CZ309184B6 - Způsob řízení vnitřního odporu elektrochemického zdroje proudu a zařízení k provádění tohoto způsobu - Google Patents

Abstract

Způsob řízení vnitřního odporu elektrochemického zdroje proudu, tvořeného zejména elektrochemickým článkem, spočívá v tom, že se provádí působením energie záření, vstupujícího do iontoměničové membrány za účelem změny jejích iontových vlastností, což vede ke změnám velikosti proudu, procházejícího spotřebičem připojeným k elektrochemickému článku. Zařízení k provádění tohoto způsobu je tvořeno elektrochemickým zdrojem proudu, zejména elektrochemickým článkem, sestávajícím z anody (1), katody (2), iontoměničové membrány, jako elektrolytu (3), a ze zdroje (7) světelného záření (4) s optikou (6). Iontoměničová membrána je tvořena ionomerem, jenž vede světelné záření (4). Tato iontoměničová membrána je prostřednictvím optiky (6) navázána na zdroj (7) záření.

Description

Způsob řízení vnitřního odporu elektrochemického zdroje proudu a zařízení k provádění tohoto způsobu

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu řízení vnitřního odporu elektrochemického zdroje proudu, tvořeného zejména elektrochemickým článkem.

Vynález se rovněž týká zařízení k provádění tohoto způsobu, které je tvořeno elektrochemickým zdrojem proudu, zejména elektrochemickým článkem, sestávajícím z anody, katody, iontoměničové membrány, jako elektrolytu, a ze zdroje světelného záření s optikou.

Dosavadní stav techniky

Elektrochemický článek, u něhož iontoměničová membrána má funkci elektrolytu, jev literatuře označován jako typ PEM, což znamená Polymer Electrolyte Membráně. Palivem bývá vodík, nebo látka vodík obsahující. Oxidantem je nej častěji vzdušný kyslík, nebo látka kyslík obsahující. Po přivedení paliva k anodě a oxidantu ke katodě, za předpokladu že je proudový okruh vně článku uzavřen, dochází k transportu elektrického náboje iontoměničovou membránou, a tím k průchodu elektrického proudu celým uzavřeným obvodem.

Materiály, vhodné pro výrobu iontoměničových membrán, jsou obecně známé a jejich základní struktura vychází nej častěji z tetrafluoretylénu (teflonu). Pro svoje iontové vlastnosti jsou také nazývány ionomery. Požadovaných iontových vlastností se obvykle dosahuje při výrobě membrány přidáváním skupin kyseliny sulfonové do struktury polymeru. Skupiny kyseliny sulfonové, napojené na teflonovou strukturu, fungují jako extrémně silný donor protonů. Skupiny kyseliny sulfonové silně pohlcují vodu, což podporuje velmi rychlý protonový transfer. Uvedený materiál je propustný pro vodu a udržování určité vlhkosti membrány je jednou z podmínek správné činnosti elektrochemického systému.

Doposud však nebylo známo, jak je do elektrochemického systému možno energeticky zasahovat zvenčí, za provozu článku. Zásah zvenčí by umožnil průběžně ovlivňovat vlastnosti systému, především vnitřní odpor elektrochemického článku.

Podstata vynálezu

Shora uvedené nevýhody byly odstraněny tím, že v souladu s předmětem tohoto vynálezu byl vyvinut způsob řízení vnitřního odporu elektrochemického zdroje proudu, u něhož působením energie záření, vstupujícího do iontoměničové membrány, lze měnit její iontové vlastnosti, a tím i velikost proudu, procházejícího spotřebičem, připojeným k elektrochemickému článku.

Rovněž bylo vyvinuto zařízení k provádění shora uvedeného způsobu, tvořené elektrochemickým zdrojem proudu, zejména elektrochemickým článkem, sestávajícím z anody, katody, iontoměničové membrány, jako elektrolytu, a ze zdroje světelného záření s optikou.

Iontoměničová membrána je tvořena ionomerem, vedoucím světelné záření a tato iontoměničová membrána je prostřednictvím optiky navázána na zdroj záření.

Polymery, včetně ionomerů, patří mezi látky, které mají příznivé vlastnosti pro vedení světla, takže membrána může být velmi kvalitním světlovodem. Přítomnost světelného záření uvnitř membrány uvádí nositele náboje do stavu, který je příznivý pro protonový transfer, čímž je možno způsobit snížení vnitřního odporu celého článku.

- 1 CZ 309184 B6

Jako zdroje záření lze s výhodou použít luminiscenční diody, kterou je možno prostřednictvím optického systému poměrně jednoduše navázat na membránu a docílit tak vyhovující účinnosti regulace.

Objasnění výkresů

Vynález bude v dalším podrobněji objasněn na příkladu jeho konkrétního provedení, jehož popis bude podán s přihlédnutím k přiloženému jedinému obrázku č. 1.

