水电解装置的制作方法

本实用新型涉及一种将水电解来产生氧气与氢气，获得比氧气高压的氢气的水电解装置。

背景技术：

作为将水电解来产生氢气及氧气的水电解装置，已知有使用包含固体高分子的电解质膜者。在电解质膜的一侧的面上设置阳极电极催化剂层，且在另一侧的面上设置阴极电极催化剂层，由此构成电解质膜·电极结构体。在电解质膜·电极结构体的阳极电极催化剂层侧层叠阳极供电体及阳极隔板，且在阴极电极催化剂层侧层叠阴极供电体及阴极隔板，由此构成水电解单元。

在包括将多个所述水电解单元层叠而成的层叠体的水电解装置中，通过水的电解，从电解质膜朝阳极电极催化剂层侧产生氧气，并且朝阴极电极催化剂层侧产生氢气。此时，电解质膜发挥朝阴极电极催化剂层中传导阳极电极催化剂层中产生的质子、或将阳极电极催化剂层侧与阴极电极催化剂层侧密封且电绝缘等作用。

当将以所述方式产生的氢气以经压缩的状态储存在高压罐内时，若利用机械式的压缩机等压缩氢气，则为了所述压缩而消耗多余的电力。因此，例如在专利文献1中提出有一种不使用机械式的压缩机等而获得比大气压升压的氢气的差压式高压水电解装置。

在此种水电解装置中，沿着层叠体的层叠方向而贯穿形成有用于将各水电解单元中产生的氢气朝此水电解装置的外部排出的氢气连通孔。在限制了氢气从所述氢气连通孔中的排出的状态下，进行水的电解反应，由此可从各水电解单元的电解质膜起使阴极电极催化剂层侧比阳极电极催化剂层侧升压，而获得高压的氢气。

[现有技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本专利特开2016-47946号公报

技术实现要素：

[实用新型所要解决的问题]

近年来，储存在高压罐中的氢气的高压化等不断发展，因此对于通过水电解装置所获得的氢气，也要求谋求进一步的高压化。在此情况下，从电解质膜起阴极电极催化剂层侧与阳极电极催化剂层侧的差压增大，因此必须以可承受此差压的方式设计水电解装置中的各构成元件。

本实用新型是与此种技术相关联而形成者，其目的在于提供一种水电解装置，所述水电解装置即便在因从电解质膜起阴极电极催化剂层侧与阳极电极催化剂层侧的差压增大，而导致施加至电解质膜中的负荷已增大的情况下，也可以有效地避免电解质膜的损伤。

[解决问题的技术手段]

为了达成所述目的，本实用新型是一种包括水电解单元的水电解装置，所述水电解单元具有：电解质膜·电极结构体，在电解质膜的一侧的面上设置有阳极电极催化剂层、且在另一侧的面上设置有阴极电极催化剂层；阳极隔板，经由阳极供电体而层叠在所述阳极电极催化剂层上；以及阴极隔板，经由阴极供电体而层叠在所述阴极电极催化剂层上；且通过水的电解，以与从所述电解质膜朝所述阳极电极催化剂层侧产生的氧气相比变成高压的方式，从所述电解质膜朝所述阴极电极催化剂层侧产生氢气，所述电解质膜具有质子型的离子交换基，与由所述阳极电极催化剂层及所述阴极电极催化剂层覆盖的包覆部相比，从所述阳极电极催化剂层及所述阴极电极催化剂层中露出的露出部的离子交换容量小。

另外，此处的离子交换容量是为了可交换1摩尔的质子而需要的干燥状态的电解质膜的重量的倒数。

在所述水电解装置的电解质膜中，露出部的离子交换容量比包覆部小，因此在作为水的电解中的加湿下，可良好地维持包覆部中的质子传导性，并抑制露出部膨润，谋求此露出部的强度的提升。

在从阳极电极催化剂层及阴极电极催化剂层中露出的电解质膜的露出部中，与包覆部相比，容易受到对应于从电解质膜起阴极电极催化剂层侧与阳极电极催化剂层侧的差压所施加的负荷的影响。关于此露出部，如所述那样可提升强度，因此即便在因谋求通过水电解装置所获得的氢气的高压化等，而导致所述负荷已增大的情况下，也可以有效地避免电解质膜的损伤。

