(57)【要約】【課題】長時間安定して使用可能な給電体、並びにそれを用いた電解セルおよび電解装置を提供することを課題とする。【解決手段】本発明は、ＴｉまたはＴｉ合金からなる基材と、上記基材の一の表面上に貴金属からなる貴金属層とを備え、電解セルの固体電解質膜の少なくとも一方の面に上記貴金属層が接して配置される、給電体であって、上記給電体は、上記貴金属層の表面から対向する他の表面まで貫通する貫通孔が１平方ｃｍ四方に２００箇所以上設けられており、上記固体電解質膜に接して配置される面の表面粗さ（Ｒａ）が、０．５μｍ以下である、給電体に関する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＴｉまたはＴｉ合金からなる基材と、前記基材の一の表面上に貴金属からなる貴金属層とを備え、電解セルの固体電解質膜の少なくとも一方の面に前記貴金属層が接して配置される、給電体であって、
前記給電体は、前記貴金属層の表面から対向する他の表面まで貫通する貫通孔が１平方ｃｍ四方に２００箇所以上設けられており、
前記固体電解質膜に接して配置される面の表面粗さ（Ｒａ）が、０．５μｍ以下である、
給電体。
【請求項２】
前記貫通孔が１平方ｃｍ四方に５０００箇所以下設けられている、請求項１に記載の給電体。
【請求項３】
厚さが０．０５ｍｍ以上０．３５ｍｍ以下である、請求項１または２に記載の給電体。
【請求項４】
下記式で示される開口率が５０％以上９０％以下である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の給電体。
開口率（％）＝貫通孔面積の合計／基板面積×１００
【請求項５】
前記貴金属層の厚さが０．０１μｍ以上０．３μｍ以下である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の給電体。
【請求項６】
前記貴金属層が、ＰｔからなるＰｔ層である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の給電体。
【請求項７】
前記貫通孔は、前記固体電解質膜に接して配置される面から前記給電体の厚さ方向に向かって開口面積が小さくなるテーパ構造である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の給電体。
【請求項８】
エッチング処理により前記貫通孔を形成したＴｉもしくはＴｉ合金に対して、前記貴金属をコーティングして得られる、請求項１〜７のいずれか１項に記載の給電体。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の給電体と、
前記給電体と対向して配置される対向給電体と、
前記給電体および前記対向給電体との間に挟持される固体電解質膜と、
を備える電解セル。
【請求項１０】
請求項９に記載の電解セルと、
前記電解セルを収容する電解槽と、
前記電解槽に被電解水を通水する手段と、
前記電解槽内の被電解水に電圧を印加して電流を流す手段と、
を少なくとも設ける、電解装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、給電体、並びにそれを用いた電解セルおよび電解装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、水を電解して様々な機能を有する電解水を生成したり、水素などのガスを発生させる電解装置が使用されている。例えば、純水などを電気分解して水素および酸素を発生させる水電解装置においては、固体電解質膜を有する電解セルが所定組並べ合わされたものが用いられている。電解セルの構造としては、固体電解質膜と、当該固体電解質膜を挟持するよう配置された給電体とを備えたものが知られている。
【０００３】
従来から、水電解装置における給電体には、発生した水素や酸素などのガスを逃がすために、メッシュや繊維体など、多孔質のものが用いられている。例えば、金属板基材にエキスパンドやパンチングによって多数の孔を開口した多孔構造の給電体が用いられている。また、特許文献１には、固体電解質膜と電極との間に未焼結のチタン繊維体を介装する手法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３１５９３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
