CN117737787A - 隔板及水电解装置 - Google Patents

隔板及水电解装置 Download PDF

Info

Publication number
CN117737787A
CN117737787A CN202311130786.4A CN202311130786A CN117737787A CN 117737787 A CN117737787 A CN 117737787A CN 202311130786 A CN202311130786 A CN 202311130786A CN 117737787 A CN117737787 A CN 117737787A
Authority
CN
China
Prior art keywords
anode
cathode
metal plate
separator
base layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202311130786.4A
Other languages
English (en)
Inventor
高木善则
川上拓人
盛孝之
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Screen Holdings Co Ltd
Original Assignee
Screen Holdings Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Screen Holdings Co Ltd filed Critical Screen Holdings Co Ltd
Publication of CN117737787A publication Critical patent/CN117737787A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/17—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof
    • C25B9/19—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof with diaphragms
    • C25B9/23—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof with diaphragms comprising ion-exchange membranes in or on which electrode material is embedded
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01—Products
    • C25B1/02—Hydrogen or oxygen
    • C25B1/04—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
    • C25B11/02—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by shape or form
    • C25B11/03—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by shape or form perforated or foraminous
    • C25B11/031—Porous electrodes
    • C25B11/032—Gas diffusion electrodes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/60—Constructional parts of cells
    • C25B9/65—Means for supplying current; Electrode connections; Electric inter-cell connections
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/70—Assemblies comprising two or more cells
    • C25B9/73—Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type
    • C25B9/75—Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type having bipolar electrodes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/70—Assemblies comprising two or more cells
    • C25B9/73—Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type
    • C25B9/77—Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type having diaphragms
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
  • Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

本发明提供一种能够在电解单元和隔板交替层叠而形成的层叠结构中限制密封构件在层叠方向上被过度压缩的技术。隔板(20)用于电解单元(10)和隔板(20)交替层叠而形成的层叠结构(30)。电解单元(10)具有包含电解质膜(51)的基底层(50)。隔板(20)具有金属板(21)和环状密封构件(81、82、83)。密封构件(81、82、83)配置在金属板(21)的表面上。另外，金属板(21)具有限制部(94、95、96)。限制部(94、95、96)在密封构件(81、82、83)附近与基底层(50)接触。由此，能够限制密封构件(81、82、83)在层叠方向被过度压缩。

