电化学式氢气泵制造技术

本公开提供与以往相比能提高氢气升压工作效率的电化学式氢气泵。其具备：电解质膜；电解质膜一主面上的阳极催化剂层；另一主面上的阴极催化剂层；阳极催化剂层上的阳极气体扩散层；阴极催化剂层上的阴极气体扩散层；阳极气体扩散层上的阳极隔板；阴极气体扩散层上的阴极隔板；由上述部件层叠成的至少一个氢气泵单元的层叠方向两端的第1和第2端板；将至少一个氢气泵单元与第1和第2端板在层叠方向上紧固的紧固件；向阳极催化剂层与阴极催化剂层间施加电压的电压施加器。电压施加器施加电压以使供给到阳极催化剂层的含氢气体中的氢气向阴极催化剂层移动并升压，阴极气体扩散层在阴极催化剂层侧主面具备疏水性碳纤维层，通过紧固件的紧固被压缩。

Electrochemical hydrogen pump

【技术实现步骤摘要】
电化学式氢气泵
本公开涉及电化学式氢气泵。
技术介绍
近年来，由于全球变暖等环境问题、石油资源枯竭等能源问题，氢气作为代替化石燃料的清洁能源受到关注。氢气即使燃烧基本上也只释放水，几乎不会排出导致全球变暖的二氧化碳和氮氧化物等，因此作为清洁能源备受期待。另外，作为高效利用氢气作为燃料的装置，例如有燃料电池，在汽车用电源用途、家庭用发电用途上，燃料电池的开发和普及正在开展。在即将到来的氢气社会中，不仅需要制造氢气，还需要开发能够以高密度储存氢气、以小容量且低成本进行运输或利用的技术。特别是为了促进作为分散型能源的燃料电池的普及，需要配置氢气供给基础设施。另外，为了稳定地供给氢气，已提出对高纯度的氢气进行制造、提纯、高密度储存的各种技术方案。例如，专利文献1提出了一种离子泵，其作为用于进行氢气的提纯和压缩的装置，利用端板夹持固体高分子电解质膜、电极和隔板的层叠体并进行紧固。在先技术文献专利文献1：日本特表2008-518387号公报
技术实现思路
以往的例子中，对于电化学式氢气泵的氢气升压工作时的效率提高没有充分研究。本公开的一技术方案(aspect)是鉴于这样的情况而完成的，提供一种与以往相比能够提高氢气升压工作时的效率的电化学式氢气泵。为解决上述课题，本公开的一技术方案涉及的电化学式氢气泵，具备：电解质膜；设置在所述电解质膜的一侧主面上的阳极催化剂层；设置在所述电解质膜的另一侧主面上的阴极催化剂层；设置在所述阳极催化剂层上的阳极气体扩散层；设置在所述阴极催化剂层上的阴极气体扩散层；设置在所述阳极气体扩散层上的阳极隔板；设置在所述阴极气体扩散层上的阴极隔板；设置在由所述电解质膜、所述阳极催化剂层、所述阴极催化剂层、所述阳极气体扩散层、所述阴极气体扩散层、所述阳极隔板和所述阴极隔板层叠而成的至少一个氢气泵单元的所述层叠方向的两端上的第1端板和第2端板；将所述至少一个氢气泵单元与所述第1端板和第2端板在所述层叠方向上紧固的紧固件；以及向所述阳极催化剂层与所述阴极催化剂层之间施加电压的电压施加器，通过所述电压施加器施加所述电压，使被供给到所述阳极催化剂层上的含氢气的气体中的氢气向所述阴极催化剂层上移动并升压，所述阴极气体扩散层在所述阴极催化剂层侧的主面具备疏水性的碳纤维层，并通过所述紧固件的紧固而被压缩。本公开的一技术方案涉及的电化学式氢气泵，发挥与以往相比能够提高氢气升压工作时的效率的效果。附图说明图1A是表示实施方式的电化学式氢气泵的一例的图。图1B是图1A的电化学式氢气泵的B部分的放大图。图2A是表示实施方式的电化学式氢气泵的一例的图。图2B是图2A的电化学式氢气泵的B部分的放大图。图3是表示具备实施方式的电化学式氢气泵的氢气供给系统的一例的图。图4是表示实施方式的电化学式氢气泵的阴极气体扩散层的一例的图。图5A是表示阴极气体扩散层在厚度方向上压缩的情况下阴极气体扩散层的面压(压力)与应变量之间的关系的一例的图。图5B是表示阴极气体扩散层在厚度方向上压缩的情况下阴极气体扩散层的面压(压力)与电阻之间的关系的一例的图。