水電解装置を連続的に運転して電解を行う場合、様々な要因により、固体電解質膜に損傷が生じ、それにより電解効率の低下や、装置寿命の低減が生じることがある。例えば、多孔構造の給電体の孔は大きい方がガスを逃がし易くなるという利点があるが、一方で、孔が形成されない部分の面積が小さくなると、電気抵抗が大きくなるため電解効率の低下や発熱が生じ易くなり、装置寿命の低下に繋がる場合がある。
【０００６】
また、エキスパンドやパンチングによって加工した多孔構造の給電体は、加工によるバリや孔のエッジなど凹凸が固体電解質膜に当接する面に生じ易く、それにより当接部分の面積が小さくなり易い。このため、当接部分に応力が集中したり、接触抵抗の増大により電流が集中したりすることにより、固体電解質膜を損傷し易く、装置寿命の低減に繋がるという技術的な課題を有している。また、上述した繊維体を用いた構成でも、繊維体と固体電解質膜とが当接する面積が小さくなることから、同様の技術的な課題を有している。
【０００７】
本発明は、上記の技術的な課題に鑑みてなされたものであり、長時間安定して使用可能な給電体、並びにそれを用いた電解セルおよび電解装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、電解セルの固体電解質膜の少なくとも一方の面に接して配置される給電体において、単位面積あたりの貫通孔数および固体電解質膜に接して配置される面の表面粗さを特定範囲に設定することによって、固体電解質膜の損傷を抑え、電解装置の高寿命化を達成でき、長時間安定して使用可能な給電体を提供できることを見出し、本発明を完成させた。
【０００９】
すなわち、本発明は以下の通りである。
１．ＴｉまたはＴｉ合金からなる基材と、前記基材の一の表面上に貴金属からなる貴金属層とを備え、電解セルの固体電解質膜の少なくとも一方の面に前記貴金属層が接して配置される、給電体であって、
前記給電体は、前記貴金属層の表面から対向する他の表面まで貫通する貫通孔が１平方ｃｍ四方に２００箇所以上設けられており、
前記固体電解質膜に接して配置される面の表面粗さ（Ｒａ）が、０．５μｍ以下である、
給電体。
２．前記貫通孔が１平方ｃｍ四方に５０００箇所以下設けられている、前記１に記載の給電体。
３．厚さが０．０５ｍｍ以上０．３５ｍｍ以下である、前記１または２に記載の給電体。
４．下記式で示される開口率が５０％以上９０％以下である、前記１〜３のいずれか１に記載の給電体。
開口率（％）＝貫通孔面積の合計／基板面積×１００
５．前記貴金属層の厚さが０．０１μｍ以上０．３μｍ以下である、前記１〜４のいずれか１に記載の給電体。
６．前記貴金属層が、ＰｔからなるＰｔ層である、前記１〜５のいずれか１に記載の給電体。
７．前記貫通孔は、前記固体電解質膜に接して配置される面から前記給電体の厚さ方向に向かって開口面積が小さくなるテーパ構造である、前記１〜６のいずれか１に記載の給電体。
８．エッチング処理により前記貫通孔を形成したＴｉもしくはＴｉ合金に対して、前記貴金属をコーティングして得られる、前記１〜７のいずれか１に記載の給電体。
９．前記１〜８のいずれか１に記載の給電体と、
前記給電体と対向して配置される対向給電体と、
前記給電体および前記対向給電体との間に挟持される固体電解質膜と、
を備える電解セル。
１０．前記９に記載の電解セルと、
前記電解セルを収容する電解槽と、
前記電解槽に被電解水を通水する手段と、
前記電解槽内の被電解水に電圧を印加して電流を流す手段と、
を少なくとも設ける、電解装置。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る給電体は、単位面積あたりの貫通孔数と、固体電解質膜に接して配置される面の表面粗さが特定範囲に設定されているため、電解装置における電解セルにおいて固体電解質膜の損傷を抑えることが可能となり、電解装置の高寿命化を達成でき、長時間安定して使用可能な給電体を提供できる。また、本発明に係る給電体を水電解装置に用いることで、電解水の溶存水素量や溶存効率が良好な電解水が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明に係る給電体の一実施形態を示す模式図である。図１（Ａ）は給電体が基材１１、貴金属層１２、貫通孔１３を有することを示す図であり、図１（Ｂ）は給電体の貫通孔１３を示す図であり、図１（Ｃ）は給電体の貫通孔１３のテーパ構造を示す断面図である。
