[发明专利]电化学式泵

说明书

在电化学式氢泵(24)中，阳极隔离物(7)、阳极扩散层(5)、电解质膜(2)、阴极扩散层(6)、阴极隔离物(8)依次被层叠，阳极隔离物(7)具有收纳阳极扩散层(5)的第一凹部(25)，第一凹部(25)的底面(25a)为中央部突出的椀型的弯曲面，阴极隔离物(8)具有收纳阴极扩散层(6)的第二凹部(27)，第二凹部(27)的底面(27a)为中央部凹陷的椀型的弯曲面。

技术领域

本发明涉及电化学式氢泵。尤其是涉及一种压缩氢的电化学式氢泵。

背景技术

近年来，将氢作为燃料的家庭用燃料电池的开发以及普及得以推广。此外，和家庭用燃料电池一样，开始了将氢作为燃料的燃料电池车辆的量产、出售。

虽然家庭用燃料电池能够利用现有的城市煤气和现有的商用电力，但燃料电池车辆需要氢基础设施。因此，为了燃料电池车辆在今后广泛普及，需要作为氢基础设施的氢站的扩充。

然而，氢站的建设需要大规模的设备和用地。因此，需要庞大的费用。这一点成为用于燃料电池车辆普及的要解决的大课题。

因此，作为大型的氢站的替代品，希望开发紧凑且低价的家庭用的小型氢填充装置。在该小型氢填充装置的开发中最重要的是压缩氢的压缩机的开发，当前关注的是能够以电化学方式对氢进行升压的电化学式氢泵。

与以往的机械式氢压缩装置相比，电化学式氢泵有紧凑、升压效率高、由于没有机械动作部分因此无需维护、几乎没有噪声等很多的优点。因此，迫切希望电化学式氢泵的实用化。

当前，考虑使用电化学式氢泵来电化学地压缩使用家庭用燃料电池的燃料重整装置产生的氢。

如果将这种电化学式氢泵用于小型氢填充装置，则除了上述优点之外，还有以下优点。即，虽然使用燃料重整装置产生的氢的浓度为75％左右，但将其纯化为几乎100％的氢，并且升压至能够填充到燃料电池车辆中的超高压力在原理上是可行的。

此外，电化学式氢泵的构造类似于家庭用燃料电池的发电层叠体。与家庭用燃料电池的发电层叠体不同之处在于，与供给低压氢的阳极相比，阴极的压力需要成为能够将氢填充到燃料电池车辆中的程度的超高压。因此，在将家庭用燃料电池的发电层叠体作为电化学式氢泵利用的情况下，需要将介于两极之间的电解质膜的支承构造作为特殊的构造。

图1是说明以往的燃料电池的发电层叠体1的构造的图。如图1所示，在发电层叠体1中，形成有阳极电极层103以及阴极电极层104的电解质膜102的各个面由阳极扩散层105以及阴极扩散层106夹住。

此外，其外侧由阳极隔离物107以及阴极隔离物108夹住。进而，其外侧由阳极绝缘板111以及阴极绝缘板112夹住。进而，其外侧由阳极端板113以及阴极端板114夹住。进而，阳极端板113和阴极端板114由螺栓115和螺母110夹住，并且螺栓115和螺母110相互紧固。

在阳极扩散层105以及阴极扩散层106的周围安装有密封件109，使得气体不泄漏到外部。在将燃料电池的发电层叠体1作为氢泵使用的情况下，阳极入口116用于供给低压氢，阳极出口117用于回收多余的低压氢，阴极入口118用于取出高压氢，由于阴极出口119不被使用，因此被密封。

另外，在此，对发电层叠体1由包括电解质膜102、阳极扩散层105以及阴极扩散层106、阳极隔离物107以及阴极隔离物108等的一个单元电池构成的情况进行了说明。但是，通常，在发电层叠体1中包括多个上述构造的单元电池。

在从阳极入口116供给低压氢，且低压的氢流入阳极侧的流路槽107a的状态下，通过电源20在阳极隔离物107和阴极隔离物108之间施加电压。然后，在阳极电极层103中，如(1)式所示，氢解离为质子和电子。

H₂(低压)→2H⁺+2e^- (1)