JP2010216007A - 水電解装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】簡単な構成で、電解質膜の損傷を可及的に阻止することを可能にする。
【解決手段】水電解装置10を構成する単位セル12は、電解質膜・電極構造体32をアノード側セパレータ34及びカソード側セパレータ36により挟持する。アノード側セパレータ34には、アノード側給電体40の外方を周回して、第1シール部材62aを配置するための第1シール溝64aが形成されるとともに、カソード側セパレータ36には、カソード側給電体42の外方を周回して、第2シール部材66aを配置するための第2シール溝68aが形成される。第1シール溝64aと第2シール溝68aとは、積層方向に対し固体高分子電解質膜38を挟んで互いに異なる位置に設定される。
【選択図】図4

Description

本発明は、電解質膜の両側に給電体が設けられ、前記給電体にセパレータが積層されるとともに、一対の前記セパレータ間で前記電解質膜の周縁部を挟持する水電解装置に関する。
例えば、固体高分子型燃料電池は、アノード側電極に燃料ガス(主に水素を含有するガス、例えば、水素ガス)が供給される一方、カソード側電極に酸化剤ガス(主に酸素を含有するガス、例えば、空気)が供給されることにより、直流の電気エネルギを得ている。
一般的に、燃料ガスである水素ガスを製造するために、水電解装置が採用されている。この水電解装置は、水を分解して水素(及び酸素)を発生させるため、固体高分子電解質膜(イオン交換膜)を用いている。固体高分子電解質膜の両面には、電極触媒層が設けられて電解質膜・電極構造体が構成されるとともに、前記電解質膜・電極構造体の両側には、給電体を配設してユニットが構成されている。すなわち、ユニットは、実質的には、上記の燃料電池と同様に構成されている。
そこで、複数のユニットが積層された状態で、積層方向両端に電圧が付与されるとともに、アノード側給電体に水が供給される。このため、電解質膜・電極構造体のアノード側では、水が分解されて水素イオン(プロトン)が生成され、この水素イオンが固体高分子電解質膜を透過してカソード側に移動し、電子と結合して水素が製造される。一方、アノード側では、水素と共に生成された酸素が、余剰の水を伴ってユニットから排出される。
この種の設備では、数十MPaの高圧水素を生成するため、例えば、特許文献1に開示されている水素供給装置が知られている。この水素供給装置は、図8に示すように、電極接合体膜1の両面に陽極給電体2及び陰極給電体3を備えた接合体を、複極板4により挟持した単セルを備えている。
複極板4と陽極給電体2との間には、水を供給するための通路5aが形成される一方、前記複極板4と陰極給電体3との間には、生成された水素を流動させるための通路5bが形成されている。複極板4の周縁部には、第1のOリング6aを収容するための第1のシール溝7a、7bと、第2のOリング6bを収容するための第2のシール溝7c、7dとが形成されている。
特開2004−2914号公報
上記の特許文献1では、第1のシール溝7a、7bは、電極接合体膜1を挟んで互いに対向するとともに、第2のシール溝7c、7dは、同様に前記電極接合体膜1を挟んで互いに対向している。このため、一対の第1のOリング6a間で電極接合体膜1を挟持するとともに、一対の第2のOリング6b間で前記電極接合体膜1を挟持しており、前記電極接合体膜1を平面上に保持することが困難であるという問題がある。
しかも、高圧水素を生成するため、通路5bが高圧ガス室を構成しており、前記通路5bに連通する第2のシール溝7dも、高圧水素が充填されて高圧になっている。従って、電極接合体膜1は、通路5a及び第2のシール溝7c側に押圧され、特に、前記第2のシール溝7cを形成する複極板4のエッジ部分で損傷等が惹起し易いという問題がある。
本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単な構成で、電解質膜の損傷を可及的に阻止することが可能な水電解装置を提供することを目的とする。
本発明は、電解質膜の両側に給電体が設けられ、前記給電体にセパレータが積層されるとともに、一対の前記セパレータ間で前記電解質膜の周縁部を挟持する水電解装置に関するものである。
この水電解装置は、一方のセパレータには、一方の給電体の外方を周回して第1シール部材を配設するための第1シール部が形成されるとともに、他方のセパレータには、他方の給電体の外方を周回して第2シール部材を配設するための第2シール部が形成されている。そして、第1シール部と第2シール部とは、セパレータの積層方向に対し電解質膜を挟んで互いに異なる位置に設定されている。
また、第1シール部は、第1シール部材が収容されるシール溝であるとともに、第2シール部は、第2シール部材が収容されるシール溝であることが好ましい。
さらに、第1シール部は、第1シール部材である平面状シール部材が一方のセパレータと電解質膜との間に直接配設されるとともに、第2シール部は、第2シール部材が収容されるシール溝であることが好ましい。
さらにまた、この水電解装置は、一方のセパレータには、水を供給する第1流路が形成されるとともに、他方のセパレータには、電解質膜を挟んで前記第1流路に対向し且つ前記水が電気分解されて常圧よりも高圧な水素を得る第2流路が形成され、前記第1シール部は、前記電解質膜を挟んで他方の前記セパレータの平坦面に対向する一方、前記第2シール部は、前記電解質膜を挟んで一方の前記セパレータの平坦面に対向し、且つ前記第1シール部の内方に離間して設けられることが好ましい。
また、本発明に係る水電解装置は、水が電気分解されて得られた水素を、セパレータの積層方向に流通させる水素連通孔が、電解質膜及び一対の前記セパレータを貫通して設けられるとともに、一方の前記セパレータには、前記水素連通孔の外方を周回して第1シール部材を配設するための第1シール部が形成され、他方の前記セパレータには、前記水素連通孔の外方を周回して第2シール部材を配設するための第2シール部が形成され、前記第1シール部と前記第2シール部とは、前記セパレータの積層方向に対し前記電解質膜を挟んで互いに異なる位置に設定されている。
さらに、第1シール部は、第1シール部材が収容されるシール溝であるとともに、第2シール部は、第2シール部材が収容されるシール溝であることが好ましい。
さらにまた、この水電解装置は、一方のセパレータには、水を供給する第1流路が形成されるとともに、他方の前記セパレータには、電解質膜を挟んで前記第1流路に対向し且つ前記水が電気分解されて常圧よりも高圧な水素を得る第2流路が形成され、前記水素連通孔は、前記第2流路に連通することが好ましい。
本発明によれば、給電体の外方又は水素連通孔の外方を周回する第1シール部と第2シール部とは、セパレータの積層方向に対し電解質膜を挟んで互いに異なる位置に設定されている。このため、第1シール部に配設される第1シール部材及び第2シール部に配設される第2シール部材は、それぞれセパレータ面に対向している。
従って、電解質膜は、第1シール部材とセパレータ面及び第2シール部材とセパレータ面に保持されるため、前記電解質膜を平坦状に確実に保持することができる。これにより、電解質膜の保持性能が向上するとともに、前記電解質膜が損傷することを可及的に阻止することが可能になる。
本発明の実施形態に係る水電解装置の斜視説明図である。 前記水電解装置の一部断面側面図である。 前記水電解装置を構成する単位セルの分解斜視説明図である。 前記単位セルの断面説明図である。 前記水電解装置を構成するシール部材の説明図である。 前記水電解装置を構成する他のシール部材の説明図である。 本発明の第2の実施形態に係る水電解装置を構成する単位セルの断面説明図である。 特許文献1に開示されている水電解装置の説明図である。
図1及び図2に示すように、本発明の第1の実施形態に係る水電解装置10は、高圧水素製造装置を構成しており、複数の単位セル12が水平方向(矢印A方向)又は鉛直方向(矢印B方向)に積層された積層体14を備える。積層体14の積層方向一端には、ターミナルプレート16a、絶縁プレート18a及びエンドプレート20aが、順次、配設される。積層体14の積層方向他端には、同様にターミナルプレート16b、絶縁プレート18b及びエンドプレート20bが、順次、配設される。
水電解装置10は、例えば、矢印A方向に延在する複数のタイロッド22を介して円盤形状のエンドプレート20a、20b間を一体的に締め付け保持する。なお、水電解装置10は、エンドプレート20a、20bを端板として含む箱状ケーシング(図示せず)により一体的に保持される構成を採用してもよい。また、水電解装置10は、全体として略円柱体形状を有しているが、立方体形状等の種々の形状に設定可能である。
図1に示すように、ターミナルプレート16a、16bの側部には、端子部24a、24bが外方に突出して設けられる。端子部24a、24bは、配線26a、26bを介して電源28に電気的に接続される。陽極(アノード)側である端子部24aは、電源28のプラス極に接続される一方、陰極(カソード)側である端子部24bは、前記電源28のマイナス極に接続される。
