JP2019151917A - 電流密度の均質化のための水電解装置 - Google Patents
電流密度の均質化のための水電解装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2019151917A JP2019151917A JP2019007601A JP2019007601A JP2019151917A JP 2019151917 A JP2019151917 A JP 2019151917A JP 2019007601 A JP2019007601 A JP 2019007601A JP 2019007601 A JP2019007601 A JP 2019007601A JP 2019151917 A JP2019151917 A JP 2019151917A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- anode
- active layer
- anode active
- collector
- point
- 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
Links
Images
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
- 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
-
- 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
- C25B11/04—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
- C25B11/051—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier
-
- 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
- C25B11/04—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
- C25B11/051—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier
- C25B11/073—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material
-
- 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
- C25B11/04—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
- C25B11/051—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier
- C25B11/073—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material
- C25B11/091—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material consisting of at least one catalytic element and at least one catalytic compound; consisting of two or more catalytic elements or catalytic compounds
- C25B11/093—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material consisting of at least one catalytic element and at least one catalytic compound; consisting of two or more catalytic elements or catalytic compounds at least one noble metal or noble metal oxide and at least one non-noble metal oxide
-
- 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
-
- 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
- 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
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/8636—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells with a gradient in another property than porosity
- H01M4/8642—Gradient in composition
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/88—Processes of manufacture
- H01M4/8825—Methods for deposition of the catalytic active composition