在所述水电解装置中，优选在所述露出部中，所述离子交换基的质子的至少一部分被交换成其他阳离子。在质子已被交换成其他阳离子的离子交换基中，电解质膜中所含有的水分量减少。因此，通过将露出部的离子交换基的质子的至少一部分交换成阳离子的简单的结构，可容易地使露出部的离子交换容量比包覆部小，并提升露出部的强度。

在所述水电解装置中，优选所述其他阳离子为钙离子。在此情况下，可高精度地形成交换离子交换基的质子的部分与不交换离子交换基的质子的部分的边界，因此可在更良好地维持包覆部中的质子传导性的状态下，提升露出部的强度。

在所述水电解装置中，也可以设为在所述露出部中，经干燥的所述电解质膜的每单位重量的所述离子交换基的含量比所述包覆部小。如此，即便在使露出部中的离子交换基的导入度比包覆部小的情况下，也可以使此露出部的离子交换容量比包覆部小。

[实用新型的效果]

根据本实用新型，即便在因从电解质膜起阴极电极催化剂层侧与阳极电极催化剂层侧的差压增大，而导致施加至电解质膜中的负荷已增大的情况下，也可以有效地避免电解质膜的损伤。

附图说明

图1是本实用新型的实施方式的水电解装置的立体说明图。

图2是构成图1的水电解装置的水电解单元的分解立体说明图。

图3是图2的iii-iii线向视剖面图。

图4是图3的主要部分放大图。

图5是针对实施例1～实施例7的试验片，表示用于将离子交换基的质子交换成其他阳离子的试剂与其他阳离子的最大到达范围的图表。

[符号的说明]

10：水电解装置

12：水电解单元

14：层叠体

30：电解质膜·电极结构体

32：阳极隔板

34：阴极隔板

40：电解质膜

40a：包覆部

40b：露出部

42：阳极供电体

42a：阳极电极催化剂层

44：阴极供电体

44a：阴极电极催化剂层

具体实施方式

针对本实用新型的水电解装置以及水电解装置用的电解质膜·电极结构体的制造方法列举适宜的实施方式，一边参照附图一边详细地进行说明。另外，在以下的图中，对发挥同一或同样的功能及效果的构成元件标注同一个参照符号，有时省略重复的说明。

如图1所示，本实施方式的水电解装置10包括将多个水电解单元12在垂直方向(箭头a方向)或水平方向(箭头b方向)上层叠而成的层叠体14。在层叠体14的层叠方向一端侧(上端侧)，朝上方依次配设端子板(terminalplate)16a、绝缘板18a及端板(endplate)20a。在层叠体14的层叠方向另一端侧(下端侧)，朝下方同样地依次配设端子板16b、绝缘板18b及端板20b。

水电解装置10经由按压机构，例如在箭头a方向上延伸的四根系杆(tierod)22而将圆盘状的端板20a、端板20b间一体地系紧保持，并在层叠方向上紧固。另外，水电解装置10也可以采用通过包含端板20a、端板20b作为端板的箱状壳体(未示出)来一体地保持的结构。另外，水电解装置10作为整体，具有大致圆柱体形状，但可设定成立方体形状等各种形状。

在端子板16a、端子板16b的侧部，端子部24a、端子部24b朝外侧突出而设置。端子部24a、端子部24b经由配线26a、配线26b而与电解电源28电连接。

如图2及图3所示，水电解单元12包括大致圆盘状的电解质膜·电极结构体30、以及夹持此电解质膜·电极结构体30等的阳极隔板32及阴极隔板34。在阳极隔板32与阴极隔板34之间，以围绕电解质膜·电极结构体30等的方式配置树脂框构件36。

树脂框构件36为大致环形状，并且在此树脂框构件36的两面上设置密封构件37a、密封构件37b(参照图3)。在树脂框构件36的径向(箭头b方向)一端，在层叠方向(箭头a方向)上相互连通地设置用于供给水(纯水)的水供给连通孔38a。在树脂框构件36的径向(箭头b方向)另一端，设置用于排出因反应而生成的氧气及未反应的水(混合流体)的水排出连通孔38b。

如图1所示，在配置在层叠方向最下方的树脂框构件36的侧部连接与水供给连通孔38a(参照图2及图3)连通的水供给口39a。在配置在层叠方向最上方的树脂框构件36的侧部连接与水排出连通孔38b(参照图2及图3)连通的水排出口39b。

