CN100536994C - 透氢膜、装有该透氢膜的燃料电池和氢提取装置、以及制造该透氢膜的方法 - Google Patents

透氢膜、装有该透氢膜的燃料电池和氢提取装置、以及制造该透氢膜的方法 Download PDF

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Abstract

本发明所述为选择性允许氢透过的透氢膜(10)，其包括含钒(V)的金属基层(12)、含钯(Pd)的金属被覆层(16)、和在金属基层(12)与金属被覆层(16)之间形成的中间层(14)，所述中间层(14)由比金属基层(12)和金属被覆层(16)熔点高且具有透氢性的金属制成。

Description

透氢膜、装有该透氢膜的燃料电池和氢提取装置、以及制造该透氢膜的方法
技术领域
本发明涉及选择性允许氢透过的透氢膜，装有该透氢膜的燃料电池和氢提取装置，以及制造该透氢膜的方法。
背景技术
为从含氢气体中提取氢，现已使用带有含透氢金属的层的透氢膜。例如，已知具有如下五层结构的透氢膜：借助于由陶瓷材料等制成的透氢中间层，分别在由钒(V)等制成的透氢金属基层的两面上提供含钯(Pd)等的透氢金属被覆层(日本专利公报No.7-185277A)。在如此构造的透氢膜中，通过提供透氢中间层，防止了因金属被覆层向金属基层中扩散而致的透氢性变差。
但是，如上所述由陶瓷材料制成的透氢中间层允许分子态的氢透过。因此，当氢运动至透氢金属基层和透氢中间层之间或透氢金属被覆层和透氢中间层之间时，需要有氢的离解或复合反应。这就无法改进整个透氢膜的透氢性。
发明内容
本发明的目的在于在不发生氢的离解反应或复合反应的前提下防止金属在透氢膜中扩散。
本发明的首要方面涉及选择性允许氢透过的透氢膜。该透氢膜包括含钒(V)的金属基层、含钯(Pd)的金属被覆层、和在金属基层与金属被覆层之间由比金属基层和金属被覆层熔点高且具有透氢性的金属形成的中间层。
根据如上所述构造的透氢膜，通过在金属基层和金属被覆层之间提供中间层，可以抑制金属在金属被覆层和金属基层之间扩散，而且可以防止透氢膜的性能因金属扩散而变差。由于中间层是由具有透氢性的金属制成的，因此当氢运动至金属基层和中间层之间以及中间层和金属被覆层之间时，不需要有氢的离解反应或复合反应。因此，中间层的提供可以限制整个透氢膜的透氢性变差。此外，由于中间层是由比金属基层和金属被覆层熔点高的金属制成的，因此可进一步提高抑制金属在金属基层和金属被覆层之间扩散的效果。
构成中间层的金属可以是由单一金属元素构成的。
在该构造中，可以通过简单的结构获得防止金属在金属基层和金属被覆层之间扩散的效果。
构成中间层的金属可以是合金。
在该构造中，由于中间层是由合金制成的，因此在氢固溶入透氢膜时可以抑制中间层的膨胀，从而提高整个透氢膜的耐久性并防止透氢膜变差。合金可以是固溶体，金属互化物或它们的混合物。
中间层可由比金属基层和金属被覆层熔点高的基底金属和添加金属构成的合金制成。可使用第V族金属作为比金属基层和金属被覆层熔点高的基底金属。
添加金属可以是钒(V)或钯(Pd)。
如果使用钒作为添加金属，可以防止因添加金属扩散入金属基层而导致的金属基层透氢性变差。如果使用钯作为添加金属，可以防止因添加金属扩散入金属被覆层而导致的金属被覆层透氢性变差。
中间层可以包括与金属基层接触的第一中间层和与金属被覆层接触的第二中间层。第一中间层可含有钒(V)作为添加金属。第二中间层可含有钯(Pd)作为添加金属。
在该构造中，可以获得防止因添加金属扩散入金属基层而导致的金属基层透氢性变差，及防止因添加金属扩散入金属被覆层而导致的金属被覆层透氢性变差的效果。
添加金属可含有选自钴(Co)、镍(Ni)、铜(Cu)、钼(Mo)和钛(Ti)的至少一种金属。
