(57)【要約】【課題】優れた耐久性を備える陰極用給電体及び該陰極用給電体を備える水電解セルを提供する。【解決手段】一対の電極触媒層３，４に挟持された固体高分子電解質膜２と、電極触媒層３，４に電力を供給する給電体５，６とを備える。陰極用給電体６はチタン多孔質体からなり、該チタン多孔質体の表面に金被覆層を備える。前記チタン多孔質体は、チタン繊維の焼結体である。前記金被覆層は、０．５〜５μｍの範囲の厚さを備える。水電解セル１は、チタン多孔質体の表面に金被覆層を備える陰極用給電体６と、チタン多孔質体の表面に白金被覆層または金被覆層を備える陽極用給電体５とを備える。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の電極触媒層に挟持された固体高分子電解質膜と、該電極触媒層に電力を供給する給電体とを備える水電解セルの陰極用給電体において、
前記陰極用給電体はチタン多孔質体からなり、該チタン多孔質体の表面に金被覆層を備えることを特徴とする陰極用給電体。
【請求項２】
前記チタン多孔質体は、チタン繊維の焼結体であることを特徴とする請求項Ｉ記載の陰極用給電体。
【請求項３】
前記金被覆層は、０．５〜５μｍの範囲の厚さを備えていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の陰極用給電体。
【請求項４】
一対の電極触媒層に挟持された固体高分子電解質膜と、該電極触媒層に電力を供給する給電体とを備える水電解セルにおいて、
チタン多孔質体の表面に金被覆層を備える陰極用給電体と、チタン多孔質体の表面に白金被覆層または金被覆層を備える陽極用給電体とを備えることを特徴とする水電解セル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水電解セルの陰極用給電体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、水の電解により水素と酸素とを製造する装置として、図１に示すような構成を備える水電解セル１が知られている。図１示の水電解セル１は、固体高分子電解質膜２を一対の電極触媒層３，４で挟持し、電極触媒層３，４の上にそれぞれ多孔質給電体５，６を積層したものである。
【０００３】
水電解セル１では、電極触媒層３，４に水を供給する一方、電圧を印加することにより、水の電解を行う。このとき、陽極側では次式（１）のように水の電解が起きて酸素と水素イオンとが生成し、電子が電極に与えられる。前記水素イオンは、前記固体高分子電解質膜２を透過して陰極側に移動し、陰極側の電極から電子を与えられる。この結果、陰極側では次式（２）のように水素が生成する。
【０００４】
【化１】
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【０００５】
従って、前記水電解セル１では、陽極側からは酸素を取り出すことができ、陰極側からは水素を取り出すことができる。
【０００６】
前記水電解セル１において、多孔質給電体５，６は、通電性の他、電極触媒層３，４に水を供給する機能と、水電解により生成したガスを排出する機能とが必要とされる。そこで、このような機能を備える材料として、例えば、チタンの短繊維または長繊維を圧縮して所定の形状に成形した後、焼結したチタン多孔質体が用いられている。
【０００７】
ところが、チタンは水素を吸収する性質があるため、前記チタン多孔質体を前記水電解セル１の陰極用給電体に用いると、吸収した水素により脆化して耐久性が低くなる。そこで、前記陰極用給電体として、白金メッキを施したチタン多孔質体が用いられている（例えば特許文献１参照）。
【０００８】
しかしながら、前記白金メッキを施したチタン多孔質体からなる給電体を用いても、十分な耐久性を得ることは難しく、さらに優れた耐久性を備える陰極用給電体の開発が望まれる。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１１−２５６３７８号公報（第３頁）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる事情に鑑み、優れた耐久性を備える陰極用給電体を提供することを目的とする。また、本発明の目的は、耐久性に優れた陰極用給電体を備える水電解セルを提供することにもある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、本発明の陰極用給電体は、一対の電極触媒層に挟持された固体高分子電解質膜と、該電極触媒層に電力を供給する給電体とを備える水電解セルの陰極用給電体において、前記陰極用給電体はチタン多孔質体からなり、該チタン多孔質体の表面に金被覆層を備えることを特徴とする。
【００１２】
前記チタン多孔質体の表面に白金被覆層またはパラジウム被覆層を備える陰極用給電体では、白金またはパラジウムの触媒作用によりＨ２がＨ原子に解離され、該チタン多孔質体の被覆が不十分な部分への水素の吸収が助長される。これに対して、本発明の陰極用給電体では、チタン多孔質体の表面に備えられた金被覆層により該チタン多孔質体の水素の吸収が抑制される。従って、本発明の陰極用給電体では、前記チタン多孔質体の脆化を防止して優れた耐久性を得ることができる。
【００１３】
前記チタン多孔質体は、例えばチタン繊維の焼結体を用いることができる。
【００１４】
また、前記金被覆層は、例えば前記チタン多孔質体に金メッキを施すことにより形成することができ、０．５〜５μｍの範囲の厚さを備えていることを特徴とする。前記金被覆層は、厚さが０．５μｍ未満では前記チタン多孔質体の水素の吸収を十分に抑制する作用が得られず、５μｍを超えるとコスト増となる。
【００１５】
また、本発明の水電解セルは、一対の電極触媒層に挟持された固体高分子電解質膜と、該電極触媒層に電力を供給する給電体とを備える水電解セルにおいて、チタン多孔質体の表面に金被覆層を備える陰極用給電体と、チタン多孔質体の表面に白金被覆層を備える陽極用給電体とを備えることを特徴とする。
【００１６】
本発明の水電解セルによれば、前記陰極用給電体がチタン多孔質体の表面に金被覆層を備えることにより優れた耐久性を得ることができる。また、水素による脆化の虞のない前記陽極用給電体は、チタン多孔質体の表面に白金被覆層を備えるものであってもよく、金被覆層を備えるものであってもよい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。図１は本実施形態の水電解セルの構成を示す説明的断面図であり、図２は本実施形態の水電解セルに用いられる陰極用給電体の耐久時間と水素吸収量との関係を示すグラフである。
【００１８】
図１に示す本実施形態の水電解セル１は、固体高分子電解質膜２を一対の電極触媒層３，４で挟持し、電極触媒層３，４の上にそれぞれ多孔質給電体５，６を積層したものを、電極板７，８間に挟持したものである。電極板７，８は、それぞれ外側に不導体からなる支持体９，１０を備え、ボルト１１とナット１２とにより締め付けられている。
【００１９】
また、水電解セル１は、上部に電極板７，８、支持体９，１０を貫通して設けられた上部気液輸送マニフォールド１３，１４を備え、下部に電極板７，８、支持体９，１０を貫通して設けられた下部気液輸送マニフォールド１５，１６を備えている。
【００２０】
前記水電解セル１において、固体高分子電解質膜２は、厚さ５６μｍの陽イオン交換膜からなる。
【００２１】
電極触媒層３，４は、例えば、固体高分子電解質膜２と同一成分からなる電解質を溶解した電解質溶液に所定量の触媒粉末を分散させてペースト状にしたものをポリテトラフルオロエチレン製シートにスクリーン印刷することにより形成されている。そして、前記シートの電極触媒層３，４が形成された面で固体高分子電解質膜２を挟持した状態でホットプレスすることにより、電極触媒層３，４が固体高分子電解質膜２側に転写され、固体高分子電解質膜２と接合されている。
【００２２】
水電解セル１では、電極触媒層３を陽極側、電極触媒層４を陰極側とし、陽極用多孔質給電体５には、市販のチタン繊維焼結体（繊維径３５μｍ、空隙率６０％、厚さ１ｍｍ）に、厚さ１μｍの白金メッキを施したものを用いる。また、陰極用多孔質給電体６には、陽極用多孔質給電体５に使用したものと全く同一の市販のチタン繊維焼結体に、厚さ１μｍの金メッキを施したものを用いる。
【００２３】
また、電極板７，８は、チタン、ステンレス等に貴金属メッキを施すことにより形成されている。
【００２４】
水電解セル１では、下部気液輸送マニフォールド１５，１６から電極触媒層３，４に水を供給する一方、電極板７，８、多孔質給電体５，６を介して電極触媒層３，４に電圧を印加することにより、水の電解を行う。このとき、電極触媒層３が陽極側となり、電極触媒層４が陰極側となるので、電極触媒層３側の上部気液輸送マニフォールド１３から酸素が取り出され、電極触媒層４側の上部気液輸送マニフォールド１４から水素が取り出される。
【００２５】
水電解セル１では、陰極用多孔質給電体６が前記金メッキが施されたチタン繊維焼結体からなるので、陰極で発生する水素の吸収が抑制され、優れた耐久性を得ることができる。
【００２６】
次に、本実施形態の陰極用多孔質給電体６（実施例１）と、陰極用多孔質給電体６に用いたものと同一のチタン繊維焼結体に厚さ１ｍｍのパラジウムメッキを施した陰極用多孔質給電体（比較例１）、該チタン繊維焼結体に厚さ１ｍｍの白金メッキを施した陰極用多孔質給電体（比較例２）とを、水電解セル１に組込み、８０℃、１Ａ／ｃｍ２の電流密度で所定時間の連続運転を行った。各陰極用多孔質給電体の耐久時間と水素吸収量との関係を図２に示す。
【００２７】
前記水素吸収量は、前記所定時間の連続運転後、水電解セル１を分解して各陰極用多孔質給電体を取り出し、各陰極用多孔質給電体の中央部から５ｍｍ×５ｍｍの大きさで試験片を切り出し、該試験片を昇温脱離分析装置により５０℃から１０００℃まで昇温したときの脱離水素ガス量を定量することにより測定した。
【００２８】
図２から、比較例１の陰極用多孔質給電体（パラジウムメッキ）、比較例２の陰極用多孔質給電体（白金メッキ）では、経時的に水素吸収量が増加しているのに比較して、実施例１の陰極用多孔質給電体６（金メッキ）では、２０００時間を経過しても水素吸収量に著しい増加が認められない。従って、実施例１の陰極用多孔質給電体６によれば、前記チタン繊維焼結体の水素の吸収が抑制されていることが明らかであり、該チタン繊維焼結体の脆化を防止して、優れた耐久性を得ることができることが明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の水電解セルの構成を示す説明的断面図。
【図２】図２は本実施形態の陰極用給電体の耐久時間と水素吸収量との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
１…水電解セル、  ２…固体高分子電解質膜、  ３，４…電極触媒層、  ５陽極用給電体、  ６…陰極用給電体。
【図１】
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【図２】
2004218058.tif 000005