KR20140021672A - 전해질의 변연 누출에 대한 대안 밀봉을 위한 프레임 시일을 갖는 전기화학 전지 - Google Patents

전해질의 변연 누출에 대한 대안 밀봉을 위한 프레임 시일을 갖는 전기화학 전지 Download PDF

Info

Publication number
KR20140021672A
KR20140021672A KR1020137031307A KR20137031307A KR20140021672A KR 20140021672 A KR20140021672 A KR 20140021672A KR 1020137031307 A KR1020137031307 A KR 1020137031307A KR 20137031307 A KR20137031307 A KR 20137031307A KR 20140021672 A KR20140021672 A KR 20140021672A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
gas
region
electrochemical cell
frame
porous material
Prior art date
Application number
KR1020137031307A
Other languages
English (en)
Inventor
란돌프 키페르
페테르 볼테링
라이네르 베베르
안드레아스 불란
미카엘 그로스홀츠
Original Assignee
유데노라 에스.피.에이.
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 유데노라 에스.피.에이. filed Critical 유데노라 에스.피.에이.
Publication of KR20140021672A publication Critical patent/KR20140021672A/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
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/08—Fuel cells with aqueous electrolytes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/70—Assemblies comprising two or more cells
    • C25B9/73—Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
    • C25B11/02—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by shape or form
    • C25B11/03—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by shape or form perforated or foraminous
    • C25B11/031—Porous electrodes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/17—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof
    • C25B9/19—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof with diaphragms
    • 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
    • H01M8/0273—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes with sealing or supporting means in the form of a frame
    • 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
    • H01M8/0276—Sealing means characterised by their form
    • 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
    • H01M8/04276—Arrangements for managing the electrolyte stream, e.g. heat exchange
    • H01M8/04283—Supply means of electrolyte to or in matrix-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
    • H01M8/08—Fuel cells with aqueous electrolytes
    • H01M8/083—Alkaline 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
    • H01M2008/1095—Fuel cells with polymeric electrolytes
    • 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)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
  • Hybrid Cells (AREA)

Abstract

본 발명은 멤브레인(8)에 의해서 서로로부터 분리되고 대응 전극들을 수용하는 양극 격실(14) 및 음극 격실(15)로서, 양 격실들의 접촉 영역에서 프레임 유형의 가장자리 영역들(16 및 17)을 갖는 외벽(12 및 13)을 각각 구비하는, 상기 양극 격실(14) 및 상기 음극 격실(15), 지지 시스템(7) 상에 안착되는 가스-확산 전극(6), 및 상기 가스-확산 전극(6) 상에 안착되는 다공성 재료(9) 뿐 아니라, 가스의 입구 및 출구를 위한 디바이스들(18,19)과 전해질의 입구 및 출구를 위한 디바이스들(20,21)을 포함하는 전기화학 전지에 관한 것으로서, 상기 프레임 유형의 가장자리 영역들(16 및 17)에는 전기화학 전지의 내부 영역(23) 및 외부 영역(24)을 표시하는 장착 보어들(4)이 제공된다.
본 발명은 적어도 하나의 원주방향 가스켓 프레임(3)이 양 격실들의 외벽들(12 및 13)의 프레임 유형의 가장자리 영역들(16 및 17) 사이의 양 격실들의 접촉 영역에 제공되고, 상기 가스켓이 상기 멤브레인(8) 상에 안착되고, 상기 다공성 재료(9) 및 상기 가스-확산 전극(6)이 상기 프레임 유형의 음극 가장자리 영역(17) 상에 안착되고 상기 원주방향 가스켓 프레임(3)이 이 영역에서 상기 다공성 재료(9) 및 상기 가스-확산 전극(6)과 중첩되며, 이 중첩 영역(2)은 적어도 2개의 성형 섹션들(1)을 갖고, 상기 원주방향 가스켓 프레임은 상기 다공성 재료(9) 및 상기 가스-확산 전극(6)의 중첩 영역의 외부에 있는 상기 프레임 유형의 가장자리 영역들(16 및 17) 사이에 있는 양 격실들의 접촉 영역에서 적어도 하나의 성형가능한 밀봉 코드 및/또는 적어도 하나의 추가 성형 섹션(22)을 가지며, 상기 추가 성형 섹션(22) 및/또는 성형가능한 밀봉 코드(5)는 상기 전기화학 전지의 내부 영역(23) 내에 배열되는 것을 특징으로 한다.