如图2及图3所示，在水电解单元12中设置沿着层叠方向贯穿径向的中央部的氢气连通孔38c。氢气连通孔38c将通过水的电解而生成、且已升压至例如1mpa～80mpa的状态的氢气排出。

阳极隔板32及阴极隔板34为大致圆盘状，并且例如包含碳构件等。此外，阳极隔板32及阴极隔板34也可以将钢板、不锈钢板、钛板、铝板、电镀处理钢板、或对其金属表面实施了防蚀用的表面处理的金属板压制成形。或者，也可以在进行切削加工后实施防蚀用的表面处理来构成。

电解质膜·电极结构体30包括大致环形状的包含固体高分子的电解质膜40、阳极电极催化剂层42a、及阴极电极催化剂层44a，由具有环形状的电解用的阳极供电体42及阴极供电体44夹持。电解质膜40例如包含烃(hc)系的膜或氟系的膜。

电解质膜40在径向的大致中心形成氢气连通孔38c。在电解质膜40的一侧的面上，在除氢气连通孔38c的附近及此电解质膜40的外周缘部以外的部分上设置具有环形状的阳极电极催化剂层42a。在电解质膜40的另一侧的面上，在除氢气连通孔38c的附近及此电解质膜40的外周缘部以外的部分上设置具有环形状的阴极电极催化剂层44a。

电解质膜40具有由阳极电极催化剂层42a及阴极电极催化剂层44a(以下，也将它们总称为电极催化剂层)覆盖的包覆部40a、及从所述电极催化剂层中露出的露出部40b。在水电解单元12中，包覆部40a的与层叠方向相向的范围成为电解区域。露出部40b分别设置在电解区域的径向的中心侧与外侧，换言之，分别设置在电解质膜40的氢气连通孔38c的附近的部分与外周缘部上。以下，将露出部40b之中，电解区域的径向的中心侧的部分也称为第1露出部41a，将电解区域的径向的外侧的部分也称为第2露出部41b。

电解质膜40的包覆部40a包括具有质子交换能力的质子型的离子交换基。作为此种离子交换基的例子，可列举：磺酸基、磺酰亚胺基、硫酸基、膦酸基、磷酸基、羧酸基等。与包覆部40a相比，电解质膜40的露出部40b的离子交换容量(ionexchangecapacity，iec)小。此处的离子交换容量是为了可交换1摩尔的质子而需要的干燥状态的电解质膜40的重量的倒数(meq/g)。

电解质膜40的露出部40b能够以如下方式设定：将所述离子交换基的至少一部分的质子与例如钙、镁、钠、钾等的阳离子交换，由此离子交换容量变得比包覆部40a小。

另外，电解质膜40的露出部40b能够以如下方式设定：经干燥的电解质膜40的每单位重量的离子交换基的含量比包覆部40a小，由此离子交换容量变小。进而，也可以通过所述方式的并用，而使电解质膜40的露出部40b的离子交换容量比包覆部40a小。

阳极电极催化剂层42a例如使用ru(钌)系催化剂，并且阴极电极催化剂层44a例如使用铂催化剂。阳极供电体42及阴极供电体44例如包含球状雾化钛粉末的烧结体(多孔质导电体)。阳极供电体42及阴极供电体44设置研削加工后进行蚀刻处理的平滑表面部，并且空隙率被设定在10％～50％，更优选20％～40％的范围内。

阳极供电体42及阴极供电体44以设置在电解区域中的方式设定内径及外径。因此，阳极供电体42及阴极供电体44的径向中心侧的端部与氢气连通孔38c在径向上空开间隔而分别配置。

在阳极供电体42的外周嵌入框部42e。框部42e比阳极供电体42更致密地构成。另外，通过致密地构成延伸至电解区域的径向外侧为止的阳极供电体42的外周部，也可以将此外周部作为框部42e。

阳极隔板32及树脂框构件36与电解质膜40之间形成收容阳极供电体42的阳极室45an。阴极隔板34及树脂框构件36与电解质膜40之间形成收容阴极供电体44的阴极室45ca。

在阳极隔板32与阳极供电体42之间(阳极室45an)插装水流道构件46，并且在所述阳极供电体42与阳极电极催化剂层42a之间插装保护片构件48。如图2所示，水流道构件46具有大致圆盘状，在其外周部形成在径向上相互相向的入口突起部46a及出口突起部46b。