附图标记说明11：电解质膜12：阴极催化剂层13：阳极催化剂层14：阴极气体扩散层14R：碳纤维层15：阳极气体扩散层16：阴极隔板17：阳极隔板21：绝缘体22A：阳极供电板22C：阴极供电板23A：阳极绝缘板23C：阴极绝缘板24A：阳极端板24C：阴极端板25：紧固件26：阴极气体导出路径27：阳极气体导入歧管29：阳极气体导入路径30：阳极气体导出歧管31：阳极气体导出路径32：阴极气体流路33：阳极气体流路34：阴极气体流通路径35：第1阳极气体流通路径36：第2阳极气体流通路径40：密封件42：密封件43：密封件50：阴极气体导出歧管100：电化学式氢气泵100A：氢气泵单元102：电压施加器113：冷凝器115：露点调整器200：氢气供给系统AN：阳极CA：阴极具体实施方式由固体高分子电解质膜(以下称为电解质膜)制成的电化学式氢气泵中，使阳极的含氢气的气体中的氢气(H2)质子化并向阴极移动，使质子(H+)在阴极恢复成氢气(H2)，由此使氢气高压化。此时，为了确保电解质膜的高质子传导性，需要将电解质膜维持期望的湿润状态。也就是说，电解质膜的湿润状态之间关系到电解质膜的电阻，是影响电化学式氢气泵的电池电阻的重要原因。因此，电化学式氢气泵例如常采取通过加湿器预先对要向阳极供给的含氢气的气体进行加湿的结构。然而，在电化学式氢气泵的阳极与阴极之间流动电流时，质子伴随着水在电解质膜中从阳极向阴极移动。此时，从阳极移动到阴极的水，在电化学式氢气泵的工作温度为预定温度以上的情况下，以水蒸气的形式存在，但随着阴极的氢气压力越高，以液体的水的形式存在的比例增加。在液体的水存在于阴极的情况下，该水的一部分会由于阴极与阳极之间的压差而被压回阳极。此时，被压回阳极的水的量随着阴极的氢气压力越高而增加。于是，随着阴极的氢气压力上升，容易通过被压回阳极的水而发生阳极的溢流。在由于发生这样的溢流而导致在阳极含氢气的气体的扩散性受阻的情况下，电化学式氢气泵的扩散阻力有可能增加，因此电化学式氢气泵的氢气升压工作的效率有可能降低。另外，随着阴极的氢气压力变高，电解质膜、阳极催化剂层和阳极气体扩散层中的由氢气压力产生的压缩量(应变量)变大。于是，在阴极催化剂层与阴极气体扩散层之间容易产生间隙，因此两者之间的接触电阻有可能增加。在本申请人在先申请的电化学式氢气泵中，提出了在通过紧固件对电化学式氢气泵进行紧固之前，将收纳于阴极隔板的凹部的阴极气体扩散层从凹部起在其厚度方向上以预定的大小伸出而配设的结构。也就是说，通过紧固件的紧固能够使阴极气体扩散层在其厚度方向上被压缩，因此即使阴极的氢气压力成为高压，通过阴极气体扩散层在从通过紧固件进行压缩之后的厚度恢复成压缩之前的厚度的方向上弹性变形，也能够适当维持阴极催化剂层与阴极气体扩散层之间的接触。但是，如果采取通过紧固件的紧固使阴极气体扩散层在其厚度方向上压缩的结构，有可能在阳极助长上述溢流的发生。具体而言，通过采取以上的结构，阴极气体扩散层的空隙减少，因此阴极气体扩散层内的氢气的流动受阻。于是，由于伴随氢气的流动向阴极外排出的水的减少，暂时滞留在阴极气体扩散层的水的量增加。其结果，通过阴极与阳极之间的压差而被压回阳极的水的量进一步增加，从而在阳极会助长溢流的发生。因此，本专利技术人进行了认真研究，结果发现通过阴极气体扩散层在阴极催化剂层侧的主面具备疏水性的碳纤维层，能够抑制以上的阳极中的溢流发生，从而想到了以下的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电化学式氢气泵，具备：/n电解质膜；/n设置在所述电解质膜的一侧主面上的阳极催化剂层；/n设置在所述电解质膜的另一侧主面上的阴极催化剂层；/n设置在所述阳极催化剂层上的阳极气体扩散层；/n设置在所述阴极催化剂层上的阴极气体扩散层；/n设置在所述阳极气体扩散层上的阳极隔板；/n设置在所述阴极气体扩散层上的阴极隔板；/n设置在由所述电解质膜、所述阳极催化剂层、所述阴极催化剂层、所述阳极气体扩散层、所述阴极气体扩散层、所述阳极隔板和所述阴极隔板层叠而成的至少一个氢气泵单元的所述层叠方向的两端上的第1端板和第2端板；/n将所述至少一个氢气泵单元与所述第1端板和第2端板在所述层叠方向上紧固的紧固件；以及/n向所述阳极催化剂层与所述阴极催化剂层之间施加电压的电压施加器，/n通过所述电压施加器施加所述电压，使被供给到所述阳极催化剂层上的含氢气的气体中的氢气向所述阴极催化剂层上移动并升压，/n所述阴极气体扩散层在所述阴极催化剂层侧的主面具备疏水性的碳纤维层，并通过所述紧固件的紧固而被压缩。/n