Description

전해질의 변연 누출에 대한 대안 밀봉을 위한 프레임 시일을 갖는 전기화학 전지{ELECTROCHEMICAL CELL HAVING A FRAME SEAL FOR ALTERNATIVE SEALING AGAINST MARGINAL LEAKAGES OF THE ELECTROLYTE}
본 발명은 전기화학 설비의 기술 분야에 기여할 수 있다.
본 발명은 청구항 1의 서두를 특징으로 하는 전기화학 장치에 관한 것이다. 이는 예로서 전해 장치, 배터리, 축압기 또는 연료 전지의 경우에서 전기화학 반응이 일어나는 장치로 이해된다.
전해 중에, 예로서 전기 에너지는 화학 에너지로 변환된다. 이는 전류에 의해서 화학 화합물의 분배를 통해서 이루어진다. 전해질로서 사용된 용액은 양전하 이온 및 음전하 이온을 함유한다. 따라서, 전해질로서 주로 산, 염기 또는 염류 용액들이 사용된다.
본원에서 염화 나트륨에 의해서 제공되는 - 액성 알카리 할로겐화물 용액으로부터 할로겐 가스들의 전해질 생산의 경우에- 양극측에서 다음과 같은 반응이 일어난다:
(1) 4NaCl → 2Cl2 + 4Na+ + 4e-
방출된 알카리 이온들은 음극으로 이동하고 여기서 상기 알카리 이온들은 거기서 제조된 수산화 이온들과 부식제(caustic)를 형성한다. 또한, 수소가 형성된다:
(2) 4H2O + 4e- → 2H2 + 4OH-
생산된 부식제는 양이온 교환 멤브레인에 의해서 양극측으로 제공되는 알카리 할로겐화물로부터 분리되고, 이 과정에서 서로로부터 분리된다. 이러한 종류의 멤브레인들은 당분야에 있으며 여러 공급자들로부터 상업적으로 구매할 수 있다.
상술한 반응이 일어날 때 염소의 형성에 의해서 발생되는 양극에서의 표준 전위는 +1.36V이고, 상술한 반응이 일어날 때, 음극에서의 표준 전위는 -0.86V이다. 이러한 종류의 전지 디자인은 예로서 WO98/55670호에 공지되어 있다. 상기 표준 전위들의 차이는 상기 반응들을 실행하는데 필요한 큰 에너지 입력을 생산한다. 이러한 차이 양을 최소화하기 위하여, 반응식 (2) 대신에 음극에서 하기 반응으로 귀결되는 시스템에 의해서 공급되도록, 가스-확산 전극들(이하, GDE로 기술됨)이 음극에서 사용된다:
(3) O2 + 2H2O + 4e- → 4OH-
산소는 순수 가스로서 또는 공기에 의해서 공급될 수 있다. 가스-확산 전극들을 사용하여 염소-알카리 전해의 결과적인 기본 전체 반응은 다음과 같다:
(4) 4NaCl + O2 + 2H2O → 4NaOH + 2Cl2
반응식(3)의 표준 전위는 +0.4V이고, 수소 형성과 함께 종래 전해와 비교할 때 GDE 기술의 사용에 의해서 큰 에너지 절약이 이루어진다.
가스-확산 전극들은 수년동안 배터리, 전해장치 및 연료 전지들에서 사용되었다. 상기 전극들에서의 전기화학 변환은 오직 소위 3상 경계부에서만 발생한다. 3상 경계부로 칭하는 것은 가스가 존재하는 구역으로서, 전해질 및 금속 도체가 공존한다. GDE가 효과적으로 작용하는 것을 보장하기 위하여, 금속 도체는 또한 원하는 반응을 위하여 촉매로서 작용해야 한다. 알카라인 시스템에서의 통상적인 촉매는 은, 니켈, 이산화망간, 탄소 및 백금이다. 그 표면적이 큰 경우에 촉매의 큰 효율이 보장되고, 이는 특정 표면적을 갖는 미세한 또는 다공성 분말들에 의해서 달성된다.
예로서 US 4614575호에 개시된 가스-확산 전극들의 사용에서의 문제점은 전해질이 모세관 효과에 의해서 상기 미세-다공성 구조들 안으로 침투하여 채운다는 사실에 기인한다. 이러한 효과는 산소가 구멍들을 통한 확산을 방지하게 하고 따라서 의도된 반응을 정지시킨다.
반응이 3상 경계부에서 효과적으로 일어나는 것을 보장하기 위하여, 그에 따라 압력 조건들을 선택함으로써 상술한 문제점을 회피하는 것이 필요하다. 전해질 용액의 경우와 같이 정적 액체에서 액체 기둥의 형성은 예로서, 유체정력 압력이 상기 기둥의 하단부에서 최고값에 도달하게 하고, 이는 상술한 현상을 강화시킨다.
관련 문헌에 공지된 바와 같이, 상기 문제는 낙하 막 증발기들을 사용하여 해결된다. 예로서 가성 소다 용액 NaOH 또는 가성 칼륨 용액(caustic potash) KOH과 같은 전해질은 멤브레인과 GDE 사이의 다공성 재료를 통과하게 되고, 따라서 유체정력 기둥의 형성을 방지한다. 이는 또한 침투 기술(percolating technology)로서 칭한다.
WO 03/42430호는 산소 소모 반응을 갖는 염소-알카리 전해 반응을 위해 이러한 원리를 사용하는 전해 전지를 기술하고 있다. 여기서, 산소는 가스-확산 전극에 의해서 다공성 재료로부터 분리되고 산소 및 다공성 재료 - 침투 약품은 전도성 지지 구조체 및 전도성의 가요성 스프링 요소에 의해서 함께 가압된다.
이러한 원리는 또한 예로서 DE 102004018748호에 기재되어 있다. 여기서, 전기화학 전지가 기술되는데, 상기 전기화학 전지는 양극을 갖는 적어도 하나의 양극 격실, 음극을 갖는 음극 격실 및 2 격실들 사이에 배열된 이온 교환 멤브레인으로 구성되며, 상기 양극 및/또는 음극은 가스 확산 전극이고, 상기 가스-확산 전극 및 상기 이온 교환 멤브레인 사이에는 갭이 배열되고, 가스 입구 및 가스 출구 뿐 아니라, 상기 갭 위에는 전해질 입구가 있고 상기 갭 밑에는 전해질 출구가 있으며, 상기 전해질 입구는 전해질 수용기에 연결되고 오버플로우로 구성된다.
그러나, 기술된 전해 장치에서 가스-확산 전극의 사용 목적은 단지 촉매 산소 소모 반응을 허용하는 것만은 아니다. 전극은 또한 GDE의 양 측부들에서 전해질 및 가스의 분리를 보장할 것으로 또한 기대된다. 이 목적을 위하여, 특히 전해질이 전지 안으로 진입한 후에, 전해질이 명시된 바와 같이 가스-확산 전극을 따라 이송되고 적절하지 않게 밀봉된 영역들을 경유하여 전기화학 전지의 전해질 출구에 도달하지 않고 따라서 대안 통로들을 구성하여 결과적으로 반응을 위하여 사용되지 않는 것을 보장하기 위하여 선택된 고정 방법에 의해서 가스-기밀 및/또는 액체-누설방지 밀봉을 갖는 가스-확산 전극을 제공하는 것이 절대적으로 본질적이다.
가스-확산 전극들은 노화 및 마모에 노출되므로 임의의 작동 방법 이후에는 교체되어야 한다. 종래 기술은 가스-확산 전극들을 음극 격실들에 용접하는 것을 제공하고, 이는 교체작업을 매우 노동집약적으로 만든다.
이는 예로서 DE 103 30 232 A1에 기재되어 있다. 여기서, 전기화학 격실이 기재되어 있는데, 상기 격실 내에서 GDE는 무코팅 에지 영역을 포함하고 전기 전도성 플레이트에 용접된 지지 구조체에 접속되어 있다. 어려운 교체작업과는 별도로, 이 기술은 또한 기존의 용접으로 인하여 활성 전극 표면 영역에 큰 손실이 있고, 이는 전해 전지의 효율성의 감소를 유발하는, 본질적인 단점을 포함하고 있다.
가스-확산 전극들을 고정하는 대안 방법은 DE 101 52 792에 기재되어 있다. 여기서, 가스-확산 전극이 원주방향 접힘식 프레임에 의해서 전해 장치 유닛의 베이스 구조체에 접속되는 방법이 기재되어 있다. 단순한 체결 방법으로서, 이 방법은 DE 103 30 232에 기재된 것보다 교체용이성의 관점에서는 더욱 유리하다. 그러나, 이 경우에는 마찬가지로, 프레임 및 베이스 구조체는 옴 손실(ohmic loss)의 최소화를 위하여 용접 또는 납땜에 의해서 접속되고, 관련 용접으로 인하여 활성 전극 표면적의 손실 및 교체 어려움의 단점이 있다.
DE 103 21 681A1은 전해 전지 배열체들을 위한 밀봉 조립체들을 개시하고, 상기 밀봉 조립체들은 제 1 시트 표면 및 제 2 세트 표면 뿐 아니라 본질적으로 스페이서로서 작용하는 제 1 코드형 시일 및 제 2 코드형 시일을 포함하고, 이들은 모두 제 1 시트 표면 및 제 2 시트 표면 사이의 임의의 거리에 제공된다. 전지 내부의 배열체는 멤브레인과 중첩되는 하나의 시일을 제공하고, 이 다음에는 보어가 따르고 제 2 시일은 전해 전지의 외부 영역에 제공되고, 제 2 시일은 단지 스페이서로서 작용하고 밀봉 효과가 없다. 관련된 단점은 이 방식에서는 완전한 밀봉을 보장할 수 없고 보어로 인하여 누설이 발생할 수 있다는 것이다.
US 4 721 555A는 멤브레인의 중첩 영역에 있는 원주방향 가스켓 프레임 및 전지 프레임이 제공되는 전기화학 전지를 기재하고 있으며, 상기 가스켓 프레임은 복수의 성형 섹션들을 특징으로 한다. 이러한 해결방안은 또한 누설의 위험성을 내포하고 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 가스 확산 전극 및 절연 가스켓 프레임 사이의 수직 에지 영역들과 같이 적절하게 밀봉되지 않은 영역들을 경유하여 전해질이 전해질 출구에 도달하는 것을 방지하기 위하여 먼저 전해질 룸에 대한 특히 가스 룸의 적절한 밀봉을 보장하는 기술적 해결방안을 구하는 것이고, 이러한 경우에 상기 전해질은 전기화학 반응을 위하여 사용가능하지 않다. 또한, 가스-확산 전극은 역시 가스 확산 전극의 단순한 조립 및 분해를 보장하고 따라서 전기화학 반응에 대해서 가능한 큰 활성 전극 표면적을 제공하기 위하여 전기화학 전지 내에 고정되어야 한다. 또한, 밀봉은 전기화학 전지의 의도된 기능 모드를 허용하기 위하여 음극으로부터의 양극의 전기 절연을 보장한다.
상기 목적은 멤브레인(8)에 의해서 서로로부터 분리되고 대응 전극들을 수용하는 양극 격실(14) 및 음극 격실(15)로서, 양 격실들의 접촉 영역에서 프레임 유형의 가장자리 영역들(16 및 17)을 갖는 외벽(12 및 13)을 각각 구비하는, 상기 양극 격실(14) 및 상기 음극 격실(15), 지지 시스템(7) 상에 안착되는 가스-확산 전극(6), 및 상기 가스-확산 전극(6) 상에 안착되는 다공성 재료(9) 뿐 아니라, 가스의 입구 및 출구를 위한 디바이스들(18,19)과 전해질의 입구 및 출구를 위한 디바이스들(20,21)을 포함하고, 상기 프레임 유형의 가장자리 영역들(16 및 17)에는 전기화학 전지의 내부 영역(23) 및 외부 영역(24)을 표시하는 장착 보어들(4)이 제공되는, 전기화학 전지에 의해서 달성된다.
본 발명은 특히 적어도 하나의 원주방향 가스켓 프레임(3)이 양 격실들의 외벽들(12 및 13)의 프레임 유형의 가장자리 영역들(16 및 17) 사이의 양 격실들의 접촉 영역에 제공되고, 상기 가스켓이 상기 멤브레인(8) 상에 안착되고, 상기 다공성 재료(9) 및 상기 가스-확산 전극(6)이 상기 프레임 유형의 음극 가장자리 영역(17) 상에 안착되고 상기 원주방향 가스켓 프레임(3)이 이 영역에서 상기 다공성 재료(9) 및 상기 가스-확산 전극(6)과 중첩되며, 이 중첩 영역(2)은 적어도 2개의 성형 섹션들(1)을 갖고, 상기 원주방향 가스켓 프레임은 상기 다공성 재료(9) 및 상기 가스-확산 전극(6)의 중첩 영역의 외부에 있는 상기 프레임 유형의 가장자리 영역들(16 및 17) 사이에 있는 양 격실들의 접촉 영역에서 적어도 하나의 성형가능한 밀봉 코드 및/또는 적어도 하나의 추가 성형 섹션(22)을 가지며, 상기 추가 성형 섹션(22) 및/또는 성형가능한 밀봉 코드(5)는 상기 전기화학 전지의 내부 영역(23) 내에 배열되는 것을 특징으로 한다.
청구된 방식에서 상기 전기화학 전지 내부에 상기 가스켓을 위치시킴으로써, 적절한 밀봉을 보장하고 종래 기술의 단점들을 회피할 수 있다.
유리한 실시예에서, 상기 발명품에는 상기 성형 섹션들(1)이 설비되며, 상기 성형 섹션들은 임의의 기하학적 디자인을 가지며 양호하게는 삼각형 형태, 사다리꼴 형태 또는 반구형 형태를 가진다.
양호한 실시예에서, 상기 가스켓 프레임(3)은 대략 100℃의 온도까지 내가성(caustic proof) 및 내산소성인 재료로 제조된다.
본 발명은 또한 복수의 전해 전지들이 적층들로 배열되는 전해장치에서 전해 전지로서의 본 발명에 따른 전기화학 전지의 가능한 사용 방법을 청구한다.
본원의 전기화학 전지는 유리하게는 화학 에너지가 전기화학 산화 환원 반응에 의해서 전기 에너지로 변환되는 배터리에서 사용된다.
또한, 화학 에너지가 연료 및 산화제의 첨가에 의해서 전기 에너지로 변환되는 연료 전지에서 전기화학 격실을 사용할 수 있다.
본 발명의 변형 실시예들은 도 1 내지 도 6을 참조하여 하기에 더욱 상세하게 기술된다.
도 1은 본 발명에 따른 전기화학 전지의 개략적인 프로세스 스케치를 도시하고 위에서 투시한 전체 단면을 제공하는 도면.
도 2a 및 도 2b는 외부를 향한 밀봉 변형체들을 갖는 본 발명에 따른 전기화학 전지의 가장자리 영역(flanged area)에 있는 컨포넌트들의 전형적인 배열체의 개략적인 프로세스 스케치를 도시하는 도면.
도 3a 및 도 3b는 외부를 향한 밀봉 변형체들을 갖는 가스켓 프레임의 작동 모드를 도시하기 위하여 조립 상태에 있는 본 발명에 따른 전기화학 전지의 가장자리 영역의 개략적인 프로세스 스케치를 도시하는 도면.
도 4는 본 발명에 따른 전기화학 전지의 볼트결합을 위한 장착 보어들을 갖는 또는 갖지 않는 가스켓 프레임의 개략적인 프로세스 스케치를 도시하는 도면.
도 5는 본 발명에 따른 전기화학 전지의 가스켓 프레임의 모서리 영역의 개략적인 프로세스 스케치를 도시하는 도면.
도 6a 내지 도 6f는 본 발명에 따른 전기화학 전지의 가스켓 프레임의 성형 단면들의 변형체들의 개략적인 프로세스 스케치를 도시하는 도면.
도 1은 멤브레인(8)에 의해서 서로로부터 분리되는 양극 격실(14) 및 음극 격실(15)로 구성되는 본 발명에 따른 전기화학 전지를 도시한다. 양 격실들(14,15)에는 프레임 유형의 가장자리 영역들(16 및 17) 및 외벽(12 및 13)이 설비되어 있다. 멤브레인(8), 다공성 재료들(9), 가스켓 프레임(3) 및 다른 컨포넌트들은 필요하다면 음극으로부터 양극의 전기 절연을 위하여 양극 격실의 가장자리 영역들(17) 및 음극 격실의 프레임형의 가장자리 영역들(16) 사이에서 체결될 수 있다. 이러한 체결에 의해서, 예로서 멤브레인(8) 및 다공성 재료(9)를 고정하고 외부에 대한 전기화학 전지의 밀봉을 이룰 수 있다. 전기화학 전지의 작동 시에, 다공성 재료(9)는 침투 약품으로 작용하고, 멤브레인(8) 및 가스-확산 전극(6) 사이의 전해질은 전해질 룸(10)을 통해서 침투기로 향한다. 전기화학 반응을 위하여 필요한 가스 및 전해질은 디바이스들(18,20)에 의해서 공급되고 디바이스들(19,21)에 의해서 방출된다.
가스-확산 전극(6)은 지지 요소(7)에 의해서 전해 전지 내에 유지된다. 가스-확산 전극(6)은 촉매 재료로 코팅된 액체침투형 담체(carrier)로 제조된다. 여기서, 가스-확산 전극(6)의 촉매 코팅 영역은 음극의 전기화학 반응이 일어나는 활성 영역을 형성한다. 이 활성 영역은 전기화학 반응을 위하여 가능한 큰 가스-확산 전극(6)의 활성 영역을 얻기 위하여 가능한 작게 설계되는 밀봉 영역을 제외한 전체 가스-확산 전극을 포함한다.
밀봉 영역은 양 격실들의 외벽들(12 및 13)의 프레임 유형의 가장자리 영역들(16 및 17) 사이의 양 격실들의 접촉 영역에 의해서 형성되고, 장착 보어들(4)은 전기화학 전지의 내부 영역(23) 및 외부 영역(24)을 표시한다. 컨포넌트들의 개략적인 배열이 도 2a 및 도 2b에 상세하게 도시되어 있다: 가스-확산 전극(6) 및 다공성 재료(9)는 음극의 가장자리 영역(17) 상에 안착되고, 원주방향의 가스켓 프레임(3)은 가스-확산 전극(6) 및 다공성 재료(9)와 중첩되는 상기 영역에서 적어도 2개의 성형 섹션들을 특징으로 하고 조립 상태에서 양 컨포넌트들은 개재된 멤브레인(8)과 함께 가압된다. 적어도 하나의 추가 성형 섹션(22)은 다공성 재료(9) 및 가스-확산 전극(6)의 중첩 영역 외부에 제공되지만 전기화학 전지의 내부 영역(23)에 위치한다. 이는 또한 가스켓 프레임의 외부 성형 섹션 영역을 지칭한다. 전기화학 전지(24)의 외부 영역에서, 가스켓 프레임(3)은 쐐기 형상이고 임의의 추가 성형 섹션들을 갖지 않는다. 상기 전기화학 전지에서 가스켓 프레임의 상기 유형의 배열에 의하여, 누설 속도는 최소로 감소될 수 있다.
