜21側に配置され、カソード第2ガス拡散層34Bは、カソード第1ガス拡散層34Aの電解質膜21と反対側に積層されている。 The cathode first gas diffusion layer 34A is arranged on the electrolyte membrane 21 side, and the cathode second gas diffusion layer 34B is laminated on the side opposite to the electrolyte membrane 21 of the cathode first gas diffusion layer 34A.

カソード第1ガス拡散層34Aは、多孔質体、粉末焼結体、繊維焼結体、金属メッシュ、フェルトなどの、層内を流体が流通可能とする物質を用いることができる。また、カソード第1ガス拡散層34Aの平均孔径は100μm以下であることが好ましく。カソード第2ガス拡散層34Bの平均孔径よりも小さいことが好ましい。カソード第2ガス拡散層34Bについても、多孔質体、粉末焼結体、繊維焼結体、金属メッシュ、フェルトなどの、層内を流体が流通可能とする物質を用いることができる。また、カソード第2ガス拡散層34Bの平均孔径は100μm以下であることが好ましく、カソード第1ガス拡散層34Aの平均孔径よりも大きいことが好ましい。また、カソード第2ガス拡散層34Bの厚みは、カソード第1ガス拡散層34Aの厚みよりも厚いことが好ましい。 As the cathode first gas diffusion layer 34A, a substance such as a porous body, a powder sintered body, a fiber sintered body, a metal mesh, or a felt that allows a fluid to flow in the layer can be used. Further, the average pore diameter of the cathode first gas diffusion layer 34A is preferably 100 μm or less. It is preferably smaller than the average pore size of the cathode second gas diffusion layer 34B. As the cathode second gas diffusion layer 34B, a substance such as a porous body, a powder sintered body, a fiber sintered body, a metal mesh, and a felt that allows a fluid to flow in the layer can be used. Further, the average pore diameter of the cathode second gas diffusion layer 34B is preferably 100 μm or less, and is preferably larger than the average pore diameter of the cathode first gas diffusion layer 34A. Further, the thickness of the cathode second gas diffusion layer 34B is preferably thicker than the thickness of the cathode first gas diffusion layer 34A.

カソード第1ガス拡散層34Aとカソード第2ガス拡散層34Bの2層で、カソード流路空間37を満たす形状とされ、平面視でカソード開口36Aと略同一形状、カソードシール層36と同程度の厚みとされている。カソード第1ガス拡散層34Aとカソード第2ガス拡散層34Bは、切欠36B、36Cにも充填されていてもよいが、本実施形態では切欠36B、36Cに対応する部分には充填されていない。 The two layers, the cathode first gas diffusion layer 34A and the cathode second gas diffusion layer 34B, have a shape that fills the cathode flow path space 37, have substantially the same shape as the cathode opening 36A in a plan view, and have the same shape as the cathode seal layer 36. It is said to be thick. The cathode first gas diffusion layer 34A and the cathode second gas diffusion layer 34B may also be filled in the notches 36B and 36C, but in the present embodiment, the portions corresponding to the notches 36B and 36C are not filled.

カソードシール層36及びカソード流路層34には、セパレータ38が積層されている。セパレータ38は、セパレータ28と同一形状であり、長方形板状とされ、両面が平坦状とされている。セパレータ38は、カソードシール層36と密着されている。カソードシール層36は、電解質層25とセパレータ38との間を密閉している。カソードシール層36のカソード開口36Aを形成する壁面、カソード触媒層32及びセパレータ38のカソード開口36Aに露出する面により、カソード流路空間37が形成される。セパレータ38は、導電性材料で形成されており、電圧が印加される。 A separator 38 is laminated on the cathode seal layer 36 and the cathode flow path layer 34. The separator 38 has the same shape as the separator 28, has a rectangular plate shape, and has flat surfaces on both sides. The separator 38 is in close contact with the cathode seal layer 36. The cathode seal layer 36 seals between the electrolyte layer 25 and the separator 38. The cathode flow path space 37 is formed by the wall surface forming the cathode opening 36A of the cathode seal layer 36, the surface exposed to the cathode opening 36A of the cathode catalyst layer 32 and the separator 38. The separator 38 is made of a conductive material, and a voltage is applied to the separator 38.

セパレータ38としては、チタン、ステンレス、カーボンなどを用いることができる。セパレータ38には、流路貫通孔38A、38B、38C、が形成されている。流路貫通孔38A、38B、38C、は、平面視でセパレータ28の流路貫通孔28A、28B、28Cに対応する位置に形成されている。流路貫通孔38A、切欠36B、カソード開口36Aより、カソード側の流体が通過する流路が形成されている。 As the separator 38, titanium, stainless steel, carbon or the like can be used. The separator 38 is formed with flow path through holes 38A, 38B, 38C. The flow path through holes 38A, 38B, 38C are formed at positions corresponding to the flow path through holes 28A, 28B, 28C of the separator 28 in a plan view. A flow path through which the fluid on the cathode side passes is formed from the flow path through hole 38A, the notch 36B, and the cathode opening 36A.

セル20の積層方向には、図2に示されるように、貫通する水流路40Aが形成される。水流路40Aは、流路貫通孔28A、切欠26B、貫通孔25A、貫通孔36B、流路貫通孔38Aが、セル20の積層方向に連通されて形成されている。また、セル20の積層方向には、図1に示されるように、貫通する酸素流路40Bが形成される。酸素流路40Bは、流路貫通孔28B、切欠26C、貫通孔25B、貫通孔36C、流路貫通孔38Bが、セル20の積層方向に連通されて形成されている。また、セル20の積層方向には、図2に示されるように、貫通する水素流路40Cが形成される。水素流路40Cは、流路貫通孔28C、貫通孔26D、貫通孔25C、切欠36D、流路貫通孔38Cが、セル20の積層方向に連通されて形成されている。 As shown in FIG. 2, a water flow path 40A penetrating is formed in the stacking direction of the cells 20. The water flow path 40A is formed by communicating the flow path through hole 28A, the notch 26B, the through hole 25A, the through hole 36B, and the flow path through hole 38A in the stacking direction of the cell 20. Further, as shown in FIG. 1, an oxygen flow path 40B penetrating is formed in the stacking direction of the cells 20. The oxygen flow path 40B is formed by communicating the flow path through hole 28B, the notch 26C, the through hole 25B, the through hole 36C, and the flow path through hole 38B in the stacking direction of the cell 20. Further, as shown in FIG. 2, a hydrogen flow path 40C penetrating is formed in the stacking direction of the cells 20. The hydrogen flow path 40C is formed by communicating the flow path through hole 28C, the through hole 26D, the through hole 25C, the notch 36D, and the flow path through hole 38C in the stacking direction of the cell 20.

水電解装置10は、電圧印加手段42を備えている。電圧印加手段42は、セパレータ28とセパレータ38の間に電圧を印加する。セパレータ28とセパレータ38の電圧、電流は、不図示の電圧計、電流計により計測され、セパレータ28とセパレータ38の間の電圧、電流値に基づいて、不図示の制御部により制御される。 The water electrolyzer 10 includes a voltage applying means 42. The voltage applying means 42 applies a voltage between the separator 28 and the separator 38. The voltage and current of the separator 28 and the separator 38 are measured by a voltmeter and an ammeter (not shown), and are controlled by a control unit (not shown) based on the voltage and current value between the separator 28 and the separator 38.

次に、本実施形態の水電解装置10の作用効果について説明する。 Next, the operation and effect of the water electrolyzer 10 of the present embodiment will be described.

セル20の流路貫通孔28Aには、外部から水(HO)が供給される。水は、流路貫通孔28Aから切欠26Bを経て、アノード流路空間27へ流れる。セパレータ28とセパレータ38間への電圧印加により、アノード触媒層22の表面では、以下の反応(1)が生じる。 Water ( H2O ) is supplied from the outside to the flow path through hole 28A of the cell 20. Water flows from the flow path through hole 28A through the notch 26B to the anode flow path space 27. By applying a voltage between the separator 28 and the separator 38, the following reaction (1) occurs on the surface of the anode catalyst layer 22.

O → 2H + 0.5O + 2e (1) H 2 O → 2H + + 0.5O 2 + 2e- (1)

酸素Oは、アノード第1ガス拡散層24A、アノード第2ガス拡散層24Bで拡散され、切欠26Cへ向かって流れ、未反応の水(HO)と共に流路貫通孔28Bから送出される。 Oxygen O 2 is diffused by the anode first gas diffusion layer 24A and the anode second gas diffusion layer 24B, flows toward the notch 26C, and is sent out from the flow path through hole 28B together with the unreacted water (H 2 O). ..

水素プロトンHは、電解質膜21を通ってカソード側へ移動し、外部配線で供給される電子eを得て(反応(2))水素Hとなり、切欠36Dを経て、流路貫通孔38Cから送出される。 The hydrogen proton H + moves to the cathode side through the electrolyte membrane 21 and obtains an electron e supplied by an external wiring (reaction ( 2 )) to become hydrogen H2, which becomes hydrogen H2, passes through a notch 36D, and is a flow path through hole. It is sent from 38C.

2H + 2e → H(2) 2H + + 2e- → H 2 (2)

本実施形態では、アノード側について、アノードシール層26により電解質層25(電解質膜21、アノード触媒層22)とセパレータ28の間をシールすると共に、アノードシール層26に開口を設けることにより、簡易にアノード流路空間27を形成することができる。 In the present embodiment, the anode side is simply sealed by the anode seal layer 26 between the electrolyte layer 25 (electrolyte film 21, anode catalyst layer 22) and the separator 28, and the anode seal layer 26 is provided with an opening. The anode flow path space 27 can be formed.

また、アノードシール層26に切欠26Bを形成し、平面視で切欠26Bと重なり合う位置に流路貫通孔28Aを形成し、平面視で切欠26Cと重なり合う位置に流路貫通孔28Bを形成することにより、外部からアノード流路空間27へ流体を流入させたり、アノード流路空間27から外部へ流体を流出させたりする流路を、簡易に形成することができる。 Further, by forming a notch 26B in the anode seal layer 26, forming a flow path through hole 28A at a position overlapping the notch 26B in a plan view, and forming a flow path through hole 28B at a position overlapping the notch 26C in a plan view. It is possible to easily form a flow path for flowing fluid from the outside into the anode flow path space 27 or flowing out from the anode flow path space 27 to the outside.

カソード側について、カソードシール層36により電解質層25(電解質膜21、カソード触媒層32)とセパレータ38の間をシールすると共に、カソードシール層36に開口を設けることにより、簡易にカソード流路空間37を形成することができる。 On the cathode side, the cathode seal layer 36 seals between the electrolyte layer 25 (electrolyte film 21, cathode catalyst layer 32) and the separator 38, and the cathode seal layer 36 is provided with an opening to simply provide a cathode flow path space 37. Can be formed.

また、カソードシール層36に切欠36Dを形成し、平面視で切欠36Bと重なり合う位置に流路貫通孔38Cを形成することにより、カソード流路空間37から外部へ流体を流出させる流路を、簡易に形成することができる。 Further, by forming a notch 36D in the cathode seal layer 36 and forming a flow path through hole 38C at a position overlapping the notch 36B in a plan view, a flow path for flowing fluid from the cathode flow path space 37 to the outside can be simplified. Can be formed into.

また、本実施形態では、アノード流路空間27にアノード第1ガス拡散層24A、アノード第2ガス拡散層24Bを配置して流体の流通を促進しているので、セパレータ28に溝を形成して流路とする必要がなく、セパレータ28の表面を平坦状にでき、簡易に製造することができる。 Further, in the present embodiment, since the anode first gas diffusion layer 24A and the anode second gas diffusion layer 24B are arranged in the anode flow path space 27 to promote the flow of fluid, a groove is formed in the separator 28. The surface of the separator 28 can be made flat and can be easily manufactured without the need for a flow path.

さらに、アノード触媒層22側に配置されたアノード第1ガス拡散層24Aの平均孔径を、セパレータ28側に配置されたアノード第2ガス拡散層24Bの平均孔径よりも小さくすることにより、アノード流路層24において、アノード第1ガス拡散層24A側で発生した酸素を、セパレータ28側のアノード第2ガス拡散層24Bでスムーズに流すことができる。 Further, by making the average pore size of the anode first gas diffusion layer 24A arranged on the anode catalyst layer 22 side smaller than the average pore diameter of the anode second gas diffusion layer 24B arranged on the separator 28 side, the anode flow path In the layer 24, the oxygen generated on the anode first gas diffusion layer 24A side can be smoothly flowed through the anode second gas diffusion layer 24B on the separator 28 side.

また、アノード第1ガス拡散層24Aの厚みよりも、アノード第2ガス拡散層24Bの厚みを厚くすることにより、アノード第1ガス拡散層24A側で発生した酸素を、アノード第2ガス拡散層24Bでスムーズに流すことができる。 Further, by making the thickness of the anode 2nd gas diffusion layer 24B thicker than the thickness of the anode 1st gas diffusion layer 24A, the oxygen generated on the anode 1st gas diffusion layer 24A side is transferred to the anode 2nd gas diffusion layer 24B. Can be flowed smoothly with.

カソード側についても、カソード流路空間37にカソード第1ガス拡散層34A、カソード第2ガス拡散層34Bを配置して流体の流通を促進しているので、セパレータ38に溝を形成して流路とする必要がなく、セパレータ38の表面を平坦状にでき、簡易に製造することができる。 On the cathode side as well, since the cathode first gas diffusion layer 34A and the cathode second gas diffusion layer 34B are arranged in the cathode flow path space 37 to promote the flow of fluid, a groove is formed in the separator 38 to form a flow path. The surface of the separator 38 can be made flat, and the separator 38 can be easily manufactured.

さらに、カソード触媒層32側に配置されたカソード第1ガス拡散層34Aの平均孔径を、セパレータ38側に配置されたカソード第2ガス拡散層34Bの平均孔径よりも小さくすることにより、カソード流路層34において、カソード第1ガス拡散層34A側で発生した水素を、セパレータ38側のカソード第2ガス拡散層34Bでスムーズに流すことができる。 Further, by making the average pore diameter of the cathode first gas diffusion layer 34A arranged on the cathode catalyst layer 32 side smaller than the average pore diameter of the cathode second gas diffusion layer 34B arranged on the separator 38 side, the cathode flow path In the layer 34, the hydrogen generated on the cathode first gas diffusion layer 34A side can be smoothly flowed through the cathode second gas diffusion layer 34B on the separator 38 side.

また、カソード第1ガス拡散層34Aの厚みよりも、カソード第2ガス拡散層34Bの厚みを厚くすることにより、カソード第1ガス拡散層34A側で発生した水素を、カソード第2ガス拡散層34Bでスムーズに流すことができる。 Further, by making the thickness of the cathode second gas diffusion layer 34B thicker than the thickness of the cathode first gas diffusion layer 34A, the hydrogen generated on the cathode first gas diffusion layer 34A side is transferred to the cathode second gas diffusion layer 34B. Can be flowed smoothly with.

なお、本実施形態では、アノードシール層26、カソードシール層36を設けて、アノード流路空間27、カソード流路空間37を形成したが、アノードシール層26、カソードシール層36に代えて、セパレータ28、セパレータ38を用いてもよい。この場合には、図5に示されるように、セパレータ28に凹部28Zを形成し、セパレータ38に凹部38Zを形成し、当該凹部にアノード流路層24、カソード流路層34を配置することができる。この場合には、凹部28Zの外周に切欠26B、26Cと同様の切欠きを設け、凹部38Zの外周に切欠36Dと同様の切欠きを設けることができる。 In the present embodiment, the anode seal layer 26 and the cathode seal layer 36 are provided to form the anode flow path space 27 and the cathode flow path space 37, but instead of the anode seal layer 26 and the cathode seal layer 36, a separator is used. 28, the separator 38 may be used. In this case, as shown in FIG. 5, a recess 28Z may be formed in the separator 28, a recess 38Z may be formed in the separator 38, and the anode flow path layer 24 and the cathode flow path layer 34 may be arranged in the recess. can. In this case, a notch similar to the notches 26B and 26C can be provided on the outer periphery of the recess 28Z, and a notch similar to the notch 36D can be provided on the outer periphery of the recess 38Z.

また、本実施形態では、セル20単体について説明したが、セル20を複数積層したセルスタックとして、各々のセル20で水電解を行い、水素、酸素を得ることができる。 Further, in the present embodiment, although the cell 20 alone has been described, hydrogen and oxygen can be obtained by performing water electrolysis in each cell 20 as a cell stack in which a plurality of cells 20 are stacked.

この場合には、セパレータ28とセパレータ38は、同一形状、同一材料で形成されていることから、積層の中間部分では1のセパレータ28(38)の表裏を用いることができる。すなわち、図6、図7に示されるように、セル20を複数積層してセルスタック20Sを形成する場合には、セパレータ28(セパレータ38)の一方側面をアノード流路空間27の構成に用い、他方側面をカソード流路空間37の構成に用いることができる。 In this case, since the separator 28 and the separator 38 are formed of the same shape and the same material, the front and back surfaces of the separator 28 (38) of 1 can be used in the intermediate portion of the lamination. That is, as shown in FIGS. 6 and 7, when a plurality of cells 20 are stacked to form the cell stack 20S, one side surface of the separator 28 (separator 38) is used to configure the anode flow path space 27. The other side surface can be used to configure the cathode flow path space 37.

このように積層することにより、セル20毎の水流路40A、酸素流路40B、水素流路40Cを連通させて、セルスタック20Sを積層方向に貫通する、酸素流路40B、水素流路40Cを形成することができる。 By laminating in this way, the oxygen flow path 40B and the hydrogen flow path 40C that communicate the water flow path 40A, the oxygen flow path 40B, and the hydrogen flow path 40C for each cell 20 and penetrate the cell stack 20S in the stacking direction are provided. Can be formed.

10 水電解装置(電気化学デバイス)
20 セル(電気化学デバイス)
21 電解質膜
22 アノード触媒層
24 アノード流路層(流路層)
24A アノード第1ガス拡散層(第1ガス拡散層)
24B アノード第2ガス拡散層(第2ガス拡散層)
26 アノードシール層(シール層)
26A アノード開口(開口)
26B 切欠(切欠部)
27 アノード流路空間(流路空間)
28 セパレータ
28A 、28B 流路貫通孔(流路孔)
32 カソード触媒層
34 カソード流路層(流路層)
34A カソード第1ガス拡散層(第1ガス拡散層)
34B カソード第2ガス拡散層(第2ガス拡散層)
36 カソードシール層(シール層)
36A カソード開口(開口)
36B 切欠(切欠部)
37 カソード流路空間(流路空間)
38 セパレータ
38A 流路貫通孔(流路孔)
10 Water electrolyzer (electrochemical device)
20 cells (electrochemical device)
21 Electrolyte membrane 22 Anode catalyst layer 24 Anode flow path layer (channel layer)
24A Anode 1st gas diffusion layer (1st gas diffusion layer)
24B Anode 2nd gas diffusion layer (2nd gas diffusion layer)
26 Anode seal layer (seal layer)
26A Anode opening (opening)
26B notch (notch)
27 Anode flow path space (flow path space)
28 Separator 28A, 28B Flow path through hole (flow path hole)
32 Cathode catalyst layer 34 Cathode flow path layer (flow path layer)
34A Cathode 1st gas diffusion layer (1st gas diffusion layer)
34B Cathode second gas diffusion layer (second gas diffusion layer)
36 Cathode seal layer (seal layer)
36A cathode opening (opening)
36B notch (notch)
37 Cathode flow path space (flow path space)
38 Separator 38A Channel through hole (channel hole)

Claims (6)

一方側面にアノード触媒層が積層され、他方面にカソード触媒層が積層された電解質膜と、
前記電解質膜を挟んで両外側に前記電解質膜と離間して設けられ、前記電解質膜との間に流路を構成するセパレータと、
前記電解質膜の前記アノード触媒層及び前記カソード触媒層の少なくとも一方と前記セパレータとの間に配置され気体を拡散させる第1ガス拡散層と、前記第1ガス拡散層と前記セパレータとの間に配置され、前記第1ガス拡散層と平均孔径が異なり気体を拡散させる第2ガス拡散層と、を有し、流体の流路を構成する流路層と、
を備えた、電気化学デバイス。
An electrolyte membrane having an anode catalyst layer laminated on one side surface and a cathode catalyst layer laminated on the other side.
A separator provided on both outer sides of the electrolyte membrane at a distance from the electrolyte membrane and forming a flow path between the electrolyte membrane and the separator.
A first gas diffusion layer arranged between at least one of the anode catalyst layer and the cathode catalyst layer of the electrolyte film and the separator to diffuse a gas, and arranged between the first gas diffusion layer and the separator. A flow path layer having a second gas diffusion layer having an average pore diameter different from that of the first gas diffusion layer and diffusing a gas, and forming a flow path of the fluid.
With, electrochemical device.
前記第1ガス拡散層の平均孔径は、前記第2ガス拡散層の平均孔径よりも小さい、請求項1に記載の電気化学デバイス。 The electrochemical device according to claim 1, wherein the average pore size of the first gas diffusion layer is smaller than the average pore size of the second gas diffusion layer. 前記第2ガス拡散層の厚みは、前記第1ガス拡散層の厚みよりも厚い、請求項1または請求項2に記載の電気化学デバイス。 The electrochemical device according to claim 1 or 2, wherein the thickness of the second gas diffusion layer is thicker than the thickness of the first gas diffusion layer. 前記セパレータには、前記流路層と連通する流路孔が前記積層方向に貫通形成されている、
請求項1~請求項3のいずれか1項に記載の電気化学デバイス。
A flow path hole communicating with the flow path layer is formed through the separator in the stacking direction.
The electrochemical device according to any one of claims 1 to 3.
前記電解質膜の前記アノード触媒層及び前記カソード触媒層の少なくとも一方と前記セパレータの間に積層され、積層方向に貫通する開口が形成され、前記開口よりも外側の外周部で前記電解質膜と前記セパレータとの間をシールし、前記開口により流路空間を構成し、前記流路空間に前記流路層が配置されるシール層、
を更に備えた、請求項4に記載の電気化学デバイス。
At least one of the anode catalyst layer and the cathode catalyst layer of the electrolyte membrane is laminated between the separator to form an opening penetrating in the stacking direction, and the electrolyte membrane and the separator are formed at an outer peripheral portion outside the opening. A seal layer in which a flow path space is formed by the opening, and the flow path layer is arranged in the flow path space.
4. The electrochemical device according to claim 4.
前記シール層には前記開口と連続する切欠部が形成され、前記流路孔は前記積層方向から見て前記切欠部と重なり合うように配置されている、
請求項5に記載の電気化学デバイス。
A notch continuous with the opening is formed in the seal layer, and the flow path hole is arranged so as to overlap the notch when viewed from the stacking direction.
The electrochemical device according to claim 5.
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