WO2020129513A1 - 電気化学式水素ポンプ - Google Patents

電気化学式水素ポンプ Download PDF

Info

Publication number
WO2020129513A1
WO2020129513A1 PCT/JP2019/045139 JP2019045139W WO2020129513A1 WO 2020129513 A1 WO2020129513 A1 WO 2020129513A1 JP 2019045139 W JP2019045139 W JP 2019045139W WO 2020129513 A1 WO2020129513 A1 WO 2020129513A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
anode
hydrogen pump
electrochemical hydrogen
layer
carbon
Prior art date
Application number
PCT/JP2019/045139
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
貴之 中植
鵜飼　邦弘
Original Assignee
パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 filed Critical パナソニックＩｐマネジメント株式会社
Priority to EP19898899.0A priority Critical patent/EP3901330A4/en
Priority to CN201980063476.0A priority patent/CN112771209A/zh
Priority to JP2020561229A priority patent/JP6868800B2/ja
Publication of WO2020129513A1 publication Critical patent/WO2020129513A1/ja
Priority to US17/332,063 priority patent/US20210285427A1/en

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G7/00—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for
    • F03G7/005—Electro-chemical actuators; Actuators having a material for absorbing or desorbing gas, e.g. a metal hydride; Actuators using the difference in osmotic pressure between fluids; Actuators with elements stretchable when contacted with liquid rich in ions, with UV light, with a salt solution
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B17/00—Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/32—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by electrical effects other than those provided for in group B01D61/00
    • B01D53/326—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by electrical effects other than those provided for in group B01D61/00 in electrochemical cells
    • 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
    • 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
    • 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
    • C25B11/052—Electrodes comprising one or more electrocatalytic coatings on a substrate
    • 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
    • C25B11/055—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the substrate or carrier material
    • C25B11/057—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the substrate or carrier material consisting of a single element or compound
    • C25B11/065—Carbon
    • 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
    • C25B13/00—Diaphragms; Spacing elements
    • C25B13/02—Diaphragms; Spacing elements characterised by shape or form
    • 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
    • C25B9/77—Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type having diaphragms
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B19/00—Machines or pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B17/00
    • F04B19/04—Pumps for special use
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B19/00—Machines or pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B17/00
    • F04B19/20—Other positive-displacement pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B37/00—Pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B35/00
    • F04B37/10—Pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B35/00 for special use
    • F04B37/18—Pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B35/00 for special use for specific elastic fluids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G7/00—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for
    • F03G7/008—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for characterised by the actuating element
    • F03G7/012—Electro-chemical actuators