외부를 향하는 전해질 또는 가스의 이탈에 대하여 전기화학 전지의 개선된 밀봉을 위한 다른 변형 실시예는 도 2b에 도시되어 있다. 도 2b는 전기화학 전지의 내부 영역(23)에서 다공성 재료(9) 및 가스-확산 전극(6)의 중첩부의 외부에서 프레임 유형의 가장자리 영역들(16 및 17) 사이에서 양 격실들의 접촉 영역에 위치한 추가 성형가능한 밀봉 코드의 배열을 도시한다.
도 3a 및 도 3b는 에지들에 걸쳐 침투하는 전해질에 대한 다공성 재료의 원주방향 내부 밀봉을 도시하기 위하여 조립 및 가압 상태에 있는 프레임 유형의 가장자리 영역들(16 및 17) 사이의 양 격실들의 접촉 영역을 도시한다. 이는 다공성 재료(9) 및 가스-확산 전극(6)의 중첩 영역 외부에 위치하지만 전기화학 전지의 내부 영역(23)에 배열되는 적어도 하나의 추가 성형 섹션(22)과 다공성 재료(9) 및 가스-확산 전극(6)의 중첩 영역(2)에 위치한 적어도 2개의 성형 섹션들의 상호작용에 의해서 달성된다. 가스켓 프레임(3)의 내부 성형 섹션(1)은 음극의 가장자리 영역(17)에 의해서 지지되는 가스-확산 전극(6) 상으로 멤브레인(8) 및 다공성 재료(9)를 가압하고 추가의 성형 섹션(22)은 멤브레인(8)을 가장자리 영역(17) 상으로 가압한다. 가스켓 프레임(3) 상에 제공된 적어도 2개의 내부 성형 섹션들은 성형 섹션을 지나는 액체의 탈출을 방지한다. 외부에 대한 밀봉은 도 3a에 도시된 바와 같이 가스켓 프레임(3)의 추가 성형 섹션(22) 및 음극의 가장자리 영역(17) 사이의 멤브레인(8)을 가압함으로써 달성된다. 이렇게 할 때, 멤브레인(8)은 프레임 유형의 가장자리 영역(17) 상으로 직접 가압된다.
외부를 향하는 전해질 또는 가스의 이탈에 대하여 전기화학 전지의 개선된 밀봉을 위한 다른 변형 실시예는 도 3b에 도시되어 있다. 도 3b는 전기화학 전지의 내부 영역(23)에서 다공성 재료(9) 및 가스-확산 전극(6)의 중첩부의 외부에서 프레임 유형의 가장자리 영역들(16 및 17) 사이에서 양 격실들의 접촉 영역에 위치하고, 멤브레인(8) 및 음극의 가장자리 영역(17) 사이에 가압된 조립 상태에 있으므로, 개선된 밀봉을 보장하고 추가 성형 섹션(22)을 교체하거나 또는 후자와의 조합에서 사용되는 추가 성형가능한 밀봉 코드의 사용을을 도시한다.
도 4는 다공성 재료(9) 및 가스-확산 전극(6)의 중첩 영역에 위치하는 적당한 액체 밀봉을 위한 2개의 내부 성형 섹션들(1)로 구성되는 내부 성형 섹션 영역(2)과, 상기 중첩 영역의 외부에 위치하지만 전기화학 전지의 내부 영역에 있는 적어도 하나의 추가 성형 섹션을 갖는, 가스켓 프레임(3) 전체 도면을 도시한다. 상기 가스켓 프레임의 가압은 장착 보어들(4)을 통하여 볼트들을 체결함으로써 달성된다.
도 5는 장착 보어들(4)을 갖는 가스켓 프레임(3)의 상세 실시예를 도시하고, 상기 장착 보어들은 동일 간격으로 중심에 배열되고 모서리 영역에서 직각을 형성한다.
도 6은 임의의 기하학적 디자인, 삼각형 형태(도 6a 및 도 6d), 사다리꼴 형태(도 6b 및 도 6e) 또는 반구형 형태(도 6c 및 도 6f)의 성형 섹션들(1) 및 추가 성형 섹션들(22)의 변형 a) 내지 f) 예시적인 실시예들을 도시한다. 여기서, 성형 섹션들은 성형 섹션들(도 6a 내지 도 6c)의 직접적인 프로파일에 의해서 또는 성형 섹션들(도 6d 내지 도 6f) 주위의 재료를 제거함으로써 제조될 수 있다.
본 발명으로부터 얻어지는 장점들:
- 가스 확산 전극에 의한 다공성 재료 및 멤브레인의 가압 및 고정을 위한 본 발명에 따른 성형 섹션들을 가스켓 프레임에 제공함으로써 보장되는 전해질 룸(다공성 재료)의 적당한 밀봉
- 양극 및 음극의 전기 절연
- 가스 확산 전극의 단순한 조립 및 분해
- 전기화학 반응을 위하여 사용될 수 있는 큰 활성 전극 표면적을 보장하는 작은 불활성 밀봉 영역
- 전해질이 전해질 출구에 도달하지 않고 따라서 전기화학 반응을 위하여 사용될 수 없도록, 한편으로 가스-확산 전극 및 다공성 재료 사이의 에지 영역들 및 다른 편 상의 외부 밀봉을 위한 밀봉 코드의 방지
1. 성형 섹션
2. 가스켓 프레임의 내부 성형 섹션 영역
3. 가스켓 프레임
4. 볼트결합을 위한 장착 보어
5. 밀봉 코드
6. 가스-확산 전극
7. 지지 시스템
8. 멤브레인
9. 다공성 재료
10. 전해질 룸
11. 가스 룸
12. 양극 격실의 외벽
13. 음극 격실의 외벽
14. 양극 격실
15. 음극 격실
16. 양극 격실의 가장자리 영역
17. 음극 격실의 가장자리 영역
18. 가스 입구를 위한 디바이스
19. 가스 출구를 위한 디바이스
20. 전해질 입구를 위한 디바이스
21. 전해질 출구를 위한 디바이스
22. 추가 성형 섹션
23. 전기화학 전지의 내부 영역
24. 전기화학 전지의 외부 영역