【図２】図２は、本発明に係る給電体と固体電解質膜の接合状態を簡易的に示す模式図である。
【図３】図３は、本発明に係る電解セルの一実施形態を簡易的に示す模式図である。
【図４】図４は、本発明に係る電解装置の一実施形態を示す模式図である。
【図５】図５は、実施例の給電体の顕微鏡写真である。図５（Ａ）はエッチング法で作製した実施例１の給電体、図５（Ｂ）はエッチング法で作製した実施例２の給電体、図５（Ｃ）はエッチング法で作製した実施例３の給電体の顕微鏡写真である。
【図６】図６は、比較例の給電体の顕微鏡写真である。図６（Ａ）はエッチング法で作製した比較例１の給電体、図６（Ｂ）は機械加工で作製した比較例２のエキスパンド形状の給電体の顕微鏡写真、図６（Ｃ）は機械加工で作製した比較例３のエキスパンド形状の給電体の顕微鏡写真、図６（Ｄ）は比較例４の繊維焼結体である給電体の顕微鏡写真である。
【図７】図７は、実施例で作製した電解セルを示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明を実施するための形態を説明する。
【００１３】
［給電体］
本発明に係る給電体は、ＴｉまたはＴｉ合金からなる基材と、前記基材の一の表面上に貴金属からなる貴金属層とを備える。給電体は、固体電解質膜と電極とを通電させる働きをし、かつ供給された水を固体電解質膜に接触させ、貫通孔を介して発生したガスを排出する働きをする。
本発明に係る給電体は図２に示すとおり、固体電解質膜の少なくとも一方の面に接して配置され用いられる。すなわち、本発明に係る給電体は、固体電解質膜の陽極側の面に配置される陽極給電体として用いてもよいし、固体電解質膜の陰極側の面に配置される陰極給電体として用いてもよい。
なお、後述するとおり、本発明に係る給電体はＰｔ等の貴金属を含有する貴金属層を有しており、この場合、本発明に係る給電体は、当該貴金属層を介して固体電解質膜の少なくとも一方の面に接して配置され用いられる。
【００１４】
本発明に係る給電体の一実施形態は、図１（Ａ）に示すとおり、基材１１と、基材１１の少なくとも一の面上に貴金属からなる貴金属層１２とを有し、複数の貫通孔１３が設けられた板状の給電体１である。
【００１５】
本発明に係る給電体において、基材はＴｉまたはＴｉ合金からなる。上記Ｔｉ合金としては、例えば、Ｔｉと、Ａｌ、Ｖ、Ｍｏ、Ｐｄ、Ｍｎ、Ｓｎ、Ｆｅの少なくとも一つの金属との合金等が挙げられる。
導電性、耐腐食性に優れるという観点では、Ｔｉのみからなることが好ましい。
【００１６】
本発明に係る給電体は、基材上に貴金属からなる貴金属層を備える。貴金属層を有することにより、水素脆化等により基材の劣化を抑制することができる。貴金属層は、基材面のうち、少なくとも電解セルの固体電解質膜に接する面に設けられる。なお、必要に応じて、他の面にも設けられていてもよい。貴金属層に用いられる貴金属としては、例えば、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈ及びこれらの合金等が挙げられる。なかでも、貴金属層はＰｔからなるＰｔ層であることが好ましい。
【００１７】
本発明に係る給電体の一実施形態は、図１（Ｂ）に示すとおり、貫通孔１３が設けられている。貫通孔１３は、前記貴金属層の表面から対向する他の表面まで貫通している。本発明に係る給電体において、貫通孔が設けられていることにより、供給された水を固体電解質膜に接触させたり、発生したガスを排出させたりすることが可能となる。本発明に係る給電体において、貫通孔は、給電体１平方ｃｍ四方に２００箇所以上設けられていることが重要である。これにより、給電体に設けられる貫通孔の数が多くなり、貫通孔により形成される給電体の形状が細かくなるため、給電体全体に均一に電圧がかかることになる。そのため、電解電圧が安定し、固体電解質膜の損傷が抑えられる。
【００１８】
なお、貫通孔は、例えば、円形、正方形、またはその他の矩形形状を有していてもよく、それら以外の何らかの形状であってもよい。また、複数の貫通孔は、給電体の表面において一定の間隔でマトリックス状に並んで配置されていてもよく、不規則に配置されていてもよい。
