[发明专利]水电解装置

说明书

本公开涉及水电解装置。压差式高压水电解装置(10)具有：密封构件(72)，其被阴极侧隔板(34)和电解质膜‑电极结构体(30)夹持，围绕阴极电极催化剂层(44a)；以及耐压构件(74)，其从外方围绕该密封构件(72)。在密封构件(72)与耐压构件(74)之间夹装表面压力施加构件(78)。该表面压力施加构件(78)承受来自密封构件(72)的挤压并且对电解质膜‑电极结构体(30)施加压力。

技术领域

本发明涉及一种对水进行电解来产生氧气和氢气的水电解装置。

背景技术

水电解装置作为对水进行电解来产生氢气(以及氧气)的装置而众所周知，所得到的氢气例如被供给到燃料电池来用作燃料气体。

进一步具体来讲，水电解装置具有在由固体高分子形成的电解质膜的一面形成阳极电极催化剂层、在另一面形成阴极电极催化剂层而成的电解质膜-电极结构体。电解质膜-电极结构体被在阳极电极催化剂层以及阴极电极催化剂层的外方分别配设的供电体夹在中间。当经由供电体向电解质膜-电极结构体供给电力时，在阳极电极催化剂层，水被电解，由此生成氢离子(质子)和氧气。其中的质子透过电解质膜后移动到阴极电极催化剂层，与电子结合后变化为氢气。另一方面，在阳极电极催化剂层生成的氧气与剩余的水一起从水电解装置排出。

在此，存在获得的在阴极电极催化剂层产生的氢气的压力比在阳极电极催化剂层生成的氧气高的情况。作为这种水电解装置，如日本特开2016-89220号公报所记载的那样，已知压差式高压水电解装置。在压差式高压水电解装置中，阴极侧的内压变大，因此在阴极侧设置用于防止氢气泄漏的密封构件(例如O型圈)以及从其外方围绕密封构件的耐压构件。

发明内容

本发明的一般目的在于提供一种能够抑制因开始电解时(产生氢气时)与停止电解时的压力差而导致电解质膜-电极结构体发生损伤的水电解装置。

根据本发明的一个实施方式，提供一种水电解装置，该水电解装置具有：

阳极侧隔板；

阴极侧隔板；

电解质膜-电极结构体，其是通过在电解质膜设置阳极电极催化剂层和阴极电极催化剂层来构成的，位于所述阳极侧隔板与所述阴极侧隔板之间；

密封构件，其被所述阴极侧隔板和所述电解质膜-电极结构体夹持，围绕所述阴极电极催化剂层；

耐压构件，其与所述密封构件相比硬度高，并且从外方围绕所述密封构件；以及

表面压力施加构件，其插在所述密封构件与所述耐压构件之间，承受来自所述密封构件的挤压并且对所述电解质膜-电极结构体施加压力。

在阴极电极催化剂层位于密封构件的内方(内周侧)的水电解装置中，当在阴极电极催化剂层生成高压的氢气时，内方与外方(外周侧)的压力差变大。由于该压力差，密封构件伴随着填入该耐压构件的间隙的变形而被挤压向耐压构件侧。另一方面，当停止生成氢气，通过脱压处理使内方与外方变得压力相同时，密封构件恢复为原来的形状，因此在密封构件与耐压构件的角部之间产生间隙。

在该角部的间隙处，无法得到密封构件对电解质膜的挤压力。因此，电解质膜被随着压力的变化而变形的密封构件拉拽。这时，电解质膜的该部位容易产生褶皱。

为了避免这种情况，在本发明中，在密封构件与耐压构件之间夹装表面压力施加构件。该表面压力施加构件将来自密封构件的挤压力变换为按压电解质膜-电极结构体的力(表面压力)。从而，有效地防止在密封构件如上所述那样移动时电解质膜-电极结构体发生位置偏移。

作为其结果，即使随着重复进行氢气的生成和停止生成而在阴极侧重复进行压力变动、密封构件发生变形从而产生拉拽电解质膜的力，也能够避免电解质膜-电极结构体产生褶皱。褶皱也是损伤的一个因素，因此能够通过避免产生褶皱来防止损伤。结果是，电解质膜-电极结构体的耐久性提高。