在该构造中，可以防止因添加金属扩散入金属基层而导致的金属基层透氢性变差。
或者，添加金属可含有选自银(Ag)、钆(Gd)、钇(Y)和铂(Pt)的至少一种金属。
在该构造中，可以避免因添加金属扩散进金属被覆层而导致金属被覆层的透氢性变差。
中间层可以包括与金属基层接触的第一中间层和与金属被覆层接触的第二中间层。第一中间层可含有选自钴(Co)、镍(Ni)、铜(Cu)、锰(Mn)和钛(Ti)的至少一种金属作为添加金属。第二中间层可含有选自银(Ag)、钆(Gd)、钇(Y)和铂(Pt)的至少一种金属作为添加金属。
在该构造中，可以获得防止因添加金属扩散入金属基层而导致的金属基层透氢性变差，及防止因添加金属扩散入金属被覆层而导致的金属被覆层透氢性变差的效果。
除前述几种外可以多种方式实现本发明。例如可以如下方式，即制造透氢膜的方法、利用透氢膜的氢分离系统、利用透氢膜的燃料电池等实现本发明。
附图说明
由以下优选实施方案的描述并参照附图可以更清楚地了解本发明的上述和其它目的、特征和优点，其中相同的数字代表相同的元素，并且其中：
图1是表示透氢膜10的构造轮廓的断面示意图；
图2是表示透氢膜10的制造方法的流程图；
图3是表示观察透氢系数随时间变化的实验结果的说明图；
图4是表示透氢膜110的构造轮廓的断面示意图；
图5是表示氢提取装置20的构造的断面示意图；
图6是表示利用透氢膜的燃料电池构造的断面示意图。
优选实施方案详述
下面，以如下顺序对本发明的实施方案加以说明。
A.透氢膜的结构
B.透氢膜的制造方法
C.其它实施方案
D.采用透氢膜的装置
E.变形例
A.透氢膜的结构
图1是表示作为第一实施方案的透氢膜10的构造轮廓的断面示意图。透氢膜10具有如下五层结构：金属基层12、在金属基层12的两个表面上形成的中间层14和分别在中间层14上形成的金属被覆层16。
金属基层12是由钒(V)或含钒(V)金属如含50％或更多钒作主要成分的钒合金制成的，并且具有优良的透氢性。
金属被覆层16是由钯(Pd)或含钯(Pd)金属如含50％或更多Pd作主要成分的钯合金制成的。金属被覆层16起到了催化剂层的作用，其活性足以促进透氢膜表面上氢分子的离解反应或复合反应。
中间层14是由具有透氢性且比构成金属基层12的金属和构成金属被覆层16的金属熔点高的金属制成的。该实施方案的中间层14是由钽(Ta)制成的。提供中间层14以防止金属基层12和金属被覆层16之间的金属扩散。除钽(Ta)外，中间层14还可以是由具有透氢性且比构成金属基层12的金属和构成金属被覆层16的金属熔点高的金属铌(Nb)制成的。铌(Nb)和钽(Ta)均属于第V族金属。
B.透氢膜的制造方法
图2是表示透氢膜10的制造方法的流程图。在透氢膜10的制造过程中，首先制备含钒的金属层作金属基层12(步骤S100)。在步骤S100中，利用碱性溶液腐蚀所制备的金属基层12的表面以去除杂质，例如在表面上形成的氧化物膜。
在步骤S100之后，在所制备的金属基层12的两表面上形成由钽制成的中间层14(步骤S110)。中间层14可以是通过镀层处理如非电解镀层或电镀、PVD法或CVD法等形成的。然后，在两中间层14上形成含钯的金属被覆层16(步骤S120)，从而制得透氢膜。金属被覆层16可以是通过镀层处理如非电解镀层或电镀、PVD法或CVD法等形成的。
在透氢膜10的制造过程中，各层的厚度可以根据基于预定目的确定的所需透氢性和所需强度来设定。例如，金属基层12可以具有10至100μm的厚度。金属被覆层16可以具有0.1至10μm的厚度。由于如上所述金属被覆层16起到催化剂层的作用，因此其可以比金属基层12更薄。由于中间层仅是置于金属基层12和金属被覆层16之间以避免它们之间的金属扩散，因此中间层可以比金属被覆层16更薄。例如，中间层可以是0.01至10μm厚。
