电化学式氢泵制造技术

一种电化学式氢泵，具备：电解质膜；阳极电极，其设置在电解质膜侧的一个主面上；阴极电极，其设置在电解质膜的另一个主面上；以及阳极隔板，其设置在阳极电极上，阳极电极具备设置在电解质膜的一个主面上的阳极催化剂层和设置在阳极催化剂层上的阳极气体扩散层，阳极气体扩散层具备碳多孔体片，所述碳多孔体片为粉末成形体。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电化学式氢泵
本公开涉及电化学式氢泵。
技术介绍
近年来，由于全球变暖等环境问题、石油资源的枯竭等能源问题，氢作为替代化石燃料的清洁替代能源而备受关注。氢即使燃烧也基本上仅放出水，不会排出成为全球变暖的原因的二氧化碳，并且几乎不排出氮氧化物等，因此作为清洁能源而备受期待。另外，作为以氢为燃料来高效使用的装置，例如有燃料电池，面向汽车用电源、面向家庭用私人发电的开发和普及正在不断推进。在即将到来的氢社会，除制造氢之外，还需要开发能够高密度储存氢并以小容量且低成本输送或者利用的技术。特别是为了促进成为分散型能源的燃料电池的普及，需要配备氢供给公共基础设施。另外，为了稳定地供给氢，进行了制造、精制(纯化)、高密度储存高纯度氢的各种研究。例如，在专利文献1中公开了一种阳极供电体，其在进行氢精制和氢升压的电化学式氢泵中，具备使用纤维直径不同的两种钛金属纤维分别构成的第一供电体部和第二供电体部。由此，降低了电解质膜的损伤，并且能量效率提高。另外，在专利文献2中公开了一种通过对由钛粉末烧结体构成的供电体的基底部实施压制加工从而基底部的表层部的空隙率比基底部的空隙率低的阳极供电体。由此，能够使表层部的致密化以及平滑化提高，因此能够降低电解质膜的损伤。在先技术文献专利文献专利文献1:日本特开2001-342587号公报专利文献2:日本特开2012-180553号公报
技术实现思路
本公开的一个方式(aspect)的课题是作为一例提供一种就阳极气体扩散层而言能够比金属制的阳极气体扩散层降低成本的电化学式氢泵。为了解决上述课题，本公开的一个方式的电化学式氢泵具备：电解质膜；阳极电极，其设置在所述电解质膜的一个主面上；阴极电极，其设置在所述电解质膜的另一个主面上；以及阳极隔板，其设置在所述阳极电极上，所述阳极电极具备设置在所述电解质膜的一个主面上的阳极催化剂层、和设置在所述阳极催化剂层上的阳极气体扩散层，阳极气体扩散层具备作为粉末成形体的碳多孔体片。本公开的一个方式的电化学式氢泵取得了就阳极气体扩散层而言与金属制的阳极气体扩散层相比能够降低成本的效果。附图说明图1A是表示第1实施方式的电化学式氢泵的一例的图。图1B是图1A的电化学式氢泵的B部的放大图。图2A是表示第1实施方式的电化学式氢泵的一例的图。图2B是图2A的电化学式氢泵的B部的放大图。图3是表示第1实施方式的电化学式氢泵中的碳多孔体片的一例的图。图4是表示第1实施方式的电化学式氢泵中的碳多孔体片的基于拉曼光谱法的分析结果的一例的图。图5是表示第1实施方式的第2实施例的电化学式氢泵中的碳多孔体片的一例的图。图6是表示第1实施方式的第3实施例的电化学式氢泵中的碳多孔体片的气孔率的测定值的一例的图。具体实施方式在专利文献1和专利文献2中均使用了金属制的气体扩散层，但是在金属制的情况下，为了确保在酸性环境下的耐腐蚀性，需要利用贵金属进行的表面镀敷，这成为成本上升的主要原因。因此，本专利技术人研究了在酸性环境下具有耐腐蚀性且低成本的碳系的气体扩散层的使用，但发现了由于高的阴极压力的影响而使阳极气体扩散层会向阳极隔板的流路压曲的问题。因此，本专利技术人进行了深入研究，结果发现为了降低发生上述压曲的可能性而在阳极电极设置作为粉末成形体的碳多孔体片，并构思到以下的本公开的一个方式。另外，本专利技术人进行了深入研究，结果发现为了降低发生上述压曲的可能性而在阳极电极设置包含非晶碳的碳多孔体片，并构思到以下的本公开的一个方式。即，本公开的第1方式的电化学式氢泵具备：电解质膜；阳极电极，其设置在电解质膜的一个主面上；阴极电极，其设置在电解质膜的另一个主面上；以及阳极隔板，其设置在阳极电极上，阳极电极具备设置在电解质膜的一个主面上的阳极催化剂层和设置在阳极催化剂层上的阳极气体扩散层，阳极气体扩散层具备碳多孔体片，所述碳多孔体片为粉末成形体。根据该构成，本方式的电化学式氢泵，就阳极气体扩散层而言能够比金属制的阳极气体扩散层降低成本，并且能够降低向阳极隔板压曲的可能性。具体而言，本方式的电化学式氢泵，通过用粉末成形体构成碳多孔体片，与例如用碳纤维构成碳多孔体片的情况相比，能够提高刚性。另外，本公开的第2方式的电化学式氢泵具备：电解质膜；阳极电极，其设置在电解质膜的一个主面上；阴极电极，其设置在电解质膜的另一个主面上；以及阳极隔板，其设置在阳极电极上，阳极电极具备设置在电解质膜的一个主面上的阳极催化剂层和设置在阳极催化剂层上的阳极气体扩散层，阳极气体扩散层具备阳极隔板侧的第1表面层包含非晶碳的碳多孔体片，通过拉曼光谱分析，碳多孔体片为D/G＞1.0。根据该构成，本方式的电化学式氢泵，就阳极气体扩散层而言能够比金属制的阳极气体扩散层降低成本，并且能够降低向阳极隔板压曲的可能性。具体而言，在包含非晶碳的碳多孔体片中，如在以往的金属多孔体中所确认到的那样的锐利的部分较少。因此，本方式的电化学式氢泵，即使这样的碳多孔体片被向电解质膜推压，与以往的金属多孔体相比，也能够降低对电解质膜造成损伤的可能性。另外，一般地，碳键为非晶结构的非晶碳与碳键为晶体结构的碳相比，刚性高。因此，本方式的电化学式氢泵，通过以碳多孔体片通过拉曼光谱分析而为D/G＞1.0的方式包含非晶碳，能够适当地确保阳极气体扩散层的刚性。本公开的第3方式的电化学式氢泵，在第1方式或第2方式的电化学式氢泵的基础上，碳多孔体片的至少阳极隔板侧的第1表面层的厚度方向的杨氏模量可以为2.5GPa以上。根据该构成，本方式的电化学式氢泵，在对碳多孔体片的厚度方向上的压缩强度为期望值(例如20MPa)时，与阳极隔板侧的第1表面层的厚度方向的杨氏模量小于2.5GPa的情况相比，能够抑制由于电化学式氢泵的氢升压运行时产生的阴极电极和阳极电极间的差压(高压)而使阳极气体扩散层变形。例如，本方式的电化学式氢泵能够降低由于上述的差压而在设置于阳极隔板的流路中阳极气体扩散层压曲的可能性。本公开的第4方式的电化学式氢泵，在第1方式或第2方式的电化学式氢泵的基础上，碳多孔体片的至少阳极隔板侧的第1表面层的厚度方向的杨氏模量可以为7.8GPa以上。根据该构成，本方式的电化学式氢泵，在对碳多孔体片的厚度方向上的压缩强度为期望值(例如40MPa)时，与阳极隔板侧的第1表面层的厚度方向的杨氏模量小于7.8GPa的情况相比，能够抑制由于电化学式氢泵的氢升压运行时产生的阴极电极和阳极电极间的差压(高压)而使阳极气体扩散层变形。例如，本方式的电化学式氢泵能够降低由于上述的差压而在设置于阳极隔板的流路中阳极气体扩散层压曲的可能性。本公开的第5方式的电化学式氢泵，在第1方式或第2方式的电化学式氢泵的基础上，碳多孔体片的至少阳极隔板侧的第1表面层的弯曲强度可以为10MPa以上。根据该构成，本方式的电化学式氢泵，在对碳多孔体片的厚度方向上的压缩强度为期望本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电化学式氢泵，具备：/n电解质膜；/n阳极电极，其设置在所述电解质膜的一个主面上；/n阴极电极，其设置在所述电解质膜的另一个主面上；和/n阳极隔板，其设置在所述阳极电极上，/n所述阳极电极具备设置在所述电解质膜的一个主面上的阳极催化剂层和设置在所述阳极催化剂层上的阳极气体扩散层，/n所述阳极气体扩散层具备碳多孔体片，所述碳多孔体片为粉末成形体。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181219 JP 2018-237039;20191106 JP 2019-2016581.一种电化学式氢泵，具备：
电解质膜；
阳极电极，其设置在所述电解质膜的一个主面上；
阴极电极，其设置在所述电解质膜的另一个主面上；和
阳极隔板，其设置在所述阳极电极上，
所述阳极电极具备设置在所述电解质膜的一个主面上的阳极催化剂层和设置在所述阳极催化剂层上的阳极气体扩散层，
所述阳极气体扩散层具备碳多孔体片，所述碳多孔体片为粉末成形体。


2.一种电化学式氢泵，具备：
电解质膜；
阳极电极，其设置在所述电解质膜的一个主面上；
阴极电极，其设置在所述电解质膜的另一个主面上；和
阳极隔板，其设置在所述阳极电极上，
所述阳极电极具备设置在所述电解质膜的一个主面上的阳极催化剂层和设置在所述阳极催化剂层上的阳极气体扩散层，
所述阳极气体扩散层具备阳极隔板侧的第1表面层包含非晶碳的碳多孔体片，
所述碳多孔体片通过拉曼光谱分析为D/G＞1.0。


3.根据权利要求1或2所述的电化学式氢泵，
所述碳多孔体片的至少所述阳极隔板侧的第1表面层的厚度方向的杨氏模量为2.5GPa以上。


4.根据权利要求1或2所述的电化学式氢泵，
所述碳多孔体片的至少所述阳极隔板侧的第1表面层的厚度方向的杨氏模量为7.8GPa以上。


5.根据权利要求1或2所述的电化学式氢泵，
所述碳多孔体片的至少所述阳极隔板侧的第1表面层的弯曲强度为10MPa以上。


6.根据权利要求1或2所述的电化学式氢泵，
所述碳多孔体片的至少所述阳极隔板侧的第1表面层的弯曲强度为20MPa以上。


7.根据权利要求1、2、3和5中的任一项所述的电化学式氢泵，
所述碳...

【专利技术属性】
技术研发人员：中植贵之，鹈饲邦弘，
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