- H01M4/8828—Coating with slurry or ink
-
- 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
-
- 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
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
- Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
Abstract
【課題】電流密度の均質化のための水電解装置の提供。【解決手段】プロトン交換膜と、電極触媒材料を含むアノード活性層とを有し、プロトン交換膜の片側に配置された膜/電極接合体;水入口用コレクター(81);酸素出口用コレクター(82);アノード活性層に面するアノード(8)、ここで一端が水入口用コレクターと連通し、他端が酸素出口用コレクターと連通している;を備える水電界装置。線(X)の法線に従った断面において、アノードの点(A、B)はそれぞれ水入口用コレクター及び酸素出口用コレクターから合算距離を有し、アノードの周囲の第1の点(A)の合算距離は、線(X)上に位置する第2の点(B)の合算距離よりも10%以上大きく;第1の点におけるアノード活性層の表面に対する電極触媒材料の上積みは、第2の点におけるその表面に対する上積みよりも10%以上大きい。【選択図】図2
Description
本発明は、水の電気分解による二水素の製造のための電気分解装置、特にプロトン交換膜を備えた電気分解装置に関する。
電解槽は膜/電極接合体を含み、プロトン交換膜は一方の側にカソード活性層をそして他方の側にアノード活性層を備えている。水がアノードに導入される。酸素は、水の酸化によってアノードで生成され、プロトンが放出される。プロトンは膜を通過して固体電解質を形成し、プロトン還元によってカソードで水素が発生する。
カソード材料は高い電位に耐えなければならない。したがって、アノード活性層の形成に使用できる電極触媒材料は比較的少ない。このためアノード層の電極触媒材料はIrO2やIrO2X IrO2Rt合金であることが一般的である。
膜/電極接合体の表面全体にわたって均一な圧力を維持しようとし、またこの表面全体の電気的特性を可能な限り均質化しようとするときでも、膜/電極接合体の異なる領域で電流密度に著しい差があった。特に、アノードの中心とその周囲との間に電流密度勾配が観察される。この電流密度勾配は、電解槽の経年変化と共にさらに増大する。このような勾配は、電解槽の運転にとって有害であり、アノードの区域に応じていくつかの異なる作動状態にバラバラにさせる。アノードの中央部分に電流密度が集中すると触媒の早期劣化がさらに引き起こされるのはアノードの設計よりも電流密度が高いからである。反対に、アノードの周辺部における電流密度が低すぎると、プロトン交換膜の化学的劣化を引き起こす可能性がある。
本発明は、これらの欠点のうちの1つ以上を解決することを目的とする。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲で定義されているように、水を電気分解するための装置に関する。
本発明はまた従属請求項の変形にも関連する。当業者の観点に立てば、従属請求項の各特徴又は説明を独立請求項の特徴と独立して組み合わせられると考えられるが、必ずしも中間概念の一般化を構成するものではない。
本発明の他の特徴及び利点は、添付の図面を参照しながら、限定としてではなく示唆として以下に示す説明より明らかになると考えられる:
図1は、二水素を製造するための水の電気分解装置1の一例の断面図である。電解装置1は、電気化学セル2と電源3とを備える。
電気化学セル2は、膜/電極接合体4と、膜/電極接合体4の両側に配置された流動拡散部材5,6と、給電板7,8とを備えている。プレート7はカソードを形成し、プレート8はアノードを形成する。流動拡散部材5,6は、膜/電極接合体4とカソード7との間、及び他の膜/電極接合体4とアノード8との間にそれぞれ配置されている。膜/電極接合体4は、プロトン交換膜43と、このプロトン交換膜43の両面に固定されたカソード活性層41及びアノード活性層42とを備える。カソード7は活性カソード層41に対向して配置されている。アノード8はアノード活性層42に対向して配置されている。
カソード7の一端には、二水素の出口用のコレクター72が拡散部材5上に対して開口するように形成されている。カソード7は図示しない二水素排出用のダクトを有しており、これがコレクター72と連通する。
アノード8の一端には水入口用コレクター81が拡散部材6上に対して開口するように設けられている。プレート8の他端には酸素出口用コレクター82が、これもまた拡散素子6に対して開口するように形成されている。供給プレート8は、コレクター81とコレクター82との間の流体の流れを案内する機能も有する。図示しない給水管路がコレクター81と連通している。図示されていない酸素排出導管がコレクター82と連通している。アノード8と膜/電極接合体4との間にはシール9が配置されており、アノード8を取り巻いている。シール9は、コレクター81と82の間の流れをシールするためのものである。
図2を参照しつつ、アノード8の第1構成例を示す。ここでアノード8は実質的に円形である。ここで全般的な流れの向きはコレクター81とコレクター82とを結ぶ一点鎖線Xで示している。ここでコレクター81と82との間の流れの向きは破線の矢印で示している。
図3を参照しつつ、アノード8の第2構成例を示す。ここでアノード8は実質的に矩形である。
電源3は、供給プレートにおける電流密度が500から40,000 A/m2の間で、かつ全般にわたって1.48 Vから3 Vの間の直流電圧を印加するように構成されている。このような電圧を印加することによって、アノード8での水の酸化反応から二酸素が生成し、カソード7でのプロトン還元反応から二水素が生成する。
アノード8での反応は以下の通りである:
2H2O → 4H+ + 4e- + O2
アノード反応により発生したプロトンは、プロトン交換膜43を通過してカソード7に到達する。電源3は、アノードでの反応によって発生した電子をカソード7に送る。
さらにカソード7における反応は以下の通りである。
2H+ + 2e- → H2
プロトン交換膜43は、アノード活性層42とカソード活性層41との間をプロトンに行き来させる一方で発生した電子に加えて二酸素及び二水素とを遮断するように機能する。
図2に示すように、アノード8の幅はコレクター81及び82よりも広い(ここでは、流れ方向Xに対して垂直な方向に沿ったアノード8の最大寸法として幅を定義する。)。コレクター81と82との間の流れを幅に沿った様々な点(流れ方向Xの法線に沿った断面の様々な点)で見ると、これらの様々な点を通過する流体の流れが、全く異なる長さを有する経路をたどることが分かる。これらの異なる経路による圧力降下(perte de charge)は、これらの流れ中に水が存在するために、大きな変動を示す可能性がある。これは、コレクター81と82の間の中間で特に顕著である。
この差は、線Xに対して垂直なアノード8の直径(diame’tre)上に位置する点A及びBによって図2に示されている。点Bは、コレクター81、82を結ぶ線上に位置している。点Aは、アノード8の周囲に位置している。一方のコレクター81からの距離と他方のコレクター82からの距離とを合成した、これらの点のそれぞれの合算距離を求めることができる。点Bについては、この合算距離DBは、コレクター81とコレクター82との間の距離に等しい。点Aについては、この合算距離DAは、点Aとコレクター81との間の距離DA1と、点Aとコレクター82との間の距離DA2との合計に等しい。距離DAと距離DBとの差は少なくとも10%であり、図示の例では約40%である。図3において、実質的に矩形のアノード8の構成についてもまた点Aと点Bが特定されており、距離DAとDBとの間に差がある。
流れの異なる点に対するこれらの距離の不一致は圧力降下の不一致を生じさせ、点Aを通過する流れの圧力降下は点Bを通過する流れのそれよりも大きい。圧力降下におけるこれらの差は、アノード電流の不一致を誘発し、それは、特に、電気化学セル2の特定の領域の加速的な経時劣化をもたらし得る。本発明は、同じ区画中の2つの点について合算距離の間に少なくとも20%の差があるときに特に有意義である。
本発明は、様々な領域でアノード8を横切る電流密度を均一化するために、アノード活性層42に対して電極触媒材料を上積み(chargement)することを提案するものであり、アノード8の周囲に対向する点において、電極触媒材料は直線X上に位置する点と比較して、少なくとも10%大きく、ここでこれらの2点は、直線Xに垂直なアノードの同じセクション内に位置する。
したがって、図2の例では、点Aに対するアノード活性層42への電極触媒材料の上積みは、点Bに対するその上積みより少なくとも10%大きい。流束が低くなっている領域で電極触媒材料の上積みを増加させることによって、アノード8の表面全体にわたって電流密度を均一化することが可能である。
この例では、アノード8の周辺領域85を例えば中央領域86に対して区別している。領域85と領域86との間の境界は、ここでは一点鎖線の円で示されている。図4は、活性層42の概略を表す正面図である。このように活性層42は、領域85上に重ねられた周辺領域425と、領域86上に重ねられた中央領域426とを有する。
領域426におけるアノード活性層の表面への電極触媒材料の上積みの平均は、領域425の表面への上積みの平均よりも少なくとも10%大きい。図示の例では、表面への電極触媒材料の上積みの平均は活性層42の領域425内で均一である。表面への電極触媒材料の上積みの平均はまた領域426において均一である。領域426は、例えば活性層42の周囲から始まる連続的な幅を有するストリップ(bande)上に作られてもよい。領域426は、例えば活性層42の表面の少なくとも20%、好ましくは少なくとも35%を形成するように寸法を設計してもよい。
活性層42を、ディスク状の中央領域、帯状の周辺領域、及びディスクと周辺ストリップ(bande pe’riphe’rique)との間に配置されたストリップ形状の中間領域を有するように形成することも考えられる。したがって、表面への電極触媒材料の上積みの違いを用いて、活性層42の様々な動作領域を個々によりよくすることが可能である。周辺ストリップと中間ストリップ(bande interme’diaire)との境界は、活性層42の周縁からの距離によって規定してもよい。
膜/電極接合体4を作製し、アノード活性層42が様々な電極触媒の上積みのなされた領域を備えるようにすることは、噴射式のインクジェットプリンタによって容易にできる。そして、アイオノマーに溶解した電極触媒材料のインクを用いて、そのようなプリンタにより膜43の面の様々な位置に異なる量のインクを付着させることができる。インクの量を調節するために、例えば、様々な領域でインクの流速を調節してもよく、又は同じ流速を使用してもよいが、異なる領域においてはプリントヘッドによって重ね合わせて堆積される層の数を異ならせてもよい。そして、そのような方法によって層42の表面への電極触媒材料の上積みの平均を調整することが容易になる。そのような方法において、層42の様々な領域における厚さの差は無視できるものであり、セル2の動作に影響を与えない。
アノード活性層42の電気触媒材料は、好ましくは例えばIrO2又はIrO2X(X= Ru, Sn)の合金であってもよい。アノード活性層42の電極触媒材料は、触媒層の乾燥抽出物中に50重量%を超えるこれらの材料の1つを含むのが好ましい。アノード活性層42の表面に対するそのような電極触媒材料の上積みの平均は、例えば、1〜3mg/cm2、好ましくは1.7〜2.1mg/cm2でもよい。そしてこのような上積みにより、経時劣化が減少し、さらに電極触媒材料のコストも減少するため、最新技術のものと同様の性能が得られるであろう。
それ自体公知の方法で、アノード層42の電極触媒材料を、ポリマー材料のマトリックス、例えばスルホン化テトラフルオロエチレンをベースとするフルオロポリマーのようなアイオノマーで被覆することができる。
層42の電極触媒材料をアンチモン添加酸化スズ(ATO)のような支持体上に固定することも考えられる。
アノード活性層42は炭素ベースの支持体を含まないことが好ましい。
プロトン交換膜43は、例えば100μm以上の厚さで作製してもよい。膜43は例えばNafionの商品名にて市販されているアイオノマーで作製してもよい。
円形である層42とアノード8のために、特にアノード活性層42に様々な設計を用いて決定試験を行った。
例えば、第1の種類の層42は以下のパラメータに沿って膜/電極接合体4に一体化されている:
− 層42の表面に対するIrO2の上積みの平均が1.795 mg/cm2;
− 層42の周辺ストリップの表面に対するIrO2の上積みの平均が1.98 mg/cm2;
− 層42の中央ディスクの表面に対するIrO2の上積みの平均が1.25 mg/cm2;
− 周辺ストリップと中央ディスクとの間に配置される層42の中間ストリップの表面IrO2の上積みの平均が1.56 mg/cm2;
− 電極触媒材料の分布が周辺ストリップに30%、中間ストリップに62%、中央ディスクに8%;
− カソード活性層41の備える、炭素ベースの支持体上の表面に対するPtの上積みの平均が0.8 mg/cm2。
別の例では、第2の種類の層42が、以下のパラメータに沿って膜/電極接合体4に一体化されている:
− 層42の表面に対するIrO2の上積みの平均が2.046 mg/cm2;
− 層42の周辺ストリップの表面に対するIrO2の上積みの平均が2.5 mg/cm2;
− 層42の中央ディスクの表面に対するIrO2の上積みの平均が1.4 mg/cm2;
− 周辺ストリップと中央ディスクとの間に配置される層42の中間ストリップの表面に対するIrO2の上積みの平均が1.87 mg/cm2;
− 電極触媒材料の分布が周辺ストリップに30%、中間ストリップに62%、中央ディスクに8%;
− カソード活性層41の備える、炭素ベースの支持体上の表面に対するPtの上積みの平均が0.8 mg/cm2。
図5及び図6は、第2の種類の活性層42に関してアノード8を通る電流の分布を、それが使用された時と、100時間使用した後とについてそれぞれを示す。ここでは、A/cm2で電流密度の範囲が様々に表されている。
本発明は、中央領域、中間ストリップ及び周辺ストリップという異なる領域について比較的均一な電流密度を得ることを可能にしたことが特徴である。したがって、膜/電極接合体中の異なる領域における経時劣化もまた均一であると考えられる。本発明では、特に中央領域における電流の集中を回避できる。また本発明では周辺領域の電流密度を増加させるので、その表面の大部分を構成している活性層42の領域を有効利用できるが、流体の流れがそこに達するために受ける圧力降下のために通常であれば効率が低下する。試運転時の平均電流密度は0.405 A/cm2であった。
経時劣化後の電流密度分布は0.397 A/cm2であったが、その均一性は損なわれないことが分かった。これは、AMEの劣化現象を最小限に抑える上で活性層の構造化に着目すべきことを表している。
電気化学セル2は、膜/電極接合体4とアノード8との間に配置された流れ拡散部材6を備えることが好ましい。
図7は、水拡散部材6の第1の例にあたる構成を模式的に示す断面図である。ここで水拡散部材6は、いくつかのグリル61〜63と多孔質層64との重ね合わせを含む。多孔質層64は層42と接触するように配置され、ゲート61はアノード8と接触するように配置されている。この例では、3つのグリル61〜63が重ね合わされている。グリル61〜63は、1 mm以上の幅を有する比較的広いメッシュ(mailles)を有する。グリル61〜63は、その大きさ(volume)の範囲内で水を分配する役割を有する。多孔質層64は、例えば10〜50 μmの大きさで、30〜50 %の空隙率を有する孔で構成されていてもよい。多孔質層64は、層42に対して水を微細に分布させることを意図している。多孔質層64はまた、発生したガスを排出し、可能な限り電気的接触を均一にすることを意図している。多孔度の勾配を形成するために、異なる多孔度を有するいくつかの多孔質層64を重ね合わせることも考えられる。グリル61〜63及び多孔質層64は導電性である。この水拡散部材6の厚さは、例えば1〜3mmでもよい。
図8は、水拡散部材6の第2の例にあたる他の構成を模式的に示す断面図である。水拡散部材6は、ここでは水流ガイドの形態をしている。部材6は一体成形されている。部材6は、流路63を画定する壁64を備える。流路63は線Xと平行であるため、コレクター81からコレクター82への流体の流れを案内することができる。流路63の深さは、例えば1〜3mmである。
Claims (13)
- 水電解装置(1)であって、以下を備え:
− プロトン交換膜(43)と、電極触媒材料を有しておりまた前記プロトン交換膜(43)の一方の側に配置されているアノード活性層(42)とを備える膜/電極アセンブリ(4);
− 水入口用コレクター(81);
− 酸素出口用コレクター(82)、ここで水入口用コレクター(81)を酸素出口用コレクター(82)に接続する直線(X)は、ほぼ流れの方向に沿って延びる;
− アノード活性層(42)に対向しているアノード(8)、ここで一端が水入口用コレクター(81)と連通しており、他端が酸素出口用コレクター(82)と連通している;
− 以下の特徴を有する:
− 前記線(X)の法線に従った断面において、アノード(8)の点(A、B)は、それぞれ水入口用コレクター(81)との間及び酸素出口用コレクター(82)との間の合算距離を有しており、アノード(8)の周囲にある第1の点(A)の合算距離は、前記線(X)上に位置する第2の点(B)の合算距離よりも10%以上大きく;
− 第1の点におけるアノード活性層(42)の表面に対する電極触媒材料の上積みの平均は、第2の点におけるその表面に対する上積みの平均よりも10%以上大きい、
装置(1)。 - 前記アノード活性層(42)の前記電極触媒材料は、当該アノード活性層の固形分中に50質量%を超えるIrO2を含有する、請求項1に記載の装置(1)。
- 前記アノード活性層(42)の前記電極触媒材料が、当該アノード活性層の固形分中に50質量%を超えるIrO2Xを含む、ここでX=Ru又はSnである、請求項1に記載の装置(1)。
- 前記アノード活性層(42)の表面に対するIrO2の上積みの平均が1〜3mg/cm2である、請求項2又は3に記載の装置(1)。
- 前記プロトン交換膜(43)の厚さが100μm以上である、請求項1〜4のいずれに記載の装置(1)。
- 前記第1の点(A)の合算距離が、前記第2の点(B)の合算距離より20%以上大きい、請求項1〜5のいずれかに記載の装置(1)。
- 前記アノード(8)が円形である、請求項1〜6のいずれかに記載の装置(1)。
- 前記アノード活性層(42)が、前記電極触媒材料を被覆しているポリマー材料のマトリックスを備える、請求項1〜7のいずれかに記載の装置(1)。
- 前記アノード活性層(42)と前記アノード(8)との間に配置された水拡散透過性部材(6)をさらに備える、請求項1〜8のいずれかに記載の装置(1)。
- 前記透過性部材(6)が、いくつかのグリルと多孔質層との積層体を備える、請求項9に記載の装置(1)。
- アノード(8)とアノード活性層(42)との間に配置されたフローガイドを備え、前期フローガイドが水入口用コレクター(81)と酸素出口用コレクター(82)との間の流路を画定する、請求項1〜8のいずれかに記載の装置(1)。
- 前記アノード活性層(42)は炭素ベースの支持体を含まない、請求項1〜11のいずれかに記載の装置(1)。
- 以下のものをさらに備える:
− プロトン交換膜(43)を挟んで前記アノード活性層(42)とは反対側の一方の側に配置されたカソード活性層(41);
− 前記カソード活性層(41)に対向するカソード(7)、ここで前記カソード及び前記アノードは導電性である。
− 陽極と陰極との間に電位差を印加するように構成された電源回路(3)、
請求項1〜12のいずれかに記載の装置(1)。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR1850509 | 2018-01-23 | ||
FR1850509A FR3077076B1 (fr) | 2018-01-23 | 2018-01-23 | Dispositif d'electrolyse de l'eau pour l'homogeneisation de la densite de courant |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2019151917A true JP2019151917A (ja) | 2019-09-12 |
Family
ID=62222829
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019007601A Pending JP2019151917A (ja) | 2018-01-23 | 2019-01-21 | 電流密度の均質化のための水電解装置 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20190226097A1 (ja) |
EP (1) | EP3514871B1 (ja) |
JP (1) | JP2019151917A (ja) |
FR (1) | FR3077076B1 (ja) |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7901549B2 (en) * | 2006-12-06 | 2011-03-08 | General Electric Company | Gas evolving electrolysis system |
JP4323535B2 (ja) * | 2007-04-26 | 2009-09-02 | クロリンエンジニアズ株式会社 | 水電解装置 |
FR2945378B1 (fr) * | 2009-05-11 | 2011-10-14 | Commissariat Energie Atomique | Cellule de pile a combustible haute temperature a reformage interne d'hydrocarbures. |
US9194048B2 (en) * | 2010-03-23 | 2015-11-24 | Honda Motor Co., Ltd. | Electrochemical device |
FR2985523B1 (fr) * | 2012-01-06 | 2014-11-28 | Commissariat Energie Atomique | Electrode poreuse pour membrane echangeuse de protons |
US10273586B2 (en) * | 2014-02-20 | 2019-04-30 | Proton Energy Systems, Inc. | Electrochemical cell |
TWI618837B (zh) * | 2016-06-17 | 2018-03-21 | Yuan Ze University | 灌溉系統 |
WO2018080571A1 (en) * | 2016-10-24 | 2018-05-03 | Precison Combustion, Inc. | Solid oxide electrolysis with internal heater |
-
2018
- 2018-01-23 FR FR1850509A patent/FR3077076B1/fr not_active Expired - Fee Related
-
2019
- 2019-01-16 EP EP19152189.7A patent/EP3514871B1/fr active Active
- 2019-01-21 JP JP2019007601A patent/JP2019151917A/ja active Pending
- 2019-01-22 US US16/253,840 patent/US20190226097A1/en not_active Abandoned
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20190226097A1 (en) | 2019-07-25 |
EP3514871B1 (fr) | 2020-08-12 |
EP3514871A1 (fr) | 2019-07-24 |
FR3077076B1 (fr) | 2020-01-17 |
FR3077076A1 (fr) | 2019-07-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
WO2015146944A1 (ja) | 有機ハイドライド製造装置 | |
JP6786426B2 (ja) | 電気化学還元装置及び芳香族炭化水素化合物の水素化体の製造方法 | |
JP6971534B2 (ja) | 膜電極複合体および電気化学セル | |
JP2010129265A (ja) | 燃料電池 | |
JP2014509052A (ja) | 高性能プロトン交換膜燃料電池 | |
US9431665B2 (en) | Selectively coated bipolar plates for water management and freeze start in PEM fuel cells | |
JP2003178780A (ja) | 高分子電解質型燃料電池システム、および高分子電解質型燃料電池の運転方法 | |
JPWO2011036834A1 (ja) | 直接酸化型燃料電池 | |
KR20140020297A (ko) | 사용수명이 증가된 양성자교환막을 포함하는 연료전지 | |
JP6135644B2 (ja) | 膜電極接合体および燃料電池 | |
JP2015064968A (ja) | 燃料電池用セパレータ、燃料電池、及び、燃料電池用セパレータの製造方法 | |
JP5354982B2 (ja) | 直接酸化型燃料電池 | |
JP2007335163A (ja) | 膜触媒層接合体、膜電極接合体および高分子電解質形燃料電池 | |
JP2005302709A (ja) | 高分子電解質型燃料電池 | |
JP2019151917A (ja) | 電流密度の均質化のための水電解装置 | |
JP5969000B2 (ja) | プロトン交換膜を備える高寿命の燃料電池 | |
WO2021111774A1 (ja) | 電気化学デバイス | |
JP2005197195A (ja) | 固体高分子型燃料電池 | |
JP2010153158A (ja) | 燃料電池用セパレータおよび燃料電池 | |
JP2007115637A (ja) | 燃料電池用貴金属触媒、燃料電池用電極触媒、燃料電池用電極触媒の製造方法、および、燃料電池用膜電極接合体 | |
JP2009283350A (ja) | 発電体および燃料電池 | |
JP2009037860A (ja) | 燃料電池およびそれに用いるセパレータ | |
JP2007200804A (ja) | 燃料電池 | |
JP2011238443A (ja) | 燃料電池 | |
JP2007335162A (ja) | 膜触媒層接合体、膜電極接合体および高分子電解質形燃料電池 |