JP2015525946A - 高温及び高圧で使用するための燃料電池 - Google Patents
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Abstract
Description
Xa[ZbMcOd]
[式中、
Xは、水素、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アンモニウム、及びそれらの2種以上の組み合わせから選択され、
Zは、B、P、S、As、Si、Ge、Ni、Rh、Sn、Al、Cu、I、Br、F、Fe、Co、Cr、Zn、H2、Te、Mn、及びSe、並びにそれらの2種以上の組み合わせから選択され、
Mは、バナジウムと、場合によりMo、W、Nb、Ta、Mn、Fe、Co、Cr、Ni、Zn、Rh、Ru、Tl、Al、Ga、In、並びに第1、第2、及び第3遷移金属系列及びランタニド系列から選択される他の金属、並びにそれらの2種以上の組み合わせのうちの1つ又は複数とを含み、
aは[ZbMcOd]アニオンとの電荷バランスをとるのに必要なXの数であり、
bは0〜20であり、
cは1〜40であり、
dは1〜180である]
によって表すことができる。
HaPzVxMoyOb
[式中、
aは[PzMoyVxOb]アニオンとの電荷バランスをとるのに必要なHの数であり、
zは1〜3であり、
xは1〜12であり、
yは7〜20であり、
bは40〜89である]
によって表すことができる。
a)プロトン交換膜に隣接しているアノードでH+イオンが形成される;
b)酸化された状態のレドックス対を含む陰極液がプロトン交換膜と反対側で隣接しているカソードへ供給される;
c)陰極液はカソードと接触すると還元され、同時にH+イオンが膜を通過して電荷バランスをとる;
d)陰極液がカソードから再酸化ゾーンへ通過することができ、陰極液が再酸化される;
e)次いで陰極液が再酸化ゾーンから陰極液貯留槽へ通過することができる。
O2+4Spred+4H+−>2H2O+4Spox
Claims (42)
- イオン選択性ポリマー電解質膜によって隔てられたアノード及びカソードと;燃料を電池のアノード領域へ供給する手段と;酸化剤を電池のカソード領域へ供給する手段と;アノードとカソードの間に電気回路を設ける手段と;カソードと流体連通して流れる不揮発性陰極溶液であって、電池の作動中にカソードで少なくとも部分的に還元され、カソードでのそのような還元後に再生ゾーンにおける酸化剤との反応により少なくとも部分的に再生されるポリオキソメタラートレドックス対を含み、高温及び/又は高圧でのポリオキソメタラートのスペシエーションから生じる1種又は複数のバナジウム種をさらに含む、不揮発性陰極溶液とを含む、レドックス燃料電池。
- ポリオキソメタラートのスペシエーションがその場で行われる、請求項1に記載のレドックス燃料電池。
- 高温が80℃を上回る温度である、請求項1又は請求項2に記載のレドックス燃料電池。
- 高温が100℃を上回る温度である、請求項3に記載のレドックス燃料電池。
- 高温が120℃以下の温度である、請求項1から4のいずれか一項に記載のレドックス燃料電池。
- 高温が陰極溶液の沸点を下回る温度である、請求項1から5のいずれか一項に記載のレドックス燃料電池。
- 高温が再生ゾーン及び/又は電池のカソード/アノード領域における温度である、請求項1から6のいずれか一項に記載のレドックス燃料電池。
- 高温が再生ゾーンにおける温度である、請求項7に記載のレドックス燃料電池。
- 高圧が周囲圧力を上回る圧力である、請求項1から8のいずれか一項に記載のレドックス燃料電池。
- 高圧がおよそ2barGの圧力である、請求項9に記載のレドックス燃料電池。
- 高圧が再生ゾーン及び/又は電池のカソード/アノード領域における圧力である、請求項1から10のいずれか一項に記載のレドックス燃料電池。
- 高圧が再生ゾーンにおける圧力である、請求項11に記載のレドックス燃料電池。
- 高温及び高圧の両方が使用される、請求項1から12のいずれか一項に記載のレドックス燃料電池。
- ポリオキソメタラートが式
Xa[ZbMcOd]
[式中、
Xは、水素、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アンモニウム、遷移金属イオン、及びそれらの2種以上の組み合わせから選択され、
Zは、B、P、S、As、Si、Ge、Ni、Rh、Sn、Al、Cu、I、Br、F、Fe、Co、Cr、Zn、H2、Te、Mn、及びSe、並びにそれらの2種以上の組み合わせから選択され、
Mは、バナジウムと、場合により、Mo、W、Nb、Ta、Mn、Fe、Co、Cr、Ni、Zn、Rh、Ru、Tl、Al、Ga、In、並びに第1、第2、及び第3遷移金属系列及びランタニド系列から選択される他の金属、並びにそれらの2種以上の組み合わせのうちの1つ又は複数とを含み、
aは[ZbMcOd]アニオンとの電荷バランスをとるのに必要なXの数であり、
bは0〜20であり、
cは1〜40であり、
dは1〜180である]
によって表される、請求項1から13のいずれか一項に記載のレドックス燃料電池。 - bが0〜2.25である、請求項14に記載のレドックス燃料電池。
- cが5〜20である、請求項14又は請求項15に記載のレドックス燃料電池。
- dが30〜70である、請求項14から16のいずれか一項に記載のレドックス燃料電池。
- Mがバナジウム及びモリブデンを含む、請求項14から17のいずれか一項に記載のレドックス燃料電池。
- Zがリンである、請求項14から18のいずれか一項に記載のレドックス燃料電池。
- Xが水素とアルカリ金属及び/又はアルカリ土類金属イオンの組み合わせを含む、請求項14から19のいずれか一項に記載のレドックス燃料電池。
- ポリオキソメタラートが式
HaPzMoyVxOb
[式中、
aは[PzMoyVxOb]アニオンとの電荷バランスをとるのに必要なHの数であり、
zは1〜3であり、
yは8〜20であり、
xは1〜12であり、
bは40〜89である]
によって表される、請求項1から20のいずれか一項に記載のレドックス燃料電池。 - ポリオキソメタラートがH7PMo8V4O40を含む、請求項1から21のいずれか一項に記載のレドックス燃料電池。
- ポリオキソメタラートがH12P3Mo18V7O85を含む、請求項1から21のいずれか一項に記載のレドックス燃料電池。
- ポリオキソメタラートがH10P2V4Mo8O44を含む、請求項1から21のいずれか一項に記載のレドックス燃料電池。
- ポリオキソメタラートがΗ10.75Ρ2.25Μo8V4O45を含む、請求項1から21のいずれか一項に記載のレドックス燃料電池。
- ポリオキソメタラート中に2〜6個のバナジウム中心を含有する、請求項1から25のいずれか一項に記載のレドックス燃料電池。
- 陰極溶液が少なくとも1種の補助的なレドックス種を含む、請求項1から26のいずれか一項に記載のレドックス燃料電池。
- 補助的なレドックス種が、連結された遷移金属錯体、さらなるポリオキソメタラート種、及びそれらの組み合わせから選択される、請求項27に記載のレドックス燃料電池。
- 遷移金属錯体中の遷移金属が、酸化状態II−Vのマンガン、酸化状態I−IVの鉄、酸化状態Ι−ΙIIの銅、酸化状態I−IIIのコバルト、酸化状態I−IIIのニッケル、酸化状態II−VIIのクロム、酸化状態II−IVのチタン、酸化状態IV−VIのタングステン、酸化状態II−Vのバナジウム、及び酸化状態II−VIのモリブデンから選択される、請求項28に記載のレドックス燃料電池。
- 陰極溶液がバナジウム種以外の補助的なレドックス種を実質的に含まない、請求項1から26のいずれか一項に記載のレドックス燃料電池。
- 請求項1から30のいずれか一項に記載のレドックス燃料電池において使用するための陰極溶液。
- 作動中に燃料電池の全体又は一部が高温及び/又は高圧で維持される、請求項1から30のいずれか一項に記載の燃料電池の使用。
- 高温が80℃を上回る温度である、請求項32に記載の使用。
- 高温が100℃を上回る温度である、請求項33に記載の使用。
- 高温が120℃以下の温度である、請求項32から34のいずれか一項に記載の使用。
- 高温が再生ゾーン及び/又は電池のカソード/アノード領域における温度である、請求項32から35のいずれか一項に記載の使用。
- 高温が再生ゾーンにおける温度である、請求項36に記載の使用。
- 高圧が周囲圧力を上回る圧力である、請求項32から37のいずれか一項に記載の使用。
- 高圧がおよそ2barGの圧力である、請求項38に記載の使用。
- 高圧が再生ゾーン及び/又は電池のカソード/アノード領域における圧力である、請求項32から39のいずれか一項に記載の使用。
- 高圧が再生ゾーンにおける圧力である、請求項40に記載の使用。
- 高温及び高圧の両方が使用される、請求項32から41のいずれか一項に記載の使用。
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