【技术特征摘要】
20180723 JP 2018-1375441.一种电化学式氢气泵，具备：
电解质膜；
设置在所述电解质膜的一侧主面上的阳极催化剂层；
设置在所述电解质膜的另一侧主面上的阴极催化剂层；
设置在所述阳极催化剂层上的阳极气体扩散层；
设置在所述阴极催化剂层上的阴极气体扩散层；
设置在所述阳极气体扩散层上的阳极隔板；
设置在所述阴极气体扩散层上的阴极隔板；
设置在由所述电解质膜、所述阳极催化剂层、所述阴极催化剂层、所述阳极气体扩散层、所述阴极气体扩散层、所述阳极隔板和所述阴极隔板层叠而成的至少一个氢气泵单元的所述层叠方向的两端上的第1端板和第2端板；
将所述至少一个氢气泵单元与所述第1端板和第2端板在所述层叠方向上紧固的紧固件；以及
向所述阳极催化剂层与所述阴极催化剂层之间施加电压的电压施加器，
通过所述电压施加器施加所述电压，使被供给到所述阳极催化剂层上的含氢气的气体中的氢气向所述阴极催化剂层上移动并升压，
所述阴极气体扩散层在所述阴极催化剂层侧的主面具备疏水性的碳纤维层，并通过所述紧固件的紧固而被压缩。


2.根据权利要求1所述的电化学式氢气泵，
由所述紧固件的紧固而产生的所述阴极气体扩散层在所述层叠方向上的压缩量为所述电化学式氢气泵升压至上限值时的所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：鹈饲邦弘，中植贵之，胁田英延，
申请(专利权)人：松下知识产权经营株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP