CN113574207A - 压缩装置 - Google Patents

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CN113574207A CN202080021011.1A CN202080021011A CN113574207A CN 113574207 A CN113574207 A CN 113574207A CN 202080021011 A CN202080021011 A CN 202080021011A CN 113574207 A CN113574207 A CN 113574207A
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Abstract

本公开的压缩装置具备电解质膜、与所述电解质膜的一侧的主面相接的阳极催化剂层、与所述电解质膜的另一侧的主面相接的阴极催化剂层、与所述阳极催化剂层相接的阳极气体扩散层、与所述阴极催化剂层相接的阴极气体扩散层、设置在所述阴极气体扩散层上的阴极隔板、以及对所述阳极催化剂层与所述阴极催化剂层之间施加电压的电压施加器，所述压缩装置，利用所述电压施加器施加所述电压，由此使从被供给到所述阳极催化剂层上的阳极流体中取出的质子经由所述电解质膜移动到所述阴极催化剂层上，生成被压缩了的氢气，所述阴极气体扩散层包含碳多孔片，所述阴极气体扩散层的所述阴极隔板侧的第1表面层的气孔率小于比所述第1表面层靠内侧的层的气孔率。

Description

压缩装置
技术领域
本公开涉及压缩装置。
背景技术
近年来，由于全球变暖等环境问题、石油资源枯竭等能源问题，氢作为替代化石燃料的清洁的替代能源而受到关注。氢气即使燃烧基本上也只释放出水，不会排出导致全球变暖的二氧化碳，并且也几乎不会排出氮氧化物等，因此作为清洁能源备受期待。另外，作为高效利用氢作为燃料的装置，例如有燃料电池，面向汽车用电源、家庭用自发电的开发和普及正在发展。
在将要到来的氢社会中，除了制造氢以外，还要求开发能够高密度地存储氢、并以小容量且低成本地输送或利用氢的技术。特别是为了促进成为分散型的能源的燃料电池的普及，需要配备氢供给基础设施。另外，为了稳定地供给氢，对制造、精制、高密度储藏高纯度的氢进行了各种研究。
例如，专利文献1中，作为用于进行氢的精制和压缩的装置，提出了用端板夹入固体高分子电解质膜、电极和隔板的层叠体并进行紧固而成的离子泵(氢泵)。
在先技术文献
专利文献1：日本特表2008-518387号公报
发明内容
发明要解决的课题
本公开的一个技术方案(aspect)，作为一例，其课题在于提供一种压缩装置，该压缩装置与以往相比，能够进一步降低由碳多孔片构成的阴极气体扩散层与阴极隔板之间的接触电阻。
用于解决课题的手段
为解决上述课题，本公开的一个技术方案的压缩装置，具备电解质膜、与所述电解质膜的一侧的主面相接的阳极催化剂层、与所述电解质膜的另一侧的主面相接的阴极催化剂层、与所述阳极催化剂层相接的阳极气体扩散层、与所述阴极催化剂层相接的阴极气体扩散层、设置在所述阴极气体扩散层上的阴极隔板、以及对所述阳极催化剂层与所述阴极催化剂层之间施加电压的电压施加器，所述压缩装置，利用所述电压施加器施加所述电压，由此使从被供给到所述阳极催化剂层上的阳极流体中取出的质子经由所述电解质膜移动到所述阴极催化剂层上，生成被压缩了的氢气，所述阴极气体扩散层包含碳多孔片，所述阴极气体扩散层的所述阴极隔板侧的第1表面层的气孔率小于比所述第1表面层靠内侧的层的气孔率。
发明的效果
本公开的一个技术方案的压缩装置，发挥与以往相比能够进一步降低由碳多孔片构成的阴极气体扩散层与阴极隔板之间的接触电阻的效果。
附图说明
图1A是表示第1实施方式的电化学氢泵的一例的图。
图1B是图1A的电化学氢泵的B部分的放大图。
图2A是表示第1实施方式的电化学氢泵的一例的图。
图2B是图2A的电化学氢泵的B部分的放大图。
图3是表示第1实施方式的电化学氢泵的阴极气体扩散层的一例的图。
图4是表示第2实施方式的电化学氢泵的阴极气体扩散层的一例的图。
图5A是表示第3实施方式的电化学氢泵的一例的图。
图5B是图5A的电化学氢泵的B部分的放大图。
具体实施方式
专利文献1所公开的氢泵中，阴极气体扩散层由碳多孔体构成，但发现在与阴极隔板之间的接触电阻的降低方面存在改善的空间。这是由于隔板在高压的阴极侧容易变形，与该变形相伴，阴极隔板与阴极气体扩散层的接触电阻有可能增加。
在此，本发明人认真研究的结果，发现对于阴极气体扩散层，通过使阴极隔板侧的第1表面层的气孔率小于比第1表面层靠内侧的层的气孔率，能够降低阴极隔板与阴极气体扩散层的接触电阻增加的可能性。
即、本公开的一个技术方案的压缩装置，具备电解质膜、与电解质膜的一侧的主面相接的阳极催化剂层、与电解质膜的另一侧的主面相接的阴极催化剂层、与阳极催化剂层相接的阳极气体扩散层、与阴极催化剂层相接的阴极气体扩散层、设置在阴极气体扩散层上的阴极隔板、以及对阳极催化剂层与阴极催化剂层之间施加电压的电压施加器，压缩装置利用电压施加器施加电压，由此使从被供给到阳极催化剂层上的阳极流体中取出的质子经由电解质膜移动到阴极催化剂层上，生成被压缩了的氢气，阴极气体扩散层包含碳多孔片，阴极气体扩散层的阴极隔板侧的第1表面层的气孔率小于比第1表面层靠内侧的层的气孔率。
根据该技术构成，本技术方案的压缩装置与以往相比能够进一步降低由碳多孔片构成的阴极气体扩散层与阴极隔板之间的接触电阻。
具体而言，在阴极气体扩散层中，随着第1表面层的气孔率越小，第1表面层与阴极隔板之间的接触电阻越小。由此，本技术方案的压缩装置，通过使第1表面层的气孔率小于比第1表面层靠内侧的层的气孔率，能够降低阴极气体扩散层的第1表面层与阴极隔板之间的接触电阻。其结果，本技术方案的压缩装置，能够高效率地维持氢压缩工作。另外，由于比第1表面层靠内侧的层的气孔率大于第1表面层，因此与将比第1表面层靠内侧的层的气孔率设为与第1表面层同样小的气孔率的情况相比，能够提高阴极气体扩散层的气体扩散性。
