JP2001507406A

JP2001507406A - 電気化学セルおよび電気化学システム

Info

Publication number: JP2001507406A
Application number: JP52952498A
Authority: JP
Inventors: スチュアート，アンドリュー，ティー．，ビー．; ラチャンス，レイナルド，ジー．; ボウェン，クリス，ティー．
Original assignee: スチュアートエナジーシステムズコーポレイション
Priority date: 1997-01-03
Filing date: 1998-01-02
Publication date: 2001-06-05
Also published as: EP1012893A2; NZ336574A; AU734556B2; US6395154B1; BR9806831A; US6080290A; WO1998029912A2; CN1243551A; WO1998029912A3; US6383347B1; CN1519394A; AU5544898A

Abstract

(57)【要約】本発明は、１枚または１体の電極板を利用した電気化学セルおよび電気化学システムに関するものであり、この電極板は、以下双極板（DEP）とも呼ばれ、２つの隣接するセル区分を電気接続し、電極内の電流の流れは電極の作動面と平行である。ここで開示したセルの設計において、セルは、連続するセルのスタック（セルスタック）として組立てられ、双極板を使って隣接するセル間で電気接続がなされるフィルタプレスと類似している。本発明の１つの局面において、平坦な双極板が隣接するセルスタック内のセルと接続する、双極板を利用した単極複式スタック電気分解装置（MSE）が得られる。セルの単極特性が、各双極板により接続した隣接するセルのスタックの各々を隔離するエアギャップによって維持される。本発明の別の局面において、単式スタック内の隣接するセルを接続するために折畳んだ双極板を利用した単式スタック電気分解装置（SSE）が得られる。１つの絶縁壁が、SSE内の双極板によって接続された隣接する電極の対の組立ての区分を分離する。本発明のさらに別の局面において、耐水密閉を提供するエラストマー材料で製造した電解液循環フレームが得られる。各スタックの端部にも剛性囲壁が設けられて、複式スタック電気分解装置内の異なるスタックからの電解液を混合するための場所に加えて、構造上の剛性が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】電気化学セルおよび電気化学システム発明の範囲本発明は電気化学セルおよび電気化学システムの設計に関するものであり、さらに詳細には、単式スタック、複式スタック電気化学システムに使用する電極サポート部に関するものである。発明の背景電気合成とは、陽極と陰極の間の電解液にかけて電流、一般に直流（DC）、を通過させることにより電気的に駆動する、化学反応を発生方法である。電気化学セルは電気化学反応に使用され、電解液に浸された陽極と陰極を備えており、外部電源からの電流がこの両極間を流れる。生成率は寄生反応のない電流に比例する。例えば、液体アルカリ水性電解セルにおいて、水性電解液に浸した２つの電極間に直流（DC）を流すと、水（反応物）が成分生成気体、すなわち水素と酸素に分離し、各々の電極の表面上で生成気体が発生する。予め選択した生成レベルを達成するには、作動電流密度の増加とセル数の増加との間のトレードオフが必要である。電解プロセスの物理的性質のために、電流密度が高いほど生成のユニットについてのエネルギー消費が高くなるため、トレードオフに直面したセル設計者は、増加セル分の資本コストを仕方なく増やすか、またはエネルギー効率の低下によって生じるより高い運転費を払うかのいずれかになる。電流密度の増加は、設計とコストの追加の必要性を伴う、電解液の温度上昇といったさらに厄介な運転状況を引き起してしまう。最終分析として、トレードオフは、主に電気によって駆動される外部可変物によりケースバイケースで決定される。従来の双極電気分解装置においては、多くの電極板の端部にある電極間に電圧が印加される。電解の場合、一方の板は陽極として機能して酸素を生成し、他方は陰極として機能して水素を生成する。これに対する重要な意味は、電流に関する場合、電流がスタックにかけて電極の平面（電極の気体放出面によって画定された電極の平面）に対して垂直に流れるということであり、また、電流の流れがセルスタック内に限られることが重要である。電極内において、電流は電極の全ての縁から電極板の中心に向かって流れる。今日、幅広く市販され使用されている従来の単極セル設計において、１つの機能的な電気分解装置、またはセル区分、あるいは独立したタンク内には、１つのセルまたはセルの１列（平行）が内臓されている。従って、各セルが、平行に接続した電極の対の各組立が１つの単極の対として機能する個別のタンク内の電極の対の組立によって構成される。セルへの接続は、A.T.Stuartに発行されたカナダ特許第302、373号（1930年）で開示されたもののような相互連結バスバーを利用した、制限された領域接触を介して行われる。上述のセル区分間のバスバー組立を利用したポイントツーポイント電気接続を使って、電流が１つのセルの陰極の１部から隣接するセルの陽極へと流れる。通常、電流は１つの電極の数カ所から流され、ボルト締め、溶接、その他類似するタイプの接続によって、隣の電極の数カ所に接続されるが、これらの接続方法はどれもかなりの電流密度を通せるものでなくてはならない。電流は、接続点から電極領域へと流れる。各セルが個別のタンク内にあるため、公称セルスタックの外でセル間の電流が存在する。このような接続の欠点は、酸化、および別種の劣化を起こしやすく、その結果、セル間の電位が著しく降下して電気分解装置の効率を低下させることである。フィルタプレスタイプの電気分解装置のほとんどが、金属、プラスチック、ゴム、セラミック、多くのファイバに基づく構造といった様々な材料を使って、セルの陽極部分と陰極部分を絶縁している。多くの場合、フレームに機械でＯリング溝を切込むか、またはフレームをＯリング挿入可能に鋳造する。典型的には、電極をセル内に封入し、電解液循環のためのチャネルをつくり、反応物を供給し、生成物を除去するために必要な組立の形成には、少なくとも２種類の異なる材料を利用する。この内の１つは、例えば、硬質な工業プラスチックや、密閉を得ることができる程度に柔軟な材料である。大型の双極フィルタプレスシステムにおいて、セルスタックの長さは数10メートルであってよい。このようなシステムには、熱膨張率と最適な温度／圧力関連の変形を併せ持つ、硬質および剛性な材料が必要である。隣接する電極と接続するための外部接触が不用で、従来の単極、双極システムの欠点をなくし、システムに各々の利点を採用し、システムを構成するコンポーネントの数を減らした電気化学システムを提供することは非常に有益である。発明の概要本発明の目的は、双極のような電気化学システム固有の簡素性と、低いセル間抵抗接続とを備える電気化学システムを提供することである。本発明の別の目的は、単式スタック配列および複式スタック配列における簡素な電気化学システムを提供することである。さらに本発明の別の目的は、あるセル区分内に配置された陽極と、隣接するセル区分内に配置された陰極をサポートするための一体形成の双極板を備え、また、この双極板を、前述の単式スタックおよび複式スタック電気化学システムに使用するめに採用した電気化学システムを提供することである。本発明の別の目的は、個別のガスケットの使用を避けたい場合の密封機能も果たす電解液循環フレームを備えた、電気化学セルまたは電気化学システムを提供することである。本発明のさらに別の目的は、前述の電気化学システムの片端、または両端に、セル区分と流通関係にある多目的な剛性囲壁を提供することである。囲壁は、電解液の容器として機能し、電解液から反応生成物を分離するための場所を提供するだけでなく、システムに構造的な剛性を与える。本発明のさらなる目的は、２つの電極をサポートするための電気伝導フレームを備えた、該フレームによって２つの電極が電気接続している双極板を提供することである。双極板は、電池のようなエネルギー蓄積装置、エネルギー生成装置のような酸性および／またはアルカリ性燃料電池、多くの電気化学反応用の電気化学システムを備えるが、これに限定はされない電気化学システム内の構成部品として使用するために採用される。本発明の利点は、本発明が、一般に双極電気分解装置に見られるセル間抵抗要素の数を減らした、簡素なセル設計を有する単極電気分解装置配列システムを提供することである。本発明による１つのセルブロックで、１kW未満から数メガワットまでの電力定格を有する複式スタック電気分解装置を作成することができる。本発明の電気分解装置の別の利点は、従来の電気分解装置に必要な個別の密閉ガスケットが不用であることである。本発明は、陽極と陰極をサポートする双極板（DEP）を使用した電気化学セルスタックの組立の設計に関する。双極板は隣接する２つのセル区分を電気接続するが、ここで、電極内を流れる電流が電極板の作動面と平行する。ここで開示したセル設計において、単極セルは、隣接するスタック間の電気接続を双極板を使用して行うフィルタプレスと同じような、連続したセルのスタック（セルスタック）として組立てられている。本発明のある面において、２つの電極をサポートするための双極板が得られる。双極板は、第１電極をサポートする第１部分と、第２電極をサポートする第２部分とを備えた電気伝導フレームを設けている。第１電極と第２電極は、電気伝導フレームによって電気接続している。本発明の別の面において、各々が陽極液チャンバと陰極液チャンバとを画定する少なくとも２つのセルと、陽極液チャンバ付近に陽極と、陰極液チャンバ付近に陰極を少なくとも備えた電気化学システムが得られる。陽極液、陰極液チャンバの各々が入口と出口を備えている。電気化学システムは、電気伝導フレームを備えた１つの双極板と、電気伝導フレームの第１部分上にサポートされている少なくとも２つのセルの内１つに設けられた陽極と、第１部分から離間した、電気伝導フレームの第２部分上にサポートされている少なくとも２つのセルの内１つに設けられた陰極とを備えている。本発明はまた、少なくとも１つのセルスタック内に少なくとも２つのセルを備えた、少なくとも１つのセルスタックを有する電気化学システムを提供する。ここで、これらのセルの各々は陽極と陽極付近の陽極液チャンバ、陰極と陰極付近の陰極液チャンバを備えている。