[发明专利]电化学式氢泵

说明书

本发明的电化学式氢泵能够实现轻量且紧凑的结构，且能够抑制由接触电阻增加引起的效率的下降。电化学式氢泵(24)在夹着具有阳极隔膜(7)、阳极扩散层(5)、阳极电极层(3)、电解质膜(2)、阴极电极层(4)、阴极扩散层(6)及阴极隔膜(8)的单电池单体(m1～m3)和阳极扩散层(5)及阴极扩散层(6)的位置，设置有压力空间。压力空间包含设置于阳极侧构件的阳极压力空间(27)、以及设置于阴极侧构件的阴极压力空间(28)。

技术领域

本发明涉及对氢进行压缩的电化学式氢泵。

背景技术

以氢为燃料的家庭用燃料电池随着进一步被开发而逐渐普及。而且，近年来，与家庭用燃料电池同样地，以氢为燃料的燃料电池车已开始被量产、销售。但是，家庭用燃料电池能够利用现有的城市燃气及现有的商用电力，而对于燃料电池车而言，氢基础设施不可或缺。

因此，为了今后扩大普及燃料电池车，需要扩充作为氢基础设施的加氢站。但是，目前的加氢站需要大规模的设备及用地，因而会耗费巨大的费用。此方面成为为普及燃料电池车而应解决的重大问题。

因此，希望开发出紧凑且便宜的小型的家庭用加氢装置来代替大型加氢站。对于该小型加氢装置的开发而言，最重要的是对氢进行压缩的压缩机的开发，目前，能够以电化学的方式使氢升压的电化学式氢泵已受到关注。

电化学式氢泵与以往的机械式氢压缩装置相比，具有很多优点，例如：紧凑；效率高；因为无机械性工作部分，所以无需维护；几乎无噪音。迫切希望开发该电化学式氢泵并将其实用化。

目前，被设想用于小型加氢装置的方式为如下方法，即，在作为燃料电池的运转处于停止状态时，使用电化学式氢泵，以电化学的方式，对使用家庭用燃料电池的燃料改性装置而产生的氢进行压缩。根据此种电化学式氢泵，除了上述优点之外，还具有以下的优点。

即，能够使用燃料改性装置而产生的氢的浓度顶多为75％，但电化学式氢泵能够产生燃料电池车所需的浓度大致为100％的氢。而且，理论上，电化学式氢泵能够将其中的氢升压到可对燃料电池车进行加注的超高压。

另外，电化学式氢泵的结构与家庭用燃料电池中的电堆大致相同。由此，有可能能够直接利用已量产化的燃料电池的构件的生产线，从而降低构件的成本。

另一方面，与燃料电池的电堆不同，电化学式氢泵中，需要使用特殊的结构作为支撑介于阳极与阴极之间的电解质膜的结构。其理由在于：为了能够对燃料电池车加注氢，需要使阴极的压力在极大程度上高于供应低压氢的阳极的压力。

图1A、图1B中表示以往的燃料电池的电堆1的结构。图1A是电堆1的包含阴极出入口的示意剖视图。图1B是电堆1的包含阳极出入口的示意剖视图。

在电堆1中，如图1A、图1B所示，层叠有单电池单体m1、单电池单体m2、单电池单体m3。单电池单体也可称为“单独单体”或“单体”。另外，在此，作为例子举出了层叠三个单电池单体的情况，但单电池单体的数量并不限定于此。

单电池单体m1、单电池单体m2、单电池单体m3的结构均相同。在此，作为例子，对最上层的单电池单体m1进行说明。

在单电池单体m1中，由阳极扩散层5及阴极扩散层6夹着形成有阳极电极层3及阴极电极层4的电解质膜2。而且，由阳极隔膜7及阴极隔膜8夹着阳极扩散层5及阴极扩散层6的外侧。

另外，为了使气体不会向外部泄漏，在阳极扩散层5的周围设置有密封件9b，在阴极扩散层6的周围设置有密封件9a，在电解质膜2的周围设置有密封件9c。

单电池单体m2及单电池单体m3的层叠结构与单电池单体m1相同。在从下往上依次层叠单电池单体m3、单电池单体m2、单电池单体m1后，由阳极绝缘板11及阴极绝缘板12夹着这些单电池单体的外侧。而且，在利用阳极端板13及阴极端板14夹着阳极绝缘板11及阴极绝缘板12的外侧后，利用螺栓15和螺帽10进行紧固。