(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体電解質膜と電極板とで挟まれた空間である陽極室、および固体電解質膜と電極板とで挟まれた空間である陰極室を備えた電解セルの、少なくとも前記陽極室に配置され、一方の面が固体電解質膜側に位置し他方の面が電極板側に位置して電解セルを構成する給電体において、前記固体電解質膜と接する一方の面を成す第一の給電体部および電極板に接する他方の面を成す第二の給電体部から構成され、前記第一の給電体部および第二の給電体部はそれぞれ金属繊維を焼結して形成され、第一の給電体部を成す金属繊維の繊維径は、第二の給電体部を成す金属繊維の繊維径よりも細く形成され、第一の給電体部の表面の表面粗度Ｒａは０．１μｍ〜１０μｍとされるとともに、第一の給電体部および第二の給電体部ともに空隙率は４０％以上で、しかも第二の給電体部の空隙率は第一の給電体部の空隙率よりも大きいことを特徴とする給電体。
【請求項２】
前記第一の給電体部を成す金属繊維の繊維径が４μｍ〜２０μｍである請求項１に記載の給電体。
【請求項３】
前記第二の給電体部を成す金属繊維の繊維径が３５μｍ〜１００μｍである請求項１または２に記載の給電体。
【請求項４】
前記金属繊維がチタンを用いて、コイル切削法あるいは集束伸線法にて形成されている請求項１から３のいずれか１項に記載の給電体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水等を電気分解して水素ガスおよび酸素ガスを発生させる水素酸素発生装置等の水電解装置に関し、詳しくは、水電解装置（以下、単に「電解装置」ともいう。）を構成する際に用いられる給電体等の構成に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
水等を電気分解して水素ガスおよび酸素ガスを発生させる電解装置を構成する電解セルとしては、電解質の役割を果たす部材として固体電解質膜を用いたものが、従来から知られている。
【０００３】
従来技術に係る電解セルは、固体電解質膜と、この固体電解質膜を挟持すべく設けられた電極板（陽極側および陰極側電極板）と、固体電解質膜と電極板との間に設けられた給電体（陽極側および陰極側給電体）等を用いて構成されている。また、この従来技術に係る電解セルにおいては、固体電解質膜の両面に、電極触媒層（陽極側および陰極側触媒層）が設けられている。
【０００４】
上記従来技術に係る電解セルにおいては、陽極側に純水を供給して、電極板に対して通電することにより、主に陽極側触媒層で純水が分解され、酸素ガスが発生することとなる。そして、酸素ガスと同時に生成されたＨ＋イオンは、電場の働きによって固体電解質膜内を移動するため、陰極側触媒層においては電子を得て、水素ガスが発生することとなる。
【０００５】
以上のように構成され機能する電解セルにおいては、電解作用のエネルギ効率を向上させるために、固体電解質膜の両側に設けられた給電体は、固体電解質膜に対して、均一に圧接すべく構成されている。また、純水等の供給が行われる給電体は、所定量の純水等通水量を確保すべく、所定の空隙率を有するパンチングメタル、エキスパンドメタル等を用いて構成されている。
すなわち、従来技術に係る電解セルは、高いエネルギ効率と所定の通水量とを実現するために、所定の空隙率を有する給電体を固体電解質膜に圧接して構成されている。
例えば、エキスパンドメタルを用いて構成する場合には、エキスパンドメタルを三層組み立てた完成品の空隙率は８３％程度である（ただし、膜に接する面の開口率は４８％程度である）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術に係る電解セルには、次のような問題があった。
【０００７】
電解セルのエネルギ効率等を鑑みれば、上述したように、固体電解質膜に対して、所定の空隙率（４０％以上の空隙率）を有する給電体を圧接すべきである。ところが、従来技術に係る給電体を形成するパンチングメタル等は開口部が大きいために、給電体を固体電解質膜に圧接させると、固体電解質膜に対して不均一な圧力が加わることとなり、固体電解質膜における破損発生の確率が高まるという問題があった。