本公开的第2技术方案的压缩装置，在第1技术方案的压缩装置的基础上，阴极气体扩散层可以在第1表面层中包含含有碳粒子和树脂的层。
根据该技术构成，本技术方案的压缩装置，阴极气体扩散层例如由碳纤维片构成的情况下，通过使碳粒子和树脂浸渗与阴极隔板接触的一侧的碳纤维片的碳纤维间，能够在碳纤维片中降低阴极隔板侧的第1表面层的气孔率。
另外，本技术方案的压缩装置，阴极气体扩散层例如由碳纤维片构成的情况下，通过使树脂浸渗碳纤维片的碳纤维间，能够提高碳纤维间的接合力。由此，本技术方案的压缩装置，能够提高对于氢压缩工作的开始和停止的反复进行时的碳纤维片的应变的耐久性。
本公开的第3技术方案的压缩装置，在第1技术方案或第2技术方案的压缩装置的基础上，阴极气体扩散层的第1表面层的厚度方向的电阻率可以小于比第1表面层靠内侧的层的厚度方向的电阻率。
根据该技术构成，如上所述，本技术方案的压缩装置，通过使第1表面层的厚度方向的电阻率小于比第1表面层靠内侧的层的厚度方向的电阻率，能够降低阴极气体扩散层的第1表面层与阴极隔板之间的接触电阻。
本公开的第4技术方案的压缩装置，在第1技术方案～第3技术方案中任一方案的压缩装置的基础上，阴极气体扩散层的第1表面层的体积密度可以大于比第1表面层靠内侧的层的体积密度。
在阴极气体扩散层中，随着第1表面层的体积密度越大，第1表面层与阴极隔板之间的接触面积越大。由此，本技术方案的压缩装置，通过使第1表面层的体积密度大于比第1表面层靠内侧的层的体积密度，能够降低阴极气体扩散层的第1表面层与阴极隔板之间的接触电阻。
本公开的第5技术方案的压缩装置，在第2技术方案的压缩装置的基础上可以设为：比第1表面层靠内侧的层包含碳粒子和树脂，比第1表面层靠内侧的层中所含的碳粒子的体积密度小于第1表面层中所含的碳粒子的体积密度。
随着比第1表面层靠内侧的层中所含的碳粒子的体积密度越小，比第1表面层靠内侧的层的面内方向的气体扩散性越提高。由此，本技术方案的压缩装置通过上述技术构成，能够适当确保阴极气体扩散层的面内方向的气体扩散性。
另外，本技术方案的压缩装置，比第1表面层靠内侧的层例如由碳纤维片构成的情况下，通过使树脂浸渗碳纤维片的碳纤维间，能够提高碳纤维间的接合力。由此，本技术方案的压缩装置，能够提高对于氢压缩工作的开始和停止的反复进行时的碳纤维片的应变的耐久性。
本公开的第6技术方案的压缩装置，在第1技术方案～第5技术方案中任一方案的压缩装置的基础上可以设为：阴极隔板设有歧管孔和第1连通路，歧管孔供从阴极气体扩散层排出的包含上述被压缩了的氢气的阴极气体流入，第1连通路将第1表面层与歧管孔连通，第1表面层中，至少从与第1连通路相接的表面直到与第1表面层的内侧的层相接的表面为止的路径的气孔率为20％以上。
如果在第1表面层的气孔率小于20％的情况下，有可能无法适当确保第1表面层的气体扩散性。因此，本技术方案的压缩装置，通过使第1表面层中，至少从与第1连通路相接的表面直到与比第1表面层靠内侧的层相接的表面为止的路径的气孔率为20％以上，能够构成为阴极气体容易在该路径中扩散。这样，阴极气体容易通过第1连通路排出到歧管孔。
本公开的第7技术方案的压缩装置，在第1技术方案～第5技术方案中任一方案的压缩装置的基础上可以设为：阴极隔板设有歧管孔和第2连通路，歧管孔供从阴极气体扩散层排出的包含上述被压缩了的氢气的阴极气体流入，第2连通路将比第1表面层靠内侧的层与歧管孔连通，比第1表面层靠内侧的层的气孔率为20％以上。在此，本公开的第8技术方案的压缩装置，在第7技术方案的压缩装置的基础上，第1表面层的气孔率可以小于20％。
如果在比第1表面层靠内侧的层的气孔率小于20％的情况下，有可能无法适当确保该内侧的层的气体扩散性。因此，本技术方案的压缩装置，通过使比第1表面层靠内侧的层的气孔率为20％以上，能够构成为阴极气体容易在该内侧的层中扩散。这样，阴极气体容易通过第2连通路排出到歧管孔。
另外，本技术方案的压缩装置，通过使第1表面层的气孔率小于20％，能够降低阴极气体扩散层的第1表面层与阴极隔板之间的接触电阻。
这样，本技术方案的压缩装置能够兼具阴极气体扩散层的气体扩散性的提高、以及阴极气体扩散层与阴极隔板之间的接触电阻的降低。
以下，参照附图对本公开的实施方式进行说明。再者，以下说明的实施方式都只是表示上述各技术方案的一例。因此，以下所示的形状、材料、构成要素、构成要素的配置位置和连接形态等都只是一例，只要没有记载于权利要求，就不限定上述各技术方案。另外，以下的构成要素中，对于表示上述各技术方案的最上位概念的独立权利要求中没有记载的构成要素，作为任意的构成要素进行说明。另外，在附图中，有时对附带相同标记的部分省略说明。附图中为了便于理解而示意性地示出各构成要素，因此有时形状和尺寸比例等并不是准确的表示。
(第1实施方式)
以上的压缩装置的阳极流体，只要是在阳极的氧化反应中生成质子的流体，则可以设想各个种类的气体、液体。例如在压缩装置为电化学氢泵的情况下，作为阳极流体可举出含氢气体等。另外，例如在压缩装置为水电解装置的情况下，作为阳极流体可举出液态水等。因此，在以下的实施方式中，对于阳极流体为含氢气体的情况下，作为压缩装置的一例的电化学氢泵的构成和工作进行说明。
[装置构成]
图1A和图2A是表示第1实施方式的电化学氢泵的一例的图。图1B是图1A的电化学氢泵的B部分的放大图。图2B是图2A的电化学氢泵的B部分的放大图。
再者，图1A中示出了包含穿过俯视时电化学氢泵100的中心和阴极气体导出歧管50的中心的直线的电化学氢泵100的垂直截面。另外，图2A中示出了包含俯视时电化学氢泵100的中心、阳极气体导入歧管27的中心、以及阳极气体导出歧管30的中心的直线的电化学氢泵100的垂直截面。
图1A和图2A所示的例子中，电化学氢泵100具备至少一个氢泵单元100A。
再者，电化学氢泵100中层叠有多个氢泵单元100A。例如在图1A和图2A中，层叠有3段氢泵单元100A，但氢泵单元100A的个数不限定于此。也就是说，氢泵单元100A的个数可以根据电化学氢泵100压缩的氢量等运行条件而设定为适当的数量。
氢泵单元100A具备电解质膜11、阳极电极AN、阴极电极CA、阴极隔板16、阳极隔板17和绝缘体21。并且，在氢泵单元100A中，层叠有电解质膜11、阳极催化剂层13、阴极催化剂层12、阳极气体扩散层15、阴极气体扩散层14、阳极隔板17和阴极隔板16。
阳极电极AN设置在电解质膜11的一侧的主面上。阳极电极AN是包含阳极催化剂层13和阳极气体扩散层15的电极。再者，在俯视下，以包围阳极催化剂层13的周围的方式设有环状的密封部件43，阳极催化剂层13被密封部件43适当地密封。
阴极电极CA设置在电解质膜11的另一侧的主面上。阴极电极CA是包含阴极催化剂层12和阴极气体扩散层14的电极。再者，在俯视下，以包围阴极催化剂层12的周围的方式设有环状的密封部件42，阴极催化剂层12被密封部件42适当地密封。
通过以上，电解质膜11以与阳极催化剂层13和阴极催化剂层12分别接触的方式被阳极电极AN和阴极电极CA夹持。再者，将阴极电极CA、电解质膜11和阳极电极AN的层叠体称为膜电极接合体(以下、MEA：Membrane ElectrodeAssembly)。
电解质膜11具备质子传导性。电解质膜11只要具备质子传导性则可以是任意结构。例如，作为电解质膜11可举出氟系高分子电解质膜、烃系高分子电解质膜，但电解质膜11不限定于此。具体而言，例如作为电解质膜11可以使用Nafion(注册商标，杜邦公司制)、Aciplex(注册商标，旭化成株式会社制)等。
阳极催化剂层13与电解质膜11的一侧的主面相接。阳极催化剂层13作为催化剂金属例如包含铂，但不限定于此。
阴极催化剂层12与电解质膜11的另一侧的主面相接。阴极催化剂层12作为催化剂金属例如包含铂，但不限定于此。
阴极催化剂层12和阳极催化剂层13的催化剂载体，例如可举出炭黑、石墨等碳粒子、导电性的氧化物粒子等，但不限定于此。
再者，在阴极催化剂层12和阳极催化剂层13中，催化剂金属的微粒被高度分散地担载于催化剂载体。另外，在这些阴极催化剂层12和阳极催化剂层13中，为了增大电极反应场，通常会添加质子传导性的离聚物成分。
阴极气体扩散层14与阴极催化剂层12相接。另外，阴极气体扩散层14由多孔性材料构成，具备导电性和气体扩散性。另外，阴极气体扩散层14优选具备适当追随在电化学氢泵100的工作时由于阴极电极CA与阳极电极AN之间的压差而产生的构成部件的位移、变形的弹性。
在此，如图3所示，阴极气体扩散层14包含碳多孔片14S，其阴极隔板16侧的第1表面层14A的气孔率小于比第1表面层14A靠内侧的层14M的气孔率。
再者，这些气孔率例如可以通过压汞仪(株式会社岛津制作所制的“AutoporeIII9410”)来评价。该装置能够利用水银向细孔的压入，测定具有几nm～500μm左右的气孔直径的气孔的容积。并且，能够根据第1表面层14A和比第1表面层14A靠内侧的层14M各自的气孔的容积和固体部分，了解到它们的气孔率。
通过实施例来说明阴极气体扩散层14中用于使第1表面层14A的气孔率小于比第1表面层14A靠内侧的层14M的气孔率的具体结构。
本实施方式的电化学氢泵100中，作为阴极气体扩散层14，使用由碳纤维构成的碳多孔片14S。例如，碳多孔片14S可以是碳纸、碳布、碳毡等多孔性的碳纤维片。作为碳多孔片14S的基材，可以使用碳纤维。
另外，本实施方式的电化学氢泵100中，从抑制阴极气体扩散层14的气体扩散性降低的观点出发，第1表面层14A的厚度t相对于碳多孔片14S的整体的厚度T，以0＜t/T＜1的相关性进行设定。再者，比第1表面层14A靠内侧的层14M可以具备在碳多孔片14S的厚度方向上位于中间的中间层。详细会在第2实施方式中进行说明。
阳极气体扩散层15与阳极催化剂层13相接。另外，阳极气体扩散层15由多孔性材料构成，具备导电性和气体扩散性。另外，阳极气体扩散层15优选为能够抑制在电化学氢泵100的工作时由于阴极电极CA与阳极电极AN之间的压差而产生的构成部件的位移、变形的高刚性。
再者，本实施方式的电化学氢泵100中，阳极气体扩散层15可以具备碳多孔片。该情况下，作为碳多孔片的基材，可以使用以碳粒子、碳纤维等为材料的烧结体。
阳极气体扩散层15的基材不限定于上述烧结体。例如，作为阳极气体扩散层15的基材，例如也可以使用以钛、钛合金、不锈钢等为材料的金属纤维的烧结体、以它们为材料的金属粉体的烧结体。另外，作为阳极气体扩散层15的基材，例如可以使用多孔金属板、金属丝网、冲孔金属等。
阳极隔板17设置在阳极电极AN的阳极气体扩散层15上。阴极隔板16设置在阴极电极CA的阴极气体扩散层14上。并且，在阴极隔板16和阳极隔板17各自的中央部设有凹部。这些凹部各自分别收纳阴极气体扩散层14和阳极气体扩散层15。
这样，通过由阴极隔板16和阳极隔板17夹着上述MEA，形成氢泵单元100A。
如图1A和图2A所示，与阴极气体扩散层14接触的阴极隔板16的主面没有设置阴极气体流路，而是以平面构成。由此，与在阴极隔板16的主面设有阴极气体流路的情况相比，能够在阴极气体扩散层14的碳多孔片14S与阴极隔板16之间增大接触面积。这样，电化学氢泵100能够降低碳多孔片14S与阴极隔板16之间的接触电阻。
与此相对，在与阳极气体扩散层15接触的阳极隔板17的主面，设置有在俯视下例如包含多个U字状的折返部分和多个直线部分的蜿蜒状的阳极气体流路33。并且，阳极气体流路33的直线部分沿着与图2A的纸面垂直的方向延伸。这样的阳极气体流路33只是例示，并不限定于本例。例如，阳极气体流路也可以由多个直线状的流路构成。