Definitions

  • the present disclosure relates to an electrochemical hydrogen pump.
  • Patent Document 1 in an electrochemical hydrogen pump that performs hydrogen purification and hydrogen pressurization, a first power feeding unit and a second power feeding unit that are respectively composed of two types of titanium metal fibers having different fiber diameters. Disclosed is an anode feeder. This reduces damage to the electrolyte membrane and improves energy efficiency.
  • Patent Document 2 by performing press working on the base portion of the power feeding body made of a titanium powder sintered body, an anode power feeding body in which the porosity of the surface layer portion of the base portion is lower than the porosity of the base portion is obtained. It is disclosed. This can improve the densification and smoothing of the surface layer portion, so that damage to the electrolyte membrane is reduced.
  • JP 2001-342587 A Japanese Patent Laid-Open No. 2012-180553
  • An aspect of the present disclosure is to provide an electrochemical hydrogen pump that can reduce the cost of an anode gas diffusion layer as compared with a metal anode gas diffusion layer, as an example.
  • the electrochemical hydrogen pump of one embodiment of the present disclosure is an electrolyte membrane, an anode electrode provided on one main surface of the electrolyte membrane, and the other main surface of the electrolyte membrane.
  • an anode gas diffusion layer provided on the anode gas diffusion layer.
  • the anode gas diffusion layer includes a carbon porous sheet that is a powder compact.
  • the electrochemical hydrogen pump according to one aspect of the present disclosure has an effect that the cost of the anode gas diffusion layer can be reduced as compared with that of a metal anode gas diffusion layer.
  • FIG. 1A is a diagram showing an example of an electrochemical hydrogen pump of the first embodiment.
  • 1B is an enlarged view of part B of the electrochemical hydrogen pump of FIG. 1A.
  • FIG. 2A is a diagram showing an example of the electrochemical hydrogen pump of the first embodiment.
  • FIG. 2B is an enlarged view of part B of the electrochemical hydrogen pump of FIG. 2A.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of a carbon porous sheet in the electrochemical hydrogen pump of the first embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of an analysis result by Raman spectroscopy of the carbon porous sheet in the electrochemical hydrogen pump of the first embodiment.
  • FIG. 1A is a diagram showing an example of an electrochemical hydrogen pump of the first embodiment.
  • 1B is an enlarged view of part B of the electrochemical hydrogen pump of FIG. 1A.
  • FIG. 2A is a diagram showing an example of the electrochemical hydrogen pump of the first embodiment.
  • FIG. 2B is an enlarged view of part B of the
  • FIG. 5 is a figure which shows an example of the carbon porous body sheet in the electrochemical hydrogen pump of 2nd Example of 1st Embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of measured values of the porosity of the carbon porous sheet in the electrochemical hydrogen pump of the third example of the first embodiment.
  • Patent Document 1 and Patent Document 2 use a gas diffusion layer made of metal, but in the case of a metal, in order to ensure corrosion resistance in an acidic environment, surface plating with a noble metal is necessary. However, it will cause a cost increase. Therefore, the inventors examined the use of a carbon-based gas diffusion layer that is corrosion resistant in an acidic environment and is low-cost, but the anode gas diffusion layer is affected by the high cathode pressure and the flow path of the anode separator is I discovered the problem of buckling in.
  • the inventors have found that a carbon porous sheet that is a powder compact is provided on the anode electrode in order to reduce the possibility of buckling, and the present disclosure described below.
  • One aspect was conceived.
  • the anode electrode is provided with a carbon porous sheet containing amorphous carbon in order to reduce the possibility that the above-mentioned buckling will occur.
  • One aspect was conceived.
  • the electrochemical hydrogen pump according to the first aspect of the present disclosure includes an electrolyte membrane, an anode electrode provided on one main surface of the electrolyte membrane, and a cathode electrode provided on the other main surface of the electrolyte membrane.
  • An anode separator provided on the anode electrode, and the anode electrode includes an anode catalyst layer provided on one main surface of the electrolyte membrane and an anode gas diffusion layer provided on the anode catalyst layer.
  • the anode gas diffusion layer includes a carbon porous sheet that is a powder compact.
  • the electrochemical hydrogen pump of this aspect can reduce the possibility of buckling to the anode separator while reducing the cost of the anode gas diffusion layer as compared with the metal anode gas diffusion layer.
  • the rigidity can be increased by configuring the carbon porous body sheet with a powder compact, for example, as compared with the case where the carbon porous body sheet is configured with carbon fibers. ..
  • the electrochemical hydrogen pump according to the second aspect of the present disclosure includes an electrolyte membrane, an anode electrode provided on one main surface of the electrolyte membrane, and a cathode electrode provided on the other main surface of the electrolyte membrane.
  • An anode separator provided on the anode electrode, and the anode electrode includes an anode catalyst layer provided on one main surface of the electrolyte membrane and an anode gas diffusion layer provided on the anode catalyst layer.
  • the anode gas diffusion layer has a porous carbon sheet whose first surface layer on the anode separator side includes amorphous carbon, and the porous carbon sheet has a D/G>1.0 by Raman spectroscopic analysis.
  • the electrochemical hydrogen pump of this aspect can reduce the possibility of buckling to the anode separator while reducing the cost of the anode gas diffusion layer as compared with the metal anode gas diffusion layer.
  • the carbon porous sheet containing amorphous carbon has relatively few sharp parts confirmed in the conventional metal porous body. Therefore, the electrochemical hydrogen pump of the present embodiment can reduce the possibility of damaging the electrolyte membrane even when such a carbon porous sheet is pressed by the electrolyte membrane, as compared with the conventional metal porous body. ..
  • amorphous carbon having an amorphous carbon bond has higher rigidity than carbon having a crystalline carbon bond. Therefore, in the electrochemical hydrogen pump of this aspect, the carbon porous sheet contains amorphous carbon so that D/G>1.0 by Raman spectroscopic analysis, so that the rigidity of the anode gas diffusion layer is appropriately secured. To be done.
  • the electrochemical hydrogen pump of the third aspect of the present disclosure is the electrochemical hydrogen pump of the first aspect or the second aspect, wherein the carbon porous sheet has at least the Young's modulus in the thickness direction of the first surface layer on the anode separator side. It may be 2.5 GPa or more.
  • the electrochemical hydrogen pump of the present embodiment has a compressive strength in the thickness direction of the porous carbon sheet which has a desired value (for example, 20 MPa), and has a Young's thickness in the thickness direction of the first surface layer on the anode separator side.
  • the anode gas diffusion layer is suppressed from being deformed due to the differential pressure (high pressure) between the cathode electrode and the anode electrode generated during the hydrogen pressure boosting operation of the electrochemical hydrogen pump. ..
  • the electrochemical hydrogen pump of this aspect can reduce the possibility that the anode gas diffusion layer will buckle in the flow path provided in the anode separator due to the above-mentioned differential pressure.
  • An electrochemical hydrogen pump according to a fourth aspect of the present disclosure is the electrochemical hydrogen pump according to the first aspect or the second aspect, wherein the carbon porous sheet has at least the Young's modulus in the thickness direction of the first surface layer on the anode separator side. It may be 7.8 GPa or more.
  • the electrochemical hydrogen pump of the present embodiment has a Young's thickness in the thickness direction of the first surface layer on the anode separator side when the compressive strength of the carbon porous sheet in the thickness direction is a desired value (for example, 40 MPa).
  • a desired value for example, 40 MPa.
  • the electrochemical hydrogen pump of this aspect can reduce the possibility that the anode gas diffusion layer will buckle in the flow path provided in the anode separator due to the above-mentioned differential pressure.
  • An electrochemical hydrogen pump of a fifth aspect of the present disclosure is the electrochemical hydrogen pump of the first aspect or the second aspect, wherein the carbon porous sheet has a bending strength of at least the first surface layer on the anode separator side of 10 MPa or more. It may be.
  • the electrochemical hydrogen pump of this embodiment when the compression strength in the thickness direction of the carbon porous body sheet is a desired value (for example, 20 MPa), the bending strength of the first surface layer on the anode separator side is 10 MPa.
  • the anode gas diffusion layer is prevented from being deformed by the differential pressure (high pressure) between the cathode electrode and the anode electrode generated during the hydrogen pressure boosting operation of the electrochemical hydrogen pump.
  • the electrochemical hydrogen pump of this aspect can reduce the possibility that the anode gas diffusion layer will buckle in the flow path provided in the anode separator due to the above-mentioned differential pressure.
  • An electrochemical hydrogen pump according to a sixth aspect of the present disclosure is the electrochemical hydrogen pump according to the first aspect or the second aspect, wherein the carbon porous sheet has a bending strength of at least the first surface layer on the anode separator side of 20 MPa or more. It may be.
  • the electrochemical hydrogen pump of this embodiment when the compression strength in the thickness direction of the carbon porous sheet is a desired value (for example, 40 MPa), the bending strength of the first surface layer on the anode separator side is 20 MPa.
  • the anode gas diffusion layer is prevented from being deformed by the differential pressure (high pressure) between the cathode electrode and the anode electrode generated during the hydrogen pressure boosting operation of the electrochemical hydrogen pump.
  • the electrochemical hydrogen pump of this aspect can reduce the possibility that the anode gas diffusion layer will buckle in the flow path provided in the anode separator due to the above-mentioned differential pressure.
  • An electrochemical hydrogen pump according to a seventh aspect of the present disclosure is the electrochemical hydrogen pump according to any one of the first aspect, the second aspect, the third aspect and the fifth aspect, wherein the carbon porous sheet has at least the anode separator side.
  • the porosity of the first surface layer may be 45% or less.
  • an electrochemical hydrogen pump according to an eighth aspect of the present disclosure is the electrochemical hydrogen pump according to any one of the first aspect, the second aspect, the fourth aspect and the sixth aspect, wherein the carbon porous sheet has at least an anode separator.
  • the porosity of the first surface layer on the side may be 39% or less.
  • An electrochemical hydrogen pump according to a ninth aspect of the present disclosure is the electrochemical hydrogen pump according to the seventh aspect, wherein the carbon porous sheet has a porosity of 45% or less in the second surface layer on the anode catalyst layer side. Good.
  • the electrochemical hydrogen pump of the tenth aspect of the present disclosure is the electrochemical hydrogen pump of the eighth aspect, wherein the carbon porous sheet has a porosity of 39% or less in the second surface layer on the anode catalyst layer side. May be.
  • An electrochemical hydrogen pump according to an eleventh aspect of the present disclosure is the electrochemical hydrogen pump according to any one of the first to tenth aspects, wherein the carbon porous sheet has a rigidity of a first surface layer on the anode separator side. It may be higher than the rigidity of the layer inside the first surface layer.
  • the electrochemical hydrogen pump according to the twelfth aspect of the present disclosure is the electrochemical hydrogen pump according to the eleventh aspect, wherein the carbon porous sheet has a second surface layer on the anode catalyst layer side having a rigidity higher than that of the second surface layer. May also be higher than the rigidity of the inner layer.
  • the electrochemical hydrogen pump of the present aspect suppresses the anode gas diffusion layer from being deformed due to the differential pressure (high pressure) between the cathode electrode and the anode electrode generated during the hydrogen pressure boosting operation of the electrochemical hydrogen pump.
  • the electrochemical hydrogen pump of this aspect can reduce the possibility that the anode gas diffusion layer will buckle in the flow path provided in the anode separator due to the above-mentioned differential pressure.
  • An electrochemical hydrogen pump according to a thirteenth aspect of the present disclosure is the electrochemical hydrogen pump according to any one of the first to twelfth aspects, wherein the carbon porous sheet has a porosity of a first surface layer on the anode separator side, It may be lower than the porosity of a layer inside the first surface layer.
  • the electrochemical hydrogen pump according to the fourteenth aspect of the present disclosure is the electrochemical hydrogen pump according to the thirteenth aspect, wherein the carbon porous sheet has a porosity of the second surface layer on the anode catalyst layer side of the second surface layer. It may be lower than the porosity of the inner layer.
  • the carbon porous body sheet is, for example, a sintered body made of carbon particles
  • the rigidity of the carbon porous sheet can be improved.
  • the electrochemical hydrogen pump of this aspect can improve the rigidity of the first surface layer on the anode separator side. Further, the electrochemical hydrogen pump of this aspect can also improve the rigidity of the second surface layer on the anode catalyst layer side.
  • the electrochemical hydrogen pump of this aspect can reduce the possibility that the anode gas diffusion layer will buckle in the flow path provided in the anode separator due to the above-mentioned differential pressure.
  • An electrochemical hydrogen pump according to a fifteenth aspect of the present disclosure is the electrochemical hydrogen pump according to any one of the first to fourteenth aspects, wherein the peak pore diameter of the carbon porous sheet is smaller than the thickness of the electrolyte membrane. Good.
  • the electrolyte membrane will be changed to a carbon porous sheet due to the differential pressure between the cathode electrode and the anode electrode generated during the hydrogen pressure boosting operation of the electrochemical hydrogen pump. There is a possibility that the electrolyte membrane will break due to falling into the pores of the electrolyte membrane.
  • the electrochemical hydrogen pump of this embodiment can reduce such a possibility by making the peak pore diameter of the carbon porous sheet smaller than the thickness of the electrolyte membrane.
  • the porosity of the entire carbon porous sheet may be 20% or more.
  • the porosity of the whole carbon porous sheet is less than 20%, there is a possibility that the gas diffusivity of the anode gas diffusion layer to the anode catalyst layer cannot be properly secured.
  • the electrochemical hydrogen pump of this embodiment by setting the porosity of the entire carbon porous sheet to 20% or more, pores (communication holes) communicating with the outside are easily formed in the anode gas diffusion layer. The gas diffusibility of the gas diffusion layer to the anode catalyst layer is secured. Thereby, the anode gas from the anode separator can be appropriately supplied to the anode catalyst layer through the anode gas diffusion layer.
  • the amount of water pushed back to the anode electrode increases as the hydrogen gas pressure of the cathode electrode becomes higher. Then, as the hydrogen gas pressure of the cathode electrode rises, the water pushed back to the anode electrode easily causes flooding of the anode electrode. When the gas diffusion is hindered at the anode electrode due to the occurrence of such flooding, the diffusion resistance of the electrochemical hydrogen pump increases and the efficiency of the hydrogen pressure boosting operation of the electrochemical hydrogen pump decreases. There is a risk of
  • an electrochemical hydrogen pump is the electrochemical hydrogen pump according to any one of the first to sixteenth aspects, wherein the anode gas diffusion layer has a second surface layer on the side of the anode catalyst layer that is repelled. It may be aqueous.
  • the electrochemical hydrogen pump of this embodiment makes the second surface layer of the anode gas diffusion layer on the side of the anode catalyst layer water-repellent, so that the water pushed back to the anode electrode can be quickly transferred by the flow of the anode gas. Can be discharged to the outside. Therefore, the occurrence of flooding is suppressed, and as a result, gas diffusivity can be appropriately maintained at the anode electrode.
  • the electrolyte membrane has higher proton conductivity under conditions of high temperature and high humidity (for example, about 60° C.), and the efficiency of hydrogen boosting operation of the electrochemical hydrogen pump is improved.
  • high temperature and high humidity for example, about 60° C.
  • protons move through the electrolyte membrane while entraining water from the anode electrode to the cathode electrode. Then, a part of the electroosmotic water that has moved from the anode electrode to the cathode electrode is discharged from the cathode electrode to the outside together with high-pressure hydrogen gas.
  • the electrochemical hydrogen pump according to the eighteenth aspect of the present disclosure is the electrochemical hydrogen pump according to any one of the first to seventeenth aspects, wherein the anode gas diffusion layer has a hydrophilic first surface layer on the anode separator side. May be
  • the electrochemical hydrogen pump of this embodiment can impart a water retaining function to the first surface layer by making the first surface layer on the anode separator side of the anode gas diffusion layer hydrophilic. Therefore, the water in the anode gas can be easily supplied to the electrolyte membrane through the anode gas diffusion layer, and the possibility that the electrolyte membrane of the electrochemical hydrogen pump is dried can be reduced.
  • FIGS. 1A and 2A are diagrams showing an example of the electrochemical hydrogen pump of the first embodiment.
  • 1B is an enlarged view of part B of the electrochemical hydrogen pump of FIG. 1A.
  • FIG. 2B is an enlarged view of part B of the electrochemical hydrogen pump of FIG. 2A.
  • FIG. 1A shows a vertical cross section of the electrochemical hydrogen pump 100 including a straight line passing through the center of the electrochemical hydrogen pump 100 and the center of the cathode gas derivation manifold 50 in a plan view.
  • FIG. 2A the vertical direction of the electrochemical hydrogen pump 100 including a straight line passing through the center of the electrochemical hydrogen pump 100, the center of the anode gas introduction manifold 27, and the center of the anode gas derivation manifold 30 in a plan view.
  • a cross section is shown.
  • the electrochemical hydrogen pump 100 includes at least one hydrogen pump unit 100A.
  • the electrochemical hydrogen pump 100 has a plurality of hydrogen pump units 100A stacked therein.
  • the number of hydrogen pump units 100A is not limited to this. That is, the number of hydrogen pump units 100A can be set to an appropriate number based on operating conditions such as the amount of hydrogen boosted by the electrochemical hydrogen pump 100.
  • the hydrogen pump unit 100A includes an electrolyte membrane 11, an anode electrode AN, a cathode electrode CA, a cathode separator 16, an anode separator 17, and an insulator 21. Then, in the hydrogen pump unit 100A, the electrolyte membrane 11, the anode catalyst layer 13, the cathode catalyst layer 12, the anode gas diffusion layer 15, the cathode gas diffusion layer 14, the anode separator 17 and the cathode separator 16 are laminated.
  • the anode electrode AN is provided on one main surface of the electrolyte membrane 11.
  • the anode electrode AN is an electrode including the anode catalyst layer 13 and the anode gas diffusion layer 15.
  • an annular seal member 43 is provided so as to surround the periphery of the anode catalyst layer 13, and the anode catalyst layer 13 is appropriately sealed by the seal member 43.
  • the cathode electrode CA is provided on the other main surface of the electrolyte membrane 11.
  • the cathode electrode CA is an electrode including the cathode catalyst layer 12 and the cathode gas diffusion layer 14.
