JP7121358B2 - 電気化学セルおよび電池 - Google Patents
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Description
a.アノード、
b.電流コレクタ、および
c.その電流コレクタとアノードとの間の多孔質非導電性スペーサ、
を含む電気化学セルであって、電解質を含まない電気化学セルを含む。
a.カソード、
b.ある距離でそのカソードに隣接したアノード、
c.そのカソードと接触し、その距離内に配置された、酸化剤を含む第1の極性電解質溶液、
d.そのアノードと接触し、その距離内に配置された、適切な金属イオンを含む第2の極性電解質溶液、および
e.分離剤、
を含み、
第1と第2の電解質溶液は、互いに接触しており、非混和性であり、その第1と第2の電解質溶液の間に膜がない、電気化学セルを含む。
a.カソード、
b.ある距離でそのカソードに隣接したアノード、
c.そのカソードと接触し、その距離内に配置された、S2O8 2-を含む第1の極性電解質水溶液、
d.そのアノードと接触し、その距離内に配置された、Al3+を含む第2の極性電解質アルコール溶液、および
e.その第1と第2の電解質溶液の両方の中のホウケイ酸塩、
を含み、
第1と第2の電解質溶液は、互いに接触しており、非混和性であり、その第1と第2の電解質溶液の間に膜がない、電気化学セルを含む。
a.非金属カソード、
b.ある距離でそのカソードに隣接した非金属アノード、
c.そのカソードと接触し、その距離内に配置された、S2O8 2-を含む第1の極性電解質水溶液、および
d.そのアノードと接触し、その距離内に配置された、金属固体を含む第2の極性電解質アルコール溶液、
を含み、
第1と第2の電解質溶液は、互いに接触しており、非混和性であり、その第1と第2の電解質溶液の間に膜がない、電気化学セルを含む。
a.カソード、
b.ある距離でそのカソードに隣接したアノード、
c.そのカソードと接触し、その距離内に配置された、酸化剤を含む第1の電解質水溶液、
d.そのアノードと接触し、その距離内に配置された、金属と酸化剤を含む第2の極性電解質溶液、および
e.分離剤、
を含み、
第1と第2の電解質溶液は、互いに接触しており、非混和性であり、その第1と第2の溶液の間に膜がない、電気化学セルを含む。
Alアノード:200mm×25mmの一片のアルミニウムスクリーンを切断し、このスクリーンを縦方向で半分に三回折り畳み、25mm×25mmの正方形の8層厚とする。
多孔質非導電性スペーサの切断:ビニル被覆ポリエステルスクリーンの35mm×35mm片を切断する。このスクリーンは、1つのユニットのアルミニウムアノードが、別のユニットの炭素発泡体電流コレクタに触れず、電池の短絡を防ぐことを確実にするためのスペーサとして働く。
図5の概略図にしたがって構成された非フロー式電気化学セル/電池(図面のフロー部分以外)を調製した。この図は、電気化学セルおよび電池の両方を示し、電池は、1つ以上の電気化学セルを含有すると定義される。このセル/電池は、ガラスビーカー内に製造した。アルミニウム固体を、アノード62として使用し、回路18および負荷機器16を通じてカソード63に電気的に接続し、特定の実験に応じて、炭素布または銅に繋いだ。このアノードは、エタノールまたはメタノールを含有する(多数回試験した)を含有する電解質溶液22c内に置き、これに、硫酸ナトリウムおよび水酸化ナトリウムを添加した。カソードは、電解質溶液20cと接触するように置き、水酸化ナトリウム、塩化カルシウム、およびNa2S2O8を添加した。各溶液は極性であるが、その異なる電解質溶液は非混和性である。さらに、それらは異なる密度を有し、ペルオキシ二硫酸塩溶液がより緻密であり、それゆえ、底部にあり、それほど緻密ではない中性アルコール(エタノールまたはメタノール)溶液が上にある。アノード電極はアルミニウムである。「Pyrex」ウールが、カソードとアノードの間でビーカーに入れられている。「Pyrex」ウールは、中に流体が入り込む多孔質媒体を形成する。他のホウケイ酸塩などの他の多孔質媒体材料を使用してもよい。