另外，在导电性的阴极隔板16与阳极隔板17之间夹入了以包围MEA的周围的方式设置的环状且平板状的绝缘体21。由此，防止阴极隔板16与阳极隔板17的短路。
在此，电化学氢泵100具备在氢泵单元100A的层叠方向的两端上设置的第1端板和第2端板、氢泵单元100A、以及将第1端板和第2端板在层叠方向上紧固的紧固器25。
再者，图1A和图2A所示的例子中，阴极端板24C和阳极端板24A分别对应于上述第1端板和第2端板。也就是说，阳极端板24A是在氢泵单元100A的各部件层叠的层叠方向上，设置在位于一端的阳极隔板17上的端板。另外，阴极端板24C是在氢泵单元100A的各部件层叠的层叠方向上，设置在位于另一端的阴极隔板16上的端板。
紧固器25只要能够将氢泵单元100A、阴极端板24C和阳极端板24A在层叠方向上紧固，就可以是任意结构。
例如，作为紧固器25，可举出螺栓和附带碟形弹簧的螺母等。
此时，紧固器25的螺栓可以构成为仅贯穿阳极端板24A和阴极端板24C，但在本实施方式的电化学氢泵100中，该螺栓贯穿了3段氢泵单元100A的各部件、阴极供电板22C、阴极绝缘板23C、阳极供电板22A、阳极绝缘板23A、阳极端板24A和阴极端板24C。并且，以分别利用阴极端板24C和阳极端板24A分别隔着阴极供电板22C和阴极绝缘板23C以及阳极供电板22A和阳极绝缘板23A分别夹持阴极端板24C和阳极端板24A的方式，通过紧固器25对氢泵单元100A赋予期望的紧固压力。
通过以上，本实施方式的电化学氢泵100中，3段氢泵单元100A在上述层叠方向上，通过紧固器25的紧固压力以层叠状态适当地保持，并且使紧固器25的螺栓贯穿电化学氢泵100的各部件，因此能够适当地抑制这些各部件的面内方向上的移动。
在此，本实施方式的电化学氢泵100中，氢泵单元100A各自的阴极气体扩散层14连通。以下，参照附图对各个阴极气体扩散层14连通的结构进行说明。
首先，如图1A所示，阴极气体导出歧管50通过设置于3段氢泵单元100A的各部件和阴极端板24C的贯通孔、以及设置在阳极端板24A的非贯通孔的连接而构成。另外，在阴极端板24C设有阴极气体导出路径26。阴极气体导出路径26可以由供从阴极电极CA排出的氢气(H2)流通的配管构成。并且，阴极气体导出路径26与上述阴极气体导出歧管50连通。
另外，阴极气体导出歧管50与氢泵单元100A各自的阴极气体扩散层14的适当部位经由各个第1连通路34A连通。由此，在氢泵单元100A各自的阴极气体扩散层14和第1连通路34A中通过的氢气，在阴极气体导出歧管50合流。并且，合流的氢气被引导至阴极气体导出路径26。在图1A和图1B所示的例子中，在阴极隔板16设有供从阴极气体扩散层14排出的包含上述被压缩了的氢气的阴极气体流入的歧管孔50A、以及将第1表面层14A(参照图3)与歧管孔50A连通的第1连通路34A。这样的第1连通路34A例如可以由设置于阴极隔板16的槽和孔构成。并且，第1表面层14A中，至少从与第1连通路34A相接的表面S1直到比第1表面层14A靠内侧的层14M(参照图3)相接的表面S2为止的路径的气孔率为20％以上。
在此，不需要使第1表面层14A的整个区域的气孔率设为20％以上。例如，第1表面层14A也可以如图1B中的阴影图案变更所示，仅上下延伸的第1连通路34A的部分的正下方的区域为20％以上。也就是说，该情况下，与阴极隔板16的凹部的底面接触的第1表面层14A的大致整个区域，气孔率可以低于上述正下方的区域的气孔率，为小于20％(例如大致为0％)。由此，与使第1表面层14A的整个区域的气孔率设为20％以上的情况相比，能够降低第1表面层14A与阴极隔板16之间的接触电阻。
再者，以上的将第1表面层14A与歧管孔50A连通的连通路不限定于本例。这样的连通路的其他例子会在第3实施方式中进行说明。
这样，氢泵单元100A各自的阴极气体扩散层14经由氢泵单元100A各自的第1连通路34A和阴极气体导出歧管50连通。
在阴极隔板16与阳极隔板17之间、阴极隔板16与阴极供电板22C之间、阳极隔板17与阳极供电板22A之间，以俯视下包围阴极气体导出歧管50的方式设有O型环等环状的密封部件40，阴极气体导出歧管50被该密封部件40适当地密封。
如图2A所示，在阳极端板24A设有阳极气体导入路径29。阳极气体导入路径29可以由供于向阳极电极AN供给的阳极气体流通的配管构成。再者，作为这样的阳极气体，例如可举出包含水蒸气的含氢气体等。并且，阳极气体导入路径29与筒状的阳极气体导入歧管27连通。再者，阳极气体导入歧管27通过设置于3段氢泵单元100A的各部件和阳极端板24A的贯通孔的连接而构成。
另外，阳极气体导入歧管27与氢泵单元100A各自的阳极气体流路33的一侧的端部，经由各个第1阳极气体流通路径35而连通。由此，从阳极气体导入路径29供给到阳极气体导入歧管27的阳极气体，通过氢泵单元100A各自的第1阳极气体流通路径35，分配至各个氢泵单元100A。并且，在分配的阳极气体流通于阳极气体流路33的期间，阳极气体从阳极气体扩散层15供给到阳极催化剂层13。
另外，如图2A所示，在阳极端板24A设有阳极气体导出路径31。阳极气体导出路径31可以由供从阳极电极AN排出的阳极气体流通的配管构成。并且，阳极气体导出路径31与筒状的阳极气体导出歧管30连通。再者，阳极气体导出歧管30通过设置于3段氢泵单元100A的各部件和阳极端板24A的贯通孔的连接而构成。
另外，阳极气体导出歧管30与氢泵单元100A各自的阳极气体流路33的另一侧的端部，经由各个第2阳极气体流通路径36而连通。由此，在氢泵单元100A各自的阳极气体流路33中通过的阳极气体，通过各个第2阳极气体流通路径36供给到阳极气体导出歧管30并在此合流。并且，合流的阳极气体被引导至阳极气体导出路径31。
