EA011221B1 - Газоблокирующий анод для жидкостного топливного элемента прямого действия - Google Patents

Газоблокирующий анод для жидкостного топливного элемента прямого действия Download PDF

Info

Publication number
EA011221B1
EA011221B1 EA200700801A EA200700801A EA011221B1 EA 011221 B1 EA011221 B1 EA 011221B1 EA 200700801 A EA200700801 A EA 200700801A EA 200700801 A EA200700801 A EA 200700801A EA 011221 B1 EA011221 B1 EA 011221B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
anode
polymer
fuel cell
vinyl alcohol
layers
Prior art date
Application number
EA200700801A
Other languages
English (en)
Other versions
EA200700801A1 (ru
Inventor
Александр Блювштейн
Геннадий Финкельштайн
Original Assignee
Мор Энерджи Лтд.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Мор Энерджи Лтд. filed Critical Мор Энерджи Лтд.
Publication of EA200700801A1 publication Critical patent/EA200700801A1/ru
Publication of EA011221B1 publication Critical patent/EA011221B1/ru

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/08—Fuel cells with aqueous electrolytes
    • H01M8/083—Alkaline fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/8605—Porous electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/8647—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells consisting of more than one material, e.g. consisting of composites
    • H01M4/8657—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells consisting of more than one material, e.g. consisting of composites layered
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04197—Preventing means for fuel crossover
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/22—Fuel cells in which the fuel is based on materials comprising carbon or oxygen or hydrogen and other elements; Fuel cells in which the fuel is based on materials comprising only elements other than carbon, oxygen or hydrogen
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M2004/8678—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells characterised by the polarity
    • H01M2004/8684—Negative electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0002—Aqueous electrolytes
    • H01M2300/0014—Alkaline electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1009—Fuel cells with solid electrolytes with one of the reactants being liquid, solid or liquid-charged
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

Анод (3) для жидкостного топливного элемента прямого действия, в котором в результате реакции окисления или разложения топлива образуется газообразный водород. Поверхность анода (3), которая предназначена быть обращенной к электролитной камере (5) топливного элемента, по существу, полностью покрыта полимерным материалом (6), который предотвращает прохождение через этот полимерный материал в электролитную камеру по меньшей мере примерно 80% образовавшегося газообразного водорода.

Description

Предпосылки создания изобретения
1. Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к газоблокирующему аноду для жидкостного топливного элемента прямого действия (ЖТЭПД), в котором используется гидридное топливо, а конкретнее - к аноду, который помогает предотвратить или, по меньшей мере, существенно понизить рост электрического сопротивления электролита в топливном элементе, который обусловлен пузырьками водорода в электролите, которые образуются, среди прочего, в результате разложения гидридного топлива.
2. Описание известного уровня техники
Жидкостные топливные элементы прямого действия имеют большое значение в области новых технологий преобразования энергии. Наиболее широко используемым жидким топливом для ЖТЭПД является метанол. Основными недостатками таких топливных элементов прямого окисления метанола (ТЭПОМ) являются токсичность метанола и очень плохие разрядные характеристики при комнатной температуре. Вследствие этого ТЭПОМ не находят широкого применения в портативных электронных устройствах и т. п.
Топлива на основе (металл)гидридных и боргидридных соединений, таких как, например, боргидрид натрия (например, в щелочном растворе), обладают весьма высокой химической и электрохимической активностью. Следовательно, ЖТЭПД-элементы, которые используют такие виды топлива, имеют чрезвычайно хорошие разрядные характеристики (плотность тока, удельная энергия и т.д.) даже при комнатной температуре.
Эффективная эксплуатация ЖТЭПД, в котором используется (бор)гидридное топливо, требует постоянной подачи (бор)гидрида к частицам катализатора анода. Например, боргидрид электрохимически окисляется на аноде по прямой реакции с образованием ВО2 - и воды в соответствии со следующим уравнением:
ВН4 -+8ОН-=ВО2-+6Н2О+8е- (1)
Побочные реакции включают электрохимическое окисление боргидрида до Н2 и неэлектрохимическое разложение боргидрида (саморазряд). Разложение боргидридного соединения протекает в соответствии со следующим уравнением:
ВН4 -+2Н2О->ВО2-4Н< (2)
Образование газообразного водорода в результате вышеуказанных побочных реакций является причиной нескольких проблем. Одна из таких проблем включает прохождение газообразного водорода через анод в электролитную камеру, что приводит к образованию пузырьков водорода в электролите и, в свою очередь, к увеличению электрического сопротивления электролита.
Сущность изобретения
Настоящее изобретение предлагает анод для жидкостного топливного элемента прямого действия, в котором в результате реакции окисления или разложения топлива образуется газообразный водород, причем та поверхность анода, которая предназначена быть обращенной к электролитной камере топливного элемента, по существу, полностью покрыта полимерным материалом, который предотвращает прохождение через этот полимерный материал и в электролитную камеру по меньшей мере примерно 80% образовавшегося газообразного водорода.
Согласно одному аспекту анода может быть предотвращено поступление в электролитную камеру по меньшей мере примерно 85% газообразного водорода, например по меньшей мере примерно 90%, по меньшей мере примерно 95% или по меньшей мере примерно 98% газообразного водорода.
Согласно другому аспекту удельное поверхностное электрическое сопротивление сочетания анода с полимерным материалом может составлять не более чем примерно 1 Ом-см2, например не более чем примерно 0,9 Ом-см2, не более чем примерно 0,85 Ом-см2 или не более чем примерно 0,8 Ом-см2. В данном описании и в прилагаемой формуле изобретения термины «удельное поверхностное сопротивление» и «удельное сопротивление» используются как равнозначные.
Согласно еще одному другому аспекту поверхность анода может быть покрыта единственным слоем полимерного материала или же на поверхности анода могут быть расположены по меньшей мере два слоя полимерного материала. Например, упомянутые по меньшей мере два слоя могут содержать разные полимерные материалы.
Согласно еще одному аспекту полимерный материал может содержать один или более слоев полимерного материала и может иметь суммарную толщину не более чем примерно 200 мкм и/или суммарную толщину по меньшей мере примерно 25 мкм.
Согласно другому аспекту анода по настоящему изобретению полимерный материал может содержать по меньшей мере один полимер с гидрофильной группой. Например, гидрофильная группа может представлять собой группу ОН, СООН и/или 8О3Н. Предпочтительно упомянутый по меньшей мере один полимер с гидрофильной группой содержит ОН-группы. Согласно еще одному аспекту упомянутый по меньшей мере один полимер с гидрофильной группой может содержать гомополимер и/или сополимер винилового спирта, например полимер, имеющий среднемассовую молекулярную массу не более чем примерно 100000 и/или не менее чем примерно 30000. В качестве неограничивающего примера со
- 1 011221 полимер винилового спирта может содержать сополимер винилового спирта и одного или более этиленненасыщенных сомономеров, например сополимер винилового спирта и этилена. Также сополимер винилового спирта может содержать по меньшей мере примерно 50 мол.% звеньев винилового спирта.
Согласно еще одному аспекту анода по настоящему изобретению по меньшей мере часть полимерного материала может обладать способностью к набуханию в водном растворе.
Согласно еще одному аспекту упомянутый по меньшей мере один полимер с гидрофильной группой может быть, по меньшей мере, частично сшитым, например сшивающим агентом, который содержит полимер, имеющий по меньшей мере одну функциональную группу, которая способна реагировать с функциональной группой гидрофильного полимера. Предпочтительно массовое соотношение упомянутого по меньшей мере одного полимера с гидрофильной группой и сшивающего агента составляет в диапазоне от примерно 2:1 до примерно 1:2.
Согласно другому аспекту упомянутый по меньшей мере один полимер с гидрофильной группой может содержать полимер, имеющий ОН-группы, а сшивающий агент может содержать полимер, выбираемый из полиэтиленгликоля, полиэтиленоксида и их комбинаций. Например, полиэтиленгликоль может иметь среднечисловую молекулярную массу от примерно 300 до примерно 10000, а полиэтиленоксид может иметь среднечисловую молекулярную массу от примерно 35000 до примерно 200000.
Согласно еще одному аспекту упомянутый по меньшей мере один полимер с гидрофильной группой может быть, по меньшей мере, частично сшит по меньшей мере одним сшивающим агентом, выбираемым из силиката, пирофосфата, сахарного спирта и альдегида. Неограничивающие примеры данных сшивающих агентов включают силикат щелочного металла, пирофосфат щелочного металла, ксилит, сорбит и формальдегид. В качестве неограничивающего примера массовое соотношение упомянутого по меньшей мере одного полимера с гидрофильной группой и сшивающего агента может составлять в диапазоне от примерно 2:1 до примерно 1:2.
Согласно еще одному аспекту анода по настоящему изобретению этот анод может содержать металлический сетчатый токоотвод, например никелевый сетчатый токоотвод. Далее, анод может содержать связующее, такое как, например, политетрафторэтилен.
Настоящее изобретение также предлагает анод для жидкостного топливного элемента прямого действия, в котором в результате реакции окисления или разложения топлива образуется газообразный водород, причем та поверхность анода, которая предназначена быть обращенной к электролитной камере топливного элемента, по существу, полностью покрыта одним или более слоями материала, который содержит, по меньшей мере, частично сшитый гомополимер и/или, по меньшей мере, частично сшитый сополимер винилового спирта с содержанием звеньев винилового спирта по меньшей мере примерно 50 мол.%. Упомянутый один или более слоев предотвращают проникновение по меньшей мере примерно 90% образовавшегося газообразного водорода в электролитную камеру через этот один или более слоев. Также анод с одним или более слоями на нем имеет удельное электрическое сопротивление не более чем примерно 0,9 Ом-см2.
Согласно другому аспекту этого анода упомянутый один или более слоев могут содержать по меньшей мере два слоя: первый слой в контакте с анодом, который содержит сополимер винилового спирта и одного или более этиленненасыщенных сомономеров, и второй слой, который расположен на первом слое и содержит гомополимер винилового спирта.
Согласно другому аспекту анода упомянутый один или более слоев могут содержать гомополимер винилового спирта.
Согласно еще одному аспекту упомянутый один или более слоев могут иметь суммарную толщину от примерно 25 до примерно 200 мкм.
Согласно еще одному аспекту полимер винилового спирта может быть, по меньшей мере, частично сшит сшивающим агентом, выбираемым из полиэтиленгликоля и полиэтиленоксида. В качестве неограничивающего примера массовое соотношение полимера винилового спирта и сшивающего агента может составлять от примерно 2:1 до примерно 1:2.
Согласно другому аспекту полимер винилового спирта может быть, по меньшей мере, частично сшит сшивающим агентом, выбираемым из силиката натрия, пирофосфата натрия, сорбита, ксилита, формальдегида и комбинаций двух или более из них.
Согласно еще одному аспекту анода упомянутый один или более слоев могут предотвращать проникновение через этот один или более слоев по меньшей мере примерно 95% образовавшегося газообразного водорода, и анод с одним или более слоями на нем может иметь удельное электрическое сопротивление не более чем примерно 0,85 Ом-см2.
Согласно другому аспекту анод может содержать никелевый сетчатый токоотвод.
Настоящее изобретение также предлагает жидкостной топливный элемент прямого действия, который содержит анод по настоящему изобретению, как изложено выше, включая различные его аспекты.
Согласно одному аспекту данный топливный элемент может содержать в своей топливной камере металлгидридное и/или металлборгидридное соединение, например боргидрид натрия.
Согласно другому аспекту электролитная камера топливного элемента может содержать водный
- 2 011221 гидроксид щелочного металла, например водный гидроксид калия.
Настоящее изобретение также предлагает жидкостной топливный элемент прямого действия для применения с жидким топливом, которое склонно претерпевать разложение с образованием газообразного водорода. Топливный элемент содержит катод; анод; электролитную камеру, расположенную между катодом и анодом; топливную камеру, расположенную на той стороне анода, которая противоположна стороне, которая обращена к электролитной камере; и один или более слоев полимерного материала, которые расположены на той поверхности анода, которая обращена к топливной камере. Данные один или более слоев полимерного материала предотвращают прохождение, по меньшей мере, существенной части газообразного водорода, который присутствует в топливной камере (когда жидкое топливо присутствует в топливной камере), через один или более слоев в электролитную камеру.
Согласно одному аспекту топливного элемента топливо может содержать металлгидридное соединение и/или металлборгидридное соединение.
Согласно другому аспекту на аноде может иметься единственный слой полимерного материала или же на нем может иметься по меньшей мере два слоя полимерного материала.
Согласно еще одному аспекту может быть предотвращено поступление в электролитную камеру по меньшей мере примерно 90% газообразного водорода, например по меньшей мере примерно 95% газообразного водорода.
Согласно еще одному аспекту топливного элемента удельное электрическое сопротивление анода с полимерным материалом на нем может составлять не более чем примерно 1 Ом-см2, например не более чем примерно 0,9 Ом-см2.
Согласно другому аспекту упомянутый один или более слоев полимерного материала могут иметь суммарную толщину не более чем примерно 200 мкм и/или суммарную толщину по меньшей мере примерно 25 мкм.
Согласно другому аспекту топливного элемента полимерный материал может содержать по меньшей мере один полимер с гидрофильной группой, такой как, например, одна или более групп из ОН, СООН и 8О3Н. В предпочтительном варианте воплощения упомянутый по меньшей мере один полимер содержит по меньшей мере ОН-группы. В качестве неограничивающего примера упомянутый по меньшей мере один полимер может содержать гомополимер и/или сополимер винилового спирта. Сополимер винилового спирта может, например, содержать по меньшей мере примерно 50 мол.% звеньев винилового спирта.
Согласно еще одному аспекту упомянутый по меньшей мере один полимер с гидрофильной группой может быть, по меньшей мере, частично сшит сшивающим агентом, который содержит полимер, имеющий по меньшей мере одну функциональную группу, которая способна реагировать с функциональной группой гидрофильного полимера. В качестве неограничивающего примера массовое соотношение упомянутого по меньшей мере одного полимера с гидрофильной группой и сшивающего агента может составлять в диапазоне от примерно 2:1 до примерно 1:2. Далее, упомянутый по меньшей мере один полимер с гидрофильной группой может содержать полимер, имеющий ОН-группы, а сшивающий агент может содержать полимер, выбираемый из полиэтиленгликоля, полиэтиленоксида и их комбинаций. Также упомянутый по меньшей мере один полимер с гидрофильной группой может быть, по меньшей мере, частично сшит по меньшей мере одним сшивающим агентом, который выбирают из силиката щелочного металла, пирофосфата щелочного металла, сахарного спирта и альдегида.
Согласно еще одному аспекту топливного элемента анод может содержать никелевый сетчатый токоотвод и/или связующее, которое содержит политетрафторэтилен.
Согласно другому аспекту электролитная камера топливного элемента может содержать водный гидроксид щелочного металла, такой как, например, водный гидроксид калия.
Настоящее изобретение также предлагает способ понижения или, по существу, предотвращения роста электрического сопротивления электролита в электролитной камере жидкостного топливного элемента прямого действия, который содержит катод, анод, электролитную камеру, расположенную между катодом и анодом, и топливную камеру, расположенную на той стороне анода, которая противоположна стороне электролитной камеры. Рост электрического сопротивления обусловлен пузырьками газообразного водорода, которые образуются в результате генерации газообразного водорода жидким топливом в топливной камере и миграции газообразного водорода через анод в электролитную камеру. Способ включает в себя снабжение поверхности анода, которая обращена к электролитной камере, одним или более слоями полимерного материала, которые предотвращают прохождение через них существенной части образовавшегося газообразного водорода.
Согласно одному аспекту способа топливо может содержать гидридное соединение и/или боргидридное соединение, например боргидрид щелочного металла. В качестве неограничивающего примера топливо может содержать боргидрид натрия, который растворен и/или суспендирован в жидком носителе.
Согласно другому аспекту может быть предотвращено прохождение через один или более слоев полимерного материала по меньшей мере примерно 90% газообразного водорода, например по меньшей
- 3 011221 мере примерно 95% газообразного водорода.
Согласно еще одному аспекту способа удельное электрическое сопротивление анода с одним или более слоями полимерного материала может составлять не более чем примерно 1 Ом-см2, например не более чем примерно 0,85 Ом-см2.
Согласно еще одному аспекту способа поверхность анода может быть снабжена единственным слоем полимерного материала или же на поверхности анода могут быть расположены по меньшей мере два слоя полимерного материала.
Согласно другому аспекту упомянутый один или более слоев полимерного материала могут иметь суммарную толщину от примерно 25 до примерно 200 мкм.
Согласно еще одному аспекту полимерный материал может содержать по меньшей мере один полимер с гидрофильной группой, выбираемой из одной или более групп из ОН, СООН и 8О3Н. В качестве неограничивающего примера упомянутый по меньшей мере один полимер может содержать ОН-группы.
Согласно другому аспекту упомянутый по меньшей мере один полимер может содержать гомополимер и/или сополимер винилового спирта. Предпочтительно данный гомо- и/или сополимер, по меньшей мере, частично сшит сшивающим агентом, который содержит полимер, имеющий по меньшей мере одну функциональную группу, которая способна реагировать с функциональной группой гомополимера/сополимера винилового спирта. Например, сшивающий агент может содержать полиэтиленгликоль, полиэтиленоксид или их комбинацию.
Альтернативно или дополнительно сшивающий агент может содержать силикат щелочного металла, пирофосфат щелочного металла, сахарный спирт и/или альдегид.
Другие примерные варианты воплощения и преимущества настоящего изобретения могут быть установлены при рассмотрении настоящего описания и прилагаемых чертежей.
Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение далее подробно описано в нижеследующем подробном описании со ссылкой на несколько указанных чертежей в качестве неограничивающих примеров конкретных вариантов воплощения настоящего изобретения, в котором одинаковые ссылочные позиции обозначают схожие детали на нескольких видах чертежей и где фиг. 1 - схематическое изображение в разрезе топливного элемента, который включает в себя анод согласно настоящему изобретению;
фиг. 2 - схематическое изображение в разрезе ячейки для измерения удельного электрического сопротивления анода по настоящему изобретению;
фиг. 3 - схематический чертеж испытательной установки, которую используют для определения эффективности блокирования газа полимерным материалом анода по настоящему изобретению;
фиг. 4 - схематическое изображение в разрезе устройства, используемого в испытательной установке, показанной на фиг. 3;
фиг. 5 - примерная диаграмма, которую использовали для определения эффективности блокирования газа по данным, полученным при помощи испытательной установки по фиг. 3.
Подробное описание изобретения
Изложенные здесь подробности приведены только в качестве примера и в целях пояснительного обсуждения вариантов воплощения настоящего изобретения и приведены с тем, чтобы представить то, что представляется наиболее полезным и легко понимаемым описанием принципов и концептуальных аспектов настоящего изобретения. В этом отношении не предпринималось попыток показать конструктивные особенности настоящего изобретения более подробно, чем необходимо для принципиального понимания настоящего изобретения, причем описание вместе с прилагаемыми чертежами сделает очевидным для специалистов в данной области техники то, как на практике могут быть воплощены несколько форм настоящего изобретения.
Как показано на фиг. 1, ЖТЭПД согласно настоящему изобретению содержит корпус или контейнер 1, который содержит внутри себя топливную камеру 2 и электролитную камеру 5. Топливная камера 2 содержит жидкое топливо, например, в форме гидридного или боргидридного топлива. Электролитная камера содержит жидкий электролит, например, в форме водного гидроксида щелочного металла. Анод 3 расположен внутри корпуса 1 и разделяет эти две камеры 2 и 5. Катод 4 также расположен в корпусе 1 и совместно с анодом 3 ограничивает электролитную камеру 5. На аноде 3 происходит окисление жидкого топлива. На катоде восстанавливается вещество, в типичном случае - кислород окружающего воздуха. Топливный элемент по настоящему изобретению дополнительно содержит по меньшей мере один слой полимерного материала 6 на той поверхности анода, которая обращена к электролитной камере 5.
В традиционных ЖТЭПД без анода по настоящему изобретению весь газообразный водород или, по меньшей мере, существенная часть газообразного водорода, образовавшегося на аноде 3 и/или в корпусе топливной камеры 2, будет постепенно проходить через (пористый) анод в электролитную камеру 5, где водород образует пузырьки (обычно, микропузырьки) в электролите. Это, в свою очередь, приводит к росту электрического сопротивления электролита. Анод по настоящему изобретению, который снабжен по меньшей мере одним слоем полимерного материала 6 на той поверхности анода 3, которая обращена к
- 4 011221 электролитной камере 5, предотвращает достижение всем газообразным водородом или, по меньшей мере, существенной его частью (в типичном случае по меньшей мере примерно 80%, предпочтительно по меньшей мере примерно 90% и вплоть до примерно 98% или близкой к примерно 100%, что далее по тексту иногда называют «эффективностью блокирования газа») электролитной камеры, причем тем самым можно избежать, по меньшей мере в значительной степени, роста электрического сопротивления электролита. Процент газообразного водорода, которому не позволяют достичь электролитной камеры, может быть определен в соответствии со способом, который описан ниже в примерах.
Как изложено выше, одна сторона (главная поверхность) анода 3, по существу, полностью (предпочтительно полностью) покрыта по меньшей мере одним слоем полимерного материала 6. Нанесение на анод покрытия из полимерного материала может быть осуществлено различными способами. Например, можно прикрепить одну или более пленок полимерного материала к поверхности анода под давлением и/или посредством подходящего клея (нанесенного, например, на кромки анода). Предпочтительно упомянутый один или более слоев полимерного материала 6 наносят (последовательно), проводя операцию нанесения покрытия. Например, на поверхность анода можно наносить один или более растворов и/или суспензий желаемого(ых) полимерного(ых) материала(ов), и после каждой операции нанесения растворитель(и) можно, по меньшей мере, частично удалить, например, нагреванием и/или применяя вакуум. Неограничивающий пример типичного способа нанесения покрытия описан ниже в примерах. Не обязательно, чтобы полимерный материал находился в непосредственном контакте с поверхностью анода (хотя непосредственный контакт предпочтителен) при условии, что полимерный материал способен предотвращать поступление существенной части газообразного водорода в электролитную камеру, и при условии, что ионная проводимость сочетания анода и полимерного слоя не подвергается значительному отрицательному влиянию по причине отсутствия непосредственного контакта.
Когда нанесены два или более слоя полимерного материала (например, два, три или четыре слоя полимерного материала), эти слои могут содержать одинаковый или разные полимер(ы). Слои одинакового(ых) полимера(ов) могут иметь преимущество, например, если однократная операция нанесения покрытия не обеспечила желаемую толщину (и/или механическую прочность) слоя полимерного материала и/или если трудно получить сплошную пленку покрытия (по существу, без каких-либо прорех) за одну операцию нанесения покрытия.
Два или более слоя, которые содержат разные полимеры в составе по меньшей мере двух слоев, могут быть целесообразны, например, для придания полимерному материалу комбинации желаемых характеристик. Например, первый слой полимерного материала, который находится в непосредственном контакте с анодом, может содержать один или более полимеров, которые обеспечивают хорошую адгезию к поверхности анода, тогда как слой, который содержит один или более полимеров, который(е) отличается(ются) от полимера(ов) в первом слое и который расположен на первом слое, может обеспечивать другие желаемые характеристики, например высокую ионную проводимость. В этом отношении предпочтительно, чтобы комбинация анода и полимерного материала имела удельное ионное сопротивление не на много больше чем примерно 1 Ом-см2, еще более предпочтительно не больше чем примерно 0,95 Ом-см2, в частности, не более чем примерно 0,9 Ом-см2, не более чем примерно 0,85 Ом-см2 или не более чем примерно 0,8 Ом-см2. Ионную проводимость (удельное сопротивление) можно измерить в соответствии со способом, описанным ниже в примерах.
Независимо от того, нанесен ли на поверхность анода один слой полимерного материала или же нанесено два (или более) слоя полимерного материала, каждый из данных слоев может независимо содержать единственный полимер или смесь двух или более полимеров. Конечно, если нанесено два или более слоя, данные слои могут иметь одинаковую или разную толщину.
Один или более слоев полимерного материала, размещенных на аноде, обычно будут иметь суммарную толщину, составляющую не более чем примерно 0,2 мм, например не более чем примерно 0,15 мм. С другой стороны, суммарная толщина будет предпочтительно составлять не менее чем примерно 0,025 мм, например не менее чем примерно 0,03 мм.
Полимеры, подходящие для применения в одном или более слоях полимерного материала 6, включают такие полимеры, которые обеспечивают, по отдельности или в сочетании, как удовлетворительную ионную проводимость, так и высокую эффективность блокирования газа (низкую проницаемость для газообразного водорода), в частности, в диапазоне обычных рабочих температур ЖТЭПД, т.е. от комнатной температуры до примерно 60°С. Кроме того, упомянутый один или более полимеров должны обеспечивать достаточную механическую прочность и сохранять механическую целостность в достаточной степени даже при воздействии щелочного раствора (в частности, водного электролита) при температуре вплоть до примерно 60°С на протяжении длительных периодов времени. В этом отношении примером водного электролита того типа, который обычно используется в ЖТЭПД, является водный раствор гидроксида калия (например, от примерно 6М до примерно 7М КОН). Желательной характеристикой также является достаточная адгезия к поверхности анода. Как упомянуто выше, нет необходимости в том, чтобы единственный полимер проявлял все желательные свойства для того, чтобы подходить для использования в настоящем изобретении. Равным образом подходит комбинация двух или более полимеров, ко- 5 011221 торые совместно обеспечивают данные свойства.
Примеры полимеров, которые обеспечивают удовлетворительную ионную проводимость, включают такие полимеры, которые способны разжижаться или набухать в водных растворах. Высокая эффективность блокирования газа может быть достигнута, например, за счет сшивки подходящих полимерных цепей, что одновременно увеличит механическую прочность полимерного слоя.
Предпочтительные полимеры для использования в настоящем изобретении включают такие полимеры, которые содержат один или более типов гидрофильных групп, таких как, например, группы ОН, СООН и/или 8О3Н. Неограничивающими примерами таких полимеров являются гомо- и сополимеры, которые содержат звенья винилового спирта, акриловой кислоты, метакриловой кислоты и т.п. Конечно, также могут быть пригодны полимеры с другими гидрофильными группами. Термин «гидрофильные группы», использованный в данном описании и прилагаемой формуле изобретения, предполагается охватывающим группы, которые обладают сродством к молекулам воды и/или способны к взаимодействию с молекулами воды, например, за счет образования водородных связей, межионных взаимодействий и т.п. Предпочтительными примерами полимеров с гидрофильными группами для использования в настоящем изобретении являются полимеры, которые содержат по меньшей мере ОН-группы, в частности гомо- и сополимеры винилового спирта.
Неограничивающие примеры сополимеров винилового спирта содержат звенья винилового спирта и звенья одного или более (например, одного или двух) этиленненасыщенных сомономеров. Предпочтительные сомономеры включают С2-С8-алкены, такие как, например, этилен, пропилен, бутен-1, гексен-1 и октен-1. Особенно предпочтительным сомономером является этилен. В сополимерах винилового спирта (или в любом другом мономере, который содержит гидрофильные группы) и сомономерах без гидрофильных групп (например, алкенах и т.п.) звенья винилового спирта обычно будут обеспечивать желаемую ионную проводимость, а сомономер(ы) предпочтительно будет(ут) способствовать адгезии полимера к подложке (поверхности анода).
В сополимерах винилового спирта звенья винилового спирта предпочтительно присутствуют в количестве, по меньшей мере, примерно 50 мол.%, в частности, в сополимерах, где сомономер(ы) совсем не включают гидрофильные группы.
Средняя молекулярная масса гомо- и сополимеров винилового спирта (или любых других полимеров), предназначенных для использования в настоящем изобретении, не является принципиально важной, однако, обычно она будет находиться в стандартном для данного типа полимеров диапазоне, т. е. не намного больше чем примерно 100000 и не намного меньше чем примерно 30000 (выражено как среднемассовая молекулярная масса).
Для того чтобы увеличить механическую прочность и эффективность блокирования газа, предназначенного для использования в настоящем изобретении полимера с гидрофильными группами, например, указанных выше гомо- и сополимеров винилового спирта, обычно будет преимущественным проведение сшивки полимерных цепей. Подходящие участки для сшивки включают гидрофильные группы полимерных молекул и/или другие функциональные фрагменты (включая этиленненасыщенные связи), которые могут присутствовать в полимерных молекулах. Подходящие сшивающие агенты включают такие агенты, которые содержат в составе своих молекул по меньшей мере две (например, две, три, четыре или пять) функциональные группы, способные реагировать (или, по меньшей мере, участвовать в сильных взаимодействиях) с одним или более типами функциональных групп, присутствующих в полимерной молекуле. Реакция между функциональными группами предпочтительно включает поликонденсацию (включая полиприсоединение), ионную или свободнорадикальную полимеризацию или любой другой тип реакции, которая приводит к образованию (предпочтительно ковалентных) связей между реагентами. Сшивающий агент может быть органическим или неорганическим, мономерным или полимерным, и, если необходимо, то можно применять два или более сшивающих агента.
Неограничивающие и предпочтительные примеры сшивающих агентов для сшивки гомо- и сополимеров винилового спирта, а также полимеров других типов включают полимерные сшивающие агенты, такие как, например, полиалкиленгликоли, предпочтительно полиэтиленгликоль и полиэтиленоксид, и мономерные реагенты, такие как, например, силикаты и пирофосфаты щелочного металла (например, силикат натрия или калия и пирофосфат натрия или калия), сахарные спирты (например, ксилит, сорбит и т.д.) и карбонильные соединения, в частности, альдегиды (например, формальдегид).
В случае полимерных сшивающих агентов их средняя молекулярная масса не является принципиально важной, и могут быть использованы имеющиеся в продаже материалы. Например, среднечисловая молекулярная масса имеющихся в продаже полиэтиленгликолей обычно находится в диапазоне от примерно 300 до примерно 10000, тогда как для имеющегося в продаже полиэтиленоксида среднечисловая молекулярная масса обычно находится в диапазоне от примерно 35000 до примерно 200000.
Когда для целей настоящего изобретения необходимо сшить гомо- и/или сополимеры винилового спирта, массовое соотношение данных полимеров и сшивающего(их) агента(ов), например указанных выше сшивающих агентов, предпочтительно составляет в диапазоне от примерно 2:1 до примерно 1:2. Конечно, также можно использовать соотношения вне данного диапазона. Специалисту обычной квалификации в данной области техники будут известны, или он без труда сможет узнать, подходящие массо
- 6 011221 вые соотношения для других полимеров и/или других сшивающих агентов.
Анод по настоящему изобретению может представлять собой любой анод, который подходит для данного типа топлива и ЖТЭПД. Анод будет обычно содержать пористый материал, который проницаем для газообразных и жидких веществ и может быть изготовлен мокрыми или сухими способами. Конечно, материалы анода должны быть стойкими к агрессивному химическому воздействию жидкого топлива и не должны катализировать разложение топлива в сколько-нибудь ощутимой степени. Неограничивающий пример анода, предназначенного для использования в настоящем изобретении, содержит металлический сетчатый токоотвод, например никелевую или изготовленную из нержавеющей стали сетку, к которой прикреплен активный пористый слой. Данный активный слой может содержать в качестве неограничивающего примера активированный углерод, несущий каталитически активный материал (такой как металл, например Ρΐ, Рб, Ни, Ей, причем названы лишь немногие), и связующее, обычно полимерный материал, такой как политетрафторэтилен и т.п. Конечно, для изготовления анода по настоящему изобретению также могут быть использованы другие материалы. Например, вместо металлической сетки можно использовать пенометалл или гидрофильную углеродную бумагу.
Следующие неограничивающие примеры иллюстрируют изготовление анодов по настоящему изобретению, которые покрыты слоем сшитых полиэтиленгликолем гомо- и сополимеров винилового спирта. Аноды состоят из следующих материалов:
(1) Νί-я сетка (58 меш, диаметр проволоки 0,14 мм, толщина примерно 500 мкм) с активным слоем из 85 мас.% сажевого катализатора и 15 мас.% политетрафторэтилена (изготовлен мокрым способом);
(2) №-я сетка (40 меш, диаметр проволоки 0,14 мм, толщина примерно 400 мкм) с активным слоем из 80 мас.% сажевого катализатора и 20 мас.% политетрафторэтилена (изготовлен сухим способом).
Для нанесения покрытия использовали следующие материалы:
Поливиниловый спирт (ПВС, Мегск): М«=72000
Полиэтиленгликоль (ПЭГ, А1бг1сй) : М,,=300
Сополимер этилена и винилового спирта содержание (ПЭВС, ΑΙάΓίοϊι) : этилена 27 мол.%.
Пример 1.
Получают раствор, растворяя 7,31 г ПВС и 4,69 г ПЭГ в 88 г деионизированной воды при перемешивании и нагревая смесь при 70°С в течение 2 ч. 1 мл этого раствора наносят на одну поверхность анода (20 см2) и затем высушивают на воздухе при температуре окружающей среды в течение 20 мин. Затем 1 мл того же раствора наносят на первый слой, после чего анод переносят в сушильный шкаф и высушивают при 120°С в течение 2 ч.
Удельное сопротивление анода с полученным в результате покрытием равно 0,8 Ом-см2, а его эффективность блокирования газа составляет 99%.
Пример 2.
Получают раствор, растворяя 0,6 г ПЭВС и 0,4 г ПЭГ в 29 г н-пропанола/воды (1:1) при перемешивании и нагревая смесь при 70°С в течение 2 ч. 1 мл этого раствора наносят на одну поверхность анода (20 см2) и затем высушивают на воздухе при температуре окружающей среды в течение 20 мин. Затем 1 мл раствора из примера 1 наносят на первый слой, после чего анод переносят в сушильный шкаф и высушивают при 90°С в течение 2 ч.
Удельное сопротивление анода с полученным в результате покрытием равно 0,99 Ом-см2, а его эффективность блокирования газа составляет 94%.
Пример 3.
мл раствора из примера 2 наносят на одну поверхность анода (20 см2) и высушивают на воздухе при температуре окружающей среды в течение 20 мин. Затем 1 мл того же раствора наносят на первый слой и переносят анод с полученным покрытием в сушильный шкаф и высушивают при 90°С в течение 2 ч.
Удельное сопротивление анода с полученным в результате покрытием равно 0,88 Ом-см2, а его эффективность блокирования газа составляет 89%.
