水电解装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术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。水电解装置(10)包括在电解质膜(40)的一侧的面上设置有阳极电极催化剂层(42a)、且在另一侧的面上设置有阴极电极催化剂层(44a)的电解质膜·电极结构体(30)。电解质膜(40)具有质子型的离子交换基，与由阳极电极催化剂层(42a)及阴极电极催化剂层(44a)覆盖的包覆部(40a)相比，从阳极电极催化剂层(42a)及阴极电极催化剂层(44a)中露出的露出部(40b)的离子交换容量小。

Water electrolysis unit

【技术实现步骤摘要】
水电解装置
本技术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。
技术介绍
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
技术实现思路
[技术所要解决的问题]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。本技术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，本技术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。[技术的效果]根据本技术，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是本技术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技术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本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水电解装置，其是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，所述水电解装置的特征在于，/n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。/n

【技术特征摘要】
20180314 JP 2018-0461971.一种水电解装置，其是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，所述水电解装置的特征在于，
所述电解质膜具有质子...

【专利技术属性】
技术研发人员：満田直树，
申请(专利权)人：本田技研工业株式会社，
类型：新型
国别省市：日本;JP