Description

隔板及水电解装置
技术领域
本发明涉及一种隔板及水电解装置。
背景技术
以往，已知有通过对水(H2O)电解来制造氢气(H2)的水电解装置。水电解装置具有电解单元和隔板交替层叠的层叠结构。各电解单元具有电解质膜和形成于电解质膜的两面的催化剂层。在进行水电解时，在阳极侧的催化剂层与阴极侧的催化剂层之间施加电压，并向阳极侧的催化剂层供水。由此，在阳极侧的催化剂层和阴极侧的催化剂层中，发生以下电化学反应。其结果，从阴极侧的催化剂层排出氢气。
(阳极侧)2H2O→4H++O2+4e－
(阴极侧)2H++2e－→H2
关于以往的固体高分子型水电解，例如记载于专利文献1中。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2022-023996号公报
在水电解装置中，需要形成上述电化学反应中供给或排出的水、氧气和氢气的流路，并对这些流路之间可靠地进行密封。为了对这些流路进行密封，在电解单元与隔板之间配置O型圈等密封构件。但在层叠电解单元与隔板时，在层叠方向上施加压缩力。并且，如果密封构件被过度压缩，则密封构件会发生断裂。
发明内容
本发明是鉴于这样的情况而完成的，其目的在于，提供一种能够在电解单元与隔板交替层叠的层叠结构中，限制密封构件在层叠方向上被过度压缩的技术。
为解决上述课题，本申请的第一发明是一种隔板，用于层叠结构，所述层叠结构是交替层叠所述隔板与具有包括电解质膜的基底层的电解单元而形成的，所述隔板具备：金属板；以及环状密封构件，配置在所述金属板的表面上，所述金属板具有：限制部，在所述密封构件附近与所述基底层接触。
本申请的第二发明是根据第一发明的隔板，其中，所述限制部是形成在所述金属板上的凸部。
本申请的第三发明是根据第二发明的隔板，其中，所述限制部具有：与层叠在层叠方向的一侧的所述基底层接触的凸部；与层叠在所述层叠方向的另一侧的所述基底层接触的凸部。
本申请的第四发明是一种水电解装置，具备：多个所述电解单元；多个在第一至第三发明中任一项所述的隔板，所述水电解装置具有所述层叠结构。
本申请的第五发明是根据第四发明的水电解装置，所述隔板具有：作为所述密封构件的外周密封构件，位于所述基底层的外周部与所述金属板的外周部之间，所述金属板具有：作为所述限制部的外周限制部，在所述外周密封构件的附近与所述基底层接触。
本申请第六发明是根据第四或第五发明的水电解装置，所述电解单元具有：阴极催化剂层，层叠在所述电解质膜的一侧；阴极气体扩散层，层叠在所述阴极催化剂层的一侧，所述金属板具有：氢气流通孔，供从所述阴极气体扩散层排出的氢气流通，所述隔板具有：作为所述密封构件的第一密封构件，在沿所述层叠方向观察的状态下，包围所述氢气流通孔，所述金属板具有：作为所述限制部的第一限制部，在所述第一密封构件附近与所述基底层接触。
本申请第七发明是根据第四至第六发明任一项发明的水电解装置，所述电解单元具有：阳极催化剂层，层叠于所述电解质膜的另一侧；阳极气体扩散层，层叠于所述阳极催化剂层的另一侧，所述金属板具有：水流通孔，供向所述阳极气体扩散层供给的水流通，所述隔板具有：作为所述密封构件的第二密封构件，，在沿所述层叠方向观察的状态下，包围所述水流通孔，所述金属板具有：作为所述限制部的第二限制部，在所述第二密封构件附近与所述基底层接触。
本申请第八发明是根据第四至第七发明任一项发明的水电解装置，所述电解单元具有：阳极催化剂层，层叠于所述电解质膜的另一侧；阳极气体扩散层，层叠于所述阳极催化剂层的另一侧，所述金属板具有：氧气流通孔，供从所述阳极气体扩散层排出的氧气流通，所述隔板具有：作为所述密封构件的第三密封构件，，在沿所述层叠方向观察的状态下，包围所述氧气流通孔，所述金属板具有：作为所述限制部的第三限制部，在所述第三密封构件的附近与所述基底层接触。
根据本申请的第一发明至第八发明，能够利用限制部来限制密封构件在层叠方向上被过度压缩。
尤其，根据本申请的第二发明，能够通过金属板的冲压加工容易地形成限制部。
尤其，根据本申请的第三发明，使凸部与配置在隔板一侧的电解单元的基底层和配置在隔板的另一侧的电解单元的基底层接触。由此，能够稳固限制部在层叠方向上的位置。
尤其，根据本申请的第五发明，能够利用外周限制部限制外周密封构件在层叠方向上被过度压缩。
尤其，根据本申请的第六发明，能够利用第一限制部限制第一密封构件在层叠方向上被过度压缩。
尤其，根据本申请的第七发明，能够利用第二限制部限制第二密封构件在层叠方向上被过度压缩。
尤其，根据本申请的第八发明，能够利用第三限制部限制第三密封构件在层叠方向上被过度压缩。
附图说明
图1是水电解装置的示意图。
图2是一个电解单元和位于该电解单元两侧的一对隔板的示意图。
图3是表示隔板的阳极面的图。
图4是表示隔板的阴极面的图。
图5是图4中的A-A位置的层叠结构的剖视图。
图6是示出阴极流路构件的变形例的图。
附图标记说明
1 水电解装置
10 电解单元
20 隔板
21 金属板
26 水流通孔
27 氧气流通孔
28 氢气流通孔
30 层叠结构
40 电源
50 基底层
51 电解质膜
61 阳极催化剂层
62 阳极气体扩散层
71 阴极催化剂层
72 阴极气体扩散层
81 阳极外周密封构件
82 阴极外周密封构件
83 第一密封构件
84 第二密封构件
85 第三密封构件
91 阴极流路构件
92 第一阳极流路构件
93 第二阳极流路构件
94 阳极外周限制部
95 阴极外周限制部
96 第一限制部
97 第二限制部
98 第三限制部
913 氢气流路
923 水流路
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
＜1.水电解装置的概要＞
图1是本发明的一个实施方式的水电解装置1的示意图。该水电解装置1是通过固体高分子型水电解来制造氢气的装置。如图1所示，水电解装置1具备：包括多个电解单元10和多个隔板20的层叠结构30；电源40。电解单元10和隔板20通过交替层叠而构成层叠结构30。以下，将层叠电解单元10和隔板20的方向称作“层叠方向”。
图2是示意性地仅示出水电解装置1的层叠结构30中的一个电解单元10和位于该电解单元10两侧的一对隔板20的图。如图2所示，一个电解单元10具有电解质膜51、阳极催化剂层61、阳极气体扩散层62、阴极催化剂层71和阴极气体扩散层72。
由电解质膜51、阳极催化剂层61、阳极气体扩散层62、阴极催化剂层71和阴极气体扩散层72构成的层叠体被称作膜及电极接合体(MEA：Memb rane-Electrode-Assembly：膜电极组件)。另外，由电解质膜51、阳极催化剂层61和阴极催化剂层71构成的层叠体称作膜及催化剂层接合体(CCM：Ca talyst-coatedmembrane：催化剂涂覆膜)。
电解质膜51是具有离子传导性的薄板状膜(离子交换膜)。本实施方式的电解质膜51是传导氢离子(H+)的质子交换膜。电解质膜51使用氟系或烃系的高分子电解质膜。具体而言，作为电解质膜51，例如，使用含有全氟碳磺酸的高分子电解质膜。电解质膜51膜厚例如为5μm～200μm。
阳极催化剂层61是在阳极侧引起电化学反应的催化剂层。阳极催化剂层61层叠在电解质膜51的阳极侧的表面上。阳极催化剂层61包含多个催化剂粒子。催化剂粒子例如是氧化铱(IrOx)、铂(Pt)、铱(Ir)与钌(Ru)的合金、铱(Ir)与二氧化钛(TiO2)的合金等。使用水电解装置1时，向阳极催化剂层61供水(H2O)。并且，利用电源40在阳极催化剂层61与阴极催化剂层71之间施加电压。如此，在该电压和催化剂粒子的作用下，水在阳极催化剂层61中电解成氢离子(H+)、氧气(O2)和电子(e-)。
阳极气体扩散层62用于均匀地向阳极催化剂层61供水，并向隔板20输送阳极催化剂层61所生成的氧气和电子。阳极气体扩散层62层叠在阳极催化剂层61的外侧的面上。即，阳极气体扩散层62层叠在阳极催化剂层61的与电解质膜51一侧相反一侧的面上。阳极催化剂层61夹在电解质膜51与阳极气体扩散层62之间。阳极气体扩散层62由具有导电性且多孔质的材料形成。阳极气体扩散层62例如能够使用碳纸。
阴极催化剂层71是在阴极一侧引起电化学反应的催化剂层。阴极催化剂层71层叠在电解质膜51的阴极一侧的表面上。即，阴极催化剂层71层叠在电解质膜51的与阳极催化剂层61一侧相反一侧的表面上。阴极催化剂层71包含承载催化剂粒子的多个碳粒子。催化剂粒子例如是铂粒子。但催化剂粒子也可以是在铂粒子中混合微量的钌粒子或钴粒子而形成的粒子。在使用水电解装置1时，向阴极催化剂层71供给氢离子(H+)和电子(e-)。然后，利用电源40在阳极催化剂层61与阴极催化剂层71之间施加电压。如此，在该电压和催化剂粒子的作用下，在阴极催化剂层71中发生还原反应，由氢离子和电子生成氢气(H2)。
阴极气体扩散层72用于从隔板20向阴极催化剂层71输送电子，并向隔板20输送阴极催化剂层71所生成的氢气。阴极气体扩散层72层叠在阴极催化剂层71的外侧的面上。即，阴极气体扩散层72层叠在阴极催化剂层71的与电解质膜51一侧相反一侧的面上。阴极催化剂层71夹在电解质膜51与阴极气体扩散层72之间。阴极气体扩散层72由具有导电性且多孔质的材料形成。阴极气体扩散层72例如能够使用碳纸。
隔板20使电子在相邻的电解单元10之间移动，并形成水、氧气和氢气的通路。隔板20安装于相邻的电解单元10的阳极气体扩散层62与阴极气体扩散层72之间。隔板20具有金属板21，金属板21具有导电性且不透过气体和液体。金属板21具有与阳极气体扩散层62接触的阳极面22和与阴极气体扩散层72接触的阴极面23。
金属板21在阳极面22上具有多个阳极槽24。水通过隔板20的该阳极槽24向阳极气体扩散层62供给。另外，由阳极催化剂层61生成的氧气经由阳极气体扩散层62，通过隔板20的阳极槽24向外部排出。
另外，金属板21在阴极面23上具有多个阴极槽25。由阴极催化剂层71生成的氢气经由阴极气体扩散层72，通过隔板20的阴极槽25向外部排出。
电源40是对上述层叠结构30施加电压的装置。如图1所示，电源40的正极侧的端子与层叠结构30的最靠近阳极侧的端部的隔板20电连接。电源40的负极侧的端子与层叠结构30的最靠近阴极一侧的端部的隔板20电连接。电源40向层叠结构30施加电解水所需的电压。
在使用水电解装置1时，从隔板20的阳极槽24经阳极气体扩散层62向阳极催化剂层61供水。如此，通过电源40的电压和阳极催化剂层61的催化剂粒子的作用，将水分解为氢离子、氧气和电子。氢离子通过电解质膜51向阴极催化剂层71传播。氧气通过阳极气体扩散层62和隔板20的阳极槽24向外部排出。电子通过阳极气体扩散层62和隔板20流向相邻的电解单元10。在相邻的电解单元10中，该电子通过阴极气体扩散层72到达阴极催化剂层71。并且，在阴极催化剂层71中，氢离子与电子相结合生成氢气。生成的氢气通过阴极气体扩散层72和隔板20的阴极槽25向外部排出。由此，制造出氢气。
＜2.水电解装置的层叠结构＞
接着，对上述水电解装置1的层叠结构30进行更加具体的说明。
图3是表示隔板20的阳极面22的图。在图3中，用假想线(双点划线)表示配置阳极催化剂层61和阳极气体扩散层62的区域。图4是表示隔板20的阴极面23的图。在图4中，用假想线(双点划线)表示配置阴极催化剂层71和阴极气体扩散层72的区域。图5是沿图4中的A-A位置的层叠结构30的剖视图。
如图5所示，电解单元10和隔板20沿层叠方向交替层叠。电解单元10具有：包括上述电解质膜51的基底层50；阳极催化剂层61；阳极气体扩散层62；阴极催化剂层71；阴极气体扩散层72。虽然在图5的例子中，基底层50仅由电解质膜51构成，但基底层50也可以由电解质膜51和形成在电解质膜51的周缘部上的副密封圈构成。
隔板20具有金属板21。金属板21例如是施加了铂涂层的钛薄板。但金属板21也可以是施加了金涂层的不锈钢等。本实施方式的隔板20通过冲压加工一张金属板而形成。若使用冲压加工，则相较于使用蚀刻等其他工艺的情况，能够廉价地制造隔板20。
金属板21具有图3所示的阳极面22和图4所示的阴极面23。如图3所示，金属板21在阳极面22的中央附近具有上述多个阳极槽24。另外，如图4所示，金属板21在阴极面23的中央附近具有上述多个阴极槽25。
在本实施方式中，如图5所示，通过将金属板21加工成波纹状，在一张金属板21上形成阳极槽24和阴极槽25。阳极槽24和阴极槽25沿着隔板20的表面交替排列。即，在阳极面22上相邻的阳极槽24之间的呈凸状的部分在阴极面23上形成呈凹状的阴极槽25。另外，在阴极面23上相邻的阴极槽25之间的呈凸状的部分在阳极面22上形成呈凹状的阳极槽24。如此一来，无需使用多个金属板，就可以用一张金属板21在隔板20的两面分别形成多个阳极槽24和多个阴极槽25。
另外，如图3和图4所示，金属板21具有多个水流通孔26。水流通孔26是供向阳极气体扩散层62供给的水流通的流通孔。在从层叠方向观察的状态下，多个水流通孔26位于阳极气体扩散层62的外侧。水流通孔26沿着层叠方向贯穿金属板21。在电解单元10的基底层50上，在层叠方向上与水流通孔26重叠的位置上形成有贯通孔。因此，在交替层叠电解单元10和隔板20的状态下，多个水流通孔26形成沿层叠方向延伸的一连续的流通路径。
另外，如图3和图4所示，金属板21具有多个氧气流通孔27。氧气流通孔27是供从阳极气体扩散层62排出的氧气流通的流通孔。此外，未经反应而残留的水也在多个氧气流通孔27中流通。在从层叠方向观察的状态下，多个氧气流通孔27位于阳极气体扩散层62的外侧。氧气流通孔27沿着层叠方向贯穿金属板21。在电解单元10的基底层50上，在层叠方向上与氧气流通孔27重叠的位置上形成有贯通孔。因此，在交替层叠电解单元10和隔板20的状态下，多个氧气流通孔27形成沿层叠方向延伸的一连续的流通路径。
另外，如图3～图5所示，金属板21具有多个氢气流通孔28。氢气流通孔28是供从阴极气体扩散层72排出的氢气流通的流通孔。在从层叠方向观察的状态下，多个氢气流通孔28位于阴极气体扩散层72的外侧。氢气流通孔28沿层叠方向贯穿金属板21。在电解单元10的基底层50上，在层叠方向上与氢气流通孔28重叠的位置上形成有贯通孔。因此，在交替层叠电解单元10和隔板20的状态下，多个氢气流通孔28形成沿层叠方向延伸的一系列流通路径。
另外，如图3和图5所示，隔板20具有阳极外周密封构件81。阳极外周密封构件81是安装在金属板21的阳极面22上的环状密封构件(O型圈)。阳极外周密封构件81由橡胶等弹性体形成。阳极外周密封构件81沿着阳极面22的外周部配置。另外，阳极外周密封构件81与基底层50的阳极侧的面接触。阳极外周密封构件81以在层叠方向上被压缩的状态安装于阳极面22的外周部与基底层50的外周部之间。由此，能够抑制基底层50与金属板21的阳极面22之间存在的水和氧气向阳极外周密封构件81的外侧漏出。
另外，如图4和图5所示，隔板20具有阴极外周密封构件82。阴极外周密封构件82是安装在金属板21的阴极面23上的环状密封构件(O型圈)。阴极外周密封构件82由橡胶等弹性体形成。阴极外周密封构件82沿着阴极面23的外周部配置。另外，阴极外周密封构件82与基底层50的阴极侧的面接触。阴极外周密封构件82以在层叠方向上被压缩的状态安装于阴极面23的外周部与基底层50的外周部之间。由此，能够抑制基底层50与金属板21的阴极面23之间存在的氢气向阴极外周密封构件82的外侧漏出。
另外，如图3和图5所示，隔板20具有多个第一密封构件83。第一密封构件83是安装在金属板21的阳极面22上的环状密封构件(O型圈)。第一密封构件83由橡胶等弹性体形成。在沿层叠方向观察的状态下，第一密封构件83包围氢气流通孔28。第一密封构件83与基底层50的阳极侧的面接触。第一密封构件83在氢气流通孔28的周围，以在层叠方向上被压缩的状态安装于阳极面22与基底层50之间。由此，能够抑制阳极面22与基底层50之间存在的水和氧气流入氢气流通孔28。另外，还能够抑制氢气流通孔28中存在的氢气流入阳极面22与基底层50之间。
另外，如图4所示，隔板20具有多个第二密封构件84。第二密封构件84是安装在金属板21的阴极面23上的环状密封构件(O型圈)。第二密封构件84由橡胶等弹性体形成。在沿层叠方向观察的状态下，第二密封构件84包围水流通孔26。第二密封构件84与基底层50的阴极侧的面接触。第二密封构件84在水流通孔26的周围，以在层叠方向上被压缩的状态安装于阴极面23与基底层50之间。由此，能够抑制阴极面23与基底层50之间存在的氢气流入水流通孔26。另外，还能够抑制水流通孔26中存在的水流入阴极面23与基底层50之间。
另外，如图4所示，隔板20具有多个第三密封构件85。第三密封构件85是安装在金属板21的阴极面23上的环状密封构件(O型圈)。第三密封构件85由橡胶等弹性体形成。在沿层叠方向观察的状态下，第三密封构件85包围氧气流通孔27。第三密封构件85与基底层50的阴极侧的面接触。第三密封构件85在氧气流通孔27的周围，以在层叠方上被压缩的状态安装于阴极面23与基底层50之间。由此，能够抑制阴极面23与基底层50之间存在的氢气流入氧气流通孔27。另外，还能够抑制氧气流通孔27中存在的氧气流入阴极面23与基底层50之间。
＜3.关于流路构件＞
＜3-1.阴极流路构件＞
如图4和图5所示，本实施方式的隔板20具有多个阴极流路构件91。阴极流路构件91是用于在氢气流通孔28的周围形成氢气的流路的构件。阴极流路构件91例如由PS(聚苯乙烯)、PPS(聚苯硫醚)等树脂形成。但阴极流路构件91也可以是PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)或PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)等树脂膜。另外，阴极流路构件91也可以是钛或不锈钢等金属板。
如图5所示，阴极流路构件91具有第一面911和第二面912。第一面911例如用粘接剂固定在金属板21的阴极面23上。第二面912与基底层50的阴极侧的面接触。即，阴极流路构件91在层叠方向上安装于金属板21的阴极面23与基底层50的阴极侧的面之间。另外，如图4所示，在沿层叠方向观察的状态下，阴极流路构件91包围氢气流通孔28。
另外，阴极流路构件91具有多个氢气流路913。在本实施方式中，氢气流路913是形成在阴极流路构件91的第一面911上的槽。构成氢气流路913的槽在连接阴极气体扩散层72和氢气流通孔28的方向上贯穿阴极流路构件91的第一面911。由此，氢气流路913成为连通阴极气体扩散层72和氢气流通孔28的流路。
从阴极气体扩散层72排出的气体即氢气如图5中虚线箭头所示那样通过阴极流路构件91的多个氢气流路913流向氢气流通孔28。如此，在本实施方式的结构中，通过阴极流路构件91形成阴极气体扩散层72与氢气流通孔28之间的氢气的流路。如此一来，无需组合多个金属板来形成流路。因此，能够减少用于隔板20的金属板的数量。其结果，能够降低水电解装置1的制造成本。
上述第一密封构件83配置在金属板21的与阴极流路构件91相反一侧的面上。在沿层叠方向观察的状态下，阴极流路构件91配置在与第一密封构件83重叠的位置上。因此，如图5所示，阴极流路构件91的第二面912与相邻的隔板20的第一密封构件83隔着基底层50相互邻接。并且，在本实施方式中，阴极流路构件91的第二面912形成为平坦面。由此，提高了第一密封构件83相对于基底层50的紧贴性。其结果，能够进一步提高第一密封构件83的密封性。
＜3-2.第一阳极流路构件＞
如图3所示，本实施方式的隔板20具有第一阳极流路构件92。第一阳极流路构件92是用于在水流通孔26的周围形成水的流路的构件。第一阳极流路构件92例如由PS(聚苯乙烯)、PPS(聚苯硫醚)等树脂形成。但第一阳极流路构件92也可以是PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)或PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)等树脂膜。另外，第一阳极流路构件92也可以是钛或不锈钢等金属板。
与上述阴极流路构件91同样地，第一阳极流路构件92具有第一面和第二面。第一面例如用粘合剂固定在金属板21的阳极面22上。第二面与基底层50的阳极侧的面接触。即，第一阳极流路构件92在层叠方向上安装于金属板21的阳极面22与基底层50的阳极侧的面之间。另外，如图3所示，在沿层叠方向观察的状态下，第一阳极流路构件92包围水流通孔26。
另外，第一阳极流路构件92具有多个水流路923。在本实施方式中，水流路923是形成在第一阳极流路构件92的第一面上的槽。构成水流路923的槽在连接阳极气体扩散层62和水流通孔26的方向上贯穿第一阳极流路构件92的第一面。由此，水流路923成为连通阳极气体扩散层62和水流通孔26的流路。
从外部向水流通孔26供给的液体即水通过第一阳极流路构件92的多个水流路923流向阳极气体扩散层62。如此，在本实施方式的结构中，通过第一阳极流路构件92形成水流通孔26与阳极气体扩散层62之间的水的流路。如此一来，无需组合多个金属板来形成流路。因此，能够减少用于隔板20的金属板的数量。其结果，能够降低水电解装置1的制造成本。
上述第二密封构件84配置在金属板21的与第一阳极流路构件92相反一侧的面上。在沿层叠方向观察的状态下，第一阳极流路构件92配置在与第二密封构件84重叠的位置上。因此，第一阳极流路构件92的第二面与相邻的隔板20的第二密封构件84隔着基底层50相互邻接。并且，第一阳极流路构件92的第二面形成为平坦面。由此，提高了第二密封构件84相对于基底层50的紧贴性。其结果，能够进一步提高第二密封构件84的密封性。
＜3-3.第二阳极流路构件＞
如图3所示，本实施方式的隔板20具有第二阳极流路构件93。第二阳极流路构件93是用于在氧气流通孔27的周围形成氧气的流路的构件。第二阳极流路构件93例如由PS(聚苯乙烯)、PPS(聚苯硫醚)等树脂形成。但第二阳极流路构件93也可以是PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)或PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)等树脂膜。另外，第二阳极流路构件93也可以是钛或不锈钢等金属板。
与上述阴极流路构件91同样地，第二阳极流路构件93具有第一面和第二面。第一面例如用粘合剂固定在金属板21的阳极面22上。第二面与基底层50的阳极侧的面接触。即，第二阳极流路构件93在层叠方向上安装于金属板21的阳极面22与基底层50的阳极侧的面之间。另外，如图3所示，在沿层叠方向观察的状态下，第二阳极流路构件93包围氧气流通孔27。
另外，第二阳极流路构件93具有多个氧气流路933。在本实施方式中，氧气流路933是形成在第二阳极流路构件93的第一面上的槽。构成氧气流路933的槽在连接阳极气体扩散层62与氧气流通孔27的方向上贯穿第二阳极流路构件93的第一面。由此，氧气流路933成为连通阳极气体扩散层62与氧气流通孔27的流路。
从阳极气体扩散层62排出的气体即氧气通过第二阳极流路构件93的多个氧气流路933流向氧气流通孔27。如此，在本实施方式的结构中，通过第二阳极流路构件93形成阳极气体扩散层62与氧气流通孔27之间的氧气的流路。如此一来，无需组合多个金属板来形成流路。因此，能够减少用于隔板20的金属板的数量。其结果，能够降低水电解装置1的制造成本。
上述第三密封构件85配置在金属板21的与第二阳极流路构件93相反一侧的面上。在沿层叠方向观察的状态下，第二阳极流路构件93配置在与第三密封构件85重叠的位置上。因此，第二阳极流路构件93的第二面与相邻的隔板20的第三密封构件85隔着基底层50相互邻接。并且，第二阳极流路构件93的第二面形成为平坦面。由此，提高了第三密封构件85相对于基底层50的紧贴性。其结果，能够进一步提高第三密封构件85的密封性。
＜3-4.流路构件的变形例＞
图6是表示上述阴极流路构件91的变形例的图。在图6的例子中，氢气流路913也是形成在阴极流路构件91的第一面911上的槽。但在图6的例子中，该槽在连接阴极气体扩散层72与氢气流通孔28的方向上不贯穿第一面911。在图6的例子中，该槽形成为凹部，所述凹部形成在第一面911的连接阴极气体扩散层72与氢气流通孔28的方向上的除两端部外的一部分上。并且，金属板21的阴极面23形成为沿着第一面911的该形状的弯曲形状。因此，阴极流路构件91的上述两端部不接触金属板21。在这样的结构中也能够在阴极流路构件91与金属板21之间形成连通阴极气体扩散层72与氢气流通孔28的氢气流路913。
另外，第一阳极流路构件92和第二阳极流路构件93也可以采用与图6所示的阴极流路构件91相同的形状。
另外，阴极流路构件91、第一阳极流路构件92和第二阳极流路构件93也可以由陶瓷等多孔质体形成。在该情况下，通过多孔质体所具有的微细的孔，能够形成连通气体扩散层与流通孔的流路。因此，无需形成作为流路的槽。
＜4.关于限制部＞
＜4-1.阳极外周限制部＞
如图3至图5所示，本实施方式的金属板21具有阳极外周限制部94。阳极外周限制部94是用于限制阳极外周密封构件81在隔板20的外周部附近被过度压缩的限制部。
阳极外周限制部94位于阳极外周密封构件81的附近。如图3和图4所示，阳极外周限制部94沿着阳极外周密封构件81设置成环状。本实施方式的阳极外周限制部94具有形成在金属板21上的多个凸部941。多个凸部941通过金属板21的冲压加工而形成。阳极外周限制部94的该凸部941向基底层50的阳极侧的面凸出。并且，凸部941的顶端与基底层50的阳极侧的面接触。由此，限制阳极外周密封构件81在层叠方向上被过度压缩。
尤其，在本实施方式中，阳极外周限制部94不仅具有上述多个凸部941，还具有向层叠方向的相反侧凸出的多个凸部942。如图3和图4所示，在沿层叠方向观察的状态下，凸部941和凸部942沿着阳极外周密封构件81交替排列。并且，多个凸部942与基底层50的阴极侧的面接触。如此一来，能够使阳极外周限制部94与配置在隔板20一侧的电解单元10的基底层50和配置在隔板20另一侧的电解单元10的基底层50均接触。因此，能够稳固阳极外周限制部94在层叠方向上的位置。其结果，能够进一步限制阳极外周密封构件81在层叠方向被过度压缩。
