控制水电解堆的负载的方法、制造氢气的方法和水电解设备技术

本公开涉及一种控制水电解堆的负载的方法、制造氢气的方法和水电解设备。提供了控制水电解堆的负载的方法，在所述水电解堆中堆叠并容纳多个水电解单元，所述多个水电解单元包括以其间插入有固体聚电解质膜的方式而布置在一侧上的阳极和布置在另一侧上的阴极。该方法包括从所述水电解堆的内部的温度、电阻和水流量中的至少一个获得的所述水电解堆的内部的状态来判定适当的负载，并且改变所述水电解堆上的所述负载的施加，使得所述负载是所述适当的负载。当的负载。当的负载。

【技术实现步骤摘要】
控制水电解堆的负载的方法、制造氢气的方法和水电解设备


[0001]本公开涉及一种控制水电解堆的负载的方法、制造氢气的方法和水电解设备。

技术介绍

[0002]日本未审查专利申请公开第2003
‑
147562号(JP 2003
‑
147562 A)公开了利用多个螺杆轴紧固的堆的结构，其中各个负载计或各个应变计设置在各个螺杆轴上，以平衡螺杆的轴向力。

技术实现思路

[0003]然而，在现有技术中，负载管理仅处于初始状态，并且负载管理不能根据环境条件、工作条件和随时间的劣化来执行。这个问题可能会导致泄漏和早期劣化。例如，在负载不足的情况下，可能由于密封性能的劣化而发生泄漏，或者构成水电解单元的层之间的粘合程度可能降低。结果，水电解的性能可能恶化。另一方面，在负载过大的情况下，水电解单元的层将负担过重并且可能被破坏，并且这种情况导致早期劣化。
[0004]本公开提供了一种能够执行更适当的负载管理和性能维护的控制水电解堆的负载的方法。此外，本公开提供了一种能够执行更适当的负载控制和性能维护的制造氢气的方法和水电解设备。
[0005]本公开的第一方案涉及一种控制水电解堆的负载的方法，在所述水电解堆中堆叠并容纳多个水电解单元，所述水电解单元包括以其间插入有固体聚电解质膜的方式而布置在一侧上的阳极和布置在另一侧上的阴极。基于从所述水电解堆的内部的温度、电阻和水流量中的至少一个获得的所述水电解堆的内部的状态来判定适当的负载，并且改变所述水电解堆上的所述负载的施加，使得所述负载是所述适当的负载。
[0006]本公开的第二方案涉及一种制造氢气的方法。所述方法包括由所述水电解单元执行普通的氢气制造，以及通过控制所述水电解堆的所述负载的所述方法周期性地执行负载控制来执行氢气制造。
[0007]本公开的第三方案涉及一种水电解设备，其包括水电解堆，在所述水电解堆中堆叠并容纳多个水电解单元，所述水电解单元包括以其间插入有固体聚电解质膜的方式而布置在一侧上的阳极和布置在另一侧上的阴极。所述水电解设备包括：稳压器，其设置在所述水电解堆中，并且被配置为通过按压所述水电解堆来向所述水电解单元施加负载；被配置为测量所述水电解堆的内部的温度的传感器、被配置为测量电阻的传感器和被配置为测量水流量的传感器中的至少一个传感器；以及控制器，其被配置为接收来自所述稳压器和所述至少一个传感器的信号，并且被连接为向所述稳压器传送信号。所述控制器被配置为基于从由所述至少一个传感器测量的所述水电解堆的所述内部的所述温度、所述电阻和所述水流量中的至少一个获得的所述水电解堆的所述内部的状态来判定适当的负载，并且指示所述稳压器改变所述水电解堆上的所述负载的施加，使得所述负载是所述适当的负载。
[0008]根据本公开的方案，能够更适当地执行水电解单元和水电解堆的负载管理以保持
性能。
附图说明
[0009]下面将参照附图描述本专利技术的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义，其中，相同的标号表示相同的元件，并且其中：
[0010]图1是示出水电解设备的构造的概念图；
[0011]图2是示出水电解单元的构造的概念图；
[0012]图3是示出水电解堆的构造的概念图；
[0013]图4是计算机(控制器)的概念图；
[0014]图5是示出控制水电解堆的负载的方法的流程的流程图；以及
[0015]图6是示出控制水电解堆的负载的方法的流程的另一流程图。
具体实施方式
[0016]1.水电解设备
[0017]图1概念性地示出根据实施例的水电解设备10。本实施例中的水电解设备10具有水电解堆20、氧气侧通道30、氢气侧通道40和控制器60。在水电解设备10中，净化水从氧气侧通道30供应到设置在水电解堆20中的水电解单元21，并且通过向净化水施加电流而分解成氢气和氧气。由此，获得氢气，并且通过氢气侧通道40与氧气分离。
[0018]1.1.氧气侧通道(供水侧通道)
[0019]氧气侧通道(供水侧通道)30是包括被配置为通过向水电解堆20供应净化水来获得氧气的管道的通道。净化水通过氧气侧通道30中的泵31供应到水电解堆20，并且生成的氧气和未使用的水从水电解堆20排出并供应到气液分离器32。气液分离器32从净化水中分离氧气。分离的氧气被排出，并且净化水被再次供应到泵31。不足的净化水从泵33供应到气液分离器32。管道将上述装置相互连接。
[0020]1.2.氢气侧通道
[0021]氢气侧通道40是包括被配置为提取在水电解堆20中分离的氢气的管道的通道。从水电解堆20排出的氢气和水(净化水)通过氢气侧通道40被供应到气液分离器41。气液分离器41从水中分离氢气。分离的氢气被收集，并且水通过泵42被输送到氧气侧通道30中的气液分离器32并被再利用。管道将上述装置相互连接。
[0022]1.3.水电解单元
[0023]水电解单元21是被配置为将净化水分解成氢气和氧气的单元元件，并且多个水电解单元21堆叠并布置在水电解堆20中。图2概念性地示出水电解单元21的形式。
[0024]水电解单元21由多个层形成。其中一层用作氧气生成电极(阳极)，另一层用作氢气生成电极(阴极)，阳极和阴极间插入有固体聚电解质膜22。阳极具有从固体聚电解质膜22侧依次堆叠的阳极催化剂层23、阳极气体扩散层24和阳极隔膜25。另一方面，阴极从固体聚电解质膜22侧依次具有阴极催化剂层26、阴极气体扩散层27和阴极隔膜28。这里，水电解膜电极组件是指固体聚电解质膜22、布置在固体聚电解质膜22的阳极侧上的阳极催化剂层23和布置在固体聚电解质膜22的阴极侧上的阴极催化剂层26的堆叠体。水电解膜电极组件的厚度通常是大约0.4mm，并且水电解单元21的厚度通常是大约1.3mm。例如，每个层如下。
[0025]1.3.1.固体聚电解质膜
[0026]固体聚电解质膜22是具有质子传导性的膜的方案。本实施例中构成固体聚电解质膜22的材料(电解质)是固体聚合物材料，并且其示例包括由氟基树脂、烃基树脂材料等制成的质子传导离子交换膜。质子传导离子交换膜在潮湿状态下表现出良好的质子传导性(导电性)。膜的更具体示例是由Nafion(注册商标)制成的膜，Nafion是全氟基电解质。尽管固体聚电解质膜22的厚度没有特别限制，但是该厚度是200μm以下，优选为100μm以下，并且更优选为30μm以下。
[0027]1.3.2.阳极催化剂层
[0028]阳极催化剂层(氧气电极催化剂层)23是具有包括至少一种贵金属催化剂的催化剂的层，诸如Pt、Ru和Ir及其氧化物。更具体地，催化剂的示例包括Pt、铱氧化物、钌氧化物、铱钌氧化物或其混合物。铱氧化物的示例包括氧化铱(IrO2、IrO3)、铱锡氧化物和铱锆氧化物。钌氧化物的示例包括氧化钌(RuO2、Ru2O3)、钌钽氧化物、钌锆氧化物、钌钛氧化物和钌钛铈氧化物。铱钌氧化物的示例包括铱钌钴氧化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种控制水电解堆的负载的方法，在所述水电解堆中堆叠并容纳多个水电解单元，所述水电解单元包括以其间插入有固体聚电解质膜的方式而布置在一侧上的阳极和布置在另一侧上的阴极，所述方法的特征在于包括：基于从所述水电解堆的内部的温度、电阻和水流量中的至少一个获得的所述水电解堆的所述内部的状态来判定适当的负载；并且改变所述水电解堆上的所述负载的施加，使得所述负载是所述适当的负载。2.一种制造氢气的方法，所述方法的特征在于包括：通过所述水电解单元执行普通的氢气制造；以及通过根据权利要求1所述的控制所述水电解堆的所述负载的方法周期性地执行负载控制来执行氢气制造。3.一种水电解设备，其包括水电解堆，在所述水电解堆中堆叠并容纳多个水电解单元，所述水电解单元包括以其间插入有固体聚电...

【专利技术属性】
技术研发人员：藤田敬祐，滨口豪，岩田隆一，香山智之，池田飞展，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：