図3に示すように、単位セル12は、円盤状の電解質膜・電極構造体32と、この電解質膜・電極構造体32を挟持するアノード側セパレータ34及びカソード側セパレータ36とを備える。アノード側セパレータ34及びカソード側セパレータ36は、円盤状を有するとともに、例えば、カーボン部材等で構成され、又は、鋼板、ステンレス鋼板、チタン板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した金属板をプレス成形して、あるいは切削加工した後に防食用の表面処理を施して構成される。
電解質膜・電極構造体32は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜38と、前記固体高分子電解質膜38の両面に設けられるアノード側給電体40及びカソード側給電体42とを備える。
固体高分子電解質膜38の両面には、アノード電極触媒層40a及びカソード電極触媒層42aが形成される。アノード電極触媒層40aは、例えば、Ru(ルテニウム)系触媒を使用する一方、カソード電極触媒層42aは、例えば、白金触媒を使用する。
アノード側給電体40及びカソード側給電体42は、例えば、球状アトマイズチタン粉末の焼結体(多孔質導電体)により構成される。アノード側給電体40及びカソード側給電体42は、研削加工後にエッチング処理される平滑表面部を設けるとともに、空隙率が10%〜50%、より好ましくは、20%〜40%の範囲内に設定される。
単位セル12の外周縁部には、積層方向である矢印A方向に互いに連通して、水(純水)を供給するための水供給連通孔46と、反応により生成された酸素及び使用済みの水を排出するための排出連通孔48と、反応により生成された水素(高圧水素)を流すための水素連通孔50とが設けられる。
図3及び図4に示すように、アノード側セパレータ34の外周縁部には、水供給連通孔46に連通する供給通路52aと、排出連通孔48に連通する排出通路52bとが設けられる。アノード側セパレータ34の電解質膜・電極構造体32に向かう面34aには、供給通路52a及び排出通路52bに連通する第1流路54が設けられる。この第1流路54は、アノード側給電体40の表面積に対応する範囲内に設けられるとともに、複数の流路溝や複数のエンボス等で構成される(図2及び図4参照)。
カソード側セパレータ36の外周縁部には、水素連通孔50に連通する排出通路56が設けられる。カソード側セパレータ36の電解質膜・電極構造体32に向かう面36aには、排出通路56に連通する第2流路58が形成される。この第2流路58は、カソード側給電体42の表面積に対応する範囲内に設けられるとともに、複数の流路溝や複数のエンボス等で構成される(図2及び図4参照)。
アノード側セパレータ34及びカソード側セパレータ36の外周端部を周回して、シール部材60a、60bが一体化される。このシール部材60a、60bには、例えば、EPDM、NBR、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材が用いられる。
図4に示すように、アノード側セパレータ34の電解質膜・電極構造体32に向かう面34aには、第1流路54及びアノード側給電体40の外方を周回して第1シール部材62aを配設するための第1シール溝(第1シール部)64aが形成される。面34aには、水供給連通孔46、排出連通孔48及び水素連通孔50の外側を周回して、第1シール部材62b、62c及び62dを配置するための第1シール溝(第1シール部)64b、64c及び64dが形成される。第1シール部材62a〜62dは、例えば、Oリングである。
カソード側セパレータ36の電解質膜・電極構造体32に向かう面36aには、第2流路58及びカソード側給電体42の外方を周回して、第2シール部材66aを配設するための第2シール溝(第2シール部)68aが形成される。
図3及び図4に示すように、面36aには、水供給連通孔46、排出連通孔48及び水素連通孔50の外側を周回して、第2シール部材66b、66c及び66dを配置するための第2シール溝(第2シール部)68b、68c及び68dが形成される。第2シール部材66a〜66dは、例えば、Oリングである。
アノード側給電体40の外方を周回する第1シール溝64aと、カソード側給電体42の外方を周回する第2シール溝68aとは、セパレータ積層方向(矢印A方向)に対し固体高分子電解質膜38を挟んで互いに異なる位置に設定される。
具体的には、常圧の水が供給される第1流路54と第1シール溝64aとの距離L1は、高圧水素を得る第2流路58と第2シール溝68aとの距離L2よりも、固体高分子電解質膜38の面方向(矢印B方向)に沿って長尺に設定される。
より好ましくは、第1シール溝64aは、固体高分子電解質膜38を挟んでカソード側セパレータ36のセパレータ平坦面に対向する。第2シール溝68aは、固体高分子電解質膜38を挟んでアノード側セパレータ34のセパレータ平坦面に対向し、且つ、第1シール溝64aの内周側エッジ部は、前記第2シール溝68aの外周側エッジ部よりも外方に離間する。
