(57)【要約】  水分解装置、および水分解装置または太陽電池を製造するための方法が開示されている。方法は、比較的に大容量および低コストの大量生産方法を提供する。一例では、方法は、水分解装置を形成するために、１つ以上のサブユニットと２つ以上のポリマフィルムまたはポリマシートとを同時共集合することを助成する。一形態例では、水から酸素ガスを生成するための第１電極と、水素ガスを生成するための第２電極とを含む水分解装置が提供される。第１電極および第２電極は、第１外部ポリマ層および第２外部ポリマ層の間に配置されている。また、第１外部ポリマ層および第２外部ポリマ層の間には少なくとも１つのスペーサ層が配置されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水から酸素ガスを生成するための第１電極と、水素ガスを生成するための第２電極とを含む水分解装置であって、
上記第１電極および上記第２電極は、第１外部ポリマ層および第２外部ポリマ層の間に配置されており、
上記第１外部ポリマ層および上記第２外部ポリマ層の間には、少なくとも１つのスペーサ層が配置されていることを特徴とする水分解装置。
【請求項２】
上記第１外部ポリマ層および上記第２外部ポリマ層の間には、２つ以上のスペーサ層が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の水分解装置。
【請求項３】
上記少なくとも１つのスペーサ層、あるいは少なくとも１つの別のスペーサ層が、上記第１電極および上記第２電極の間に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の水分解装置。
【請求項４】
上記第１外部ポリマ層は、上記酸素ガスのためのチャネルの少なくとも一部分を形成し、
上記第２外部ポリマ層は、上記水素ガスのための別のチャネルの少なくとも一部分を形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の水分解装置。
【請求項５】
上記第１外部ポリマ層および上記第２外部ポリマ層は、リブが設けられた押出二対壁シートの壁であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の水分解装置。
【請求項６】
リブが設けられた少なくとも１つの二対壁シートは、内面の少なくとも一部分に金属コーティング層を有していることを特徴とする請求項５に記載の水分解装置。
【請求項７】
上記金属は、ニッケルであることを特徴とする請求項６に記載の水分解装置。
【請求項８】
少なくとも１つの二対壁シートの第１壁は、導電性ポリマであり、
上記少なくとも１つの二対壁シートの第２壁は、非導電性透明ポリマであることを特徴とする請求項５に記載の水分解装置。
【請求項９】
上記第１電極は、第１二対壁シート内に設けられており、
上記第２電極は、第２二対壁シート内に設けられていることを特徴とする請求項５に記載の水分解装置。
【請求項１０】
上記第１外部ポリマ層および上記第２外部ポリマ層は、上記第１電極、上記第２電極、および上記少なくとも１つのスペーサ層の周囲に積層されていることを特徴とする請求項１に記載の水分解装置。
【請求項１１】
上記第１外部ポリマ層および上記第１電極の間に第１ガス透過層が配置されており、
上記第２外部ポリマ層および上記第２電極の間に第２ガス透過層が配置されていることを特徴とする請求項１０に記載の水分解装置。
【請求項１２】
第１外部ポリマフィルムと、
第２外部ポリマフィルムと、
上記第１外部ポリマフィルムおよび上記第２外部ポリマフィルムの間に配置された太陽電池と、
上記第１外部ポリマフィルムおよび上記第２外部ポリマフィルムの間に配置された少なくとも１つのスペーサ層とを含むことを特徴とする水分解装置。
【請求項１３】
上記第１外部ポリマフィルムおよび上記太陽電池の間に配置された第１ガス透過層と、
上記第２外部ポリマフィルムおよび上記太陽電池の間に配置された第２ガス透過層とをさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載の水分解装置。
【請求項１４】
上記第１外部ポリマフィルムおよび／または上記第２外部ポリマフィルムは、透明であることを特徴とする請求項１２または１３に記載の水分解装置。
【請求項１５】
上記第１外部ポリマフィルムおよび／または上記第２外部ポリマフィルムは、上記太陽電池が少なくとも部分的に嵌合する凹部を含むことを特徴とする請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の水分解装置。
【請求項１６】
上記第１外部ポリマフィルムと上記第１ガス透過層との間に第１スペーサが配置されていることを特徴とする請求項１３〜１５のいずれか１項に記載の水分解装置。
【請求項１７】
上記第１ガス透過層および上記第２ガス透過層は、透水性であることを特徴とする請求項１３〜１６のいずれか１項に記載の水分解装置。
【請求項１８】
上記第１ガス透過層と、上記太陽電池の表面との間に第２スペーサが配置されていることを特徴とする請求項１３〜１７のいずれか１項に記載の水分解装置。
【請求項１９】
上記太陽電池の他の表面と、上記第２ガス透過層との間に第３スペーサが配置されていることを特徴とする請求項１３〜１８のいずれか１項に記載の水分解装置。
【請求項２０】
上記第２ガス透過層と上記第２外部ポリマフィルムとの間に第４スペーサが配置されていることを特徴とする請求項１３〜１９のいずれか１項に記載の水分解装置。
【請求項２１】
上記太陽電池は、作用電極および対向電極を含むことを特徴とする請求項１２〜２０のいずれか１項に記載の水分解装置。
【請求項２２】
上記作用電極は、色素層が付けられた、二酸化チタンによってコーティングされたチタンホイルまたはチタンフィルム、および水酸化触媒を含む保護層を含むことを特徴とする請求項２１に記載の水分解装置。
【請求項２３】
上記作用電極と上記対向電極との間に配置された第５スペーサをさらに含むことを特徴とする請求項２１に記載の水分解装置。
【請求項２４】
上記対向電極は、ＰＥＤＯＴ−ＰＥＧ複合材料によってコーティングされたチタンホイルまたはチタンフィルムを含むことを特徴とする請求項２１に記載の水分解装置。
【請求項２５】
マイクロ流体配管が上記１つ以上の凹部に設けられていることを特徴とする請求項１２〜２４のいずれか１項に記載の水分解装置。
【請求項２６】
水分解装置を製造するための方法であって、
第１ポリマフィルムに設けられた凹部内に水分解太陽電池を少なくとも部分的に配置する工程と、
上記水分解太陽電池を覆うために、上記第１ポリマフィルムに第２ポリマフィルムを固定する工程とを単一積層処理として含むことを特徴とする方法。
【請求項２７】
上記単一積層処理の一部として、上記水分解太陽電池の両端に配置された第１ガス透過層および第２ガス透過層を含むことを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
上記電極を上記装置の外側に接続するための電気接続が少なくとも１つ設けられていることを特徴とする請求項２６または２７に記載の方法。
【請求項２９】
上記単一積層処理の一部として、上記第１ポリマフィルムおよび上記第２ポリマフィルムが同時共集合されることを特徴とする請求項２６〜２８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３０】
上記第１ポリマフィルムおよび上記第２ポリマフィルムは、可撓性を有していることを特徴とする請求項２６〜２９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３１】
上記水分解太陽電池の周囲に形成された空洞内に液体電解質が通されることを特徴とする請求項２６〜３０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３２】
ポリマフィルムに設けられた凹部に少なくとも部分的に配置された水分解電池と、
上記水分解電池を覆うために、上記ポリマフィルムに固定された光透過性ポリマフィルムとを含み、
単一積層処理中に形成されることを特徴とする水分解装置。
【請求項３３】
水分解装置を製造するための方法であって、
二対壁シートの内面の少なくとも一部に金属層を堆積する工程と、
上記水分解装置に電極を提供するために、上記二対壁シートに別の二対壁シートを組み合わせる工程とを含むことを特徴とする方法。
【請求項３４】
上記金属は、ニッケルであることを特徴とする請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
上記二対壁シートの第１壁は、上記金属が堆積されている導電性ポリマであり、第２壁は、非導電性透明ポリマであることを特徴とする請求項３３または３４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
〔発明の分野〕
本発明は、太陽電池等の水分解装置に概ね関し、特定の一態様においては、水分解装置の製造における改良に関する。
【０００２】
〔発明の背景〕
光と相互作用する電気装置はよく知られている。例として、発光ダイオード（光を発する）、太陽電池モジュール（光を取り入れ、それを電気に変える）、およびディスプレイ画面（反射した光を変え得る）が含まれる。この種のほとんどの装置は、ガラスを１つの形態または他の形態で主要な透明基質材料として使用する。しかしながら、ガラスは一般的に壊れやすく、重く、値段が高く、なおかつ一般的に大容量および低コストの大量生産に適していないので、ガラスを使用することはしばしば問題である。このため、この種の装置において、ガラスの代わりに、より値段が安く、透明なポリマ材料を使用することへの関心が増大している。理想的には、これは、装置自身の簡単かつ費用のかからない製造技術（商業用印刷処理の利用等）と組み合わされる。
【０００３】
この点における１つの問題は、透明なポリマ基質を可撓性の電気装置の製造に組み入れることである。いくつかの方法が試され、使われている。一般的な方法の１つ（ＥＰ０３４８２２９に開示されたフレキシブルタッチスクリーンによって例示される）は、透明な導電層で片面がコーティングされた透明なポリマシートを用いるために使われている。シートは、として、装置の他の部分が組み立てられた上で透明電極（通常は、多層構造の透明電極）として作用する。
【０００４】
別の方法（ＤＥ１９８４６１６０に開示された光起電装置によって例示される）は、不透明であり、可撓性のポリマフィルム上に装置を製造した後、その上に透明なポリマフィルムを被せることによって、装置から蒸気、酸素、または埃を排除するために用いられる。
【０００５】
上述したような技術が技術的に効を奏しているが、それらは一般的に大容量および低コストの大量生産、特に光と相互作用する装置の大量生産に対応することができない。しかしながら、このような装置を生産するコストは、社会からの搾取において重要な要素となり得る。実際に、多くの場合において、一般的な使用および応用を食い止めていたのは、このような装置を製造するコスト、ならびにその複雑さである。
【０００６】
様々な電気装置は、現在では柔軟性に富んだ扁平形式で製造されている。これは、可撓性ポリマ基材または実装素子を用いる電池、コンデンサ、およびスーパーコンデンサを含む。例えば、ＪＰ７０３７５５９、ＪＰ１１０８６８０７、ＥＰ０４９９００５、ＫＲ２００１００２９８２５、ＪＰ３０３４５１９、およびＵＳ５６５０２４３では、２つ以上のポリマフィルムの間にこのような装置を積層することによって製造された電池、コンデンサ、またはスーパーコンデンサについて説明されている。電池、コンデンサ、およびスーパーコンデンサは、可撓性ポリマ構成部材に対して光透過性を必要とせず、なおかつそれらの積層構造が一般的に層の厚さにおける微細な変化をより許容するため、電池、コンデンサ、およびスーパーコンデンサは光変調装置よりも一般的に製造需要がずっと低い。光変調装置は、このような変化に敏感なのは周知のことであり、大抵はそれらの有用性を完全に破壊する。したがって、上述した電池、コンデンサ、およびスーパーコンデンサの積層ポリマは、蒸気、酸素、または埃を排除する目的、または当該装置をよりでこぼこにさせる目的で、最初に組み込まれる。
【０００７】
関連した分野では、水素（Ｈ２）は、将来的に理想的な燃料だと長い間考えられてきた。酸素（Ｏ２）の存在下で燃焼したとき、水素は、唯一の廃棄物として水（Ｈ２Ｏ）を生成する。その結果、化石燃料に代わるクリーンであり、無公害性のものを提供する。
【０００８】
水素は、燃料電池として知られる固体素子において酸素との反応が起こるようにでき得るという別の利点を有する。当該反応は、生じたエネルギーを熱または圧力としてではなく、電流として利用する。燃料電池は、例えば内燃機関等で用いられる単純な燃焼形式よりも大きい固有エネルギー効率をもたらす。水素の好都合な源は、水を水素（Ｈ２）と酸素（Ｏ２）とに分解する太陽電池式分解である。
【０００９】
太陽光を使って水から作られた水素は、たくさんの再生可能なクリーンなエネルギー源を提供することが予想される。しかしながら、この反応を容易にする実用的かつ経済的な装置、またはその製造方法は存在しない。それ故、太陽光によって生産された水素の可能性は十分に理解されていない。
【００１０】
先行技術における特有の問題点の少なくとも１つ以上に取り組むまたは少なくともそれを改良する、改良水分解装置および／またはその改良製造方法が求められる。
【００１１】
本明細書において、いかなる先行文献（または先行文献から派生した情報）、またはいかなる周知事項への言及は、先行文献（または先行文献から派生した情報）または周知事項が本明細書に関連する試みで一般的に周知な知識の一部を形成することを自認、承認、またはいかなる形式の提案ではないし、そのように解釈されるべきものではない。
【００１２】
〔本発明の概要〕
本発明の一態様によれば、水分解装置または太陽電池を製造する（すなわち、組み立てる）方法が提供される。特定の形態によれば、上記方法は比較的大容量および低コストの大量生産方法を提供する。
【００１３】
１つの実施形態の例では、上記方法は、水分解装置を形成するために、１つ以上のサブユニットおよび２つ以上のポリマフィルムまたはポリマシートの同時共集合を容易にする。
【００１４】
別の態様によれば、水分解太陽電池等の改良水分解装置を提供する。
【００１５】
一形態例では、水から酸素ガスを生成する第１電極と、水素ガスを生成する第２電極とを含む水分解装置を提供する。上記第１電極および上記第２電極は、第１外部ポリマ層と第２外部ポリマ層との間に配置されている。少なくとも１つのスペーサ層が、上記第１外部ポリマ層と上記第２外部ポリマ層との間に配置されている。
【００１６】
さらに様々な例では、２つ以上のスペーサ層が、上記第１外部ポリマ層と上記第２外部ポリマ層との間に配置されており、上記少なくとも１つのスペーサ層、あるいは少なくとも１つの別のスペーサ層が、上記第１電極と上記第２電極との間に配置されており；なおかつ／あるいは上記第１外部ポリマ層は、上記酸素ガスのためのチャネルの少なくとも一部分を形成し、上記第２外部ポリマ層は、上記水素ガスのための別のチャネルの少なくとも一部分を形成する。
【００１７】
さらなる例では、上記第１外部ポリマ層および上記第２外部ポリマ層は、リブが設けられた押出二対壁シートの壁であり；リブが設けられた少なくとも１つの二対壁シートは、内面の少なくとも一部分に金属コーティング層を有しており；上記金属は、ニッケルであり；少なくとも１つの二対壁シートの第１壁は、導電性ポリマであり、上記少なくとも１つの二対壁シートの第２壁は、非導電性透明ポリマであり；なおかつ／あるいは上記第１電極は、第１二対壁シート内に設けられており、上記第２電極は、第２二対壁シート内に設けられている。
【００１８】
一形態例では、第１ガス透過層および第２ガス透過層の間に配置された水分解太陽電池と、互いに接合された場合に上記第１ガス透過層と上記第２ガス透過層とを密閉する第１ポリマフィルムおよび第２ポリマフィルムとを含む水分解装置を提供する。
【００１９】
別の形態例では、第１外部ポリマフィルムと、第２外部ポリマフィルムと、上記第１外部ポリマフィルムおよび上記第２外部ポリマフィルムの間に配置された太陽電池と、上記第１外部ポリマフィルムおよび上記第２外部ポリマフィルムの間に配置された少なくとも１つのスペーサ層とを含む水分解装置を含む水分解装置を提供する。
【００２０】
任意に、第１ガス透過層は、上記第１外部ポリマフィルムと上記太陽電池との間に配置されており、第２ガス透過層は、上記第２外部ポリマフィルムと上記太陽電池との間に配置されている。
【００２１】
別の形態例では、水分解装置を製造するための方法であって、第１ポリマフィルムに設けられた凹部内に水分流太陽電池を少なくとも部分的に配置する工程と、上記水分流太陽電池を覆うために、上記第１ポリマフィルムに第２ポリマフィルムを固定する工程とを単一積層処理として含む方法を提供する。
【００２２】
さらに別の態様によれば、水分解装置は、予め組み立てられた頑丈な１組のサブユニットを用いて、ポリマ積層工程中に当該サブユニットを一体化して積層構造にすることによって、製造される。必須ではないが、特に上記組み立てられたサブユニットを受け入れるために設計された少なくとも１つの凹部が、１つ以上の上記積層ポリマに設けられていることが好ましい。特定の形態例では、上記積層ポリマは、頑丈な包装装置として役目を果たすだけではなく、上記組み立て工程自体に不可欠でもある。別の特定の形態例では、少なくとも１つの上記積層ポリマは、上記装置の動作に関わっているか、上記装置の動作を助長している。
【００２３】
一形態例では、水分解装置を製造するための方法であって、第１ポリマフィルムに設けられた凹部内に水分解ユニットを少なくとも部分的に配置する工程と、上記水分解ユニットを覆うために、上記第１ポリマフィルムに光透過ポリマフィルムを固定する工程とを含む方法を提供する。
【００２４】
別の形態例では、第１ポリマフィルムに設けられた凹部内に少なくとも部分的に配置された水分解ユニットと、上記水分解ユニットを覆うために、上記第１ポリマフィルムに固定された光透過性ポリマフィルムとを備える水分解装置を提供する。
【００２５】
特定の例では、上記装置は、単一積層処理中に形成される。
【００２６】
別の実施形態の例では、水分解装置を製造する（すなわち、組み立てる）ための方法であって、上部に第１ポリマフィルムを有し、底部に第２ポリマフィルムを有する水分解ユニット（予め積層された複数のサブユニットで構成され得る）を同時に組み立てる工程を含む方法を提供する。
【００２７】
別の実施形態の例では、水分解装置を製造するための方法であって、二対壁シートの内面の少なくとも一部に金属層を堆積する工程と、上記水分解装置に電極を提供するために、上記二対壁シートにさらに別の二対壁シートを重ね合わせる工程とを含む方法を提供する。
【００２８】
別の実施形態の例では、水分解装置を製造するための大容量および低コストの大量生産方法であって、
（１）積層構造に組み立てられた場合に、累積的に水分解ユニットを含む１つ以上の別個のサブユニットと、
（２）２つ以上のポリマフィルムまたはポリマシートであって、
（ｉ）少なくとも１つの上記ポリマフィルムまたはポリマシートは光学透過であり、
（ｉｉ）少なくとも１つの上記ポリマフィルムまたはポリマシートは、上記１つ以上のサブユニットが少なくとも部分的に嵌合する少なくとも１つの凹部がエンボス加工（すなわち、インプレス加工）されたポリマフィルムまたはポリマシートとの同時共集合体を備え、
上記ポリマフィルムまたはポリマシートの一方は、上記ユニットの上部に積層または配置され、上記ポリマフィルムまたはポリマシートの他方は、上記ユニットの底部に積層または配置されている方法を提供する。
【００２９】
別の実施形態の例では、
（１）水分解ユニットを形成するために積層構造に組み立てられた１つ以上の別個のサブユニットと、
（２）２つ以上のポリマフィルムまたはポリマシートであって、
（ｉ）少なくとも１つの上記ポリマフィルムまたはポリマシートは光透過性を有しており、
（ｉｉ）少なくとも１つの上記ポリマフィルムまたはポリマシートは、上記１つ以上のサブユニットが少なくとも部分的に嵌合する少なくとも１つの凹部がエンボス加工（すなわち、インプレス加工）されたポリマフィルムまたはポリマシートとを備え、
上記ポリマフィルムまたはポリマシートの一方は、上記ユニットの上部に積層または配置されており、上記ポリマフィルムまたはポリマシートの他方は、上記ユニットの底部に積層または配置されている水分解装置を提供する。
【００３０】
なお、少なくとも１つの凹部を提供するためのエンボス加工（すなわち、インプレス加工）に関する言及は、少なくとも１つのへこみ、窪み、または空洞等を提供することに関する言及としても解釈されるべきである。
【００３１】
特定の例では、１つ以上の上記サブユニットは、上記水分解装置から電流を取得できる電極、または上記水分解装置に電流を入力できる電極であってもよい。
【００３２】
上記ポリマフィルムは、可撓性または半剛性であることが好ましいが、これに限定されるわけではない。
【００３３】
共集合される上記サブユニットは、水分解装置に適合するように別々に最適化、準備、および組み立てが行われることが好ましいが、これに限定されるわけではない。上記共集合されたサブユニットは、上記ポリマ積層体内の上記凹部によって提供される筐体内に容易に収容されるために特注設計されていることが好ましいが、これに限定されるわけではない。
【００３４】
上記共集合されたサブユニットは、積層された、または積層される他のサブユニットまたは他の構成部材との間に適当な分離を維持する１つ以上の「スペーサ」（すなわち、スペーサ部または「スペーサ層」）を含んでいることが好ましいが、これに限定されるわけではない。このようなスペーサの例は、リブ、エンボス加工構造、ビーズ、またはボール等であることが好ましいが、これに限定されるわけではない。さらに具体的には、上記スペーサは、セルガードＰＰまたはＰＥ分離膜（セルガードＬＬＣ社）、３Ｍ社製のグラスバブルズ（３Ｍ（登録商標）グラスバブルズｉＭ３０Ｋ）、または押出二対壁シートの内部リブまたはひだであってもよいが、これに限定されるわけではない。
【００３５】
上記サブユニットおよび上記ポリマフィルムまたはポリマシートは、高速連続巻き取り工程中に組み立てられることが好ましいが、これに限定されるわけではない。
【００３６】
上記共集合されたサブユニット内の上記電極層は、上記ポリマ積層体の間を介して外側に通じる導線またはタブを含む個々の電気接続を有していることが好ましいが、これに限定されるわけではない。
【００３７】
様々な態様例によれば、上記水分解ユニットは、２つ以上のサブユニットによって構成されており、単一積層処理または前積層処理の一部として少なくとも部分的に形成され；上記サブユニットは積層フィルムであり；上記サブユニットの少なくとも１つは電極であり；なおかつ／あるいは上記サブユニットの少なくとも１つはスペーサ層またはスペーサである。
【００３８】
一応用例によれば、太陽光が照射された時、および／または適当な電圧が印加されている時、水から水素および酸素を生成する水分解電池を提供する。
【００３９】
上記水分解太陽電池装置は、一実施形態の例において、共集合された水分解ユニットを間に挟む複数の透明ポリマ保護フィルムおよびガス透過（透水性ではない）フィルムの共積層体を備えることが好ましいが、これに限定されるわけではない。
【００４０】
水分解太陽電池は、裏面接触型太陽電池を含むことが好ましいが、これに限定されるわけではない。
【００４１】
一形態例では、上記裏面接触型色素増感太陽電池は、多層共集合体を間に挟む２つの透明ポリマフィルムの共積層体を備えることが好ましいが、これに限定されるわけではない。多層共集合体は、電極が互いに接触しない多層構造内に以下の要素の共集合体を備えることが好ましいが、これに限定されるわけではない。
【００４２】
（Ｉ）ＴｉＯ２層が堆積および焼結された後、適当な集光色素（例えば、限定されないが、トリス（２，２’−ビピリジル）ルテニウム（ＩＩ）過塩素酸塩）をＴｉＯ２層に吸収させた多孔性のチタニウムホイル微細電極
（ＩＩ）セルガードＰＰまたはＰＥ分離膜（セルガードＬＬＣ社）または３Ｍ社製のグラスバブルズ（３Ｍ（登録商標）グラスバブルズｉＭ３０Ｋ）を含み得るスペーサ、および
（ＩＩＩ）チタニウムホイル対向微細電極。
【００４３】
集合体全体は、３つの側面に積層された後、色素増感太陽電池において必要とされるＩ−／Ｉ３−結合を含む適当な溶媒に埋め戻されることが好ましいが、これに限定されるわけではない。上記溶媒は、アセトニトリル、グルタロニトリル、メトキシプロピオニトリル、またはバレロニトリルであってもよいが、これに限定されない。積層体に用いられるポリマシートは、デュポン社製のサーリン、ポリカーボネート、および／またはポリエステルであってもよいが、これに限定されない。
【００４４】
しかしながら、水分解太陽電池の応用の一形態例では、上記の（Ｉ）で記載した作用電極は、クバン水酸化触媒を含むポリマナフィオン層でコーディングされることによって、さらに精緻化される。一処理例は、国際特許公報第２００８／１１６２５４号（名称「水酸化触媒」）に記載されている。この文献は、相互参照によって本書に含まれる。
【００４５】
あるいは、上記の（Ｉ）で記載した作用電極は、AngewandteChemie, International Edition (2008)，４７巻，７３３５ページ（名称「持続した水酸化光触媒作用・・・」）、またはJournal of the American Chemical Society (2010)，１３２巻，２８９２ページ（名称「太陽駆動の水酸化・・・」）に載っている刊行誌で用いられた方法、触媒、および色素を用いてもよい。これらの文献は、相互参照によって本書に含まれる。必要に応じて、集合体における２つの電極に外部電圧を印可してもよい。集合体における対向電極は、上記の電極（ＩＩＩ）または導電ポリマ複合材料でコーティングされた同様の導電表面を備えていることが好ましいが、これに限定されるわけではない。当該導電表面は、例えばAdvanced Materials (2010)，２２（１５）巻，１７２７ページ（名称「水素生成用導電ポリマ複合材料」）に開示された種のものである。
【００４６】
〔図面の簡単な説明〕
以下では、本発明の実施形態について、限定されない例および添付の図面を用いて単に説明する。
【００４７】
図１は、ポリマシートまたはポリマフィルムに凹部をエンボス加工またはインプレス加工する方法を示す概略図である。
【００４８】
図２は、実施形態の例における共通部分および一般的な方法を示す概略図である。
【００４９】
図３は、エレクトロクロミック装置の概略図である。
【００５０】
図４は、裏面接触型色素増感太陽電池の概略図である。
【００５１】
図５は、固体色素増感太陽電池を組み立てる方法を示す３つの概略図（ａ）〜（ｃ）を備える。図５（ａ）は、電池を組み立てる前に作用電極を用意する状態を示している。図５（ｂ）は、組み立てる前に対向電極を用意する状態を示している。図５（ｃ）は、積層処理中に最終的な固体色素増感太陽電池を作り出すために様々なサブユニットを組み立てる方法を示している。
【００５２】
図６は、２つの概略図であり、（ａ）は、水を二酸素Ｏ２に酸化させることが可能な触媒を組み込むための裏面接触型太陽電池（図４に示した種のもの）における作用電極の変形を示す図であり、（ｂ）は、水を二水素Ｈ２に還元することが可能な触媒を組み込むための電池における対向電極の変形を示す図である。
【００５３】
図７は、水分解色素増感太陽電池を製造する方法の例を示す概略図である。
【００５４】
図８は、使用され得る電気接続の様々な例を示す概略図である。
【００５５】
図９は、セル内の液体または気体を移動させるために使用され得るミクロ流体配管のいくつかの例を示す概略図である。
【００５６】
図１０は、無電解ニッケルメッキによってコーティングした前後の波状（すなわち、二対壁）プラスチックシートの例を示す概略図である。
【００５７】
図１１は、ニッケルメッキ二対壁シート構造を備える電解モジュールを示す概略図である。
【００５８】
図１２は、密封されたポリマ電気分解装置が製造され得る処理の例を示す概略図である。
【００５９】
図１３は、ポリマ電気分解装置の一部の代替例を示す概略図である。
【００６０】
図１４は、太陽駆動または太陽アシストの水電気分解装置で使用するための透明壁を含む二対壁型ユニットの製造方法を示す概略図である。
【００６１】
〔実施形態の詳細な説明〕
好適な実施形態または複数の実施形態の内容をより詳細な理解を提供するために、例示の目的で示した以下の形態について説明する。実施形態の例の特徴を説明するために組み込まれた図面では、図面全体に渡って同様の部分を特定するために同様の参照番号を用いる。
【００６２】
〔例１：実施のための一般的な方法〕
図１は、適当な凹部がポリマフィルムにエンボス加工またはインプレス加工され得る一般的な方法を示している。１２０に示すように、ポリマフィルム１１０は、適当な表面浮彫構造または凸部を含む打ち出しローラの間を通され、その結果、高圧下であり、可能な限り加熱されている状態で少なくとも１つの凹部１３２、へこみ、窪み、または空洞等が、エンボス加工またはインプレス加工されたポリマフィルム１３０に与えられる。特定用途のために必要であるならば、複数の凹部をポリマフィルム１３０に設けてもよい。なお、凹部の特定の幾何学形状または外形は変更可能であり、図示された凹部１３２の特定の外形は単に例示を目的としたものである。
【００６３】
例えば、エンボス加工またはインプレス加工中に形成される等、特徴は凹部内に設けるか、凹部の一部として一体化されてもよい。このような特徴は、支柱、くぼみ、別の凹部、壁、凸部、および／または突起等を含んでいてもよい。特徴は、凹部においてユニットまたはサブユニットを保持、固定、または配置するのをアシストするために使用され得る。
【００６４】
図２は、実施形態の例の一般的な方法を概略的に示している。以下の要素およびサブユニットは、積層体１７０を形成するために積層ローラの間を同時に通ることにより共積層される：
（１）（層１）：凹部を（任意に）含まないが故、断面形状１１１を有する透明ポリマフィルム１１０
（２）（層２）：断面形状１４１を有する薄電極１４０であって、限定されないが、以下を備え得る薄電極１４０：
ａ．Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｌ、またはＡｕのホイル等の金属ホイル；または
ｂ．導電性の透明ＥＬＧクラスインクまたはノルコート株式会社（米国）製の不透明ＥＬＧクラスインク等のプリントされた導電層；または
ｃ．Ａｌ、Ｐｔ、またはＡｕの層等の堆積された金属導電層；または
ｄ．インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）層等の堆積された透明導電層；または
ｅ．導電ポリマ層等のプリントまたは堆積された導電層；
（３）（層３）：電極１４０および１６０を分離する結果、短絡を防ぐために使用されるスペーサ層またはスペーサ１５０。このようなスペーサの例には、リブ、エンボス構造、ビーズ、またはボール等が含まれるが、これらに限定されない。さらに具体的には、スペーサ層は、セルガードＰＰまたはＰＥ分離膜（セルガードＬＬＣ社）、または３Ｍ社製のグラスバブルズ（３Ｍ（登録商標）グラスバブルズｉＭ３０Ｋ）であってもよいが、これに限定されない；
（４）（層４）：断面形状１６１を有し、限定されないが、上述した（２）ａ〜ｅに記載した物質のいずれかを備え得る薄対向電極１６０；
（５）（層５）：少なくとも１つの凹部を有するためにエンボス加工またはインプレス加工されたポリマフィルム１３０であって、模範的な断面形状１３１を有し、上述した（２）〜（４）の電極およびスペーサを収容し得るポリマフィルム。
【００６５】
したがって、水分解装置等の光変調電気装置を製造する方法が提供される。上記の方法は、単一積層工程として、ポリマフィルム１３０（すなわち、第１ポリマフィルム）に設けられた凹部内に少なくとも部分的に光変調電気装置（例えば、微細電極１４０、スペーサ層１５０、または薄対向電極１６０のサブユニットによって構成される）を配置する工程を含んでいる。単一積層工程の一部として、透明ポリマフィルム１１０（すなわち、光透過ポリマフィルム）は光学変調電気ユニットを覆うようにポリマフィルム１３０に固定される。
【００６６】
図２の上部右手の詳細は、これらの層各々を単一積層装置または製品に与わせる物理的な方法を示している。それぞれの層は、一般的に連続的に自身のローラから剥がされ、重ね合わされる（すなわち、単一積層体１７０に積層される）。層を積層または固定する方法は、（ｉ）効果的に上部および下部ポリマシートを互いに溶け合わす（すなわち、熱間圧延積層技術を適用することによる）工程、または（ｉｉ）効果的に上部および下部ポリマシートを互いに接着する（すなわち、最適な接着剤の適用および仲介による；接着剤は、圧力、熱、光、または他の最適な方法によって活性化される）工程等、いかなる周知の方法を含んでいてもよい。積層体に影響を及びすために接着剤が使われる場合、ここに記載されている技術、ならびに本書で提供されている他の例のすべては、積層体に含まれる該当するポリマフィルムとサブユニットとの間の接着剤コーティングの結合を含むために概して適合されていると理解されるべきである。
【００６７】
積層工程に続いて、最後のフィルムは、模範的な断面形状１８０を有している。図面を用いて、最後のフィルムの断面形状１８０は、凹んだ断面形状１３１において、スペーサ層１５０によって下部電極１６１から分離された上部電極１４１が下に横たわっている上部透明層１１１の断面形状を含んでいる。電極の一方は、光変調装置の作用電極であり、他方は、光変調装置の対向電極である。
【００６８】
任意に、電極１４０、スペーサ層１５０、および対向電極１６０を含む凹んだチャンバは、凹部によって形成された、または少なくとも部分的に形成されたチャンバに導かれる液体電解質、または積層工程の前、間、または最中に凹部自身に導かれる液体電解物を含んでいてもよい。
【００６９】
いくつかの例において、透明フィルムおよびエンボス加工（すなわち、インプレス加工）されたフィルムの順序は変更可能である。例えば、エンボス加工されたフィルムは上側の層として配置され得、透明フィルムは下側の層として配置され得る。その上、一方もしくは両方のフィルムは、少なくとも１つの凹部を提供するためにそれぞれエンボス加工され得る。このようにして、水分解電池等の光変調電気ユニットは、両方の層が電気ユニットを収容するための凹部を有するために、透明ポリマフィルムに設けられた別の凹部に少なくとも部分的に嵌合してもよい。
【００７０】
ポリマ積層体内に密封されている間、上部および下部電極１４０，１６０は、外側に伸びる積層体内の電気接続の存在によって、外側の電気回路に電気的に接続されるように概ね配置される。
【００７１】
任意に、凹んだチャンバは、１つ以上の上部または下部電極が積層ポリマフィルムにくっつくのを妨げることにより、電極に液体電解質が移動するのを可能にするために、内臓スペーサ素子を収容するテーラードプロファイルを有していてもよい。
【００７２】
〔例２：エレクトロクロミック装置の組み立て〕
本例は、例えば国際公開公報第２００７００２９８９号（名称「充電導電媒体」）に開示されている種等のエレクトロクロミック装置の組み立ての改良方法を説明している。この文献は、相互参照によって本書に含まれる。
【００７３】
図３は、エレクトロクロミック装置を製造するための方法を示している。ＰＶＤＦ膜１９１１の両面は、例えばＡｇ、Ｐｔ、またはＩＴＯ等の導電層によってコーティングされている。上部導電層１９１３は、作用電極であり、下部導電層は、対向電極である。上部導電層１９１３（作用電極）の表側は、ＰＰｙ、ＰＥＤＯＴ、またはＰＡＮＩ等であり得る導電ポリマ層１９１２によって重ね刷りされている。下部導電層１９１４（対向電極）は、例えばＰＥＤＯＴ等の異なる導電ポリマ１９１５によって重ね刷りされている。得られるサブ集合体は、図３の１９０に示される。サブ集合体１９０は、断面形状１１１を持つ透明ポリマフィルム１１０と、断面形状１３１を持つ、エンボス加工されたポリマフィルム１３０と共集合された後、積層体１７０を形成するために積層される。得られるフィルム２００は、図示されているような模範的な断面形状を有する。フィルム２００は、断面形状１３１を持つ凹んだ下部ポリマフィルムと挟む上部透明ポリマフィルム１１１を含んでいる。凹部は、導電性ポリマ層１９１２が堆積された上部作用電極１９１３と、第２導電ポリマ１９１５が堆積された下部対向電極１９１４とによって挟まれたＰＶＤＦ膜１９１１を含む。上部電極および下部電極は、様々な型のコネクタの使用および存在により、外部回路に接続可能である。
【００７４】
適度な電圧（例えば、１〜２Ｖ）が電極間に印加されると、導電性ポリマは以下に準じて色を変える：
−ＰＰｙ：黄色から青、またはその逆
−ＰＥＤＯＴ：青から空色、または逆
−ＰＡＮＩ：青から緑、または逆
〔例３：英面接触型色素増感太陽電池の組み立て〕
図４の上部の手順は、裏面接触型色素増感太陽電池における作用電極に対する前処理方法を示している。図４の下部の概略図は、裏面接触型色素増感太陽電池を組み立てる工程を示している。
【００７５】
図４の上部の手順を参照：
断面２１１を有する薄い多孔性チタニウムホイル１４０は、工程２１４に示すようなＴｉＯ２層に浸漬コーティングまたはプリントされる。コーティングされたホイル上のＴｉＯ２は、次に工程２１５において熱によって焼結される。焼結後、ホイルはＴｉＯ２層２１２にコーティングされた断面形状２１１を有する。ホイルは、次に工程２１６において、一連の層の間にスペーサが設置された状態で巻き上げられる結果、巻き上げられている分離したホイル２１７をもたらす。この分離したホイル２１７は、例えばルテニウム（ＩＩ）トリス（２，２’−ビピリジル）過塩素酸塩等の適当な色素の溶液を含む槽２１８に設置され、工程２１９において浸漬させられる。一定時間（例えば、２４時間）浸漬した後、ＴｉＯ２層は色素を大量に吸収している。ホイル２１７は、その後槽２１８から取り出され、洗浄されて、乾燥し、広げられることにより、色素層が吸収されたＴｉＯ２層２１２がコーティングされたチタニウムホイル２１１を含み、断面構造１９１を有する作用電極２１０が提供される。
【００７６】
図４の下部の概略図を参照：
以下の５層共集合体は、以下に示す手順（上から下）で形成され、図４に示すように積層される。
−（層１）：断面構造１１１を有する上部透明ポリマシート１１０
−（層２）：断面形状１９１を有する上部作用電極２１０（色素層２１３が吸収された焼結ＴｉＯ２２１２がコーティングされたチタニウムホイル２１１を含む）
−（層３）：スペーサ層１５０
−（層４）：断面２２１を有する未使用のチタニウムホイルを備える下部対向電極２２０
−（層５）：凹部および断面形状１３１を有するエンボス加工された下部ポリマフィルム。
【００７７】
上記の共集合体は、必要なＩ−／Ｉ３−結合を含む液体電解質を含んでいる状態で積層体１７０を形成するために積層されることにより、断面構造２３０を有するポリマフィルムを形成する；すなわち
−裏面接触型太陽電池が嵌合するエンボス加工された凹部を含む下部ポリマフィルム１３１を間に挟む上部透明ポリマフィルム１１１。組み立てられた裏面接触型太陽電池は、以下の構造を有している：
○適当な色素２１３でコーティングされたＴｉＯ２層２１２によってコーティングされた上部電極２１１
○電極を分離し、短絡を防ぐためのスペーサ１５０
○対向電極として作用する下部電極２２１
○エンボス加工された凹部内にあり、かつスペーサ素子および電極の周囲にある液体電解質
太陽光が照明されると、積層裏面接触型太陽電池は、２つの電極の間に電圧を生成する。接続素子によって２つの電極に接続された外部回路は、裏面接触型太陽電池に対する太陽光の影響を受けて電流を生成する。
【００７８】
太陽電池の積層ポリマ構造は、大容量および低コストの大量生産を行うことができる。積層ポリマ層は、太陽電池を保護すると共に、その寿命を延ばす。
【００７９】
積層ポリマフィルムは、例えばＤｕ  Ｐｏｎｔ社製のＳｉｒｌｙｎ、ポリカーボネート、またはポリエステルであってもよい。電解質中の液体は、例えばアセトニトリル、グルタロニトリル、メトキシプロピオニトリル、またはバレロニトリルであってもよい。
【００８０】
積層工程は、後に液体電解質が導入される３つの側面を最初に積層する工程と、その後、４番目の側面を積層する工程とを含んでいてもよい。あるいは、液体電解質は、積層の直前に、積層ポリマフィルム内に液体電解質を捕捉するように構成された凹んだ空洞に導入されてもよい。
【００８１】
〔例４：固体色素増感太陽電池の組み立て〕
本例は、例えばLangmuir （２０１０），２６（３）巻，１４５２ページ（名称「固体色素増感太陽電池用の可撓性および圧縮性のあるゴルテックス−ＰＥＤＯＴ膜電極」）に開示された種の固体色素増感太陽電池の組み立て方法の改良について説明する。この文献は、相互参照によって本書に含まれる。
【００８２】
図５（ａ）は、最終的な組み立ての前に、固体色素増感太陽電池の作用電極サブユニットの前処理を示している。例えば、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）またはノルコート社製のＥＬＫシリーズの透明導電性インク等の透明導電層にコーティングされたポリマシート２４０は、断面形状２４１を有する。シートは、工程３００において、特別に考案されたＴｉＯ２ペーストで浸漬コーティングまたはプリントされる。その後ペーストは、ナノ微粒子ＴｉＯ２コーティング２４１２を生成するために、熱または圧力を使用して焼結される。得られるシートは、断面形状２４２を有しており、一連のシート各々の間に小さな隙間が存在するのを確保しつつ巻き上げられる（工程３１０において）。得られた、巻き上げられたシート３２０はその後、コーティング溶液を含むドラム缶のような容器３３０に配置される。当該容器３３０では、まず適当な集光性色素の吸着によってコーティングされ、その後にＰＥＤＯＴ層の電気コーティングが行われる。工程３４０は、この処理の間にドラム缶３３０内の巻き上げられたシート３２０を示している。工程３４０の終了後、シートはドラム缶から取り除かれ、乾かされ、広げられる。得られたシート２５０は、断面形状２４３を有することになり、焼結したＴｉＯ２層２４１２でコーティングされた後、ＴｉＯ２色素ＰＥＤＯＴ層２４１３にコーティングされた透明導電層２４１１を有する透明ポリマシートを備える。
【００８３】
図５（ｂ）は、最終的な組み立て前に、固体色素増感太陽電池の対向電極サブユニットの前処理を示している。基体２５１は、例えば低電力プラズマ重合を使用してポリ（無水マレイン酸）を約１０ｎｍコーティングしたゴルテックス膜である。得られるプラズマ処理されたゴルテックス膜は、断面形状２５１１を有する。工程４００において、膜は、シート抵抗を減らすために、金、チタニウム、またはニッケルの層（約４０ｎｍの厚さ）でスパッタコーティングされる。ゴルテックス電極は、２５２で示されてものであり、断面形状２５１２を有する。当該ゴルテックス電極は、金、チタニウム、またはニッケルの層でコーティングされた初期プラズマ処理された膜２５１３を備えている。次のステップ４１０において、膜２５２の片側には、ＰＥＤＯＴの気相重合が施される。ゴルテックス膜２５３の最終的な形態は、断面形状２５２５を有しており、ＰＥＤＯＴ層２５１６によってコーティングされた金、チタニウム、またはニッケルの層２５１４でコーティングされた、プラズマ処理されたゴルテックス基材２５１３を含む。
【００８４】
図５（ｃ）は、固体色素増感太陽電池の最終的な組み立てを示している。４層の共集合体は、下記の通りに作られ、積層される（図５（ｃ）に示すように、上から下の順）。
−（層１）：断面構造１１１を有する上部透明ポリマシート１１０
−（層２）：断面形状２５１５を有する上部対向電極２５３（金、チタニウム、またはニッケルの層２５１４で上からコーティングされた後、さらにＰＥＤＯＴ層２５１６でコーティングされた、初期プラズマ処理されたゴルテックス基材２５１３を含む）
−（層３）：断面形状２４３を有し、色素およびＰＥＤＯＴ層２４１３が堆積された焼結ＴｉＯ２２４１２でコーティングされた透明導電層２４１１でコーティングされた透明ポリマ基材を備える下部作用電極２５０
−（層４）：断面形状１３１を持つ凹部を備えるエンボス加工された下部ポリマフィルム
なお、集合体の層２および層３の間にはスペーサがない。その代わりに、これらの層は、積層処理によって互いに圧縮されている。この処理の主要な利点はは、ゴルテックスが高い圧縮性を有しており、その結果、層２および層３の間に良好な電気接触を確保することである。集合体内は完全に固体であり、その内部には液体電解質は存在しないことが好ましい。
【００８５】
最終的な集合体は、断面形状４５０を有している。集合体は、下部ポリマシート１３１に積層された上部ポリマシート１１１を備えている。下部ポリマシートにおける凹部内にあるのは、対向電極（焼結ＴｉＯ２２４１２および色素とＰＥＤＯＴとの層２４１３でコーディングされた透明導電シート２４１１を備える作用電極に向かって押し付けられ、導電金属層２５１４およびＰＥＤＯＴ層２５１６コーティングされた、プラズマ処理されたゴルテックス２５１３）を備える固体色素増感太陽電池である。
【００８６】
太陽光が照明されると、積層固体太陽電池は、２つの電極の間に電圧を生成する。
【００８７】
太陽電池の積層ポリマ構造は、大容量および低コストの大量生産を行うことができる。積層ポリマ層は、２つの電極に必要な圧縮を与える。積層ポリマ層はさらに、太陽電池を保護すると共に、その寿命を延ばす。  〔例５：水分解太陽電池の組み立て〕
本例は、例えば国際公開第２００８／１１６２５４号（名称「水酸化触媒」）に開示された種等の水分解太陽電池の組み立て方法の改良について説明する。この文献は、相互参照によって本書に含まれる。この例は、AngewandteChemie, International Edition (２００８)，４７巻，７３３５ページ（名称「持続可能水酸化触媒作用・・・」）、Journal of the American Chemical Society (２０１０)，１３２巻，２８９２ページ（名称「太陽駆動水酸化・・・」）、およびChemistry and Sustainability, Energy and Materials (２０１０)（名称「バイオインスパイアードマンガン触媒に基づく直列の水分解装置」）において酸素生成のために使用された方法の改良についても説明する。この例はさらに、Advanced Materials (２０１０)，２２（１５）巻，１７２７ページ（名称「水素生成用導電性ポリマ複合材料」）において水素生成のために使用された方法の改良についても説明する。
【００８８】
図６（ａ）は、組み立て前に水分解太陽電池の酸素生成用作用電極を形成するために用いられるサブユニットに好適に適用される工程を示している。工程５００に示すように、断面形状１９１を有するコーティングされたチタニウムホイル２１０には、適当な水酸化触媒が組み込まれたデュポンポリマナフィオン５１０の薄層が上からプリントされている。
【００８９】
図３に示すように、断面形状１９１を有する、コーティングされたチタニウムホイル２１０は、適当な集光性色素層２１３が吸収された焼結ＳｉＯ２層２１２がコーティングされた薄い多穴性チタニウムホイル基材２１１を備えている。工程５００の実行を経て、コーティングされたチタニウムホイル５２０は、断面形状５３０を有し、前に堆積された層２１２〜２１３が適当な水酸化触媒を含むナフィオン５１０の追加層によってコーティングされたことになる。適当な水酸化触媒、およびそれらに対応する集光性色素、ならびにそれらをナフィオンに組み込む方法の例は、AngewandteChemie, International Edition（２００８），４７巻，７３３５ページ（名称「一様の水酸化触媒作用・・・」）に開示されたバイオインスパイアードマンガン酵素結合、およびJournal of the American Chemical Society（２０１０），１３２巻，２８９２ページ（名称「太陽駆動水酸化・・・」）に開示された色素および触媒の組み合わせを含んでいる。これらの文献は、相互参照により本書に包含される。作用電極のいろいろな他の物理的構成を使用してもよい。
【００９０】
図６（ｂ）は、組み立て前に水分解太陽電池の水素生成用対向電極を形成するために使用され得るサブユニットに対して、好適に適用される処理を示している。断面形状２２１を有する薄い未使用チタニウムホイル２２０は、例えばAdvanced Materials （２０１０），２２（１５）巻，１７２７ページ（名称「水素生成用導電ポリマ複合材料」）に開示されている種等の、ＰＥＤＯＴおよびＰＥＧ（ポリエチレングリコール）を備える複合コポリマ２２２によってコーティングされる。この文献は、相互参照により本書に包含される。得られる対向電極２２４は、チタニウムホイル２２１上を覆うＰＥＤＯＴ−ＰＥＧ層２２２を備える重層構造２２３を有することになる。
【００９１】
図７は、例えば作用電極および対向電極を含む水分解太陽電池またはユニットの単一太陽水分解装置への組み込みを示している。１１個の層集合体は、工程１７０（図７）において積層されるが、他の層数であってもよい。特定の例では、集合体は以下の個々の層（上から下に順に記載されている）を備えている
−（層１）：断面形状１３１に示されているように、エンボス加工またはインプレス加工された凹部を含む上部（すなわち、第１）透明ポリマフィルム１３０
−（層２）：上部ポリマシート１３０をスペーサ層１５０下のガス透過膜６００から分離するスペーサ層１５０
−（層３）：断面構造６１０を有する不透水性の薄いガス（酸素）透過膜または層６００
−（層４）：上部電極５２０を上部電極５２０上のガス透過膜６００から分離するスペーサ層１５０
−（層５）：図６（ａ）に示したように前処理された、コーティングされたチタニウムホイル作用電極５２０（すなわち、断面形状５３０を有し、色素層２１３が吸収されたに焼結ＴｉＯ２２１２でコーティングされた後、適当な水酸化触媒を含むナフィオン層５１０でコーティングされた薄い多穴性チタニウムホイル２１１を含む）。作用電極５２０は、正しく動作している場合、酸素ガスを生成する
−（層６）：作用電極５２０と対向電極２２４とを分離し、短絡を防ぐスペーサ層１５０
−（層７）：図６（ｂ）に示すＰＥＤＯＴ−ＰＥＧ複合材料でコーティングされ、断面２２１を有する未使用チタニウムホイルからなる対向電極２２４。対向電極、正しく動作している場合、水素ガスを生成する
−（層８）：対向電極２２４を対向電極２２４下に横たわるガス透過膜６００から分離するスペーサ層１５０
−（層９）：断面構造６１０を有する不透水性の薄いガス（水素）透過膜または層６００
−（層１０）：下部ポリマフィルム１３０をスペーサ層１５０上のガス透過膜６００から分離するスペーサ層１５０
−（層１１）：断面形状１３１に示されるエンボス加工またはインプレス加工された凹部を含む下部（すなわち、第２）ポリマフィルム１３０
上述した共集合体は、積層１７０を生成するために積層されると共に（図７）、中央マイクロ流体キャビティ７２０に電解質として水を含有する。生成ラミネートのマイクロ流体配管には、水分解装置内に供給される水を連続して流す導管が含まれていることが好ましい。装置内の水電解質が最適な圧力下に保持されることにより、水分解装置の動作時における酸素の気泡の発生（作用電極において）および水素の気泡の発生（対向電極において）を防ぐことができる。気泡の発生が理想的に防がれているにも拘わらず、ガスは継続して生成されており、溶存種として水電解質を飽和させる。
【００９２】
生成ラミネート１７０は、以下の３つに区別されたマイクロ流体キャビティを備える模範的な断面構造７００を持つ：
−ラミネートのマイクロ流体配管内の適当な導管を介して、電解質として水が連続的（あるいは、潜在的に定期的）に供給されるキャビティ７２０。
−水分解時に、作動電極５２０の上部で生成された酸素ガスが搬送され（薄膜６１０を介して）、持ち出されるキャビティ７１０。ラミネートのマイクロ流体配管に、キャビティ７１０を介して装置外に供給される酸素ガスを連続して流し、生成された酸素を回収するための導管が含まれていることが好ましい。（作動電極５２０の上部には、層２１１，２１２，２１３，５１０が含まれる。）
−水分解時に、対向電極２２４の上部で生成された水素ガスが搬送され（薄膜６１０を介して）、持ち出されるキャビティ７３０。ラミネートのマイクロ流体配管に、キャビティ７３０を介して装置外に供給される水素ガスを連続して流し、生成された水素を回収するための導管が含まれていることが好ましい。（対向電極２２４の下部には、層２２１，２２２が含まれる。）
以上のようにして製造された装置の側断面７００は、以下の（ｉ）および（ｉｉ）を備える：
（ｉ）透明の上部凹型ポリマフィルム１３１および下部凸型ポリマフィルム１３１。両フィルム１３１は、水分解太陽電池（例えば、水分解裏面接触型太陽電池等）を間に含む２つの凹型ガス透過性薄膜を挟む。これらの各部材間は、最適なスペーサ層またはスペーサによって分離されている。このようなスペーサ層またはスペーサの例として、リブ、エンボス加工された構造体、ビーズ、またはボール等が挙げられるが、これらに限定されるわけではない。さらに具体的には、スペーサは、セルガードＰＰまたはＰＥ分離薄膜（セルガードＬＬＣ）あるいは３Ｍ社製のガラス玉（３Ｍ（登録商標）グラスバブルズｉＭ３０Ｋ）であってもよいが、これらに限定されるわけではない。含まれる水分解裏面接触型太陽電池の断面構造は、以下の５つの部材を備える（上から下の順に）：
・水分解裏面接触型太陽電池と残りの部材とを分離するための上部スペーサ層。
【００９３】
・正常動作時に水電解質から酸素ガスを生成する上部作動電極５２０。作動電極５２０は、図６（ａ）に示すように、ＴｉＯ２層２１２でコーティングされた後、最適な染料２１３でコーティングされ、その後ナフィオン層５１０でコーティングされたチタンホイル２１１を備える。ナフィオン層５１０は、最適な水酸化触媒を備える。
【００９４】
・水分解裏面接触型太陽電池の作動電極および対向電極を分離し、短絡を防ぐためのスペーサ層１５０。
【００９５】
・対向電極として機能し、正常動作時に水電解質から水素ガスを生成する下部対向電極２２４。電極２２４は、図６（ｂ）に示すように、ＰＥＤＯＴ−ＰＥＧ混合物２２２でオーバーコーティングされた薄いチタンホイル２２１を備える。
【００９６】
・水分解裏面接触型太陽電池と残りの部材とを分離するための下部スペーサ層。
【００９７】
（ｉｉ）ガス透過性薄膜６１０によって上部および下部が包囲され、凹部またはキャビティ７２０内に流れる液体電解質。
【００９８】
上部（すなわち、第１）ポリマフィルム１３０および下部（すなわち、第２）ポリマフィルム１３０の双方は、透明であってもよい。さらに、他の例によれば、上部（すなわち、第１）ポリマフィルム１３０および下部（すなわち、第２）ポリマフィルム１３０のうち一方のみが凹型に形成され、他方は凹型に形成されていなくてもよい。
【００９９】
（実施例６：電気接触の種類）
ラミネート内で電極に接続する外部電気接続部が必要である。図８は、最適な外部電気接触部の例を示す図である。図８の上部の概略図は、様々な装置例における下部電極との外部電気接触部を提供するために適用し得る挿入部を示している。図８の中部の概略図は、様々な装置例における上部電極との外部電気接触部を提供するために適用し得る挿入部を示している。挿入部として提供可能なこれらの電極は、導電する部分的な表面領域と、絶縁する部分的な表面領域とを有していてもよい。
【０１００】
図８の上部の概略図を参照する。
【０１０１】
ラミネートに組み入れる装置における下部電極が露出した金属あるいは導電材料（実施例１で示した材料等）からなる場合、８３０および８４０で示した積層化処理により、集合体に挿入部８１０が含まれていてもよい（ここで、８００がラミネートの上部ポリマフィルムであり、８２０が下部ポリマフィルムである）。挿入部８１０は、薄い金属または導電材料から構成されていてもよい。この際、導電表面８１１は両端部において露出しており、他の領域８１２は絶縁体によってコーティングされ絶縁されている。図８の上部の概略図で示したような、実施例１で説明した種類の集合体に含める場合、露出した下部導電領域８１１は押されて、下部プラスチックシートの凹部８２０に組み入れられている装置の露出した下部導電電極と必然的に密接に接触する。しかし、挿入部８１０の露出した上部領域８１１（“Ｌ”と印がつけられている）は、ラミネートの外部に位置する。そのため、外部電気接触部は、露出した上部導電領域８５０（“Ｌ”と印がつけられている）と、下部ポリマシートの凹部８３０に組み入れられている装置の下部電極との間に生成される。絶縁領域８１２により、この電気接続部が、凹部８３０に組み入れられた装置の上部電極と短絡しないように守られている。
【０１０２】
図８の中部の概略図を参照する。
【０１０３】
ラミネートに組み入れられる装置の上部電極が露出した金属あるいは導電材料（実施例１で示した材料等）からなる場合、８７０および８８０で示した積層化処理により、集合体に挿入部８６０が含まれていてもよい（ここで、８００がラミネートの上部ポリマフィルムであり、８２０が下部ポリマフィルムである）。挿入部８６０は、薄い金属または導電材料から構成されていてもよい。この際、導電表面８６１は両端部において露出しており、他の領域８６２は絶縁体によってコーティングされ絶縁されている。図８の中部の概略図で示したような、実施例１で説明した種類の集合体に含める場合、露出した右側の導電領域８６１は押されて、下部プラスチックシートの凹部８２０に組み入れられている装置の露出した上部導電電極と必然的に密接に接触する。しかし、挿入部８６０の露出した左側の領域８６１（“Ｕ”と印がつけられている）は、ラミネートの外部に位置する。そのため、外部電気接触部は、露出した外部導電領域８９０（“Ｕ”と印がつけられている）と、下部ポリマシートの凹部８３０に組み入れられている装置の上部電極との間に生成される。絶縁領域８６２により、この電気接続部が、凹部８３０に組み入れられた装置の下部電極と短絡しないように守られている。
【０１０４】
図８の上部および中部双方の概略図を参照する。
【０１０５】
凹部８２０に組み入れられる装置の１つ以上の電極が、直接露出した導電表面を積層時に有していない場合、集合体が積層される前に、挿入部８１０または挿入部８６０は電極に物理的に取り付けられ得る。この取り付けには、電極の導電層と、挿入部８１０または挿入部８６０の露出した内部導電表面８１１または内部導電表面８６１それぞれとの直接的な電気接続を形成する方法を含む。例えば、挿入部は、導電接着剤によって電極の導電表面に接着されていてもよい。あるいは、挿入部は、電極の導電表面にはんだ付けされていてもよい。挿入部を接続した後は、集合体は通常どおりに処理を進める。得られる装置は、ラミネートの片側に露出した電気接触部８５０または電気接触部８９０を持つことになる。
【０１０６】
便宜上、ならびに電気短絡を防ぐために、上部電極接触部は通常装置の反対側の端部から下部電極接触部に挿入される。２つの挿入部は、例えば装置の上部および下部に含まれていてもよいし、装置の左部分および右部分に含まれていてもよい。
【０１０７】
図８の下部の概略図は、上記の方法で形成された電池の外部電気接触部と接続する方法を示している。電池は、図８の下部左側の概略図に示すように、「上から下に並べる（head-to-toe）」配置（直列接続）で配置されて接続されていてもよい。あるいは、電池は、「左右に並べる（side-by-side）」配置（並列接続）で配置されてもよい。
【０１０８】
（実施例７：電池内における液体およびガスの移動のための配管の種類）
水分解装置の実施形態例に含むことができる他の特徴は、電池内でガスまたは液体を移動させるためのマイクロ流体配管である。図９は、上または下にあるポリマシートをエンボス加工あるいはインプレス加工することにより、なおかつ／あるいは外部接続用のホース、パイプ、チューブ、またはノズル等を取り付けることにより形成されるマイクロ流体配管の例を示す図である。
【０１０９】
図９の上部の概略図は、液体およびガスの双方の移送に通常最適なマイクロ流体配管を示している。積層ポリマシート内にエンボス加工またはインプレス加工された凹部９１０は、接続用ホース９００によりラミネートの外側に接続されている。ホースは、図に示すように、通常は別々に成形され、エンボス加工された凹部内の孔にその後固定される。ホースは、孔に接着されてもよいし、機械的に詰め込まれてもよい。
【０１１０】
図９の下部の概略図は、ガスのみの移送に通常最適なマイクロ流体配管であって、エンボス加工またはインプレス加工されたスペーサユニット９２０またはスペーサユニット９３０が組み入れられたマイクロ流体配管を示している。この類の配管は、９２０または９３０のようなスペーサユニットを形成可能な表面リリーフ構成が組み入れられた、丁寧に仕立てされたエンボス加工染料を用いて形成してもよい。接続用ホース９４０は、ラミネートの外側と配管とを接続する。ホースは、図に示すように、通常は別々に形成され、エンボス加工された凹部内の孔にその後固定される。ホースは、孔に接着されてもよいし、機械的に詰め込まれてもよい。
【０１１１】
（実施例８：水分解装置の他の実施形態）
本例では、水分解太陽電池の他の実施形態について説明する。本例では、製造工程ならびに得られる装置は図７に示したものとは異なる。本例では、押出二対壁のプラスチックシート（以下、「二対壁シート」と称す）から用途はなる。当該押出二対壁のプラスチックシートは、二対壁に沿って、その間に周期的に間隔を空けて互いに離された一連の垂直スペーサまたはリブを持つ。
【０１１２】
シートは、ポリマから形成されていてもよく、特にポリプロピレンから形成されていることが好ましいが、他の種々のプラスチックを用いてもよい。具体例では、シートはポリプロピレン共重合体または高密度プリエチレンから形成されていてもよい。さらに、シートの異なる壁を異なる材料（例えば、導電ポリマ、非導電ポリマ、透明ポリマ、不透明ポリマ、またはこれらを組み合わせたもの）で形成することもできる。場合によると、本用途においてはシートの異なる壁を異なる材料で形成することが望ましいかもしれない。具体例では、押出二対壁のプラスチックシートは、コアレックスプラスチックス株式会社（オーストラリア）製のコアフルート（商標）またはフルートボード（商標）二対壁シート、あるいは他の製造業者から販売されている類似製品（時にプラスチック段ボールと称される）であってもよい。
【０１１３】
水分解装置のさらなる実施形態においては、二対壁を枠組みまたは骨組みとして用いてもよい。二対壁シートのリブまたはひだは、スペーサ（すなわち、スペーサ層）を提供する。本例においては、水分解装置を製造するために以下の工程を用いてもよい。
【０１１４】
（１）二対壁シートを製造または準備する工程。
【０１１５】
（２）二対壁シートに対して、コーティングを施すことによって、当該二対壁シートの内部（内側）表面の少なくとも一部分に導電金属（好ましくは、ニッケル等）の薄層を形成する工程。
【０１１６】
（３）形成された金属層（例えば、ニッケル層）を水電気分解（特にアルカリ性水電気分解）の電極として用いる。生成された酸素または水素の気泡は、二対壁シートの内部空洞（ガスを回収できる場所）へと誘導され、その内部に閉じ込められる。種々の適当な触媒（例えば、適当な溶着金属的導電層にコーティングされたＬｉＣＯ２Ｏ４）も適用し得る。
【０１１７】
（４）上述したように２つ以上の二対壁シートを組み合わせて、平面電気分解装置における対向電極または共通電極とすることにより、積み重ねた二対壁シートを水分解装置として用い得る。
【０１１８】
さらなるバリエーションでは、２つの異なるポリマを壁として二対壁シートを製造している間に、当該二対壁シートを押出してもよい。この際、一方の壁は予めニッケル等の金属がコーティングされた「導電性」ポリマであり、他方の壁はニッケル等の金属がメッキされていない「非導電性」透明ポリマである。これにより、一方の層（すなわち、外部ポリマ層または壁）が透明であり、他方の層（すなわち、外部ポリマ層または壁）が電極であるユニットが得られる。このようなユニットは、光が透明層を通って内部電極の表面に照射される太陽電池として用いることができる。生成されたガスは、二対壁シートの内部チャネルによって依然として回収される。
【０１１９】
したがって、二対壁シートの例である水分解装置では、装置の枠組みまたは骨組み（スペーサとして機能するリブまたはセパレータを含む）が最初に製造された後、内部構成部材／層が追加または組み込まれる。水分解装置の製造手順は変更してもよいし、装置内の層を塗布する順番も変更してもよい。予め組み立てられた枠組みまたは骨組み上に電極を形成してもよい。
【０１２０】
本例では、水から酸素ガスを生成するための第１電極と、水素ガスを生成するための第２電極とを含む水部瓜生装置を概ね提供する。第１電極および第２電極は、積層されている第１二対壁シートの第１外部ポリマ層（すなわち、壁）と第２二対壁シートの第２外部ポリマ層（すなわち、壁）との間に配置されている。第１二対壁シートまたは第２二対壁シートの一連のリブである少なくとも１つのスペーサ層が、第１外部ポリマ層および第２外部ポリマ層の間に配置されている。
【０１２１】
本例では、第１外部ポリマ層および第２外部ポリマ層の間に配置された２つ以上のスペーサ（第１二対壁シートの一連のリブおよび第２二対壁シートの一覧のリブ）が存在していると言ってもよい。この場合、第１外部ポリマ層（すなわち、壁）は酸素ガスのためのチャネルの少なくとも一部分を成し、第２外部ポリマ層（すなわち、壁）は水素ガスのためのチャネルの少なくとも一部分を成す。
【０１２２】
提供された水分解装置は、水分解のための多層装置（電極および少なくとも１つのスペーサ層であるスペーサを含むプラスチックまたはポリマの外部壁）を依然として成している。
【０１２３】
特定の限定されない形態によれば、二対壁シートを適用した水分解装置のさらなる例について説明図を用いてより詳細に説明される。
【０１２４】
二対壁シートの例として、コレックスプラスチックス株式会社（オーストラリア）製のいわゆる「導電性」のコアフルート（商標）シート（Ｍ／Ｆ４．０ｍｍ  ７５０ｇｓｍ）が購入された。製造者によって提供された仕様書によると、二対壁シートは約３０重量％のカーボンブラックによってドープされたポリプロピレンによって構成されている。カーボンブラックの存在は、ポリマを弱導電性にする。このタイプの「導電性」のプラスチック段ボールは、静電気を最小限にする必要がある場合における包装に用いられる（例えば、電気部材の搬送時等）。同じような大きさのいくつかの非導電性コアフルート（商標）シートも購入された。
【０１２５】
コアフルート（商標）シートの例は、定期的に間隔が空けられた一連のプラスチックのリブによって互いに分離された２つのポリマの層を備えるプラスチック段ボール（すなわち、「二対壁シート」）である。リブは、外部の２つのプラスチックの層に垂直に横たわっている。さらにリブは、物質の長さに伸びるチャネルを生成する。図１０は、上述した「導電性」（Ｍ／Ｆ４．０ｍｍ  ７５０ｇｓｍ）のコアフルート（商標）シートの概略図を示す。本図に示すように、この模範的な物質においては、外部のプラスチックの層は約３ｍｍ分離されており、層間のリブは互いに定期的に約４ｍｍの間隔を空けられている。その結果、この物質は、連続して直線状に伸びる平行チャネルを備える蜂の巣構造となる。各チャネルは、３ｍｍ×４ｍｍの大きさを持ち、構造の長さに伸びる。
【０１２６】
コアフルート（商標）シートのサンプルには、無電解ニッケルメッキを施すために用いられる浸漬コーティング処理が施される。無電解ニッケルメッキは、ＡＢＳ（アクリロニトリルブタジエンスチレン）ポリマをニッケル薄層でコーティングするために用いられることで知られている。コーティングしたニッケル薄層上には、様々な金属加工が電解によって堆積される。ニッケル層は、その後の電界による堆積工程のために高導電性を示す表面を提供する。無電解ニッケルメッキの主要な利点は、以下の２つを含む；（１）メッキに電流を要さないこと―メッキ溶液に浸漬されることにより、ニッケルが純粋にメッキされるという意味で無電解である（メッキ層の厚さは、浸漬時間およびメッキ溶液の強さに依存する）、および（２）ニッケルは対象物（凸凹した表面の構造体も含む）上に極めて均一にメッキされること。
【０１２７】
無電解ニッケル処理は、２つの浸漬コーティング処理からなる上述したコアフルート（商標）シートの例の場合に用いられる。２つの浸漬コーティング処理の１つ目は、その後のニッケル堆積のための結晶化サイトを成すために、対象物の表面にまずパラジウムの微結晶が堆積されるいわゆる「パラジウムストライキ」であり、その後、２つ目の浸漬コーティングが無電解ニッケル溶液で行われる。
【０１２８】
試験では、「非導電性」のコアフルート（商標）シートの標準サンプルは、上述の処理を用いたニッケルコーティングに対して完全に耐久性を示した。上述の技術を用いてニッケルをシートの表面上に堆積させることができなかった。しかし、「導電性」のコアフルート（商標）シートのサンプルは、上述の処理例を用いて容易にニッケル層をコーティングすることができる。さらに、層の厚さは、コアフルート（商標）シートを浸漬する時間を変えることによって容易に変更することができる―その関係性は、Ａクラスメタルフィニッシャーズ社で用いられている無電解ニッケルコーティング溶液を用いた１分間の浸漬時間を経るごとにおよそ１μｍの厚さである。
【０１２９】
今までは、ポリプロピレン等、利用可能な官能基を表面に有さないポリマには、無電解メッキを用いてニッケルあるいは他の金属をコーティングすることができないというのが一般的な理解であった。しかし、驚くことにこのようなポリマであっても、ポリマ内に大量のカーボンブラックまたは他の導電粒子を組み入れる無電解技術を用いて「メッキ可能」にすることができることが判明した。
【０１３０】
さらに関係するのは、ニッケルは、アルカリ性水電気分解装置における陰極および陽極の双方の工業用標準電極材料を成すという事実である。このタイプの商業用電界装置では、ニッケルシートあるいはニッケルコーティングされたステンレススチールが幅広く用いられている。後者の場合、ステンレススチールは、この分野の電界装置において用いられている強アルカリ性環境（一般的に３〜６ＭのＫＯＨ）に耐え得るタイプである必要がある。
【０１３１】
コアフルート（商標）および他のプラスチック段ボール等の二対壁シートにおいて一般的にポリマとして用いられるポリプロピレンが、強アルカリ性溶液における分解に対して強い耐性を示すこともさらに関係する。従来では、ポリプロピレンは、強塩基性の環境条件において影響を受けないことが知られている。
【０１３２】
そのため、ニッケルコーティングされたポリプロピレンの二対壁シート（例えば、上述した「導電性」のコアフルート（商標）シートのニッケルコーティング）の組み合わせは、アルカリ性水電気分解に適用される「プラスチック」製電気分解装置モジュールの実現可能性を見出す。
【０１３３】
この可能性を判断するために、ニッケルコーティングされたコアフルート（商標）シートを、アルカリ性水電気分解における陰極および陽極として試験が行われた。２つのニッケルコーティングされたコアフルート（商標）シートを、１ＭのＫＯＨ水溶液を含むガラス槽内に互いに隣り合って配置（ただし、電気的接触しない位置に配置）した。２つの二対壁シートは、内部チャネルが上から下へ（左から右ではない）と伸びるように方向づけられた。
【０１３４】
図１１は、概念実証装置の実験的な構成を図示している。２つのニッケルコーティングされたコアフルート（商標）シート１０００を準備して、これらを図１１に示すように互いに対向させた。各二対壁シート１０００の対向面に一連の小孔１１００が開けられた。これらの孔は、２つの二対壁シートの電極間における電解質溶液の移動を可能にする必要がある。一実施形態で設けられている、ガスケットのような絶縁性のポリプロピレンのスペーサ１２００は、２つの二対壁シートの間に導入された。スペーサ１２００によって２つのシート１０００は分離され、当該２つのシート１０００上のニッケルコーティング同士が電気的に接触することに起因して生じる短絡が防がれる。スペーサ１２００は、２つのシート１０００に熱溶接されて、当該２つのシート１０００間の空間を囲って封止する。その後、集合体１３００全体は、０．１〜３ＭのＫＯＨを含む水溶液中に、図中の１４００の位置まで浸漬される。
【０１３５】
集合体１３００の二対壁シート１０００は、それぞれ別々にポテンショメータに接続された。この際、一方が陽極として接続され、他方が陰極として接続された。その後、２つのシート間に２〜４Ｖの電圧が印加された。この範囲内の電圧が印加されると、すぐに水素の気泡が陰極に生成され始め、酸素の気泡が陽極に生成され始める。電圧が印加される間（２４時間を超える時間）、ガス生成率ならびに測定電流（一定の加電圧下で測定）に大幅な下落が見られることなく気泡は生成され続けた。そして、電圧の印加が停止すると、ガスの生成が直ちに停止した。その後、再び電圧が印加されると、ガスの生成はすぐに再開された。
【０１３６】
上述した気泡は、ニッケルコーティングされた二対壁シート１０００の外側から容易に観測することができる。しかし、上から見た場合、外側よりも実質的に高い幾何学領域および電気化学領域を持つ、二対壁シートの電極の内部チャネルに大量の気泡が生成されているように見える。これらの気泡は、チャネルに誘導されて水溶性電解質溶液の水面にまで上昇する。各チャネルに上部には、泡のような気泡の層が生成される。ガス透過性であるが、不透水性のナフィオン膜１５００が内部チャネル上部の上に広げられて取り付けられる。これにより、気泡中のガスが、二対壁シートの内部チャネルにおける電解質溶液と分離される。得られる集合体１３１０によって生成されたガスは膜１５００を通る。
【０１３７】
したがって、二対壁シート１０００の内部チャネルには、内部にガスの気泡が生成され得、かつ内部チャネルを分離するスペーサ層が設けられている。分離する試みは、二対壁シートのサンプルにおける内部チャネルを適度に加圧できることを意味する。すなわち、二対壁シートのようなポリマの構造体が電気分解装置ユニットとして用いられる場合、適度な加圧下でガスが生成され、回収される可能性が高い。
【０１３８】
したがって、水から酸素ガスを生成するための第１電極と、水素ガスを生成する第２電極とが設けられている。第１電極および第２電極は、第１外部ポリマ層（すなわち、一方の二対壁シートの外側の壁）と、第２外部ポリマ層（すなわち、他方の二対壁シートの外側の壁）の間に配置されている。いずれか一方の二対壁シートのリブによって形成されている少なくとも１つのスペーサ層は、第１外部ポリマ層と第２外部ポリマ層との間に配置されている。
【０１３９】
二対壁シートの電極の性能をさらに最適化するために、ニッケルコーティング自体を、様々な触媒材料、または同じアルカリ性条件下あるいは弱アルカリ性条件下で触媒性能を向上させた材料で電気コーティングまたは他の方法でコーティングしてもよい。このような材料の例は、デンマーク大学化学科（ＫＩ／ＤＴＵ）、デンマーク大学燃料電池および固体化学科リソ国立研究所、およびＤＯＮＧエネルギーによって出版された「水電気分解の事前研究」（Ｒｅｐｏｒｔ  ＰＳＯ−Ｆ＆Ｕ  ２００６−１−６２８７）に説明されている。この研究は、Energinet.dkのデンマーク公務義務プログラム（ＰＳＯ）が資金を出しているプロジェクト６２８７「電気分解の事前研究」の主要部分を構成している。そのレポートが発行されて以後、様々な他の効果的な触媒（ヒドロゲナーゼおよび光化学系II光合成酵素内の活性部位を模倣する触媒までも含む）が発見されている。
【０１４０】
これらの結果に基づけば、いくつかの形態のポリマおよび／またはアルカリ性電気分解装置が可能である。図１２は、そのような電気分解装置の概略図を示している。集合体１３００は、二対壁シートのチャネル上部の上に貼り付けられたガス透過膜１５００を有している。膜の上部には、２つのポリマガス回収配管ユニット１６００が貼り付けられている。一方のガス回収配管ユニット１６００は、陰極（水素）１７００から上昇するガスのみを回収するように取り付けられている。他方のガス回収配管ユニットは、陽極（酸素）１７００から上昇するガスのみを回収するように取り付けられている。水溶性電解質溶液に浸漬されると、得られるユニット１３２０は、最適な電圧を印加された際に水素ガスおよび酸素ガスを生成する。ガスはそれぞれ別々に回収される。
【０１４１】
集合体１３２０の底部に水およびガス透過性ポリマ基材１９００を取り付けて貼り付けることによって、集合体１３２０を密封電池としてもよい。もし、図示しているように水注入口１８００を設けた場合、得られるユニットは水を導入することができ（注入口１８００を介して）、かつ陰極および陽極１７００で回収された水素および酸素を取り出すことができる密封電池となる。電池２０００は、電解質溶液に浸漬される必要がない。その代わり自身の内部に電解質溶液を完全に含んでいる。
【０１４２】
このタイプの密封電池２０００は、多量の水素および酸素を生成するために互いに直列または並列に接続することができるモジュールユニットである。さらに、密封電池は適度な圧力下でガスを生成するために加圧されてもよい。
【０１４３】
図１２の密封電池のバリエーションは、図１３の部分電池２０９０として図示されている。プラスチック製のスペーサ２０１０は、両端からリブ２０２０が突出している１つのポリマシートを含んでいる。スペーサ２０１０は、ポリマシートの長さに沿った小孔を有していてもよい。スペーサ２０１０の両端にあるリブ２０２０に対して、２つの金属フィルム２０３０が押し上げられている。フィルム２０３０は、例えばニッケルによって形成され得るが、他の金属あるいは導電体によって形成されていてもよい。さらに、フィルム２０３０は、ニッケル等の金属によってコーティングされた材料であってもよい。またさらに、フィルム２０３０ごとに異なる金属または導電材料が用いられていてもよい。フィルム２０３０は、他の触媒を含む表面コーティングによって装飾されていてもよい。２つのフィルム２０３０は、互いの間を水が移動するための小孔を有していてもよい。外部ポリマ筐体２０４０は、片側にリブを有し得、密封電池内に構成全体を挟むために用いられ得る。ガス回収配管および水注入バルブは、図１２に示しているものと同様にして設けることができる。
【０１４４】
二対壁シートのような構造体またはプラスチック段ボール構造に基づいたモジュラ水電気分解装置のさらなるバリエーションには、このタイプのソーラー駆動またはソーラー太陽アシストの水電気分解装置の製造が含まれる。
【０１４５】
図１４は、ソーラー駆動またはソーラーアシストの水分解に有益な二対壁シートをどのようにして製造するのか示している。二対壁シートは、一般的に垂直なリブ（２２００）を有するポリプロピレンシートを、当該ポリプロピレンシートの直上に押出された別のポリプロピレンシート２１００に隣接した位置に押出して製造される。２つの構成シート２１００，２２００は、押出器から取り出されると、まだ熱いうちにすぐに互いに積み重ねられる。冷却工程では、２つの構成シート２１００，２２００が互いに溶接されることによって、二重層構造または二対壁構造の特性が生まれる。２つの層は別々に押出されたため、各層または各構成シートに異なるポリマの供給原料を用いることができる。図１４は、「導電性」のポリプロピレン（３０％のカーボンブラックを含む）を用いてリブがあるシート２２００を押出し、「非導電性」の透明ポリプロピレンを用いてリブがない上部のシート２１００を押出す場合の例を示している。構成シート２１００，２２００が二対壁シート２３００を構成するために組み合わされた場合、シート２３００の上面２１００は透明（かつ「非導電性」）であり、下面およびリブ２２００は黒色（かつ導電性）である。
【０１４６】
二対壁シート２３００は、光を透過する面を１つ含む。二対壁シート２３００に対して無電極ニッケルメッキを施す場合、「導電性」の下部の層およびリブ２２００のみにニッケル（あるいは他の選択された金属または導電体）がメッキされる。上部の透明の構成シート２１００は、コーティングされず透明のままである。その後、光駆動または光アシストの触媒を、リブを有する下部の「導電性」の面のニッケル層に選択的に取り付けてもよい。水溶性電解質が、得られる二対壁ユニットのチャネルに導入されると、触媒は太陽光の作用で水分解変換を助成するように働き得る。このような二対壁ユニットを密封電池２０００のタイプに用いると、光駆動または光アシストの電気分解装置が得られ得る。
【０１４７】
「ハイブリッド」電気分解装置は、例えばソーラー駆動陽極二対壁ユニットおよび電気駆動陽極二対壁ユニットを、一般的な共通陰極二対壁ユニットに組み合わせて構成され得る。このような電気分解装置は、日中は光駆動陽極が太陽光を受けて稼働し、夜中は電気駆動陽極が稼働して、２４時間の稼働中にガスを生成することが可能となる。共通陰極は、すべての時間稼働することができる。
【０１４８】
様々な他の電極の組み合わせも想定され得る。
【０１４９】
電気分解装置の製造において、二対壁シートまたはプラスチック段ボールを用いることの主要な利点は、低コストならびに迅速な商業的入手性にある。さらに、これらのユニットのポリメリック構造は、熱溶接、溶融、および再凝固によって容易に改変することができる。
【０１５０】
本発明の任意の実施形態は、本書で参照または示唆した一部分、要素、および機構に個別または集合的に広く含まれていると言えるし、いずれかまたはすべての２つ以上の部分、要素、および機構の組み合わせに含まれていると言える。また、本書で示した特定の完全体について、本発明に関連する技術分野において周知の同等物が存在する場合は、そのような同等物を個別に説明したかのように、本書に含まれるものと見なされる。
【０１５１】
以上で説明した実施形態は、例示を目的としたものであり、本発明の精神および範囲内で他の実施形態がいくつも可能であることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【０１５２】
【図１】ポリマシートまたはポリマフィルムに凹部をエンボス加工またはインプレス加工する方法を示す概略図である。
【図２】実施形態の例における共通部分および一般的な方法を示す概略図である。
【図３】エレクトロクロミック装置の概略図である。
【図４】裏面接触型色素増感太陽電池の概略図である。
【図５】固体色素増感太陽電池を組み立てる方法を示す３つの概略図（ａ）〜（ｃ）を備える。図５（ａ）は、電池を組み立てる前に作用電極を用意する状態を示している。図５（ｂ）は、組み立てる前に対向電極を用意する状態を示している。図５（ｃ）は、積層処理中に最終的な固体色素増感太陽電池を作り出すために様々なサブユニットを組み立てる方法を示している。
【図６】２つの概略図であり、（ａ）は、水を二酸素Ｏ２に酸化させることが可能な触媒を組み込むための裏面接触型太陽電池（図４に示した種のもの）における作用電極の変形を示す図であり、（ｂ）は、水を二水素Ｈ２に還元することが可能な触媒を組み込むための電池における対向電極の変形を示す図である。
【図７】水分解色素増感太陽電池を製造する方法の例を示す概略図である。
【図８】使用され得る電気接続の様々な例を示す概略図である。
【図９】セル内の液体または気体を移動させるために使用され得るミクロ流体配管のいくつかの例を示す概略図である。
【図１０】無電解ニッケルメッキによってコーティングした前後の波状（すなわち、二対壁）プラスチックシートの例を示す概略図である。
【図１１】ニッケルメッキ二対壁シート構造を備える電解モジュールを示す概略図である。
【図１２】密封されたポリマ電気分解装置が製造され得る処理の例を示す概略図である。
【図１３】ポリマ電気分解装置の一部の代替例を示す概略図である。
【図１４】太陽駆動または太陽アシストの水電気分解装置で使用するための透明壁を含む二対壁型ユニットの製造方法を示す概略図である。
【図１】
2014508213.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６（ａ）】
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【図６（ｂ）】
2014508213.tif 000009
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年10月10日(2012.10.10)
【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】
第１外部ポリマ層および第２外部ポリマ層の間に配置された少なくとも１つの陰極と少なくとも１つの陽極とを備え、
少なくとも１つのスペーサ層が、上記少なくとも１つの陰極と上記少なくとも１つの陽極との間に配置されていることを特徴とする水分流装置。
【請求項２】
上記少なくとも１つのスペーサは、上記少なくとも１つの陰極および上記少なくとも１つの陽極のいずれか一方または双方の表面を略横断して伸展することを特徴とする請求項１に記載の水分流装置。
【請求項３】
上記少なくとも１つのスペーサ層が上記少なくとも１つの陽極および上記少なくとも１つの陰極を分離することによって、それらの間に電解質を流れさせることを特徴とする請求項１に記載の水分流装置。
【請求項４】
上記少なくとも１つの陰極および上記少なくとも１つの陽極は、１つ以上の可撓性材料から構成されていることを特徴とする請求項１に記載の水分流装置。
【請求項５】
上記少なくとも１つの陰極および上記少なくとも１つの陽極の間に、少なくとも１つのプロトン交換膜が配置されており、
上記スペーサ層は、上記少なくとも１つのプロトン交換膜、上記少なくとも１つの陰極、および上記少なくとも１つの陽極の間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の水分流装置。
【請求項６】
上記少なくとも１つの陰極および上記少なくとも１つの陽極の間に、少なくとも１つのアニオン交換膜が配置されており、
上記スペーサ層は、上記少なくとも１つのアニオン交換膜、上記少なくとも１つの陰極、および上記少なくとも１つの陽極の間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の水分流装置。
【請求項７】
上記少なくとも１つのスペーサ層は、リブ、エンボス構造体、ネット、織布材料、不織布材料、ビーズ、ボール、またはセパレータ膜であることを特徴とする請求項１に記載の水分流装置。
【請求項８】
少なくとも２つの陰極−陽極対を成す少なくとも２つの陰極および少なくとも２つの陽極があり、
上記少なくとも２つの陰極−陽極対は、上記第１外部ポリマ層および上記第２ポリマ層の間に配置されており、
上記少なくとも１つのスペーサ層のうちの１つのスペーサ層が、２つ以上の上記少なくとも２つの陰極−陽極対のうちの１つの陰極と１つの陽極との間に配置されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の水分流装置。
【請求項９】
２つ以上のスペーサ層が、上記第１外部ポリマ層および上記第２ポリマ層の間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の水分流装置。
【請求項１０】
上記第１外部ポリマ層および上記少なくとも１つの陰極の間に第１ガス透過層が配置されており、
上記第２外部ポリマ層および上記第２電極の間に第２ガス透過層が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の水分流装置。
【請求項１１】
上記第１外部ポリマ層および上記第２外部ポリマ層は、可撓性を有していることを特徴とする請求項１に記載の水分流装置。
【請求項１２】
上記第１外部ポリマ層または上記第２外部ポリマ層は、金属が堆積されている導電性ポリマによって構成されていることを特徴とする請求項１に記載の水分流装置。
【請求項１３】
上記第１外部ポリマ層および上記第２外部ポリマ層のいずれか一方または双方が透明であることを特徴とする請求項１に記載の水分流装置。
【請求項１４】
上記少なくとも１つの陰極および上記少なくとも１つの陽極は、太陽電池の少なくとも一部分を構成していることを特徴とする請求項１３に記載の水分流装置。
【請求項１５】
上記第１外部ポリマ層および／または上記第２外部ポリマ層は、上記太陽電池が少なくとも部分的に嵌合する凹部を含んでいることを特徴とする請求項１４に記載の水分流装置。
【請求項１６】
上記少なくとも１つの陰極および上記少なくとも１つの陽極のいずれか一方または双方が、チタンホイルまたはコーティングされたチタンフィルムを含むことを特徴とする請求項１３に記載の水分流装置。
【請求項１７】
上記少なくとも１つの陰極および上記少なくとも１つの陽極のいずれか一方または双方が、水酸化触媒を有する保護層を含むことを特徴とする請求項１３に記載の水分流装置。
【請求項１８】
第１外部ポリマ層および第２外部ポリマ層の間に配置された少なくとも１つの陰極−陽極対を成す少なくとも１つの陰極および少なくとも１つの陽極と、
上記少なくとも１つの陰極−陽極対の電解質層に配置されており、上記少なくとも１つの陽極および上記少なくとも１つの陰極を分離することによって、それらの間に電解質を流れさせる少なくとも１つの電解質層スペーサと、
少なくとも１つのガス透過膜、ならびに上記電解質層の外側に配置され、上記少なくとも１つのガス透過膜に隣接して配置された少なくとも１つのガス層スペーサとを備えることを特徴とする水分流装置。
【請求項１９】
２つ以上の陰極−陽極対が提供されていることを特徴とする請求項９に記載の水分流装置。
【請求項２０】
水を含む、請求項１〜１７のいずれか１項に記載の水分流装置の上記少なくとも１つの陰極および上記少なくとも１つの陽極の間に電圧を印加することによって、上記水の少なくとも一部を分流して水素を生成する工程を含むことを特徴とする、水を処理するための方法。
【請求項２１】
電解質内の酸素ガスおよび水素ガスのうち少なくとも一方の生成を抑制するための条件下に、当該電解質を保持する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の、水を処理するための方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
別の形態例では、第１外部ポリマフィルムと、第２外部ポリマフィルムと、上記第１外部ポリマフィルムおよび上記第２外部ポリマフィルムの間に配置された太陽電池と、上記第１外部ポリマフィルムおよび上記第２外部ポリマフィルムの間に配置された少なくとも１つのスペーサ層とを含む水分解装置を提供する。
【国際調査報告】
2014508213.tif 000018
2014508213.tif 000019
2014508213.tif 000020
2014508213.tif 000021