在入口突起部46a中形成与水供给连通孔38a连通的供给连结管路50a，并且此供给连结管路50a与水流道50b连通(参照图3)。多个孔部50c与水流道50b连通，此孔部50c朝阳极供电体42开口。在出口突起部46b中形成与水流道50b连通的排出连结管路50d，此排出连结管路50d与水排出连通孔38b连通。

保护片构件48的内周被配置在比阳极供电体42的内周更内侧，并且外周位置被设定在与电解质膜40及框部42e的外周位置相同的位置上。保护片构件48具有设置在电解区域中的多个贯穿孔48a。保护片构件48在比电解区域更靠近径向外侧具有框部48b。在框部48b中，例如形成长方形状的孔部(未示出)。

在阳极隔板32与电解质膜40之间的径向中心侧配置围绕氢气连通孔38c的大致圆筒状的连通孔体52。另外，以下有时也将水流道构件46与阳极供电体42及保护片构件48总称为阳极侧构件。在此情况下，连通孔体52在氢气连通孔38c的径向上配置在此氢气连通孔38c与阳极侧构件之间。

连通孔体52具有面对氢气连通孔38c的包含多孔质体的内侧构件54、及配置在此内侧构件54与阳极侧构件之间的外侧构件55。在外侧构件55的面对内侧构件54之侧设置收容室55a、收容室55b。收容室55a、收容室55b是将外侧构件55的径向中心侧且轴方向(层叠方向)的两端切割成环状而形成，并配置环绕氢气连通孔38c的密封构件(o型圈)56a、密封构件56b。由此，氢气连通孔38c与阳极室45an(阳极供电体42侧)得到密封。

如图2及图3所示，在外侧构件55的面对阳极侧构件之侧，在与电解质膜40相向的端面上形成配置保护片构件48的槽部55s。

在阴极室45ca内的电解区域中配置阴极供电体44、及将此阴极供电体44按压在阴极电极催化剂层44a上的负荷赋予机构58。负荷赋予机构58例如包括板弹簧60等导电性的弹性构件，并且此板弹簧60经由金属制的板弹簧固定器(垫片(shim)构件)62而对阴极供电体44赋予负荷。另外，作为弹性构件，除板弹簧60以外，可使用碟形弹簧或螺旋弹簧等。

在阴极室45ca内的比电解区域更靠近径向中心侧，配置例如树脂片68作为覆盖电解质膜40的第1露出部41a的绝缘构件。树脂片68被设定成与阴极供电体44大致相同的厚度，并且为在径向的大致中心形成有氢气连通孔38c的环形状。作为树脂片68，例如使用聚萘二甲酸乙二酯(polyethylenenaphthalate，pen)或聚酰亚胺膜等。

阴极供电体44及树脂片68的板弹簧固定器62侧的面由导电片66覆盖。导电片66例如包含钛、不锈钢(stainlesssteel，sus)或铁等的金属片，并且包含在径向的大致中心形成有氢气连通孔38c的环形状。

在径向上的负荷赋予机构58与氢气连通孔38c之间、且在层叠方向上的导电片66与阴极隔板34之间配置筒构件70。筒构件70具有包含例如金属等导电性的材料的圆筒形状，在中央部形成氢气连通孔38c。在筒构件70的面对阴极隔板34之侧的一端面上，形成将阴极室45ca与氢气连通孔38c连通的氢气排出通道71。

如上所述，通过在阳极隔板32与阴极隔板34之间配设连通孔体52(外侧构件55)及筒构件70，可提升水电解单元12的氢气连通孔38c的附近的耐负荷性。另外，在连通孔体52与筒构件70之间夹持电解质膜40(第1露出部41a)、树脂片68及导电片66的比电解区域更靠近径向中心侧的部分(氢气连通孔38c的附近的部分)。

在阴极室45ca内的比电解区域更靠近径向外侧，以介于电解质膜40的第2露出部41b与阴极隔板34之间的方式配置密封构件(o型圈)72。在密封构件72的外周配置耐压构件74。耐压构件74具有大致环形状，并且外周部嵌合在树脂框构件36的内周部中。

在水电解单元12中，形成从阴极隔板34朝筒构件70、导电片66及阴极供电体44电连接的导电通道与从阴极隔板34朝板弹簧60、板弹簧固定器62、导电片66及阴极供电体44电连接的导电通道。

