KR20120130177A - 분리판 및 이를 포함하는 재생 연료 전지 더미 - Google Patents

분리판 및 이를 포함하는 재생 연료 전지 더미 Download PDF

Info

Publication number
KR20120130177A
KR20120130177A KR1020127021023A KR20127021023A KR20120130177A KR 20120130177 A KR20120130177 A KR 20120130177A KR 1020127021023 A KR1020127021023 A KR 1020127021023A KR 20127021023 A KR20127021023 A KR 20127021023A KR 20120130177 A KR20120130177 A KR 20120130177A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
reaction
flow channel
field pattern
flow field
channel
Prior art date
Application number
KR1020127021023A
Other languages
English (en)
Inventor
엠마누엘 펠리드
아논 블럼
아디 아하론
야론 콘라
블라디미르 젤
코비 사디
Original Assignee
라모트 앳 텔-아비브 유니버시티 리미티드
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 라모트 앳 텔-아비브 유니버시티 리미티드 filed Critical 라모트 앳 텔-아비브 유니버시티 리미티드
Publication of KR20120130177A publication Critical patent/KR20120130177A/ko

Links

Images

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
    • 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
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/90—Selection of catalytic material
    • 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
    • H01M4/9075—Catalytic material supported on carriers, e.g. powder carriers
    • H01M4/9083—Catalytic material supported on carriers, e.g. powder carriers on carbon or graphite
    • 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
    • H01M4/921—Alloys or mixtures with metallic elements
    • 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
    • H01M4/925—Metals of platinum group supported on carriers, e.g. powder carriers
    • H01M4/926—Metals of platinum group supported on carriers, e.g. powder carriers on carbon or graphite
    • 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
    • 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
    • H01M8/1016—Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
    • H01M8/1018—Polymeric electrolyte materials
    • H01M8/1041—Polymer electrolyte composites, mixtures or blends
    • H01M8/1046—Mixtures of at least one polymer and at least one additive
    • H01M8/1051—Non-ion-conducting additives, e.g. stabilisers, SiO2 or ZrO2
    • 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
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of 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
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • 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
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • 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
    • H01M8/18—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
    • 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
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • 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

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)
  • Manufacture Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Conductive Materials (AREA)
  • Manufacture Of Porous Articles, And Recovery And Treatment Of Waste Products (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Abstract

교대로 더미를 이룬 분리판 및 멤브레인 전극 어셈블리 (MEA) 를 포함하는 분리판 및 재생 연료 전지 더미를 제공한다. 분리판은 전기적으로 전도성인 물질로 형성된 판 본체를 포함한다. 판 본체는 제1 표면 및 제1 표면의 맞은편의 제2 표면을 갖는다. 각각의 표면은 유체가 통과하는 반응 흐름 채널을 갖는다. 제1 표면 상의 반응 흐름 채널은 그 사이에 맞물린 유동장 패턴을 형성하는 다수의 리브를 갖는다. 제2 표면 상의 반응 흐름 채널은 그 사이에 맞물린 유동장 패턴 또는 맞물린 유동장 패턴과 상이한 유동장 패턴, 예를 들어 구불구불한 유동장 패턴을 형성하는 다수의 리브를 갖는다.

