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公開番号2025032141
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-11
出願番号2024203687,2023104482
出願日2024-11-22,2020-07-27
発明の名称電気化学セルおよび水素含有ガス気流を処理する方法
出願人エナプターエス.アール.エル.
代理人個人
主分類C25B 13/08 20060101AFI20250304BHJP(電気分解または電気泳動方法;そのための装置)
要約【課題】水素を電気化学的に圧縮かつ精製する電気化学セルと、水素含有ガス気流を処理する方法とを提供する。
【解決手段】電気化学セルまたは電気化学セルのスタックであって、スタックの各電気化学セルは、少なくとも、膜電極接合体(MEA:Membrane Electrode Assembly)と、必要な電力を電気化学セルに提供する手段と、を備え、MEAは、少なくとも、アノードと、カソードと、アノードとカソードとの間に設けられた陰イオン交換膜と、アノード半電池へ第1圧力で水素を導入する入口と、カノード半電池から第2圧力で水素を移送する出口と、を備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
第１圧力で水素を受け取るように構成された入口を備えるアノード半電池と、
第２圧力で水素を移送するように構成された出口を備えるカソード半電池と、
前記アノード半電池と前記カソード半電池とを分離する膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）と、
電力源と、
を有してなり、
前記ＭＥＡは、少なくとも、
アノード電極と、
カソード電極と、
前記アノード電極と前記カソード電極との間に設けられた陰イオン交換膜（ＡＥＭ：Anion Exchange Membrane）と、
を備えて、
前記電力源は、逆パルスである、
ことを特徴とする電気化学セル。
続きを表示（約 970 文字）【請求項２】
少なくとも１つのアノード出口、
を有してなる、
請求項１記載の電気化学セル。
【請求項３】
前記アノード半電池の前記入口と、
前記カソード半電池の前記出口と、
存在する場合は、前記アノード半電池の出口と、
のうち、いずれか１つ以上に設けられる圧力調整手段、
を有してなる、
請求項１または２記載の電気化学セル。
【請求項４】
前記カソード半電池の前記出口に設けられる前記圧力調整手段は、使用時に、前記カソード半電池におけるガス圧を前記アノード半電池におけるガス圧よりも高く維持するように構成されている、
請求項３記載の電気化学セル。
【請求項５】
前記ＭＥＡは、１つ以上の触媒を備える、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電気化学セル。
【請求項６】
前記１つ以上の触媒は、白金族金属ではない、
請求項５記載の電気化学セル。
【請求項７】
前記ＭＥＡは、
アノードガス拡散層（ＧＤＬ：Gas Diffusion Layer）と、
カソードＧＤＬと、
前記アノード側および／または前記カソード側に設けられたマイクロポーラス層（ＭＰＬ：Microporous Layer）と、
前記アノード側および／または前記カソード側に設けられた水管理膜と、
前記アノード側および／または前記カソード側に設けられた膜支持物と、
のうち、いずれか１つ以上を備える、
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の電気化学セル。
【請求項８】
前記ＡＥＭは、複合膜を備える、
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の電気化学セル。
【請求項９】
前記ＡＥＭは、ＯＨ
－
源でドープされる、
請求項１乃至８のいずれか一項に記載の電気化学セル。
【請求項１０】
前記ＡＥＭの前記カソード側と前記ＡＥＭの前記アノード側とのうち、少なくとも一方に、アイオノマを含む、
請求項１乃至９のいずれか一項に記載の電気化学セル。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気化学セルと、スタックに配置された１つ以上の電気化学セルを任意に用いることにより水素含有ガス気流を処理する方法とに関する。セルまたはスタックを、例えば、気流中の水素の検出、水素の精製と圧縮、および発電のために使用し得る。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
水素は、産業供給材料として、または長期エネルギー貯蔵の手段としてなど、多くの方法で用いられる。乗り物の燃料電池など、ある種の用途では、３５０バールまたは７００バールなどの高圧が必要とされる。用途によっては、より高い圧力が望ましいとされることがある。残存水分は、構成要素を損ない、効率を低下させ、または、その他の好ましくない結果を招き得るため、貯蔵する水素は乾燥していることが不可欠である。
【０００３】
水素は、長期と短期の両方のエネルギー貯蔵手段として、より広く採用されつつある。水素は、さらに、既存の天然ガスパイプラインで用いられて熱を提供し、燃料電池で用いられる場合は電気を提供し得る。水素には、多数の工業的用途もある。
【０００４】
電気分解装置は、水を分解して水素と酸素とを生成するために用いられる装置である。このようなシステムは、一般に、現在利用可能な３つの主な技術、すなわち、陰イオン交換膜（ＡＥＭ：Anion Exchange Membrane）システムと、プロトン交換膜（ＰＥＭ：Proton Exchange Membrane）システムと、液体アルカリシステムのうちの１つである。固体酸化物の電気分解など、他のシステムも利用可能である。
【０００５】
国際公開第２０１１／００４３４３号に開示されているとおり、水素は、炭化水素から生成するか、または環境に配慮した方法で電気分解することにより生成することができる。化石燃料に依存することなく、「グリーン」水素を生成することが好ましい。
【０００６】
従来の水素圧縮方法は、機械的手段と非機械的手段とを含む。機械圧縮にはエネルギーが必要とされること、コンプレッサ内の油／潤滑剤により水素が汚染されること、および、予備乾燥が必要とされることなど、多くの問題がある。さらには、そのようなコンプレッサへの給電やコンプレッサのコストも考慮の対象に含まれる。
【０００７】
ＰＥＭ電気化学圧縮では、低圧水素が水と反応して、ヒドロニウムイオンと電子とに分解され、ヒドロニウムイオンは、再結合する前に、膜を通過して、水素ガスと水とを形成する。ＰＥＭシステムでは、下記の反応が生じる。
ＰＥＭアノード
Ｈ
２
＋２Ｈ
２
Ｏ→２Ｈ
３
Ｏ
＋
＋２ｅ
－
ＰＥＭカソード
２Ｈ
３
Ｏ
＋
＋２ｅ
－
→Ｈ
２
＋２Ｈ
２
Ｏ
【０００８】
水は、ＰＥＭ電気化学圧縮システムにおけるカソードに存在し、本発明で見られる反応経路に対して基本的な相違が観察される。したがって、水素をＰＥＭ電気化学セルで圧縮してもよいが、水素は、本質的には水分を含み、したがって不純物であるので、貯蔵前にＰＥＭ電気化学圧縮では乾燥機を使用しなくてはならない。
【０００９】
さらに、ＰＥＭの酸性環境とは、白金族金属（ＰＧＭ：Platinum Group Metal）触媒を意味し、高価な金属／コーティング（例えば、チタン）を使用しなくてはならない。これは、様々な理由で、広範囲の適用にとって障害となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
国際公開第２０１１／００４３４３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
（【００１１】以降は省略されています）

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