KR20040045416A - 프로톤 전도막을 구비하고 물과 연료에 대한 처리를개선한 연료 전지 - Google Patents

프로톤 전도막을 구비하고 물과 연료에 대한 처리를개선한 연료 전지 Download PDF

Info

Publication number
KR20040045416A
KR20040045416A KR10-2004-7000675A KR20047000675A KR20040045416A KR 20040045416 A KR20040045416 A KR 20040045416A KR 20047000675 A KR20047000675 A KR 20047000675A KR 20040045416 A KR20040045416 A KR 20040045416A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fuel cell
anode
fuel
water
layer
Prior art date
Application number
KR10-2004-7000675A
Other languages
English (en)
Other versions
KR100912157B1 (ko
Inventor
펠레드엠마누엘
두브데바니테어
블룸아논
리브셧츠블라디미르
아하론아디
Original Assignee
텔-아비브 유니버시티 퓨처 테크놀로지 디벨롭먼트 엘.피.
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 텔-아비브 유니버시티 퓨처 테크놀로지 디벨롭먼트 엘.피. filed Critical 텔-아비브 유니버시티 퓨처 테크놀로지 디벨롭먼트 엘.피.
Publication of KR20040045416A publication Critical patent/KR20040045416A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100912157B1 publication Critical patent/KR100912157B1/ko

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1009—Fuel cells with solid electrolytes with one of the reactants being liquid, solid or liquid-charged
    • H01M8/1011—Direct alcohol fuel cells [DAFC], e.g. direct methanol fuel cells [DMFC]
    • 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
    • H01M16/006—Structural combinations of different types of electrochemical generators of fuel cells with other electrochemical devices, e.g. capacitors, electrolysers of fuel cells with rechargeable batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/8605—Porous electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88—Processes of manufacture
    • H01M4/8878—Treatment steps after deposition of the catalytic active composition or after shaping of the electrode being free-standing body
    • H01M4/8882—Heat treatment, e.g. drying, baking
    • 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
    • H01M4/88—Processes of manufacture
    • H01M4/8878—Treatment steps after deposition of the catalytic active composition or after shaping of the electrode being free-standing body
    • H01M4/8896—Pressing, rolling, calendering
    • 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
    • H01M4/96—Carbon-based electrodes
    • 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
    • H01M8/02—Details
    • 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
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • 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
    • H01M8/04291—Arrangements for managing water in solid electrolyte fuel cell systems
    • 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
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04828—Humidity; Water content
    • H01M8/04843—Humidity; Water content of fuel cell exhausts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1004—Fuel cells with solid electrolytes characterised by membrane-electrode assemblies [MEA]
    • 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
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/8647—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells consisting of more than one material, e.g. consisting of composites
    • H01M4/8657—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells consisting of more than one material, e.g. consisting of composites layered
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/90—Selection of catalytic material
    • H01M4/92—Metals of platinum group
    • 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
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • 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
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0432—Temperature; Ambient temperature
    • H01M8/04335—Temperature; Ambient temperature of cathode reactants at the inlet or inside the fuel cell
    • 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
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0432—Temperature; Ambient temperature
    • H01M8/04365—Temperature; Ambient temperature of other components of a fuel cell or fuel cell stacks
    • 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
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04492—Humidity; Ambient humidity; Water content
    • H01M8/04507—Humidity; Ambient humidity; Water content of cathode reactants at the inlet or inside the fuel cell
    • 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
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04492—Humidity; Ambient humidity; Water content
    • H01M8/04522—Humidity; Ambient humidity; Water content of cathode exhausts
    • 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
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H01M8/04753—Pressure; Flow of fuel cell reactants
    • 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

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Conductive Materials (AREA)
  • Manufacture Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)
  • Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)

Abstract

본 발명은 연료 전지로부터 예컨대 물과 연료 용액과 같은 액체가 빠져나가는 것을 방지하도록 제조된 양극 및 연료 전지를 제공한다. 따라서, 본 발명의 제1 태양에 따르면, 본 발명은 프로톤 전도막을 갖는 연료 전지에 사용하기에 적합하고 촉매층 및 소수성 다공 지지층을 포함하는 복수개의 측을 포함하고 상기 복수개의 층 중 적어도 하나의 층이 가스의 통과를 허용하지만 액상수 및/또는 수성 연료 용액의 통과를 방지하는 액상수 누설 방지층인 양극을 제공한다.

Description

프로톤 전도막을 구비하고 물과 연료에 대한 처리를 개선한 연료 전지{FUEL CELL WITH PROTON CONDUCTING MEMBRANE AND WITH IMPROVED WATER AND FUEL MANAGEMENT}
연료 전지는 수소 또는 유기 연료가 산소와 반응해서 전기를 발생시키고 물을 생성하는 전기 화학적 장치이다. 연료 전지로 공급된 반응물은 순수할 필요가 없는데, 이는 산소가 대기로부터 취해지고 수소가 천연 또는 합성 연료로부터 추출되기 때문이다. 기본적인 연료 처리는 효율적이고 오염이 없다. 그러나, 단일한 연료 전지는 1 V보다 작은 출력을 산출하기 때문에, 유용한 출력을 제공하기 위해 전지의 그룹을 적층물로 또는 편평한 구조로 직렬로 연결해서 전원 팩을 형성할 필요가 있다.
에너지의 변환기로서, 연료 전지는 연료 전지에서 전극들이 불변적이고 촉매 반응적으로 활성이라는 점에서, 음극(anode) 및 양극(cathode) 전극이 전해질과 상호 작용하는 종래의 볼타 전지 또는 배터리와 다르다. 전류는 연료 전지에서 전해질과 접촉하는 전극 표면 상의 반응에 의해 발생된다. 이들 반응은 (ⅰ) 수화된프로톤이 전자를 방출시키는 갈바니 전지에서와 같이 부극으로 기능하는 음극(anode) 상의 수소 또는 유기 연료의 산화와, (ⅱ) 양극(cathode) 상에서 산소의 환원 및 전자가 소모됨에 따라 물의 생성을 포함한다.
첫번째 실용 연료 전지는 제미니 프로그램(Gemini program)과 관련해서 나사(NASA)를 위해 저너럴 일렉트릭(GE)에 의해 개발되었다. 이 전지에는 "이온 교환막"으로 지칭되는 고형의 중합성 막 형상의 전해질이 포함되었다. GE에서 개발한 막은 이온성 그룹이 단단히 부착되고 수소 이온은 중합체 체인에 느슨하게 유지되어 이온성 지지물에 충분한 이동성을 제공하는 레이스형 유기 구조물로 구성되었다.
중합성 막을 갖는 연료 전지는 미국 특허 제5,599,638호 및 제5,777,162호에 개시된다. 프로톤 교환 성질을 갖는 막 재료로서 공통적으로 사용되는 것은 듀퐁에서 제조한 나피온(상표명, NafionTM)이다. 메탄올이 연료로 사용될 때, 음극에서는 메탄올의 전자-산화가 발생하고 양극에서는 산소의 전자-환원이 발생해서 물을 산출한다. 음극에서 발생된 프로톤은 직접 막을 가로질러 양극으로 운반된다. 전류의 흐름은 전지를 통해 흐르는 이온과 외부 로드를 통과하는 전자에 의해 유지된다.
본 발명에 따른 연료 전지에 포함된 유형의 고형의 프로톤 전도막(PCM)은 동일 출원인 명의의 PCT 출원 국제 공개 공보 제99/44245호에 개시된다. 이 막에는 폴리비닐이덴디플루오라이드(PVDF), 폴리테트라플루오로에틸렌 및 폴리메틸메타아크릴레이트를 포함하는 그룹에서 선택된 중합성 결합제가 사용된다. 이 막을 마련하기 위한 무기 분말은 SiO2, ZrO2, TiO2, Al2O3및 B2O3를 포함한다.
동일 출원인 명의의 PCT 출원 국제 공개 공보 제01/54216호에 개시된 연료 전지도 종래 기술의 관심 사항이다. 이 전지는 연료가 공급되는 음극 챔버와 산소가 공급되는 양극 챔버를 포함한다. 이들 챔버 사이에는 그 직경이 30 ㎚보다 작은 미세한 기공을 갖는 프로톤-전도막 형상의 고형의 전해질이 개재된다.
수소 및 직접 산화 연료 전지(DOFC)에서, 액상수(liquid water)은 양극을 통해 누수되기 쉽다. 이 물은 연료를 포함할 수 있어서, 결국 물 뿐만 아니라 연료의 손실을 가져온다. 물에 대한 삼투적 견인(osmotic drag)은 프로톤당 약 세 개의 물 분자 또는 각 메탄올 분자에 대해 열 여덟 개의 물 분자이기 때문에, 나피온 등의 고형의 전해질막을 갖는 연료 전지의 양극을 통한 액상수 누설은 심각할 수 있다. (모든 물이 양극을 빠져나간다면) 전지 반응에서 소모되는 1 g의 메탄올당 최고 10 g의 물 손실이 일어난다. 그리고 프로톤에 의한 물의 삼투적 견인으로 인해 양극의 촉매층에서 유압이 증대될 수 있다. 이는 막의 모서리 또는 주연부를 통해서 그리고 양극-고형의 막-음극 조립체(기술 분야에서는 "막 전극 조립체" 또는 MEA로도 지칭됨) 및 전지의 원형 가스켓 사이의 간극을 통해서 뿐만 아니라, 양극의 가스 확산 층(GDL)의 구멍 또는 균열을 통해 액상수 또는 수성 연료 용액의 누출을 증가시키는 역할을 한다.
본 발명은 일반적으로 연료 전지, 보다 상세하게는 고형의 프로톤 전도막을 갖는 연료 전지에 관한 것이다.
도1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지를 개략적으로 도시한다.
도1b는 본 발명에 따른 연료 전지의 다른 실시예의 개략 단면도이다.
도2는 도1a에 도시된 유형의 연료 전지로부터의 물 증발을 촉진하는 배열체의 블록 다이어그램이다.
도3은 연료 전지를 위한 배수 시스템을 도시한다.
도4는 배수 적층물을 도시한다.
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 양극 구조의 단면도이다.
도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 증발 제어 수단을 구비한 연료 전지를 도시한다.
도7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 증발 제어 수단을 구비한 연료 전지를 도시한다.
도8은 네 개의 전극 액체 수준 검출기의 개략도이다.
도9는 본 발명의 일 실시예에 따른 그리고 현 기술 상태의 150 ㎃/㎠의 산소 유량에 대한 물 유량의 의존도를 도시한 그래프이다.
상술한 관점에서, 기술 분야에서는 물과 연료에 대한 처리를 개선한 신규하고 효율적인 연료 전지를 제공할 필요가 있다. 따라서, 본 발명은 음극층과 양극층 사이에 개재된 프로톤 전도막을 이용하고 전지에서의 누수를 방지하거나 사실상 저감한 시스템을 포함하는 개선된 연료 전지를 제공한다. 본 발명은 또한 전지에서의 누수를 방지하거나 사실상 저감한 시스템을 갖는 연료 전지에서 작업 과정에서 양극에서 증대된 유압을 해제하는 수단을 제공한다.
간단히 설명된 상술한 특징들은 예컨대 물 및 연료 용액과 같은 액체가 전지로부터 빠져 나오는 것을 방지하도록 제조된 본 발명에 따르는 연료 전지 및 양극에 의해 얻어진다. 본 발명의 연료 전지는 프로톤 전도막이 고형의 전해질로서 기능하고 음극층 및 액상수 누설 방지(liquid water leak-proof) 양극층 사이에 개재된 복수개의 중첩층을 포함한다. 수소 또는 유기 전지는 전지 내로 공급되어서 음극층과 반응하고 산소 함유 공기는 전지 내로 공급되어서 양극층과 반응한다.
본 발명에 따르면, 전지로부터 예컨대 물 및 수성 연료 용액과 같은 액체의 손실은 다음 수단에 의해 방지되거나 사실상 저감된다.
ⅰ) 막 전극 조립체(MEA)의 모서리와 이를 둘러싸는 가스켓 사이의 아교 또는 밀봉제 접합제와 같은 밀봉제 재료
ⅱ) 프로톤 전도막 모서리를 밀봉하는 밀봉제 재료, 및
ⅲ) PCM과 양극 전류 컬렉터 사이의 임의의 위치에 위치된 액상수 누설 방지층. 이러한 액상수 누설 방지층은 소수성이고 공기나 산소가 촉매층으로 운반되기에 충분히 크고 연료 전지 외측의 양극측에서의 액체 운반을 방지하기에 충분히 작은 기공들을 갖는다. 통상적으로, 이들 조건은 기공이 0.001 미크론, 양호하게는 0.01 미크론보다 크고, 5 미크론, 양호하게는 0.5 미크론보다 작아야 할 것을 요구한다.
따라서, 본 발명의 제1 태양에 따르면, 본 발명은 프로톤 전도막을 갖는 연료 전지에 사용하기에 적합한 양극으로서, 양극이 촉매층 및 소수성 다공 지지층을 포함하는 복수개의 층을 포함하며 상기 복수개의 층들 중 적어도 하나의 층은 가스를 통과시키고 액상수 및/또는 수성 연료 용액의 통과를 방지하는 액상수 누설 방지층인 양극을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 촉매층은 액상수 누설 방지층으로서 기능하는 층이다. 다른 실시예에 따르면, 누설 방지층은 소수성 다공 지지층에 수용되거나 PCM 및 양극의 촉매층 사이의 촉매층 상에 직접 적용된다.
본 발명은 음극, 고형의 전해질막 및 상술한 바와 같은 액상수 누설 방지층으로 제조된 조립체를 추가로 제공한다. 이하, 이러한 조립체를 "막 전극 조립체"(MEA)라 한다. 고형의 전해질막은 일반적으로 프로톤 전도막(PCM)이라고 하며, 이 용어는 나피온과 같은 프로톤 교환막과 국제 공개 공보 제01/54216호에 설명된 것들과 같은 프로톤 전도막 모두를 포괄하도록 사용된다.
본 발명에 따르면, MEA의 주연측 표면(즉, 모서리)을 통해 액상수와 연료 용액이 빠져나가는 것은 이를 통한 물 및/또는 수성 연료 용액의 통과를 방지할 수 있는 밀봉제 재료를 사용하여 MEA의 모서리를 밀봉함으로써 방지되거나 사실상 저감된다. 이러한 밀봉제 재료의 비제한적인 예는 아교와 밀봉 접합제이다.
양호하게는, 밀봉부는 프로톤 전도막의 모서리 상에서 뿐만 아니라, 프로톤 전도막과 양극 모서리 사이에 위치된다.
본 발명의 MEA 또는 양극을 포함하는 연료 전지 또는 연료 전지 배열체도 본 발명의 범위에 속한다. 본 발명의 양극을 이용할 수 있는 연료 전지의 특정예는 직접 산화 연료 전지(DOFC)이다. 양호한 연료는 연료 전지에서 연료로 사용될 때 80 %보다 많이 CO2로 전환되고 비휘발성측 제품을 무시 가능한 양만큼만 남기는 것들이다. 이러한 연료의 예는 수소와, 메탄올과, 디메틸 옥살레이트와, 에틸렌 글리콜 및 올리고머와, 에틸렌 글리콜의 중합체이다.
연료는 선택 사항으로서 연료 용액의 점성도를 증가시키는 약 0.1 % 내지 10 w/w %의 첨가제를 포함할 수 있다. 이들 첨가제는 양호하게는 전지의 작업을 방해하지 않지만 DOFC의 밀봉을 통해 그리고 MEA를 통해 연료 용액의 누출을 최소화하는 불활성 중합성 재료인데, 그 이유는 이들 재료가 겔이 형성될 때까지 용액 점성도를 증가시키기 때문이다. 이러한 첨가제의 예는 폴리아크릴산과 같은 폴리아크릴레이트 및 폴리아크릴산의 알칼리 금속염이다.
본 발명의 연료 전지는 사이에 중첩층의 적층물이 개재된 두 개의 지지판과, 양극을 둘러싸는 가스켓, 가스켓 및 적층물의 층들 중 적어도 하나의 층 사이의 어떠한 간극이라도 밀봉하는 밀봉제 재료를 포함한다.
본 발명에 따른 누설 방지 양극을 갖는 연료 전지는 물의 손실을 실질적으로 겪지 않기 때문에 물은 양극에서 수성 연료 용액 탱크로 복귀할 수도 있어서, 추가연료를 위한 공간이 남지 않는다. 이 상황은 국제 공개 공보 제01/54216호에 개시된 것과 같은 친수성 프로톤 전도막을 사용하는 전지에서 보다 자주 발생하지만 판매되는 나피온과 같은 소수성 프로톤 전도막을 사용하는 전지에서는 덜 발생한다. 따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명의 연료 전지에는 전지로부터의 물 증발을 제어하기 위한 수단이 설치된다. 이러한 수단은 전지로부터의 물 증발을 촉진할 수 있고 따라서 연료 용액 탱크로 복귀하는 물의 양을 저감한다. 본 발명의 연료 전지에는 전지의 작업 과정에서 양극 상에서 유압 증가를 방지하기 위한 수단이 추가로 설치될 수 있다. 이러한 수단은 소수성 프로톤 전도막이 사용되는 연료 전지에서 특히 유용한다. 통상적으로, 이러한 수단은 양극 상에 축적되는 물과 용액을 수집하기 위해 집수기를 포함하게 된다. 집수기는 물을 전지로부터 바깥으로 유동시키는 배관부에 연결될 수 있다. 그 후 물은 연료 용액 탱크의 액체 수준에 따라 필요할 때 주변 환경으로 향하거나 다시 연료 용액 탱크로 향할 수 있다. 집수기는, 예컨대 물이 축적되기로 예정된 양극면 상으로 압착된 친수성 채널 세트 또는 물이 축적되기로 예정된 곳에 위치된 면직 섬유와 같은 친수성 섬유 세트일 수 있다.
전지로부터의 물 증발은 양극의 외측 상으로 공기의 흐름을 강제함으로써 달성될 수 있다. 이는 예컨대 송풍기 또는 압축기에 의해 수행될 수 있다. 일 실시예에서, 공기는 산소와 반응시킬 뿐만 아니라 전지로부터의 증발을 촉진하기에 충분한 유량으로 전지의 산소 유동 채널을 통해 압축된다. 송풍기를 이용하는 경우, 송풍기는 양호하게는 연료 전지에 의해 발생된 전기에 의해 전력을 공급받을 수 있다.
연료 전지로부터의 물 증발은 증기가 증발할 수 있는 양극 표면 영역의 부분을 저감함으로서 필요할 때 저감될 수 있다. 증기가 증발할 수 있는 양극 표면 영역의 부분을 제어하기 위한 배열체가 가변적인 크기의 구멍을 구비한 장벽으로서 본 발명의 일 실시예에 따라 설치된다. 비제한적인 예에 따라 이러한 장벽은 고정 천공층 및 활주 천공층으로 구성되며, 증기가 증발할 수 있는 양극 영역의 부분은 고정 천공층에 대한 활주 천공층의 위치에 의해 결정된다. 각각의 천공층은 ㎠당 0.5 내지 10 개의 구멍을 가지며, 기공은 각각 폐쇄 및 개방 위치에서 양극 영역의 0.2 내지 70%, 보다 양호하게는 양극 영역의 2 내지 30 %를 덮는다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 적어도 하나의 연료 전지와 DC 대 DC 변환기와 재충전식 배터리를 포함하는 혼성 전력원이 마련된다. 연료 전지는 배터리를 충전하고 낮은 전력 수요를 공급하지만, 고전력 배터리는 가중한 로드를 공급한다. 이러한 혼성 전력원에서, DC 대 DC 변환기를 거쳐 배터리에 둘 또는 세 개 만큼의 연료 전지를 (직렬 조합으로) 결합하는 것이 가능하며 이렇게 얻어진 장치는 편평하고 박형이다. 예컨대, 휴대폰에 전력을 공급하기 위해 직렬 조합으로 연결된 두 개의 얇은 메탄올 연료 전지와, DC 대 DC 변환기와, 소형의 고전력 리튬 이온 전지로 제조된 혼성 전력원을 이용하는 것이 가능하다.
다른 태양에 따르면, 본 발명은 예컨대 휴대 장치와 같이 기구의 배향이 공간에서 고정되지 않은 동안, 기구에 필요한 양의 액체가 있는지 여부를 검출할 수 있는 검출기 장치를 제공한다. 이러한 기구(용기)는, 예컨대 그 작업을 가능하게하기 위해 다른 장치에 액체 매체를 공급하기 위한 것으로, 액체 매체를 수용하기 위한 폐쇄 구조이다. 연료 전지 적용을 고려할 때, 이러한 용기는 물, 연료, 연료 용액 및 산 중 적어도 하나의 저장소이며, 연료 전지에 이 매체를 공급하도록 사용된다. 이하, 이 매체 저장소를 "연료 탱크" 또는 "연료 용액 탱크"라고 지칭하지만, 이러한 용어를 사용한다고 해서 본 발명을 이러한 특정예의 매체와 기구로 제한하고자 함이 아니다.
검출기는 전극들이 전극의 수, 즉 전극 쌍의 수에 의해 한정된 많은 평면(수준)에서 탱크 내측의 액체의 존재를 검출할 수 있도록, 전극들이 용기의 내측 공간과 접촉하고 연료 용액 탱크의 내부면에서 이격되거나 내부면과 물리적으로 접촉하도록 용기에서 이격된 관계로 배열된 (양호하게는 적어도 네 개의 전극으로 구성된) 전극의 배열체를 포함한다. 예컨대, 네 개의 전극을 사용하면, 탱크에서 여섯 개의 상이한 평면(수준)을 한정하는 여섯 쌍의 전극들이 마련된다. 전극들은 양호하게는 탱크의 중심 영역보다 주연 영역에 가깝게 위치된다. 예컨대, 탱크는 상자와 같은 형상일 수 있으며, 각각의 전극(양호하게는, 적어도 네 개의 전극)은 탱크의 상이한 측면 상에 또는 이에 가깝게 위치된다. 따라서, 탱크의 각각의 방향에서, 탱크 내의 소정량의 액체는 적어도 두 개의 전극을 적어도 부분적으로 충분히 덮게 된다. 전극 쌍에 전압을 인가함으로서, 이들 전극 중 적어도 하나의 전극이 탱크 내의 액체 매체와 접촉하는지 여부를 검출해서 이 전극 쌍에 의해 한정된 평면(수준)에서 액체의 존재를 검출한다. 탱크 내의 액체 수준이 (일정한 문턱값에 의해 한정된) 상기 소정량 보다 작을 때, 장치는 액체의 결핍을 검출하게 될 것이다.
본 발명의 다른 태양에 따르면, 시스템 내의 휘발성 연료의 농도를 평형하게 만들기 위해, 시스템 내의 인접한 전지들이 공통 벽을 갖거나 그 연료 탱크들이 공통 벽을 갖는 비적층식 연료 전지 시스템이 마련된다.
다른 태양에 따르면, 본 발명은 안테나, 이어폰, 연료 전지, 연료 탱크 및 물 탱크를 포함하며, 연료 전지, 연료 탱크 및 물 탱크 중 적어도 하나는 상기 안테나와 상기 이어폰 사이에 위치되어서 안테나로부터 조사되는 방사선의 적어도 일부가 상기 연료 전지, 연료 탱크 및/또는 물 탱크에 의해 흡수되는 휴대폰을 제공한다.
본 발명을 보다 잘 이해하고 실무상 어떻게 수행될 수 있는지를 알기 위해, 이하 첨부 도면을 참조로 단지 비제한적인 예로서 언급된 몇몇 특정한 실시예에 대해 설명하기로 한다.
액상수 누설 방지 양극 구조
도1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지(8)를 개략적으로 도시한다. 연료 전지(8)는 본 발명에 따르는 액상수 누설 방지 양극 구조를 갖는다. 연료 전지는 케이스(10)에서 직경 방향으로 대향된 보어들 내에 수용된 한 쌍의 나사 볼트(11, 12)에 의해 플라스틱 케이스(10)의 정면 상에 체결된 복수개 층의 적층물에 의해 형성된다. 적층물에서 연료 전지의 양극측 전류 컬렉터 상에 있는 최상부 필터층(13)은 공기 및 습기 제어층으로 기능한다. 케이스(10)의 입구(14)를 거쳐 그 음극측 상에서 연료 전지 내로 유기 연료, 수성 연료 용액 또는 수소가 공급되며, 산소와 반응해서 전기를 발생시키며 유기 연료가 직접 산화될 경우 물과 CO2를 생성한다.
입구(14)는 연료 탱크(14a) 내로 진입하는 연료를 음극 전류 컬렉터로 기능하는 적층물의 최하부층(15)으로 안내하다. 층(15)은 음극층(16)의 아래에 놓이며 음극층 바로 위에 프로톤 전도막(17)(PCM)이 있다. 막(17) 위에는 양극층(18)과 양극 전류 컬렉터(18a)가 놓인다. 따라서, 프로톤 전도막(17)은 연료 전지의 음극과 양극 사이에 개재된다. 양극층(18)은 촉매, 액상수 누설 방지층 및 소수성 다공 카본 지지층을 포함한다. 양극 전류 컬렉터(18a) 위에는 공기 필터층(13) 아래에 놓인 다공성의 소수성 장벽막(19)이 있다. PCM(17)과 케이스(10) 사이의 어떠한 간극도 아교층(20)에 의해 밀봉된다. 또한, 양극(18)과 케이스(10) 사이의 모든 곳으로부터 누수를 방지하는 아교층(21)도 도시된다. 층(18, 18a) 사이의 간극은 도면에서 아교층(21)을 보여주기 위한 필요성 때문에 적층물의 다른 층들 사이의 간극보다 큰 것처럼 보인다. 그러나, 실제에 있어, (18 및 18a를 포함한) 모든 층들은 이들 사이에 가시적인 공간없이 서로 압착된다.
도1b는 전지들이 연속으로 적층된 다중 전지 적층물의 일부인 단일 전지에 통상적인 또 다른 층 구조를 갖는 연료 전지(30)를 도시한다. 연료 전지(30)는 음극(31)과 프로톤 전도막(33)과 본 발명에 따른 액상수 누설 방지 양극(32)과 음극측 가스켓(34)과 양극측 가스켓(35)을 포함한다. 연료 전지(30)는 또한 양극 모서리 및 가스켓(35) 사이의 간극(36)을 밀봉하는 (단지 일 측면 상에만 개략적으로 도시되어 있으나 양극과 가스켓 사이의 모든 간극 상에 실제로 존재하는) 밀봉부(37)와 프로톤 전도막(33)의 모서리를 밀봉하는 밀봉부(38)를 포함한다. 본 발명은 상술한 위치를 밀봉하는 것에 의해 제한되지 않으며, 누수될 것으로 관찰되는 연료 전지의 각각의 위치는 마찬가지로 밀봉되어야 한다. 상기 밀봉부를 액상수 누설 방지 양극과 조합하면 결국 7 ㎠ DMFC의 크로스오버 전류가 20 %보다 많이 감소하게 되고 따라서 이러한 조합은 연료 전지의 효율에 중요한 역할을 한다.
본 발명에 따르는 밀봉을 위한 양호한 밀봉제 재료는 PVDF, 폴리-아크릴 아교, 타르계 접착제 및 실리콘-러버 접착제이며, 이들 모두는 액상수에 대해 불투과성을 갖는다. 그러나, 연료 용액 및 산소에 융화성이 있는 다른 밀봉제 재료도 사용될 수 있다.
액상수 누설 방지 양극을 사용하고 이러한 양극과 본 발명에 따른 양극을 둘러싸는 가스켓 사이의 간극을 밀봉함으로서, 연료 전지의 작업 동안 양극에서 발달하는 압력에 따라, 프로톤 삼투적 견인으로 인한 물 손실을 0으로 저감할 수 있을 뿐 아니라 양극으로부터 막을 거쳐 음극으로의 물의 순 유동을 형성하도록 물 유동 방향을 반전시킬 수도 있다. 이는 휴대용 적용물의 소형 DOFC들에게 특히 중요하다.
이하, 가스 확산층(GLD)이 폭 또는 직경이 최고 25 미크론인 균열 또는 구멍을 포함하는 이텍 엘리트(Etek Elite)와 같은 상용 양극을 참조하여, 액상수 누설 방지층과 본 발명의 범위 내에서의 그 적용에 대해 설명하기로 한다. 액상수는 이들 균열을 통해서 양극의 외부측(대기측)으로 누설된다. 이 누설은 사실상 5 미크론 보다 큰 구멍과 균열이 없지만 여전히 촉매층으로의 공기나 산소 전달을 허용하기 위해 0.001 미크론보다 큰 기공을 갖는 소수성 층으로 구성된 액상수 누설 방지층에 의해 제거되거나 크게 저감된다. 누설 방지층에서 기공의 양호한 치수는 0.01 내지 0.5 미크론이다.
본 발명에 따른 액상수 누설 방지층은 PCM 및 양극의 공기측 사이의 어느 곳이든 있을 수 있다.
몇몇 경우, 촉매층은 액상수 누설 방지층이다. 이러한 경우, 이 층은 통상적으로 두께가 10 내지 100 미크론이며 3 미크론보다 큰 균열이나 구멍이 없으며 양극의 다공성 지지층과 막 사이에서 막 상에 직접 적용된다.
대안으로서, 유사한 구조의 나피온층이 액상수 누설 방지층으로서 작용하도록 촉매층과 PCM 사이에서 양극 촉매층 상에 직접 위치된다.
몇몇 균열들과 구멍들은 상이한 치수의 길이, 폭 및 깊이를 가질 수 있다. 본 발명에 따르면, 이들의 조합은 구멍들과 균열들을 통한 액상수(및/또는 연료 용액)의 통과를 허용하지 않도록 되어야 한다. 주어진 치수(0.001 내지 5 미크론, 양호하게는 0.01 내지 0.5 미크론)는 원형 기공의 양호한 직경을 설명하기 위해 주어진다.
수소 연료 전지에서 프로톤 전도막을 사용할 때 동일한 누수가 발생한다. 이 경우 양극을 통한 누수를 최소화하거나 차단하기 위해 동일한 수단이 이용 가능하다.
액상수 누설 방지 양극 및 전체 연료 전지의 제공
막 전극 조립체(MEA)가 국제 공개 공보 제01/54216호에서 설명한 바와 같이 마련되었다. 액상수 누설 방지층을 위한 재료는 10 내지 50 % w/w PVDF 또는 테플론(Teflon)으로 구성된 반죽, 또는 플루오로-중합체 및 퍼플루오로-중합체(양호하게는 20 내지 40 %)와, 블랙 펄(Black Pearl) 2000, XC 72, 쇼윈간 블랙(Shawinganblack) 및 이들의 다양한 화합물과 같은 50 내지 90 % w/w (양호하게는 60 내지 80 % w/w) 카본 분말과, 프로필렌 카보네이트(PC) 또는 에틸렌 글리콜(EG)과 같은 0 내지 80 % v/v (양호하게는 60 % v/v) 기공 형성제로 구성될 수 있는 반죽이다.
반죽은 플라스틱 칼 또는 부드러운 종이를 사용해서 토레이(Toray) 페이퍼(5 % 내지 50 % w/w 방습, 양호하게는 20 %)의 기공 내로 삽입되어서 그 표면에 가깝게 토레이 페이퍼 내측의 층을 형성한다. 여러 개의 이러한 반죽 삽입물이 제조된다. 각각의 층은 약 30분 동안 건조되도록 놓여지며 이어서 마르고 깨끗한 천 종이로 닦여진다. 5 내지 50 미크론 두께의 균일한 층을 수용하기 위해 최고 5 내지 7 층의 누설 방지 재료가 요구된다. 만족스러운 형태가 도달된 후, 누설 방지 재료를 구비한 토레이 페이퍼는 약 2분 동안 증류수 내에 침지되어서 0.5 내지 2 시간 동안 150 내지 250 ℃에서 경화된다.
촉매층이 그 위에 놓인 0.5 내지 0.01 미크론 크기의 기공을 갖고 액상수 누설 방지재를 내장한 토레이 카본 페이퍼는 PCM으로 열간 압착되었다.
대안으로서, 두터운 소수성 양극 촉매층이 3 미크론보다 작고 0.001 미크론보다 큰 구멍으로 구성된 액상수 누설 방지층으로서 작용할 수 있다.
양극 모서리에 대한 밀봉은 다음과 같이 수행되었다. 2 내지 4 시간 동안의 자기 교반에 의해 20 내지 40 ㎖의 아세톤과 1 내지 3 g의 PVDF(SOLVEY)를 혼합함으로써 만들어진 PVDF 반죽이 막과 양극 사이의 간극(계면) 상에 도포되었고, 0.05 내지 0.1 ㎜ 두께의 박막을 만드는 여분의 미세 브러시로 1 내지 2 ㎜의 (카본 페이퍼) 양극을 덮는다. 동일한 반죽이 PVDF 반죽에 막 모서리를 담금으로써 막의외측 모서리 상에 도포되었다. 이 방식에서, 양극의 주연부 및 막 모서리의 완벽한 밀봉이 성취되며, 따라서 양극 외측으로의 누수는 방지되거나 사실상 저감된다.
여러 유형의 전지들이 이러한 액상수 누설 방지 양극과 조립될 수 있다. 판형 플라스틱 케이스 연료 전지가 다음 방식으로 조립되었다. 우선, 음극 전류 컬렉터(도1a의 15)가 플라스틱 케이스(도1a의 10)에서 그 위치에 배치되었다. 아교층(도1a의 20)이 그 위치에 도포되었으며 15분 내지 30분 동안 건조되도록 놓여졌다. (모서리가 상술한 바와 같이 밀봉된) MEA는 양극 전류 컬렉터 상에 놓이고 양극 전류 컬렉터 상으로 압착되었다. 밀봉 접착제(도1a의 21)가 양극의 1 내지 2 ㎜를 덮는 가스켓 영역을 형성하도록 플라스틱 케이스(10)까지 도포되었다. 양극 잉크는 10 % 내지 80 % w/w의 Pt 촉매[전자 화학 하이 스펙(hi spec) 6000]와, 10 % 내지 40 % w/w의 나피온[알드리치(Aldrich) 5 % 나피온 용액]와, 블랙 펄 2000, XC 72, 쇼윈간 블랙 또는 이들 카본 분말의 다양한 화합물과 같은 5 % 내지 60 % w/w의 카본 분말과, 에틸렌 카보네이트(EC), 디에틸카보네이트(DEC), 프로필렌 카보네이트(PC), 에틸렌 글리콜(EG) 또는 이들의 화합물과 같은 0 내지 80 % v/v의 기공 형성제를 혼합함으로서 마련되었다. 대안으로서, 양극 잉크는 Pt 함량이 10 내지 90 %인 카본 지지 Pt로 제조될 수 있다. 모든 분말과 용액은 볼 밀(ball mill) 내로 도입되었으며 10 내지 100분 동안 기계 진동기로 혼합되었다. 얻어진 잉크는 상술한 바와 같은 토레이 카본 페이퍼에 의해 지지되는 액상수 누설 방지재에 미세 브러시로 도포되었다. 잉크 층은 40 내지 60 ℃로 가열되었으며, 4 내지 6 ㎎/㎠의 Pt 하중을 얻기 위해 (각각의 층 사이에 10 내지 20분의 건조 시간으로)3 내지 4 개의 잉크층이 필요했다. 대안으로서, 양극성 촉매 잉크는 PCM에 직접 도포되었으며, 10 내지 50 미크론 두께 층을 형성하기 위해 상술한 바와 같이 누설 방지층을 구비한 또는 구비하지 않은 20 % 테플론화(teflonated) 토레이 페이퍼에 열간 압착되었다.
연료 전지로부터의 물 증발을 제어하기 위한 장치
액상수 누설 방지 양극을 갖는 직접 산화 연료 전지(DOFC)를 작동시킬 때, 어떠한 물 손실도 겪지 않으며 사실상 몇몇 경우에는 음극 구획부 및/또는 연료 용액에 물이 축적된다. 예컨대, 메탄올 연료 전지를 사용할 때, 각각의 1몰 메탄올(32 g/mole)은 물 2몰(36 g/2 mole)과 CO21몰로 전환되어 전지를 나온다. 효과적인 액상수 누설 방지 양극을 사용할 때, 양극 내로 견인된 물과 양극에서 생성된 물은 막을 거쳐 음극 구획부로 복귀하며, 양극 구획부 또는 연료 탱크에는 물의 순 이득이 있어서 연료를 첨가할 공간을 남기지 않고 새로운 연료로 연료 전지를 충전하는 것을 불가능하게 만든다. 연료 전지를 재충전하기 위해서는 물을 어느 정도 제거함으로써 연료 탱크 또는 양극 구획부에 공간을 만들어야만 한다. 어느 정도의 물은 일반적으로 양극으로부터 증발에 의해 제거되지만, 고습 또는 저온으로 특징지워진 환경에서 자연 증발은 필수 공간을 제공하기에 불충분할 수도 있다. 연료 전지가 고전력을 생성하도록 작동하고 있다면 이는 또한 보다 일반적인 환경 조건 하에서 발생할 수 있다. 따라서, 본 발명은 단지 연료 전지로부터의 누수 방지뿐 아니라 물이 균형을 이루는 조건 하에서 작동될 수 있는, 즉 작업 중에물을 잃거나 얻지 않는 연료 전지에도 관심을 둔 것이라고 말할 수 있다.
연료 전지로부터의 물 제거를 증가시키기 위한 일 방법은 여분의 물을 제거하기 위해 충분하고 제어된 속도로 양극의 외측 상으로의 공기 흐름을 강제함으로서 증발을 촉진하는 것이다. 이는 도2에 개략적으로 도시된 바와 같이 연료전지(23)에 의해 전력을 받는 선풍기 또는 송풍기(22)를 사용함으로서 수행될 수 있다. 가장 좋은 것은 물 수준(또는 연료 용액 수준)이 소정 수준 위로 상승할 때 선풍기를 자동으로 작동시키고 물 또는 연료 용액 수준이 다른 소정 수준 아래일 때 작동을 중단시키는 음극 구획부 또는 연료 용액 탱크 중 어느 하나에 위치된 물 수준 센서(24)와 이 선풍기 또는 송풍기를 결합하는 것이다.
본 발명에 따른 다른 종류의 제어기 시스템은 공기 입구 및 공기 출구의 습도를 측정해서 물 손실을 계산하고 연속해서 (연료 전지의 전력에 따른) 물 생성율을 계산하며, 온도를 측정하고 DOFC에 형성된 물을 증발시키기에 충분한 공기 순환 속도를 계산해서 이 속도로 송풍기를 운행시킨다.
중간 및 고 전력 적용을 위해 현 기술 상태의 DOFC는 공기 순환을 사용해서 약 60 내지 100 ℃ 이상의 온도에서 작동한다. 응축기를 사용하면, 물은 배기 흐름으로부터 수집되어 물 탱크로 재순환된다. 이 물 응축기 및 재순환 시스템은 상술한 증발 제어와 협력하여 본 발명에 따른 액상수 누설 방지 양극을 사용함으로서 적어도 중간 온도 및 중간 전력을 위해 크기를 줄이거나 적어도 저감할 수 있다.
연료 전지의 유압 축적을 제어하기 위한 장치
본 발명에 따른 연료 전지에서 음극에서 생성된 프로톤에 의한 물의 삼투적견인은 양극의 촉매층에 수용할 수 없는 유압 증가를 야기할 수 있다. 이 압력으로 인해 고전류 밀도에서의 촉매 범람과 액상수 누설 방지층을 거쳐 양극의 외측으로 액상수 또는 수성 연료 용액의 방출이 야기될 수도 있다. 따라서, 작업 과정에서 양극 상에 가해지는 압력을 해제하는 것이 바람직하다. 따라서, 본 발명의 연료 전지에는 전지의 작업 과정에서 양극 상의 유압 증가를 방지하기 위한 수단이 설치될 수 있다. 도3에 도시된 바와 같이, 이러한 수단은 물 및 연료 용액을 수집할 수 있는 집수기(25)를 포함한다. 집수기(25)는 매니폴드(27')를 거쳐 배수 파이프(27)에 연결된다. 배수 파이프(27)는 전지로부터 물을 배출시킨다. 그 후, 물은 개별 제어 및 전달 시스템(도시 안됨)에 의해 필요할 때 환경으로 또는 연료 용액 탱크로 다시 향하게 될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 집수기(25)는 물이 축적되기로 예정된 양극 정면 상으로 압착된 친수성 채널 세트이다. 다른 실시예에 따르면, 집수기(25)는 물이 축적되기로 예정된 곳에 위치된 면직 섬유와 같은 친수성 섬유 세트이다. 채널 또는 섬유의 크기는 통상적으로 직경이 0.01 내지 0.2 ㎜이고 이것들은 약 0.3 내지 3 ㎜ 떨어져 있다.
물이 축적되기로 예정된 정밀한 위치는 액상수 누설 방지층의 위치에 의존한다.
액성의 산을 구비한 PCM이 사용되는 경우, 카본 또는 유리와 같은 얇은 친수성 다공층이 도3의 집수기가 아닌 집수기로서 작용하도록 물 축적 위치에 적용될 수 있다.
도4는 동일한 형태를 갖는 다른 연료 전지와 함께 평형하게 적층하기 위한 도3에 따른 연료 전지를 도시한다. 도4의 연료 전지에서, MEA(26)은 전면층 및 이면층(26A, 26B) 사이에 개재된다. 적층물은 그 하부 우측 코너에 연료 입구(28)를 가지며 그 우측 코너에 산소 입구(30)를 갖는다. 적층물은 그 좌측 하부 코너에 산소 출구(31)를 가지며 그 상부 좌측 코너에 연료 출구(29)를 갖는다. 적층물의 바닥에는 물 배수 출구(27)가 있다. 증발율은 산소 입구(30)를 통한 공기 순환율에 의해 제어될 수 있으며 유압은 배수 출구(27)를 거쳐 해제될 수 있다.
수동 및 능동 공기 제어 시스템
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르는 연료 전지에서 하나의 물 손실원은 공기 또는 산소 유동계로의 확산에 의해 양극에 의해 배출되는 수증기이다. 편평한 전지에는 지지층을 덮는 천공 전류 컬렉터 또는 천공 시트가 있다. 이 전류 컬렉터에서 구멍의 수와 크기는 전지 전력 및 물 증발율 모두에 영향을 준다. 기공 및 그 수가 클수록 물 증발율은 높다. 전지의 전력은 기공의 최고 일정한 크기 및 수까지 증가한다. 그러나 기공의 크기와 수를 계속 증가하면 전력은 증가하지 않으며 그 대신 증발에 의한 물 손실이 증가한다.
증발에 의한 물 손실율은 온도 및 양극 상의 공기 유동 속도에 따라 증가하고 공기 습도에 따라 감소한다. "W" 인자는 본 명세서에서 전지 반응에서 소모된 연료의 몰수에 대한 공기에 대해 손실된 물의 몰수 사이의 비율로서 정의된다. "H" 인자는 음극으로부터 막을 거쳐 양극으로 전달된 프로톤의 몰수에 대한 양극으로부터 대기로 배출된 물의 몰수 사이의 비율로서 정의된다.
하나의 메탄올 분자의 산화 시, 두 개의 물 분자가 형성되고 여섯 개의 프로톤이 음극측으로부터 막을 거쳐 양극측으로 전달된다. 따라서, 물이 균형을 이루는 작동 조건 하에서, W는 2이고 H는 1/3(또는 2/6)이다. 이는 전지 반응에서 물 손실율이 물 생성율과 동일하며, 전지에서 순 물 손실이 없으며, 전지에 물을 첨가할 필요가 없음을 의미한다. 따라서, H가 1/3이고 W가 2인 연료 전지를 설계하는 것이 중요하며, 이러한 경우 단지 연료만이 첨가되어야 하고 중량 및 체적이 절감된다. 그러나, W가 2보다 크거나 H가 1/3보다 크다면 물이 전지에 첨가되어야 하며, W가 2보다 작거나 H가 1/3보다 작다면 물은 연료 전지에서 제거되어야 한다. 수소의 경우, 하나의 수소 분자가 소모되면 하나의 물 분자가 형성되고 (이는 물이 균형을 이루는 작업 조건에서 W는 1이고 H는 1/2임을 의미한다) 고려 사항은 유사해서 균형을 이룬 물 작동 조건 하에서 1몰의 수소가 소모될 때마다 1 몰의 물이 제거되도록 요구된다. 그 밖의 연료의 경우, 에틸렌 글리콜과 다메틸 옥살레이트와 같이, H와 W는 전지 반응에 따라 계산되어야 한다.
본 발명에 따르는 액상수 누설 방지 양극과 정적인 공기를 사용함으로써, 양극 전류 컬렉터의 구멍 수 및 크기를 제어해서 증발에 의한 물 손실을 제어할 수 있다. 천공된 양극 전류 컬렉터(53)를 덮는 천공 시트(54)(선택 사항)을 포함하는 수동식 공기 및 습도 제어 시스템과 도5에 도시된 바와 같은 누설 방지 양극(52)을 사용하면, 실온에서 작동하는 메탄올 연료 전지가 전지 전력에 무시할 만한 효과를 갖고 W를 8에서 1보다 작게 그리고 H를 1.5로부터 0에 가깝게 저감하는 것이 가능하다. 이는 (양극 전류 수집층 또는 천공 시트 중 어느 하나의) 구멍 직경을 5 ㎜에서 1 ㎜까지 저감함으로서 달성된다. 현 기술 상태의 메탄올 연료 전지에서 매개 변수 H는 2.9로 측정되었다[2001년 저널 오브 일렉트로케미컬 소사이어티(J. Electrochem. Soc.) 148호 A87-A90, 엑스. 렌(X. Ren)과 에스. 고테스펠드(Gottesfield)]. 이는 현 기술 상태의 메탄올 연료 전지에서는 막을 통과하는 각각의 프로톤마다 2.9 물 분자가 전지에 첨가되어야 하지만 본 발명에 따르는 연료 전지를 사용하면 물을 첨가할 필요가 없거나 무시할 수 있는 양의 물이 첨가됨을 의미한다. 따라서, 현 기술 상태의 메탄올 연료 전지는 본 발명에 따라 생략될 수 있는 큰 물 탱크를 포함하며, 본 발명에 따른 메탄올 연료 전지보다 크고 무겁다.
물 증발을 제어하는 다른 방법은 양극에 대해 효과적인 공기 투과를 위한 구멍을 포함하는 대형 친수성 다공 모재를 양극의 공기측에 추가하는 것이다. 양극을 덮고 1 ㎠당 0.2 내지 70 ㎟의 전체 기공 면적을 갖는 양극의 ㎠당 0.5 내지 10 개의 구멍을 갖는 다공층이 본 발명에서 시험되었다. 구멍의 전체 면적이 작을수록 측정된 W 및 H 인자는 작았다.
증발을 거친 물 손실율을 제어하는 다른 방법은 양극 전류 컬렉터에 또는 양극을 덮는 특수 금속 또는 플라스틱 시트에 가변적인 크기의 구멍을 제공하는 것이다. 이는 서로에 대해 활주하는 공기 셔틀로 기능하는 구멍들을 가지며, 하나는 고정되고 다른 것은 이동 가능한 한 세트의 판에 의해 수행될 수 있다. 구멍 개구들은 판들의 구멍들이 겹쳐질 때 발생하는 최대 개방 상태로부터 완전 폐쇄까지 변경된다.
능동식 공기 및 습도 제어 시스템은 도6에 도시된 바와 같이 내부에 천공된 호흡 구멍(BH1)의 어레이를 갖는 고정 패널(65)을 포함하는 에어 셔터를 포함한다. 고정 패널(65)에 대해 활주 가능한 가동 패널(66)은 가동 패널의 호흡 구멍들이 최대의 공기 유동을 제공하도록 고정 패널의 구멍들과 정합하는 위치로부터 패널의 구멍들이 공기 유동을 차단하도록 정합에서 벗어난 위치까지 이동 가능한 호흡 구멍(BH2)을 갖는다. 실제로, 고정 패널은 가동 패널이 끼워지는 덕트를 형성하기 위해 중공일 수 있다.
공기 셔터의 두 패널의 상대적인 위치는 제어기에 의해 제어된다. 이러한 제어기의 한 유형은 그 피스톤이 액체성 증기에 의해 작동되고 낮은 온도에서 완전 개방되고 고온에서 거의 폐쇄되는 방식으로 공기 온도로 조절되는 실린더로 구성된다. 또는 셔터는 마이크로 서보(micro servo), 릴레이(relay) 또는 압전 장치(67)에 의해 작동될 수 있다. 이 장치는 연료 탱크 또는 물 수준을 점검하는 음극 구획부(도시 안됨)의 센서로부터 나온 신호에 의해 제어되는 제어기(68)에 의해 작동된다. 이 장치는 물 수준이 임계값을 지날 때 호흡 구멍을 개방하고 물이 소정 수준 아래일 때 연료 전지를 작동시킬 때 최소 개방 수준을 허용한다.
도7에 도시된 바와 같은 수동식 공기 제어 장치에서, 호흡 구멍은 직경이 0.5 내지 5 ㎜이며, 박형 감습성(humidity sensitive) 다공 모재(70)가 호흡 구멍 시트(69) 위에 위치된다. 공기 습도에 따라서, 모재(70)는 그 기공 크기를 변화시킨다. 즉, 공기 습도가 높을 때 기공 크기는 증기를 통과시키도록 증가된다.
연료-증기 평형
바람직하게는, 시스템의 인접한 전지들이 공통 벽을 갖거나 그 연료 탱크가 공통 벽을 갖는 비적층식 직접 산화 연료 전지 시스템에서, 시스템의 휘발성 연료의 농도는 평형을 유지해야 한다.
다음의 배열은 메탄올 농도 평형을 위해 사용될 수 있다.
연료 탱크(또는 전지의 음극 구획부)들은 공통 벽(직렬 또는 병렬 형태)을 두고 서로에 대해 인접하게 제조된다. 이 공통 벽은 액체의 수준 위에서 양호하게는 다공성 소수성 비전도막에 의해 덮힌 하나 이상의 개구를 갖는다.
막은 절연재로 제조되며, 액체 위에서 증기상의 평형 상태 도달을 돕기 위해 연료와 수증기에 대해서만 투과성이고 수성 용액에 대해 불투과성이다.
이는 인접한 전지들의 음극 구획부 또는 연료 탱크 내에서 메탄올(또는 다른 휘발성 연료)의 농도를 평형하게 유지하는 역할을 한다. 이 농도 평형 장치를 사용하면, 다중 전지 DOFC 시스템 내로 물과 연료를 공급하기 위해 매니폴드를 사용하는 것이 가능하며, 전지 하나 하나에 대한 개별 공급선을 가질 필요가 없다.
전극의 배열체를 이용한 액체 수준 검출기
DOFC가 그 배향이 고정되지 않은 기구에 전력을 공급하는 데 사용될 때, 기구의 배향에 무관하게 액체(예컨대, 물, 연료, 연료 용액 또는 산)의 수준을 검출하는 것이 바람직하다. 휴대폰이나 다른 휴대용 장치를 사용할 때, 그 배향은 빈번하게 변화되어 휴대폰은 위 아래를 포함하는 모든 위치에서 사용될 수 있다. 상술한 바와 같이, 액체 수준이 일정한 수준 아래로 떨어지면 음극 구획부로 액체를공급할 필요가 있다. 또는 일정 수준보다 높게 되면 송풍기를 작동시킬 필요가 있다. 따라서, 양호하게는 공간에서의 액체 용기 배향에 무관하게 액체 수준을 검출하는 액체 수준 검출기가 필요하다. 이러한 검출기가 본 발명에 의해서 마련되며, 전극의 배열체를 갖는 것, 양호하게는 적어도 네 개의 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다. 전극들은 전극들이 탱크의 상이한 평면(수준)에서 탱크 내측에서 액체의 존재/비존재를 검출할 수 있도록 용기(탱크)의 내측 공간과 접촉하도록 용기에서 이격된 관계로 배열된다.
도8에서 예시하는 바와 같이, 6면 폐쇄 구조 형상의 액체 수용 탱크가 사용되는 경우, 전극의 배열체는 각각의 전극이 상자의 다른 코너에 근접촉하도록 위치되고, 따라서 여섯 개의 가능한 전압차가 각각 여섯 개의 상이한 수준에서 액체의 존재 또는 비존재의 검출을 허용하도록 배열된 네 개의 전극(E1내지 E4)을 포함한다. 각각 두 개의 전극은 상자의 어느 한 측면에 경사진 라인 상에 위치된다. 이러한 특정예에서, 각각의 전극의 위치는 (도면에서는 하나의 전극(E3)에 대해서만 도시됨) 다음 방식으로 한정된다. 전극은 각각의 코너(C3)에서 거리 a 및 c만큼 이격되며, 여기에서 거리 a와 c는 (a/(a+b))가 0.1 내지 0.4에서 변하고 c는 0.1 내지 0.5z인 관계를 만족하도록 선택되며, (a+b)와 z는 도면에서 도시된 바와 같이 상자의 각 측면의 크기이다. 각각의 전극들의 쌍에 의해 한정된 수준에서 매체의 저항은 때때로 또는 연속적으로 측정되며, (일정한 기준값에서의) 저항 변화가 하나 이상의 수준에서 검출될 때, 이는 액체 수준이 낮다는 것을 지시한다. 액체 수준이 소정 값보다 작게 유지되어야 한다면 적어도 한 쌍의 전극은 일정한 사전 설정 문턱값에 의해 한정된 높은 저항을 보여야 한다.
휴대폰을 이용할 때 RF에 대한 노출 저감
방사능에서 나온 방사성 에너지이든지, X-레이든지 또는 극초단파 공급원이든지 방사선에 대한 노출은 심각한 결과를 초래할 수 있다. 이러한 방사선에 대해 반복된 노출은 그 효과가 축적되어 암을 유발할 수 있다. 따라서, 관심사는 휴대폰 사용자의 머리에 인접한 안테나로부터 극초단파 에너지를 방사하는 휴대폰이다. 이러한 극초단파 방사선으로 인한 역효과를 최소화하기 위해 휴대폰에는 본 발명에 따른 DOFC에 의해 전력이 공급된다.
머리에 가까운 휴대표 측면 상에 DOFC와 그 연료 및 물 탱크를 위치시키면, 극초단파 에너지는 물과 DOFC의 연료에 의해 적어도 부분적으로 흡수되기 때문에 위험한 노출이 크게 줄어들게 된다.
예 1
연료 전지 하우징은 평형한 유동계가 조각된 인조 흑연판(글로베텍 인크.(Globetech Inc.))으로부터 제작되었다. 음극은 비테플론화(unteflonated) 토레이 페이퍼 위에 확산된 Pt-Ru 잉크를 사용해서 마련되었다. 잉크 조성은 94.5 wt% Pt-Ru 분말(존슨 맷시(Johnson Matthey)), 2.5 wt% XC-72 카본 분말, 1.5 % PVDF 및 1.5 % SiO2였다. 에틸렌 글리콜은 50 체적%까지 첨가되었다. PCM은 120 ㎛의 최종 두께로 24 ㎏/㎠로 60초 동안 100 ℃로 열간 압착되었고 물에 침지되었다. 양극 잉크는 65분 동안 볼 밀에서 73 wt% Pt 분말, 10 wt% XC-72 카본 분말 및 17 % 나피온 용액을 50 v/v% 에틸렌 글리콜과 혼합함으로써 마련되었다.
MEA 제공: 100 ㎛ 두께의 테플론 가스켓이 스테인레스 강판 상에 위치되었다. 음극은 물에 침지되었으며, 여분의 물은 닦여졌고 음극은 적절한 치수(20 ㎜* 20 ㎜)의 가스켓의 윈도우에 고정되었다. (음극에 묻은 여분의 물을 닦아낸 후) PCM은 음극 위에 위치되었다. 다른 동일한 테플론 가스켓이 첫번째 가스켓과 정렬되어 PCM 상에 위치되었으며, 접착 테이프로 스테인레스 강판에 고정되었다. 양극성 촉매 잉크는 물 차단층으로 작용할 수 있는 두터운 소수성 촉매층을 얻기 위해 가스켓 윈도우를 거쳐 막 상에 도포되었다. 20 wt% 방수 토레이 페이퍼의 조각이 윈도우 크기로 절단되어 치수가 0.5 ㎛보다 큰 구멍이나 균열이 없는 젖은 양극성 촉매층 위에 놓인다. 대안으로서, 양극성 잉크는 (상술한) 액상수 누설 방지층을 내장한 20 % 방수 토레이 페이퍼 위에 확산되었다. 이 누설 방지층에는 0.5 ㎛보다 큰 구멍이나 균열이 없었다. 두번째 스테인레스 강판이 두번째 가스켓 상에 위치되었다. 조립체는 0.5 내지 24 ㎏/㎠의 압력으로 100 ℃에서 120초 동안 압착되었으며, 이어서 MEA는 60초 동안 물에 침지되고 다시 120초 동안 압착되었다. MEA는 낮은 하중(< 0.5 ㎏/㎠) 하에서 실온으로 냉각되도록 놓여졌다. 아세톤에서의 PCF 용액은 액상수 누설을 방지하기 위해 MEA의 양극측 상의 테플론 가스켓과 토레이 페이퍼 사이의 간극 상에 확산되었다. 그후, MEA는 물에 침지되고 나서 완전한 전지로 조립되었다.
1 M 메탄올 및 3 M 황산 용액이 150 ㎃/㎠의 일정한 전류로 배출되면서 5 ㎠전지에서 순환되었다. 산소가 양극을 거쳐 순환되었다. 산소 출구에는 전지에서 나오는 물을 가스 흐름으로 포획하기 위해 드라이에라이트(Dryerite)(무수 CaSO4)를 함유한 U 형상 유리 튜브가 부착되었다. 전지는 7 내지 240 scc/min의 유량으로 3 Atm까지의 대기압에서 60 ℃ 또는 80 ℃에서 작동되었다. W-인자는 전지 반응에서 소모되는 메탄올의 몰수에 대한 양극 출구를 나온 물(유리 튜브에 수집된)의 몰수 사이의 비율로서 정의되었다. 물이 균형을 이루는 조건에서 W의 최적값은 2이다. H는 음극 반응에서 생성된 프로톤의 몰수에 대한 막을 가로지르는 물의 몰수 사이의 비율로서, 물이 균형을 이룬 조건에서 최적값은 0이다. (크로스오버 전류에 대해 수정된) W와 H 값은 다음 표1에서 요약되었다.
표1 : 60 ℃ 및 80 ℃에서 W 및 H에 대한 산소 유량의 효과
W는 예상한 바와 같이 산소 유량과 함께 증가함을 알 수 있다. 그러나, 낮은 유량에서 W는 2보다 작다. 즉, H는 음의 값을 갖는다. 이는 이들 조건 하에서 물은 양극으로부터 PCM을 거쳐 음극으로 재유동함을 의미한다. 산소 유량을 제어함으로써 W와 H에 영향을 미치는 것이 가능하고 따라서 W가 2이고 H가 0인 경우의 유량이 발견될 수 있고 물이 균형을 이룬 조건 하에서 작동하도록 사용될 수 있음이 명백하다. 음극 구획부 또는 연료 탱크의 물 수준을 측정함으로서, 물 결핍 또는 과잉이 검출되며 공기 송풍기(또는 다른 수단)의 속도는 필요에 따라 물을 제거하도록 제어될 수 있다. 이러한 방식으로 물 탱크의 무게와 체적이 절감되어 소형 경량의 연료 전지가 얻어진다.
도9는 유사한 조건[2001년 저널 오브 일렉트로케미컬 소사이어티 148호(1) A87]에서 로스 알라모스 내셔널 래버러터리(LANL)로부터 고테스펠드 등의 실험 결과와 비교해서 본 발명의 연료 전지의 실험 결과를 제시한다.
예 2
연료 전지는 나피온 막을 기초로 상술한 예에서와 동일한 방식으로 제조되었다. 음극 조성은 85 wt% Pt-Ru 분말 및 15 % 나피온이었다. 양극 잉크는 예 1에서와 동일한 방식으로 마련되었다. MEA는 상기 예에서 설명한 것과 동일한 방식으로 마련되었으며 130 ℃에서 열간 압착되었다.
1 M 메탄올 용액이 7 내지 240 scc/min의 유량으로 3 Atm의 압력에서 60 ℃에서 작동된 5 ㎠ 전지를 거쳐 순환되었다. 물은 (상술한 바와 같은) 산소 출구에서 수집되었으며, W 인자 및 H가 계산되었다. 얻어진 H 값은 PCM계 전지를 사용해서 얻어진 값보다 높았지만 LANL 나피온계 전지[2001년 저널 오브 일렉트로케미컬 소사이어티 148호(1) A87, 에스. 고테스펠드 등]에 대해 도9에서 설명한 값보다 낮았다.