如图5所示，凸部941、942的顶端为平坦面。并且，该平坦面与基底层50接触。如此一来，相较于使凸部941、942的顶端与基底层50点接触的情况，能够抑制施加在基底层50上的每单位面积的压力。因此，能够降低基底层50的损伤。
＜4-2.阴极外周限制部＞
如图3至图5所示，本实施方式的金属板21具有阴极外周限制部95。阴极外周限制部95是用于限制阴极外周密封构件82在隔板20的外周部附近被过度压缩的限制部。
阴极外周限制部95位于阴极外周密封构件82的附近。如图3和图4所示，阴极外周限制部95沿着阴极外周密封构件82设置成环状。本实施方式的阴极外周限制部95具有形成在金属板21上的多个凸部951。多个凸部951通过金属板21的冲压加工而形成。阴极外周限制部95的该凸部951向基底层50的阴极侧的面凸出。并且，凸部951的顶端与基底层50的阴极侧的面接触。由此，限制阴极外周密封构件82在层叠方向上被过度压缩。
尤其，在本实施方式中，阴极外周限制部95不仅具有上述多个凸部951，还具有向层叠方向的相反侧凸出的多个凸部952。如图3和图4所示，在沿层叠方向观察的状态下，凸部951和凸部952沿着阴极外周密封构件82交替排列。并且，该多个凸部952与基底层50的阳极侧的面接触。如此一来，能够使阴极外周限制部95与配置在隔板20一侧的电解单元10的基底层50和配置在隔板20另一侧的电解单元10的基底层50均接触。因此，能够稳固阴极外周限制部95在层叠方向上的位置。其结果，能够进一步限制阴极外周密封构件82在层叠方向被过度压缩。
如图5所示，凸部951、952的顶端形成平坦面。并且，该平坦面与基底层50接触。如此一来，相较于使凸部951、952的顶端与基底层50点接触的情况，能够抑制施加在基底层50上的每单位面积的压力。因此，能够降低基底层50的损伤。
＜4-3.第一限制部＞
如图3至图5所示，本实施方式的金属板21具有第一限制部96。第一限制部96是用于限制第一密封构件83在氢气流通孔28的周围被过度压缩的限制部。
第一限制部96位于第一密封构件83的附近。如图3和图4所示，第一限制部96沿着第一密封构件83设置成环状。本实施方式的第一限制部96具有形成在金属板21上的多个凸部961。多个凸部961通过金属板21的冲压加工而形成。第一限制部96的该凸部961向基底层50的阳极侧的面凸出。并且，凸部961的顶端与基底层50的阳极侧的面接触。由此，限制第一密封构件83在层叠方向上被过度压缩。
尤其，在本实施方式中，第一限制部96不仅具有上述多个凸部961，还具有向层叠方向的相反侧凸出的多个凸部962。在沿层叠方向观察的状态下，凸部961和凸部962沿着第一密封构件83交替排列。并且，该多个凸部962与基底层50的阴极侧的面接触。这样一来，第一限制部96能够与配置在隔板20一侧的电解单元10的基底层50和配置在隔板20另一侧的电解单元10的基底层50均接触。因此，能够稳固第一限制部96在层叠方向上的位置。其结果，能够进一步限制第一密封构件83在层叠方向被过度压缩。
如图5所示，凸部961、962的顶端形成为平坦面。并且，该平坦面与基底层50接触。如此，相较于使凸部961、962的顶端与基底层50点接触的情况，能够抑制施加在基底层50上的每单位面积的压力。因此，能够降低基底层50的损伤。
＜4-4.第二限制部＞
如图3和图4所示，本实施方式的金属板21具有第二限制部97。第二限制部97是用于限制第二密封构件84在水流通孔26的周围被过度压缩的限制部。
第二限制部97位于第二密封构件84附近。如图3和图4所示，第二限制部97沿着第二密封构件84设置成环状。本实施方式的第二限制部97具有形成在金属板21上的多个凸部971。多个凸部971通过金属板21的冲压加工而形成。第二限制部97的该凸部971朝向基底层50的阴极侧的面凸出。并且，凸部971的顶端与基底层50的阴极侧的面接触。由此，限制第二密封构件84在层叠方向上被过度压缩。
尤其，在本实施方式中，第二限制部97不仅具有上述多个凸部971，还具有向层叠方向的相反侧凸出的多个凸部972。在沿层叠方向观察的状态下，凸部971和凸部972沿着第二密封构件84交替排列。并且，该多个凸部972与基底层50的阳极侧的面接触。如此一来，能够使第二限制部97与配置在隔板20一侧的电解单元10的基底层50和配置在隔板20另一侧的电解单元10的基底层50均接触。因此，能够稳固第二限制部97在层叠方向上的位置。其结果，能够进一步限制第二密封构件84在层叠方向被过度压缩。
＜4-5.第三限制部＞
如图3和图4所示，本实施方式的金属板21具有第三限制部98。第三限制部98是用于限制第三密封构件85在氧气流通孔27的周围被过度压缩的限制部。
第三限制部98位于第三密封构件85的附近。如图3和图4所示，第三限制部98沿着第三密封构件85设置成环状。本实施方式的第三限制部98具有形成在金属板21上的多个凸部981。多个凸部981通过金属板21的冲压加工而形成。第三限制部98的该凸部981向基底层50的阴极侧的面凸出。并且，凸部981的顶端与基底层50的阴极侧的面接触。由此，限制第三密封构件85在层叠方向上被过度压缩。
尤其，在本实施方式中，第三限制部98不仅具有上述多个凸部981，还具有向层叠方向的相反侧凸出的多个凸部982。在沿层叠方向观察的状态下，凸部981和凸部982沿着第三密封构件85交替排列。并且，该多个凸部982与基底层50的阳极侧的面接触。如此一来，能够使第三限制部98与配置在隔板20一侧的电解单元10的基底层50和配置在隔板20另一侧的电解单元10的基底层50均接触。因此，能够稳固第三限制部98在层叠方向上的位置。其结果，能够进一步限制第三密封构件85在层叠方向被过度压缩。
＜4-6.限制部的变形例＞
虽然在上述实施方式中，金属板21具有阳极外周限制部94、阴极外周限制部95、第一限制部96、第二限制部97和第三限制部98，但金属板21也可以仅具有上述限制部中的一部分限制部。例如，金属板21也可以仅具有上述限制部中的阳极外周限制部94和阴极外周限制部95。在隔板20的外周部，对相邻的基底层50的间隔进行限制，从而，能够在一定程度上限制位于内侧的第一密封构件83、第二密封构件84和第三密封构件85的压缩量。
在上述实施方式中，对水电解装置中的电解单元10和隔板20的层叠结构30进行了说明。但是，也可以将与上述实施方式等同的结构应用于燃料电解单元中的电解单元与隔板的层叠结构。另外，与上述实施方式等同的结构还可以应用于在对甲苯等芳香族化合物进行氢化来制造有机氢化物(例如，甲苯-甲基环己烷)的LOHC(Liquid Organic HydrogenCarrier：有机液态储氢)工艺中使用的电解单元和隔板的层叠结构。

Claims (8)

1.一种隔板，用于层叠结构，所述层叠结构是交替层叠所述隔板与具有包括电解质膜的基底层的电解单元而形成的，其中，
所述隔板具备：
金属板；以及
环状密封构件，配置在所述金属板的表面上，
所述金属板具有：
限制部，在所述密封构件的附近与所述基底层接触。
2.根据权利要求1所述的隔板，其中，
所述限制部是形成在所述金属板上的凸部。
3.根据权利要求2所述的隔板，其中，
所述限制部具有：
与层叠在层叠方向的一侧的所述基底层接触的凸部；
与层叠在所述层叠方向的另一侧的所述基底层接触的凸部。
4.一种水电解装置，其中，具备：
多个在权利要求1至3中任一项所述的隔板，以及
多个所述电解单元，
所述水电解装置具有所述层叠结构。
5.根据权利要求4所述的水电解装置，其中，
所述隔板具有：
作为所述密封构件的外周密封构件，位于所述基底层的外周部与所述金属板的外周部之间，
所述金属板具有：
作为所述限制部的外周限制部，在所述外周密封构件的附近与所述基底层接触。
6.根据权利要求4或5所述的水电解装置，其中，
所述电解单元具有：
阴极催化剂层，层叠在所述电解质膜的一侧；以及
阴极气体扩散层，层叠在所述阴极催化剂层的一侧，
所述金属板具有：
氢气流通孔，供从所述阴极气体扩散层排出的氢气流通，
所述隔板具有：
作为所述密封构件的第一密封构件，在沿所述层叠方向观察的状态下，包围所述氢气流通孔，
所述金属板具有：
作为所述限制部的第一限制部，在所述第一密封构件的附近与所述基底层接触。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的水电解装置，其中，
所述电解单元具有：
阳极催化剂层，层叠于所述电解质膜的另一侧；以及
阳极气体扩散层，层叠于所述阳极催化剂层的另一侧，
所述金属板具有：
水流通孔，供向所述阳极气体扩散层供给的水流通，
所述隔板具有：
作为所述密封构件的第二密封构件，在沿所述层叠方向观察的状态下，包围所述水流通孔，
所述金属板具有：
作为所述限制部的第二限制部，在所述第二密封构件的附近与所述基底层接触。
8.根据权利要求4至7中任一项所述的水电解装置，其中，
所述电解单元具有：
阳极催化剂层，层叠于所述电解质膜的另一侧；以及
阳极气体扩散层，层叠于所述阳极催化剂层的另一侧，
所述金属板具有：
氧气流通孔，供从所述阳极气体扩散层排出的氧气流通，
所述隔板具有：
作为所述密封构件的第三密封构件，在沿所述层叠方向观察的状态下，包围所述氧气流通孔，
所述金属板具有：
作为所述限制部的第三限制部，在所述第三密封构件的附近与所述基底层接触。
CN202311130786.4A 2022-09-20 2023-09-01 隔板及水电解装置 Pending CN117737787A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022149018A JP2024043818A (ja) 2022-09-20 2022-09-20 セパレータおよび水電解装置
JP2022-149018 2022-09-20

