特許ウォッチ

公開番号2024039340
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-03-22
出願番号2022143818
出願日2022-09-09
発明の名称水電解システム
出願人トヨタ自動車株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類C25B 9/00 20210101AFI20240314BHJP(電気分解または電気泳動方法;そのための装置)
要約【課題】水素のクロスオーバーによる酸素中の水素濃度の増加を抑制する水電解システムを提供する。
【解決手段】少なくとも1つの水電解セルと、水電解セルの酸素極に水を供給する水供給装置と、水電解セルと水供給装置とを接続し、水供給装置から水電解セルの酸素極に供給される水を流す水供給流路と、水電解セルの酸素極から排出される水及び気体成分を分離する気液分離器と、水電解セルと気液分離器とを接続し、水電解セルの酸素極から排出される水及び気体成分を流す水排出流路と、水排出流路において、水電解セルと気液分離器との間に配置される再結合器と、を備え、再結合器は水素と酸素との反応を触媒する再結合触媒を備え、水電解セルと再結合器とは電気的に絶縁されている、水電解システムを提供する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
少なくとも１つの水電解セルと、
前記水電解セルの酸素極に水を供給する水供給装置と、
前記水電解セルと前記水供給装置とを接続し、前記水供給装置から前記水電解セルの酸素極に供給される前記水を流す水供給流路と、
前記水電解セルの酸素極から排出される前記水及び気体成分を分離する気液分離器と、
前記水電解セルと前記気液分離器とを接続し、前記水電解セルの酸素極から排出される前記水及び前記気体成分を流す水排出流路と、
前記水排出流路において、前記水電解セルと前記気液分離器との間に配置される再結合器と、を備え、
前記再結合器は水素と酸素とを反応させる再結合触媒を備え、
前記水電解セルと前記再結合器とは電気的に絶縁されている、
水電解システム。
続きを表示（約 140 文字）【請求項２】
前記再結合触媒は白金又は白金合金であり、
前記白金合金における合金元素はＣｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｗ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｍｏ、Ｓｉからなる群から選ばれる少なくとも１種の金属元素である、
請求項１に記載の水電解システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本願は水電解システムに関する。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、ＣＯ
２
フリーなエネルギー源として水素が注目されている。水素の製造方法としては、アルカリ水電解や、ＰＥＭ型水電解（ＰＥＭ：ＰｏｌｙｍｅｒＥｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅＭｅｎｂｒａｎｅ）等がある。中でも、ＰＥＭ型水電解は高効率であるため、注目されている。
【０００３】
ところで、水電解の際、カソード触媒層（水素極触媒層）で生成した水素が電解質膜を透過して、アノード触媒層（酸素極触媒層）側へと移動するという、いわゆる水素のクロスオーバーが発生する。これにより、アノード触媒層側で発生した酸素に水素が混合され、酸素中の水素濃度が高まる。そして、酸素中の水素濃度が所定の濃度（例えば、約４％）を超えると爆発につながる危険性がある。従って、酸素中の水素濃度の増加を抑制する技術が望まれている。
【０００４】
非特許文献１には、水電解システムにおいて、水電解セルから排出される水を気液分離器で水と酸素（クロスオーバーした水素を含む）に分離し、分離された酸素を再結合触媒を備える再結合器に供給し、再結合器においての酸素と水素とを再結合し、水を生成することで、酸素中の水素濃度の増加を抑制する水電解システムが開示されている。
【０００５】
また、特許文献１、２には、ＰＥＭ型水電解用の膜電極接合体において、再結合触媒を用いてクロスオーバーによって移動した水素と酸素とを反応させることで、酸素中の水素濃度の増加を抑制する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特開２０１９－１６７６１９号公報
特表２０２０－５１４５２８号公報
【非特許文献】
【０００７】
Ｓ．Ａ．Ｇｒｉｇｏｒｉｅｖｅｔ．ａｌ．， “ＨｙｄｒｏｇｅｎＳａｆｅｔｙＡｓｐｅｃｔｓＲｅｌａｔｅｄＴｏＨｉｇｈ－ＰｒｅｓｓｕｒｅＰｏｌｙｍｅｒＥｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅＭｅｍｂｒａｎｅＷａｔｅｒＥｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓ”，ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｙｄｒｏｇｅｎＥｎｅｒｇｙ，３４（２００９），ｐｐ．５９８６－５９９１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した通り、再結合触媒により酸素と水素とを反応させると、水が生成する。非特許文献１では、気相中で上記の再結合反応を行っているため、再結合触媒の表面に水が生成し・凝縮する。そうすると、この凝縮水によって、再結合触媒表面に水素と酸素とが供給されることが妨げられるため、再結合反応の効率が低下する。その結果、酸素中の水素濃度を十分に低減できない問題がある。
【０００９】
そこで、本開示の目的は、水素のクロスオーバーによる酸素中の水素濃度の増加を抑制する水電解システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本開示は上記課題を解決するための一つの態様として、少なくとも１つの水電解セルと、水電解セルの酸素極に水を供給する水供給装置と、水電解セルと水供給装置とを接続し、水供給装置から水電解セルの酸素極に供給される水を流す水供給流路と、水電解セルの酸素極から排出される水及び気体成分を分離する気液分離器と、水電解セルと気液分離器とを接続し、水電解セルの酸素極から排出される水及び気体成分を流す水排出流路と、水排出流路において、水電解セルと気液分離器との間に配置される再結合器と、を備え、再結合器は水素と酸素とを反応させる再結合触媒を備え、水電解セルと再結合器とは電気的に絶縁されている、水電解システムを提供する。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許