電気システムは、セルスタックの対向する端部に剛性サポート部材を備えており、剛性サポート部材は少なくとも第１、第２剛性囲壁を備えている。陽極液チャンバは第１剛性囲壁と流通連絡しており、陰極液チャンバは第２剛性囲壁と流通連絡している。本発明はさらに、少なくとも２つのセルを有する少なくとも１つのセルスタックを備えた電気化学システムを提供する。ここで、各セルは、陽極をサポートする第１導電板と、陰極をサポートする第２導電板を備えている。第１、第２導電板の各々は対向する外縁面を設けている。各セルは少なくとも、陽極液チャンバを画定する第１導電板の対向する外縁面の１つに対して密閉的に係合した第１フレーム部材を備えている。各セルは少なくとも、陰極液チャンバを画定する第２導電板の対向する外縁面の１つに対して密閉的に係合した第２フレーム部材を備えている。第１、第２フレーム部材は、圧縮可能な、エラストマー状の材料から成っており、電気化学システムを組立てると第１、第２フレーム部材が圧縮されて耐水密閉を形成する。本発明は、単式スタック電気化学システムを提供するものである。このシステムは、セルスタック内に連続的に配置されたｎセルを設けており、ここで、ｎはセルの数で２以上の整数であり、各セルが少なくとも、１つの陽極、これと隣接する１つの陽極液チャンバ、１つの陰極、これと隣接する１つの陰極液チャンバを備える。２つのセルはスタックの対向する端部に配設されており、この内１つが少なくとも１つの接触陽極を有し、もう１つが少なくとも１つの接触陰極を有する。接触陽極と接触陰極は電源と接続するために採用されている。スタック内で隣接するセルどうしを絶縁するために絶縁部材が設けられている。このシステムは少なくともn-1の双極板を備えており、各双極板が、長さと幅を持つ少なくとも１つの電気伝導フレームと、片方のセル内に配置された陽極をサポートするための第１部分と、隣接するセル内に配置された陰極をサポートするための第２部分と、陽極と陰極の間に配置されて両極間を電気接続するウェブ部とを設けている。ウェブ部の少なくとも１部分は、双極板にサポートされた陽極と陰極を備えたセルとは離れた場所に配置されており、双極板が前記ウェブ部の中心で実質的に折畳まれ、２つの接触電極間に電圧降下が発生した場合、電流が、電気伝導フレームの長さに沿って集められ、電気伝導フレーム、陽極および陰極の幅にかけて、双極板の平面を通りセルからセルへと流れる。ここで開示した電気化学セルスタックの設計は双極板を利用したものであり、この双極板は、個々のセルタンクに基づいた従来の単極設計よりも、電気分解装置のユニット量毎の、電気化学反応のための表面領域の比率がはるかに高く、また、電解セルスタックの実施例のシステム重量は、現在のシステムのものよりもかなり軽量である。電極の高さを高くすることにより、電流密度を変えずに、また、セル電圧への衝撃を最低限にしながら、電気化学システムが占める面または領域をさらに減少させることが可能である。本発明に従って製造した双極板を利用した電気化学セルまたはシステムにより、コンパクトなサイズと、従来の双極電気分解装置に見られる低いセル間抵抗要素といった利点が得られ、また、低コストの単極電気分解装置が得られる。本発明の別の利点は、複式スタック電気分解装置（MSE）配列を使用するために、1MW またはそれ以上のセル組立を１つのセルブロックに構成することができることである。図面の簡単な説明次に、本発明に従って構成された電気化学セルおよび電気化学システムを添付の図面を参照しながら例証のみの方法で説明する。第１図は、各々が平行に接続した２つのセルから成る４つのスタックを連続接続した複式スタックの電気化学システム（MSE）を示す組立分解斜視図である。第２図は、第１図の線２‐２に沿って切った、セルブロックにおける電流通路を示す水平断面図である。第3a図は、本発明に従って設計された気体セパレータ組立を示す斜視図である。第3b図は第3a図の線3b‐3bに沿って切った図である。第4a図は、第１図に示した複式スタックの電気化学システム（MSE）か、あるいは第７図に示す単式スタックの電気分解装置（SSE）に使用する電解液フレームの斜視図である。第4b図は、第１図のMSEに使用する絶縁ガスケットの斜視図である。第５図は、第１図の複式スタック電気分解装置（MSE）に使用する双極板の斜視図である。第６図は、第１図の複式スタック電気分解装置（MSE）に使用する単極板（SEP ）を示す図である。第6a図は、気体を含んだ電解液がセル区分を介し通路へと流入する流路を示した、セル区分の斜視破断図である。第6b図は第6a図の線6b‐6bに沿って切った図である。第７図は、本発明に従って設計された２セル単式スタック電気分解装置（SSE ）の斜視分解組立図である。第8a図は、第７図で示した単式スタック電気分解装置に使用した２電極板の斜視図である。第8b図は、中心で180°折り畳んだ状態の、第8a図の双極板である。第９図は、第７図の単式スタック電気分解装置に使用した単極板（SEP）を示す図である。第10図は、第７図の単式スタック電気分解装置に使用した電解液フレーム／隔壁組立の斜視、組立分解図である。第11図は、第７図の単式スタック電気分解装置に使用した端部壁の斜視図である。第12図は、第７図の線12−12に沿って切った、単式スタック電気分解装置セルブロックを通る電流通路を示す水平断面図である。第13（a）図、第13（b）図は、本発明に従って設計した、別の電気分解装置配列を示す図である。第14図は、別の、ヘッダボックスを備えたMSE電気分解装置の実施例の斜視、組立分解図である。第15図は、第14図に示したMSE電気分解装置のその他の部分に取付けたヘッダボックスの断面図である。発明の詳細な説明本発明は、セルブロックを形成するために、フィルタプレスタイプ配置におけるセル（セルスタック）の複数の列を電気的に接続する設計および方法に関するものである。特に、本発明は、サポート部、反応物／生成物伝搬路、また、例えば電気分解の場合の電気分解装置のような実用的な電気化学システムを形成するためにセル、スタックおよび／またはブロックを電気的に接続する数種類の方法を含む、電気化学セル、電気化学システム、セル電極の設計に関するものである。さらに、本発明は、電気化学システムに使用する様々な構成部の独特で有益な設計を提供する。本発明は、電気（バス）接続の提供に関してかなりの柔軟性を有するために、直流（DC）電力供給規模の選択に融通が利く、電気化学システムを構成するための方法を開示するものである。本明細書中で使用する「セル」または「電気化学セル」という用語は、電解液が循環し生成物が分離される密閉部内で各々が適切にサポートされた陽極と陰極を含む少なくとも１対の電極を備えた構造物を示すものである。セルは、適切な密閉手段を備え、密閉部内でセパレータを機械的にサポートするセパレータ組立を備えている。複式セルは、セルスタックを形成するために、連続して、あるいは平行に接続していてもよく、このスタック形成に使用するセルの数に制限はない。１つのスタックを通して、セルは平行あるいは連続のいずれか１つの方法で接続している。セルブロックとは１つ以上のセルスタックを備えたユニットであり、複式セルブロックは外部バスバーによって互いに接続されている。機能的な電気分解装置は、平行または連続して相互に接続した、あるいは平行し連続して接続した１つ以上のセルを備えている。複式スタック電気化学システム（MSE）第１図、第２図は本発明により設計した、概して符号20で示した好ましい電気化学システムを示すものであり、以下このシステムを複式スタック電気化学システム（MSE）と呼ぶ。第２図に示した断面図は、この電気分解装置配置を単極電気化学システムとして区別する、電極の極性と、各セルスタックにまたは各々のセルスタック間に流れる電流の方向とを示す。電気化学システム20は、セルスタックと、平行接続した各スタックの２つの電気分解セルとの間に、連続的に接続した４つのセルスタック22を備えるセルブロックとして示されている。各スタック22は、第２図に最も明瞭に示す２つのセル24を備えているが、各スタックは矢印Ａで示す方向においてセルをいくつ備えてもよいことが理解されるであろう。セルスタックの高さは様々である。双極板の半分にサポートされた陽極114と、もう半分にサポートされた陰極116 を備える双極板110により、隣接するセル24（２つの端部のセルスタック22内のセルを除く）の陽極と陰極が供給される。第２図中の電気分解装置の右端にあるスタック内のセルは、双極板110の半分に陽極114を備え、単極板30に取付けられた陰極144を備えている。また、第２図中の電気化学システム20の左端にあるセルスタック内のセルは、双極板110の半分でサポートされた陰極116と、単極板31 でサポートされた陽極142を備えている。双極板110と単極板30、31の構造を以下にさらに詳細に説明する。第２図に示すように、各スタック22は、陽極２つ、陰極２つを含む２つのセルを備えているが、ブロック20における電流が流れる方向を横切る、矢印Ａで示された方向にセルをいくつ備えていてもよい。各区分内の陽極付近には陽極フレーム38が配置されて陽極液チャンバを画定し、また、陰極付近には陰極フレーム40 が配置されて陰極液チャンバを画定している。陽極液フレーム38は、後に詳細に説明するが、その構造が陰極液フレームと同一である必要があり、また一般に電解液循環フレームと呼ばれている。ここまで説明および例示した実施例において、陰極フレームの構造は陽極フレームと同一である必要はないが、両フレームの構造が同一であればユニットあたりの製造コストがより低くて済む。定められたセル（矢印Ａの方向において。第２図参照）内の陽極液チャンバ、陰極液チャンバの各々はセパレータ36によって分けられている。セパレータ36の役割は、陽極、陰極液チャンバ内で生成された異なる電気分解生成物の混合を減少させることであり、セパレータについては後にさらに詳細に説明する。第２図に最も明瞭に示すように、同様の極性を持つ隣接する電極間は２つの電解液フレームで隔てられている。例えば、電気化学システムの右端側に設けられたスタック22の中央の区分内には、２つの双極板内に隣接する２つの陽極114を隔てるための２つの陽極フレーム38の配設が必要である。１つのスタックにつき２つ以上のセルを備える電気化学システムでは、単極板電極に関連する１つのフレームの代わりに、これら２つのフレームを、方向Ａに向かって備えられたスタックに沿って設ける。隣接する陽極または陰極を隔てるために、図示される38、40よりも厚い単式フレームを使用することもできる。