在图1中所示的端板20a中，虽然未示出，但设置与氢气连通孔38c连结的配管，在此配管中设置可限制经由氢气连通孔38c的氢气的排出的背压机构。

以下对基本上如所述那样构成的水电解装置10的电解质膜·电极结构体30的制造方法进行说明。

首先，例如将具有质子传导性的阳离子交换树脂成形为所述环状，而获得电解质膜40。另外，作为阳离子交换树脂，例如可列举：聚苯乙烯磺酸等乙烯基系聚合物的磺化物，或全氟烷基磺酸聚合物、全氟烷基羧酸聚合物、聚苯并咪唑、聚醚醚酮等将磺酸基或磷酸基导入耐热性高分子中而成的聚合物，或将使包含亚苯基链的芳香族化合物进行聚合所获得的刚直聚亚苯基作为主成分，并向其中导入磺酸基而成的聚合物等。

其次，在电解质膜40的成为包覆部40a的部分的一侧的面及另一侧的面上分别设置阳极电极催化剂层42a及阴极电极催化剂层44a。由此，在电解质膜40中形成由电极催化剂层包覆的包覆部40a。

继而，进行减小电解质膜40的成为从电极催化剂层中露出的露出部40b的部分的离子交换容量的离子交换容量调整步骤。作为减小成为露出部40b的部分的离子交换容量的方法的一例，可列举将成为露出部40b的部分的离子交换基的质子的至少一部分交换成其他阳离子。在此情况下，将电解质膜40的成为露出部40b的部分在含有其他阳离子的溶液中浸渍例如2分钟以上。此时，为了确实地避免所述溶液接触电极催化剂层(包覆部40a)，也可以对电极催化剂层(包覆部40a)进行掩盖。

浸渍成为露出部40b的部分的所述溶液并无特别限定，可使用：氯化钙(cacl2)、碳酸氢钙(ca(hco3)2)、硫酸镁(mgso4)、碳酸钠(na2co3)、硫酸钠(na2so4)、硫酸钾(k2so4)、氯化钾(kcl)等的水溶液。

若为质子已被交换成其他阳离子的离子交换基，则电解质膜40中所含有的水分量减少。因此，通过浸渍在所述溶液中来将成为露出部40b的部分的质子交换成阳离子，可减少此部分的离子交换容量。如此，使成为露出部40b的部分的离子交换容量比包覆部40a的离子交换容量小，由此可获得包括设置有包覆部40a与露出部40b的电解质膜40、及以覆盖此电解质膜40的包覆部40a且使露出部40b露出的方式设置的电极催化剂层的电解质膜·电极结构体30。

作为减小露出部40b的离子交换容量的方法的另一例，可列举：对成为露出部40b的部分实施加热处理，而使所述成为露出部40b的部分中所含有的离子交换基脱离。只要可使离子交换基脱离，则加热处理并无特别限定，例如能够以如下方式进行。

即，也可以使以变成200℃～270℃的方式进行了加热的热板(未示出)与成为露出部40b的部分接触30秒以上，由此使离子交换基容易脱离后，将所述部分在50℃以上的水中浸渍1分钟以上，而使离子交换基溶出。另外，作为加热处理，也可以使成为露出部40b的部分与80℃以上的水接触2小时以上，由此使离子交换基从所述部分中脱离。此时，为了确实地避免所述水接触电极催化剂层(包覆部40a)，也可以对电极催化剂层(包覆部40a)进行掩盖。

通过如上所述的加热处理，而使成为露出部40b的部分的离子交换容量比包覆部40a的离子交换容量小，由此可获得包括设置有包覆部40a与露出部40b的电解质膜40、及以覆盖此电解质膜40的包覆部40a且使露出部40b露出的方式设置的电极催化剂层的电解质膜·电极结构体30。

另外，在离子交换容量调整步骤中，将成为露出部40b的部分浸渍在所述溶液中的时间、或实施加热处理的时间并不限定于所述时间，能够以成为露出部40b的部分中所含有的离子交换基的质子的规定量被阳离子取代的方式，对应于露出部40b的面积、电解质膜40的材料、溶液的种类及温度等来适宜设定。此时，优选将成为露出部40b的部分的离子交换基的全部(包括大致全部)质子取代成其他阳离子。由此，可形成与电解质膜40的包覆部40a相比，有效地减小了离子交换容量的露出部40b。

另外，离子交换容量调整步骤也可以在将阳极电极催化剂层42a及阴极电极催化剂层44a设置在电解质膜40上之前进行。在此情况下，在离子交换容量调整步骤中，与所述同样地减小电解质膜40的成为露出部40b的部分的离子交换容量后，在电解质膜40的成为包覆部40a的部分上设置电极催化剂层，由此可获得电解质膜·电极结构体30。

以下对包括以所述方式获得的电解质膜·电极结构体30的水电解装置10的动作进行说明。

如图1所示，从水供给口39a朝水电解装置10的水供给连通孔38a(参照图2)中供给水，并且经由电解电源28而对端子板16a、端子板16b的端子部24a、端子部24b赋予电压。因此，如图3所示，在各水电解单元12中，从水供给连通孔38a经由供给连结管路50a而朝水流道构件46的水流道50b中供给水。水被从多个孔部50c朝阳极供电体42中供给，并在所述阳极供电体42内移动。

因此，通过电来将水在阳极电极催化剂层42a中分解，而生成氢离子、电子及氧气。通过此阳极反应所生成的氢离子透过电解质膜40而朝阴极电极催化剂层44a侧移动，并与电子结合而获得氢气。此氢气经由阴极供电体44的细孔及氢气排出通道71而朝氢气连通孔38c中排出。

若在通过所述背压机构而限制了氢气从氢气连通孔38c中的排出的状态下，进行各水电解单元12中的水的电解反应，则阴极室45ca的内压因所生成的氢气而上升。其结果，从电解质膜40起阴极电极催化剂层44a侧(阴极室45ca)比阳极电极催化剂层42a侧(阳极室45an)升压，氢气连通孔38c内的氢气被维持成高压。由此，可从水电解装置10中取出已高压化成规定的压力的氢气。另一方面，通过阴极反应所生成的氧气与未反应的水在常压的状态下经由水排出连通孔38b及水排出口39b而朝水电解装置10的外部排出。

当以所述方式利用水电解装置10进行水的电解时，为了显现电解质膜40的质子传导性，而在经加湿的状态下维持电解质膜40。在此情况下，在电解质膜40的包覆部40a中，由于离子交换容量比露出部40b大，因此显示出良好的质子传导性。由此，在水电解装置10中，可良好地进行水的电解反应而获得氢气。

另一方面，在以所述方式减少了离子交换容量的露出部40b中，可抑制吸收水而膨润，相应地可谋求强度的提升。电解质膜40之中，从电极催化剂层中露出的露出部40b容易受到对应于从电解质膜40起阴极电极催化剂层44a侧与阳极电极催化剂层42a侧的差压所施加的负荷的影响。另外，从电极催化剂层中露出的露出部40b无需具备质子传导性。

因此，关于露出部40b，通过如所述那样减少离子交换容量，并提升强度，即便在因谋求利用水电解装置10所获得的氢气的高压化等，而导致所述负荷已增大的情况下，也可以有效地避免电解质膜40的损伤。

如上所述，在将成为露出部40b的部分的离子交换基的质子交换成其他阳离子的情况下，可通过简单的结构而获得提升了强度的露出部40b。另外，在以所述方式获得露出部40b的情况下，电解质膜40不会暴露在高温(例如，如在电解质膜40中产生劣化那样的温度)中，因此可获得品质更高的电解质膜40。

进而，优选与成为露出部40b的部分的离子交换基的质子进行交换的其他阳离子为钙离子。在此情况下，可高精度地形成交换离子交换基的质子的部分与不交换离子交换基的质子的部分的边界。由此，可有效地避免包覆部40a的离子交换基的质子被交换成其他阳离子，因此可在更良好地维持包覆部40a中的质子传导性的状态下，提升露出部40b的强度。

另一方面，在通过所述加热处理等，而使露出部40b中的经干燥的电解质膜40的每单位重量的离子交换基的含量比包覆部40a小的情况下，能够以减少了露出部40b的离子交换容量的状态确实地维持。由此，可有效地抑制露出部40b的膨润，并提升强度。