在阴极隔板16与阳极隔板17之间、阴极隔板16与阴极供电板22C之间、阳极隔板17与阳极供电板22A之间，以俯视下包围阳极气体导入歧管27和阳极气体导出歧管30的方式设有O型环等环状的密封部件40，阳极气体导入歧管27和阳极气体导出歧管30被密封部件40适当地密封。
如图1A和图2A所示，电化学氢泵100具备电压施加器102。
电压施加器102是对阳极催化剂层13与阴极催化剂层12之间施加电压的装置。也就是说，电化学氢泵100是利用电压施加器102施加上述电压，由此使从被供给到阳极催化剂层13上的含氢气体中取出的质子经由电解质膜11移动到阴极催化剂层12上，生成被压缩了的氢气的装置。
具体而言，电压施加器102的高电位施加于阳极催化剂层13，电压施加器102的低电位施加于阴极催化剂层12。电压施加器102只要能够对阳极催化剂层13与阴极催化剂层12之间施加电压，就可以是任意结构。例如，电压施加器102也可以是调整对阳极催化剂层13与阴极催化剂层12之间施加的电压的装置。此时，电压施加器102在与蓄电池、太阳能电池、燃料电池等直流电源连接时具备DC/DC转换器，在与商用电源等交流电源连接时具备AC/DC转换器。
另外，电压施加器102例如可以是调整对阳极催化剂层13与阴极催化剂层12之间施加的电压、在阳极催化剂层13与阴极催化剂层12之间流动的电流，以使得供给到氢泵单元100A的电力成为预定的设定值的电力型电源。
再者，在图1A和图2A所示的例子中，电压施加器102的低电位侧的端子与阴极供电板22C连接，电压施加器102的高电位侧的端子与阳极供电板22A连接。阴极供电板22C与在上述层叠方向上位于另一端的阴极隔板16电接触，阳极供电板22A与在上述层叠方向上位于一端的阳极隔板17电接触。
虽然省略了图示，但也可以构建具备上述电化学氢泵100的氢系统。该情况下，适当设置在氢系统的氢压缩工作中所需的设备。
例如，氢系统可以设有对通过阳极气体导出路径31而从阳极电极AN排出的高加湿状态的含氢的阳极气体、与通过阳极气体导入路径29而从外部的氢供给源供给的低加湿状态的含氢的阳极气体混合而成的混合气体的露点进行调整的露点调整器(例如加湿器)。此时，外部的氢供给源的含氢的阳极气体例如可以由水电解装置生成。
另外，氢系统中例如可以设有检测电化学氢泵100的温度的温度检测器、暂时储存从电化学氢泵100的阴极电极CA排出的氢气的氢储藏器、检测氢储藏器内的氢气压力的压力检测器等。
再者，上述电化学氢泵100的构成和氢系统中的未图示的各种设备只是例示，不限定于本例。
例如，也可以采用不设置阳极气体导出歧管30和阳极气体导出路径31，而是将通过阳极气体导入歧管27供给到阳极电极AN的阳极气体中的氢全部利用阴极电极CA进行压缩的死端(dead end)结构。
[工作]
以下，参照附图对电化学氢泵100的氢压缩工作的一例进行说明。
以下的工作，例如可以通过未图示的控制器的运算电路从控制器的存储电路中读取控制程序来进行。但并不是必须利用控制器来进行以下的工作。也可以由操作者进行其中一部分工作。另外，以下对将含有水蒸气的含氢气体作为阳极气体向电化学氢泵100的阳极电极AN供给的情况进行说明。
首先，向电化学氢泵100的阳极电极AN供给低压的含氢气体，并且电压施加器102的电压向电化学氢泵100供电。
这样，在阳极电极AN的阳极催化剂层13中，氢分子分离成质子和电子(式(1))。质子在电解质膜11内传导并移动到阴极催化剂层12。电子通过电压施加器102移动到阴极催化剂层12。
并且，在阴极催化剂层12中，再次生成氢分子(式(2))。再者，已知质子在电解质膜11中传导时，预定水量的水作为电渗透水，伴随质子从阳极电极AN移动到阴极电极CA。
此时，利用未图示的流量调整器，使氢导出路径的压力损失增加，由此能够将在阴极电极CA生成的氢气(H2)压缩。再者，作为氢导出路径，例如可举出图2A的阴极气体导出路径26。另外，作为流量调整器，例如可举出设置于氢导出路径的背压阀、调整阀等。该情况下，使氢导出路径的压力损失增加，与减小设置于氢导出路径的背压阀、调整阀的开度相对应。
阳极电极：H2(低压)→2H++2e-…(1)
阴极电极：2H++2e-→H2(高压)…(2)
这样，在电化学氢泵100中，通过电压施加器102施加上述电压，使从被供给到阳极电极AN的含氢气体中取出的质子经由电解质膜11移动到阴极电极CA。于是，在阴极电极CA生成被压缩了的氢气(H2)。由此，进行电化学氢泵100的氢压缩工作，在阴极电极CA被压缩了的氢气例如暂时储藏于未图示的氢储藏器。另外，储藏于氢储藏器的氢气在适当时机向氢需求体供给。再者，作为氢需求体，例如可举出利用氢发电的燃料电池等。
如上所述，本实施方式的电化学氢泵100与以往相比能够进一步降低由碳多孔片构成的阴极气体扩散层14与阴极隔板16之间的接触电阻。
具体而言，在阴极气体扩散层14中，随着第1表面层14A的气孔率越小，第1表面层14A与阴极隔板16之间的接触电阻越小。由此，本实施方式的电化学氢泵100，通过使第1表面层14A的气孔率小于比第1表面层14A靠内侧的层14M的气孔率，能够降低阴极气体扩散层14的第1表面层14A与阴极隔板16之间的接触电阻。其结果，本实施方式的电化学氢泵100能够高效率地维持氢压缩工作。
另外，由于比第1表面层14A靠内侧的层14M的气孔率大于第1表面层14A，与将比第1表面层14A靠内侧的层14M的气孔率设为与第1表面层14A同样小的气孔率的情况相比，能够提高阴极气体扩散层14的气体扩散性。此时，如果在第1表面层14A的气孔率小于20％的情况下，有可能无法适当确保第1表面层14A的气体扩散性。因此，本实施方式的电化学氢泵100，在第1表面层14A中，通过至少将从与第1连通路34A相接的表面S1直到与比第1表面层14A靠内侧的层14M相接的表面S2为止的路径的气孔率设为20％以上，能够以阴极气体容易在该路径中扩散的方式构成。这样，阴极气体容易通过第1连通路34A排出到歧管孔50A。
(第1实施例)
第1实施例的电化学氢泵100，除了以下说明的阴极气体扩散层14的结构以外，与第1实施方式的电化学氢泵100相同。
本实施例的电化学氢泵100中，阴极气体扩散层14在第1表面层14A中包含含有碳粒子和树脂的层。
阴极气体扩散层14可以由碳纤维片构成。该情况下，第1表面层14A中的包含碳粒子和树脂的层，可以是在与阴极隔板16接触的一侧的第1表面层14A的碳纤维之间浸渗有碳粒子和树脂的层。由此，能够谋求第1表面层14A的导电性的提高、以及与阴极隔板16之间的接触性的提高。
上述碳粒子可以是人造石墨粒子，也可以是天然石墨粒子。人造石墨粒子例如可举出导电性炭黑等。作为导电性炭黑，可以使用乙炔黑、科琴黑等。这些之中，从导电性优异的观点出发，碳粒子优选使用乙炔黑，但不限定于此。
另外，作为上述的树脂的材料，例如可举出PTFE(聚四氟乙烯)、FEP(四氟乙烯-六氟丙烯共聚物)、PVDF(聚偏二氟乙烯)、ETFE(四氟乙烯-乙烯共聚物)、PCTFE(聚氯三氟乙烯)、PFA(四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物)等。其中，从耐热性、防水性、耐化学品性的观点出发，树脂材料优选使用PTFE，但不限定于此。再者，PTFE的原料例如可以以分散状态(液体状)、粉末状态等使用。
在此，在阴极气体扩散层14由碳纤维片构成的情况下，第1表面层14A中的包含碳粒子和树脂的层，例如以下所述，可以通过对碳纤维片的表面浸渗碳粒子和树脂而形成。
首先，以在溶剂中分散有碳粒子和树脂粉末而成的溶液浸渗于碳纤维片的表面的方式，将该溶液均匀涂布于碳纤维片。
接着，将浸渗于碳纤维片的表面的溶液例如以预定温度干燥和烧成。这样，在碳纤维片的表面层(第1表面层14A)中包含含有碳粒子和树脂的层。由此，能够得到本实施例的阴极气体扩散层14。
再者，上述阴极气体扩散层14的制法和结构只是例示，不限定于本例。
另外，上述溶液的涂布方法例如可举出喷雾涂布法、棒涂法、转印涂布法、浸渍涂布法等，但不限定于此。
通过以上，本实施例的电化学氢泵100，在阴极气体扩散层14例如由碳纤维片构成的情况下，通过使与阴极隔板16接触的一侧的碳纤维片的碳纤维之间浸渗碳粒子和树脂，能够在碳纤维片中降低阴极隔板16侧的第1表面层14A的气孔率。
另外，本实施例的电化学氢泵100，在阴极气体扩散层14例如由碳纤维片构成的情况下，通过使碳纤维片的碳纤维之间浸渗树脂，能够提高碳纤维之间的接合力。由此，本实施例的电化学氢泵100，能够提高对于氢压缩工作的开始和停止的反复进行时的碳纤维片的应变的耐久性。
本实施例的电化学氢泵100，除了上述特征以外，可以与第1实施方式的电化学氢泵100相同。
(第2实施例)
第2实施例的电化学氢泵100，除了以下说明的阴极气体扩散层14的结构以外，与第1实施方式的电化学氢泵100相同。
本实施例的电化学氢泵100中，阴极气体扩散层14的第1表面层14A的厚度方向的电阻率小于比第1表面层14A靠内侧的层14M的厚度方向的电阻率。
再者，这样的电阻率例如可以通过1kHz交流电阻计(敦贺电气株式会社制的“MODEL3566”)等来评价。
本实施例的电化学氢泵，通过使第1表面层14A的厚度方向的电阻率小于比第1表面层14A靠内侧的层14M的厚度方向的电阻率，能够降低阴极气体扩散层14的第1表面层14A与阴极隔板16之间的接触电阻。
本实施例的电化学氢泵100，除了上述特征以外，可以与第1实施方式或第1实施例的电化学氢泵100相同。
(第3实施例)
第3实施例的电化学氢泵100，除了以下说明的阴极气体扩散层14的结构以外，与第1实施方式的电化学氢泵100相同。
本实施例的电化学氢泵100中，阴极气体扩散层14的第1表面层14A的体积密度大于比第1表面层14A靠内侧的层14M的体积密度。
再者，以上的体积密度例如可以通过研磨加工而仅剩下想要测定的层，将其作为试料，采用定容膨胀法(株式会社岛津制作所制干式自动密度计AccuPyc1340)来评价。该装置是将试料室和膨胀室用阀门连接的结构，填充氦气，根据阀门的开关操作引起的试料室和膨胀室的压力的变化，能够测定试料的体积密度。
在阴极气体扩散层14中，随着第1表面层14A的体积密度越大，第1表面层14A与阴极隔板16之间的接触面积越大。由此，本实施例的电化学氢泵100，通过使第1表面层14A的体积密度大于比第1表面层14A靠内侧的层14M的体积密度，能够降低阴极气体扩散层14的第1表面层14A与阴极隔板16之间的接触电阻。
本实施例的电化学氢泵100，除了上述特征以外，可以与第1实施方式和第1实施例～第2实施例中的任一电化学氢泵100相同。
(第4实施例)
第4实施例的电化学氢泵100，除了以下说明的阴极气体扩散层14的结构以外，与第1实施方式的电化学氢泵100相同。
本实施例的电化学氢泵100中，比第1表面层14A靠内侧的层14M包含碳粒子和树脂，比第1表面层14A靠内侧的层14M中所含的碳粒子的体积密度小于第1表面层14A中所含的碳粒子的体积密度。
比第1表面层14A靠内侧的层14M中所含的碳粒子，例如与在第1实施方式的第1实施例中说明的碳粒子同样，可以是人造石墨粒子，也可以是天然石墨粒子。其中，从导电性优异的观点出发，碳粒子优选使用乙炔黑，但不限定于此。
另外，比第1表面层14A靠内侧的层14M中所含的树脂的材料，与在第1实施方式的第1实施例中说明的树脂材料同样，可以是PTFE、FEP、PVDF、ETFE、PCTFE或PFA等。其中，从耐热性、疏水性、耐化学品性的观点出发，树脂材料优选使用PTFE，但不限定于此。
再者，比第1表面层14A靠内侧的层14M中所含的碳粒子的体积密度，例如可以通过研磨加工而仅剩下想要测定的层，将其作为试料，采用定容膨胀法(株式会社岛津制作所制干式自动密度计AccuPyc1340)来评价。该装置是将试料室和膨胀室用阀门连接的结构，填充氦气，根据阀门的开关操作引起的试料室和膨胀室的压力的变化，能够测定试料的体积密度。
随着比第1表面层14A靠内侧的层14M中所含的碳粒子的体积密度越小，比第1表面层14A靠内侧的层14M的面内方向的气体扩散性越提高。由此，本实施方式的电化学氢泵100通过上述结构，能够适当地确保阴极气体扩散层14的面内方向的气体扩散性。
另外，本实施方式的电化学氢泵100中，比第1表面层14A靠内侧的层14M例如由碳纤维片构成的情况下，通过使碳纤维片的碳纤维之间浸渗树脂，能够提高碳纤维之间的接合力。由此，本实施例的电化学氢泵100能够提高对于氢压缩工作的开始和停止的反复进行时的碳纤维片的应变的耐久性。
本实施例的电化学氢泵100，除了上述特征以外，可以与第1实施方式和第1实施例～第3实施例中的任一电化学氢泵100相同。
(第2实施方式)
图4是表示第2实施方式的电化学氢泵的阴极气体扩散层的一例的图。
本实施方式的电化学氢泵100中，阴极气体扩散层14的阴极催化剂层12侧的第2表面层14B的厚度方向的电阻率小于比第1表面层14A靠内侧的层的厚度方向的电阻率。在此，如图4所示，比第1表面层14A靠内侧的层具备在碳多孔片14S的厚度方向上位于中间的中间层14C。
再者，第2表面层14B和中间层14C的电阻率，例如可以通过1kHz交流电阻计(敦贺电气株式会社制“MODEL3566”)等来评价。
在此，阴极气体扩散层14由碳纤维片构成的情况下，第1表面层14A、第2表面层14B和中间层14C，例如以下所述，可以通过对第1碳纤维片和第2碳纤维片的表面(正面)浸渗碳粒子和树脂而形成。
首先，以在溶剂中分散有碳粒子和树脂粉末而成的溶液浸渗于第1碳纤维片的表面的方式，将该溶液均匀涂布于第1碳纤维片的表面。
接着，将浸渗于第1碳纤维片的溶液例如以预定温度干燥和烧成。这样，在第1碳纤维片的表面层(第1表面层14A)中包含含有碳粒子和树脂的层。
另外，以在溶剂中分散有碳粒子和树脂粉末而成的溶液浸渗于第2碳纤维片的表面的方式，将该溶液均匀涂布于第2碳纤维片的表面。
接着，将浸渗于第2碳纤维片的溶液例如以预定温度干燥和烧成。这样，在第2碳纤维片的表面层(以下称为第2表面层14B)中包含含有碳粒子和树脂的层。
然后，以第1碳纤维片的背面与第2碳纤维片的背面接触的方式，将第1碳纤维片和第2碳纤维片接合。这样，它们的接合部相当于具备包含碳粒子和树脂的层的中间层14C。
在此，第1表面层14A和第2表面层14B的气孔率小于中间层14C的气孔率。另外，第1表面层14A和第2表面层14B的体积密度大于中间层14C的体积密度。换言之，中间层14C中所含的碳粒子的体积密度小于第1表面层14A和第2表面层14B中所含的碳粒子的体积密度。
通过以上，能够得到本实施例的阴极气体扩散层14。也就是说，能够使阴极隔板16侧的第1表面层14A的厚度方向的电阻率小于中间层14C的厚度方向的电阻率。另外，能够使阴极催化剂层12侧的第2表面层14B的厚度方向的电阻率小于中间层14C的厚度方向的电阻率。
再者，上述阴极气体扩散层14的制法和结构只是例示，并不限定于本例。例如，也可以使在溶剂中分散有碳粒子和树脂粉末而成的溶液浸渗于期望厚度的碳纤维片的整个区域之后，在该碳纤维片的表面和背面分别进一步涂布使碳粒子和树脂粉末分散于溶剂中而成的溶液，由此形成第1表面层14A、第2表面层14B和中间层14C。
另外，上述溶液的涂布方法例如可举出喷雾涂布法、棒涂法、转印涂布法、浸渍涂布法等。
在阴极气体扩散层14中，随着阴极催化剂层12侧的第2表面层14B的厚度方向的电阻率越小，第2表面层14B与阴极催化剂层12之间的接触电阻越小。由此，本实施方式的电化学氢泵100，通过使第2表面层14B的厚度方向的电阻率小于中间层14C的厚度方向的电阻率，能够降低阴极气体扩散层14的第2表面层14B与阴极催化剂层12之间的接触电阻。其结果，本实施方式的电化学氢泵100能够高效率地维持氢压缩工作。
另外，本实施方式的电化学氢泵100中，阴极气体扩散层14例如由碳纤维片构成的情况下，通过使碳纤维片的碳纤维之间浸渗树脂，能够提高碳纤维之间的接合力。由此，本实施方式的电化学氢泵100能够提高对于氢压缩工作的开始和停止的反复进行时的碳纤维片的应变的耐久性。
另外，本实施方式的电化学氢泵100，通过减小中间层14C的体积密度(中间层14C中所含的碳粒子的体积密度)，能够适当地确保阴极气体扩散层14的面内方向的气体扩散性。
本实施方式的电化学氢泵100，除了上述特征以外，可以与第1实施方式和第1实施方式的第1实施例～第4实施例中的任一电化学氢泵100相同。
(第3实施方式)
图5A是表示第3实施方式的电化学氢泵的一例的图。图5B是图1A的电化学氢泵的B部分的放大图。再者，图5A中示出包含穿过俯视时电化学氢泵100的中心和阴极气体导出歧管50的中心的直线的电化学氢泵100的垂直截面。
本实施方式的电化学氢泵100，除了以下说明的将第1表面层14A与歧管孔50A连通的连通路以外，与第1实施方式的电化学氢泵100相同。
本实施方式的电化学氢泵100中，阴极气体导出歧管50与氢泵单元100A各自的阴极气体扩散层14的适当部位，经由各个第2连通路34B连通。由此，在氢泵单元100A各自的阴极气体扩散层14和第2连通路34B中通过的氢气，在阴极气体导出歧管50合流。并且，合流的氢气被引导至阴极气体导出路径26。在图5A和图5B所示的例子中，在阴极隔板16设有供从阴极气体扩散层14排出的包含上述被压缩了的氢气的阴极气体流入的歧管孔50A、以及将比第1表面层14A靠内侧的层14M(参照图3)与歧管孔50A连通的第2连通路34B。这样的第2连通路34B，例如可以由设置于阴极隔板16的孔构成。并且，比第1表面层14A靠内侧的层14M的气孔率为20％以上。另外，第1表面层14A的气孔率小于20％。
再者，它们的气孔率例如可以通过上述压汞仪(株式会社岛津制作所制的“AutoporeIII9410”)来评价。
这样，氢泵单元100A各自的阴极气体扩散层14，经由氢泵单元100A各自的第2连通路34B和阴极气体导出歧管50而连通。
如果比第1表面层14A靠内侧的层14M的气孔率小于20％的情况下，有可能无法适当地确保该内侧的层14M的气体扩散性。因此，本实施方式的电化学氢泵100，通过使比第1表面层14A靠内侧的层14M的气孔率为20％以上，能够以阴极气体容易在该内侧的层14M中扩散的方式构成。这样，阴极气体容易通过第2连通路34B排出到歧管孔50A。
另外，本实施方式的电化学氢泵100，通过使第1表面层14A的气孔率小于20％，能够降低阴极气体扩散层14的第1表面层14A与阴极隔板16之间的接触电阻。也就是说，由于随着第1表面层14A的气孔率越小，第1表面层14A与阴极隔板16之间的接触面积越大，因此能够降低两者之间的接触电阻。从该观点出发，第1表面层14A的气孔率优选大致为0％。第1表面层14A例如可以由气孔率大致为0％的碳片构成。
这样，本实施方式的电化学氢泵100，能够兼具阴极气体扩散层14的气体扩散性的提高、以及阴极气体扩散层14与阴极隔板16之间的接触电阻的降低。
本实施方式的电化学氢泵100，除了上述特征以外，可以与第1实施方式、第1实施方式的第1实施例～第4实施例和第2实施方式中的任一电化学氢泵100相同。
再者，第1实施方式、第1实施方式的第1实施例～第4实施例、第2实施方式和第3实施方式，只要不彼此排斥，就可以相互组合。
根据上述说明，本领域技术人员能想到本公开的许多改良以及其他实施方式。因此，上述说明应该仅被解释为例示，是为了将执行本公开的最好的方式教导给本领域技术人员而提供的。可以不脱离本公开的主旨，将其结构和/或功能的详细情况进行实质变更。例如，以上说明的阴极气体扩散层14也可以应用于水电解装置等其他压缩装置。
产业可利用性
本公开的一个技术方案，可用于与以往相比能够进一步降低由碳多孔片构成的阴极气体扩散层与阴极隔板之间的接触电阻的压缩装置。
附图标记说明
11：电解质膜
12：阴极催化剂层
13：阳极催化剂层
14：阴极气体扩散层
14A：第1表面层
14B：第2表面层
14C：中间层
14S：碳多孔片
15：阳极气体扩散层
16：阴极隔板
17：阳极隔板
21：绝缘体
22A：阳极供电板
22C：阴极供电板
23A：阳极绝缘板
23C：阴极绝缘板
24A：阳极端板
24C：阴极端板
25：紧固器
26：阴极气体导出路径
27：阳极气体导入歧管
29：阳极气体导入路径
30：阳极气体导出歧管
31：阳极气体导出路径
33：阳极气体流路
34A：第1连通路
34B：第2连通路
35：第1阳极气体流通路径
36：第2阳极气体流通路径
40：密封部件
42：密封部件
43：密封部件
50：阴极气体导出歧管
50A：歧管孔
100：电化学氢泵
100A：氢泵单元
102：电压施加器
AN：阳极电极
CA：阴极电极

Claims (8)

1.一种压缩装置，具备电解质膜、阳极催化剂层、阴极催化剂层、阳极气体扩散层、阴极气体扩散层、阴极隔板和电压施加器，
所述阳极催化剂层与所述电解质膜的一侧的主面相接，
所述阴极催化剂层与所述电解质膜的另一侧的主面相接，
所述阳极气体扩散层与所述阳极催化剂层相接，
所述阴极气体扩散层与所述阴极催化剂层相接，
所述阴极隔板设置在所述阴极气体扩散层上，
所述电压施加器对所述阳极催化剂层与所述阴极催化剂层之间施加电压，
所述压缩装置，利用所述电压施加器施加所述电压，由此使从被供给到所述阳极催化剂层上的阳极流体中取出的质子经由所述电解质膜移动到所述阴极催化剂层上，生成被压缩了的氢气，
所述阴极气体扩散层包含碳多孔片，所述阴极气体扩散层的所述阴极隔板侧的第1表面层的气孔率小于比所述第1表面层靠内侧的层的气孔率。
2.根据权利要求1所述的压缩装置，
所述阴极气体扩散层在所述第1表面层中包含含有碳粒子和树脂的层。
3.根据权利要求1或2所述的压缩装置，
所述阴极气体扩散层的所述阴极隔板侧的第1表面层的厚度方向的电阻率小于比所述第1表面层靠内侧的层的厚度方向的电阻率。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的压缩装置，
所述阴极气体扩散层的所述第1表面层的体积密度大于比所述第1表面层靠内侧的层的体积密度。
5.根据权利要求2所述的压缩装置，
比所述第1表面层靠内侧的层包含碳粒子和树脂，比所述第1表面层靠内侧的层中所含的所述碳粒子的体积密度小于所述第1表面层中所含的所述碳粒子的体积密度。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的压缩装置，
所述阴极隔板设有歧管孔和第1连通路，所述歧管孔供从所述阴极气体扩散层排出的包含所述被压缩了的氢气的阴极气体流入，所述第1连通路将所述第1表面层与所述歧管孔连通，
所述第1表面层中，至少从与所述第1连通路相接的表面直到与比所述第1表面层靠内侧的层相接的表面为止的路径的气孔率为20％以上。
7.根据权利要求1～5中任一项所述的压缩装置，
所述阴极隔板设有歧管孔和第2连通路，所述歧管孔供从所述阴极气体扩散层排出的包含所述被压缩了的氢气的阴极气体流入，所述第2连通路将比所述第1表面层靠内侧的层与所述歧管孔连通，比所述第1表面层靠内侧的层的气孔率为20％以上。
8.根据权利要求7所述的压缩装置，
所述第1表面层的气孔率小于20％。
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