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN117737787A true CN117737787A (zh) 2024-03-22

Family

ID=87196150

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202311130786.4A Pending CN117737787A (zh) 2022-09-20 2023-09-01 隔板及水电解装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20240093389A1 (zh)
EP (1) EP4343031A2 (zh)
JP (1) JP2024043818A (zh)
CN (1) CN117737787A (zh)

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2022023996A (ja) 2021-11-05 2022-02-08 東京瓦斯株式会社 電気化学デバイス

Also Published As

Publication number Publication date
US20240093389A1 (en) 2024-03-21
EP4343031A2 (en) 2024-03-27
JP2024043818A (ja) 2024-04-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8337678B2 (en) Electrochemical apparatus
US7531265B2 (en) Fuel cell
US9194048B2 (en) Electrochemical device
US8815063B2 (en) High-pressure water electrolysis apparatus
US20060201800A1 (en) Electrolysis apparatus, electrochemical reaction membrane apparatus, porous electrical conductor, and production method thereof
US9196911B2 (en) Fuel cell gas diffusion layer integrated gasket
WO2008015528A1 (en) Fuel cell
CN113215603B (zh) 水电解电堆
JP2013033650A (ja) 固体電解質型燃料電池用電解質膜・電極構造体
KR20110047676A (ko) 막-전극-급전체 접합체 및 이의 제조방법
US20110180398A1 (en) Water electrolysis apparatus
US20180090773A1 (en) Fuel cell stack
US8197987B2 (en) Separator for fuel cell
EP2736108B1 (en) Gasket for fuel cell
US8911916B2 (en) Fuel cell
CN117737787A (zh) 隔板及水电解装置
US20240093383A1 (en) Water electrolyzer
US9350034B2 (en) Fuel cell gas diffusion layer integrated gasket
JP4083600B2 (ja) 燃料電池
CN218677211U (zh) 单电池以及燃料电池
US20240141521A1 (en) Water electrolysis cell
WO2023233740A1 (ja) 膜電極接合体、電解セル、電解装置、及び膜電極接合体の製造方法
WO2024069166A1 (en) Membrane assembly and method
JP2004311155A (ja) 燃料電池スタック
CN117080477A (zh) 燃料电池组

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination