(57)【要約】【課題】表面が平滑で、そりがなく、かつ、例えば３００ｍｍ×１０００ｍｍ程度の広い面積を有する電解セルにも適用可能なものを得る。【解決手段】チタン繊維１１を燒結して得たチタン繊維燒結板の表面に、粒径が例えば７４μｍ以上、１５０μｍ以下のチタン球状粉末１３を積層し、これを燒結して得たチタン球状粉末積層チタン繊維燒結板を給電体として用いる。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を電気分解して水素と酸素を発生する電気化学装置の水電解セルの膜電極接合体の側面に配して用いられる給電体で、チタン繊維燒結板の表面にチタン球状粉末を積層したのち、燒結して形成された給電体。
【請求項２】
前記チタン球状粉末の粒径が７４　μｍ以上、１５０　μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の電気化学装置の給電体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水を電気分解して水素や酸素を発生する電気化学装置の水電解セルに組込まれる給電体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池、水電解装置、食塩電解装置、塩酸電解装置、オゾン水製造装置、酸素分離装置、水素分離装置、あるいは各種ガスセンサー等、水を電気分解して生じた水素や酸素を用いる電気化学装置においては、水を電気分解するセルとして、高分子電解質膜の両面に触媒層を配した膜電極接合体を給電体で挟んで構成した水電解セルが一般に用いられている。
図２は、この種の水電解セルの構成例を示す分解断面図である。本図において、３は、高分子電解質膜の両面に触媒層を配して形成された膜電極接合体、１は陽極側給電体、２は陰極側給電体である。また、４はセルフレームで、最外層には絶縁板５が配置されている。なお、６は、セルフレーム４に供給される水と電気分解によって生じるガスを気密に保持するためのパッキングである。本構成の水電解セルにおいて、セルフレーム４に水を供給し、陽極側給電体１と陰極側給電体２の間に所定の電圧を印加すると、陽極側において次式（１）のごとき反応により水が分解されて酸素が生じ、陰極側において次式（２）のごとき反応により水素が得られることとなる。
【０００３】
【化１】
２Ｈ２Ｏ　→　Ｏ２＋４Ｈ＋＋４ｅ−　　　　　　　　　　（１）
４Ｈ＋＋４ｅ−　→　２Ｈ２　　　　　　　　　　　（２）
高分子電解質膜は工業用として広く用いられており、代表的なものとしてペルフルオロカーボンスルホン酸膜が挙げられる。水電解セルの膜電極接合体３を形成する高分子電解質膜には、Ｎａｆｉｏｎ（米国、ＤｕＰｏｎｔ社製）、Ａｃｉｐｌｅｘ（旭化成工業製）、Ｆｕｌｅｍｉｏｎ（旭硝子製）等の製品名で市販されている高分子電解質膜が用いられている。また、陽極側給電体１、陰極側給電体２には、チタン繊維やステンレス繊維の燒結板等の導電性の高い材料が用いられている。
【０００４】
しかしながら、膜電極接合体を形成している高分子電解質膜は、厚さが　５０〜１００μｍと極めて薄く、かつ柔らかいため、膜電極接合体に面して配される給電体にチタン等の金属繊維の燒結板を用いると、金属繊維の突起や金属繊維間への食い込みによって膜電極接合体が損傷し、水電解セルの特性が劣化するという難点がある。図３は、チタン繊維の燒結板よりなる給電体を用いた水電解セルの膜電極接合体と給電体の接合部の不具合を模式的に示した要部断面図で、高分子電解質膜３１の両面に陽極側触媒層３２と陰極側触媒層３３を配して形成された膜電極接合体が、陽極側給電体を構成するチタン繊維１１の突起により損傷している状態が示されている。
【０００５】
このような給電体を構成する金属繊維に起因する特性低下を回避するために、特許文献１においては、不活性ガス雰囲気中でチタンをプラズマ溶射することによってチタン繊維燒結板の表面にチタン粉末層を形成した給電体が開示されており、表面を平滑化することによって給電体による膜電極接合体の損傷を防止している。図４は、この方法により製作された給電体と膜電極接合体との接合部を模式的に示した要部断面図である（例えば特許文献１等参照）。給電体のチタン繊維１１の燒結体の表面に粒形が角型のチタン粉末１２の層が形成されており、水電解セルを構成する際にこの層を膜電極接合体の陽極側触媒層３２に接して配することにより膜電極接合体の損傷を回避している。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−３０２８９１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、従来の水電解セルにおいては、膜電極接合体に面して配される給電体をチタン繊維の燒結板等の導電性の高い材料で形成するとともに、膜電極接合体を構成する高分子電解質膜の給電体による損傷、特性低下を抑制するために、チタン繊維燒結板の表面にプラズマ溶射によって粒形が角型のチタン粉末の層を形成する等の措置が講じられている。このようにチタン繊維燒結板の表面にチタン粉末層を形成すれば、表面が平滑化されるので前述のごときチタン繊維による高分子電解質膜の損傷が抑えられ、高分子電解質膜の損傷による特性低下は低減される。
【０００８】
しかしながら、このようにチタン繊維燒結板の表面にプラズマ溶射によってチタン粉末層を形成する措置を講じると、形成された給電体に面のゆがみやそりが発生しやすく、このため水電解セルを構成したとき膜電極接合体と給電体との接触が不十分となって損失が増大し、所定の特性が得られないという難点がある。このゆがみやそりは、給電体の面積が広くなるほど大きくなるので、特に大型の水電解セル、例えば　３００　ｍｍ×１０００　ｍｍ程度の面積を有する水電解セルに用いる給電体には、この方法により形成された給電体は適用できないという問題点があった。
【０００９】
また、チタン繊維による高分子電解質膜の損傷を回避するために、チタン球状粉末のみの燒結体によって給電体を形成する方策も試みられているが、本構成による給電体においても、大面積化するとそりやゆがみが発生し、さらには厚さむらが生じ易いという問題点がある。
本発明は、このような従来の水電解セル用の給電体の問題点を考慮してなされたもので、本発明の目的は、平滑化された表面を有し、かつ製作に伴う面のゆがみやそりが小さく、例えば　３００　ｍｍ×１０００　ｍｍ程度の広い面積を有する水電解セルにも、特性低下を生じることなく適用可能な給電体を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、上記の目的を達成するために、
水を電気分解して水素と酸素を発生する電気化学装置の水電解セルの膜電極接合体の側面に配する給電体に、チタン繊維燒結板の表面にチタン球状粉末、例えば、粒径が７４　μｍ以上、１５０　μｍ以下のチタン球状粉末を積層したのち、燒結して形成した給電体を用いることとする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の給電体とその特性を実施例を挙げて説明する。
＜実施例１＞
本発明の給電体の実施例として、繊維断面が　３０μｍ×５０μｍのチタン繊維よりなるチタン繊維燒結板の上に粒径が　７４〜１５０μｍの球状のチタン粉末を積層し、燒結して、面積が　４００ｍｍ×５００ｍｍの給電板を製作した。図１は、本発明による給電体と膜電極接合体との接合部を模式的に示した要部断面図で、図中、１１は、繊維断面が　３０μｍ×５０μｍのチタン繊維、１３は、チタン繊維１１よりなるチタン繊維燒結板の上に積層され、燒結された、粒径が　７４〜１５０μｍの球状のチタン粉末である。なお、３１，３２，３３は、図３、図４と同様に、高分子電解質膜、陽極側触媒層、陰極側触媒層である。
【００１２】
上記のごとく製作した給電板の表面に電解メッキによって厚さ　０．５ｍｍの白金層を形成したのち、触針法により表面粗さＲｍａｘを測定し、試料締付け圧力１ＭＰａ、電流密度１Ａ／ｃｍ２の条件下で損失電圧を測定した。表１は、測定された表面粗さＲｍａｘと損失電圧を、同様の測定法を用いて測定した従来のチタン繊維燒結板よりなる給電板（図３の給電板と同様の構成で、チタン繊維の断面が３０μｍ×５０μｍ、厚さ０．５ｍｍの白金層付き）の特性と比較して示したものである。
【００１３】
【表１】
2004143523.tif 000003
この表に見られるごとく、実施例１の給電板は従来例に比してより平滑で、かつ損失電圧も、従来例の給電板と同等のレベルに抑制されることが判る。
【００１４】
＜実施例２＞
繊維断面が　３０×５０μｍのチタン繊維を用いて製作したチタン繊維燒結板の表面に、それぞれ粒子の形状と粒径の異なるチタン粉末を積層して燒結し、面積が３００ｍｍ×１０００ｍｍの４種類の給電体を製作し、そりの状態観察および積層面の表面粗さの測定を行った。表２は、その測定結果を示したものである。
【００１５】
【表２】
2004143523.tif 000004
表２に見られるように、粒径の小さなチタン粒子を積層、燒結して得た給電体（試料Ｎｏ．１およびＮｏ．３）では、表面粗さは低く抑えられるが、大きなそりが観察された。これに対して、粒径の大きなチタン粒子を積層、燒結して得た給電体（試料Ｎｏ．２およびＮｏ．４）では、そりが小さく抑えられた。しかしながら、粒子形状が角型のチタン粒子を用いて製作した給電体（試料Ｎｏ．２）では表面粗さが大きく、給電体として使用するためには表面研磨の必要があった。一方、球状のチタン粒子を用いて製作した給電体（試料Ｎｏ．４）では、表面粗さが比較的小さく抑えられ、また接触する部分も球形であるので膜電極接合体を損傷する危険性が低減する。
【００１６】
本実施例の測定結果より、試料Ｎｏ．４のごとく、球状で、粒径が　７４　〜１５０μｍの範囲にあるチタン粉末をチタン繊維燒結板の表面に積層して燒結することにより給電体を製作すれば、面積が　３００ｍｍ×１０００ｍｍ程度の大型の電解セルにおいても適用可能な給電体が得られることがわかった。
【００１７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、
水を電気分解して水素と酸素を発生する電気化学装置の水電解セルの膜電極接合体の側面に配する給電体として、請求項１、さらには請求項２に記載のごとく、チタン繊維燒結板の表面にチタン球状粉末、例えば、粒径が７４μｍ以上、１５０μｍ以下のチタン球状粉末を積層したのち、燒結して形成した給電体を用いることとしたので、平滑化された表面を有し、かつ製作に伴う面のゆがみやそりが小さく、例えば　３００　ｍｍ×１０００　ｍｍ程度の広い面積を有する水電解セルにも、特性低下を生じることなく適用可能な給電体が得られることとなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による給電体と膜電極接合体との接合部を模式的に示した要部断面図
【図２】水電解セルの構成例を示す分解断面図
【図３】チタン繊維の燒結板よりなる給電体を用いた水電解セルの膜電極接合体と給電体の接合部の不具合を模式的に示した要部断面図
【図４】表面にチタンをプラズマ溶射して製作された給電体と膜電極接合体との接合部を模式的に示した要部断面図
【符号の説明】
１　　陽極側給電体
２　　陰極側給電体
３　　膜電極接合体
１１　　チタン繊維
１３　　球状チタン粉末
３１　　高分子電解質膜
３２　　陽極側触媒層
３３　　陰極側触媒層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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