Claims (54)

  1. 프로톤 전도막을 갖는 연료 전지에 사용하기에 적합한 양극이며,
    상기 양극은 촉매층 및 소수성 다공 지지층을 포함하는 복수개의 층을 포함하며, 상기 복수개의 층들 중 적어도 하나의 층은 가스의 통과를 허용할 수 있고 액상수 및/또는 수성 연료 용액의 통과를 방지할 수 있는 액상수 누설 방지층인 양극.
  2. 제1항에 있어서, 상기 액상수 누설 방지층은 전기 전도성인 양극.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 액상수 누설 방지층은 크기가 0.001 ㎛ 내지 5 ㎛인 구멍 또는 균열을 갖는 소수성 층인 양극.
  4. 제3항에 있어서, 상기 구멍 또는 균열은 크기가 0.01 ㎛ 내지 0.5 ㎛인 양극.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 촉매층은 액상수 누설 방지층인 양극.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수개의 층들 중 하나의층은 액상수 누설 방지층이기도 한 소수성 가스 확산층인 양극.
  7. 제6항에 있어서, 상기 가스 확산층은 소수성 다공 지지층에 내장되는 양극.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 액상수 누설 방지층은 촉매층 상에 직접 적용되는 양극.
  9. 음극, 프로톤 전도막 및 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 양극을 포함하는 막 전극 조립체(MEA).
  10. 제9항에 있어서, 액체가 상기 MEA로부터 빠져나가는 것을 방지하는 밀봉부를 갖는 막 전극 조립체(MEA).
  11. 제10항에 있어서, 상기 밀봉부는 양극 모서리와 프로톤 전도막 사이에 위치되는 막 전극 조립체(MEA).
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 밀봉부는 프로톤 전도막의 모서리 상에 위치되는 막 전극 조립체(MEA).
  13. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 양극 및 프로톤 전도막을 포함한 연료 전지를 포함하는 연료 전지 배열체.
  14. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 MEA를 포함한 연료 전지를 포함하는 연료 전지 배열체.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서, 상기 연료 전지는 수소 및 수용성 연료 중에서 선택된 연료가 공급된 직접 산화 연료 전지인 연료 전지 배열체.
  16. 제15항에 있어서, 상기 수용성 연료는 메탄올과, 디메틸 옥살레이트와, 에틸렌 글리콜 및 올리고머와, 에틸렌 글리콜의 중합체 중에서 선택되는 연료 전지 배열체.
  17. 제15항 또는 제16항에 있어서, 상기 수용성 연료는 연료 용액의 점성도를 증가시키는 첨가제를 포함하는 연료 전지 배열체.
  18. 제17항에 있어서, 상기 첨가제는 불활성 중합성 재료인 연료 전지 배열체.
  19. 제18항에 있어서, 상기 첨가제는 폴리아크릴 산 및 폴리아크릴 산의 알칼리 금속염 중에서 선택된 화합물을 포함하는 연료 전지 배열체.
  20. 제13항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연료 전지는 액체가 상기 연료 전지로부터 빠져나가는 것을 방지하는 밀봉 수단을 갖는 연료 전지 배열체.
  21. 제20항에 있어서, 상기 연료 전지는 사이에 중첩층의 적층물이 개재된 두 개의 지지판과, 양극을 둘러싸는 가스켓과, 가스켓과 적층물의 층들 중 적어도 하나의 층 사이의 임의의 간극을 밀봉하는 밀봉제 재료를 포함하는 연료 전지 배열체.
  22. 제13항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연료 전지로부터의 물 증발을 제어하기 위한 수단을 포함하는 연료 전지 배열체.
  23. 제13항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연료 전지의 작업 과정에서 양극 상에서의 유압 증가를 방지하기 위한 수단을 포함하는 연료 전지 배열체.
  24. 제22항에 있어서, 상기 양극은 프로톤 전도막과 대면하는 제1 측면과 전류 컬렉터와 대면하는 제2 측면을 가지며, 연료 전지로부터의 물 증발을 제어하기 위한 상기 수단은 연료 전지로부터 수증기를 제거하기 위해 양극의 제2 측면 상으로 공기 흐름을 강제하기 위한 수단을 포함하는 연료 전지 배열체.
  25. 제24항에 있어서, 공기 흐름을 강제하기 위한 상기 수단은 송풍기인 연료 전지 배열체.
  26. 제25항에 있어서, 상기 송풍기는 상기 연료 전지에 의해 발생된 전기에 의해 전력을 공급받는 연료 전지 배열체.
  27. 제22항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 연료 전지로부터의 물 증발을 제어하기 위한 상기 수단은 액체 수준 검출기를 포함하는 연료 전지 배열체.
  28. 제22항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 물의 증발을 제어하기 위한 상기 수단은 증기가 증발할 수 있는 양극 표면 영역의 부분을 제어하기 위한 배열체를 포함하는 연료 전지 배열체.
  29. 제28항에 있어서, 상기 제어 배열체는 가변적인 크기의 구멍을 갖는 증발 장벽을 포함하는 연료 전지 배열체.
  30. 제29항에 있어서, 상기 장벽은 고정 천공층 및 활주 천공층을 포함하며, 증기가 증발할 수 있는 양극 영역의 부분은 고정 천공층에 대한 활주 천공층의 위치에 의해 결정되는 연료 전지 배열체.
  31. 제30항에 있어서, 각각의 상기 천공층은 ㎠당 0.5 내지 10 개의 구멍을 갖는 연료 전지 배열체.
  32. 제26항 또는 제27항에 있어서, 증기가 증발할 수 있는 양극 영역의 상기 부분은 양극 영역의 0.2 내지 70 %인 연료 전지 배열체.
  33. 제32항에 있어서, 상기 부분은 양극 영역의 2 내지 30 %인 연료 전지 배열체.
  34. 제30항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고정층에 대한 상기 활주층의 위치는 액체 수준 검출기를 포함하는 제어 수단에 의해 제어되는 연료 전지 배열체.
  35. 제27항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액체 수준 검출기는 액체 매체를 수용하기 위한 폐쇄된 용기를 포함하고 각각 용기의 내측 공간과 접하는 이격된 전극들을 갖는 전극의 배열체를 포함하며, 상기 전극의 배열체는 용기 내에 필요한 양의 매체가 있는지 여부를 검출하기 위해 전압을 인가함으로써 작동 가능한 연료 전지 배열체.
  36. 제35항에 있어서, 전극은 전극들이 여러 개의 상이한 수준에 있는 용기 내측의 매체의 존재를 검출할 수 있도록 배열되고, 이로써 공간에서 용기의 배향에 무관한 검출을 제공하는 연료 전지 배열체.
  37. 제35항에 있어서, 상기 전극의 배열체는 적어도 두 개의 전극이 용기의 중심 영역을 사실상 통과하는 가상선에 의해 서로 연결 가능한 용기의 위치에 존재하도록 배열된 적어도 네 개의 전극으로 구성되는 연료 전지 배열체.
  38. 제37항에 있어서, 용기는 6면 폐쇄 구조이고 각각의 전극은 용기의 상이한 코너에 근접하게 위치되는 연료 전지 배열체.
  39. 제13항 내지 제38항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 연료 전지 배열체, DC 대 DC 변환기 및 재충전식 배터리를 포함하는 혼성 전력원.
  40. 용기 내의 액체 매체의 수준을 검출하기 위한 액체 수준 검출기이며,
    상기 검출기는 전극들이 각각 용기의 내측 공간과 접하는 이격된 관계로 위치된 전극의 배열체를 포함하며, 전극의 배열체는 공간에서 용기의 배향에 무관하게 용기 내에 필요한 양의 매체가 있는지 여부를 검출하기 위해 전압을 인가함으로서 작동 가능한 액체 수준 검출기.
  41. 제40항에 있어서, 전극들은 상이한 쌍의 전극들이 용기 내의 상이한 수준을 한정하도록 배열되며, 이로써 액체 수준 검출기는 여러 개의 상이한 수준에 있는 용기 내측의 매체의 존재를 검출할 수 있는 액체 수준 검출기.
  42. 제40항 또는 제41항에 있어서, 상기 전극의 배열체는 적어도 네 개의 전극으로 구성되는 액체 수준 검출기.
  43. 제42항에 있어서, 상기 전극은 적어도 두 개의 전극이 용기의 중심 영역을 사실상 통과하는 가상선에 의해 서로 연결 가능한 용기 내의 위치에 존재하도록 배열되는 액체 수준 검출기.
  44. 제43항에 있어서, 용기는 6면 폐쇄 구조이고 각각의 전극은 용기의 상이한 코너에 근접하게 위치되는 액체 수준 검출기.
  45. 제40항 내지 제44항 중 어느 한 항에 있어서, 액체 수준 검출기는 상이한 전극 쌍에 의해 한정된 상이한 수준에서 매체의 저항을 주기적으로 또는 연속적으로 측정하도록 작동 가능하며, 적어도 한 쌍의 전극에 의해 측정된 일정한 기준값으로부터의 저항 변화에 대한 검출은 용기 내의 매체의 수준이 저하하는 것을 지시함으로써, 용기 내의 매체의 소정 수준을 유지할 수 있는 액체 수준 검출기.
  46. 안테나, 이어폰, 연료 전지, 연료 탱크 및 물 탱크를 포함하는 휴대폰이며, 상기 연료 전지가 상기 안테나와 상기 이어폰 사이에 위치되어져, 안테나로부터 조사되는 방사선의 적어도 일부가 상기 연료 전지에 의해 흡수되는 휴대폰.
  47. 제46항에 있어서, 상기 연료 전지는 제13항 내지 제38항 중 어느 한 항에 따른 연료 전지 배열체인 휴대폰.
  48. 각각 연료 탱크를 갖는 적어도 두 개의 연료 전지를 포함하며, 상기 연료 전지는 소수성 다공 비전도막으로 덮힌 개구를 갖는 공통 벽을 두고 서로 인접하게 제조되는 연료 전지 조립체.
  49. 제13항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서, 양극 상에서의 유압 증가를 방지하기 위한 수단을 포함하는 연료 전지 배열체.
  50. 제49항에 있어서, 상기 수단은 배수 덕트에 연결된 집수기를 포함하는 연료 전지 배열체.
  51. 제50항에 있어서, 상기 집수기는 양극으로 압착된 친수성 채널을 포함하는 연료 전지 배열체.
  52. 제50항에 있어서, 상기 집수기는 친수성 섬유를 포함하는 연료 전지 배열체.
  53. 제50항에 있어서, 상기 집수기는 적어도 하나의 친수성 층인 연료 전지 배열체.
  54. 양극 상에서의 유압 증가를 방지하기 위한 수단을 포함하며, 상기 수단은 배수 덕트에 연결된 적어도 하나의 집수기를 포함하고, 상기 적어도 하나의 집수기는 양극 상에 위치된 친수성 층, 양극으로 압착된 친수성 채널 및 양극을 가로질러 적용된 친수성 섬유 중에서 선택되는 연료 전지 배열체.
KR1020047000675A 2001-07-18 2002-07-18 프로톤 전도막을 구비하고 물과 연료에 대한 처리를 개선한 연료 전지 KR100912157B1 (ko)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US30586501P 2001-07-18 2001-07-18
US30586601P 2001-07-18 2001-07-18
US60/305,866 2001-07-18
US60/305,865 2001-07-18
PCT/IL2002/000596 WO2003009410A2 (en) 2001-07-18 2002-07-18 Fuel cell with proton conducting membrane and with improved water and fuel management

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20040045416A true KR20040045416A (ko) 2004-06-01
KR100912157B1 KR100912157B1 (ko) 2009-08-14

Family

ID=26974834

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020047000675A KR100912157B1 (ko) 2001-07-18 2002-07-18 프로톤 전도막을 구비하고 물과 연료에 대한 처리를 개선한 연료 전지

Country Status (12)

Country Link
US (2) US7727663B2 (ko)
EP (1) EP1410453B1 (ko)
JP (1) JP2004536428A (ko)
KR (1) KR100912157B1 (ko)
CN (1) CN1543685B (ko)
AT (1) ATE407459T1 (ko)
AU (1) AU2002319890A1 (ko)
CA (1) CA2454789C (ko)
DE (1) DE60228720D1 (ko)
IL (2) IL159878A0 (ko)
RU (1) RU2295804C2 (ko)
WO (1) WO2003009410A2 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100599805B1 (ko) * 2004-11-03 2006-07-12 삼성에스디아이 주식회사 연료 전지용 막/전극 어셈블리 및 이를 포함하는 연료전지 시스템
US7998638B2 (en) 2004-11-03 2011-08-16 Samsung Sdi Co., Ltd. Electrode for fuel cell, and membrane-electrode assembly and fuel cell system comprising the same

Families Citing this family (80)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040001991A1 (en) * 2002-07-01 2004-01-01 Kinkelaar Mark R. Capillarity structures for water and/or fuel management in fuel cells
US20040062977A1 (en) * 2002-10-01 2004-04-01 Graftech, Inc. Fuel cell power packs and methods of making such packs
JP4236156B2 (ja) * 2003-01-31 2009-03-11 日立マクセル株式会社 燃料電池
WO2005041338A1 (ja) * 2003-10-24 2005-05-06 Yamaha Hatsudoki Kabushiki Kaisha 鞍乗型車両
JP2005150106A (ja) * 2003-10-24 2005-06-09 Yamaha Motor Co Ltd 燃料電池システムおよびそれを用いた輸送機器
US7117732B2 (en) * 2003-12-01 2006-10-10 Societe Bic Fuel gauge for fuel cartridges
WO2005082024A2 (en) * 2004-02-24 2005-09-09 Ini Power Systems, Inc. Fuel cell apparatus and method of fabrication
TWI244232B (en) * 2004-04-16 2005-11-21 Antig Tech Co Ltd Fuel cell containing a gas-liquid separation structure
JP4729866B2 (ja) * 2004-05-11 2011-07-20 トヨタ自動車株式会社 燃料電池
WO2007013880A2 (en) * 2004-09-15 2007-02-01 Ini Power Systems, Inc. Electrochemical cells
KR100590041B1 (ko) * 2004-10-04 2006-06-14 삼성에스디아이 주식회사 연료 전지 시스템 및 이에 사용되는 스택
JP2006164628A (ja) * 2004-12-03 2006-06-22 Toagosei Co Ltd 電解質膜および燃料電池
JP4700959B2 (ja) * 2004-12-17 2011-06-15 カシオ計算機株式会社 燃料容器及び燃料残量測定方法
US8820569B2 (en) * 2004-12-17 2014-09-02 Casio Computer Co., Ltd. Fuel container, fuel residual amount measurement device, and fuel residual amount measurement method
US7465504B2 (en) * 2004-12-27 2008-12-16 Panasonic Corporation Direct oxidation fuel cell and system operating on concentrated fuel using low oxidant stoichiometry
JP5105710B2 (ja) * 2005-02-23 2012-12-26 富士通株式会社 燃料電池
JP2006278159A (ja) * 2005-03-29 2006-10-12 Toshiba Corp 燃料電池
US20090035634A1 (en) * 2005-05-31 2009-02-05 Nissan Motor Co., Ltd. Electrolyte Membrane-Electrode Assembly And Method For Production Thereof
JP4876533B2 (ja) * 2005-10-31 2012-02-15 株式会社エクォス・リサーチ 燃料電池スタック及びその制御方法
WO2007089029A1 (en) * 2006-02-03 2007-08-09 Canon Kabushiki Kaisha Fuel cell
US7901817B2 (en) 2006-02-14 2011-03-08 Ini Power Systems, Inc. System for flexible in situ control of water in fuel cells
FR2904477B1 (fr) * 2006-07-28 2008-10-17 Altatech Semiconductor Procede de fabrication d'une membrane solide en polymere fluore par impression par jet d'encre.
US8158300B2 (en) * 2006-09-19 2012-04-17 Ini Power Systems, Inc. Permselective composite membrane for electrochemical cells
US8846161B2 (en) * 2006-10-03 2014-09-30 Brigham Young University Hydrophobic coating and method
US20080240479A1 (en) * 2006-10-03 2008-10-02 Sonic Innovations, Inc. Hydrophobic and oleophobic coating and method for preparing the same
TWI347701B (en) * 2006-10-20 2011-08-21 Ind Tech Res Inst Flat fuel cell assembly
US9048466B2 (en) * 2006-10-20 2015-06-02 Industrial Technology Research Institute Flat fuel cell assembly with air channel defined by case
US20080145721A1 (en) * 2006-12-14 2008-06-19 General Electric Company Fuel cell apparatus and associated method
US8286464B2 (en) * 2006-12-22 2012-10-16 Societe Bic Sensing device and methods related thereto
TW200832800A (en) * 2007-01-19 2008-08-01 Coretronic Corp Fuel cell
US20080187816A1 (en) * 2007-02-06 2008-08-07 Canon Kabushiki Kaisha Fuel cell unit and fuel cell
US8551667B2 (en) 2007-04-17 2013-10-08 Ini Power Systems, Inc. Hydrogel barrier for fuel cells
KR20080109504A (ko) * 2007-06-13 2008-12-17 삼성에스디아이 주식회사 연료전지 시스템용 다중층 캐소드 전극을 갖는 전극막조립체
KR100872576B1 (ko) * 2007-07-02 2008-12-08 삼성전기주식회사 수소 발생 장치 및 연료전지 발전 시스템
JP5349851B2 (ja) * 2007-08-02 2013-11-20 キヤノン株式会社 燃料電池セル、および燃料電池
WO2009017183A1 (en) * 2007-08-02 2009-02-05 Canon Kabushiki Kaisha Fuel cell and fuel cell system
US20090042091A1 (en) * 2007-08-09 2009-02-12 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Supported catalyst layers for direct oxidation fuel cells
US9029038B2 (en) 2007-11-01 2015-05-12 Honeywell International Inc. Method of forming a fuel cell stack
US8430985B2 (en) 2008-01-11 2013-04-30 GM Global Technology Operations LLC Microporous layer assembly and method of making the same
JP5012627B2 (ja) * 2008-04-04 2012-08-29 カシオ計算機株式会社 燃料供給方法
JP4894809B2 (ja) * 2008-04-04 2012-03-14 カシオ計算機株式会社 電源システム及び携帯機器
WO2009128849A1 (en) * 2008-04-18 2009-10-22 The Regents Of The University Of California Integrated seal for high-temperature electrochemical device
US9786944B2 (en) 2008-06-12 2017-10-10 Massachusetts Institute Of Technology High energy density redox flow device
US8722226B2 (en) 2008-06-12 2014-05-13 24M Technologies, Inc. High energy density redox flow device
US11909077B2 (en) 2008-06-12 2024-02-20 Massachusetts Institute Of Technology High energy density redox flow device
US8163429B2 (en) 2009-02-05 2012-04-24 Ini Power Systems, Inc. High efficiency fuel cell system
JP5882888B2 (ja) 2009-04-06 2016-03-09 ２４エム・テクノロジーズ・インコーポレイテッド２４Ｍ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ， Ｉｎｃ． レドックスフロー電池を使用した燃料システム
EP2254182B1 (en) * 2009-05-22 2012-08-22 Topsøe Fuel Cell A/S Process of running a serial connected fuel cell stack module assembly
WO2011089521A2 (en) 2010-01-25 2011-07-28 Ramot At Tel-Aviv University Ltd. Method of manufacturing proton-conducting membranes
JP4998609B2 (ja) * 2010-05-25 2012-08-15 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システムおよびその制御方法
US8783304B2 (en) 2010-12-03 2014-07-22 Ini Power Systems, Inc. Liquid containers and apparatus for use with power producing devices
DE102010062803A1 (de) * 2010-12-10 2012-06-14 Bayer Materialscience Aktiengesellschaft Verfahren zum Einbau von Sauerstoffverzehrelektroden in elektrochemische Zellen und elektrochemische Zellen
US9065095B2 (en) 2011-01-05 2015-06-23 Ini Power Systems, Inc. Method and apparatus for enhancing power density of direct liquid fuel cells
CN102694188A (zh) * 2011-03-25 2012-09-26 扬光绿能股份有限公司 氢气供电模块及救生装置
EP2756539B1 (en) * 2011-09-16 2018-11-07 SFC Energy AG Apparatus and method for operating fuel cells in cold environments
WO2013090269A2 (en) * 2011-12-13 2013-06-20 Sun Catalytix Corporation Enhanced current efficiencies in reversible hydrogen bromide fuel cells using in-line bromine sequestering devices
RU2496186C1 (ru) * 2012-04-19 2013-10-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук Топливный элемент и батарея топливных элементов
US9484569B2 (en) 2012-06-13 2016-11-01 24M Technologies, Inc. Electrochemical slurry compositions and methods for preparing the same
CN103022509B (zh) * 2012-12-10 2014-08-13 哈尔滨工业大学 微型直接甲醇燃料电池膜电极及其制备方法
US9362583B2 (en) 2012-12-13 2016-06-07 24M Technologies, Inc. Semi-solid electrodes having high rate capability
US8993159B2 (en) 2012-12-13 2015-03-31 24M Technologies, Inc. Semi-solid electrodes having high rate capability
TWI519937B (zh) * 2013-07-11 2016-02-01 緯創資通股份有限公司 具有散熱機構之可攜式電子裝置
DE112014005149B4 (de) * 2013-11-21 2021-08-05 Robert Bosch Gmbh System und Verfahren zur Minimierung von mit Transport zusammenhängenden Leistungsverlusten in einem Flussbatteriesystem
CN104953140B (zh) * 2015-04-30 2017-08-01 南京航空航天大学 一种燃料电池流场板
CN105140546B (zh) * 2015-09-20 2018-09-14 华南理工大学 一种实现直接甲醇燃料电池纯甲醇供料的燃料电池
US11005087B2 (en) 2016-01-15 2021-05-11 24M Technologies, Inc. Systems and methods for infusion mixing a slurry based electrode
US10371555B2 (en) * 2016-07-21 2019-08-06 Touchsensor Technologies, Llc Capacitive continuous fluid level sensor
BR112019000713B1 (pt) 2016-07-22 2023-04-25 Nantenergy, Inc Célula eletroquímica e método de conservar umidade dentro de uma célula eletroquímica
JP2019517097A (ja) * 2016-07-22 2019-06-20 ナントエナジー，インク． 電気化学セル用のミスト除去システム
US10311712B2 (en) 2016-09-10 2019-06-04 Wearable Technology Limited Apparatus and methods for controlling functionality and supplying power to a peripheral device attached to an item of clothing
KR102552485B1 (ko) * 2016-12-16 2023-07-06 현대자동차주식회사 연료전지 시스템
JP7097898B2 (ja) * 2017-09-01 2022-07-08 株式会社エンビジョンＡｅｓｃジャパン 電池パック
CN108763737B (zh) * 2018-05-25 2022-05-20 天津大学 质子交换膜燃料电池全电池三维两相模型建立方法
KR102602415B1 (ko) * 2018-09-04 2023-11-14 현대자동차주식회사 전극막접합체
CN110224112B (zh) * 2018-11-07 2022-02-22 山东华亿比科新能源股份有限公司 一种锂离子电池用二次造孔方法
JP6786569B2 (ja) * 2018-11-09 2020-11-18 本田技研工業株式会社 燃料電池に用いられるカーボンペーパにガス拡散層を形成する方法、及び、燃料電池に用いられるガス拡散層が形成されたカーボンペーパ
CN111092973B (zh) * 2019-12-18 2022-04-05 华为技术有限公司 移动终端
CA3070363A1 (en) * 2020-01-30 2021-07-30 Avl List Gmbh Membrane electrode and frame assembly for fuel cell stacks and method for making
RU2739055C1 (ru) * 2020-06-23 2020-12-21 ФГБУН Институт химии твердого тела и механохимии Сибирского отделения Российской академии наук Способ получения пасты для тонкоплёночного твёрдого электролита электрохимических устройств
CN113571711B (zh) * 2021-06-24 2024-02-13 重庆龙港活动房屋有限公司 燃料电池膜电极阴阳介质板交替插置装置

Family Cites Families (39)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3650836A (en) * 1970-04-06 1972-03-21 Gen Electric Electrochemical cell with at least one gas diffusion electrode
US4104197A (en) * 1975-12-17 1978-08-01 Licentia Patent-Verwaltungs-G.M.B.H. Method of making gas diffusion electrodes for electrochemical cells with acid electrolytes
JPS5834574A (ja) 1981-08-21 1983-03-01 Hitachi Ltd 燃料電池
US4612261A (en) * 1981-08-21 1986-09-16 Hitachi, Ltd. Fuel cell battery using acidic electrolyte
JPS6062064A (ja) * 1983-09-14 1985-04-10 Hitachi Ltd 液体燃料電池
JPH0719616B2 (ja) 1986-12-17 1995-03-06 富士電機株式会社 液体電解質型燃料電池発電装置
AT393045B (de) * 1989-08-08 1991-07-25 Peter Dipl Ing Dr Schuetz Plattenfoermige duennschicht-h2/o2-brennstoffzelle und verfahren zu ihrer herstellung
DE4036262A1 (de) 1990-03-07 1991-09-12 Hl Planartechnik Gmbh Elektrische messanordnung zur messung bzw. berechnung des fuellstandes oder anderer mechanischer daten einer elektrisch leitenden fluessigkeit
DE59103838D1 (de) * 1990-03-07 1995-01-26 Hl Planartechnik Gmbh Elektrische Messanordnung zur Messung bzw. Berechnung des Füllstandes oder anderer mechanischer Daten einer elektrisch leitenden Flüssigkeit.
GB9218541D0 (en) * 1991-09-30 1992-10-14 Ici Plc Fungicides
AU674684B2 (en) 1992-07-20 1997-01-09 Sterno Group LLC, The Gelled organic liquids
DE4329571A1 (de) * 1992-09-02 1994-03-03 Duerrwaechter E Dr Doduco Neigungssensor
WO1995031048A1 (en) * 1993-02-01 1995-11-16 Daniels John J Radiation shielding apparatus for a radio transmitting device
US5599638A (en) * 1993-10-12 1997-02-04 California Institute Of Technology Aqueous liquid feed organic fuel cell using solid polymer electrolyte membrane
JP3022218B2 (ja) 1994-11-29 2000-03-15 三洋電機株式会社 ポータブル燃料電池
US5840438A (en) 1995-08-25 1998-11-24 Ballard Power Systems Inc. Electrochemical fuel cell with an electrode substrate having an in-plane nonuniform structure for control of reactant and product transport
CA2233575A1 (en) 1995-10-06 1997-04-10 The Dow Chemical Company Flow field structures for membrane electrode assemblies of fuel cells
US5834136A (en) * 1996-06-17 1998-11-10 Valence Technology, Inc. Method of preparing polymeric electrolytes
US5783325A (en) * 1996-08-27 1998-07-21 The Research Foundation Of State Of New York Gas diffusion electrodes based on poly(vinylidene fluoride) carbon blends
DE19703214C2 (de) 1997-01-29 2003-10-30 Proton Motor Fuel Cell Gmbh Membran-Elektrodeneinheit mit integriertem Dichtrand und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE19704683C2 (de) 1997-02-07 1998-12-03 Siemens Ag Vorrichtung zur Messung der Neigung eines Behälters relativ zu einem Flüssigkeitspegel in dem Behälter
DE19713250C2 (de) * 1997-03-29 2002-04-18 Ballard Power Systems Elektrochemischer Energiewandler mit Polymerelektrolytmembran
US5904740A (en) * 1997-06-03 1999-05-18 Motorola, Inc. Fuel for liquid feed fuel cells
JPH11242962A (ja) 1997-12-22 1999-09-07 Aqueous Reserch:Kk 燃料電池装置
US7029775B2 (en) * 1997-12-22 2006-04-18 Kabushikikaisha Equos Research Fuel cell system
AU2662699A (en) * 1998-02-10 1999-08-23 California Institute Of Technology Asymmetric electrodes for direct-feed fuel cells
EP1066656B1 (en) 1998-02-24 2011-04-06 Tel-Aviv University Future Technology Development L.P. Ion conductive matrixes and their use
JP4464474B2 (ja) 1998-06-25 2010-05-19 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム、燃料電池車両及び燃料電池制御方法
US6447909B1 (en) * 1999-01-14 2002-09-10 Sumitomo Metal Mining Co., Ltd. Transparent conductive layered structure and method of producing the same, and coating liquid for forming transparent conductive layer used in production of transparent conductive layered structure and method of producing the same
US6268077B1 (en) * 1999-03-01 2001-07-31 Motorola, Inc. Portable fuel cell power supply
JP4517415B2 (ja) 1999-03-15 2010-08-04 ソニー株式会社 発電デバイス
JP2000348753A (ja) 1999-06-07 2000-12-15 Daihatsu Motor Co Ltd 燃料電池およびこれの使用方法
JP3563648B2 (ja) 1999-09-21 2004-09-08 株式会社東芝 燃料電池用の燃料組成物
JP2001102059A (ja) 1999-10-01 2001-04-13 Toshiba Corp 固体高分子型燃料電池システム
EP1100145B1 (en) * 1999-11-03 2005-02-23 Q-Free MagCom AS Portable radio communication device, such as a portable telephone
US6492052B2 (en) * 1999-12-17 2002-12-10 The Regents Of The University Of California Air breathing direct methanol fuel cell
CN1255894C (zh) 2000-01-18 2006-05-10 特拉维夫大学未来技术发展有限合伙公司 燃料
GB0004669D0 (en) 2000-02-28 2000-04-19 Robinson John W Mobile phone cae (microwave safe)
US20020090082A1 (en) 2001-01-09 2002-07-11 Mclean Kevin A. Low radiation cellular phone

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100599805B1 (ko) * 2004-11-03 2006-07-12 삼성에스디아이 주식회사 연료 전지용 막/전극 어셈블리 및 이를 포함하는 연료전지 시스템
US7998638B2 (en) 2004-11-03 2011-08-16 Samsung Sdi Co., Ltd. Electrode for fuel cell, and membrane-electrode assembly and fuel cell system comprising the same

Also Published As

Publication number Publication date
JP2004536428A (ja) 2004-12-02
US20100255873A1 (en) 2010-10-07
RU2004104637A (ru) 2005-05-10
AU2002319890A1 (en) 2003-03-03
CA2454789A1 (en) 2003-01-30
RU2295804C2 (ru) 2007-03-20
WO2003009410A3 (en) 2003-12-18
IL159878A (en) 2009-09-22
WO2003009410A2 (en) 2003-01-30
EP1410453B1 (en) 2008-09-03
US20040209153A1 (en) 2004-10-21
CN1543685B (zh) 2010-04-28
CN1543685A (zh) 2004-11-03
CA2454789C (en) 2011-05-10
ATE407459T1 (de) 2008-09-15
US7951511B2 (en) 2011-05-31
DE60228720D1 (de) 2008-10-16
EP1410453A2 (en) 2004-04-21
IL159878A0 (en) 2004-06-20
US7727663B2 (en) 2010-06-01
KR100912157B1 (ko) 2009-08-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100912157B1 (ko) 프로톤 전도막을 구비하고 물과 연료에 대한 처리를 개선한 연료 전지
US7943258B2 (en) Alkaline membrane fuel cells and apparatus and methods for supplying water thereto
CA2490877C (en) Humidity controlled solid polymer electrolyte fuel cell assembly
US7541109B2 (en) Passive water management techniques in direct methanol fuel cells
JP2922132B2 (ja) 固体高分子型燃料電池
JP3606514B2 (ja) 積層型燃料電池システム
US10026977B2 (en) Humidification device for humidifying process gases and fuel cell arrangement comprising same
US11424466B2 (en) Membrane electrode unit with a seal arrangement, fuel cell, and fuel cell stack
JP2006294603A (ja) 直接型燃料電池
JP2004522257A (ja) 空気呼吸するメタノール燃料電池
US7745036B2 (en) Direct oxidation fuel cell system and membrane electrode assembly thereof
US7588853B2 (en) Direct methanol fuel cell having reduced crossover of methanol and comprising a layer of material for controlling the diffusion rate of fuel
US10290877B2 (en) Membrane electrode assembly
US20230411645A1 (en) Method for producing a membrane-electrode assembly
JP2010049860A (ja) 燃料電池
KR100550955B1 (ko) 가습막 일체형 연료전지용 막-전극-가스켓 접합체
JP4498844B2 (ja) 固体高分子形燃料電池用膜電極接合体の製造方法
JP2012113876A (ja) 燃料電池システム
JP2005251405A (ja) 燃料電池およびその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20120730

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130725

Year of fee payment: 5

LAPS Lapse due to unpaid annual fee