Příklad uskutečnění vynálezu

Článek je příkladně znázorněn na přiloženém obrázku, kde mezi anodou 1 a katodou 2 je sevřena iontoměničová membrána, mající fúnkci elektrolytu 3. lontoměničová membrána je tvořena ionomerem a je prostřednictvím optiky 6 navázána na zdroj 7 záření. Po přivedení paliva 8 k anodě 1 a oxidantu 9 ke katodě 2, za předpokladu že je proudový okruh vně článku uzavřen spotřebičem 5, dochází k transportu elektrického náboje, a tím k průchodu elektrického proudu celým uzavřeným obvodem.

Vodík, obsažený v palivu 8 je přiváděn na povrch iontoměničové membrány. Z jeho atomů se uvolní elektrony, které prochází anodou 1 a zátěží 5 ke katodě 2. Tato skutečnost se projevuje jako elektrický proud vnějším obvodem. Zbývající kladné ionty postupují přes iontoměničovou membránu ke katodě 2, což je znázorněno na obrázku jako elektrický proud 11 uvnitř článku. Elektrický obvod je tímto způsobem uzavřen. Na katodě 2 kladné ionty rekombinují s kyslíkem oxidantu 9 na vodu 10. která je odpadním produktem uvedené chemické reakce.

Jev, k němuž dochází uvnitř elektrolytu 3 při jeho expozici světleným zářením 4 nepatří ke známým skutečnostem. Energie světelného záření 4, které vstupuje do elektrolytu 3 ovlivňuje jeho iontové vlastnosti. Uvádí kladné nositele náboje do stavu, jenž je příznivý pro protonový transfer, čímž je možno způsobit snížení vnitřního odporu celého článku.

K této změně může docházet plynule a bez nutnosti demontáže článku či jeho dočasného vyřazení z provozu. Přitom světelné záření 4 dodávané do elektrolytu 3 má mnohonásobně menší energii, než je výstupní energie elektrochemického článku.

Jak již bylo uvedeno, elektrolyt 3 je s výhodou tvořen syntetickým polymerem tvaru tenké membrány, s výše popsanými iontovými vlastnostmi a dobrou světelnou vodivostí uvnitř struktury membrány. Vhodným zdrojem světelného záření 4 je luminiscenční dioda.

Navázání světla z luminiscenční diody do světlovodu může být přímé, realizované prostřednictvím světelných vláken nebo pomocí optiky s čočkou. Světlo se navazuje na membránu mimo oblast anody 1 a katody 2 článku. Svazek je buď fokusován čočkou, nebo je zaveden optickým vláknem přímo k membráně.

Navázání světla pomocí optického hranolu je druhou možností. Umožňuje docílení vysoké účinnost navázání. Hranol musí být v těsném kontaktu s membránou a styčné povrchy musí být pečlivě očištěny. Nicméně použití hranolů přináší určité komplikace při vlastní realizaci.

Třetí variantou je navázání světla prostřednictvím mřížkového vazebního členu, vyrobeného přímo ve struktuře membrány. Mřížkový vazební člen je struktura s periodicky se měnícím profilem indexu lomu. U látek s tak vysokou chemickou odolností, jakou má teflon, ji lze vytvořit převážně ražením.

-2CZ 309184 B6

Energie světelného záření 4, které vstupuje do elektrolytu 3, ovlivňuje jeho iontové vlastnosti. Uvádí kladné nositele náboje do stavu, jenž je příznivý pro protonový transfer, čímž je možno způsobit sníženi vnitřního odporu celého článku. K této změně může docházet plynule a bez 5 nutnosti demontáže článku či jeho dočasného vyřazení z provozu. Přitom světelné záření 4 dodávané do elektrolytu 3 má mnohonásobně menší energii, než je výstupní energie elektrochemického článku.

Claims (3)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob řízení vnitřního odporu elektrochemického zdroje proudu, tvořeného zejména elektrochemickým článkem, vyznačující se tím, že se provádí působení energie záření, 5 vstupujícího do iontoměničové membrány za účelem změny jejich iontových vlastností, což vede ke změnám velikosti proudu, procházejícího spotřebičem připojeným k elektrochemickému článku.
2. 2. Zařízení k provádění způsobu podle nároku 1, tvořené elektrochemickým zdrojem proudu, zejména elektrochemickým článkem, sestávajícím z anody (1), katody (2), iontoměničové membrány, jako elektrolytu (3), a ze zdroje (7) světelného záření (4) s optikou (6), vyznačující se ίο tím, že iontoměničová membrána je tvořena ionomerem, jenž vede světelné záření (4), a tato iontoměničová membrána je prostřednictvím optiky (6) navázána na zdroj (7) záření.
3. 3. Zařízení podle nároku 2, vyznačující se tím, že zdrojem (7) záření je luminiscenční dioda.