水电解用电极结构体、水电解用膜电极接合体及水电解装置的制作方法

本发明涉及水电解用电极结构体、水电解用膜电极接合体以及水电解装置。

背景技术：

1、近年来，作为下一代的能源的储存/运输手段，氢能受到关注。氢通过作为燃料电池的燃料而使用，从而与使用了热力发动机的发电相比在理论上能够以高的能量效率转变为电力，并且无有害排放物，因此能够成为高效率的清洁能源。

2、氢制造方式之一有水的电解。如果使用由可再生能源得到的剩余电力将水电解，则能够不排出二氧化碳而将电力转变为氢能。进一步，氢根据储存方式，可以用油罐车、油船进行运输，能够在必要时向必要的场所供给，因此水的电解作为电力储存的手段(tool)而具有高的可能性。

3、采用水的电解的氢制造方式有碱性水电解和固体高分子电解质膜(pem)型水电解。pem型水电解具有能够进行高电流密度下的运转，可以灵活地应对可再生能源的输出变动这样的优点。

4、pem型水电解所使用的电极结构体一般而言以夹着电解质膜的方式对置配置有阳极电极和阴极电极。已知在这些电极内，设置用于使作为原料的水与通过电解而生成的氧气、氢气流通的流路。作为适合的流路形成构件，已知金属网、膨胀金属(expanded metal)等网状金属构件(例如，参照专利文献1～2)。

5、现有技术文献

6、专利文献

7、专利文献1：日本特开平11-256380号公报

8、专利文献2：日本特开2001-279479号公报

技术实现思路

1、发明所要解决的课题

2、然而，判明了上述那样的水电解用的电极结构体，即，使用了网状构件的电极结构体具有电解质膜易于劣化的倾向。

3、因此，本发明以提供抑制电解质膜的劣化的水电解用电极结构体作为课题。本发明的其它目的是提供抑制电解质膜的劣化的水电解用膜电极接合体、和水电解装置。

4、用于解决课题的手段

5、本发明人等发现现有技术中的上述课题的原因是：起因于构成电极的网状构件的表面凹凸形状而向电解质膜局部地施加较大的压力，从而完成了本发明。

6、即，本发明为一种水电解用电极结构体，其特征在于，是阳极电极与阴极电极对置配置而成的水电解用电极结构体，上述阳极电极和上述阴极电极中的至少一个电极从上述对置面侧起依次具有多孔质构件和网状构件，通过下述测定方法而求出的上述阳极电极与上述阴极电极的接触面的压力分布的标准偏差为2.7mpa以下。

7、＜测定方法＞

8、将在上述阳极电极与上述阴极电极之间夹入压力测定膜而得的试验片在4mpa下加压了2分钟后，由通过压力图像解析系统而获得的上述压力测定膜的发色图像进行了压力解析，将所得的结果设为上述阳极电极与上述阴极电极的接触面的压力分布，求出该压力分布的标准偏差。

9、此外本发明为一种水电解用膜电极接合体，其中，在本发明的水电解用电极结构体的上述阳极电极与上述阴极电极之间具备电解质膜。

10、此外本发明为一种水电解装置，其是使用本发明的水电解用电极结构体而成的。

11、发明的效果

12、根据本发明，由于不向电解质膜局部地施加大的压力，因此可以提供抑制电解质膜的劣化的水电解用电极结构体。

技术特征：

1.一种水电解用电极结构体，其特征在于，是阳极电极与阴极电极对置配置而成的水电解用电极结构体，所述阳极电极和所述阴极电极中的至少一个电极从所述对置面侧起依次具有多孔质构件和网状构件，通过下述测定方法而求出的所述阳极电极与所述阴极电极的接触面的压力分布的标准偏差为2.7mpa以下，

2.根据权利要求1所述的水电解用电极结构体，通过所述测定方法而求出的压力分布中的压力的最低值为0.7mpa以上。

3.根据权利要求1或2所述的水电解用电极结构体，所述阳极电极与所述阴极电极均从所述对置面侧起依次具有多孔质构件和网状构件。

4.根据权利要求3所述的水电解用电极结构体，所述阳极电极的多孔质构件包含金属多孔质基材，所述阴极电极的多孔质构件包含金属多孔质基材和/或碳多孔质基材。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的水电解用电极结构体，所述多孔质构件的厚度超过500μm。

6.根据权利要求3～5中任一项所述的水电解用电极结构体，所述阳极电极的多孔质构件与所述阴极电极的多孔质构件的合计厚度超过1,000μm。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的水电解用电极结构体，所述网状构件为网状金属构件，所述网状金属构件是将目数不同的多个网状金属片叠层而得的，所述对置面侧的网状金属片的目数最多。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的水电解用电极结构体，所述多孔质构件包含杨氏模量或孔隙率彼此不同的多个多孔质基材。

9.根据权利要求1～8中任一项所述的水电解用电极结构体，所述网状构件为网状金属构件，构成所述网状金属构件的金属为选自钛、镍、铝、不锈钢和以它们之中的至少1种金属作为主成分的合金中的至少一种。

10.根据权利要求4所述的水电解用电极结构体，构成所述金属多孔质基材的金属为选自钛、镍、铝、不锈钢和以它们之中的至少1种金属作为主成分的合金中的至少一种。

11.一种水电解用膜电极接合体，其中，在权利要求1～10中任一项所述的水电解用电极结构体的所述阳极电极与所述阴极电极之间具备电解质膜。

12.根据权利要求11所述的水电解用膜电极接合体，所述电解质膜为带有催化剂层的电解质膜。

13.根据权利要求12所述的水电解用膜电极接合体，所述带有催化剂层的电解质膜在阳极电极侧具有阳极催化剂层，在阴极电极侧具有阴极催化剂层，所述阳极催化剂层含有氧化铱和氟系高分子电解质，所述阴极催化剂层含有担载有铂的碳粒子和氟系高分子电解质。

14.一种水电解装置，其是使用权利要求1～10中任一项所述的水电解用电极结构体而成的。

15.一种水电解装置，其是使用权利要求11～13中任一项所述的水电解用膜电极接合体而成的。

技术总结本发明以提供抑制电解质膜的劣化的水电解用电极接合体作为课题。本发明是一种水电解用电极结构体，其特征在于，是阳极电极与阴极电极对置配置而成的水电解用电极结构体，上述阳极电极和上述阴极电极中的至少一个电极从上述对置面侧起依次具有多孔质构件和网状构件，通过下述测定方法而求出的上述阳极电极与上述阴极电极的接触面的压力分布的标准偏差为2.7MPa以下。＜测定方法＞将在上述阳极电极与上述阴极电极之间夹入压力测定膜而得的试验片在4MPa加压了2分钟后，由通过压力图像解析系统而获得的上述压力测定膜的发色图像进行了压力解析，将所得的结果设为上述阳极电极与上述阴极电极的接触面的压力分布，求出该压力分布的标准偏差。技术研发人员：南林健太,出原大辅,小西贵,白井秀典受保护的技术使用者：东丽株式会社技术研发日：技术公布日：2024/6/18