なお、給電体における、貫通孔に挟まれる最も狭い部分の幅は、２０〜１５０μｍであることが好ましい。幅が上述の範囲であることによって、膜の電解面積を確保しつつ、安定な通電性を確保できる。上記の幅は、２０μｍ以上であることが好ましく、４０μｍ以上であることがより好ましい。また、上記の幅は、１５０μｍ以下であることが好ましく、１００μｍ以下であることがより好ましい。図１（Ｂ）では、貫通孔は一定の間隔でマトリックス状に並んで配置されており、貫通孔に挟まれる部分の幅も一定であるため、線径１４が上記の幅に該当する。
【００１９】
貫通孔は、給電体１平方ｃｍ四方に２００箇所以上設けられ、４００箇所以上設けられることがより好ましい。一方で、貫通孔の数が多くなると、形状などの求められる品質を維持したうえで貫通孔を形成することが技術的に困難となる可能性がある。貫通孔は、給電体１平方ｃｍ四方に、５０００箇所以下設けられることが好ましく、４５００箇所以下設けられることがより好ましい。
【００２０】
図１（Ｃ）は給電体の貫通孔１３の断面図である。図１（Ｃ）に示すように、本発明に係る給電体に設けられる貫通孔１３は、固体電解質膜に接して配置される面から当該給電体の厚さ方向に向かって開口面積が小さくなるテーパ構造であることが好ましい。貫通孔が上記テーパ構造であることにより、膜の開口面積を大きく、かつ給電体断面積を大きくすることができ、より安定に電流を流すことができる。またテーパ構造となることで、鋭利な角部分が無くなることにより、膜の破損を起こりにくくすることができる。
【００２１】
本発明に係る給電体は、下記式で示される開口率が、５０％以上９０％以下であることが好ましい。開口率が上記範囲であることによって、ガス発生面積が大きくなり電流の集中が起こりにくいため、固体高分子膜電極の寿命を長く保つことができる。また開口率が上記範囲のものを電解水製造用途に用いると、高い溶存水素の発生効率を得ることができる。当該開口率は、５０％以上であることが好ましく、６０％以上であることがより好ましい。また、開口率は、９０％以下であることが好ましく、８５％以下であることがより好ましい。
・開口率（％）＝貫通孔面積の合計／基板面積×１００
【００２２】
「貫通孔面積の合計」とは、ＳＥＭにて給電体表面像を画像処理し、給電体表面像における貫通孔の面積の合計を計測して得られる値を意味し、「基板面積」とは、ＳＥＭにて給電体表面像を画像処理し、貫通孔を含めた給電体表面像全体の面積を計測して得られる値を意味する。
【００２３】
本発明に係る給電体において、固体電解質膜に接して配置される面は、その表面粗さ（Ｒａ）が０．５μｍ以下であることが重要である。このように、本発明に係る給電体は、固体電解質膜に接して配置される面の表面粗さが低く、平坦に近いことにより、圧力の集中を抑制でき、物理的な膜の破損を防止できる。
【００２４】
当該表面粗さは０．５μｍ以下であり、０．４μｍ以下であることが好ましい。このような範囲の表面粗さを有する給電体を実現するためには、基材の表面に研磨や電解研磨などの処理を施すことにより、あらかじめ平坦化する処理を行なってもよい。
【００２５】
上記表面粗さは、ＪＩＳ  Ｂ０６０１に準じて、粗さ曲線を描き、下記式により算出することができる。下式において、Ｌは測定長さ、ｘは平均線から測定曲線までの偏差である。
【００２６】
【数１】
2019137891.tif 000003
【００２７】
具体的には表面粗さＲａは次のようにして求めるものとする。すなわち、給電体の断面曲線からその平均線の方向に測定長さＬ（５０μｍ）の部分を抜き取り、この抜き取り部分の平均線をｘ軸、縦倍率の方向をｙ軸として粗さ曲線  ｙ＝ｆ（ｘ）で表わしたとき、上記式で与えられた値を〔μｍ〕で表わす。表面粗さＲａは、給電体表面から１０本の粗さ曲線を求め、これらの粗さ曲線から求めた抜き取り部分の表面粗さの平均値で表わす。
【００２８】
上述の測定は、例えば、走査型共焦点レーザ顕微鏡（オリンパス株式会社製、製品名：ＬＥＸＴ  ＯＬＳ３０００）を用いて行うことができる。詳細は実施例にて後述する。
また、表面粗さは、走査型電子顕微鏡を用いて表面観察をして、粗さ曲線を取得することで測定することもできる。
【００２９】
本発明に係る給電体は、厚さが０．０５ｍｍ以上０．３５ｍｍ以下であることが好ましい。給電体の厚さが上記範囲であることによって、発生した水素等の微細なガスが貫通孔内に留まることなく、供給される水中に分散させることができるため、ガスによる遮蔽が原因となる電流密度の集中が少なくなり固体電解質膜の損傷を防ぐことができる。また、発生した水素ガスの溶存効率も高めることが出来る。給電体の厚さは、０．０５ｍｍ以上であることが好ましく、０．０７ｍｍ以上であることがより好ましい。また、給電体の厚さは、０．３５ｍｍ以下であることが好ましく、０．２０ｍｍ以下であることがより好ましい。
