ES2683360T3 - Pila de combustible reversible y sistema de pila de combustible reversible - Google Patents

Pila de combustible reversible y sistema de pila de combustible reversible Download PDF

Info

Publication number
ES2683360T3
ES2683360T3 ES12873422.5T ES12873422T ES2683360T3 ES 2683360 T3 ES2683360 T3 ES 2683360T3 ES 12873422 T ES12873422 T ES 12873422T ES 2683360 T3 ES2683360 T3 ES 2683360T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
fuel cell
electrolyte
oxygen
positive electrode
negative electrode
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Active
Application number
ES12873422.5T
Other languages
English (en)
Inventor
Atsushi Tsutsumi
Kaduo TSUTSUMI
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Tokyo NUC
Exergy Power Systems Inc
Original Assignee
University of Tokyo NUC
Exergy Power Systems Inc
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 University of Tokyo NUC, Exergy Power Systems Inc filed Critical University of Tokyo NUC
Application granted granted Critical
Publication of ES2683360T3 publication Critical patent/ES2683360T3/es
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/34—Gastight accumulators
    • H01M10/345—Gastight metal hydride accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M12/00—Hybrid cells; Manufacture thereof
    • H01M12/08—Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of a fuel-cell type and a half-cell of the secondary-cell type
    • 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
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/24—Electrodes for alkaline accumulators
    • 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
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/24—Electrodes for alkaline accumulators
    • H01M4/242—Hydrogen storage 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
    • H01M4/90—Selection of catalytic material
    • H01M4/9016—Oxides, hydroxides or oxygenated metallic salts
    • 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
    • H01M8/04201—Reactant storage and supply, e.g. means for feeding, pipes
    • H01M8/04208—Cartridges, cryogenic media or cryogenic reservoirs
    • 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
    • H01M8/18—Regenerative fuel cells, e.g. redox flow batteries or secondary fuel cells
    • H01M8/184—Regeneration by electrochemical means
    • H01M8/186—Regeneration by electrochemical means by electrolytic decomposition of the electrolytic solution or the formed water product
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M16/00—Structural combinations of different types of electrochemical generators
    • H01M16/003—Structural combinations of different types of electrochemical generators of fuel cells with other electrochemical devices, e.g. capacitors, electrolysers
    • 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
    • H01M2004/8689—Positive electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • 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
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • 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
    • 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
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
    • 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
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
  • Cell Separators (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Mounting, Suspending (AREA)
  • Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)

Abstract

Pila de combustible reversible que comprende: un electrodo positivo (6) que contiene dióxido de manganeso; un electrodo negativo (4) que contiene un material de almacenamiento de hidrógeno; un separador (5) dispuesto entre el electrodo positivo y el electrodo negativo; y un electrolito (3), comprendiendo además la pila de combustible reversible: una cámara de almacenamiento de hidrógeno (8) para almacenar hidrógeno generado a partir del electrodo negativo mediante electrólisis del electrolito; y una cámara de almacenamiento de oxígeno (7) para almacenar oxígeno generado a partir del electrodo positivo mediante la electrólisis del electrolito en la que el oxígeno es el oxígeno disuelto en el electrolito, caracterizada porque la razón del electrolito llenado en la cámara de almacenamiento de oxígeno es del 95 al 100% con respecto al volumen de la cámara de almacenamiento de oxígeno, definiéndose dicho volumen como el 100%, y la presión del electrolito es de 0,2 MPa a 278 MPa.

Description

5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
DESCRIPCION
Pila de combustible reversible y sistema de pila de combustible reversible Campo tecnico
La presente invencion se refiere a una pila de combustible reversible capaz de almacenar energfa electrica en el momento de la carga como ene^a qmmica y de utilizar la energfa qmmica almacenada mediante reconversion en energfa electrica. La presente invencion tambien se refiere a un sistema de pila de combustible reversible, a un modulo de pila de combustible reversible y un banco de pilas de combustible reversibles que incluyen cada uno la pila de combustible reversible.
Tecnica anterior
Las batenas secundarias y las pilas de combustible son fuentes de energfa limpias de alta eficiencia. En los ultimos anos, velmculos electricos, velmculos de pila de combustible y trenes equipados con tales batenas secundarias y pilas de combustible como fuentes de alimentacion han estado en desarrollo en todo el mundo.
Se ha prestado atencion a una pila de combustible como fuente de alimentacion que tiene alta eficiencia de conversion de energfa y una carga medioambiental pequena. Una pila de combustible es incapaz de acumular energfa electrica. Sin embargo, es posible construir un sistema de almacenamiento de energfa determinado combinando una pila de combustible con, por ejemplo, un aparato de produccion de hidrogeno para producir hidrogeno mediante electrolisis de agua. Un sistema de almacenamiento de energfa de este tipo se denomina pila de combustible reversible (veanse el documento de patente 1 y el documento de patente 2). La pila de combustible reversible construida combinando la pila de combustible con el electrolizador de agua realiza electrolisis del agua, que es una reaccion inversa de generacion de energfa, usando energfa natural o energfa electrica nocturna, mientras que la pila de combustible reversible no esta generando energfa electrica. Por tanto, este sistema de generacion de energfa produce combustible para su propio uso.
Por otro lado, se ha usado una batena secundaria como fuente de alimentacion para un dispositivo electrico o electronico que requiere una gran descarga de corriente, tal como una herramienta electrica. En los ultimos anos, particularmente, se ha prestado atencion a una batena secundaria de mquel - hidruro metalico y una batena secundaria de iones de litio como batena para un velmculo Imbrido que va a accionarse mediante un motor y la batena.
Una batena secundaria tfpica se carga con energfa electrica, almacenando de ese modo electricidad. El documento de patente 3 divulga una batena secundaria que puede recargarse con gas. Ademas, el documento de patente 4 divulga un nuevo tipo de pila de combustible que es una combinacion de una pila de combustible y una batena secundaria y contiene hidroxido de manganeso como material activo de electrodo positivo y una aleacion de almacenamiento de hidrogeno como material activo de electrodo negativo. Puede encontrarse tecnica anterior relacionada adicional en el documento de Choi B. et al.: “Development of NiMH-based Fuel Cell/Battery (FCB) system: Characterization of Ni(OH)/MnO2 positive electrode for FCB’’, Journal of Power Sources 194 (2009) 11501155. En dicho documento se investigo el rendimiento de un electrodo positivo de FCB compuesto por una mezcla de hidroxido de mquel y una pequena cantidad de dioxido de manganeso.
Lista de referencias
Bibliograffa de patentes Documento de patente 1: JP 2002-348694 A Documento de patente 2: JP 2005-65398 A Documento de patente 3: JP 2010-15729 A Documento de patente 4: JP 2010-15783 A Sumario de la invencion
La presente invencion se define mediante las reivindicaciones adjuntas. Las reivindicaciones dependientes describen caractensticas opcionales y realizaciones preferidas.
Problema tecnico
Una batena secundaria es capaz de almacenar energfa electrica. Sin embargo, la cantidad de un material activo de electrodo negativo y la cantidad de un material activo de electrodo positivo dependen del volumen de la batena. Por
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
tanto, la capacidad electrica de la batena es limitada. Ademas, es diffcil potenciar considerablemente la densidad energetica de la batena secundaria.
Por otro lado, una pila de combustible genera (descarga) energfa electrica usando gas hidrogeno o gas oxfgeno que va a suministrarse desde el exterior. A diferencia de una batena secundaria, por tanto, una pila de combustible no tiene problema en cuanto a la limitacion en la densidad energetica. Con el fin de usar una pila de combustible, normalmente existe la necesidad de proporcionar aparatos o elementos para suministrar gas hidrogeno y gas oxfgeno a partes de electrodo. Ademas, una pila de combustible es inferior a una batena secundaria en la capacidad para seguir un cambio de carga. Por tanto, es diffcil usar una pila de combustible unicamente como fuente de alimentacion para un aparato que requiere un cambio de carga grande, tal como un vehuculo.
Ademas, el gas que va a producirse por un aparato de produccion de hidrogeno (vease, por ejemplo, el documento de patente 1) es gas de oxihidrogeno en el que la razon entre hidrogeno y oxfgeno es de 2 : 1. Por tanto, existe la necesidad de garantizar la seguridad con cuidado.
Una “batena de pila de combustible” divulgada en el documento de patente 4 contiene hidroxido de manganeso como material activo de electrodo positivo. Por tanto, tetraoxido de trimanganeso que no contribuye a las reacciones de carga y descarga se genera mediante repeticiones de carga y descarga. Por consiguiente, esta pila de combustible tiene un problema de caractenstica de vida util escasa.
Una batena primaria de cinc-manganeso se ha conocido ampliamente como una batena basada en disolucion acuosa que incluye un electrodo positivo compuesto por dioxido de manganeso. Se usa una batena de cinc- manganeso como batena primaria exclusivamente, y no se usa como batena secundaria. Los motivos para ello se mencionan a continuacion. En un electrodo positivo de una batena de manganeso, el dioxido de manganeso MnO2 cambia a oxihidroxido de manganeso MnOOH, y luego cambia a hidroxido de manganeso Mn(OH)2 durante la descarga. En el presente documento, cuando la descarga continua hasta que se genera hidroxido de manganeso, se genera de manera desventajosa tetraoxido de trimanganeso Mn3O4 generado para inhibir la recarga del electrodo positivo. Dicho de otro modo, existe un problema en el que una sustancia irreversible que va a generarse en el electrodo positivo, es decir, tetraoxido de trimanganeso, aumenta por repeticiones de descarga (oxihidroxido de manganeso ^ hidroxido de manganeso) y carga (hidroxido de manganeso ^ oxihidroxido de manganeso).
El tetraoxido de trimanganeso tiene la caractenstica de conductividad electrica baja. La conductividad electrica baja provoca la siguiente desventaja. Es decir, se vuelve diffcil que la batena se cargue de manera satisfactoria puesto que se necesita mucho tiempo para la carga. Ademas, la batena que es de conductividad electrica baja se vuelve tambien deficiente en la eficiencia de carga. Por consiguiente, cuando aumenta el tetraoxido de trimanganeso, una pila de combustible se degrada en rendimiento, y finalmente se vuelve inutilizable. Por estos motivos, se usa dioxido de manganeso para una batena primaria exclusivamente, pero ya no se usa como material activo de electrodo positivo para una batena secundaria.
La presente invencion se ha ideado teniendo en cuenta los aspectos descritos anteriormente, y un objeto de la misma es proporcionar una pila de combustible reversible que sea de alta densidad energetica, excelente en la capacidad de seguimiento de carga y excelente tambien en la caractenstica de vida util.
Solucion al problema
Con el fin de solucionar los problemas descritos anteriormente, los inventores han realizado estudios con empeno y han completado una pila de combustible reversible segun la presente invencion.
La pila de combustible reversible segun la presente invencion (denominada en lo sucesivo esta pila de combustible) se define por la reivindicacion 1. Incluye un electrodo positivo que contiene dioxido de manganeso, un electrodo negativo que contiene un material de almacenamiento de hidrogeno, un separador dispuesto entre el electrodo positivo y el electrodo negativo, y un electrolito, comprendiendo la pila de combustible reversible ademas: una camara de almacenamiento de hidrogeno para almacenar hidrogeno generado a partir del electrodo negativo mediante electrolisis del electrolito; y una camara de almacenamiento de oxfgeno para almacenar oxfgeno generado a partir del electrodo positivo mediante la electrolisis del electrolito, donde el oxfgeno es el oxfgeno disuelto en el electrolito.
En esta pila de combustible, las reacciones de descarga en los electrodos negativo y positivo pueden representarse mediante las formulas (1) y (3), respectivamente, y las reacciones de carga en los electrodos negativo y positivo pueden representarse mediante las formulas (2) y (4), respectivamente.
MH^M+H++e
(1)
M+1/2H2^ MH
(2)
MnO2+H++e'^ MnOOH
(3)
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
MnOOH+O2^ MnO2+H2O (4)
En las formulas (1) y (2), M representa un material de almacenamiento de hidrogeno.
Tal como se muestra en las formulas (2) y (4) que representan cada una el proceso de carga de esta pila de combustible, el electrodo negativo y el electrodo positivo se cargan qmmicamente con hidrogeno y oxfgeno, respectivamente.
Tal como se muestra en las formulas de reaccion (3) y (4), el material activo de electrodo positivo vuelve a ser dioxido de manganeso y cambia a oxihidroxido de manganeso durante la carga y descarga repetidamente.
Cuando la descarga continua hasta que el dioxido de manganeso cambia a hidroxido de manganeso, se genera desventajosamente tetraoxido de trimanganeso. Por tanto, los inventores han considerado lo siguiente. Es decir, si la descarga no continua hasta que el dioxido de manganeso cambia a hidroxido de manganeso, no se genera tetraoxido de trimanganeso, de modo que el electrodo positivo no se degrada. Ademas, los inventores han demostrado esta consideracion mediante un experimento. Este experimento se describe a continuacion.
Los inventores examinaron mediante experimento la transicion de una caractenstica de ciclo de carga y descarga de dioxido de manganeso sensible a la profundidad de una reaccion de descarga. Las figuras 13A y 13b ilustran los resultados del experimento. En las figuras 13A y 13B, el eje vertical indica un potencial de un electrodo, y el eje horizontal indica la cantidad de descarga. Las curvas de descarga ilustradas en la figura 13A se obtienen cuando la carga y descarga en una reaccion de un electron se repiten 30 veces. Las curvas de descarga ilustradas en la figura 13B se obtienen cuando la carga y descarga en una reaccion de dos electrones se repiten 30 veces. Tal como se ilustra en la figura 13A, las curvas de descarga apenas difieren unas de otras incluso cuando se repiten la carga y descarga. Por otro lado, tal como se ilustra en la figura 13B, la cantidad de descarga disminuye a medida que se repiten la carga y descarga. En el presente documento, la reaccion de un electron se refiere a una reaccion de descarga en la que el dioxido de manganeso cambia a oxihidroxido de manganeso. La reaccion de dos electrones se refiere a una reaccion de descarga en la que el dioxido de manganeso cambia a oxihidroxido de manganeso, y despues cambia a hidroxido de manganeso. Es evidente a partir de los resultados del experimento ilustrado en las figuras 13A y 13B que la caractenstica de descarga permanece de manera casi homogenea siempre y cuando la reaccion de descarga sea la reaccion de un electron. Es tambien evidente que cuando se produce la reaccion de dos electrones, la caractenstica de descarga se deteriora gradualmente mientras se repiten la carga y descarga. Por tanto, es evidente que el electrodo se degrada gradualmente.
Con el fin de buscar la causa de esta degradacion, los inventores llevaron a cabo una medicion de XRD en el electrodo tras la carga y descarga. La figura 14 ilustra resultados de esta medicion. Tal como se ilustra en una grafica (a) de la figura 14, cuando se repiten la carga y descarga en la reaccion de un electron, apenas se halla un nuevo pico excepto un pico correspondiente a una estructura cristalina del electrodo antes del experimento. En comparacion, la grafica (s) de la figura 14 ilustra resultados de la medicion llevada a cabo en el electrodo antes del experimento. Sin embargo, tal como se ilustra en la grafica (b) de la figura 14, cuando se repiten la carga y descarga en la reaccion de dos electrones, apenas se halla un pico de caractenstica derivado de dioxido de manganeso, pero se halla un pico derivado de tetraoxido de trimanganeso. A partir de este resultado es evidente que es posible restringir la generacion de tetraoxido de trimanganeso deteniendo la descarga en la fase en la que el dioxido de manganeso cambia a oxihidroxido de manganeso.
Incluso cuando el dioxido de manganeso se somete a hidroxilacion por la descarga, el contacto del electrodo con oxfgeno permite un retorno a dioxido de manganeso. Por tanto, el dioxido de manganeso no cambia a hidroxido de manganeso, de modo que no se genera tetraoxido de trimanganeso irreversible. Es decir, los inventores han tenido exito al usar dioxido de manganeso como material para el electrodo positivo de tal manera que el electrodo positivo se carga entrando en contacto con oxfgeno en la fase de hidroxilacion de dioxido de manganeso.
Las figuras 15A y 15B ilustran resultados del experimento que indican que el electrodo positivo puede cargarse mientras que se pone en contacto con gas oxfgeno.
Tal como se ilustra en las figuras 15A y 15B, con relacion a una media batena configurada con un electrodo positivo compuesto por oxihidroxido de manganeso, un electrodo de referencia compuesto por plata (Ag) y un electrolito alcalino, se representa graficamente con relacion al tiempo el cambio de potencial en el electrodo positivo en el momento en el que se realiza la carga y descarga con gas oxfgeno presurizado suministrado a la batena. En las figuras 15A y 15B, el eje vertical indica el potencial (V frente a Ag/AgCl) del electrodo positivo, y el eje horizontal indica el tiempo transcurrido (minutos). En la media batena que incluye el electrodo positivo compuesto por dioxido de manganeso y el electrodo de referencia compuesto por plata, el potencial de punto de corte en el momento en el que el dioxido de manganeso en el electrodo positivo cambia a oxihidroxido de manganeso por descarga es de -0,5 V. A partir de las figuras 15A y 15B es evidente que el dioxido de manganeso en el electrodo positivo cambia a oxihidroxido de manganeso puesto que el potencial en el electrodo positivo es de -0,5 V antes de la carga (en un instante de tiempo cero).
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
En la figura 15A, (i) indica una grafica que ilustra un potencial en el electrodo de referencia despues de suministrarse gas ox^geno presurizado al electrodo positivo. En la figura 15A, (ii) indica una grafica en un caso en el que el suministro de gas oxfgeno se detiene y despues se realiza la descarga en 0,2 C. Tal como se ilustra en la figura 15A, en un caso en el que el electrodo positivo se pone en contacto con gas oxfgeno (la lmea continua), el electrodo positivo se carga casi totalmente tras un lapso de 60 minutos, y despues se descarga en 0,2 C. Por otro lado, en un caso en el que el electrodo positivo no se pone en contacto con gas oxfgeno (la lmea discontinua), el electrodo positivo apenas se carga. Por tanto, se confirmo que se produce una reaccion de catodo de pila de combustible (reaccion de oxidacion-reduccion) mediante gas oxfgeno y que se produce una descarga mediante una reaccion de batena secundaria tras la interrupcion de gas oxfgeno. La figura 15B ilustra un estado de carga usando gas oxfgeno, en el estado descargado en 0,2 C. A partir de esta figura es evidente que puede realizarse una carga usando gas oxfgeno incluso durante la descarga. A partir de los resultados del experimento ilustrado en las figuras 15A y 15B se confirmo que el electrodo positivo puede cargarse mediante el suministro de gas oxfgeno al electrodo positivo.
En la pila de combustible segun la presente invencion, la cantidad de oxfgeno que se disuelve en el electrolito es de 0,02 a 24 g/L. Ademas, en la pila de combustible segun la presente invencion, la presion del electrolito es de 0,2 MPa a 278 MPa.
Cuando la presion del electrolito no es superior a 0,2 MPa, el electrodo positivo no puede cargarse satisfactoriamente con oxfgeno que se disuelve en el electrolito. Ademas, cuando la presion del electrolito no es inferior a 278 MPa, es difmil que se produzca la separacion en oxfgeno e hidrogeno mediante electrolisis. Preferiblemente, la presion del electrolito es de 0,95 MPa a 100 MPa. Cuando la presion no es superior a 1 MPa, la pila de combustible puede manejarse facilmente puesto que no hay necesidad de usar un recipiente a alta presion. Cuando la presion no es inferior a 100 MPa, el cuerpo principal de la pila de combustible debe configurarse con un recipiente a presion ultraalta. Preferiblemente, la cantidad de oxfgeno que se disuelve en el electrolito es de 0,08 a 8,6 g/L.
Segun esta configuracion, el dioxido de manganeso en el electrodo positivo cambia temporalmente a oxihidroxido de manganeso mediante descarga. Sin embargo, el electrodo positivo se carga con oxfgeno que se disuelve en el electrolito, de modo que el oxihidroxido de manganeso vuelve a ser dioxido de manganeso. Por consiguiente, el electrodo positivo no se descarga a un grado tal que el dioxido de manganeso cambiado a oxihidroxido de manganeso cambia ademas a una sustancia diferente. Mediante la carga y descarga, el material activo del electrodo positivo cambia entre dioxido de manganeso y oxihidroxido de manganeso. Por tanto, no se genera tetraoxido de trimanganeso que no contribuye a la carga y descarga. Ademas, dado que no se genera tetraoxido de trimanganeso, tambien se restringe la reduccion en la conductividad electrica.
En la pila de combustible segun la presente invencion, cada uno del electrodo positivo y el electrodo negativo es un electrodo para generacion de energfa y es tambien un electrodo para electrolisis del electrolito usando corriente electrica alimentada desde el exterior.
Segun esta configuracion, cada uno del electrodo positivo y el electrodo negativo contiene un material activo. Por tanto, esta pila de combustible sirve como batena. Dicho de otro modo, esta pila de combustible puede generar energfa electrica sin suministro de gas y puede cargarse con corriente electrica. En esta pila de combustible, cuando se alimenta adicionalmente corriente electrica a esta pila de combustible en el estado totalmente cargado, el electrolito experimenta disociacion del agua. Por tanto, se genera hidrogeno y oxfgeno a partir de los respectivos electrodos.
Segun esta configuracion, cuando los electrodos en el estado totalmente cargado se cargan adicionalmente con corriente electrica, se genera hidrogeno a partir del material activo del electrodo negativo mediante la electrolisis del agua (en lo sucesivo, denominada simplemente electrolisis). Este hidrogeno puede almacenarse en la camara de almacenamiento de hidrogeno. Ademas, el oxfgeno generado a partir del electrodo positivo se disuelve en el electrolito. Por tanto, este oxfgeno puede almacenarse como electrolito con oxfgeno disuelto en la camara de almacenamiento de oxfgeno. Ademas, el electrodo positivo y el electrodo negativo sirven no solo como electrodos para generar energfa electrica usando oxfgeno e hidrogeno como combustible, respectivamente, sino tambien como electrodos para disociacion del agua. Ademas, el hidrogeno y oxfgeno generados a partir del electrodo negativo y el electrodo positivo mediante electrolisis pueden almacenarse en las camaras de almacenamiento respectivas de manera independiente entre sf sin contacto ni reaccion entre las mismas.
Puede utilizarse hidrogeno almacenado en la camara de almacenamiento de hidrogeno y oxfgeno almacenado en la camara de almacenamiento de oxfgeno por reconversion en energfa electrica en el momento de la descarga de la pila. Particularmente, el oxfgeno generado a partir del electrodo positivo se disuelve en el electrolito y no se almacena en estado gaseoso. Esto mejora la seguridad sobre el manejo de oxfgeno. En el momento de la descarga, la pila sirve como batena secundaria, de modo que puede extraerse energfa electrica de la misma. Esto permite una descarga rapida y tambien permite una mejora en la capacidad de seguimiento de carga.
Tal como se describio anteriormente, la capacidad electrica de una batena secundaria depende de la cantidad de material activo contenido en un electrodo. Por tanto, es difmil potenciar la densidad de energfa de la batena
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
secundaria. Sin embargo, segun esta pila de combustible, puede almacenarse ene^a electrica disponible como ene^a qmmica en cada camara de almacenamiento.
Como resultado, se hace posible aumentar la cantidad de ene^a qmmica que va a almacenarse por volumen y mejorar la densidad energetica por volumen de la pila de combustible potenciando el rendimiento resistente a la presion y el rendimiento de sellado de cada camara de almacenamiento, donde la pila incluye las camaras de almacenamiento.
Cada una de la camara de almacenamiento de oxfgeno y la camara de almacenamiento de hidrogeno configuradas tal como se describio anteriormente no es necesariamente un espacio independiente dedicado. Estas camaras de almacenamiento pueden proporcionarse en una holgura formada en, por ejemplo, una mezcla de los materiales activos del electrodo positivo o negativo, o puede proporcionarse en una holgura formada en la pila.
En esta pila de combustible, la camara de almacenamiento de oxfgeno y la camara de almacenamiento de hidrogeno pueden separarse entre sf mediante un elemento movil o un elemento flexible.
Segun esta configuracion, la camara de almacenamiento de oxfgeno y la camara de almacenamiento de hidrogeno pueden proporcionarse para colindar entre sf. Las dos camaras estan divididas por el elemento movil. Por tanto, cuando la presion en la camara de almacenamiento de hidrogeno se eleva a causa del gas hidrogeno generado por sobrecarga, el elemento movil pasa a deformarse bajo influencia de la presion. A causa de esta deformacion, el electrolito en la camara de almacenamiento de oxfgeno se comprime, y la presion del electrolito y la presion en la camara de almacenamiento de hidrogeno se igualan, de modo que la presion del electrolito aumenta. El coeficiente elastico volumetrico del lfquido es considerablemente mas alto que el del gas. Por tanto, el elemento movil pasa a deformarse muy ligeramente. El elemento movil puede ser un elemento flexible o puede contener un material elastico. El elemento movil puede tener una estructura de lamina o pelfcula. Ademas, el elemento movil puede ser el electrodo positivo o el electrodo negativo. El elemento movil puede ser una pelfcula compuesta por caucho o resina sintetica tal como polipropileno, o puede ser una pelfcula compuesta por metal delgado.
Puede proporcionarse un paso de comunicacion entre la camara de almacenamiento de oxfgeno y la camara de almacenamiento de hidrogeno. En este caso, la presion en la camara de almacenamiento de hidrogeno puede transferirse al electrolito en la camara de almacenamiento de oxfgeno a traves de un elemento movil en el paso de comunicacion. En este caso, el elemento movil puede ser un piston. Ademas, esta pila de combustible puede estar separada por un elemento flexible. Ademas, el elemento flexible puede ser el electrodo positivo, el electrodo negativo y el separador.
En esta pila de combustible, preferiblemente, en una cubierta tubular, el electrodo negativo formado en forma de tubo esta dispuesto con un espacio radial interpuesto entre el electrodo negativo y la cubierta tubular, el electrodo positivo formado en forma de tubo esta dispuesto en el interior del electrodo negativo con el separador interpuesto entre el electrodo positivo y el electrodo negativo, la camara de almacenamiento de hidrogeno esta formada en el espacio radial, y la camara de almacenamiento de oxfgeno esta formada en el interior del electrodo positivo, o en una cubierta tubular, el electrodo positivo formado en forma de tubo esta dispuesto con un espacio radial interpuesto entre el electrodo positivo y la cubierta tubular, el electrodo negativo formado en forma de tubo esta dispuesto en el interior del electrodo positivo con el separador interpuesto entre el electrodo negativo y el electrodo positivo, la camara de almacenamiento de oxfgeno esta formada en el espacio radial, y la camara de almacenamiento de hidrogeno esta formada en el interior del electrodo negativo. En esta configuracion, la cubierta sirve como carcasa externa.
Esta pila de combustible incluye ademas un terminal de electrodo negativo proporcionado en un extremo axial de la cubierta y conectado electricamente al electrodo negativo, un terminal de electrodo positivo proporcionado en el otro extremo axial de la carcasa externa y conectado electricamente al electrodo positivo, un saliente proporcionado en uno del terminal de electrodo positivo y el terminal de electrodo negativo, y un rebaje proporcionado en el otro del terminal de electrodo positivo y el terminal de electrodo negativo. En el presente documento, el saliente puede encajarse en el rebaje de manera que dos pilas de combustible reversibles se conectan en serie. En esta configuracion, la cubierta sirve como carcasa externa.
Un modulo de pila de combustible segun la presente invencion incluye una pluralidad de unidades de pila conectadas en serie. En el modulo de pila de combustible, cada una de las unidades de pila puede incluir una pluralidad de pilas de combustible reversibles, y un par de placas de colector de corriente proporcionadas para ser opuestas entre sf de manera que la pluralidad de pilas de combustible reversibles esta intercalada entre las mismas. El terminal de electrodo positivo esta conectado a una de las placas de colector de corriente y el terminal de electrodo negativo esta conectado a la otra placa de colector de corriente, de modo que las pilas de combustible reversibles pueden conectarse en paralelo con la placa de colector de corriente.
Preferiblemente, esta pila de combustible incluye ademas una envoltura externa que incluye una parte de cuerpo tubular, y partes abombadas proporcionadas en aberturas formadas en dos extremos de la parte de cuerpo para abombar hacia fuera las aberturas y cubrir las aberturas, las camaras de almacenamiento de oxfgeno formadas en
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
espacios interiores de las partes abombadas en la envoltura externa, y un colector de corriente tubular alojado en la envoltura externa en una direccion axial y que tiene dos extremos abiertos en las camaras de almacenamiento de ox^geno. En esta pila de combustible, el electrodo positivo esta dispuesto en la periferia externa del colector de corriente. El separador cubre alrededor del electrodo positivo. La camara de almacenamiento de hidrogeno esta formada entre el separador y la envoltura externa. El electrodo negativo se llena en la camara de almacenamiento de hidrogeno. El electrolito se almacena en las camaras de almacenamiento de oxfgeno y puede hacerse fluir entre las camaras de almacenamiento de oxfgeno a traves del colector de corriente.
Esta pila de combustible incluye ademas una carcasa externa que incluye una parte de cuerpo tubular y un colector de corriente en forma de varilla que pasa a traves del electrodo positivo, el electrodo negativo y el separador. En esta pila de combustible, el electrodo positivo, el electrodo negativo y el separador pueden estar apilados en una direccion axial de la parte de cuerpo y se alojan en la carcasa externa. El electrodo positivo puede tener una hendidura que se forma cortando una parte de la periferia externa del mismo, y la periferia externa del electrodo positivo puede estar en contacto con una superficie interna de la parte de cuerpo excepto la hendidura. El electrodo positivo puede no estar en contacto con el colector de corriente. El electrodo negativo puede tener una seccion en forma de U abierta en una direccion circunferencial interna y estar en contacto con el colector de corriente. El espacio rodeado con el electrodo negativo y el colector de corriente puede formar la camara de almacenamiento de hidrogeno. La dimension externa del electrodo negativo puede ser mas pequena que la dimension interna de la parte de cuerpo, y un deposito de electrolito puede proporcionarse entre el electrodo negativo y la parte de cuerpo para comunicarse con la hendidura. La camara de almacenamiento de oxfgeno puede incluir la hendidura y el deposito de electrolito.
En esta configuracion, la carcasa externa puede incluir una parte de cuerpo en forma de tubena y un elemento de tapa para cubrir una abertura de la parte de cuerpo. Alternativamente, la carcasa externa puede incluir una capsula cilmdrica cerrada por un extremo y un elemento de tapa que va a proporcionarse en una abertura de la capsula cilmdrica.
Cuando la carcasa externa esta formada en forma cilmdrica, el electrodo positivo esta en contacto con la carcasa externa puesto que el diametro externo del electrodo positivo es mas grande que el diametro interno de la parte de cuerpo. Ademas, el electrodo positivo no esta en contacto con el colector de corriente puesto que el tamano de un orificio, a traves del cual pasa el colector de corriente, en el electrodo positivo es mas grande que el diametro externo del colector de corriente. Asimismo, el electrodo negativo esta en contacto con el colector de corriente puesto que el tamano de un orificio del electrodo negativo es mas pequeno que el diametro externo del colector de corriente.
Un sistema de pila de combustible reversible segun la presente invencion incluye esta pila de combustible, asf como una fuente de almacenamiento de oxfgeno y una fuente de almacenamiento de hidrogeno conectadas cada una a esta pila de combustible. En este sistema de pila de combustible reversible, la fuente de almacenamiento de oxfgeno puede suministrar oxfgeno que se disuelve en el electrolito a la pila de combustible reversible, y puede almacenar oxfgeno generado a partir de la pila de combustible reversible en un estado en el que el oxfgeno se disuelve en el electrolito. La fuente de almacenamiento de gas hidrogeno puede suministrar gas hidrogeno a la pila de combustible reversible y puede almacenar gas hidrogeno generado a partir de la pila de combustible reversible.
Un sistema de pila de combustible reversible segun la presente invencion puede incluir esta pila de combustible, un aparato de ajuste de concentracion de sal conectado a esta pila de combustible para retirar agua contenida en el electrolito y un aparato de ajuste de concentracion de oxfgeno conectado a esta pila de combustible para suministrar oxfgeno al electrolito, ajustando de ese modo una concentracion de oxfgeno disuelto.
En esta pila de combustible, el dioxido de manganeso sirve como catalizador para una reaccion de carga en el electrodo positivo, y el material de almacenamiento de hidrogeno sirve como catalizador para una reaccion de carga en el electrodo negativo.
Segun esta configuracion, en el momento de la descarga, el electrodo negativo se carga con gas hidrogeno almacenado en la camara de almacenamiento de hidrogeno y el electrodo positivo se carga con oxfgeno almacenado en la primera o segunda camara de almacenamiento de oxfgeno, de modo que la carga compensa la electricidad reducida por la descarga. Mas espedficamente, en el electrodo negativo, se emiten protones desde la aleacion de almacenamiento de hidrogeno (Mh) en el estado cargado tal como se representa por la formula de reaccion (1) que indica la reaccion de descarga. Entonces, tal como se representa por la formula de reaccion (2), el gas hidrogeno compensa los protones emitidos. Por tanto, el electrodo negativo se mantiene en el estado cargado.
Por otro lado, en el electrodo positivo, se reduce el dioxido de manganeso (MnO2) en el estado cargado, de modo que se genera oxihidroxido de manganeso (MnOOH), tal como se representa mediante la formula de reaccion (3) que indica la reaccion de descarga. Este oxihidroxido de manganeso se oxida de nuevo con oxfgeno tal como se representa mediante la formula de reaccion (4). Por tanto, el electrodo positivo se mantiene en el estado cargado. Tal como se describio anteriormente, se consume gas hidrogeno y oxfgeno en las camaras de almacenamiento respectivas.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
Dicho de otro modo, siempre y cuando se suministre gas hidrogeno y ox^geno a esta pila de combustible, esta pila de combustible puede cargarse de immediate con el gas hidrogeno y el oxfgeno incluso cuando se pierde electricidad en el momento de la descarga. Por consiguiente, esta pila de combustible se mantiene casi siempre en un estado casi totalmente cargado. Dado que el electrodo negativo esta casi siempre en el estado de almacenamiento mediante gas hidrogeno, se restringen la expansion y contraccion del volumen del electrodo negativo debido a la carga y descarga. Como resultado, el electrodo negativo tiene una caractenstica de vida util excelente. Ademas, incluso cuando la cantidad del material activo es pequena, el electrodo negativo tiene las funciones descritas anteriormente. Por tanto, es posible disminuir la cantidad de la pesada y costosa aleacion de almacenamiento de hidrogeno. Como resultado, se hace posible lograr la reduccion de peso y la reduccion de coste de la pila.
En esta pila de combustible, el electrodo positivo puede contener, ademas de dioxido de manganeso, oxido de manganeso superior. En el presente documento, los ejemplos del oxido de manganeso superior pueden incluir Mn2O5, Mn2O7 y MnOs. El oxido de manganeso superior descrito anteriormente se genera temporalmente en el electrodo positivo cuando se sobrecarga el electrodo positivo en el momento de la disociacion del agua del electrolito.
En esta pila de combustible, preferiblemente, el contenido de tetraoxido de trimanganeso (Mn3O4) en el electrodo positivo no supera el 5% en peso con relacion al peso del electrodo positivo. No se genera tetraoxido de trimanganeso siempre y cuando gas hidrogeno y oxfgeno se suministren casi siempre. Sin embargo, existe la posibilidad de que se genere tetraoxido de trimanganeso si la cantidad de gas hidrogeno o de oxfgeno es temporalmente reducida. Una cantidad que supere el 5% en peso puede provocar un problema. Una cantidad que no supere el 5% en peso es permisible dependiendo del uso de la pila. El peso del electrodo positivo que va a definirse en el presente documento excluye el peso del colector de corriente.
En esta pila de combustible, el dioxido de manganeso contenido en el electrodo positivo puede someterse a un recubrimiento de carbono.
Puede usarse cobalto en un tratamiento electroconductor. Sin embargo, el cobalto es caro. Normalmente, se usa carbono como material electricamente conductor. Sin embargo, el carbono se oxida para generar dioxido de carbono. Por tanto, es difteil mantener la conductividad electrica. El interior de esta pila de combustible esta en una atmosfera de hidrogeno. Por tanto, el carbono no se oxida, de modo que puede mantenerse la conductividad electrica.
En esta pila de combustible, el material de almacenamiento de hidrogeno contiene una aleacion de almacenamiento de hidrogeno o al menos una clase de metal seleccionado del grupo que consisten en Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co y Ni. Ademas, en el electrodo negativo de esta pila de combustible, la superficie que esta en contacto con el separador puede contener un material hidrofilo, y la superficie que esta en contacto con la camara de almacenamiento de hidrogeno puede contener una material hidrofobo.
Efecto ventajoso de la invencion
La pila de combustible reversible segun la presente invencion se caracteriza por una alta densidad energetica, una excelente capacidad de seguimiento de carga y una excelente caractenstica de vida util.
Breve descripcion de los dibujos
[Figura 1] La figura 1 es una vista en seccion que ilustra esquematicamente una estructura de una pila de combustible reversible segun una primera realizacion de la invencion, que ilustra un ejemplo de que el oxfgeno se disuelve en un electrolito.
[Figura 2A] La figura 2A es una vista en seccion que ilustra una estructura de una pila de combustible segun una segunda realizacion de la invencion.
[Figura 2B] La figura 2B es una vista en seccion tomada a lo largo de la lmea D-D en la figura 2A.
[Figura 3] La figura 3 es una vista en seccion que ilustra una estructura de una pila de combustible segun un
segundo ejemplo de modificacion de la segunda realizacion de la invencion.
[Figura 4A] La figura 4A es una vista que ilustra una estructura de un modulo de batena configurado con la pila de combustible segun el ejemplo de modificacion ilustrado en la figura 3, en el que la parte rodeada es una vista ampliada que ilustra partes principales.
[Figura 4B] La figura 4B es una vista frontal que ilustra una placa de colector de corriente en la figura 4A.
[Figura 5] La figura 5 es un diagrama de configuracion que ilustra un proceso que usa la pila de combustible segun la
segunda realizacion.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
[Figura 6A] La figura 6A es una vista lateral en corte de seccion parcial que ilustra una estructura de una pila de combustible reversible segun una tercera realizacion de la invencion.
[Figura 6B] La figura 6B es una vista en seccion tomada a lo largo de la lmea A-A en la figura 6A.
[Figura 7] La figura 7 es una vista en seccion horizontal que ilustra esquematicamente una estructura de una parte de electrodo en la pila de combustible reversible segun la tercera realizacion de la invencion.
[Figura 8] La figura 8 es un diagrama de sistema que ilustra un proceso de generacion de energfa que usa la pila de combustible reversible segun la tercera realizacion de la invencion.
[Figura 9] La figura 9 es una vista en seccion horizontal que ilustra una estructura de una pila de combustible reversible segun una cuarta realizacion de la invencion.
[Figura 10A] La figura 10A es una vista en seccion tomada a lo largo de la lmea B-B en la figura 9.
[Figura 10B] La figura 10B es una vista en seccion tomada a lo largo de la lmea C-C en la figura 9.
[Figura 11] La figura 11 es un diagrama de sistema que ilustra una relacion entre la pila de combustible reversible segun la cuarta realizacion de la invencion y un sistema externo.
[Figura 12] La figura 12 es un diagrama de sistema que ilustra un proceso de tratamiento de electrolito que usa la pila de combustible reversible segun la cuarta realizacion de la invencion.
[Figura 13A] La figura 13A es una grafica que ilustra una caractenstica de descarga de un electrodo positivo de dioxido de manganeso (en una reaccion de un electron).
[Figura 13B] La figura 13B es una grafica que ilustra la caractenstica de descarga del electrodo positivo de dioxido de manganeso (en una reaccion de dos electrones).
[Figura 14] La figura 14 es una grafica que ilustra resultados de mediciones de XRD para examinar un cambio de composicion en el electrodo positivo de dioxido de manganeso segun una diferencia en la profundidad de descarga.
[Figura 15A] La figura 15A es una grafica que ilustra resultados de un experimento en el que el electrodo de dioxido de manganeso se carga con gas oxfgeno.
[Figura 15B] La figura 15B es una grafica que ilustra resultados de otro experimento en el que el electrodo de dioxido de manganeso se carga con gas oxfgeno.
[Figura 16] La figura 16 es una grafica de caractenstica que ilustra esquematicamente una relacion entre la composicion de un electrodo positivo y una tension de terminal.
[Figura 17] La figura 17 es una grafica que ilustra la influencia de la presion que va a ejercerse mediante energfa libre, obteniendose la influencia mediante calculo termodinamico.
Descripcion de realizaciones
En primer lugar, antes de la descripcion de las realizaciones, se ofrecera la descripcion de un electrolito comun en estas realizaciones.
<Electrolito>
Preferiblemente, un electrolito que va a usarse en la presente invencion es un electrolito con oxfgeno disuelto correspondiente a un electrolito en el que se disuelve oxfgeno dentro de un intervalo desde 0,02 hasta 24 g/L. Cuando la concentracion de oxfgeno que se disuelve en el electrolito es inferior a 0,01 g/L, se requiere mucho tiempo para oxidar un material activo de electrodo positivo a causa de esta baja concentracion de oxfgeno. Por otro lado, cuando la concentracion de oxfgeno supera los 24 g/L, la vida util de un electrodo negativo se reduce puesto que la corrosividad del electrolito aumenta. Mas preferiblemente, el electrolito es un electrolito con oxfgeno disuelto correspondiente a un electrolito en el que se disuelve oxfgeno dentro de un intervalo desde 0,08 hasta 8,6 g/L. La concentracion de oxfgeno disuelto puede ajustarse aumentando la presion de fluido del electrolito. En este caso, preferiblemente, la presion de fluido del electrolito es de 0,2 MPa a 278 MPa. Mas preferiblemente, la presion del electrolito es de 0,95 MPa a 100 MPa. Se permite el uso del electrolito de alta presion o presion ultraalta para aumentar la concentracion de oxfgeno disuelto y disolver oxfgeno que va a generarse en el momento de la sobrecarga en el electrolito. Ademas, tambien se permite el uso para aumentar la tension de funcionamiento de una pila.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
El electrolito con oxfgeno disuelto entra en contacto con un electrodo positivo, oxidando de ese modo el material activo de electrodo positivo (el electrodo positivo se carga). Cuando el electrolito con oxfgeno disuelto esta bajo alta presion o presion ultraalta, el oxfgeno que va a generarse en el momento de la carga se disuelve en el electrolito. Por tanto, puede aumentarse la concentracion de oxfgeno que se disuelve en el electrolito.
Con respecto al intervalo de la presion de fluido del electrolito, se hace diffcil aumentar la concentracion de oxfgeno que se disuelve en el electrolito cuando la presion de fluido del electrolito es inferior a 0,2 MPa. Por tanto, se necesita mucho tiempo para oxidar el material activo de electrodo positivo, y se hace diffcil disolver de manera eficaz el oxfgeno que va a generarse en el momento de la carga en el electrolito. Establecer la presion de fluido del electrolito en una presion ultraalta que supera los 278 MPa pasa a ser una carga en la estructura de la pila.
El electrolito que va a usarse en la presente invencion puede ser una disolucion acuosa alcalina usada normalmente. Desde el punto de vista de restringir la elucion de un componente de aleacion en el electrolito, pueden usarse materiales alcalinos tales como hidroxido de litio (LiOH), hidroxido de sodio (NaOH) e hidroxido de potasio (KOH) solos o en combinacion. Una concentracion del material alcalino en el electrolito es preferiblemente de 1 a 10 mol/L, mas preferiblemente de 3 a 8 mol/L.
Puede disolverse un espesante en el electrolito. El espesante que se disuelve en el electrolito tiene una alta viscosidad y, por tanto, tiene una tasa de difusion de oxfgeno baja. En virtud de la baja tasa de difusion de oxfgeno, dado que el electrodo negativo es diffcil de poner en contacto con oxfgeno, puede suprimirse la reaccion de autodescarga del electrodo negativo. Ademas, dado que la viscosidad del electrolito pasa a ser mas alta, tambien se mejora la resistencia al derrame. Un material para el espesante puede ser materiales de absorcion de agua que aumenten la viscosidad del electrolito. Los ejemplos del material pueden incluir poliacrilato, poli(sulfonato de estireno), poli(sulfonato de vinilo), gelatina, almidon, poli(alcohol vimlico) (PVA) y resina tal como fluororesina.
A continuacion se ofrecera una descripcion mas detallada de la presente invencion basandose en realizaciones mas espedficas. Sin embargo, la presente invencion no pretende limitarse a estas realizaciones.
(Primera realizacion)
La figura 1 es una vista en seccion que ilustra esquematicamente una estructura de una pila de combustible reversible C1 (en lo sucesivo, denominada simplemente pila C1) segun una primera realizacion, teniendo la pila C1 una configuracion basica de una pila de combustible. La pila C1 utiliza energfa qrnmica que incluye hidrogeno y oxfgeno convirtiendo la energfa qrnmica en energfa electrica. Ademas, la pila C1 es capaz de almacenar la energfa electrica convirtiendo la energfa electrica en energfa qrnmica. La pila C1 incluye, como elementos principales, un electrodo negativo 4, un electrodo positivo 6, un electrolito 3, una cubierta de electrodo negativo 1 y una cubierta de electrodo positivo 2. El electrodo negativo 4 y el electrodo positivo 6 se oponen entre sf con un separador 5 interpuesto entre los mismos. La cubierta de electrodo negativo 1 tiene una camara de almacenamiento de hidrogeno 8. La cubierta de electrodo positivo 2 tiene una camara de almacenamiento de oxfgeno 7.
El electrodo negativo 4 contiene, como material activo de electrodo negativo, una aleacion de almacenamiento de hidrogeno que tiene una composicion de La0,54Pr0,18Nd0,18Mg0,1Ni4,5Al0,1. El electrodo negativo 4 se produce de la siguiente manera. En primer lugar, se separa una mezcla en suspension a partir de negro de acetileno (AB), carboximetilcelulosa (CMC) y caucho de estireno-butadieno en una razon en peso de 97 : 1 : 1 : 1. Ademas, esta mezcla en suspension se aplica sobre una lamina de metal perforada compuesta por un material de acero niquelado. El electrodo negativo 4 tiene una superficie que esta en contacto con el separador 5 y que contiene un material hidrofilo, y una superficie que esta en contacto con la camara de almacenamiento de hidrogeno 8 y que contiene una material hidrofobo.
El electrodo positivo 6 contiene dioxido de manganeso como material activo de electrodo positivo. El electrodo positivo 6 se produce de la siguiente manera. En primer lugar, se prepara una mezcla en suspension a partir de AB, CMC y politetrafluoroetileno en una razon en peso de 97 : 0,5 : 2 : 0,5. Ademas, esta mezcla en suspension se llena en un sustrato de mquel espumado. En el presente documento, el material activo de electrodo positivo, es decir, dioxido de manganeso, se carga en un horno rotativo (a 700°C, durante 1 hora, en una atmosfera de gas butano) de antemano. Por tanto, se forma una pelfcula delgada electroconductora en el dioxido de manganeso. Un revestimiento de una pelfcula de recubrimiento electroconductora (pelfcula recubierta de carbono) se obtiene sometiendo el dioxido de manganeso resultante a tratamiento por calor en una atmosfera de oxfgeno y calculando una diferencia entre el peso del dioxido de manganeso antes del tratamiento por calor y el peso del dioxido de manganeso tras el tratamiento por calor. El revestimiento de la pelfcula recubierta de carbono es del 0,9% en peso con respecto al 100% en peso de dioxido de manganeso.
El separador 5 incluye una pelfcula microporosa (grosor: 20 |im, diametro de poro promedio: 0,2 |im) compuesta por polipropileno. El electrolito 3 se retiene en el separador 5.
El electrolito 3 contiene una disolucion de hidroxido de potasio acuosa de 6 mol/L. El electrolito 3 contiene ademas un 5% en peso de poliacrilato de sodio como espesante. La camara de almacenamiento de oxfgeno 19 se llena con
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
el electrolito 3. Incluso cuando se forma un vado en la parte superior de la camara de almacenamiento de ox^geno 19, la razon del vado es a lo sumo 5 con respecto al volumen de la camara de almacenamiento de oxfgeno 19, definiendose el volumen como 100. Dicho de otro modo, una razon del electrolito 3 lleno en la camara de almacenamiento de oxfgeno 19 es del 95 al 100% con respecto al volumen de la camara de almacenamiento de oxfgeno 19, definiendose el volumen como del 100%. Cuando el vado es grande, disminuye la cantidad de oxfgeno que va a almacenarse de manera eficaz.
Tal como se ilustra en la figura 1, el separador 5 esta intercalado entre el electrodo negativo 4 y el electrodo positivo 6. Ademas, en el electrodo negativo 4, a superficie que no esta en contacto con el separador 5 esta cubierta hermeticamente con la cubierta en forma de caja de electrodo negativo 1. Un espacio interior que va a formarse por el electrodo negativo 4 y la cubierta de electrodo negativo 1 corresponde a la camara de almacenamiento de hidrogeno 8. La camara de almacenamiento de hidrogeno 8 almacena directamente gas hidrogeno que va a generarse a partir del electrodo negativo, sin necesidad de proporcionar un elemento adicional tal como un impulsor. Ademas, la camara de almacenamiento de hidrogeno 8 se proporciona en contacto con el electrodo negativo 4. Por tanto, puede suministrarse gas hidrogeno directamente al electrodo negativo 4 sin necesidad de proporcionar un paso de comunicacion o un elemento adicional.
En el electrodo positivo 6, la superficie que no esta en contacto con el separador 5 esta cubierta con la cubierta en forma de caja de electrodo positivo 2. Un espacio interior que va a formarse por el electrodo positivo 6 y la cubierta de electrodo positivo 2 corresponde a la camara de almacenamiento de oxfgeno 7 para almacenar oxfgeno. La camara de almacenamiento de oxfgeno 7 almacena el electrolito 3 que tiene una alta presion de fluido (por ejemplo, 10 MPa). Por tanto, el oxfgeno que va a generarse a partir del electrodo positivo 6 se disuelve en el electrolito, y se almacena como oxfgeno disuelto en la camara de almacenamiento de oxfgeno 7. Dicho de otro modo, el oxfgeno que va a generarse a partir del electrodo positivo 6 se almacena directamente en la camara de almacenamiento de oxfgeno 7, sin necesidad de proporcionar un elemento adicional tal como un impulsor. Ademas, la camara de almacenamiento de oxfgeno 7 se proporciona en contacto con el electrodo positivo 6. Por tanto, puede suministrarse oxfgeno directamente al electrodo positivo 6, sin necesidad de proporcionar un paso de comunicacion o un elemento adicional. Preferiblemente, la camara de almacenamiento de oxfgeno 7 tiene una superficie interna recubierta con mquel o cromo. La camara de almacenamiento de oxfgeno 7 puede tener una superficie interna niquelada o cromada.
La camara de almacenamiento de hidrogeno 8 y la camara de almacenamiento de oxfgeno 7 estan separadas la una de la otra por un elemento de pared movil 9. El elemento de pared 9 incluye el electrodo positivo 4, el electrodo negativo 6 y el separador 5. El elemento de pared 9 puede ser un elemento flexible.
En el electrodo negativo 4, la superficie que esta en contacto con la camara de almacenamiento de hidrogeno 8 contiene el material hidrofobo en gran cantidad. Por tanto, la aleacion de almacenamiento de hidrogeno en el electrodo negativo 4 puede ponerse en contacto con gas hidrogeno sin humedecerse. Ademas, en el electrodo negativo 4, la superficie que esta en contacto con el separador 5 tiene una propiedad hidrofila. Por tanto, esta superficie impide que pase gas hidrogeno a traves del electrodo negativo 4. Esta superficie se mantiene en un estado en el que la superficie casi siempre esta humedecida con el electrolito. Por tanto, se garantiza la conductividad ionica del electrodo negativo 4. Espedficamente, carbono, Teflon (marca registrada) o similares que tengan una propiedad hidrofoba pueden aplicarse o pulverizarse sobre la superficie lateral de la camara de almacenamiento de hidrogeno 8 del electrodo negativo 4. Ademas, nailon modificado que tenga la propiedad hidrofila puede aplicarse o pulverizarse sobre la superficie, que esta en contacto con el separador 5, del electrodo negativo 4'. Ademas, acetato de vinilo que tenga tanto la propiedad hidrofila como la propiedad hidrofoba puede granularse y usarse como aglutinante.
A continuacion se ofrecera una descripcion de la configuracion de la pila C1. La pila C1 incluye el electrodo positivo 6 que contiene el material activo de electrodo positivo, y el electrodo negativo 4 que contiene el material activo de electrodo negativo. Por tanto, se almacena energfa electrica en los electrodos de la pila C1 en el momento de la carga inicial. En adelante, la carga que supera la capacidad electrica del material activo del electrodo se denomina ocasionalmente sobrecarga por conveniencia en la descripcion. En un estado de sobrecarga se genera oxfgeno y gas hidrogeno.
En la pila C1, cuando se alimenta corriente electrica a los electrodos tras la carga inicial, se genera gas hidrogeno a partir del electrodo negativo 4 y se genera oxfgeno a partir del electrodo positivo 6. El gas hidrogeno se almacena en la camara de almacenamiento de hidrogeno 8. Cuando la carga prosigue, la presion en la camara de almacenamiento de hidrogeno 8 aumenta. Por tanto, la camara de almacenamiento de hidrogeno 8 se expande bajo la influencia de la presion de gas hidrogeno. La camara de almacenamiento de hidrogeno 8 y la camara de almacenamiento de oxfgeno 7 estan separadas la una de la otra por el elemento de pared movil 9. Por tanto, cuando la camara de almacenamiento de hidrogeno 8 se expande, el elemento de pared 9 se desplaza o pasa a deformarse, de modo que el electrolito 3 en la camara de almacenamiento de oxfgeno 7 se comprime. La deformacion del elemento de pared 9 continua hasta que la presion en la camara de almacenamiento de hidrogeno 8 y la presion en la camara de almacenamiento de oxfgeno 7 pasan a ser casi iguales entre sf Por tanto, el electrolito 3 en la camara de almacenamiento de oxfgeno 7 esta altamente presurizado. Como resultado, se disuelve oxfgeno generado a
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
partir del electrodo positivo 6 en el electrolito 3. De este modo, el electrolito 3 pasa a ser un electrolito con oxfgeno disuelto.
En la pila C1 segun esta realizacion, el electrolito 3 tiene una presion de fluido de 0,95 MPa. En la pila C1 segun esta realizacion, el electrolito 3 puede tener una presion de fluido dentro de un intervalo desde 0,2 MPa hasta 278 MPa.
En el momento de la descarga de la pila C1, se produce una reaccion de descarga como una batena secundaria entre el electrodo negativo 4 y el electrodo positivo 6. Por tanto, se alimenta corriente electrica al interior de una carga. En el presente documento, la cantidad de electricidad en el electrodo negativo 4 y la cantidad de electricidad en el electrodo positivo 6 disminuye por la descarga. La carga que usa el gas hidrogeno almacenado en la camara de almacenamiento de hidrogeno 8 y el oxfgeno almacenado en la camara de almacenamiento de oxfgeno 7 compensa la electricidad correspondiente a la electricidad disminuida en el electrodo negativo 4 y el electrodo positivo 6. Es decir, la reaccion representada por la formula qmmica (2) se produce en el electrodo negativo 4. Como resultado, el gas hidrogeno compensa protones emitidos desde la aleacion de almacenamiento de hidrogeno (MH) en el estado cargado. Por tanto, el electrodo negativo se mantiene en el estado cargado. Por otro lado, la reaccion representada por la formula qmmica (4) se produce en el electrodo positivo 6. Como resultado, el oxihidroxido de manganeso generado por la reduccion de dioxido de manganeso (MnO2) en el estado cargado se oxida de nuevo por el oxfgeno. Por tanto, el electrodo positivo se mantiene en el estado cargado. Es decir, el dioxido de manganeso sirve como catalizador para una reaccion en el electrodo positivo. Por otro lado, la aleacion de almacenamiento de hidrogeno sirve como catalizador para una reaccion en el electrodo negativo.
El dioxido de manganeso en el electrodo positivo 6 se reduce a oxihidroxido de manganeso mediante descarga. El oxihidroxido de manganeso se oxida por el oxfgeno en el electrolito y, por tanto, vuelve a ser dioxido de manganeso. Por consiguiente, casi siempre hay dioxido de manganeso en el electrodo positivo 6. Por tanto, el SOC (estado de carga) del electrodo positivo se mantiene en casi el 100%. Ademas, el electrodo positivo 6 esta orientado hacia la camara de almacenamiento de oxfgeno 7 y esta siempre en contacto con oxfgeno. Por tanto, con relacion a la reaccion de descarga de dioxido de manganeso, el dioxido de manganeso no cambia a hidroxido de manganeso, de modo que no se genera tetraoxido de trimanganeso (Mn3O4) que es un componente irreversible. Por consiguiente, dado que la degradacion del electrodo positivo 6 se restringe, la caractenstica de vida util del mismo se mejora considerablemente.
La aleacion de almacenamiento de hidrogeno en el electrodo negativo 4 emite protones en el momento de la descarga. Por tanto, disminuye la cantidad de hidrogeno en la aleacion de almacenamiento de hidrogeno. Sin embargo, el electrodo negativo 4 esta orientado hacia la camara de almacenamiento de hidrogeno 8 y esta siempre en contacto con gas hidrogeno. Por tanto, el gas hidrogeno compensa los protones emitidos desde la aleacion de almacenamiento de hidrogeno (MH). Como resultado, la aleacion de almacenamiento de hidrogeno, desde la que se ha liberado hidrogeno, almacena hidrogeno de nuevo. Por consiguiente, la aleacion contenida en el electrodo negativo 4 casi siempre almacena hidrogeno. Como resultado, el SOC del electrodo negativo se mantiene en casi el 100%.
La figura 16 es una grafica que ilustra esquematicamente una relacion entre el potencial del electrodo de dioxido de manganeso (eje vertical) y el SOC (eje horizontal). Tal como se ilustra en la figura 16, el potencial de la pila C1 esta en las inmediaciones de un alto potencial representado por dioxido de manganeso (MnO2). Dicho de otro modo, el potencial de descarga de la pila C1 se mantiene en un nivel alto.
En la pila C1 segun esta realizacion, cada una de las camaras de almacenamiento 7 y 8 almacena, como energfa qmmica, energfa electrica que va a suministrarse en el momento de la sobrecarga. La pila C1 es capaz de utilizar la energfa qmmica almacenada reconvirtiendo la energfa qmmica en energfa electrica. A diferencia de una batena secundaria convencional, por tanto, la capacidad electrica de la pila C1 no tiene limitacion debido a la cantidad del material activo. Por consiguiente, es posible aumentar la cantidad de gas hidrogeno que va a almacenarse por volumen y la cantidad de oxfgeno disuelto potenciando el rendimiento resistente a la presion y el rendimiento de sellado de las camaras de almacenamiento 7 y 8 y la celula C1. Por tanto, es posible mejorar considerablemente la densidad energetica de la pila C1 en comparacion con la de una batena secundaria convencional (por ejemplo, hasta varias decenas de veces). Ademas, gas hidrogeno generado a partir del electrodo negativo 4 se almacena directamente en la camara de almacenamiento 8, y oxfgeno generado a partir del electrodo positivo 6 se almacena directamente en la camara de almacenamiento 7 en el momento de la sobrecarga. Por tanto, no existe la necesidad de proporcionar adicionalmente un impulsor o paso de comunicacion para gas. Por consiguiente, la pila C1 tiene la estructura sencilla y, por tanto, puede fabricarse y distribuirse a bajo coste. Particularmente, se almacena oxfgeno de tal manera que se disuelva en el electrolito. Por tanto, se mejora drasticamente la seguridad en cuanto al manejo de oxfgeno.
Ademas, tal como se describio anteriormente, se emite energfa electrica desde la pila C1 en el momento de la descarga mediante las reacciones representadas por las formulas (1) y (3). Por tanto, en comparacion con una pila de combustible convencional, la pila C1 mejora considerablemente en potencia y capacidad de seguimiento con relacion a una carga. Por tanto, la pila C1 puede aplicarse a un uso en el que se requiere una alta salida instantanea
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
y un cambio de carga que sea grande, tal como un vehmulo. En el presente documento, la pila C1 puede usarse unicamente sin necesidad de proporcionar una batena secundaria adicional o un dispositivo de almacenamiento de ene^a tal como un condensador.
(Segunda realizacion)
A continuacion se ofrecera una descripcion de una pila C2 segun una segunda realizacion de esta pila de combustible. La pila C2 tiene una estructura que es excelente en rendimiento resistente a la presion y que se maneja facilmente. Las figuras 2A y 2B son vistas en seccion que ilustran cada una la estructura de la pila C2. En el presente documento, la figura 2B es una vista en seccion tomada a lo largo de la lmea D-D en la figura 2A. La pila C2 tiene una configuracion basica similar a la de la pila C1 segun la primera realizacion ilustrada en la figura 1. Sin embargo, tal como se ilustra en la figura 2A, sin embargo, la pila C2 tiene una carcasa externa tubular 10. Por tanto, la pila C2 presenta un rendimiento resistente a la presion y un rendimiento de manejo excelentes. Ademas, la pila C2 tiene una mayor densidad de energfa y se maneja facilmente. Con relacion a la pila C2 segun esta realizacion, un electrodo negativo, un electrodo positivo, un separador y un electrolito, que son elementos basicos de una batena, pueden tener sustancias y estructuras similares a las de la pila C1 segun la primera realizacion, excepto aspectos que van a describirse particularmente a continuacion.
Mas espedficamente, como se ilustra en la figura 2A, la carcasa externa tubular 10 tiene una parte cilmdrica 10a y una parte inferior 10b. La parte inferior 10b sigue un extremo de la parte cilmdrica 10a y corresponde a la parte inferior de la carcasa externa 10. El electrodo negativo 14, el electrodo positivo 16 y el separador 15 dispuesto entre el electrodo negativo 14 y el electrodo positivo 16 estan alojados en el interior de la parte inferior 10b. Cada uno del electrodo negativo 14 y el electrodo positivo 16 tiene una forma cilmdrica cerrada por un extremo. El electrodo negativo 14 tiene una pared periferica cilmdrica 14a y una parte inferior 14b, y el electrodo positivo 16 tiene una pared periferica cilmdrica 16a y una parte inferior 16b. El electrodo positivo 16 esta dispuesto en el interior de la carcasa externa 10 con un espacio formado entre el electrodo positivo 16 y la carcasa externa 10 en una direccion radial. El electrodo negativo 14 esta dispuesto en el interior del electrodo positivo 16 con el separador 15 interpuesto entre el electrodo negativo 14 y el electrodo positivo 16. En la pila C2, el espacio (espacio radial) formado entre la carcasa externa 10 y el electrodo positivo 16 sirve como camara de almacenamiento de oxfgeno 19. Por otro lado, el espacio formado en el interior del electrodo negativo 14 sirve como camara de almacenamiento de hidrogeno 18.
La carcasa externa 10 esta compuesta por un material electroconductor, espedficamente, hierro niquelado. Una superficie externa de la parte inferior 16b del electrodo positivo 16 esta unida a una superficie interna de la parte inferior 10b de la carcasa externa 10. Por tanto, la carcasa externa 10 sirve como terminal de electrodo positivo de la pila C2. Por otro lado, un terminal de electrodo negativo en forma de disco 11 esta unido a un extremo derecho 14c (hacia la derecha en la figura 2A) opuesto a la parte inferior 14b en el electrodo negativo 14. Espedficamente, el extremo derecho 14c del electrodo negativo 14 esta dispuesto para sobresalir hacia la derecha desde una superficie de extremo derecho 10c de la carcasa externa 10 y una superficie de extremo derecho 16c del electrodo positivo 16. Una superficie de diametro interno 17a de un elemento de aislamiento en forma de rosquilla 17 se ajusta en una superficie periferica externa del extremo derecho 14c. La superficie de extremo derecho 10c de la carcasa externa 10 y la superficie de extremo derecho 16c del electrodo positivo 16 estan cubiertas con el elemento de aislamiento 17. Ademas, una superficie interna (hacia la izquierda en la figura 2A) que es una de las superficies del terminal de electrodo negativo 11 se une con el extremo derecho 14c del electrodo negativo 14.
Cada uno de los electrodos 14 y 16 tiene flexibilidad. Por tanto, cuando la camara de almacenamiento de hidrogeno 18 se presuriza mediante el gas hidrogeno generado por sobrecarga, la presion en la camara de almacenamiento de hidrogeno 18 se transfiere a la camara de almacenamiento de oxfgeno 19. Como resultado, el electrolito 13 en la camara de almacenamiento de oxfgeno 19 se comprime, de modo que se eleva la presion del mismo. El electrolito a alta presion permite que se disuelva oxfgeno en el mismo en mayor cantidad.
En el electrodo negativo 14, la superficie que esta en contacto con la camara de almacenamiento de hidrogeno 18 contiene un material hidrofobo en gran cantidad. Por tanto, una aleacion de almacenamiento de hidrogeno en el electrodo negativo 14 puede ponerse en contacto con gas hidrogeno sin humedecerse. Ademas, en el electrodo negativo 14, la superficie que esta en contacto con el separador 15 tiene una propiedad hidrofila y, por tanto, se conserva en un estado en el que esta superficie casi siempre esta humedecida con el electrolito. Por tanto, se impide que pase gas hidrogeno a traves del electrodo negativo 14 y se garantiza la conductividad ionica del electrodo negativo 14.
A continuacion se ofrece una descripcion de las dimensiones de la carcasa externa 10. El diametro externo de la carcasa externa 10 puede encontrarse dentro de un intervalo desde 13,5 mm hasta 14,5 mm. Ademas, la longitud de la carcasa externa 10 puede encontrarse dentro de un intervalo desde 49,0 mm hasta 50,5 mm. El diametro externo de la carcasa externa 10 puede encontrarse tambien dentro de un intervalo desde 10,5 mm hasta 9,5 mm. La longitud de la carcasa externa 10 puede encontrarse tambien dentro de un intervalo desde 42,5 mm hasta 44,5 mm. Las dimensiones, que se encuentran dentro de los intervalos descritos anteriormente, de la carcasa externa 10 permiten una realizacion de compatibilidad dimensional con una batena R6 o una batena R03 disponible comercialmente.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
La pila C2 segun la segunda realizacion produce los siguientes efectos ventajosos ademas de los efectos ventajosos producidos por la pila C1 segun la primera realizacion.
Tal como se ilustra en las figuras 2A y 2B, la carcasa externa 10 de la pila C2 tiene la estructura tubular. Esto facilita la garantfa de una resistencia a la presion excelente y una potenciacion de la densidad energetica. Ademas, un modulo de batena que tiene grandes capacidades de carga y descarga se configura facilmente conectando un gran numero de pilas C2 en paralelo y en serie. En la pila C2 segun esta realizacion, particularmente, la camara de almacenamiento de oxfgeno 19 esta formada en el espacio radial. Ademas, la camara de almacenamiento de hidrogeno 18 esta formada en el interior del electrodo negativo 14. Por tanto, no existe la necesidad de proporcionar elementos adicionales para formar la camara de almacenamiento de hidrogeno 18 y la camara de almacenamiento de oxfgeno 19. Por consiguiente, la pila C2 tiene una estructura sencilla y, por tanto, puede formarse usando solamente elementos mmimos. Por consiguiente, la pila C2 tiene dimensiones pequenas y, por tanto, tiene resistencia a la alta presion y densidad energetica. Independientemente de esta configuracion, la pila C2 se ensambla facilmente puesto que el recuento de partes es pequeno.
(Ejemplo de modificacion de la segunda realizacion)
A continuacion se ofrecera una descripcion de una pila C3 segun un ejemplo de modificacion de la segunda realizacion de esta pila de combustible. La figura 3 es una vista en seccion parcial que ilustra una estructura de conexion de la pila C3. La pila C3 corresponde a la pila C2 segun la segunda realizacion en la que la estructura externa esta parcialmente cambiada. A continuacion se ofrecera principalmente una descripcion del cambio. La pila C3 tiene un terminal de electrodo negativo 11 conectado electricamente a un electrodo negativo 14, en un extremo de la misma en una direccion axial (una direccion axial de una carcasa externa 10). Ademas, la pila C3 tiene un terminal de electrodo positivo correspondiente a la carcasa externa 10 conectado electricamente a un electrodo positivo 16, en el otro extremo de la misma en la direccion axial. Tal como se ilustra en la figura 3, un saliente 11d esta formado en el centro del terminal de electrodo negativo 11. Ademas, un rebaje inferior 10d esta formado en el centro de una parte inferior 10b de la carcasa externa 10. El saliente 11d y el rebaje inferior 10d estan formados para que puedan fijarse entre sf. Por tanto, dos pilas C3 pueden conectarse en serie.
Segun esta configuracion, es posible conectar una pluralidad de pilas C3 en serie sin necesidad de proporcionar cables. En el ejemplo ilustrado en la figura 3, un reborde esta formado en la periferia externa del saliente en la direccion axial. Por otro lado, una ranura esta formada en una superficie circunferencial interna del rebaje inferior. Ademas, el reborde del saliente puede encajar en la ranura del rebaje inferior. Sin embargo, la forma de esta parte encajada no esta limitada a esto.
Cada uno del terminal de electrodo positivo (carcasa externa 10) y el terminal de electrodo negativo 11 puede tener una parte de rosca. Mas espedficamente, el saliente 11d del terminal de electrodo negativo 11 puede estar formado como una rosca macho, y el rebaje 10d formado en la parte inferior 10b de la carcasa externa 10 puede estar formado como una rosca hembra. Por tanto, dos pilas C2 pueden conectarse entre sf con fiabilidad.
En la pila C3, una camara de almacenamiento de oxfgeno (no ilustrada) puede llenarse con un electrolito en el que se disuelve oxfgeno. Alternativamente, la camara de almacenamiento de oxfgeno puede llenarse con el electrolito con oxfgeno disuelto y gas oxfgeno.
Las figuras 4A y 4B ilustran, cada una, una estructura de un modulo de batena B3 que incluye una pluralidad de pilas C3 conectadas entre sf. El modulo de batena B3 incluye un par de placas de colector de corriente electricamente conductoras 25 opuestas entre sf. La pluralidad de pilas C3 esta dispuesta entre las placas de colector de corriente 25. La carcasa externa 10 que sirve como terminal de electrodo positivo esta en contacto con una de las placas de colector de corriente 25. El terminal de electrodo negativo 11 esta en contacto con la otra placa de colector de corriente 25. Con el fin de mantener este estado, las pilas C3 estan dispuestas en paralelo. En el modulo de batena B3, cada uno de los grupos de pilas que incluyen la pluralidad de pilas C3 conectadas en paralelo estan conectados en serie (figura 4A).
Esta configuracion permite eliminar la necesidad de cables para conectar las pilas C3. Esto facilita el ensamblaje del modulo de batena B3. Tal como se ilustra en una vista ampliada de parte principal correspondiente a la parte rodeada en la figura 4A, un orificio pasante 25a puede estar formado en la placa de colector de corriente 25. En este caso, el saliente 11d de la pila C3 se encaja en el rebaje inferior 10d de la pila diferente C3 a traves del orificio pasante 25a. Esto facilita adicionalmente el ensamblaje del modulo de batena B3. Segun esta estructura, la pluralidad de pilas C3 se soporta mediante los colectores de corriente 25. Por consiguiente, el modulo de batena B3 tiene una estructura autonoma como un conjunto de batenas. En el presente documento, la pila en el modulo de batena B3 no esta limitada a la pila C3, sino que puede ser la pila C2.
Puede proporcionarse un ventilador de aire 27 para alimentar aire de enfriamiento en una direccion paralela de las placas de colector de corriente 25. El calor generado desde la pila C3 se transfiere a la placa de colector de corriente 25. La placa de colector de corriente 25 actua como una aleta de radiacion, de modo que la pila C3 se enfna indirectamente. La placa de colector de corriente 25 desempena el papel de un elemento electroconductor y un
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
papel de un elemento de radiacion. Por tanto, la placa de colector de corriente 25 puede estar compuesta por un material con conductividad termica y conductividad electrica altas. En cuanto a este punto de vista, el aluminio tiene una resistencia electrica relativamente baja y una conductividad termica relativamente grande. Por tanto, el aluminio tiene caractensticas preferibles como material para la placa de colector de corriente 25. Sin embargo, dado que el aluminio es propenso a oxidarse, la resistencia de contacto de la placa de colector de corriente 25 tiende a aumentar. Por tanto, una placa de aluminio que forma la placa de colector de corriente 25 puede someterse a niquelado. Esto logra la reduccion de la resistencia de contacto. La placa de colector de corriente 25 esta dotada de una pluralidad de pasos refrigerantes 26 para hacer pasar aceite aislante para el enfriamiento (vease la figura 4B). Ademas, las pilas C3 (orificios pasantes 25) pueden disponerse de forma escalonada (vease la figura 4B). Por tanto, se sopla aire de enfriamiento desde el ventilador de aire 27 directamente en la superficie lateral de la pila C3. Como resultado, se potencia el efecto de enfriamiento. Si el modulo de batena esta fno, el ventilador de aire 27 puede soplar aire calentado por un calentador (no ilustrado). Por tanto, el modulo de batena puede calentarse.
(Sistema de batena que incluye la pila de combustible de la segunda realizacion)
A continuacion se ofrecera una descripcion de un sistema de batena que incluye la pila de combustible segun la segunda realizacion. La figura 5 es un diagrama de configuracion que ilustra un procedimiento que usa una pila de combustible C4 segun la presente invencion. La pila C4 corresponde a la pila C3, que esta parcialmente cambiada. La pila C4 tiene una parte inferior dotada de un orificio de circulacion de oxfgeno 32 que se comunica con una camara de almacenamiento de oxfgeno 19, y un saliente 11d dotado de un orificio de circulacion de hidrogeno 28 que se comunica con una camara de almacenamiento de hidrogeno 18. El orificio de circulacion de oxfgeno 32 se conecta a un enfriador 34 por medio de un conducto 33. El enfriador 34 enfna un electrolito calentado por el funcionamiento de la pila C4. El electrolito del enfriador 34 se alimenta a una fuente de almacenamiento de electrolito 36. El electrolito en la fuente de almacenamiento de electrolito 36 se agita por un agitador 37, de modo que se suministra gas oxfgeno generado desde la parte superior de la fuente de almacenamiento de electrolito 36 hasta una fuente de oxfgeno 38, y luego se almacena en la fuente de oxfgeno 38. Por otro lado, el orificio de circulacion de hidrogeno 28 se conecta a un enfriador 30 por medio de un conducto 29. El enfriador 30 enfna gas hidrogeno. El gas hidrogeno del enfriador 30 se almacena en una fuente de hidrogeno 31.
El electrolito con oxfgeno disuelto de alta concentracion en la fuente de almacenamiento de electrolito 36 puede suministrarse a la camara de almacenamiento de oxfgeno 19 mediante una bomba 35. Ademas, puede suministrarse gas hidrogeno de alta presion desde la fuente de hidrogeno 31 hasta la camara de almacenamiento de hidrogeno 18.
(Tercera realizacion)
Las figuras 6A y 6B son vistas en seccion que ilustran, cada una, una estructura de una pila de combustible reversible C10 segun una tercera realizacion de esta pila de combustible (en lo sucesivo, denominada simplemente pila C10). Mas espedficamente, la figura 6A es una vista en corte parcial en una direccion longitudinal. La figura 6B es una vista en seccion tomada a lo largo de la lmea A-A en la figura 6A. La pila C10 tiene una estructura cubierta con una envoltura externa 100. En la envoltura externa 100, una pluralidad de electrodos positivos tubulares 110 esta alojada en una direccion axial de la envoltura externa 100 (una direccion X en la figura 6A). Ademas, un electrodo negativo 120 se llena y se dispone alrededor del electrodo positivo 110 con un separador 130 interpuesto entre el electrodo negativo 120 y el electrodo positivo 110. El electrodo negativo, el electrodo positivo, el separador y un electrolito que son elementos basicos de la pila C10 segun esta realizacion pueden tener sustancias, composiciones y estructuras similares a las de la pila C1 segun la primera realizacion, excepto en casos que van a describirse particularmente a continuacion.
La envoltura externa 100 tiene una parte de cuerpo cilmdrica 101 y partes abombadas 102. Las partes abombadas 102 se proporcionan en aberturas formadas en dos extremos de la parte de cuerpo 101. La parte abombada 102 se abomba hacia fuera de la abertura para alejarse de la abertura, y cubre la abertura. Una junta de estanqueidad 103 esta dispuesta entre la parte de cuerpo 101 y la parte abombada 102 con el fin de conservar la impermeabilidad a fluidos dentro de la envoltura externa 100. Cada una de la parte de cuerpo 101 y la parte abombada 102 pueden estar hechas de acero, preferiblemente acero de alta resistencia a la traccion. Por tanto, la parte de cuerpo 101 tiene forma cilmdrica y la parte abombada 102 se abomba hacia fuera. Por consiguiente, la envoltura externa 100 es capaz de resistir estructuralmente una presion ultraalta.
En la envoltura externa 100 se proporcionan camaras de almacenamiento de oxfgeno 136a y 136b en espacios interiores de las partes abombadas 102, respectivamente. Cada una de las camaras derecha e izquierda de almacenamiento de oxfgeno 136a y 136b se define mediante una division 135. Las camaras de almacenamiento de oxfgeno 136a y 136b pueden conectarse a un dispositivo externo a traves de bridas 211 y 212 unidas cada una a la envoltura externa 100. El electrodo positivo 110, el electrodo negativo 120, el separador 130 y un colector de corriente 134 estan dispuestos en un espacio formado entre las camaras de almacenamiento de oxfgeno 136a y 136b y rodeados por las divisiones 135 y la parte de cuerpo 101.
La figura 7 es una vista en corte parcial que ilustra una estructura de electrodo de la pila C10. El colector de
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
corriente 134 es una tubena de acero perforada niquelada. El electrodo positivo 110 esta formado de tal manera que una mezcla de pasta que contiene dioxido de manganeso se aplica alrededor del colector de corriente 134. El electrodo positivo 110 puede estar formado de tal manera que la mezcla se aplica directamente al colector de corriente 134. Alternativamente, el electrodo positivo 110 puede estar formado de tal manera que una lamina de electrodo positivo obtenida aplicando la mezcla a un sustrato de mquel espumado se enrolla alrededor del colector de corriente 134. El separador 130 esta interpuesto entre el electrodo positivo 110 y el electrodo negativo 120 que contiene una aleacion de almacenamiento de oxfgeno. El separador 130 impide el contacto entre el electrodo positivo 110 y el electrodo negativo 120. Las camaras de almacenamiento de oxfgeno 136a y 136b ubicadas en los extremos derecho e izquierdo de la envoltura externa 100 se comunican entre sf a traves del colector de corriente 134. El electrolito 137 en cada una de las camaras de almacenamiento de oxfgeno 136a y 136b puede fluir en una direccion mostrada con una marca de flecha en la figura 7.
Un espacio formado entre las divisiones derecha e izquierda 135 y ubicado hacia fuera del separador 130 se llena con una aleacion de almacenamiento de hidrogeno que tiene un diametro de partfcula promedio de 20 |im. Segun esta configuracion, el grado de vacfo es de aproximadamente el 35%. El grado de vacfo vana dependiendo de un procedimiento para llenar la aleacion de almacenamiento de hidrogeno. El grado de vacfo puede ser superior al 35%. Cuando el diametro de partfcula promedio es de 5 a 50 |im, el grado de vacfo es aproximadamente del 30 al 60%. Un vacfo formado tal como se describio anteriormente sirve como una camara de almacenamiento de hidrogeno 138. En el presente documento, el valor del diametro de partfcula promedio se obtiene usando un diametro equivalente de esfera en funcion de la dispersion de luz de JIS Z 8910 como en las otras realizaciones.
Tal como se muestra con una lmea discontinua en la figura 6A, una fuente de almacenamiento de gas hidrogeno 121 y un paso de almacenamiento 122 se conectan a la camara de almacenamiento de hidrogeno 138 en la pila C10. El electrodo negativo 120 puede cargarse con gas hidrogeno suministrado desde el exterior.
El colector de corriente 134 del electrodo positivo pasa a traves de divisiones 135 hechas de acero niquelado. Los dos extremos del colector de corriente 134 se soportan mediante las divisiones 135. Por tanto, la parte abombada
102 esta conectada electricamente al electrodo positivo 110 por medio de la division 135. Por tanto, la parte abombada 102 sirve como terminal de electrodo positivo de la pila C10. Ademas, la parte de cuerpo 101 que esta en contacto directo con el electrodo negativo 120 sirve como terminal de electrodo negativo. La junta de estanqueidad
103 no solo tiene una propiedad sellante, sino tambien una propiedad aislante. Por tanto, la junta de estanqueidad 103 impide un cortocircuito entre el electrodo positivo 110 y el electrodo negativo 120.
A continuacion se ofrecera una descripcion de las operaciones de la pila C10 configurada tal como se describio anteriormente. El electrolito 137 en el que se disuelve oxfgeno se alimenta a la pila C10 a traves de una de las bridas 211 (el lado derecho de la figura 6a). El electrolito 137 es un electrolito en el que se disuelve oxfgeno en una alta concentracion, y puede denominarse electrolito con oxfgeno disuelto de alta concentracion. El electrolito con oxfgeno disuelto de alta concentracion 137 fluye al interior del colector de corriente en forma de tubena 134, pasa a traves de la perforacion formada en el colector de corriente 134, y entra en contacto con el electrodo positivo 110. Por tanto, el oxihidroxido de manganeso en el electrodo positivo se oxida con oxfgeno que se disuelve en el electrolito, y cambia a dioxido de manganeso. Como resultado, se carga el electrodo positivo. Por tanto, el oxfgeno que se disuelve en el electrolito se consume para generar H2O, de modo que baja la concentracion de oxfgeno en el electrolito. El electrolito 137 en el que baja la concentracion de oxfgeno (electrolito con oxfgeno disuelto de baja concentracion) se hace fluir al interior de la camara de almacenamiento de oxfgeno izquierda 136b, y finalmente se libera desde la brida 212 al exterior del sistema. Por otro lado, el electrodo negativo 120 se carga con gas hidrogeno que va a suministrarse desde la fuente de almacenamiento de gas hidrogeno externa 121.
La pila C10 se descarga de tal manera que se conecta una carga electrica entre la parte abombada 102 que sirve como terminal de electrodo positivo y la parte de cuerpo 101 que sirve como terminal de electrodo negativo por medio de un cable (no ilustrado). Por tanto, se alimenta corriente electrica a la carga electrica. La corriente electrica de carga puede sacarse desde ambas partes abombadas 102. Por tanto, la corriente electrica que fluye a traves del colector de corriente 134 se separa en dos, una de las cuales se alimenta a la derecha y la otra de las cuales se alimenta a la izquierda, de modo que la perdidas por el efecto Joule se reduce a aproximadamente un cuarto.
A continuacion se ofrecera una descripcion de un caso en el que la pila C10 se carga convirtiendo energfa electrica en energfa qrnmica. En la pila C10, la camara de almacenamiento de hidrogeno 138 es capaz de almacenar gas hidrogeno generado por sobrecarga. Ademas, en la pila C10, cada una de las camaras de almacenamiento de oxfgeno 136a y 136b es capaz de almacenar oxfgeno en un estado en el que el oxfgeno se disuelve en el electrolito. Es decir, la pila C10 segun esta realizacion es capaz de almacenar energfa electrica convirtiendo la energfa electrica en energfa qrnmica. Ademas, la pila C10 es capaz de emitir energfa electrica segun sea apropiado convirtiendo la energfa qrnmica en energfa electrica. Por tanto, a diferencia de una batena secundaria convencional, la pila C10 no tiene limitacion en la capacidad de acumulacion de energfa debido a la cantidad del material activo.
Tal como en la pila C1 segun la primera realizacion, la pila C10 segun esta realizacion se descarga por la reaccion de batena en el momento de la descarga y se carga con gas hidrogeno y oxfgeno. En el momento de la carga y descarga descritas anteriormente, el dioxido de manganeso sirve como catalizador para una reaccion en el electrodo
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
positivo. Por otro lado, la aleacion de almacenamiento de hidrogeno sirve como catalizador para una reaccion en el electrodo negativo.
La figura 8 ilustra un proceso de generacion de energfa que usa la pila C10 segun la cuarta realizacion. Un conducto 220 esta conectado a la pila C10 por medio de la brida 212. El electrolito 137 degradado por la descarga de la pila C10 se hace fluir al interior de una primera camara 231 de un aparato de ajuste de concentracion de sal 230 a traves del conducto 220. Una membrana de osmosis inversa 233 esta unida al aparato de ajuste de concentracion de sal 230. El aparato de ajuste de concentracion de sal 230 esta dividido en la primera camara 231 y una segunda camara 232 mediante la membrana de osmosis inversa 233. La membrana de osmosis inversa 233 tiene la funcion de permitir que pase selectivamente agua en el electrolito 137 a traves de la misma. El agua transferida se retiene como un drenaje en la segunda camara 232, y se libera desde una salida de drenaje 234 al exterior del sistema. El electrolito 137 del aparato de ajuste de concentracion de sal 230 se lleva a un aparato de ajuste de concentracion de oxfgeno 250 a traves de un conducto 221. El aparato de ajuste de concentracion de oxfgeno 250 tiene una parte inferior a la que estan conectados una fuente de almacenamiento de oxfgeno 251 y un paso de almacenamiento 252. El gas oxfgeno esta en contacto con el electrolito 137, de modo que la concentracion de oxfgeno disuelto en el electrolito se potencia. En el presente documento, el aparato de ajuste de concentracion de oxfgeno 250 esta dotado de un paso de almacenamiento independiente 253, de modo que el oxfgeno generado por la sobrecarga puede almacenarse en la fuente de almacenamiento de oxfgeno 251. Por tanto, el electrolito con oxfgeno disuelto de alta concentracion en la fuente de almacenamiento de oxfgeno 251 puede devolverse al aparato de ajuste de concentracion de oxfgeno 250. Este electrolito puede utilizarse para el ajuste de la concentracion de oxfgeno reducida mediante descarga.
La temperatura del electrolito 137 del aparato de ajuste de concentracion de oxfgeno 250 se eleva a causa del uso de la pila. El electrolito 137 se enfna mediante un enfriador 260 para alcanzar una temperatura predeterminada. Despues, el electrolito 137 se presiona mediante una bomba 270 y se devuelve a la pila C10 a traves de un conducto 222.
(Cuarta realizacion)
La figura 9 es una vista en seccion que ilustra esquematicamente, en una direccion axial, una pila de combustible reversible segun una cuarta realizacion de esta pila de combustible (en lo sucesivo, denominada simplemente pila C30). Un electrodo negativo, un electrodo positivo, un separador y un electrolito que son elementos basicos de la pila C30 segun esta realizacion pueden tener sustancias, composiciones y estructuras similares a las de la pila C1 segun la primera realizacion, excepto aspectos que van a describirse particularmente a continuacion. Tal como se ilustra en la figura 9, la pila C30 incluye, como elementos constituyentes principales, una carcasa externa 300, un colector de corriente 310 y los electrodos alojados en la carcasa externa. La carcasa externa 300 incluye una tubena redondeada 301 y elementos de tapa en forma de disco 302. Los elementos de tapa 302 estan proporcionados en aberturas formadas en dos extremos de la tubena redondeada 301. Cada uno de la tubena redondeada 301 y el elemento de tapa 302 esta compuesto por hierro niquelado.
El colector de corriente 310 esta compuesto por hierro niquelado electricamente conductor formado hasta obtener una forma de varilla. El colector de corriente 310 tiene dos extremos que pasan a traves de orificios formados en los centros de los elementos de tapa 302. Los dos extremos del colector de corriente 310 se enroscan en tuercas 311. Estas tuercas 311 fijan el colector de corriente 310 a los elementos de tapa 302. Cada una de las tuercas 311 esta formada hasta obtener una forma de bolsa. Esto impide que el electrolito se escape de la pila. Una junta de estanqueidad 312 que tiene una propiedad aislante se proporciona entre la tuerca 311 y el elemento de tapa 302. La junta de estanqueidad 312 impide el contacto electrico entre el colector de corriente 310 y el elemento de tapa 302. Una junta de estanqueidad 303 para sellar la pila se proporciona entre la tubena redondeada 301 y el elemento de tapa 302. La junta de estanqueidad 303 tiene una propiedad aislante. Por tanto, la junta de estanqueidad 303 impide el contacto electrico entre la tubena redondeada 301 y el elemento de tapa 302. El colector de corriente 310 se somete a niquelado y, por tanto, se impide que se corroa por el electrolito.
El electrodo positivo 320 y el electrodo negativo 330 se apilan en una direccion axial de la tubena redondeada 301 (una direccion X en la figura 9) con el separador 340 interpuesto entre los mismos. El electrodo positivo 320 y el electrodo negativo 330 estan alojados en la carcasa externa 300. El separador retiene el electrolito. El separador 340 permite el aislamiento entre los electrodos positivo y negativo, y tambien permite que pasen iones a traves del mismo. El electrodo positivo 320 esta compuesto por un sustrato de mquel espumado relleno de dioxido de manganeso. El electrodo negativo 330 esta compuesto por un sustrato de mquel espumado relleno de una aleacion de almacenamiento de hidrogeno. Por tanto, el gas hidrogeno es capaz de pasar a traves del electrodo negativo. El electrodo positivo 320 esta formado en una forma sustancialmente de disco y tiene un diametro externo que es ligeramente mas grande que el diametro interno de la tubena redondeada 301. El electrodo positivo 320 esta cortado parcialmente en posiciones espaciadas entre sf 180 grados en la periferia externa del mismo. La periferia externa del electrodo positivo 320 esta en contacto con una superficie interna de la tubena redondeada 301, excepto las partes cortadas (vease la figura 10A). Una hendidura 321 esta formada entre la parte cortada del electrodo positivo 320 y la tubena redondeada 301. Una junta de estanqueidad de PP 351 que esta compuesta por polipropileno y tiene el mismo grosor que el electrodo positivo 320 esta interpuesta entre el electrodo positivo 320 y el colector de corriente
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
310 en el electrodo positivo 320. Esta junta de estanqueidad de PP 351 permite el aislamiento entre el electrodo positivo 320 y el colector de corriente 310.
La figura 10A ilustra una seccion de la pila C30 tomada a lo largo de la lmea B-B, y la figura 10B ilustra una seccion de la pila C30 tomada a lo largo de la lmea C-C.
El electrodo negativo 330 tiene forma de disco. El electrodo negativo 330 tiene una seccion en forma de U y esta abierto en una direccion circunferencial interna. El colector de corriente 310 pasa a traves de un orificio formado en el centro del electrodo negativo 330. Este orificio pasante tiene un diametro que es ligeramente menor que el diametro externo del colector de corriente 310. Por tanto, la parte de diametro interno del electrodo negativo 330 y la parte de diametro externo del colector de corriente 310 estan en contacto entre sf. El espacio rodeado con el electrodo negativo 330 y el colector de corriente 310 forma una camara de almacenamiento de hidrogeno 380. El separador 340 esta interpuesto entre el electrodo positivo 320 y el electrodo negativo 330. En el electrodo negativo 330, una superficie periferica externa en una direccion de radio esta cubierta con una junta de estanqueidad de PP 352. El diametro externo de la junta de estanqueidad de PP 351 es menor que el diametro interno de la tubena redondeada 301. Por tanto, un espacio (holgura) 331 se forma entre la junta de estanqueidad de PP 351 y la tubena redondeada 301 (vease la figura 10B). Ademas, en el electrodo negativo 330, la parte que no esta de frente al separador 340 y la camara de almacenamiento de hidrogeno 380 estan cubiertas con una junta de estanqueidad de PP 353.
El elemento de tapa 302 tiene un orificio de suministro de gas hidrogeno 373. El electrodo positivo 320 tiene una abertura 351a, y la junta de estanqueidad de PP 353 tiene una abertura 353a. Cada una de las aberturas 351a y 353a forma un paso de gas hidrogeno 370 que se comunica con la camara de almacenamiento de hidrogeno 380. Tal como se ilustra en la figura 11, una fuente de almacenamiento de gas hidrogeno a alta presion 371 esta conectada al orificio de suministro de gas hidrogeno 373 por medio de un paso de almacenamiento 372. Puede suministrarse gas hidrogeno de alta presion a cada camara de almacenamiento de hidrogeno 380 a traves del paso de gas hidrogeno 370.
Una entrada de electrolito 365 y una salida de electrolito 366 correspondientes a una entrada y una salida para el electrolito con oxfgeno disuelto estan proporcionadas en el elemento de tapa 302 en posiciones espaciadas entre sf 180 grados. La entrada de electrolito 365 y la salida de electrolito 366 se comunican con las hendiduras 321, respectivamente. Ademas, la hendidura 321 se comunica con la holgura 331 formada entre la junta de estanqueidad de PP 351 y la tubena redondeada 301. Por tanto, el electrolito que entra a traves de la entrada de electrolito 365 circula a traves de la pila C30 a lo largo de la superficie interna de la tubena redondeada 301, y luego se libera desde la salida de electrolito 366. Tal como se ilustra en la figura 11, una fuente de suministro de electrolito con oxfgeno disuelto de alta concentracion 361 esta conectada a la entrada de electrolito 365 por medio de un paso de suministro 362. Por otro lado, una camara de ajuste de electrolito 363 esta conectada a la salida de electrolito 366 por medio de un paso de liberacion 364. El electrolito que contiene una baja concentracion de oxfgeno se trata en la camara de ajuste de electrolito 363.
La figura 12 es un diagrama de sistema que ilustra un procedimiento de tratamiento de electrolito relacionado con la pila C30 segun una quinta realizacion. El electrolito de la salida de electrolito 366 de la pila C30 se alimenta a un enfriador 326 a traves de un conducto 364a. El electrolito calentado por el uso de la pila se enfna mediante el enfriador 326 para alcanzar una temperatura determinada. Despues, el electrolito se presiona mediante una bomba 327, y se lleva a la camara de ajuste de electrolito 363 por medio de un conducto 364b. En este caso, se retira agua parcial y selectivamente del electrolito. Ademas, el electrolito recibe el suministro de oxfgeno desde la fuente de suministro de electrolito 361. Por tanto, la concentracion de oxfgeno del electrolito se ajusta. Despues, el electrolito se devuelve a la pila C30 a traves de un conducto 364c.
A continuacion se ofrecera una descripcion de las funciones de la pila C30. Tal como se describio anteriormente, gas hidrogeno suministrado desde el orificio de suministro de gas hidrogeno 373 se conduce a la camara de almacenamiento de hidrogeno 380, de modo que se carga el electrodo negativo 330. Por otro lado, el electrolito con oxfgeno disuelto de alta concentracion de la entrada de electrolito 365 se alimenta desde la hendidura 321 hasta el electrodo positivo 320, de modo que se carga el electrodo positivo 320. Cuando el electrodo positivo 320 esta cargado, se genera H2O. Este H2O se mezcla en el electrolito y despues se libera desde la salida de electrolito 366 hasta el exterior de la pila C30.
Al igual que en la carga y descarga en la pila C1 segun la primera realizacion, en el momento de la descarga, la pila C30 segun esta realizacion se descarga mediante la funcion como batena secundaria, y se carga qmmicamente con gas hidrogeno y oxfgeno. Es decir, la pila C30 se descarga como batena secundaria y, al mismo tiempo, se carga con gas. En este caso, el dioxido de manganeso sirve como catalizador para una reaccion en el electrodo positivo. Por otro lado, la aleacion de almacenamiento de hidrogeno sirve como catalizador para una reaccion en el electrodo negativo. Ademas, la pila C30 puede cargarse con corriente electrica. Puede almacenarse gas hidrogeno generado por sobrecarga en la fuente de almacenamiento de gas hidrogeno 371 a traves del paso de gas hidrogeno 370 y el paso de almacenamiento 372. Ademas, puede almacenarse gas oxfgeno en el estado en el que el gas oxfgeno se disuelve en el electrolito. Dicho de otro modo, la pila C30 segun esta realizacion es capaz de almacenar energfa
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
electrica convirtiendo la energfa electrica en ene^a qmmica. Por tanto, a diferencia de una batena secundaria convencional, la pila C30 no tiene limitacion en la capacidad de acumulacion de energfa debido a la cantidad del material activo.
En la pila C30, se suministra gas hidrogeno al electrodo negativo. Por tanto, el electrodo negativo no se oxida ni siquiera mediante descarga. Por consiguiente, la vida util del electrodo negativo no se degrada a causa de la expansion y contraccion de volumen. El electrodo positivo se carga mediante la oxidacion usando oxfgeno en el electrolito con oxfgeno disuelto. Por tanto, el electrodo positivo no se degrada por la descarga.
<Eficiencia energetica de la pila de combustible reversible>
En el caso en el que se genera energfa electrica usando una reaccion qmmica, se establece una relacion de AH = AG + TAS, en la que AH representa energfa que va a obtenerse a partir de productos qmmicos usados, AG representa la cantidad de electricidad generada y TAS representa el calor generado.
En el caso en el que se convierte hidrogeno en energfa electrica en una pila de combustible, el calor (TAS) ocupa el 17% de la energfa qmmica AH obtenida a partir de hidrogeno. Con el fin de disminuir la cantidad de calor generado, se genera electricidad suministrando hidrogeno a alta presion a la pila de combustible. Por tanto, es posible restringir la generacion de calor y potenciar la eficiencia de generacion energetica. En el caso en el que se produce hidrogeno a partir de energfa electrica en la pila de combustible, se usa el calor (TAS) correspondiente al 17% de la energfa AH obtenida a partir de hidrogeno. En el presente documento, cuando se genera hidrogeno y oxfgeno a presion atmosferica, el trabajo se realiza contra una atmosfera, que conduce a una perdida. Por este motivo, se realiza electrolisis en un espacio sellado. Por tanto, el calor usado TAS puede hacerse mas pequeno que el 17% de la energfa AH. La figura 17 ilustra resultados de calculo termodinamico. Esta figura indica que como la presion aumenta, el calor TAS disminuye.
En esta pila de combustible, oxfgeno e hidrogeno obtenidos aplicando electrolisis al electrolito se almacenan y se utilizan a alta presion sin volver a la presion atmosferica. Por tanto, es posible obtener una alta eficiencia de generacion energetica ^.
Ademas, el potencial V es proporcional a la energfa libre AG. Es decir, se establece una relacion de V = AG/FM (en este caso, F: coeficiente de Faraday; M: peso molecular). Mas espedficamente, como el potencial V aumenta, la energfa libre AG aumenta y la eficiencia de generacion energetica ^ tambien se potencia. Tal como se ilustra en la figura 16, esta pila de combustible se conserva en el casi siempre alto potencial y mantiene la alta eficiencia de generacion energetica ^.
Una tension de terminal para una pila de combustible en el momento del circuito abierto se encuentra dentro de un intervalo desde 0,8 hasta 1,48 V. Cuando continua la descarga del electrodo positivo, el oxihidroxido de manganeso ocupa casi toda la composicion, y la presion del electrolito es de 0,1 MPa, entonces, la tension de terminal pasa a ser de 0,8 V. Cuando continua la carga del electrodo positivo, el dioxido de manganeso ocupa casi toda la composicion, y la presion del electrolito supera los 10 MPa y ademas, la tension de terminal pasa a ser de 1,48 V.
Aplicabilidad industrial
Esta pila de combustible puede usarse adecuadamente como un aparato de almacenamiento de energfa industrial y un aparato de almacenamiento de energfa de consumo.
Lista de signos de referencia
1 Cubierta de electrodo negativo
2 Cubierta de electrodo positivo
3 Electrolito
4 Electrodo negativo
5 Separador
6 Electrodo positivo
7 Camara de almacenamiento de oxfgeno
8 Camara de almacenamiento de hidrogeno
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
9 Elemento de pared
10 Carcasa externa
11 Terminal de electrodo negativo
13 Electrolito
14 Electrodo negativo
15 Separador
16 Electrodo positivo
17 Elemento de aislamiento
18 Camara de almacenamiento de hidrogeno
19 Camara de almacenamiento de oxfgeno
25 Placa de colector de corriente
26 Paso de refrigerante
27 Ventilador de aire
28 Orificio de circulacion de hidrogeno
29 Conducto
30 Enfriador
31 Fuente de hidrogeno
32 Orificio de circulacion de oxfgeno
33 Conducto
34 Enfriador
35 Bomba
36 Fuente de almacenamiento de electrolito
37 Agitador
38 Fuente de oxfgeno
100 Envoltura externa
101 Parte de cuerpo
102 Parte abombada
103 Junta de estanqueidad 110 Electrodo positivo
120 Electrodo negativo
121 Fuente de almacenamiento de gas hidrogeno 130 Separador
134 Colector de corriente
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
135 Division
136a, 136b Camara de almacenamiento de oxfgeno
137 Electrolito
138 Camara de almacenamiento de hidrogeno 211,212 Brida
220, 221, 222 Conducto
230 Aparato de ajuste de concentracion de sal
233 Membrana de osmosis inversa
250 Aparato de ajuste de concentracion de oxfgeno
251 Fuente de almacenamiento de oxfgeno 260 Enfriador
270 Bomba
300 Carcasa externa
301 Tubena redondeada
302 Elemento de tapa
310 Colector de corriente
311 Tuerca
320 Electrodo positivo
321 Hendidura
330 Electrodo negativo
331 Holgura 340 Separador
351, 352, 353 Junta de estanqueidad de PP
365 Entrada de electrolito
361 Fuente de suministro de electrolito
363 Camara de ajuste de electrolito
364 Paso de liberacion
366 Salida de electrolito
371 Fuente de almacenamiento de gas hidrogeno
372 Paso de almacenamiento de gas hidrogeno
373 Orificio de suministro de gas hidrogeno 380 Camara de almacenamiento de hidrogeno

Claims (10)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Pila de combustible reversible que comprende:
    5 un electrodo positivo (6) que contiene dioxido de manganeso;
    un electrodo negativo (4) que contiene un material de almacenamiento de hidrogeno; un separador (5) dispuesto entre el electrodo positivo y el electrodo negativo; y
    10
    un electrolito (3),
    comprendiendo ademas la pila de combustible reversible:
    15 una camara de almacenamiento de hidrogeno (8) para almacenar hidrogeno generado a partir del electrodo
    negativo mediante electrolisis del electrolito; y
    una camara de almacenamiento de oxfgeno (7) para almacenar oxfgeno generado a partir del electrodo positivo mediante la electrolisis del electrolito en la que
    20
    el oxfgeno es el oxfgeno disuelto en el electrolito, caracterizada porque
    25 la razon del electrolito llenado en la camara de almacenamiento de oxfgeno es del 95 al 100% con respecto
    al volumen de la camara de almacenamiento de oxfgeno, definiendose dicho volumen como el 100%, y
    la presion del electrolito es de 0,2 MPa a 278 MPa.
    30 2. Pila de combustible reversible segun la reivindicacion 1, en la que
    la cantidad de oxfgeno que se disuelve en el electrolito es de 0,02 a 24 g/L.
  2. 3. Pila de combustible reversible segun la reivindicacion 1, en la que 35
    cada uno del electrodo positivo y el electrodo negativo es un electrodo de generacion de energfa y es tambien un electrodo para la electrolisis del electrolito usando corriente electrica alimentada desde el exterior.
    40 4. Pila de combustible reversible segun la reivindicacion 1, que comprende ademas:
    una envoltura externa (100) que incluye una parte de cuerpo tubular y partes abombadas proporcionadas en aberturas formadas en dos extremos de la parte de cuerpo para abombar hacia fuera las aberturas y cubrir las aberturas;
    45
    las camaras de almacenamiento de oxfgeno formadas en espacios interiores de las partes abombadas en la envoltura externa; y
    un colector de corriente tubular alojado en la envoltura externa en una direccion axial y que tiene dos 50 extremos abiertos en las camaras de almacenamiento de oxfgeno, en la que
    el electrodo positivo esta dispuesto en la periferia externa del colector de corriente,
    el separador cubre el electrodo positivo,
    55
    la camara de almacenamiento de hidrogeno esta formada entre el separador y la envoltura externa,
    el electrodo negativo se llena en la camara de almacenamiento de hidrogeno, y
    60 el electrolito se almacena en las camaras de almacenamiento de oxfgeno y puede hacerse fluir entre las
    camaras de almacenamiento de oxfgeno a traves del colector de corriente.
  3. 5. Pila de combustible reversible segun la reivindicacion 1, que comprende ademas:
    65 una carcasa externa que incluye una parte de cuerpo tubular; y
    10
    15
    20
    25 6.
    30
    35
  4. 7.
    40
    45
  5. 8.
    50
    55 9.
    un colector de corriente en forma de varilla que pasa a traves del electrodo positivo, el electrodo negativo y el separador, en la que
    el electrodo positivo, el electrodo negativo y el separador estan apilados en una direccion axial de la parte de cuerpo y estan alojados en la carcasa externa,
    el electrodo positivo tiene una hendidura que se forma cortando una parte de la periferia externa del mismo, y la periferia externa del electrodo positivo esta en contacto con una superficie interna de la parte de cuerpo excepto la hendidura,
    el electrodo positivo no esta en contacto con el colector de corriente,
    el electrodo negativo tiene una seccion en forma de U abierta en una direccion circunferencial interna y esta en contacto con el colector de corriente,
    el espacio rodeado con el electrodo negativo y el colector de corriente forma la camara de almacenamiento de hidrogeno,
    la dimension externa del electrodo negativo es mas pequena que la dimension interna de la parte de cuerpo, y un deposito de electrolito se proporciona entre el electrodo negativo y la parte de cuerpo para comunicarse con la hendidura, y
    la camara de almacenamiento de oxfgeno incluye la hendidura y el deposito de electrolito.
    Sistema de pila de combustible reversible, que comprende: una pila de combustible reversible segun la reivindicacion 4 o 5; y
    una fuente de almacenamiento de oxfgeno y una fuente de almacenamiento de hidrogeno conectada cada una a la pila de combustible, en el que
    la fuente de almacenamiento de oxfgeno puede suministrar oxfgeno que se disuelve en el electrolito a la pila de combustible reversible, y puede almacenar oxfgeno generado a partir de la pila de combustible reversible en un estado en el que el oxfgeno se disuelve en el electrolito, y
    la fuente de almacenamiento de gas hidrogeno puede suministrar gas hidrogeno a la pila de combustible reversible y puede almacenar gas hidrogeno generado a partir de la pila de combustible reversible.
    Sistema de pila de combustible reversible, que comprende:
    una pila de combustible reversible segun la reivindicacion 4 o 5;
    un aparato de ajuste de concentracion de sal conectado a la pila de combustible reversible para retirar agua contenida en el electrolito; y
    un aparato de ajuste de concentracion de oxfgeno conectado a la pila de combustible reversible para suministrar oxfgeno al electrolito, ajustando de ese modo una concentracion de oxfgeno disuelto.
    Pila de combustible reversible segun la reivindicacion 1, en la que
    el dioxido de manganeso sirve como catalizador para una reaccion de carga en el electrodo positivo, y el material de almacenamiento de hidrogeno sirve como catalizador para una reaccion de carga en el electrodo negativo.
    Pila de combustible reversible segun la reivindicacion 1, en la que
    el electrodo positivo contiene, ademas de dioxido de manganeso, oxido de manganeso superior.
  6. 10. Pila de combustible reversible segun la reivindicacion 1, en la que
    60
    el contenido de tetraoxido de trimanganeso (Mn3O4) en el electrodo positivo no supera el 5% en peso con relacion al peso del electrodo positivo.
  7. 11. Pila de combustible reversible segun la reivindicacion 1, en la que 65
    el dioxido de manganeso contenido en el electrodo positivo se somete a recubrimiento de carbono.
  8. 12. Pila de combustible reversible segun la reivindicacion 1, en la que
    el material de almacenamiento de hidrogeno contiene una aleacion de almacenamiento de hidrogeno o al menos una clase de metal seleccionado del grupo que consiste en Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co y Ni.
    5
  9. 13. Pila de combustible reversible segun la reivindicacion 1, en la que
    en el electrodo negativo, la superficie que esta en contacto con el separador contiene un material hidrofilo, y la superficie que esta en contacto con la camara de almacenamiento de hidrogeno contiene un material 10 hidrofobo.
  10. 14. Pila de combustible reversible segun la reivindicacion 1, en la que
    la camara de almacenamiento de oxfgeno tiene una superficie interna recubierta con rnquel o cromo. 15
ES12873422.5T 2012-03-30 2012-12-18 Pila de combustible reversible y sistema de pila de combustible reversible Active ES2683360T3 (es)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012083294 2012-03-30
JP2012083294 2012-03-30
PCT/JP2012/082849 WO2013145468A1 (ja) 2012-03-30 2012-12-18 リバーシブル燃料電池およびリバーシブル燃料電池システム

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2683360T3 true ES2683360T3 (es) 2018-09-26

Family

ID=49258801

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES12873422.5T Active ES2683360T3 (es) 2012-03-30 2012-12-18 Pila de combustible reversible y sistema de pila de combustible reversible

Country Status (13)

Country Link
US (1) US9590262B2 (es)
EP (2) EP2833469B1 (es)
JP (1) JP5344383B1 (es)
KR (1) KR101695857B1 (es)
CN (1) CN104115327B (es)
BR (1) BR112014024288B8 (es)
DK (1) DK2833469T3 (es)
ES (1) ES2683360T3 (es)
HU (1) HUE038829T2 (es)
PL (1) PL2833469T3 (es)
PT (1) PT2833469T (es)
RU (1) RU2584153C1 (es)
WO (1) WO2013145468A1 (es)

Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10418647B2 (en) 2015-04-15 2019-09-17 Lockheed Martin Energy, Llc Mitigation of parasitic reactions within flow batteries
JP6060335B2 (ja) * 2015-04-24 2017-01-18 エクセルギー・パワー・システムズ株式会社 第３電極を備えたリバーシブル燃料電池
DE102015212176A1 (de) * 2015-05-29 2016-12-01 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Bestimmung eines Potentials einer Anode und/oder eines Potentials einer Kathode in einer Batteriezelle
JP6083083B2 (ja) * 2015-06-12 2017-02-22 エクセルギー・パワー・システムズ株式会社 混合電極を用いたリバーシブル燃料電池
CN107925047A (zh) 2015-08-19 2018-04-17 洛克希德马丁尖端能量存储有限公司 液流电池内的固体减少
EP3182480A1 (de) 2015-12-14 2017-06-21 Basf Se Vorrichtung zur speicherung elektrischer energie sowie verfahren zu deren montage und inbetriebnahme und zu deren betrieb
JP6286632B2 (ja) * 2016-02-26 2018-03-14 エクセルギー・パワー・システムズ株式会社 バイポーラ電池
US10381674B2 (en) 2016-04-07 2019-08-13 Lockheed Martin Energy, Llc High-throughput manufacturing processes for making electrochemical unit cells and electrochemical unit cells produced using the same
US10147957B2 (en) 2016-04-07 2018-12-04 Lockheed Martin Energy, Llc Electrochemical cells having designed flow fields and methods for producing the same
ITUA20162598A1 (it) 2016-04-14 2017-10-14 Ne M E Sys Srl Dispositivo elettrochimico ricaricabile per la produzione di energia elettrica
US10109879B2 (en) 2016-05-27 2018-10-23 Lockheed Martin Energy, Llc Flow batteries having an electrode with a density gradient and methods for production and use thereof
JP6692218B2 (ja) * 2016-06-10 2020-05-13 三菱電機株式会社 電力貯蔵デバイス
US10403911B2 (en) 2016-10-07 2019-09-03 Lockheed Martin Energy, Llc Flow batteries having an interfacially bonded bipolar plate-electrode assembly and methods for production and use thereof
US10573899B2 (en) 2016-10-18 2020-02-25 Lockheed Martin Energy, Llc Flow batteries having an electrode with differing hydrophilicity on opposing faces and methods for production and use thereof
US10581104B2 (en) 2017-03-24 2020-03-03 Lockheed Martin Energy, Llc Flow batteries having a pressure-balanced electrochemical cell stack and associated methods
GB2566604B (en) * 2017-08-04 2022-11-02 Xergy Incorporated Regenerative fuel cell
US20210020880A1 (en) * 2018-03-28 2021-01-21 Honda Motor Co., Ltd. Solid-state battery module
JP7161376B2 (ja) 2018-11-05 2022-10-26 Fdk株式会社 空気二次電池用の空気極及び空気二次電池
JP7325748B2 (ja) * 2019-03-26 2023-08-15 国立大学法人東海国立大学機構 二次電池システム及び二次電池システムの使用方法
CN112786899A (zh) * 2021-01-12 2021-05-11 江苏信息职业技术学院 一种用储氢合金作负极的燃料电池
DE102022209985A1 (de) 2022-09-22 2024-03-28 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Reversibles Brennstoffzellensystem zur Anordnung in einem Kraftfahrzeug

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3507704A (en) * 1967-05-17 1970-04-21 Webb James E Electrolytically regenerative hydrogen-oxygen fuel cell
BE797314A (fr) * 1972-03-28 1973-07-16 Licentia Gmbh Systeme de piles a combustible
US4596749A (en) * 1984-08-06 1986-06-24 United Technologies Corporation Method and apparatus for adding electrolyte to a fuel cell stack
US6030718A (en) * 1997-11-20 2000-02-29 Avista Corporation Proton exchange membrane fuel cell power system
JP2000048854A (ja) * 1998-07-31 2000-02-18 Toshiba Battery Co Ltd 円筒型二次電池
JP2002348694A (ja) 2001-05-23 2002-12-04 Yukio Wakahata エネルギー供給システム
US6916577B2 (en) * 2002-07-31 2005-07-12 The Gillette Company Alkaline cell with polymer electrolyte
RU2286622C2 (ru) * 2003-04-22 2006-10-27 Джапан Аэроспейс Эксплорэйшн Эйдженси Топливный элемент с твердым полимерным электролитом
JP2005065398A (ja) 2003-08-11 2005-03-10 Takasago Thermal Eng Co Ltd 燃料電池を搭載した鉄道車両とその運行方法及び鉄道システム
JP5120582B2 (ja) * 2004-11-26 2013-01-16 日産自動車株式会社 断熱容器
US7409830B2 (en) * 2005-08-10 2008-08-12 Mitsubishi Electric Research Laboratories, Inc. Fuel-cell actuated mechanical device
EP1760817B1 (en) * 2005-08-31 2013-08-21 Technical University of Denmark Reversible solid oxide fuell cell stack and method for preparing same
RU2322733C2 (ru) * 2006-05-18 2008-04-20 Общество с ограниченной ответственностью "Национальная инновационная компания "Новые энергетические проекты" (ООО "Национальная инновационная компания "НЭП") Электрохимический генератор на основе водородно-кислородных (воздушных) топливных элементов
JP5325480B2 (ja) 2008-07-01 2013-10-23 川崎重工業株式会社 二次電池および電池モジュール並びにこれらの充電方法
JP5308729B2 (ja) 2008-07-02 2013-10-09 川崎重工業株式会社 燃料電池蓄電池およびこれを用いた電池モジュール
CN201608237U (zh) * 2009-10-31 2010-10-13 郑州宇通客车股份有限公司 一种蓄电池和一种蓄电池组
EP2782181B1 (en) * 2011-12-19 2019-01-02 Exergy Power Systems, Inc. Layer cell and assembled battery including layer cell

Also Published As

Publication number Publication date
US20140234734A1 (en) 2014-08-21
EP2833469B1 (en) 2018-06-06
EP3399585A1 (en) 2018-11-07
US9590262B2 (en) 2017-03-07
JPWO2013145468A1 (ja) 2015-12-10
PT2833469T (pt) 2018-07-17
RU2584153C1 (ru) 2016-05-20
PL2833469T3 (pl) 2018-10-31
BR112014024288B1 (pt) 2020-06-30
WO2013145468A1 (ja) 2013-10-03
EP2833469A1 (en) 2015-02-04
KR20140116541A (ko) 2014-10-02
BR112014024288B8 (pt) 2020-11-10
EP2833469A4 (en) 2015-11-11
KR101695857B1 (ko) 2017-01-13
CN104115327A (zh) 2014-10-22
DK2833469T3 (en) 2018-07-23
CN104115327B (zh) 2016-08-24
JP5344383B1 (ja) 2013-11-20
HUE038829T2 (hu) 2018-11-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2683360T3 (es) Pila de combustible reversible y sistema de pila de combustible reversible
ES2714304T3 (es) Pila estratificada y batería ensamblada que incluye una pila estratificada
US10403930B2 (en) Electrochemical nanofluid or particle suspension energy conversion and storage device
JP5050065B2 (ja) 金属空気二次電池
ES2599255T3 (es) Batería de alta tensión compuesta de células electroquímicas limitadas en el ánodo
Wang et al. A high-capacity dual-electrolyte aluminum/air electrochemical cell
US9478836B2 (en) Metal/air battery with electrochemical oxygen compression
US20070141440A1 (en) Cylindrical structure fuel cell
US20070141450A1 (en) Rechargeable fuel cell with double cathode
US9972854B2 (en) Metal/oxygen battery with an oxygen supply system
CN101361215A (zh) 电池
JP2010244731A (ja) 空気電池
ES2715455T3 (es) Batería secundaria de níquel-hidrógeno
JP5594744B2 (ja) リバーシブル燃料電池
US3317349A (en) Ambipolar battery including electrodes of identical nickelous composition
Bai et al. Study on flexible thin air electrodes and electrochemical performance of LR6 size as well as pouch Zn-air cells
ES2540171B1 (es) Celda electroquímica de aluminio-manganeso
US8026017B2 (en) High voltage methanol fuel cell assembly using proton exchange membranes and base/acid electrolytes
US20220149416A1 (en) Flow-through electrochemical cell
JP2015046307A (ja) 二次電池
JP2010186667A (ja) コイン形電池
KR100883936B1 (ko) 원통형 공기 아연 전지
JP2017091742A (ja) 電池パック
WO2009123673A4 (en) Capacity increasing current collector and fuel gauge for lithium-containing electrochemical cell
JP2013097880A (ja) アルカリ電池