図6の概略図にしたがって構成された非フロー式電気化学セル/電池(図面のフロー部分以外)を調製した。この図は、電気化学セルおよび電池の両方を示し、電池は、1つ以上の電気化学セルを含有すると定義される。このセル/電池は、ガラスビーカー内に製造した。炭素発泡体を、アノード電極62aとして使用し、回路18および負荷機器16を通じてカソード63aに電気的に接続した。このカソードも炭素発泡体であった。このアノードは、実験に応じてエタノールまたはメタノールを含有する(多数回運転を行った)を含有する電解質溶液22d内に置き、これに、亜鉛粉末、硫酸ナトリウムおよび水酸化ナトリウムを添加した。カソードは、電解質水溶液20cと接触するように置き、水酸化ナトリウム、塩化カルシウム、およびNa2S2O8を添加した。各溶液は極性であるが、その異なる電解質溶液は非混和性である。さらに、それらは異なる密度を有し、ペルオキシ二硫酸塩溶液がより緻密であり、それゆえ、底部にあり、それほど緻密ではない中性アルコール(エタノールまたはメタノール)溶液が上にある。「Pyrex」ウールが、カソードとアノードの間でビーカーに入れられていた。「Pyrex」ウールは、中に流体が入り込む多孔質媒体を形成する。他のホウケイ酸塩などの他の多孔質媒体材料を使用してもよい。
図7の概略図にしたがって構成された非フロー式電気化学セル/電池(図面のフロー部分以外)を調製した。この図は、電気化学セルおよび電池の両方を示し、電池は、1つ以上の電気化学セルを含有すると定義される。このセル/電池は、ガラスビーカー内に製造した。炭素発泡体を、アノード電極62aとして使用し、回路18および負荷機器16を通じてカソード63aに電気的に接続した。このカソードも炭素発泡体であった。このアノードは、実験に応じてエタノールまたはメタノールを含有する(多数回運転を行った)を含有する電解質溶液22e内に置き、これに、アルミニウム粉末、硫酸ナトリウムおよび水酸化ナトリウムを添加した。カソードは、電解質水溶液20cと接触するように置き、水酸化ナトリウム、塩化カルシウム、およびNa2S2O8を添加した。各溶液は極性であるが、その異なる電解質溶液は非混和性である。さらに、それらは異なる密度を有し、ペルオキシ二硫酸塩溶液がより緻密であり、それゆえ、底部にあり、それほど緻密ではない中性アルコール(エタノールまたはメタノール)溶液が上にある。「Pyrex」ウールが、カソードとアノードの間でビーカーに入れられている。「Pyrex」ウールは、中に流体が入り込む多孔質媒体を形成する。他のホウケイ酸塩などの他の多孔質媒体材料を使用してもよい。
図8は、フローモードの電気化学セルの概略図である。フロー電池には、電解質の連続的補充により瞬時に再充電できるという利点がある。多くの様式で、フロー電池は燃料電池のようであるが、フロー電池は、水素と酸素を使用せずに、液体電解質を利用する。レドックスフロー電池のアノード側に大抵ある金属は微細粉末の形態にあり、これは、分析物と予混されて、コロイド懸濁液を形成し、酸化が起こる多孔質炭素電流コレクタにポンプで通される。カソード側では、還元工程のために、カソード液中に強力な酸化剤が溶けている。例示の単一セルのアンペア数は、0.25A/cm2から0.1A/cm2に及び、電圧は1.5Vから3.25Vに及ぶ。第1の電解質溶液は、水にNaOH、Na2SO4およびNa2S2O8を添加することによって製造される。電解質溶液を補充し、流動目的にために除去できるように、流入ポートおよび流出ポートが設けられている。この第1の電解質溶液は、炭素発泡体電流コレクタを使用し、グラスウールで安定化されている。流入溶液は、水、NaOH、Na2SO4およびNa2S2O8を含有するのに対し、流出流は、水、NaOH、およびNa2SO4である。多くの場合、プラスチックから製造される、孔を有する材料を使用して、第1の電解質溶液を第2の電解質溶液から分離してよく、その材料はグラスウールを含有することがある。
非フローモードの電気化学セルを図9にしたがって調製した。しかしながら、このセルはフローモードで運転することができ、図9は、それがどのように行えるかを示している。
a.アノード、
b.電流コレクタ、および
c.前記電流コレクタと前記アノードとの間の多孔質非導電性スペーサ、
を含む電気化学セル。
1)条項1および5から11のいずれか1つの電気化学セルであって、電解質を含まない電気化学セルを提供する工程、および
2)前記セルを単一の電解質溶液と接触させる工程、
を有してなる方法。
1)条項1の電気化学セルであって、単一の電解質溶液をさらに含む電気化学セルを提供する工程、
2)前記電気化学セルが作動して、電気、水素、または電気と水素の両方を生成するように、該電気化学セルを負荷機器に電気的に接続する工程、および
3)作動中に前記セルに追加の電解質溶液、またはその1つ以上の成分を供給する工程、
を有してなる方法。
4)作動中に前記電気化学セルから、使用済みの電解質溶液、またはその1つ以上の成分を抜き取る工程、
をさらに含む、条項33の方法。
a)アノード、
b)電流コレクタ、および
c)前記電流コレクタと前記アノードとの間の多孔質非導電性スペーサ、
を含み、
前記電気化学セルが電解質を含まない、電気化学セル。
a.カソード、
b.ある距離で前記カソードに隣接したアノード、
c.前記カソードと接触し、前記距離内に配置された、酸化剤を含む第1の極性電解質溶液、
d.前記アノードと接触し、前記距離内に配置された、適切な金属イオンを含む第2の極性電解質溶液、および
e.分離剤、
を含み、
前記第1と第2の極性電解質溶液が、互いに接触しており、非混和性であり、該第1と第2の極性電解質溶液の間に膜がない、電気化学セル。
a.カソード、
b.ある距離で前記カソードに隣接したアノード、
c.前記カソードと接触し、前記距離内に配置された、S2O8 2-を含む第1の極性電解質水溶液、
d.前記アノードと接触し、前記距離内に配置された、Al3+を含む第2の極性電解質アルコール溶液、および
e.前記第1と第2の極性電解質溶液の両方の中のホウケイ酸塩、
を含み、
前記第1と第2の極性電解質溶液が、互いに接触しており、非混和性であり、該第1と第2の極性電解質溶液の間に膜がない、電気化学セル。
a.非金属カソード、
b.ある距離で前記カソードに隣接した非金属アノード、
c.前記カソードと接触し、前記距離内に配置された、S2O8 2-を含む第1の極性電解質水溶液、および
d.前記アノードと接触し、前記距離内に配置された、金属固体を含む第2の極性電解質アルコール溶液、
を含み、
前記第1と第2の極性電解質溶液が、互いに接触しており、非混和性であり、該第1と第2の極性電解質溶液の間に膜がない、電気化学セル。
a.カソード、
b.ある距離で前記カソードに隣接したアノード、
c.前記カソードと接触し、前記距離内に配置された、酸化剤を含む第1の電解質水溶液、
d.前記アノードと接触し、前記距離内に配置された、金属と酸化剤を含む第2の極性電解質溶液、および
e.分離剤、
を含み、
前記第1と第2の電解質溶液が、互いに接触しており、非混和性であり、該第1と第2の電解質溶液の間に膜がない、電気化学セル。
12、63、63a カソード
14、62、62a、100 アノード
16、150 負荷機器
18 回路
20 第1の電解質溶液
20c、22c、22d、22e 電解質溶液
20d 電気化学セル
21、23、25、27、31、33 導管
22 第2の電解質溶液
24 第3の電解質溶液
26 還元剤
30、32 タンク
50、52 ポンプ
110 多孔質非導電性スペーサ
120 電流コレクタ
130 銅線
140 銅
160 積層体
Claims (9)
- 電気化学セルにおいて、
a.アルミニウム、ガリウム、インジウムおよびタリウム、並びにこれらの内の少なくとも1つを含む合金から選択されるアノード、
b.電流コレクタ、および
c.前記電流コレクタと前記アノードとの間の多孔質非導電性スペーサ、
を含み、
前記アノードと前記電流コレクタの両方に接触する単一の電解質溶液と、をさらに含み、
該単一の電解質溶液が、水および1種類以上の塩を含み、
前記塩の少なくとも1つが、ペルオキシ二硫酸塩である、
電気化学セル。 - 前記多孔質非導電性スペーサが、有機高分子、サージカル・テープ、ガラス繊維膜、グラスウール、木、紙、布、カード紙、およびナイロンから選択される、請求項1記載の電気化学セル。
- 前記アノードと、第2の電気化学セルからの隣接する電流コレクタとの間に金属導体をさらに含み、請求項1記載の電気化学セルがフローセルとして作動するように作られている、請求項1記載の電気化学セル。
- 前記電解質溶液が2つの塩を含む、請求項1記載の電気化学セル。
- 前記電解質溶液が、ペルオキシ二硫酸塩および硫酸塩を含み、塩基をさらに含む、請求項4記載の電気化学セル。
- 前記ペルオキシ二硫酸塩がペルオキシ二硫酸ナトリウムであり、前記硫酸塩が硫酸ナトリウムであり、前記塩基が水酸化ナトリウムである、請求項5記載の電気化学セル。
- 前記電流コレクタが、鋼鉄、炭素の黒鉛同素体、金属含浸炭素、および炭素発泡体から選択される、請求項1記載の電気化学セル。
- 前記ペルオキシ二硫酸塩が、ペルオキシ二硫酸ナトリウムである、請求項1記載の電気化学セル。
- 前記電気化学セルは、フローセルとして構成される、請求項1記載の電気化学セル。
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