【００３０】
本発明に係る給電体において、基材表面に設けられる貴金属層の厚さは、０．０１μｍ以上０．３μｍ以下であることが好ましい。貴金属層の厚さが上記範囲であることによって、基材の酸化や水素脆化を抑えることができる。貴金属層の厚さは、０．０１μｍ以上であることが好ましく、０．０３μｍ以上であることがより好ましい。
【００３１】
本発明に係る給電体は、上述した構成を有する給電体を製造できるのであれば、その製造方法は特に制限されるものではないが、エッチング法により製造することが好ましい。エッチング法によれば、給電体の表面の微細加工することが可能であるため、給電体に所望の形状の貫通孔を形成することが可能となる。エッチング法のうち、フォトエッチング法は、フォトリソグラフィー法とエッチング法を用いるパターン形成方法である。
【００３２】
フォトエッチング法では、加工対象の基材または、貴金属層を設けた基材に、感光性レジスト材料を塗布し、遮光部と透光部とで、本発明に係る給電体の単位面積当たりの貫通孔数を満たす適当なパターンが形成されているフォトマスクのパターンを感光性レジスト材料に露光して転写し、ポジレジスト材料の場合は露光部、ネガレジスト材料の場合は未露光部のいずれか一方のみからレジスト材料を除去してレジストパターンを形成する。その後、そのレジストのパターンの開口部において露出されている基材または、貴金属層を設けた基材の表面を、エッチングして板材の材料の除去を行ってから、残っているレジストを剥離して板材にマスクパターンと同一または反転したパターンを形成する。エッチングには、ウェットエッチングとドライエッチングがあるが、いずれでも製作可能である。
また、上述した、テーパ構造を有する貫通孔は、例えば、マスク面積を変更した複数回のエッチングにより形成することができる。
【００３３】
［電解セル］
本発明に係る電解セルは、上記本発明に係る給電体と、前記給電体と対向して配置される対向給電体と、前記給電体および前記対向給電体との間に挟持される固体電解質膜とを少なくとも備える。
図３は、本発明に係る電解セルの一実施形態を簡易的に示したものである。本実施形態の電解セル３は、固体電解質膜３１の両側に陽極電極板３４および陰極電極板３５として機能する複極式の電極板を備え、固体電解質膜３１と電極板との間には、本発明に係る給電体として、陽極給電体３２および陰極給電体３３がそれぞれ介装されて構成される。
陽極給電体３２および陰極給電体３３は、表面粗さが、０．５μｍ以下である面と固体電解質膜３１とが接し、当該面の反対の面と電極板とが接して配置される。
【００３４】
固体電解質膜は、電気分解により陽極側で発生した水素イオン（Ｈ＋）を陰極側へと移動させる役割を有する陽イオン交換膜である。固体電解質膜としては、電気透析や燃料電池の分野において従来から用いられているものを適用でき、例えば、特願２０１６−２１６３７６号明細書等に記載の炭化水素系陽イオン交換膜やフッ素系重合体からなる陽イオン交換膜等が挙げられる。
【００３５】
また、固体電解質膜は、その表裏に電解触媒として、陽極側および陰極側の触媒層を設けていてもよい。触媒層の材料としては、例えば、白金、イリジウム、酸化白金、及び酸化イリジウム等の白金族金属等が挙げられる。
【００３６】
また、電極板には、外部端子と電極板とを電気的に接続するターミナルを設けてもよい（図示せず）。ターミナルは、例えば、Ｔｉ製のものを使用することができ、実施例で作製した図７の電解セルに示すように、電極板の一側縁から主面に対して略垂直に立ち上がるように形成されていてもよい。
【００３７】
［電解装置］
本発明はまた、上記電解セルを有する電解装置を提供する。本発明に係る電解装置は、上記電解セルと、上記電解セルを収容する電解槽と、当該電解槽に被電解水を通水する手段と、該電解槽内の被電解水に電圧を印加して電流を流す手段とを少なくとも設ける。電解槽は、上記電解セルにおける固体電解質膜により隔離された陽極室と陰極室とを有している。電解槽内には、被電解水を効率良く分解させるために、適宜所望の流路を形成していてもよい。また、電解槽に被電解水を通水する手段、及び電解槽内の被電解水に電圧を印加して電流を流す手段については、その手段が特に制限されるものではなく、従来公知の方法を任意に適用できる。
【００３８】
図４は、本発明に係る電解装置の一実施形態を示したものである。