Claims (7)

  1. ■ 멤브레인(8)에 의해서 서로로부터 분리되고 대응 전극들을 수용하는 양극 격실(14) 및 음극 격실(15)로서, 양 격실들의 접촉 영역에서 프레임 유형의 가장자리 영역들(16 및 17)을 갖는 외벽(12 및 13)을 각각 구비하고, 상기 가장자리 영역들(16 및 17)에는 전기화학 전지의 내부 영역(23) 및 외부 영역(24)을 표시하는 장착 보어들(4)이 제공되는, 상기 양극 격실(14) 및 상기 음극 격실(15),
    ■ 지지 시스템(7) 상에 안착되는 가스-확산 전극(6),
    ■ 상기 가스-확산 전극(6) 상에 안착되는 다공성 재료(9),
    ■ 가스의 입구 및 출구를 위한 디바이스들(18,19)과 전해질의 입구 및 출구를 위한 디바이스들(20,21),
    ■ 양 격실들의 상기 외벽들(12 및 13)의 프레임 유형의 가장자리 영역들(16 및 17) 사이의 양 격실들의 접촉 영역에 있는 적어도 하나의 원주방향 가스켓 프레임(3)으로서, 상기 가스켓이 상기 멤브레인(8) 상에 안착되고, 상기 다공성 재료(9) 및 상기 가스-확산 전극(6)이 상기 프레임 유형의 음극 가장자리 영역(17) 상에 안착되고 상기 원주방향 가스켓 프레임(3)이 이 영역에서 상기 다공성 재료(9) 및 상기 가스-확산 전극(6)과 중첩되며, 이 중첩 영역(2)은 적어도 2개의 성형 섹션들(1)을 갖는, 전기화학 전지에 있어서,
    상기 원주방향 가스켓 프레임은 상기 다공성 재료(9) 및 상기 가스-확산 전극(6)의 중첩 영역의 외부에 있는 상기 프레임 유형의 가장자리 영역들(16 및 17) 사이에 있는 양 격실들의 접촉 영역에서 적어도 하나의 성형가능한 밀봉 코드 및/또는 적어도 하나의 추가 성형 섹션(22)을 가지며, 상기 추가 성형 섹션(22) 및/또는 성형가능한 밀봉 코드(5)는 상기 전기화학 전지의 내부 영역(23) 내에 배열되는 것을 특징으로 하는 전기화학 전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 성형 섹션들(1)은 임의의 기하학적 디자인을 가지며 양호하게는 삼각형 형태, 사다리꼴 형태 또는 반구형 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 발명품.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 가스켓 프레임(3)은 대략 100℃의 온도까지 내가성(caustic proof) 및 내산소성인 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는 발명품.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 항에 있어서,
    상기 성형 섹션(22)은 임의의 기하학적 디자인을 가지며 양호하게는 삼각형 형태, 사다리꼴 형태 또는 반구형 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 발명품.
  5. 복수의 전해 전지들이 적층들로 배열되는 전해장치에서 전해 전지로서 제 1 항에 따른 전기화학 전지의 사용 방법.
  6. 화학 에너지가 전기화학 산화 환원 반응에 의해서 전기 에너지로 변환되는 배터리로서 제 1 항에 따른 전기화학 전지의 사용 방법.
  7. 화학 에너지가 연료 및 산화제의 첨가에 의해서 전기 에너지로 변환되는 연료 전지로서 제 1 항에 따른 전기화학 전지의 사용 방법.
KR1020137031307A 2011-05-06 2012-04-19 전해질의 변연 누출에 대한 대안 밀봉을 위한 프레임 시일을 갖는 전기화학 전지 KR20140021672A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102011100768.0 2011-05-06
DE102011100768A DE102011100768A1 (de) 2011-05-06 2011-05-06 Elektrochemische Zelle mit Rahmendichtung zur alternativen Abdichtung gegenRandläufigkeiten des Elektrolyten
PCT/EP2012/001682 WO2012152367A2 (de) 2011-05-06 2012-04-19 Elektrochemische zelle mit rahmendichtung zur alternativen abdichtung gegen randläufigkeiten des elektrolyten