水素連通孔50の外方を周回する第1シール溝64dと前記水素連通孔50の外方を周回する第2シール溝68dとは、矢印A方向に対し固体高分子電解質膜38を挟んで互いに異なる位置に設定される。
第1シール溝64dは、カソード側セパレータ36のセパレータ平坦面に対向する一方、第2シール溝68dは、アノード側セパレータ34のセパレータ平坦面に対向し、且つ、前記第1シール溝64dの内周側エッジ部は、前記第2シール溝68dの外周側エッジ部よりも外方に離間する。なお、第2シール溝68dを、第1シール溝64dよりも大径に設定することにより、上記の構成とは逆に設定してもよい。
図1及び図2に示すように、エンドプレート20aには、水供給連通孔46、排出連通孔48及び水素連通孔50に連通する配管70a、70b及び70cが接続される。配管70cには、図示しないが、背圧弁(又は電磁弁)が設けられており、水素連通孔50に生成される水素の圧力を高圧に維持することができる。
このように構成される水電解装置10の動作について、以下に説明する。
図1に示すように、配管70aから水電解装置10の水供給連通孔46に水が供給されるとともに、ターミナルプレート16a、16bの端子部24a、24bに電気的に接続されている電源28を介して電圧が付与される。このため、図2及び図3に示すように、各単位セル12では、水供給連通孔46からアノード側セパレータ34の第1流路54に水が供給され、この水がアノード側給電体40内に沿って移動する。
従って、水は、アノード電極触媒層40aで電気により分解され、水素イオン、電子及び酸素が生成される。この陽極反応により生成された水素イオンは、固体高分子電解質膜38を透過してカソード電極触媒層42a側に移動し、電子と結合して水素が得られる。
このため、カソード側セパレータ36とカソード側給電体42との間に形成される第2流路58に沿って水素が流動する。この水素は、水供給連通孔46よりも高圧に維持されており、水素連通孔50を流れて水電解装置10の外部に取り出し可能となる。一方、第1流路54には、反応により生成した酸素と、使用済みの水とが流動しており、これらが排出連通孔48に沿って水電解装置10の外部に排出される。
この場合、第1の実施形態では、図4に示すように、アノード側給電体40の外方を周回する第1シール溝64aと、カソード側給電体42の外方を周回する第2シール溝68aとは、矢印A方向に対し固体高分子電解質膜38を挟んで互いに異なる位置に設定されている。
具体的には、第1シール溝64aは、固体高分子電解質膜38を挟んでカソード側セパレータ36のセパレータ平坦面に対向する一方、第2シール溝68aは、アノード側セパレータ34のセパレータ平坦面に対向し、且つ、前記第1シール溝64aの内方に離間して設けられている。このため、第1シール溝64a及び第2シール溝68aに配置されている第1シール部材62a及び第2シール部材66aは、それぞれセパレータ平坦面に対向して固体高分子電解質膜38を保持することができる。
ここで、第2流路58には、高圧水素が生成されており、この第2流路58が、高圧水素発生室を構成している。一方、第1流路54は、常圧の水が供給されており、この第1流路54と第2流路58とに、相当に大きな圧力差が発生している。従って、図5に示すように、固体高分子電解質膜38は、第2流路58及びカソード側給電体42からの高圧水素によって、アノード側給電体40に向かって変形する。
その際、第2シール溝68aが、アノード側セパレータ34のセパレータ平坦面に対向している。このため、固体高分子電解質膜38は、例えば、第1シール溝64aのエッジ部によって損傷することを可及的に阻止することが可能になる。
しかも、固体高分子電解質膜38の両面に、第1シール部材62a及び第2シール部材66aが対向して配置される構造に比べ、前記第1シール部材62a及び前記第2シール部材66aがそれぞれセパレータ平坦面に対向することにより、前記固体高分子電解質膜38を平坦状に確実に保持することができる。
これにより、固体高分子電解質膜38の保持性能が向上するとともに、前記固体高分子電解質膜38が損傷することを可及的に阻止することが可能になるという効果が得られる。
また、第1の実施形態では、図4に示すように、高圧水素が流通される水素連通孔50の外方を周回する第1シール溝64dと第2シール溝68dとは、固体高分子電解質膜38を挟んで互いに異なる位置に設定されている。
このため、第1シール溝64dに配設される第1シール部材62dは、カソード側セパレータ36のセパレータ平坦面に対向する一方、第2シール溝68dに配設される第2シール部材66dは、アノード側セパレータ34のセパレータ平坦面に対向している。従って、固体高分子電解質膜38は、第1シール部材62d及び第2シール部材66dとセパレータ平坦面とにより、平坦状に確実に保持される。
さらに、図6に示すように、水素連通孔50は、高圧水素室を構成しており、この水素連通孔50と固体高分子電解質膜38の両面との間を通る高圧水素により、第1シール溝64d及び第2シール溝68dが高圧水素室となっている。
従って、固体高分子電解質膜38は、水素連通孔50の外周から内側の第2シール溝68dまでの間、両側面から略同一の圧力で押圧されている。このため、固体高分子電解質膜38は、第2シール溝68dの内周側エッジ部に押圧されて損傷することがない。
一方、外側の第1シール溝64dには、高圧水素が充填されており、固体高分子電解質膜38は、カソード側セパレータ36に向かって押圧されている。その際、第1シール溝64dは、固体高分子電解質膜38を挟んで、カソード側セパレータ36のセパレータ平坦面に対向している。これにより、固体高分子電解質膜38が損傷することを可及的に阻止することができるという利点が得られる。
図7は、本発明の第2の実施形態に係る水電解装置80を構成する単位セル82の断面説明図である。なお、第1の実施形態に係る水電解装置10を構成する単位セル12と同一の構成要素には、同一の参照符号を付してその詳細な説明は省略する。
単位セル82は、円盤状の電解質膜・電極構造体32と、この電解質膜・電極構造体32を挟持するアノード側セパレータ84及びカソード側セパレータ36とを備える。アノード側セパレータ84の電解質膜・電極構造体32に向かう面84aには、第1流路54及びアノード側給電体40の外方を周回して第1シール部材86を配設するための第1シール部88が形成される。
第1シール部材86は、平面状シール部材で構成されるとともに、前記第1シール部材86がアノード側セパレータ84と固体高分子電解質膜38との間に直接配設されることにより第1シール部88が構成される。第1シール部材86は、例えば、平面ガスケットの他、アノード側セパレータ84に塗布されたゴム又は樹脂製のシール層をリング状に形成して構成される。
第1流路54と第1シール部88との距離L1は、高圧水素を得る第2流路58と第2シール溝68aとの距離L2よりも、固体高分子電解質膜38の面方向(矢印B方向)に沿って長尺に設定される。
このように構成される第2の実施形態では、上記の第1の実施形態と同様の効果が得られるとともに、特に構成が簡素化され、組み立て性の向上を図り、且つ経済的であるという利点が得られる。
10、80…水電解装置 12、82…単位セル
14…積層体 16a、16b…ターミナルプレート
18a、18a…絶縁プレート 20a、20b…エンドプレート
24a、24b…端子部 28…電源
32…電解質膜・電極構造体 34、84…アノード側セパレータ
36…カソード側セパレータ 38…固体高分子電解質膜
40…アノード側給電体 42…カソード側給電体
46…水供給連通孔 48…排出連通孔
50…水素連通孔 54、58…流路
62a〜62d、66a〜66d、86…シール部材
64a〜64d、68a〜68d…シール溝
88…シール部

Claims (7)

  1. 電解質膜の両側に給電体が設けられ、前記給電体にセパレータが積層されるとともに、一対の前記セパレータ間で前記電解質膜の周縁部を挟持する水電解装置であって、
    一方の前記セパレータには、一方の前記給電体の外方を周回して第1シール部材を配設するための第1シール部が形成されるとともに、
    他方の前記セパレータには、他方の前記給電体の外方を周回して第2シール部材を配設するための第2シール部が形成され、
    前記第1シール部と前記第2シール部とは、前記セパレータの積層方向に対し前記電解質膜を挟んで互いに異なる位置に設定されることを特徴とする水電解装置。
  2. 請求項1記載の水電解装置において、前記第1シール部は、前記第1シール部材が収容されるシール溝であるとともに、
    前記第2シール部は、前記第2シール部材が収容されるシール溝であることを特徴とする水電解装置。
  3. 請求項1記載の水電解装置において、前記第1シール部は、前記第1シール部材である平面状シール部材が一方の前記セパレータと前記電解質膜との間に直接配設されるとともに、
    前記第2シール部は、前記第2シール部材が収容されるシール溝であることを特徴とする水電解装置。
  4. 請求項1〜3のいずれか1項に記載の水電解装置において、一方の前記セパレータには、水を供給する第1流路が形成されるとともに、
    他方の前記セパレータには、前記電解質膜を挟んで前記第1流路に対向し且つ前記水が電気分解されて常圧よりも高圧な水素を得る第2流路が形成され、
    前記第1シール部は、前記電解質膜を挟んで他方の前記セパレータの平坦面に対向する一方、
    前記第2シール部は、前記電解質膜を挟んで一方の前記セパレータの平坦面に対向し、且つ前記第1シール部の内方に離間して設けられることを特徴とする水電解装置。
  5. 電解質膜の両側に給電体が設けられ、前記給電体にセパレータが積層されるとともに、一対の前記セパレータ間で前記電解質膜の周縁部を挟持する水電解装置であって、
    水が電気分解されて得られた水素を、前記セパレータの積層方向に流通させる水素連通孔が、前記電解質膜及び一対の前記セパレータを貫通して設けられるとともに、
    一方の前記セパレータには、前記水素連通孔の外方を周回して第1シール部材を配設するための第1シール部が形成され、
    他方の前記セパレータには、前記水素連通孔の外方を周回して第2シール部材を配設するための第2シール部が形成され、
    前記第1シール部と前記第2シール部とは、前記セパレータの積層方向に対し前記電解質膜を挟んで互いに異なる位置に設定されることを特徴とする水電解装置。
  6. 請求項5記載の水電解装置において、前記第1シール部は、前記第1シール部材が収容されるシール溝であるとともに、
    前記第2シール部は、前記第2シール部材が収容されるシール溝であることを特徴とする水電解装置。
  7. 請求項5又は6記載の水電解装置において、一方の前記セパレータには、水を供給する第1流路が形成されるとともに、
    他方の前記セパレータには、前記電解質膜を挟んで前記第1流路に対向し且つ前記水が電気分解されて常圧よりも高圧な水素を得る第2流路が形成され、
    前記水素連通孔は、前記第2流路に連通することを特徴とする水電解装置。
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013125643A1 (ja) * 2012-02-23 2013-08-29 トヨタ自動車株式会社 金属被膜の成膜装置および成膜方法
JP5949696B2 (ja) 2013-08-07 2016-07-13 トヨタ自動車株式会社 金属皮膜の成膜装置および成膜方法
JP6197813B2 (ja) 2015-03-11 2017-09-20 トヨタ自動車株式会社 金属皮膜の成膜装置およびその成膜方法
EP3361543B1 (en) * 2015-10-05 2019-08-21 Nissan Motor Co., Ltd. Fuel cell stack
WO2024088889A2 (de) * 2022-10-25 2024-05-02 Hitachi Zosen Inova Ag Druckelektrolyseur, elektrolyseanlage und elektrolyseverfahren
CN116607161B (zh) * 2023-07-19 2023-10-20 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 电解槽组件及含有该电解槽组件的电解性能测试***

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004002914A (ja) * 2002-05-31 2004-01-08 Hitachi Zosen Corp 固体高分子型水電解槽を用いた水素供給装置

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3575719A (en) * 1968-10-09 1971-04-20 Allis Chalmers Mfg Co Compact cell construction
WO2010093811A1 (en) * 2009-02-11 2010-08-19 Ballard Power Systems Inc. Fuel cell stack with internal manifold sealed by framed membrane electrode assembly

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004002914A (ja) * 2002-05-31 2004-01-08 Hitachi Zosen Corp 固体高分子型水電解槽を用いた水素供給装置

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