電解装置４１は、水道水等の被電解水を浄化する浄水カートリッジ４２と、浄化された水が供給される電解槽４３と、電解装置４１各部の制御を司る制御部４１９とを備えている。なお、本発明に係る電解装置４１においては浄水カートリッジ４２を有していなくてもよく、浄水カートリッジ４２を有しない場合は、被電解水は電解槽４３に直接通水される。
【００３９】
電解槽４３に通水された被電解水は、そこで電気分解される。被電解水を電解槽４３に通水する手段については、後述する。電解槽４３には、互いに対向して配置された陽極給電体４１６ａ及び陰極給電体４１６ｂと、陽極給電体４１６ａ及び陰極給電体４１６ｂとの間に配された固体電解質膜４１５を備えている。
【００４０】
固体電解質膜４１５は、電解槽４３を陰極室４４と陽極室４１０とに区分する。固体電解質膜４１５は、被電解水の電気分解により生じた陽イオンを陽極室４１０から陰極室４４へと通過させ、固体電解質膜４１５を介して陰極４７と陽極４９とが電気的に接続される。陰極４７と陽極４９との間に電圧が印加されると、電解槽４３内で被電解水が電気分解され、電解水が得られる。すなわち、陰極室４４では電解水素水が、陽極室４１０では酸性水がそれぞれ生成される。
【００４１】
陰極４７及び陽極４９の極性及び電解槽４３の被電解水に印加される電圧は、制御部４１９によって制御される。
【００４２】
また、本発明に係る電解装置は、さらに、電解槽４３内の陽極給電体４１６ａ及び陰極給電体４１６ｂに印加する電圧の極性切り替え手段を設けることが好ましい。例えば、制御部４１９に、陰極４７及び陽極４９の極性を切り替えるための極性切替回路（図示せず）が設けられていてもよい。すなわち、電解装置４１は、電解槽４３内の固体電解質膜４１５における陽極給電体４１６ａ及び陰極給電体４１６ｂに印加する電圧の極性切り替え手段を備えてもよい。電圧の極性切り替え手段を設けることにより、水道水等の被電解水を用いて電気分解を行った際の固体電解質膜４１５へのスケールの付着を抑制することができる。
【００４３】
電解槽４３に被電解水を通水する手段の一例について説明する。被電解水が流入する電解槽４３の上流側には、第１流路切替弁４１８が設けられている。第１流路切替弁４１８は、浄水カートリッジ４２と電解槽４３とを連通する給水路４１７に設けられている。浄水カートリッジ４２によって浄化された水は、給水路４１７の第１給水路４１７ａ及び第２給水路４１７ｂを介して第１流路切替弁４１８に流入し、陽極室４１０又は陰極室４４に供給される。
【００４４】
陰極室４４で生成された電解水素水は、陰極室出口４６から第１流路４３１に通水され、流路切替弁４２２を介して吐水口４３１ｂから回収される。なお、陽極室４１０で生成された酸性水は、陽極室出口４１２から第２流路４３２に通水され、流路切替弁４２２を介して排水口４３２ａから排出される。
【実施例】
【００４５】
以下、本発明を実施例によりさらに説明するが、本発明は下記例に制限されるものではない。
【００４６】
［給電体の厚み（ｍｍ）、貴金属層の厚み（μｍ）の測定］
蛍光Ｘ線膜厚分析機（日立ハイテクサイエンス製  ＳＥＡ６０００ＶＸ）にて、給電体および貴金属層であるＰｔ層の厚みの測定を非破壊にて行った。
【００４７】
［線径の測定］
線径はＳＥＭ（ＫＥＹＥＮＣＥ製  ＶＥ−８８００）にて、各給電体表面像を画像処理し、計測した。
【００４８】
［開口率の測定（％）］
開口率はＳＥＭ（ＫＥＹＥＮＣＥ製  ＶＥ−８８００）にて、各給電体表面像を画像処理し、貫通孔面積および基板面積を計測し、下記式により開口率を求めた。
・開口率（％）＝貫通孔面積の合計／基板面積×１００
【００４９】
［単位面積当たりの貫通孔数（個／ｃｍ２）の測定］
貫通孔はＳＥＭ（ＫＥＹＥＮＣＥ製  ＶＥ−８８００）にて、各給電体表面像を画像処理し、単位面積あたりの個数を計測した。
【００５０】
［表面粗さ（μｍ）の測定］
給電体の表面粗さは、ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１（２０１３）に準じて、走査型共焦点レーザ顕微鏡（オリンパス株式会社製、製品名：ＬＥＸＴ  ＯＬＳ３０００）を用い、粗さ曲線を描き、下式により算出した。下式において、Ｌは測定長さ、ｘは平均線から測定曲線までの偏差である。
【００５１】
【数２】
2019137891.tif 000004
【００５２】
具体的には次のようにして給電体の表面粗さを求めた。すなわち、給電体の断面曲線からその平均線の方向に測定長さＬ（５０μｍ）の部分を抜き取り、この抜き取り部分の平均線をｘ軸、縦倍率の方向をｙ軸として粗さ曲線  ｙ＝ｆ（ｘ）で表わしたとき、上記式で与えられた値を〔μｍ〕で表わす。表面粗さは、給電体表面から１０本の粗さ曲線を求め、これらの粗さ曲線から求めた抜き取り部分の表面粗さの平均値で表わした。
【００５３】
［溶存水素量（ｐｐｂ）、溶存効率（％）の測定］
給電体を電解セルに組み込み、水道水を０．２５Ｌ／分でセルに流し、電流０．４５Ａ（５Ａ／ｄｍ２）の電流を流し電解を行った。陰極側から排出された水道水の溶存水素を溶存水素計（東亜ディーケーケー（株）製、ＤＨ−３５Ａ）にて測定を行った。
【００５４】
[電解寿命（時間）の測定]
給電体を電解セルに組み込み、水道水を０．２５Ｌ／分でセルに流し、電流０．４５Ａ（５Ａ／ｄｍ２）の電流を流し電解を行った。この際、固体高分子膜のスケール除去のため、１０分に１回の＋極と−極の極性の切替を行った。寿命試験では、初期電圧から電圧値が５Ｖ以上に増加した場合、もしくは膜が破損し陽極側と陰極側の給電体が短絡し、電圧値が０．１Ｖ以下になった場合の運転開始からの経過時間を寿命として測定した。
【００５５】
次に、試料の製造方法を説明する。
［実施例１］
（エッチング処理）
基材として、５ｃｍ×５ｃｍ、平均厚さ１ｍｍの純チタンプレート（神戸製鋼所社製）を用いた。この純チタンプレートに高耐薬品性ドライフィルムレジスト（三菱製紙社製ＫＮ１５）を使用し、両面にラミネートした。これを露光機にて３００ｍｊ／ｃｍ２で露光を行い、１ｗｔ％のＮａ２ＣＯ２水溶液に５分間浸漬させ、現像した。その後、１５０℃、３０分のベーク処理を行い、エッチング用のレジストの形成を行った。レジスト形成を行ったＴｉ板をフッ素系エッチング液（フッ化水素アンモニウム５ｗｔ％、硝酸５ｗｔ％）で３０℃、２０分間のエッチング処理を行った後、有機アンミン系剥離液（三菱ガス化学社製クリーンエッチ（Ｒ−１００））で５０℃、１分間浸漬し、レジストの剥離処理を行った。
【００５６】
（貴金属層の形成）
エッチング処理後の基材に、下記条件でＰｔめっきを施し、基材表面上にＰｔからなる貴金属層を形成し、給電体を作製した。超音波脱脂液で基材表面を脱脂し、５ｗｔ％フッ化アンモニウム水溶液にてＴｉ表面のエッチングを行った。その後、Ｔｉ材料をＰｔめっき液（Ｐｔ５ｗｔ％、硫酸５０ｇ／Ｌ、ｐＨ＝１）中に入れて、０．５Ａ／ｄｍ２、１５分の条件でＰｔの電気めっきを行い、白金層を形成した。
得られた給電体の各物性値は表１に示すとおりである。また、顕微鏡写真を図５（Ａ）に示す。
【００５７】
［実施例２］
表１に示す点を変更したことを除いては、実施例１と同様にして給電体を作製した。得られた給電体の各物性値は表１に示すとおりである。また、顕微鏡写真を図５（Ｂ）に示す。
【００５８】
［実施例３］
表１に示す点を変更したことを除いては、実施例１と同様にして給電体を作製した。得られた給電体の各物性値は表１に示すとおりである。また、顕微鏡写真を図５（Ｃ）に示す。
【００５９】
［比較例１］
表１に示す点を変更したことを除いては、実施例１と同様にして給電体を作製した。得られた給電体の各物性値は表１に示すとおりである。また、顕微鏡写真を図６（Ａ）に示す。
［比較例２、３］
給電体として、機械加工で製作したチタンエキスパンドにＰｔめっきを行った給電体を用いた。給電体の物性値は表１に示すとおりである。また、顕微鏡写真を図６（Ｂ）、（Ｃ）に示す。
【００６０】
［比較例４］
給電体として、Ｔｉ繊維焼結体（ベカルト東綱メタルファイバー（株）製）にＰｔめっきを行った給電体を用いた。給電体の物性値は表１に示すとおりである。また、顕微鏡写真を図６（Ｄ）に示す。
【００６１】
上記作製した実施例１〜３、比較例１〜４の給電体を用いて、以下の手順で図７に示す電解セルを作製した。
Ｎａｆｉｏｎ１１７（Ｄｕｐｏｎｔ社製）の中央部（３０×３０ｍｍ２）部の両面に０．５μｍ厚のＰｔ触媒層を設けて製作した固体高分子膜電極に、両側から上記給電体（３０×３０ｍｍ２）を当接して配置した。このとき、給電体には、固体高分子膜電極に接する面とは反対側の面に、電力供給のためのチタン製のターミナルを設けている。更に、この給電体の両側に、図中に矢印で示した方向に水の流入および流出が可能な流路を形成した塩化ビニル製のケースを配置した。
ターミナル部には、不図示の直流電源を接続した。また、ケースに設けられた流路に不図示の水導入用のチューブを介して、水道などの水供給源を接続し、更に、電解セルに流入する水量の計測が可能な流量計を設けた。
【００６２】
作製した電解セルを用いて、以下の条件で水の電解を行い、溶存水素量を測定した。
・電解部サイズ：３０×３０ｍｍ２
・電流密度：５．０Ａ／ｄｍ２
・流量：０．２５Ｌ／ｍｉｎ
・水温（水道水）：２１−２２℃
結果を表１に示す。
【００６３】
【表１】
2019137891.tif 000005
【００６４】
以上の結果から明らかなように、給電体の貫通孔が１平方ｃｍ四方に２００箇所以上、かつ、給電体の表面粗さ（Ｒａ）が０．５μｍ以下の際に高寿命で高い溶存水素発生効率を得ることができる。
【符号の説明】
【００６５】
１，２１  給電体
１１  基材
１２  貴金属層
１３  貫通孔
１４  線径
２２，３１，４１３，４１５  固体電解質膜
３  電解セル
３２，４１６ａ  陽極給電体
３３，４１６ｂ  陰極給電体
３４  陽極電極板
３５  陰極電極板
４１  電解装置
４２  浄水カートリッジ
４３  電解槽
４４  陰極室
４５  陰極室入口
４６  陰極室出口
４７  陰極
４９  陽極
４１０  陽極室
４１１  陽極室入口
４１２  陽極室出口
４１７  給水路
４１７ａ  第１給水路
４１７ｂ  第２給水路
４１８  第１流路切替弁
４１９  制御部
４２２  流路切替弁
４３１  第１流路
４３１ｂ  吐水口
４３２  第２流路
４３２ａ  排水口
【図１】
2019137891.tif 000006
【図２】
2019137891.tif 000007
【図３】
2019137891.tif 000008
【図４】
2019137891.tif 000009
【図５】
2019137891.tif 000010
【図６】
2019137891.tif 000011
【図７】
2019137891.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成31年4月26日(2019.4.26)
【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】
ＴｉまたはＴｉ合金からなる基材と、前記基材の一の表面上に貴金属からなる貴金属層とを備え、電解セルの固体電解質膜の少なくとも一方の面に前記貴金属層が接して配置される、給電体であって、
前記給電体は、厚さが０．０５ｍｍ以上０．３５ｍｍ以下であり、
前記給電体は、前記貴金属層の表面から対向する他の表面まで貫通する貫通孔が１平方ｃｍ四方に２００箇所以上設けられており、
前記固体電解質膜に接して配置される面の表面粗さ（Ｒａ）が、０．５μｍ以下である、
給電体。
【請求項２】
前記貫通孔が１平方ｃｍ四方に５０００箇所以下設けられている、請求項１に記載の給電体。
【請求項３】
下記式で示される開口率が５０％以上９０％以下である、請求項１または２に記載の給電体。
開口率（％）＝貫通孔面積の合計／基板面積×１００
【請求項４】
前記貴金属層の厚さが０．０１μｍ以上０．３μｍ以下である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の給電体。
【請求項５】
前記貴金属層が、ＰｔからなるＰｔ層である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の給電体。
【請求項６】
前記貫通孔は、前記固体電解質膜に接して配置される面から前記給電体の厚さ方向に向かって開口面積が小さくなるテーパ構造である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の給電体。
【請求項７】
エッチング処理により前記貫通孔を形成したＴｉもしくはＴｉ合金に対して、前記貴金属をコーティングして得られる、請求項１〜６のいずれか１項に記載の給電体。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の給電体と、
前記給電体と対向して配置される対向給電体と、
前記給電体および前記対向給電体との間に挟持される固体電解質膜と、
を備える電解セル。
【請求項９】
請求項８に記載の電解セルと、
前記電解セルを収容する電解槽と、
前記電解槽に被電解水を通水する手段と、
前記電解槽内の被電解水に電圧を印加して電流を流す手段と、
を少なくとも設ける、電解装置。