Удельное сопротивление анодов с нанесенным покрытием в вышеприведенных примерах можно определить следующим образом.
Основные положения способа
Способ основан на приложении постоянного тока к ионному проводнику в пористом объекте и одновременном измерении разности потенциалов электролита по разные стороны от объекта в направлении его толщины. Для измерений используют четырехэлектродную ячейку. Два электрода представляют собой вспомогательные электроды-«источники тока», а два других представляют собой одинаковые «потенциал-чувствительные» электроды сравнения.
На фиг. 2 показано схематическое изображение в разрезе ячейки для измерения удельного электрического сопротивления объекта. Ячейка 7 заполнена электролитом 8. Ячейка снабжена электродамиисточниками тока» 9, 9' (рабочий электрод и противоэлектрод) и «потенциал-чувствительными» электродами 10, 10' (измерительный электрод и электрод сравнения). Объект 11, удельное сопротивление
- 7 011221 которого необходимо измерить, помещают внутрь ячейки 7 так, чтобы он контактировал своими обеими главными поверхностями с электролитом 8.
Сопротивление пористого объекта, пропитанного электролитом, определяют как разность сопротивлений между капиллярными трубками «потенциал-чувствительных» электродов в присутствии и в отсутствие измеряемого объекта. Сопротивление Я рассчитывают по уравнению (1)
КК -К (ΔΕι-ΔΕο)/Ι (1) где Я1 и ΔΕ1 представляют собой соответственно сопротивление и разность потенциалов в присутствии объекта, а Ко и ΔЕ0 представляют собой сопротивление и разность потенциалов в отсутствие объекта, I представляет собой ток источника.
Проводят два измерения: одно - для электролита в отсутствие объекта, а другое - в присутствии объекта, пропитанного электролитом. К0 также включает эмпирическую температурную поправку
К0(12)=К0(11)х[1-0, 017(12-1|)| (для температур в диапазоне 20-27°С).
Удельное поверхностное сопротивление ρ объекта (анода) вычисляют по уравнению (2) р=К-8 (2) где 8 представляет собой площадь поверхности объекта.
Оборудование и материалы
1. Потенциостат/гальваностат, диапазон силы тока ±100 мА, погрешность измерения силы тока 0,1%, погрешность измерения напряжения 0,01 мВ.
2. Измерительная ячейка с двумя электродами-«источниками».
3. Два «потенциал-чувствительных» электрода: Нд/НдО-электроды (Койоте, Кабютс1сг Апа1у11са1), заполненные 6,6М КОН.
Процедура
1. Собирают ячейку в отсутствие подлежащего измерению анода.
2. Заполняют ячейку электролитом (6,6М КОН), используя отверстия для электродов-«источников», на 2/3 высоты; вставляют электроды-«источники». Измеряют температуру электролита.
3. Вставляют два «потенциал-чувствительных» Нд/НдО-электрода (заполненных 6,6М КОН).
4. Подключают электроды-«источники» к проводам потенциостата, служащим для соединения с рабочим электродом и противоэлектродом; подключают «потенциал-чувствительные» электроды к проводам, служащим для соединения с электродом сравнения и измерительным электродом.
5. С помощью управляющего интерфейса выбирают гальваностатический режим работы и программируют следующие шаги:
Продолжительность каждого шага составляет 1 с (общая продолжительность 10 с). Частота считывания потенциала составляет 0,2 с. Запускают программу, распечатывают таблицу данных, строят график зависимости ΔΒ (мВ) от I (мА). Аппроксимируют отрезки Е(1) прямыми линиями для положительных и отрицательных значений тока. Абсолютные значения тангенсов угла наклона равны сопротивлению Ко.
6. Отключают провода потенциостата, извлекают электроды, опорожняют и разбирают ячейку, промывают ее дистиллированной водой.
7. Собирают ячейку с испытываемым анодом. Повторяют стадии 2-6 при той же температуре и определяют К;.
8. Рассчитывают сопротивление электролита в аноде по уравнению (1), рассчитывают удельное сопротивление анода по уравнению (2). Удельное сопротивление электролита получают из контрольных данных, 8=4 см2, толщину анода измеряют отдельно.
Эффективность блокирования газа (ЕгеС) газоблокирующего слоя (ГБС) анодов с нанесенным покрытием вышеприведенных примеров может быть определена следующим образом.
ЕГБС рассчитывают по уравнению (3)
- 8 011221
ЕГБС =100-(1-^] (3) где Угбс представляет собой объем газообразного водорода, который проникает в электролитную камеру, а V представляет собой общий объем газообразного водорода, который образуется на аноде/в топливной камере.
Чтобы определить ЕГБС, необходимо генерировать газообразный водород с постоянной заданной скоростью и измерять его поток со стороны ГБС. С этой целью может быть использована трехкамерная ячейка, показанная на фиг. 4.
Ячейка 12 изготовлена из устойчивого к щелочи пластика Пе1гш™ и оборудована стандартными электродами 13, 15 с площадью 4 см2. Ее собирают, используя болты, и герметизируют резиновыми уплотнительными кольцами. Νί-я пластина служит противоэлектродом 15; в качестве сепаратора используют пористую полипропиленовую мембрану 14 (Се1дагй™), которая вклеена в стандартную электродную рамку. Испытываемый анод 13 с ГБС помещают в ячейку 12. Ячейку заполняют 4М раствором КОН; его уровень должен быть одинаков во всех трех камерах ячейки 12. Испытываемый анод 13 должен быть полностью погружен в электролит.
Ячейку 12 присоединяют к испытательной установке, как показано на фиг. 3. Отрицательную клемму источника постоянного тока (соединенного последовательно с амперметром) присоединяют к аноду 13, а положительную клемму присоединяют к Νί-му противоэлектроду 15. Газообразный водород генерируют с постоянной скоростью при постоянной токовой нагрузке на аноде 13, а кислород генерируют на противоэлектроде 15. Мембрана 14, которая расположена между электродами 13, 15, разделяет потоки водорода и кислорода.
ЕГБС рассчитывают как объем газообразного водорода, который поступает в центральную камеру ячейки 12, поделенный на известный общий объем сгенерированного газообразного водорода.
Выпуск газа центральной камеры ячейки 12 присоединен трубкой из силиконового каучука к заполненной водой склянке Дрекселя 16 (снабженной термометром 19). Газообразный водород из центральной камеры выталкивает воду из склянки Дрекселя 16 в стакан 18, помещенный на весы 17. Объем выходящего из центральной камеры ячейки 12 газообразного водорода в единицу времени получают по изменению во времени массы стакана 18.
Оборудование и материалы
1. Ячейка.
2. Лабораторный источник питания постоянного тока (модель СРС-3020).
3. Амперметр (Нике 45 МиШте1ег).
4. Склянка Дрекселя (250 мл) со вставным термометром.
5. Лабораторные весы Α&Ό ОХ-400, точность 0,001 г.
6. Персональный компьютер (ПК) с программным обеспечением К.8кеу.
Процедура измерений
1. Заполняют ячейку 4М КОН.
2. Заполняют склянку Дрекселя водой и присоединяют к ячейке.
3. Располагают отводящую трубку склянки Дрекселя над отверстием в крышке стакана так, чтобы трубка не касалась крышки.
4. Включают ПК и запускают программное обеспечение К.8кеу для считывания показаний весов.
5. Включают источник питания постоянного тока и задают постоянный ток 100 мА/см2; записывают данные в формате М8 Ехсе1 (одна точка в минуту) в течение 1 ч.
6. Записывают температуру газа в склянке Дрекселя.
7. Выключают источник питания.
Пример измерения и вычисления ЕГБС.
На фиг. 5 приведены нанесенные на график данные, полученные для анода № 328 из композита Тгитет. Тангенс угла наклона линии в координатах масса-время соответствует скорости замещения воды и равен газообразному водороду, покидающему центральную камеру ячейки 12. У-БС = 0,294 мл/мин.
Общая скорость V генерирования газообразного водорода при токе I = 0,4 А (0,1 А/см2-4 см2) с учетом температурной поправки на 1=25°С равна _ 22400-60 273 + ΐ (4) “ 2Р 273
V = 0,4·
Число Фарадея Р=96500 Кулон/моль.
22400-60 273 + 25
---- л, 041 (мл/мин)
2-96500 273 (5)
Егбс, выраженная в процентах, равна
- 9 011221
Необходимо отметить, что вышеприведенные примеры были даны только с целью пояснения и никоим образом не должны интерпретироваться как ограничивающие настоящее изобретение. Хотя настоящее изобретение описано со ссылкой на примерный вариант воплощения, понятно, что использованные формулировки служат для описания и иллюстрации, а не ограничения. Могут быть внесены изменения в объеме первоначально представленной и измененной прилагаемых формул изобретения, не выходя за рамки объема и не отклоняясь от сущности настоящего изобретения в его аспектах. Хотя изобретение было описано со ссылкой на конкретные средства, материалы и варианты воплощения, не предполагается, что изобретение ограничено описанными здесь конкретными сведениями. Наоборот, изобретение распространяется на все функционально эквивалентные структуры, способы и применения, которые находятся в рамках объема прилагаемой формулы изобретения.

Claims (15)

  1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
    1. Анод для жидкостного топливного элемента прямого действия, в котором в результате реакции окисления или разложения топлива образуется газообразный водород, причем поверхность анода, которая предназначена быть обращенной к электролитной камере топливного элемента, по существу, полностью покрыта слоем полимерного материала, который предотвращает прохождение через этот полимерный материал в электролитную камеру по меньшей мере примерно 80% образовавшегося газообразного водорода.
  2. 2. Анод по п.1, в котором удельное электрическое сопротивление сочетания анода с полимерным материалом составляет не более чем примерно 1 Ом-см2.
  3. 3. Анод по любому из пп.1 и 2, в котором полимерный материал содержит по меньшей мере один полимер с гидрофильной группой.
  4. 4. Анод по п.3, в котором гидрофильная группа выбрана из одной или более групп из ОН, СООН и 8О3Н.
  5. 5. Анод по любому из пп.3 и 4, в котором упомянутый по меньшей мере один полимер с гидрофильной группой содержит по меньшей мере один из гомополимера и сополимера винилового спирта.
  6. 6. Анод по п.5, в котором упомянутый по меньшей мере один из гомополимера и сополимера винилового спирта содержит сополимер винилового спирта, который содержит по меньшей мере примерно 50 мол.% звеньев винилового спирта.
  7. 7. Анод по любому из пп.3-6, в котором упомянутый по меньшей мере один полимер с гидрофильной группой является, по меньшей мере, частично сшитым.
  8. 8. Анод по п.7, в котором упомянутый по меньшей мере один полимер с гидрофильной группой содержит полимер, имеющий ОН-группы, а сшивающий агент содержит полимер, выбранный из полиэтиленгликоля, полиэтиленоксида и их комбинаций.
  9. 9. Анод по любому из пп.7 и 8, в котором сшивающий агент содержит по меньшей мере один из полиэтиленгликоля со среднечисловой молекулярной массой от примерно 300 до примерно 10000 и полиэтиленоксида со среднечисловой молекулярной массой от примерно 35000 до примерно 200000.
  10. 10. Анод по п.7, в котором упомянутый по меньшей мере один полимер с гидрофильной группой, по меньшей мере, частично сшит по меньшей мере одним сшивающим агентом, выбранным из силиката, пирофосфата, сахарного спирта и альдегида.
  11. 11. Анод по любому из пп.1-10, в котором поверхность анода, которая предназначена быть обращенной к электролитной камере топливного элемента, по существу, полностью покрыта одним или более слоями материала, который содержит по меньшей мере один из, по меньшей мере, частично сшитого гомополимера и, по меньшей мере, частично сшитого сополимера винилового спирта с содержанием звеньев винилового спирта по меньшей мере примерно 50 мол.%, причем упомянутый один или более слоев предотвращают проникновение в электролитную камеру через этот один или более слоев по меньшей мере примерно 90% образовавшегося газообразного водорода, и анод с упомянутым одним или более слоями на нем имеет удельное электрическое сопротивление не более чем примерно 0,9 Ом-см2.
  12. 12. Анод по п.11, в котором упомянутый один или более слоев содержат по меньшей мере два слоя: первый слой в контакте с анодом, содержащий сополимер винилового спирта и одного или более этиленненасыщенных сомономеров, и второй слой, который расположен на первом слое и содержит гомополимер винилового спирта.
  13. 13. Жидкостной топливный элемент прямого действия, который содержит анод по любому из пп.112.
  14. 14. Топливный элемент по п.13, причем этот топливный элемент содержит в своей топливной камере по меньшей мере одно из металлгидридного и металлборгидридного соединений.
  15. 15. Способ понижения или, по существу, предотвращения роста электрического сопротивления электролита в электролитной камере жидкостного топливного элемента прямого действия, который содержит катод, анод, электролитную камеру, расположенную между катодом и анодом, и топливную ка
    - 10 011221 меру, расположенную на стороне анода, которая противоположна стороне электролитной камеры, при этом рост электрического сопротивления обусловлен пузырьками газообразного водорода, которые образуются в результате генерации газообразного водорода жидким топливом в топливной камере и миграции газообразного водорода через анод в электролитную камеру, причем способ включает в себя снабжение поверхности анода, которая обращена к электролитной камере, одним или более слоями полимерного материала, которые предотвращают прохождение через них существенной части образовавшегося газообразного водорода.
EA200700801A 2004-10-07 2005-10-05 Газоблокирующий анод для жидкостного топливного элемента прямого действия EA011221B1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US10/959,763 US20060078783A1 (en) 2004-10-07 2004-10-07 Gas blocking anode for a direct liquid fuel cell
PCT/IB2005/004070 WO2006061721A2 (en) 2004-10-07 2005-10-05 Gas blocking anode for a direct liquid fuel cell

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA200700801A1 EA200700801A1 (ru) 2008-02-28
EA011221B1 true EA011221B1 (ru) 2009-02-27

Family

ID=36145747

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA200700801A EA011221B1 (ru) 2004-10-07 2005-10-05 Газоблокирующий анод для жидкостного топливного элемента прямого действия

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20060078783A1 (ru)
EP (1) EP1805836A2 (ru)
JP (1) JP2008516387A (ru)
KR (1) KR20070061584A (ru)
CN (1) CN101199066A (ru)
EA (1) EA011221B1 (ru)
WO (1) WO2006061721A2 (ru)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070154774A1 (en) 2006-01-05 2007-07-05 More Energy Ltd. Hydrophilized anode for a direct liquid fuel cell
US20070290404A1 (en) * 2006-06-14 2007-12-20 More Energy Ltd. Process for making a framed electrode
US20070298306A1 (en) * 2006-06-27 2007-12-27 More Energy Ltd. Stationary cartridge based fuel cell system, fuel cell power supply system, and method of activating the fuel cell
US20080003468A1 (en) * 2006-06-29 2008-01-03 More Energy Ltd. Fuel cell system and method of activating the fuel cell
US9786943B2 (en) 2010-10-14 2017-10-10 Ramot At Tel-Aviv University Ltd. Direct liquid fuel cell having ammonia borane, hydrazine, derivatives thereof or/and mixtures thereof as fuel

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5599638A (en) * 1993-10-12 1997-02-04 California Institute Of Technology Aqueous liquid feed organic fuel cell using solid polymer electrolyte membrane
US20030207127A1 (en) * 2002-02-21 2003-11-06 Anand Murthy Method of forming a germanium film on a semiconductor substrate that includes the formation of a graded silicon-germanium buffer layer prior to the formation of a germanium layer
RU2230400C1 (ru) * 2002-11-18 2004-06-10 Закрытое акционерное общество "Индепендент Пауэр Технолоджис" "ИПТ" Спиртово-воздушный топливный элемент
JP2004207208A (ja) * 2002-11-05 2004-07-22 Hitachi Maxell Ltd 液体燃料電池およびそれを用いた発電装置
JP2004247226A (ja) * 2003-02-14 2004-09-02 Hitachi Maxell Ltd 液体燃料電池

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3544382A (en) * 1967-07-08 1970-12-01 Varta Ag Fuel cell device for continuous operation
JPS4836298B1 (ru) * 1969-04-18 1973-11-02
DE2615954C3 (de) * 1975-04-22 1981-04-23 Kuraray Co., Ltd., Kurashiki, Okayama Membran auf Basis von Polyvinylalkohol
US4218280A (en) * 1978-12-20 1980-08-19 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Method of cross-linking polyvinyl alcohol and other water soluble resins
US4614575A (en) * 1984-11-19 1986-09-30 Prototech Company Polymeric hydrogel-containing gas diffusion electrodes and methods of using the same in electrochemical systems
US5196469A (en) * 1991-03-28 1993-03-23 Mica Corporation Ethylene/vinyl alcohol coatings
CA2096386A1 (en) * 1992-05-18 1993-11-19 Masahiro Kamauchi Lithium secondary battery
US6380126B1 (en) * 1999-08-20 2002-04-30 Medis El Ltd Class of electrocatalysts and a gas diffusion electrode based thereon for fuel cells
US6613471B2 (en) * 2000-03-13 2003-09-02 Energy Conversion Devices, Inc. Active material for fuel cell anodes incorporating an additive for precharging/activation thereof
US20020155341A1 (en) * 2001-04-19 2002-10-24 More Energy Ltd. Self-managing electrochemical fuel cell and fuel cell anode
JP4028732B2 (ja) * 2002-01-21 2007-12-26 株式会社水素エネルギー研究所 発電方法
US7115333B2 (en) * 2003-02-07 2006-10-03 Gas Technology Institute High temperature composite proton exchange membranes

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5599638A (en) * 1993-10-12 1997-02-04 California Institute Of Technology Aqueous liquid feed organic fuel cell using solid polymer electrolyte membrane
US20030207127A1 (en) * 2002-02-21 2003-11-06 Anand Murthy Method of forming a germanium film on a semiconductor substrate that includes the formation of a graded silicon-germanium buffer layer prior to the formation of a germanium layer
JP2004207208A (ja) * 2002-11-05 2004-07-22 Hitachi Maxell Ltd 液体燃料電池およびそれを用いた発電装置
RU2230400C1 (ru) * 2002-11-18 2004-06-10 Закрытое акционерное общество "Индепендент Пауэр Технолоджис" "ИПТ" Спиртово-воздушный топливный элемент
JP2004247226A (ja) * 2003-02-14 2004-09-02 Hitachi Maxell Ltd 液体燃料電池

Also Published As

Publication number Publication date
EA200700801A1 (ru) 2008-02-28
US20060078783A1 (en) 2006-04-13
WO2006061721A2 (en) 2006-06-15
EP1805836A2 (en) 2007-07-11
WO2006061721A3 (en) 2008-01-31
KR20070061584A (ko) 2007-06-13
JP2008516387A (ja) 2008-05-15
CN101199066A (zh) 2008-06-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8075951B2 (en) Carbon-polymer electrochemical systems and methods of fabricating them using layer-by-layer technology
Hwang et al. Preparation of cation exchange membrane as a separator for the all-vanadium redox flow battery
TW398097B (en) Gas diffusion electrodes based on poly (vinylidene fluoride) carbon blends
JP5566021B2 (ja) アニオン型燃料電池用隔膜およびその製造方法
CN100553019C (zh) 测量醇浓度的方法、醇浓度测量装置和包括该装置的燃料电池系统
TW200304240A (en) Metal air cell system
TW541752B (en) Electrolyte balance in electrochemical cells
EA011221B1 (ru) Газоблокирующий анод для жидкостного топливного элемента прямого действия
JPWO2009081812A1 (ja) 固体高分子電解質型燃料電池隔膜
EP2133948A1 (en) Diaphragm for direct liquid fuel cell and method for producing the same
US20060147789A1 (en) Gas blocking anode for a direct liquid fuel cell
KR20070116977A (ko) 연료 전지 구성 성분용 플루오르화물 이온 포착제
JP5770163B2 (ja) 固体高分子型燃料電池用隔膜の製造方法
TW460625B (en) A process for the electrolysis of an alkali mental halide brine in a electrolytic cell
Berent et al. Fluidised‐bed fuel‐cell electrodes
CN101978536B (zh) 膜电极接合体和燃料电池
US3663303A (en) Process of making a gas diffusion electrode
JP5545893B2 (ja) 炭素を基体とする電極材料の製造方法及びこれにより製造した電極材料を使用した燃料電池
Ohya et al. Electrical resistivities and permeabilities of composite membranes based on a cation exchange membrane for a redox flow battery
Holzhauser et al. Influence of counter-ions on the permeability of polypyrrole films to hydrogen
WO2007039793A2 (en) Gas blocking anode for a direct liquid fuel cell
JP2021514519A (ja) 微生物燃料電池のセパレータ
Ilea et al. Electrosynthesis of hydrogen peroxide by partial reduction of oxygen in alkaline media. Part II: Wall-jet ring disc electrode for electroreduction of dissolved oxygen on graphite and glassy carbon
US8632925B2 (en) Apparatus and methods for making high performance fuel cell
JP2023124754A (ja) 反応触媒及びそれを用いた電気化学リアクタ

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM AZ BY KZ KG MD TJ TM RU