根据该实施方案的透氢膜10，通过提供由具有透氢性的金属制成的中间层14，可以抑制金属基层12和金属被覆层16之间的金属扩散并防止透氢膜的性能因金属扩散而降低。在具有金属基层12或金属被覆层16的情况下，中间层14是由允许氢以氢原子(或质子)透过的金属制成的。因此，当氢运动至金属基层12和中间层14之间以及中间层14和金属被覆层16之间时，氢分子的离解反应或复合反应就不是必需的。因此，中间层14的提供可以防止整个透氢膜的透氢性能变差。由于中间层14是由比金属基层12和金属被覆层16熔点高的金属制成的，因此可进一步提高抑制金属在金属基层12和金属被覆层16之间扩散的效果。通常，金属的熔点越高，金属就越不易于扩散。因此，通过使用熔点比金属基层12和金属被覆层16高的合金形成中间层，可进一步提高抑制金属扩散的效果。
下面对观察该实施方案的透氢膜10性能的实验结果加以说明。在该实验中，将该实施方案的透氢膜10的性能与作为对比例的无中间层14的透氢膜的性能进行比较。下文将对实验结果中透氢膜10和作为对比例的透氢膜的具体条件加以说明。透氢膜10具有图1所示的五层结构，而作为对比例的透氢膜具有三层结构，即在金属基层12的两面上覆盖金属被覆层16。在该实验的实施例中，中间层14是通过作为PVD法的电子束蒸发形成的。
透氢膜10；金属基层12(100μm厚的钒层)，中间层14(0.03μm厚的钽层)，金属被覆层16(0.1μm厚的钯层)：
对比例；金属基层12(100μm厚的钒层)，中间层14(无)，金属被覆层16(0.1μm厚的钯层)：
对于上述两种类型的透氢膜，在500℃下使0.2MPa的氢气沿一面流动并使0.1MPa的氢气沿另一面流动时，计算透氢系数并观察透氢系数随时间的变化。实验结果如图3所示。如图3所示，与无中间层14的作为对比例的透氢膜相比，具有中间层14的透氢膜10具有更高的透氢系数，与消耗时间(透氢膜暴露于氢流的操作时间)无关。换言之，作为在上述条件下将各透氢膜暴露于氢流中并每隔20分钟计算透氢系数的结果，透氢膜10具有约75(Nm3/m2/hr/MPa0.5)的稳定透氢系数。而作为对比例的透氢膜10具有约25(Nm3/m2/hr/MPa0.5)的透氢系数。从而表明中间层14的提供可以在透氢膜中保持更高的透氢系数。
C.其它实施方案
在第一实施方案中，中间层14是由单一金属元素制成的。但中间层14可由具有透氢性并比金属基层12和金属被覆层16熔点高的合金制成。下文将对作为第二至第七实施方案的上述构造加以说明。
C-1.第二实施方案
与第一实施方案的情况相似，第二实施方案的透氢膜具有图1所示的五层结构。在第二实施方案的透氢膜中，中间层14是由含基底金属钽(Ta)和添加金属钒(V)的合金(Ta-V合金)制成的。钽本身具有透氢性并具有比钒和钯高的熔点。通过使用钒作为添加金属对钽合金化，得到的合金也具有透氢性，具有比钒和钯高的熔点，并具有比构成金属基层12和金属被覆层16的金属高的熔点。第二实施方案的透氢膜和下述第三至第七实施方案的透氢膜也可以用与第一实施方案的透氢膜相同的方法制造。例如，为制造第二实施方案的透氢膜，可以通过如图2所示制造方法的步骤S110中的镀层处理如非电解镀层或电镀、PVD法或CVD法等适当地形成Ta-V合金层。
根据如此构造的第二实施方案的透氢膜10，除获得与第一实施方案类似的效果外还获得以下效果。换言之，根据第二实施方案的透氢膜10，由于中间层14是由合金制成的，因此可以抑制中间层14中的氢致膨胀，提高整个透氢膜10的耐久性，并防止透氢膜10的性能变差。具有透氢性的金属在氢的固溶时通常具有膨胀的性质(下文称为氢致膨胀)，但合金比单一金属具有更低的氢致膨胀度。因此，根据第二实施方案，可以防止透氢膜的耐久性因中间层14的氢致膨胀而变差。