  • an annular seal member 42 is provided so as to surround the periphery of the cathode catalyst layer 12, and the cathode catalyst layer 12 is appropriately sealed by the seal member 42.
  • the electrolyte membrane 11 is sandwiched between the anode electrode AN and the cathode electrode CA so as to come into contact with the anode catalyst layer 13 and the cathode catalyst layer 12, respectively.
  • the laminated body of the cathode electrode CA, the electrolyte membrane 11, and the anode electrode AN is referred to as a membrane-electrode assembly (hereinafter, MEA: Membrane Electrode Assembly).
  • the electrolyte membrane 11 has proton conductivity.
  • the electrolyte membrane 11 may have any configuration as long as it has proton conductivity.
  • the electrolyte membrane 11 may be a fluorine-based polymer electrolyte membrane or a hydrocarbon-based polymer electrolyte membrane, but is not limited thereto.
  • Nafion registered trademark, manufactured by DuPont
  • Aciplex registered trademark, manufactured by Asahi Kasei Corporation
  • the like can be used as the electrolyte membrane 11.
  • the anode catalyst layer 13 is provided on one main surface of the electrolyte membrane 11.
  • the anode catalyst layer 13 contains, for example, platinum as a catalyst metal, but is not limited thereto.
  • the cathode catalyst layer 12 is provided on the other main surface of the electrolyte membrane 11.
  • the cathode catalyst layer 12 contains, for example, platinum as a catalyst metal, but is not limited thereto.
  • Examples of the catalyst carrier of the cathode catalyst layer 12 and the anode catalyst layer 13 include, but are not limited to, carbon particles such as carbon black and graphite, and conductive oxide particles.
  • the cathode gas diffusion layer 14 is provided on the cathode catalyst layer 12. Further, the cathode gas diffusion layer 14 is made of a porous material and has conductivity and gas diffusibility. Further, it is desirable that the cathode gas diffusion layer 14 has elasticity so as to appropriately follow the displacement and deformation of the constituent members generated by the pressure difference between the cathode electrode CA and the anode electrode AN during the operation of the electrochemical hydrogen pump 100. ..
  • a member made of carbon fiber is used as the cathode gas diffusion layer 14.
  • a porous carbon fiber sheet such as carbon paper, carbon cloth, or carbon felt may be used.
  • a carbon fiber sheet may not be used as the base material of the cathode gas diffusion layer 14.
  • a sintered body of metal fibers made of titanium, a titanium alloy, stainless steel or the like a sintered body of metal particles made of these may be used.
  • the anode gas diffusion layer 15 is provided on the anode catalyst layer 13. Further, the anode gas diffusion layer 15 is made of a porous material and has conductivity and gas diffusivity. Further, it is desirable that the anode gas diffusion layer 15 has a high rigidity that can suppress displacement and deformation of constituent members that occur due to a pressure difference between the cathode electrode CA and the anode electrode AN during operation of the electrochemical hydrogen pump 100.
  • the anode gas diffusion layer 15 includes a carbon porous body sheet that is a powder compact.
  • the powder compact may be composed of, for example, a sheet of a sintered body (carbon powder sintered body) made of carbon particles.
  • the anode gas diffusion layer 15 may include a carbon porous sheet 15S in which the first surface layer 15B on the anode separator 17 side includes amorphous carbon.
  • a carbon porous sheet 15S as described above, a sintered sheet made of carbon particles can be used.
  • the carbon particles of the carbon porous sheet 15S are composed of amorphous carbon having a carbon bond having an amorphous structure.
  • Such amorphous carbon has high rigidity. That is, the higher the ratio of amorphous carbon in the porous carbon sheet 15S, the higher the rigidity of the porous carbon sheet 15S. Therefore, in the carbon porous sheet 15S, the rigidity of the first surface layer 15B on the anode separator 17 side is higher than the rigidity of the layer 15A inside the first surface layer 15B.
  • one main surface of the first surface layer 15B is in contact with the main surface of the anode separator 17, and the other main surface of the first surface layer 15B is the inner layer 15A.
  • the laminated body is configured to come into contact with one of the main surfaces. Then, the other main surface of the inner layer 15A is in contact with the anode catalyst layer 13.
  • amorphous carbon examples include glassy carbon (glassy carbon) and diamond-like carbon (DLC).
  • the anode separator 17 is a member provided on the anode electrode AN.
  • the cathode separator 16 is a member provided on the cathode electrode CA.
  • a recess is provided at the center of each of the cathode separator 16 and the anode separator 17.
  • the cathode gas diffusion layer 14 and the anode gas diffusion layer 15 are accommodated in each of these recesses.
  • the hydrogen pump unit 100A is formed by sandwiching the MEA between the cathode separator 16 and the anode separator 17.
  • a serpentine-shaped cathode gas flow channel 32 including a plurality of U-shaped folded portions and a plurality of linear portions is provided in a plan view. ing.
  • the straight line portion of the cathode gas flow channel 32 extends in the direction perpendicular to the paper surface of FIG. 1A.
  • a cathode gas flow channel 32 is an example, and is not limited to this example.
  • the cathode gas flow channel may be composed of a plurality of linear flow channels.
  • a serpentine-shaped anode gas flow channel 33 including, for example, a plurality of U-shaped folded-back portions and a plurality of linear portions is provided on the main surface of the anode separator 17 that is in contact with the anode gas diffusion layer 15. ing. Then, the linear portion of the anode gas flow channel 33 extends in a direction perpendicular to the paper surface of FIG. 2A.
  • an anode gas flow channel 33 is an example, and the present invention is not limited to this example.
  • the anode gas flow channel may be composed of a plurality of linear flow channels.
  • annular and plate-shaped insulator 21 provided so as to surround the MEA is sandwiched. This prevents a short circuit between the cathode separator 16 and the anode separator 17.
  • the electrochemical hydrogen pump 100 includes a first end plate and a second end plate provided on both ends of the hydrogen pump unit 100A in the stacking direction, and a hydrogen pump unit 100A, a first end plate and a second end plate. And a fastener 25 for fastening in the stacking direction.
  • the cathode end plate 24C and the anode end plate 24A correspond to the above-mentioned first end plate and second end plate, respectively. That is, the anode end plate 24A is an end plate provided on the anode separator 17 located at one end in the stacking direction in which the respective members of the hydrogen pump unit 100A are stacked.
  • the cathode end plate 24C is an end plate provided on the cathode separator 16 located at the other end in the stacking direction in which the respective members of the hydrogen pump unit 100A are stacked.
  • the fastener 25 may have any configuration as long as it can fasten the hydrogen pump unit 100A, the cathode end plate 24C, and the anode end plate 24A in the stacking direction.
  • the fastener 25 may include a bolt and a nut with a disc spring.
  • the bolt of the fastener 25 may be configured to penetrate only the anode end plate 24A and the cathode end plate 24C, but in the electrochemical hydrogen pump 100 of the present embodiment, the bolt has three stages. Each member of the hydrogen pump unit 100A, the cathode power supply plate 22C, the cathode insulation plate 23C, the anode power supply plate 22A, the anode insulation plate 23A, the anode end plate 24A, and the cathode end plate 24C are penetrated.
  • the end surface of the cathode separator 16 located at the other end in the stacking direction and the end surface of the anode separator 17 located at the one end in the stacking direction are respectively connected to the cathode power supply plate 22C and the cathode insulating plate 23C.
  • a desired fastening pressure is applied to the hydrogen pump unit 100A by the fastener 25 so as to be sandwiched between the cathode end plate 24C and the anode end plate 24A via the anode power feeding plate 22A and the anode insulating plate 23A, respectively.
  • the three-stage hydrogen pump unit 100A is appropriately held in the stacked state by the fastening pressure of the fastener 25 in the stacking direction, and the electrochemical hydrogen pump 100A is also held. Since the bolt of the fastener 25 penetrates each member 100, the movement of each member in the in-plane direction can be appropriately suppressed.
  • the cathode gas flow channels 32 through which the cathode gas flowing out from each cathode gas diffusion layer 14 of the hydrogen pump unit 100A flows are connected.
  • each of the cathode gas flow channels 32 communicates with each other will be described with reference to the drawings.
  • the cathode gas derivation manifold 50 includes through holes provided in each member of the three-stage hydrogen pump unit 100A and the cathode end plate 24C, and non-penetrating holes provided in the anode end plate 24A. It is composed of a series of holes. Further, a cathode gas lead-out path 26 is provided in the cathode end plate 24C.
  • the cathode gas lead-out path 26 may be configured by a pipe through which hydrogen (H 2 ) discharged from the cathode electrode CA flows.
  • the cathode gas outlet passage 26 communicates with the cathode gas outlet manifold 50.
  • the cathode gas derivation manifold 50 communicates with one end of each cathode gas flow path 32 of the hydrogen pump unit 100A via each cathode gas passage 34.
  • the hydrogen that has passed through the respective cathode gas flow paths 32 and the cathode gas passages 34 of the hydrogen pump unit 100A is merged in the cathode gas outlet manifold 50. Then, the merged hydrogen is guided to the cathode gas discharge path 26.
  • the respective cathode gas flow paths 32 of the hydrogen pump unit 100A communicate with each other through the respective cathode gas passages 34 and the cathode gas outlet manifold 50 of the hydrogen pump unit 100A.
  • An O-ring is provided between the cathode separator 16 and the anode separator 17, between the cathode separator 16 and the cathode power supply plate 22C, and between the anode separator 17 and the anode power supply plate 22A so as to surround the cathode gas derivation manifold 50 in a plan view.
  • An annular seal member 40 such as the above is provided, and the cathode gas derivation manifold 50 is appropriately sealed by this seal member 40.
  • an anode gas introduction path 29 is provided in the anode end plate 24A.
  • the anode gas introduction path 29 may be configured by a pipe through which the anode gas supplied to the anode electrode AN flows.
  • an anode gas for example, a hydrogen-containing gas containing water vapor can be cited.
  • the anode gas introduction path 29 communicates with the cylindrical anode gas introduction manifold 27.
  • the anode gas introduction manifold 27 is configured by connecting each member of the three-stage hydrogen pump unit 100A and a through hole provided in the anode end plate 24A.
  • the anode gas introduction manifold 27 communicates with one end of each anode gas flow path 33 of the hydrogen pump unit 100A via each of the first anode gas passages 35.
  • the anode gas supplied from the anode gas introduction path 29 to the anode gas introduction manifold 27 is distributed to each hydrogen pump unit 100A through each first anode gas passage path 35 of the hydrogen pump unit 100A. Then, while the distributed anode gas passes through the anode gas flow path 33, the anode gas is supplied from the anode gas diffusion layer 15 to the anode catalyst layer 13.
  • the anode end plate 24A is provided with an anode gas lead-out path 31.
  • the anode gas lead-out path 31 may be configured by a pipe through which the anode gas discharged from the anode electrode AN flows.
  • the anode gas lead-out path 31 communicates with the tubular anode gas lead-out manifold 30.
  • the anode gas lead-out manifold 30 is configured by connecting each member of the three-stage hydrogen pump unit 100A and a through hole provided in the anode end plate 24A.
  • the anode gas derivation manifold 30 communicates with the other end of each anode gas flow path 33 of the hydrogen pump unit 100A via each of the second anode gas passages 36.
  • the anode gas that has passed through the respective anode gas flow paths 33 of the hydrogen pump unit 100A is supplied to the anode gas derivation manifold 30 through each of the second anode gas passages 36, and joins here.
  • the combined anode gas is guided to the anode gas lead-out path 31.
  • anode gas introduction manifold 27 and the anode gas derivation manifold 30 are seen in a plan view.
  • An annular seal member 40 such as an O-ring is provided so as to surround it, and the anode gas introduction manifold 27 and the anode gas derivation manifold 30 are appropriately sealed by the seal member 40.
  • the electrochemical hydrogen pump 100 includes a voltage applicator 102.
  • the voltage applicator 102 is a device that applies a voltage between the anode catalyst layer 13 and the cathode catalyst layer 12. Specifically, the high potential of the voltage applying device 102 is applied to the anode catalyst layer 13, and the low potential of the voltage applying device 102 is applied to the cathode catalyst layer 12.
  • the voltage applicator 102 may have any configuration as long as it can apply a voltage between the anode catalyst layer 13 and the cathode catalyst layer 12.
  • the voltage applicator 102 may be a device that adjusts the voltage applied between the anode catalyst layer 13 and the cathode catalyst layer 12.
  • the voltage applicator 102 includes a DC/DC converter when connected to a DC power source such as a battery, a solar cell, and a fuel cell, and an AC when connected to an AC power source such as a commercial power source.
  • a DC/DC converter is provided.
  • the voltage applicator 102 for example, the voltage applied between the anode catalyst layer 13 and the cathode catalyst layer 12, the anode catalyst layer 13 and the cathode so that the power supplied to the hydrogen pump unit 100A has a predetermined set value. It may be an electric power source in which the current flowing between the catalyst layers 12 is adjusted.
  • the low potential side terminal of the voltage applying unit 102 is connected to the cathode power supply plate 22C, and the high potential side terminal of the voltage applying unit 102 is connected to the anode power supply plate 22A.
  • the cathode power supply plate 22C is in electrical contact with the cathode separator 16 located at the other end in the stacking direction, and the anode power supply plate 22A is connected to the anode separator 17 located at one end in the stacking direction. It is in electrical contact.
  • a hydrogen supply system including the above electrochemical hydrogen pump 100 can be constructed.
  • the equipment required for the hydrogen supply operation of the hydrogen supply system is appropriately provided.
  • a dew point adjuster (for example, a humidifier) may be provided to adjust the dew point of the mixed gas in which the hydrogen-containing anode gas is mixed.
  • the hydrogen-containing anode gas of the external hydrogen supply source may be generated by, for example, a water electrolysis device.
  • the hydrogen supply system includes, for example, a temperature detector that detects the temperature of the electrochemical hydrogen pump 100, a hydrogen storage device that temporarily stores hydrogen discharged from the cathode electrode CA of the electrochemical hydrogen pump 100, and a hydrogen storage device.
  • a pressure detector or the like for detecting the hydrogen gas pressure in the container may be provided.
  • the configuration of the electrochemical hydrogen pump 100 described above and various devices (not shown) in the hydrogen supply system are examples, and the present invention is not limited to this example.
  • a dead end structure is adopted in which the anode gas lead-out manifold 30 and the anode gas lead-out path 31 are not provided, and all the hydrogen in the anode gas supplied to the anode electrode AN through the anode gas introduction manifold 27 is boosted by the cathode electrode CA. Good.
  • the following operation may be performed, for example, by an arithmetic circuit of the controller (not shown) reading the control program from the memory circuit of the controller. However, it is not always necessary for the controller to perform the following operations. The operator may perform some of the operations. Further, a case will be described below in which a hydrogen-containing gas containing water vapor is supplied as the anode gas to the anode electrode AN of the electrochemical hydrogen pump 100.
  • low-pressure hydrogen-containing gas is supplied to the anode electrode AN of the electrochemical hydrogen pump 100, and the voltage of the voltage applicator 102 is supplied to the electrochemical hydrogen pump 100.
  • hydrogen (H 2 ) generated at the cathode electrode CA can be boosted by increasing the pressure loss in the hydrogen derivation path using a flow rate regulator (not shown).
  • a flow rate regulator for example, a back pressure valve, a regulating valve, etc. provided in the hydrogen derivation path can be cited.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of an analysis result by Raman spectroscopy of the carbon porous sheet in the electrochemical hydrogen pump of the first embodiment.
  • the wave number (reciprocal of wavelength) (cm ⁇ 1 ) is taken as a unit proportional to energy on the horizontal axis of the Raman spectrum in FIG. 4, and the intensity of scattered light is taken on the vertical axis.
  • the Raman peak When the Raman spectrum of FIG. 4 is separated by the Gaussian distribution, as shown in the same figure, the Raman peak has a spectrum around 1600 cm ⁇ 1 (G band) and the Raman peak has a spectrum around 1350 cm ⁇ 1 (D1 band). If a spectrum of Raman peaks around 1500cm around -1 (D2 band), a spectrum of the Raman peak near about 1200 cm -1 (D3 band), were found to contain.
  • the G band is considered to be a spectrum derived from crystalline carbon.
  • the ratio of integrated intensity (D/G) between the D band and the G band is 2.651. Further, the ratio (D1/G) of the integrated intensity between the D1 band corresponding to the characteristic Raman peak (about 1350 cm ⁇ 1 ) of the D band and the G band may be 1.717. Recognize.
  • the carbon porous sheet 15S has a ratio (D/G) of integrated intensities between the D band and the G band of “1” by Raman spectroscopic analysis. It was revealed that the crystallinity was low to the extent that it exceeded (D/G>1).
  • the electrochemical hydrogen pump 100 of this embodiment can reduce the possibility of buckling of the anode gas diffusion layer 15 to the anode separator 17 while reducing the cost of the anode gas diffusion layer 15 as compared with the metal anode gas diffusion layer.
  • the rigidity of the carbon porous body sheet 15S is increased by forming the carbon porous body sheet 15S with a powder compact, compared with the case where the carbon porous body sheet is formed with carbon fibers, for example. be able to.
  • the carbon porous sheet 15S containing amorphous carbon has relatively few sharp parts confirmed in the conventional metal porous body. Therefore, in the electrochemical hydrogen pump 100 of the present embodiment, even if such a carbon porous body sheet 15S is pressed against the electrolyte membrane 11, there is a possibility that the electrolyte membrane 11 is damaged as compared with the conventional metal porous body. It can be reduced.
  • amorphous carbon having an amorphous carbon bond has higher rigidity than carbon having a crystalline carbon bond. Therefore, in the electrochemical hydrogen pump 100 of the present embodiment, the carbon porous sheet 15S contains amorphous carbon so that D/G>1.0 by Raman spectroscopic analysis, and thus the rigidity of the anode gas diffusion layer 15 is improved. Is properly secured.
  • the rigidity of the first surface layer 15B of the carbon porous sheet 15S on the anode separator 17 side is higher than the rigidity of the layer 15A inside the first surface layer 15B. .. Therefore, the anode gas diffusion layer 15 is suppressed from being deformed by the differential pressure (high pressure) between the cathode electrode CA and the anode electrode AN which is generated during the hydrogen pressure boosting operation of the electrochemical hydrogen pump 100.
  • the electrochemical hydrogen pump 100 of the present embodiment can reduce the possibility that the anode gas diffusion layer 15 will buckle in the anode gas flow path 33 provided in the anode separator 17 due to the above-mentioned differential pressure.
  • the electrochemical hydrogen pump 100 of the first example is the same as the electrochemical hydrogen pump 100 of the first embodiment, except for the configuration of the carbon porous sheet 15S described below.
  • the porosity of the first surface layer 15B on the anode separator 17 side is higher than that of the layer 15A inside the first surface layer 15B. Low.
  • the above porosity can be evaluated by, for example, a mercury porosimeter (trade name: Autopore III9410, manufactured by Shimadzu Corporation). This device can measure the volume of pores having a pore diameter of about several nm to 500 ⁇ m by utilizing the pressure injection of mercury into the pores. Then, the porosities of the first surface layer 15B and the inner layer 15A can be known from the respective pore volumes and solid portions.