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20140021672A true KR20140021672A (ko) 2014-02-20

Family

ID=46245546

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020137031307A KR20140021672A (ko) 2011-05-06 2012-04-19 전해질의 변연 누출에 대한 대안 밀봉을 위한 프레임 시일을 갖는 전기화학 전지

Country Status (12)

Country Link
US (1) US9476131B2 (ko)
EP (1) EP2705174B1 (ko)
JP (1) JP6001646B2 (ko)
KR (1) KR20140021672A (ko)
CN (1) CN103620090B (ko)
BR (1) BR112013028284A2 (ko)
CA (1) CA2836776A1 (ko)
DE (1) DE102011100768A1 (ko)
EA (1) EA201391642A1 (ko)
ES (1) ES2648124T3 (ko)
PL (1) PL2705174T3 (ko)
WO (1) WO2012152367A2 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11495867B2 (en) 2018-02-23 2022-11-08 Lg Energy Solution, Ltd. Rust inhibitor for gasket, gasket for secondary battery including same, and secondary battery including gasket for secondary battery

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2818582B1 (de) * 2013-06-25 2020-03-18 Airbus Defence and Space GmbH Fluidraumvorrichtung für eine Reaktionseinheit einer Redox-Vorrichtung
CN108368622B (zh) * 2015-09-28 2020-09-11 水吉能公司 高压或差压电解池
DE102019209583A1 (de) * 2019-07-01 2021-01-07 Robert Bosch Gmbh Elektrochemische Systemeinheit mit Dichtelementen
WO2021104606A1 (de) * 2019-11-25 2021-06-03 Hoeller Electrolyzer Gmbh Dichtungsanordnung für elektrochemische zellen der pem-bauart
AT526232B1 (de) * 2023-05-17 2024-01-15 Andritz Ag Maschf Elektrolysezelle und Elektrolysevorrichtung mit einer Elektrolysezelle

