JP2020525653A5

JP2020525653A5 -

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Publication number: JP2020525653A5
Application number: JP2019572810A
Authority: JP
Filing date: 2018-07-02
Publication date: 2021-08-19
Anticipated expiration: 2038-07-02

Description

今日、水電解槽は約６５−７０％のスタック効率（高位発熱量（又は高発熱量；higher heating value）、ＨＨＶ）で稼働され、約６５−７０％のスタック効率は１ｋｇのＨ_２につき約５５ｋＷｈの電気を必要とする。５５ｋＷｈの内、約５０ｋＷｈが電解プロセスによって使用され、５ｋＷｈがプラントのバランス（循環及び給水ポンプ、熱交換、イオン交換、ガス／水の分離、バルブ及びセンサー）によって使用される。水電解槽システムの多くは、電気コストは生成される水素のコストの８０％まで達し、水電解槽のスタック効率の増大は全体の主要な電気エネルギー消費及び水素の総コストの両方を改善する。

本発明の目的は水電解による水素の生成のための改良された方法及びシステムを提供することである。エネルギー消費を減じ、結果として生成される水素のコストを減じることがさらなる狙いである。本発明の他の目的は、電解槽内での酸素及び水素の可燃性又は爆発性混合物の形成を回避することである。

カソード金属製バイポーラ・プレート（１ｂ）もまた高腐食耐性及び高電気伝導性を有する金属材料から成っている。カソード・バイポーラ・プレート（１ｂ）には流れ場パターン（９）が設計されているが、アノード・バイポーラ・プレート（１ａ）の流れ場パターン（６）と必ずしも同じではなく、また、カソード金属製バイポーラ・プレート（１ｂ）には、電解槽デバイスのアクティブ・エリアに沿って最適な水及びガスの分配のための、流れ場パターン（９）に対応する入口（１０）及び出口（１１）流れ分配マニホールドが設計されているが、アノード側における（７）及び（８）は必ずしも同じではない。

Claims

高分子電解質膜（ＰＥＭ）付水電解槽セル内で水素を生成するための方法であって、該方法は、
直流電流を水電解槽セルに印加すること、
カソード室から水分子を、高分子電解質膜を通じてアノード室中へ拡散させること、
アノード触媒層における水分子をプロトン、酸素、及び電子へと酸化させること、
プロトンを、高分子電解質膜を通じてカソード室中へと移動させること、
カソード触媒層におけるプロトンを還元し水素を生成すること、
液体水をカソード室へ供給すること、及び
加湿空気をアノード室へ供給すること
を含み、前記高分子電解質膜は５０μｍ未満の厚さを有する、
方法。
加湿空気が電解槽の公称動作温度において７５％ＲＨを超える相対湿度（ＲＨ）を有する、請求項１に記載の方法。
加湿空気が過飽和空気である、請求項１に記載の方法。
稼働中における前記アノード室を、大気圧を僅かに超える圧力で稼働させ、カソード室をアノード室の圧力より０．５ｂａｒ〜３５ｂａｒ高い圧力で稼働させる、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
流れ分配マニホールドを通じて、アノード・バイポーラ・プレートにおける流れ場パターンを介して加湿空気を供給する、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
高分子電解質膜が５〜４９μｍの範囲内の厚さを有する、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
水素を生成するための高分子電解質膜（ＰＥＭ）付水電解槽セルであって、
アノード・バイポーラ・プレート、アノード金属製多孔質輸送層、及びアノード触媒層を有して成るアノード室、
カソード・バイポーラ・プレート、カソード金属製多孔質輸送層、及びカソード触媒層を有して成るカソード室を有して成り、
前記カソード室は入口及び出口流れ分配マニホールドの第１セットを通してイオン交換液体水が供給されるようになっており、前記カソード・バイポーラ・プレートには第１流れ場パターンが設計されており、
前記アノード室は入口及び出口流れ分配マニホールドの第２セットを通して加湿空気が供給されるようになっており、前記アノード・バイポーラ・エリアには第２流れ場パターンが設計されており、
前記アノード触媒層及び前記カソード触媒層が、高分子交換膜のどちらか一方の側に覆われ、高分子電解質膜は５０μｍ未満の厚さを有する、
高分子電解質膜（ＰＥＭ）付水電解槽セル。
高分子電解質膜が５〜４９μｍの範囲内の厚さを有する、請求項７に記載のＰＥＭ電解槽セル。
高分子電解質膜が再結合触媒として白金又はパラジウムをさらに含んで成る、請求項７又は８に記載のＰＥＭ電解槽セル。
直列に接続された請求項７〜９のいずれかに記載の高分子電解質膜付水電解槽セルを複数有して成る、ＰＥＭ水電解槽スタック。
ＰＥＭ水電解槽システムであって、
水及び酸素の管理システム、
水素ガスの管理システム、
水インプットシステム、
取り付け及びパッケージングキャビネットサブシステム、
通気システム、
パワーエレクトロニクス及び電源、
システムコントロール及び計器を有して成り、
請求項１０に記載の高分子電解質膜付水電解槽スタック、並びに
加湿空気の供給及び加湿システムを更に有して成る、
システム。