本实用新型并不特别限定于所述实施方式，可在不脱离其主旨的范围内进行各种变形。

在所述实施方式中，使电解质膜40的露出部40b之中，第1露出部41a及第2露出部41b两者的离子交换容量比包覆部40a小，但并不特别限定于此。例如，也可以仅使第1露出部41a的离子交换容量比包覆部40a小。

电解质膜40之中，特别是第1露出部41a容易在连通孔体52与筒构件70之间被高压压缩。另外，在所述负荷已增大的情况下，覆盖第1露出部41a的阴极室45ca侧的面41as的树脂片68沿着面方向伸长。此时，因面41as与树脂片68之间产生的摩擦力，而导致面41as被树脂片68拉拽，由此在第1露出部41a中也容易产生沿着面方向的伸长，甚至容易产生损伤。通过如所述那样减少第1露出部41a的离子交换容量，并提升强度，即便在所述负荷已增大的情况下，也可以有效地避免电解质膜40的损伤。

[实施例]

针对使用杜邦公司制造的“纳菲薄膜(nafion)n112”(商品名)的电解质膜40，测定离子交换容量并设为初始值。具体而言，在离子交换容量的测定中，首先从电解质膜40中切出测定对象部分(30mm²)，在80℃下干燥12小时以上后，测定其重量。其次，将测定对象部分投入容器内的50cc的饱和氯化钾水溶液中，并利用搅拌器进行10分钟以上的搅拌。其后，连同容器一起放置在平沼产业股份有限公司制造的“自动滴定装置com-1700a”(商品名)上，求出中和点的氢氧化钠水溶液(0.1n)量。根据其测定结果与所述重量的测定值，将与电解质膜40的每单位重量的oh^-离子进行了中和的阳离子量作为离子交换容量来求出。

继而，将电解质膜40切出成长条状，制作30mm×100mm尺寸的七个试验片，并设为实施例1～实施例7。针对这些试验片，将从其长边方向的一端起30mm的部分(以下，也称为浸渍部分)在图5中所示的各试剂的水溶液(0.1n，23℃)中浸渍30分钟。

继而，通过纯水的流水来对从水溶液中取出的各试验片的浸渍部分进行清洗后，进而在纯水中浸渍10分钟。将所述利用纯水的清洗及在纯水中的浸渍重复两次后，将各试验片的整体在60℃的纯水中浸渍100小时。

继而，将从纯水中取出的各试验片的浸渍部分切掉，进而，将切断后的各试验片(30mm×70mm)从其长度方向的接近浸渍部分之侧的一端起，每10mm的长度进行切断，而获得30mm×10mm的七个切断片。将这些切断片从接近浸渍部分之侧起依次设为第1切断片～第7切断片。即，从实施例1～实施例7的试验片分别制作七个第1切断片～第7切断片。

继而，从第1切断片至第7切断片为止依次进行离子交换容量的测定，并检测其测定结果是否已比初始值减少。另外，离子交换容量的测定能够以与所述相同的方式进行。针对检测到测定结果已减少的切断片，判断为处于离子交换基的质子已被交换成阳离子的范围内，换言之，处于阳离子经由浸渍部分所到达(扩散)的范围内。而且，根据检测到测定结果的减少的切断片之中，与未检测到测定结果的减少的切断片邻接的切断片来决定阳离子的最大到达范围。

即，例如当在第2切断片中检测到测定结果的减少，但在第3切断片中未检测到测定结果的减少时，将从浸渍部分起阳离子所到达的最大范围设为20mm。将以所述方式求出的实施例1～实施例7的各试验片的阳离子的最大到达范围一并示于图5中。

根据图5可知，阳离子最大到达范围大概以钙离子(实施例1、实施例2)、镁离子(实施例3)、钠离子(实施例4、实施例5)、钾离子(实施例6、实施例7)的顺序变大。

因此，可知当选择了所述阳离子中的钙离子时，可高精度地形成交换离子交换基的质子的部分与不交换离子交换基的质子的部分的边界。即，当将浸渍部分浸渍在含有钙离子的水溶液中时，可有效地抑制比此浸渍部分更外侧的质子被交换成钙离子。

因此，通过将电解质膜40的成为露出部40b的部分的离子交换基的质子与钙离子交换，可有效地避免包覆部40a的离子交换基的质子被交换成钙离子。其结果，可在更良好地维持包覆部40a中的质子传导性的状态下，提升露出部40b的强度。