Description

분리판 및 이를 포함하는 재생 연료 전지 더미 {BIPOLAR PLATES AND REGENERATIVE FUEL CELL STACKS INCLUDING SAME}
본 발명은 재생 연료 전지 더미 어셈블리의 유체 분배판에 관한 것이다. 더욱 구체적으로는, 본 발명은 다양한 유동장 디자인 및 분류 전류 억제 채널을 갖는 재생 연료 전지 더미 어셈블리의 분리판(bipolar plate)에 관한 것이다. 게다가, 본 발명은 재생 연료 전지 더미 어셈블리의 일부로서 분리판 사이에 샌드위치된 멤브레인 전극 어셈블리 (MEA) 에 관한 것이다.
연료 전지 더미 어셈블리는 유체 반응물을 포함하는 연료를 전류로 전환시킨다. 연료 전지 더미는 2 개의 전도성 유체 분배판 사이에 각각 샌드위치된 전도성 유체 분배판 및 멤브레인 전극 어셈블리의 여러 개의 반복 단위를 포함한다. 전도성 유체 분배판은 분리판이라고 불리고, 유체 분배판을 가로질러 고르고 매끈하게 유체 반응물을 분배하도록 디자인된다. 유체 반응물이 분배된 분배판 내의 유동장 채널의 유동장 패턴은 많은 종류 중 하나일 수 있다. 유동장 채널의 구체적인 면적, 유동장 채널을 형성하는 리브 (rib) 및 유동장 채널의 전체적인 크기는 유체 특성, 온도, 압력 및 정격 동력 요구의 함수이다.
펌프는 유체 분배판 내부의 유동장 채널을 통해 유체 반응물의 흐름을 발생시킬 수 있다. 분배판 내부의 유동장 채널에서의 유체 반응물의 유속 감소는, 펌프의 순환 펌프 동력 순위가 유속의 직선 함수이고, 펌프의 동력 소비 감소가 연료 전지 더미 어셈블리의 전류 발생의 전반적인 공정 효율을 증가시키므로 유리하다.
분류 전류는 연료 전지 더미 어셈블리에서 기생 전류 손실을 발생시킨다. 분류 전류는 유체 분배판에 유체를 분배하는 매니폴드 공급 채널에서 이온 용액의 전기분해를 야기한다.
유체 반응물의 분배를 유지하거나 증가시키면서 유체 분배판 내의 유체 반응물의 유속을 감소시키는 유동장 패턴에 대한 당업계의 요구가 있다. 또한 연료 전지 더미 어셈블리 내의 분류 전류를 감소시키는 것에 대한 요구가 있다.
본 발명은 전기적으로 전도성인 물질로 형성된 판 본체를 포함하는 분리판에 관한 것이다. 판 본체는 제1 표면 및 제1 표면의 맞은편의 제2 표면을 갖는다. 각각의 표면은 유체가 통과하는 반응 흐름 채널을 갖는다. 제1 표면 상의 반응 흐름 채널은 그 사이에 맞물린 유동장 패턴을 형성하는 다수의 리브를 갖는다. 제2 표면 상의 반응 흐름 채널은 그 사이에 맞물린 유동장 패턴 또는 맞물린 유동장 패턴과 상이한 유동장 패턴, 예를 들어 구불구불한 유동장 패턴을 형성하는 다수의 리브를 갖는다.
본 발명은 또한 전기적으로 전도성인 물질로 형성된 판 본체를 포함하는 분리판에 관한 것이다. 판 본체는 제1 표면 및 제1 표면의 맞은편의 제2 표면을 갖는다. 각각의 표면은 유체가 통과하는 반응 흐름 채널을 갖는다. 매니폴드는 유체를 반응 흐름 채널에 도입하기 위한 입구 및 반응 흐름 채널로부터 유체를 방전시키기 위한 출구의 형태로 판 본체 상에 형성된다. 연결 채널은 반응 흐름 채널과 매니폴드를 연결시키기 위해 판 본체 상에 형성된다. 제1 표면 상의 반응 흐름 채널은 그 사이에 맞물린 유동장 패턴을 형성하는 다수의 리브를 갖는다. 제2 표면 상의 반응 흐름 채널은 그 사이에 맞물린 유동장 패턴 또는 맞물린 유동장 패턴과 상이한 유동장 패턴, 예를 들어 구불구불한 유동장 패턴을 형성하는 다수의 리브를 갖는다.
연결 채널은 분류 전류를 감소시키는 내부 이온 용액 저항기를 형성하는데 충분한 반응 흐름 채널에서 매니폴드까지의 길이를 갖는다.
반응 흐름 채널과 매니폴드를 연결하는 판 본체 상에 형성된 연결 채널과 관련하여, 분리판을 실링하기 위한 개스킷은 분리판이 더미를 이루는 경우 부착된다. 연결 채널은 판 본체가 더미를 이루는 경우 판 본체의 제1 표면 및 제1 표면의 맞은편의 제2 표면 모두의 평평한 구역이 서로 마주하도록 형성되고, 개스킷은 판 본체의 평평한 표면에 부착된다.
본 발명은 또한 분리판에 대한 프레임에 관한 것이다. 프레임은 절연 물질로 형성된 프레임 본체를 포함한다. 프레임 본체는 제1 표면 및 제1 표면의 맞은편의 제2 표면을 갖는다. 프레임 본체는 그를 통과하는 조리개를 갖는다. 연결 채널은 분리판 내의 반응 흐름 채널을 연결하는 프레임 본체 내에 형성된다. 분리판이 장치 내에 위치한다. 분리판은 프레임 본체 내에 형성된 연결 채널 및 분리판 내의 반응 흐름 채널을 통해 프레임에 연결된다. 프레임 본체 내에 형성된 연결 채널은 매니폴드에 연결된다.
본 발명은 또한 추가로 다수의 멤브레인 및 전극 어셈블리, 및 다수의 분리판을 포함하는 재생 연료 전지 더미에 관한 것이다. 다수의 분리판은 전기적으로 전도성인 물질로 형성된 판 본체를 포함한다. 판 본체는 제1 표면 및 제1 표면의 맞은편의 제2 표면을 갖는다. 각각의 표면은 유체가 통과하는 반응 흐름 채널을 갖는다. 제1 표면 상의 반응 흐름 채널은 그 사이에 맞물린 유동장 패턴을 형성하는 다수의 리브를 갖는다. 제2 표면 상의 반응 흐름 채널은 그 사이에 맞물린 유동장 패턴 또는 맞물린 유동장 패턴과 상이한 유동장 패턴, 예를 들어 구불구불한 유동장 패턴을 형성하는 다수의 리브를 갖는다. 다수의 멤브레인 및 전극 어셈블리는 다수의 분리판과 교대로 더미를 이룬다.
본 발명은 또한 다수의 멤브레인 및 전극 어셈블리, 및 다수의 분리판을 포함하는 재생 연료 전지 더미에 관한 것이다. 다수의 분리판은 전기적으로 전도성인 물질로 형성된 판 본체를 포함한다. 판 본체는 제1 표면 및 제1 표면의 맞은편의 제2 표면을 갖는다. 각각의 표면은 유체가 통과하는 반응 흐름 채널을 갖는다. 매니폴드는 유체를 반응 흐름 채널에 도입하기 위한 입구 및 반응 흐름 채널로부터 유체를 방전시키기 위한 출구의 형태로 판 본체 상에 형성된다. 연결 채널은 반응 흐름 채널과 매니폴드를 연결시키기 위해 판 본체 상에 형성된다. 제1 표면 상의 반응 흐름 채널은 그 사이에 맞물린 유동장 패턴을 형성하는 다수의 리브를 갖는다. 제2 표면 상의 반응 흐름 채널은 그 사이에 맞물린 유동장 패턴 또는 맞물린 유동장 패턴과 상이한 유동장 패턴, 예를 들어 구불구불한 유동장 패턴을 형성하는 다수의 리브를 갖는다. 다수의 멤브레인 및 전극 어셈블리는 다수의 분리판과 교대로 더미를 이룬다.
본 발명은 추가로 다수의 분리판, 및 다수의 멤브레인 및 전극 어셈블리를 포함하는 재생 연료 전지 더미에 관한 것이다. 다수의 멤브레인 및 전극 어셈블리는 애노드, 캐소드 및, 상기 애노드와 상기 캐소드 사이에 배치된 고체 전해질 멤브레인을 포함한다. 애노드는 지지체 및 그 위에 분산된 촉매를 포함하고, 촉매는 하나 이상의 귀금속을 포함한다. 캐소드는 지지체 및 임의로 그 위에 분산된 촉매를 포함하고, 촉매는 탄소 분말 또는 탄소 분말과 하나 이상의 귀금속을 포함한다. 애노드 상에 분산된 촉매 및 캐소드 상에 분산된 촉매는 동일 또는 상이하고, 할로겐 이온 또는 할로겐 이온의 혼합물의 존재 하에서, 재생 연료 전지에서 충전 반응 및 방전 반응을 촉매화할 수 있다. 다수의 멤브레인 및 전극 어셈블리는 다수의 분리판과 함께 교대로 더미를 이룬다.
본 발명의 추가의 목적, 특징 및 장점은 하기 도면 및 상세한 설명을 참조로 하여 이해될 것이다.
도 1 은 본 발명에 따른 연료 전지 더미 및 이의 성분의 단면도이다.
도 2 는 본 발명에 따른 구불구불한 유동장 패턴을 갖는 분리판을 도시한다.
도 3 은 본 발명에 따른 맞물린 유동장 패턴을 갖는 분리판을 도시한다.
도 4 는 구불구불한 흐름 패턴 중의 액체 흐름에 대한 시뮬레이션 결과를 도시한다.
도 5 는 맞물린 흐름 패턴 중의 액체 흐름에 대한 시뮬레이션 결과를 도시한다.
도 6 은 내부에 매장된 연결 채널을 갖는 분리판을 도시한다.
도 7 은 사이에 절연층을 갖는 도 6 의 분리판 쌍을 도시한다.
도 8 은 사이에 도 7 의 삽입체 및 절연층을 갖는 분리판 쌍의 단면도이다.
도 9 는 프레임 내에 성형된 연결 채널을 갖는 프레임을 도시한다.
도 10 은 사이에 O-링 실란트를 갖는 도 9 의 프레임 내 분리판 각각 쌍의 단면도를 보여준다.
도 11 은 본 발명의 듀얼 연료 전지 더미 어셈블리를 도시한다.
본 발명의 분리판은 전기적으로 전도성인 물질로 형성된다. 분리판은 제1 면 및 제1 표면의 맞은편의 제2 표면을 갖는다.
분리판의 제1 면은 재생 연료 전지 더미 어셈블리의 분리판을 통과하도록 가이드하는 전기적으로 전도성인 물질 내에 배치된, 그로 성형된 또는 그로 형성된 제1 을 유체 채널을 갖는다. 제1 유체 채널은 입구 채널과 유체 소통 상태에 있는 입구 포트 및 출구 포트와 유체 소통 상태에 있는 출구 채널을 갖는다. 입구 및 출구 채널은 맞물린 유동장 패턴을 형성하는 사이에 배치된 다수의 리브를 갖는다.
분리판의 제2 면은 재생 연료 전지 더미 어셈블리의 분리판을 통과하도록 가이드하는 전기적으로 전도성인 물질 내에 배치된, 그로 성형된 또는 그로 형성된 제2 을 유체 채널을 갖는다. 제2 유체 채널 바람직하게는 제2 입구 채널와 유체 소통 상태에 있는 제2 입구 포트 및 제2 출구 포트와 유체 소통 상태에 있는 제2 출구 채널을 갖고, 제2 입구 및 제2 출구 채널은 바람직하게는 제2 맞물린 유동장 패턴을 형성하는 그 사이에 배치된 다수의 리브를 갖는다. 제2 유체 채널은 제2 출구 포트를 갖는 제2 출구 채널에 연결된 제2 입구 채널의 제2 입구 포트를 갖고, 제2 입구 및 제2 출구 채널은 바람직하게는 구불구불한 유동장 패턴을 형성하는 그 사이에 배치된 다수의 리브를 갖는다. 맞물린 유동장 패턴은 반응물의 필요한 유속을 다른 패턴에 비해 약 10% 내지 약 50% 감소시킬 수 있다.
실시예에서, 제1 유체 채널을 전기적으로 전도성인 물질의 제1 면 내에 형성된 홈에 연결시킨다. 홈은 그 안에 제1 및 제2 말단을 갖는 연결 채널을 형성하는 절연 물질을 갖고, 제1 말단은 제1 유체 채널에 연결되고, 제2 말단은 유체를 제1 유체 채널에 분배하는 매니폴드에 연결된다.
연결 채널은 바람직하게는 분류 전류를 감소시키는 내부 이온 용액 저항기를 형성하는데 충분한 매니폴드에서 제1 유체 채널까지의 길이 또는 거리를 갖는다. 연결 채널은 바람직하게는 개방되어, 제1 면 내에 개방부를 형성한다. 제1 유체 채널의 개방부는 바람직하게는 절연층에 의해 피복된다. 절연층은 제1 분배판으로부터 제2 분배판을 전자적으로 분리한다. 절연층은 또한 전형적으로, 제1 유체 채널의 적어도 일부가 절연층에 의해 비-피복되도록 하는 절연층 개방부를 갖는다.
본 발명의 분리판은 절연 물질로 형성된 프레임을 포함할 수 있다. 프레임은 제1 프레임 면 및 제1 프레임 면의 맞은편의 제2 프레임 면을 갖는다. 제1 프레임 면은 유체를 분배하는 매니폴드에 연결시키기 위해 절연 물질로 형성된 연결 채널을 갖는다. 프레임은 절연 물질에 의해 둘러싸인 프레임 조리개를 갖는다.
절연 물질은 비-전도성 중합체일 수 있다. 프레임은 분리판에 연결될 수 있고, 분리판은 프레임 조리개 내에 위치한다. 프레임은 제1 면 상의 o-링에 연결될 수 있다. 분리판은 제1 면 및 제1 면의 맞은편의 제2 면을 갖는 전기적으로 전도성인 물질로 형성될 수 있고, 프레임은 프레임과 분리판을 연결하는 분리판의 주위에 제1 면 및 제2 면의 일부를 둘러싼다.
연료 전지 더미
도 1 을 참조하면, 연료 전지 더미 어셈블리 (5) 의 단면도가 제시된다. 연료 전지 더미 어셈블리 (5) 는 하기를 포함한다: 고정판 (10), 절연판 (15), 전류 조절장치 (20), 절연된 유체 분배 매니폴드 (25), 분리판 또는 분리판 (BPP 판) (30), 멤브레인 전극 어셈블리 (MEA) (35), 및 실란트 (36). 연료 전지 더미 어셈블리 (5) 에 의해 발생되는 동력은 연료 전지 더미 내에 통합된 다수의 전지에 의해 측정되고, 각각의 전지는 2 개의 BPP 판 (30) 사이, 및 이들의 물리적 활성 영역에 MEA 판 (35) 중 하나를 포함한다.
BPP 판 (30) 은 연료 전지 더미 어셈블리 (5) 내부의 액체 및/또는 기체를 가이드한다. 각각의 BPP 판 (30) 은 제1 면 (31) 및 제2 면 (32) 을 갖는다. BPP 판 (30) 에는 각각 하나 이상의 채널을 갖는 판을 연결하는 채널이 있다. 하나 이상의 채널은 유동장 패턴의 형상을 갖는다. 제1 면 (31) 은 기체의 흐름 직행 채널을 가질 수 있는 반면, 제2 면 (32) 은 액체의 흐름이 직행한다. 각각의 BPP 판 (30) 은 전기적으로 전도성인 물질, 예를 들어, 금속 또는 복합재 흑연으로 제조된다. BPP 판 (30) 의 물질은 그 안에 직행된 유체에 대해 화학적으로 비활성이다. BPP 판 (30) 의 작동 크기는 약 5 ㎠ 내지 약 1000 ㎠, 바람직하게는 약 100 ㎠ 내지 약 750 ㎠, 더욱 바람직하게는 약 500 ㎠ 내지 약 530 ㎠ 의 범위일 수 있다.
고정판 (10) 은 연료 전지 더미 어셈블리 (5) 의 전체 구조를 고정된 위치에 유지시킨다. 절연판 (15) 은 전류 조절장치 (20) 로부터 각각의 고정판 (10) 을 분리한다. 전류 조절장치 (20) 는 연료 전지 더미 어셈블리 (5) 의 동력 입출력에 대한 연결 점이다.
유체는 절연된 유체 분배 매니폴드 (25) 내로 흐른다. 절연된 유체 분배 매니폴드 (25) 는 유체를 연속으로 연결된 각각의 BPP 판 (30) 내로 직행시킨다. 연료 전지 더미 어셈블리 (5) 내부의 전지는 전형적으로 특정 전압 출력에 도달하도록 연속으로 조합된다. 일단 연속으로 연결된 각각의 전지를 통과하면, 유체는 절연된 유체 분배 매니폴드 (25) 의 맞은편을 통해 밖으로 흐른다. BPP (30) 의 각 면 상에 2 가지 절연된 유체 분배 매니폴드 (25) 가 있고, 이들의 역할은 단일 BPP 의 동일 면으로부터 유체가 흐르도록 하게 하는 것이다.
이제 도 2 를 참조하면, 구불구불한 유동장 패턴을 갖는 BPP 판 (30) 중 하나가 제시된다. BPP 판 (30) 은 채널 (40) 을 갖는다. BPP 판 (30) 은 하나의 입구 포트 (110), 유체 수송을 위한 하나의 채널 (115), 다수의 리브 (120), 및 출구 포트 (125) 를 갖는다. 다수의 리브 (120) 는 그 안에 채널 (115) 을 형성한다. 유체는 입구 포트 (110) 를 통해 채널 (115) 로 유입되고, 출구 포트 (125) 를 통해 채널 (115) 에서 배출된다. 본 발명에서 구불구불한 유동장 패턴은 채널 (115) 을 통해 흐르는 유체가 수소 기체인 연료 전지 더미 어셈블리 (5) 의 전지의 수소 기체 면에 대해 사용될 수 있다.
도 3 을 참조하면, 맞물린 유동장 패턴을 갖는 BPP 판 (30) 중 하나가 제시된다. BPP 판 (30) 은 채널 (40) 을 갖는다. BPP 판 (30) 은 입구 포트 (210), 입구 채널 (215), 출구 채널 (220), 다수의 리브 (225), 및 출구 포트 (230) 를 갖는다. 유체는 입구 포트 (210) 로 유입되고, 입구 채널 (215) 을 완전히 채운다. 단단한 리브 (225) 가 입구 채널 (215) 을 출구 채널 (220) 로부터 분리시키므로, 유체는 출구 채널 (220) 에 재합류하고 출구 포트 (230) 를 통해 배출되기 전에, 다공성 MEA (35) 전극이 위치하는 리브의 상부에서 흘러야만 한다. 맞물린 유동장 패턴은 BPP 판 (30) 중 하나의 액체 면에 대해 사용될 수 있다.
각각의 BPP 판 (30) 은 BPP 판을 형성하는 물질에 스탬프된, 예를 들어, 구불구불한 유동장 패턴 또는 맞물린 유동장 패턴을 갖는 채널 (40) 을 가질 수 있다. BPP 판 (30) 의 채널 (40) 에서 전지를 가로질러 고른 분포를 가지면서, 절연된 유체 분배 매니폴드 (25) 로부터 연료 전지 더미 어셈블리 (5) 의 각각의 전지에 반응물의 고른 흐름을 가져, 전지를 가로질러 그리고 전지 사이에 고른 전류 밀도 및 전압 분배가 달성되는 것이 바람직하다.
도 3 에 제시된 맞물린 유동장 패턴이 다른 유동장, 예를 들어, 도 2 에 제시된 바와 같은 구불구불한 유동장 패턴 외의 각각의 BPP 판 (30) 의 액체 면 상에서 유의하게 우수한 성능을 갖는다는 것이 본 발명에 의해 발견되었다. 전지의 성능을 유지하거나 초과시키면서, 맞물린 유동장 패턴 내의 액체 매질의 유속을 감소시키는, 맞물린 유동장 패턴 내의 각각의 BPP 판 (30) 의 입구 채널 (215) 및 출구 채널 (220) 을 통해 흐르는 액체 매질 내에 반응물의 분배가 향상된다. 순환 펌프 동력 순위가 유속의 직선 함수이고, 동력 소비 감소에 의해, 연료 전지 더미 어셈블리 (5) 의 전반적인 공정 효율을 증가시키므로 액체 매질의 유속 감소가 유리하다.
분류 전류
도 1 을 다시 참조하면, 분류 전류는 연료 전지 더미 어셈블리 (5) 와 유사한 연료 전지 더미 어셈블리 내의 기생 전류 손실을 발생시킨다. 분류 전류는 BPP 판 (30) 에 유체를 분배하는 매니폴드 공급 채널에서 유체, 예를 들어, 이온 용액의 전기분해를 산출한다. 도 6 내지 도 10 에 제시된 바와 같이, 분류 전류를 감소시키기 위해, 연결 채널 또는 분류 전류 억제 채널 (SCSC) (315) 이 부가된다. 이온 용액이 절연된 유체 분배 매니폴드 (25) 에서 각각의 BPP 판 (30) 의 채널 (40) 로 흘러가야만 하는 경로를 증가시킴으로써, 내부 이온 용액 저항기가 형성된다. SCSC (315) 의 길이 및 단면적은 절연된 유체 분배 매니폴드 (25) 를 가로지르는 전위, 이온 용액의 전도성 및 최대 허용 분류 전류에 의해 측정된다.
이온 수송 액체, 예컨대, 예를 들어, 산의 용액 또는 산/염기 수용액을 도입하는 연료 전지 더미 어셈블리 (5) 의 경우, 절연된 채널은 분류 전류 현상을 피하도록 이온 수송 액체의 반응물을 BPP 판 (30) 의 분리판 유동장 내/외로 직행시키는데 사용되어야만 한다. 고 전압은 분류 전류 현상이 더미 전압으로 증가하므로, 연료 전지 더미 어셈블리 (5) 의 크기에 대한 또다른 제한이다. 연료 전지 더미 어셈블리 (5) 의 전반적인 전압은 연속으로 연결된 BPP (30) 의 수, 및 각각의 BPP (30) 가 발생시키는 전압에 의해 결정된다. 예를 들어, 연속으로 125 개의 BPP (30) 더미가 있는 연료 전지 더미 (5) 를 고려하면, 1 볼트가 각각의 BPP (30) 에 의해 발생되어, 전반적인 더미 전압은 125 볼트일 것이다.
본 발명은 절연된 유체 분배 매니폴드 (25) 레벨 및 BPP 판 (30) 레벨에 대해 분류 전류를 감소시키기 위한 2 가지 방법을 기재한다. 2 가지 방법에는 하나 이상의 BPP 판 (30) 에 통합된 또는 매장된 SCSC (315) 및 하나 이상의 BPP 판 (30) 에 프레임된 또는 과-성형된 SCSC (315) 가 포함된다.
SCSC (315) 는 약 1% 미만에서 약 125 개의 전지에 대한 분류 전류 전압 (약 125 볼트) 을 유지하도록 디자인될 수 있다.
통합된 또는 매장된 SCSC
이제 도 6 을 참조하면, SCSC (315) 를 갖는 BPP 판 (30) 중 하나가 제시된다. SCSC (315) 의 제1 연결 채널 (306) 은 절연된 유체 분배 매니폴드 (25) 에 대해 입구 (310) 에 연결된다. SCSC (315) 의 제2 연결 채널 (307) 은 절연된 유체 분배 매니폴드 (25) 에 대해 출구 (330) 에 연결된다. 예를 들어, 산의 용액 또는 산/염기 수용액과 같은 유체는 연결 채널 (306) 에서 BPP 판 (30) 중 하나의 채널 (40) 로 직접 흐른다. 유체는 채널 (40) 로부터 제2 연결 채널 (307) 에서 출구 (330) 로 직접 흐른다. 연결 채널 (306) 은 입구 채널 (320) 에 연결되고, 연결 채널 (307) 은 채널 (40) 의 맞물린 유동장 패턴의 출구 채널 (325) 에 연결된다.
이제 도 7 및 8 을 참조하면, SCSC (315) 는 예를 들어, 폴리비닐리덴 플루오라이드 (PVDF) 또는 폴리테트라플루오에틸렌 (PTFE) 과 같은 절연 물질로 제조된다. 유체를 SCSC (315) 에 분배시키는 절연된 유체 분배 매니폴드 (25) 의 도관은 또한 예를 들어, 폴리비닐리덴 플루오라이드 (PVDF) 또는 폴리테트라플루오에틸렌 (PTFE) 과 같은 절연 물질로 제조될 수 있다. 절연된 유체 분배 매니폴드 (25) 의 도관은 평평한 실란트 및/또는 PVDF 삽입체에 의해 절연될 수 있다. 도 8 에 제시되는 바와 같이, SCSC (315) 는 BPP 판 (30) 중의 하나 이상의 홈 (345) 내부에 위치하는 절연 물질의 삽입체, 예를 들어, 기계 피팅일 수 있다. 절연 물질은 또한 BPP 판 (30) 의 물질, 예를 들어, 흑연의 부식을 감소 또는 제거할 수 있다. SCSC (315) 는 상부가 개방되고, 평평한 개스킷 (312) 으로 실링된다. 도 7 에 제시되는 바와 같이, 평평한 개스킷 (312) 은 또한 BPP 판 (30) 의 제1 BPP 판 (355) 을 BPP 판 (30) 의 인접 제2 BPP 판 (365) 으로부터 전자적으로 분리시킨다. 도 8 은 BPP 판 (30) 의 홈이 있는 제1 분리판 (355) 의 단면도를 보여주고, SCSC (315) 는 홈 (345) 내부에 위치하고, 개스킷 (312) 은 SCSC (315) 를 실링하고, 제1 BPP 판 (355) 을 제2 BPP 판 (365) 으로부터 전자적으로 분리시킨다.
제1 연결 채널 (306) 및 제2 연결 채널 (307) 은 용이하고, 정확하게 어셈블리될 수 있다. 제1 연결 채널 (306) 은 채널 (40) 로부터 입구 (310) 에 대한 절연된 분리로서 담당하고, 제2 연결 채널 (307) 은 채널 (40) 로부터 출구 (330) 에 대한 절연된 분리로서 담당하고, 이것은 복합 절연 파이핑의 사용을 불필요하게 한다. 또한, 실링 및 전기적 절연 모두에 대해 평평한 개스킷 (312) 의 사용은 상기 기술의 단순함이다.
프레임된 또는 과- 성형된 SCSC
이제 도 9 를 참조하면, 프레임 (420) 내에 형성된 SCSC (315) 의 예가 제시된다. 유체를 SCSC (315) 에 분배시키는 절연된 유체 분배 매니폴드 (25) 에 대한 입구 (310) 및 출구 (330) 는 또한 프레임 (420) 내에 형성될 수 있다. SCSC (315) 및, 유체를 SCSC (315) 에 분배시키는 절연된 유체 분배 매니폴드 (25) 에 대한 입구 (310) 및 출구 (330) 를 포함하는 프레임 (420) 은 또한 예를 들어, 폴리비닐리덴 플루오라이드 (PVDF) 또는 폴리테트라플루오에틸렌 (PTFE) (또는 매우 낮은 전자 전도성의 중합체 및 탄소의 혼합물) 과 같은 절연 물질로 제조될 수 있다. 프레임 (420) 은 BPP 판 (30) 으로부터 분리한다. 프레임 (420) 은 BPP 판 (30) 중 하나와 동시에 또는 이보다 후에 과-성형된다.
이제 도 10 을 참조로 하면, 프레임 (420) 을 포함하는 BPP 판 (30) 은 프레임 (420) 이 없는 BPP 판보다 작은 면적을 갖는다. 프레임 (420) 을 포함하는 BPP 판 (30) 은 프레임 (420) 에 연결하는 말단이 있는 채널 (40) 을 갖는다. 프레임 (420) 을 포함하는 BPP 판 (30) 은 프레임 (420) 에 연결하는 말단이 있는 채널 (40) 을 가져, 유체가 SCSC (315) 와 채널 (40) 사이를 흐를 수 있게 한다. 도 10 은 BPP 판 (30) 중 하나에 대한, 과-성형된 프레임 (420) 의 단면도를 보여준다. BPP 판 (30) 및 프레임 (420) 은 성형, 또는 임의의 다른 방법, 예를 들어, o-링 (425) 이 BPP (30) 와 프레임 (420) 사이에 위치하는 방법에 대해 개의치 않는 유형으로 실링된다. 각각의 BPP 판 (30) 의 주변에 디자인된 팁 (435) 은 각각의 분리판을 프레임 (420) 에 부착시킨다. 상기 기술은 하나 이상의 프레임 (420) 을 포함하는 연료 전지 더미 어셈블리 (5) 의 비용을 감소시키는 프레임 (420) 의 절연 물질, 예를 들어, PVDF 보다 값비싼 물질, 예를 들어, 복합재 흑연인 BPP 판 (30) 의 면적을 감소시킨다.
프레임 (420) 에 연결된 각각의 BPP 판 (30) 은 복합 절연 삽입체의 생성을 회피한다. BPP 판 (30) 중 하나에 과 성형된 프레임 (420) 은 특별한 홈이 없고, 받침 두께가 흑연 판에 필요하지 않으므로, 예를 들어, 흑연으로 제조된 BPP 판의 전반적인 두께를 감소시키는 것을 돕는다. 게다가, 절연된 유체 분배 매니폴드 (25) 는 더미 레벨 중의 BPP 판 (30) 으로부터 절연되고, 별도의 절연된 채널을 필요로 하지 않는다. 또다른 이점은, 프레임 (420) 의 과-성형 물질인, 흑연 판일 수 있는 BPP 판 (30) 이 외부 환경으로부터 코어 전지로서 절연되므로 안전하고, 높은 전압 위험이 감소된다.
듀얼 더미 디자인
본 발명에서 듀얼 더미 디자인은 도 11 을 참조한다. 이것은 입구 흐름 (515) 을 2 개의 동일한 흐름으로 나누는 중심 매니폴드 판 (510) 을 갖는다. 입구 흐름 (515) 의 반응물은 중심 매니폴드 판 (510) 의 어느 한쪽 면 상에서 2 개의 동일한 연료 전지 더미 어셈블리 (5) 를 따라 흐른다. 듀얼 더미 디자인은 BPP 판 (30) 내부의 SCSC (315) 의 치수 변화 없이, 연료 전지 더미 어셈블리 (5) 의 동력 출력을 증가시킨다. 듀얼 더미는 SCSC (315) 의 치수를 변화시키지 않고, 오른편 및 왼편 면 각각의 출력을 동시에 전기적으로 연결시킴으로써 단위 출력 동력을 증가시킨다. 이전에 기재된 바와 같은 SCSC (315) 의 치수는 더미 출력 압력과 선형 관계를 갖는다. 듀얼 더미 개념의 사용은 출력 전압을 변화시키지 않고 출력 동력을 확장시킬 수 있다.
그러므로, 본 발명은 BPP 판의 각각의 면 상에 상이한 패턴 유동장을 갖는 BPP 판 (30) 을 제공한다. 또한, 판 레벨 및 더미 레벨 모두에서 SCSC (315) 의 제작 방법이 제시된다. 분류 전류 손실은 동력 정격의 감소 없이, 연료 전지 더미 어셈블리 (5) 의 전압 출력을 제한함으로써 추가로 감소된다.
본 발명은 고도로 부식성인 환경을 견뎌내게 할 수 있는 BPP 판 (30) 을 제공한다. 유동장 패턴은 BPP 판 (30) 을 가로질러 고른 분배, 압력 손실 및 유속의 요구를 충족하기 위해 선택 및 디자인된다. 또한, 판 레벨 및 더미 레벨로 매장된 또는 과-성형된 SCSC (315) 를 갖는 BPP 판 (30) 의 디자인이 제공된다. 또다른 문제는 BPP 판 (30) 이 전반적인 전압을 저하시키고 분류 전류 손실을 추가로 제한하기 위해 동시 및 연속 모두로 연결되므로, 더미 레벨 상에서 해결된다. 이것은 2 개의 평행 면에 대해 반응물 입구를 나누는 2-면 절연 분배판 (510) 을 사용하여 수행된다. 반응물을 2 개로 나누면 더미에 의해 발생되는 전반적인 동력에 영향을 주지 않는다.
또한 용어 "제1", "제2", "제3", "상부", "하부", 등은 다양한 요소를 변형하기 위해 본원에서 사용될 수 있다는 것으로 인지되어야만 한다. 상기 변형은 다르게 특별히 언급되지 않는다면 변형된 요소에 대한 공간적, 순차적, 또는 계급적 순서를 함축하지 않는다.
멤브레인 및 전극 어셈블리 ( MEA )
사용에서, MEA 는 전형적으로는 분배판으로 알려진, 또한 분리판 (BPP) 으로서 알려진, 2 개의 단단한 판 사이에 샌드위치되어 있다. 분배판은 전기적으로 전도성이다. 분배판은 전형적으로 탄소 복합재, 금속 또는 판화 (plated) 금속 물질로 제조된다. 분배판은 반응물 또는 생성물 유체를, 전형적으로는 MEA(들) 을 마주하는 표면(들) 에 조각된, 가공된, 성형된 또는 스탬프된 하나 이상의 유체-전도성 채널을 통해, MEA 전극 표면으로 및 상기로부터 배분한다. 상기 채널은 종종 유동장으로서 지정된다. 분배판은 더미 내 2 개의 연속 MEA (한 면은 전류를 제1 MEA 의 애노드로 직행하게 하는 반면, 다른 면은 다음 MEA 의 개소드에 산화제를 직행시켜, 용어 "분리판" 으로 불린다) 로 및 상기로부터 유체를 배분할 수 있다. 대안적으로는, 분배판은 단극판으로 불릴 수 있는, 면 상에 MEA 로 또는 상기로부터 유체를 분배하기 위한 오직 하나의 면 상에만 채널을 가질 수 있다. 전형적인 연료 전지 더미는 분리판과 교대로 더미를 이루는 다수의 MEA 를 포함한다.
본 발명은 애노드, 캐소드 및, 애노드와 캐소드 사이에 배치된 고체 전해질 멤브레인을 포함하는 멤브레인 전극 어셈블리 (MEA) 를 제공한다. 애노드는 지지체 및 그 위에 분산된 촉매를 포함하고, 상기 촉매는 하나 이상의 귀금속을 포함한다. 캐소드는 지지체 및 탄소 분말 또는 탄소 분말 위에 또는 탄소 분말과 함께 분산된 촉매를 포함하고, 상기 촉매는 하나 이상의 귀금속 또는 탄소 분말을 포함한다. 애노드 상에 분산된 촉매 및 캐소드 상에 분산된 촉매는 동일 또는 상이하고, 할로겐 이온 또는 할로겐 이온의 혼합물의 존재 하에서, 재생 연료 전지, 예를 들어, 수소/브롬 재생 연료 전지에서 충전 반응 및 방전 반응을 촉매화할 수 있다.
MEA 에서, 애노드 상에 분산된 촉매 및 캐소드 상에 분산된 촉매는 수소 산화환원 반응 및 할로겐/할라이드 산화환원 반응을 촉매화할 수 있다. 또한, MEA 에서, 애노드 상에 분산된 촉매 및 캐소드 상에 분산된 촉매는 할로겐 이온 또는 할로겐 이온의 혼합물의 존재 하에 재생 연료 전지에서 충전 반응 및 방전 반응을 촉매화할 수 있다.
MEA 에서, 바람직한 고체 전해질 멤브레인은 본질적으로 30 nm 미만인 직경 크기의 공극을 갖는 양자 전도성 멤브레인이다. 고체 양자 전도성 멤브레인은 (i) 5 내지 60부피% 의, 분말이 본질적으로 나노크기의 입자를 포함하는 양호한 산 흡수 용량을 갖는 전기적으로 비전도성인 무기 분말; (ii) 5 내지 50부피% 의, 산, 산소 및 상기 연료와 화학적으로 상용성인 중합체성 결합제; 및 (iii) 10 내지 90부피% 의 산 또는 산 수용액을 포함한다.
본 발명의 연료 전지에 유용한 고체 양자 전도성 멤브레인은, 전체가 참조로서 본원에 인용된 미국 특허 번호 6,447,943 및 6,492,047 에 기재되어 있다. 상기 멤브레인에서 사용된 중합체성 결합제는: 폴리(비닐리덴플루오라이드), 폴리(비닐리덴플루오라이드)헥사플루오로프로필렌, 폴리(테트라플루오로에틸렌), 폴리(메틸 메타크릴레이트), 폴리(술폰아미드), 폴리(아크릴아미드), 폴리(비닐클로라이드), 아크릴로니트릴, 폴리(비닐플루오라이드), Kel F™ 및 이의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다.
고체 양자 전도성 멤브레인의 제조에 사용되는 무기 나노크기 분말은 Si02, Zr02, B203, Ti02, A1203, 및 Ti, Al, B 및 Zr 의 히드록시드 및 옥시-히드록시드 및 이의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다.
본 발명의 연료 전지에서 사용되는 양자 전도성 멤브레인은 또한 산 또는 산 수용액을 포함한다. 예를 들어, 전체가 참조로서 본원에 인용된 미국 특허 번호 5,599,638 에 기재된, 산이 유리 형태로 존재하지 않는 고체 전해질 멤브레인과는 반대로, 본원에 논의된 고체 전해질 멤브레인은 연료 전지에 사용되는 경우, 멤브레인의 공극 내에 포획된 유리 산 분자를 함유한다. 대안적으로는, 이것은 무기 분말에 결합된 산 분자를 함유할 수 있다. 상기 공극의 전형적인 직경은 본질적으로 30 nm 미만, 바람직하게는 20 nm 미만, 더욱 바람직하게는 3 nm 미만이다.
양쪽 전극에서 전지 하드웨어 및 촉매와 상용성인 다양한 저 증기압 산이 사용될 수 있고 특정 적용에 적용된다. 하기 산 목록이 예를 들어 제시된다: 폴리플루오로올레핀 술폰산, 퍼플루오로올레핀 술폰산, 폴리플루오로아릴 술폰산, 예컨대 폴리플루오로벤젠, 폴리플루오로톨루엔, 또는 폴리플루오로스티렌 술폰산, 퍼플루오로아릴 술폰산, 예컨대 퍼플루오로벤젠, 퍼플루오로톨루엔 또는 퍼플루오로스티렌 술폰산, 수소 또는 불소 원자의 50% 이하가 염소 원자로 대체된 유사한 산, CF3(CF2)nS03H, H03S(CF2CH2)nS03H, CF23(CF2CH2)nS03H, H03S(CF2)nS03H (식 중, n 은 1 내지 9 의 값을 갖는 정수임), Nafion™ 이오노머, HCl, HBr, 인산, 황산, 및 이의 혼합물.
대안적으로는, 고체 전해질 멤브레인은 본질적으로 50 nm 미만, 바람직하게는 3 nm 미만, 더욱 바람직하게는 1.5 nm 미만인 전형적인 직경 크기의 공극을 포함하는 양자 전도성 멤브레인 (PCM) 이다.
본 발명에 따른 추가의 멤브레인은 전체가 참조로서 본원에 인용된 미국 특허 번호 6,811,911 에 기재된 바와 같이 양자 전도성 매트릭스로 제조된 필름이다. 이온 전도성 매트릭스는: (i) 5 내지 60부피% 의 양호한 수성 전해질 흡수 용량을 갖는 무기 분말; (ii) 5 내지 50부피% 의 수성 전해질과 화학적으로 상용성인 중합체성 결합제; 및 (iii) 10 내지 90부피% 의, 무기 분말이 본질적으로 서브-마이크론 입자, 바람직하게는 크기가 약 5 내지 약 150 nm 인 입자를 포함하는 수성 전해질을 포함한다. 본 발명의 매트릭스는 임의로, 약 0.1% 내지 약 25% 의, 매트릭스의 모든 구성성분과 화학적으로 상용성인 비-휘발성 액체 윤활제를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 무기 분말은 10 ㎡/g 이상의 표면적을 갖고, 수성 전해질에 대해 양호한 흡수 능력을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 PCM 은 양호한 기계적 특성을 갖는 플라스틱 필름의 일반적인 외양을 갖는다. 이것은 실질적인 균열 발생 없이 전형적으로는 약 180° 굽혀질 수 있고, 두께를 약 10 내지 약 1000 마이크론 이상의 범위로 제조할 수 있다. 이의 안정성 및 양호한 이온 전도성으로 인해, 이것은 0 이하 내지 약 150℃ 의 큰 온도 범위에서 사용될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 매트릭스가 멤브레인의 제조에 있는 경우, 매트릭스에 포함되는 무기 분말은 바람직하게는 150 nm 미만의 입자 크기를 갖는, 매우 미세한, 전자적으로 비-전도성인 분말이다. 본 실시예에 따르면, 수성 전해질이 흡수되는 PCM 공극은 매우 작고, 이들이 특징적인 치수는 본질적으로 50 nm 미만이다.
사용되는 산 또는 수성 전해질을 위한 멤브레인의 흡수 용량 또는 보유 능력은 여러 파라미터에 따라 다르고, 그 중에서도 무기 분말의 조성 및 유형, 중합체성 결합제 및 용해된 산 또는 전해질의 유형이 있다. 상기 파라미터의 조합은 생성물을 각각의 적용에 맞추기 위해 최적화되어야만 한다. 이러한 최적화를 수행하면서, 무기 분말의 함량이 높으면 기계적 특성이 열악해진다는 사실을 고려해야만 한다. 매트릭스의 무기 분말 함량 증가는 그의 전해질 보유 특징을 증가시키지만 동시에 그의 기계적 강도를 감소시킨다. 다른 한편으로는, 매트릭스 내 중합체성 결합제의 증가는 매트릭스의 강도를 증가시키나, 매트릭스의 습윤성은 감소시켜 전도성이 감소된 매트릭스가 된다.
본 발명의 또다른 실시예에 따르면, 매트릭스 습윤성 및 따라서 전해질 보유의 향상은, 멤브레인에 다원자가 금속 염, 예컨대 Al, Zr, B, Ti 등을 첨가함으로써 달성된다.
본 발명의 또다른 실시예에 따르면, 매트릭스 습윤성 및 따라서 전해질 보유의 향상은 멤브레인의 제조 전에 무기 분말을 산 또는 염기로 전처리함으로써 달성된다.
본 발명은 또한 하기 단계를 포함하는, 양자-전도성 멤브레인 (PCM) 의 제조 방법에 관한 것이다: (i) 5 내지 60부피% 의, 분말이 본질적으로 나노크기의 입자를 포함하는 양호한 산 흡수 용량을 갖는 전기적으로 비전도성인 무기 분말; (ii) 5 내지 50부피% 의, 산, 산화제 및 상기 연료와 화학적으로 상용성인 중합체성 결합제; 및 (iii) 10 내지 90부피% 의 산 또는 산 수용액을 혼합하여 양자-전도성 혼합물을 생성하는 단계, 혼합은 다양한 속도 단계로 수행함; 롤드지 (rolled paper), 부직포 매트릭스 또는 임의의 다른 주위 온도에서 코팅가능한 물질 상에 양자-전도성 혼합물을 연속하여 주조하는 단계; 주조된 양자-전도성 혼합물을 100℃ 초과의 온도에서 대략 5 내지 60 분 동안 건조시켜, 건조 필름을 형성하는 단계; 다수의 건조 필름을 함께 압력 하에 적층시키고, 이후 건조 필름의 공극 외부로 공극-형성제를 추출함으로써, 30 나노미터 미만의 평균 공극 크기를 갖는 양자-전도성 멤브레인을 형성하는 단계.
본 발명의 PCM 은 양호한 산 흡착 용량을 갖는 나노크기 세라믹 분말, 중합체 결합제, 및 나노크기 공극에 흡수된 산을 포함한다. 상기 PCM 은 재생 연료 전지 (RFC) 적용에 특히 유용하다.
PCM 의 주요 구성성분은 중합체성 결합제, 무기 나노크기 분말, 및 산성 용액 또는 산이다. PCM 공극의 전형적인 직경은 약 1.5 내지 30 nm, 바람직하게는 3 nm 이다. 공극은 자유 산 분자로 채워지며, 이것은 산성 전해질을 사용하는 에너지 저장 시스템 적용 (예를 들어, RFC 적용) 에 대해 주요한 장점이다.
시약 (즉, 분말 및 용매) 은 용액의 품질을 향상시키고 주조 필름의 더욱 양호한 기계적 물리적 특성을 야기하는 첨가제와 혼합된다. 용액은 이후 더욱 효과적인 방법 및 더욱 균질한 것인 기계적 코터를 사용하여 주조된다.
바람직하게는, 적어도 2 내지 6, 바람직하게는 4 개의 건조 필름이 함께 적층된다. 혼합 단계의 다양한 속도 단계는, 실온에서 약 100 내지 500 rpm 의 혼합 속도로 1 내지 5 시간 동안의 혼합; 약 30 내지 50℃ 의 범위의 온도에서 약 400 내지 700 rpm 의 혼합 속도로 10 내지 20 시간 동안의 혼합; 실온에서 약 100 내지 400 rpm 의 혼합 속도로 10 내지 20 시간 동안의 혼합; 및 약 30 내지 50℃ 의 범위의 온도에서 5 내지 30 분 동안의 탈기를 포함한다. 양자-전도성 혼합물의 연속적인 주조 단계는 롤드지, 부직포 매트릭스 등 롤-투-롤 (roll to roll) 운반 지지체 상에 용액 적용을 위한 코터 기계를 사용하여 수행된다.
운반 지지체는 실리콘화 종이이고, 운반 지지체의 롤링 속도는 양자-전도성 혼합물의 비중에 따라 설정된다.
건조 필름은 약 40 내지 60 마이크로미터, 더욱 바람직하게는 약 50 내지 55 마이크로미터의 두께를 갖는다.
바람직하게는, 건조 필름의 적층 단계는 약 5 내지 20 kg/c㎡ 의 범위의 압력 및 약 130 내지 150℃ 의 범위의 온도에서 약 3 내지 10 분 동안 수행된다.
방법은 추가로 혼합 전에 하나 이상의 유동학 조절제의 첨가를 포함한다. 유동학 조절제는 SPAN80 (일반 화학식 설명 소르비탄 모노올레에이트, C24H4406), 및 Zonyl® FSN (일반 화학식 설명 (C2H40)x(CF2)yC2H5FO, 비이온성 플루오로계면활성제) 으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 것이다.
추출 단계는 (a) 양자-전도성 멤브레인의 공극으로부터 공극-형성제를 제거하는데 충분한 시간 동안 에테르/에탄올 혼합물에서 양자-전도성 멤브레인을 공극-형성제로 함침하는 단계; (b) 단계 (a) 로부터의 양자-전도성 멤브레인을 에탄올에 함침시켜 임의의 잔류 공극-형성제 및 기타 용매를 제거하는 단계; 및 (c) 양자-전도성 멤브레인을 물에 함침시켜 공극으로부터 에탄올을 제거하는 단계를 포함한다.
에테르/에탄올 혼합물은 약 1:9 내지 3:7 의 비를 갖는다. 함침 단계 (a) 는 약 1 내지 5 시간 동안 일어난다. 함침 단계 (b) 는 약 1 내지 5 시간 동안 일어난다.
폴리플루오로아릴 술폰산은 폴리플루오로벤젠, 폴리플루오로톨루엔, 및 폴리플루오로스티렌 술폰산으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 것이다. 퍼플루오로아릴 술폰산은 퍼플루오로벤젠, 퍼플루오로톨루엔 및 퍼플루오로스티렌 술폰산으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 것이다.
방법은 추가로 DBP (즉, 디부틸 프탈레이트), 디에틸 프탈레이트, 디메틸프탈레이트, 프로필렌 카보네이트, 에틸렌 카보네이트 등 또는 이의 임의의 조합으로부터 이루어진 군으로부터 선택된 공극-형성제를 포함한다.
방법은 추가로 산 또는 산 수용액의 재포획 단계를 포함한다.
본 발명의 연료 전지에 사용되는 PCM 은 양호한 이온 전도성을 갖고, 중금속 불순물에 의해 영향을 받지 않으며, 심지어 100℃ 초과 또는 0℃ 미만의 온도에서도 사용할 수 있다.
본 발명의 MEA 에 사용되는 나노다공성-양자 전도성 멤브레인 (NP-PCM) 은 다공성 전극을 범람으로부터 방지하는 물 관리를 허용한다. 이것은 이러한 전극을 본 발명의 연료 전지에 사용하기에 유리하게 만든다.
MEA 에서, 애노드 상에 분산된 촉매는 수소 산화환원 반응 - HER 및 HOR 을 촉매화할 수 있다. 추가로, 애노드 상에 분산된 촉매는 할로겐 이온 또는 할로겐 이온의 혼합물의 존재 하에서 HER 및 HOR 을 촉매화할 수 있다.
본 발명의 MEA 중의 애노드의 경우, 촉매는 예를 들어, Ir, Ru, Pd, Pt, Mo, Re, Cr, Ta, Ni, Co, Fe, 및 이의 혼합물을 포함할 수 있다. 실시예에서, 촉매 조성물은 예를 들어, (PtRe)/M, (PdRe)/M, 및 (PtM)/lr (식 중, M 은 귀금속 또는 전이 금속임) 을 포함한다. 바람직하게는, 촉매는 PtRe, PdRe, PtIr, PdIr, PtCr, PtRu, Pt/Ir/Ru, PtReCo, PtReMo, Ir/Ru, (PtRe)/Ir, (PtRu)/Ir, (PtReMo)/Ir, 및 (PtReCo)/Ir 을 포함한다. 본 발명에 유용한 촉매는 하나 이상의 귀금속이 탄소 분말 또는 세라믹 분말 상에 지지된 것을 포함한다.
본 발명의 MEA 중의 애노드의 경우, 지지체는 공극 표면을 정의하는 다수의 다공성 영역을 포함한다. 공극 표면은, 촉매가 다수의 다공성 영역에 걸쳐 비-연속적으로 분산된 식으로 분산된 촉매를 갖는다. 공극 표면 상에 분산된 촉매는 다수의 금속성 입자를 포함한다. 다수의 다공성 영역은 나노다공성 (즉, 평균 공극 크기 2 nm 미만), 메조다공성 (즉, 평균 공극 크기 2 nm 내지 50 nm) 및/또는 매크로다공성 (즉, 평균 공극 크기 50 nm 초과) 이다.
애노드 지지체는 임의의 수의 공극 및 공극 크기, 예를 들어, 선택된 공극 직경, 깊이, 및 서로에 대한 거리를 갖는 공극 배열을 포함하는 랜덤 및 순서가 있는 공극 배열을 가질 수 있다. 본 발명의 애노드 지지체는 임의의 수의 가능한 다공성 및/또는 이와 연관된 빈 공간을 가질 수 있다.
MEA 에서, 캐소드 상에 분산된 촉매는 할로겐/할라이드 산화환원 반응을 촉매화할 수 있다.
본 발명의 MEA 중의 캐소드의 경우, 촉매는 순 탄소 분말 또는 탄소 분말 상에 증착되거나 혼합된 Ir, Ru, Pd, Pt, Mo, Re, 및 이의 합금으로부터 선택되는 하나 이상의 촉매를 포함할 수 있다. 실시예에서, 촉매 조성물은 예를 들어, (PtRe)/M, (PdRe)/M, 및 (PtM)/Ir (식 중, M 은 귀금속 또는 전이 금속임) 을 포함한다. 바람직하게는, 촉매는 PtRe, PdRe, Pt/Ir, Pd/Ir, Pt/Ru, (PtIr)/Ru, Ir/Ru, (PtRe)/Ir 및 (PtRu)/Ir 을 포함한다. 본 발명에서 유용한 촉매는 하나 이상의 귀금속이 탄소 분말 또는 세라믹 분말 상에 지지된 것들을 포함한다.
본 발명의 MEA 중의 캐소드의 경우, 지지체는 공극 표면을 정의하는 다수의 다공성 영역을 포함한다. 공극 표면은, 촉매가 다수의 다공성 영역에 걸쳐 비-연속적으로 분산된 식으로 분산된 촉매를 갖는다. 공극 표면 상에 분산된 촉매는 다수의 금속성 입자를 포함한다. 다수의 다공성 영역은 나노다공성 (즉, 평균 공극 크기 2 nm 미만), 메조다공성 (즉, 평균 공극 크기 2 nm 내지 50 nm) 및/또는 매크로다공성 (즉, 평균 공극 크기 50 nm 초과) 이다.
캐소드 지지체는 임의의 수의 공극 및 공극 크기, 예를 들어, 선택된 공극 직경, 깊이, 및 서로에 대한 거리를 갖는 공극 배열을 포함하는 랜덤 및 순서가 있는 공극 배열을 가질 수 있다. 본 발명의 캐소드 지지체는 임의의 수의 가능한 다공성 및/또는 이와 연관된 빈 공간을 가질 수 있다.
본 발명의 MEA 에서 유용한 촉매 조성물은 하나 이상의 귀금속을 포함한다. 촉매 조성물은 재생 연료 전지, 예를 들어, 수소/브롬 재생 연료 전지에서 충전 반응 및 방전 반응을 촉매화할 수 있다. 촉매 조성물은 또한 수소 산화환원 반응 및 할로겐/할라이드 산화환원 반응을 촉매화할 수 있다. 추가로, 촉매 조성물은 수소 발생 반응 (HER) 및 수소 산화 반응 (HOR) 을 촉매화할 수 있다. 특히, 촉매 조성물은 혹독한 환경에서, 예를 들어, 할로겐 이온 또는 할로겐 이온의 혼합물의 존재 하에서 HER 및 HOR 을 촉매화할 수 있다.
본 발명의 MEA 에서 유용한 촉매 조성물은 예를 들어, Ir, Ru, Pd, Pt, Mo, Re, Cr, Ta, Ni, Co, Fe, 및 이의 혼합물을 포함할 수 있다. 실시예에서, 촉매 조성물은 예를 들어, (PtRe)/M, (PdRe)/M, 및 (PtM)/Ir (식 중, M 은 귀금속 또는 전이 금속임) 을 포함한다. 바람직하게는, 촉매 조성물은 PtRe, PdRe, PtIr, PdIr, PtCr, PtRu, Pt/Ir/Ru, PtReCo, PtReMo, Ir/Ru, (PtRe)/Ir, (PtRu)/Ir, (PtReMo)/Ir, 및 (PtReCo)/Ir 을 포함한다. 본 발명에 유용한 촉매 조성물은 하나 이상의 귀금속이 탄소 분말 또는 세라믹 분말 상에 지지된 것을 포함한다.
본 발명의 MEA 에서 유용한 촉매 조성물은 귀금속, 귀금속 합금 (예를 들어, 다른 귀금속, 전이 금속 및/또는 다른 원소와 합금을 이룬 귀금속), 또는 귀금속 혼합물 (예를 들어, 다른 귀금속, 전이 금속 및/또는 다른 원소와 혼합된 귀금속) 을 포함한다. 촉매는 HOR 및 HER 반응에 대해 더욱 활성이고 최신 Pt 촉매보다 트리-브로마이드 용액에서 더욱 안정하다는 것이 발견되었다. 촉매는 양자 교환 멤브레인 연료 전지 (PEMFC) 에서 HOR 에 대해 사용될 수 있다.
촉매 조성물은 당업계에 공지된 통상의 절차에 의해 제조될 수 있다. 하기 실시예에서 촉매는 통상의 물리적 특성화 방법에 의해 합성 및 특징화될 수 있고, 이들의 활성은 전기화학적으로 시험될 수 있다. 촉매는 탄소 또는 세라믹 분말 상에 지지될 수 있다. 촉매 조성물은 예를 들어, 무전해 성막에 의해 또는 폴리올 방법에 의해 합성될 수 있다. 코어-쉘 구조 (또는 스킨 구조) 를 갖는 본 발명의 촉매 조성물은 하기 실시예에 제시되는 바와 같은 당업계에 공지된 통상의 절차에 의해 제조될 수 있다.
본 발명의 비-지지된 촉매는 전형적으로는 약 2 내지 약 8 nm 의 범위의 입도를 가지며, 입도가 약 26 내지 약 53 nm 의 범위인 Pd 함유 촉매는 제외된다. 본 발명의 지지된 촉매는 전형적으로는 약 2 내지 약 7 nm 의 범위의 입도를 갖는다. 대부분의 Pt 및 Ir 함유 촉매는 백금, 이리듐 및 이들의 합금이 풍부한 외부-쉘을 갖는 스킨-유형 구조를 포함한다. 실시예에서, 본 발명은 스킨-유형 촉매를 포함한다. 스킨-유형 촉매는 제-자리 및 자리-외에서 시험된 HTBFC 에서 HER 및 HOR 반응에서 고도로 활성적이고 안정한 것으로 발견되었다. 서브 단층 촉매, 원자 섬, 및 Pt 및 Ir 및 다른 원소와 함께 또는 다른 원소 없는 이들의 합금의 하나 이상의 단층을 비롯한 본 발명에 유용한 촉매의 내구성은 매우 양호한 것으로 발견되었다. 수 천 회의 충전 - 방전 (HOR/HER) 사이클을 수소/브롬 재생 연료 전지에서의 본 발명의 촉매의 사용으로 달성하였다.
특히, 코어-쉘 구조 (또는 스킨 구조) 를 포함하는 본 발명의 촉매 조성물의 경우, 코어 (또는 입자) 는 바람직하게는 저 농도의 Pt 또는 Pt 합금을 함유한다. Pt 합금은 하나 이상의 다른 귀금속, 예를 들어, Ru, Re, Pd 및 Ir, 및 임의로 하나 이상의 전이 금속, 예를 들어, Mo, Co 및 Cr 을 포함할 수 있다. 코어는 또한 Pt-무함유 금속 또는 합금을 포함할 수 있다. Pt-무함유 금속은 하나 이상의 귀금속, 예를 들어, Ru, Re, Pd 및 Ir 을 포함할 수 있다. Pt-무함유 합금은 2 개 이상의 귀금속, 예를 들어, Ru, Re, Pd 및 Ir, 및 임의로 하나 이상의 전이 금속, 예를 들어, Mo, Co 및 Cr 을 포함할 수 있다. 쉘 (또는 스킨) 은 바람직하게는 귀금속, 예를 들어, Pt 또는 Ir, 및 이의 합금의 하나 이상의 층에 대한 서브-단층, 또는 원자 섬을 포함한다. Pt 및 Ir 합금은 하나 이상의 다른 귀금속, 예를 들어, Ru, Re, 및 Pd, 및 임의로 하나 이상의 전이 금속, 예를 들어, Mo, Co 및 Cr 을 포함할 수 있다. 하나 이상의 다른 귀금속, 예를 들어, Ru, Re, 및 Pd 는 바람직하게는 Pt 및 Ir 합금에 미량으로 존재한다. 마찬가지로, 하나 이상의 전이 금속, 예를 들어, Mo, Co 및 Cr 은 바람직하게는 Pt 및 Ir 합금에 미량으로 존재한다. 본 발명의 촉매 조성물은 할로겐 이온 또는 할로겐 이온의 혼합물의 존재 하에서, 재생 연료 전지 내 충전 반응 및 방전 반응을 촉매화할 수 있다.
탄소 분말은 또한 본 발명에 사용하기에 적합한 촉매일 수 있다. 용액 전극 중의 브로마이드/트리브롬 산화환원 반응에 대해, 탄소 분말 그 자체가 공정, 환원 및 산화에 대한 효과적인 촉매인 것이 밝혀졌다. 또다른 실시예에서, 용액 전극은 임의의 금속성 촉매 없이 사용될 수 있다.
본 발명은 연료 전지의 작동에 유용한 전극을 제공한다. 본 발명의 전극은 각각 지지체 및 그 위에 분산된 촉매를 포함하는 애노드 및 캐소드를 포함한다. 전극은 본원에 기재된 방법 또는 당업계에 알려진 통상의 절차에 의해 제조될 수 있다.
전극 상에 분산된 촉매는 통상적으로 Pt, Ir, Pt 합금, 및 다른 원소와 또는 다른 원소 없는 Ir 의 나노 입자 (바람직하게는 2-5 nm) 이다. 그러나, 값비싼 귀금속의 비용을 절감하기 위해서는, 코어로서 비-귀금속 기재 합금, 예컨대 예를 들어 Ni, Fe, Co, Ir, 또는 Ru 을 사용하고 통상의 전기화학적 또는 화학적 공정에 의해 필요한 귀금속 촉매로 이들을 코팅하는 것이 가능하다. 이러한 촉매 층의 두께는 1 단층 내지 10 단층 미만 사이일 수 있다.
본 발명에 따른 전극은 다공성이며, 이들의 다공성 및 소수성을 조절하도록 디자인된 공정에 의해 제조된다. 예를 들어, 전극은 탄소 지지체 (예를 들어, 시판 탄소 직물 또는 종이) 를 탄소 분말, 중합체성 결합제, 및 일부 경우에서는 공극-형성제를 포함하는 현탁액으로 코팅함으로써 제조될 수 있다. 현탁액은 임의로 금속성 촉매의 분말을 포함할 수 있다. 용액 전극의 경우, 금속성 촉매는 임의적인 반면, 수소 전극의 경우, 금속성 촉매는 필수적이다. 현탁액 (촉매가 있는 또는 없는) 은 본원에서 "잉크" 로서 언급된다. 현탁액은 수 시간 동안 혼합되고, 탄소 지지체에 적용되고, 임의로 건조 및 가열에 의해 고화된 후, 예를 들어, 용매 및/또는 물을 이용하여 세정하여 공극 형성제를 제거하고, 공극을 남긴다. 수득되는 층을 마이크로공극 층 또는 확산된 층이라고 부르며, 기체 면에서는 기체 확산된 층 (GDL) 으로 부른다. 본 발명에 따라 재충전가능한 연료 전지와 함께 사용된 전극은 약 30% 내지 약 80% (vol/vol) 의 다공성을 갖는다. 바람직하게는, 약 40% 내지 약 80% (vol/vol) 의 다공성은 편리하고 효율적인 전극을 제공한다.
실시예에서, 연료 전지는 충전 및 방전 방식을 위해 동일한 전극을 사용한다. 이러한 실시예에서, 연료 전지는 전형적으로는 용액 구획, 수소 구획 및 이들 사이를 연결하는 멤브레인 전극 어셈블리를 갖는다. 전극은 상이한 유형의 연료 전지에서 사용될 수 있고, 바람직하게는 재생 연료 전지, 예를 들어, 수소/브롬 재생 연료 전지에서 사용된다.
다공성 전극은 반응물 또는/및 생성물이 중합체성 결합제 (예를 들어, PVDF (폴리비닐리덴 플루오라이드) 및 PTFE (폴리테트라플루오로에틸렌) 이오노머, 예컨대 Nafion™ 중합체) 와 혼합된 고도로 분산된 촉매성 분말을 갖는 촉매 층 및 기체 (HTBFC 의 경우 H2) 인 것을 특징으로 하는, 기체 확산 층을 포함할 수 있다. 반응은 기체 및 액체 전해질이 고체 촉매 표면 상에서 반응하는 3-상 구역에서 일어날 수 있다.
본 발명의 애노드 및 캐소드는 촉매 층 및 다공성 받침 층을 포함할 수 있다. 애노드에서 사용된 바람직한 촉매는 예를 들어, 나노 크기의 Pt-Ir 합금 분말이다. 캐소드에서 사용된 바람직한 촉매는 예를 들어, 애노드에서 사용되는 것과 동일한 나노 크기의 Pt-Ir 합금 분말이다. 코어-쉘 구조 (또는 스킨 구조) 촉매는 서브-단층, 원자 섬, 및 귀금속, 예를 들어, Pt 또는 Ir, 및 다른 원소와의 또는 다른 원소 없는 이들의 합금의 하나 이상의 층을 포함한다. 코어-쉘 구조 (또는 스킨 구조) 촉매에서 사용된 이러한 합금에서, 백금 또는 이리듐 및 금속 사이의 비 (Pt:M 또는 Ir:M 원자 비) 는 약 1:10 내지 약 10:1 이다.
받침 층은 바람직하게는 탄소로 제조된다. 상기 받침 층은 다공성이고 지지체 그리고 동시에 하우징과 촉매 분말 사이에 전기적 접촉이 일어나는 경우 사용되며, 이에 의해 그 자체가 막에 연결된다.
긴 작동의 결과로서, 촉매 입자와 지지 탄소 매트릭스 사이의 결합이 상실되어 연료 전지의 분해를 야기한다. 이의 견지에서 본 발명에서 나노 크기 촉매를 나노 크기 세라믹 분말에 결합시키고 이어서 수득된 입자를 탄소 받침 층 및 PCM 에 결합시키는 것이 제안된다. 이것을 수행하기 위한 좋은 방법은 잘 알려진 통상의 무전해 공정을 사용하는 것이다. 상기 공정에 따르면, 첫번째 단계에서, 촉매 염 (예컨대, PtCl4, RuCl3, 등) 의 하나 이하의 단층을 미리 정해진 양의 촉매 염을 함유하는 용액에 분말을 함침시킴으로써 나노 크기 수화 실리카 분말 상에 흡착시킨다. 이후, 두번째 단계에서, 적합한 양의 환원제, 예컨대 포름알데히드, 메탄올, 포름산 또는 하이포포스파이트를 적합한 pH 및 온도에서 첨가하여, 세라믹 분말의 표면에 결합된 하나 이하의 단층의 촉매를 형성한다. 상기 단층은 추가의 증착을 위한 핵화 부위를 제공한다. 그 다음, 1 또는 여러 개의 촉매 염 및 더 많은 환원제를 첨가하여, 최종 크기 및 구조의 촉매 입자를 형성한다. 애노드의 경우 Pt-Ru 또는 Pt-Ir 합금 촉매 층을 형성하거나 1:10 내지 10:1 의 원자 비로 Ru 상의 Pt 또는 Ir 상의 Pt 인 2 개의 연속 층을 형성하는 것이 바람직하다. 다른 원소, 예컨대 Sn, Mo, 또는 Ni 가 촉매 층에 첨가되어 반응 동역학을 추가로 향상시킬 수 있다. 애노드 및 캐소드에 대한 촉매 층은 동일 또는 상이할 수 있다.
애노드는 탄소 지지체 층, 임의로 기체 확산 층, 및 촉매 층을 포함할 수 있다. 촉매 층은 탄소 지지체 층 상에 코팅될 수 있다. 기체 확산 층은 탄소 지지체 층 상에 코팅될 수 있고, 촉매 층은 기체 확산 층 상에 코팅될 수 있다. 촉매 층은 또한 고체 전해질 멤브레인 또는 양자 전도성 멤브레인 상에 코팅될 수 있다.
캐소드는 탄소 지지체 층, 임의로 마이크로공극 층, 및 임의로 촉매 층을 포함할 수 있다. 촉매 층은 탄소 지지체 층 상에 코팅될 수 있다. 마이크로공극 층은 탄소 지지체 층 상에 코팅될 수 있고, 촉매 층은 마이크로공극 층 상에 코팅될 수 있다. 촉매 층은 또한 고체 전해질 멤브레인 또는 양자 전도성 멤브레인 상에 코팅될 수 있다.
재생 연료 전지에서, 애노드 상에 분산된 촉매 및 캐소드 상에 분산된 촉매는 수소 산화환원 반응 및 할로겐/할라이드 산화환원 반응을 촉매화할 수 있다. 또한, 재생 연료 전지에서, 애노드 상에 분산된 촉매 및 캐소드 상에 분산된 촉매는 할로겐 이온 또는 할로겐 이온의 혼합물의 존재 하에서 재생 연료 전지에서 충전 반응 및 방전 반응을 촉매화할 수 있다.
당업계에 공지된 기타 촉매 조성물 및 지지체가 또한 본 발명의 MEA 에 사용될 수 있다.
일반적으로, 단일 전지는 연료 전지 더미 내에 조합되어 원하는 수준의 전력을 생성한다.
수소/브롬 (트리브로마이드) 재생성 전기화학 전지는 피크 쉐이빙, 부하량 관리 및 다른 신생 분포 공익 적용과 같은 에너지 저장 적용에 매우 적합하다. 재생성 수소/브롬 전지는 수소 브로마이드를 저장된 화학 에너지로서 수소 및 트리브로마이드 및 일부 브롬 반응물로 전기분해하는 데에서 전기를 소모함으로써 전기 에너지 저장을 용이하게 한다. 수소 및 트리브로마이드는 이후 전지에서 전기화학적으로 반응하여 전기 에너지를 생성한다. 그러므로, 전지는 반응물을 생성하고 전기를 소모하는 전기분해 전지 또는 반응물을 소모하고 전기를 생성하는 연료 전지로서 효과적으로 작동될 수 있어, 재생성 (가역적) 이다. 전지는 전기 및 화학 에너지를 교환한다.
수소/트리브로마이드 재생성 전기화학 전지는 여러 장점을 제공하는데, 예를 들어, 수소 및 브롬 전극은 매우 높은 전기-대-전기 효율을 가능하게 하는 완전히 가역적이다. 동일한 전극이 화학적 및 전기적 발생 모두에 대해 전극촉매로서 사용될 수 있으므로, 동일한 전지가 두 기능에 대해 사용될 수 있다. 전지는 충전 및 방전 방식 모두에서 높은 전류 및 높은 동력 밀도로 작동될 수 있어, 자본 비용을 줄인다. 화학적 및 전기적 발생에 대한 반응물은 전지로부터 분리되어 저장되는데, 이것은 피킹 (peaking) 및 부하 평준화 (예를 들어, 주간 사이클) 모두에 대해 비용 효율적으로 만들고 저비용 용량 (kWh) 이 증가한다.
수소/트리브로마이드 사이클에 대한 전기화학 반응은 충전 방식 및 방전 방식으로 일어난다. 충전 동안, 수소 브로마이드가 수소 및 트리브로마이드 (미량의 브롬과 함께) 로 전기분해된다. 이후 상기 유체는 전기화학 전지 외부에 별도로 저장된다. 모든 반응물이 전지 외부에 저장되므로, 동력 및 에너지 저장에 대한 독립적인 크기화가 뚜렷한 장점이 된다. 방전 동안, 수소 및 트리브로마이드 용액이 전지로 전달되고, 이곳에서 이들이 전기화학적으로 반응하여 전력 및 수소 브로마이드를 생성한다.
충전 (전기분해) 동안, 농축된 브롬화수소산이 전기분해되어 양극에서 트리브로마이드가 형성된다. 수화된 양자는 멤브레인을 건너 수송되고, 음극에서 수소 기체가 형성된다. 충전 방식 동안 형성된 수소 및 트리브로마이드는 전지 외부에 저장되고, 이들은 방전 (연료 전지) 방식 동안 전지로 다시 공급되어 전기 에너지를 생성한다.
용액 중의 이용가능한 트리브로마이드 종류의 양 및 미량의 가용성 자유 브롬은 수소/트리브로마이드 연료 전지 내의 양극의 방전 용량을 성립한다. 전반적인 연료 전지 용량을 최대화하기 위해 대량의 트리브로마이드가 통상적으로 바람직하다.
본 발명의 연료 전지에 유용한 연료는 통상의 재료이고, 예를 들어, 수소 및 알코올을 포함한다. 본 발명의 연료 전지에 유용한 옥시던트는 통상의 재료이고, 예를 들어, 산소, 브롬, 염소 및 이산화염소를 포함한다.
본 발명의 추가의 목적, 특징 및 장점은 하기 도면 및 상세한 설명을 참조로 하여 이해될 것이다.
본 발명의 다양한 개질 및 변형이 당업자에게 분명할 것이고, 이러한 개질 및 변형은 본 출원의 범위 및 청구항의 취지 및 범주 내에 포함되는 것으로 이해된다.
실험예
도 2 및 도 3 을 참조로 하여, 액체 매질의 효율 및 유속에 대한 BPP 판 (30) 의 흐름 패턴 유형의 영향을 비교하기 위해 7 ㎠ 전지에서 실험을 수행하였다. 첫번째 실험에서, 2 개의 전지를 동시에, 동일한 유속으로 작동시켰다. 액체 면 상에 맞물린 유동장 패턴이 있는 전지는 79% 왕복 효율을 가졌고, 액체 면 상에 구불구불한 유동장 패턴이 있는 전지는 73% 효율을 가졌다. 두번째 실험에서, 7 ㎠ 전지를 맞물린 유동장 패턴이 있도록 제조했다. 전지의 성능을 액체 매질의 유속에 대비하여 측정하였다. 상기 시험에서, 유속 (화학량론 당량) 을 17 에서 9 (즉, 거의 50%) 감소시켰고, 유속 감소로부터 야기하는 에너지 효율은 3% 감소하였다. 상기 실험은 각각의 BPP 판 (30) 의 액체 매질 상의 맞물린 유동장 패턴을 사용하는 이득을 암시한다.
각각의 BPP 판 (30) 의 액체 매질 상의 맞물린 유동장 패턴을 사용하면 다른 패턴에 비해 유체 반응물의 필요한 유속이 10-50% 감소하였다. 각각의 BPP 판 또는 유동장의 채널 (40) 을 가로지르는 압력 손실은 디자인에 대한 주요 인자이고, 유체 또는 반응물의 순환 비용을 감소시키기 위해 가능한 한 낮아야만 한다. 수소 면의 경우, 구불구불한 유동장 패턴을 가로지르는 압력 손실은 10 밀리바 (mbar) 작동 범위 미만으로 매우 낮고, 최적은 5 mbar 이다. 맞물린 유동장 패턴으로 흐르는 액체의 경우, 50-500 mbar 의 작업 범위를 시험하였고, 바람직한 100-200 mbar 압력 차이 및 100-150 mbar 의 최적 압력 손실이 사용되었다.
도 4 및 도 5 를 참조하면, 연료 전지 더미 어셈블리의 액체 면에서 유동장 패턴의 효과를 계산하기 위해, 시뮬레이션 시험을 수행하였고, 결과를 도 4 및 5 에 제시한다. 도 4 에서, 구불구불한 유동장 패턴의 입구 포트 (110) 및 출구 포트 (125) 가 제시된다. 도 5 에서, 유동장의 입구 포트 (210), 및 맞물린 유동장 패턴의 출구 포트 (230) 가 표시된다. 색상 주석은 연료 전지와 반응하는 활성 성분의 질량 분율이다. 도 4 및 도 5 모두에서, 초기 농도 및 유속은 동일하다.
도 4 에서의 구불구불한 흐름 패턴의 경우, 활성 성분의 흐름 분배는 균질하지 않고, 활성 성분의 전반적인 농도가 낮고 (청색), BPP 판의 작은 부분에서는 활성 성분의 농도가 높고, 큰 부분에서는 활성 성분의 농도가 낮은 것으로 보인다. 상기 결과는 도 4 의 연료 전지 더미 어셈블리가 일반적으로 저 농도의 활성 성분으로 작동될 것이고, 이것은 낮은 전압 효율로 귀결될 것이라는 것을 나타낸다. 도 5 의 맞물린 유동장 패턴 중의 농도 분배는 매우 양호하다. 활성 성분의 농도는 도 5 의 전체 BPP 판을 가로질러 높고 동등하다. 도 5 의 맞물린 흐름 패턴 중의 활성 성분의 향상된 분배는 양호한 전압 효율을 야기할 것이고 도 4 의 구불구불한 유동장보다 낮은 유속을 필요로 한다.
도 1 및 도 6 내지 도 8 을 참조하면, SCSC (315) 의 효과를, 100 와트 동력 정격 단위인, 연료 전지 더미 어셈블리 (5) 와 유사한 연료 전지 더미 어셈블리 중의 10 개의 전지 더미에서 평가하였다. 전류 밀도를 먼저 SCSC (315) 없이 측정하고, 25% 임을 명시한다. 두번째 실험에서, SCSC (315) 를 절연된 유체 분배 매니폴드 (25) 중의 BPP 판 (30) 내부에 매장시켰다. 상기 변화는 전류 효율을 50% 증가시키고, 이것은 효율을 100% 증가시킨다. 추가의 실험에서, 절연된 유체 분배 매니폴드 (25) 중의 BPP 판 (30) 내부에 매장된 SCSC (315) 로 매장된, 1.1 킬로 와트 (Watt) 단위인, 연료 전지 더미 어셈블리 (5) 와 유사한 연료 전지 더미 어셈블리 중의 13 개의 전지 더미를 97% 의 전류 효율로 작동시켰고, 이것은 첫번째 실험에 비해 전류 효율의 거의 3 배 증가이다.
본 명세서에 따라 여러 실시예를 제시 및 설명하고 있지만, 여기에 수많은 변화가 적용되기 쉬울 것이라는 것이 당업자에게 명백하다고 명확하게 이해된다. 그러므로, 제시 및 설명된 사항에 제한되는 것이 아니라, 특허청구범위의 범주 내에 있는 모든 변형 및 개질을 보여주는 것으로 의도된다.

Claims (36)

  1. 전기적으로 전도성인 물질로 형성된 판 본체로서, 상기 판 본체는 제1 표면 및 상기 제1 표면의 맞은 편의 제2 표면을 갖고, 각각의 표면은 유체가 통과하는 반응 흐름 채널을 갖는 판 본체;
    유체를 상기 반응 흐름 채널에 도입하기 위한 입구 및 상기 반응 흐름 채널로부터 상기 유체를 방전시키기 위한 출구의 형태로 상기 판 본체 상에 형성되는 매니폴드;
    상기 반응 흐름 채널과 상기 매니폴드를 연결시키기 위해 상기 판 본체 상에 형성되는 연결 채널;을 포함하며,
    상기 제1 표면 상의 상기 반응 흐름 채널은 그 사이에 맞물린 유동장 패턴을 형성하는 다수의 리브를 갖고,
    상기 제2 표면 상의 상기 반응 흐름 채널은 그 사이에 맞물린 유동장 패턴 또는 맞물린 유동장 패턴과 상이한 유동장 패턴을 형성하는 다수의 리브를 갖는 것을 특징으로 하는 분리판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 표면 상의 상기 반응 흐름 채널은 그 사이에 구불구불한 유동장 패턴을 형성하는 다수의 리브를 갖는 것을 특징으로 하는 분리판.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 연결 채널은 분류 전류를 감소시키는 내부 이온 용액 저항기를 형성하기 충분하도록 상기 반응 흐름 채널에서부터 상기 매니폴드까지의 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 분리판.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 반응 흐름 채널과 상기 매니폴드를 연결하기 위해 상기 판 본체 상에 형성되는 연결 채널; 및
    상기 분리판이 더미를 이루는 경우 부착되는 상기 분리판을 실링하기 위한 개스킷들;을 더 포함하는 것을 특징으로 분리판.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 연결 채널은 상기 판 본체들이 더미를 이루는 경우 상기 판 본체의 상기 제1 표면 및 상기 제1 표면의 맞은 편의 제2 표면 모두의 평평한 구역이 서로 마주하도록 형성되고, 상기 개스킷들은 상기 판 본체들의 상기 평평한 표면에 부착되는 것을 특징으로 하는 분리판.
  6. 전기적으로 전도성인 물질로 형성된 판 본체로서, 상기 판 본체는 제1 표면 및 상기 제1 표면의 맞은 편의 제2 표면을 갖고, 각각의 표면은 유체가 통과하는 반응 흐름 채널을 갖는 판 본체;을 포함하며,
    상기 제1 표면 상의 상기 반응 흐름 채널은 그 사이에 맞물린 유동장 패턴을 형성하는 다수의 리브를 갖고,
    상기 제2 표면 상의 상기 반응 흐름 채널은 그 사이에 맞물린 유동장 패턴 또는 맞물린 유동장 패턴과 상이한 유동장 패턴을 형성하는 다수의 리브를 갖는 것을 특징으로 하는 분리판.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2 표면 상의 상기 반응 흐름 채널은 그 사이에 구불구불한 유동장 패턴을 형성하는 다수의 리브를 갖는 것을 특징으로 하는 분리판.
  8. 절연 물질로 형성된 프레임 본체로서, 상기 프레임 본체는 제1 표면 및 상기 제1 표면의 맞은 편의 제2 표면을 갖고, 상기 프레임 본체는 그를 통과하는 조리개를 갖는 프레임 본체; 및
    분리판 내의 반응 흐름 채널을 연결하기 위해 상기 프레임 본체 내에 형성되는 연결 채널;을 포함하는 것을 특징으로 하는 분리판용 프레임.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 분리판은 상기 조리개 내에 위치하며, 상기 프레임 본체 내에 형성되는 연결 채널 및 상기 분리판 내의 반응 흐름 채널을 통해 상기 프레임에 연결되는 것을 특징으로 하는 분리판용 프레임.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 프레임 본체 내에 형성되는 상기 연결 채널은 매니폴드에 연결되는 것을 특징으로 하는 분리판용 프레임.
  11. 다수의 멤브레인 및 전극 어셈블리; 및
    다수의 분리판;을 포함하는 재생 연료 전지 더미에 있어서,
    상기 분리판은,
    전기적으로 전도성인 물질로 형성된 판 본체로서, 상기 판 본체는 제1 표면 및 상기 제1 표면의 맞은 편의 제2 표면을 갖고, 각각의 표면은 유체가 통과하는 반응 흐름 채널을 갖는 판 본체;을 포함하며,
    상기 제1 표면 상의 상기 반응 흐름 채널은 그 사이에 맞물린 유동장 패턴을 형성하는 다수의 리브를 갖고,
    상기 제2 표면 상의 상기 반응 흐름 채널은 그 사이에 맞물린 유동장 패턴 또는 맞물린 유동장 패턴과 상이한 유동장 패턴을 형성하는 다수의 리브를 갖고,
    상기 다수의 멤브레인 및 전극 어셈블리는 상기 다수의 분리판과 교대로 더미를 이루는 것을 특징으로 하는 재생 연료 전지 더미.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제2 표면 상의 상기 반응 흐름 채널은 그 사이에 구불구불한 유동장 패턴을 형성하는 다수의 리브를 갖는 것을 특징으로 하는 재생 연료 전지 더미.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 다수의 분리판은 프레임;을 더 포함하며,
    상기 프레임은,
    절연 물질로 형성된 프레임 본체로서, 상기 프레임 본체는 제1 표면 및 상기 제1 표면의 맞은 편의 제2 표면을 갖고, 상기 프레임 본체는 그를 통과하는 조리개 및 상기 조리개 내에 위치한 분리판을 갖는 프레임 본체; 및
    분리판 내의 반응 흐름 채널을 연결하기 위해 상기 프레임 본체 내에 형성되는 연결 채널;을 포함하는 것을 특징으로 하는 재생 연료 전지 더미.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 다수의 멤브레인 및 전극 어셈블리는,
    애노드, 캐소드, 및 상기 애노드와 상기 캐소드 사이에 배치되는 고체 전해질 멤브레인;을 포함하며,
    상기 애노드는 지지체 및 그 위에 분산된 촉매를 포함하며,
    상기 촉매는 하나 이상의 귀금속을 포함하며,
    상기 캐소드는 지지체 및 임의로 그 위에 분산된 촉매를 포함하며,
    상기 촉매는 탄소 분말 또는 탄소 분말을 함유하는 하나 이상의 귀금속을 포함하며,
    상기 애노드 상에 분산된 촉매 및 상기 캐소드 상에 분산된 촉매는 동일 또는 상이하며, 할로겐 이온 또는 할로겐 이온의 혼합물의 존재 하에서, 상기 재생 연료 전지에서 충전 반응 및 방전 반응을 촉매화할 수 있는 것을 특징으로 하는 재생 연료 전지 더미.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 촉매는 수소 산화환원 반응, 할로겐/할라이드 산화환원 반응, 및 수소/트리할라이드 산화환원 반응을 촉매화할 수 있는 것을 특징으로 하는 재생 연료 전지 더미.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 촉매는 수소 발생 반응 (HER) 및 수소 산화 반응 (HOR) 을 촉매화할 수 있는 것을 특징으로 하는 재생 연료 전지 더미.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 재생 연료 전지는 수소/브롬 재생 연료 전지를 포함하는 것을 특징으로 하는 재생 연료 전지 더미.
  18. 다수의 멤브레인 및 전극 어셈블리;
    다수의 분리판;을 포함하며,
    상기 다수의 분리판은,
    전기적으로 전도성인 물질로 형성된 판 본체로서, 상기 판 본체는 제1 표면 및 상기 제1 표면의 맞은 편의 제2 표면을 갖고, 각각의 표면은 유체가 통과하는 반응 흐름 채널을 갖는 판 본체;
    유체를 상기 반응 흐름 채널에 도입하기 위한 입구 및 상기 반응 흐름 채널로부터 상기 유체를 방전시키기 위한 출구의 형태로 상기 판 본체 상에 형성되는 매니폴드;
    상기 반응 흐름 채널과 상기 매니폴드를 연결시키기 위해 상기 판 본체 상에 형성되는 연결 채널;을 포함하며,
    상기 제1 표면 상의 상기 반응 흐름 채널은 그 사이에 맞물린 유동장 패턴을 형성하는 다수의 리브를 갖고,
    상기 제2 표면 상의 상기 반응 흐름 채널은 그 사이에 맞물린 유동장 패턴 또는 맞물린 유동장 패턴과 상이한 유동장 패턴을 형성하는 다수의 리브를 갖고,
    상기 다수의 멤브레인 및 전극 어셈블리는 상기 다수의 분리판과 교대로 더미를 이루는 것을 특징으로 하는 재생 연료 전지 더미.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제2 표면 상의 상기 반응 흐름 채널은 그 사이에 구불구불한 유동장 패턴을 형성하는 다수의 리브를 갖는 것을 특징으로 하는 재생 연료 전지 더미.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 연결 채널은 분류 전류를 감소시키는 내부 이온 용액 저항기를 형성하기 충분하도록 상기 반응 흐름 채널에서부터 상기 매니폴드까지의 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 재생 연료 전지 더미.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 다수의 분리판은 프레임을 더 포함하며,
    상기 프레임은,
    절연 물질로 형성된 프레임 본체로서, 상기 프레임 본체는 제1 표면 및 상기 제1 표면의 맞은 편의 제2 표면을 갖고, 상기 프레임 본체는 그를 통과하는 조리개 및 상기 조리개 내에 위치한 분리판을 갖는 프레임 본체; 및
    분리판 내의 반응 흐름 채널을 연결하기 위해 상기 프레임 본체 내에 형성되는 연결 채널;을 포함하는 것을 특징으로 하는 재생 연료 전지 더미.
  22. 제18항에 있어서,
    상기 다수의 멤브레인 및 전극 어셈블리는,
    애노드, 캐소드, 및 상기 애노드와 상기 캐소드 사이에 배치되는 고체 전해질 멤브레인;을 포함하며,
    상기 애노드는 지지체 및 그 위에 분산된 촉매를 포함하며,
    상기 촉매는 하나 이상의 귀금속을 포함하며,
    상기 캐소드는 지지체 및 임의로 그 위에 분산된 촉매를 포함하며,
    상기 촉매는 탄소 분말 또는 탄소 분말을 함유하는 하나 이상의 귀금속을 포함하며,
    상기 애노드 상에 분산된 촉매 및 상기 캐소드 상에 분산된 촉매는 동일 또는 상이하며, 할로겐 이온 또는 할로겐 이온의 혼합물의 존재 하에서, 상기 재생 연료 전지에서 충전 반응 및 방전 반응을 촉매화할 수 있는 것을 특징으로 하는 재생 연료 전지 더미.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 촉매는 수소 산화환원 반응, 할로겐/할라이드 산화환원 반응, 및 수소/트리할라이드 산화환원 반응을 촉매화할 수 있는 것을 특징으로 하는 재생 연료 전지 더미.
  24. 제22항에 있어서,
    상기 촉매는 수소 발생 반응 (HER) 및 수소 산화 반응 (HOR) 을 촉매화할 수 있는 것을 특징으로 하는 재생 연료 전지 더미.
  25. 제22항에 있어서,
    상기 재생 연료 전지는 수소/브롬 재생 연료 전지를 포함하는 것을 특징으로 하는 재생 연료 전지 더미.
  26. 다수의 분리판;
    다수의 멤브레인 및 전극 어셈블리;를 포함하며,
    상기 다수의 멤브레인 및 전극 어셈블리는,
    애노드, 캐소드, 및 상기 애노드와 상기 캐소드 사이에 배치되는 고체 전해질 멤브레인;을 포함하며,
    상기 애노드는 지지체 및 그 위에 분산된 촉매를 포함하며,
    상기 촉매는 하나 이상의 귀금속을 포함하며,
    상기 캐소드는 지지체 및 임의로 그 위에 분산된 촉매를 포함하며,
    상기 촉매는 탄소 분말 또는 탄소 분말을 함유하는 하나 이상의 귀금속을 포함하며,
    상기 애노드 상에 분산된 촉매 및 상기 캐소드 상에 분산된 촉매는 동일 또는 상이하며, 할로겐 이온 또는 할로겐 이온의 혼합물의 존재 하에서, 상기 재생 연료 전지에서 충전 반응 및 방전 반응을 촉매화할 수 있고,
    상기 다수의 멤브레인 및 전극 어셈블리는 상기 다수의 분리판과 교대로 더미를 이루는 것을 특징으로 하는 재생 연료 전지 더미.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 다수의 분리판은,
    전기적으로 전도성인 물질로 형성된 판 본체로서, 상기 판 본체는 제1 표면 및 상기 제1 표면의 맞은 편의 제2 표면을 갖고, 각각의 표면은 유체가 통과하는 반응 흐름 채널을 갖는 판 본체;을 포함하며,
    상기 제1 표면 상의 상기 반응 흐름 채널은 그 사이에 맞물린 유동장 패턴을 형성하는 다수의 리브를 갖고,
    상기 제2 표면 상의 상기 반응 흐름 채널은 그 사이에 맞물린 유동장 패턴 또는 맞물린 유동장 패턴과 상이한 유동장 패턴을 형성하는 다수의 리브를 갖는 것을 특징으로 하는 재생 연료 전지 더미.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 제2 표면 상의 상기 반응 흐름 채널은 그 사이에 구불구불한 유동장 패턴을 형성하는 다수의 리브를 갖는 것을 특징으로 하는 재생 연료 전지 더미.
  29. 제27항에 있어서,
    상기 다수의 분리판은 프레임을 더 포함하며,
    상기 프레임은,
    절연 물질로 형성된 프레임 본체로서, 상기 프레임 본체는 제1 표면 및 상기 제1 표면의 맞은 편의 제2 표면을 갖고, 상기 프레임 본체는 그를 통과하는 조리개 및 상기 조리개 내에 위치한 분리판을 갖는 프레임 본체; 및
    분리판 내의 반응 흐름 채널을 연결하기 위해 상기 프레임 본체 내에 형성되는 연결 채널;을 포함하는 것을 특징으로 하는 재생 연료 전지 더미.
  30. 제26항에 있어서,
    상기 다수의 분리판은,
    전기적으로 전도성인 물질로 형성된 판 본체로서, 상기 판 본체는 제1 표면 및 상기 제1 표면의 맞은 편의 제2 표면을 갖고, 각각의 표면은 유체가 통과하는 반응 흐름 채널을 갖는 판 본체;
    유체를 상기 반응 흐름 채널에 도입하기 위한 입구 및 상기 반응 흐름 채널로부터 상기 유체를 방전시키기 위한 출구의 형태로 상기 판 본체 상에 형성되는 매니폴드;
    상기 반응 흐름 채널과 상기 매니폴드를 연결시키기 위해 상기 판 본체 상에 형성되는 연결 채널;을 포함하며,
    상기 제1 표면 상의 상기 반응 흐름 채널은 그 사이에 맞물린 유동장 패턴을 형성하는 다수의 리브를 갖고,
    상기 제2 표면 상의 상기 반응 흐름 채널은 그 사이에 맞물린 유동장 패턴 또는 맞물린 유동장 패턴과 상이한 유동장 패턴을 형성하는 다수의 리브를 갖는 것을 특징으로 하는 재생 연료 전지 더미.
  31. 제30항에 있어서,
    상기 제2 표면 상의 상기 반응 흐름 채널은 그 사이에 구불구불한 유동장 패턴을 형성하는 다수의 리브를 갖는 것을 특징으로 하는 재생 연료 전지 더미.
  32. 제30항에 있어서,
    상기 연결 채널은 분류 전류를 감소시키는 내부 이온 용액 저항기를 형성하기 충분하도록 상기 반응 흐름 채널에서부터 상기 매니폴드까지의 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 재생 연료 전지 더미.
  33. 제30항에 있어서,
    상기 다수의 분리판은 프레임을 더 포함하며,
    상기 프레임은,
    절연 물질로 형성된 프레임 본체로서, 상기 프레임 본체는 제1 표면 및 상기 제1 표면의 맞은 편의 제2 표면을 갖고, 상기 프레임 본체는 그를 통과하는 조리개 및 상기 조리개 내에 위치한 분리판을 갖는 프레임 본체; 및
    분리판 내의 반응 흐름 채널을 연결하기 위해 상기 프레임 본체 내에 형성되는 연결 채널;을 포함하는 것을 특징으로 하는 재생 연료 전지 더미.
  34. 제30항에 있어서,
    상기 촉매는 수소 산화환원 반응, 할로겐/할라이드 산화환원 반응, 및 수소/트리할라이드 산화환원 반응을 촉매화할 수 있는 것을 특징으로 하는 재생 연료 전지 더미.
  35. 제30항에 있어서,
    상기 촉매는 수소 발생 반응 (HER) 및 수소 산화 반응 (HOR) 을 촉매화할 수 있는 것을 특징으로 하는 재생 연료 전지 더미.
  36. 제30항에 있어서,
    상기 재생 연료 전지는 수소/브롬 재생 연료 전지를 포함하는 것을 특징으로 하는 재생 연료 전지 더미.
KR1020127021023A 2010-01-25 2011-01-24 분리판 및 이를 포함하는 재생 연료 전지 더미 KR20120130177A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US29785310P 2010-01-25 2010-01-25
US61/297,853 2010-01-25
PCT/IB2011/000097 WO2011089516A2 (en) 2010-01-25 2011-01-24 Bipolar plates and regenerative fuel cell stacks including same

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020147035933A Division KR101763698B1 (ko) 2010-01-25 2011-01-24 재생 연료 전지 더미

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20120130177A true KR20120130177A (ko) 2012-11-29

Family

ID=44168859

Family Applications (7)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020127020623A KR101493268B1 (ko) 2010-01-25 2011-01-24 양자-전도성 막의 제조 방법
KR1020127022172A KR101554246B1 (ko) 2010-01-25 2011-01-24 에너지 저장 및 발생 시스템
KR1020127022033A KR20130009750A (ko) 2010-01-25 2011-01-24 전기화학 시스템 및 이의 작동 방법
KR1020127021023A KR20120130177A (ko) 2010-01-25 2011-01-24 분리판 및 이를 포함하는 재생 연료 전지 더미
KR1020147035933A KR101763698B1 (ko) 2010-01-25 2011-01-24 재생 연료 전지 더미
KR1020157003696A KR101578811B1 (ko) 2010-01-25 2011-01-24 전기화학 시스템 및 이의 작동 방법
KR1020127022099A KR101512034B1 (ko) 2010-01-25 2011-01-24 연료 전지용 촉매 및 전극

Family Applications Before (3)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020127020623A KR101493268B1 (ko) 2010-01-25 2011-01-24 양자-전도성 막의 제조 방법
KR1020127022172A KR101554246B1 (ko) 2010-01-25 2011-01-24 에너지 저장 및 발생 시스템
KR1020127022033A KR20130009750A (ko) 2010-01-25 2011-01-24 전기화학 시스템 및 이의 작동 방법

Family Applications After (3)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020147035933A KR101763698B1 (ko) 2010-01-25 2011-01-24 재생 연료 전지 더미
KR1020157003696A KR101578811B1 (ko) 2010-01-25 2011-01-24 전기화학 시스템 및 이의 작동 방법
KR1020127022099A KR101512034B1 (ko) 2010-01-25 2011-01-24 연료 전지용 촉매 및 전극

Country Status (12)

Country Link
US (5) US9627693B2 (ko)
EP (5) EP2529438A2 (ko)
JP (7) JP5568144B2 (ko)
KR (7) KR101493268B1 (ko)
CN (8) CN102725894B (ko)
AU (3) AU2011208458B2 (ko)
BR (2) BR112012018441A2 (ko)
CA (5) CA2787645C (ko)
ES (1) ES2585819T3 (ko)
IL (4) IL220963A (ko)
MX (2) MX2012008654A (ko)
WO (5) WO2011089521A2 (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160059659A (ko) 2014-11-19 2016-05-27 국방과학연구소 연료전지용 복합체 분리판, 이를 갖는 연료전지 스택, 그리고 이의 제조 방법
KR20180033692A (ko) * 2016-09-26 2018-04-04 베너게이트 주식회사 레독스 흐름 전지용 분리판 및 이를 포함하는 레독스 흐름 전지
KR20200111239A (ko) * 2018-02-06 2020-09-28 비와이디 컴퍼니 리미티드 중합체 분리막, 이의 제조 방법 및 이의 용도, 및 리튬-이온 배터리 및 이의 제조 방법

Families Citing this family (100)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BRPI0716116A2 (pt) * 2006-08-30 2013-10-01 Umicore Ag & Co Kg partÍculas catalÍticas tipo nécleo/casca e mÉtodos para sua preparaÇço
CN102317244A (zh) 2009-01-29 2012-01-11 普林斯顿大学 二氧化碳转化至有机产物
US20110114502A1 (en) * 2009-12-21 2011-05-19 Emily Barton Cole Reducing carbon dioxide to products
US8721866B2 (en) 2010-03-19 2014-05-13 Liquid Light, Inc. Electrochemical production of synthesis gas from carbon dioxide
US8845877B2 (en) 2010-03-19 2014-09-30 Liquid Light, Inc. Heterocycle catalyzed electrochemical process
US8500987B2 (en) 2010-03-19 2013-08-06 Liquid Light, Inc. Purification of carbon dioxide from a mixture of gases
US8845878B2 (en) 2010-07-29 2014-09-30 Liquid Light, Inc. Reducing carbon dioxide to products
US8961774B2 (en) 2010-11-30 2015-02-24 Liquid Light, Inc. Electrochemical production of butanol from carbon dioxide and water
US8568581B2 (en) 2010-11-30 2013-10-29 Liquid Light, Inc. Heterocycle catalyzed carbonylation and hydroformylation with carbon dioxide
US9090976B2 (en) 2010-12-30 2015-07-28 The Trustees Of Princeton University Advanced aromatic amine heterocyclic catalysts for carbon dioxide reduction
US10243218B2 (en) * 2011-02-01 2019-03-26 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Method for producing fine catalyst particles, method for producing carbon-supported fine catalyst particles, method for producing catalyst mix and method for producing electrode
US9123962B2 (en) 2011-02-07 2015-09-01 United Technologies Corporation Flow battery having electrodes with a plurality of different pore sizes and or different layers
US8916281B2 (en) 2011-03-29 2014-12-23 Enervault Corporation Rebalancing electrolytes in redox flow battery systems
BR112014000052A2 (pt) 2011-07-06 2017-02-07 Liquid Light Inc redução de dióxido de carbono em ácidos carboxílicos, glicóis e carboxilatos
AU2012278948A1 (en) 2011-07-06 2014-01-16 Liquid Light, Inc. Carbon dioxide capture and conversion to organic products
EP2742090A1 (en) * 2011-08-11 2014-06-18 Amalyst Limited Improvements in or relating to catalysts
CN102354764B (zh) * 2011-08-24 2013-11-20 中国东方电气集团有限公司 供能系统及其控制方法
WO2013035698A1 (ja) * 2011-09-09 2013-03-14 国立大学法人山梨大学 高活性・安定性触媒粒子、及びそれを用いた電極触媒、並びにその製造方法
US20140008237A1 (en) * 2011-11-06 2014-01-09 The University Of Massachusetts Method of producing hydrocarbons using a fuel cell, and fuel storage system comprising the fuel cell
EP2600451A3 (en) * 2011-11-29 2015-02-11 Samsung Electronics Co., Ltd Electrode catalyst for fuel cell, method of preparing the same, and membrane electrode assembly and fuel cell including electrode catalyst
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
WO2013095378A1 (en) * 2011-12-20 2013-06-27 United Technologies Corporation Flow battery with mixed flow
GB201200250D0 (en) * 2012-01-09 2012-02-22 Imp Innovations Ltd Regenerative fuel cells
WO2014014503A1 (en) * 2012-07-17 2014-01-23 Sun Catalytix Corporation Increased durability in hydrogen bromide cell stacks by inhibiting corrosion of hydrogen electrodes
US8845876B2 (en) 2012-07-26 2014-09-30 Liquid Light, Inc. Electrochemical co-production of products with carbon-based reactant feed to anode
US8858777B2 (en) 2012-07-26 2014-10-14 Liquid Light, Inc. Process and high surface area electrodes for the electrochemical reduction of carbon dioxide
US8641885B2 (en) 2012-07-26 2014-02-04 Liquid Light, Inc. Multiphase electrochemical reduction of CO2
US9267212B2 (en) 2012-07-26 2016-02-23 Liquid Light, Inc. Method and system for production of oxalic acid and oxalic acid reduction products
US10329676B2 (en) 2012-07-26 2019-06-25 Avantium Knowledge Centre B.V. Method and system for electrochemical reduction of carbon dioxide employing a gas diffusion electrode
US9175407B2 (en) 2012-07-26 2015-11-03 Liquid Light, Inc. Integrated process for producing carboxylic acids from carbon dioxide
CA2919875C (en) 2012-08-14 2021-08-17 Powerdisc Development Corporation Ltd. Fuel cell flow channels and flow fields
WO2014056110A1 (en) * 2012-10-10 2014-04-17 Powerdisc Development Corporation Ltd. Reactant flow channels for electrolyzer applications
GB201503750D0 (en) 2012-08-14 2015-04-22 Powerdisc Dev Corp Ltd Fuel cells components, stacks and modular fuel cell systems
US9644277B2 (en) 2012-08-14 2017-05-09 Loop Energy Inc. Reactant flow channels for electrolyzer applications
US20140065516A1 (en) * 2012-09-06 2014-03-06 Wisconsin Alumni Research Foundation Mixed-Metal Platinum Catalysts With Improved Carbon Monoxide Tolerance
US9873951B2 (en) 2012-09-14 2018-01-23 Avantium Knowledge Centre B.V. High pressure electrochemical cell and process for the electrochemical reduction of carbon dioxide
CN104619886B (zh) * 2012-09-14 2019-02-12 阿凡田知识中心有限公司 二氧化碳电化学还原的方法和高表面积电极
US20150376803A1 (en) * 2012-10-09 2015-12-31 Brookhaven Science Associates, Llc Gas Diffusion Electrodes and Methods for Fabricating and Testing Same
KR101807378B1 (ko) * 2012-11-09 2017-12-08 유나이티드 테크놀로지스 코포레이션 부식을 제어하기 위한 전기화학 장치 및 방법
RU2516245C1 (ru) * 2012-11-29 2014-05-20 Открытое акционерное общество "УРАЛЬСКИЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ КОМБИНАТ" Биполярная пластина топливного элемента круглой формы
US8993183B2 (en) 2012-12-31 2015-03-31 Enervault Corporation Operating a redox flow battery with a negative electrolyte imbalance
US9567681B2 (en) * 2013-02-12 2017-02-14 Treadstone Technologies, Inc. Corrosion resistant and electrically conductive surface of metallic components for electrolyzers
JP6250074B2 (ja) * 2013-02-21 2017-12-20 ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツングＲｏｂｅｒｔ Ｂｏｓｃｈ Ｇｍｂｈ 表面合金を有するアノード電極を含むレドックスフロー電池システム
ES2643439T3 (es) * 2013-02-28 2017-11-22 Nuvera Fuel Cells, LLC Celda electroquímica que tiene una configuración de sello en cascada y recuperación de hidrógeno
US9818998B2 (en) * 2013-03-13 2017-11-14 Freya Energy, Inc. Separator for electrochemical cell with overcharge protection and method of making same
US8980454B2 (en) 2013-03-15 2015-03-17 Enervault Corporation Systems and methods for rebalancing redox flow battery electrolytes
JP2015056396A (ja) * 2013-09-12 2015-03-23 現代自動車株式会社 燃料電池用電極添加物およびその合成方法
EP3514873B1 (en) * 2013-09-23 2021-05-19 Lockheed Martin Energy, LLC Bipolar plate design with non-conductive picture frame
US10411284B2 (en) 2013-10-03 2019-09-10 Massachusetts Institute Of Technology Flow battery with dispersion blocker between electrolyte channel and electrode
EP3084872B1 (en) 2013-12-19 2019-02-20 Robert Bosch GmbH Hydrogen/bromine flow battery in which hydrogen is freely exchanged between two cell compartments
WO2015100216A1 (en) * 2013-12-23 2015-07-02 Robert Bosch Gmbh System and method for returning material from the br2 side of an h2/br2 flow battery back after crossover
JP2015122231A (ja) * 2013-12-24 2015-07-02 住友電気工業株式会社 レドックスフロー電池
JP6201876B2 (ja) * 2014-04-23 2017-09-27 住友電気工業株式会社 双極板、レドックスフロー電池、及び双極板の製造方法
US10119932B2 (en) * 2014-05-28 2018-11-06 Honeywell International Inc. Electrochemical gas sensor
EP2963723A1 (en) * 2014-07-04 2016-01-06 Elestor BV A hydrogen-redox flow battery assembly
WO2016007555A1 (en) * 2014-07-07 2016-01-14 Unienergy Technologies, Llc Systems and methods in a redox flow battery
CN104242794A (zh) * 2014-09-04 2014-12-24 杨敏杰 太阳能直流电供电电站
JP2016091834A (ja) * 2014-11-05 2016-05-23 住友電気工業株式会社 電解液循環型電池
JP6008224B1 (ja) * 2015-04-14 2016-10-19 住友電気工業株式会社 枠体、レドックスフロー電池用セルフレーム及びレドックスフロー電池
WO2016183356A1 (en) * 2015-05-12 2016-11-17 Northeastern University Nitrogen-functionalized platinum-iridium electrocatalyst
US10593964B2 (en) * 2015-06-23 2020-03-17 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Bipolar plate, cell frame, cell stack and redox-flow battery
KR102153934B1 (ko) * 2015-12-01 2020-09-09 코오롱인더스트리 주식회사 연료전지용 막-전극 접합체 및 이를 포함하는 연료전지
GB201522003D0 (en) 2015-12-14 2016-01-27 Imp Innovations Ltd Regenerative fuel cells
CN106914254B (zh) 2015-12-27 2019-08-23 财团法人工业技术研究院 碱性电化学能量转换反应用催化剂组合物及其用途
US10511019B2 (en) * 2016-03-10 2019-12-17 3M Innovative Properties Company Electrode solutions and electrochemical cells and batteries therefrom
JP7022073B2 (ja) 2016-03-22 2022-02-17 ループ エナジー インコーポレイテッド 温度管理のための燃料電池の流れ場の設計
JP6108008B1 (ja) * 2016-05-30 2017-04-05 住友電気工業株式会社 双極板、セルフレーム及びセルスタック、並びにレドックスフロー電池
DE112016006948A5 (de) 2016-06-09 2019-02-21 Schunk Kohlenstofftechnik Gmbh Elektrodenplatte und Verfahren zur Herstellung
BR112019000713B1 (pt) 2016-07-22 2023-04-25 Nantenergy, Inc Célula eletroquímica e método de conservar umidade dentro de uma célula eletroquímica
KR101842964B1 (ko) 2016-08-08 2018-03-29 한국과학기술연구원 텅스텐 카바이드 나노플레이크를 이용한 수소 생산용 전극의 제조 방법 및 이에 의해 제조된 수소 생산용 전극
FR3057709B1 (fr) * 2016-10-19 2018-11-23 IFP Energies Nouvelles Batterie a flux redox comportant un systeme de reduction des courants de derivation
EP3544104A4 (en) * 2016-11-16 2019-12-04 Sumitomo Electric Industries, Ltd. CELL FRAME, CELL STACK AND REDOX FLOW BATTERY
EP3544103B1 (en) * 2016-11-16 2023-06-07 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Cell frame, cell stack, and redox flow battery
CN106684420B (zh) * 2016-12-20 2019-05-31 华中科技大学 一种带有流场设计的铅液流电池
US10749201B2 (en) * 2017-01-11 2020-08-18 Xergy Inc. Regenerative fuel cell
US11394035B2 (en) 2017-04-06 2022-07-19 Form Energy, Inc. Refuelable battery for the electric grid and method of using thereof
US10661659B2 (en) 2017-06-21 2020-05-26 Cyberswitchingpatents, LLC. Integrated management of electric vehicle charging and non-electric vehicle fueling
CA3068606A1 (en) * 2017-08-11 2019-02-14 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Metal-hydrogen batteries for large-scale energy storage
US11611115B2 (en) 2017-12-29 2023-03-21 Form Energy, Inc. Long life sealed alkaline secondary batteries
JP7061249B2 (ja) * 2018-02-21 2022-04-28 国立大学法人山梨大学 水素発生触媒、水素発生装置、水素発生方法
WO2019183083A1 (en) * 2018-03-19 2019-09-26 The Trustees Of The University Of Pennsylvania Bulk nanoporous materials for on-site and on-board generation of hydrogen and other products
US20210032116A1 (en) * 2018-04-02 2021-02-04 Ariel Scientific Innovations Ltd. Electrocatalysts, the preparation thereof, and using the same for ammonia synthesis
CN112823444A (zh) * 2018-06-29 2021-05-18 福恩能源公司 滚动膜片密封件
US11973254B2 (en) 2018-06-29 2024-04-30 Form Energy, Inc. Aqueous polysulfide-based electrochemical cell
KR20210027538A (ko) 2018-07-27 2021-03-10 폼 에너지 인코퍼레이티드 전기화학 전지들에 대한 음의 전극들
CN110813274B (zh) * 2018-08-10 2020-12-01 中国科学院大连化学物理研究所 一种超细双金属IrRu纳米线型催化剂及其制备和应用
KR102312412B1 (ko) * 2018-08-23 2021-10-13 현대모비스 주식회사 연료 전지용 전극 촉매, 이를 포함하는 연료 전지용 전극, 연료 전지, 및 이의 제조 방법
NL2022354B1 (en) * 2019-01-08 2020-08-13 Hyet Holding B V Flow field plate and compressor comprising such plate
EP3683875A1 (de) * 2019-01-15 2020-07-22 simatec ag Elektrochemische gasentwicklungszelle, insbesondere quecksilberfreie wasserstoffentwicklungszelle
EP3699991B1 (en) * 2019-02-25 2021-04-14 ETH Zurich Systems and reactors for storage of electrical energy
US11949129B2 (en) 2019-10-04 2024-04-02 Form Energy, Inc. Refuelable battery for the electric grid and method of using thereof
US11894566B2 (en) 2020-05-12 2024-02-06 Robert Bosch Gmbh Catalyst materials for a fuel cell stack
KR102431468B1 (ko) 2020-09-21 2022-08-12 전남대학교산학협력단 탄소 껍질로 캡슐화된 전이금속 탄화물-인화물 하이브리드 나노 구조체를 포함하는 수소 발생 반응용 전기 촉매 및 그 제조방법
CN111883806B (zh) * 2020-09-28 2020-12-08 河南银金达新材料股份有限公司 质子传导隔膜及其制备方法
US20220407086A1 (en) * 2021-06-16 2022-12-22 Robert Bosch Gmbh Anode catalyst materials for electrochemical cells
US11746427B2 (en) * 2021-07-05 2023-09-05 EvolOH, Inc. Scalable electrolysis cell and stack and method of high-speed manufacturing the same
US11655551B2 (en) 2021-07-21 2023-05-23 Dioxycle Electrolyzer assembly comprising an insulating layer
NL2030263B1 (en) 2021-12-23 2023-06-29 Elestor B V A Hydrogen-X flow battery system coupled to a hydrogen pipeline network.
WO2023219648A1 (en) 2022-05-09 2023-11-16 Lockheed Martin Energy, Llc Flow battery with a dynamic fluidic network
CN116116423A (zh) * 2022-12-15 2023-05-16 双良节能系统股份有限公司 一种活性多孔镍基催化剂、其制备方法及应用

Family Cites Families (74)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE603874A (ko) * 1960-05-17
US4119836A (en) 1975-11-26 1978-10-10 Kakogawa Plastics Kabushiki Kaisha Heat-controlled doctor knife
US4128701A (en) * 1977-12-23 1978-12-05 United Technologies Corp. Hydrogen/chlorine regenerative fuel cell
IT1212303B (it) * 1978-07-10 1989-11-22 Elche Ltd Accumulatore redox.
US4218519A (en) * 1978-09-01 1980-08-19 Texas Instruments Incorporated Configuration for a gas redox fuel cell employing an ion exchange membrane
US4312927A (en) * 1980-06-27 1982-01-26 Minnesota Mining And Manufacturing Company Energy conversion and storage process
DE3241801A1 (de) 1982-11-11 1984-05-17 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Wasserstoff/brom-zelle
JPS59111272A (ja) 1982-12-15 1984-06-27 Toshiba Corp 燃料電池制御装置
JPS59191270A (ja) * 1983-04-14 1984-10-30 Fuji Electric Corp Res & Dev Ltd マトリツクス形燃料電池の電解液補給構造
JPS59196579A (ja) 1983-04-21 1984-11-07 Fuji Electric Corp Res & Dev Ltd マトリツクス形燃料電池
DE3334330A1 (de) 1983-09-22 1985-04-04 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Verfahren zur herstellung einer elektroden-membran-einheit fuer wasserstoff/brom-zellen
JPS60124367A (ja) 1983-12-08 1985-07-03 Agency Of Ind Science & Technol 燃料電池の電解液循環系
JPS6145569A (ja) 1984-08-09 1986-03-05 Nissan Motor Co Ltd 自動車用電源装置
DE3522714A1 (de) * 1985-06-25 1987-01-08 Fraunhofer Ges Forschung Verfahren zur chemischen reaktivierung einer redoxzelle
JPS625570A (ja) 1985-07-01 1987-01-12 Hitachi Ltd 燃料電池の電解質補充装置
JPS6261277A (ja) * 1985-09-11 1987-03-17 Agency Of Ind Science & Technol 高効率電力貯蔵方法
JPS62119868A (ja) * 1985-11-20 1987-06-01 Mitsubishi Electric Corp 燃料電池
US5219671A (en) * 1985-12-04 1993-06-15 Solar Reactor Technologies, Inc. Hydrogen generation and utility load leveling system and the method therefor
JPH0732023B2 (ja) * 1986-08-02 1995-04-10 東邦レーヨン株式会社 レドックスフロー型電池用バイポーラ板
JPS63313472A (ja) * 1987-06-16 1988-12-21 Fuji Electric Co Ltd 自由電解液形燃料電池
DE3735157A1 (de) 1987-10-16 1989-05-03 Boehringer Mannheim Gmbh Traegerband fuer teststreifen und vorrichtungen zum befestigen der teststreifen auf dem traegerband
JPH01292751A (ja) * 1988-05-18 1989-11-27 Fuji Electric Co Ltd マトリックス型燃料電池の電解液補給装置
US4818637A (en) 1988-05-20 1989-04-04 United Technologies Corporation Hydrogen/halogen fuel cell with improved water management system
JPH01307172A (ja) * 1988-06-02 1989-12-12 Fuji Electric Co Ltd マトリックス型燃料電池の電解液補給装置
JPH084010B2 (ja) * 1989-03-23 1996-01-17 関西電力株式会社 電解液循環型二次電池
JPH0446535A (ja) 1990-06-14 1992-02-17 Takaoka Electric Mfg Co Ltd 無停電電源装置
JPH04124755A (ja) 1990-09-17 1992-04-24 Oki Electric Ind Co Ltd 端末制御システム
JP2557947Y2 (ja) * 1991-04-26 1997-12-17 住友電気工業株式会社 電解液循環型電池
US5635039A (en) 1993-07-13 1997-06-03 Lynntech, Inc. Membrane with internal passages to permit fluid flow and an electrochemical cell containing the same
US6183623B1 (en) 1993-07-13 2001-02-06 Lynntech, Inc. Electrochemical conversion of anhydrous hydrogen halide to halogen gas using an ionically conducting membrane
US5599638A (en) 1993-10-12 1997-02-04 California Institute Of Technology Aqueous liquid feed organic fuel cell using solid polymer electrolyte membrane
JPH099681A (ja) 1995-06-23 1997-01-10 Matsushita Electric Ind Co Ltd インバータ装置
US6093306A (en) * 1997-04-07 2000-07-25 Solar Reactor Technologies Inc. Comprehensive system for utility load leveling, hydrogen production, stack gas cleanup, greenhouse gas abatement, and methanol synthesis
JPH1116591A (ja) 1997-06-26 1999-01-22 Matsushita Electric Ind Co Ltd 固体高分子型燃料電池、固体高分子型燃料電池システム及び電気機器
EP1066656B1 (en) * 1998-02-24 2011-04-06 Tel-Aviv University Future Technology Development L.P. Ion conductive matrixes and their use
GB9821156D0 (en) * 1998-09-29 1998-11-25 Nat Power Plc Manufacturable electrochemical 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
US6447943B1 (en) * 2000-01-18 2002-09-10 Ramot University Authority For Applied Research & Industrial Development Ltd. Fuel cell with proton conducting membrane with a pore size less than 30 nm
AU2001296346A1 (en) * 2000-09-27 2002-04-08 Proton Energy Systems, Inc. Electrode catalyst composition, electrode and membrane electrode assembly for electrochemical cells
JP2002246061A (ja) * 2001-02-15 2002-08-30 Sumitomo Electric Ind Ltd レドックスフロー２次電池用セルフレーム構造およびその製造方法
ATE407459T1 (de) 2001-07-18 2008-09-15 Univ Tel Aviv Future Tech Dev Brennstoffzelle mit protonenleitender membran und mit verbesserter wasser- und brennstoffhandhabung
JP3659582B2 (ja) * 2001-11-20 2005-06-15 本田技研工業株式会社 燃料循環式燃料電池システム
US8101243B2 (en) * 2002-04-03 2012-01-24 Colorado School Of Mines Method of making sulfur-resistant composite metal membranes
CN1202583C (zh) * 2002-05-09 2005-05-18 华南理工大学 高温直接甲醇燃料电池用复合型质子交换膜及其制备方法
US20040126632A1 (en) * 2002-12-27 2004-07-01 Pearson Martin T. Regenerative fuel cell electric power plant and operating method
JP2004247080A (ja) 2003-02-12 2004-09-02 Masaru Ichikawa 燃料電池
JP2006526882A (ja) 2003-06-05 2006-11-24 ソーラー リアクター テクノロジーズ，インコーポレイテッド 排煙放出を処理するための方法
DE10342889A1 (de) * 2003-09-15 2004-08-12 Werner Henze Vorrichtung und Verfahren zur Umwandlung von Wärme- und/oder Strahlungsenergie in elektrische Energie
JP5082187B2 (ja) * 2003-10-06 2012-11-28 日産自動車株式会社 固体高分子型燃料電池用電極触媒粒子の製造方法
US7985400B2 (en) * 2004-01-26 2011-07-26 Lummus Technology Inc. Method for making mesoporous or combined mesoporous and microporous inorganic oxides
JP4197514B2 (ja) * 2004-02-25 2008-12-17 三星エスディアイ株式会社 燃料電池システム及びスタック
US7687183B2 (en) 2004-08-25 2010-03-30 Gm Global Technology Operations, Inc. Electrochemical fuel cell elements having improved compression over channels
US7488551B2 (en) * 2004-12-28 2009-02-10 Ballard Power Systems Inc. Integrated current collector and electrical component plate for a fuel cell stack
JP5013740B2 (ja) 2005-04-28 2012-08-29 キヤノン株式会社 固体高分子型燃料電池の疎水性触媒層及びその製造方法、固体高分子型燃料電池及びその製造方法
EP1903089A1 (en) * 2005-07-13 2008-03-26 Konica Minolta Medical & Graphic, Inc. Precursor of halide-type photostimulable phosphor, halide-type photostimulable phosphor, radiation image conversion panel, and process for producing them
JP5019195B2 (ja) * 2005-12-21 2012-09-05 東海カーボン株式会社 燃料電池用セパレータ材の製造方法
WO2007100811A2 (en) * 2006-02-24 2007-09-07 The Regents Of The University Of California Platinum and platinum based alloy nanotubes as electrocatalysts for fuel cells
JP2007242524A (ja) 2006-03-10 2007-09-20 Toyota Motor Corp 有機無機ハイブリッド電解質膜、その製造方法、及び燃料電池
CN104243116B (zh) 2006-06-01 2018-03-06 华为技术有限公司 移动站与基站之间的连接处理方法、移动站和基站
US20080050639A1 (en) * 2006-08-23 2008-02-28 Michael Medina Bipolar flow field plate assembly and method of making the same
BRPI0716116A2 (pt) * 2006-08-30 2013-10-01 Umicore Ag & Co Kg partÍculas catalÍticas tipo nécleo/casca e mÉtodos para sua preparaÇço
KR100754379B1 (ko) * 2006-09-04 2007-08-31 삼성에스디아이 주식회사 이성분성 또는 다성분성 전극촉매, 그 제조방법 및 상기전극촉매를 채용한 연료전지
WO2008116249A1 (en) * 2007-03-28 2008-10-02 Redflow Pty Ltd Flowing electrolyte battery cell stack having an improved flow distribution zone
KR100869798B1 (ko) 2007-04-25 2008-11-21 삼성에스디아이 주식회사 연료 전지용 스택
JP2008293735A (ja) 2007-05-23 2008-12-04 Toyota Motor Corp 燃料電池および燃料電池システム
WO2009012338A1 (en) * 2007-07-16 2009-01-22 Srt Group, Inc. Waste treatment and energy production utilizing halogenation processes
US7820335B2 (en) * 2007-08-21 2010-10-26 Gm Global Technology Operations, Inc. Plate for a fuel cell assembly
JP5306621B2 (ja) * 2007-09-12 2013-10-02 高砂熱学工業株式会社 電力供給システム
KR100957368B1 (ko) * 2008-04-11 2010-05-12 현대자동차주식회사 연료전지용 ｍｅａ 소재 자동 타발 및 접합 설비
EP2294649B1 (en) * 2008-06-23 2016-08-10 Nuvera Fuel Cells, Inc. Fuel cell design based on a framed bipolar plate
JP2010010033A (ja) * 2008-06-30 2010-01-14 Toshiba Corp プロトン伝導性膜、それを用いた膜電極複合体および燃料電池
US20100060985A1 (en) * 2008-09-09 2010-03-11 Fujifilm Corporation Method for producing polarizing plate, and automobile's windshield
US20110275009A1 (en) * 2008-10-30 2011-11-10 Sony Corporation Platinum-containing catalyst and method of producing the same, electrode and electrochemical device
JP5566040B2 (ja) * 2009-03-30 2014-08-06 日本ゴア株式会社 積層体およびその製造方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160059659A (ko) 2014-11-19 2016-05-27 국방과학연구소 연료전지용 복합체 분리판, 이를 갖는 연료전지 스택, 그리고 이의 제조 방법
KR20180033692A (ko) * 2016-09-26 2018-04-04 베너게이트 주식회사 레독스 흐름 전지용 분리판 및 이를 포함하는 레독스 흐름 전지
KR20200111239A (ko) * 2018-02-06 2020-09-28 비와이디 컴퍼니 리미티드 중합체 분리막, 이의 제조 방법 및 이의 용도, 및 리튬-이온 배터리 및 이의 제조 방법
US11824225B2 (en) 2018-02-06 2023-11-21 Byd Company Limited Separator including substrate, hydrophilic blocking layer, and polar polymer bonding with nodal structure, and method of preparing the same

Also Published As

Publication number Publication date
BR112012018441A2 (pt) 2019-09-24
WO2011089516A3 (en) 2011-12-01
US9882223B2 (en) 2018-01-30
US20120312696A1 (en) 2012-12-13
KR20150016345A (ko) 2015-02-11
JP2013518362A (ja) 2013-05-20
KR101578811B1 (ko) 2015-12-18
CN104319410B (zh) 2017-01-11
MX2012008653A (es) 2013-01-29
WO2011089522A3 (en) 2012-01-19
JP2014209489A (ja) 2014-11-06
EP2529436A2 (en) 2012-12-05
CA2787477A1 (en) 2011-07-28
CA2787467C (en) 2014-10-21
CN102870259A (zh) 2013-01-09
AU2011208458A1 (en) 2012-08-09
KR20120124437A (ko) 2012-11-13
AU2014203796A1 (en) 2014-07-31
KR20130009750A (ko) 2013-01-23
EP2529438A2 (en) 2012-12-05
CA2787468A1 (en) 2011-07-28
CN102971900A (zh) 2013-03-13
EP2529439A2 (en) 2012-12-05
CN102725893A (zh) 2012-10-10
CA2787467A1 (en) 2011-07-28
JP6061680B2 (ja) 2017-01-18
CA2787640C (en) 2015-01-06
JP6019063B2 (ja) 2016-11-02
CA2787645A1 (en) 2011-07-28
US9627693B2 (en) 2017-04-18
US20120308911A1 (en) 2012-12-06
WO2011089522A8 (en) 2012-09-13
WO2011089520A2 (en) 2011-07-28
ES2585819T3 (es) 2016-10-10
AU2011208460A1 (en) 2012-08-09
JP2013518363A (ja) 2013-05-20
US9331342B2 (en) 2016-05-03
IL220964A (en) 2017-10-31
WO2011089521A2 (en) 2011-07-28
JP5902792B2 (ja) 2016-04-13
WO2011089520A3 (en) 2011-10-06
CN104167558A (zh) 2014-11-26
WO2011089518A2 (en) 2011-07-28
JP5616978B2 (ja) 2014-10-29
JP5568144B2 (ja) 2014-08-06
WO2011089518A3 (en) 2011-12-01
KR101493268B1 (ko) 2015-02-16
JP2013518364A (ja) 2013-05-20
JP2013518366A (ja) 2013-05-20
KR101512034B1 (ko) 2015-04-14
US20120308907A1 (en) 2012-12-06
KR20120125636A (ko) 2012-11-16
JP5535339B2 (ja) 2014-07-02
CA2787640A1 (en) 2011-07-28
US20120295172A1 (en) 2012-11-22
KR101763698B1 (ko) 2017-08-01
US8968961B2 (en) 2015-03-03
MX2012008654A (es) 2013-01-29
CN102725893B (zh) 2016-01-13
KR20120130184A (ko) 2012-11-29
CN102714320A (zh) 2012-10-03
JP2013518365A (ja) 2013-05-20
CN104319410A (zh) 2015-01-28
KR20150038056A (ko) 2015-04-08
CA2787645C (en) 2015-06-02
CN102714320B (zh) 2015-07-15
BR112012018438A2 (pt) 2016-04-19
US20120299384A1 (en) 2012-11-29
AU2014203796B2 (en) 2015-11-19
WO2011089522A2 (en) 2011-07-28
CA2787477C (en) 2017-05-23
IL220965A (en) 2016-08-31
CN102725894A (zh) 2012-10-10
AU2011208458B2 (en) 2014-04-17
WO2011089516A2 (en) 2011-07-28
WO2011089521A3 (en) 2011-10-27
EP2529441A2 (en) 2012-12-05
CN104167560B (zh) 2017-04-12
WO2011089518A8 (en) 2012-09-07
KR101554246B1 (ko) 2015-09-21
EP2529441B1 (en) 2016-05-04
IL220967A0 (en) 2012-09-24
CN104167560A (zh) 2014-11-26
IL220964A0 (en) 2012-09-24
CN102725894B (zh) 2015-08-19
EP2529437A2 (en) 2012-12-05
IL220963A (en) 2017-03-30
CN102971900B (zh) 2016-04-13
AU2011208460B2 (en) 2014-03-06
CN104167558B (zh) 2016-11-02
US9012104B2 (en) 2015-04-21
JP2015053278A (ja) 2015-03-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101763698B1 (ko) 재생 연료 전지 더미
US20060099482A1 (en) Fuel cell electrode
Zhang et al. Proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs)

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
AMND Amendment
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
E801 Decision on dismissal of amendment
A107 Divisional application of patent