  • a mercury porosimeter trade name: Autopore III9410, manufactured by Shimadzu Corporation.
  • the carbon porous body sheet 15S is, for example, a sintered body made of carbon particles
  • the lower the porosity of the carbon porous body sheet 15S the necking between the carbon particles forming the carbon porous body sheet 15S. (Coupling between particles) increases.
  • the rigidity of the carbon porous sheet 15S can be improved.
  • the electrochemical hydrogen pump 100 of the present embodiment can improve the rigidity of the first surface layer 15B of the carbon porous sheet 15S on the anode separator 17 side.
  • the anode gas diffusion layer 15 is suppressed from being deformed by the pressure difference between the cathode electrode CA and the anode electrode AN which is generated during the hydrogen pressure boosting operation of the electrochemical hydrogen pump 100.
  • the electrochemical hydrogen pump 100 of the present embodiment can reduce the possibility that the anode gas diffusion layer 15 will buckle in the anode gas flow path 33 provided in the anode separator 17 due to the above-mentioned differential pressure.
  • the electrochemical hydrogen pump 100 of this embodiment may be the same as the electrochemical hydrogen pump 100 of the first embodiment, except for the above features.
  • the electrochemical hydrogen pump 100 of the second example is the same as the electrochemical hydrogen pump 100 of the first embodiment, except for the configuration of the carbon porous sheet 15S described below.
  • the layer 15A inside the first surface layer 15B of the porous carbon sheet 15S is located in the middle in the thickness direction of the porous carbon sheet 15S. It may be an intermediate layer. Therefore, the rigidity of this intermediate layer is lower than the rigidity of the first surface layer 15B on the anode separator 17 side.
  • the intermediate layer may be composed of, for example, carbon whose carbon bond has a crystalline structure.
  • the carbon porous sheet 15S is, for example, a sintered body made of carbon particles, the porosity of the intermediate layer may be higher than that of the first surface layer 15B.
  • the rigidity of the second surface layer 15C on the anode catalyst layer 13 side is inside the second surface layer 15C.
  • the rigidity is higher than that of the layer 15A (intermediate layer).
  • the porosity of the second surface layer 15C on the anode catalyst layer 13 side may be lower than the porosity of the layer 15A (intermediate layer) inside the second surface layer 15C. ..
  • the above porosity can be evaluated by, for example, a mercury porosimeter (trade name: Autopore III 9410, manufactured by Shimadzu Corporation).
  • the carbon porous body sheet 15S is, for example, a sintered body made of carbon particles
  • the lower the porosity of the carbon porous body sheet 15S the necking between the carbon particles forming the carbon porous body sheet 15S. (Bond between particles) increases.
  • the rigidity of the carbon porous sheet 15S can be improved.
  • the electrochemical hydrogen pump 100 of the present embodiment can improve the rigidity of the first surface layer 15B on the anode separator 17 side and the second surface layer 15C on the anode catalyst layer 13 side.
  • the anode gas diffusion layer 15 is prevented from being deformed due to the pressure difference between the cathode electrode CA and the anode electrode AN that occurs during the hydrogen pressure boosting operation of the electrochemical hydrogen pump 100.
  • the electrochemical hydrogen pump 100 of the present embodiment can reduce the possibility that the anode gas diffusion layer 15 will buckle in the anode gas flow path 33 provided in the anode separator 17 due to the above-mentioned differential pressure.
  • the electrochemical hydrogen pump 100 of the present embodiment may be the same as the electrochemical hydrogen pump 100 of the first embodiment or the first embodiment of the first embodiment, except for the above features.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of measured values of the porosity of the carbon porous sheet in the electrochemical hydrogen pump of the third example of the first embodiment.
  • the porosity of the carbon porous body sheet having a thickness of about 250 ⁇ m was measured by, for example, a mercury porosimeter (trade name: Autopore III9410, manufactured by Shimadzu Corporation), and the porosity was It was about 29%.
  • one major surface of the carbon porous sheet of FIG. 6A was polished in the thickness direction by about 50 ⁇ m (single-sided polishing). Then, in FIG. 6B, when the porosity of the carbon porous body sheet having a thickness of about 200 ⁇ m is measured by, for example, a mercury porosimeter (trade name: Autopore III9410, manufactured by Shimadzu Corporation), the porosity is It was about 32%.
  • a mercury porosimeter trade name: Autopore III9410, manufactured by Shimadzu Corporation
  • the other main surface of the carbon porous sheet of FIG. 6(b) was further polished in the thickness direction by about 50 ⁇ m (double-side polishing), as shown in FIG. 6(c).
  • the porosity of the carbon porous body sheet having a thickness of about 150 ⁇ m is measured by, for example, a mercury porosimeter (trade name: Autopore III9410, manufactured by Shimadzu Corporation), the porosity is It was about 34%.
  • the carbon porous sheet of FIG. 6(a) has a mixture of an intermediate layer having a high porosity and a surface layer having a low porosity. That is, as shown in the second embodiment (FIG. 5), the carbon porous sheet of FIG. 6(a) has a carbon porous body including a first surface layer 15B, an inner layer 15A (intermediate layer) and a second surface layer 15C. It may be the body sheet 15S.
  • the intermediate layer having a high porosity corresponds to a region where the carbon particles have a low density.
  • the surface layer having a low porosity corresponds to a region where the carbon particles have a high density.
  • the carbon porous sheet having different porosities in the intermediate layer and the surface layer may be, for example, a powder compact sintered at a desired temperature and a desired pressure, but is not limited thereto.
  • Such a carbon porous body sheet can also be formed by making the particle size of the carbon particles of the surface layer smaller than the particle size of the carbon particles of the intermediate layer.
  • the function and effect of the electrochemical hydrogen pump 100 of the present embodiment is the same as the function and effect of the electrochemical hydrogen pump 100 of the second embodiment, and the description thereof is omitted.
  • electrochemical hydrogen pump 100 of the present embodiment is the same as the electrochemical hydrogen pump 100 of any one of the first embodiment and the first embodiment-second embodiment of the first embodiment, except for the above features. It may be.
  • the electrochemical hydrogen pump 100 of the fourth example is the same as the electrochemical hydrogen pump 100 of the first embodiment, except for the configuration of the carbon porous sheet 15S described below.
  • the above porosity was measured with a mercury porosimeter (trade name: Autopore III9410, manufactured by Shimadzu Corporation).
  • the above-mentioned bending strength and Young's modulus were measured by the three-point bending test described in JIS standard R1601 "Fine ceramics bending strength test method” and JIS standard R1602 "Fine ceramics elastic modulus test method", respectively. ..
  • the Young's modulus was calculated in the linear region of the stress-strain curve in the bending test.
  • the compressive strength in the thickness direction of the porous carbon sheet 15S is a desired value (for example, 20 MPa)
  • the upper limit of the porosity and the bending strength required to suppress the damage of the porous carbon sheet 15S are suppressed.
  • the lower limit value and the lower limit value of the Young's modulus in the thickness direction are calculated from the linear approximation of the above measurement data, it is found that they are 45%, 10 MPa and 2.5 GPa, respectively.
  • At least the Young's modulus in the thickness direction of the first surface layer 15B on the anode separator 17 side may be 2.5 GPa or more. Further, in the carbon porous sheet 15S, at least the bending strength of the first surface layer 15B on the anode separator 17 side may be 10 MPa or more. In these cases, in the porous carbon sheet 15S, at least the porosity of the first surface layer 15B on the anode separator 17 side is 45% or less. At this time, in the porous carbon sheet 15S, at least the porosity of the second surface layer 15C on the anode catalyst layer 13 side may be 45% or less.
  • the thickness of the first surface layer 15B on the anode separator 17 side is set so that the compressive strength in the thickness direction of the carbon porous body sheet 15S is a desired value (for example, 20 MPa).
  • the anode gas diffusion layer 15 is caused by the differential pressure (high pressure) between the cathode electrode CA and the anode electrode AN generated during the hydrogen pressure boosting operation of the electrochemical hydrogen pump 100. Deformation is suppressed.
  • the electrochemical hydrogen pump 100 of the present embodiment has a cathode electrode generated during the hydrogen pressure boosting operation of the electrochemical hydrogen pump 100 as compared with the case where the bending strength of the first surface layer 15B on the anode separator 17 side is less than 10 MPa. Deformation of the anode gas diffusion layer 15 is suppressed by the pressure difference (high pressure) between the CA and the anode electrode AN.
  • the electrochemical hydrogen pump 100 of the present embodiment can reduce the possibility that the anode gas diffusion layer 15 will buckle in the anode gas flow path 33 provided in the anode separator 17 due to the above-mentioned differential pressure.
  • the electrochemical hydrogen pump 100 including such a carbon porous body sheet 15S can be used for various purposes.
  • the electrochemical hydrogen pump 100 can be used when filling a small hydrogen container transported by a truck or the like with hydrogen at about 15 MPa.
  • the electrochemical hydrogen pump 100 is also used when hydrogen is charged at about 15 MPa or about 20 MPa into a hydrogen curdle, which is transported by a truck or a unic car and has a plurality of hydrogen containers fixed together. be able to.
  • the compressive strength in the thickness direction of the porous carbon sheet 15S is a desired value (for example, 40 MPa)
  • the upper limit of the porosity and bending strength required to suppress damage to the porous carbon sheet 15S are
  • the lower limit value and the lower limit value of the Young's modulus in the thickness direction are calculated by linear approximation of the above measurement data, they are 39%, 20 MPa and 7.8 GPa, respectively.
  • At least the Young's modulus in the thickness direction of the first surface layer 15B on the anode separator 17 side may be 7.8 GPa or more. Further, in the carbon porous sheet 15S, at least the bending strength of the first surface layer 15B on the anode separator 17 side may be 20 MPa or more. In these cases, in the carbon porous sheet 15S, at least the porosity of the first surface layer 15B on the anode separator 17 side is 39% or less. At this time, in the porous carbon sheet 15S, at least the porosity of the second surface layer 15C on the anode catalyst layer 13 side may be 39% or less.
  • the thickness of the first surface layer 15B on the anode separator 17 side at the desired compressive strength in the thickness direction of the carbon porous sheet 15S (for example, 40 MPa).
  • the anode gas diffusion layer 15 is formed by the differential pressure (high pressure) between the cathode electrode CA and the anode electrode AN generated during the hydrogen pressure boosting operation of the electrochemical hydrogen pump 100. Deformation is suppressed.
  • the electrochemical hydrogen pump 100 of the present embodiment has a cathode electrode generated during the hydrogen pressure boosting operation of the electrochemical hydrogen pump 100 as compared with the case where the bending strength of the first surface layer 15B on the anode separator 17 side is less than 20 MPa. Deformation of the anode gas diffusion layer 15 is suppressed by the pressure difference (high pressure) between the CA and the anode electrode AN.
  • the electrochemical hydrogen pump 100 of the present embodiment can reduce the possibility that the anode gas diffusion layer 15 will buckle in the anode gas flow path 33 provided in the anode separator 17 due to the above-mentioned differential pressure.
  • the electrochemical hydrogen pump 100 including the porous carbon sheet 15S can be used for various purposes.
  • the electrochemical hydrogen pump 100 can be used as a hydrogen compressor in a hydrogen supply facility for a forklift or a fuel cell vehicle.
  • the electrochemical hydrogen pump 100 can be used, for example, when supplying high-pressure hydrogen of about 40 MPa to a hydrogen pressure accumulator from a hydrogen container filled with hydrogen at about 15 MPa.
  • the electrochemical hydrogen pump 100 of this example is the same as the electrochemical hydrogen pump 100 of any one of the first embodiment and the first example to the third example of the first embodiment, except for the above features. Good.
  • the electrochemical hydrogen pump 100 of the fifth example is the same as the electrochemical hydrogen pump 100 of the first embodiment, except for the configuration of the carbon porous sheet 15S described below.
  • the peak pore diameter of the carbon porous sheet 15S is smaller than the thickness of the electrolyte membrane 11.
  • the thickness of the electrolyte membrane 11 is, for example, about 20 ⁇ m to about 50 ⁇ m, but is not limited to this.
  • the above peak pore diameter can be evaluated by, for example, a mercury porosimeter (trade name: Autopore III 9410, manufactured by Shimadzu Corporation). This device can measure the distribution of pore diameters of about several nm to 500 ⁇ m by utilizing the pressure injection of mercury into the pores. The peak pore diameter can be known from this pore diameter distribution.
  • the electrolyte membrane is generated due to the differential pressure between the cathode electrode CA and the anode electrode AN generated during the hydrogen pressure boosting operation of the electrochemical hydrogen pump 100.
  • the electrochemical hydrogen pump 100 of the present embodiment can reduce such a possibility by making the peak pore diameter of the carbon porous sheet 15S smaller than the thickness of the electrolyte membrane 11.
  • the electrochemical hydrogen pump 100 of this example is the same as the electrochemical hydrogen pump 100 of any one of the first embodiment and the first example to the fourth example of the first embodiment, except for the above features. Good.
  • the electrochemical hydrogen pump 100 of the sixth example is the same as the electrochemical hydrogen pump 100 of the first embodiment, except for the configuration of the carbon porous sheet 15S described below.
  • the total porosity of the carbon porous sheet 15S is 20% or more.
  • the above porosity can be evaluated by, for example, a mercury porosimeter (trade name: Autopore III9410, manufactured by Shimadzu Corporation). This device can measure the volume of pores having a pore diameter of about several nm to 500 ⁇ m by utilizing the pressure injection of mercury into the pores. Then, the porosity can be known from the total pore volume and the solid portion of the carbon porous sheet 15S.
  • a mercury porosimeter trade name: Autopore III9410, manufactured by Shimadzu Corporation. This device can measure the volume of pores having a pore diameter of about several nm to 500 ⁇ m by utilizing the pressure injection of mercury into the pores. Then, the porosity can be known from the total pore volume and the solid portion of the carbon porous sheet 15S.
  • the pores (communication holes) communicating with the outside are formed in the anode gas diffusion layer 15 by setting the total porosity of the carbon porous sheet 15S to 20% or more. Since it becomes easier, the gas diffusibility of the anode gas diffusion layer 15 to the anode catalyst layer 13 is secured. Thereby, the anode gas from the anode separator 17 can be appropriately supplied to the anode catalyst layer 13 through the anode gas diffusion layer 15.
  • the electrochemical hydrogen pump 100 of this example is the same as the electrochemical hydrogen pump 100 of any one of the first embodiment and the first example to the fifth example of the first embodiment except for the above features. Good.
  • the electrochemical hydrogen pump 100 of the second embodiment is similar to the electrochemical hydrogen pump 100 of the first embodiment, except that the second surface layer 15C of the anode gas diffusion layer 15 on the anode catalyst layer 13 side is water repellent. Is.
  • the electrochemical hydrogen pump 100 of the present embodiment makes the water pushed back to the anode electrode AN into the anode gas by making the second surface layer 15C of the anode gas diffusion layer 15 on the side of the anode catalyst layer 13 water-repellent. It is configured to be quickly discharged to the outside by the flow. Therefore, the occurrence of flooding is suppressed, and as a result, the gas diffusibility can be appropriately maintained at the anode electrode AN.
  • the anode gas diffusion layer 15 is a sintered body made of carbon particles
  • a material containing a water-repellent resin such as a fluorine-based resin is applied to the sintered body, whereby the anode gas diffusion layer 15 is formed.
  • the carbon particles of the second surface layer 15C on the side of the anode catalyst layer 13 may have water repellency.
  • the carbon particles of the second surface layer 15C on the anode catalyst layer 13 side of the anode gas diffusion layer 15 are made water-repellent. May be.
  • the material containing the water-repellent resin may be, for example, a solution in which fine PTFE powder is dispersed in a solvent. Further, as a method of applying the material containing the water-repellent resin, for example, a spray application method can be mentioned.
  • the above-described method and structure for forming the water-repellent second surface layer 15C are merely examples, and the present invention is not limited to this example.
  • the electrochemical hydrogen pump 100 of the present embodiment is the same as the electrochemical hydrogen pump 100 of any one of the first embodiment and the first to sixth examples of the first embodiment, except for the above features. Good.
  • the electrochemical hydrogen pump 100 of the third embodiment is the same as the electrochemical hydrogen pump 100 of the first embodiment, except that the first surface layer 15B of the anode gas diffusion layer 15 on the anode separator 17 side is hydrophilic. ..
  • the electrolyte membrane 11 has high proton conductivity under high temperature and high humidity conditions (for example, about 60° C.), and the efficiency of the hydrogen boosting operation of the electrochemical hydrogen pump 100 is improved. Further, as described above, when a current flows between the anode electrode AN and the cathode electrode CA of the electrochemical hydrogen pump 100, protons move through the electrolyte membrane 11 while entraining water from the anode electrode AN to the cathode electrode CA. Then, a part of the electroosmotic water that has moved from the anode electrode AN to the cathode electrode CA is discharged from the cathode electrode CA to the outside together with high-pressure hydrogen gas.
  • high temperature and high humidity conditions for example, about 60° C.
  • the first surface layer 15B of the anode gas diffusion layer 15 on the side of the anode separator 17 is made hydrophilic so that the first surface layer 15B is provided with a water retaining function. Is configured. Therefore, the water in the anode gas can be easily supplied to the electrolyte membrane 11 through the anode gas diffusion layer 15, and the possibility that the electrolyte membrane 11 of the electrochemical hydrogen pump 100 is dried can be reduced.
  • the carbon particles are subjected to, for example, treatment with chemicals, electrolytic oxidation, ozone, oxygen plasma, etc.
  • an oxygen-containing functional group such as a carbonyl group
  • the carbon particles can be made hydrophilic.
  • the above-described method and structure for forming the hydrophilic first surface layer 15B are merely examples, and the present invention is not limited to this example.
  • the electrochemical hydrogen pump 100 of the present embodiment is the electrochemical hydrogen pump 100 of any one of the first embodiment, the first to sixth examples of the first embodiment, and the second embodiment, except for the above features. May be similar to.
  • the first embodiment, the first to sixth examples of the first embodiment, the second embodiment, and the third embodiment may be combined with each other as long as they do not exclude each other.
  • the electrochemical hydrogen pump 100 renders the second surface layer 15C of the anode gas diffusion layer 15 on the side of the anode catalyst layer 13 water-repellent, and the first surface layer 15B of the anode gas diffusion layer 15 on the side of the anode separator 17 side. It may be hydrophilic.
  • One aspect of the present disclosure can be used for an electrochemical hydrogen pump that can reduce the cost of an anode gas diffusion layer as compared with a metal anode gas diffusion layer.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)

Abstract

電気化学式水素ポンプは、電解質膜と、電解質膜の一方の主面上に設けられたアノード電極と、電解質膜の他方の主面上に設けられたカソード電極と、アノード電極上に設けられたアノードセパレーターと、を備え、アノード電極は、電解質膜の一方の主面上に設けられたアノード触媒層と、アノード触媒層上に設けられたアノードガス拡散層と、を備え、アノードガス拡散層は、粉末成形体であるカーボン多孔体シートを備える。

Description

電気化学式水素ポンプ
　本開示は電気化学式水素ポンプに関する。
　近年、地球温暖化などの環境問題、石油資源の枯渇などのエネルギー問題から、化石燃料に代わるクリーンな代替エネルギー源として、水素が注目されている。水素は燃焼しても基本的に水しか放出せず、地球温暖化の原因となる二酸化炭素が排出されずかつ窒素酸化物などもほとんど排出されないので、クリーンエネルギーとして期待されている。また、水素を燃料として高効率に利用する装置として、例えば、燃料電池があり、自動車用電源向け、家庭用自家発電向けに開発および普及が進んでいる。
　来るべき水素社会では、水素を製造することに加えて、水素を高密度で貯蔵し、小容量かつ低コストで輸送または利用することが可能な技術開発が求められている。特に、分散型のエネルギー源となる燃料電池の普及促進には、水素供給インフラを整備する必要がある。また、水素を安定的に供給するために、高純度の水素を製造、精製、高密度貯蔵する様々な検討が行われている。
　例えば、特許文献１では、水素精製および水素昇圧が行われる電気化学式水素ポンプにおいて、繊維径が異なる二種のチタン金属繊維でそれぞれ構成されている第一の給電体部および第二の給電体部を備えるアノード給電体が開示されている。これにより、電解質膜の損傷の低減がされるとともに、エネルギー効率が向上する。
　また、特許文献２では、チタン粉末焼結体で構成される給電体のベース部にプレス加工を施すことで、ベース部の表層部の空隙率がベース部の空隙率よりも低いアノード給電体が開示されている。これにより、表層部の緻密化および平滑化を向上させることができるので、電解質膜の損傷が低減される。
特開２００１－３４２５８７号公報 特開２０１２－１８０５５３号公報
　本開示の一態様（aspect）は、一例として、アノードガス拡散層について、金属製のアノードガス拡散層よりもコストを低減し得る電気化学式水素ポンプを提供することを課題とする。
　上記課題を解決するため、本開示の一態様の電気化学式水素ポンプは、電解質膜と、前記電解質膜の一方の主面上に設けられたアノード電極と、前記電解質膜の他方の主面上に設けられたカソード電極と、前記アノード電極上に設けられたアノードセパレーターと、を備え、前記アノード電極は、前記電解質膜の一方の主面上に設けられたアノード触媒層と、前記アノード触媒層上に設けられたアノードガス拡散層とを備え、アノードガス拡散層は、粉末成形体であるカーボン多孔体シートを備える。
　本開示の一態様の電気化学式水素ポンプは、アノードガス拡散層について、金属製のアノードガス拡散層よりもコストを低減し得るという効果を奏する。
図１Ａは、第１実施形態の電気化学式水素ポンプの一例を示す図である。 図１Ｂは、図１Ａの電気化学式水素ポンプのＢ部の拡大図である。 図２Ａは、第１実施形態の電気化学式水素ポンプの一例を示す図である。 図２Ｂは、図２Ａの電気化学式水素ポンプのＢ部の拡大図である。 図３は、第１実施形態の電気化学式水素ポンプにおけるカーボン多孔体シートの一例を示す図である。 図４は、第１実施形態の電気化学式水素ポンプにおけるカーボン多孔体シートのラマン分光法による分析結果の一例を示す図である。 図５は、第１実施形態の第２実施例の電気化学式水素ポンプにおけるカーボン多孔体シートの一例を示す図である。 図６は、第１実施形態の第３実施例の電気化学式水素ポンプにおけるカーボン多孔体シートの気孔率の測定値の一例を示す図である。
　特許文献１および特許文献２ともに、金属製のガス拡散層を使用しているが、金属製の場合、酸性環境下での耐腐食性を確保するため、貴金属による表面メッキが必要になり、これが、コスト上昇の要因になる。そこで、発明者らは、酸性環境下で耐腐食性があり、かつ低コストの炭素系のガス拡散層の使用を検討したが、高いカソード圧の影響でアノードガス拡散層がアノードセパレーターの流路に座屈してしまうという課題を発見した。
　そこで、発明者らは、鋭意検討を行った結果、上記座屈が発生する可能性を低減すべく、アノード電極に、粉末成形体であるカーボン多孔体シートを設けることを見出し、以下の本開示の一態様に想到した。また、発明者らは、鋭意検討を行った結果、上記座屈が発生する可能性を低減すべく、アノード電極に、アモルファスカーボンを含むカーボン多孔体シートを設けることを見出し、以下の本開示の一態様に想到した。
　すなわち、本開示の第１態様の電気化学式水素ポンプは、電解質膜と、電解質膜の一方の主面上に設けられたアノード電極と、電解質膜の他方の主面上に設けられたカソード電極と、アノード電極上に設けられたアノードセパレーターと、を備え、アノード電極は、電解質膜の一方の主面上に設けられたアノード触媒層と、アノード触媒層上に設けられたアノードガス拡散層とを備え、アノードガス拡散層は、粉末成形体であるカーボン多孔体シートを備える。
　かかる構成によると、本態様の電気化学式水素ポンプは、アノードガス拡散層について、金属製のアノードガス拡散層よりもコストを低減しながら、アノードセパレーターへ座屈する可能性を低減し得る。
　具体的には、本態様の電気化学式水素ポンプは、カーボン多孔体シートを粉末成形体で構成することで、例えば、カーボン多孔体シートをカーボン繊維で構成する場合に比べて剛性を上げることができる。
　また、本開示の第２態様の電気化学式水素ポンプは、電解質膜と、電解質膜の一方の主面上に設けられたアノード電極と、電解質膜の他方の主面上に設けられたカソード電極と、アノード電極上に設けられたアノードセパレーターと、を備え、アノード電極は、電解質膜の一方の主面上に設けられたアノード触媒層と、アノード触媒層上に設けられたアノードガス拡散層とを備え、アノードガス拡散層は、アノードセパレーター側の第１表面層がアモルファスカーボンを含むカーボン多孔体シートを備え、カーボン多孔体シートは、ラマン分光分析によりＤ／Ｇ＞１．０である。
　かかる構成によると、本態様の電気化学式水素ポンプは、アノードガス拡散層について、金属製のアノードガス拡散層よりもコストを低減しながら、アノードセパレーターへ座屈する可能性を低減し得る。
　具体的には、アモルファスカーボンを含むカーボン多孔体シートには、従来の金属多孔体で確認された鋭利な部分が比較的少ない。よって、本態様の電気化学式水素ポンプは、このようなカーボン多孔体シートが電解質膜に押圧されても、従来の金属多孔体に比べて、電解質膜に損傷を与える可能性を低減することができる。
　また、一般的に、カーボン結合がアモルファス構造であるアモルファスカーボンは、カーボン結合が結晶構造であるカーボンに比べて剛性が高い。よって、本態様の電気化学式水素ポンプは、カーボン多孔体シートが、ラマン分光分析によりＤ／Ｇ＞１．０であるように、アモルファスカーボンを含むことで、アノードガス拡散層の剛性が適切に確保される。
　本開示の第３態様の電気化学式水素ポンプは、第１態様または第２態様の電気化学式水素ポンプにおいて、カーボン多孔体シートは、少なくともアノードセパレーター側の第１表面層の厚み方向のヤング率が、２．５ＧＰａ以上であってもよい。
　かかる構成によると、本態様の電気化学式水素ポンプは、カーボン多孔体シートへの厚み方向に対する圧縮強度が、所望の値（例えば、２０ＭＰａ）において、アノードセパレーター側の第１表面層の厚み方向のヤング率が２．５ＧＰａ未満である場合に比べて、電気化学式水素ポンプの水素昇圧運転時に発生するカソード電極およびアノード電極間の差圧（高圧）によって、アノードガス拡散層が変形することが抑制される。例えば、本態様の電気化学式水素ポンプは、上記の差圧によって、アノードセパレーターに設けられた流路でアノードガス拡散層が座屈する可能性を低減することができる。
　本開示の第４態様の電気化学式水素ポンプは、第１態様または第２態様の電気化学式水素ポンプにおいて、カーボン多孔体シートは、少なくともアノードセパレーター側の第１表面層の厚み方向のヤング率が、７．８ＧＰａ以上であってもよい。
　かかる構成によると、本態様の電気化学式水素ポンプは、カーボン多孔体シートへの厚み方向に対する圧縮強度が、所望の値（例えば、４０ＭＰａ）において、アノードセパレーター側の第１表面層の厚み方向のヤング率が７．８ＧＰａ未満である場合に比べて、電気化学式水素ポンプの水素昇圧運転時に発生するカソード電極およびアノード電極間の差圧（高圧）によって、アノードガス拡散層が変形することが抑制される。例えば、本態様の電気化学式水素ポンプは、上記の差圧によって、アノードセパレーターに設けられた流路でアノードガス拡散層が座屈する可能性を低減することができる。
　本開示の第５態様の電気化学式水素ポンプは、第１態様または第２態様の電気化学式水素ポンプにおいて、カーボン多孔体シートは、少なくともアノードセパレーター側の第１表面層の曲げ強度が、１０ＭＰａ以上であってもよい。
　かかる構成によると、本態様の電気化学式水素ポンプは、カーボン多孔体シートへの厚み方向に対する圧縮強度が、所望の値（例えば、２０ＭＰａ）において、アノードセパレーター側の第１表面層の曲げ強度が１０ＭＰａ未満である場合に比べて、電気化学式水素ポンプの水素昇圧運転時に発生するカソード電極およびアノード電極間の差圧（高圧）によって、アノードガス拡散層が変形することが抑制される。例えば、本態様の電気化学式水素ポンプは、上記の差圧によって、アノードセパレーターに設けられた流路でアノードガス拡散層が座屈する可能性を低減することができる。
　本開示の第６態様の電気化学式水素ポンプは、第１態様または第２態様の電気化学式水素ポンプにおいて、カーボン多孔体シートは、少なくともアノードセパレーター側の第１表面層の曲げ強度が、２０ＭＰａ以上であってもよい。
　かかる構成によると、本態様の電気化学式水素ポンプは、カーボン多孔体シートへの厚み方向に対する圧縮強度が、所望の値（例えば、４０ＭＰａ）において、アノードセパレーター側の第１表面層の曲げ強度が２０ＭＰａ未満である場合に比べて、電気化学式水素ポンプの水素昇圧運転時に発生するカソード電極およびアノード電極間の差圧（高圧）によって、アノードガス拡散層が変形することが抑制される。例えば、本態様の電気化学式水素ポンプは、上記の差圧によって、アノードセパレーターに設けられた流路でアノードガス拡散層が座屈する可能性を低減することができる。
　本開示の第７態様の電気化学式水素ポンプは、第１態様、第２態様、第３態様および第５態様のいずれか一つの電気化学式水素ポンプにおいて、カーボン多孔体シートは、少なくともアノードセパレーター側の第１表面層の気孔率が、４５％以下であってもよい。また、本開示の第８態様の電気化学式水素ポンプは、第１態様、第２態様、第４態様および第６態様のいずれか一つの電気化学式水素ポンプにおいて、カーボン多孔体シートは、少なくともアノードセパレーター側の第１表面層の気孔率が、３９％以下であってもよい。
　本開示の第９態様の電気化学式水素ポンプは、第７態様の電気化学式水素ポンプにおいて、カーボン多孔体シートは、アノード触媒層側の第２表面層の気孔率が、４５％以下であってもよい。また、本開示の第１０態様の電気化学式水素ポンプは、第８態様の電気化学式水素ポンプにおいて、カーボン多孔体シートは、アノード触媒層側の第２表面層の気孔率が、３９％以下であってもよい。
　本開示の第１１態様の電気化学式水素ポンプは、第１態様から第１０態様のいずれか一つの電気化学式水素ポンプにおいて、カーボン多孔体シートは、アノードセパレーター側の第１表面層の剛性が、この第１表面層よりも内側の層の剛性よりも高くてもよい。また、本開示の第１２態様の電気化学式水素ポンプは、第１１態様の電気化学式水素ポンプにおいて、カーボン多孔体シートは、アノード触媒層側の第２表面層の剛性が、この第２表面層よりも内側の層の剛性よりも高くてもよい。
　以上の構成によると、本態様の電気化学式水素ポンプは、電気化学式水素ポンプの水素昇圧運転時に発生するカソード電極およびアノード電極間の差圧（高圧）によって、アノードガス拡散層が変形することが抑制される。例えば、本態様の電気化学式水素ポンプは、上記の差圧によって、アノードセパレーターに設けられた流路でアノードガス拡散層が座屈する可能性を低減することができる。
　本開示の第１３態様の電気化学式水素ポンプは、第１態様から第１２態様のいずれか一つの電気化学式水素ポンプにおいて、カーボン多孔体シートは、アノードセパレーター側の第１表面層の気孔率が、この第１表面層よりも内側の層の気孔率よりも低くてもよい。また、本開示の第１４態様の電気化学式水素ポンプは、第１３態様の電気化学式水素ポンプにおいて、カーボン多孔体シートは、アノード触媒層側の第２表面層の気孔率が、この第２表面層よりも内側の層の気孔率よりも低くてもよい。
　ここで、カーボン多孔体シートが、例えば、カーボン粒子を素材とする焼結体である場合、カーボン多孔体シートの気孔率が低い程、カーボン多孔体シートを構成するカーボン粒子同士のネッキング（粒子間の結合）が増加する。すると、カーボン多孔体シートの剛性を向上させることができる。これにより、本態様の電気化学式水素ポンプは、アノードセパレーター側の第１表面層の剛性を向上させることができる。また、本態様の電気化学式水素ポンプは、アノード触媒層側の第２表面層の剛性を向上させることもできる。その結果、電気化学式水素ポンプの水素昇圧運転時に発生するカソード電極およびアノード電極間の差圧によって、アノードガス拡散層が変形することが抑制される。例えば、本態様の電気化学式水素ポンプは、上記の差圧によって、アノードセパレーターに設けられた流路でアノードガス拡散層が座屈する可能性を低減することができる。
　本開示の第１５態様の電気化学式水素ポンプは、第１態様から第１４態様のいずれか一つの電気化学式水素ポンプにおいて、カーボン多孔体シートのピーク気孔径が、電解質膜の膜厚よりも小さくてもよい。
　仮に、カーボン多孔体シートのピーク気孔径が電解質膜の膜厚以上である場合、電気化学式水素ポンプの水素昇圧運転時に発生するカソード電極およびアノード電極間の差圧によって、電解質膜がカーボン多孔体シートの気孔内に落ち込むことに起因して電解質膜が破断する可能性がある。しかし、本態様の電気化学式水素ポンプは、カーボン多孔体シートのピーク気孔径を電解質膜の膜厚よりも小さくすることで、このような可能性を低減することができる。
　本開示の第１６態様の電気化学式水素ポンプは、第１態様から第１５態様のいずれか一つの電気化学式水素ポンプにおいて、カーボン多孔体シート全体の気孔率が２０％以上であってもよい。
　仮に、カーボン多孔体シート全体の気孔率が２０％未満である場合、アノードガス拡散層のアノード触媒層へのガス拡散性を適切に確保できない恐れがある。しかし、本態様の電気化学式水素ポンプは、カーボン多孔体シート全体の気孔率を２０％以上にすることで、アノードガス拡散層において外部と通じた気孔（連通孔）が形成されやすくなるので、アノードガス拡散層のアノード触媒層へのガス拡散性が確保される。これにより、アノードセパレーターからのアノードガスを、アノードガス拡散層を通じてアノード触媒層に適切に供給することができる。
　ところで、電気化学式水素ポンプのアノード電極およびカソード電極間に電流が流れるとき、プロトンがアノード電極からカソード電極に水を同伴しながら電解質膜を移動する。このとき、アノード電極からカソード電極に移動した水（電気浸透水）は、電気化学式水素ポンプの動作温度が所定温度以上の場合、水蒸気として存在するが、カソード電極の水素ガス圧が高圧になる程、液体の水として存在する割合が増加する。そして、カソード電極に液体の水が存在する場合、かかる水の一部は、カソード電極およびアノード電極間の差圧によってアノード電極に押し戻される。このとき、アノード電極に押し戻される水の量は、カソード電極の水素ガス圧が高圧になる程、増加する。すると、カソード電極の水素ガス圧が上昇するに連れて、アノード電極に押し戻された水によってアノード電極のフラディングが発生しやすくなる。そして、このようなフラディングが発生することにより、アノード電極でガス拡散性が阻害される場合、電気化学式水素ポンプの拡散抵抗が増加することで、電気化学式水素ポンプの水素昇圧動作の効率が低下する恐れがある。
　そこで、本開示の第１７態様の電気化学式水素ポンプは、第１態様から第１６態様のいずれか一つの電気化学式水素ポンプにおいて、アノードガス拡散層は、アノード触媒層側の第２表面層が撥水性であってもよい。
　かかる構成によると、本態様の電気化学式水素ポンプは、アノードガス拡散層のアノード触媒層側の第２表面層を撥水性にすることで、アノード電極に押し戻された水をアノードガスの流れによって速やかに外部に排出することができる。よって、フラディングの発生が抑制され、その結果、アノード電極でガス拡散性を適切に維持することができる。
　一般に、電解質膜は、高温および高加湿の条件（例えば、約６０℃程度）で、プロトン伝導率が上がり、電気化学式水素ポンプの水素昇圧動作の効率が向上する。また、上記のとおり、電気化学式水素ポンプのアノード電極とカソード電極との間に電流が流れるとき、プロトンがアノード電極からカソード電極に水を同伴しながら電解質膜を移動する。そして、アノード電極からカソード電極に移動した電気浸透水の一部は、カソード電極から高圧の水素ガスとともに外部へ排出される。
　ここで、アノード電極とカソード電極との間を流れる電流密度が大きくなると、電気浸透水の量が増加するとともに、カソード電極外に排出される電気浸透水の量が増加する。この場合、電気化学式水素ポンプの電解質膜が乾燥しやすくなるので、電気化学式水素ポンプの水素昇圧動作の効率が低下する恐れがある。
　そこで、本開示の第１８態様の電気化学式水素ポンプは、第１態様から第１７態様のいずれか一つの電気化学式水素ポンプにおいて、アノードガス拡散層は、アノードセパレーター側の第１表面層が親水性であってもよい。
　かかる構成によると、本態様の電気化学式水素ポンプは、アノードガス拡散層のアノードセパレーター側の第１表面層を親水性にすることで、この第１表面層に保水機能を付与することができる。よって、アノードガス拡散層を通じてアノードガス中の水分を電解質膜に供給しやすくなるので、電気化学式水素ポンプの電解質膜が乾燥する可能性を低減することができる。
　以下、添付図面を参照しながら、本開示の実施形態について説明する。なお、以下で説明する実施形態は、いずれも上記の各態様の一例を示すものである。よって、以下で示される形状、材料、構成要素、および、構成要素の配置位置および接続形態などは、あくまで一例であり、請求項に記載されていない限り、上記の各態様を限定するものではない。また、以下の構成要素のうち、上記の各態様の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、図面において、同じ符号が付いたものは、説明を省略する場合がある。図面は理解しやすくするために、それぞれの構成要素を模式的に示したもので、形状および寸法比などについては正確な表示ではない場合がある。
　（第１実施形態）
　［装置構成］
　図１Ａおよび図２Ａは、第１実施形態の電気化学式水素ポンプの一例を示す図である。図１Ｂは、図１Ａの電気化学式水素ポンプのＢ部の拡大図である。図２Ｂは、図２Ａの電気化学式水素ポンプのＢ部の拡大図である。
　なお、図１Ａには、平面視において電気化学式水素ポンプ１００の中心と、カソードガス導出マニホールド５０の中心と、を通過する直線を含む電気化学式水素ポンプ１００の垂直断面が示されている。また、図２Ａには、平面視において電気化学式水素ポンプ１００の中心と、アノードガス導入マニホールド２７の中心と、アノードガス導出マニホールド３０の中心と、を通過する直線を含む電気化学式水素ポンプ１００の垂直断面が示されている。
　図１Ａおよび図２Ａに示す例では、電気化学式水素ポンプ１００は、少なくとも一つの水素ポンプユニット１００Ａを備える。
　なお、電気化学式水素ポンプ１００には、複数の水素ポンプユニット１００Ａが積層されている。例えば、図１Ａおよび図２Ａでは、３段の水素ポンプユニット１００Ａが積層されているが、水素ポンプユニット１００Ａの個数はこれに限定されない。つまり、水素ポンプユニット１００Ａの個数は、電気化学式水素ポンプ１００が昇圧する水素量などの運転条件をもとに適宜の数に設定することができる。
　水素ポンプユニット１００Ａは、電解質膜１１と、アノード電極ＡＮと、カソード電極ＣＡと、カソードセパレーター１６と、アノードセパレーター１７と、絶縁体２１と、を備える。そして、水素ポンプユニット１００Ａにおいて、電解質膜１１、アノード触媒層１３、カソード触媒層１２、アノードガス拡散層１５、カソードガス拡散層１４、アノードセパレーター１７およびカソードセパレーター１６が積層されている。
　アノード電極ＡＮは、電解質膜１１の一方の主面上に設けられている。アノード電極ＡＮは、アノード触媒層１３と、アノードガス拡散層１５とを含む電極である。なお、平面視において、アノード触媒層１３の周囲を囲むように環状のシール部材４３が設けられ、アノード触媒層１３が、シール部材４３で適切にシールされている。
　カソード電極ＣＡは、電解質膜１１の他方の主面上に設けられている。カソード電極ＣＡは、カソード触媒層１２と、カソードガス拡散層１４とを含む電極である。なお、平面視において、カソード触媒層１２の周囲を囲むように環状のシール部材４２が設けられ、カソード触媒層１２が、シール部材４２で適切にシールされている。
　以上により、電解質膜１１は、アノード触媒層１３およびカソード触媒層１２のそれぞれと接触するようにして、アノード電極ＡＮとカソード電極ＣＡとによって挟持されている。なお、カソード電極ＣＡ、電解質膜１１およびアノード電極ＡＮの積層体を膜－電極接合体（以下、ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）という。
　電解質膜１１は、プロトン伝導性を備える。電解質膜１１は、プロトン伝導性を備えていれば、どのような構成であってもよい。例えば、電解質膜１１として、フッ素系高分子電解質膜、炭化水素系高分子電解質膜を挙げることができるが、これらに限定されない。具体的には、例えば、電解質膜１１として、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標、デュポン社製）、Ａｃｉｐｌｅｘ（登録商標、旭化成株式会社製）などを用いることができる。
　アノード触媒層１３は、電解質膜１１の一方の主面上に設けられている。アノード触媒層１３は、触媒金属として、例えば、白金を含むが、これに限定されない。
　カソード触媒層１２は、電解質膜１１の他方の主面上に設けられている。カソード触媒層１２は、触媒金属として、例えば、白金を含むが、これに限定されない。
　カソード触媒層１２およびアノード触媒層１３の触媒担体としては、例えば、カーボンブラック、黒鉛などのカーボン粒子、導電性の酸化物粒子などが挙げられるが、これらに限定されない。
　なお、カソード触媒層１２およびアノード触媒層１３では、触媒金属の微粒子が、触媒担体に高分散に担持されている。また、これらのカソード触媒層１２およびアノード触媒層１３中には、電極反応場を大きくするために、水素イオン伝導性のイオノマー成分を加えることが一般的である。
　カソードガス拡散層１４は、カソード触媒層１２上に設けられている。また、カソードガス拡散層１４は、多孔性材料で構成され、導電性およびガス拡散性を備える。さらに、カソードガス拡散層１４は、電気化学式水素ポンプ１００の動作時にカソード電極ＣＡおよびアノード電極ＡＮ間の差圧で発生する構成部材の変位、変形に適切に追従するような弾性を備える方が望ましい。なお、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００では、カソードガス拡散層１４として、カーボン繊維で構成した部材が用いられている。例えば、カーボンペーパー、カーボンクロス、カーボンフェルトなどの多孔性のカーボン繊維シートでもよい。なお、カソードガス拡散層１４の基材として、カーボン繊維シートを用いなくもよい。例えば、カソードガス拡散層１４の基材として、チタン、チタン合金、ステンレススチールなどを素材とする金属繊維の焼結体、これらを素材とする金属粒子の焼結体などを用いてもよい。
　アノードガス拡散層１５は、アノード触媒層１３上に設けられている。また、アノードガス拡散層１５は、多孔性材料で構成され、導電性およびガス拡散性を備える。さらに、アノードガス拡散層１５は、電気化学式水素ポンプ１００の動作時にカソード電極ＣＡおよびアノード電極ＡＮ間の差圧で発生する構成部材の変位、変形を抑制可能な高剛性であることが望ましい。
　ここで、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００では、アノードガス拡散層１５は、粉末成形体であるカーボン多孔体シートを備える。この粉末成形体は、例えば、カーボン粒子を素材とする焼結体（カーボン粉末焼結体）のシートで構成されていてもよい。
　具体的には、例えば、図３に示すように、アノードガス拡散層１５は、アノードセパレーター１７側の第１表面層１５Ｂがアモルファスカーボンを含むカーボン多孔体シート１５Ｓを備えてもよい。カーボン多孔体シート１５Ｓとして、上記のとおり、カーボン粒子を素材とする焼結体のシートを用いることができる。この場合、カーボン多孔体シート１５Ｓのカーボン粒子は、カーボン結合がアモルファス構造であるアモルファスカーボンで構成される。このようなアモルファスカーボンは、剛性が高い。つまり、カーボン多孔体シート１５Ｓ中のアモルファスカーボンの比率が高い程、カーボン多孔体シート１５Ｓの剛性が高い。よって、カーボン多孔体シート１５Ｓは、アノードセパレーター１７側の第１表面層１５Ｂの剛性が、この第１表面層１５Ｂよりも内側の層１５Ａの剛性よりも高い。
　このように、カーボン多孔体シート１５Ｓは、第１表面層１５Ｂの一方の主面が、アノードセパレーター１７の主面と接触するとともに、第１表面層１５Ｂの他方の主面が、内側の層１５Ａの一方の主面と接触するように構成された積層体である。そして、内側の層１５Ａの他方の主面がアノード触媒層１３と接触している。
　なお、アモルファスカーボンとして、例えば、グラッシーカーボン（ガラス状炭素）、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）などを挙げることができる。
　また、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００では、カーボン多孔体シート１５Ｓの全体の厚みＴに対して、アノードセパレーター１７の主面と接触する剛性が高い層の厚みｔは、０＜ｔ／Ｔ≦１の関係性をもって設定される。つまり、両者の厚みの関係がｔ／Ｔ＝１の場合、カーボン多孔体シート１５Ｓの全体がアモルファスカーボンを含む層で構成される。
　アノードセパレーター１７は、アノード電極ＡＮ上に設けられた部材である。カソードセパレーター１６は、カソード電極ＣＡ上に設けられた部材である。そして、カソードセパレーター１６およびアノードセパレーター１７のそれぞれの中央部には、凹部が設けられている。これらの凹部のそれぞれに、カソードガス拡散層１４およびアノードガス拡散層１５がそれぞれ収容されている。
　このようにして、カソードセパレーター１６およびアノードセパレーター１７で上記のＭＥＡを挟むことにより、水素ポンプユニット１００Ａが形成されている。
　カソードガス拡散層１４と接触するカソードセパレーター１６の主面には、平面視において、例えば、複数のＵ字状の折り返す部分と複数の直線部分とを含むサーペンタイン状のカソードガス流路３２が設けられている。そして、カソードガス流路３２の直線部分は、図１Ａの紙面に垂直な方向に延伸している。ただし、このようなカソードガス流路３２は、例示であって、本例に限定されない。例えば、カソードガス流路は、複数の直線状の流路により構成されていてもよい。
　アノードガス拡散層１５と接触するアノードセパレーター１７の主面には、平面視において、例えば、複数のＵ字状の折り返す部分と複数の直線部分とを含むサーペンタイン状のアノードガス流路３３が設けられている。そして、アノードガス流路３３の直線部分は、図２Ａの紙面に垂直な方向に延伸している。ただし、このようなアノードガス流路３３は、例示であって、本例に限定されない。例えば、アノードガス流路は、複数の直線状の流路により構成されていてもよい。
　また、導電性のカソードセパレーター１６およびアノードセパレーター１７の間には、ＭＥＡの周囲を囲むように設けられた環状かつ平板状の絶縁体２１が挟み込まれている。これにより、カソードセパレーター１６およびアノードセパレーター１７の短絡が防止されている。
　ここで、電気化学式水素ポンプ１００は、水素ポンプユニット１００Ａにおける、積層方向の両端上に設けられた第１端板および第２端板と、水素ポンプユニット１００Ａ、第１端板および第２端板を積層方向に締結する締結器２５と、を備える。
　なお、図１Ａおよび図２Ａに示す例では、カソード端板２４Ｃおよびアノード端板２４Ａがそれぞれ、上記の第１端板および第２端板のそれぞれに対応する。つまり、アノード端板２４Ａは、水素ポンプユニット１００Ａの各部材が積層された積層方向において、一方の端に位置するアノードセパレーター１７上に設けられた端板である。また、カソード端板２４Ｃは、水素ポンプユニット１００Ａの各部材が積層された積層方向において、他方の端に位置するカソードセパレーター１６上に設けられた端板である。
　締結器２５は、水素ポンプユニット１００Ａ、カソード端板２４Ｃおよびアノード端板２４Ａを積層方向に締結することができれば、どのような構成であってもよい。
　例えば、締結器２５として、ボルトおよび皿ばね付きナットなどを挙げることができる。
　このとき、締結器２５のボルトは、アノード端板２４Ａおよびカソード端板２４Ｃのみを貫通するように構成してもよいが、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００では、かかるボルトは、３段の水素ポンプユニット１００Ａの各部材、カソード給電板２２Ｃ、カソード絶縁板２３Ｃ、アノード給電板２２Ａ、アノード絶縁板２３Ａ、アノード端板２４Ａおよびカソード端板２４Ｃを貫通している。そして、上記の積層方向において他方の端に位置するカソードセパレーター１６の端面、および、上記の積層方向において一方の端に位置するアノードセパレーター１７の端面をそれぞれ、カソード給電板２２Ｃとカソード絶縁板２３Ｃおよびアノード給電板２２Ａとアノード絶縁板２３Ａのそれぞれを介して、カソード端板２４Ｃおよびアノード端板２４Ａのそれぞれで挟むようにして、締結器２５により水素ポンプユニット１００Ａに所望の締結圧が付与されている。
　以上により、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００では、３段の水素ポンプユニット１００Ａが、上記の積層方向において、締結器２５の締結圧により積層状態で適切に保持されるとともに、電気化学式水素ポンプ１００の各部材を締結器２５のボルトが貫通しているので、これらの各部材の面内方向における移動を適切に抑えることができる。
　ここで、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００では、水素ポンプユニット１００Ａのそれぞれのカソードガス拡散層１４から流出するカソードガスが流れるカソードガス流路３２が連通されている。以下、図面を参照しながら、カソードガス流路３２のそれぞれが連通する構成について説明する。
　まず、図１Ａに示すように、カソードガス導出マニホールド５０は、３段の水素ポンプユニット１００Ａの各部材およびカソード端板２４Ｃに設けられた貫通孔、および、アノード端板２４Ａに設けられた非貫通孔の連なりによって構成されている。また、カソード端板２４Ｃには、カソードガス導出経路２６が設けられている。カソードガス導出経路２６は、カソード電極ＣＡから排出される水素（Ｈ２）が流通する配管で構成されていてもよい。そして、カソードガス導出経路２６は、上記のカソードガス導出マニホールド５０と連通している。
　さらに、カソードガス導出マニホールド５０は、水素ポンプユニット１００Ａのそれぞれのカソードガス流路３２の一方の端部と、カソードガス通過経路３４のそれぞれを介して連通している。これにより、水素ポンプユニット１００Ａのそれぞれのカソードガス流路３２およびカソードガス通過経路３４を通過した水素が、カソードガス導出マニホールド５０で合流される。そして、合流された水素がカソードガス導出経路２６に導かれる。
　このようにして、水素ポンプユニット１００Ａのそれぞれのカソードガス流路３２は、水素ポンプユニット１００Ａのそれぞれのカソードガス通過経路３４およびカソードガス導出マニホールド５０を介して連通している。
　カソードセパレーター１６およびアノードセパレーター１７の間、カソードセパレーター１６およびカソード給電板２２Ｃの間、アノードセパレーター１７およびアノード給電板２２Ａの間には、平面視において、カソードガス導出マニホールド５０を囲むように、Ｏリングなどの環状のシール部材４０が設けられ、カソードガス導出マニホールド５０が、このシール部材４０で適切にシールされている。
　図２Ａに示す如く、アノード端板２４Ａには、アノードガス導入経路２９が設けられている。アノードガス導入経路２９は、アノード電極ＡＮに供給されるアノードガスが流通する配管で構成されていてもよい。なお、このようなアノードガスとして、例えば、水蒸気を含む水素含有ガスなどを挙げることができる。そして、アノードガス導入経路２９は、筒状のアノードガス導入マニホールド２７に連通している。なお、アノードガス導入マニホールド２７は、３段の水素ポンプユニット１００Ａの各部材およびアノード端板２４Ａに設けられた貫通孔の連なりによって構成されている。
　また、アノードガス導入マニホールド２７は、水素ポンプユニット１００Ａのそれぞれのアノードガス流路３３の一方の端部と、第１アノードガス通過経路３５のそれぞれを介して連通している。これにより、アノードガス導入経路２９からアノードガス導入マニホールド２７に供給されたアノードガスは、水素ポンプユニット１００Ａのそれぞれの第１アノードガス通過経路３５を通じて、水素ポンプユニット１００Ａのそれぞれに分配される。そして、分配されたアノードガスがアノードガス流路３３を通過する間に、アノードガス拡散層１５からアノード触媒層１３にアノードガスが供給される。
　また、図２Ａに示す如く、アノード端板２４Ａには、アノードガス導出経路３１が設けられている。アノードガス導出経路３１は、アノード電極ＡＮから排出されるアノードガスが流通する配管で構成されていてもよい。そして、アノードガス導出経路３１は、筒状のアノードガス導出マニホールド３０に連通している。なお、アノードガス導出マニホールド３０は、３段の水素ポンプユニット１００Ａの各部材およびアノード端板２４Ａに設けられた貫通孔の連なりによって構成されている。
　また、アノードガス導出マニホールド３０が、水素ポンプユニット１００Ａのそれぞれのアノードガス流路３３の他方の端部と、第２アノードガス通過経路３６のそれぞれを介して連通している。これにより、水素ポンプユニット１００Ａのそれぞれのアノードガス流路３３を通過したアノードガスが、第２アノードガス通過経路３６のそれぞれを通じてアノードガス導出マニホールド３０に供給され、ここで合流される。そして、合流されたアノードガスが、アノードガス導出経路３１に導かれる。
　カソードセパレーター１６およびアノードセパレーター１７の間、カソードセパレーター１６およびカソード給電板２２Ｃの間、アノードセパレーター１７およびアノード給電板２２Ａの間には、平面視において、アノードガス導入マニホールド２７およびアノードガス導出マニホールド３０を囲むようにＯリングなどの環状のシール部材４０が設けられ、アノードガス導入マニホールド２７およびアノードガス導出マニホールド３０が、シール部材４０で適切にシールされている。
　図１Ａおよび図２Ａに示すように、電気化学式水素ポンプ１００は、電圧印加器１０２を備える。
　電圧印加器１０２は、アノード触媒層１３とカソード触媒層１２との間に電圧を印加する装置である。具体的には、電圧印加器１０２の高電位が、アノード触媒層１３に印加され、電圧印加器１０２の低電位が、カソード触媒層１２に印加されている。電圧印加器１０２は、アノード触媒層１３およびカソード触媒層１２間に電圧を印加できれば、どのような構成であってもよい。例えば、電圧印加器１０２は、アノード触媒層１３およびカソード触媒層１２間に印加する電圧を調整する装置であってもよい。このとき、電圧印加器１０２は、バッテリ、太陽電池、燃料電池などの直流電源と接続されているときは、ＤＣ／ＤＣコンバータを備え、商用電源などの交流電源と接続されているときは、ＡＣ／ＤＣコンバータを備える。
　また、電圧印加器１０２は、例えば、水素ポンプユニット１００Ａに供給する電力が所定の設定値となるように、アノード触媒層１３およびカソード触媒層１２間に印加される電圧、アノード触媒層１３およびカソード触媒層１２間に流れる電流が調整される電力型電源であってもよい。
　なお、図１Ａおよび図２Ａに示す例では、電圧印加器１０２の低電位側の端子が、カソード給電板２２Ｃに接続され、電圧印加器１０２の高電位側の端子が、アノード給電板２２Ａに接続されている。カソード給電板２２Ｃは、上記の積層方向において他方の端に位置するカソードセパレーター１６と電気的に接触しており、アノード給電板２２Ａは、上記の積層方向において一方の端に位置するアノードセパレーター１７と電気的に接触している。
　図示を省略するが、上記の電気化学式水素ポンプ１００を備える水素供給システムを構築することもできる。この場合、水素供給システムの水素供給動作において必要となる機器は適宜、設けられる。
　例えば、水素供給システムには、アノードガス導出経路３１を通じてアノード電極ＡＮから排出される高加湿状態の水素含有のアノードガスと、アノードガス導入経路２９を通して外部の水素供給源から供給される低加湿状態の水素含有のアノードガスとが混合された混合ガスの露点を調整する露点調整器（例えば、加湿器）が設けられていてもよい。このとき、外部の水素供給源の水素含有のアノードガスは、例えば、水電解装置で生成されてもよい。
　また、水素供給システムには、例えば、電気化学式水素ポンプ１００の温度を検出する温度検出器、電気化学式水素ポンプ１００のカソード電極ＣＡから排出された水素を一時的に貯蔵する水素貯蔵器、水素貯蔵器内の水素ガス圧を検出する圧力検出器などが設けられていてもよい。
　なお、上記の電気化学式水素ポンプ１００の構成、および、水素供給システムにおける図示しない様々な機器は例示であって、本例に限定されない。
　例えば、アノードガス導出マニホールド３０およびアノードガス導出経路３１を設けずに、アノードガス導入マニホールド２７を通してアノード電極ＡＮに供給するアノードガス中の水素を全てカソード電極ＣＡで昇圧するデッドエンド構造が採用されてもよい。
　[動作]
　以下、電気化学式水素ポンプ１００の水素昇圧動作の一例について、図面を参照しながら説明する。
　以下の動作は、例えば、図示しない制御器の演算回路が、制御器の記憶回路から制御プログラムを読み出すことにより行われてもよい。ただし、以下の動作を制御器で行うことは、必ずしも必須ではない。操作者が、その一部の動作を行ってもよい。また、以下では、電気化学式水素ポンプ１００のアノード電極ＡＮに、アノードガスとして、水蒸気を含む水素含有ガスが供給される場合について説明する。
　まず、電気化学式水素ポンプ１００のアノード電極ＡＮに低圧の水素含有ガスが供給されるとともに、電圧印加器１０２の電圧が電気化学式水素ポンプ１００に給電される。
　すると、アノード電極ＡＮのアノード触媒層１３において、酸化反応で水素分子が水素イオン（プロトン）と電子とに分離する（式（１））。プロトンは電解質膜１１内を伝導してカソード触媒層１２に移動する。電子は電圧印加器１０２を通じてカソード触媒層１２に移動する。
　そして、カソード触媒層１２において、還元反応で水素分子が再び生成される（式（２））。なお、プロトンが電解質膜１１中を伝導する際に、所定水量の水が、電気浸透水としてアノード電極ＡＮからカソード電極ＣＡにプロトンと同伴して移動することが知られている。
　このとき、図示しない流量調整器を用いて、水素導出経路の圧損を増加させることにより、カソード電極ＣＡで生成された水素（Ｈ２）を昇圧することができる。なお、水素導出経路として、例えば、図２Ａのカソードガス導出経路２６を挙げることができる。また、流量調整器として、例えば、水素導出経路に設けられた背圧弁、調整弁などを挙げることができる。
　　　アノード電極：Ｈ２（低圧）→２Ｈ＋＋２ｅ－　　　・・・（１）
　　　カソード電極：２Ｈ＋＋２ｅ－→Ｈ２（高圧）　　　・・・（２）
　このようにして、電気化学式水素ポンプ１００では、電圧印加器１０２で電圧を印加することで、アノード電極ＡＮに供給される水素含有ガス中の水素がカソード電極ＣＡにおいて昇圧される。これにより、電気化学式水素ポンプ１００の水素昇圧動作が行われ、カソード電極ＣＡで昇圧された水素は、例えば、図示しない水素貯蔵器に一時的に貯蔵される。また、水素貯蔵器で貯蔵された水素は、適時に、水素需要体に供給される。なお、水素需要体として、例えば、水素を用いて発電する燃料電池などを挙げることができる。
　［ラマン分光分析］
　以下、電気化学式水素ポンプ１００におけるカーボン多孔体シート１５Ｓのラマン分光法による分析結果の一例について、図面を参照しながら説明する。
　＜ラマン分光分析装置の仕様＞
　カーボン多孔体シート１５Ｓのレーザーラマン分光分析は、以下の仕様のラマン分光分析装置ＨＲ－８００－ＵＶ（HORIBA JOBIN YVON 社製）で行われた。
・測定波数範囲：４００～２１００ｃｍ－１
・光源／波長：Ａｒレーザー／５１４ｎｍ
・レーザーパワー：５０ｍＷ（レーザー出口付近での強度）
・レーザースポット径：約１μｍφ
・回折格子：６００ｇｒ／ｍｍ
・検出器：ＣＣＤ
　＜分析結果＞
　図４は、第１実施形態の電気化学式水素ポンプにおけるカーボン多孔体シートのラマン分光法による分析結果の一例を示す図である。図４のラマンスペクトルの横軸には、エネルギーに比例する単位として波数(波長の逆数)（ｃｍ－１）が取られ、縦軸には、散乱光の強度が取られている。
　図４のラマンスペクトルは、ガウス分布で分離すると、同図に示すように、ラマンピークが約１６００ｃｍ－１付近のスペクトル（Ｇバンド）と、ラマンピークが約１３５０ｃｍ－１付近のスペクトル（Ｄ１バンド）と、ラマンピークが約１５００ｃｍ－１付近のスペクトル（Ｄ２バンド）と、ラマンピークが約１２００ｃｍ－１付近のスペクトル（Ｄ３バンド）と、が含まれていることがわかった。
　ここで、Ｇバンドは、結晶状態のカーボンに由来するスペクトルであると考えられる。また、Ｄ１バンド、Ｄ２バンドおよびＤ３バンド（以下、Ｄバンド）は、アモルファス状態のカーボンに由来すると考えられる。つまり、ＤバンドとＧバンドとの間における散乱光強度の積分値（以下、積分強度）の比（Ｄ（＝Ｄ１＋Ｄ２＋Ｄ３）／Ｇ）が大きいほど、カーボン多孔体シート１５Ｓに含まれるアモルファス状態のカーボン量が多いと考えられる。
　そこで、各バンドの積分強度を測定すると、Ｇバンドでは、１６７１であり、Ｄ１バンドでは、２８７０であり、Ｄ２バンドでは、８５３であり、Ｄ３バンドでは、７０８であった。
　これにより、ＤバンドとＧバンドとの間における積分強度の比（Ｄ／Ｇ）は、２．６５１であることがわかる。また、Ｄバンドのうちの特徴的なラマンピーク（約１３５０ｃｍ－１付近）に対応するＤ１バンドと、Ｇバンドとの間における積分強度の比（Ｄ１／Ｇ）は、１．７１７であることもわかる。
　このように、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００では、カーボン多孔体シート１５Ｓは、ラマン分光分析により、ＤバンドとＧバンドとの間における積分強度の比（Ｄ／Ｇ）が「１」を超える程度に（Ｄ／Ｇ＞１）、結晶性が低いことが明らかとなった。
　以上のとおり、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００は、アノードガス拡散層１５について、金属製のアノードガス拡散層よりもコストを低減しながら、アノードセパレーター１７へ座屈する可能性を低減し得る。
　具体的には、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００は、カーボン多孔体シート１５Ｓを粉末成形体で構成することで、例えば、カーボン多孔体シートをカーボン繊維で構成する場合に比べて剛性を上げることができる。
　また、アモルファスカーボンを含むカーボン多孔体シート１５Ｓは、従来の金属多孔体で確認された鋭利な部分が比較的少ない。よって、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００は、このようなカーボン多孔体シート１５Ｓが電解質膜１１に押圧されても、従来の金属多孔体に比べて、電解質膜１１に損傷を与える可能性を低減することができる。
　また、一般的に、カーボン結合がアモルファス構造であるアモルファスカーボンは、カーボン結合が結晶構造であるカーボンに比べて剛性が高い。よって、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００は、カーボン多孔体シート１５Ｓが、ラマン分光分析によりＤ／Ｇ＞１．０であるように、アモルファスカーボンを含むことで、アノードガス拡散層１５の剛性が適切に確保される。
　また、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００は、カーボン多孔体シート１５Ｓのアノードセパレーター１７側の第１表面層１５Ｂの剛性が、この第１表面層１５Ｂよりも内側の層１５Ａの剛性よりも高い。このため、電気化学式水素ポンプ１００の水素昇圧運転時に発生するカソード電極ＣＡおよびアノード電極ＡＮ間の差圧（高圧）によって、アノードガス拡散層１５が変形することが抑制される。例えば、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００は、上記の差圧によって、アノードセパレーター１７に設けられたアノードガス流路３３でアノードガス拡散層１５が座屈する可能性を低減することができる。
　（第１実施例）
　第１実施例の電気化学式水素ポンプ１００は、以下に説明するカーボン多孔体シート１５Ｓの構成以外は、第１実施形態の電気化学式水素ポンプ１００と同様である。
　本実施例の電気化学式水素ポンプ１００では、カーボン多孔体シート１５Ｓは、アノードセパレーター１７側の第１表面層１５Ｂの気孔率が、この第１表面層１５Ｂよりも内側の層１５Ａの気孔率よりも低い。
　なお、上記の気孔率は、例えば、水銀ポロシメータ（商品名：オートポアIII９４１０、株式会社島津製作所製）で評価可能である。この装置は、細孔への水銀の圧入を利用して、数ｎｍ～５００μｍ程度の気孔径を有する気孔の容積を測定することができる。そして、第１表面層１５Ｂおよび内側の層１５Ａのそれぞれの気孔の容積と固体部分とから、これらの気孔率を知ることができる。
　ここで、カーボン多孔体シート１５Ｓが、例えば、カーボン粒子を素材とする焼結体である場合、カーボン多孔体シート１５Ｓの気孔率が低い程、カーボン多孔体シート１５Ｓを構成するカーボン粒子同士のネッキング（粒子間の結合）が増加する。すると、カーボン多孔体シート１５Ｓの剛性を向上させることができる。これにより、本実施例の電気化学式水素ポンプ１００は、カーボン多孔体シート１５Ｓのアノードセパレーター１７側の第１表面層１５Ｂの剛性を向上させることができる。その結果、電気化学式水素ポンプ１００の水素昇圧運転時に発生するカソード電極ＣＡおよびアノード電極ＡＮ間の差圧によって、アノードガス拡散層１５が変形することが抑制される。例えば、本実施例の電気化学式水素ポンプ１００は、上記の差圧によって、アノードセパレーター１７に設けられたアノードガス流路３３でアノードガス拡散層１５が座屈する可能性を低減することができる。
　本実施例の電気化学式水素ポンプ１００は、上記の特徴以外は、第１実施形態の電気化学式水素ポンプ１００と同様であってもよい。
　（第２実施例）
　第２実施例の電気化学式水素ポンプ１００は、以下に説明するカーボン多孔体シート１５Ｓの構成以外は、第１実施形態の電気化学式水素ポンプ１００と同様である。
　本実施例の電気化学式水素ポンプ１００では、図５に示すように、カーボン多孔体シート１５Ｓの第１表面層１５Ｂよりも内側の層１５Ａが、カーボン多孔体シート１５Ｓの厚み方向の中間に位置する中間層であってもよい。よって、この中間層の剛性は、アノードセパレーター１７側の第１表面層１５Ｂの剛性よりも低い。この場合、中間層は、例えば、カーボン結合が結晶構造であるカーボンで構成されていてもよい。また、カーボン多孔体シート１５Ｓが、例えば、カーボン粒子を素材とする焼結体である場合、中間層の気孔率が、第１表面層１５Ｂの気孔率よりも高くてもよい。
　また、本実施例の電気化学式水素ポンプ１００では、図５に示すように、カーボン多孔体シート１５Ｓは、アノード触媒層１３側の第２表面層１５Ｃの剛性が、第２表面層１５Ｃよりも内側の層１５Ａ（中間層）の剛性よりも高い。この場合、カーボン多孔体シート１５Ｓは、アノード触媒層１３側の第２表面層１５Ｃの気孔率が、第２表面層１５Ｃよりも内側の層１５Ａ（中間層）の気孔率よりも低くてもよい。
　以上の気孔率は、例えば、水銀ポロシメータ（商品名：オートポアIII９４１０、株式会社島津製作所製）で評価可能である。
　ここで、カーボン多孔体シート１５Ｓが、例えば、カーボン粒子を素材とする焼結体である場合、カーボン多孔体シート１５Ｓの気孔率が低い程、カーボン多孔体シート１５Ｓを構成するカーボン粒子同士のネッキング（粒子間の結合）が増加する。すると、カーボン多孔体シート１５Ｓの剛性を向上させることができる。これにより、本実施例の電気化学式水素ポンプ１００は、アノードセパレーター１７側の第１表面層１５Ｂおよびアノード触媒層１３側の第２表面層１５Ｃの剛性を向上させることができる。その結果、電気化学式水素ポンプ１００の水素昇圧運転時に発生するカソード電極ＣＡおよびアノード電極ＡＮ間の差圧によって、アノードガス拡散層１５が変形することが抑制される。例えば、本実施例の電気化学式水素ポンプ１００は、上記の差圧によって、アノードセパレーター１７に設けられたアノードガス流路３３でアノードガス拡散層１５が座屈する可能性を低減することができる。
　本実施例の電気化学式水素ポンプ１００は、上記の特徴以外は、第１実施形態または第１実施形態の第１実施例の電気化学式水素ポンプ１００と同様であってもよい。
　（第３実施例）
　図６は、第１実施形態の第３実施例の電気化学式水素ポンプにおけるカーボン多孔体シートの気孔率の測定値の一例を示す図である。
　まず、図６（ａ）では、厚みが約２５０μｍのカーボン多孔体シートの気孔率を、例えば、水銀ポロシメータ（商品名：オートポアIII９４１０、株式会社島津製作所製）で測定したところ、この気孔率は、約２９％であった。
　次に、図６（ａ）のカーボン多孔体シートの一方の主面を、図６（ｂ）に示すように、約５０μｍ程度、厚み方向に研磨した（片面研磨）。そして、図６（ｂ）では、厚みが約２００μｍのカーボン多孔体シートの気孔率を、例えば、水銀ポロシメータ（商品名：オートポアIII９４１０、株式会社島津製作所製）で測定したところ、この気孔率は、約３２％であった。
　次に、図６（ｂ）のカーボン多孔体シートの他方の主面を、図６（ｃ）に示すように、約５０μｍ程度、厚み方向にさらに研磨した（両面研磨）。そして、図６（ｃ）では、厚みが約１５０μｍのカーボン多孔体シートの気孔率を、例えば、水銀ポロシメータ（商品名：オートポアIII９４１０、株式会社島津製作所製）で測定したところ、この気孔率は、約３４％であった。
　以上のカーボン多孔体シートの気孔率の測定結果から、図６（ａ）のカーボン多孔体シートには、気孔率が大きい中間層と気孔率が小さい表面層とが混在することがわかる。つまり、図６（ａ）のカーボン多孔体シートは、第２実施例（図５）に示す如く、第１表面層１５Ｂ、内側の層１５Ａ（中間層）および第２表面層１５Ｃを備えるカーボン多孔体シート１５Ｓであってもよい。
　なお、このカーボン多孔体シートが、例えば、カーボン粒子を素材とする焼結体である場合、気孔率が大きい中間層は、カーボン粒子が低密度の領域に相当する。気孔率が小さい表面層は、カーボン粒子が高密度の領域に相当する。
　なお、気孔率の大小が中間層と表面層とで異なるカーボン多孔体シートは、例えば、所望の温度および所望の圧力で焼結された圧紛体であってもよいが、これに限定されない。このようなカーボン多孔体シートは、表面層のカーボン粒子の粒子径を、中間層のカーボン粒子の粒子径よりも小さくすることで形成することもできる。
　本実施例の電気化学式水素ポンプ１００が奏する作用効果は、第２実施例の電気化学式水素ポンプ１００が奏する作用効果と同様であるので説明を省略する。
　また、本実施例の電気化学式水素ポンプ１００は、上記の特徴以外は、第１実施形態および第１実施形態の第１実施例－第２実施例のいずれかの電気化学式水素ポンプ１００と同様であってもよい。
　（第４実施例）
　第４実施例の電気化学式水素ポンプ１００は、以下に説明するカーボン多孔体シート１５Ｓの構成以外は、第１実施形態の電気化学式水素ポンプ１００と同様である。
　まず、カーボン多孔体シート１５Ｓへの厚み方向に対する圧縮強度が１６ＭＰａまたは６０ＭＰａである場合において、カーボン多孔体シート１５Ｓの気孔率、曲げ強度および厚み方向のヤング率を測定したところ、以下の値が得られた。
　上記の気孔率の測定は、水銀ポロシメータ（商品名：オートポアIII９４１０、株式会社島津製作所製）で行った。また、上記の曲げ強度およびヤング率の測定はそれぞれ、JIS規格　R1601「ファインセラミックスの曲げ強さ試験方法」およびJIS規格　R1602「ファインセラミックスの弾性率試験方法」に記載の３点曲げ試験によって行った。なお、ヤング率の測定は、曲げ試験での応力―ひずみ曲線の直線領域で算出した。
　＜圧縮強度が１６ＭＰａの場合＞
・気孔率：４７％
・曲げ強度：８ＭＰａ
・ヤング率：１．５ＧＰａ
　＜圧縮強度が６０ＭＰａの場合＞
・気孔率：３３％
・曲げ強度：３０ＭＰａ
・ヤング率：１３ＧＰａ
　ここで、カーボン多孔体シート１５Ｓへの厚み方向に対する圧縮強度と、カーボン多孔体シート１５Ｓの曲げ強度およびヤング率とは、直線的な傾向が強い正の相関関係があると考えられる。また、カーボン多孔体シート１５Ｓへの厚み方向に対する圧縮強度と、カーボン多孔体シート１５Ｓの気孔率とは、直線的な傾向が強い負の相関関係があると考えられる。
　そこで、カーボン多孔体シート１５Ｓへの厚み方向に対する圧縮強度が所望の値（例えば、２０ＭＰａ）の場合における、カーボン多孔体シート１５Ｓの破損を抑制するために必要な気孔率の上限値、曲げ強度の下限値および厚み方向のヤング率の下限値を、上記の測定データの直線近似から算出すると、それぞれ４５％、１０ＭＰａおよび２．５ＧＰａであることがわかる。
　つまり、本実施例の電気化学式水素ポンプ１００では、カーボン多孔体シート１５Ｓは、少なくともアノードセパレーター１７側の第１表面層１５Ｂの厚み方向のヤング率が、２．５ＧＰａ以上であってもよい。また、カーボン多孔体シート１５Ｓは、少なくともアノードセパレーター１７側の第１表面層１５Ｂの曲げ強度が、１０ＭＰａ以上であってもよい。これらの場合、カーボン多孔体シート１５Ｓは、少なくともアノードセパレーター１７側の第１表面層１５Ｂの気孔率が、４５％以下である。なお、このとき、カーボン多孔体シート１５Ｓは、少なくともアノード触媒層１３側の第２表面層１５Ｃの気孔率が、４５％以下であってもよい。
　以上により、本実施例の電気化学式水素ポンプ１００は、カーボン多孔体シート１５Ｓへの厚み方向に対する圧縮強度が、所望の値（例えば、２０ＭＰａ）において、アノードセパレーター１７側の第１表面層１５Ｂの厚み方向のヤング率が２．５ＧＰａ未満である場合に比べて、電気化学式水素ポンプ１００の水素昇圧運転時に発生するカソード電極ＣＡおよびアノード電極ＡＮ間の差圧（高圧）によって、アノードガス拡散層１５が変形することが抑制される。また、本実施例の電気化学式水素ポンプ１００は、アノードセパレーター１７側の第１表面層１５Ｂの曲げ強度が１０ＭＰａ未満である場合に比べて、電気化学式水素ポンプ１００の水素昇圧運転時に発生するカソード電極ＣＡおよびアノード電極ＡＮ間の差圧（高圧）によって、アノードガス拡散層１５が変形することが抑制される。例えば、本実施例の電気化学式水素ポンプ１００は、上記の差圧によって、アノードセパレーター１７に設けられたアノードガス流路３３でアノードガス拡散層１５が座屈する可能性を低減することができる。
　なお、カーボン多孔体シート１５Ｓへの厚み方向に対する圧縮強度が約２０ＭＰａ程度であると、このようなカーボン多孔体シート１５Ｓを備える電気化学式水素ポンプ１００は、様々な用途に利用することができる。例えば、電気化学式水素ポンプ１００は、トラックなどで輸送する小型の水素容器に、約１５ＭＰａ程度で水素を充填する際に使用することができる。また、電気化学式水素ポンプ１００は、トラックまたはユニック車などで輸送する、複数本の水素容器がまとめて固定された水素カードルに、約１５ＭＰａ程度または約２０ＭＰａ程度で水素を充填する際にも使用することができる。
　また、カーボン多孔体シート１５Ｓへの厚み方向に対する圧縮強度が所望の値（例えば、４０ＭＰａ）の場合における、カーボン多孔体シート１５Ｓの破損を抑制するために必要な気孔率の上限値、曲げ強度の下限値および厚み方向のヤング率の下限値を、上記の測定データの直線近似から算出すると、それぞれ３９％、２０ＭＰａおよび７．８ＧＰａであることがわかる。
　つまり、本実施例の電気化学式水素ポンプ１００では、カーボン多孔体シート１５Ｓは、少なくともアノードセパレーター１７側の第１表面層１５Ｂの厚み方向のヤング率が、７．８ＧＰａ以上であってもよい。また、カーボン多孔体シート１５Ｓは、少なくともアノードセパレーター１７側の第１表面層１５Ｂの曲げ強度が、２０ＭＰａ以上であってもよい。これらの場合、カーボン多孔体シート１５Ｓは、少なくともアノードセパレーター１７側の第１表面層１５Ｂの気孔率が、３９％以下である。なお、このとき、カーボン多孔体シート１５Ｓは、少なくともアノード触媒層１３側の第２表面層１５Ｃの気孔率が、３９％以下であってもよい。
　以上により、本実施例の電気化学式水素ポンプ１００は、カーボン多孔体シート１５Ｓへの厚み方向に対する圧縮強度が、所望の値（例えば、４０ＭＰａ）において、アノードセパレーター１７側の第１表面層１５Ｂの厚み方向のヤング率が７．８ＧＰａ未満である場合に比べて、電気化学式水素ポンプ１００の水素昇圧運転時に発生するカソード電極ＣＡおよびアノード電極ＡＮ間の差圧（高圧）によって、アノードガス拡散層１５が変形することが抑制される。また、本実施例の電気化学式水素ポンプ１００は、アノードセパレーター１７側の第１表面層１５Ｂの曲げ強度が２０ＭＰａ未満である場合に比べて、電気化学式水素ポンプ１００の水素昇圧運転時に発生するカソード電極ＣＡおよびアノード電極ＡＮ間の差圧（高圧）によって、アノードガス拡散層１５が変形することが抑制される。例えば、本実施例の電気化学式水素ポンプ１００は、上記の差圧によって、アノードセパレーター１７に設けられたアノードガス流路３３でアノードガス拡散層１５が座屈する可能性を低減することができる。
　なお、カーボン多孔体シート１５Ｓへの厚み方向に対する圧縮強度が約４０ＭＰａ程度であると、このようなカーボン多孔体シート１５Ｓを備える電気化学式水素ポンプ１００は、様々な用途に利用することができる。例えば、電気化学式水素ポンプ１００は、フォークリフトまたは燃料電池車用の水素供給設備において、水素圧縮機として使用することができる。具体的には、電気化学式水素ポンプ１００は、例えば、約１５ＭＰａ程度で水素が充填された水素容器から、約４０ＭＰａ程度の高圧水素を水素蓄圧器に供給する際に使用することができる。
　本実施例の電気化学式水素ポンプ１００は、上記の特徴以外は、第１実施形態および第１実施形態の第１実施例－第３実施例のいずれかの電気化学式水素ポンプ１００と同様であってもよい。
　（第５実施例）
　第５実施例の電気化学式水素ポンプ１００は、以下に説明するカーボン多孔体シート１５Ｓの構成以外は、第１実施形態の電気化学式水素ポンプ１００と同様である。
　本実施例の電気化学式水素ポンプ１００では、カーボン多孔体シート１５Ｓのピーク気孔径が、電解質膜１１の膜厚よりも小さい。電解質膜１１の膜厚は、例えば、約２０μｍ～約５０μｍ程度であるが、これに限定されない。
　なお、上記のピーク気孔径は、例えば、水銀ポロシメータ（商品名：オートポアIII９４１０、株式会社島津製作所製）で評価可能である。この装置は、細孔への水銀の圧入を利用して、数ｎｍ～５００μｍ程度の気孔径の分布を測定することができる。そして、この気孔径分布からピーク気孔径を知ることができる。
　仮に、カーボン多孔体シート１５Ｓのピーク気孔径が電解質膜１１の膜厚以上である場合、電気化学式水素ポンプ１００の水素昇圧運転時に発生するカソード電極ＣＡおよびアノード電極ＡＮ間の差圧によって、電解質膜１１がカーボン多孔体シート１５Ｓの気孔内に落ち込むことに起因して電解質膜１１が破断する可能性がある。しかし、本実施例の電気化学式水素ポンプ１００は、カーボン多孔体シート１５Ｓのピーク気孔径を電解質膜１１の膜厚よりも小さくすることで、このような可能性を低減することができる。
　本実施例の電気化学式水素ポンプ１００は、上記の特徴以外は、第１実施形態および第１実施形態の第１実施例－第４実施例のいずれかの電気化学式水素ポンプ１００と同様であってもよい。
　（第６実施例）
　第６実施例の電気化学式水素ポンプ１００は、以下に説明するカーボン多孔体シート１５Ｓの構成以外は、第１実施形態の電気化学式水素ポンプ１００と同様である。
　本実施例の電気化学式水素ポンプ１００では、カーボン多孔体シート１５Ｓの全体の気孔率が２０％以上である。
　なお、上記の気孔率は、例えば、水銀ポロシメータ（商品名：オートポアIII９４１０、株式会社島津製作所製）で評価可能である。この装置は、細孔への水銀の圧入を利用して、数ｎｍ～５００μｍ程度の気孔径を有する気孔の容積を測定することができる。そして、カーボン多孔体シート１５Ｓの全体の気孔の容積と固体部分とから、この気孔率を知ることができる。
　仮に、カーボン多孔体シート１５Ｓの全体の気孔率が２０％未満である場合、アノードガス拡散層１５のアノード触媒層１３へのガス拡散性を適切に確保できない恐れがある。しかし、本実施例の電気化学式水素ポンプ１００は、カーボン多孔体シート１５Ｓの全体の気孔率を２０％以上にすることで、アノードガス拡散層１５において外部と通じた気孔（連通孔）が形成されやすくなるので、アノードガス拡散層１５のアノード触媒層１３へのガス拡散性が確保される。これにより、アノードセパレーター１７からのアノードガスを、アノードガス拡散層１５を通じてアノード触媒層１３に適切に供給することができる。
　本実施例の電気化学式水素ポンプ１００は、上記の特徴以外は、第１実施形態および第１実施形態の第１実施例－第５実施例のいずれかの電気化学式水素ポンプ１００と同様であってもよい。
　（第２実施形態）
　第２実施形態の電気化学式水素ポンプ１００は、アノードガス拡散層１５のアノード触媒層１３側の第２表面層１５Ｃが撥水性であること以外は、第１実施形態の電気化学式水素ポンプ１００と同様である。
　電気化学式水素ポンプ１００のアノード電極ＡＮおよびカソード電極ＣＡ間に電流が流れるとき、プロトンがアノード電極ＡＮからカソード電極ＣＡに水を同伴しながら電解質膜１１を移動する。このとき、アノード電極ＡＮからカソード電極ＣＡに移動した水（電気浸透水）は、電気化学式水素ポンプ１００の動作温度が所定温度以上の場合、水蒸気として存在するが、カソード電極ＣＡの水素ガス圧が高圧になる程、液体の水として存在する割合が増加する。そして、カソード電極ＣＡに液体の水が存在する場合、かかる水の一部は、カソード電極ＣＡおよびアノード電極ＡＮ間の差圧によってアノード電極ＡＮに押し戻される。このとき、アノード電極ＡＮに押し戻される水の量は、カソード電極ＣＡの水素ガス圧が高圧になる程、増加する。すると、カソード電極ＣＡの水素ガス圧が上昇するに連れて、アノード電極ＡＮに押し戻された水によってアノード電極ＡＮのフラディングが発生しやすくなる。そして、このようなフラディングが発生することにより、アノード電極ＡＮでガス拡散性が阻害される場合、電気化学式水素ポンプ１００の拡散抵抗が増加することで、電気化学式水素ポンプ１００の水素昇圧動作の効率が低下する恐れがある。
　そこで、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００は、アノードガス拡散層１５のアノード触媒層１３側の第２表面層１５Ｃを撥水性にすることで、アノード電極ＡＮに押し戻された水をアノードガスの流れによって速やかに外部に排出するように構成されている。よって、フラディングの発生が抑制され、その結果、アノード電極ＡＮでガス拡散性を適切に維持することができる。
　なお、アノードガス拡散層１５が、カーボン粒子を素材とする焼結体である場合、この焼結体に、フッ素系樹脂などの撥水性樹脂を含む材料を塗布することで、アノードガス拡散層１５のアノード触媒層１３側の第２表面層１５Ｃのカーボン粒子に撥水性を発現させてもよい。また、上記の焼結体に、このような撥水性樹脂を含む材料を含浸させることで、アノードガス拡散層１５のアノード触媒層１３側の第２表面層１５Ｃのカーボン粒子に撥水性を発現させてもよい。
　撥水性樹脂を含む材料として、例えば、ＰＴＦＥの微粉末を溶媒に分散させた溶液などを挙げることができる。また、撥水性樹脂を含む材料の塗布方法として、例えば、スプレー塗布法などを挙げることができる。
　ただし、以上の撥水性の第２表面層１５Ｃの形成方法および構成は例示であって、本例に限定されない。
　本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００は、上記の特徴以外は、第１実施形態および第１実施形態の第１実施例－第６実施例のいずれかの電気化学式水素ポンプ１００と同様であってもよい。
　（第３実施形態）
　第３実施形態の電気化学式水素ポンプ１００は、アノードガス拡散層１５のアノードセパレーター１７側の第１表面層１５Ｂが親水性である以外は、第１実施形態の電気化学式水素ポンプ１００と同様である。
　一般に、電解質膜１１は、高温および高加湿の条件（例えば、約６０℃程度）で、プロトン伝導率が上がり、電気化学式水素ポンプ１００の水素昇圧動作の効率が向上する。また、上記のとおり、電気化学式水素ポンプ１００のアノード電極ＡＮとカソード電極ＣＡとの間に電流が流れるとき、プロトンがアノード電極ＡＮからカソード電極ＣＡに水を同伴しながら電解質膜１１を移動する。そして、アノード電極ＡＮからカソード電極ＣＡに移動した電気浸透水の一部は、カソード電極ＣＡから高圧の水素ガスとともに外部へ排出される。
　ここで、アノード電極ＡＮとカソード電極ＣＡとの間を流れる電流密度が大きくなると、電気浸透水の量が増加するとともに、カソード電極ＣＡ外に排出される電気浸透水の量が増加する。この場合、電気化学式水素ポンプ１００の電解質膜１１が乾燥しやすくなるので、電気化学式水素ポンプ１００の水素昇圧動作の効率が低下する恐れがある。
　そこで、本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００は、アノードガス拡散層１５のアノードセパレーター１７側の第１表面層１５Ｂを親水性にすることで、この第１表面層１５Ｂに保水機能を付与するように構成されている。よって、アノードガス拡散層１５を通じてアノードガス中の水分を電解質膜１１に供給しやすくなるので、電気化学式水素ポンプ１００の電解質膜１１が乾燥する可能性を低減することができる。
　なお、アノードガス拡散層１５が、カーボン粒子を素材とする焼結体である場合、このカーボン粒子に、例えば、薬剤、電解酸化、オゾン、酸素プラズマなどの処理を行い、例えば、カルボキシル基、水酸基、カルボニル基など含酸素官能基を設けることで、かかるカーボン粒子に親水性を発現させることができる。
　ただし、以上の親水性の第１表面層１５Ｂの形成方法および構成は例示であって、本例に限定されない。
　本実施形態の電気化学式水素ポンプ１００は、上記の特徴以外は、第１実施形態、第１実施形態の第１実施例－第６実施例および第２実施形態のいずれかの電気化学式水素ポンプ１００と同様であってもよい。
　なお、第１実施形態、第１実施形態の第１実施例－第６実施例、第２実施形態および第３実施形態は、互いに相手を排除しない限り、互いに組み合わせても構わない。例えば、電気化学式水素ポンプ１００は、アノードガス拡散層１５のアノード触媒層１３側の第２表面層１５Ｃを撥水性にするとともに、アノードガス拡散層１５のアノードセパレーター１７側の第１表面層１５Ｂを親水性にしてもよい。
　上記説明から、当業者にとっては、本開示の多くの改良および他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本開示を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本開示の精神を逸脱することなく、その構造および／または機能の詳細を実質的に変更することができる。
　本開示の一態様は、アノードガス拡散層について、金属製のアノードガス拡散層よりもコストを低減し得る電気化学式水素ポンプに利用することができる。
１１　　　　　　：電解質膜
１２　　　　　　：カソード触媒層
１３　　　　　　：アノード触媒層
１４　　　　　　：カソードガス拡散層
１５　　　　　　：アノードガス拡散層
１５Ａ　　　　　：内側の層
１５Ｂ　　　　　：第１表面層
１５Ｃ　　　　　：第２表面層
１５Ｓ　　　　　：カーボン多孔体シート
１６　　　　　　：カソードセパレーター
１７　　　　　　：アノードセパレーター
２１　　　　　　：絶縁体
２２Ａ　　　　　：アノード給電板
２２Ｃ　　　　　：カソード給電板
２３Ａ　　　　　：アノード絶縁板
２３Ｃ　　　　　：カソード絶縁板
２４Ａ　　　　　：アノード端板
２４Ｃ　　　　　：カソード端板
２５　　　　　　：締結器
２６　　　　　　：カソードガス導出経路
２７　　　　　　：アノードガス導入マニホールド
２９　　　　　　：アノードガス導入経路
３０　　　　　　：アノードガス導出マニホールド
３１　　　　　　：アノードガス導出経路
３２　　　　　　：カソードガス流路
３３　　　　　　：アノードガス流路
３４　　　　　　：カソードガス通過経路
３５　　　　　　：第１アノードガス通過経路
３６　　　　　　：第２アノードガス通過経路
４０　　　　　　：シール部材
４２　　　　　　：シール部材
４３　　　　　　：シール部材
５０　　　　　　：カソードガス導出マニホールド
１００　　　　　：電気化学式水素ポンプ
１００Ａ　　　　：水素ポンプユニット
１０２　　　　　：電圧印加器
ＡＮ　　　　　　：アノード電極
ＣＡ　　　　　　：カソード電極

Claims (18)

  1. 　電解質膜と、
    　前記電解質膜の一方の主面上に設けられたアノード電極と、
    　前記電解質膜の他方の主面上に設けられたカソード電極と、
    　前記アノード電極上に設けられたアノードセパレーターと、
    　を備え、
    　前記アノード電極は、前記電解質膜の一方の主面上に設けられたアノード触媒層と、前記アノード触媒層上に設けられたアノードガス拡散層とを備え、
    　前記アノードガス拡散層は、粉末成形体であるカーボン多孔体シートを備える、電気化学式水素ポンプ。
  2. 　電解質膜と、
    　前記電解質膜の一方の主面上に設けられたアノード電極と、
    　前記電解質膜の他方の主面上に設けられたカソード電極と、
    　前記アノード電極上に設けられたアノードセパレーターと、
    　を備え、
    　前記アノード電極は、前記電解質膜の一方の主面上に設けられたアノード触媒層と、前記アノード触媒層上に設けられたアノードガス拡散層とを備え、
    　前記アノードガス拡散層は、アノードセパレーター側の第１表面層がアモルファスカーボンを含むカーボン多孔体シートを備え、
    　前記カーボン多孔体シートは、ラマン分光分析によりＤ／Ｇ＞１．０である、電気化学式水素ポンプ。
  3. 　前記カーボン多孔体シートは、少なくとも前記アノードセパレーター側の第１表面層の厚み方向のヤング率が、２．５ＧＰａ以上である、請求項１または２に記載の電気化学式水素ポンプ。
  4. 　前記カーボン多孔体シートは、少なくとも前記アノードセパレーター側の第１表面層の厚み方向のヤング率が、７．８ＧＰａ以上である、請求項１または２に記載の電気化学式水素ポンプ。
  5. 　前記カーボン多孔体シートは、少なくとも前記アノードセパレーター側の第１表面層の曲げ強度が、１０ＭＰａ以上である、請求項１または２に記載の電気化学式水素ポンプ。
  6. 　前記カーボン多孔体シートは、少なくとも前記アノードセパレーター側の第１表面層の曲げ強度が、２０ＭＰａ以上である、請求項１または２に記載の電気化学式水素ポンプ。
  7. 　前記カーボン多孔体シートは、少なくとも前記アノードセパレーター側の第１表面層の気孔率が、４５％以下である、請求項１、２、３および５のいずれか１項に記載の電気化学式水素ポンプ。
  8. 　前記カーボン多孔体シートは、少なくとも前記アノードセパレーター側の第１表面層の気孔率が、３９％以下である、請求項１、２、４および６のいずれか１項に記載の電気化学式水素ポンプ。
  9. 　前記カーボン多孔体シートは、前記アノード触媒層側の第２表面層の気孔率が、４５％以下である、請求項７に記載の電気化学式水素ポンプ。
  10. 　前記カーボン多孔体シートは、前記アノード触媒層側の第２表面層の気孔率が、３９％以下である、請求項８に記載の電気化学式水素ポンプ。
  11. 　前記カーボン多孔体シートは、前記アノードセパレーター側の第１表面層の剛性が、前記第１表面層よりも内側の層の剛性よりも高い請求項１から１０のいずれか１項に記載の電気化学式水素ポンプ。
  12. 　前記カーボン多孔体シートは、前記アノード触媒層側の第２表面層の剛性が、前記第２表面層よりも内側の層の剛性よりも高い請求項１１に記載の電気化学式水素ポンプ。
  13. 　前記カーボン多孔体シートは、前記アノードセパレーター側の第１表面層の気孔率が、前記第１表面層よりも内側の層の気孔率よりも低い請求項１から１２のいずれか１項に記載の電気化学式水素ポンプ。
  14. 　前記カーボン多孔体シートは、前記アノード触媒層側の第２表面層の気孔率が、前記第２表面層よりも内側の層の気孔率よりも低い請求項１３に記載の電気化学式水素ポンプ。
  15. 　前記カーボン多孔体シートのピーク気孔径が、前記電解質膜の膜厚よりも小さい請求項１から１４のいずれか１項に記載の電気化学式水素ポンプ。
  16. 　前記カーボン多孔体シート全体の気孔率が２０％以上である請求項１から１５のいずれか１項に記載の電気化学式水素ポンプ。
  17. 　前記アノードガス拡散層は、前記アノード触媒層側の第２表面層が撥水性である請求項１から１６のいずれか１項に記載の電気化学式水素ポンプ。
  18. 　前記アノードガス拡散層は、前記アノードセパレーター側の第１表面層が親水性である請求項１から１７のいずれか１項に記載の電気化学式水素ポンプ。
PCT/JP2019/045139 2018-12-19 2019-11-18 電気化学式水素ポンプ WO2020129513A1 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP19898899.0A EP3901330A4 (en) 2018-12-19 2019-11-18 ELECTROCHEMICAL HYDROGEN PUMP
CN201980063476.0A CN112771209A (zh) 2018-12-19 2019-11-18 电化学式氢泵
JP2020561229A JP6868800B2 (ja) 2018-12-19 2019-11-18 電気化学式水素ポンプ
US17/332,063 US20210285427A1 (en) 2018-12-19 2021-05-27 Electrochemical hydrogen pump

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018237039 2018-12-19
JP2018-237039 2018-12-19
JP2019201658 2019-11-06
JP2019-201658 2019-11-06

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US17/332,063 Continuation US20210285427A1 (en) 2018-12-19 2021-05-27 Electrochemical hydrogen pump

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020129513A1 true WO2020129513A1 (ja) 2020-06-25

Family

ID=71101256

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2019/045139 WO2020129513A1 (ja) 2018-12-19 2019-11-18 電気化学式水素ポンプ

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20210285427A1 (ja)
EP (1) EP3901330A4 (ja)
JP (1) JP6868800B2 (ja)
CN (1) CN112771209A (ja)
WO (1) WO2020129513A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023037755A1 (ja) * 2021-09-07 2023-03-16 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 電気化学式水素ポンプ

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7421587B2 (ja) * 2022-03-24 2024-01-24 本田技研工業株式会社 電気化学式昇圧セル
CN114717587B (zh) * 2022-05-12 2023-01-31 清华大学 质子交换膜电解池

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0521079A (ja) * 1991-07-11 1993-01-29 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 水素昇圧装置及びこれを用いた燃料電池
JPH09169501A (ja) * 1995-12-22 1997-06-30 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 水素昇圧装置
JP2001342587A (ja) 2000-03-28 2001-12-14 Shinko Pantec Co Ltd 給電体
JP2002114573A (ja) * 2000-10-05 2002-04-16 Japan Science & Technology Corp 導電性カーボン多孔体の作製方法及びその方法で作製した導電性カーボン多孔体
US20040217015A1 (en) * 2003-05-01 2004-11-04 Srinivasan Venkatesan Method and apparatus for electrorefining impure hydrogen
US20060199061A1 (en) * 2005-03-02 2006-09-07 Fiebig Bradley N Water management in bipolar electrochemical cell stacks
JP2008103164A (ja) * 2006-10-18 2008-05-01 Nissan Motor Co Ltd カーボンと撥水材の複合材
JP2010176948A (ja) * 2009-01-28 2010-08-12 Sony Corp 電気化学デバイス用ガス拡散層の製造方法及びそれに使用される混合体
JP2012180553A (ja) 2011-03-01 2012-09-20 Honda Motor Co Ltd 高圧水素製造装置及びその多孔質給電体の製造方法
JP2018165385A (ja) * 2017-03-28 2018-10-25 東京瓦斯株式会社 圧縮水素製造システム

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4429142B2 (ja) * 2004-11-10 2010-03-10 本田技研工業株式会社 固体高分子型燃料電池の電極構造体
JP2007242444A (ja) * 2006-03-09 2007-09-20 Nitto Denko Corp 燃料電池用ガス拡散層とそれを用いた燃料電池
EP2166603A4 (en) * 2007-06-25 2013-03-13 Panasonic Corp FUEL CELL, MEMBRANE-ELECTRODE ASSEMBLY AND ASSEMBLY MEMBRANE-CATALYST LAYERS
CN102308419B (zh) * 2009-09-01 2014-09-17 松下电器产业株式会社 膜电极接合体及其制造方法、以及燃料电池
TWI568888B (zh) * 2011-09-15 2017-02-01 第諾拉工業公司 氣體擴散電極及其製法和電化電解池
EP3725918A4 (en) * 2019-01-24 2021-09-29 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. ELECTROCHEMICAL HYDROGEN PUMP
EP3730674A4 (en) * 2019-02-19 2021-10-13 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. ELECTROCHEMICAL HYDROGEN PUMP
WO2021033366A1 (ja) * 2019-08-21 2021-02-25 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 圧縮装置

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0521079A (ja) * 1991-07-11 1993-01-29 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 水素昇圧装置及びこれを用いた燃料電池
JPH09169501A (ja) * 1995-12-22 1997-06-30 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 水素昇圧装置
JP2001342587A (ja) 2000-03-28 2001-12-14 Shinko Pantec Co Ltd 給電体
JP2002114573A (ja) * 2000-10-05 2002-04-16 Japan Science & Technology Corp 導電性カーボン多孔体の作製方法及びその方法で作製した導電性カーボン多孔体
US20040217015A1 (en) * 2003-05-01 2004-11-04 Srinivasan Venkatesan Method and apparatus for electrorefining impure hydrogen
US20060199061A1 (en) * 2005-03-02 2006-09-07 Fiebig Bradley N Water management in bipolar electrochemical cell stacks
JP2008103164A (ja) * 2006-10-18 2008-05-01 Nissan Motor Co Ltd カーボンと撥水材の複合材
JP2010176948A (ja) * 2009-01-28 2010-08-12 Sony Corp 電気化学デバイス用ガス拡散層の製造方法及びそれに使用される混合体
JP2012180553A (ja) 2011-03-01 2012-09-20 Honda Motor Co Ltd 高圧水素製造装置及びその多孔質給電体の製造方法
JP2018165385A (ja) * 2017-03-28 2018-10-25 東京瓦斯株式会社 圧縮水素製造システム

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023037755A1 (ja) * 2021-09-07 2023-03-16 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 電気化学式水素ポンプ

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2020129513A1 (ja) 2021-05-20
EP3901330A4 (en) 2022-03-23
CN112771209A (zh) 2021-05-07
EP3901330A1 (en) 2021-10-27
JP6868800B2 (ja) 2021-05-12
US20210285427A1 (en) 2021-09-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7249588B2 (ja) 電気化学式水素ポンプ
JP6719075B1 (ja) 電気化学式水素ポンプ
JP7209221B2 (ja) 電気化学式水素ポンプ
WO2020129513A1 (ja) 電気化学式水素ポンプ
US20220081780A1 (en) Compression apparatus
JP2019163521A (ja) 電気化学式水素ポンプ
JP2020015930A (ja) 電気化学式水素ポンプ
CN110670088A (zh) 电化学式氢气泵
CN111082091B (zh) 电化学式氢泵
WO2020170580A1 (ja) 電気化学式水素ポンプ
WO2022064816A1 (ja) 圧縮装置
WO2021215088A1 (ja) 圧縮装置
CN113383114A (zh) 压缩装置
JP2022108751A (ja) 電気化学式水素ポンプ
JP6719076B1 (ja) 電気化学式水素ポンプ
EP4350053A1 (en) Electrochemical cell for hydrogen pumps, and compression apparatus
WO2021111775A1 (ja) 電気化学デバイス
WO2022064817A1 (ja) 電気化学式水素ポンプ用アノードセパレータおよび電気化学式水素ポンプ
WO2023037755A1 (ja) 電気化学式水素ポンプ
CN113840946A (zh) 压缩装置
KR20080056051A (ko) 연료전지 및 그것의 전위 증대 방법

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19898899

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2020561229

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2019898899

Country of ref document: EP

Effective date: 20210719