钽比含钒的金属基层12和含钯的金属被覆层16具有更大的氢致膨胀度，但钽-钒合金具有比钽更低的氢致膨胀度。因此，根据第二实施方案，中间层14和与其邻近的金属基层12或金属被覆层16之间的氢致膨胀度之差小于第一实施方案的上述氢致膨胀度之差，并因此可以抑制因相邻层之间的氢致膨胀系数之差而导致的透氢膜耐久性变差。因此，第二实施方案的透氢膜与第一实施方案的透氢膜相比可进一步提高耐久性。
根据该实施方案的透氢膜10，作为构成中间层14的合金，可使用与构成金属基层12相同类型的钒作为加入到基底金属钽中的添加金属。因此可进一步提高防止透氢膜性能因金属扩散而变差的效果。金属的扩散通常是由高浓度一侧向低浓度一侧进行。因此，中间层中低浓度的钒几乎不会向具有高浓度钒的金属基层12扩散。这样，通过使用构成金属基层12的钒作为添加金属，可以防止金属基层12的透氢性因构成中间层14的添加金属向金属基层12扩散而变差。即使钒由中间层向金属基层12扩散，由于钒与构成金属基层12的金属类型相同，因此金属基层12的透氢性也不会变差。
C-2.第三实施方案：
尽管在第二实施方案中使用钒作为构成中间层14的合金中所含的添加金属，但可以用钯代替钒。换言之，在图1所示的透氢膜10中，中间层14还可以是由含钽作基底金属和钯作为添加金属的合金制成的。
如上所述的第三实施方案的透氢膜也可获得与第二实施方案的透氢膜相似的效果。换言之，通过提供中间层可以防止金属基层和金属被覆层之间的金属扩散。由于当氢运动至各层之间时无需氢分子的离解反应或复合反应，因此通过提供中间层可以抑制整个透氢膜的透氢性能变差。通过使用比金属基层12和金属被覆层16熔点高的金属构成中间层，可以提高防止金属扩散的效果。此外，通过使用合金构成中间层，可以抑制中间层中的氢致膨胀，防止透氢膜的透氢性变差并提高透氢膜的耐久性。
此外，通过使用钯作为中间层14中所含的添加金属，可进一步提高防止透氢膜性能因金属扩散而变差的效果。换言之，由于不可能发生金属由具有低浓度钯的中间层向具有高浓度钯的金属被覆层16扩散，因此可以防止金属被覆层16的透氢性因构成中间层的添加金属向金属被覆层16扩散而变差。即使钯由中间层向金属被覆层16扩散，由于钯与构成金属被覆层16的金属类型相同，因此金属被覆层16的透氢性也不会变差。
C-3.第四实施方案：
在图1所示的透氢膜10中，中间层14是由添加金属和基底金属钽构成的。添加金属可含有选自钴(Co)、镍(Ni)、铜(Cu)、钼(Mo)和钛(Ti)的至少一种金属。该构造也可以使其获得与第二实施方案类似的效果。此外，即使作为添加金属的上列金属已扩散至钒中，它们也不可能使钒的透氢性变差。因此，通过使用上述金属作为添加金属，可以防止整个透氢膜的透氢性因添加金属扩散到金属基层12中而变差。
C-4.第四实施方案：
在图1所示的透氢膜10中，中间层14是由添加金属和基底金属钽构成的。中间层14可含有选自银(Ag)、钆(Gd)、钇(Y)和铂(Pt)的至少一种金属。该构造也可以获得与第二实施方案类似的效果。此外，作为添加金属的上列金属与钯合金化后，具有提高钯的透氢性的性质。因此，通过使用上述金属作为添加金属，可以防止整个透氢膜的透氢性因添加金属扩散到金属被覆层16中而变差。
C-5.第六实施方案：
图4是表示第六实施方案的透氢膜110的构造轮廓的断面示意图；透氢膜110具有七层结构，其中将第一中间层114和第二中间层115分别置于金属基层12和金属被覆层16之间，这与第二实施方案的透氢膜10的构造类似。在金属基层12的两表面上形成的第一中间层是由作为基底金属的钽和作为添加金属的钒的合金制成的，这与第二实施方案的透氢膜10所提供的中间层14的情况相同。分别在第一中间层114和金属被覆层16之间形成的第二中间层115是由作为基底金属的钽和作为添加金属的钯的合金制成的，这与第三实施方案的透氢膜所提供的中间层的情况相同。
在该构造中，也可以获得因使用由具有透氢性的高熔点合金制成的中间层而得到的上述效果。此外，通过提供含钒作为添加金属的第一中间层114，可以防止因添加金属扩散到金属基层12中而导致的透氢性变差，这与第二实施方案的情况相同。此外，通过提供含钯作为添加金属的第二中间层115，可以防止因添加金属扩散到金属被覆层16中而导致的透氢性变差，这与第三实施方案的情况相同。
C-6.第七实施方案
在图4所示的透氢膜110中，与第四实施方案的情况相同可使用选自Co、Ni、Cu、Mo和Ti的至少一种金属作为第一中间层114所含的添加金属，并且与第五实施方案的情况相同可使用选自Ag、Gd、Y和Pt的至少一种金属作为第二中间层所含的添加金属。该构造也可以获得因使用由具有透氢性的高熔点合金制成的中间层而得到的上述效果。此外，通过提供含有选自Co、Ni、Cu、Mo和Ti的至少一种金属作为添加金属的中间层114，可以抑制因添加金属扩散到金属基层12中而导致的透氢性变差，这与第四实施方案的情况相同。此外，通过提供含有选自Ag、Gd、Y和Pt的至少一种金属作为添加金属的第二中间层115，可以防止因添加金属扩散到金属被覆层16中而导致透氢性变差，这与第五实施方案的情况相同。
还可以采用如下构造，其中将第六实施方案中的第一和第二中间层的组合与第七实施方案中的第一和第二中间层的组合交换。换言之，透氢膜可包含第六实施方案中使用钒作为添加金属的第一中间层114，和第七实施方案中使用选自Ag、Gd、Y和Pt的至少一种金属作为添加金属的第二中间层。或者，透氢膜可包含第七实施方案中使用选自Co、Ni、Cu、Mo和Ti的至少一种金属作为添加金属的第一中间层，和第六实施方案中使用钯作为添加金属的第二中间层115。上述情况也可以分别获得与所用添加金属相应的上述效果。
D.使用透氢膜的装置
D-1.氢提取装置
图5是表示利用第一实施方案的透氢膜10的氢提取装置20构造的断面示意图。氢提取装置20具有层叠多个透氢膜10的结构。图5仅示出了与层叠的透氢膜10有关的构造。在氢提取装置20中，将与透氢膜10外周部分相连的支撑部分22置于层叠的透氢膜10之间。通过透氢膜10之间的支撑部分22限定预定空间。合适的是支撑部分22可与透氢膜10连接并具有足够的硬度。例如，如果支撑部分22是由金属材料如不锈钢(SUS)制成的，则易于与作为金属层的透氢膜10连接。
在各透氢膜10之间形成的上述预定空间交替形成含氢气体通道24和吹扫气体通道26。待提氢的含氢气体是由含氢气体供应部(没有表示)供应给各含氢气体通道24。含足够低浓度氢的吹扫气体是由吹扫气体供应部(未表示)供应给各吹扫气体通道26。在供应给含氢气体通道26的气体中的氢根据浓度差通过透氢膜10向吹扫气体通道26渗透，由此从含氢气体中提取氢。
通过提供具有第一实施方案的透氢膜10的、如上构造的氢提取装置20，可以防止透氢性能因金属扩散而变差并防止氢提取装置20的性能变差。用于氢提取装置20的透氢膜可以是其它实施方案的任一种透氢膜。在这种情况下，通过利用合金形成各实施方案的透氢膜的中间层，可以防止耐久性和透氢性因氢致膨胀而变差，而且可以获得与中间层中所含添加金属相应的上述效果。
D-2.燃料电池：
图6表示利用第一实施方案的透氢膜10的燃料电池构造的断面示意图。尽管图6表示单电池30，但燃料电池是通过堆积多个单电池30形成的。
单电池30具有MEA(膜电极组件)31，该MEA是由透氢膜10、在透氢膜10的一面上形成的电解质层32和在电解质层32上形成的阴极34构成的。单电池30还具有从两侧将MEA31夹在中间的两个气体分离器36和37。在透氢膜10和与其相邻的气体分离器36之间形成通过含氢燃料气体的单电池燃料气流道38。在阴极34和与其相邻的气体分离器37之间形成通过含氧氧化气体的单电池氧化气流道39。