【０００８】
また、上記パンチングメタル等から成る給電体において、所定の通水量を得るために所定の空隙率（全体の空隙率８３％）とすれば、固体電解質膜との接触面においては、給電体の空隙率が大きいために、給電体と固体電解質膜との間に非接触部分が形成されることとなり、この部分において電流値が低下し、効果的にエネルギ効率の向上を図ることができないという問題があった。
【０００９】
そこで、本発明は上記従来技術に係る問題を解決するためになされたものであって、固体電解質膜の破損を低減させると共に、エネルギ効率の向上を実現可能な給電体を提供することを課題とし、延いては、係る給電体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。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
すなわち、上記課題を解決するための本発明は、固体電解質膜と電極板とで挟まれた空間である陽極室、および固体電解質膜と電極板とで挟まれた空間である陰極室を備えた電解セルの、少なくとも前記陽極室に配置され、一方の面が固体電解質膜側に位置し他方の面が電極板側に位置して電解セルを構成する給電体において、前記固体電解質膜と接する一方の面を成す第一の給電体部および電極板に接する他方の面を成す第二の給電体部から構成され、前記第一の給電体部および第二の給電体部はそれぞれ金属繊維を焼結して形成され、第一の給電体部を成す金属繊維の繊維径は、第二の給電体部を成す金属繊維の繊維径よりも細く形成され、第一の給電体部の表面の表面粗度Ｒａは０．１μｍ〜１０μｍとされるとともに、第一の給電体部および第二の給電体部ともに空隙率は４０％以上で、しかも第二の給電体部の空隙率は第一の給電体部の空隙率よりも大きいことを特徴としている。
【００１１】
本発明に係る給電体によれば、複数の要素を用いて、前記固体電解質側および前記電極側に、それぞれ適切な性質を有する前記給電体部を配設して、前記給電体が構成されている。したがって、本発明によれば、容易に、表面平滑性等に優れ、適切な空隙率を有する給電体を得ることができる。よって、固体電解質膜の破損を低減させると共に、エネルギ効率の向上を実現可能な給電体を得ることができる。
【００１３】
前記第一の給電体部を成す金属繊維の繊維径が、前記第二の給電体部を成す金属繊維の繊維径よりも細く形成されているので、前記固体電解質膜側では、前記給電体（を構成する前記第一の給電体部）の表面平滑性が、その内部（前記第二の給電体部）よりも向上する。また、換言すれば、前記第二の給電体部を成す金属繊維の繊維径が、前記第一の給電体部を成す金属繊維の繊維径よりも太く形成されているので、前記給電体の内部（前記第二の給電体部）の空隙率が向上する。したがって、この好ましい構成によれば、容易に、表面平滑性等に優れ、適切な空隙率を有する給電体を得ることができ、固体電解質膜の破損を低減させると共に、エネルギ効率の向上を実現可能な給電体を得ることができる。
【００１４】
また、本発明に係る給電体においては、前記第一の給電体部を成す金属繊維の繊維径が４μｍ〜２０μｍである構成が好ましい。
このような繊維径としているのは、最小膜厚を２０μｍ〜５０μｍとすると、繊維径は、その１／５〜１／７程度が望ましいからである。
【００１５】
また、本発明に係る給電体においては、前記第二の給電体部を成す金属繊維の繊維径が３５μｍ〜１００μｍである構成が好ましい。
このような繊維径としているのは、繊維径が太い方が生産コストを低く抑えることが可能だからである。ただし、あまり太いと細い繊維と太い繊維との境界部で焼結がうまく進まないので、上述した３５μｍ〜１００μｍ程度の太さであることが好ましい。
【００１６】
また、本発明に係る給電体においては、前記金属繊維がチタンを用いて、コイル切削法あるいは集束伸線法にて形成されていることが好ましい。
【００１７】
また、本発明に係る給電体においては、前記第一の給電体部の表面粗度Ｒａが０．１μｍ〜１０μｍであるから、前記第一の給電体部の平滑性が高く、前記第一の給電体部と接する固体電解質膜に対するピンホール等の傷の発生を低減させることができる。また、このような表面粗度を有する第一の給電体部であれば、前記固体電解質膜に対して平均的に前記第一の給電体部が接することとなるため、前記固体電解質膜と前記第一の給電体部との接触状態が向上して、電解電圧を低減させてエネルギ効率の向上を図ることが可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。
【００１９】
図１は、本発明の実施形態に係る電解装置を構成する電解セルの概略断面図を示したものである。ここで、電解装置は、電解セルを複数個、直列あるいは並列に並べた電解処理部と、その他の要素（純水タンク、水素分離タンク、酸素分離タンク、除湿器、熱交換器、電源供給部等）とを用いて構成されている。
【００２０】
図１に示された本実施形態に係る電解セルは、固体電解質膜１０と、この固体電解質膜１０の両側に設けられた電極板（陽極側電極板１２，陰極側電極板１３）と、固体電解質膜１０と電極板１２，１３との間に設けられた給電体（陽極側給電体１４，陰極側給電体１５）等を用いて構成されている。
【００２１】
固体電解質膜１０としては、固体高分子電解質膜、あるいはセラミック製固体電解質膜等を用いることが可能である。
本実施形態に係る固体電解質膜１０としては、例えば、固体高分子電解質を膜状に形成したもの（以下「固体高分子電解質膜」ともいう。）１１の両面に貴金属、特に白金族金属から成る多孔質層（電極触媒層（陽極側触媒層１６，陰極側触媒層１７））を形成したものを用いることが好ましい。ここで、固体高分子電解質膜１１としては、例えば、カチオン交換膜（フッ素樹脂系スルフォン酸カチオン交換膜（デュポン社製「ナフィオン１１７」等））を用いることが好ましい。
【００２２】
また、電極触媒層１６，１７は、例えば、化学的に（無電解メッキ等によって）、固体高分子電解質膜１１の両面に形成されている。さらに、この場合、電極触媒層１６，１７を形成する多孔質層（多孔質メッキ層）としては、白金族金属のうち白金を用いることが好ましく、特に、白金とイリジウムとから成る二層構造とすることが好ましい。このような二層構造とすれば、８０℃の状況下において、２００Ａ／ｄｍ2の高電流密度で四年間の長期にわたって、電気分解を行うことが可能である。
また、本実施形態に係る電極触媒層は上記構成に限定されるものではなく、例えば、イリジウムの他に、二種類以上の白金族金属をメッキした多層構造の電極触媒層を形成して、これを固体高分子電解質膜１１の両面に形成することによって、固体電解質膜１０を構成してもよい。
【００２３】
さらに、以上のように構成された本実施形態に係る固体電解質膜１０によれば、固体高分子電解質膜１１と電極触媒層１６，１７との間に水が存在しないので、溶液抵抗やガス抵抗が少ない。したがって、固体高分子電解質膜１１と電極触媒層１６，１７との間の接触抵抗が低くなり、電気抵抗が低くなって、固体電解質膜１０における電流分布が均一となる。その結果、高電流密度化、高温水電解、高圧水電解が可能となり、高純度の水素ガスおよび酸素ガスを効率よく生成させることが可能となる。
【００２４】
また、本実施形態において、固体電解質膜１０の両側には、先に述べたように陽極側電極板１２と陰極側電極板１３とが設けられている。本実施形態に係る電極板１２，１３は、それぞれ単極式電極として構成されている。
なお、本実施形態においては省略しているが、電極板としては、複極式電極板を用いることが好ましい。すなわち、陽極側電極板においては、固体電解質膜に近接する面が陽極となって、他面が陰極となり、また、陰極側電極板においては、固体電解質膜に近接する面が陰極となって、他面が陽極となる構成が好ましい。このような複極式電極板を用いた電解セルであれば、係る電解セルを複数個直列的に配設して、より高い処理能力を実現可能な電解装置を得ることが可能となる。（特願平７−４０１４２号公報参照）
【００２５】
本実施形態においては、固体電解質膜１０と陽極側電極板１２とで挟まれた空間を陽極室といい、固体電解質膜１０と陰極側電極板１３とで挟まれた空間を陰極室という。
陽極側電極板１２には、純水供給孔１２ａと、酸素抽出孔１２ｂとが形成されており、純水供給孔１２ａを介して、電解セル外部から陽極室に対して純水が供給され、酸素抽出孔１２ｂを介して、陽極室にて生成された酸素が電解セル外部に抽出される。陰極側電極板１３には、水素抽出孔１３ｂが形成されており、この水素抽出孔１３ｂを介して、陰極室にて生成された水素が電解セル外部に抽出される。
【００２６】
また、本実施形態に係る電解セルにおいては、陽極室および陰極室に、陽極側給電体１４および陰極側給電体１５が設けられている。本実施形態に係る給電体１４，１５は、それぞれ金属繊維を焼結して形成されており、詳しくは後述する。
ここで、陽極側給電体１４は、チタン等を用いて形成されており、陰極側給電体１５は、ステンレス等を用いて形成されている。
【００２７】
本実施形態に係る電解セルは、以上のように構成されており、固体電解質膜１０を隔膜として用い、陽極室に設けられた陽極側給電体１４に純水を供給し、この純水を電気分解することによって、陽極室側から酸素ガスを発生させ、陰極室側から水素ガスを発生させるべく機能する。
以下、本実施形態に係る電解セルにおける電解処理等について、さらに詳細に説明する。
【００２８】
まず、図１に示された本実施形態に係る電解セルにおいては、陽極側電極板１２に設けられた純水供給孔１２ａを介して、電解セルの外部に設けられた純水タンク等（図示省略）から、陽極室に設けられた陽極側給電体１４に対して、純水等の供給が行われる。
【００２９】
次に、本実施形態に係る電解セルにおいては、陽極側給電体１４へ純水を供給すると共に、各電極板１２，１３に対して電流を供給する（通電する）ことによって、主に陽極側触媒層１６で純水が分解され、酸素ガスが発生することとなる。この際、純水の一部は電解セル等を冷却するための冷却水としても機能するため、すべての純水が分解されるわけではない。したがって、本実施形態においては、陽極側電極板１４に設けられた酸素抽出孔１２ｂを介して、電解セルの外部に、純水と、分解された酸素ガスとが抽出されることとなる。
【００３０】
次に、本実施形態においては、酸素ガスと同時に生成されたＨ＋イオンが、電場の働きによって固体電解質膜１１内を移動する。したがって、本実施形態においては、Ｈ＋イオンが移動することによって、陰極側触媒層１７で水素イオンが電子を得ることとなり、水素ガスが発生する。そして、陰極側電極板１３に設けられた水素抽出孔１３ｂを介して、電解セルの外部に、発生した水素ガスが抽出されることとなる。
【００３１】
以上のように構成され、機能する電解セルにおいて、高いエネルギ効率を得るためには、固体電解質膜１０と給電体１４，１５とを圧接した構成とすることが好ましい。すなわち、固体電解質膜１０と給電体１４，１５との間隔をなくし（これらの要素の間のギャップをゼロとし）、固体電解質膜１０の膜面に対して均一に圧力が作用した状態で、固体電解質膜１０と給電体１４，１５とが接すべく構成されたことが好ましい。
【００３２】
固体電解質膜１０と給電体１４，１５とが接した状態で電解セルが構成される場合において、固体電解質膜１０と接する部位である給電体１４，１５の表面は、固体電解質膜１０に傷等を付けないように、また電気抵抗が低くなるように、できるだけ平面性、平滑性等を有するべく構成されることが好ましい。例えば、固体電解質膜１０と接する給電体１４，１５の表面粗度Ｒａは、０．１μｍ〜１０μｍであることが好ましい。
【００３３】
また、本実施形態に係る電解セルにおいては、所定の処理量（水素および酸素等の発生量）を実現するために、さらに、電解セル等の過熱を防止するために、陽極室内に所定量の純水を流通させなければならない。つまり、所定量の純水を流通させるために、陽極室に設けられた陽極側給電体１４が、所定の空隙率を有するべく構成されることが好ましい。空隙率としては、少なくとも４０％以上であることが好ましい。空隙率が低いと膜への純水の供給が不充分となり、膜の焼損の危険があるからである。
【００３４】
さらに、電解セルのエネルギ効率を向上させるためには、給電体１４，１５を固体電解質膜１０に対して均一に圧接する必要があるため、給電体１４，１５は、ある程度の撓み易さを有することが好ましい。
【００３５】
そこで、本実施形態に係る電解セルを構成する給電体１４，１５は、上述した種々の効果を奏するべく、二層構造を有している。すなわち、本実施形態に係る給電体１４，１５は、固体電解質膜１０と接する側に位置し、その表面（少なくとも固体電解質膜１０との接触面）が所定以上の平面性、平滑性等を有する第一の給電体部１４Ａ，１５Ａと、その内部が所定以上の空隙率（４０％以上の空隙率）を有すると共に、ある程度の撓み易さをも有する第二の給電体部１４Ｂ，１５Ｂとを用いて形成されている。以下、具体的に説明する。
【００３６】
図２は、図１のＡ部拡大図を示したものであり、詳しくは、陽極側給電体１４周辺の部分拡大図を示したものである。
この図２からも明らかなように、陽極側給電体１４は、第一の給電体部１４Ａと第二の給電体部１４Ｂとを用いて形成されている。第一の給電体部１４Ａの一方の面は、固体電解質膜１０を形成する陽極触媒層１６に接し、第一の給電体部１４Ａの他方の面は、第二の給電体部１４Ｂに接する位置に設けられ、第二の給電体１４Ｂの一方の面は、第一の給電体部１４Ａに接し、第二の給電体部１４Ｂの他方の面は、陽極側電極板１２に接する位置に設けられている。ここでは、第一の給電体部１４Ａ（の他方の面）と第二の給電体部１４Ｂ（の一方の面）とを固着する（例えば、焼結、拡散接合、スポット溶接、ロウ付等によって固着する）ことによって、陽極側給電体１４が構成されている。
【００３７】
そして、陽極側給電体１４は、４μｍ〜１００μｍの繊維径を有する金属繊維を用いて形成されている。本実施形態に係る陽極側給電体１４を形成する金属繊維としては、チタン繊維が用いられる。なお、このチタン繊維以外であっても、ニオブ、チタン−パラジウム合金等を用いることが可能である。
【００３８】
詳細には、第一の給電体部１４Ａは、４μｍ〜２０μｍ程度の繊維径を有する金属繊維（以下、「細繊維」ともいう。）を用いて形成され、第二の給電体部１４Ｂは、３５μｍ〜１００μｍ程度の繊維径を有する金属繊維（以下、「粗繊維」ともいう。）を用いて形成されている。
【００３９】
すなわち、本実施形態においては、所定の金属材料（チタン等）を、「細繊維」および「粗繊維」に加工して、これらを焼結等することによって、上述した効果を奏する第一の給電体部１４Ａおよび第二の給電体部１４Ｂが形成されている。具体的には、例えば、所定の型の中に「細繊維」および「粗繊維」を積層させて、所定形状に形成した後に、焼結等することによって、本実施形態に係る第一の給電体部１４Ａおよび第二の給電体部１４Ｂから成る給電体１４が作製される。
【００４０】
本実施形態においては、「細繊維」を用いて、厚さ０．５ｍｍ〜１．０ｍｍ程度の第一の給電体部１４Ａが形成される。「細繊維」を用いれば、比較的容易に、上記厚みを有し、且つ空隙率５０％以上、圧縮弾性率１５０ＭＰａ程度の第一の給電体部１４Ａを形成することができる。
【００４１】
このような「細繊維」を用いれば、「粗繊維」等の太めの金属繊維を用いる場合と比較して、繊維径が細い分だけ、給電体部表面における固体電解質膜１０との接触点が増加して、膜に係る面圧を分散して均一化し、所定以上の平滑性（例えば、表面粗度Ｒａが０．１μｍ〜１０μｍ程度の平滑性）を実現する給電体部１４Ａを得ることが可能となる。また、金属繊維を焼結するため、必要とされる空隙率（５０％以上）を比較的容易に実現可能である。
【００４２】
さらに、本実施形態においては、「粗繊維」を用いて、厚さ１．０ｍｍ〜１０．０ｍｍ程度の第二の給電体部１４Ｂが形成される。「粗繊維」を用いれば、比較的容易に、上記厚みを有し、且つ空隙率７５％〜８５％、圧縮弾性率１５〜２２ＭＰａ程度の第二の給電体部１４Ｂを形成することができる。
【００４３】
このような「粗繊維」を用いれば、粉末あるいは「細繊維」等の細かい原料を用いる場合と比較して、繊維径が太い分だけ、容易に高い空隙率を有する給電体部１４Ｂを形成して得ることが可能となる。
従来技術においては、例えば、粉末焼結体等から給電体が形成されていたが、係る構成では、空隙率５０％に焼結するのが非常に困難であった（従来技術においては、空隙率が３０％〜４０％程度であれば比較的に容易に作製可能であった。）。
【００４４】
以上のように、本実施形態においては、固体電解質膜１０側と、電極板１２側とで、それぞれ必要とされる性質が異なるのに対応して、それぞれの「側」に適切な給電体部１４Ａ，１４Ｂを用いて、陽極側給電体１４を形成している。
【００４５】
したがって、本実施形態によれば、第一の給電体部１４Ａが固体電解質膜１０（を形成する陽極側触媒層１６）に接することにより、固体電解質膜１０の損傷を防止し、第二の給電体部１４Ｂが高い空隙率を有することにより、所定の純水流通量の確保を容易に実現可能である。
また、第一の給電体部１４Ａよりも第二の給電体部１４Ｂの方が圧縮弾性率が小さいので（すなわち、撓み易いので）、第二の給電体部１４Ｂが、第一の給電体部１４Ａを固体電解質膜１０に押し付ける際のクッション的な役割を果たすこととなる。よって、比較的容易に、固体電解質膜１０の膜面に対して均一に圧力が作用した状態で、固体電解質膜１０と給電体１４（第一の給電体１４Ａ）との接触状態を維持することができる。
以上のことから、本実施形態によれば、固体電解質膜１０の破損を低減させると共に、エネルギ効率の向上を実現可能な給電体１４を得ることができる。また、この給電体１４を用いることによって、長寿命化、高効率化を実現可能な電解セルおよび電解装置を得ることができる。
【００４６】
なお、図２においては、陽極側給電体１４について説明したが、本発明は、この陽極側給電体１４のみに限定されるものではなく、略同様の趣旨から、陰極側給電体１５についても、第一の給電体部１５Ａと第二の給電体部１５Ｂとを用いて形成されることが好ましい（図１参照）。また、陽極側給電体１４と同様に、陰極側給電体１５の場合も、第一の給電体部１５Ａが「細繊維」を用いて形成され、第二の給電体部１５Ｂが「粗繊維」を用いて形成されることが好ましい。
ここで、陰極側給電体１５を形成する金属繊維としては、ステンレス繊維が用いられる。なお、このステンレス繊維以外であってもグラファイト、カーボン等を用いることが可能である。
【００４７】
また、上述した本実施形態においては、第二の給電体部１４Ｂ，１５Ｂを形成する「粗繊維」の繊維径が、３５μｍ〜１００μｍである場合について説明したが、製作上は、繊維径が３５μｍよりも細い金属繊維、あるいは１００μｍよりも太い金属繊維を用いることも可能である。しかしながら、３５μｍよりも細い金属繊維の場合は、得られる性質の割にはコスト高となり、また、１００μｍよりも太い金属繊維の場合は、空隙率の高い焼結には不適切であり、さらに焼結の際の強度が不充分である等の問題がある。よって、本実施形態においては、「粗繊維」は、３５μｍ〜１００μｍの繊維径を有する金属繊維として定義している。
【００４８】
さらに、以上説明した実施形態においては、第一の給電体部１４Ａを「細繊維」を用いて形成する場合について説明したが、本発明は、この構成に限定されるものではなく、第一の給電体部１４Ａに要求される平滑性等を実現可能であれば、他の構成であってもよい。したがって、例えば、第一の給電体部１４Ａを「長繊維」を用いて形成してもよい。
【００４９】
ここで、「長繊維」とは、２０ｍｍ〜２００ｍｍ程度の長さに形成された金属繊維（切削方式による金属繊維の製造法（特開平７−３１４２６０号公報参照）あるいは集束伸線法等で形成された金属繊維）であって、第一の給電体部１４Ａに要求される平滑性等を実現するためには、その繊維長は、２０ｍｍ〜２００ｍｍ程度であることが好ましい。
【００５０】
以下、「長繊維」を用いることによって、平滑性に優れた給電体を得られる理由について説明する。
【００５１】
従来技術に係る給電体は、短い金属繊維（以下、「短繊維」という。）あるいは金属粉末等を用いて形成されていた。金属粉末を用いて給電体を構成すると、適切な空隙率を得ることが困難であるため、従来は、例えば、その繊維長が２．５ｍｍ程度の短繊維を用いて給電体が形成されていた。
【００５２】
短繊維を用いて給電体（給電体部）を形成する場合においては、その繊維長の短さから、金属繊維が起立状態で維持される可能性が高まる。一方、長繊維を用いて給電体（給電体部）を形成する場合においては、短繊維を用いる場合よりも、金属繊維が起立状態で維持される可能性は低くなる。
【００５３】
また、同質量の給電体部を構成する場合を考えると、長繊維を用いる場合よりも、短繊維を用いる場合の方が、その本数は、明らかに多数となる。その長さが１／１０程度であるものとすれば、短繊維の数は、長繊維の約１０倍となる。よって、短繊維の端部（両端部）の数も、長繊維の端部（両端部）の数の１０倍となり、短繊維を用いる場合においては、端部の数の増加に伴い、給電体表面に対して金属繊維の端部が突出する可能性も増大する。
【００５４】
すなわち、短繊維を用いて給電体部を形成すると、長繊維を用いて給電体部を形成する場合に比べて、金属繊維の起立する確率、および給電体部表面に金属繊維の端部が突出する確率が増大することとなる。したがって、これらのことから、短繊維を用いて給電体部を形成する場合よりも、長繊維を用いて給電体部を形成する場合の方が、給電体表面の平滑性等を向上させることが可能となる。
【００５５】
なお、繊維長が２００ｍｍよりも長い金属繊維を用いて給電体を形成する場合も考えられるが、係る構成であると、金属繊維の繊維間の絡み合いが少なくなる。そうすると、繊維間の絡み合いが少ないことに起因して、給電体を焼結して形成する際の焼結強度が低くなってしまう。電解セルを構成する場合において、基本的に、給電体は圧接した状態で保持される。よって、強度が低い給電体を用いて電解セルを構成すると、給電体の破損等の原因となり、好ましくない。
このようなことから、給電体を構成する金属繊維の繊維長等は、上述したような長繊維の範囲であることが好ましい。
【００５６】
以上のことから、本発明に係る第一の給電体部としては、上述した「長繊維」を複数積層等し焼結等して得られた給電体部を用いてもよい。
【００５７】
なお、本実施形態に係る給電体１４，１５については、適宜、メッキ処理を施すことが好ましい。具体的には、陽極側給電体１４における固体電解質膜１０との接触面については、白金メッキが施されている構成が好ましい。また、陰極側給電体１５についても、固体電解質膜１０との接触面には、白金メッキあるいは金メッキが施されている構成が好ましい。
このように、それぞれの給電体１４，１５について、メッキ処理を施すのは、各給電体１４，１５表面（特に固体電解質膜１０に接する面）に関する腐蝕（酸化、水素脆化等）等を防止するためである。
【００５８】
さらに、金属繊維を用いて形成された本実施形態に係る給電体１４，１５であれば、焼結した後であっても、圧縮等により、その空隙率を変更可能であるので、空隙率の制御幅を、従来よりもかなり広く設定することができる。
また、金属繊維であれば、粉末のように、強大な圧力（１００〜２００ＭＰａ）で圧縮する必要がないので、給電体の製作コストを低減することができる。
【００５９】
また、本実施形態においては、給電体が二つの給電体部にて形成される場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されるものではなく、適当な繊維径の金属繊維等を用いることによって、膜側あるいは電極板側に必要な要件を適切に満足する構成であれば、給電体が三つ以上の給電体部にて形成されてもよい。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、固体電解質膜の破損を低減させると共に、エネルギ効率の向上を実現可能な給電体を得ることが可能となり、延いては、係る給電体を用いることによって、長寿命化、および高効率化を実現可能な電解セルおよび電解装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る電解装置を構成する電解セルの概略断面図
【図２】図１のＡ部拡大図
【符号の説明】
１０…固体電解質膜、１１…固体高分子電解質膜、１２…陽極側電極板、１２ａ…純水供給孔、１２ｂ…酸素抽出孔、１３…陰極側電極板、１３ｂ…水素抽出孔、１４…陽極側給電体、１４Ａ…第一の給電体部（陽極側給電体の第一の給電体部）、１４Ｂ…第二の給電体部（陽極側給電体の第二の給電体部）、１５…陰極側給電体、１５Ａ…第一の給電体部（陰極側給電体の第一の給電体部）、１５Ｂ…第二の給電体部（陰極側給電体の第二の給電体部）、１６…陽極側触媒層、１７…陰極側触媒層
【図１】
0004881511.tif 000002
【図２】
0004881511.tif 000003