電気化学システム20は、各スタック22の両端部に端部ボックス44を備えている。具体的に第１図を参照すると、各端部ボックス44の、陽極液チャンバまたは陰極液チャンバに隣接した側部には下部開口46と上部開口48が設けられている。各ボックス44の頂部にある気体出口50は、反応物が水電解液の場合、電気分解反応の間に放出された様々な気体、すなわちＨ₂、Ｏ₂を収集するための出口である。電解液または気体の漏出を防止するべく液体浸透性の密閉を得るために、セルスタック22とセルブロック20全体は十分な力によって相互に維持されていなければならない。端部ボックス44を形成するためにクランプバー52、タイロッド、関連する締め金具（図示せず）と共に使われる角形管のような剛性構造の要素を使用することにより、少しの締付け圧力でスタック22を密閉するため、負荷を均一に分散する表面を持つ優れた構造を得ることができる。クランプバーによって端部ボックスどうしが電気的に接続してしまうことを防止するために、端部ボックス 44の外面とクランプバー52の間には電気的絶縁パネル54が狭持されている。また、第１図、第２図に示したように数枚のパネル54を使用する代わりに、１枚の、全ての端部ボックスにかかるようにのびる縦絶縁パネル（図示せず）を使用してもよい。第２図を参照すると、各スタックの末端において、電解液フレーム38または40 と端部ボックス44との間に絶縁平面ガスケット26が配設され、電解液との接触から末端ボックス44の表面を隔離する。ガスケット26は、端部ボックス44の開口48 、46（第１図参照）と各々組合せて液体を循環させるための上部開口59と下部開口59'（第4b図参照）を備えている。剛性端部ボックス44は、気体／液体セパレータ装置として働く他、セルの頂部から流出する電解液のための戻りチャネルを提供するといったいくつかの機能を持つ。また、電解液レベル（液体レベルセンサ）と温度（例えば、加熱器、冷却器、あるいは熱交換器）を制御するために使用する構成部品の配置場所でもある。さらに、端部ボックスに適切なセンサを設けて、各セルスタック電解液と気体の純度を監視することができる。また、電解液の大部分が電気分解装置を再循環する間に、各端部ボックス44から電解液の流れを取り、内部レベル制御、電解液濃度、温度、セル圧力、気体純度の制御および監視を行うこともできる。この流れは、元の端部ボックスに戻されるか、または類似する別の流れと混合されて端部ボックスに戻される。また、端部ボックスに探針を挿入してこれらのパラメータを制御することもできる。従来の電気化学システムを改造して、本明細書で開示した端部ボックスを備えるようにしてもよいことが理解されるであろう。電気合成に使用する電気分解セルでは、経路毎の加工を補助するために、あるセルブロックから次のセルブロックへと隣接するボックスの間で液体を供給できる。剛性端部ボックス44は、必要であれば補強を加えた鋼鉄、ステンレス鋼、ニッケルまたはプラスチックを含むアルカリ性または酸性ベースの電気化学システムに適した様々な材料から製造することができる。セパレータ組立36の構造は、第3a図、第3b図でさらに明瞭に示す。セパレータ組立36は、両方共同様の１対の外縁エラストマーまたはエラストマー状の材料のフレーム62を設けているが、この１対のフレーム62は電気分解生成物セパレータ 64を挟んだ状態で溶接または結合されている。フレーム62の各々は、セパレータ 36を組立てる際、２つのフレームを整合させると合致する１対の上部隣接開口66 、68と、１対の下部開口66'、68'を設けている。セパレータ組立36の外縁エラストマーフレームは、２つのフレームではなく、セパレータ64を受容するための隙間を鋳造した１つのエラストマーフレームであってもよいことが理解されるであろう。セパレータ64の材料の選択は、電気化学システムで起こる電気化学反応に依存する。生成気体が生成される電気分解反応には、膜であってもなくてもよいセパレータ64は気体セパレータ隔膜を使用する。内部電極抵抗の低い要素（Ω-cm²）を達成できるセパレータ64は、固定されたセル電圧についての電流密度の上昇を許容する。アルカリ性水電気分解については、気体セパレータ隔膜シート64は好ましくは多孔性であり、また、ポリフェニレンスルフィド、または、内部電極抵抗を減少させ、気体の浸透性を減少させるために表面処理を施した他の類似する耐電解液材料といった材料から成ることが好ましい。例えば水性電気分解装置の場合のＨ₂、Ｏ₂のように、電解液循環システム内で、電気化学反応が化学勾配を生じ易い特定の用途に使用する電気化学システムの場合、隔膜シート64は多孔性であることが好ましい。これは、陽極液と陰極液を混合する装置を必要とする、アスベストのような有孔性の低いセパレータを使用した従来の電気化学システムと比べて非常に大きな進歩である。フレーム62が密閉のためのガスケットとして機能するように、フレーム62を弾性または圧縮可能なエラストマー、あるいはエラストマー状の材料（または同等の機能を有する材料）で製造することが好ましい。適切な硬度のエラストマー材料を使用することで、組立て時に防水密閉を容易に形成することができるため、フレームにより硬質で圧縮不能な材料を使用している市販の電気分解装置に一般に必要とされるガスケットが不用になる。従って、適度に圧縮可能なエラストマー材料を使用すれば、ガスケットを用いることなくセルフレーム62を双極板110 に直接密着することができる。第4a図に示す電解液フレームは、陽極液フレーム38および陰極液フレーム40の両方として使用することができる。フレーム38の、上部開口58と隣接する隙間56 "、下部開口58'と隣接する隙間56"'を画定する各々の端部にはウェブ56が設けられている。フレームの中央領域56'は、反応チャンバを往来する液体の入口および出口ポートを提供する隙間56"'、56"と共に、実際の陽極または陰極に隣接する反応チャンバを画定している。同様に、第4b図に示す、上述した絶縁パネルまたはガスケット26は、組立てた電気分解装置においてフレーム38（40）の開口58 と58'、隙間56"と56"'と整合する開口59と59'を備えている。フレーム構造38の材料は、ゴムガスケットと、適切な工業プラスチックの硬質の両方の特性を備えていることが好ましく、また、気体セパレータ隔膜組立36のフレーム62を構成するために使用したエラストマー材料と同じであってもよい。このような材料の処理方法は、例えば押出された材料をダイカットする方法、射出成形する方法等、多数ある。第4a図に示す電解液フレーム38も、セパレータ36 のフレーム62と同様に再生利用が容易である。エラストマーまたはエラストマー状の材料で製造した電解液循環フレームを使用することで、必要な電極板とセパレータをサポートする絶縁フレームとガスケットの両方の目的を達成でき、これにより電気分解セルシステムの部品および材料総数を減らし、低コストの材料処理が可能になる。この設計のさらなる利点は、エラストマーフレーム／ガスケットの金属電極板との適合性である。ガスケットを追加する必要はない。部品を逆さにする（180°回転させる）だけで、２セットの開口の位置、そして開口チャネルの位置が置換する。この方法なら、共通のフレーム部品を使って陽極フレームと陰極フレームの両方が製造できる。従来の電気化学システムを、ここで開示したエラストマーまたはエラストマー電解液循環フレームを備えるように、改良部品組込みの形で変更できることが理解されるであろう。第１図に示した双極板（DEP）110をより詳細に第５図に示す。双極板110は、適切な厚さで、電解液および電気分解反応生成物からの化学攻撃に対して適度に不活性な１枚の金属シートであることが好ましい。双極板110は、陽極114と陰極 116のサポートを含むいくつかの目的を満たすよう設計されている。双極板110は、第１サポートフレーム112と、共用の境界線113（破線で示す）でフレーム112 と隣接する第２サポートフレーム112'とを備えている。板110は、例えばニッケルをめっきした鋼鉄から成っていてもよく、またフレーム112をサポートするために陽極114が取付けられ、フレーム112'をサポートするために陰極116が取付けられている。サポートフレーム112は平面外縁108を画定し、サポートフレーム11 2'は平坦な外縁108'を含む。スタックを組立てて固定した際に、陽極液フレーム 38、40が、板110のある側において外縁108、108'を密閉し、ガスセパレータ組立 36が、板の他の側において外縁を密閉する。板110は、その上端部に開口118、120の対を、下端部に開口118'、120'の対を備えている。陽極114と陰極116との間隔は、一般に約１mm〜10cmの範囲で、好ましくは５cm以下で可能な限り短く保つことが好ましく、この間隔は内部セル間隔と呼ばれ、第２図の隙間28と関連する。板110は、陰極部分と陽極部分の間の硬質部分に、電極の長さに沿って離間した数個の孔106を設けている。組立てた電気分解装置において孔106は第２図の隙間と整列し、タイロッド（図示せず）がこれらの孔とクランプバー52に配設された孔104を通る。タイロッドの端部にあるナットを締めることによりスタックが圧縮されるように、タイロッドの両端をねじ切りしてもよい。開口118、118'は開口120、120'よりも大きく、エラストマーのインサート122 を保持する。インサート122の機能は、液体の流れを、電極によって生じた生成気体から、開口118、118'で画定されたチャネル内に密封し、隣接する電極と電気回路を形成することを防止し、これにより導管内での電気分解の発生を防止することである。他の小さな開口120、120'は、電解液フレーム38、40からの気体を通過させるために開口したチャネルまたは導管を画定している。この部品を逆さにする（180°回転させる）ことにより、２セットの開口の位置、そして開口チャネルの位置が置換する。この方法で、第１図に示したセルのブロックを接続する電極接続が、１つの双極板を使って形成される。第５図を参照すると、双極板110には、液体を密閉するために十分な圧力をかけてセルを組立てる際に、フレーム38（第4a図）の隙間56"、56"'が圧力で閉鎖することを防止するための金属チャネルサポート117が設けられている。これらのサポートはフレーム38、40の隙間56"に挿入されて保持される。陽極と陰極を別々の部品としてフレーム112、112'に取付ける場合、適切な化学抵抗特性を得るために、必要に応じて板110を、ニッケルめっきのような表面処理を施した、低炭素鋼等の低コストの電気伝導材料で製造してもよい。次に、個別の電気化学的に有効な電極114がフレーム112に接続され、陰極116がフレーム112に取付けられる。図には、ワイヤグリッドが陽極と陰極の代替品として示されている。陽極と陰極が双極板上の別々の領域を占めているため、電着、浸漬、散布のような方法により、各電極タイプの異なる界面活性（必要であれば）を片側または両側に対して比較的容易に、また低いコストで適用することができる。また、双極板と電極を、陽極と陰極を形成するために電気化学的に活性化された２つの異なる部分を持つ一体形成部品として製造することもできる。例えば、板110は、適切な材料によって活性化されて陽極と陰極をつくる有孔部を備えることもできる。いずれのタイプの配置も、現在の単極および双極システムにない著しい利点である。双極システムにおいて、次工程で双極壁と結合する陽極活性基板には一般に陽極活性が用いられ、同様に、次工程で双極壁に結合する陰極活性基板には陰極活性化が用いられる。これらの接続は、しばしば電極組立の化学状態を劣化させてしまう。従来の単極システムには、電極へ、また電極からの電気を伝導するためのサポート部品の追加が必要である。従って、単極板または双極板によって「サポートされている」電極を参照する場合、この用語は、SEPおよび／またはDEP電気伝導フレームに直接取付けた個別の電極、各々が、電極としてのそれ自体によって機能することができる材料からできているDEPおよび／またはSEP、別々の電極として機能する材料によるコーティングまたは処理が容易に行える材料からつくることが可能なDEPおよび／またはSEP、を含むが、しかしこれに限定されるものではない、可能な全ての配置を網羅する意味を持つことが理解されるであろう。双極板全体にかけての抵抗損は電極の厚さに直接比例する。この厚さは、電極の垂直脚毎に100アンペア以上の電流が流れる電極で、約0.25mmにまで薄くできる。計算したところ、代表的な単極セル接続で一般に見られる抵抗電圧降下については、現在の導体の厚さを80％減じることが可能である。より薄型の導体には多くの重要な利点がある。すなわち、材料の製造（従来のスタンピング、進行スタンピング、NCスタンピング、ロールダイ成形等）が安価であり、より小型であり、連続処理段階での扱いがより簡単であり、同等の厚さのものよりも高い電流密度を許容する。電極表面の１平方メートルについて最適な水素生成を行うためには、双極板のアスペクト比（幅に対する高さ）が１以上であることが好ましく、実際には以下に示す理由により、実現可能な程度に高い。電流が電極板と平行に流れるため、既定の電気抵抗については、有効な電極領域が広くなるに従い板は幅広くならざるを得ない。さらに、既定の有効な電流密度については、板が幅広くなるに従い、双極板全体にかけての電流値が上昇する。陽極部、陰極部間の既定の抵抗損については、板は厚くならなくてはならない。従って、抵抗損と電流密度を同じに保ちながら板の総電流値を上げるには、背が高く細い構造が好ましく、また、アスペクト値（幅に対する長さ）を上げることにより、より薄型の電極材料を使用することができる。これは、高価な材料を必要とし、電流密度（または抵抗損）に制約されてしまう電気化学装置にとって独特の利点である。第６図は、２つの端部スタックのセル内で各々陰極144と陽極142を保持し、また、電源29から複式スタック電気分解装置へ電気接続させるために使用される単極板30、31を示す。単極板30と31も構造的には同一であるが、板30には陰極144 が取付けられ、板31には陽極142が取付けられている点が唯一異なる。板30は、電源29からの導体が取付けられた平坦なフレーム140を備える金属シートを設けている。電極板30は、上部開口121、123と、関連する下部開口121'、123'とを設けている。フレーム140には、セルを組立てる際にフレーム38の隙間56"、56"'（第4a図）が圧縮されて閉鎖してしまわないように、金属チャネルサポート117が溶着されている。第１図の複式スタック電気分解装置（MSE）20において、単極板30が最も外側または末端にあるスタックに配置され、最も外側にある２つのスタック22の各々に必要な電極30の数はスタック毎のセルの数と同数である。フレーム140の縁に沿って配設された孔106'は、クランプバー52の単部付近に配設された孔104（第１図）と整合してスタックを固定する。再び第２図を参照すると、電気分解装置20を組立てる際、エアギャップ28によって複数のセルスタック22が互いに孤立する。各電極110（第５図）上の陽極と陰極の間にある導電ウェブ部108、108'の幅は、隣接するスタックとの間の間隔によって画定された所定のものである。ブロックの末端にある単極板30のフレーム140に電源29が接続しており、ブロック中の異なる電極の極性が表示される。類似する構成部分にも異なる符号を付けてあるが、これは、構成部分の複数の機能的な使用法を反映することを意図しているものであり、構造的に異なるものであるとは限らない。例えば、陽極液フレーム38と陰極液フレーム40は同一であるが、フレーム38は陽極液チャンバを画定し、フレーム40は陰極液チャンバを画定する。例えば、第１図中の右手にあるスタック22において、中央の陽極液フレーム38は、いずれか一方の側にある陰極液フレームに関連するその縦軸周囲で18 0°回転する。同様に単極板30、31は、板30には陰極144が、また板31には陽極14 2が取付けられていること以外は同一である。各スタックにおいて、電極板に設けられた離間した上部開口、電解液フレーム、気体セパレータ隔膜組立が整合し、スタックを通る２つの液体流路を画定する。２つの内、第１通路はスタックの一端にある端部ボックス44に設けられた開口 48を介して連絡し、第２通路はスタックの他端にある端部ボックス44に設けられた対応する開口48を介して連絡する。例えば、第１図を参照すると、ブロックの右側にある端部スタック22の右上に設けられた第１通路は、図面の最も右側（Ｏ₂ が収集される）にある端部ボックス22に設けられた開口48、パネル26の開口59 （第4b図）、陰極フレーム40の開口58'、単極板30の開口121、気体セパレータ隔膜64の開口68、双極板110の開口120、陽極液フレーム38の隙間56"、DEP110の開口120、気体セパレータ隔膜64の開口68、単極板30の開口121、陰極液フレーム40 の開口58'によって画定されている。２つ以上のセルを持つスタックでは、この第１通路によって、これと同じ方法で追加の陽極液チャンバ全てを接続することができる。この右上の通路は、隙間56"を介して中央陽極液チャンバから出て、通路を通り開口48を介して端部ボックス44へと入るＯ₂ガス（水性電気分解の場合）を含む電解液の出口通路である。陽極液は、図の右手にある端部ボックス44から開口 46を介してセルに流入し、陽極液フレーム38に到達して隙間56"'（第１図には図示せず）を介して陽極液チャンバに入るまで、セル構成部品（上部通路から対角線的に反対側にある）の開口によって画定された下部通路を進行する。スタックの動作中にＯ₂が放出され、端部ボックス44に戻るとＯ₂は電解液から除去される。この第１通路は、Ｈ₂が収集された側とは反対の端部にある端部ボックスと流通連絡していないため、酸素を含む電解液が、この反対側の端部ボックスに侵入して水素と混合することはない。多くのスタック構成部品に設けられた別の隣接する上部開口は、Ｈ₂を含む電解液が、フレーム40によって画定された陰極液チャンバから隙間56"'を介して出るための流路を画定する。端部ボックス44間を通る上部Ｈ₂戻り通路と対角線位置にある、セルを通る下部通路が、電解液を陰極液セル構成部品内へと運ぶ。再び第１図を参照すると、電解液は、図の底部に沿って示されたスタック22内の最端にある端部ボックスに設けられた開口46（ゴーストアウトラインで示す）から出て、隙間56"'を介して、フレーム40によって画定された陰極液チャンバの各々に入り、続いて、上部開口48（ゴーストアウトラインで示す）から同じ端部ボックス44へ戻る。端部ボックス内に在留している電解液からＨ₂が収集される。前述のスタック構成部品におて、端部ボックス内への導管を画定する上部（または下部）開口の位置は「対角線上」設計に示されており、言い換えれば、特定の循環フレーム内に流れる流体が片側の底部から入り、別の側の頂部から出るということである（第6a図参照）。また、別の構造の使用も可能なことが理解されるであろう。すなわち、流体が入ったのと同じ側から出ることができるように、入口と出口導管を、フレーム／電極／気体セパレータ組立と同じ側に配置している設計の構造である。双極板110を十分に利用した可能な限り最小の電気分解装置に必要なのは、一方のセル内に陰極付きのサポートフレームを備え、隣接する第２のセル内に陽極付きのサポートフレームを備えた１つの双極板を持つ２つのセルのみである。さらに、ここで開示した双極板、エラストマー状の材質の循環フレームまたは端部ボックスを使用した全ての電気化学システムにおいて、必ずしもセパレータが必要であるとは限らないことが理解されるであろう。セパレータは、電気合成物質（または、陽極、陰極に現れる他の成分）の混合を減少または最小限にする必要がある場合にのみ必要である。上に挙げた非限定の例は、水素と酸素が混合する量を最小限に止めるために、慎重に取扱わなければならない水性電解液についてのものである。その他の電気化学処置は、セパレータの必要性に制限されるものではない。セパレータを使用しない場合は、陽極と陰極が同一の構成部品を共用することが必須である。再び第１図を参照すると、隣接する２つのセルＸとＹが双極板110と共に示されており、この双極板110は２つのセルによって共用されており、セルＸ内には陰極116が、セルＹ内には陽極114が存在するため、双極板110は隣接する２つの単極セル間に配置される。この構造により、単極セル間の内部セルバスバー接続が不用になる。従って、複雑な内部セルコネクタなしでも、双極板110を使用することで多くの隣接する単極セルスタック間の電流の流れが促進される。隣接するセル間のこのタイプの接続は、隣接する単極セルの陽極、陰極間をケーブルまたは硬質な金属バスバーによって接続する一般技術のまたは従来技術のセル配置と比べて非常に有利である。一般技術のまたは従来技術のセル配置は接触を伴い、またセルの寿命がある間はその接触を維持する必要があり、この目的のための設計、材料供給によりさらにコスト高になってしまう。本発明の双極板の設計ではこれらの接触を省いている。発明者は、双極板設計を利用することで、従来技術の配列に関連するセルの作動効率が減少することを発見した。例えば、導体のために接触抵抗が損失同様に減少し、セルが小さくなり、溶接または他の結合技術によって板にかかる圧力が減衰する。接触抵抗は、酸化、熱サイクル、ボルト止め／溶接の失敗による劣化にかけてではなく、時間にかけて安定していなくてはならない。さらに詳細には、双極板110、気体セパレータ隔膜組立36、電解液フレーム38 の設計により、各電極の後ろの奥行きを、現在の最先端技術による約12.7mmから約3.75mm以下に縮小することができる。結果として明らかに利益が上がるが、これ以外にも、並列した数個の双極板を含むスタックの厚さの総計が減少するという利点がある。例えば、1000アンペアの双極板110でなら、50個を並列すれば50, 000アンペアの直流が得られる。これは、本明細書中で提案したように双極板間の間隔を縮小するエラストマーをフレームとして使用すれば、より簡単に得ることができる。既定の電気化学生成においては、スタックの厚さにおけるこの縮小により、セルを漏出防止に維持するために必要なバネ装置の数を減らすことができる。ここで開示した双極板により、あるセルの電極板の内部陽極端と、隣接するセルの同じ電極板の内部陰極端との間に電流が流れる際に、隣接するセルの電極のあらゆる対内で一定の電流分配が得られる。２インチの分割した陽極33個の装置を、高さ66インチの構造物にかけて実施したところ、0.318cm〜2.5cmの気体放出電極の後部の隙間の高さの関数として一定の電流分配が見られた。この隙間は、陽極液および陰極液チャンバの深さである。従って、電流分配は電極の高さの関数ではないということである。次に第14図、第15図を参照すると、MSE電気分解装置の別の実施例は、水平ヘッダボックス300と結合するために採用された端部ボックス44'を備えている。ヘッダボックス300は生成ガスのためのガス抜きを設けている。端部ボックス44'の各々は、上部開口316、下部開口318を備えている。ヘッダボックス300と端部ボックス44'との間には、離間した上部開口312と下部開口314の対を各々有するガスケット310が挟まれている。特に第15図を参照すると、ヘッダボックス300が端部ボックス44'に固定されている場合、ヘッダボックスの離間した上部開口324と下部開口326が各々、ガスケット310、端部ボックスの開口316、318と整合する。ヘッダボックス300に流入する電解液が出口302から直接排出されることを防ぐために、バッフル328を使用してもよい。ヘッダ300内の電解液を必要に応じて加熱または冷却するために、チャンバ330内に熱交換器コイル320が設けられている。端部ボックス44'内のバリア板336は、電気分解装置スタックから出る流体をヘッダボックス300の入口へと確実に導く。流体の流れの方向を示す矢印に従って進むと、気体を含む電解液がセルブロックの上部流体通路から端部ボックス44'に流出し、端部ボックス内で上昇し、整合した開口316、312、324が画定する上部入口ポートを介してヘッダボックス300 内に入る。分離された生成気体と電解液が、開口318、314、326が画定する低部出口ポートを介して端部ボックス44'へと逆戻りする。ヘッダボックス300を含む電気分解装置は、MSEのセルスタック間で電解液を混合する利点を持ち、これにより電気分解装置に化学勾配ができるのを防止する。さらに、この設計により、複式スタック内のある１つの地点において電解液レベル334と電解液温度の両方を制御することができる。シャットダウンすると電解液は各端部ボックス44'内へと戻り、これによりセルスタック間の液体、電解液回路が切断される。さらに、ヘッダボックス300の使用により、電解液を個別の保水タンクから電気分解装置へ汲上げる必要がなくなり、電気分解装置のシャットダウンの最中に電気分解装置内で起きる危険な水位の低下を避けることができる。単式スタック電気化学システム（SSE）第７図は、概して符号160で示した、単式スタック電気化学システム（SSE）配列と呼ばれる電気化学システムの配列の、もう１つの好ましい実施例である。このシステムは、２つ以上の構成部品を前後に配置し、電気的に連続接続したセル構成部品の連設または「列」を形成するという事実によって特徴付けられる。本発明において、セル間の電気接続を行うために折畳んだ双極板130を使用しているため、電流が第10図に示す絶縁パネル76の縁辺を通過する。陽極液フレーム70 と陰極液フレーム70'は、第4a図中の対応する電解液フレーム38、40と同一である。後に詳しく述べる２つのフレーム間に液体不浸透性のパネル76を挟んで形成した電解液フレーム組立180によって、各セルは隣接するセルから互いに離間している。電源（図示せず）から電気化学システム160への外部接触が単板電極30' に成される。第７図に示す電気化学システム160は２つのセルを備えているので、１枚の双極板130、片方がスタックの各単部に配置された２枚の単板電極30'、31'を設けているということである。３つのセルを備えたSSEの場合には、２枚の双極板130 が必要であり、４つのセルを備えたSSEの場合には、３枚の双極板が必要である等のことがが理解されるであろう。端部ボックス44付近のスタックの端部に絶縁パネル26'を使用しているため、パネル26'の開口210、212（第11図参照）が端部ボックスの開口46、48と整合する。第8a図は双極板130の構造を示し、第8b図は、完全に組立てた電気化学システムに見られる180°折畳んだ状態の同部品を示している。第７図を参照すると、陽極液フレーム70、陰極液フレーム70'、セル間パネル76が、組立てた電気分解装置内の陽極部分114と陰極部分116の間に挟まれている。双極板130は２つの上部開口132、２つの下部開口132'を備えている。陰極流体チャネルと陽極流体チャネルを分けるために、各開口132、132'に双開口ガスケット150（第９図参照）が配設されている。双極板130は、折畳んだ板（第8b図）の溝136を形成する開口 134を備えており、SSEを第７図に示すように組立て、クランプ固定する前の状態において、これがタイロッド（図示せず）用の隙間となる。第９図は単極板30'、31'を示す。電極板30'はフレーム140'に取付けた陰極144 'を備え、電極板31'はフレーム140'に取付けた陽極142'を備えている。板30'、3 1'の各々は、拡大した開口148を両端部に有し、エラストマーガスケット150が各開口内に挿入されて２つのチャネルまたは流体導管を画定する。開口148は、第8 a図の双極板130の開口と同一の寸法を有する。部分140'に設けた孔146は、組立てたSSEの隙間136と整列し、ここにクランプバーを挿人して（図示せず）電気化学システムをしっかりと固定する。次に第10図を参照すると、電解液フレーム組立て180は２つの外縁フレーム70 、70'を備えている。フレーム70はその各端部に角形ウェブ73を備えており、角形ウェブ73はフレームの１端に開口72と隣接するギャップ74とを画定し、また、フレームの他端に開口72'と隣接するギャップ74"'とを画定する。同様に、フレーム70もまたその各端部に角形ウェブ73を備え、角形ウェブ73はフレームの１端に開口72"と隣接するギャップ74"とを画定し、また、フレームの他端に開口72"' と隣接するギャップ74'とを画定する。外縁フレーム70、70'は、第4a図に示した複式スタック電気分解装置（MSE）の電解液フレーム38、40と同様の設計である。開口72、72'はフレーム70、70'の互いに斜めにある角に位置し、流通流路を画定する。これらの流路は、端部ボックス44の孔46、48と整列しており、セルスタックを通る、またセルスタックから端ボックス44への流体循環路を成す。電極組立てを組立て、セルスタックが完成した時に、フレーム部材70、70'が封水を提供する。２つのフレーム70と70'の間には液体不浸透性パネル76が狭設されており、この３つの構成部品は溶接、または接合されている。パネル76は、１端に開口78、 78'の対を備え、他端に開口80、80'の対を備えており、これらの開口は流体導管となる。パネル76の上端部において、チャネルサポート82、82'の２セットが各々開口78'、78の下でパネルに接合あるいは固定されており、１セットのサポート82はパネルの片面に、もう１セットのサポート82'パネルの他面に配設され、各々逆方向に向かってのびている。これは、パネルの下端部に位置する開口80、 80'の上に設けられたチャネルサポート80、80'の２セットについても同様である。組立180を組立てると、チャネルサポート82、82'は各々、組立の上端部にあるギャップ74、74'内に突出する。同様に、組立の下端部において、チャネルサポート82"、82"'は各々、ギャップ74"、74"'を貫通する。このような組立は、例えば射出成形で製造した一体型部品であってもよい。 SSE160の様々な部品に設けられた開口は整合し（第２図のMSEの各スタックと同様）、端部ボックス44、陽極142'に隣接する陽極液チャンバ、陰極144'に隣接する陰極液チャンバ間の流通連絡を提供する。第２図のMSEと第７図のSSEの違いは、SSE160においては、電極がスタック全体を通して陽極／陰極／陽極のように交互に並んでいるため、電極130の陽極と陰極との間にパネル76が必要であるのに対して、MSEにおいては、隣接するセル内の隣接する陽極の対または陰極の対が、共通の陽極液チャンバまたは陰極液チャンバを共用することができるという事実に関することに注目する。従って、再び第７図を参照すると、端部ボックス 44から戻ってきた陰極流体は、矢印Ｄに従い、開口72'、80'を通って循環し、次いでギャップ74"内のチャネルサポート82'によってつくられた通路を通過する。陰極液と生成物を含む流体混合物は、陰極（図示せず）付近のフレーム70'によって画定された陰極液チャンバから出て、端部ボックス44へと、ギャップ74'内のチャネルサポート82'、開口78、72を矢印Ｅで示す方向に向かって通過しながらガス抜きを行う。同様に、スタックの他端にある端部ボックス44から戻ってきた陽極液流体は、開口72"、80を通り、次いでギャップ74"'内のチャネルサポート82"'によってつくられた通路を通って矢印Ｆの方向に向かって循環する。陽極液と生成物を含む流体混合物は、陽極（図示せず）付近のフレーム70によって画定された陽極液チャンバから出て、端部ボックス44へと、ギャップ74内のチャネルサポート82、開口78'、72"'を矢印Ｇの方向に向かって通過しながらガス抜きを行う。陽極と陰極間での混合を最小限にするための、セパレータ64を横切る電解液の移動を除いて、２つの陽極液流路と、２つの陰極液流路は各々独立している。さらに、MSEにおいて、流体はスタック全体を通して流れるのであって、個々のスタック間を流れるのではない。生成物Ｈ₂とＯ₂の混合を防止するための電解の場合には、セパレータ64は気体セパレータである。フレーム70、70'をつくる材料は、ゴムガスケットの性質と適切な工業プラスチックの硬度の両方を持っていることが好ましく、これは、ガスセパレータ36、電解液フレーム38、40の材料と似た材料であり、すなわち、ポリウレタン／ポリエステル、ポリオレフィン、ポリテトラメチレングリコールエーテルといった、同じ処理利点の目的を達成するべく選んだデュロメータで測定した材料である。このような材料は、押出された材料をダイカットする方法、射出成形する方法を含む多数の方法で処理することが可能である。この処理のさらなる利点は、フルフェースエラストマーフレーム／ガスケットの金属電極との互換性である。ガスケットを追加する必要はない。フレーム70をその縦軸周囲で180°回転させるとフレーム70'になるため、フレーム70、70'は同一のものである。この方法であれば、共通のフレーム部品を使用して、陽極液フレーム70と陰極液フレーム70'の両方を製造することができる。絶縁パネル76、26'は、電解液循環フレーム38、4 0と70、70'に使用した同じ材料から製造することができる。機械的無欠性と、セルスタックの全ての構成部品間の漏出防止とを達成するために、多数のセル構成部品が組立てられ、十分な力で互いにクランプ固定された。クランプ固定は、タイロッド（図示せず）をクランプバー52'の孔104'に通すシステムの手段によって達成される。第７図参照。第12図の水平断面図は、この電気化学システム配列を単極セル組立てとして区別する、セルを通る電流の流れを示している。１つの電気化学システム内で２つ以上のセルが連続して接続している場合、各セル内の電極の対を隣の対から完全に電気絶縁しなければならない。例えば、隣のセルの陰極液と混合した、１つのセル区分の陰極液の量を少なくするために、電解液を、少なくとも部分的に、セルの境界内に閉じ込めなければならない。このような混合は、反応チャンバの外に電気回路を形成する傾向があり、これにより、セル電流効率と、生成物の純度を低下させる電流が流れる通路を形成してしまう。連続的に接続したセルは、その機能的組立ての各側部に、電解液の混合量を制御するための仕切り壁を備えていなくてはならない。第10図に示すように、セル間壁または絶縁セル壁76を形成するために、この仕切り壁は２つの連続するセルによっても共用される。双極板の使用は、いくつかの理由から非常に有利である。第１図と第７図に示した電気化学システム配列において、この両方が、MSE配列の場合はエアギャップによって、また、SSE配列の場合は絶縁壁によって、双極板110、130の各々が互いに孤立した別のセルによって共用され、電極の平面を電流が流れる、単極セル配列であると特徴付けられることがわかった。このような設計は、平行に連続する配列を利用していることが利点であり、連続して平行するスタックの１端から他端へと電流を効率的に流すことができる。双極板の導電フレームの縁から、１つのセル内のDEPの１つの電極に電流が流され、この電流が、電極間の導電フレーム部分によって、隣接するセル内のDEP 上にサポートされた他の電極に伝播されるため、MSEおよびSSEのいずれのセル間の、外部ポイントツーポイント接続も不用である。これによって、ポイントツーポイント接続を利用した電気分解装置の、効率的な損失特性の原因を除去することができる。言い換えれば、従来の単極設計のように、電極を通る電流は電極の平面上のみを流れ、隣接するセル間に電流が流れるが、電流が接続点から電極の表面にかけて流れる従来の単極設計と異なり、本発明の電気化学システムでは、セルへの電気接続が内在するDEPによって行われる。これが、接続点の電極の厚さと、２つの部品を機械的に接続するためのコストに関して、従来のシステムにはない本発明の設計の利点である。本発明では、セル間のポイントツーポイント接続を特徴とする従来の設計で必要な板よりも薄型の双極板を使用することができる。本発明のシステムにおいて、DEPの厚さは、電極で起こる反応に必要な電流密度によって決定される。さらに、２つの電極をサポートするDEPの２つの部分を接続する電気伝導フレームの導電ウェブ部は、SSE、MSE、またはDEPを使用したその他のシステムの物理的必要性によって変更することができる。ここで開示した双極板を利用した単極セルスタック設計の、その他の重要な利点は、セルが、他の「フィルタプレス」（双極）タイプの電気分解装置で必要とされる、電極間に適量の電解液供給を維持するための強制的な電解液循環を必ずしも必要としないことである。電極液チャネルの大きさの選択と、１つのスタック毎のセルの数の決定を慎重に行うことにより適度な循環を得ることができ、これにより、低い電極間抵抗要素を確実にし、過熱点をつくり電気分解装置を損傷してしまう無液状態が発生しないことを保証する。双極板を利用した単極セルスタックにおいて、電解液循環の流体力学が、チャネルの大きさに対して最適化され、機械ポンプを使用せずに、上述した簡易サイズの利点を実現することができる。機械ポンプを使用しないので、従来の双極設計のようにセルを充満させる必要がなく、同伴電解液からの気体の分離が、個別のチャンバ内ではなく電気分解装置の頂部で発生する。剛性端部ボックス区分の配置を変更することが可能である。MSEについて第13 （a）図に示し、SSEについて第13（b）図に示すように、例えば、２つの端部ボックス44を１端に並列し、剛性板45を、スタックのボックスを配置した方の端ではなく、他端に配置し、２種類の生成ガスが１端より収集されるようにしてもよい。両タイプの電気分解装置内のセルの単極特性のために、電極に流れる電流は、双極板110の作動面、単極板30、31に対して平行であり、電気分解装置を通る電解液チャネル（図示せず）内のガス流体の流れる方向に対して垂直である。ここで開示した電気化学セルおよびシステム配列の様々な実施例は、アルカリ性または水性の電解（電気分解装置）を使用して、本発明の産業的実用の非限定的な例として例証したが、その他の電気化学処理を行うシステムも、ここで開示した多くの構成部品を使って作成できることが当業者には理解されるであろう。従って、本発明は、数例として他の電気化学反応、燃料電池装置、エネルギー蓄積電池を含むが、これに限定されない、その他の電気化学処理に関連した実用性を持つ。双極板110の設計の詳細は、システムが必要とするもの、例えば、流路を形成する開口の数と位置、電気伝導フレームおよび電極の寸法、によって変わる。従って、これまで述べた、本発明の方法および装置の好ましい実施例の説明は、本発明の原理についてのものであり、本発明をここで示したある特定の実施例に限定するものではない。本発明の範囲は、後述の請求の範囲および同等するものに包括される全ての実施例によって画定されると考えられる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者ラチャンス，レイナルド，ジー. カナダ国ジー０エックス３ジェイ０ケベック，ノートルダムデュモンカルメル，ルイデュピュイ 4581 (72)発明者ボウェン，クリス，ティー. カナダ国エイチ９アール４エス９ケベック，ポワンクレール，マノールクレッセント８【要約の続き】で製造した電解液循環フレームが得られる。各スタックの端部にも剛性囲壁が設けられて、複式スタック電気分解装置内の異なるスタックからの電解液を混合するための場所に加えて、構造上の剛性が得られる。

Claims

【特許請求の範囲】１．２つの電極をサポートする双極板であって、第１電極をサポートする第１部分と、第２電極をサポートする第２部分とを有する電気伝導フレームを有し、前記第１電極と前記第２電極が、前記電気伝導フレームによって電気的に接続していることを特徴とする双極板。２．前記電気伝導フレームは、前記第１および第２電極を電気的に接続する前記第１および第２電極間の予め選択された幅のウェブ部を少なくとも有することを特徴とする請求の範囲１記載の双極板。３．前記電気伝導フレームが少なくとも長さと幅を有し、前記長さが前記幅よりも長く、前記第１、第２電極の各々が長さと幅を有し、前記長さが前記幅よりも長いことを特徴とする請求の範囲１または２記載の双極板。４．前記第１部分が第１電極開口を有し、前記第１電極が電極部材を有し、前記電極部材は前記第１電極開口内に配設され、前記第１電極開口の外縁にのびる前記電気伝導フレームの１部分と接続しており、前記第２部分が第２電極開口を有し、前記第２電極が電極部材を有し、前記電極部材は前記第２電極開口内に配設され、前記第２電極開口の外縁にのびる前記電気伝導フレームの１部分と接続していることを特徴とする請求の範囲１、２または３記載の双極板。５．前記第１電極が、前記電気伝導フレームの前記第１部分の有孔部に施された少なくとも１つの第１電気活性コーティングを有し、前記第２電極が、前記電気伝導フレームの前記第２部分の有孔部に施された第２電気活性コーティングを有することを特徴とする請求の範囲１、２または３記載の双極板。６．前記電気伝導フレームが、前記双極板の前記長さに沿った前記第１および第２電極間の前記ウェブ部に沿って実質的に半分に折畳み可能であり、これにより、半分に折畳んだ際に前記第１部分と第２部分が対向関係になることを特徴とする請求の範囲１、２、３、４または５記載の双極板。７．前記電気伝導フレームの第１、第２部分の各々が、少なくとも対向する面を有し、前記対向する面の各々が、第１、第２電極の外周にのびる平面外縁を有することを特徴とする請求の範囲１、２、３、４、５または６記載の双極板。８．前記電気伝導フレームの前記第１部分が、前記第１電極から離間した開口を少なくとも１つ有し、前記電気伝導フレームの前記第２部分が、前記第２電極から離間した開口を少なくとも１つ有することを特徴とする請求の範囲１、２、３、４、５、６または７記載の双極板。９．前記第１部分内の、前記第１電極から離間した少なくとも１つの開口が、前記長さの１端における２つの離間した開口であり、前記長さの他端における離間した２つの開口であり、前記第２部分内の、前記第２電極から離間した少なくとも１つの開口が、前記長さの１端における２つの離間した開口であり、前記長さの他端における２つの離間した開口であることを特徴とする請求の範囲８記載の双極板。 10．電気化学システムであって、ａ）少なくとも２つのセルを有し、前記セルの各々が、陽極液チャンバと陰極液チャンバを画定し、前記陽極液チャンバと隣接する陽極と、前記陰極液チャンバと隣接する陰極とを少なくとも有し、ｂ）少なくとも１つの双極板を有し、前記双極板が、電気伝導フレームと、前記電気伝導フレームの第１部分上にサポートされている前記少なくとも２つのうち一方のセル内の陽極と、前記第１部分から離間した、前記電気伝導フレームの第２部分にサポートされている少なくとも２つのうち他方のセル内の陰極とを有することを特徴とする電気化学システム。 11．少なくとも２つの単極板を有し、前記単極板の各々が、陽極または陰極をサポートするための電気伝導フレームを有することを特徴とする請求の範囲10記載の電気化学システム。 12．前記双極板の第１、第２部分が、少なくとも対向する面を有し、前記対向する面の各々が、前記サポートされた陽極と陰極の外縁にのびる実質的に平坦な外縁面を有し、前記単極板の前記電気伝導フレームが、対向する面と、各々の前記対向する面上の、前記単極板にサポートされた前記陽極または陰極の外縁にのびる平坦な外縁面とを有することを特徴とする請求の範囲11記載の電気化学システム。 13．前記セルの各々が、陰極液チャンバと陽極液チャンバの間に少なくとも１つのセパレータを有し、前記陽極液チャンバおよび陰極液チャンバの各々が、入口と出口を有し、また、前記陰極液チャンバと接続した少なくとも１つの流路と、前記陽極液チャンバと接続した少なくとも１つの流路を有することを特徴とする請求の範囲12記載の電気化学システム。 14．前記セパレータが少なくとも１つの外縁フレームを有し、前記外縁フレームが、前記陽極を持つ前記電気伝導サポートフレームの平坦な外縁面と、各セル内に前記陰極をサポートする電気伝導サポートフレームの対向する面の平坦な外縁面との間で密閉的に係合していることを特徴とする請求の範囲13記載の電気化学システム。 15．前記各セルが、前記陽極をサポートする前記伝導サポートフレームの前記対向する面の他方の平坦な外縁面と密閉的に係合するフレーム部材を形成する陽極液チャンバと、前記陰極をサポートする前記伝導サポートフレームの前記対向する面の他方の平坦な外縁面と密閉的に係合するフレーム部材を形成する陰極液チャンバとを有することを特徴とする請求の範囲14記載の電気化学システム。 16．フレーム部材と前記セパレータの外縁フレームとを形成する前記陽極液および陰極液チャンバが、圧縮可能なエラストマー状の材料から成り、フレーム部材と前記外縁フレームとを形成する前記陽極液および陰極液チャンバが、前記電気化学システムを組立て際に、圧縮されて、耐水密閉を形成することを特徴とする請求の範囲15記載の電気化学システム。 17．前記セパレータが、少なくとも気体セパレータパネルと、前記気体セパレータパネルの外縁に取付けられた前記外縁フレームとを有する気体セパレータであることを特徴とする請求の範囲16記載の電気化学システム。 18．前記双極板および前記単極板の前記電気伝導フレームの各々は、少なくとも長さと幅を有し、前記長さは前記幅よりも長く、前記単極板および前記双極板上にサポートされた前記陽極および陰極の各々が、長さと幅を有し、前記長さは前記幅よりも長いことを特徴とする請求の範囲16 記載の電気化学システム。 19．前記双極板および単極板の前記電気伝導フレームが、前記長さのｌ端に第１、第２の離間した開口、前記長さの対向する他端に第３、第４の離間した開口を有し、前記陰極液および陽極液チャンバ形成部材と前記セパレータが各々、少なくとも対向する端部と、前記端部の片方に備えた第１、第２の離間した開口と、前記端部の対向する他方に備えた第３、第４の開口とを有し、前記電気伝導フレーム内の前記第１、第２、第３、第４開口の各々、前記セパレータ、各セル内の前記陽極液および陰極液チャンバ形成部材が整合して、前記セルを通る４つの離間した電解液流路を画定することを特徴とする請求の範囲18 記載の電気化学システム。 20．前記４つの離間した電解液流路の第１が前記陽極液チャンバの入口と連絡し、前記４つの電解液流路の第２が前記陽極チャンバの出口と連絡し、前記４つの離間した電解液流路の第３が前記陰極液チャンバの入口と連絡し、前記４つの電解液流路の第４が前記陰極液チャンバの出口と連絡していることを特徴とする請求の範囲19記載の電気化学システム。 21．単式スタック内にｎセルが、前記スタックの対向する端部にある２つのセルと共に連続的に配置され、ｎはセルの数で２以上の整数であり、前記電気分解装置が、少なくともn-1の双極板と、２つの単極板とを有し、前記単極板の１つが、陽極をサポートし、前記スタックの１端にあるセル内に配置されており、前記単極板のもう１つが、陰極をサポートし、前記スタックの他端にある前記セル内に配置されており、前記双極板の各々が、あるセル内に配置された前記第１部分と、隣接するセル内に配置された前記第２部分とを有し、前記各双極板の前記第１部分と前記第２部分の間に挟まれた絶縁パネルを有することを特徴とする請求の範囲16記載の電気化学システム。 22．前記双極板および単極板の前記電気伝導フレームの各々が、少なくとも長さと幅を有し、前記長さが前記幅よりも長く、前記単極板および双極板上にサポートされた前記陽極と陰極の各々が、長さと幅を有し、前記長さが前記幅よりも長いことを特徴とする請求の範囲21記載の電気化学システム。 23．前記双極板がその中央部分で折畳まれるため、前記電気伝導フレームの前記第１部によってサポートされた陽極が、前記隣接するセル内の前記電気伝導フレームの前記第２部分に取付けられた陰極と対向する関係にあり、前記絶縁パネルがエラストマー状の外縁境界を有し、前記境界は、前記絶縁パネルが挟まれている前記双極板の第１と第２部分の前記平坦な外縁面と整合することを特徴とする請求の範囲22記載の電気化学システム。 24．作動中の、電源が前記スタックの前記端部セル内の前記２つの単極板にかけて接続する際に、前記２つの単極板の間で電圧降下が発生し、電流が、前記双極板の前記電気伝導フレームの前記長さに沿って集められ、前記電気伝導フレームの幅にかけて、また、前記陽極および陰極の幅にかけて、前記双極板の平面を通りセルからセルへと流れることを特徴とする請求の範囲23記載の電気化学システム。 25．前記双極板と単極板の前記電気伝導フレームの各々が、前記長さの１端部に第１および第２の離間した開口を有し、前記長さの対向する端部に第３および第４の離間した開口を有し、前記陰極液および陽極液チャンバ形成部材、前記絶縁パネル、前記セパレータの各々が、少なくとも対向した端部と、その１端部に第１および第２の離間した開口と、対向する他端部に第３および第４の離間した開口とを有し、前記スタック内に設けられた、前記電気伝導フレーム内の第１、第２、第３、第４開口の各々、前記セパレータ、前記絶縁パネル、前記陽極液および陰極液チャンバ形成部材が整合して、前記スタックの各セルを通る４つの離間した電解液流路を画定することを特徴とする請求の範囲24記載の電気化学システム。 26．前記４つの離間した電解液流路の第１が各陽極液チャンバへの入口と連絡し、前記４つの電解液流路の第２が各陽極チャンバの出口と連絡し、前記４つの離間した電極液流路の第３が各陰極液チャンバへの入口と連絡し、前記４つの電解液流路の第４が各陰極液チャンバの出口と連絡していることを特徴とする請求の範囲25記載の電気化学システム。 27．前記単式スタックが、前記スタックの両端に配置された剛性サポート部材間で圧縮されていることを特徴とする請求の範囲26記載の電気化学システム。 28．前記剛性サポート部材が第１、第２剛性囲壁を有し、前記第１剛性囲壁が、前記スタック内の各陽極液チャンバと連絡した第１および第２流路と連絡し、前記第２剛性囲壁が、前記スタック内の各陰極液チャンバと連絡した第３および第４流路と連絡していることを特徴とする請求の範囲27記載の電気化学システム。 29．作動中に各囲壁内の電解液の温度を感知するための、前記第１および第２剛性囲壁内に配置された温度感知手段を少なくとも有し、前記温度感知手段が、前記第１および第２剛性囲壁内の、前記電解液の温度を制御するための熱交換器手段と接続していることを特徴とする請求の範囲28記載の電気化学システム。 30．前記第１および第２の剛性囲壁に設けられた、前記電解液中の気体を重量的に分離するための分離手段を少なくとも有する請求の範囲28記載の電気化学システム。 31．前記電気化学システムが、少なくとも、対向する第１および第２外部セルスタックを伴う複数のセルスタックを有する複式スタック電気分解装置であり、前記セルスタックが実質的に平行に配置されて複数のセルの行を画定し、各スタック内の前記セルがセルの列を画定し、特定の行内のセルが、前記行内の隣接するセルと離間していることを特徴とする請求の範囲16記載の電気化学システム。 32．前記第１外部セルスタック内の各セルが、単極板上にサポートされた陽極を有し、前記第２外部セルスタック内の各セルが、単極板上にサポートされた陰極を有し、その他の陽極と陰極の全てが双極板上にサポートされており、前記双極板の各々は、予め選択した行に沿った隣接する列内の２つのセルと電気接続することを特徴とする請求の範囲31記載の電気化学システム。 33．前記双極板および単極板の前記電気伝導フレームの各々が、少なくとも長さと幅とを有し、前記長さが前記幅よりも長く、前記単極板および双極板上にサポートされた前記陽極および陰極の各々が長さと幅とを有し、前記長さが前記幅よりも長いことを特徴とする請求の範囲32記載の電気化学システム。 34．各行にかける電圧を発生させるために、各行の末端にある前記第１および第２セルスタックのセル内の前記２つの単極板に沿って電源が接続され、電流が、前記単極板および双極板の前記電気伝導フレームの前記長さに沿って集められ、次に、前記双極板の平面における各行でセルからセルへと、そして前記陽極および陰極の幅にかけて流れることを特徴とする請求の範囲33記載の電気化学システム。 35．前記双極板および単極板の前記電気伝導フレームの各々が、前記長さの１端部分に第１および第２の離間した開口を有し、また、前記長さの対向する他端部分に第３および第４の離間した開口を有し、前記陰極液および陽極液チャンバ形成部材、前記セパレータの各々が、少なくとも対向する端部を有し、また、前記端部の一方に第１および第２の離間した開口を、前記端部の対向する他方に第３および第４の開口を有し、前記電気伝導フレーム内の前記第１、第２、第３、第４開口の各々、前記セパレータ、前記スタック内の前記陽極液および陰極液チャンバ形成部材が整合して、各スタックの前記セルを通る４つの離間した電解液流路を画定することを特徴とする請求の範囲34記載の電気化学システム。 36．前記４つの離間した電解液流路の第１が前記スタック内の各陽極液チャンバへの入口と連絡し、また、前記４つの電解液流路の第２が前記スタック内の各陽極液チャンバの出口と連絡し、前記４つの離間した電解液流路の第３が前記スタック内の各陰極液チャンバへの入口と連絡し、また、前記４つの電解液流路の第４が前記スタック内の各陰極液チャンバの出口と連絡していることを特徴とする請求の範囲35記載の電気化学システム。 37．各スタックが、各スタックの対向する両端に配置された剛性サポート部材間で圧縮されていることを特徴とする請求の範囲36記載の電気化学システム。 38．各スタックの対向する両端に設けられた前記剛性サポート部材が、第１および第２剛性囲壁を有しており、前記スタック内の前記第１剛性囲壁が、前記スタック内の前記陽極液チャンバと連絡する第１、第２流路と連絡しており、また、前記スタック内の第２剛性囲壁が、前記スタック内の前記陰極液チャンバと連絡する第３、第４流路と連絡していることを特徴とする請求の範囲37記載の電気化学システム。 39．作動中に各囲壁内の電解液の温度を感知するための、前記第１および第２剛性囲壁内に配置された温度感知手段を有し、前記温度感知手段が、前記電解液の温度を制御するための、前記第１および第２剛性囲壁内に設けられた熱交換器手段と接続していることを特徴とする請求の範囲38記載の電気化学システム。 40．第１、第２ヘッダボックスを有し、前記第１ヘッダボックスが第１剛性囲壁の各々と連絡しており、前記第２ヘッダボックスが第２剛性囲壁の各々と連絡していることを特徴とする請求の範囲38記載の電気化学システム。 41．作動中に各囲壁内の電解液の温度を感知するための、前記第１および第２剛性囲壁内に配置された温度感知手段を有し、前記電解液の温度を制御するために、前記温度感知手段が、前記第１および第２剛性囲壁内の熱交換器手段と接続していることを特徴とする請求の範囲40記載の電気化学システム。 42．電気化学システムであって、ａ）少なくとも２つのセルを備える少なくとも１つのセルスタックを有し、前記セルの各々が、陽極と、前記陽極と隣接する陽極液チャンバとを有し、また、陰極と、前記陰極と隣接する陰極液チャンバとを有し、ｂ）さらに、前記セルスタックの対向する両端に配置された剛性サポート部材を有し、前記剛性サポート部材が少なくとも第１、第２剛性囲壁と、前記第１剛性囲壁と連絡している前記陽極液チャンバと、前記第２剛性囲壁と連絡している前記陰極液チャンバとを有することを特徴とする電気化学システム。 43．各囲壁内の電解液の温度を感知するための、前記第１、第２剛性囲壁内に配置された温度感知手段を少なくとも有し、前記温度感知手段が、前記電解液の温度を制御するために、前記第１、第２剛性囲壁内の熱交換器手段と接続していることを特徴とする請求の範囲42記載の電気化学システム。 44．少なくとも第１、第２ヘッダボックスを有し、前記第１ヘッダボックスが前記第１剛性囲壁の各々と連絡し、また、前記第２ヘッダボックスが前記第２剛性囲壁の各々と連絡していることを特徴とする請求の範囲42記載の電気化学システム。 45．前記各ヘッダボックス内の電解液の温度を感知するための、前記第１、第２ヘッダボックス内に配置された温度感知手段を少なくとも有し、前記温度感知手段が、前記電解液の温度を制御するために、前記第１、第２ヘッダボックス内の熱交換器手段と接続していることを特徴とする請求の範囲44記載の電気化学システム。 46．各セルが少なくとも、陰極液および陽極液チャンバ間にセパレータを有することを特徴とする請求の範囲44記載の電気化学システム。 47．前記電気化学システムが、Ｈ₂とＯ₂を生成するための水性電気分解装置であり、前記セパレータが少なくとも気体セパレータ組立であり、前記気体セパレータ組立が少なくとも気体セパレータ部材と、前記気体セパレータ部材の外縁周囲にのびる前記外縁フレームを有することを特徴とする請求の範囲46記載の電気化学システム。 48．前記気体セパレータ部材が気体セパレータ膜であることを特徴とする請求の範囲47記載の電気化学システム。 49．前記気体セパレータ膜が陽子交換膜であることを特徴とする請求の範囲48 記載の電気化学システム。 50．前記セル、前記第１、第２剛性囲壁を介して電解液を循環させるためのポンプを有することを特徴とする請求の範囲42記載の電気化学システム。 51．電気化学システムであって、ａ）少なくとも２つのセルを含む少なくとも１つのセルスタックを有し、前記各セルが、陽極をサポートする第１フレーム部材と、陰極をサポートする第２フレーム部材とを有し、前記第１、第２フレーム部材の各々が対向する外縁面を有し、ｂ）各セルが少なくとも、第１フレーム部材の対向する前記外縁面の１つに対して密閉的に係合して陽極液チャンバを形成する第１フレーム部材と、また、各セルが少なくとも、第２フレーム部材の対向する前記外縁面の１つに対して密閉的に係合して陰極液チャンバを形成する第２フレーム部材とを有し、ｃ）前記第１、第２フレーム部材が圧縮可能なエラストマー状の材料で製造され、前記電気化学システムを組立てる際に、前記第１、第２フレーム部材が圧縮されて耐水密閉を形成することを特徴とする電気化学システム。 52．各セルが少なくとも、前記陰極液および陽極液チャンバの間に配置されたセパレータを有し、前記スタック内の前記陽極液チャンバどうしが相互に連絡しており、前記スタック内の前記陰極液チャンバどうしが相互に連絡していることを特徴とする請求の範囲51記載の電気化学システム。 53．前記セパレータが少なくとも、セパレータ部材と、前記セパレータ部材の外縁にのびる外縁フレームとを有し、前記セパレータの前記外縁フレームが、圧縮可能なエラストマー状の材料で製造されていることを特徴とする請求の範囲52記載の電気化学システム。 54．前記セパレータが、各セル内の前記第１、第２フレーム部材の別の対向する外縁面の間に密閉的に係合していることを特徴とする請求の範囲53記載の電気化学システム。 55．単式スタック電気化学システムであって、ａ）セルスタック内に連続的に配置されたｎセルを有し、ｎはセルの数で２以上の整数であり、各セルが少なくとも、１つの陽極、これと隣接する１つの陽極液チャンバ、１つの陰極、これと隣接する１つの陰極液チャンバ、前記スタックの対向端部に配置された２つのセルとを有し、前記２つのセルの内１つが少なくとも１つの接触陽極を有し、もう１つが少なくとも１つの接触陰極を有し、前記接触陽極と接触陰極が電源と接続するために適応されており、前記スタック内の隣接するセルどうしを絶縁するための絶縁部材を有し、ｂ）さらにn-1双極板を有し、各双極板が少なくとも、長さと幅を備えた電気伝導フレームと、前記セルの１つに位置する、陽極をサポートする第１部分と、隣接するセルに位置する、陰極をサポートする第２部分と、前記陽極、陰極間に配置され両極間を電気接続するウェブ部とを有し、前記ウェブ部の少なくとも１部分が、前記双極板にサポートされた陽極と陰極を備えた前記セルとは離れた場所に配置されており、前記双極板が前記ウェブ部の中心で実質的に折畳まれ、前記２つの接触電極間に電圧降下が発生した場合、電流が、前記電気伝導フレームの前記長さに沿って集められ、電気伝導フレーム、前記陽極および陰極の幅にかけて、前記双極板の平面を通りセルからセルへと流れることを特徴とする単式スタック電気化学システム。 56．前記接触陽極および陰極が単極板であり、前記単極板の各々が少なくとも１つの電気伝導フレームを有する２つの単極板であり、前記電気伝導フレームが長さと幅を有することを特徴とする請求の範囲55記載の単式スタック電気化学システム。 57．前記双極板および単極板の電気伝導フレームの長さが各々の幅よりも長く、前記単極板と双極板上にサポートされた前記陽極、陰極の各々が長さと幅を有し、前記長さが前記幅よりも長いことを特徴とする請求の範囲56記載の単式スタック電気化学システム。 58．前記双極板の第１、第２部分の各々が少なくとも対向する面を有し、前記対向する面の各々が、サポートされた前記陽極と陰極の外縁周囲にのびる、平坦な外縁面を有し、前記単極板の電気伝導フレームが、対向する面と、前記単極板上にサポートされた前記陽極または陰極の外縁周囲にのびる、前記対向する面上の各々の平坦な外縁面とを有することを特徴とする単式スタック電気化学システム。 59．各セルが少なくとも、前記陰極液および陽極液チャンバの間に１つのセパレータを有し、また、前記陰極液チャンバどうしを接続する少なくとも１つの流路と、前記陽極液チャンバどうしを接続する少なくとも１つの流路とを有することを特徴とする請求の範囲58記載の単式スタック電気化学システム。 60．前記セパレータが少なくとも１つの外縁フレームを有し、前記外縁フレームが、セル内において、前記陽極を備える前記電気伝導サポートフレームの対向する面の１つの平坦な外縁面と、前記陰極を備える前記電気伝導サポートフレームの対向する面の１つの平坦な外縁面との間で密閉的に係合していることを特徴とする請求の範囲59記載の単式スタック電気化学システム。 61．前記セルが、前記陽極を備える前記電気伝導サポートフレームの対向する面の１つの平坦な外縁面と密閉的に係合した陽極液チャンバ形成フレーム部材と、前記陰極を備える前記電気伝導サポートフレームの対向する面の１つの平坦な外縁面と密閉的に係合する陰極液チャンバ形成フレーム部材とを有することを特徴とする請求の範囲60記載の単式スタック電気化学システム。 62．前記陽極液、陰極液チャンバ形成フレーム部材、前記セパレータの外縁フレーム、前記絶縁部材の外縁フレームが、圧縮可能なエラストマー状の材料で製造され、前記陽極液、陰極液チャンバ形成フレーム部材、前記絶縁部材の外縁フレーム、前記セパレータが、前記電気化学システムを組立てる際に圧縮されて耐水密閉を形成することを特徴とする請求の範囲61記載の単式スタック電気化学システム。 63．前記単式スタックが、前記スタックの対向する端部に配置された剛性サポート部材間で圧縮されていることを特徴とする請求の範囲62記載の単式スタック電気化学システム。 64．前記剛性サポート部材が第１、第２剛性囲壁を有し、前記第１剛性囲壁が、前記スタック内の陽極液チャンバの各々と連絡した第１、第２流路と連絡し、また、第２剛性囲壁が、前記スタック内の陰極液チャンバの各々と連絡した第３、第４流路と連絡していることを特徴とする請求の範囲63記載の単式スタック電気化学システム。