电解质层32是由具有质子传导性的固体电解质制成的层。例如，可使用BaCeO3或SrCeO3型的陶瓷质子导体作为构成电解质层32的固体电解质。电解质层32可通过上述固体氧化物的产生在透氢膜10上形成。例如，可使用各种方法如PVD和CVD作为形成电解质层32的方法。通过在透氢膜10上形成作为致密金属膜的电解质层32，可减少电解质层32的厚度并进一步降低膜电阻。因此，可在约200至600℃进行发电，这低于相关技术中固体-氧化物燃料电池的工作温度。
阴极34是对促进电化学反应具有催化活性的层。在该实施方案中，提供由贵金属铂制成的多孔铂层作阴极34。在单电池30中，在阴极34和气体分离器37之间或透氢膜10和气体分离器36之间进一步提供了具有电导性和透气性的集电极部分。集电极部分可以是由板材如多孔泡沫金属或金属网、碳布、碳纸、陶瓷材料等制成的。
气体分离器36和37是由导电材料如碳或金属形成的可透气的部件。在气体分离器36或37的表面上形成构成单电池燃料气流道38或单电池氧化气流道39的预定凹口和凸面。在实际的燃料电池中，气体分离器36和37并不是作为不同种类的部件而构造的。预定的单电池30的单电池燃料气流道38是在气体分离器36和37之一的面上形成的，并且与上述预定的单电池30相邻的单电池30的单电池氧化气流道39是在另一分离器的面上形成的。或者，在相邻的单电池30之间，在其中一单电池的气体分离器36和另一单电池的气体分离器37之间提供冷却介质流道。
通过提供如上所述具有第一实施方案的透氢膜10的燃料电池，可以防止透氢性因金属扩散而变差，并防止燃料电池的性能变差。可将其它任一实施方案的透氢膜用于燃料电池。在这种情况下，通过使用合金形成各实施方案的透氢膜的中间层，可以抑制耐久性和透氢性因氢致膨胀而变差，并且可以获得与中间层所含添加金属相应的上述效果。
与图1所示的透氢膜10不同，在图6所示燃料电池中的透氢膜还可以如此构造，即与电解质层32接触的表面上没有金属被覆层或中间层。
E.变形例
本发明可以多种方式实施而不限于上述实施方案，只要不脱离本发明的主旨即可。例如，以下变更也是可以的。
E1.变形例1
尽管在上述第二至第七实施方案中构成中间层的基底金属是钽，但也可以使用其它金属作基底金属。例如，属于第V族金属的铌(Nb)与钽一样具有透氢性并具有比钒和钯高的熔点，因此可以代替钽作基底金属使用。在将第V族金属钒和预定的添加金属合金化而形成比金属基层12和金属被覆层16具有更高熔点并具有透氢性的中间层时，钒和预定的添加金属可一起作为构成中间层的基底金属使用。基底金属并不限于第V族金属如铌和钽。任意金属均可通过与添加金属合金化而使用，只要所得合金具有比含钒的金属基层和含钯的金属被覆层高的熔点并具有透氢性即可。由此也可以取得与上述实施方案类似的效果。基底金属占构成中间层的全部合金的比例可以在大于50％的范围内适当地设定，从而根据与基底金属待结合的添加金属充分提高所得合金的透氢性和熔点。
E2.变形例2：
构成中间层的添加金属可以不是各实施方案所述及的那些。通过与基底金属合金化，可使用任意的添加金属，只要所得合金具有比金属基层和金属被覆层高的熔点并具有透氢性即可。由此也可以取得与上述实施方案类似的效果。除了在实施方案中述及的金属外，例如可使用钨(W)作为添加金属。或者，例如在使用钽作基底金属时可使用铌，或在使用铌作基底金属时可使用钽作为添加金属。
通过使用多种金属作为构成中间层的添加金属，也可以获得与相互组合的金属相应的效果。例如，可将在第四实施方案中用作为添加金属的选自Co、Ni、Cu、Mo和Ti的金属与在第五实施方案中用作为添加金属的选自Ag、Gd、Y和Pt的金属相互组合用作为添加金属。在这种情况下，可以获得抑制透氢性因添加金属向金属基层12扩散而变差的效果，以及抑制透氢性因添加金属向金属被覆层16扩散而变差的效果。如果将用作为添加金属的多种金属组合得到的合金是具有透氢性的高熔点合金，则任何组合都是可以的。
E3.变形例3
尽管在上述第一至第七实施方案中的各透氢膜作为薄金属膜是具有透氢性的自支撑膜，但透氢膜还可以是用透氢金属在具有透气性的多孔衬底上形成的。换言之，为形成以金属被覆层、中间层、金属基层、中间层、金属被覆层的顺序层叠的金属层，可使用在多孔层上顺序形成各金属层而获得的透氢膜。如此在多孔衬底上得到的透氢膜可代替实施方案中的透氢膜10用于图5所示的氢提取装置。

Claims (14)

1.一种选择性允许氢透过的透氢膜，其包括：
含钒的金属基层(12)；
含钯的金属被覆层(16)；和
在所述金属基层(12)与所述金属被覆层(16)之间形成的中间层(14)，其由熔点比所述金属基层(12)和所述金属被覆层(16)高且具有透氢性的金属制成。
2.根据权利要求1的透氢膜，其中构成所述中间层(14)的金属由单一金属元素构成。
3.根据权利要求2的透氢膜，其中所述金属元素是钽或铌。
4.根据权利要求1的透氢膜，其中构成所述中间层(14)的金属是合金。
5.根据权利要求4的透氢膜，其中所述中间层(14)由合金制成，所述合金由添加金属和熔点比所述金属基层(12)和所述金属被覆层(16)高的基底金属构成。
6.根据权利要求5的透氢膜，其中所述基底金属是V族金属。
7.根据权利要求5或6的透氢膜，其中所述添加金属是钒或钯。
8.根据权利要求5或6的透氢膜，其中所述中间层包括与所述金属基层(12)接触的第一中间层(114)和与所述金属被覆层(16)接触的第二中间层(115)，其中所述第一中间层(114)包括钒作为所述添加金属，及其中所述第二中间层(115)包括钯作为所述添加金属。
9.根据权利要求5或6的透氢膜，其中所述添加金属含有选自钴、镍、铜、钼和钛的至少一种金属。
10.根据权利要求5或6的透氢膜，其中所述添加金属含有选自银、钆、钇和铂的至少一种金属。
11.根据权利要求5或6的透氢膜，其中所述中间层包括与所述金属基层(12)接触的第一中间层(114)和与所述金属被覆层(16)接触的第二中间层(115)，其中所述第一中间层(114)包括选自钴、镍、铜、锰和钛的至少一种金属作为所述添加金属，及其中所述第二中间层(115)包括选自银、钆、钇和铂的至少一种金属作为所述添加金属。
12.一种燃料电池，其包括：
电解质膜，包括具有质子传导性的电解质层(32)和在该电解质层(32)的一面上形成的透氢膜(10)；
向所述电解质膜的一面供应含氧氧化气体的氧化气体供应部(37)；和
向所述电解质膜的另一面供应含氢燃料气体的燃料气体供应部(36)，
其中所述透氢膜(10)是根据权利要求1或2的透氢膜。
13.一种用于从含氢气体中提取氢的氢提取装置，其包括：
根据权利要求1或2的透氢膜(10)；
在所述透氢膜(10)的第一面上形成的、所述含氢气体通过的含氢气体流道(24)；和
在所述透氢膜(10)的第二面上形成的、透过所述透氢膜并且从所述含氢气体中提取的氢通过的提取氢流道(26)。
14.一种选择性允许氢透过的透氢膜的制造方法，其包括如下步骤：
制备含钒的金属基层(12)；
在所述金属基层(12)上形成由合金制成的中间层(14)；和
在所述中间层(14)上形成含钯的金属被覆层(16)，
其中合金具有比所述金属基层(12)和所述金属被覆层(16)高的熔点并具有透氢性。
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