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE418508B (sv) 1979-04-20 1981-06-09 Svenska Utvecklings Ab Elektrodpaket avsett att anvendas i en cell, i vilken en elektrokemisk reaktion utfores samt anvendning av detsamma i en membrancell i en elektrolysorcell av filterpresstyp
GB8312043D0 (en) * 1982-05-19 1983-06-08 Ici Plc Electrolytic cell and gasket
JPS6156290A (ja) * 1984-08-28 1986-03-20 Showa Denko Kk イオン交換膜取り付け方法
US4614575A (en) 1984-11-19 1986-09-30 Prototech Company Polymeric hydrogel-containing gas diffusion electrodes and methods of using the same in electrochemical systems
US4721555A (en) * 1985-08-02 1988-01-26 The Dow Chemical Company Electrolysis cell seal means
US4748092A (en) 1987-01-02 1988-05-31 Continental Can Company, Inc. Frame for a cell construction
JP3805495B2 (ja) * 1996-09-24 2006-08-02 松下電器産業株式会社 固体高分子型燃料電池
AU8212298A (en) 1997-06-03 1998-12-21 De Nora S.P.A. Ion exchange membrane bipolar electrolyzer
IT1317753B1 (it) 2000-02-02 2003-07-15 Nora S P A Ora De Nora Impiant Cella di elettrolisi con elettrodo a diffusione di gas.
US6489054B2 (en) * 2001-04-19 2002-12-03 Zinc Matrix Power, Inc. Battery case with edge seal
JP4316164B2 (ja) * 2001-07-10 2009-08-19 本田技研工業株式会社 膜・電極構造体及び燃料電池セル
DE10152792A1 (de) 2001-10-25 2003-05-08 Bayer Ag Methode zur Integration einer Gasdiffusionselektrode in einen elektrochemischen Reaktionsapparat
ITMI20012379A1 (it) * 2001-11-12 2003-05-12 Uhdenora Technologies Srl Cella di elettrolisi con elettrodi a diffusione di gas
DE10321681B4 (de) * 2003-05-14 2005-05-25 W.L. Gore & Associates Gmbh Dichtung für Elektrolysezellenanordnung sowie Verwendung und Verfahren zur Herstellung der Dichtung
DE10330232A1 (de) 2003-07-04 2005-01-20 Bayer Materialscience Ag Elektrochemische Halbzelle
DE102004018748A1 (de) 2004-04-17 2005-11-10 Bayer Materialscience Ag Elektrochemische Zelle
DE102006020374A1 (de) * 2006-04-28 2007-10-31 Uhdenora S.P.A. Mikrostrukturierter Isolierrahmen für Elektrolysezellen
JP5321801B2 (ja) * 2008-10-31 2013-10-23 Ｎｏｋ株式会社 燃料電池

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11495867B2 (en) 2018-02-23 2022-11-08 Lg Energy Solution, Ltd. Rust inhibitor for gasket, gasket for secondary battery including same, and secondary battery including gasket for secondary battery

Also Published As

Publication number Publication date
US20140093811A1 (en) 2014-04-03
JP6001646B2 (ja) 2016-10-05
DE102011100768A1 (de) 2012-12-06
US9476131B2 (en) 2016-10-25
CA2836776A1 (en) 2012-11-15
JP2014514455A (ja) 2014-06-19
PL2705174T3 (pl) 2018-03-30
EA201391642A1 (ru) 2014-02-28
CN103620090A (zh) 2014-03-05
ES2648124T3 (es) 2017-12-28
WO2012152367A2 (de) 2012-11-15
EP2705174A2 (de) 2014-03-12
EP2705174B1 (de) 2017-10-04
WO2012152367A3 (de) 2013-04-25
CN103620090B (zh) 2017-03-29
BR112013028284A2 (pt) 2018-07-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6013448B2 (ja) 電気化学セル、及び電気化学セルの使用
EP1033419B1 (en) Soda electrolytic cell provided with gas diffusion electrode
KR20140021672A (ko) 전해질의 변연 누출에 대한 대안 밀봉을 위한 프레임 시일을 갖는 전기화학 전지
CN108368622B (zh) 高压或差压电解池
JP2008536015A (ja) 電気化学セル構造
CA2982399C (en) Electrode assembly, electrode structures and electrolysers
WO1987005951A1 (en) Method and apparatus for electrolysing water
FI71355C (fi) Elektrolytisk cell av filterpresstyp
AU777533B2 (en) Electrode structure
US6383349B1 (en) Electrolytic cell using gas diffusion electrode and power distribution method for the electrolytic cell
WO2000022192A1 (fr) Procede de reduction de la charge dans une electrode de diffusion de gaz et structure reduisant la charge
KR20150034246A (ko) 전해 전지용 코너 확장 조인트를 가진 절연 프레임
US7363110B2 (en) Gasket with curved configuration at peripheral edge
US6761808B1 (en) Electrode structure
US20080296153A1 (en) Electrochemical half-cell
ZA200110076B (en) Electrode structure.
JP2015124425A (ja) マニホールドユニット及び電解槽
RU2586216C2 (ru) Способ установки расходующего кислород электрода в электрохимическую ячейку и электрохимическая ячейка
JP3041785B1 (ja) ガス拡散電極の排電方法
JP2000119888A (ja) ガス拡散電極の取付け、排電方法
CN102560528A (zh) 在电化学槽中安装耗氧电极的方法和电化学槽
JP2018178202A (ja) 複極式電解槽

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid